JP2005517994A - ディスプレイ・デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】 スイッチング供給（電極、駆動エレクトロニクス）を備えてることによる高価を回避すること。重ねられている層に、（サブ）ピクセルを位置合わせする際の技術的な問題を解決すること。
【解決手段】 サブピクセル有するピクセルを備えており、各々のサブピクセルが、多くのスイッチ可能な層（5,25）またはスイッチ可能な部品と、カラーフィルタ部（21）とを備えている、減法ディスプレイ・デバイス。

Description

本発明は、サブピクセルを有するピクセルを備えており、前記各々のサブピクセルは、動作中に各基板に対して垂直方向で見て、少なくとも2つの独立してスイッチ可能な電気光学部品を有している、減法ディスプレイ・デバイスであって、前記減法ディスプレイ・デバイスは、さらに、前記各々のサブピクセルのフィルタ部が光学スペクトル領域の一部のうちの1つを吸収するまたは反射するカラーフィルタを備えており、前記光学スペクトル領域の前記各一部が実質的に重なり合っておらず、前記重なり合っていない領域が、共に前記光学スペクトル領域を覆っている減法ディスプレイパネルに関する。
TFT-LCDのようなディスプレイ・デバイスは、ラップトップコンピュータ、および、オーガナイザにおいて用いられているが、GSM電話においてますます広い用途に使用されてきている。たとえば、LCDの代わりに、（ポリマー）LEDディスプレイ・デバイスも、用いられている。
現在、他のディスプレイ技術によってかなり確立されている、これらのディスプレイ効果とは別に、例えば、ビデオ・アプリケーション、携帯端末アプリケーション、ペーパーホワイト・アプリケーションに適したディスプレイ・デバイスが、出現している。
特許文献1には、各々が液晶材料層を備える、3つのスイッチ可能層を有する、減法ディスプレイ・デバイスの使用が、記載されている。しかしながら、引用文献1に示されている技術は、3つの異なる液晶層に、スイッチング手段（電極、駆動回路）を設けなければならないので、高価になる。さらに、このように重ねられている3層内で、（サブ）ピクセルを位置合わせするには、技術的な問題がある。
欧州特許第0 347 790号明細書
この問題を解決するために、本発明のディスプレイ・デバイスは、各々のサブピクセルのフィルタ部が、光学スペクトル領域の一部のうちの1つを吸収するまたは反射するカラーフィルタを備えており、ディスプレイ・デバイスは、2つのスイッチ可能な電子光学部品によって、各々のサブピクセルにおける前記スペクトル領域の残りの部分の吸収または反射を制御する手段を備える。
特に、各々のサブピクセルの2つのスイッチ可能な電気光学部品のうちの一方は、実質的に透明または半透明の状態と、スペクトル領域の残りの少なくとも第1の部分を吸収するまたは反射する状態との間でスイッチ可能である。電気光学部品自体が、カラーフィルタ部によって吸収されまたは反射された光学スペクトル領域の一部を、吸収または反射してもよい。
各々のサブピクセルの2つのスイッチ可能な電気光学部品のうちの他方は、実質的に透明または半透明の状態と、スペクトル領域の残りのうちの残りの部分を吸収または反射する状態との間で、または、スペクトル領域の残りのうちの残りの部分に対して実質的に透明または半透明の状態に、スイッチ可能としてもよい。また、この他方の素子は、カラーフィルタ部または他のスイッチ可能な電気光学部品によって反射または吸収された光学スペクトル領域の一部を、吸収または反射してもよい。
本出願では、透明または半透明の状態とは、光が僅かに拡散されまたは吸収されるが、光伝搬の主要な方向は維持されている、電気光学部品（たとえば、電気光学層）の状態も含むものと理解されるべきである。この一例は、いわゆる前方散乱層である。その一方で、吸収状態は、部分的に半透明の状態も含むものと理解されるべきである。電気光学層（電気光学部品）の後方散乱は、全く発生しないか、または、実質上無視できるべきものであるべきである。同様に、吸収状態は、部分的に半透明の状態も含むものと理解されるべきである。一例として、1つは、特定の色（この実施例では、赤い光）の透明層または透明部品を考慮することができる。少数のこのような粒子が、電気光学層に存在する場合には、それは、（赤い）光に対し透明のままであろう。しかしながら、このような粒子が、かなりの数（特定の数より多く）存在する場合には、電気光学層は、赤い光を吸収するであろう。
好ましい実施例では、カラーフィルタは、シアン、マゼンタおよび黄色のカラーフィルタ部を有するとともに、各々のサブピクセルの2つのスイッチ可能な電気光学部品のうちの他方の少なくとも一方は、実質的に透明または半透明の状態と、シアン色、マゼンタ色および黄色の1つとの間でスイッチ可能である。
つぎに、ディスプレイ・デバイスは、共通基板を有することができる2層で実現してもよい。これにより、より少ないコスト、および、より少ない光損失が得られる。とりわけ、減法技術が用いられるので、反射性（または透過性）の値を、ほぼ67%にまで到達させることができる。
本発明は、特に、本発明者らによって発見された、いわゆる、層分散の原理に対して有効であるが、その一方で、層置換を用いてもよい。
とりわけ、後者の場合、2つのスイッチ可能な電気光学層は、共通部を備えることができる。したがって、この出願の文脈では、「スイッチ可能層」または「スイッチ可能部品」は、基板のような物理的なバリア、または2つのスイッチ可能層の当該共通部の仮想層のいずれかによって分離することが出来るものと理解されるべきである。
本発明の好ましい実施例では、ピクセルは、カラーフィルタ部の異なる色の少なくとも2つの第1の流体と、第2の流体とを有し、第2の流体は、第1の支持板と第2の支持板との間のスペース内で第1の流体と混ざらず、第2の流体は、ピクセルが、規定されているスペースを少なくとも3つのサブピクセルに分離する壁部を有するスペースに対応する、電気伝導性または極性であり、第1の状態では、第1の流体の各々が、各々のサブピクセル内の別々の各支持板に隣接している。
本発明のこれらの、および他の態様は、以下に記載する実施例に参照することで、明らかになり、かつ、解明されるであろう。
各図は、概略であり、かつ、一定の比率で描画されていない。対応する素子は、通常、同じ参照番号によって示されている。
図1は、本発明によるディスプレイ・デバイス1の一部の概略の断面図を示す。2枚の透明基板または支持板3、4の間に、相互に混ざらない第1の流体5および第2の流体6が設けられている。第1の流体5は、たとえば、ヘキサデカンまたはこの例では（シリコーン）油のような、アルカンである。第2の流体6は、水または食塩水（例えば、塩化カリウム水溶液）のような、電気伝導性または極性があるものである。
第1の状態において、外部電圧が印加されないとき（図1（a））、第1および第2の流体5、6は、例えば、ガラスまたはプラスチックから成る第1および第2の透明支持板3、4に隣接している。第1の支持板3上には、透明電極7（たとえば、酸化インジウム（スズ））が、設けられていて、そして、中間疎水性層8（この例ではアモルファス・フルオロポリマー（AF1600））が設けられている。
本発明者らは、電圧が印加される（電圧源9）と、層5が小さい溶滴（図1（b））の部分的な薄膜）に分散することを見出した。電気エネルギーゲインが、曲面が形成されることに起因する表面エネルギー損よりも大きい場合には、分散が起こる。非常に重要な態様として、連続薄膜と部分的な薄膜との間を可逆的にスイッチングさせることが、電気的スイッチング手段（電圧源9）によって達成されることが見出された。
この効果は、電気光学効果のため、とりわけ、（着色油が用いられる場合には）ディスプレイ効果のために用いることができる。これは、光学活性油、たとえば、不透明または反射油によって達成される。他の実施例では、光学活性粒子を有する流体、または、色素材を溶かした油が用いられる。この電気光学効果は、たとえば、LCD技術から公知である、バックライトを用いることによる透過式、または（拡散性）反射体を用いることによる反射式のいずれにおいても使用可能である。
溶滴のサイズは、印加される電圧に依存し、これは、原理的に、中間的な透過（または反射）状態（グレーレベル）の導入の可能性を与える。しかしながら、分散に応じて、エリア断片は、実際、約50%まで即座に低下することも見出された。したがって、50%から100%までの間のエリア断片を得ることは難しい。この結果、一定の範囲で、任意のアナログ・グレースケールを、実現することは困難である。
他方、コントラストは、分散の後に生じる溶滴によって占有されるエリア断片によって制限される。（ディスプレイをICドライバにより駆動する観点から見て）実際的な電圧では、約25%の最小エリア断片が、観察される。この最小エリア断面は、高い電圧を印加することによって更に減少させることができる。しかしながら、これは、消費電力をかなり増加させ、かつ、おそらく低電圧ICドライバを使用させないであろう。
この例では、油の分散が、考慮されてきたが、同様の議論は、流体に基づくデバイスにも適用される。
図2には、流体（水）6の両側に2つの別々の油層5、5' を備える、更なる実施例が、示されている。
層8、8' の材料（例えば、AF 1600のようなテフロン（登録商標））とは異なる材料からピクセル壁13を形成する、または、
（Sは、固体バリア材料14を示す）のような、十分な高表面エネルギーを有するような材料14を、これらのピクセル壁13に設ける、のいずれかによって、油膜が、バリアすなわち材料14に形成されなくなる。
これは、上部の油膜5' および下部の油膜5が、第1または第2のいずれの状態においても、決して相互に接続されることがないことを意味する。つぎに、各々の層5' ,5は、上部の（または下部の）AF1600層8, 8'を介して、スルー接続（図2の電極12）によって水6を接触させることにより、独立してスイッチさせることが出来る。実際には、これは、電極12によって水6を接地させ、かつ、透明電極7と透明電極11のいずれかに電圧を印加することによって、行われる。デバイスは、拡散白色反射体15を更に備える。図2には、見る方向が、矢印16によって示されている。
上で与えられた不等式が成立する材料のいくつかの例は、パリレン、PMMA（メタクリル樹脂）およびガラスである。
例えば、色素を導入して、層5、5' に異なる着色を与えることによって、カラーディスプレイが、実現される。このことは、減法的な色が用いられる、次の実施例において、明らかになるであろう（図3）。各々のサブピクセル内部で、2つの油層5を用いる場合には、サブピクセルあたり1つの原色を、達成することができる。固定された減法カラーフィルタ21を、上部に設ける場合には、ディスプレイ・パフォーマンスの主要な改良が得られる。図3に示されるピクセルは、3つのサブピクセルA、BおよびCから成る。各々のサブピクセルA、BおよびCでは、減法的な色の順序が、交替する。すなわち、サブピクセルAの場合には、M（マゼンタ）、C（シアン）、Y（黄色）、サブピクセルBの場合には、C（シアン）、Y（黄色）、M（マゼンタ）、そして、サブピクセルCの場合には、Y（黄色）、M（マゼンタ）、C（シアン）となる。
今や、サブピクセルA、BおよびCのうちの少なくとも2つで、各々の原色を作ることが可能となる。たとえば、サブピクセルAでは、マゼンタのカラーフィルタ部21Mが緑を吸収し、かつ、（スイッチ可能な）黄色の底部の油層5Yが青を吸収する。赤を吸収する上部のシアンの油層5Cが、透明状態にスイッチされる場合には、赤い光は、白色背景層（反射体22）によって反射され、サブピクセルAは、赤くみえるであろう。
同様にして、サブピクセルCは、底部の油層5Cを透明状態にスイッチすることによって、赤くみえるであろう。サブピクセルBの場合には、シアン・カラーフィルタ21Cが、赤を吸収し、かつ、サブピクセルBの油層5Y、5Mのいずれもが、透明状態にスイッチされない場合には、サブピクセルBには、黒くみえるであろう。サブピクセルは極めて小さいので、人間の目は、個々の応答を区別できない。そして、総ピクセルは、最大輝度の67%で赤くみえるであろう。他の色も、同様に得ることができる。各色の概要および対応する電圧状態は、表1に与えられる。
サブピクセルAに対して、上記のように、（スイッチ可能な）黄色の底部の油層5Yによる吸収は、ピクセル全体に対する輝度の損失なしに、青の油を用いることにより得ることができる。図3の構成が、表2に示すように線図的に要約される場合、
同様の結果は、表3、表4および、表5に要約されるような、構成で得られる。
本発明の保護範囲は、記載されている実施例に限定されない。
図4は、たとえば、ピクセル壁13が、透明または半透明と色素面とをスイッチする、色素を備えた液晶材料層45を囲む、透過性ディスプレイ実施例を示す。色素は、サブピクセルAの場合には、Y（黄色）およびC（シアン）、サブピクセルB の場合には、M（マゼンタ）およびY（黄色）、サブピクセルCの場合には、C（シアン）およびM（マゼンタ）、とサブピクセル層A、BおよびCを着色している。カラーフィルタ素子21M、21C、21Yと共に、以前の実施例の表1が、再び有効である。ディスプレイを駆動するための電極および更なる電子機器は、図4には示されていない。ピクセル壁13は、単一（サブ）ピクセル、または、このような（サブ）ピクセル行あるいは（サブ）ピクセル列を囲むことができる。ディスプレイは、（概略的に示されている）バックライト40を備える。他の参照番号は、図2、図3の各手段と同じ手段である。
さらに、本発明は、エレクトロクロミック・ディスプレイおよび電気泳動ディスプレイのような、透明または半透明の状態と着色された状態とをスイッチする、他のディスプレイのメカニズムにも適用することができる。図5において与えられる例は、マゼンタ・カラーフィルタ素子21Mを有する、ディスプレイのサブピクセルを示す。油受け56は、実質的に透明または半透明の流体を備え、一方、補助油受け57は、別々に少なくとも青および少なくとも赤を吸収する、粒子58Yおよび58Cを備える。電極51、52、53に適切な電圧を印加することによって、粒子58は油受け56へ移動する。つぎに、電気光学部品（粒子58Yおよび58C）は、油受け56内で混合される。補助油受け57には、黒いマスク59が設けられている。
各粒子58Y、58Cは、完全に移動可能である必要はなく、かつ、部分的に固定されていてもよい。たとえば、作業デバイスは、透明または半透明の状態と反射状態との間のウィッチングが、異なる色に対する異なる電圧で生じる、2つの異なる色のコレステリック液晶（CholestericLiquid Crystal：CLC）材料に基づいて形成してもよい。CLC材料は、必ずしも層である必要はない。CLC材料は、カプセル化されたフレークまたは粒子形状を有していてもよい。
光伝搬の主要な方向が維持されている限り、このようなカプセルを備えている層、または、（スイッチ可能な）反射粒子あるいは吸収粒子を備えている他の層は、完全に透明である必要はない（半透明層または前方散乱層）。後方散乱が実質上は起こらない場合には、より良い吸収を得るために、散乱が有利な場合さえある。これにより、層がより薄くなる。この目的を達成するために、ピクセル壁13に、反射層または吸収層を設けてもよい。
この実施例では、カラーフィルタ部21Mは、シアン色、マゼンタ色および黄色を吸収する（または反射する）。原則として、デバイスは、光学スペクトル領域の他の部分を吸収する（または反射する）色を有し、かつ、それに応じてスイッチ可能な部品（スイッチ可能な層）に適合化させる、カラーフィルタに基づいて形成してもよい。たとえば、550〜650nmの領域で吸収するカラーフィルタ部を有する第1のサブピクセルと、450〜550nmの領域で吸収するカラーフィルタ部を有する第2のサブピクセルと、400〜450nmおよび650〜7000nmの領域で吸収するカラーフィルタ部を有する第3のサブピクセルとを用いることもできるであろう。一方で、光学スペクトル領域は、赤外線および紫外線を含むことができる。
一般的に、本発明によるデバイスは、各々のサブピクセルでのスペクトル領域の残りの吸収または反射を制御するための（n-1）個のスイッチ可能な電気光学部品を備えているので、本発明によるデバイスは、n個のサブピクセル・カラーフィルタ部吸収体が、光学スペクトル領域のn個の部分を反射する、カラーフィルタを有するものと理解することが出来る。
この例では、カラーフィルタ部21Mが、吸収するとみなしたが、カラーフィルタ部21Mが、光学スペクトル領域（の部分）を反射してもよい。本発明は、ありとあらゆる新たな特徴的な特性に属し、かつ、ありとあらゆる特徴的な特性の組み合わせに属する。
特許請求の範囲の参照番号は、それらの保護範囲を限定するものではない。動詞「備える」の使用、および、その活用は、特許請求の範囲において明白に規定されている、それら以外の素子の存在を除外するものではない。素子に先行する「a」または「an」の冠詞の使用は、このような素子の複数の存在を除外するものではない。
本発明を説明するためのディスプレイ・デバイスの一部の概略の断面図である。 本発明によるカラーディスプレイ・デバイスの一部の概略の断面図である。 本発明の別の実施例を示す図である。 本発明によるディスプレイ・デバイスの一部の他の概略の断面図である。 本発明によるディスプレイ・デバイスの一部の更なる概略の断面図である。
符号の説明
3、4 支持板
5、5' 油層
6 流体
7、11 透明電極
8 中間疎水性層
9 電圧源
11
12、32〜37、51〜53 電極
13 ピクセル壁
14 固体バリア材料
15 拡散白色反射体
16 見る方向
21 減法カラーフィルタ
22 白色背景層
40 バックライト
45 液晶材料層
56 油受け
57 補助油受け
58 粒子
59 マスク

Claims (13)

  1. サブピクセルを有するピクセルを備えており、前記各々のサブピクセルは、動作中に各基板に対して垂直方向で見て、少なくとも2つの独立してスイッチ可能な電気光学部品を有している、減法ディスプレイ・デバイスであって、前記減法ディスプレイ・デバイスは、さらに、前記各々のサブピクセルのフィルタ部が、光学スペクトル領域の一部のうちの1つを吸収するまたは反射するカラーフィルタを備えており、前記光学スペクトル領域の前記一部が実質的に重なり合っておらず、前記減法ディスプレイ・デバイスは、前記少なくとも2つのスイッチ可能な電気光学部品によって前記各々のサブピクセルにおける前記スペクトル領域の残りの部分の吸収または反射を制御する手段を備え、前記重なり合っていない領域が、共に前記光学スペクトル領域を覆っている減法ディスプレイパネル。
  2. 前記各々のサブピクセルの前記少なくとも2つのスイッチ可能な電気光学部品のうちの1つは、実質的に透明または半透明の状態と、前記スペクトル領域の前記残りの第1の部分を吸収するまたは反射する状態との間でスイッチ可能である、請求項1に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  3. 前記各々のサブピクセルの前記少なくとも1つの更なるスイッチ可能な電気光学部品は、実質的に透明または半透明の状態と、前記スペクトル領域の前記残りを吸収するまたは反射する状態との間でスイッチ可能である、請求項2に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  4. 前記各々のサブピクセルの前記少なくとも2つのスイッチ可能な電気光学部品の少なくとも更に1つは、実質的に透明または半透明の状態と、前記スペクトル領域の前記残りの部分に対して実質的に透明または半透明の状態との間でスイッチ可能である、請求項2に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  5. 前記各々のサブピクセルの前記少なくとも1つの更なるスイッチ可能な電気光学部品は、実質的に透明または半透明の状態と、前記スペクトル領域の前記残りに対して実質的に透明または半透明の状態との間でスイッチ可能である、請求項2または4に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  6. シアン、マゼンタおよび黄色のカラーフィルタ部を有しており、前記各々のサブピクセルの2つのスイッチ可能な電気光学部品の少なくとも1つは、実質的に透明または半透明の状態と、前記シアン色、前記マゼンタ色および前記黄色の1つとの間でスイッチ可能である、請求項2に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  7. 前記各々のサブピクセルの前記2つのスイッチ可能な電気光学部品の他方は、実質的に透明または半透明の状態と、前記シアン色、前記マゼンタ色および前記黄色の1つとの間でスイッチ可能である、請求項6に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  8. シアン、マゼンタおよび黄色のカラーフィルタ部を有しており、前記各々のサブピクセルの2つのスイッチ可能な電気光学部品の少なくとも1つは、実質的に透明または半透明の状態と、前記シアン色、前記マゼンタ色および前記黄色の1つとの間でスイッチ可能であり、前記各々のサブピクセルの2つのスイッチ可能な電気光学部品の他方は、実質的に透明または半透明の状態と、赤色、緑色および青色の1つとの間でスイッチ可能である、請求項2に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  9. サブピクセルが規定されているスペースに対応する請求項1または2に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  10. 前記各々のサブピクセルは、動作中に前記各基板に対して垂直方向で見て、第1の支持板と第2の支持板との間に、少なくとも2つのスイッチ可能な電気光学層を備えていて、前記減法ディスプレイ・デバイスは、各々の前記電気光学層に少なくとも2つの異なる状態を生成するための手段を備え、サブピクセルの前記各電気光学層は、実質的に透明または半透明の状態と、2つの異なる色との間でスイッチングする、請求項1に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  11. 前記カラーフィルタ部の異なる色の少なくとも2つの第1の流体と、第2の流体とを有し、前記第2の流体は、前記第1の支持板と前記第2の支持板との間のスペース内で前記第1の流体と混ざらず、前記第2の流体は、ピクセルが、規定されているスペースを少なくとも3つのサブピクセルに分離する壁部を有する前記スペースに対応する、電気伝導性または極性であり、前記第1の状態では、前記第1の流体の各々が、前記各々のサブピクセル内の別々の前記各支持板に隣接している、請求項10に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  12. 前記各基板の1つの側に、吸収体または反射体を備える、請求項1に記載の減法ディスプレイ・デバイス。
  13. サブピクセルを有するピクセルを備えており、前記各々のサブピクセルが、動作中に各基板に対して垂直方向で見て、それぞれスイッチ可能なn個の電気光学部品（n＞2）を備えている、減法ディスプレイ・デバイスであって、前記減法ディスプレイ・デバイスは、さらに、前記各々のサブピクセルのフィルタ部が光学スペクトル領域の一部のうちの1つを吸収するまたは反射するカラーフィルタを備えており、前記光学スペクトル領域の前記各一部が実質的に重なり合っておらず、前記減法ディスプレイ・デバイスは、前記（n−1）個のスイッチ可能な電子光学部品によって前記各々のサブピクセルにおける前記スペクトル領域の残りの部分の吸収または反射を制御する手段を備え、前記重なり合っていない領域が、共に前記光学スペクトル領域を覆っている減法ディスプレイパネル。
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