JP2007508576A - エレクトロウェッティング表示装置 - Google Patents

Abstract

光スイッチ用の駆動装置１３，１４，１５の幾つかの可能性、特に、エレクトロウェッティングの原理に基づいたディスプレイ１が与えられる。この原理は、第一の透明な支持プレート３と、第二の支持プレート４との間のスペースで互いに混和しない第一の液体５と、導電性又は極性がある第二の液体６を有する光スイッチを使用する。

Description

本発明は、第一の透明基板の上に互いに混和しない少なくとも１つの第一の液体と、電導性がある（electro-conductive）又は極性がある（polar）第二の液体を画素（ピクセル）を有する表示装置に関する。

一般に、液体は、第一の支持基板と第二の支持基板との間のスペースに含まれるが、これは厳密に必要なことではない。

（二面間の張力のため）液体が（色付けされた）オイルであり、第二の液体がウォータである場合、ウォータレイヤとオイルレイヤを有する２層システムが提供される。しかし、ウォータと第一の支持基板の電極との間に電圧が印加された場合、オイルレイヤは、静電力のためにわきに寄るか又は分離する。ウォータの部分は、オイルレイヤに浸透し、画素は部分的に透明になる。

この原理に基づいた表示装置は、ＰＣＴ出願ＷＯ０３／００１９６（ＰＨ−ＮＬ０２．０１２９）に記載されている。

中間的な光学状態又はグレイレベルは、第一の極端な光学状態と第二の極端な光学状態（たとえば、完全な黒と完全な白）との間の光学状態であって、前記極端な光学状態を導入する電圧レベル（たとえばゼロと最大の電圧レベル）間の中間的なＤＣ電圧レベルを使用して達成することができる。しかし、実際に、結果的に得られるグレイスケールの安定性又は再現性は、非常に乏しく、大部分の応用において許容することができないことが経験的にわかる。

本発明の目的の１つは、許容可能なグレイスケールの安定性を与える駆動手段を有するディスプレイを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る表示装置は、第一の極端な状態と第二の極端な光学状態との間の画素の電気−光学状態のレンジに関連する電極に電圧を印加する駆動手段を有しており、前記駆動手段は、画素の選択の間に前記画素に可変電圧を提供する。可変電圧は、設定される画素の電気−光学状態に関連する電圧に実質的に等しい平均値を有する交流の電圧である場合がある。可変電圧は、ＤＣ部分とＡＣ部分を有する場合があり、交流電圧の最大及び最小電圧は、設定されるべき画素の電気−光学状態に関連する電圧に実質的に等しい平方二乗根の平均値を有する。

更なる実施の形態では、かかる駆動手段は、電気−光学状態に関連する前記電圧の前に、先行する電圧を画素に供給する。たとえば先行する電圧は、ゼロに実質的に等しい平均値又は設定されるべき画素の電気−光学状態に関連する電圧に実質的に等しい平均値を有する交流電圧のセットを含んでいる。

本発明は、これら先行する電圧の印加により、オイルフィルムのスイッチングの挙動の均質性を改善し、オイルフィルムの局所的な拡散を回避し、オイルフィルムの破壊の可能性を低減する。

別の実施の形態では、表示装置は、第一の極端な状態と第二の極端な状態との間に画素の電気−光学状態のレンジ内で関連される電極に電圧を印加する駆動手段を有しており、この駆動手段は、画素の選択の前に、前記画素に電圧を供給して、画素を極端な状態のうちの１つにする。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、制限することのない実施の形態を参照して明らかにされるであろう。図面は、概念的であって、スケーリングするために描かれていない、対応するエレメントは、同じ参照符号により一般的に示されている。

図１は、本発明に係る表示装置が使用される原理を示す表示装置１の一部の概念的な断面を示している。２つの透明な基板又は支持プレート３，４の間には、第一の液体５及び第二の液体６が設けられており、これらは互いに混和しない。第一の液体５は、たとえば、ヘキサデカンのようなアルカンであるか、この例では（シリコン）オイルである。第二の液体６は、たとえば水又は塩の水溶液といった導電性又は極性である（たとえば、水とエチルアルコールの混合における塩化カリウムの水溶液）。

第一の状態では、外部電圧が印加されないとき（図１ａ）、液体５，６は、たとえばガラス又はプラスティックの第一又は第二の透明支持プレート３，４に隣接し、第一の支持プレート３には、たとえばインジウム（すず）酸化物である透明電極７、この例ではアモルファス・フルオロポリマー（ＡＦ１６００）である中間的なぬれない（疎水性）レイヤ８が設けられている。

相互接続２０，２１を介して電圧が印加されたとき（電圧源９）、レイヤ５は、わきへ移動するか、小さな滴に分裂する（図１ｂ）。これは、静電エネルギーのゲインは、湾曲された表面の生成のために表面エネルギーの損失よりも大きいときに生じる。非常に重要な態様として、電気的なスイッチング手段（電圧源９）により、支持プレート３をカバーしている連続的なフィルム５とウォール２に隣接したフィルムとの間の可逆的なスイッチングが達成される。

図２は、本発明が適用される装置１の一部の電気的な等価回路図である。１つの可能な実施の形態（「パッシブモード」と呼ばれる１つの駆動モード）では、行又は選択電極１７と列又はデータ電極１６の交差領域で画素１８のマトリクスを有している。行電極は、行ドライバ１４により連続的に選択され、列電極には、データレジスタ１５を介してデータが供給される。このため、到来するデータ２２は、必要な場合にはプロセッサ１３ではじめに処理される。

行ドライバ１４とデータレジスタ１５との間の相互同期は、駆動ライン１９を介して行われる。選択電極１７とデータ電極１６は、図１の電極２０，２１により示されるように直接的に個別の電極を介して、又は、非線形抵抗又はＭＩＭ又はダイオードのような非線形スイッチングエレメントといったスレショールドエレメントを介して、たとえば液体５，６に接続される。画素１８の行は、１以上の選択電極１７により駆動される場合があり、同様に、画素電極の列は、１以上のデータ電極１６により駆動される場合がある。

別の可能な実施の形態では（「アクティブモード」と呼ばれる別の駆動モード）、行ドライバ１４からの信号は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０を介して画素電極を選択し、ＴＦＴのゲート電極は、列電極に電気的に接続されており、ソース電極は、列電極に電気的に接続されている。列電極１６に存在する信号は、ＴＦＴを介してドレイン電極に結合される画素１８の画素電極に送られる。他の画素は、たとえば１つ（又は１以上の）共通のカウンタ電極に接続される。図２では、例として簡単に、たった１つの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０が描かれている。他の「アクティブモード」のコンフィギュレーションは、代替的に可能である。更に１以上の選択電極１７は、ＴＦＴ３０の行を駆動する場合があり、１以上のデータ電極１６が列を駆動する。

図３は、ディスプレイについて（選択周期ｔ_SELで）固定された電圧３２の前にある４つのプリパルス（交流電圧）３１による第一のパルスパターンスキームを示している。固定された電圧３２（Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃）の値はグレイ値を決定する。プリパルスのパルス長は制限されないが、完全な黒の状態から完全な白の状態にディスプレイを駆動するのに必要とされる最小の時間期間よりも短い大きさのオーダであることが好ましい。これらプリパルス３１の振幅としてたとえばドライバＩＣで利用可能な最大の電圧レベルＶ_maxを使用することが好ましい。グレイスケール遷移のこれら交流のプリパルスの数は、任意に選択されるが、偶数であることが好まれるが、グレイスケール遷移におけるこれら交流のパルスの全体の時間周期は、選択周期ｔ_selの５０％よりも小さいことが好ましい。グレイレベルの精度及び安定性は、それぞれの遷移前に、グレイレベルの駆動パルスに先行して一連の短いＡＣパルスを使用した後に改善される。この例では、４つの短いパルス、すなわち２つの負パルス及び２つの正のパルスが使用され、平均のＤＣ電圧はゼロに等しい。

図４には、更なるパルスパターンが概念的に示されており、それぞれの遷移についてグレイスケールの駆動電圧パルス３２に先行して、一連の短いプリパルス３１が提供される。この例では、４つの短いパルス、すなわち２つの負パルス及び２つの正のパルスが使用され、平均ＤＣ電圧は、グレイレベル電圧Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₄に等しい。プリパルスは、エレクトロウェッティングディスプレイ（electro-wetting display）におけるグレイスケールの再現性を改善するために極端に高い。しかし、プリパルスは、光学的な応答を生成し、この応答は、長いプリパルスが使用されるときにはときに目に見えるようになる。このプリパルスにより誘発される光学的な乱れを低減するため、プリパルスは、スクリーンの異なる部分に異なる極性で印加される。

以下のフレームでは、正の極性と負の極性が反転される。目はこれらの短いレンジの明るさの変動をその後のフレームにわたり平均するので、ディスプレイの知覚的な概観は、殆ど影響を受けることはない。

別の可能性のあるパルスパターンは、図５に概念的に示されており、プリパルス３１は、プリパルス系列の開始で所定の振幅を有し、プリパルス系列の終了で小さな振幅（プリパルス３１’）を有する。電圧は、負の電圧減少と正の電圧減少との間で掃引し、結果的に（特に、非常の多数のプリパルスで）低い電力消費量となる。

図６には第四の実施の形態が例示されており、交流パルスは、減少されたパルス時間周期及び一定の振幅を有する。この実施の形態の利点は、全体の画像の更新時間の短縮化にある。この実施の形態の利点は、全体の画像更新時間の短縮化にある。結合された実施の形態（図示せず）では、プリパルスは、可変の振幅及び可変のパルス時間周期の両者を有する。これは、最適な結合のための付加的な柔軟性を与えることになり、最小の画像更新時間、最小の電力消費量、低い光フリッカ及び最適な性能をもたらす。

さらに、改善されたグレイスケールの再現性及び比較的短い画像更新時間は、グレイスケール駆動電圧パルス３２を、交互する振幅をもつ一連の短い電圧パルス３３に変更することで得られ、この平均の電圧は、所望のグレイレベルにディスプレイを駆動するのに必要とされるＤＣ電圧レベルＶ₁、Ｖ₂に等しいか又は近い。図示されていないが、短い電圧パルス３３は、図３〜図６の実施の形態におけるパルスに類似して、プリパルスにより先行される場合がある。

図８ａは、所望のグレイレベルＶ₁にディスプレイを駆動するのに必要とされるＤＣ電圧レベルに近似的に等しいＲＭＳ（Root Mean Square）の平均電圧√［（Ｖ_max ²＋Ｖ_min ²）／２］をもつ一連の短い電圧パルス３３を示しており、図８ｂは、所望のグレイレベルにディスプレイを駆動するのに必要とされるＤＣ電圧レベルに近似的に等しいＲＭＳ平均電圧をもつ非対称な時間周期を有する一連の短い電圧パルスを示している。

図９は、グレイスケール遷移のためにグレイスケール駆動パルス３６を印加する前に、（完全にオン又は完全にオフのいずれかに）画素を極端な状態のうちの１つにするリセットパルス３５を使用することで、ディスプレイを駆動するやり方を示している。このプリセットパルスの長さは、制限されないが、たとえば、用途及び表示素子の特性に依存して、全体のアドレス指定時間の５０％よりも小さくするといった、できるだけ短いことが好ましい。応答時間及び結果的なリセットは、前のグレイ値に依存するので、リセットパルスは、全ての可能なグレイ値を初期状態にリセットするため、リセット電圧及びパルス幅（全体のパルスエネルギー）を有する。

表示素子の特性（特に応答時間）がより長いリセット時間が必要であるような場合、マトリクス駆動において、リセットパルスは、同じ行の表示素子に情報を提供するための選択時間の前の所定の期間である、表示素子の行の選択時間の間に与えられる場合がある（前のフレーム時間に印加される場合もある）。

本発明は、先に記載された例に制限されない。スイッチオンの速度とスイッチオフの速度との間の違いが存在する場合、図７，８のＲＭＳの要件は、正しいグレイ値を与えない場合がある。これら短いパルスの間の平均電圧レベルは、結果的に得られるリフレクション（reflection）対時間の曲線がグレイスケール駆動電圧対時間の曲線にフィットするように選択される。次いで、グレイレベルはドリフトせず、画像の更新時間は短いままで、画質は著しく改善される。非対称なパルスの使用により、正確なグレイスケールを達成するため、パルスを精度高く調整するのを可能にする。

ディスプレイの一部は、別の部分以外の別の駆動モードで駆動される場合があり、所定のモードで、周波数、電圧値及び前述の電圧の極性は、ディスプレイの異なる部分について異なる場合がある。

２つの透明基板の間の表示装置が示されたが、電極７及びオイルレイヤ５（図１ａ）を有する支持プレート７は、オープンウォータコンテナに浸される場合さえある。

本発明は、それぞれ新たな特徴及びそれら特徴の組み合わせにある。請求項における参照符号は、それらの保護の範囲を制限するものではない。動詞「有する“comprise”」及びその派生語の使用は、請求項で記載されたエレメント以外のエレメントの存在を排除するものではない。エレメントに先行する冠詞“ａ”又は“ａｎ”の使用は、複数のかかるエレメントの存在を排除するものではない。

本発明が使用される表示装置の一部の断面を概念的に示す図である。 表示装置の電気的な等価を概念的に示す図である。 本発明に係る装置で画素を駆動するやり方を概念的に示す図である。 本発明に係る装置で画素を駆動する別のやり方を概念的に示す図である。 本発明に係る別の装置で画素を駆動するやり方を概念的に示す図である。 本発明に係る装置で画素を駆動する別のやり方を概念的に示す図である。 本発明に係る装置で画素を駆動する別のやり方を概念的に示す図である。 図７の変更を概念的に示す図である。 リセット方法を使用した本発明に係る装置で画素を駆動する別の方法を概念的に示す図である。

Claims (17)

1. 第一の支持プレート上に互いに混和しない少なくとも１つの第一の液体と、導電性又は極性である第二の液体とを含む光スイッチを有する少なくとも１つの画素を有する表示装置であって、
   当該表示装置は、第一の極端な状態と第二の極端な状態との間の画素の電気−光学状態のレンジに関連する電圧を前記光スイッチの電極に印加する駆動手段を有し、
   前記駆動手段は、画素の選択の間に可変電圧を前記画素に供給する、
   ことを特徴とする表示装置。
2. 第一の透明な支持プレートと第二の支持プレートとの間のスペースに液体を含む、
   請求項１記載の表示装置。
3. 前記可変電圧は、設定されるべき画素の電気−光学状態に関連する電圧に実質的に等しい平均値を有する交流電圧のセットを含む、
   請求項１記載の表示装置。
4. 前記可変電圧は、直流成分及び交流成分を含み、前記交流電圧の最大及び最小電圧は、設定されるべき画素の電気−光学状態に関連する電圧に実質的に等しい二乗平均平方根の平均値を有する、
   請求項３記載の表示装置。
5. 前記二乗平均平方根の平均値を超える電圧値を有する可変の電圧曲線の部分と、前記二乗平均平方根の平均値以下の電圧値を有する可変の電圧曲線の部分との異なる時間周期を有する、
   請求項４記載の表示装置。
6. 前記駆動手段は、前記電気−光学状態に関連する前記電圧の前に、画素に先行する電圧を供給する、
   請求項１乃至３のいずれか記載の表示装置。
7. 前記先行する電圧は、ゼロに実質的に等しい平均電圧を有する交流電圧のセットを含む、
   請求項６記載の表示装置。
8. 前記先行する電圧は、設定されるべき画素の電気−光学状態に関連する電圧に実質的に等しい平均電圧を有する交流電圧のセットを含む、
   請求項６記載の表示装置。
9. 少なくとも１つの画素を駆動することにおいて、先行する電圧の振幅が減少する、
   請求項７又は８記載の表示装置。
10. 少なくとも１つの画素を駆動することにおいて、先行する電圧の周波数が増加する、
    請求項７又は８記載の表示装置。
11. 前記先行する電圧は、前記ディスプレイの異なる部分について異なる値を有する、
    請求項７又は８記載の表示装置。
12. 前記先行する電圧は、ディスプレイの異なる部分について異なる極性を有する、
    請求項７又は８記載の表示装置。
13. 前記先行する電圧は、前記画素を前記極端な状態のうちの１つにする前記画素への電圧を含む、
    請求項６記載の表示装置。
14. 前記駆動手段は、画素の少なくとも１つの選択周期の後に、前記画素に反対の極性の駆動電圧を供給する、
    請求項１又は３記載の表示装置。
15. 第一の透明な支持プレート上のスペースで互いに混和しない少なくとも１つの第一の液体と、導電性又は極性の第二の液体を有する光スイッチを有する少なくとも１つの画素を有する表示装置であって、
    当該表示装置は、第一の極端な状態と第二の極端な状態との間の画素の電気−光学状態のレンジに関連する電圧を電極に印加する駆動手段を有し、
    前記駆動手段は、画素の選択の前に、前記画素を前記極端な状態の１つにする電圧を前記画素に供給する、
    ことを特徴とする表示装置。
16. 第一の透明な支持プレートと第二の支持プレートとの間のスペースに液体を含む、
    請求項１５記載の表示装置。
17. 前記駆動手段は、少なくとも１つの選択周期の後、前記画素を前記極端な状態の１つにした後、電気−光学状態のレンジに関連する電圧を供給する、
    請求項１５記載の表示装置。
    
    
    

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