JP2008535005A - Brightness improvement of TIR modulation electrophoretic reflection image display - Google Patents
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Abstract
反射ディスプレイは、各々が非反射性領域(82)を取り囲む反射性領域(80)を有する、複数の透明半ビード(60)を有する。光吸収性粒子(26)は、半ビード(60)内に懸濁され、半ビード(60)に向かってまたは半ビード(60)から離れるように移動して、半ビード(60)に入射する光線の内部全反射を選択可能にフラストレートまたは容易にする。光線を半ビードの非反射性領域(82)を通して選択可能に反射することによって、例えば、導電領域(104)と、複数の反射性領域(108)とを有するパターン化された電極(48)を形成し、電極の反射性領域(108)を半ビードの非反射性領域(82)と位置合わせし、電極(48)を介して媒質(20)全体にわたって電圧を印加して、粒子(26)が半ビード(60)を実質的に覆う位置と、粒子(26)が電極の反射性領域(108)を覆うことなく電極の導電領域(104)を覆う別の位置との間で粒子(26)を電気泳動的に移動させることによって、ディスプレイ反射率を向上させる。 The reflective display has a plurality of transparent half beads (60), each having a reflective region (80) surrounding a non-reflective region (82). The light-absorbing particles (26) are suspended in the half-bead (60) and move toward or away from the half-bead (60) and enter the half-bead (60). Selectably frustrate or facilitate total internal reflection of light rays. By selectively reflecting light rays through a non-reflective region (82) of a half bead, for example, a patterned electrode (48) having a conductive region (104) and a plurality of reflective regions (108) is formed. Forming and aligning the reflective region (108) of the electrode with the non-reflective region (82) of the half bead and applying a voltage across the medium (20) via the electrode (48) to produce particles (26) Between the position where the particle substantially covers the half bead (60) and another position where the particle (26) covers the conductive region (104) of the electrode without covering the reflective region (108) of the electrode. ) Is electrophoretically moved to improve display reflectivity.
Description
(関連出願の参照)
本出願は、2005年4月15日出願の米国特許仮出願第60/671538号の利益を主張すると共に、2006年1月17日出願の米国特許仮出願第60/759772号の利益を主張する。
(Refer to related applications)
This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 60 / 671,538 filed on Apr. 15, 2005 and claims the benefit of US Patent Provisional Application No. 60 / 759,772 filed on January 17, 2006. .
本発明は、米国特許第5999307号明細書、米国特許第6604784号明細書、米国特許第6215920号明細書、米国特許第6865011号明細書、米国特許第6885496号明細書、米国特許第6891658号明細書に記載されたタイプの反射像ディスプレイの輝度向上に関するものであり、その全ての開示内容全体は、引用により本明細書に組み入れられる。 The present invention relates to US Pat. No. 5,999,307, US Pat. No. 6,604,784, US Pat. No. 6,215,920, US Pat. No. 6,865,511, US Pat. No. 6,885,496, US Pat. No. 6,891,658. The entire disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety.
図1Aは、米国特許第6885496号明細書、米国特許第6891658号明細書に記載されたタイプの先行技術による反射(即ち、前部照明)電気泳動的にフラストレートした全反射調整(electrophoretically frustrated total internal reflection (TIR) modulated)ディスプレイ10の一部を示す。ディスプレイ10は、視聴者Vが表示方向Yの角度範囲を通じて観察する平坦な外方表示面17を有する高屈折率(例えば、η2>〜1.75)高分子材料の内方表面内に、多数の高屈折率(例えば、η1>〜1.90)の球状または略球状ビード14を部分的に埋設することによって形成された透明外方シート12を含む。「内側方」および「外方」を両頭矢印Zで示す。ビード14は密に充填されて、ビード14の1つの直径にほぼ等しい厚みを有する内方に突出する単層18を形成する。各ビード14はそのビードの直近にある全てのビードと接触するのが理想的である。隣接するビード間には最小の介在隙間が残る(隙間なしであるのが理想的)。
FIG. 1A illustrates a prior art reflective (ie front illumination) electrophoretically frustrated total reflection adjustment of the type described in US Pat. No. 6,885,496, US Pat. No. 6,891,658. Internal reflection (TIR) modulated) A part of the
電気泳動媒質20は、下部シート24によって画定された貯留部22内での媒質20の封じ込めによって材料16から内方に突出するビード14の一部に隣接して維持される。ミネソタ州セントポールの3Mから入手可能なFluorinert(登録商標)ペルフルオロ化炭化水素液体(η3〜1.27)などの不活性で低屈折率(例えば、約1.35未満)で低粘度の絶縁液体は、適切な電気泳動媒質である。他の液体または水も電気泳動媒質20として使用することができる。このようにしてビードと液体のTIR接触面が形成される。媒質20は、例えば、顔料や、染色等で散乱性/吸収性にされたシリカやラテックス粒子などの、光散乱性や吸収性の粒子26の微細に分散した状態のサスペンションを含む。シート24の光学的特性はそれほど重要なものではなく、シート24は、電気泳動媒質20と粒子26を封じ込める貯留部を形成し、背面電極48の支持体の役目をしさえすればよい。
The
周知であるように、異なる屈折率を有する2つの媒質間のTIR接触面は、臨界角θcによって特徴づけられる。θcを下回る角度で前記接触面に入射する光線は、前記接触面を透過する。θcを上回る角度で接触面に入射する光線は、接触面にてTIRする。小さな臨界角は、TIRが起こることのできる大きな角度範囲が得られることから、TIR接触面では好適である。 As is well known, the TIR interface between two media having different refractive indices is characterized by a critical angle θ c . rays incident on said contact surface at an angle less than theta c is transmitted through the contact surface. rays incident on the contact surface at an angle greater than theta c, the TIR at the contact surface. A small critical angle is preferred at the TIR interface because it provides a large range of angles where TIR can occur.
電気泳動がない場合、図1Aにおいて点線28の右側に示すように、シート12とビード14を通過する光線の大部分は、ビード14の内方表面にてTIRする。例えば、入射光線30、32は、材料16とビード14で反射される。光線は、光線30の場合では地点34、36にて、光線32の場合では地点38、40にて示すように、ビードと液体のTIR接触面にて2回またはそれ以上の回数でTIRする。その後、全反射した光線は、ビード14と材料を介して屈折して、それぞれ光線42、44として出射して、各反射性領域または画素において「白色」外観が得られる。
In the absence of electrophoresis, as shown on the right side of the
ビード14の内方に突出する表面部とシート24の外方表面に、例えば、蒸着によって施すことができる電極46、48(点線として図示)を介して電圧を媒質20全体にわたって印加することができる。電極46は、ビードと液体のTIR接触面にて光線との干渉を最小限に抑えるために透明であり、かなり肉薄である。背面電極48は、透明でなくてもよい。点線28の左側に示すように、電圧を電極46、48間に印加するように電圧源50を作動して電気泳動媒質20を駆動した場合、懸濁粒子26は、エバネセント波が比較的強い領域に(即ち、内方に突出するビード14の内方表面から0.25ミクロン以内でまたはより近くに)電気泳動的に移動される。上述したように電気泳動的に移動する時に、粒子26は、光を散乱するかまたは光を吸収し、それにより、ビードと液体のTIR接触面での有効屈折率の虚数成分恐らくは実成分を改変することによって、TIRがフラストレートまたは変調される。これを光線52、54によって示す。光線52、54は、それぞれ、56、58にて示すように、ビードと液体のTIR接触面にて肉薄(〜0.5μm)のエバネセント波領域の内側で粒子26に当たると、散乱や吸収されるか、もしくは、散乱または吸収され、それにより、各TIRフラストレートした非反射性吸収領域または画素において「暗」外観を生じる。粒子26は、ビードと液体のTIR接触面のTIR能力を回復して各「暗」非反射性吸収領域または画素を「白色」反射性領域または画素に変換するために電圧源50を適切に作動することによって、肉薄エバネセント波領域の外側に移動させるだけでよい。
A voltage can be applied to the entire surface of the
上述したように、電極46、48を介して媒質20全体にわたって印加される電圧を制御することによって、外方シート12の正味光学的特性を制御することができる。電極は、シート12の個別の領域または画素全体にわたって媒質20の電気泳動的駆動を制御して画像を形成するように、セグメント化されることができる。
As described above, the net optical characteristics of the
図2は、拡大横断面において、球形ビード14の1つの内方の半球または「半ビード」部60を示す。半ビード60は、規格化半径r=1と屈折率η1を有する。半ビード60の中心Cから半径方向の距離aにて半ビード60に垂直方向に(材料16を介して)入射する光線62は、放射軸66に対して角度θ1にて半ビード60の内方表面に当たる。これを理論上理想的に論じるために、材料16は、半ビード60と同じ屈折率(即ち、η1=η2)を有し、光線62は、屈折なしに材料16から半ビード60内に進むと想定する。光線62は、半ビード60の内方表面にて屈折されて、放射軸66に対して角度θ2にて光線64として電気泳動媒質20内に進む。
FIG. 2 shows one inner hemisphere or “half bead”
ここで、半ビード60の中心Cから次式の距離
Here, the distance of the following formula from the center C of the
半ビード60の中心Cから距離a≧acの位置で半ビード60に入射する全ての光線は、光源に向かって反射される(ただし、厳密な逆反射ではない)。このことは、光源が視聴者の頭上で若干後にあるときに反射が高められ、反射光が分散特性を有し、反射ディスプレイ用途において望ましい白外観が得られることを意味する。図3A、図3B、図3Cは、半ビード60の反射モードのうちの3つを示す。これらおよび他のモードは共存するが、各モードを別途に論じることが有用である。
All light rays incident on hemi at a distance a ≧ a c from the center C of the
図3Aにおいては、ac<a≦a1の距離の範囲内で入射する光線は、2回TIRし(2回TIRモード)、反射光は、入射光線の方向の反対方向に中心がある比較的広い円弧φ1内で分岐する。図3Bにおいては、a1<a≦a2の距離の範囲内で入射する光線は、3回TIRし(3回TIRモード)、反射光は、入射光線の方向の反対方向にやはり中心があるより狭いφ2<φ1内で分岐する。図3Cにおいては、a2<a≦a3の距離の範囲内で入射する光線は、4回TIRし(4回TIRモード)、反射光は、入射光線の方向の反対方向にやはり中心がある更に狭いφ3<φ2内で分岐する。したがって、半ビード60は、「半再帰反射(semi-retro-reflective)」、部分的分散反射特性を有し、ディスプレイ10は、紙と同様の分散外観を有する。
In FIG. 3A, a light ray incident within a distance of a c <a ≦ a 1 undergoes TIR twice (twice TIR mode), and the reflected light is compared with the center in the direction opposite to the incident light direction. branches off target wide arc φ within 1. In FIG. 3B, the light ray incident within the distance range of a 1 <a ≦ a 2 undergoes TIR three times (three times TIR mode), and the reflected light is also centered in the direction opposite to the direction of the incident light ray. Branches within a narrower φ 2 <φ 1 . In FIG. 3C, a light ray incident within a distance range of a 2 <a ≦ a 3 undergoes TIR four times (four times TIR mode), and the reflected light is also centered in a direction opposite to the direction of the incident light ray. Further, the branching is performed within a narrow φ 3 <φ 2 . Thus, the
ディスプレイ10は、優勢な照明源が視聴者の背後で小さな角度範囲内にあるとき、紙に比べ比較的高い見かけの輝度を有する。これを図1Bに示す。図1Bには、視聴者がディスプレイ10を見ることのできる広い角度範囲αと、視聴者Vの位置に対する照明源Sのずれ角度である角度βが示されている。ディスプレイ10の高い見かけの輝度は、βがあまり大きくない限り維持される。通常の入射にて、半ビード60の反射R(即ち、半ビード60で入射する光線のうちTIRによって反射する部分)は、式(1)によって得られる。
The
図4Aから図4Gに示すように、半ビード60の反射率は、広い入射角範囲にわたって維持され、それにより、ディスプレイ10の広い角度での表示特性およびその見かけの輝度が向上する。例えば、図4Aは、垂直方向の入射から、即ち、垂線から0度のずれである入射角からみたときの半ビード60を示す。この場合、a≧acが環帯として現れる半ビード60の部分80。環帯は、白として示されており、上述したように、これがTIRによって入射光線を反射する半ビード60の領域であるという事実に対応している。環帯は、暗として示される円形領域82を取り囲んでおり、これは入射光が吸収されてTIRしない半ビード60の非反射性領域であるという事実に対応している。図4Bから図4Gは、それぞれ、垂線から15度、30度、45度、60度、75度、90度だけずれている入射角からみたときの半ビード60を示す。図4Bから図4Gを図4Aと比較すると、a≧acについて半ビード60の反射部分80の観察区域は入射角が大きくなるにつれて徐々にしか小さくならないことがわかる。近視射入射角(例えば、図4F)にてさえも、観察者は、まだ、反射部分80のかなりの部分を見ており、それにより、ディスプレイ10では、高い見かけの輝度が維持される広い角度表示範囲が得られる。
As shown in FIGS. 4A to 4G, the reflectivity of the half-
図1Aに示すビード14の各々1つの内方の「半ビード」部分に対応する半球のアレイの反射率の推定値は、個々の半ビードの反射率に半ビードの充填効率係数fを掛けることによって得られる。密に充填された構造体の充填効率係数fの計算では、当業者に周知である種々の直接的な幾何学法が適用される。図5に示す六方最密充填(HCP)構造では、ビード14が均一なサイズであると想定して、充填効率f∝π/(6・tan30度)〜90.7%が得られる。
An estimate of the reflectivity of the array of hemispheres corresponding to the inner “half-bead” portion of each one of the
HCP構造体は半球についての最高の充填密度を与えるが、半ビードを規則的な配置で充填しなくてもよく、また、半ビードは均一なサイズでなくてもよい。約1μmから50μmの範囲内の直径を有する不均一な半ビードの不規則な分散の場合、充填密度は80%であり、その光学的な外見は、均一サイズの半ビードのHCP配置とほぼ同様である。一部の反射ディスプレイ用途については、このような不規則に配分された配置の方が製造する上では実際的であると考えられ、このような理由から、充填密度が劣ることによる反射率の多少の低下は問題ないと考えられる。しかしながら、簡潔さを期すために、以下の説明は、図5の均一サイズの半ビードのHCP配置に焦点を当てたものであり、屈折率η1/η3=1.5を有する材料の使用を想定している。これらの係数は、本開示内容の範囲を限定するものと考えるべきではない。 Although the HCP structure provides the highest packing density for the hemisphere, the half beads may not be filled in a regular arrangement, and the half beads may not be of uniform size. For an irregular dispersion of non-uniform half beads having a diameter in the range of about 1 μm to 50 μm, the packing density is 80% and its optical appearance is similar to the HCP arrangement of uniform size half beads. It is. For some reflective display applications, such an irregularly distributed arrangement may be more practical to manufacture, and for this reason, some of the reflectivity due to poor packing density It seems that there is no problem with the decrease in However, for the sake of brevity, the following description focuses on the uniform size half-bead HCP arrangement of FIG. 5 and uses a material having a refractive index η 1 / η 3 = 1.5. Is assumed. These factors should not be considered as limiting the scope of the present disclosure.
図2に関して説明したように、半ビード60の中心Cから距離a<acの位置で半ビード60の平坦な外方表面に垂直方向入射する光線のかなりの部分はTIRせず、したがって、半ビード60によって反射されない。その代わりに、このような光線のかなりの部分は、先行技術によるディスプレイ10によって散乱および吸収もしくは散乱または吸収され、半ビード60に暗い非反射性円形領域82(図4Aから図4G)が生じる。図5は、上述したように、各々が反射性環状領域80によって取り囲まれる、複数の暗い非反射性領域82を示す。
As described with respect to FIG. 2, a significant portion of light rays vertically incident on the flat outer surfaces of the
半ビード60の平均表面反射率Rは、反射環帯80面積:反射環帯80と暗い円形領域82とを含む総面積の比率によって決まる。その比率は、式(1)に従って、半ビード60の屈折率η1:TIRが起こる半ビード60の表面に隣接する媒質の屈折率η3の比率で決まる。したがって、平均表面反射率Rは、半ビード60の屈折率η1:隣接媒質の屈折率η3の比率と共に大きくなることが明らかである。例えば、空気(η3〜1.0)中の半球水滴(η1〜1.33)の平均表面反射率Rは、約43%であり、空気中のガラス半球(η1〜1.5)の平均表面反射率Rは、約55%であり、空気中のダイヤモンド半球(η1〜2.4)の平均表面反射率Rは、82%を超える。
The average surface reflectance R of the
上述したように、球形(または半球)形状のビードを使用してディスプレイ10を作製するのは便利であると考えられるが、たとえ、球形(または半球)ビード14を単層18(図1A)内に可能な限り密に充填したとしても、隣接ビード間に介在隙間84(図5)が残ることは不可避である。隙間84のいずれかに入射する光線は、電気泳動媒質20内に直に進むという意味で「損失」され、望ましくない暗い点が表示面17にできる。これらの点は見えないほど小さいから、ディスプレイ10の外観を損ねるものではないが、表示面17の正味平均表面反射率Rを確実に損ねる。
As described above, it may be convenient to make the
上述した「半再帰反射」特性は、反射ディスプレイにおいて重要であり、それは、光源Sが視聴者Vよりも上で視聴者Vより背後に位置する一般的な観察条件では、反射光のかなりの部分が視聴者Vの方に戻されるからである。これによって、結果的に、見かけの反射率が約1.5の「半再帰反射向上係数」分だけ The “semi-retroreflective” characteristics described above are important in reflective displays, because in a general viewing condition where the light source S is above the viewer V and behind the viewer V, a significant portion of the reflected light. Is returned to the viewer V. As a result, as a result, the apparent reflectance is about 1.5 "semi-recursive reflection improvement coefficient".
個々の半ビード60は、直径が2μmから50μmの範囲内では見えないほど小さい可能性があり、図5に示すように、アレイ内に充填すると、多数の小さい、隣接する、反射性環状領域80のために非常に反射性があるように見える表示面を創製することができる。TIRが起こる可能性があるこれらの領域80においては、粒子26(図1A)は、ビード14の内方の半球部分と接触していないとき、入射光の反射を損なうものではない。しかしながら、TIRが起こらない領域82と84においては、例えば、粒子26がビード14の内方の半球部分に光学的に接触しないようにエバネセント波領域の外側に移動したとしても、粒子26は、入射光線を吸収する恐れがある。屈折率比率η1/η3は、各反射性領域80のサイズを大きくしてこのような吸収損失を低減するために大きくすることができる。非反射性領域82、84は、ディスプレイ10の全体的な表面反射率Rを累積的に低減してしまう。ディスプレイ10が反射ディスプレイであることから、このような低減を最小限に抑えることが明らかに望ましい。
上述した半再帰反射向上係数を無視すると、屈折率比率η1/η3=1.5を有するシステムは、上述したように、55%の平均表面反射率Rを有する。約91%のHCP配置の上述した充填効率を考えると、システムの全体的な平均表面反射率は、55%の91%、つまり、約50%であり、約50%の損失を暗示している。この損失の41%は、円形非反射性領域82内の光の吸収によるものであり、この損失の残りの9%は、非反射性介在隙間84内の光の吸収によるものである。ディスプレイ10の反射率は、特定の選定屈折率値、光学的微構造、または単層18(図1A)の外方または内方側に設置されたパターン化面を有する材料を使用してこのような吸収損失を減少させることによって、増加させることができる。
Neglecting the semi-recursive reflection enhancement factor described above, a system having a refractive index ratio η 1 / η 3 = 1.5 has an average surface reflectivity R of 55%, as described above. Considering the above-described filling efficiency for an HCP configuration of about 91%, the overall average surface reflectivity of the system is 91% of 55%, or about 50%, implying a loss of about 50%. . 41% of this loss is due to light absorption in the circular
例えば、ディスプレイ10の最大表面反射率は半ビード60と電気泳動媒質20の屈折率値の比率によって決まることから、反射率は、屈折率の低い液体(1.35未満の屈折率)の代わりに空気(屈折率=1.0)を電気泳動媒質20として代用することによって、増加させることができる。
For example, since the maximum surface reflectivity of the
以下で説明するように、ディスプレイ10の表面反射率を増加させることができ、それによりディスプレイの外観が向上する。
関連技術およびそれに関係する種々の制限事項の上述した種々の例は、例示的なものであり、排他的なものではないことを意図する。関連技術の他の制限事項は、本明細書を読み、図面を精査することにより当業者に明らかとなるであろう。
As described below, the surface reflectance of the
The various examples described above of the related art and various limitations related thereto are intended to be illustrative and not exclusive. Other limitations of the related art will become apparent to those skilled in the art upon reading this specification and reviewing the drawings.
例示的な実施形態を図面の参考図において示す。本明細書で開示する種々の実施形態および図は、制限的なものではなく例示的なものであるとみなすべきであることを意図する。 Exemplary embodiments are shown in the reference figures of the drawings. It is intended that the various embodiments and figures disclosed herein are to be considered illustrative rather than restrictive.
以下の説明を通して、具体的な詳細は、当業者がより徹底的に理解することができるように定めるものである。しかしながら、周知の要素は、不必要に開示内容を曖昧にすることを回避するために詳細な図示または説明を省略することができなかった。したがって、説明および図面は、制限的ではなく、例示的な意味において考慮すべきである。 Throughout the following description, specific details are set forth so that those skilled in the art may more thoroughly understand. However, well-known elements have not been shown or described in detail to avoid unnecessarily obscuring the disclosure. Accordingly, the description and drawings are to be regarded in an illustrative sense rather than a restrictive sense.
背面電極48は、それぞれ、図6Aまたは図6Bに示すパターン100または102のいずれか一方を用いてシート24上に形成することができる。黒の領域104、106は導電領域であり、反射性または非反射性とすることができる。白い領域108、110、112は反射性領域であり、一方で領域108、110、112間の、他方で領域104、106間の導電性がないことを条件として、導電性または非導電性とすることができる。
The
反射性領域108、110は、各々の形状が円形であることが好ましく、半ビード60の1つの非反射性円形領域82の1つの直径を上回るかまたは等しい(好ましくは等しい)直径を有する。パターン100の領域104は、半ビード60の領域80、84の全体的なサイズと形状と実質的に同様の全体的なサイズと形状を有する。
The
領域104、106の光学的特性は、シート24の光学的特性と同じように、それほど重要ではない。しかしながら、反射性外方表面をシート24上に設置し、シート24の反射性外方表面を構成する領域108(または110、112)の残りの部分と共に、その上に領域104(または106)を形成することが望ましい。
The optical properties of the
以下で説明において、パターン化された背面電極100は、領域82における光の吸収による吸収損失を低減するが、隙間領域84における光吸収による吸収損失を低減するものではない。これとは対照的に、以下の説明で使用する場合、パターン化された背面電極102は、両方の領域82、84における光の吸収による吸収損失を減少させる。これは、反射性領域112の各々1つが隙間84の1つのサイズと形状と実質的に同様のサイズと形状を有し、反射性領域112の各々1つがその隙間の隣接領域82に対する隙間84の対応する1つの場所と、その隣接する反射性領域110に対する同じ場所にある状態でパターン102を形成することによって得られる。
In the following description, the patterned back
パターン化された背面電極100(または102)は、各円形反射性領域108(または110)を非反射性円形領域82の対応する1つと位置合わせするように、単層18に位置決めされ、それにより、導電領域104(または106)も反射性領域80と位置合わせされる。
The patterned back electrode 100 (or 102) is positioned on the
電気泳動媒質20が、電極46と48間に電圧を印加するために電圧源50を作動させることによって駆動されたとき、粒子26は、図7A(パターン化された背面電極100を利用する非反射性状態を示す)に示すように、単層18の半ビード60の内方表面を実質的に覆う。粒子26は、上述したように、TIRをフラストレートまたは変調することによって反射性環状領域に入射する光線(例えば、光線114)を吸収し、また、TIRせず、ビード14を通過する光線(例えば、光線116)を吸収する。粒子26は、図2に関係して上述したように、多くの入射光線が半ビード60と数回相互作用し、それで、実質的に覆い、結果的に問題のないレベルの吸収が起こることから、半ビード60の内方表面を完全に覆わなくてもよい。
When the
図7Bに示す反射状態においては、粒子26は、パターン化された背面電極100の導電領域104に(またはパターンされた背面電極102の導電領域106)引き付けられる。領域104は反射性環状領域80と位置合わせされることから、粒子26は見えずに隠れた状態である(即ち、そうでない場合には粒子26を照光するであろう光線114は、領域80によって反射されるため)。TIRしないがその代わりに半ビード60を透過する光線116は、反射性領域108の1つに当たり、それにより、反射される。
In the reflective state shown in FIG. 7B, the
半ビード単層18が反射性領域108の上方において適切な距離で位置決めされた場合、透過光線は、光線がほぼ来た方向に戻されるように、反射性環状領域80に向かって集光される。これによって、ディスプレイの半再帰反射特性が向上し、結果的に、100%を超える知覚反射率値が得られる可能性がある。赤緑青(RGB)カラーフィルタアレイに関連した吸収損失でさえも、パターン化された背面電極100、102によって、白紙上の色インキに匹敵する輝度を有する反射像ディスプレイの製造を可能になる。
When the half-
図8は、反射ビードの微細に分散した状態のサスペンションまたは粒子118を伴って吸収性粒子26が電気泳動媒質20内で混ざり合った状態である代替表示輝度(即ち、反射率)向上法を示す。反射ビード118の平均直径は、吸収性粒子26の平均直径よりかなり大きい(例えば、約10倍)。反射ビード118は、印加された電場によって影響されないように、電気泳動的に中立とすることができる。あるいは、反射ビード118は、印加された電場の影響を受けたときにビード118が粒子26から反対方向に移動するように、吸収性粒子26と反対の電荷を有することができる。反対の電荷を帯びた安定した粒子のサスペンションを維持することは反直観的ように思えるかもしれないが、これは、適切な安定化用分散剤を用いることによって得ることができる(アマンドソン、K他共著「Microencapsulated Electrophoretic Materials for Electronic Paper Displays」第20回国際表示装置研究会議講演論文集、84〜87ページ、Society for Information Display 2000年9月25日から28日にフロリダ州パームビーチにて開催を参照)。反射ビード118は、適切な粒状サイズ分布を有する実質的に反射性(例えば、白色)粒状材とすることができるが、二酸化チタン(η〜2.4)などの高屈折率材料が好適である。
FIG. 8 illustrates an alternative display brightness (ie, reflectance) enhancement method in which the
電気泳動がない場合、図8において点線28の左の方に示すように、吸収性粒子26が小さいほど、下部シート24に向かって大きな反射ビード118の下で定着する傾向がある。したがって、そうでない場合には非反射性円形領域82によって吸収された入射光線(例えば、光線120)が、その代わりに、ビード118によって反射される(例えば、光線122)ことから、反射率が大きくなる。反射性環状領域80に入射する光線(例えば、光線124)は、上述したように、内部全反射される(例えば、光線126)。
When there is no electrophoresis, as shown to the left of the dotted
電圧が媒質20全体にわたって印加されたとき、図8において点線28の右に示すように、吸収性粒子26が小さいほど、ビード118間の隙間を電気泳動的に通過して、半ビード60の内方表面に至る。そのように移動してこの吸収性状態になったとき、粒子26は、上述したように、TIRをフラストレートまたは変調することによって反射性環状領域80に入射する光線(例えば、光線128)を吸収し、また、TIRせず、ビード14を通過する光線(例えば、130)を吸収する。したがって、反射ビード118は、多孔性フィルタを形成し、吸収性粒子26は、外方に移動して吸収性状態で半ビード60と接触し、反射状態で半ビード60から内方に移動することができ、それにより、吸収性粒子26は反射状態で直接見えずに覆い隠される。図8では、反射ビード118は球形形状として示されているが、このような形状は不可欠なものではなく、ビード118は任意の形状のすることができることを当業者であれば理解するであろう。
When a voltage is applied across the
図8の方法では、輝度向上以外の種々の利点が得られる。例えば、ビード118が十分に高い密度で供給された場合、吸収性粒子26の長期的な横方向の運動を損なう傾向があり、それにより、吸収性粒子26の凝集作用が遅くなる。このような凝集作用は、電気泳動画像ディスプレイの画像劣化の原因となる可能性がある。
In the method of FIG. 8, various advantages other than the improvement in luminance can be obtained. For example, if the
図8の方法によって達成可能な輝度向上(即ち、反射率)を推定することができる。例えば、反射ビード118が約40%の拡散反射率を有すると想定した場合、また、ビード118が、上述した50%の吸収損失区域の完全性に影響を与えると想定した場合、約20%(即ち、40%の50%)の輝度向上が得られる。
It is possible to estimate the brightness enhancement (i.e. reflectivity) achievable by the method of FIG. For example, assuming that the
図9は、反射性多孔膜140が半ビード60の内方表面と外部シート24との間に設置される更なる代替ディスプレイ輝度(即ち、反射率)向上法を示す。膜140内の孔の平均直径は、吸収性粒子26の平均直径よりかなり大きい(例えば、約10倍)。膜140内の孔は、膜140の総表面積のうち、膜140を通る吸収性粒子26の実質的に妨げられない通過を可能にするのに十分に大きな割合(例えば、少なくとも120%)を構成する。膜40は、ポリカーボネートまたは繊維織膜などの多孔膜材料で形成することができる。膜140の外方表面142は、反射性が高く、拡散反射性または鏡面反射性とすることができる。適切な反射性膜140は、多層帯域反射体(例えば、ミネソタ州セントポールの3Mから販売されている多層光学膜)またはアルミ化Mylar(登録商標)撓み膜などの本質的に反射性である材料から、または、標準的な蒸着法を用いて外方表面142に反射性(例えば、アルミニウム)膜を被覆することによって形成することができる。
FIG. 9 shows a further alternative display brightness (ie, reflectivity) enhancement method in which a reflective
電気泳動がない場合、図9において点線28の左に示すように、吸収性粒子26が小さいほど、下部シート24に向かって膜140の孔を介して定着する傾向がある。したがって、そうでない場合には非反射性円形領域82によって吸収された入射光線(例えば、光線144)が、その代わりに、膜140の反射性外方表面142によって反射される(例えば、光線146)ことから、反射率が大きくなる。反射性環状領域80に入射する光線(例えば、光線148)は、上述したように、内側全反射される(例えば、光線150)。
In the absence of electrophoresis, as shown to the left of the dotted
媒質20全体に電圧が印加されたとき、図9において点線28の右に示すように、吸収性粒子26は、膜140の孔を介して電気泳動的に移動して半ビード60の内方表面に至る。このように移動してこの吸収性状態になったとき、粒子26は、上述したように、TIRをフラストレートまたは変調することによって反射性環状領域80に入射する光線(例えば、光線152)を吸収し、また、TIRせず、ビード14を通過する光線(例えば、154)を吸収する。膜140の孔によって、吸収性粒子26は、外方に移動して吸収性状態で半ビード60と接触し、反射状態で半ビード60から内方に移動することができ、それにより、吸収性粒子26は、反射状態で直接見えずに覆い隠される。
When a voltage is applied to the
図9の方法によって達成可能な輝度向上(即ち、反射率)を推定することができる。例えば、膜140の外方表面142が約60%の全体的な反射率を有すると想定し、上述した50%の吸収損失区域の完全性に影響を与えると想定した場合、約30%(即ち、60%の50%)の輝度向上が得られる。
It is possible to estimate the brightness enhancement (i.e. reflectivity) achievable by the method of FIG. For example, assuming that the outer surface 142 of the
図10は、半ビード60との間の外方シート12の介在領域160が反射率を増加させるために改変される別の代替ディスプレイ輝度(即ち、反射率)向上法を示す。これは、シート12を形成するために使用される反射性高分子材料が、162で示すように、介在領域160を介して、球形ビード14の半ビード部分60の間で、ほぼ半球形状に内方に突出するように、球形ビード14を外方シート12内に部分的に埋設することによって得られる。
FIG. 10 illustrates another alternative display brightness (ie, reflectivity) enhancement method in which the
反射性高分子構造体162が各々「完全な」半球形状を有する場合(理論的には理想的であるが、実際には達成不可能)、高分子構造体162の光反射吸収特性は、上述したように、半ビード60と全く同じものになる。高分子構造体162は、所望の反射率特性を得るために半球形状であることが好ましいが、完全に半球でなくてもよい。高分子構造体162は、その内方表面が入射光線のTIRを引き起こすのに十分な高い曲率を有するべきという点において実質的に半球でありさえすればよい。高分子構造体162内で起こるTIRは、半ビード60に関係して上述したのと同じ方法で吸収性粒子26によってフラストレートさせることができる。
When the
TIRは、通常は、介在領域160では起こらず、それにより、シート12の全体的な反射率が低減する。半ビード60が六方最密充填配置を有する場合、全体的な平均表面反射率は、上述したように、91%であり、残りの9%は、介在領域160内の光吸収のために損失される。介在領域160内でのTIRを容易にすることによって、図10の輝度向上法では、有用な光反射構造体を担持するシート12の百分率を100%近くまで理論的に増加させることによって、この9%の損失を低減する。
TIR typically does not occur in the
球形ビード14を外方シート12内に部分的に埋設する代わりに、介在領域160のサイズを最小限に抑えることによって輝度を向上することができる。例えば、未硬化または軟化樹脂材料が本質的に半球構造体を形成するように、塑性変形特性を有するポリカーボネートなどの高分子材料を採用することによって、半ビード60、高分子構造体162の両方を単一の一体化アレイとして作製することができ、高精度鋳造金型が不要となる。
Instead of partially embedding the
図10の輝度向上法は、更にディスプレイ輝度を向上するために、図7A、図7B、図8または図9の輝度向上法と組み合わせて用いることができる。
以上、幾つかの例示的な態様および実施形態を論じたが、当業者は、特定の改変、置換、追加、その下位の組み合わせを認識するであろう。したがって、以下の添付の特許請求の範囲および本明細書以降に導入される請求項は、真の精神と範囲内である全ての当該の改変、置換、追加および下位の組み合わせを含むと解釈されることを意図する。
The brightness enhancement method of FIG. 10 can be used in combination with the brightness enhancement method of FIG. 7A, FIG. 7B, FIG. 8 or FIG. 9 in order to further improve the display brightness.
While several exemplary aspects and embodiments have been discussed above, those skilled in the art will recognize certain modifications, substitutions, additions, sub-combinations thereof. Accordingly, the following appended claims and the claims introduced hereinafter are to be construed as including all such modifications, substitutions, additions and sub-combinations that are within the true spirit and scope. I intend to.
Claims (47)
(a)外方表示面(17)を有する透明シート(12)の内方表面から内方に突出する複数の透明半ビード(60)であって、各々が非反射性領域(82)を取り囲む反射性領域(80)を有する前記複数の透明半ビード(60)と、
(b)前記透明シート(12)から内方に離間し、前記透明シート(12)との間に貯留部を規定する第2のシート(24)と、
(c)前記貯留部内の電気泳動媒質(20)と、
(d)前記媒質中に懸濁された複数の光吸収性粒子(26)と、
(e)光線を前記第2のシート(24)から前記半ビード(60)の前記非反射性領域(82)を通して選択可能に反射する手段と、
を含む反射ディスプレイ。 In reflective display,
(A) A plurality of transparent half beads (60) projecting inward from the inner surface of the transparent sheet (12) having the outer display surface (17), each surrounding the non-reflective region (82). The plurality of transparent half beads (60) having a reflective region (80);
(B) a second sheet (24) that is spaced inwardly from the transparent sheet (12) and defines a reservoir between the transparent sheet (12);
(C) an electrophoretic medium (20) in the reservoir;
(D) a plurality of light-absorbing particles (26) suspended in the medium;
(E) means for selectively reflecting light rays from the second sheet (24) through the non-reflective region (82) of the half-bead (60);
Including reflective display.
(i)導電領域(104または106)と、
(b)第1の複数の反射性領域(108または110)と、
を含むパターン(100または102)で前記第2のシート(24)の外方側に形成された電極を更に含み、前記第2のシート(24)の前記第1の複数の反射性領域(108または110)の各々1つが、前記半ビード(60)の前記非反射性領域(82)の対応する1つに対応づけられるとともに、前記半ビード(60)の前記非反射性領域(82)の対応する1つと位置合わせされている、請求項1に記載の反射ディスプレイ。 Said means for selectively reflecting light rays;
(I) a conductive region (104 or 106);
(B) a first plurality of reflective regions (108 or 110);
And an electrode formed on the outer side of the second sheet (24) in a pattern (100 or 102) including the first plurality of reflective regions (108) of the second sheet (24). Or 110) is associated with a corresponding one of the non-reflective areas (82) of the half-bead (60) and of the non-reflective areas (82) of the half-bead (60). The reflective display of claim 1, wherein the reflective display is aligned with a corresponding one.
前記パターン(100または102)が、前記第2のシート(24)の外方側上の第2の複数の反射性領域(112)を更に含み、
前記第2の複数の反射性領域(112)の各々1つが、前記隙間(84)の対応する1つに対応し、前記隙間(84)の対応する1つと位置合わせされている、請求項4に記載の反射ディスプレイ。 Each one of the half beads (60) is adjacent to one or more other half beads (60) and the display is a non-reflective gap between each adjacent one or more half beads (60) ( 84),
The pattern (100 or 102) further comprises a second plurality of reflective regions (112) on an outer side of the second sheet (24);
Each one of the second plurality of reflective regions (112) corresponds to a corresponding one of the gaps (84) and is aligned with a corresponding one of the gaps (84). Reflective display according to.
光線を前記半ビード(60)の前記非反射性領域(82)を通して選択可能に反射するステップを備える前記方法。 (A) A plurality of transparent half beads (60) projecting inward from the inner surface of the transparent sheet (16) having the outer display surface (17), each surrounding the non-reflective region (82). A plurality of transparent half beads (60) having a reflective region (80), and (b) spaced inward from the transparent sheet (16), and defining a reservoir between the transparent sheet (16). Reflection of a reflective display having a second sheet (24), (c) an electrophoretic medium (20) in the reservoir, and (d) a plurality of light absorbing particles (26) suspended in the medium. A method to increase the rate,
The method comprising the step of selectively reflecting light rays through the non-reflective region (82) of the half-bead (60).
(i)非反射性領域(104または106)と、
(ii)第1の複数の反射性領域(108または110)と
を含むパターン(100または102)で前記第2のシート(24)の外方側に電極(48)を形成するステップと、
前記第1の複数の反射性領域(108または110)の各々1つを前記半ビード(60)の前記非反射性領域(82)の対応する1つと位置合わせするステップと、
電圧を前記媒質(20)全体にわたって印加して、前記吸収性粒子(26)が前記半ビード(60)の内方表面を実質的に覆う第1の位置と、前記吸収性粒子(26)が前記第1の複数の反射性領域(108または110)を覆うことなく前記電極(48)の前記非反射性領域(104または106)を実質的に覆う第2の位置との間で前記吸収性粒子(26)を選択可能に電気泳動的に移動させるステップと
を含む、請求項26に記載の方法。 The step of selectively reflecting light through the non-reflective region of the half-bead (60);
(I) a non-reflective region (104 or 106);
(Ii) forming an electrode (48) on the outer side of the second sheet (24) with a pattern (100 or 102) comprising a first plurality of reflective regions (108 or 110);
Aligning each one of the first plurality of reflective regions (108 or 110) with a corresponding one of the non-reflective regions (82) of the half-bead (60);
A voltage is applied across the medium (20) such that the absorbent particles (26) substantially cover the inner surface of the half-bead (60), and the absorbent particles (26) The absorptivity between a second position of the electrode (48) substantially covering the non-reflective region (104 or 106) without covering the first plurality of reflective regions (108 or 110). 27. The method of claim 26, comprising selectively moving the particles (26) electrophoretically.
各々の隣接する1つ以上の前記半ビード(60)の間に非反射性隙間(84)が存在し、
前記パターンが第2の複数の反射性領域(112)を更に含み、前記第2の複数の反射性領域(112)の各々1つが、前記隙間(84)の1つのサイズと形状と実質的に同様のサイズと形状を有する、請求項30に記載の方法。 Each one of said half beads (60) is adjacent to said one or more other half beads (60);
There is a non-reflective gap (84) between each adjacent one or more of the half beads (60);
The pattern further includes a second plurality of reflective regions (112), each one of the second plurality of reflective regions (112) being substantially the same as one size and shape of the gap (84). 32. The method of claim 30, having a similar size and shape.
複数の反射粒子(118)前記媒質(20)中に懸濁させるステップと、
電圧を前記媒質(20)全体にわたって印加して、前記吸収性粒子(26)が前記半ビード(60)の内方表面を実質的に覆う第1の位置と、前記反射粒子(118)が前記半ビード(60)と前記吸収性粒子(26)との間にある第2の位置との間で前記反射粒子(118)を介して前記吸収性粒子(26)を選択可能に電気泳動的に移動させるステップと
を更に含む、請求項26に記載の方法。 The step of selectively reflecting light rays through the non-reflective region (82) of the half-bead (60);
Suspending a plurality of reflective particles (118) in the medium (20);
A voltage is applied across the medium (20) so that the absorbent particles (26) substantially cover the inner surface of the half-bead (60), and the reflective particles (118) are The absorbent particles (26) can be selected electrophoretically via the reflective particles (118) between a half bead (60) and a second position between the absorbent particles (26). 27. The method of claim 26, further comprising the step of moving.
前記半ビード(60)と前記第2のシート(24)との間で、前記媒質(20)中に反射性多孔膜(140)を設置するステップと、
電圧を前記媒質(20)全体にわたって印加して、前記吸収性粒子(26)が前記半ビード(60)の内方表面を実質的に覆う第1の位置と、前記膜(140)が前記半ビード(60)と前記吸収性粒子(26)との間にある第2の位置との間で、前記膜(140)を介して選択可能に電気泳動的に前記吸収性粒子(26)を移動させるステップと
を更に含む、請求項26に記載の方法。 The step of selectively reflecting light rays through the non-reflective region (82) of the half-bead (60);
Installing a reflective porous membrane (140) in the medium (20) between the half bead (60) and the second sheet (24);
A voltage is applied across the medium (20) such that the absorbent particles (26) substantially cover the inner surface of the half bead (60), and the membrane (140) is the half (60). The absorptive particles (26) are selectively moved electrophoretically through the membrane (140) between a bead (60) and a second position between the absorptive particles (26). 27. The method of claim 26, further comprising:
光線を前記半ビードの前記非反射性領域(82)を通して選択可能に反射する前記手段が、
各々の隣接する1つ以上の前記半ビード(60)の間に反射構造体(162)を設置するステップと、
電圧を前記媒質(20)全体にわたって印加して、前記吸収性粒子(26)が前記半ビード(60)と前記反射構造体(162)の内方表面を実質的に覆う第1の位置と、前記吸収性粒子(26)が前記半ビード(60)または前記反射構造体(162)を覆わない第2の位置との間で前記吸収性粒子(26)を選択可能に電気泳動的に移動させるステップと
を更に含む、請求項26に記載の方法。 Each one of said half beads (60) is adjacent to said one or more other half beads (60);
The means for selectively reflecting light rays through the non-reflective region (82) of the half-bead;
Installing a reflective structure (162) between each adjacent one or more of the half beads (60);
Applying a voltage across the medium (20) so that the absorbent particles (26) substantially cover the inner surface of the half-bead (60) and the reflective structure (162); The absorbent particles (26) are selectably electrophoretically moved to and from a second position where the absorbent particles (26) do not cover the half beads (60) or the reflective structure (162). The method of claim 26, further comprising:
密に配置された球形ビードを前記透明シート(12)中に部分的に埋設するステップ
によって前記半ビード(60)と前記反射構造体(162)を形成するステップを更に含む、請求項43に記載の方法。 The semi-bead (60) and the reflective structure (162) are formed by the step of softening the transparent sheet (12) and the step of partially embedding the densely arranged spherical beads in the transparent sheet (12). 44. The method of claim 43, further comprising the step of:
前記透明シート(12)を軟化するステップと、
圧力を前記透明シート(12)に印加するステップと、
前記メッシュを前記透明シート(12)内に圧入するステップと
によって前記半ビード(60)と前記反射構造体(162)とを形成するステップを更に含む、請求項43に記載の方法。 Installing a mesh with a circular aperture;
Softening the transparent sheet (12);
Applying pressure to the transparent sheet (12);
44. The method of claim 43, further comprising forming the half-bead (60) and the reflective structure (162) by press-fitting the mesh into the transparent sheet (12).
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