DE3586587T2

DE3586587T2 - Elektrodenstrukturen fuer eine elektrophoretische vorrichtung.

Info

Publication number: DE3586587T2
Application number: DE8585201983T
Authority: DE
Inventors: Thomas Marshall; Edward Henry Stupp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1984-12-31
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2005-11-28
Also published as: EP0186922B1; US4648956A; EP0186922A2; EP0186922A3; DE3586587D1; CA1261446A; JPS61162080A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durchlässige elektrophoretische Wiedergabeanordnung, bei der sich zwischen einem ersten lichtdurchlässigen Substrat mit einer ersten Elektrodenkonfiguration und einem zweiten lichtdurchlässigen Substrat mit einer zweiten Elektrodenkonfiguration eine elektrophoretische Suspension befindet, die eine Pigmentteilchen enthaltende Flüssigkeit aufweist, wobei die Oberfläche wenigstens eines der Substrate mit lichtundurchlässigen Elementen versehen ist.
Elektrophoretische Wiedergabeanordnungen bieten eine verbesserte Technik um Bilder in mehreren Systemen optischer Wiedergabe wiederzugeben.
Eine Anordnung der eingangs erwähnten Art ist aus EP-A-0 023741 bekannt. Bei dieser Anordnung wird Lichtstreuverlust in nicht-selektierten Gebieten dadurch vermieden, daß die Brechzahlen der Flüssigkeit und der Pigmentteilchen voneinander abweichend gewählt werden und daß für eines der Substrate eine Brechzahl gewählt wird, die hoher ist als die der Flüssigkeit. Die betreffenden Zählen werden derart gewählt, daß Lichtstreuverlust durch innere Reflexion vermieden wird. Dazu kann das Substrat ein Prisma oder ein Spezialprofil aufweisen.
Eine erfindungsgemäße Anordnung weist das Kennzeichen auf, daß die erste Elektrodenkonfiguration mindestens eine transparente Elektrode aufweist, die sich mindestens im Bereich eines Bildelementes erstreckt und in einem lichtabsorbierenden Zustand durch die Pigmentteilchen bedeckt wird, und daß die zweite Elektrodenkonfiguration mindestens eine zweite Elektrode aufweist, die gegenüber dem Bereich der genannten ersten Elektrode einen kleinen Bereich aufweist und in einem lichtdurchlässigen Zustand durch die Pigmentteilchen bedeckt ist.
In einer derartigen Anordnung wird die Lichtübertragung durch die Elektrodenstrukturen gesteuert. Diese Strukturen ermöglichen es, daß eine elektrophoretische Wiedergabeanordnung, bei der die Wiedergabeeinrichtung von der dem Zuschauer gegenüberliegenden Seite beleuchtet wird, direkt betrachtet werden kann.
Elektrophoretische Wiedergabeanordnungen bieten eine sichtbare Wiedergabe von Bildern in einer elektrophoretischen Flüssigkeit dadurch, daß der elektrophoretischen Flüssigkeit auf geeignete Weise elektrische Felder zugeführt werden. Derartige elektrische Felder modulieren Licht durch die elektrophoretische Flüssigkeit.
Elektrophoretische Flüssigkeiten werden im Grunde durch eine Flüssigkeit oder einen einfarbigen Farbstoff gebildet, die bzw. der eine kolloidale Suspension von Pigmentteilchen eines anderen Farbtons oder mit einem Helligkeitskontrast enthält. Bei geeigneter Zufuhr von elektrischen Feldern, werden die Pigmentteilchen auf die Elektroden auf der einen oder der anderen Seite der elektrophoretischen Flüssigkeit konzentriert damit entweder die Farbe der kolloidalen Teilchen oder die Farbe der elektrophoretischen Flüssigkeit gesehen wird, wie dies in US-A-3 756693 beschrieben ist.
Durch eine geeignete Elektrodenanordnung nach der vorliegenden Erfindung weist die Basis-Bildformungsstruktur in einer elektrophoretischen Wiedergabeanordnung eine rechteckige Gliederung kleiner Einheitszellen bzw. Pixels auf, die durch geeigneten elektrische Signale "ein"- oder "aus"-geschaltet werden. Das heißt, daß die kolloidalen Pigmentteilchen bedecken eine geeignete Elektrodenstruktur bzw. ein solches Gebiet während der "aus"-Periode, aber während der "ein"-Periode wird das Pigment einem relativ kleinen Gebiet zugeführt, wobei nur ein geringer Anteil des Lichtes gesperrt wird, durch das Pixel hindurch zu gehen. Wenn nun die ganze Anordnung von der Rückseite her beleuchtet wird, ist ein Bild sichtbar, das durch Lichtpunkte gegen einen dunklen Hintergrund gebildet wird. Dieses System läßt sich bei nahezu allen Verfahren der Adressierung jedes Pixels anwenden, bei dem eine solche Adressierung durch Zuführung einer Gleichspannung zwischen zwei Pixelelektroden erfolgt.
Eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, daß das genannte erste transparente Substrat eine Anzahl halbkugliger Hohlräume aufweist, die je eine halbkuglige, die erste Elektrodenkonfiguration bildende Deckschicht aufweisen und wobei die genannte zweite Elektrodenkonfiguration eine Anzahl Metallstiftelektroden aufweist, die sich je bis in einen betreffenden halbkugligen Hohlraum erstrecken. Verwendung mit einer leitenden Schicht bedeckter Hohlräume als Elektroden zum Ändern der optischen Eigenschaften einer Flüssigkeit mit geladenen Teilchen ist an sich aus EP-A-0 017087 bekannt.
In einem anderen System nach der vorliegenden Erfindung weist die Wiedergabeanordnung in einem geringen Abstand voneinander liegende parallele Platten auf. In einer derartigen Struktur würde die eine Elektrodenkonfiguration Elektroden einer bestimmten Breite und mit einem Bezugspotential auf der einen Seite der Wiedergabeanordnung aufweisen, während die Elektroden auf der anderen Seite der Wiedergabeanordnung eine zweite Breite aufweisen würden, die zu der ersten Breite der Elektroden an der ersten Fläche eingefügt ist. Diese zweiten Elektroden sind die angesteuerten Elektroden, die asymmetrisch zu positiven oder negativen Werten betrieben werden, wodurch die elektrophoretische Anordnung umgeschaltet werden kann. Das Verhältnis der Breite der Elektroden zu dem Abstand zwischen den parallelen Substraten soll möglichst klein sein, damit, erstens, die Bildeinheitlichkeit verbessert wird, und, zweitens, die Übertragung von Licht maximiert wird, wenn das Pixel "ein"- geschaltet wird, vereinigbar mit der Eigenschaft der betriebenen Elektroden, das Pigment anzusammeln. Eine solche Anordnung erfordert, daß die Gesamtgröße der Elektroden möglichst klein ist, so daß je Pixel viele Lichtstreifen auftreten werden.
Eine Abwandlung dieser Struktur liefert die Anordnung einer einzigen Elektrode, welche die Oberfläche eines der Substrate bedeckt, während die Streifenelektroden an der gegenüberliegenden Fläche eine bestimmte Breite aufweisen und in einem gegenseitigen Abstand voneinander liegen ähnlich wie bei den obengenannten Streifenelektroden. Diese Struktur macht es möglich, daß ein elektrisches Feld mehr einheitlich ist, da die einzige Elektrode keine Ecken hat. Andererseits ist eine höhere Pigmentkonzentration erforderlich um die Elektroden zu bedecken.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch die Wirkungsweise nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung der Anordnung eines einzigen Satzes von Elektroden nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Elektrodenstruktur nach der Erfindung; und
Fig. 4 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 3.
Die Anordnung nach der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt, wobei ein erstes transparentes Substrat in einem geringen Abstand von einem zweiten Substrat 2 vorgesehen ist. Das erste Substrat 1 weist eine Anzahl Elektroden 3 auf einer inneren Fläche desselben auf, während das Substrat 2 eine Anzahl den Elektroden 3 zugewandter Elektroden 4 aufweist. Auf der einen Seite der Wiedergabestruktur ist eine Lichtquelle 5 vorgesehen um Licht durch die Wiedergabeanordnung hindurch einem Zuschauer 6 zuzuführen.
Aus der elektrophoretischen Lösung 8 werden entsprechend den zugeführten Potentialen auf den betreffenden Elektroden eine Anzahl Pigmentteilchen 9 gebildet. Wie z. B. aus Fig. 1 ersichtlich, werden die Pigmentteilchen 9 aus Deckschicht auf den Elektroden 3 in zwei Segmenten der Wiedergabeanordnung gebildet, während die Pigmentteilchen 9 über die Elektroden 4 an der gegenüberliegenden Seite der elektrophoretischen Flüssigkeit 8 in einem anderen Segment der Wiedergabeanordnung gebildet werden. Letzteres entspricht dem "ein"-Plan der Bilderzeugung in der elektrophoretischen Anordnung da die mit Pigmentteilchen 9 bedeckten Elektroden 4 nur einen geringen Teil des von der Quelle 5 herrührenden Lichtes zum Hindurchgehen durch die Wiedergabeanordnung sperren. Dadurch werden Gebiete zwischen den Elektroden 4 sichtbar gemacht, indem Licht durch die Wiedergabeanordnung hindurchgeht. Durch eine geeignete Anordnung der Elektrodenstrukturen lassen sich alphanumerische Wiedergabeanordnungen bilden. Die Bedeckung der Elektroden 3 durch die Pigmentteilchen 9 bedeckt die Wiedergabeanordnung an diesen Stellen mit dem Farbton der Teilchen, 50 daß durch die Wiedergabeanordnung kein Licht hindurchgeht.
Auf jeder Substratoberfläche 1 und 2 werden geeignete lichtundurchlässige Teile 7 angebracht um die jeweiligen Elektrodenstrukturen 3 und 4 voneinander zu trennen. Dadurch geht nur Licht durch das den betreffenden Elektroden 3 und 4 zugeordnete Gebiet zu dem Zeitpunkt, wo die Pigmentteilchen 9 von den Elektroden 4 angezogen werden.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung von Elektrodenmustern an den beiden Substraten, die eine Beleuchtung mit ausgestrahltem Licht ermöglichen. Eine erste Möglichkeit dies durchzuführen ist ersichtlich aus einer ersten Ausführungsform, wie diese in Fig. 2 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform hat ein Substrat 11 eine Anzahl halbkugliger Hohlräume, über die an der Innenfläche des Substrats 11 sowie an dem Hohlraum 15 eine Elektrode 13 als Bedeckung vorgesehen ist. Für die Elektrode 13 ist ein Indium-Zinnoxid oder ein anderer transparenter elektrischer Leiter verwendet. Weiterhin wird diese Elektrode auf Erdpotential gehalten. Auf einem zweiten Substrat 12 werden Metallstiftelektroden 14 hindurchgeführt, die sich bis in den halbkugligen Hohlraum erstrecken.
Diese Anordnung ermöglicht es, daß innerhalb der elektrophoretischen Zelle ein radial isotropes elektrisches Feld erzeugt wird; wodurch eine einheitliche Pigmentverteilung über die Oberfläche des halbkugligen Hohlraums möglich wird. Wenn auf diese Weise gehandelt wird, wird durch das Substrat 11 hindurchgehendes Licht durch die Pigmentteilchen 16 in dem Hohlraum 15 gesperrt. Beim Umschalten der Anordnung in einen "ein"-Zustand wird das Pigment 16 in Richtung der Metallstiftelektrode gehen, wobei das Gebiet in dem halbkugligen Hohlraum um den Stift 14 herum zum Hindurchlassen von Licht freigemacht wird. Zur Maskierung der Gebiete zwischen den halbkugligen Hohlräumen werden lichtundurchlässige Schichten 17 vorgesehen. Die Elektrode 14 wird auf ein Plus- oder Minus-Potential gesteuert, damit sie die elektrophoretische Zelle in den "Ein"- oder "Aus"-Zustand schaltet.
Es wurde gefunden, daß ein Nachteil dieser Struktur ist, daß die Fertigung der halbkugligen Zellen aufwendig ist. Weiterhin ist Brechung und innere Totalreflexion innerhalb der Hohlräume möglich und Indexanpassung zwischen den Substratoberflächen und der elektrophoretischen Suspension 18 zwischen den Substraten 11 und 12 erforderlich.
Eine weitere erfindungsgemaße Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform werden zwei parallele Substrate 21 und 22 durch einen Zwischenraum mit einem Abstand t voneinander getrennt, wobei in diesem Zwischenraum die elektrophoretische Suspension 26 mit Pigmentteilchen 25 vorgesehen ist. Die Pigmentteilchen 25 werden in Elektroden 23 auf der Oberfläche des Substrats 21 eingeführt. Eine solche Bedeckung der Elektroden 23 mit den Pigmentteilchen ermöglicht nur den Durchgang von Licht durch das Gebiet zwischen den Elektroden 23.
Diese Gebiete entsprechen der Breite w&sub2;, welche die Größe bzw. die Breite der Elektrodenstreifen 24 auf dem Substrat 22 ist. Aber diese Elektroden 24 sind lichtundurchlässig, so daß kein Licht hindurchgehen kann. Beim Umschalten in den "Ein"-Zustand werden die elektrophoretischen Teilchen auf den Elektroden 23 zu den Elektroden 24 wandern, wodurch es ermöglicht wird, daß Licht durch die Struktur hindurchgeht. Die Elektroden 24 sind die angesteuerten Elektroden, die asymmetrisch entweder auf ein Plus- oder einen Minus-Potential gesteuert werden, um die elektrophoretische Zelle umzuschalten. Dagegen befinden die Elektroden 23 sich auf einem Bezugspotential, wie Erde. Diese Elektroden 23 können aus einem Indium- Zinnoxid-Material oder jedem beliebigen anderen transparenten Material bestehen, während die Elektroden 24 aus einem lichtundurchlässigen Material bestehen.
Die Elektroden 23 erstrecken sich senkrecht zu der Zeichenebene in der Längsrichtung des Substrats 21. Diese Elektroden können in einem H-Muster gegenseitig gekoppelt werden. Auf ähnliche Weise erstrecken sich die Elektroden 24 senkrecht zu der Zeichenebene auf dem Substrat 22.
In dieser Struktur nach Fig. 3 weisen die Elektroden 23 eine Breite w&sub1; auf, während die Elektroden 24 eine Breite w&sub2; aufweisen. Die Breite der Elektrode 24 entspricht dem Abstand zwischen den Elektroden 23 und die Elektroden 24 erstrecken sich längs der Trenngebiete der Elektroden 23. Der Abstand zwischen den Elektroden 21 und 22 ist der Abstand oder die Dicke t. In dieser Struktur soll das Verhältnis w&sub1; zu t möglichst klein sein, damit die Feldeinheitlichkeit verbessert wird. Weiterhin soll das Verhältnis w&sub2; zu w&sub1; möglichst klein sein zum Maximalisieren der Lichtübertragung, wenn das Pixel sich in dem "Ein"-Zustand befindet, vereinigbar mit der Eigenschaft der w&sub2;-Elektroden die Pigmentteilchen anzusammeln.
Diese beiden Erwägungen erfordern, daß die Gesamtelektrodengröße möglichst klein ist, so daß es viele Elektrodenstreifen je Pixel geben kann.
Eine Abwandlung dieser Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt, in der die Elektrode 33 eine einzige Elektrode ist, welche die Oberfläche des Substrats 21 bedeckt. Diese Elektrode 33 befindet sich auf Bezugspotential, wie Erde, und liegt gegenüber den Elektroden 24, die lichtundurchlässig sind. Diese Elektroden 24 sind in Fig. 4 dargestellt, und haben elektrophoretische Pigmentteilchen 25, so daß der "Ein"- Zustand vorliegt.
In dieser Anordnung ist das elektrischen Feld einheitlicher, weil die Erdungselektrode 33 keine Ecken hat. Weiterhin ist 100% der oberen Fläche des Substrats 21 transparent insofern die Elektrode 33 transparent ist. In einer derartigen Anordnung ist eine höhere Pigmentkonzentration erforderlich um diese Elektrode in dem "Aus"-Zustand zu bedecken.
Andererseits gibt es dasselbe Verhältnis zwischen w&sub1;, w&sub2; und t wie in Fig. 3.

Claims

1. Durchlässige elektrophoretische Wiedergabeanordnung, bei der sich zwischen einem ersten lichtdurchlässigen Substrat (1,11, 21) mit einer ersten Elektrodenkonfiguration (3,13, 23, 33) und einem zweiten lichtdurchlässigen Substrat (2, 12, 22) mit einer zweiten Elektrodenkonfiguration (4, 14, 24) eine elektrophoretische Suspension befindet, die eine Pigmentteilchen (9,16, 25) enthaltende Flüssigkeit (8,18, 26) aufweist, wobei die Oberfläche wenigstens eines der Substrate mit lichtundurchlässigen Elementen (7,17, 24) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrodenkonfiguration mindestens eine transparente Elektrode aufweist, die sich mindestens im Bereich eines Bildelementes erstreckt und in einem lichtabsorbierenden Zustand durch die Pigmentteilchen bedeckt wird, und daß die zweite Elektrodenkonfiguration mindestens eine zweite Elektrode aufweist, die gegenüber dem Bereich der genannten ersten Elektrode einen kleinen Bereich aufweist und in einem lichtdurchlässigen Zustand durch die Pigmentteilchen bedeckt ist.

2. Elektrophoretische Wiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte erste transparente Substrat (11) eine Anzahl halbkugliger Hohlräume (15) aufweist, die je eine halbkuglige, die erste Elektrodenkonfiguration (13) bildende Deckschicht aufweisen und wobei die genannte zweite Elektrodenkonfiguration eine Anzahl Metallstiftelektroden (14) aufweist, die sich je bis in einen betreffenden halbkugligen Hohlraum (15) erstrecken.

3. Elektrophoretische Wiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte erste transparente Substrat (1, 21) und das genannte zweite transparente Substrat (2, 22) beide planare plattenförmige Strukturen sind, die sich parallel zu einander erstrecken, wobei diese transparente Substrate in einem Abstand t voneinander liegen.

4. Elektrophoretische Wiedergabeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Elektrodenkonfiguration eine Anzahl transparenter paralleler Elektroden (23) aufweist, die sich in einer Dimension des genannten ersten transparenten Substrats (21) erstrecken, wobei jede der genannten ersten Anzahl paralleler Elektroden (23) eine Breite w&sub1; aufweist und in einem Abstand w&sub2; voneinander liegen, und wobei die genannte zweite Elektrodenkonfiguration eine zweite Anzahl lichtundurchlässiger paralleler Elektroden (24) aufweist, die sich in derselben Richtung erstrecken wie die genannten ersten Anzahl Elektroden, wobei jede der genannten zweiten Anzahl paralleler Elektroden eine Breite w&sub2; hat und in einem Abstand w&sub1; von einander entfernt liegen.

5. Elektrophoretische Wiedergabeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Elektrodenkonfiguration eine einzige transparente Elektrode (33) aufweist, die eine Oberfläche des genannten ersten transparenten Substrats (21) bedeckt, und wobei die genannte zweite Elektrodenkonfiguration eine Anzahl lichtundurchlässiger paralleler Elektroden (24) aufweist, die sich in einer Dimension des genannten zweiten transparenten Substrats (22) erstrecken, wobei jede der genannten Elektroden (24) eine Breite w&sub2; hat und in einem Abstand w&sub1; voneinander entfernt liegen.