JP2004310074A - 表示装置 - Google Patents

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陽次郎 松田
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Abstract

【課題】 反射型電気泳動表示装置において光量を増やして、画像の視認性を向上させる。
【解決手段】 本発明に係る電気泳動表示装置では、着色層7を備えており、帯電粒子3がこの着色層7を隠したり(画素A1参照)露出させたり(画素A2参照)することにより、表示色の違いを利用して種々の情報を表示できるように構成されている。そして、この電気泳動表示装置は蛍光材料や蓄光材料を有する発光部Cも備えており、該発光部Cが露出されている状態(画素A2参照)では、可視領域以外の光を吸収して可視領域の光を発光させることにより、着色層7からの光量を増やして、画像の視認性を向上させるようになっている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、帯電粒子を移動させることに基づき表示を行う表示装置に関する。
デジタル技術の目覚しい進歩により、個人が扱うことのできる情報量は飛躍的に増大している。これに伴い、情報の出力手段としてのディスプレイの開発が盛んにおこなわれており、高精細、低消費電力、軽量、薄型等のユーザビリティの高いディスプレイへと技術革新が続いている。特に近年では、印刷物と同等の表示品位をもつ“読み易い”反射型ディスプレイが待望されており、これは、電子ペーパー、電子ブック等の次世代の商品に欠かせない技術である。そのようなディスプレイの候補として、Harold D. Lees等により米国特許第3612758号に提案された電気泳動表示装置が知られている。
かかる電気泳動表示装置は、一対の基板の間に着色帯電粒子と着色剤を混入した絶縁性液体を挟み、着色帯電粒子と着色された絶縁性液体との対比色により画像を形成するものである。
また、特開平11−202804では、絶縁性液体を着色する必要がなく、透明な液体中に分散された着色帯電泳動粒子と基板に配置された着色層もしくは反射層との対比色によって画像を形成する電気泳動表示装置が提案されている。この場合は、帯電粒子を基板面内で移動させ、粒子が着色層を覆う位置にあるときと、着色層を露出させる位置にあるときで、基板を上方から見たときの見え方が異なることを利用する。電極は、帯電粒子を水平方向に移動させるために、一方の基板上に2つ並べて配置され、一方の電極上に着色層が配置される。着色層の下の電極面は、基板上方から入射する光を上方に反射する反射板を兼ねることが多い。
このような電気泳動表示装置においては、透明液体を用いるので、染料などの着色剤を絶縁性液体中に混入することがない。それによって表示装置としての寿命を延ばし、コントラスト低下を防ぐ効果がある。
これらの表示装置には、印刷物と同等の表示品位をもつ“読み易い”反射型ディスプレイという観点から、より明るい表示品位が求められるが、従来の電気泳動表示装置は、反射型ディスプレイであるため、紙のように読み易いという特長をもつ反面、周囲の照明がない真っ暗な場所では、表示を視認することができなくなってしまう。とくに、ユーザーが屋外から屋内に移動したときなど、明るい環境から外光のない真っ暗な環境に周囲の照明環境が一時的に変化した場合には、ディスプレイを使用中に表示が視認できなくなることになり、利用上の不便をきたしていた。
このような問題を解決するために、絶縁性液体中に蛍光物質を混入することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、帯電粒子に蛍光体を混入させることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−040489号公報 特開2002−287174号公報
しかし、このように帯電粒子や絶縁性液体中に蛍光材料や蓄光材料を含有させる場合、蛍光材料や蓄光材料の帯電粒子中の含有量や分布の制御、また、帯電制御剤や着色剤との電気化学的な安定性、また、絶縁性液体への溶解性など、多くのプロセス上・材料選択上の制約が発生してしまう。
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、反射型ディスプレイである電気泳動表示装置において、製造プロセス上の制約が比較的少なく、反射率を向上させるとともに、周囲の照明がほとんどないような場合においても情報の視認が可能な(電気泳動)表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、基板上に配置された帯電粒子と、帯電粒子を基板の面方向に移動させる手段とを備え、基板面内の帯電粒子の位置によって基板上方から視認される表示状態が定まる表示装置であって、基板が蛍光材料または蓄光材料を含有することを特徴とする。前記蛍光材料または蓄光材料は、可視領域以外の光を吸収して励起され、可視領域の光を発光する性質を有する。基板面が帯電粒子で覆われない状態にあるときに可視領域以外の光によって励起され、可視光を光表示面側に光を放射する。
本発明によると、着色層にて可視領域の光が反射されるだけでなく、発光部にて可視領域以外の光も有効利用できるようになり、実質的な反射率を向上させることができる。
また、蓄光材料を用いた場合には、外部光(太陽光や蛍光灯の光)がある場合にはその光を蓄え、外部光が無い場合には蓄えた光を放出する。したがって、外部光が無い暗い状態でも表示画像を見ることができる。光の放出時間は蓄光材料にもよるが、最長は数時間程度の放出時間を実現できる。
以下、図1乃至図4を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に係る電気泳動表示装置は、図1に符号Dで示すように、所定間隙を開けた状態に配置された表示側基板1a及び後方側基板1bと、これらの基板1a,1bの間隙に配置された絶縁性液体2及び複数の帯電粒子3と、該絶縁性液体2に近接するように配置された一対の電極4a,4bとを備え、これらの電極4a,4bに電圧を印加して前記帯電粒子3を移動させることに基づき表示を行うように構成されている。該表示は、光が表示側基板1aの側から入射されて反射されることに基づき視認されるように構成されている。
なお、前記基板1a,1bの間隙に隔壁部材5を配置して画素A1,A2を仕切るようにしても良い。図1に示す隔壁部材5は基板1a,1bの法線方向に配置された板状部材であるが、もちろんこれに限られるものではなく、マイクロカプセル状(つまり、基板1a,1bの法線方向のみならず基板1a,1bの面に沿って配置された殻状形状)としても良い。前者の場合は、隔壁部材5と基板1a,1bとによって絶縁性液体2や帯電粒子3を封止し、後者の場合は、マイクロカプセル状の隔壁部材だけで絶縁性液体2や帯電粒子3を封止できる。
本発明に用いる蛍光材料および蓄光材料は、紫外光などの非可視域の光によって励起されて可視域の光を発光し、励起光が消えたあとも残光として発光が持続する性質を有するものである。残光の減衰時間は材料によってさまざまであるが、本発明は、残光が目視できる程度に長い時間持続するものを利用する。
本発明に係る電気泳動表示装置は、少なくとも蛍光材料又は蓄光材料を有する発光部C,C(図4参照)を備えている。発光部C,Cは、一方の電極(図1の4b)の上にあって、かつ他方の電極(図1の4a)によって覆われている。発光部の上に来る電極は不透明であって、基板上方から入射する光を発光部に透過せず、発光部から発光される光を上方に透過もしない。
このように、発光部C,Cが露出するエリアBを一方の電極面上に形成する。このエリアBは帯電粒子3によって覆われない状態で、可視領域以外の光を吸収し、それによって蛍光物質または蓄光物質が励起されて可視領域の光を発光する。帯電粒子3に覆われた状態では、帯電粒子3は少なくとも蛍光物質または蓄光物質が発光した光を透過しないで吸収するので、この部分は暗く視認される。
帯電粒子3は、励起波長域の光を吸収してもよいが透過してもよい。透過する場合は、帯電粒子3で覆われている間も蓄光物質が光を蓄積し、その後表示画像が変化して同エリアが帯電粒子3で覆われない状態になっても、その他の帯電粒子3で覆われていなかったエリアとほぼ同じ明るさで発光する。
このエリアBには、帯電粒子3と異なる色が着色された着色層7が配置されていて、可視領域の光を反射するようになっている。図1では、着色層7は基板1bの全面に配置されているが、一の電極4bだけが配置されていて他の電極4aが配置されていない領域(符号B参照)だけに配置されていても良い。また、図1では、着色層7は、電極4bや発光部Cとは別の層として設けられているが、もちろんこれに限られるものではなく、電極4b自体を着色して着色層としても、発光部C自体を着色して着色層としても良い。
本実施の形態においては、帯電粒子3が一の電極4b,14b,24aに引き付けられた場合(図1〜4の符号A1参照)にはその帯電粒子3の色が視認され、帯電粒子3が他の電極4a,14a,24bに引き付けられた場合(図1〜4の符号A2参照)には前記着色層7の色が視認されるが、そのときに、発光部C,Cは、可視域以外の光を吸収して可視域の光を発光するようになっている。
なお、帯電粒子3が一の電極4b,14b,24aに引き付けられた場合と他の電極4a,14a,24bに引き付けられた場合との色差を明確にして表示コントラストを高めるには、帯電粒子3の色が視認される場合には発光部C,Cからの発光が視認されないようにする必要がある。そこで、帯電粒子3が、
(1) 前記蛍光材料または蓄光材料を励起状態とする光エネルギーを吸収する材料を含む
または
(2) 前記蛍光材料または蓄光材料の発光スペクトルを吸収する材料を含む
ようにすることが好ましい。
ところで、上述のような発光部は、
(1) 図1〜3の符号Cに示すように、前記後方側基板1bに配置しても、
(2) 図4の符号Cに示すように、隔壁部材25に兼用させても、
良い。
ここで、上記(1)の態様としては、
(1)―1 電極に蛍光材料等を層状に付着させる態様や、
(1)―2 電極に沿って配置された着色層に蛍光材料等を含有させる態様や、
(1)―3 電極4bに沿って配置された絶縁層に蛍光材料等を含有させる態様、
を挙げることができる。なお、
・ 両方の電極4a,4bを後方側基板1bに沿うように配置すると共に図1の符号Cに示すように、蛍光材料等を含有させた層をそれらの電極4a,4bの間に形成しても、
・ 図2及び図3に示すように、一対の電極4a,4b(又は14a,14b)を前記発光部Cと前記表示側基板1aとの間に配置しても、
良い。
また、図4は、隔壁部材25に蛍光材料等を含有させた態様を示す図であるが、符号A1に示すように帯電粒子3が電極24aに引き付けられた場合には、発光部Cを兼用する隔壁部材25が隠され、符号A2に示すように帯電粒子3が電極24bに引き付けられた場合には隔壁部材25が視認されることとなる。図4の構成のように隔壁部材の面積・体積が大きい場合には特に、隔壁内に蛍光材料又は/及び蓄光材料を混ぜ込んでおく構成が有効である。このことによって、分厚い発光部を別途形成する必要がなくなるため、プロセスを簡略化できる。
本発明の構成は、プロセス開発や材料選択の点で自由度が高いという特徴をもつ。本発明とは異なり、帯電粒子や絶縁性液体中に蛍光材料や蓄光材料を含有させる場合を考える。この場合、蛍光材料や蓄光材料の帯電粒子中の含有量や分布の制御、また、帯電制御剤や着色剤との電気化学的な安定性、また、絶縁性液体への溶解性など、多くのプロセス上・材料選択上の制約が発生してしまう。本発明の場合は例えば、プロセス中の加熱処理による蛍光材料や蓄光材料の劣化を避けるため、問題となる加熱処理工程後に後方側基板の背面に蛍光材料や蓄光材料を含有した層を形成する構成・プロセスをとることなどができる。この場合、基板や電極は透明材料を用いることが好ましい。
本発明における蛍光材料や蓄光材料は特に限定されるものではない。例えば蛍光材料は、無機蛍光体でも、有機蛍光体でもあるいは両者を組み合わせてもよい。また、蛍光体の具体例としては、ZnO:Zn、ZnS:Cl、ZnS:Cu、Al、(Zn、Cd)S:Ag、Cl、SnO:Eu、YS:Eu、ZuGaなどが挙げられる。さらに詳しい蛍光材料については、蛍光体同学会編、「蛍光体ハンドブック」オーム社(1987年)などに記載されている。また、蓄光材料の具体例としては、ZnS:Cu、CaS:Bi、(Ca、Sr)S:Bi、(Ca、Sr)S:Ce、SrS:Eu、SrAl:Eu、CaAl:Eu、SrAl:Eu、Dyなどが挙げられる。本発明においては、これらの蛍光材料や蓄光材料はそれぞれ単独あるいは混合して使用することができる。
ところで、図1に示す電気泳動表示装置Dでは、電極4a,4bはいずれも後方側基板1bに支持されているが、
・ 図3に示すように、一方の電極14bは後方側基板1bに沿うように配置し他方の電極14aは隔壁部材15の内部に配置しても、
・ 図4に示すように、一方の電極24aを表示側基板1aに配置し、他方の電極24bを後方側基板1bに配置しても、
良い。
図1や図3に示す電気泳動表示装置D,Dでは、帯電粒子3は基板面内で移動する、すなわち基板1bに沿って電極4a,4b(或いは14a,14b)の間を移動するようになっている。
図4に示す電気泳動表示装置Dでは、帯電粒子3は水平方向に移動すると同時に基板1a,1bの法線方向にも移動する。しかし、この場合も帯電粒子の水平方向の移動によって発光面が覆われる状態と露出する状態を切り替えるので、図1や図3と同様、本発明が適用できる。
以上のとおり、本発明は、絶縁性液体2を透明とし、帯電粒子3は着色して、帯電粒子3が広い面積に分散された場合には該帯電粒子3の色が視認され(図1の符号A1参照)、帯電粒子3が狭い面積に集積された場合には着色層7の色が視認され(図1の符号A2参照)、その表示色の違いを利用して画像が表示される表示装置であれば、電極配置がいずれの形態であっても適用される。
次に、本実施の形態の効果について説明する。
本実施の形態によれば、着色層7にて可視領域の光が反射されるだけでなく、発光部C,Cにて可視領域以外の光も有効利用できるようになり、実質的な反射率を向上させることができる。
また、蓄光材料を用いた場合には、外部光(太陽光や蛍光灯の光)がある場合にはその光を蓄え、外部光が無い場合には蓄えた光を放出する。したがって、外部光が無い暗い状態でも表示画像を見ることができる。光の放出時間は蓄光材料にもよるが、最長は数時間程度の放出時間を実現できる。
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
(実施例1)
本実施例では、図1に示す構造の水平移動型電気泳動表示装置Dを作製した。なお、本実施例では、1画素のサイズを120μm×120μm、電極4a,4bの視認面積比(=A1−B:B)を2:8とした。
後方側基板1bとしてはステンレススチールホイール基板(260μm厚)を使用し、その表面に絶縁層(不図示)を形成し、その絶縁層の表面にアルミニウム膜を成膜し、フォトリソグラフィー法やウェットエッチング法によってパターニングして電極4bを形成した。そして、この電極4bを覆うように白色の着色層(酸化チタンやアルミナなどの白色顔料を分散させたアクリル樹脂)7を形成した。
次に、銀、アルミニウム付活硫化亜鉛(ZnS:Ag、Al)の青色蛍光材料と、Al、CaO、SrO、Bからなる微細粉末の蓄光材料を樹脂バインダー中に分散させ、これを着色層上に塗布した(符号C参照)。
その層Cの表面にTi金属を成膜しパターニングして電極4aを形成し、電極4aを覆うようにアクリル樹脂層(絶縁層)8を形成した。そして、樹脂層8の表面には高さ20μm、幅5μmの隔壁5を形成した。
次に、隔壁5にて区画された凹部内に絶縁性液体2及び帯電粒子3を充填した。絶縁性液体2にはイソパラフィン(商品名:アイソパー、エクソン社製)を用い、帯電粒子3には粒径2μm程度のカーボンブラックを含有したポリスチレン−ポリメチルメタクリレート共重合体樹脂を使用した。イソパラフィンには、荷電制御剤としてコハク酸イミド(商品名:OLOA1200、シェブロン社製)を含有させた。最後に、表示側基板1aを隔壁5に貼り付けた。
以上のようにして作製した電気泳動表示装置を用いて、表示特性を測定した。すなわち、電極4bの電圧を0Vとし、他方の電極4aには±25Vの電圧を印加した。その結果、屋外において太陽光が照明となる場合から、室内の蛍光灯が照明となる場合など様々な照明条件下で、白表示の反射率が高く、かつ良好な表示コントラストを示す表示特性が得られた。さらに、屋外で夜の場合や屋内の真っ暗な部屋の中の場合など、照明がほとんどない条件下においても、蓄光材料からの発光色により、十分に表示が認識できる良好な表示コントラストを得られることを確認した。
(実施例2)
本実施例では、図2に示す構造の水平移動型電気泳動表示装置Dを作製した。なお、本実施例では、1画素のサイズを120μm×120μm、電極4a,4bの視認面積比(=A1−B:B)を2:8とした。
後方側基板1bとしてはガラス基板(1.1mm厚)を使用し、その全面を覆うように白色着色層7を形成した。そして、該着色層7の表面には、MAlで表される化合物でMをストロンチウム、賦活剤としてユウピウム、更に賦活剤としてジスプロシウムをもちいた蓄光材料を樹脂バインダー中に分散させたものを塗布した(符号C参照)。その表面には、ITO膜を成膜し、フォトリソグラフィー法やウェットエッチング法によってパターニングして電極4bを形成した。そして、この電極4bを覆うようにアクリル樹脂(絶縁層)8を形成し、Ti金属により電極4aを形成し、さらにアクリル樹脂(絶縁層)8を形成した。そして、アクリル樹脂8の表面には高さ20μm、幅5μmの隔壁5を形成した。
次に、隔壁5にて区画された凹部内に絶縁性液体2及び帯電粒子3を充填した。絶縁性液体2にはイソパラフィン(商品名:アイソパー、エクソン社製)を用い、帯電粒子3には粒径2μm程度のカーボンブラックを含有したポリスチレン−ポリメチルメタクリレート共重合体樹脂を使用した。このとき、蓄光材料を励起する紫外線光を吸収するベンゾフェノン系有機化合物などの材料を帯電粒子に混入させた。ブラックカーボンは黒色で、蓄光材料が発光する可視域の光をほとんど吸収する。絶縁性液体2には、荷電制御剤としてコハク酸イミド(商品名:OLOA1200、シェブロン社製)を含有させた。最後に、表示側基板1aを隔壁5に貼り付けた。
このようにして作製した電気泳動表示装置を、実施例1と同様の方法によって駆動したところ、同様の効果が得られた。
(実施例3)
本実施例では、図3に示す構造の水平移動型電気泳動表示装置Dを作製した。なお、本実施例では、1画素のサイズを98μm×98μmとした。
後方側基板1bとしてはガラス基板(1.1mm厚)を使用した。次に、白色顔料として酸化チタンと、青色蛍光材料として銀、アルミニウム付活硫化亜鉛(ZnS:Ag、Al)と、蓄光材料として硫化亜鉛に賦活剤として銅をもちいた材料を、樹脂バインダー中に分散させ、これをガラス基板上に塗布した。そして、その表面には、ITO膜を成膜すると共にフォトリソグラフィー法やウェットエッチング法によってパターニングをして電極14bを形成した。その電極14bの表面にはアクリル樹脂層(絶縁層)8を形成した。
次に、画素境界部分にはメッキ処理により電極14aを形成し、その表面をアクリル樹脂(絶縁層)にて被覆して隔壁15とした。なお、隔壁15の幅を7μm、高さを17μmとした。
次に、隔壁5にて区画された凹部内に絶縁性液体2及び帯電粒子3を充填した。絶縁性液体2にはイソパラフィン(商品名:アイソパー、エクソン社製)を用い、帯電粒子3には粒径2μm程度のカーボンブラックを含有したポリスチレン−ポリメチルメタクリレート共重合体樹脂を使用した。このとき、蓄光材料を励起する紫外線光を吸収する酢酸アリニド系有機化合物などの材料を帯電粒子に混入させた。イソパラフィンには、荷電制御剤としてコハク酸イミド(商品名:OLOA1200、シェブロン社製)を含有させた。最後に、表示側基板1aを隔壁5に貼り付けた。
以上のようにして作製した電気泳動表示装置を用いて、表示特性を測定した。すなわち、電極14bの電圧を0Vとし、他方の電極14aには±10Vの電圧を印加した。その結果、屋外において太陽光が照明となる場合から、室内の蛍光灯が照明となる場合など様々な照明条件下で、白表示の反射率が高く、かつ良好な表示コントラストを示す表示特性が得られた。さらに、屋外で夜の場合や屋内の真っ暗な部屋の中の場合など、照明がほとんどない条件下においても、蓄光材料からの発光色により、十分に表示が認識できる良好な表示コントラストを得られることを確認した。
本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す断面図。 本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す断面図。 本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す断面図。 本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す断面図。
符号の説明
1a 表示側基板
1b 後方側基板
2 絶縁性液体
3 帯電粒子
4a,4b 電極
5 隔壁部材
7 着色層
14a,14b 電極
24a,24b 電極
発光部
発光部
電気泳動表示装置
電気泳動表示装置
電気泳動表示装置

Claims (8)

  1. 基板上に配置された帯電粒子と、帯電粒子を基板の面方向に移動させる手段とを備え、基板面内の帯電粒子の位置によって基板上方から視認される表示状態を定める表示装置であって、
    基板が蛍光材料または蓄光材料を含有することを特徴とする表示装置。
  2. 前記蛍光材料または蓄光材料が、基板上に可視波長域以外の光を吸収して可視波長域の光を発光するエリアを形成することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記エリアが帯電粒子で被覆される状態と、前記エリアが露出する状態とを表示状態として含むことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記帯電粒子が、蛍光材料または蓄光材料が励起される波長域内の光を吸収する材料を含有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  5. 前記帯電粒子が、蛍光材料または蓄光材料が発光する波長域内の光を吸収する材料を含有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  6. 前記基板が基板上方からの可視波長域の光を反射する反射面を有し、前記蛍光材料または蓄光材料が、該反射面を覆って配置されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  7. 前記基板が帯電粒子を表示要素ごとに隔てる隔壁を有し、隔壁が蛍光材料または蓄光材料を含有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  8. 前記表示装置が、前記基板上に配置された容器と該容器内に保持された透明液体をさらに有し、前記帯電粒子が該透明液体中に保持されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
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