JP2007509378A - 改善された駆動方法を有する高速のフルカラー電気泳動ディスプレイ - Google Patents

Abstract

本発明はカラー電気泳動ディスプレイのための新規なデザインを提供する。そのディスプレイにおいては、画素（２００）は少なくとも２つの副画素（２１０、２２０、２３０）を有し、各々の副画素はカラーフィルタ（２１１、２２１、２３１）と適合され、２種類の粒子（２０１、２０２、２０３）を有する電気泳動媒体を有する。各々の画素の副画素におけるカラーフィルタ（２１１、２２１、２３１）は、本質的に、重なり合わない吸収帯域を有し、ディスプレイが動作する波長の実質的に全てを共にカバーする。更に、各々の副画素（２１０、２２０、２３０）における粒子の吸収帯域は、それぞれの副画素におけるフィルタ（２１１、２２１、２３１）によりカバーされていない波長の部分を各々カバーする。波長帯域は、典型的には、異なる色に対応する。それにより、各々の波長帯域、即ち、色は、各々の画素における２つ以上の副画素により発光され、その結果、輝度が増加する。特定の一実施形態に従って、各々の画素は、シアン色、マゼンタ色及び黄色の吸収フィルタそれぞれを有する３つの副画素を有する。

Description

本発明は電気泳動ディスプレイに関し、特に、高輝度、高更新速度及び製造の容易さを備えたカラー電気泳動ディスプレイに関する。

フルカラーの電気泳動ディスプレイは、構造化されたＲＧＢ（赤色、緑色、青色）カラーフィルタと組み合わされた白黒ディスプレイを用いて提供される。このような電気泳動ディスプレイについてはＥ−Ｉｎｋディスプレイを用いて示されてきた。高層化ＲＧＢフィルタは、それぞれＲ、Ｇ及びＢ部分により赤色、緑色及び青色光を透過する。このようなフルカラーの方法を用いる場合の一般的な問題点は、ディスプレイの限定された輝度である。基本的には、ＲＧＢフィルタにおける吸収のために、フルカラーディスプレイの輝度は、白黒のバージョンの１／３のみである。光の残りの２／３はカラーフィルタに吸収される。このような原理に従った当該技術分野の状態は、逆極性を有する黒色粒子及び白色粒子に基づいていて、Ｅ−Ｉｎｋ社により提供されている。

上記の構成の代替は、電気泳動ディスプレイを作り出すことであり、それにおいて、各々の画素は何れの色をとり、それ故、副画素の必要性がなくなる。これは、“リザーバ”領域（３つの色全ての多くの粒子を有する）から可視的画素領域に移動する多数の各々の色の粒子を制御することにより達成される。このようにして、同等の反射型ＬＣＤより３乃至６倍輝度が高いディスプレイを提供することができる。このような原理に基づく構成については、国際公開第０３／０１９２７９号パンフレットに記載されている。

しかしながら、異なる色の粒子を分離することができるように、それらの粒子は異なる運動量を有する必要がある。このことは、現在、市販されている粒子系に比べてより複雑な粒子系をもたらす。

米国特許出願公開第２００２／０１８０６８８号明細書において、種々の電気泳動ディスプレイについて広範囲に渡って記載されている。特に、米国特許出願公開第２００２／０１８０６８８号明細書においては、２つの異なるタイプのディスプレイ要素について考慮されている。それらは、発光（又は、透過）型ディスプレイ要素タイプ及び反射型ディスプレイ要素タイプである。発光型ディスプレイは加法則に従って動作するとされ、反射型ディスプレイは減法則に従って動作するとされる。加法則に従ったシステムにおいては、知覚される色は、複数の発光粒子又は透過粒子からの発光波長が重なり合うことにより表示される。例えば、３つの副画素であって、一は赤色光のため、一は緑色光のため及び一は青色光のためそれぞれの副画素を有する画素は、副画素から発光される異なる強度を有する光を重ね合わせることにより全ての色を生成することができる。しかしながら、減算則に従ったシステムにおいては、ビューアに知覚される色は、光がリフレクタに入射するときに吸収されないスペクトルの部分を有する。反射型システムは、それ故、各々の反射表面が入射光から特定の基本色を減算するために、減算則に従ったシステムとみなされる。黄色リフレクタは青色光を吸収し、マゼンタ色リフレクタは緑色光を吸収し、そしてシアン色リフレクタは赤色光を吸収する。減算則に従ったタイプのディスプレイ要素は、白色状態と組み合わされた上記リフレクタを用いる米国特許出願公開第２００２／０１８０６８８号明細書に記載されている発明の一実施形態に従って得られる。

しかしながら、現在のデザインは、限定された輝度及び／又は彩度を有するか又は、非常に複雑及び効果であって、それ故、しばしば遅い更新速度に結び付く。それ故、ＲＧＢの方法に比べて改善された輝度、並びに異なる移動度又は多くの色状態を有する粒子及び幾つかの粒子の設定を用いる方法に比べて増加した更新速度を示す電気泳動ディスプレイを作り出すことが要望されている。
国際公開第０３／０１９２７９号パンフレット 米国特許出願公開第２００２／０１８０６８８号明細書

それを達成するために、本発明は、新規な光フィルタリング構成に基づいて新しい電気泳動ディスプレイのデザインを提供する。

周知であるように、三原色（赤色、緑色及び青色）はフルカラーディスプレイを与えるために必要である。即ち、三原色の強度が分離して制御される場合に、何れの色を得ることが可能である。ＲＧＢフィルタを用いる従来技術の方法においては、色は３つの副画素により分離された状態で与えられる。各々の副画素は特定の画素において所望される光以外の光全てを吸収する（例えば、赤色フィルタ部分は緑色光及び青色光、即ち、全ての光の２／３を吸収する）カラーフィルタを備えている。他方、白黒ディスプレイは光バルブとしての役割のみを果たし、ＲＧＢフィルタにより透過される光を多かれ少なかれ反射する。

最適な解決方法は、勿論、互いから独立して容易に且つ適切に制御可能である３つの異なる色の粒子を有することである。異なる移動度を用いる方法はこの原理に関する変形であるが、非常に複雑で、高価なものとなる。

それ故、本発明の一般的な特徴に従って、カラー電気泳動ディスプレイを提供する。本発明のディスプレイは少なくとも１つの画素を有し、その画素は所定の波長領域において可視光を発光するように動作し、そして少なくとも２つの副画素を有する。各々の副画素は又、前記波長範囲の固定された副領域を吸収するように動作するカラーフィルタと、２種類の粒子を有する電気泳動媒体であって、各々の種類の粒子は前記波長領域の第２及び第３副領域それぞれを吸収するように動作する電気泳動媒体と、可視部分と非可視部分との間の前記電気泳動媒体におけるそれぞれの粒子の空間的分布を個別に制御するための手段とを有する。各々の画素におけるそれぞれの副画素の固定された副領域は本質的に重なり合うことがなく、それと組み合わされて、本質的に所定の波長範囲の全てをカバーする。更に、各々の副画素における第２及び第３副領域は互いに異なり、関連副画素の固定された副領域のみと組み合わされて所定領域の波長の全てを本質的にカバーする。

カラーフィルタは、例えば、カラーフィルタ要素であり、又は、着色流体として電気泳動媒体中に含まれる。

実際には、本質的に、所定の波長範囲における何れの波長は、各々の画素における２つ以上の副画素により表示される。このために、２つ以上の標準的な色を表示するように画素が動作しないようにすることにより、第２副領域及び第３副領域の何れも、ディスプレイが動作する所定の波長領域の全体をカバーしないことは重要である。

基本的には、ディスプレイが動作する所定の波長領域は、それ故、３つのスペクトルの副領域に分割され、ここで、各々の副領域は全体的な波長領域のある色の部分に対応する。低い複雑度（即ち、１つ又は２つの粒子タイプのみ）を有する従来技術のＲＧＢディスプレイにおいては、各々の副画素は、典型的には、３つの色の一のみを表示するようになっていて、それ故、暗い状態と特定の色の状態との間でスイッチング可能である。しかしながら、本発明のディスプレイにおいては、各々の副画素は、２つのスペクトルの副領域（即ち、それぞれのカラーフィルタ要素により吸収される副領域以外の全ての副領域）を表示するように動作する。それにより、所定の波長領域における何れの所定の波長は、１つの副画素のみの代わりに２つの副画素により表示され、その結果、従来の低い複雑度のディスプレイの２倍の輝度が得られる。

カラーフィルタは、電気泳動媒体のビューア側か又は電気泳動媒体の反対側（即ち、背面側）のどちらかに備えられる。フィルタがビューア側に備えられている場合、それらが吸収しない波長領域の副領域を透過する必要がある。フィルタが背面側に備えられる場合、しかしながら、そのフィルタは吸収しない波長領域の副領域を反射することが可能である。そのような場合、カラーフィルタは、カラーフィルタ及びリフレクタの両方として動作することが可能である。粒子は、好適には、それらの粒子が本質的に非後方散乱様式で吸収しない波長領域の副領域を透過する必要がある。それにより、電気泳動媒体を通って進む光線は、多くの光線を横断する粒子によりフィルタリングされ、そのとき、それらのフィルタリングする粒子は重なり合っている。他には、粒子が反射性であるようにすることが可能であり、それ故、それらの粒子は、それらの粒子が吸収しない波長領域を反射する。しかしながら、そのような場合、それらの粒子のフィルタリング特性は重なり合わず、画像制御を更に困難にする。それ故、一実施形態に従って、カラーフィルタ及び粒子は、それらが吸収しないそれぞれの副領域を透過するように動作することが可能である。勿論、粒子及び／又は、僅かな反射性副作用を尚も有する可能性がある。しかしながら、本実施形態に従って、カラーフィルタ及び粒子は、本質的に非後方散乱様式で、フィルタリング粒子が効果的に重なり合わされるように、吸収しない波長領域の副領域の残りの領域を透過する。

本発明に従った電気泳動ディスプレイはフルカラーディスプレイとして用いられ、可視光のフルスペクトルにおいて動作し、又は、可視スペクトルの一部に対してのみ動作する（例えば、赤色、緑色及び青色の中から、２つの色を表示し、１つの色を削除する）ことが可能である。換言すれば、ディスプレイが動作する所定の波長領域は全体の可視スペクトルの限定された領域であることが可能である。しかしながら、フルカラーディスプレイは最も広範に渡って使用されている。それ故、一実施形態に従って、ディスプレイが動作する所定の波長領域は可視光のスペクトル全体を含む。

ディスプレイが可視光のスペクトル全体で動作するフルカラーディスプレイである場合、副画素のそれぞれの固定された副領域（即ち、それぞれのカラーフィルタが吸収する副領域）は、好適には、赤色、緑色及び青色それぞれであり、それ故、それぞれの知る他要素は、シアン色、マゼンタ色及び黄色光波を透過するように動作する。副フィルタは、しばしば、シアン色、マゼンタ色及び黄色フィルタとそれぞれ簡単に呼ばれる。黄色フィルタを有する副画素は、青色がそのフィルタに吸収されるために、青色光を発光することはできないが、赤色及び緑色光の両方を潜在的に発光することは可能である。そして、最終的には、シアンフィルタを有する副画素は、赤色がそのフィルタにおいて吸収されるために、赤色光を発光することはできないが、青色及び緑色光の両方を潜在的に発光することは可能である。

一実施形態に従って、粒子は、赤色、緑色及び青色光波それぞれを吸収するように、そして、シアン色、マゼンタ色及び黄色光波を透過するように動作する。それにより、各々の副画素における粒子の吸収スペクトルは、本質的に重なり合わない。そのような粒子はそれぞれ、しばしば、シアン色、マゼンタ色及び黄色粒子と簡単に呼ばれる。シアン色、マゼンタ色及び黄色フィルタ要素を組み合わせて、各々の画素におけるカラーフィルタ要素及び２つの粒子タイプのトライアッドは共に、可視光の全体のスペクトルをカバーする重なり合わないスペクトルを構成する。粒子は、フィルタ要素により透過される光の一部を選択的に吸収するように用いられる。例えば、黄色フィルタ要素及び可視的位置にあるシアン色粒子のみを有する副画素は、シアン色フィルタ要素及び可視的位置にある黄色粒子のみを有する副画素におけるように、緑色に見える。しかしながら、マゼンタ色の粒子のみが可視的位置にある場合、黄色のフィルタ要素を有する副画素はその代わりに赤色に見え、マゼンタ色の粒子のみが可視的位置にある場合、黄色のフィルタ要素を有する副画素はその代わりに赤色に見える。

代替の実施形態に従って、粒子は、それに代えて、シアン色、マゼンタ色及び黄色光波それぞれを吸収するように、そして赤色、緑色及び青色光波を透過するように動作する。そのような粒子は、しばしば、赤色、緑色及び青色粒子と簡単に呼ばれる。そのような赤色、緑色及び青色粒子系は、実際には、上記の粒子系と同じ機能性効果を有する。例えば、黄色フィルタ要素を有する副画素においては、赤色及び緑色粒子が電気泳動媒体中に分散されている。副画素は、そのとき、可視的な緑色粒子のみを有することにより赤色光を表示することができ、それに代えて、可視的な赤色粒子のみを有することにより緑色光を表示することができる。シアン色、マゼンタ色及び黄色粒子系に比べて、主な違いは、赤色、緑色及び青色粒子系は、カラーフィルタ要素により吸収されない２つの色の一を吸収するばかりか、カラーフィルタ要素と同じ色を吸収するように動作することである。このような付加的な吸収効果は、しかしながら、付加的な色はとにかくカラーフィルタにより吸収されるため、実際的な関連性を有しない。

そのような簡単な粒子系を利用して、各々の副画素において２種類の粒子のみを必要とすることにより、それぞれの粒子の位置を簡単且つ直接的に制御することができる。逆極性を有する粒子を帯電させることにより、それぞれの種類の粒子の選択的制御が最も都合よく与えられる。それ故、一実施形態に従って、各々の副画素における２種類の粒子は異なる極性を有する。

本発明の１つの特定な特徴に従って、フルカラー電気泳動ディスプレイが提供され、各々の画素は、黄色の光フィルタと逆極性を有するシアン色粒子及びマゼンタ色粒子を有する電気泳動媒体とをを有する黄色の副画素、マゼンタ色の光フィルタと逆極性を有するシアン色粒子及び黄色粒子を有する電気泳動媒体とをを有するマゼンタ色の副画素、並びに
シアン色の光フィルタと黄色粒子及びマゼンタ色粒子を有する電気泳動媒体とをを有するシアン色の副画素を有する。副画素は、それぞれの粒子の空間的分布を選択的に制御するための手段を更に有し、それ故、各々の画素においては、赤色、緑色及び青色の中の何れの原色が、３つの異なる色の副画素の中の２つにより表示される。２種類の粒子のみが各々の副画素において用いられるため、その駆動構成を、例えば、異なる粒子の移動度を利用する構成に比べて簡単化することができる。しかしながら、各々１種類の原色のみを吸収するカラーフィルタ及び粒子を結合させて用いることにより、従来技術のＲＧＢディスプレイに比べて輝度を増加させることができる。

この特徴に従って、副画素のそれぞれのフィルタ部分は２つの原色（赤色、緑色及び青色の中から）を透過し、１つの原色を吸収する。それにより、光の２／３が透過され、即ち、その透過は従来技術のＲＧＢ構成に比べて１００％増加する。フィルタは、そのとき、基本的には、従来技術のＲＧＢ構成フィルタと同じ様式で構造化されているが、それに代えて、シアン色、マゼンタ色及び黄色フィルタ部分を備えているＣＭＹフィルタ（シアン色、マゼンタ色及び黄色）である。更に、本発明に従って、各々の副画素における電気泳動媒体は２つの異なる種類の粒子を有し、各々の種類の粒子は、対応するカラーフィルタにより吸収されない２つの原色の一を吸収する。それ故、シアン色のカラーフィルタ（赤色光を吸収する）を有する副画素においては、電気泳動媒体はマゼンタ色の粒子（緑色光を吸収する）と黄色の粒子（青色光を吸収する）とを有する。各々の副画素におけるそれぞれの色の粒子は逆極性に帯電され、それ故、電界により容易に制御可能である。このような構成を用いる場合、３つの副画素の中の２つは各々の原色を発光する。例えば、赤色が所望される場合、黄色の副画素におけるマゼンタ色の粒子とマゼンタ色の副画素における黄色の粒子とが用いられる。それにより、青色光は黄色のフィルタ特性により吸収され、緑色光はマゼンタ色のフィルタリング特性により吸収される。シアン色の副画素においては、マゼンタ色の粒子及び黄色の粒子の両方が用いられ、その結果、全ての光が吸収されるため、黒っぽい副画素が得られる。

換言すれば、このような特定の特徴に従って、フルカラーの電気泳動ディスプレイが、種類の数が減少された粒子と組み合わされたＣＭＹカラーフィルタを用いて提供され、前記粒子は正又は負の帯電のみを有し、それらの粒子においては運動量の差異を必要としない。ＣＭＹ粒子（即ち、Ｒ、Ｇ及びＢ光吸収をそれぞれ有する）を与え、且つ、例えば、Ｃ及びＭ粒子をＹカラーフィルタと組み合わせる（及び、残りの２つの置換）ことにより、ＲＧＢカラーフィルタを有するディスプレイより２倍高い輝度を有するディスプレイを製造することが可能である。一実施形態に従って、各々の副画素における電気泳動媒体は、前記可視的位置を与える可視的画素ボリュームと、各々のリザーバがそれぞれの種類の粒子のために非可視的位置を与える２つのリザーバとに含まれる。このような設定は、ビューアにとって可視的である実際の画素領域を与える可視的画素ボリュームから分離されたそれぞれのリザーバにおける粒子種の容易な分離を与える。

一実施形態に従って、それぞれの粒子の空間的分布を個別に制御するための手段は、各々のリザーバに備えられたデータ電極とリセット電極とを有する。リセット電極及びデータ電極は、それぞれの粒子種の位置を適切に制御する。リザーバは、好適には、可視的な画素ボリュームにより分離された、互いに全く反対に備えられている。それにより、一のリザーバの電極は、反対のリザーバの粒子を移動させるための電界構成の一部を容易に構成することができる。典型的には、各々のリザーバには、１つのリセット電極及び１つのデータ電極で十分である。しかしながら、実際の電極数及びそれらの特定な形状はディスプレイのデザインに依存する。

一実施形態に従って、ブラックマトリクスで、それぞれのリザーバに存在する粒子が非可視的にされるようにリザーバを覆う。それにより、画素の見え方は、リザーバ内の粒子の適切な位置に依存しない。

本発明の電気泳動ディスプレイは、環境光を反射する反射型であることが可能であり、又は、光源を有する透過型であることが可能である。

それ故、一実施形態に従って、各々の副画素はリフレクタを有し、それ故、前記カラーフィルタ要素及び前記電気泳動媒体を透過する環境光は戻るように反射され且つ前記カラーフィルタ要素を透過する。それにより、カラーフィルタ及び電気泳動媒体を透過する所定の波長領域の何れの環境光は効率的に反射して戻され、ビューアにとって可視的である。任意に、このような反射型ディスプレイの輝度は、前面光アセンブリを用いることにより改善されることが可能である。

しかしながら、他の実施形態に従って、本発明の電気泳動ディスプレイは、前記電気泳動媒体により前記カラーフィルタを透過して光を発光するように動作する光源を更に有する。その光源は、それ故、ディスプレイのビューア側から見える電気泳動媒体の背後に備えられている。光源は、例えば、電気泳動媒体に光導波路により光を発光する光発生器又はランプから構成される何れの従来の光源であることが可能である。反射型構成及び透過型構成の間の選択は、典型的には、許容される消費電力に比較して要求される輝度のような従来の考慮に基づいている。本発明は、それ故、異なる副画素の各々において位置付けられるべき２つの異なる粒子を必要とする。粒子の簡単な数は、それ故、６つである。しかしながら、一実施形態に従って、粒子は、第１色の波長を吸収するように動作する正に帯電した粒子、第２色の波長を吸収するように動作する負に帯電した粒子、第３色の波長を吸収するように正及び負に帯電した粒子から成る群から全て、選択される。それにより、ディスプレイにおける粒子種の全数はより単純な粒子系を表し、多くの種類の粒子を与える必要がない４つに減少される。

そのディスプレイを製造するとき、電気泳動媒体の適切な混合及び適切な粒子の種類と数が、典型的には、各々の副画素に充填される。簡単な方法は、ここでは、各々の混合物が１種類の副画素について適切である、３つの異なる種類の混合物を用いることである。しかしながら、２種類の混合物のみを用いて、製造プロセスを更に簡単化することが可能である。例えば、正のシアン色及びマゼンタ色の粒子と負の黄色の粒子とを有する第１混合物、並びに、正のシアン粒子及び負のマゼンタ粒子を有する第２混合物がＣＭＹ画素において用いられる。第１混合物はシアン色及びマゼンタ色の副画素のために用いられ、第２混合物は黄色の副画素のために用いられる。黄色の副画素においては明らかに差異はなく、それらの副画素は、尚も、異なる２種類の粒子のみを有する。シアン色及びマゼンタ色の副画素は３種類の粒子を有するが、それらの２種類は同じ極性を有するために、電界により分離されることが可能でない。それ故、それらの副画素においては、シアン色及びマゼンタ色の粒子は常に一緒に移動する。可視的なシアン色の粒子の数の増加は必然的に可視的なマゼンタ色の粒子の数を増加させ、その逆もまた然りである。しかしながら、シアン色の副画素においては赤色光はカラーフィルタにより既に吸収されていて、それ故、それらの副画素において表示された画像は吸収される赤色光はないため、シアン色の粒子の存在により影響されない。そのような現象はマゼンタ色の副画素におけるマゼンタ色の粒子についても然りである。

それ故、一実施形態に従って、電気泳動媒体は対応するカラーフィルタ要素と同じスペクトルの副町域を本質的に吸収するように動作する第３の種類の粒子を有する。第３の種ルの粒子は各々の画素における副画素のサブセットにのみにおいて又は全ての副画素において存在することが可能である。それにより、異なる電気泳動混合物の必要な数は、３つの副画素を有する画素に対して３つから２つへと１つ減少する。

本発明の他の特徴に従って、上記のようなカラー電気泳動ディスプレイの製造方法が提供される。その本発明の方法に従って、インクジェットプリント技術が粒子／電気泳動媒体で画素を充填するために用いられる。例えば、流体中の懸濁される粒子の画定ボリュームがインクジェットヘッドを用いて個々の副画素領域に与えられ、それらの領域の各々は、高分子発光ダイオードディスプレイを製造するために用いられる画素壁構造に類似する様式で画素壁構造により囲まれている。

他の一特徴に従って、上記のような電気泳動ディスプレイを駆動するための方法が提供される。その本発明の方法は、それぞれのリザーバの方に粒子を移動させることにより各々の副画素をリセットする段階と、表示される画像に関する画素画像情報を受信する段階と、前記画像に対応する粒子混合物を決定する段階と、色粒子で各々の画素ボリュームを充填し、それ故、前記粒子混合物を構成する段階とを有する。ディスプレイをアドレス指定する前にそれぞれのリザーバにおける粒子をリセットすることにより、不適切な粒子位置のために起こる色の偏りを最小化することにより、適切な色が達成される。

駆動方法の一実施形態に従って、各々の副画素をリセットする段階は、各々の副画素における電極をリセットするようにリセット電圧を印加する副段階を有し、各々の画素ボリュームを充填する段階は、前記リセット電極に充填電圧を印加する副段階であって、前記充填電圧は前記リセット電圧より低い、副段階と、各々の副画素におけるデータ電極に制御電圧を印加することにゆおり各々の画素ボリュームに入る粒子数を制御する副段階と、制御電圧を増加させることにより画素ボリュームから何れの過剰な粒子を除去する副段階とを有する。

一実施形態に従って、各々の画素ボリュームを充填する段階は、各々の副画素において両方の種類の粒子について同時に実行される。

他の実施形態に従って、各々の画素ボリュームを充填する段階は、各々の副画素において両方の種類の粒子について連続的に実行される。

以下、本発明の電気泳動ディスプレイの構成及び動作について、添付図面を参照して詳述する。

それ故、図１は、赤色領域１０１、緑色領域１０２及び青色領域１０３を有する可視光の全体のスペクトルを示している。シアン色フィルタ１０７は赤色領域を吸収し、マゼンタ色フィルタ１０８は緑色領域を吸収し、そして黄色フィルタ１０９は青色領域を吸収する。このような種類のカラーフィルタは、１つの特定な色が除去される一方、他の色は変わらないまま維持されるため、典型的には、減法則に従っているといわれる。それに対して、赤色カラーフィルタ１０５は緑色領域及び青色領域の両方を吸収し（赤色光は変わらないまま維持される）、緑色カラーフィルタ１０６は赤色領域及び青色領域を吸収し、そして青色カラーフィルタ１０４は赤色領域及び緑色領域を吸収する。

図２は、シアン色の副画素２１０、マゼンタ色の副画素２２０及び黄色の副画素２３０を有する画素２００の断面を模式的に示している。この特定の画素は、純粋な緑色光を表示するように調整されている。それ故、緑色光は反射され、残りの光は吸収される。シアン色の副画素２１０は緑色光を表示するように動作せず（シアン色のフィルタ２１１により吸収される）、この特定の副画素は、それ故、両方の種類の粒子（マゼンタ色２０２及び黄色２０１）を示すことにより黒色に変わる。マゼンタ色の副画素２２０（マゼンタ色のカラーフィルタ２２１を有する）は黄色の粒子２０３のみを示すことにより緑色光を反射し、そして黄色の副画素２３０（黄色のカラーフィルタ２３１を有する）はマゼンタ色の粒子２０２のみを示すことにより緑色光を反射する。それ故、入射する緑色光の２／３は反射される（１／３はマゼンタ色の副画素により、１／３は黄色の副画素による）。しかしながら、それらの値は理論的なものであり、開口率と他の可能な制限因子とにより低減されるに違いない。

上記により、純粋な赤色光又は純粋な青色光を表示することは簡単である、更に、各々の副画素の粒子密度の適切なバランスは、各々の対応する色の入射光の２／３までの輝度を伴って表示される何れの色の混合を容易にする。

図３は、本発明のディスプレイのための有効な粒子系を模式的に示している。この特定の実施形態においては、シアン色の副画素３１０はマゼンタ色の粒子３０１及び黄色の粒子３０２を有し、マゼンタ色の副画素３２０は黄色の粒子３０２及びシアン色の粒子３０３を有し、そして黄色の副画素３３０はマゼンタ色の粒子３０１及びシアン色の粒子３０３を有する。各々の副画素における粒子は、それ故、それぞれのカラーフィルタにより吸収されない原色の一のみを選択的に吸収するように動作する。各々の副画素においては、粒子種の一は正の帯電を有し、他の粒子種は負の帯電を有する。

しかしながら、図４は代替の粒子系を示し、シアン色の副画素４１０は青色の粒子４０１及び緑色の粒子４０２を有し、マゼンタ色の副画素４２０は赤色の粒子４０３及び青色の粒子４０１を有し、そして黄色の副画素４３０は赤色の粒子４０３及び緑色の粒子４０２を有する。この実施形態は、実際には、図３に関連して記載されたシステムと同じ様式で動作する。唯一の違いは、各々の副画素において、それぞれの粒子は、２つの残りの色を吸収するばかりでなく、カラーフィルタにより吸収されたに違いない何れの色の光を吸収することである。それ故、各々の副画素におけるカラーフィルタ及び粒子は重なり合った吸収帯域を有する。カラーフィルタが、実際に、その対応する色の光全てを吸収する場合、そのような重なり合いは知覚される画像に影響を及ぼさない。代替の実施形態においいては、その重なり合いは一部のみである。ここで重要なことは、粒子が完全に分離した吸収帯域を有する必要はないことである。しかしながら、それらの帯域は、完全な且つ制御可能な色再現性を与えるようにそれぞれのカラーフィルタにより吸収されない色についての実質的に分離された吸収帯域を有する必要がある。

完全に黒色の画像を与えるためには、各々の副画素における粒子及びカラーフィルタは可視色の完全な領域を吸収できる必要がある。実際の吸収帯域の境界、即ち、三原色の各々の画定は、しかしながら、アプリケーションに応じて変化し得る。しかしながら、上記の粒子系を構成する各々の副画素における２種類の粒子は、対応するカラーフィルタからの完全な残りの色帯域を吸収し、このことは、２つ以上の原色を表示し、不可能である明るいフルカラー再現性を達成するように画素を非動作状態にするためであることは重要である。

上記の画素全ては３つの副画素を有し、フルカラー画像を与える。しかしながら、２つの副画素のみを有する画素を用いて画像を与えることが又、可能である。例えば、黄色の副画素３３０を省いて図３をみることにより、何れの色を表示するように尚も動作状態の画素を与えることができる。しかしながら、赤色及び緑色光を表示する能力は、１つの副画素のみが用いられる（１／２の輝度が与えられる）ため、減少される。他方、青色光を表示する能力は、全ての副画素がそのとき、青色光を表示することができるため、１／１に増加する。そして、勿論、黒色状態は全ての副画素に対して尚も利用可能である。扱うアプリケーションに応じて、これは有利であることが可能である。例えば、カラーフィルタ及び粒子の吸収帯域は、副画素の１つのみにより表示されることができる波長帯域（副領域）が両方の副画素により表示されることができる波長帯域より広くなるように選択されることができる。それにより、各々の波長帯域の最大輝度は等しくされることができる。カラーフィルタを用いず、異なる色の粒子を有する副画素を単純に用いることに代えて、このような方法を用いる利点は黒色状態を与えることである。

代替として、各々の画素に４つ以上の副画素を加えることが可能であり、それにより、所謂、複数の原色表示が容易になる。又、ここで、上記により当業者は多くの異なる変形を考案することが可能である。

図５に示すように、特定の実施形態において単一の副画素５００に焦点を当てる場合、副画素は２つのリザーバ５１０、５２０であって、それらの一に対してそれぞれ粒子種５１４、５２４が存在し、可視的な画素ボリューム５３０により分離された、２つのリザーバ５１０、５２０を有することに注意する必要がある。その副画素は、更に、カラーフィルタ５４０を有する。図５においては、副画素のそれぞれの領域は、例示目的のみのために示した波線により分離されている。リザーバ５１０、５２０は、データ電極５１２、５２１と、負に帯電した粒子５１４のためのリセット電極５１１と、正に帯電した粒子５２４のためのリセット電極５２２とを有する。データ電極５１２、５２１は、アクティブマトリクスにおけるデータドライバに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を介して接続されることが可能であり、それ故、可視的表示から遮られている一方、リセット電極は複数の画素又は全体の表示のための共通電極である。ブラックマトリクス５１３、５２３がリザーバを覆っている。画素は、白色の反射性背景領域５３１を更に有する。更に、副画素壁を構成する障壁により、副画素は互いから分離されることが可能である。任意に、このような反射型ディスプレイの輝度は、フロントライトアセンブリを用いることにより改善されることが可能である。

代替の実施形態においては、本発明のディスプレイは透過型である。この透過型ディスプレイについて図６に示し、ここで、各々の副画素は２つのリザーバ６１０、６２０と、可視的領域６３０と、カラーフィルタ６４０とを有する。各々のリザーバ６１０、６２０は、負の粒子６１４及び正の粒子６２４の位置を制御するように動作する、それぞれのデータ電極及びリセット電極６１２、６２３、６１１、６２２を有し、ブラックマトリクス６１３、６２３により覆われている。しかしながら、白色のリフレクタに代えて、ディスプレイは、例えば、光導波路６３１及び光源６３２から構成されるバックライトを備えることが可能である。

特定のアプリケーションのための透過型ディスプレイ及び反射型ディスプレイの選択は、典型的には、例えば、所望の輝度及び許容される消費電力等に依存する従来の基準に基づいてなされる。

副画素は、例えば、インクジェットプリント技術を用いて、適切な色及び帯電の粒子を有する適切な電気泳動液体で充填されている。インクジェットプリントにおいて、流体中の粒子の画定ボリュームは、個々の副画素領域にインクジェットプリントヘッドを用いて
与えられ、それらの副画素領域の各々は画素壁構造で囲まれている。同様の技術を高分子発光ダイオードディスプレイに対して用いることができる。

知覚される画素の色は、各々の副画素ボリュームに存在する各々の色の種類の可視的粒子の数により決定される。粒子が存在しない場合、副画素はカラーフィルタの色を呈する（フルカラー表示の場合の２／３の輝度であり、開口率により減少される）。全ての粒子が存在する場合、副画素は黒色になる。他の色は、それぞれの粒子の中間的な数を与えることにより得られる。

図７に示す本発明の一実施形態に従って、画素の動作について示している同時駆動方法が提供される。その方法のプロセルは次のようなものである。
リセット（段階７０１）：全ての正に帯電した粒子及び負に帯電した粒子は、リセット電極７３０及び７１０それぞれに負電圧及び正電圧を印加することによりそれぞれのリザーバに戻される。それらの電極は全体の表示に対して共通であるので、それらの電極は（データ電極でない場合）ＴＦＴに接続される必要はないため、それらの電極に非常に高い電圧を印加することが可能である。
充填：小さい負及び正電圧がリセット電極７１０、７３０それぞれに印加される。

何れの種類の粒子が画素ボリュームに移動されないようになっている場合、大きい正電圧が一のデータ電極７２０に印加され、小さい負電圧が他のデータ電極７４０に印加される（段階７０２）。

一の種類の粒子のみが画素ボリュームに移動されるようになっている場合、大きい電圧がデータ電極の一に印加され、小さい電圧又はゼロ電圧が他のデータ電極に印加される（段階７０３又は７０４それぞれにおいて）。

両方の種類の粒子が画素ボリュームに移動されるようになっている場合、小さい負電圧及び正電圧がデータ電極７２０及び７４０それぞれに同時に印加される（段階７０５）。

十分な数の粒子が画素ボリュームに入っているとき、過剰な粒子は、一のデータ電極７２０に大きい負の電圧を、又は、他のデータ電極７４０に大きい正の電圧を印加することによりリザーバに戻される。両方の粒子が充填されている場合、例えば、一のデータ電極７２０に大きい負の電圧を印加することにより負に帯電した粒子の更なる充填を防止することができる（段階７０６）が、正に帯電した粒子の充填速度は大きくなる。この場合、駆動信号は、（画素についての充填を止めるために）大きい正の電圧が他のデータ電極７４０に印加される前の時間を短くするように修正される必要がある。同様の考慮は、正に帯電した粒子についても適用できる（段階７０７）。段階７０８においては、負の種類の粒子が充填される。

充填の手順が終了した後、データ電極７２０、７４０及びリセット電極７１０、７３０は０Ｖに設定されることが可能であり、必要に応じて、そのシステムは電力損失を回避するように電力を低下させることができる。

図８に示す本発明の他の実施形態に従って、画素ボリュームを異なる種類の粒子を順次に充填するために与えられる順次駆動方法を用いる代替の駆動スキームが提供される。始めの２つの段階８０１及び８０２は、図７に関して示している同時駆動（即ち、段階７０１及び７０２）と同等である。この場合、しかしながら、先ず、正の粒子が充填されている（段階８０３）とき、一のデータ電極８２０に大きい負の電圧を印加することにより負に帯電した粒子を充填することは回避される一方、正に帯電した粒子を充填することは可能である。続いて、負の粒子が充填されている（段階８０４）とき、他のデータ電極８４０に大きい正の電圧を印加することにより負に帯電した粒子を充填することは回避される一方、正に帯電した粒子を充填することは可能である。この実施形態においては、正及び負の粒子の充填が、上記の実施形態の場合に比べてより速く進行する（充填電界がより大きいため）。

一般に、異なる６種類の帯電粒子が、３つの副画素を有する画素についての本発明の画素デザインを実現するために用いられることが可能である。しかしながら、粒子の数は４種類のみに減少されることが可能である。この数は、３つの副画素を有する画素に必要な粒子種の最小数である。この場合、第１の色の粒子は正極性を有することのみが必要であり（例えば、シアン色）、第２の色の粒子は負極性を有することのみが必要であり（例えば、マゼンタ色）、第３の色の粒子は両方の極性を有することが必要である（例えば黄色）。この場合、各々の画素の３つの副画素の充填は次のように進行する。
− 副画素１：シアン色（＋）／マゼンタ色（−）
− 副画素２：黄色（＋）／マゼンタ色（−）
− 副画素３：シアン色（＋）／黄色（−）
他の実施形態においては、製造中の充填ステップの数を、上記の３つから２つのみに更に減少させることが可能である。これは、副画素の充填のために、予め混合された３種類の粒子、例えば、シアン色（＋）／マゼンタ色（−）／黄色（＋）（混合物１）及びシアン色（＋）／マゼンタ色（−）／黄色（−）（混合物２）の懸濁物を用いることによりなされる。３つの副画素の中の２つが第１混合物で充填され、第３の副画素が第２混合物で充填されることが可能であり、例えば、混合物１は黄色の副画素に充填され、混合物１はシアン色の副画素に充填されそして混合物２はマゼンタ色の副画素に充填される。これは、各々の副画素において、粒子の一の色（Ｃ、Ｙ又はＭ）がビューアに対してそれらの粒子が実質的に不可視的であるようにカラーフィルタに対応するために、可能である。そのような方法を用いる場合、処理段階の数を減少させることができる。しかしながら、第２混合物は第１の種類の副画素においてのみ用いられるため、２種類の粒子種のみを有する必要がある。それ故、代替の実施形態においては、１つの混合物のみが３種類の異なる粒子種（例えば、混合物１：シアン色（＋）／マゼンタ色（−）／黄色（＋））を有する一方、他の混合物は２種類の粒子種（例えば、混合物２：シアン色（＋）／黄色（−））のみを有する。

本発明の上記の実施形態は本発明を限定するように意図されたものではなく、本発明をどのように利用することが可能であるかについての例示として与えられるものであることを留意する必要がある。当業者は、同時提出の特許請求の範囲において記載されているような本発明の範囲及び主旨から逸脱することなく、多くの本発明の代替の実施形態をデザインすることができるであろう。

特に、上記の実施形態は２つ及び３つの服が相を有する色系に関連して説明したが、本発明は４つ以上の副画素を有し、所謂、複数の原色を有する方法を用いて動作する系に対して同じく適用可能であることが理解されるであろう。

更に、カラーフィルタがリフレクタに対してディスプレイの反対側に備えられている実施形態について説明したが、カラーフィルタがリフレクタに隣接して位置付けられることが、又は、適切な減法則に従った着色リフレクタを作るようにリフレクタの反射スペクトルを調節することが又、可能である。

実際には、本発明は、カラー電気泳動ディスプレイのための新規なデザインを提供している。そのディスプレイにおいては、各々の画素は少なくとも２つの副画素を有し、各々の副画素は、カラーフィルタと適合され、２種類の粒子を有する電気泳動媒体を有する。各々の画素の副画素におけるカラーフィルタは、本質的に重なり合っていない吸収帯域を有し、ディスプレイが動作可能状態にある波長全てを本質的に共にカバーしている。更に、各々の画素における粒子の吸収帯域は、それぞれの副画素におけるフィルタによりカバーされていない波長の部分を各々カバーしている。波長帯域は、典型的には、異なる色に対応する。それにより、各々の波長帯域、即ち色は、各々の画素における２つ以上の副画素により発光され、その結果、輝度の増加が得られる。特定の一実施形態に従って、各々の画素は、シアン色、マゼンタ色及び黄色の光吸収フィルタそれぞれを有する３つの副画素を有する。

赤色、緑色及び青色領域並びにシアン色、マゼンタ色、黄色、赤色、緑色及び青色吸収フィルタの吸収領域を有する可視光の全体のスペクトルを示す図である。 本発明のディスプレイの断面及び緑色光の透過性を示す模式図である。 ＣＭＹ及びＲＧＢ粒子それぞれを有する本発明の実施形態の断面を示し、又、各々の副画素により透過されるべき有効の色を示す図である。 ＣＭＹ及びＲＧＢ粒子それぞれを有する本発明の実施形態の断面を示し、又、各々の副画素により透過されるべき有効の色を示す図である。 可視的領域と２つのリザーバを有する本発明のディスプレイの断面図である。 可視的領域と２つのリザーバを有する本発明のディスプレイの断面図である。 本発明のディスプレイについての代替の駆動スキームを示す図である。 本発明のディスプレイについての代替の駆動スキームを示す図である。

Claims (21)

1. 所定の波長領域において可視光を表示するように動作する少なくとも１つの画素を有するカラー電気泳動ディスプレイであって、各々の画素は少なくとも２つの副画素を有する、カラー電気泳動ディスプレイであり、それらの副画素の各々は：
   前記の所定の波長領域の固定された副領域を吸収するように動作するカラーフィルタ；
   ２種類の粒子を有する電気泳動媒体であって、各々の種類の粒子は前記の所定の波長領域の第２副領域及び第３副領域それぞれを吸収するように動作する、電気泳動媒体；並びに
   可視的位置と非可視的位置との間で前記電気泳動媒体におけるそれぞれの粒子の空間的分布を分離するように制御するための手段；
   を有する、カラー電気泳動ディスプレイであり、
   各々の画素におけるそれぞれの副画素の前記の固定された副領域は、本質的に、重なり合うことがなく、組み合わされることにより前記の所定の波長領域の本質的に全てをカバーし；そして
   各々の副画素において、前記第２副領域及び前記第３副領域は互いに異なり、関連付けられた副画素の前記の固定された副領域と組み合わされた状態でのみ前記の所定の波長領域の本質的に全てをカバーする；
   ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
2. 請求項１に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記カラーフィルタはカラーフィルタ要素である、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
3. 請求項１に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記電気泳動媒体は着色された流体としてのカラーフィルタを有する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
4. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記カラーフィルタ及び前記粒子は吸収されない波長を透過するように動作する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
5. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記の所定の波長領域は可視光の全体のスペクトルを実質的にカバーする、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
6. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記フィルタ要素の前記の固定された副領域は赤色、緑色及び青色の波長それぞれをカバーする３つの副画素を有し、それ故、それぞれのフィルタ要素はシアン色、マゼンタ色及び黄色の光の波長それぞれを透過するように動作する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
7. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記粒子は赤色、緑色又は青色の波長それぞれを吸収するように、それ故、シアン色、マゼンタ色又は黄色の波長を透過するように動作する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
8. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記粒子はシアン色、マゼンタ色又は黄色の波長それぞれを吸収するように、それ故、赤色、緑色又は青色の波長を透過するように動作する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
9. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、各々の副画素における前記２種類の粒子は異なる極性を有する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
10. 請求項２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、各々の副画素における前記電気泳動媒体は前記可視的位置を与える可視的画素ボリュームに含まれ、そして、２つのリザーバにおいて、各々のリザーバはそれぞれの種類の粒子に対して非可視的位置を与える、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
11. 請求項１０に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記それぞれの粒子の空間的分布を空間的に制御するための前記手段は各々のリザーバに備えられているデータ電極及びリセット電極を有する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
12. 請求項１０に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記リザーバは、それぞれのリザーバに存在する粒子が非可視的状態にされるようにブラックマトリクスによりカバーされている、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
13. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、各々の副画素は前記の所定の波長領域における光を反射するリフレクタを有し、それ故、前記カラーフィルタ要素及び前記電気泳動媒体を透過する環境光は後方に反射され、前記カラーフィルタ要素を透過する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
14. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記カラーフィルタ及び前記電気泳動媒体を透過する前記の所定の波長領域にある光を発光するように動作する光源を更に有する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
15. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、前記粒子は：
    第１色の波長を吸収するように動作する正に帯電した粒子；
    第２色の波長を吸収するように動作する負に帯電した粒子；
    第３色の波長を吸収するように動作する正に帯電した粒子；及び
    前記第３色の波長を吸収するように動作する負に帯電した粒子；
    を有する群から全てが選択され、それ故、前記ディスプレイにおける粒子種類の総数は４つである、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
16. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイであって、少なくとも１つの副画素における前記電気泳動媒体は、副画素における対応するカラーフィルタ要素と同じ波長の副領域を本質的に吸収するように動作する第３の種類の粒子を有する、ことを特徴とするカラー電気泳動ディスプレイ。
17. 請求項１又は２に記載のカラー電気泳動ディスプレイを製造する方法であって、前記電気泳動媒体を前記画素に充填するためにインクジェットプリント技術を用いる、ことを特徴とする方法。
18. 請求項１０に記載のカラー電気泳動ディスプレイを駆動する方法であって：
    それぞれのリザーバに粒子を移動させることにより各々の副画素をリセットする段階；
    表示される画層に関する画素画像情報を受信する段階；
    前記画像に対応する粒子混合物を決定する段階；及び
    各々の画素ボリュームに色粒子を充填し、それ故、前記粒子混合物を生成する段階；
    を有することを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって：
    各々の副画素をリセットする段階は、各々の副画素において電極をリセットするようにリセット電圧を印加する副段階を有し；
    各々の画素ボリュームを充填する段階は、前記リセット電極に充填電圧を印加する副段階であって、前記充填電圧は前記リセット電圧より小さい副段階と、各々の副画素におけるデータ電極に制御電圧を印加することにより各々の画素ボリュームに入る粒子数を制御する副段階と、前記制御電圧を増加することにより前記画素ボリュームから何れの過剰な粒子を除去する副段階とを有する；
    ことを特徴とする方法。
20. 請求項１８に記載の方法であって、各々の画素ボリュームを充填する前記段階は、各々の副画素における両方の種類の粒子に対して同時に実行される、ことを特徴とする方法。
21. 請求項１８に記載の方法であって、各々の画素ボリュームを充填する前記段階は、各々の副画素における各々の種類の粒子に対して順次に実行される、ことを特徴とする方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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