【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]本発明は画像表示方法の改良 に関する。現在、各種の画像表示装置があり、各々の特色を生かし
て、あるものは家庭用（個人用）として、あるものは業
務用として、またあるものは家庭用（個人用）から業務
用に至るまで広く利用されている。しかしながら、これ
らの画像表示装置は画質、装置の形状、生産性、駆動性
、信頼性等の面のうち、少なくともいずれかの点で欠陥
を有している。例えば、陰極線管（ＣＲＴ）は形状、％
に奥行が大きすぎるという欠陥を有し、また、時計や電
卓のデジタル表示に使用される液晶表示器は画像のコン
トラストが悪く、見えがよくない等の欠陥があり未だ満
足できるものは得られていない。そこで、本出願人はかかる技術分野におけるこのような
問題点を解決すると共に従来にない表示効果を現出する
新規な画像表示方法及び画像表示素子並びに画像表示装
置を先に提案した。以下、この提案に係る画像表示素子の作像原埋を第１図
から第６図の図面に基づいて説明する。＠１図は基本と
なる画像表示素子ｌＯの断面図で、同図（Ｒ）は反射型
、同図（ｂ）は透過型の場合を示す。ｌは液層、２．３
はそれぞれこの液層ＩＫ積層された透明保護板と基板で
ある。４は基板３の内壁に付設されたドツト状あるいは
セグメント状の気泡発生要素である。液層ｌを構成する
液体としThe present invention relates to improvements in image display methods. Currently, there are various image display devices, and by taking advantage of the characteristics of each, some are suitable for home (personal) use, some are for commercial use, and some are suitable for home (personal) to commercial use. It is widely used. However, these image display devices have defects in at least one of aspects such as image quality, device shape, productivity, drivability, and reliability. For example, a cathode ray tube (CRT) has a shape, %
In addition, liquid crystal displays used for digital displays on watches and calculators have defects such as poor image contrast and poor visibility, and so far no satisfactory product has been obtained. do not have. Therefore, the present applicant has previously proposed a new image display method, image display element, and image display device that solves these problems in the technical field and provides unprecedented display effects. Hereinafter, the image forming source of the image display element according to this proposal will be explained based on the drawings of FIGS. 1 to 6. Figure @1 is a cross-sectional view of the basic image display element IO, where (R) shows a reflective type, and (b) shows a transmissive type. l is liquid layer, 2.3
are the transparent protection plate and substrate laminated with this liquid layer IK, respectively. Reference numeral 4 denotes a dot-shaped or segment-shaped bubble generating element attached to the inner wall of the substrate 3. The liquid that constitutes the liquid layer l
【は（ｉ）着色液体と■白濁液体があり、これ
らの液体の基本組成分として水あるいは各種有機溶剤が
単独にまたは混合して用いられる。ここで、■着色液体
とは、上に述べた液体の基本組成分の中に各種の染料、
顔料を溶解または分解させて得られる、黒色を含めた有
色液体を言い、光透過性であるか否かは問わない。■白
濁液体とは、同じく上に述べた液体の基本組成分の中に
光拡散性微粒子（これは固形分であるか否かは問わない
）を分散して得られる白色または淡色の液体を胃う。液
層１の厚さとしては、透過光量が入射光量の概ね、半分
以下になるような厚さ、一般的には、１０μｍ〜３００
μｍが望ましい。なお、このとき透過光量の減少は可視
域の全波長にわたることを要しない。つまり、可視域の
一部の波長光の減少であってもよい。可視域の一部の波
長域の吸収によって、赤、青、緑の着色が生ずることを
考えれば轟然である。しかしながら、この透過光景の減
少は、光の吸収あるいは散乱の何れに起因するものであ
ってもよい。透明保護板２としては、できる限り耐圧性
であり、無色ないし淡色の透光性のガラスやプラスチッ
クが用いられる。なお、この透明保護板２は、表示素子
１０を水平に配置するときには使用しない場合もある。基板３としては、透過型表示の場合においてはガラスや
プラスチック郷の透明性の基板が、また反射型表示の場
合においては上記基板以外にシリコンやセラミックスの
基板等の不透明な基板が用いられる。気泡発生要素４と
しては、電気分解反応を利用するもの、化学反応を利用
するもの、気体を液層１中に注入する方式、熱的手段に
よるもの等がある。また、熱的手段にも、放電によるも
の、輻射線ｅ−ムの照射によａもの、ジュール熱による
もの等がある。本発明は泡発生要素４としてはジュール
熱によるもののみを取扱ううさらにこの住僧原理は透過
型表示、反射型表示の〜・ずれをも可能とするものであ
るが、以下の説明においては透過型表示の場合を取扱う
。すなわち、＠１図（ｂ）において基板３を透明性基板
と１〜、気泡発生１！！素４として透明発熱素子を用い
た構成とし、基板３の側から背後光３０を照射する場合
を考える。液ｒｉ４ｉ内に気泡が生じていなければ、液層１０色を
なす着色液体が黒色なら黒色に１赤色ながらの電気信号
の印加により所宇の（−または複数の）気泡発生要素４
である透明発熱素子が発熱すると、これに接１．、ある
いは近接している液層１内の液体は熱伝導加熱により昇
温し、終には沸騰して液層ｌ内に蒸気泡（以下・マブル
と言う）５が形成される。一般に、透明発熱素子の形状
（長さおよび幅または直径）が液層ｌの厚さよりも大き
ければ、小さい場合に比べ／々プル５は透明保呵板２の
内側表面に容易に到達する。すなわち、基板３と透明保
護板２の間に着色液体が存在しない領域が現われる。こ
の・々プル５を開孔として背後光３０は透明保糧板２の
側にまで透過する。ノセブル５は一般に、透明発熱素子
の面上いっばい広がるが、それ以上には殆んど広がらな
い。すなわち、透明発熱素子の輪郭が、２プル５、つま
り開口の輪郭であると近似的に考えてよい。ただし透明
発熱素子いっばいに広がる・セブル５は単一のｄプルで
あることもあるが、複数の・セブルの集合であることも
ある。開孔は透明発熱素子の大きさおよび形状によって
決まり、直径が１０μｍから放電のものまでは勿論、幅
１ ｍｍ、長さ１０ｍ等の長方形のものもできる。望む
なら、それ以上のものも形成できることは勿論である。この種のノ々プル５に光透過作用があるのは、・々プル
５を組成スる蒸気が着色液体または白濁液体の成分であ
る溶媒の蒸気であり着色剤の蒸気でないからである。背後光３０は、上記のように、意識的に照射する場合に
限らず、自然光や室内光あるいはそれらの反射光等のい
ずれでもよい。さらに、表示効果を得るためにはＡプル
５が透明保■板２まで到達することを必ずしも要件とし
ない。・々プル５が透明保護板２まで到達しない場合に
は、濃淡差によって作像（表示）が行なわれる。以上に述べた住僧原理の応用例として、ドツトマトリッ
クス表示方式による画像表示素子の概略構成の１例を第
２図ないし第４図に示す。第２図（ａ）はドツトマトリックス表示方式による画像
表示素子の平面図、第２図（ｂ）はそのＩ、−Ｉ。断面の断面図である。ｚ、３′はそれぞれ第１図の透明
保護板２、基板３と同じ機能を有する保護板と透明基板
である。自−発泡点、即ち表示点以外の領域を金属等の
導体４′で被膜された透明発熱抵抗線で、保＠膜１と基
板３′の間に複数個、二次元的に配列されている。透明
発熱抵抗線１′は透明発熱抵抗体、例えばＩＴＯ（イン
ジウム・ティン・オキサイド）を真空蒸着法により成膜
することにより得られる。そしてその上に金属、例えば
Ａｕ （金）・を真空ス・ぞツタリング法により成膜す
る。金属膜は必ずしも透明である必要はないが、透過率
５０％以上の透過性を得たい場合には、Ａｕの場合で１
００λ〜２００λの厚さが必要である。通常は約３０λ
のクロム膜がＩＴＯ膜と金膜の接着剤として付けられる
。また、身碍基板３′にソーダガラスを用いる場合には、
ＩＴＯの化学的損傷を防止するためにソーダガラスの上
にｓｉｏ、（二酸化シリコン）が被膜される。第２図の
ようなパターン形状（透明発熱抵抗素子の寸法が１０μ
ｍＸ１０μ電から１卯Ｘ １ ｍ ）は通常の写真食刻
技術により容易に得られる。ここで、透明発熱抵抗素子
とは透明発熱抵抗線１′のうち、金属等の導体４′で被
膜されていない箇所、即ち発熱箇所を意味する。しが′
しながら、第２図に示すような導体４′は必ずしも必要
ではなく、製作加工上はない方が望ましいが、消費電力
の浪費を躊けるためＫは必要である。さらに１透明発熱
抵抗素子および導体４′の損傷を防ぎ、耐久性を増加す
るためＫは厚さ数μｍの保８１１１１２’でこれらを被
膜するのがよい。保■ＷＩ４２′としては、透明性（反射型表示の場合は
要件でない）、絶縁性、耐液性、熱伝導性、耐衝撃性に
優れたものが望まれる。このような要件を満たすものと
して〜Ｓ ｔ ＯｌＳ ｉＯ，等の誘電体がある、第３図は第１図および第２図の表示素子の構成要素を組
合わせて得られた画像表示素子の概略構造を示す断面図
である。透明発熱抵抗線１’ａ、ｌ’ｂが液層１を挟ん
で直交し、その交点において両方の透明発熱抵抗素子が
対向するように配設されている。この表示素子において
は、液層ｌを挟んで互いに直交する発熱抵抗ｌｌｌ１’
ａ。１’ ｂが共に選択されて発熱したときＫのみ、両者の
交差領域におい゛Ｃ液層１中に・々プル５が形成される
ように設計されている。、２０’、２Ｇ’はそれぞれ液
層１の左側の発熱抵抗線、右側の発熱抵抗線の所望の発
熱抵抗線に′ＩＩＩＬ流を供給する画像表示素子駆動回
路である。第４図は第３図のような画像表示素子をマト
リックス駆動する場合の説明図である。この画像表示素
子１０ＩはＸ／、Ｘｍ、Ｘｎ、Ｘｏ、Ｘｐの釘軸の発熱
抵抗線（これらを行導線と呼ぶ）とｙｃ、ｙｄ、ｙｅの
動軸の発熱抵抗線（これらを列導線と呼ぶ）で構成され
ている。行導線Ｘ ｌ ｅ Ｘｍ ＊ Ｘ ｎ ＊ Ｘ ｏ ＊
Ｘ ｐに順次、加熱用電流信号を印加すると、これ等
の行導線に対応する液層（不図示）が順次、線状に加熱
されるが、このとき、加熱の程度を液体の沸点以下にな
るように設定しであるので、液層中に蒸気泡は発生しな
い。一方、加熱用電流信号の印加に同期させながら、列
導線Ｙｃ、Ｙｄ、Ｙｅ４Ｃ対して、所定のビデオ信号を
印加する。このビデオ信号の印加によって、列導＠Ｙｃ
、Ｙｄ、Ｙｅに対応する液層は線状に加熱されるが、こ
の場合にも加熱の程一度を液体の沸点以下に抑えること
を要件とするので、これだけでは対応する液層にノ々プ
ルを生じさせない。しかし、加熱用電流信号とビデオ信
号とが同期した行線と列線との交叉部分においては両者
の発熱により加算的に加熱される。そして加算的に加熱された場合にのみ対応する液層が発
泡するように条件設定しておけば、選択された行線と列
線の交叉部分に・ぐプル５／が形成される。なお、以上の例忙おいて、駆動方式を次の様に変えた場
合にも、全く同様に作像することができる。即ち、行線
にビデオ信号を印加し、列線に加熱用電流信号を印加す
る様に変形しても、効果は全く同じである。このよ５に
第３図に例示した画像表示素子は、マトリックス駆動を
もｎ１能とするものである。上記の如く、ストライプ状
に配列される発熱抵抗線を透明保護板側と基板側の両方
に設置することにより、以下の効果が発生する、（１）製作工程が簡単になり、歩留りが向上する。■ 液層を両側から加温するので、熱効率が良い。勿論、透明保護板と基板のうち、いずれか一つの要素の
みに透明発熱素子をマトリックス状に配列して駆動させ
ることも可能である。第５図がその例である。同図にお
いてｌｌａ、ｌｌｂ。１１ｃ、１１ｄはいずれも行導線であり、１２ａ。１２ｂ、 １２ｃ、 ｌｉｄはいずれも列導線である。そしてこれ等の全ての導線は金、銅、アルミニウム等の
良導体により得られる。行導線と列導線の交差領域の絶
縁層にけ窓（ウィンｒつ）が開けられ発熱抵抗素子１３
ａ、 １３ｂ、 １３ｃ、 １３ｄが埋め込まれている
。このような構成においては、信号に忠実な作像にとっ
て不都合なりロストークの発生を実質的に防止すること
ができる。又、行導線と列導線との交叉部にダイオード
特性を有する発熱抵抗体を配置すれば、完全にクロスト
ークを防止する効果が得られるう？８６図は第５図の両
僧表示゛素“□子の駆動回路の回路図である。 ゛画
像制御信号待゛定−の発生回路１０５の画像制御信号に
よって、行＠選択回Ｍ１０３、列柚選択択回路１０３と
材軸駆動回路１０１ａ、 １０１ｂ、・・・１０１ｍは
複数の信号線により電気的に結合されており、材軸駆動
回路１０１ａ、 １０１ｂ、 ・・・１０１ｍの各出力
端子は所定の行導線と結合している。この出力端子と行導線の結合の仕方は種々あるが、本明
細書に於いては基本的な態様について説明するため、出
力端子は行導線の個数だけあり、一つの出力端子が一つ
の行導線と結合している場合について取扱うつ動軸選択
回路１０４、動軸駆動回路１０２ａ、 １０２ｂ、−１
０２ｎ 及び列導＃ｉ！１２ａ、１２ｂ、４１．１２ｎ
相互の関係も同様である。画像制御信号によって釘軸選
択回路１０’３は特定の釘軸（行導＃りを選択（スイッ
チオン）する。例えば、釘軸選択回路１０３が行導線ｌ
ｉｅを選択すればＩｌｃ行選択信号を発し、それを受け
て材軸駆動回路１０１ｃは行導線１１ｃに釘軸駆動信号
を出力する。一方、画像制御信号の一つであるビデオ信
号が動軸選択回路１０４に入力されると、その指令を受
けて動軸選択回路１０４は所定の動軸（列導１１＃）を
選択する。例えば、動軸選択回路１０４が列導線１２ｄ
を選択すれば、動軸駆動回路１０２ｄは動軸選択回路１
０４から発せられた１２ｄ列選択信号を受けて列導線１
２ｄをスイッチ・オン（導通）状態にする。所定の行導
線に対する釘軸駆動信号の印加中、所定の列導線が動軸
選択回路によって導通状態になればその行導線とその列
導線の交差領域に於ける発熱抵抗素子に電流が流れ／箸
ゾルが生ずる。行導線１１ｃに対する釘軸駆動信号の°
印加に同期して、列導線１２ｄを動軸選択信号によって
導通状択にすれば行導線１１ｃと列導線１２ｄの交差点
に／？ゾルが生ずるつ次Ｋ、行導線ｍが選択され行導線
１１ｍ１Ｃ行軸駆動信号が印加される。それに同期して
列導線１２ｃ、１２ｅが動軸選択信号によって導通状態
にされると、ｌ１ｍと１２ｃ、ｌ１ｍと１２ｅの各々の
交差点（選択点）Ｋ−々プルが生ずる。選択点以外の交差点にもリークｔｍが流れるが一般に発
泡開始電流値以下であるので、ノンブルは生じない。ま
た、発熱抵抗宋子忙ダイオーＰ機能を持たせることによ
りリークＷＬ流をさらに微弱にすることかできる。この
ように、有軸駆動信号を線順次走査し、かつそれに同期
させて動軸選択信号を出力させることにより画俊表示を
行うことができる。なお、動軸選択回路１０４はビデオ
信号による指令を受けて動軸選択信号を出力するもので
あろうこのとき、発熱抵抗素子を流れる電流の向きは問
わないつこのような駆動回路、選択回路はシフトレジス
タ、トランジスタアレイ等を用いて公知の技術により構
成されるものである。木画俸表示皐子忙おいて液層１中に一々プル５が発生す
るとき虻は、急激な圧力の増大を伴うので、液ｗ４１が
密閉系に構成された場合は、表示素子が破損する恐れが
強いっ従って、この液層１を気密室又はアキュムレータ
ーに接続して、液層ＩＫ於ける圧力の増大を緩和するこ
とが望ましい。表示素子内の液層１は外界忙通じた状態
に置かれる場合（開放系）と、外界から隔絶された状態
に置かれる場合（密封系）とがある。いずれの系が望ましいかは用途によって異なる。例えば携帯用なら密封系が望ましいことは当然である。しかるに、次に述べる技術的事項は開放系の場合忙おい
ても重要であるが密封系において特に重要である。・セ
ブル５の発生は一般に圧力の上昇を伴うが、圧力の−Ｅ
昇分が大きければ・々プル５自身が発生しない。したが
って圧力の上昇を最小限に抑える努力が払われなければ
ならないつまた、／セチル５０発生によって、ノ々プル
５の容積に和尚する容積の液が排除されるがその受は皿
がなければ、圧力の上昇を招き、結絹・ζプル５は生じ
ない。したがって、排除される液体をどのように収容に
するかについても力瘤を払わなければならない。このよ
うな問題の解決手段として前に述べたように、透明保饅
板や基板の内壁−汗性膜を付けることも一策である。然
るに１より効果的な手段は第７図に例を示す空洞室１５
を設けることである。空洞室１５と液層１とは気体や液
体を通さない不図示の可撓性膜によって隔てられる。こ
の上うに構成することにより圧力吸収と排除される液体
の問題の解決を図ったものである。なお、液層１撥液性
（ｇ、層のｉ溶媒が水性ブぶら撥水性）材料で構成する
ことにより可撓性膜を不要とすることができ、製造が簡
単となる。なぜなら、ヘルムホルツの自由エネルギ最小
原理に従って液層ｌは親液性の面１６と撥液性の面１７
との境界において自ずから安定−するからである。す１
よりち、液Ｒ４１は親、液性面１６にとどまろうとし、
撥液性面１７からは遠ざかろうとする。なお、親液性面
１６と撥液性面１７との境界面ないしその近傍において
液体は進退し、又液体のメニスカス１８によるクッショ
ン作用も加わって圧力吸収効果が発揮させられる９液ｒ
＠１の液体が水性の場合において空洞室１５を撥水処理
するＫはポリテトラフルオロエチレン等を塗装する方法
がある。なお、第７図においては空洞室１５は液層１を
とりまく形に設けられているが、必ずしもＷ４７図の場
合に限定するものではなく、部分的Ｋａけられていても
よい。要するに、℃・がなる形状、いかなる大きさであ
れ、又密封系か開放系かを問わず空洞室１５の設置は技
術的範囲である。液層１の内圧、即ち液圧は省電力対策
上、安定動作上及び安全対策上の見地より、７ ｓ ｏ
冒ｍ ｕｇ （大気圧）以下に設定することが望まし
い。何故ならば、液圧が低い程、より低いエネルギの供
給で、即ちより低い温度で発泡するからであり、又内圧
が高ければそれだけ表示素子の破損率が高くなるからで
ある。空洞室１５と液層１を可撓性膜によって隔てた構
造にお℃・ては、液圧は空洞室１５の内圧、可撓性膜の
応力等罠より決定せられる。いずれの場合圧お℃・ても
、その時の液温における液層１の溶液の飽和蒸気圧以下
忙まで液圧を押し下げることはできない。又、液圧を飽
和蒸気圧又はその近傍にまで下げすぎると、出力信号に
関係なく／々ζプル５発生し、動作安定性忙欠ける事態
に陥ｔ・る７゜従って、安定性を増すためＫは常温気体
を空洞室１５に適当掛封入すること忙より、液圧を７６
０ｗｍＨ，９以下、飽和蒸気圧近傍以上に設定すること
が望ましい。液圧の条件についてさらに詳述すれば、省
電力上、安定動作上及び安定対策上、好適の条件番よ４
０℃における前ＦＩＬ】液圧を７６０ｍＨ，！ｉ’以下
に設定することである。ただし、・ζプル５が発生して
いない場合の圧力値である。このように設定することにより、少くとも開放系の場合
より省電力化を図ることができる。なお、・ζプル５が
生ずることにより、又・々プル５０発生数により、液圧
は上昇、変動するが、９制室１５を好適に設置すること
Ｋより、圧力上引の弊害を実質的に抑えることができる
。又通常は４０℃以下で使用するので４０℃を一応の基
準とした、空洞室！５の容積とノ々ゾル５により排除さ
れる液量との関係□も・ζプル表示の安定動作上重要な
事項である。今、空洞室１５の容積をｖｌその時の内圧
をＰ１温度をＴとすると、ぜイル・シャルルの法則の微
分形は次のように表わされる。ここで△Ｖはノ々プルによって排除される液体の流１人
分による空洞室１５の容積の圧縮分、△Ｐはその時の圧
力上昇分である。なおＰは飽和蒸気圧と常温気体の全圧
であるが、実際には蒸気は液化もするので、父系の温度
も変化するので上記関係式は厳密に成立するものではな
いが、一応の傾向は示していると云える。従って、圧力
変動による弊害を実質的になくすには、△ｖ／ｖ又はＰ
を小さく設定しなければならない。ノ々プル１個の容積は微小である。例えば、発熱抵抗素
子の大きさが２００１１ｔｒｔＸ２００μｍ１液層の厚
さが１００μｍの場合の・ζプルの容積は４×ｘｏ−＆
”である。従って、任意の複数の・ζプルが同時に発生
した場合における総圧縮分をΣ／＼ＶとするとＰ・Σ△
ｖ／■が小さく設定されていれば圧力の弊害は起こらな
い。なお、今までの説明においては液層１を構成する液
体として無色透光性液体を特に掲げなかったが無色透光
性液体を含まない趣旨ではない。ノζプルによる散乱を
利用する画像表示素子の場合には無色透明性液体は有効
な表示媒体液となりうるものである。このよ５１Ｃ１本出願人の開示した先の提案は画質、生
産性等の点において優れており、表示点（セグメント）
が少なく比較的簡単な電卓から表示点が多く、複雑なテ
レビジョンに至るまで幅広い機能および用途を有してい
る。ところで、このようなバブル表示に使用する表示媒体液
の濃度は一定であり、例えば絵の具のように各種の濃度
の液を用意することはできない。従って、第１図に示し
た同じ寸法、形状のバブルのみで表示する方法では階調
性のある画像を表示することは非常に困難である。本発明はこのような問題点に鑑み提案されたもので、階
調信号に対する応変性がよく、忠実に画像の階調性を再
現しうるノζゾル表示の中間調表現方法を提供すること
を目的とする。本発明の要旨は画素における液層の厚さを制御系の働き
により制御することによりバブル素子の中間調を表現す
るものである。電気信号の印加１（よって発熱面に形成される・ζプル
の大きさく容積）は、一般に発熱抵抗素子への供給電力
量（熱量）に単調増加する。そして、熱量に応じて膨ら
むバブルをストロゼスコープでよく観察すると、横方向
（発熱面と平行な方向）への広がりは殆んど僅少で、大
部分は縦方向（発熱面と垂直な方向）Ｋ膨らむことが判
る。バブルのこのような挙動は伝熱理論からも妥当性が
ある。以下、本発明を第８図に基づいて説明する。第８図は画像表示素子１．０を画像表示素子駆動回路２
０により駆動する場合を示している。今、発熱抵抗素子
４ａ、４ｂ、４ｃに画像表示素子駆動回路２０からそれ
ぞれ電気信号Ｓ ａ ＋ Ｓ ｂ ； Ｓ ｃを印加し
て、それぞれＰｌ、Ｐ２．Ｐ３の電力（熱量）を供給し
た場合を考える。そして、各々の供給電力量にＰｌ〉Ｐ
２〉Ｐ３ の関係があり、がっ供給熱量Ｐ１以上でバ
ブルは液層ｌを介して対向する透明保護板２に到達する
ものと想定する。従って、熱量Ｐ２．Ｐ３の供給ではノ
ζプル５ｂ、５ｃは形成されるが、これらのバブル５ｂ
、５ｃは透明保護板２にまで到達しないために液層１が
こレラノ・’ブ＃５ｂ、５ｃと透明保護板２０間に残留
する。一般に発熱抵抗素子に供給される熱量Ｐが増す程、・ζ
プルは膨み、従って残留する液層の厚さは薄くなる。こ
のバブルの大きさは制御回路によって制御することがで
きるので・ζプル上の残留液層の厚さを変えることがで
きる。残留液層の厚さが変われば、残留液層の濃度、つ
まり光の吸収量が変わるので、ノ々プル素子の中間調を
表現することができる。以下、下記の条件で、発熱抵抗素子に電気信号を印加し
て画素における液層の厚さを制御し、バブル素子の４階
調を表現できた。以上の実施例では、電気信号の・ξルス電圧あるいはパ
ルス幅を４段階変えることにより、残留液層、つまり画
素における液層の厚さを変化させバブル素子を４階調表
示することができたが、これらを多段に変えることによ
り、さらに階調を密にすることができる。 ・このように、画素における液層の厚さを制御することに
より、・ζプル素子の中間調を表現することができる。本発明に係る中間調表現方法をｎ］能とする変調方式と
して実施例で述べた振幅変調方式、・ξルス幅変調方式
は好適であるが、本発明はこれに限定されるものではな
（、振幅変調方式あるいはそれらの変形でもよい。さら
に、１つの）ξルス電流に対して１個のノζプルの発生
、消滅サイクルか対応する場合に本発明のバブル発生個
数の制御は限定されず、複数個の・ξルスの共働により
１個のバブルの発生、消滅のサイクルが行なわれる場合
も含む。この場合の複数個の・ξルスの各々は、波形、
波高、・ξルス幅において全く異なるものであっても差
しっかえない。さらに、本発明は透過型表示素子に限定されるものでな
く、反射型表示素子にも利用でき、又モノクロ表示のみ
ならず、カラー表示にも適用できる。本発明は画素における液層の厚さを制御することにより
、階調信号に対する応答性がよく、忠実に画像の階調性
を再現することができる。[There are (i) colored liquids and (2) cloudy white liquids, and the basic composition of these liquids is water or various organic solvents used alone or in combination. Here, ■Colored liquid means various dyes, etc. in the basic composition of the liquid mentioned above.
It refers to colored liquids, including black, obtained by dissolving or decomposing pigments, and it does not matter whether they are light-transparent or not. ■A cloudy liquid is a white or light-colored liquid obtained by dispersing light-diffusing fine particles (regardless of solid content) in the basic composition of the liquid mentioned above. cormorant. The thickness of the liquid layer 1 is such that the amount of transmitted light is approximately half or less of the amount of incident light, generally 10 μm to 300 μm.
μm is desirable. Note that at this time, the amount of transmitted light does not need to be reduced over all wavelengths in the visible range. In other words, it may be a reduction in part of wavelength light in the visible range. This is surprising considering that red, blue, and green coloring occurs due to absorption of some wavelengths in the visible range. However, this reduction in the transmitted scene may be due to either absorption or scattering of light. As the transparent protection plate 2, a colorless or light-colored translucent glass or plastic that is as pressure resistant as possible is used. Note that this transparent protection plate 2 may not be used when the display element 10 is arranged horizontally. As the substrate 3, in the case of a transmission type display, a transparent substrate made of glass or plastic is used, and in the case of a reflection type display, an opaque substrate such as a silicon or ceramic substrate is used in addition to the above substrate. Examples of the bubble generating element 4 include those that utilize electrolysis reactions, those that utilize chemical reactions, those that inject gas into the liquid layer 1, and those that use thermal means. Further, thermal means include those using electric discharge, irradiation with radiation em, and Joule heat. In the present invention, the bubble generating element 4 only uses Joule heat.Furthermore, this principle allows for transmissive display and reflective display, but in the following explanation, transmissive Deals with the case of type designation. That is, in @1 Figure (b), the substrate 3 is a transparent substrate and the bubble generation is 1! ! Consider a case in which a transparent heating element is used as the element 4 and the back light 30 is irradiated from the side of the substrate 3. If no bubbles are generated in the liquid ri4i, if the colored liquid forming the liquid layer 10 is black, then the bubble generating element 4 is activated by applying an electrical signal to black, 1 red, etc.
When the transparent heating element generates heat, 1. Alternatively, the temperature of the liquid in the adjacent liquid layer 1 rises due to thermal conduction heating, and eventually boils to form vapor bubbles (hereinafter referred to as "mubble") 5 in the liquid layer 1. Generally, if the shape (length and width or diameter) of the transparent heat generating element is larger than the thickness of the liquid layer 1, the pulls 5 will reach the inner surface of the transparent protective plate 2 more easily than if the shape is smaller. That is, a region where no colored liquid exists appears between the substrate 3 and the transparent protection plate 2. The rear light 30 is transmitted to the side of the transparent food preservation plate 2 by opening this pull 5. Generally, the nosible 5 spreads as far as possible on the surface of the transparent heating element, but hardly spreads beyond that. That is, the outline of the transparent heating element can be approximately considered to be the outline of the two pulls 5, that is, the outline of the opening. However, the transparent heat generating element 5 that spreads out may be a single d-pull, or it may be a collection of multiple sables. The openings are determined by the size and shape of the transparent heating element, and can range from 10 μm in diameter to discharge holes, as well as rectangular holes with a width of 1 mm and a length of 10 m. Of course, more can be formed if desired. The reason why this type of nozzle 5 has a light transmitting effect is that the vapor that composes the nozzle 5 is the vapor of a solvent that is a component of the colored liquid or cloudy liquid, and is not the vapor of a colorant. The background light 30 is not limited to the case where it is intentionally applied as described above, and may be any of natural light, room light, or reflected light thereof. Furthermore, in order to obtain a display effect, it is not necessarily required that the A-pull 5 reach the transparent backing plate 2. - If the pull 5 does not reach the transparent protection plate 2, image formation (display) is performed based on the difference in shading. As an example of application of the above-mentioned monk principle, an example of a schematic structure of an image display element using a dot matrix display method is shown in FIGS. 2 to 4. FIG. 2(a) is a plan view of an image display element using a dot matrix display method, and FIG. 2(b) is its I, -I. FIG. z and 3' are a protection plate and a transparent substrate having the same functions as the transparent protection plate 2 and substrate 3 shown in FIG. 1, respectively. Self-foaming points, that is, transparent heating resistance wires whose areas other than display points are coated with a conductor 4' such as metal, are arranged two-dimensionally between the protective film 1 and the substrate 3'. . The transparent heating resistor wire 1' is obtained by forming a film of a transparent heating resistor, such as ITO (indium tin oxide), by a vacuum evaporation method. Then, a metal film such as Au (gold) is formed thereon by a vacuum sputtering method. The metal film does not necessarily have to be transparent, but if you want to obtain a transmittance of 50% or more, use 1 in the case of Au.
A thickness of 00λ to 200λ is required. Usually about 30λ
A chromium film is applied as an adhesive between the ITO film and the gold film. In addition, when using soda glass for the body substrate 3',
SIO, (silicon dioxide) is coated on top of the soda glass to prevent chemical damage to the ITO. The pattern shape as shown in Figure 2 (the size of the transparent heating resistor element is 10μ)
m×10μ current to 1 μm×1 m) can be easily obtained by conventional photolithography techniques. Here, the transparent heating resistance element means a portion of the transparent heating resistance wire 1' that is not coated with a conductor 4' such as metal, that is, a heating portion. Shiga'
However, the conductor 4' as shown in FIG. 2 is not necessarily necessary, and it is preferable from the viewpoint of manufacturing and processing, but K is necessary in order to avoid wasting power consumption. Furthermore, in order to prevent damage to the transparent heat generating resistor element 1 and the conductor 4' and increase durability, it is preferable to coat them with K 811112' having a thickness of several μm. WI42' is desired to have excellent transparency (not a requirement in the case of reflective displays), insulation, liquid resistance, thermal conductivity, and impact resistance. There are dielectric materials such as S t OlS iO that meet these requirements. Figure 3 is a schematic diagram of an image display element obtained by combining the components of the display element shown in Figures 1 and 2. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure. Transparent heating resistance wires 1'a and 1'b intersect at right angles with the liquid layer 1 in between, and both transparent heating resistance elements are arranged to face each other at the intersection. In this display element, the heating resistors lll1' are orthogonal to each other with the liquid layer l in between.
a. The design is such that only when K and K are selected to generate heat, a pull 5 is formed in the C liquid layer 1 in the area where they intersect. , 20', and 2G' are image display element driving circuits that supply the 'IIIL flow to the desired heating resistance wires on the left side and right side of the liquid layer 1, respectively. FIG. 4 is an explanatory diagram when the image display elements shown in FIG. 3 are driven in matrix. This image display element 10I consists of heat-generating resistance wires on nail axes of X/, Xm, Xn, Xo, and It is made up of (call). Row conductor X le Xm * X n * X o *
When a heating current signal is sequentially applied to Xp, the liquid layers (not shown) corresponding to these row conductors are sequentially heated in a linear manner. Since the setting is such that no vapor bubbles are generated in the liquid layer. On the other hand, a predetermined video signal is applied to the column conductors Yc, Yd, and Ye4C in synchronization with the application of the heating current signal. By applying this video signal, the column conductor @Yc
The liquid layers corresponding to , Yd, and Ye are heated linearly, but in this case as well, it is necessary to keep the heating temperature below the boiling point of the liquid, so this alone will not cause a small drop in the corresponding liquid layer. Do not cause However, at the intersection of the row line and the column line where the heating current signal and the video signal are synchronized, heat is generated additively by both lines. If conditions are set so that the corresponding liquid layer foams only when heated in an additive manner, a gupule 5/ is formed at the intersection of the selected row line and column line. Incidentally, even if the driving method is changed from the above example as follows, images can be formed in exactly the same way. That is, even if a modification is made in which a video signal is applied to the row lines and a heating current signal is applied to the column lines, the effect is exactly the same. The image display element 5 shown in FIG. 3 is capable of matrix driving as well. As described above, by installing heat generating resistance wires arranged in stripes on both the transparent protection plate side and the substrate side, the following effects occur: (1) The manufacturing process is simplified and the yield is improved. . ■ High thermal efficiency as the liquid layer is heated from both sides. Of course, it is also possible to drive only one element of the transparent protective plate and the substrate by arranging the transparent heating elements in a matrix. An example is shown in FIG. In the same figure, lla and llb. 11c and 11d are both row conductors, and 12a. 12b, 12c, and lid are all column conductors. All these conductive wires are made of good conductors such as gold, copper, and aluminum. Windows are opened in the insulating layer at the intersection area of the row conductor and the column conductor, and the heating resistor element 13 is opened.
a, 13b, 13c, and 13d are embedded. In such a configuration, it is possible to substantially prevent the occurrence of losstalk, which is inconvenient for image formation faithful to the signal. Also, if a heating resistor having diode characteristics is placed at the intersection of the row conductor and column conductor, would it be possible to completely prevent crosstalk? FIG. 86 is a circuit diagram of the drive circuit for the two-frame display element "□" in FIG. The selection selection circuit 103 and the material shaft drive circuits 101a, 101b, . There are various ways to connect this output terminal and the row conductor, but in this specification, we will explain the basic aspect, so there are as many output terminals as there are row conductors, and one Two moving axis selection circuits 104, moving axis driving circuits 102a, 102b, -1 which deal with the case where two output terminals are connected to one row conducting wire.
02n and train #i! 12a, 12b, 41.12n
The same applies to mutual relationships. Depending on the image control signal, the nail shaft selection circuit 10'3 selects (switches on) a specific nail shaft (row lead #).For example, the nail shaft selection circuit 103 selects (switches on) a specific nail shaft (row lead #).
If ie is selected, an Ilc row selection signal is generated, and in response to this, the material shaft drive circuit 101c outputs a nail shaft drive signal to the row conducting wire 11c. On the other hand, when a video signal, which is one of the image control signals, is input to the moving axis selection circuit 104, in response to the command, the moving axis selection circuit 104 selects a predetermined moving axis (column lead 11#). For example, when the moving axis selection circuit 104 selects the column conductor 12d
If , the moving axis drive circuit 102d becomes the moving axis selection circuit 1.
In response to the 12d column selection signal emitted from 04, the column conductor 1
2d is switched on (conducting). While a nail shaft drive signal is being applied to a predetermined row conductor, if a predetermined column conductor is brought into conduction by the moving axis selection circuit, a current flows through the heating resistor element in the intersection area of that row conductor and its column conductor. A sol is produced. ° of the nail shaft drive signal for the row conductor 11c
In synchronization with the application, if the column conductor 12d is made conductive by the moving axis selection signal, the intersection of the row conductor 11c and the column conductor 12d is /? When the sol is generated, the row conductor m is selected and a row axis drive signal is applied to the row conductor 11m1C. When the column conductors 12c and 12e are made conductive by the moving axis selection signal in synchronization with this, a pull is generated at each intersection (selection point) of l1m and 12c and l1m and 12e. Leak tm also flows at intersections other than the selected point, but it is generally less than the bubbling start current value, so no leakage occurs. Further, by providing a heating resistor with a P function, the leakage WL flow can be made even weaker. In this way, by scanning the axial drive signal line-sequentially and outputting the moving axis selection signal in synchronization with the line-sequential scanning, image quality display can be achieved. Note that the moving axis selection circuit 104 will output a moving axis selection signal in response to a command from a video signal. At this time, such a drive circuit and selection circuit can be used regardless of the direction of the current flowing through the heating resistor element. It is constructed by known techniques using shift registers, transistor arrays, and the like. When the pull 5 is generated in the liquid layer 1, the pressure increases rapidly, so if the liquid w41 is configured in a closed system, the display element will be damaged. Therefore, it is desirable to connect this liquid layer 1 to an airtight chamber or an accumulator to alleviate the increase in pressure in the liquid layer IK. The liquid layer 1 within the display element may be placed in a state where it is exposed to the outside world (open system) or placed in a state where it is isolated from the outside world (sealed system). Which system is desirable depends on the application. For example, if it is portable, it is natural that a sealed system is desirable. However, the following technical matters are important even in open systems, but they are particularly important in closed systems.・The generation of Sable 5 is generally accompanied by an increase in pressure, but -E of pressure
If the increase is large, the pull 5 itself will not occur. Efforts must therefore be made to minimize the rise in pressure.Also, the generation of cetyl 50 displaces a volume of liquid equal to the volume of the nonopule 5, which can be receptacle without a pan. This results in an increase in pressure, and no knotting or ζ pull 5 occurs. Therefore, consideration must be given to how to contain the liquid that is being removed. As mentioned above, one way to solve this problem is to attach a transparent protective plate or a sweat film to the inner wall of the substrate. However, a more effective means is a hollow chamber 15, an example of which is shown in FIG.
It is to establish. The cavity chamber 15 and the liquid layer 1 are separated by a flexible membrane (not shown) that does not allow gas or liquid to pass through. Moreover, this structure is intended to solve the problem of pressure absorption and displaced liquid. Note that by forming the liquid layer 1 from a liquid-repellent (g, layer i solvent is water-repellent) material, a flexible film can be omitted and manufacturing is simplified. This is because, according to Helmholtz's minimum free energy principle, the liquid layer l has a lyophilic surface 16 and a lyophobic surface 17.
This is because it is automatically stable at the boundary between the two. Su1
Therefore, liquid R41 tries to stay on the parent liquid surface 16,
It tries to move away from the liquid-repellent surface 17. The liquid advances and retreats at or near the interface between the lyophilic surface 16 and the lyophobic surface 17, and the liquid meniscus 18 also acts as a cushion to exert a pressure absorption effect.
When the liquid @1 is aqueous, K for making the cavity 15 water repellent can be coated with polytetrafluoroethylene or the like. In addition, in FIG. 7, the cavity 15 is provided to surround the liquid layer 1, but this is not necessarily limited to the case shown in FIG. W47, and it may be partially hollowed out. In short, the installation of the cavity 15 is within the technical scope, regardless of its shape and size, and whether it is a closed system or an open system. The internal pressure of the liquid layer 1, that is, the liquid pressure, is set at 7 s o from the viewpoint of power saving, stable operation, and safety measures.
It is desirable to set the pressure below atmospheric pressure. This is because the lower the liquid pressure, the lower the supply of energy, ie, the lower the temperature, for foaming to occur, and the higher the internal pressure, the higher the damage rate of the display element. In the structure in which the cavity 15 and the liquid layer 1 are separated by a flexible membrane, the liquid pressure is determined by the internal pressure of the cavity 15, the stress of the flexible membrane, etc. In either case, even if the pressure is .degree. C., the liquid pressure cannot be lowered to below the saturated vapor pressure of the solution in liquid layer 1 at the liquid temperature at that time. Furthermore, if the liquid pressure is lowered too much to the saturated vapor pressure or its vicinity, a pull will occur regardless of the output signal, resulting in a situation where operational stability is lacking.Therefore, in order to increase stability, K was busy filling room temperature gas into the cavity 15, so he lowered the liquid pressure to 76.
It is desirable to set the pressure to 0 wmH, 9 or less, and at or above the vicinity of the saturated vapor pressure. To explain the hydraulic pressure conditions in more detail, condition No. 4 is the most suitable in terms of power saving, stable operation, and stability measures.
Pre-FIL at 0°C] Hydraulic pressure 760mH,! i' or less. However, this is the pressure value when ζ pull 5 does not occur. By setting in this way, it is possible to achieve more power saving than at least in the case of an open system. Note that the hydraulic pressure increases and fluctuates due to the occurrence of the ζ pull 5 and the number of ζ pulls 50, but by appropriately installing the 9 control chambers 15, the adverse effects of pressure increase can be substantially eliminated. can be suppressed to Also, since it is usually used at a temperature below 40℃, 40℃ is the standard for a hollow chamber! The relationship □ between the volume of the nozzle 5 and the amount of liquid removed by the nozzle 5 is also an important matter for stable operation of the ζ pull display. Now, assuming that the volume of the cavity 15 is vl, the internal pressure at that time is P1, and the temperature is T, the differential form of the Zeil-Charles law is expressed as follows. Here, ΔV is the amount by which the volume of the cavity 15 is compressed by one person's worth of liquid flow removed by the nozzle, and ΔP is the amount by which the pressure increases at that time. Note that P is the saturated vapor pressure and the total pressure of a gas at room temperature, but in reality, vapor also liquefies, so the temperature of the paternal line changes, so the above relational expression does not hold strictly, but the general tendency is It can be said that it shows. Therefore, in order to substantially eliminate the adverse effects caused by pressure fluctuations, △v/v or P
must be set small. The volume of one nopuru is minute. For example, when the size of the heating resistor element is 20011 trt x 200 μm and the thickness of the liquid layer is 100 μm, the volume of ・ζ pull is 4×xo−&
”. Therefore, if the total compression amount when arbitrary multiple ・ζ pulls occur simultaneously is Σ/\V, then P・Σ△
If v/■ is set small, no adverse effects of pressure will occur. In addition, in the explanation so far, a colorless light-transmitting liquid is not specifically mentioned as a liquid constituting the liquid layer 1, but this does not mean that a colorless light-transmitting liquid is not included. In the case of an image display element that utilizes scattering by nozzles, a colorless transparent liquid can be an effective display medium liquid. 51C1 The previous proposal disclosed by the present applicant is superior in terms of image quality, productivity, etc., and the display point (segment)
They have a wide range of functions and uses, from relatively simple calculators with few display points to complex televisions with many display points. By the way, the concentration of the display medium liquid used for such a bubble display is constant, and it is not possible to prepare liquids with various concentrations, as is the case with paint, for example. Therefore, it is very difficult to display an image with gradation using the method of displaying only bubbles of the same size and shape as shown in FIG. The present invention has been proposed in view of these problems, and aims to provide a halftone expression method using ζ-sol display that has good response to tone signals and can faithfully reproduce the tone of an image. purpose. The gist of the present invention is to express halftones of a bubble element by controlling the thickness of a liquid layer in a pixel by the function of a control system. The application of an electrical signal 1 (thus the size and volume of the ζ pull formed on the heat generating surface) generally increases monotonically with the amount of power (heat amount) supplied to the heat generating resistor element. If you closely observe the bubbles that expand according to the amount of heat using a strozescope, you will find that the expansion in the horizontal direction (parallel to the heat generating surface) is almost slight, and most of the expansion is in the vertical direction (direction perpendicular to the heat generating surface). It can be seen that K swells. This behavior of bubbles is also valid from heat transfer theory. The present invention will be explained below based on FIG. FIG. 8 shows the image display element 1.0 in the image display element drive circuit 2.
This shows the case of driving by 0. Now, electrical signals S a + S b ; S c are applied from the image display element driving circuit 20 to the heat generating resistive elements 4 a, 4 b, and 4 c, respectively, so that Pl, P2 . Consider the case where power (heat amount) of P3 is supplied. Then, for each amount of supplied power, Pl〉P
It is assumed that there is a relationship of 2>P3, and that the bubble reaches the opposing transparent protection plate 2 via the liquid layer 1 when the amount of heat supplied is greater than or equal to P1. Therefore, the amount of heat P2. When P3 is supplied, no ζ pulls 5b and 5c are formed, but these bubbles 5b
, 5c do not reach the transparent protective plate 2, so the liquid layer 1 remains between the transparent protective plate 20 and the transparent protective plate 20. In general, as the amount of heat P supplied to the heating resistance element increases, ・ζ
The pull swells and the remaining liquid layer becomes thinner. Since the size of this bubble can be controlled by a control circuit, the thickness of the residual liquid layer on the ζ-pull can be varied. If the thickness of the residual liquid layer changes, the concentration of the residual liquid layer, that is, the amount of light absorbed, changes, so it is possible to express the halftones of a no-pull element. Under the following conditions, an electric signal was applied to the heating resistor element to control the thickness of the liquid layer in the pixel, and four gradations of the bubble element could be expressed. In the above embodiment, by changing the ξ pulse voltage or pulse width of the electric signal in four steps, the thickness of the residual liquid layer, that is, the liquid layer in the pixel, can be changed and the bubble element can be displayed in four gradations. However, by changing these in multiple stages, the gradation can be made even denser. - In this way, by controlling the thickness of the liquid layer in the pixel, - halftones of the ζ-pull element can be expressed. Although the amplitude modulation method and the ξ pulse width modulation method described in the embodiment are suitable as modulation methods that enable the halftone expression method according to the present invention to perform n], the present invention is not limited thereto. , amplitude modulation method, or a modification thereof.Furthermore, the control of the number of bubbles generated according to the present invention is not limited to the case where one (1) ξ pulse current corresponds to the generation and disappearance cycle of one no. ζ pull. , and a case where a cycle of generation and disappearance of one bubble is performed by the cooperation of a plurality of .ξ ruses. In this case, each of the multiple ξ ruses has a waveform,
There is no problem even if the wave height and ξ lus width are completely different. Furthermore, the present invention is not limited to transmissive display elements, but can also be used for reflective display elements, and can be applied not only to monochrome displays but also to color displays. By controlling the thickness of the liquid layer in pixels, the present invention has good responsiveness to gradation signals and can faithfully reproduce the gradation of an image.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]第１図は本発明の基礎となる従来の画像表示素子の概略
を示す断面図、第２図はドツトマトリックス表示方式に
よる画像表示素子の概略を示す平面図と断面図、第３図
は第１図と第２図の画像表示素子の構成要素を組合わせ
て得られた画像表示素子の概略を示す断面図、第４図は
第３図に示す画像表示素子をマトリックス駆動する場合
の説明肖、第５図はマトリックス表示方式による、他の
画像表示素子の概略を示す斜視図、第６図は第５４図の
画像表示素子をマトリックス駆動する回路の回路図、第
７図は空洞室を備えた画像表示素子の平面図とＪ、−Ｊ
２断面の断面図、第８図は本発明の１．実施例に係り、
画像表示素子の各発熱抵抗素子に供給する電力を違えて
画像表示素子を駆動する場合を示す図である。】・・・・・液層２・・・・・透明保護板３・・・・・・基板（ａ）（ｂ）第７図第８図FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional image display element that is the basis of the present invention, FIG. 2 is a plan view and cross-sectional view schematically showing an image display element using a dot matrix display method, and FIG. A sectional view schematically showing an image display element obtained by combining the components of the image display element shown in FIG. 2 and FIG. Fig. 5 is a perspective view schematically showing another image display element based on the matrix display method, Fig. 6 is a circuit diagram of a circuit for matrix driving the image display element of Fig. 54, and Fig. 7 is a diagram showing the outline of another image display element using a matrix display method. Plan view of image display element and J, -J
FIG. 8 is a cross-sectional view of the second cross section. Regarding the example,
FIG. 7 is a diagram showing a case where the image display element is driven by different power being supplied to each heating resistor element of the image display element. ]...Liquid layer 2...Transparent protection plate 3...Substrate (a) (b) Fig. 7 Fig. 8