JPH09265265A - 反射型表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造を備え、入射光を有効に利用する
ことが可能で、且つ高いコントラストで表示が可能な反
射型表示素子を提供する事にある。 【解決手段】 本発明の反射型表示素子は、白色の不透
明多孔質フィルム１１と、多孔質フィルム１１の裏面に
配置された着色液を含浸させた含浸膜１２と、含浸膜１
２の裏面に沿って二次元的に配列され、着色液を多孔質
フィルム１１の裏面から多孔質フィルム１１の中へ可逆
的に出し入れする圧電板１５とを備え、各圧電板１５を
各画素に対応させて、圧電板１５を各画素毎に制御する
ことにより画像を表示する。即ち、着色液を多孔質フィ
ルムの中に染み出させることによって、着色液の色が多
孔質フィルム１１の表面側に現れ、一方、着色液を多孔
質フィルム１１の裏面側に戻すことによって着色液の色
が消えて、多孔質フィルム１１自体の色が現れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次元的に配列さ
れた画素を電気的に制御して、画像や文字を表示する反
射型表示素子に係る。

【０００２】

【従来の技術】携帯情報機器に用いられるディスプレイ
としては、薄型・軽量で低消費電力型のディスプレイが
要求される。従来、薄型ディスプレイとして、液晶ディ
スプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、フラット
ＣＲＴ等が知られている。この内、消費電力などの特性
に優れたＬＣＤは、この様な用途に最も適しているの
で、実用化が進んでいる。

【０００３】ＬＣＤの内、ディスプレイの表示面を直
接、見る様にしたものは直視型と呼ばれている。直視型
のＬＣＤには、背面に蛍光ランプなどの光源を組み込む
透過型と、周囲光を利用する反射型とがある。この内、
前者はバックライトが必要なので、低消費電力には不向
きである。従って、携帯情報機器のディスプレイとして
は、後者の反射型が最も普及している。

【０００４】反射型ＬＣＤには、ＥＣＢ（Electrically
Controlled Birefrigence）モード、ＧＨ（Guest Hos
t）モード、ＴＮ（Twisted Nematic ；特開昭４７−１
１７３７号公報）モード、ＳＴＮ（Super Twisted Nema
tic ；特開昭６０−１０７０２０号公報）モードなどが
用いられている。ＥＣＢモード、ＴＮモード、ＳＴＮモ
ードを用いる場合には偏光板が必要となる。偏光板は、
光の透過率が４０％程度なので、光の利用効率が悪くな
ると言う問題点がある。

【０００５】ＧＨモードを用いる場合には、偏光板は不
要であるが、一般に、コントラストが高くない。これに
対して、ＧＨ素子の一種であるホワイトテーラー型ＧＨ
素子（D.L.White, G.N.Taylor; J.Appl.Phys., vol.45,
p.4718 〜4723（1974））は、カイラルネマティック相
を示す液晶に二色性色素が混入されており、基板面と平
行に配列された構造になっている。電界印加による液晶
の配列の変化に伴って、二色性色素の配列も変化し、二
色性色素が向きを変えることにより、光の透過率が変化
する。カイラルネマティック相に起因する捻れ構造のた
め、色素のよる光吸収が効率よく起こるので、原理的に
は、偏光子なしでも比較的高い表示コントラストが得ら
れる。しかし、この表示方式において高いコントラスト
を実現するためには、カイラルネマティック液晶の螺旋
ピッチを光の波長オーダーに合わせることが必要である
が、螺旋ピッチをその程度まで短くするとディスクリネ
ーションラインが数多く発生し、表示品質が損なわれ、
同時にヒステリシス現象が発現し、電界に対する応答も
極端に遅くなる。従って、前記のＴＮモード、ＳＴＮモ
ードと比較した場合、実用性に課題が残っている。

【０００６】ネマティック液晶中に二色性色素を混入
し、反射体あるいは液晶構成に工夫した反射型ディスプ
レイも提案されているが（特開昭５９−１７８４２９号
公報、特開昭５９−１７８４２８号公報）、本質的な解
決手段までには至っていない。

【０００７】偏光子を使用しないもう一つの代表的な表
示方式として、ＰＤＬＣ（PolymerDispersed Liquid Cr
ystal；特開昭５８−５０１６３１号公報）と呼ばれる
表示方式がある。

【０００８】この表示方式は、高分子マトリクス中に誘
電異方性が正のネマティック液晶を直径性数μｍ程度の
粒状にして分散させたものである。液晶としては、常光
に対する屈折率が高分子材料とほぼ同じで、異常光に対
する屈折率が高分子材料と異なる材料を選定して用い
る。初期の状態において、粒の中では液晶粒子が歪んだ
配列構造を取り、しかも液晶粒子間での配列方向のばら
つきによって大部分の液晶粒子と高分子マトリクスとの
間に屈折率の差が生じ、結果として、擦りガラスの様に
光を散乱させる。これに十分な電圧を加えると、粒中の
液晶分子の再配列が起こり、垂直に入射する光に対する
液晶と高分子マトリクスの屈折率が等しくなる。その結
果、液晶と高分子界面での屈折及び反射がなくなり、透
明状態に変化する。入射光は直線光である必要はない。
以上の様な動作原理を使って表示するので、偏光子は不
要であり、入射光を有効に活用できるので明るい表示と
なる。しかし、十分な表示のコントラストを達成するた
めには、数１０μｍの膜厚が必要であり、その結果、駆
動電圧が数十Ｖになる。しかも、散乱タイプであるため
投射型ディスプレイには有効であるが、ＯＡ機器用等の
直視ディスプレイには不向きである。

【０００９】上記の様な液晶を用いた反射型表示素子の
最大の欠点は、光利用効率が低いか、あるいはコントラ
ストが不足することである。これに対して、液晶を使用
しない反射型表示素子も知られている。特開平 4-16698
1 号公報には、Ｓｉ基板をミクロ加工して作成した逆錐
状の凹部に、凹部の底点に設けられた微小な穴を通して
着色液体を出し入れする反射型表示素子が開示されてい
る。また、静電力を利用して可動フィルムを出し入れす
る反射型表示素子も提案されている。これら液晶を用い
ない反射型表示素子は、コントラストや反射率に関して
優れた特性を備えているが、一般に、上述した液晶表示
素子に比較して、素子の作成に手間が掛るという欠点を
有する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な問
題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来の液晶
表示素子に較べて簡単な構造を備え、入射光を有効に利
用することが可能で、且つ高いコントラストの表示が可
能な反射型表示素子を提供する事にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の反射型表示素子は、不透明な多孔質フィル
ムと、前記多孔質フィルムの裏面に配置された着色液の
層と、前記着色液の層の裏面に沿って二次元的に配列さ
れ、前記着色液を前記多孔質フィルムの裏面から前記多
孔質フィルムの中へ可逆的に出し入れする駆動手段とを
備え、前記各駆動手段を各画素に対応させて、前記駆動
手段を各画素毎に制御することにより画像を表示するこ
とを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、不透明な多孔質フィルム
及び着色液の層の裏面に二次元的に配列された駆動手段
を制御することによって、着色液が、不透明な多孔質フ
ィルムの裏面から多孔質フィルムの中に、各画素領域毎
に、可逆的に出し入れされる。即ち、着色液を多孔質フ
ィルムの中に染み出させることによって、各画素領域毎
に、着色液の色が多孔質フィルムの表面側に現れ、一
方、着色液を多孔質フィルムの裏面側に戻す（回収す
る）ことによって、着色液の色が多孔質フィルムの表面
側から消えて、多孔質フィルム自体の色が表示される。

【００１３】本発明の反射型表示素子では、多孔質フィ
ルム自体には特別な微細加工を施す必要はないので、そ
の構造は比較的、簡単なものにできる。

【００１４】上記の反射型表示素子において、着色液の
粘度を調整することによって、隣接する各画素間で互い
に影響を与えることがない様にすれば、各画素領域毎に
着色液の層に何等かの仕切り部材を配置する必要はな
く、構造が更に簡単になる。

【００１５】また、着色液の層に、各画素領域に対応さ
せて仕切り部材を設け、複数種類の着色液を前記各画素
に規則的に割り当てることによって、カラー表示が可能
となる。

【００１６】また、多孔質フィルムと着色液とのなす接
触角を３０度以上とすることにより、着色液が多孔質フ
ィルムの表面に自然に染み出すことを防止するととも
に、着色液を多孔質フィルムの中へ可逆的に出し入れさ
せる動作の安定性を確保することができる。

【００１７】また、含浸膜を不透明フィルムと駆動手段
との間に配置して、この含浸膜によって着色液を保持す
ることにより、着色液の漏洩を防止するとともに、染み
出し及び戻りの繰り返しの動作についての信頼性を持た
せることが可能となる。更に、取り扱いにくい着色液
を、容易にフィルム状に配置することができるので、反
射型表示素子の製作が容易になる。

【００１８】なお、着色液の保持に含浸膜を使用する場
合には、含浸膜と着色液とのなす接触角を、前記多孔質
フィルムと着色液とのなす接触角よりも小さくする。こ
れよって、着色液が多孔質フィルムの中に自然に染み出
すことを防止できる。また、一旦、多孔質フィルムの中
に染み出した液体を、残すことなく含浸膜の内部に戻さ
せることが可能になる。

【００１９】また、前記多孔質フィルムの上部に、ガラ
ス板の様な透明な保護基板を配置する場合には、この保
護基板と前記着色液とのなす接触角を、前記多孔質フィ
ルムと前記着色液とのなす接触角より大きくする。これ
によって、着色液が反射型表示素子から漏洩あるいは蒸
発することを防止するとともに、着色液によってこの保
護基板が着色されることを防止する。

【００２０】また、着色液として液晶物質を含有する液
体を使用する場合には、多孔質フィルムの表面側に透明
電極を配置するとともに、前記駆動手段を各画素に対応
して配置された画素電極で構成する。この画素電極と透
明電極との間に電界が掛けられると、液晶は電界が掛け
られた部分に配向して集まった方がエネルギー的に安定
するので、液晶が電極の間に引き寄せられて、多孔質フ
ィルムの中に染み出し、多孔質フィルムの表面が着色さ
れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２２】（例１）図１に本発明の実施の形態の第一
の例を示す。図１は反射型表示素子の断面を示す概略構
成図であり、図中、１３はガラス基板、１１は白色の不
透明多孔質フィルム、１２は染料を溶解した着色液を含
浸させた含浸膜、１４はダイアフラム、１５は圧電板
（駆動手段）である。圧電板１５の両面には電極（図示
せず）が形成され、各電極は、選択的に電圧を印加でき
る様にアクティブマトリックス回路に接続されている。

【００２３】この例では、ガラス基板１３として表面が
親水処理された厚さ１．５μｍのガラス板を、白色の不
透明多孔質フィルム１１として酸化チタン微粒子が分散
された多孔質の架橋ポリビニルアルコールフィルム（厚
さ２０μｍ）を、着色液として親油性黒色染料を溶解し
たシリコンオイルを、含浸膜１２としてジビニルベンゼ
ンで一部架橋された多孔質ポリスチレンフィルム（厚さ
６０μｍ）を用いている。また、ダイヤフラム１４とし
てはテフロンフィルムを用い、このテフロンフィルムの
表面にスパッタ法で圧電薄膜を積層した後、この圧電薄
膜を所定のパターンにエッチングすることによって、各
画素に対応する圧電板１５が形成されている。

【００２４】この反射型表示素子において、着色液であ
るシリコンオイルと白色の不透明多孔質フィルム１１と
のなす接触角は８０度であった。なお、シリコンオイル
の粘度を 5,000ｃＰ以上に調整することにより、画素間
で互いに着色が滲まない様してあるので、着色液の層に
各画素に対応させて仕切り部材を、特に設ける必要はな
い。

【００２５】次に、上記の様に構成された反射型表示素
子の動作について、図２を参照しながら説明する。

【００２６】圧電板１５に電圧が印加されていない状態
では、ガラス基板１３側から見て、反射型表示素子は白
く見える。特定の圧電板１５に電圧が印加されると、図
２に示す様に、圧電板１５は凹面状に変形する。これに
よって、着色液は含浸膜１２の中から白色の不透明多孔
質フィルム１１の中に染み出し、その結果、不透明多孔
質フィルム１１は、ガラス基板１３側から見て、黒く着
色される。電圧の印加をやめると、不透明多孔質フィル
ム１１、含浸膜１２及びダイヤフラム１４は、いずれも
弾性体であるので、図１に示す様な元の状態に戻る。着
色液と含浸膜１２との親和性が最も高くなる様に各部材
を組み合わせているので、色残りすることはない。

【００２７】この様に、圧電板１５の駆動により黒色の
着色液を白色の多孔質不透明フィルム１１の中に染み出
させることにより、白と黒の画素の組み合わせで画像や
文字を表示することができる。更に、圧電板１５の変形
量を電圧で調整することによって中間色の表示も可能で
ある。この例では、着色液を直接出し入れしているの
で、コントラストが十分大きく、白色状態での反射率を
大きくすることが可能で、謂ゆるペーパーライクの表示
特性が実現できる。

【００２８】（例２）図３に本発明の実施の形態の第二
の例を示す。図３は反射型表示素子の断面を示す概略構
成図であり、図中、１３はガラス基板、１１は白色の不
透明多孔質フィルム、１７は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）、黒（Ｂｌ）の各色素を溶解した着色液であり、
１６は各画素間の仕切り部材、１４はダイアフラム、１
５は圧電板を示す。圧電板１５の両面には電極（図示せ
ず）が形成され、各電極は選択的に電圧を印加できる様
にアクティブマトリックス回路に接続されている。

【００２９】着色液１７としてはシリコンオイルを用
い、画素間の仕切り部材１６としては、シリコーン樹脂
の鋳型をダイアフラム１４上に置き、外側からウレタン
樹脂のプレポリマーを表面張力を用いて注入し、それを
加熱硬化させた後、鋳型を取り外して作成したものを用
いた。

【００３０】圧電板１５を駆動することにより、上記の
４色の中から任意の色の着色液を白色の不透明多孔質フ
ィルム１１の中に染み出させることにより、カラー画像
や文字を表示することができる。更に、圧電板１５の変
形量を電圧で調整することによって中間色の表示も可能
である。この例では、着色液を直接出し入れしているの
で、コントラストが十分大きく、白色状態での反射率を
大きくすることが可能で、謂ゆるペーパーライクのカラ
ー表示特性が達成できる。

【００３１】なお、ここで上記の赤緑青黒（Ｒ、Ｇ、
Ｂ、Ｂｌ）の代わりに、イエロー、マゼンタ、シアン色
の着色液を使用することにより、色はパステル調にな
り、明るい表示が可能となる。

【００３２】（例３）図４に本発明の実施の形態の第三
の例を示す。図４は反射型表示素子の断面を示す概略構
成図であり、図中、１３はガラス基板、１１は白色の不
透明多孔質フィルム、１２は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）、黒（Ｂｌ）のいずれかの着色液を含有する含浸
膜、１８は各画素間の間の空間部、１４はダイアフラ
ム、１５は圧電板であり。圧電板１５の両面には電極
（図示せず）が形成され、各電極は選択的に電圧を印加
できる様にアクティブマトリックス回路に接続されてい
る。

【００３３】上記の着色液としてはシリコンオイルを用
いている。含浸膜１２は、着色液を含浸させたポリスチ
レン樹脂であり、インキ状にしたものをダイアフラム１
４上に印刷することにより形成されている。

【００３４】圧電板１５を駆動することにより、上記の
４色の中から任意の色の着色液を白色の不透明多孔質フ
ィルム１１の中に染み出させることによって、カラー画
像や文字を表示することができる。更に、圧電板１５の
変形量を電圧で調整することによって中間色の表示も可
能である。この例では、着色液を直接出し入れしている
ので、コントラストが十分大きく、白色状態での反射率
を大きくすることが可能で、謂ゆるペーパーライクのカ
ラー表示特性が実現できる。

【００３５】（例４）図５に本発明の実施の形態の第四
の例を示す。図５は反射型表示素子の断面を示す概略構
成図であり、図中、１３はガラス基板、２０は透明電
極、１１は白色の不透明多孔質フィルム、１２は黒色の
染料を溶解したシリコンオイル（着色液）を含浸させた
含浸膜、１４はダイアフラム、１９は画素電極に相当す
るアルミニウム電極である。各アルミニウム電極１９
は、選択的に電圧を印加できるようにアクティブマトリ
ックス回路（図示せず）に接続されている。

【００３６】アルミニウム電極１９（画素電極）に静電
圧が印加されていない状態では、ガラス基板１３側から
見て、この反射型表示素子は白く見える。特定のアルミ
ニウム電極１９に静電圧が印加されると、アルミニウム
電極１９と透明電極２０との間に静電引力が生じ、アル
ミニウム電極１９が凹面状に変形する。これによって、
着色液が含浸膜１２の中から白色の不透明多孔質フィル
ム１１の中へ染み出し、ガラス基板１３側から見て、黒
く着色される。電圧の印加をやめると、白色の不透明多
孔質フィルム１１、含浸膜１２及びダイアフラム１４は
弾性体であるので、元の状態に戻る。着色液と含浸膜１
２との親和性が最も高くなる様に各部材を組み合わせて
いるので、色残りすることはない。

【００３７】以上の様に、この例では、アルミニウム電
極１９の駆動により黒色の着色液を白色の不透明多孔質
フィルム１１の中に染み出させることにより、白と黒の
画素の組み合わせで画像や文字を表示することができ
る。更に、アルミニウム電極１９の変形量を電圧で調整
することによって中間色の表示も可能である。この例で
は、着色液を直接出し入れしているので、コントラスト
が十分大きく、白色状態での反射率を大きくすることが
可能で、謂ゆるペーパーライクの表示特性が実現でき
る。

【００３８】（例５）本発明の実施の形態の第五の例の
反射型表示素子は、着色液として第四の例（図５）にお
けるシリコンオイルの代わりにネマチィク液晶（Ｍｅｒ
ｋ社製、Ｅ−７）を使用している。それ以外の構成につ
いては、第四の例と同様である。

【００３９】アルミニウム電極１９（画素電極）に交流
電圧（５０Ｈｚ）が印加されていない状態では、ガラス
基板１３側から見て、この反射型表示素子は白く見え
る。特定のアルミニウム電極１９に交流電圧を印加する
と、液晶がアルミニウム電極１９と透明電極２０との間
に引き寄せられ、含浸膜１２の中から多孔質フィルム１
１の中に染み出して、反射型表示素子は、ガラス基板１
３側から見て、黒く着色される。電圧の印加をやめる
と、元に戻る。着色液と含浸膜１２との親和性が最も高
くなる様に各部材を組み合わせているので、色残りする
ことはない。

【００４０】以上の様に、この例では、アルミニウム電
極１９の駆動によって黒色の着色液を白色の不透明多孔
質フィルム１１の中に染み出させることにより、白と黒
の画素の組み合わせで、画像や文字を表示することがで
きる。また、液晶の染み出し量を電圧あるいは周波数で
調整することによって、中間色の表示も可能である。こ
の例では、着色液体を直接出し入れしているので、コン
トラストが十分大きく、白色状態での反射率を大きくす
ることが可能で、謂ゆるペーパーライクの表示特性が実
現できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の反射型表示
素子は、非常に簡単な動作原理に基いて画像等を表示し
ているので、入射した光を有効に利用するとともに、高
いコントラストの表示を実現することが可能で、特に、
携帯情報機器に用いられる低消費電力型のディスプレイ
として優れた特性を備えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第一の例の反射型表示素
子の断面を示す概略構成図。

【図２】本発明の実施の形態の第一の例の反射型表示素
子の動作状態を示す概念図。

【図３】本発明の実施の形態の第二の例の反射型表示素
子の断面を示す概略構成図。

【図４】本発明の実施の形態の第三の例の反射型表示素
子の断面を示す概略構成図。

【図５】本発明の実施の形態の第四の例の反射型表示素
子の断面を示す概略構成図。

【符号の説明】

１１・・・白色の不透明多孔質フィルム、 １２・・・着色液を保持する含浸膜、 １３・・・ガラス基板（保護基板）、 １４・・・ダイアフラム、 １５・・・圧電板（駆動手段）、 １６・・・各画素間の仕切り部材、 １７・・・着色液、 １８・・・各画素の間の空間部、 １９・・・アルミニウム電極（画素電極）、 ２０・・・透明電極。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不透明な多孔質フィルムと、 この多孔質フィルムの裏面に配置された着色液の層と、 この着色液の層の裏面に沿って二次元的に配列され、前
   記着色液を前記多孔質フィルムの裏面から前記多孔質フ
   ィルムの中へ可逆的に出し入れする駆動手段とを備え、 前記各駆動手段を各画素に対応させて、前記駆動手段を
   各画素毎に制御することにより画像を表示することを特
   徴とする反射型表示素子。
2. 【請求項２】 前記着色液の層には各画素に対応させた
   仕切り部材は設けられておらず、隣接する各画素間で互
   いに影響を与えることがない様に前記着色液の粘度が調
   整されていることを特徴とする請求項１記載の反射型表
   示素子。
3. 【請求項３】 前記着色液の層には各画素に対応させて
   仕切り部材が設けられ、複数種類の着色液を前記各画素
   に割り当てることによってカラー表示を行うことを特徴
   とする請求項１記載の反射型表示素子。
4. 【請求項４】 前記多孔質フィルムと前記着色液とのな
   す接触角が、３０度以上であることを特徴とする請求項
   １から請求項３のいずれかに記載の反射型表示素子。
5. 【請求項５】 前記多孔質フィルムと前記駆動手段との
   間に含浸膜が配置され、前記着色液はこの含浸膜によっ
   て保持されることを特徴とする請求項１から請求項３の
   いずれかに記載の反射型表示素子。
6. 【請求項６】 前記含浸膜と前記着色液とのなす接触角
   が、前記多孔質フィルムと前記着色液とのなす接触角よ
   りも小さいことを特徴とする請求項５記載の反射型表示
   素子。
7. 【請求項７】 前記多孔質フィルムの表面側に透明な保
   護基板を備え、この保護基板と前記着色液とのなす接触
   角が、前記多孔質フィルムと前記着色液とのなす接触角
   より大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のい
   ずれかに記載の反射型表示素子。
8. 【請求項８】 前記着色液は液晶物質を含有し、前記多
   孔質フィルムの表面側に透明電極を配置するとともに、
   前記駆動手段を各画素に対応して配置された画素電極で
   構成し、この画素電極と前記透明電極との間に電界を掛
   けることによって、前記着色液を前記多孔質フィルムの
   裏面から前記多孔質フィルムの中へ可逆的に出し入れす
   ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに
   記載の反射型表示素子。