JP2005523470A - 電気光学的表示装置 - Google Patents

Abstract

電気光学的表示装置は、半透明な前面壁（１２）と、電気光学的媒体、散乱媒体（１４）及び前面壁（１２）と一体化されたスイッチング電極（６）を有する少なくとも１つの画素（１０）と、画素（１０）を異なる光学的状態にすることができる駆動手段と、を有する。本発明に従って、画素（１０）は、１．０≦１．４の範囲内の屈折率ｎ_ｌｉを有する低屈折率材料（２１）を有する。好適には、低屈折率材料（２１）は、スイッチング電極（６）と電気光学的媒体との間に備えられている。好適には、電気光学的媒体は電気泳動媒体又はエレクトロクロミック媒体である。電気光学的表示装置は、高輝度と広い視野角とを結合することができる。

Description

本発明は、半透明な前面壁及び電気光学的媒体を有する少なくとも１つの画素と、散乱媒体及び前面壁と一体化されたスイッチング電極と、画素が種々の光学的状態になるようにさせることができる駆動手段とを有する、電気光学的表示装置に関する。

電気光学的表示装置の例は電気泳動表示装置である。電気泳動表示装置は、異なる透過率又は反射率を有する２つの極端な状態の間で電界の影響下で帯電され、通常は着色された粒子の動きに基づいている。このような表示装置を用いることにより、黒っぽい（着色された）文字が、明るい（着色された）背景を伴って画像化されることができ、その逆もまたできる。電気泳動表示装置は、“電子ペーパー”又は“ペーパーホワイト”の用途（電子新聞、電子日記）としばしば呼ばれる、紙の機能の後継となる表示装置において、特に用いられる。

本発明の請求の範囲又は明細書において表現“スイッチング電極”を用いることにより、必要に応じて、外部から又はスイッチング素子により全く同一の電圧を印加する複数の副電極に電極が分割されることを排除するものではない。

既知の電気泳動表示装置においては、電気泳動媒体は２つのスイッチング電極間に設けられ、それらの電極の１つは前面壁と一体化される一方、他の電極は、通常、背面壁と一体化される。動作中、前記スイッチング電極は駆動電圧を印加され、これにより、画素を２つの（極端な）光学的状態にする。スイッチング電極の１つは、例えば、画素即ち表示要素の前面壁における２つの互いに相互接続された幅が狭い導電性ストリップとして実現される。表示素子の下面全体をカバーする下部電極に関する、このスイッチング電極に
おける正電圧において、帯電された粒子（例えば、負に帯電された）は、２つの相互接続された幅の狭い導電性ストリップにより規定される電位面に移動する。（負の）帯電粒子は、帯電粒子の色とみなされる画素の前面に亘って広がる。下部電極に関してスイッチング電極の負電圧において、（負の）帯電粒子は画素の背面壁に亘って広がり、画素は液体の色とみなされる。

電気泳動表示装置は、実際に、標準的な紙の視野角と同程度の視野角を提供する。この広い視野角は、散乱（白色）粒子か又は吸収（黒色）粒子のどちらかを若しくは白色散乱粒子を伴う濃い吸収性液体（インク）を、見ることによりコントラストを得ることによって達成される。全ての場合において、入射光（指向性又は発散性）は、粒子によりあらゆる方向に散乱される。これは優れた視野角をもたらす一方、これは又、結果的に輝度損失となる欠点を有する。

本発明の目的は、全体的に又は部分的に上記の欠点を取り除くことである。本発明に従って、冒頭の段落において述べた種類の電気泳動表示装置は、画素が、１．０≦ｎ_ｌｉ≦１．６の範囲内の屈折率ｎ_ｌｉを有する低屈折率材料を有することを特徴として、この目的を達成することである。

低屈折率材料を導入することにより、より多くの光が画素から結合されることができ、これにより、電気泳動表示装置の輝度を増加させることができる。本発明は、全内部反射の上限角度より大きい角度において散乱される光は画素から結合されることはできないという認識に基づいている。低屈折率材料を導入することにより、より多くの光が画素から出ることを可能にする上限角度を増加させることができる。

画素に入射し、既知の電気泳動表示装置において拡散散乱することにより再分配される光は、前面壁の表面における法線との角度が上限角度θ_ｌａより大きい場合、前面壁から
抜けることはできない。入射光束が光束Ｉ_ｉｎを有し、反射される光が光束Ｉ_ｏｕｔを有する場合、入射光と画素から結合される光との間の関係は、一時近似として、次式で与えられる。

Ｉ_ｏｕｔ≦Ｉ_ｉｎ（１−ｃｏｓ（２θ_ｌａ））／２
この式において、画素における反射はランバート型（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）であると仮定される。この式における≦の記号は、付加フレネル損失が無視されたことを示すために導入された。表Ｉにおいて、反射光束Ｉ_ｏｕｔは、標準的な条件の下で前面壁の屈折率の種々の値に対して計算されたものである。

ｎ≒１．５のガラス又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から成る前面壁に対しては、入射光の０．４４ｘＩ_ｉｎのみが反射される。ｎ≒１．６のポリカーボネートから成る前面壁に対しては、入射光の０．３９ｘＩ_ｉｎのみが反射される。

小さい屈折率の材料を導入することにより、より多くの光が画素から結合されることができる。好適には、低屈折率材料の屈折率はｎ_ｌｉ≦１．４である。

本発明に従った電気泳動表示装置の好適な実施形態は、低屈折率材料が、フッ素高分子、低誘電率の無機薄膜及び低誘電率のナノ多孔質薄膜により構成されるグループから選択されることを特徴とする。フッ素高分子についての屈折率は約１．３である。表Ｉによれば、ｎ≒１．３に対する反射光束は０．５９ｘＩ_ｉｎに増加し、既知の電気泳動表示装置に関するファクタの利得は０．５９／０．４４＝１．３４である。低誘電率薄膜は、例えば、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２のようなフッ化物において見出され、そのＬｉＦはｎ≒１．３９を有し、又、ＭｇＦ_２はｎ≒１．３８を有する。又、フルオロ珪酸塩は低屈折率を有するとして知られており、例えば、ＭｇＳｉＦ_６はｎ≒１．３５を有し、又、Ｋ_２ＳｉＦ_６はｎ≒１．３４を有する。ナノ多孔質薄膜又はエアロゲルの屈折率は１．０５乃至１．１である。
ｎ≒１．１に対して、反射光束の利得は約２である。

本発明に従った電気泳動表示装置の好適な実施形態は、電気光学的媒体が電気泳動媒体であることを特徴とする。好適には、電気光学的媒体及び散乱媒体は電気泳動媒体に一体化される。好適には、電気泳動表示装置は、複数の分離した電気泳動副画素を有する。その場合、当業者に周知である、所謂、マイクロカプセルのような副画素を構成することは有利である。

本発明に従った電気光学的表示装置の代替の好適な実施形態において、電気光学的媒体はエレクトロクロミック媒体である。本発明に従った電気光学的表示装置の他の好適な実施形態において、スイッチング電極及びエレクトロクロミック媒体は一体化される。

本発明に従った電気光学的表示装置の第１実施形態において、低屈折率材料は、電気光学的媒体と前面壁と一体化されたスイッチング電極との間に備えられる。散乱媒体の上に直接に低屈折率層を導入することにより、より大きい角度において散乱される光は、先ず、前面壁に入射するときに法線の方に回折され、より効率的に前面壁から出射する。より散乱される光が画素から放射されると、電気光学的表示装置はより高輝度になる。

本発明に従った電気光学的表示装置の他の実施形態においては、低屈折率材料は、半透明の前面壁と前面壁と一体化されたスイッチング電極との間に備えられる。この実施形態において、スイッチング電極は、電気光学的媒体と直接接している。これは、電圧が電気光学的システムに直接印加され、低屈折率媒体の層において低下しない優位性を有する。この実施形態においては、駆動電圧が低減される。更に、電気光学的表示装置においては、残像の実質的減少が達成される。この実施形態は、スイッチング電極の膜厚が光の波長に等しいか又はそれより小さい（そうでなければ、これは、散乱光を屈折させて、ＴＩＲをもたらす）とき、特に有効である。通常、電気光学的表示装置における（ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ））スイッチング電極の膜厚は可視光の波長よりかなり小さい。

粒子が浸漬された電気泳動媒体が低屈折率材料である実施形態においては、輝度の改善は常に現れ、電気光学的表示装置の輝度は実質的に増加する。粒子が低屈折率層の近くに配置される場合、輝度の改善は最も大きくなる。他の好適な実施形態においては、表面近くの粒子（即ち、小さいサイズの高散乱粒子）は散乱を生じる（散乱媒体）。散乱は、画素が最大輝度の状態にあるとき、最もよく起こる（即ち、白色粒子全てが前面壁近くにあるとき）。中間的な階調を示す画素（白色粒子は表面から一層遠くに存在している）においては、輝度の改善は小さい。

本発明に従った電気光学的表示装置の第３実施形態においては、電気光学的媒体は粒子を有し、粒子は低屈折率材料の中に備えられている。低屈折率液体中に、直接、粒子を導入することにより、より大きい角度における光散乱は、前面壁に入射する前に法線の方に回折され、前面壁からより効果的に出射する。より散乱された光が画素により放射されると、電気光学的表示装置の輝度はより大きくなる。

好適には、低屈折率材料と電気光学的媒体との間の距離は、可視光の波長に等しいか又はそれより小さい。電気光学的表示装置の他の好適な実施形態においては、低屈折率材料と電気光学的材料との間の距離は５００ｎｍに等しいか又はそれより小さい。両方の実施形態においては、全内部反射（ＴＩＲ）を効果的に減少させることができる。

本発明の以上の及び他の特徴については、以下、説明される実施形態を参照して明らかにする。

図は、単に図解したものであり、スケーリングして描かれてはいない。明確化のために、特に、一部の寸法は強調して拡大されている。図中の同様な構成要素については、可能である限り同様の参照番号で示している。

図１は、本発明が適用可能である電気光学的表示装置の一部の電気的等価回路を非常に模式的に示している。それは、行電極即ち選択電極７と列電極即ちデータ電極６の交差領域における画素のマトリクスを有する。図１において１からｍまでの番号が付けられた行電極は、行ドライバ４により連続的に選択される一方、図１において１からｎまでの番号が付けられた列電極は、データレジスタ５によりデータを供給される。このために、入力データ２は、必要に応じて、処理器３において先ず処理される。行ドライバ４とデータレジスタ５との間の相互同期化は、処理器３に接続された駆動ライン８により行われる。

行ドライバ４及びデータレジスタ５からの駆動信号は画素１０を選択する（受動駆動という）。通常、列電極６は、画素が交差領域において２つの極端な状態の１つであると仮定されるような、行電極７に関する電圧を得る（例えば、液体及び電気光学的粒子の色に依存する、黒色又は着色）。

必要に応じて、行ドライバ４からの駆動信号は、ゲート電極が行電極７に電気的に接続され且つソース電極が列電極６に電気的に接続される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９によりピクチャ電極を選択することが可能である（能動駆動という）。列電極６における信号は、ＴＦＴを介して、ドレイン電極に結合された、画素１０のピクチャ電極に転送される。画素１０の他のピクチャ電極は、例えば、１つ（又は、それ以上）の共通の対向電極により、例えば、アースに接続される。図１の例においては、そのようなＴＦＴ９は、１つの画素１０のみに対して図解的に示されている。

図２は、本発明に従った電気光学的表示装置の画素１０の断面を模式的に示している。画素１０は、例えば、ガラス又は合成材料から成る反乙名の前面壁１２を有している。スイッチング電極６は、好適にはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から成り、図２の例においては前面壁１２と一体化されている、即ち、スイッチング電極６は前面壁１２において備えられている。更に、画素１０は、少なくとも１つの他のスイッチング電極７を備えた背面壁１１を有している。図２の例においては、画素１０は、電気泳動媒体であって、例えば、この例においては正に帯電された白色粒子１４を含む黒っぽい懸濁液又は液体１３で満たされている。スイッチング電極６，７は、画素１０の異なる光学的状態を認識するように、駆動手段（図２においては示していない）に接続される。スイッチング電極６，７間の電圧に依存して、白色粒子１４は、例えば、画素１０の前面壁１２と一体化されたスイッチング電極６の方に移動する。視認方向３０から視認される画素１０は、ここでは、液体１３の色（この場合、黒っぽい色又は黒色）を有する。スイッチング電極６、７間の電圧を変化させると、白色粒子１４は、例えば、画素の背面壁１２と一体化された他のスイッチング電極７の方に動く。視認方向３０から視認される画素１０は、ここでは、粒子１４の色（この場合、白色）を有する。後者の状態について、図２に例示している。

本発明の手段に従って、画素１０は、１．０≦ｎ_ｌｉ≦１．６の範囲内にある屈折率を有する低屈折率材料を有する。図２の例においては、低屈折率材料２１の層は、電気光学的媒体と半透明の前面壁１２に一体化されたスイッチング電極６との間に備えられている。代替の実施形態においては、低屈折率材料は、半透明の前面壁と半透明の前面壁と一体化されたスイッチング電極との間に備えられている。好適には、スイッチング電極の膜厚は光の波長に等しいか又はそれより小さい。

電気光学的媒体と電気光学的表示装置の前面壁との間に１つ又はそれ以上の低屈折率を有する材料の層を付加することにより、電気光学的表示装置の輝度は改善される。低屈折率媒体の屈折率を空気の屈折率に近付ければ近付ける程、益々輝度の改善が実現される。好適には、低屈折率材料２１の層の屈折率はｎ_ｌｉ≦１．５であり、更に好適には、ｎ_ｌｉ≦１．４である。その好ましい屈折率の範囲内にある材料が利用可能である。好適には、低屈折率材料は、フッ素高分子、低誘電率の無機薄膜及び低誘電率のナノ多孔質薄膜により構成されるグループから選択される。フッ素高分子についての屈折率は約１．３である一方、ナノ多孔質薄膜又はエアロゲルの屈折率は約１．１である。低誘電率薄膜は、例えば、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２のようなフッ化物において見出され、そのＬｉＦはｎ≒１．３９を有し、又、ＭｇＦ_２はｎ≒１．３８を有する。更に、フルオロ珪酸塩は低屈折率を有するとして知られており、例えば、ＭｇＳｉＦ_６はｎ≒１．３５を有し、又、Ｋ_２ＳｉＦ_６はｎ≒１．３４を有する。ナノ多孔質薄膜又はエアロゲルの屈折率は１．０５乃至１．１である。

図２は、多くの光線（進む方向を示す矢印）を示している。入射光線２５は、画素１０について空気側から前面壁１２に入射し、前面壁１２と低屈折率材料２１を通過した後、その光は、電気泳動液体１３における粒子１４（散乱媒体）の１つにおいて拡散的に散乱される。散乱粒子１４の上に直接低屈折率材料（の層）を導入することにより、粒子１４により大きい角度で散乱される光は、画素の前面壁１２に入射するときに法線の方に先ず回折される。続いて、更に多くの光線２６、２６´、．．．が前面壁１２から最終的に出射され、これにより、電子光学的表示装置の画素の輝度は改善される。本発明の手段に従って、広い視野角及び高輝度を有する電気光学的表示装置が実現される。

輝度において最も大きい利得を実現するために、低屈折率材料２１と電気光学的媒体との間の距離は、好適には、可視光の波長に等しいか又はそれより小さくする必要がある。可視光は、約４００乃至７８０ｎｍの電磁スペクトルにおける波長範囲を包含する。それに代えて、低屈折率材料２１と電気光学的媒体との間の距離は５００ｎｍに等しいか又はそれより小さい。

図３は、本発明の他の実施形態に従った電気光学的表示装置の画素１０の断面を模式的に示している。同様の構成要素には同じ参照番号が与えられている。図３の例において、画素１０は半透明の前面壁１２を有する。スイッチング電極６は前面壁１２に備えられている。更に、画素１０は少なくとも１つの他のスイッチング電極７を備えた背面へ機１を有する。画素１０は、所謂、カプセル化された電気光学的媒体１１３、１１３´、．．．で満たされている。この例において、各々のカプセル１１３、１１３´、．．．は、散乱媒体であって、例えば、白色粒子１４又は黒色粒子１５を有する。スイッチング電極６、７は、画素１０の異なる光学的状態を実現するために、駆動手段（図３においては示さない）に接続されている。スイッチング電極６、７間の電圧に依存して、白色粒子１４は、例えば、前面壁と一体化されたスイッチング電極から遠ざかる方に移動する一方、同時に、黒色粒子１５は、画素１０の前面壁１２と一体化されたスイッチング電極６の方に移動する。視認方向３０から視認される画素１０は、ここでは、黒色のアピアランスを有する。スイッチング電極６、７間の電圧が変化すると、白色粒子１４は、例えば、前面壁１２と一体化されたスイッチング電極６の方に移動する一方、同時に、黒色粒子１５は、画素１０の前面壁１２と一体化されたスイッチング電極６から遠ざかる方に移動する。視認方向３０から視認される画素１０は、ここでは、白色のアピアランスを有する。後者の状態について図３に例示している。本発明の実施形態に従って、カプセル化された電気泳動媒体１１３、１１３´、．．．は又、低屈折率の液体を有する。又、カプセルの壁は低屈折率材料から成る。他の実施形態においては、低屈折率材料は、カプセルと画素の前面壁と一体化されたスイッチング電極との間に備えられる。

好適には、電気光学的表示装置は複数の離れた電気泳動副画素を有する。その場合、当業者に周知である、所謂、マイクロカプセルとして副画素を形成することは有利である。そのようなマイクロカプセルは又、障壁であって、例えば、高分子の壁を生成することにより得られる。例として、所謂、軸対象に位置合わせされたマイクロセルを用いることが可能である。

図３は、多くの光束（進む方向を示す矢印）を示している。入射光側２５は、画素１０について空気側から前面壁１２に入射し、前面壁１２を通過した後、光はカプセル化された電気泳動媒体における粒子１４の１つにのいて拡散的に散乱される。低屈折率材料と電気泳動媒体を一体化させることにより、粒子１４（散乱媒体）により大きい角度で散乱される光は、画素の前面壁１２に入射する前に、先ず、法線方向に回折される。続いて、更に多くの光線２６、２６´、．．．が前面壁１２から最終的に出射され、これにより、電子光学的表示装置の画素の輝度は改善される。従って、広い視野角及び高輝度を有する電気光学的表示装置が実現される。

上記の実施形態は本発明を制限するのではないことと、同時提出の請求の範囲の範囲から逸脱することなく、当業者は多くの代わりの形態をデザインすることができることとに留意する必要がある。表現“を有する”及びそれから派生した表現は、請求項に記載されたもの以外の構成要素又は段階の存在を排除するものではない。構成要素の単数表現は、それら構成要素の複数の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの別々の構成要素を有するハードウェアの手段により、そして、適切にプログラムされたコンピュータの手段により、実施されることができる。幾つかの手段を挙げた装置請求項においては、それらの幾つかの手段を、一つのハードウェア及びハードウェアの同じアイテムにより具現化することができる。特定の手段が互いに異なる独立請求項において挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせを有利になるように用いることができないことを示すものではない。

電気光学的表示装置を示す図である。 本発明の実施形態に従った電気光学的表示装置の画素の断面図である。 本発明の他の実施形態に従った電気光学的表示装置の画素の断面図である。

Claims (15)

1. 半透明の前面壁；並びに
   電気光学的媒体、散乱媒体、前記前面壁と一体化されたスイッチング電極、及び画素を異なる光学的状態にすることができる駆動手段を有する少なくとも１つの該画素；
   を有する電気光学的表示装置であって、
   前記画素は１．０≦ｎ_ｌｉ≦１．６の範囲内にある屈折率を有する低屈折率材料を有する；
   ことを特徴とする電気光学的表示装置。
2. 請求項１に記載の電気光学的表示装置であって、前記低屈折率材料の前記屈折率はｎ_ｌｉ≦１．４である、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記低屈折率材料は、フッ素高分子、低誘電率の無機薄膜及び低誘電率のナノ多孔質薄膜の群から選択される、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
4. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記低屈折率材料は、前記スイッチング電極と前記電気光学的媒体との間に備えられる、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
5. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記低屈折率材料は、前記スイッチング電極と前記不透明な前面壁との間に備えられる、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
6. 請求項５に記載の電気光学的表示装置であって、前記スイッチング電極の前記膜厚は可視光の波長に等しいか又はそれより小さい、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
7. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記電気光学的媒体は、前記低屈折率材料の粒子を有する、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
8. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記低屈折率材料と前記電気光学的媒体との間の前記距離は可視光の波長に等しいか又はそれより小さい、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
9. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記低屈折率材料と前記電気光学的媒体との間の前記距離は５００ｎｍに等しいか又はそれより小さい、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
10. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記電気光学的媒体は電気泳動媒体である、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
11. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記電気光学的媒体及び前記散乱媒体は電気泳動媒体として一体化されている、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
12. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記電気泳動媒体はマイクロカプセル内にある、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
13. 請求項１２に記載の電気光学的表示装置であって、画素当たり１つのマイクロカプセル又は副画素当たり１つのマイクロカプセルを有する、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
14. 請求項１又は２に記載の電気光学的表示装置であって、前記電気光学的媒体は電気泳動媒体である、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
15. 請求項１４に記載の電気光学的表示装置であって、前記スイッチング電極及び前記電気泳動媒体は一体化されている、ことを特徴とする電気光学的表示装置。
    
    

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