(57)【要約】【課題】外部エネルギーがなくても画像を保持でき、高耐久性かつ高彩度の画像を形成でき、構造が簡単で、小型化が可能な表示装置、画像表示装置およびそのような表示方法を提供する。【解決手段】着色流体移動部１２が貫通した支持基板１０の両面に、凹型空隙状の表示部７０と着色流体収容部８０とを備えた透明基板４０，５０を積層する。表示部７０底部、着色流体収容部８０天井部にあたる支持基板１０上にはそれぞれ第一のヒータ２０、第二のヒータ３０が配設されており、着色流体収容部８０および着色流体移動部１２に着色流体６０が収容されている。駆動回路９０により第一のヒータ２０を第一の温度に、第二のヒータ３０を第二の温度にそれぞれ調節すると、両ヒータ２０，３０に跨って接触している着色流体６０に熱毛管圧差が作用し、この熱毛管圧差により着色流体６０を移動させて表示装置１の画像表示状態を制御する。【選択図】図１
2004294557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板の面上に設けられた空隙状の表示部と、
前記表示部に配設された第一のヒータと、
前記表示部に供給する着色流体を収容する着色流体収容部と、
前記表示部と前記着色流体収容部との間に配設された着色流体移動部と、
前記着色流体収容部に配設された第二のヒータと、
前記第一のヒータおよび前記第二のヒータの少なくとも一方を温度調節して、前記表示部または着色流体収容部の温度と前記着色流体移動部の温度とにおける前記着色流体の熱毛管圧差により、前記着色流体を前記着色流体移動部と前記表示部との間で移動させる着色流体駆動手段と
を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記表示部が、前記支持基板の一方の面と、前記支持基板の一方の面上に積層された透明基板との間に形成されており、
前記第一のヒータが、前記表示部の底部に配設され、
前記着色流体収容部が、前記支持基板の他方の面と、前記支持基板の他方の面上に積層された透明基板との間に形成された空隙であり、
前記第二のヒータが、前記支持基板の他方の面上に配設され、
前記着色流体移動部が、前記支持基板を貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部との間を連通させる貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示部および前記着色流体収容部が、それぞれ下記の関係を満たすものであることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
２σ０  （１／ｄｂ  ＋１／Ｗｂ  ）＞２σ１  （１／ｄａ  ＋１／Ｗａ  ）      （１）
（式中、σ０  は第一の温度における表面張力を表し、ｄａ  は表示部または着色流体収容部の深さを表し、Ｗａ  は表示部または着色流体収容部の幅を表し、σ１  は第二の温度における表面張力を表し、ｄｂ  は着色流体移動部の深さを表し、Ｗｂ  は着色流体移動部の幅（直径）を表す。）
【請求項４】
前記表示部および前記着色流体収容部が、それぞれ下記の関係を満たすものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
２σ（１／ｄａ  ＋１／Ｗａ  ）−２σ（１／ｄｂ  ＋１／Ｗｂ  ）＞αρＬ  （２）
（式中σは表面張力を表し、ｄａ  は表示部または着色流体収容部の深さを表し、Ｗａ  は表示部または着色流体収容部の幅を表し、ｄｂ  は着色流体移動部の深さを表し、Ｗｂ  は着色流体移動部の幅（直径）を表し、αは表示部から着色流体移動部に移動するときの着色流体の加速度を表し、ρは着色流体の密度を表し、Ｌは表示部の着色流体移動方向の長さを表す。）
【請求項５】
前記支持基板が、表示部と着色流体収容部とを連通させる空気循環路を更に具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記表示部、前記着色流体収容部、および着色流体移動部のうちの少なくとも一つの内壁には撥インク処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記着色流体移動部の投影面積が、前記表示部の投影面積の５０パーセント以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記表示部が、前記着色流体移動部に対応する部分に遮光マスクを備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記第一のヒータおよび前記第二のヒータが、前記着色流体移動部または前記空気循環路の内壁面の少なくとも一部まで延設されていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の表示装置を複数台配列してなるセグメントを複数個マトリックス状に配列したセグメント行列と、
前記セグメント行列の各行に沿って配設され、前記ヒータと接続された横配線と、
前記セグメント行列の各列に沿って配設され、前記ヒータと接続された縦配線と、
前記各横配線および前記各縦配線と接続され、前記各表示装置を駆動することにより前記セグメント行列上に画像を形成させる駆動回路と
を具備することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
支持基板と、
前記支持基板の一方の面上に形成された空隙状の表示部と、
前記支持基板の他方の面上に形成された空隙状の着色流体収容部と、
前記表示部の一方の端に設けた開口部から前記支持基板を厚さ方向に貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部とを連通させる第一の着色流体移動部と、
前記表示部の他方の端に設けた開口部から前記支持基板を厚さ方向に貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部とを連通させる第二の着色流体移動部と、
前記第一の着色流体移動部の内壁面上に配設された第一のヒータと、
前記第二の着色流体移動部の内壁面上に配設された第二のヒータと、
前記着色流体収容部に収容された着色流体と、
前記第一のヒータを第一の温度に、前記第二のヒータを第二の温度にそれぞれ温度調節し、前記第一の温度と第二の温度とにおける前記着色流体の熱毛管圧差により、前記着色流体を前記着色流体収容部と前記表示部との間で移動させるインク駆動手段と
を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
表示部を第一の温度に温度調節すると共に着色流体移動部の温度を前記第一の温度より高い第二の温度に温度調節することにより、前記表示部内に収容された着色流体と前記着色流体移動部に収容された着色流体との間で熱毛管圧差を生ぜしめ、この熱毛管圧差により前記着色流体を前記表示部と前記着色流体移動部との間で移動させ、それにより前記表示部に画像を表示させることを特徴とする表示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表示装置および表示方法に係り、特にフラットパネルディスプレイのような薄型画像表示装置に用いる表示装置、画像表示装置および表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、パーソナルコンピュータや携帯情報端末（ＰＤＡ）等の情報端末機器やカーナビゲーションシステムの画像表示装置として液晶表示装置（ＬＣＤ）が広く用いられている。ＴＦＴに代表される液晶表示装置は応答速度が速く、鮮明なカラー画像の動画を表示できるという利点がある反面、低収率で製造費用が嵩むため製品の価格が高い、消費電力が高い、画像保持に電力を要する、視野角が狭い、等の欠点がある。
【０００３】
そのため、液晶表示装置の代替品として様々な方式の画像表示装置が提案されている。例えば、液体の膜沸騰現象を利用して画像のオン／オフを切替える表示装置が提案されている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。また、セグメント内のインクを熱的に膨張或いは収縮させたり、ダイアフラムを機械的に駆動することにより画像表示部にインクを出し入れして画像のオン／オフを切り替える表示装置を提案するものもある（例えば特許文献３参照）。さらに、一部を遮光マスクで覆った透光性筐体内に遮光性流体を略半分封入し、外部から赤外線を照射して生じる遮光性流体の表面張力勾配により前記遮光性流体を駆動して光の透過／遮光を切り替える方式の表示装置を提案するものもある（例えば特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１２７６０３号公報
【特許文献２】
特開平５−１２７６０４号公報
【特許文献３】
特開２００１−４２７９４号公報
【特許文献４】
特開２００２−１６９１０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１および２に記載されたような、流体の膜沸騰現象を利用する画像表示装置では膜沸騰の持続時間が１０μｓｅｃと短いため、画像を表示し続けるには１０ｋＨｚ程度の電圧を印加し続けなければならないという問題や、装置の耐久性が低い、表示画像の彩度が低い、等の問題がある。また、前記特許文献３に記載されたような、インクを熱的に膨張或いは収縮させる方式では、液体の熱膨張率が３００〜３５０℃でも高々２％程度と低い。そのため画像表示部の体積に対して相当大きなリザーバータンクが必要となり、装置が大型化するという問題がある。また、ダイアフラムを機械的に駆動する方式では、装置の構造が複雑になり、装置の小型化を阻害する、という問題がある。さらに、前記特許文献４に記載された方式では、遮光マスクにより特定波長の光を遮断するため、一度遮光性流体を移動させて情報を書き込むと、書き込み情報をリフレッシュすることができない、という問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、外部からのエネルギーを供給することなく書き込み情報を保持でき、高耐久性かつ高彩度の画像を形成でき、構造が簡単で、小型化が可能な表示装置、画像表示装置およびそのような表示方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る表示装置では、支持基板と、前記支持基板の面上に設けられた空隙状の表示部と、前記表示部に配設された第一のヒータと、前記表示部に供給する着色流体を収容する着色流体収容部と、前記表示部と前記着色流体収容部との間に配設された着色流体移動部と、前記着色流体収容部に配設された第二のヒータと、前記第一のヒータおよび前記第二のヒータの少なくとも一方を温度調節して、前記表示部または前記着色流体収容部の温度と前記着色流体移動部の温度とにおける前記着色流体の熱毛管圧差により、前記着色流体を前記着色流体移動部と前記表示部または前記着色流体収容部との間で移動させる着色流体駆動手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
前記画像表示装置の一例として、前記表示部が、前記支持基板の一方の面と、前記支持基板の一方の面上に積層された透明基板との間に形成されており、前記第一のヒータが、前記表示部の底部に配設され、前記着色流体収容部が、前記支持基板の他方の面と、前記支持基板の他方の面上に積層された透明基板との間に形成された空隙であり、前記第二のヒータが、前記支持基板の他方の面上に配設され、前記着色流体移動部が、前記支持基板を貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部との間を連通させる貫通孔として形成されたものを挙げることができる。
【０００９】
上記表示装置において、前記表示部および前記着色流体収容部が、それぞれ下記の関係を満たすものであることが好ましい。
２σ０  （１／ｄｂ  ＋１／Ｗｂ  ）＞２σ１  （１／ｄａ  ＋１／Ｗａ  ）      （１）
式中、σ０  は第一の温度における表面張力を表し、ｄａ  は表示部または着色流体収容部の深さ（但し第一のヒータ、第二ヒータの厚さを除く。以下同じ。）を表し、Ｗａ  は表示部または着色流体収容部の幅を表し、σ１  は第二の温度における表面張力を表し、ｄｂ  は着色流体移動部の深さを表し、Ｗｂ  は着色流体移動部の幅を表す。
【００１０】
同様に、前記表示部および前記着色流体収容部が、それぞれ下記の関係を満たすものであることが好ましい。
２σ（１／ｄａ  ＋１／Ｗａ  ）−２σ（１／ｄｂ  ＋１／Ｗｂ  ）＞αρＬ  （２）
（式中σは表面張力を表し、ｄａ  は表示部または着色流体収容部の深さを表し、Ｗａ  は表示部または着色流体収容部の幅を表し、ｄｂ  は着色流体移動部の深さを表し、Ｗｂ  は着色流体移動部の幅（直径）を表し、αは表示部から着色流体収容部に移動するときの着色流体の加速度を表し、ρは着色流体の密度を表し、Ｌは表示部の着色流体移動方向の長さを表す。）。同様に、前記支持基板が、表示部と着色流体収容部とを連通させる空気循環路を更に具備することが好ましい。
【００１１】
同様に、前記表示部、前記着色流体収容部、着色流体移動部のうちの少なくとも一つの内壁には撥インク処理が施されていることが好ましい。同様に、前記着色流体移動部の投影面積が、前記表示部の投影面積の５０パーセント以下であることが好ましい。同様に、前記表示部が、前記着色流体移動部に対応する部分に遮光マスクを備えていることが好ましい。同様に、前記第一のヒータおよび前記第二のヒータが、前記着色流体移動部または前記空気循環路の内壁面の少なくとも一部まで延設されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の画像表示装置は、上記いずれかの表示装置を複数台配列してなるセグメントを複数個行列状に配列したセグメント行列と、前記セグメント行列の各行に沿って配設され前記ヒータと接続された横配線と、前記セグメント行列の各列に沿って配設され前記ヒータと接続された縦配線と、前記各横配線および前記各縦配線と接続され、前記各表示装置を駆動することにより前記セグメント行列上に画像を形成させる駆動回路とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の表示装置は、支持基板と、前記支持基板の一方の面上に形成された空隙状の表示部と、前記支持基板の他方の面上に形成された空隙状の着色流体収容部と、前記表示部の一方の端に設けた開口部から前記支持基板を厚さ方向に貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部とを連通させる第一の着色流体移動部と、前記表示部の他方の端に設けた開口部から前記支持基板を厚さ方向に貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部とを連通させる第二の着色流体移動部と、前記第一の着色流体移動部の内壁面上に配設された第一のヒータと、前記第二の着色流体移動部の内壁面上に配設された第二のヒータと、前記着色流体収容部に収容された着色流体と、前記第一のヒータを第一の温度に、前記第二のヒータを第二の温度にそれぞれ温度調節し、前記第一の温度と第二の温度とにおける前記着色流体の熱毛管圧差により、前記着色流体を前記着色流体収容部と前記表示部との間で移動させるインク駆動手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明の表示方法は、表示部を第一の温度に温度調節すると共に、着色流体移動部の温度を前記第一の温度より高い第二の温度に温度調節することにより、前記表示部内に収容された着色流体と前記着色流体移動部に収容された着色流体との間で熱毛管圧差を生ぜしめ、この熱毛管圧差により前記着色流体を前記表示部と前記着色流体移動部との間で移動させ、それにより前記表示部に画像を表示させることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一例に従う表示装置について説明する。図１は本発明の表示装置１を示した斜視図であり、一つの画素に相当する部分を切り出して示した図である。図２は同表示装置１の平面図であり、図３は同表示装置１を図２中のＡ−Ａ線を通る、紙面に垂直な平面で切断した切断面を表した縦断面図であり、図４は表示装置１の変形例の縦断面図である。
【００１６】
図１乃至図３に示したように、本実施形態に係る表示装置１では、支持基板１０の上下両面にガラス等の板状の透明基板４０，５０が積層されている。支持基板１０を構成する材料は特に限定されない。放熱性が高い材料で形成された支持基板を用いるのが好ましい。例えばシリコン、表面に絶縁膜を形成した金属板、或いは樹脂等が挙げられる。なお、シリコン製の支持基板を用いる場合には、以下に説明する透明基板としてガラス製の透明基板を用いるときに、支持基板１０と透明基板４０，５０とを接合するのに陽極接合を用いることができるという利点がある。
【００１７】
透明基板４０，５０を構成する材料は透明性を有していれば良く、特に限定されない。例えばガラスやアクリル等が挙げられる。支持基板１０の下面側にも透明基板５０を用いることにより、表面側にポジ画像（線を着色流体で表示した画像）として表示させる一方、裏面側にネガ画像（線の背景を着色流体で表示した画像）として表示させることができる。なお、支持基板１０下面側の透明基板５０は透明である必要はない。樹脂やセラミック等の不透明な材料でできたものであっても良い。
【００１８】
透明基板４０，５０と支持基板１０との間には例えば直方体状の空隙として、表示部７０と着色流体収容部８０とがそれぞれ形成されている。表示部７０の底部にあたる支持基板１０の上面には第一のヒータ２０が配設され、着色流体収容部８０の天井部にあたる支持基板１０の下面には第二のヒータ３０がそれぞれ配設されている。支持基板１０のうち表示部７０と着色流体収容部８０との間に挟持された部分の長手方向（図２および図３中左右方向）両端には、着色流体を表示部７０と着色流体収容部８０との間で移動させるための着色流体移動部１２と、表示部７０と着色流体収容部８０との間で空気を循環させるための空気循環路１４とが配設されている。
【００１９】
なお、図示の例では着色流体移動部１２と空気循環路１４とは同形かつ同サイズであり、機能的に互換性がある。このように、空気循環路１４を形成する場合には、前記着色流体移動部と対称的な位置に設けるのが好ましい。このように空気循環路１４を設けることにより、着色流体移動時の表示部７０の内圧の上昇が抑えられ、着色流体を円滑に移動させることができる。
【００２０】
前記着色流体移動部１２の投影面積、即ち着色流体移動部１２開口部の面積は表示部７０の投影面積の５０％以下であることが好ましい。着色流体移動部１２の投影面積を上記割合にすることにより、表示部７０に対して着色流体移動部１２内の着色流体を目立たなくすることができ、より鮮明な画像を形成することができる。
【００２１】
また、図４に示したように、表示部７０のうち、着色流体移動部１２の真上に相当する内壁の位置に遮光マスク１３を形成してもよい。このように着色流体移動部１２に対応する真上の表示部に遮光マスク１３を配設することにより、表示部７０に対して目立たなくすることができ、より鮮明な画像を形成することができる。表示部７０、着色流体移動部１２および着色流体収容部８０の内壁の少なくとも一部に撥インク処理を施してもよい。撥インク処理とは、インクをはじく性質を付与する処理であり、着色流体として水性インクを用いる場合には、撥水処理が「撥インク処理」に相当し、油性インクを用いる場合には、親水性処理が「撥インク処理」に相当する。内壁に撥インク処理を施すことにより着色流体の内壁面への付着が抑えられ、着色流体を円滑に移動させることができる。
【００２２】
第一のヒータ２０，第二のヒータ３０を構成する材料としては、特に限定されないが、通常のサーマルインクジェットで用いられる公知の材料、例えば特許第３１９４４６５号公報に記載されたＴａ−Ｓｉ−Ｏ等の三元合金薄膜抵抗体で、その組成が６４〜８５原子％のＴａ、５〜２６原子％のＳｉ、および６〜１５原子％のＯを含む合金を挙げることができる。
【００２３】
なお、前記第一のヒータ２０および第二のヒータ３０は互いに熱的に絶縁されていれば、図４に示したように、前記着色流体移動部１２および空気循環路１４の各内壁面にまで延設されて各内壁面の一部又は全部を覆っていてもよい。このように第一のヒータ２０、第二のヒータ３０を着色流体移動部１２や空気循環路１４の少なくとも一部まで延設することにより、着色流体移動部１２や空気循環路１４の内部にある着色流動体が移動し易くなり速やかに画像形成することができる。
【００２４】
着色流体収容部８０および着色流体移動部１２には着色流体６０が収容される。本発明で用いる着色流体６０は特に限定されない。例えば通常のサーマルインクジェットプリンタ用に用いる公知のインクを用いることができる。第一のヒータ２０が維持する第一の温度は例えば、５〜３０℃であるのが好ましい。また、第二のヒータ３０が維持する第二の温度は３５〜１００℃であるのが好ましい。また、第一の温度と第二の温度との温度差は３０〜７０℃であるのが好ましい。第一の温度と第二の温度との温度差が小さすぎると着色流体６０を移動させるほどの毛管圧差が発生しないためであり、温度が高すぎると加熱するのに大きなエネルギーを必要としてコスト的、装置の構造的に不利になるためである。
【００２５】
以下、本発明の表示装置の作動原理について説明する。本発明の表示装置１において、着色流体収容部８０に収容された着色流体６０を駆動して空の状態の表示部７０に進入させるためには以下の式で示される関係を満たしていることが必要である。
２σ０  （１／ｄｂ  ＋１／Ｗｂ  ）＞２σ１  （１／ｄａ  ＋１／Ｗａ  ）      （１）
式中、σ０  は第一の温度における表面張力を表し、ｄａ  は表示部７０または着色流体収容部８０の深さ（但し、第一のヒータ、第二のヒータの厚さを除く。以下同じ。）を表し、Ｗａ  は表示部７０または着色流体収容部８０の幅（紙面に垂直方向の寸法）を表し、σ１  は第二の温度における表面張力を表し、ｄｂ  は着色流体移動部１２の深さを表し、Ｗｂ  は着色流体移動部１２の幅（直径）を表す。
【００２６】
式（１）中の右辺は図２および図３に示した表示装置１の表示部７０内に存在する着色流体６０に作用する熱毛管圧（以下、この熱毛管圧を「Ｐ１」と表す場合がある。）であり、同左辺は表示装置１の着色流体移動部１２内に存在する着色流体６０に作用する熱毛管圧（以下、この熱毛管圧を「Ｐ２」と表す場合がある。）である。結局、式（１）は熱毛管圧差（Ｐ１−Ｐ２）が正のときに着色流体６０が表示部７０から着色流体移動部１２へ駆動できることを意味する。
【００２７】
ここで、式（１）の両辺の括弧内の値は表示装置に固有の値であり、Ｐ１とＰ２の大小関係はこれらの値とσ０  とσ１  との関係により定まる。表面張力σ０  ，σ１  は着色流体６０の温度により変化し、一般に、温度が高いほど流体の表面張力は低下する。そのため、第一のヒータ２０および第二のヒータ３０の温度を適宜調節することによりＰ１とＰ２との大小関係を調節でき、これにより着色流体６０の移動方向を制御できる。すなわち、第一のヒータ２０の温度と第二のヒータ３０の温度を適宜調節することにより、着色流体６０の移動方向や移動速度を制御して表示部７０と着色流体移動部１２、ひいては着色流体収容部８０との間を出し入れし、画像表示のオン／オフを制御する。
【００２８】
以下、本発明の表示装置１において、一旦形成した画像を保持するための条件について説明する。かかる条件は下記の式で示される。
２σ（１／ｄａ  ＋１／Ｗａ  ）−２σ（１／ｄｂ  ＋１／Ｗｂ  ）＞αρＬ  （２）
式中σは表面張力を表し、ｄａ  は表示部７０（着色流体収容部８０）の深さを表し、Ｗａ  は表示部７０（着色流体収容部８０）の幅を表し、ｄｂ  は着色流体移動部１２の深さを表し、Ｗｂ  は着色流体移動部１２の幅（直径）を表し、αは表示部７０から着色流体移動部１２に移動する着色流体６０の加速度を表し、ρは着色流体６０の密度を表し、Ｌは表示部７０の着色流体移動方向の長さを表す。
【００２９】
式（２）中の２σ（１／ｄａ  ＋１／Ｗａ  ）は着色流体６０を着色流体移動部１２から表示部７０に移動させる熱毛管圧であり、図３の表示部７０で着色流体６０に作用する左向きの力である。式（２）中の２σ（１／ｄｂ  ＋１／Ｗｂ  ）は着色流体６０を表示部７０側から着色流体移動部１２側に移動させる熱毛管圧であり、図３の表示部７０で着色流体６０に作用する右向きの力である。式（２）中の右辺は、表示部７０側から着色流体移動１２側に着色流体６０を移動させる力（外乱）であり、図３の表示部７０で着色流体６０に作用する右向きの力である。結局、式（２）は前記「右向きの力」より「左向きの力」が大きいことが必要であることを示している。
【００３０】
式（２）の条件を満たすためには、ｄａ  、Ｗａ  、ｄｂ  、Ｗｂ  およびＬ等の定数を設計時に適宜選択する方法が挙げられる。式（２）が成立するように上記定数を決定すれば、常温で画像を保持することができ、外部から電力等のエネルギーを供給しなくとも画像を保持できる。また、（２）式の左辺の第１項と第２項とでσの値を適宜変更、即ち、第一のヒータ２０、第二のヒータ３０の温度を適宜調節することによって画像を保持するようにすることもできる。
【００３１】
次に本発明の表示装置の動作について説明する。図５は本発明の表示装置１の作動状態を示した縦断面図である。図５（ａ）は表示部７０内に着色流体６０が進入していない状態を示しており、透明基板４０に画像が表示されていない状態に対応する。図５（ａ）の状態で図示しない配線を介して第一のヒータ２０、第二のヒータ３０の少なくとも一方に通電し、第一のヒータ２０を第一の温度に、第二のヒータ３０を第二の温度にそれぞれ温度調節する。
【００３２】
このとき上記式（１）の関係を満たすような温度（従ってσ０  ，σ１  ）にすると、着色流体移動部１２の上部に位置する着色流体６０は第一の温度となり（あるいは室温に維持すると）、表面張力はσ０  となる。着色流体移動部１２上部の着色流体６０には、２σ０  （１／ｄｂ  ＋１／Ｗｂ  ）で表される熱毛管圧Ｐ２が作用し、着色流体６０を表示部７０方向に吸引する力として作用する。
【００３３】
一方、第二のヒータ３０を第二の温度に温度調節すると、着色流体収容部８０ひいては着色流体移動部１２内に収容されている着色流体６０には表面張力σ１  が作用し、２σ１  （１／ｄａ  ＋１／Ｗａ  ）で表される毛管圧Ｐ１が着色流体６０を着色流体収容部８０内に吸引する力として作用する。結局着色流体移動部１２および着色流体収容部８０内の着色流体６０には上記２つの毛管圧Ｐ１とＰ２とが作用して、着色流体６０を反対方向に引き合う。このとき、上記式（１）からＰ２＞Ｐ１であるため、熱毛管圧差（Ｐ２−Ｐ１）が着色流体６０を表示部７０方向に吸引する力として作用する。その結果、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示したように着色流体６０は表示部７０の方向に移動して表示部７０内を満たす。こうして透明基板４０の上面には着色流体６０の移動による画像（画素）が形成される。
【００３４】
次に、一旦透明基板４０上に形成された画像を消去する動作について説明する。画像を消去する動作は、上記の動作により表示部７０内に移動した着色流体６０を着色流体移動部１２、ひいては着色流体収容部８０に移動させることにより行う。そのためには、図５（ｄ）に示した状態で、所定の電力を第一のヒータ２０、第二のヒータ３０に供給する。このときの条件は先程と同様にしてＰ１＞Ｐ２、即ち、
２σ０  （１／ｄｂ  ＋１／Ｗｂ  ）＞２σ１  （１／ｄａ  ＋１／Ｗａ  ）      （３）
の関係を満たすようなσ０  、σ１  を与える温度に第一のヒータ２０および第二のヒータ３０の少なくとも一方を温度調節する。そのような温度に第一のヒータ２０、第二のヒータ３０を温度調節することにより、Ｐ１−Ｐ２で表される熱毛管圧差が、図５（ｄ）の表示部７０内を満たした着色流体６０を着色流体移動部１２、ひいては着色流体収容部８０内に吸引する力として作用する。その結果、図５（ｅ）中の矢印で示した方向に着色流体６０が移動して、図５（ａ）に示したように表示部７０内が空になり、着色流体収容部８０内に着色流体６０が収容される。
【００３５】
以上説明したように、本発明の表示装置では、表示部に移動させた着色流体で画像を表示するため、液晶表示装置のような偏光板を必要としない。そのため、高反射率と高視野角とを備えた視認性の高い画像を表示することができる。また、熱毛管圧差を利用して着色流体を前記表示部に出し入れするので、画像を保持するのに電力を必要としない。さらに、熱毛管圧差により着色流体を駆動するので、表示部における着色流体の保持力が高く、表示部に形成した画像の耐久性が高い。また、着色流体の熱膨張現象を利用しないので、各表示装置内の着色流体の保持量を少なく抑えることができ、ひいては表示装置を小型化することができる。
【００３６】
次に、本発明の表示装置１を用いて形成した画像表示装置について説明する。図６は本発明の画像表示装置１００の概略構成を示した図である。図６に示したように、この画像表示装置１００では、複数の画像表示素子が基板１０２上にマトリックス状に規則正しく配列されている。各画像表示素子は表示装置が複数個、例えば３個ずつ並べて配設されている。図６の小円Ｂは画像表示装置１００上に配列された画像表示素子の一つを拡大した部分拡大図である。図６の小円Ｂに示したように、各画像表示素子は３個の表示装置１００１ａ，１００１ｂ，１００１ｃから構成されており、表示装置１００１ａはＣ（シアン）に、表示装置１００１ｂはＭ（マゼンタ）に、表示装置１００１ｃはＹ（イエロー）にそれぞれ対応して発色するようになっており、全体としてフルカラー画像を表示できる構成となっている。
【００３７】
図６に示したように、各表示装置１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃは上記第一の実施形態の表示装置１と同様に、それぞれ支持基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃ上に第一のヒータ２０ａ，２０ｂ，２０ｃが配設され、支持基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃには着色流体移動部１２ａ，１２ｂ，１２ｃと空気循環路１４ａ，１４ｂ，１４ｃがそれぞれ形成されている。なお、図６中、透明基板は省略してある。各表示装置１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃには図示しない配線が接続されており、この配線を介して横配線１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，…、および縦配線１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，…と接続され、他端側で駆動回路９０と接続されている。画像信号に基づいて、表示装置１００１ａではシアンの着色流体を出入りさせ、表示装置１００１ｂではマゼンタの着色流体を出入りさせ、表示装置１００１ｃではイエローの着色流体を出入りさせる。
【００３８】
このように本発明の表示装置を複数個配列して画像表示素子を形成し、更にこの画像表示素子をマトリックス状に配列して駆動回路９０で駆動することにより、フルカラー画像を形成する画像表示装置を得ることができる。このような画像表示装置では、一旦形成した画像を保持するのに電力等を必要としないので、紙のようにそのまま保存することができる。また、画像の書き込み時や消去時以外には電力等を供給する必要がないので、駆動回路と着脱可能にすることができ、安価かつ小さいスペースで多数の画像表示装置を保存することができる。
【００３９】
表示部７０の底部すなわち第一のヒータ２０上面と着色流体６０との関係については、モノカラー表示する場合、表示部７０の底部を白色にして着色流体６０として黒色インクを用いる方法と、表示部７０の底部を黒色にして着色流体６０として白色インクを用いる方法とが考えられる。
【００４０】
一方、上記のようにモノカラー表示する場合には、図６の表示装置１００１ａ，１００１ｂ，１００１ｃにおいて、表示部７０の底部を黒色にする一方、表示装置１００１ａ〜１００１ｃで用いる着色流体６０をＲＧＢ又はＣＭＹの三色の一色ずつを振り分ける方法と、表示装置１００１ａ〜１００１ｃの各表示部の底部にＲＧＢ又はＣＭＹの三色の一色ずつを振り分けると共に、着色流体６０として黒色インクを用いる方法とが考えられる。
【００４１】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図７は本実施形態に係る表示装置を示した斜視図である。図７に示したように、この表示装置では、第一のヒータ２０と第二のヒータ３０とを支持基板１０の両表面に配設する代わりに、支持基板１０の表示部の両端に２つの着色流体移動部１４０，１４２を設け、これらの着色流体移動部１４０，１４２の内壁に第一のヒータ２１０と第二のヒータ２１２とを設けたこと以外は前記第一の実施の形態に係る表示装置と同じ構成である。
【００４２】
このように本実施形態に係る表示装置では、表示装置内の着色流体を温度調節する第一のヒータ２１０と第二のヒータ２１２とを着色流体移動部１４０，１４２の内壁に設けたので、ヒータ表面を塗料等で覆う必要がなく、着色流体を効率良く温度調節することができる。
【００４３】
【実施例】
次に本発明の実施例について説明する。本実施例では、上記第一の実施形態で説明した構造を備えた２台の表示装置Ｎｏ．１およびＮｏ．２を用いて画像表示の実験を行った。表示装置Ｎｏ．１およびＮｏ．２の各部の寸法は下記の表１に示した値であった。これらの表示装置Ｎｏ．１、Ｎｏ．２はいずれも上記インク移動条件式（１）およびインク保持条件式（２）の関係を満たしている。
【００４４】
これらの表示装置Ｎｏ．１、Ｎｏ．２を用いて画像表示を試みたところ、首尾良く作動することが確認された。この結果から上記式（１）および（２）の条件を満たしている場合に表示装置が的確に作動することが実証された。
【表１】
2004294557.tif 000003
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、外部からエネルギー供給がなくても画像を保持でき、高耐久性かつ高彩度の画像を形成でき、構造が簡単で、小型化が可能な表示装置、画像表示装置およびそのような表示方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の斜視図である。
【図２】本発明の表示装置の平面図である。
【図３】本発明の表示装置の縦断面図である。
【図４】本発明の表示装置の変形例の縦断面図である。
【図５】本発明の表示装置の作動状態を示した断面図である。
【図６】本発明の画像表示装置の平面図である。
【図７】本発明の第二の実施形態に係る表示装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０  支持基板
１２  着色流体移動部
１３  遮光マスク
１４  空気循環路
１６  横配線
１８  縦配線
２０  第一のヒータ
３０  第二のヒータ
４０  透明基板
５０  透明基板
６０  着色流体
７０  表示部
８０  着色流体収容部
９０  駆動回路（駆動手段）
１００  画像形成装置
【図１】
2004294557.tif 000004
【図２】
2004294557.tif 000005
【図３】
2004294557.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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