JP2003241237A - 電子ペーパ用のディスプレイ材料およびその応用 - Google Patents
電子ペーパ用のディスプレイ材料およびその応用Info
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Abstract
画素内の材料を効率よく動作させる手段を提供する。 【解決手段】 ディスプレイ材料200は、対向した二
つの外面であって少なくとも一方の外面は光透過性であ
る外面、および液化可能な物質内に配置された光学的お
よび電気的に異方性をもつ複数のエレメントであって、
このエレメントは、回転可能に配設されている時は該物
質に固着しておらず、この液化可能な物質内に浮遊して
いるものであるエレメントを含む。
Description
れるディスプレイシートに関し、特に電場と熱場との両
方を用いて、ジリコンディスプレイなどの捻れボール式
ディスプレイを駆動する場駆動式ディスプレイシートに
関する。
スは、種々のペーパドキュメント属性を備えた薄いシー
トを含む。このシートは、紙に似た外観を呈して、紙に
似た外光バルブ挙動を有し(すなわち外光が明るくなる
ほど、見やすくなり)、紙のようにフレキシブルで、紙
のように持ち歩くことができ、紙のように上書きが可能
で、紙のように複写することができ、大抵の場合紙のア
ーカイブメモリを有している。
定性(bistability)を向上させつつ、標準
的な垂直電場を用いた場合よりも効率よく電子ペーパの
画素内の材料を動作させる手段を提供することである。
ここで述べる双安定性とは、電場によって形成された像
を電場除去後も適当な一定期間保持しておくことであ
る。
一態様に依り、電子ペーパシステムに使用されるディス
プレイ材料が開示される。この材料は対向する二つの外
面を含み、この外面間に、液化可能な物質内に浮遊した
複数の光学的および電気的に異方性をもつエレメントが
配設される。各エレメントの回転可能な配設は、エレメ
ントが該物質内に浮遊していてかつ物質が液化している
間に行われる。
引用した米国特許第4,143,103号に開示された
先行技術のデバイスの一例を示している。数字2は、基
板6および8の間に挟まれたディスプレイパネル4を有
するディスプレイを指す。ディスプレイパネル4と基板
6との間に、平行な導電体群10’からなる第1のグリ
ッド10が備わる。第1のグリッド10の導電体群1
0’に対して直交した、平行な導電体群12’を有する
第2のグリッド12が、基板8とディスプレイパネル4
との間に備わる。基板6および8の少なくとも一方なら
びに少なくともその基板に隣接したグリッドの導電体は
光学的に透明であり、それにより外光がディスプレイパ
ネル4に入射できると共に、パネル4によって形成され
るディスプレイが視認可能になる。図2に示すように、
基板6および導電体10’は光学的に透明な材料で作製
されていて、ディスプレイに入射する外光によりIの位
置で可視像が形成されるようになっている。
性を有する微粒子14が分布している。粒子14は透明
な絶縁性液体に囲まれており、この液体により、粒子1
4の光学的異方性およびその光学的異方性を得るために
用いたコーティングに起因するゼータ電位の相違に基づ
いて、粒子14に電気的異方性が付与される。粒子14
およびその粒子を囲む絶縁性液体に加えて、パネル4
は、個体で光学的に透明な支持体材料15を含み、これ
により、粒子14は並進の自由度をもつことなく回転の
自由度をもつことができる。
の差、および球14の各々が絶縁性液体18に浸責され
ていることにより、図3に模式的に示すように、球体1
4に電荷が付与される。この場合、半球体14aは半球
体14bに対して相対的に正に帯電している。図2に示
すように、電源19が、グリッド10の電極群10’の
いずれか一つおよびグリッド12の電極群12’のいず
れか一つの間に接続されると、正に帯電した半球体14
aは負の電極12’に引き寄せられ、電圧印加された電
極10’および12’によって発現した電場内の球体1
4は実質的に並進することなく回転して、それにより半
球体14bを反射した光はIの方向を向くようになる。
これにより、黒い背景地に輝点が形成される。電源19
の極性を逆にすることにより、光背景地に黒点が形成さ
れる。従来のマトリクスアドレシングで行われているよ
うに、電源19を電極群10’および12’の選択され
た交差点に順次接続することにより、Iの位置で視認可
能な像が形成される。
は、フレキシブルで再像形成可能なドキュメントとして
用いられる場合は、双安定性を有することが必須であ
る。電場を用いて像形成が行われた場合は、その電場を
保持しておく必要がある。さもないと電場が取り除かれ
ると像は消えていってしまう。この先行技術の例では、
電場が取り除かれると像は緩やかに消えていく。このデ
バイスを再像形成可能なペーパライクデバイスへと発展
させるためには、像を定着する方法が必要である。
コンディスプレイ200のより詳細な側面図を示す。デ
ィスプレイ200において、ジリコン回転エレメント2
01がエラストマ基板202内にモノレイヤ状態で配置
されている。基板202は、例えばIsopar(登録
商標)などの絶縁性液体に浸されており、この液体に
は、例えばトランス−4−t−ブチル−1−フェニル−
シクロヘキサノールまたは任意の他の適当なゲル化剤な
どのゲル化剤が約0.5乃至約2重量%添加されてい
る。基板202は絶縁性液体によって膨潤されており、
それによりキャビティ23であって、該キャビティ内で
ジリコン回転エレメントが回転可能なキャビティ203
が形成される。ジリコン回転エレメントは絶縁性液体の
存在下で電気的双極子となり、その結果電場が印加され
ると回転力を受ける。
の分解図を、アドレシング方法の一実施形態と共に示
す。この実施形態では、ジリコンディスプレイシート3
00は、1層のジリコン回転エレメント315を含んだ
エラストマ層310を有している。エラストマ層310
は、例えばIsopar(登録商標)などの絶縁性液体
に浸されており、この液体には、例えばトランス−4−
t−ブチル−1−フェニル−シクロヘキサノールまたは
任意の他の適当なゲル化剤などのゲル化剤が、約0.5
乃至約2重量%添加されている。各ジルコン回転エレメ
ント315は、層310内の液体が充填されたそれぞれ
のキャビティ318内に位置している。層310の上に
は平行な導電体ストリップ群325を有した電極シート
320が位置し、このシートによって、層310の面内
またはその面に平行な電場が生成される。層310の反
対側に、層320中の導電体ストリップ群325に直交
した、平行なヒータストリップ群335を有する層33
0が位置する。平行なヒータストリップ群335は、抵
抗ヒータまたは任意の他の既知のヒータ手段で構成され
る。オプションの低抵抗グラウンド層電極360をシー
ト310から見てヒータ層330の反対側に配設するこ
ともできる。薄い絶縁性セパレータ層350によってヒ
ータ層330とシート310とが分離される。層350
は、例えば、ポリマ堆積層またはプラスチックシートな
どである。この電極構造の周囲を二つの基板層340お
よび370が囲んでいる。ジリコンシート300の少な
くとも一面は光学的に透明である。例えば、Iの位置で
観察者がジリコンシート300を見ようとした場合、好
適には基板層340および電極層320は全て透明であ
る必要がある。
トが存在する場合の本明細書の全ての図面においては、
簡明のためにごく小数のエレメントにのみ番号が付けら
れている。しかしながら、番号が付けられたエレメント
と同じ形をしたエレメントは全てその番号付けされたエ
レメントと同一であることは明らかである。
の図において、図5中の類似部品に相当する部品にはそ
れと同じ参照番号が付けられている。導電性ストリップ
群325が層320上に配置され、それにより層320
の辺410に平行なライン群が形成されている。同様
に、ヒータエレメント群335が図示されてない層33
0上に配置されて、それにより層330の長さ方向42
0に沿った平行なライン群が形成されている。ある所定
の電極ストリップ325およびある所定のヒータストリ
ップ335が駆動されると、駆動された電極とグラウン
ド層との間に電場が生じて、それによりジリコンが回転
させられる。ただし、この回転は駆動されたヒータスト
リップに電極パルスが印加された場合のみに生じる。上
記交差点において、駆動されるジリコンを囲んだキャビ
ティ内の液体は、例えば約80℃の所望の温度に加熱さ
れる。この温度で、ゲル化剤を含んだ絶縁性液体は低粘
度の液体になり、その結果駆動されるジリコンが回転で
きるようになる。電場によって駆動され、かつそれと同
時に加熱されるジリコンは1列分のみであるため、回転
するのはその列内のジリコン回転エレメントのみであ
る。熱場が取り除かれると、駆動されるジリコンを囲ん
だキャビティ内の液体は該キャビティ内の液体のゲル化
温度より低い温度に冷却されて、液体相のゲル化による
像の定着が行われる。この手順が繰り返されて、Iの位
置の観察者に視認される像がシート300上に形成され
る。熱拡散の影響を最小限にするために、ペーパ厚さお
よびヒータストリップの幅の寸法、および図7に示すオ
プションの裏面ヒートシンクの追加等が選択されて、1
列のみが一度にスイッチングされるような局部加熱が生
じるようにされる。ディスプレイシート300は、複数
の電源を用いたパッシブマトリクスアドレシング、およ
びシートの側面でディスプレイシート300に接した複
数のヒータドライバによって、ジリコンを駆動または駆
動解除することができる。
ドレシングの別の実施形態の分解図を示す。この図にお
いて、図5中の類似部品に相当する部品には同じ参照番
号が付けられている。ジリコンディスプレイシート50
0には、複数のジリコン回転エレメント層315を含ん
だエラストマ層310が備わっている。エラストマ層3
10には例えばIsopar(登録商標)などの絶縁性
液体が浸透しており、この液体には例えばトランス−4
−t−ブチル−1−フェニル−シクロヘキサノールなど
のゲル化剤が約0.5乃至約2重量%添加されている。
各ジリコン回転エレメント315は、層310内の液体
が充填されたそれぞれのキャビティ318内に位置して
いる。層310の上には平行な導電体ストリップ群32
5を有した電極シート320が備わり、この導電体スト
リップ325によって、層310の面内またはこの面に
平行な電場が生成される。層310の反対側に、層32
0の導電体ストリップ群325に直交した平行なヒータ
ストリップ群335を有する層330が配設される。オ
プションの低抵抗グラウンド層電極360をシート31
0から見てヒータ層330の反対側に配設することもで
きる。絶縁性セパレータ薄層350が、ヒータ層330
とグラウンド層360とを分離している。層350は、
例えば、ポリマ堆積層またはプラスチックシートなどで
ある。この電極構造の上下に二つの基板層340および
370が備わる。ヒートシンク380が、層310から
見て基板層370の反対側に配設されている。ジリコン
シート500の少なくとも一方の面は光学的に透明であ
る。例えば、Iの位置で観察者がジリコンシート500
を見ようとする場合、好適には基板層340および電極
層320を全て透明にする必要がある。
00の平面図を示しており、同図において、図5中の類
似部品に相当する部品には同一の参照数字が付せられて
いる。導電性ストリップ群325が層320上に配置さ
れて層320の辺310に平行なライン群が形成されて
いる。同様に、ヒータエレメント群335が層330上
に配置されて層330の長さ方向420に沿った平行な
ライン群が形成されている。ある所定の電極ストリップ
325およびある所定のヒータストリップ335が駆動
されると、その駆動された電極とグラウンド層との間に
電場が形成されて、それによりジリコンの回転が可能に
なる。ただし、この回転が可能であるのは、駆動された
ヒータストリップに電力パルスが印加された場合のみで
ある。上記交差点において、駆動されるジリコンを囲ん
だキャビティ内の液体は、例えば約80℃の、所望の温
度に加熱される。この温度で、ゲル化剤を含んだ絶縁性
液体は低粘度の液体になり、その結果駆動されるジリコ
ンの回転が可能になる。電場によって駆動され、かつそ
れと同時に加熱されるジリコンは1列分のみであるた
め、回転するのはその行内のジリコン回転エレメントの
みである。熱場が取り除かれると、駆動されるジリコン
を囲んだキャビティ内の液体は該キャビティ内の液体の
ゲル化温度より低い温度に冷却されて、液体相のゲル化
による像の定着が行われる。この手順が繰り返されて、
Iの位置で観察者に視認される像がシート300上に形
成される。熱拡散の影響を最小限にするために、ペーパ
厚さおよびヒータストリップ幅等の寸法、および図7に
示したオプションの裏面ヒートシンクの追加などが選択
されて、1列のみが一度にスイッチングされるような局
部加熱が生じるようにされる。
ドレシング方法の別の実施形態を示す。この実施形態で
は、導電性ストリップ群625は、ヒータストリップ群
635に対して斜めの平行ライン群を形成するように配
列されている。この場合も、ある所定の導電性ストリッ
プ625およびある所定のヒータストリップ635が駆
動されると、その交差点で電場が生成され、この電場に
よって対応するジリコンが前述のように回転し、電場お
よび熱場が除去されるとその回転した位置で固定され
る。
のいずれも電極層320およびヒータ層330の位置を
入れ換えることができる。例えば、再び図5を参照する
と、層320および330を入れ換えて、層330が層
310上に位置し、層320が層310の反対側に配設
されるようにすることができる。前述と同様に、ある所
定の導電性ストリップ325およびある所定のヒータス
トリップ335が駆動されると、その交差点で電場が生
成され、この電場によって対応するジリコンが前述のよ
うに回転し、電場および熱場が除去されるとその回転し
た位置で固定される。
ストリップ層を含むものであったが、種々の他のアドレ
シング方法も考慮に入れられる。例えば、全体を本願に
引用して援用する米国特許第6,222,513号にお
いてHoward他が示しているように、電極が電荷保
持アイランドを形成して、ヒータが熱保持性アイランド
を形成するものであってもよい、あるいはヒータが一つ
の連続層の形になっていてもよい。外部電荷をジリコン
ディスプレイシートに移送する機構としては種々のもの
が考えられる。それら機構の一つに、ペンまたは鉛筆の
ように用いることが可能な、シングルエレメントスタイ
ラスがある。電極層との接続は軟質の導電性チップを用
いて行われる。このチップは導電性コアによって電源に
接続される。導電性コアは絶縁性材料に囲まれており、
この絶縁性材料の存在によりユーザは電気的ショックの
恐れなしにスタイラスを取り扱うことができる。別の構
成のシングルエレメントスタイラスもあり得る。この場
合の実施形態では、ヒータは単一の連続層となってお
り、スタイラスがシート両端間を移動する間にこのヒー
タが加熱されて、それにより回転部材の回転が可能にな
る。スタイラスが上昇すると、ヒータ層による熱の印加
は途絶えて、その結果回転した部材はその位置でロック
される。
組み込んで印刷ヘッドまたはワンドのように用いること
もできる。コンタクトチャージングワンド(conta
ctcharging wand)は、米国特許第6,
222,513号に記載されているように、交互形成さ
れた導電性電荷移送エレメントおよび絶縁性エレメント
で構成される。電荷移送エレメントは、像形成時にジリ
コンディスプレイシートに対して移動する間、電極層に
確実に接触する必要がある。この実施形態では、ヒータ
群が印刷ヘッドまたはワンドと同一方向に配設されたス
トリップ群を形成していてもよい。
スする、二次元のアドレシングエレメントアレイも考慮
に入れられる。このデバイスにおいて、電荷移送プラテ
ンであるジリコンディスプレイシートは一時的にデバイ
ス内に入れられる。このデバイスは支持体ベースおよび
アドレシングエレメントからなる二次元マトリクスアド
レシングアレイを含んでいる。マトリクスアドレシング
アレイは、ジリコンディスプレイシートに接触または近
接させて設置される。マトリクスアレイは、ヒンジを中
心に弧を描いてジリコンディスプレイシートの上部位置
まで回転させられる。同時に、電荷がジリコンディスプ
レイシートの電極の接点に移送されて、像が形成され、
その後ジリコンディスプレイシートが取り外される。こ
の実施形態では、ヒータは連続シート状になっており、
マトリクスアレイがディスプレイシートに接触すると加
熱される。また、プレート/ワンドのハイブリッド構成
も考えられる。この構成によって、これら二つの手法に
よりもたらされる価格および性能間の妥協が図られる。
形態を球状のジリコンを用いるものとして説明したが、
先に引用した名称「多色値(Multiple Chr
omatic Values)を用いた捻れ筒状ディス
プレイ」の米国特許第5,894,367号に記載され
ているような筒状エレメントを球状ジリコンの代わりに
用いることもできる。さらに、ディスプレイエレメント
は、球状か筒状かに係わらず、本発明に係る白黒、ハイ
ライト、またはカラーの各ディスプレイシートに用いる
ことができる。
トは、キャビティ内に各ジリコン回転エレメントが位置
した、膨潤したエラストマを用いて作製される。しかし
ながら、エラストマを用いずかつキャビティのない状態
でディスプレイシートを形成することもできる。このよ
うなディスプレイシートにおいては、ジリコン回転エレ
メントは、例えばIsopar(登録商標)などの絶縁
性液体であって、例えばトランス−4−t−ブチル−1
−フェニル−シクロヘキノールまたは任意の他の適当な
ゲル化剤などのゲル化剤が約0.5乃至2重量%添加さ
れた液体内に直接配置される。この後、回転エレメント
およびゲル化剤を含んだ絶縁性液体は二つの保持部材の
間(例えばアドレシング電極とヒータとの間)に挟まれ
る。エラストマ基板は存在しない。
スプレイシートの側面図を示す。シート700におい
て、均一な径のジリコン回転エレメント群701のモノ
レイヤが、保持部材704aおよび704b間で絶縁性
液体709内に位置している。ジリコン回転エレメント
は絶縁性液体709の存在下で電気的双極子となり、そ
のために電場が印加されると回転力を受ける。上面70
5は透明であることが好ましい。この別のディスプレイ
シートの実施形態は、以上述べた全てのアドレシング方
法を適用することを考慮に入れている。
熱場を用いて各キャビティ内のジリコンを動作させてい
た。しかしながら、特記すべき事項として、キャビティ
内のジリコンを回転させることのできる、あらゆる外場
を本発明の電場に置き換えて用いることができる。例え
ば、先に引用した名称「磁気ラッチを用いたジリコンデ
ィスプレイの作製方法」の米国特許第6,110,53
8号に記載されているような、磁性顔料を用いてジリコ
ンを作製した場合は、熱場と組み合わせた磁場の印加に
よってジリコンを回転させることができる。
スプレイに優る効果は、本発明によって双安定性が得ら
れることである。従来の回転するエレメントに印加され
る電場機構は、ゲル化剤を用いずにIsopar(登録
商標)などの炭化水素溶剤中で回転するエレメントに対
するものであり、この電場機構によって形成される像は
電場が取り除かれると消えていってしまう。しかしなが
ら、ゲル化剤が添加された炭化水素溶剤中で回転するエ
レメントに作用する、電場および熱場の組み合わせによ
って形成される像は、印加された電場および熱場が除去
されても消えることはない。電場および熱場の除去によ
ってゲル化剤の温度が低下するにしたがって、デバイス
はゲル化剤のゲル化温度より低い温度に冷却され、それ
によって像は再び熱場が加えられるまで定着される。
4−t−ブチル−1−フェニル−シクロヘキノールをゲ
ル化剤として含んだIsopar(登録商標)などの炭
化水素溶剤で膨潤された、ジリコン回転エレメントを含
有したシロキサンエラストマを挟んだ、インジウム錫酸
化物がコーティングされた2枚の基板を有する電子ペー
パデバイスを作製した。この電子ペーパデバイスを上記
Isopar(登録商標)/TBPCミクスチュアのゲ
ル化温度より約15℃高い温度まで加熱した後、電場を
印加して像を形成した。この後、熱をデバイスから取り
除いてゲル化温度より低い温度にデバイスを冷却し、そ
の時点で電場を取り除いた。40℃より低い温度もしく
は室温に冷却されると、溶剤相がゲル化して定着像が形
成される。ゲル化剤の量が0.5重量%の場合は、表1
に示すように、像を定着するためには像を室温より低い
温度に冷却する必要がある。
4−t−ブチル−1−フェニル−シクロヘキノールをゲ
ル化剤として含んだIsopar(登録商標)などの炭
化水素溶剤で膨潤された、ジリコン回転エレメントを含
有したシロキサンエラストマを挟んだ、インジウム錫酸
化物がコーティングされた2枚の基板を有する電子ペー
パデバイスを作製した。この電子ペーパデバイスを上記
Isopar(登録商標)/TBPCミクスチュアのゲ
ル化温度より約15℃高い温度まで加熱した後、電場を
印加して像を形成した。この後、熱をデバイスから取り
除いてゲル化温度より低い温度にデバイスを冷却し、同
時に電場を取り除いた。40℃より低い温度もしくは室
温に冷却されると、溶剤相がゲル化して定着像が形成さ
れる。ゲル化剤の量が1.0重量%の場合は、表1に示
すように、室温までの冷却において2分以内に像がゲル
化する。
4−t−ブチル−1−フェニル−シクロヘキノールをゲ
ル化剤として含んだIsopar(登録商標)などの炭
化水素溶剤で膨潤された、ジリコン回転エレメントを含
有したシロキサンエラストマを挟んだ、インジウム錫酸
化物がコーティングされた2枚の基板を有する電子ペー
パデバイスを作製した。この電子ペーパデバイスを上記
Isopar(登録商標)/TBPCミクスチュアのゲ
ル化温度より約15℃高い温度まで加熱した後、電場を
印加して像を形成した。この後、熱をデバイスから取り
除いてゲル化温度より低い温度にデバイスを冷却し、そ
の時点で電場を取り除いた。40℃より低い温度もしく
は室温に冷却されると、溶剤相がゲル化して定着像が形
成される。ゲル化剤の量が2.0重量%の場合は、表1
に示すように、室温までの冷却において30秒以内に像
がゲル化する。
れたものである。Isopar(登録商標)に対するゲ
ル化剤の割合は3%乃至4%程度まで好便に高めること
ができることは明らかである。
よび説明したが、さらなる変更および改良が当業者に想
起され得る。例えば、種々の構造の細部の変更並びにエ
レメントと材料との種々の組み合わせおよび配置が本発
明の範囲内で使用し得る。したがって、本発明は例示し
た特定の形態に限定されず、本発明の範囲内のあらゆる
代替、変更、および変形が添付した請求の範囲に包含さ
れるものであることは明らかである。
bility)を向上させつつ、標準的な垂直電場を用
いた場合よりも効率よく電子ペーパの画素内の材料を動
作させることができる。
方法を示す図である。
方法を示す図である。
方法を示す図である。
ヤの状態に配列された、一実施形態におけるジリコンデ
ィスプレイの側面図である。
式と共に示した、ジリコンディスプレイシートの一実施
形態の分解図である。
である。
列された、ジリコンディスプレイシートの別の実施形態
の分解図である。
態の平面図の一部である。
ヤをエラストマ基板媒体を用いずに直接透明層間の液体
内に配置した、ジリコンディスプレイシートの別の実施
形態を示す図である。
エレメント、300ジリコンディスプレイシート、31
0 エラストマ層、320 電極シート、325 導電
性ストリップ、330 ヒータ層、335 ヒータスト
リップ、500 ジリコンディスプレイシート、625
導電性ストリップ、635 ヒータストリップ、70
0 ジリコンディスプレイシート、701 ジリコン回
転エレメント、704a,704b 保持部材、705
上面、709 絶縁性液体。
Claims (2)
- 【請求項1】 ディスプレイ材料は、 少なくとも一方が光透過性である対向した二つの外面
と、 液化可能な物質内に配設された光学的および電気的に異
方性をもつ複数のエレメントと、 を含み、 各エレメントの回転可能な配設は、前記エレメントが上
述の如く前記物質内に配設されている間に実施可能であ
り、前記エレメントは、前記回転可能に配設されている
時は、前記物質に固着しておらず前記液化可能な物質内
に浮遊しているものであるエレメントを含むことを特徴
とするディスプレイ材料。 - 【請求項2】 請求項1に記載のディスプレイ材料にお
いて、前記物質は誘電性液体およびゲル化剤を含むこと
を特徴とするディスプレイ材料。
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