JP2008513827A - ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の画素９を有する表示領域２、複数の画素９のうちの１つについて予め決定された量のカラーマテリアルを準備するミキシングユニット３、及び、画素９の予め決定された量を表示領域２における関連される画素位置に転送するトランスファユニット４をもつディスプレイ装置に関する。カラーマテリアルの転送は、エレクトロウェッティングメカニズム、電気泳動メカニズム又はポンピングメカニズムに基づいている。

Description

本発明は、カラー画像を表示するディスプレイに関する。より詳細には、本発明は、複数の画素を有する表示領域を有するディスプレイ装置に関する。

かかるディスプレイは、今日、たとえば陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイ又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の形式で広く使用されている。これら公知のディスプレイでは、画像の色は、通常は赤、緑及び青である三原色のサブピクセルの使用によりディスプレイで構築される。これらサブピクセルは、ディスプレイスクリーンで固定された位置を有する。ＬＣＤでは、赤、緑及び青色フィルタが固定された位置にあり、ＣＲＴディスプレイ又はプラズマディスプレイでは、赤、緑及び青の蛍光体は、固定された位置にある。結果として、画像の一部は赤色のみを有するとき、実際の表示領域の３分の１のみが使用され、これはディスプレイの色飽和及び明るさの観点で非常に効率的ではない。

米国特許ＵＳ−Ｂ−６，３７９，００１は、掲示板システムを開示しており、画像は基板の一部にプリントされ、その後、基板は視聴可能な位置に移動される。画像は、基板から除くことができ、新たな画像をそこにプリントすることができ、基板を置き換える必要がなく、異なる画像を表示する機能を有する柔軟な掲示板ディスプレイが得られる。しかしながら、このシステムは、基板のメカニカルな移動、基板から画像の繰り返される除去を必要とし、これは基板の磨耗を引き起こす。

国際特許出願ＷＯ００／２６８９０は、たとえば衣服又は靴に付属された基板の視覚的な作用を変えるシステムを開示している。使用されるディスプレイユニットは、マトリクスに形成される複数の画素を有しており、この画素は、シリコンジェル又はサーモセッティングポリマーを有する。それぞれの画素は、１つのカラーのみを表示することができる。

本発明は、既存にディスプレイにわたり改善された色飽和及び明るさを有する、（カラー）画像を表示するディスプレイ装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、先に定義されたプリアンブルに係るディスプレイ装置が提供され、複数の画素のうちの１つについてピクセルフィルマテリアル（pixel fill material）（画素を充填する材料）の予め決定された量を準備するミキシングユニットと、あるピクセルについて予め決定された量を表示領域における関連付けされた画素位置にトランスポートするトランスポートユニットとを更に有する。予め決定された量のピクセルフィルマテリアル（又はカラーフィルタユニット）は、特定の色を有するインク又はダイのような異なる基本のカラーマテリアルから構成される。たとえば、３原色の赤、青及び緑は、あるピクセルの所望の色を生成可能なために、基本のカラーマテリアルとして使用される。それぞれの画素は、おそらく同じ色を有するので、今日のＣＲＴディスプレイ又はＬＣＤよりも非常に大きな色飽和を有するディスプレイ装置を提供することができる。

本発明の実施の形態では、ディスプレイ装置は、ミキシングユニット及びトランスポートユニットに接続され、表示領域において予め決定された画像を構成する制御ユニットを更に有する。これにより、ピクチャを構成する列毎によるような、制御ユニットの制御下で画像を構成することで、画像を表示するディスプレイ装置を使用可能である。さらに、ディスプレイ装置は、１以上の画像を記憶する制御ユニットに接続されるメモリユニットを更に有する。この実施の形態は、ある画像から別の画像に表示された画像を変えることができる。更なる実施の形態では、制御ユニットは、外部入力に依存して表示領域での表示のために予め決定された画像を変化させるために構成される。外部入力は、たとえば、光レベル又は温度、若しくは天気、季節、休日のイベント、誕生日等のような測定可能なパラメータに依存し、適切な感知エレメントを使用して制御ユニットへのデータとしての入力である。

更なる実施の形態では、ディスプレイ装置の表示領域は、画素による複数の行を有する。これにより、カラーフィルタユニットを行の一方の端にはじめにトランスポートし、次いで、カラーフィルタユニットをその行における適切な画素にトランスポートすることができる。この行毎の表示領域のフィーディングは、トランスポートユニット及び表示領域の複雑度を著しく低減する。有利な実施の形態では、ミキシングユニット及びトランスポートユニットは、複数の行のそれぞれについて提供される。これにより、並行した準備及び異なる行へのカラーフィルタユニットのトランスポートが可能であり、これにより、画像の変化及び完了の速度が増加される。

トランスポートユニット及び表示領域は、ピクセルフィルマテリアルのエレクトロ−ウェッティングに基づいたトランスポート（electro-wetting based transport）についての更なる実施の形態で構成される。エレクトロウェッティングメカニズムでは、油のようなマテリアルの滴（ドロプレット“droplets”）は、ローカルの電場を制御することである画素の位置から別の画素の位置へのプレートのサンドウィッチ構造の間でトランスポートされる。たとえば、更なる実施の形態では、表示領域は、画素当たりのローカルの電場を制御するため、上部電極と該上部電極の反対にある複数の画素電極を有する。

更なる実施の形態では、トランスポートユニット及び表示領域が電気泳動に基づいてピクセルフィルマテリアルのトランスポートのために構成される。これは、エレクトロウェッティングに基づいた実施の形態の代替であって、クリアな流体で浮遊される帯電粒子を使用する。表示領域は、ある画素から隣接する画素に電場を供給する複数の電極を有する。カラーフィルタユニットの帯電粒子は、電場を制御することである画素から別の画素にトランスポートされる。

更なる実施の形態では、表示領域は、隣接する画素間に障壁を有する。これにより、トランスファメカニズムがパワーダウンされた後、たとえば完全な画像が表示領域で構成されたときに、正しい画素位置にカラーフィルタユニットを保持することができる。これらの障壁は、たとえば今日のディスプレイ装置のエレクトロウェッティングの実施の形態におけるオイルといったカラーマテリアルをはじくコーティングマテリアルのグリッドを有する。

代替的に、障壁は、電気的な障壁を有する。これら電気的な障壁又は電極は、同じエレクトロウェッティング又は電気泳動の原理を利用するが、トランスファーセッティングに比較して非常に低いパワー設定である。

ディスプレイ装置の更なる実施の形態では、ディスプレイ装置の画素を充填する混和しにくい液体の使用が行われる。更に、表示領域は、（列又は行毎の指向における複数のチャネルのケースで）少なくとも１つのチャネルを有し、隣接画素のカラーフィルマテリアルは、異なる混合しにくい液体を有する。混合しにくい液体は、ダイ又は顔料が色付けされた液体を得るために追加することができるベースマテリアル、又は媒体若しくは溶媒である。

代替的な実施の形態では、表示領域は、少なくとも１つのチャネルを有し、隣接画素のカラーフィルマテリアルの第一の予め決定された量は、カラーフィルマテリアルの予め決定された量で混合しにくい液体の第二の予め決定された量により分離される。第二の予め決定された量は、色（透明）を有さず、固定された色（たとえば白又は黒）を有する。これは、たとえば、第二の混合しない流体として空気を使用して達成される。幾つかの表示領域は、分離している流体のために失われるが、表示領域の画素におけるカラーフィルタユニットの容易な分離を可能にする。更なる利点は、１つのミキシングステージのみがカラーフローユニットを供給するために必要とされることである。ディスプレイ装置のフル、ブライト色特性は、第二の予め決定された量が第一の予め決定された量よりも小さいときに大きく保持される。

表示領域における画素のサイズは、更なる実施の形態では、カラーフィルマテリアルの予め決定された量を変化させることで変化される。これは、それら原色について異なる混合しにくい流体を使用するときにサブピクセルを使用することが可能であり、これにより表示装置に正しく構成された画像を供給することができる。

異なる混合しにくい流体は、水性の流体、気体の流体（たとえば空気）、無極の有機流体、フッ素化有機流体からなるグループから選択される。実施の形態は、たとえば３つの基本色に分離の流体を加えたものを使用して、２、３又は更には４つの異なる混合しにくい流体を使用して考案することができる。この後者の実施の形態は、可能性のある再使用のためにディスプレイ装置における使用後に容易に分離される付加された利益を有する。

更なる実施の形態では、ディスプレイ装置は、ピクセルをリフレッシュするとき、ピクセルフィルマテリアルの予め決定された量を受けるため、複数の画素（又は画素の行）に接続されるアウトレットを更に有する。したがって、画像は、ディスプレイ装置から除かれ（又は、次の画像により良好にリフレッシュされ）、前の画像のピクセルフィルマテリアルは廃棄又は再使用される。

更なる実施の形態では、ミキシングユニットは、たとえばカラーインクを有する置き換え可能なカートリッジの形式で、１以上のピクセルフィルマテリアルからピクセルフィルマテリアルを受ける。複数のカートリッジは、ディスプレイ装置で使用される色について使用されるが、この色は、原色を有するが、（金又は銀のようなメタリックカラーをも含めて）他の色を有する場合もある。

ディスプレイ装置で使用されるピクセルフィルマテリアルを容易に再使用する可能性を提供するため、複数の表示領域は、更なる実施の形態で（たとえば互いの上部に）設けられ、複数の表示領域のそれぞれは、シングルタイプ（たとえば原色）のピクセルフィルマテリアルを受けることができる。

ディスプレイ装置は、多数の画像を表示可能な電子ペインティングで有利にも使用されるか、又は広告用ディスプレイで使用される。次いで、画像は、非常に容易かつ費用対効果の高い方式で別の画像について置き換えられる。

本発明は、添付図面を参照して、多数の例示的な実施の形態を使用して、以下に更に詳細に説明される。
図１では、本発明の第一の実施の形態に係るディスプレイ装置１０の概念図が示される。ディスプレイ装置１０は、Ｎ行の画素１２×Ｍ列の画素９を有する表示領域２を有する。表示領域２の行１２のそれぞれは、流体のラインによりトランスファユニット４に接続される。トランスファユニット４の入力は、ミキシングユニット３の出力に流体ラインにより接続され、このミキシングユニットは、多数のピクセルフィルマテリアルコンテナ５に接続される（この実施の形態では３つが示される）。表示領域２の行の他のサイドは、アウトレット６に接続され、これは表示領域２から除かれたカラーマテリアルを収集するのを可能にする。ミキシングユニット３及びトランスファユニット４は、制御ユニット７に接続され、この制御ユニットにより制御され、この制御ユニットは、この実施の形態では、１以上のデジタル画像を記憶するためにメモリ８に接続される。

ピクセルフィルマテリアルコンテナ５は、たとえば、ある量のインク又はダイのような１つのカラーのカラーマテリアルを有し、カラーインクカートリッジとして供給される。３つのコンテナ５は、たとえば原色（赤、緑、青）又は代替的に減法色（シアン、マゼンダ、イエロー）を有するか、若しくは、更なるコンテナ５は、他のカラーのために提供される場合がある。透明な色（又は反射的な表示領域２のケースにおけるホワイト）は、それぞれの画素９の透明性を制御するために追加される。可能性のある色は、金又は銀のインクのようなメタリックインクを更に含む。顔料、インク又はダイの正しいセットを選択することで、リアルペインティングに密に類似して、ディスプレイ装置にそれぞれ可能な画像を提供することができる。ミキシングユニット３は、制御ユニット７の制御下で、表示領域２のシングルピクセル９について特定の色を得るため、ピクセルフィル又はカラーマテリアルの予め定義された量１を混合する。特定の画素についてこの予め定義された量は、カラーフィルタユニット１とも呼ばれ、カラーフィルタユニット１が作られた特定の画素９にトランスファユニット４によりミキシングユニット３から転送される。それぞれのカラーフィルタユニット１は、調節可能（任意の所望の色を得ることができる）かつ（たとえば表示領域２のサイドを介して、トランスファユニット４から正しい画素９に）移動可能である。

図１に示される実施の形態では、トランスファユニット４は、表示領域２の行のそれぞれに接続され、カラーフィルタユニット１を正しい行１２に転送するために構成される。図２のタイムフレームビューに示されるように、カラーフィルタユニット１は、離散的なタイムステップで１つの行にトランスポートされ、従って画像の画素に対応するカラーフィルタユニット１で画素９の完全な行１２を充填するのを可能にする。表示領域２の行毎に充填することで、完全な画像を構成することができる。

代替的に、トランスファユニット４は、カラーフィルタユニット１の完全な列を構成し、これらを表示領域２に一度に１列で転送する。
トランスファユニット４は、それぞれの画素９に直接にカラーフィルタユニット１をトランスポートするか、又は、表示領域２が列毎に満たされる列毎の構成を使用するために構成されることが明らかである。

更なる実施の形態では、ミキシングユニット３及びトランスファユニット４は、表示領域２の行のそれぞれ、又は表示領域２の行のサブグループについて供給される。これにより、並列に完全な表示領域２の画素９の行を満たすのを可能にし、これは時間を要しない。

ディスプレイ装置のそれぞれの画素は、今日のＣＲＴ及びＬＣＤの通常の色空間を超えて特定の色を有する。したがって、ディスプレイ装置をエレクトロニックアートワークとして使用することが可能であり、これはリアルペインティングに密に類似している。ディスプレイ装置の構成は、ＬＣＤのようなエレクトリックアートワークの可能性のある代替よりも非常に低いコストである。

ディスプレイ装置は、任意の色を有する画素９から構成される。原色のサブピクセルが使用される今日のＣＲＴディスプレイ又はＬＣＤとは対照に、シングルカラーを有する表示領域（の一部）を提供することが可能である。これは、改善された色強度及び明確さをもつディスプレイ機能となり、ディスプレイ装置１０の非常に豊かな色の印象が得られる。

たとえばインク又はダイの形式で、ディスプレイ装置はカラーマテリアルを使用するので、反射的又は透過的な表示のためにディスプレイ装置を使用することが可能である。バックライトは必須ではなく、したがって連続的な電力消費量が生じない。反射型のディスプレイ装置について、カラーマテリアル（インク又はダイ）はそれ自身が反射型であるか、カラーマテリアルが透明である場合、ホワイトリフレクタ又はディフューザは、表示領域２の背後に位置される。周囲の光源（太陽光、ランプ等）は、イルミネーションを提供する。透過型のディスプレイ装置について、バックライトは、表示領域２の背後に位置される。バックライトの代替として、既存の光（太陽光、人口光等）は、イルミネーションソースとして使用される。

制御ユニット７は、メモリ８から画像のそれぞれの画素の情報を検索し、ミキシングユニット３及びトランスファユニット４を制御して、正しいカラーマテリアルを表示領域２におけるそれぞれの画素９に提供する。メモリ８は、磁気又は光ディスク、半導体メモリ（ＲＡＭ，Ｆｌａｓｈ ＲＡＭ等）のような画像情報を記憶するために適したメモリの形式である。メモリ８は、１を超える画像を記憶し、制御ユニット７は、ある画像から次の画像に画像を周期的に変化するために構成される。これにより、ディスプレイ装置は掲示板及び他の形式の広告ディスプレイに特に適したものとなる。さらに、制御ユニット７は、天気、季節、休日のイベント、誕生日等のような予め決定された日付のような外部ファクタに依存して画像（の一部）を変えるために構成される。

さらに、たとえばインターネットを介して画像データを受けるため、シリアル又はパラレルデータ入力ポート（図示せず）のような他のデータ入力手段を介して制御ユニット７（又はメモリ８）に画像情報を提供することが可能である。また、更なる入力装置を有することが可能であり、これにより表示領域２に画像を（直接に）構成することが可能であり、これにより真のエレクトロニックキャンバスが提供される。制御ユニット７には、流体の透明性を確認することによるような、画像構成プロセスを自動的に確認するため、たとえばフォトダイオードが設けられる。

様々な更なる実施の形態では、ディスプレイ装置１０は、たとえば季節、天気に従うか、又は日時に従い変化するランドスケープ画像を提供する、チェンジャブルアートワークとして使用される場合がある。別の画像の表示に対する変化は、ユーザにより前もってプログラムされるか、ランダムにされる。

ディスプレイ装置１０は、表示領域２の画素９のそれぞれにおいて、カラーフィルタユニット１を置き換えることで、表示される画像を変えることができる。ディスプレイ装置１０が図１の構成を有するとき、それぞれの行１２は、ひとたび使用されたカラーフィルタユニット１を収集するアウトレット６に接続される。ディスプレイ装置１０は、インク又はダイを消費し、これは、カラーマテリアルコンテナ５として置き換え可能なインクカートリッジを使用することで可能である。代替的に、収集されたインクのミクスチャをリサイクルすることは可能であり、ＲＧＢカラーのみが使用される場合に最も容易である。このケースでは、余分の分離装置又は処理ステップは、図１におけるアウトレット６とコンテナ５との間に必要とされる。この分離装置又は処理ステップは、コンテナ５にそれらを再び挿入する前に、異なるカラーマテリアルを分離する。

ディスプレイ装置の代替的な構成では、個別の表示領域２は、それぞれが関連されるアウトレット６を有する、カラーマテリアルコンテナ５により供給されるような原色のそれぞれについて供給される。この実施の形態は、フルディスプレイ装置を提供することが可能であるが、アウトレット６で収集された後にカラーマテリアルを再使用するのが可能である。

典型的なディスプレイ装置１０の典型的なセットアップでは、カラーマテリアルのレイヤシックネスは、５〜１０μｍであり、これは、表示領域２の表面の平方メートル当り５〜１０ｍｌを必要とする。

図３では、本発明のディスプレイ装置の実施の形態の第一の可能なメカニズムが例示される。この実施の形態では、エレクトロウェッティングメカニズムが使用され、ここではカラーフィルタユニット１が色付けされたオイルの滴（ドロップレット）を有する。ドロプレットは、（水中で移動する）オイルであるが、（気体のような流体で移動する）水である場合がある。図３の断面図において、表示領域２はトッププレート２１及びボトムプレート２６を有することが示されている。トッププレート２１には、その全体の表面にわたりグランド電極２２が設けられている。ボトムプレート２６には、丈夫に絶縁材料２８のレイヤをもつ複数の画素電極２７が設けられている。グランド電極２２及び絶縁層２８の両者には、疎水性レイヤ２３が設けられている。トッププレートとボトムプレートの疎水性レイヤ２３の間で、流体２３が存在し、ここで色付けされたコイルのドロプレット２５が存在する。（グランド電極２２と画素電極２７の１つとを使用して印加される）画素位置の電場泥プレットのウェッティングビヘービアを変更する。電場が非一様なやり方により流体レイヤ２４で形成される場合、表面エネルギーの勾配が形成され、これは、流体レイヤ２４にわたりドロプレット２５を処理するために使用することができる。これによりポンプ、バルブ等を使用することなしに、及び固定されたチャネルの必要なしに、多数の個々のドロプレット２５（カラーフィルタユニット）を処理することができる。

エレクトロウェッティングメカニズムは、カラーマテリアルコンテナ５からカラーマテリアルを抽出するために利用される。色付けされたオイルの異なる原色を使用することで、任意に所望の色を達成することができる。オイルの混合は、ミキシングユニット４で実行されるが、代替的に、ミキシングユニット４は、カラーフィルタユニットを構成するために異なる色のそれぞれの適切な量を抽出するために構成される。カラーフィルタユニット１における異なる色の実際の混合は、カラーフィルタユニットの正しい画素９への転送により達成される。

エレクトロウェッティングメカニズムにより、カラーフィルタユニットは、１０ｃｍ／ｓのオーダでの速度によりトランスポートされるのが可能である。１０００×１０００画素９の解像度で１×１メートルの表示領域２、及びディスプレイのサイドでの中央からカラーフィルタユニットの導入を想定し、カラーフィルタユニットは、垂直方向で５０ｃｍトランスポートされる必要があり、これは５秒要する。これらカラーフィルタユニットはトップ及びボトムのカラーフィルタユニットのトレイルに追従するので、列のトップ及びボトムの画素が満たされるまで、その列における他の画素も満たされる。これは、表示領域の各列について繰り返される必要があり、これは５０００秒に構築されるべき完全な画像が得られる。画像構築時間は、たとえば多数のミキシングユニット３及びトランスファユニット４を導入することで減少される。

ディスプレイ装置の代替的な実施の形態では、トランスファメカニズムは電気泳動に基づいている。この実施の形態では、カラーフィルタユニット１（又は予め決定されたカラーマテリアルの量）は、クリアな流体で浮遊される小さく帯電されたカラーフィルタ粒子を有する。電気泳動について、流体はクリアであることが好ましいが、色付けされる場合がある。この実施の形態に係る表示領域２は、図４の断面図に例示されている。図４は、トップレイヤ３１及びボトムレイヤ３３を有しており、ここでボトムレイヤ３３には、画素電極３４が設けられている。トップ及びボトムレイヤ３１，３３の間には、流体のチャネル３２がある。図４では、カラーフィルタユニット１の色粒子は、参照符号３５により示されている。

小さな色粒子３５が変化したとき、これら粒子は、たとえば画素電極３４を使用して生成された電場により移動される。最適なパフォーマンスについて、電場は、表示領域２の平面に向けられ、すなわち図４における流体のレイヤ３２の長手方向に向けられる。

表示領域２における推定されるカラーフィルタユニット１の速度は、色粒子３５の移動度及び印加された電場に依存する。典型的な移動度は、１７０×１０^-12ｍ²Ｖ^-1ｓ^-2のオーダにあり、典型的な電場は、１Ｖ／μｍのオーダにあり、これは１７０μｍ／ｓの粒子速度となる。したがって、この電気泳動の実施の形態は、図３のエレクトロウェッティングの実施の形態よりも、表示領域で完全な画像を生成するために長い時間を要する。また、カラーフィルタユニット１の色粒子３５は、正しい画素への転送の間に互いに保持されることが重要である。これは、使用されるカラーマテリアルのそれぞれについて狭い分布の粒子の移動度を使用して達成される。この実施の形態の低い速度のため、行当たり１つのミキシングユニット３及びトランスファユニット４を提供する。この低いリフレッシュレートが問題とならない可能性のあるアプリケーションは、ディスプレイにわたり緩やかにスクロールするランドスケープの一部を画像が表す場合である。

図３及び図４に関して記載されるディスプレイ装置の実施の形態は、双安定であり、すなわち、カラーフィルタユニット１がその適切な画素位置にトランスポートされ、全体の画像が表示領域２で構築されていると、（必要とされた場合に可能性のあるバックライトを除き）もはや電力が必要とされない。図３のエレクトロウェッティングの実現では、疎水性レイヤ２３がオイルを引き付け、トランスファポテンシャルが一度除かれると、ドロプレット２５が画素９の表面にわたり等しく広がる。オイルフィルムの厚さが５〜１０μｍのオーダにあるとき、重力がレイヤ２３へのオイルの接着性に影響を与えない。図４の電気泳動の実現のケースでは、電場がトランスポートのために必要とされる。ひとたび電場が除かれると、帯電された色粒子３５は、凝集のために可能性のある場所に残る。この実施の形態では、粒子３５は、浮遊されている流体と実質的に同じ密度を有することが好ましい。また、たとえば静電現象による他の粒子３５又は画素表面への付着の挙動を示す粒子３５の使用といった、他のメカニズムが使用される場合がある。

本発明に係るディスプレイ装置１０では、トランスポートの間又はディスプレイ装置の終了された状態において、隣接の画素９のカラーマテリアル（又はカラーフィルタユニット１）は混合しないことが重要である。この作用を達成するため、バリア１１は、図５の概念図で示されるように、隣接画素９間で位置される。図１に示される実施の形態におけるように、カラーフィルタユニット１のトランスファが行のフィードを使用して実現されたとき、ウォールのような水平の物理的なバリアを使用することが可能である。

ディスプレイ装置１０のエレクトロウェッティングの実施の形態では、オイルをはじくコーティングによる画素９間のバリア１１のグリッドを使用し、したがって画素９にオイルを限定することが可能である。代替的に、バリア１１は、非常に低電力（数ボルトのオーダ）で動作する伝導性の電極のグリッドの形式である。また、パラレル電極のセットは、バリア１１として設けられ、たとえば他の方向における物理バリアとの組み合わせで、列毎又は行毎に配列される。低電力の電場の結果として、エレクトロウェッティングのコンタクトアングルが影響され、結果として、カラーフィルタユニット１は、それらそれぞれの画素９の位置に閉じ込められる。これにより、Ｎ×Ｍ画素９を有するディスプレイ装置１０を構築し、ディスプレイ装置１０の表示領域２を制御するためにＮ＋２Ｍ電極を使用するのが可能となる（Ｎ行の電極に、それぞれの画素９をアドレス指定するＭ列の電極を加え、画素９間のＭバリア電極１１を加える）。

低電圧電極グリッド１１は、図４の電気泳動の実施の形態で使用される。個々の画素電極３４とグリッド１１との間の電位差は、粒子３５を画素９に閉じ込める。このタイプのコンファインメントは、ディスプレイ装置の終了された状態で更なる電力を必要とし、正確に双安定の表示結果ではないが、必要とされる電力は、ディスプレイ装置１０のトランスファフェーズの間よりも非常に低い。

ディスプレイ装置１０は、低いリフレッシュレートを固有に有しており、したがってビデオアプリケーションに非常に適していない。しかし、先に記載された任意の実施の形態におけるディスプレイ装置は、（時間のオーダで）低いリフレッシュレートのみが必要とされるアプリケーションに最も適している。ポスター、掲示板又はシェルフエッジディスプレイは時間、日付又は更には週の後にリフレッシュされるので、広告は典型的な用途の分野である。別のアプリケーションエリアはアートワークである。これは、これらのタイプの画像が長い表示期間を通常必要としており、長い表示期間の後の緩やかな画像の変化が問題ではないためである。

先の実施の形態及び図面では、表示領域２はフラットディスプレイとして例示されるが、ディスプレイ装置１０は、フラットディスプレイに限定されない。たとえばプラスティック基板を使用することで、広告の柱のような湾曲されたディスプレイ装置が形成される。また、反射型ディスプレイ及び透過型ディスプレイは、本発明に係るディスプレイ装置を使用して行われるか、反射型と透過型特性の組み合わせが使用される場合がある。このケースでは、反射型の特性は、昼間の明かりの状態で有利に利用され、透過型の特性は、十分な昼間の明かりが利用可能でないときにバックライトの構成を使用する。また、たとえばディスプレイ装置１０において半透明のカラーマテリアルを使用してショップウィンドウの形式で、又は、たとえば透明のカラーフィルタが染色されたガラス効果を得るために使用される可変の染色されたガラスウィンドウの形式で、半透明のディスプレイ装置が考案される場合がある。

更なる実施の形態では、本発明は、少なくとも１つの透明なサイド（以下の図６参照）をもつ、表示領域２の行又は列１２が多数の薄いチャネル又は管から構成されるディスプレイを有する。これらのチャネルは、表示領域２の画素９を効果的に形成する、定義可能なカラーのドロプレット１で満たされる。色付けされたドロプレット（又はカラーフィルタユニット）１は、タンク５，５’からミキシングチャンバ３，３’に必要とされる量の異なるカラー（たとえば赤／緑／青又はシアン／マゼンダ／イエロ及びブラック／ホワイト）の流体を混合し、（たとえば図１に示されるトランスファユニット４を使用して）チャネル１２への注入により準備される。これらドロプレット１の主要な構成は、幾つかの色を定義するコンポーネント（ダイ又は顔料）と共に透明な流体である。互いに混合するものではない少なくとも２つのタイプの流体が使用される。なお、それぞれ異なるタイプの流体について、個々のタンク／混合のセットアップ（３，５；３’，５’）が必要とされる。

この実施の形態の表示領域２の簡略化されたビューは図６に示される。最初に一方の流体Ａ、次いで別の流体Ｂを含むドロプレット１で交互にチャネル１２を満たすことで、異なって色付けされる画素９の全体の「スタック」が作られる。これらのスタックは、優れた色の分離を有する。これは、隣接する画素９におけるマテリアルが混合することができず、本質的に安定なディスプレイ効果につながるためである。色／画素分離を維持するためのアクティブ手段が必要とされない。また、ドロプレット１を移動するため、電極をもつバックプレートが必要とされない。これは、別のドロプレットのチャネル１２への注入により、ドロプレットのそれぞれのスタックが移動されるためである。チャネル１２が満たされたとき、最も古いドロプレットは、後の処分又は再使用のためにウェーストコンテナ６に廃棄される。

この実施の形態のカラーフィルタタンク５，５’は、３以上の原色を有し、代替的に減法色（ＣＭＹ）を使用することもできる。透明な「色」（ホワイト又はまさに透明な流体）を追加することで、画素９の透明性（及びグレイスケール）を制御することができる。第一のステップでは、カラーフィルタマテリアル（カラーフィルタユニット１）の正しい量は、流体Ａを含む異なる色のタンク５から選択される。第二のステップでは、全ての色が混合される。第三のステップでは、混合されたドロプレット１は、選択された行１２の第一の（最も右にある）画素にトランスポートされる。なお、この実施の形態では、個々のミキシングユニット３の必要なしに、最初の画素自身で直接に混合を行うことも可能である。別の行１２の最も右にある画素を満たすたびに、表示領域２の最も右の列にある全ての画素９について、第一、第二及び第三のステップが繰り返される。この最も右の列が満たされているとき、第一、第二及び第三のステップにより第一の行が再び満たされ、このとき、流体Ｂを含むタンク／ミキシングセットアップ３’，５’を使用する。流体Ａ及びＢを交互に使用して、このプロセスを繰り返すことで、完全な表示領域２を満たすことができる。図６では、流体Ａをもつカラーフィルタユニットは、参照符号１ａで示され、流体Ｂをもつカラーフィルタユニットは、参照符号１ｂで示される。なお、流体Ｂによるプロセスを開始する前に全体の列は流体Ａで満たされる前に待つ必要がない。ある列の最初の画素が流体Ａでひとたび満たされると、流体Ｂによるプロセスは開始することができ、効果的に、２つの列は１つのスウィープで満たされる（２ノズルフィリング）。

タンク５からミキシングユニット３への注入と同様に、チャネル１２への注入は、（所望の量の）ドロプレット１に圧力を印加することで達成される。これは、たとえば圧電素子を利用することで行われるか、又は（少量の流体の気化）熱を印加することで行われる。両方の技術は、インクジェットプリンティング技術から知られている。実際に、ディスプレイは、そのサイドの１つから「プリントされる」。転送流体の他の手段（たとえばポンプ）も使用することができる。この実施の形態に係るディスプレイ装置は、（反射体と組み合わせることで）反射型モードで使用するか、フロント又はバックライトとの組み合わせにより放射型モードで使用される（後者のケースではシステムは透明である）。

明らかに、色付けされた流体について、互いに混合しないマテリアルシステムを利用可能である。可能性のある溶媒の組み合わせは、水性“aqueous”／有機“organic”（無極性“apolar”）システム（たとえばアルケン）、水性／フッ素化（炭化水素）システム、又は有機／フッ素化システムである。３つの混合しにくい流体をもつシステムは、水性／無極性有機／フッ素化有機からなる。液体の代わりに、たとえば水性／空気といった、ガス（たとえば空気）との組み合わせを使用することができる。このように、水性／空気／無極性有機／フッ素化有機といった、４コンポーネントのシステムを実施可能である。他のオプション及び組み合わせも可能である。なお、ガスを使用するとき、ガスが色付けされる場合があることが考えられるが、無色のマテリアルとして使用されることは非常に可能性がある。

異なる溶媒の色付けされたコンポーネントは、（色付けされる溶液を形成する）ダイ又は（色付けされた散乱を形成する）顔料である。後者のケースでは、散乱は、コロイド上に安定であり、凝集又は沈殿が生じない。全てのケースでは、色付けされたコンポーネントは、意図される溶媒／分散剤と高く互換性があるが、他の流体と互換性がない。言い換えれば、色付けされたコンポーネントの転送は、異なる流体間で行われない。これは、非常に可能である。さらに、不注意の混合又は互いに異なる流体の乳化を防止するため、色付けされたコンポーネントは、著しく表面活性であるべきではない。最後に、所与の流体の異なる着色料は、必要とされる添加剤を含めて互いに互換性がある必要がある。

チャネル１２自身は、チューブと流体との間のインタラクション（表面エネルギー）を最小にする材料からなるか、該材料でコートされ、望まれない拡散を防止し、残余がとどまることなしに色付けされたドロプレット１の安易なトランスポートが可能となる。

ディスプレイ装置１０の更なる実施の形態において、その表示領域２は、図７に概念的に示されており、唯一の流体の色が制御され、（第一の流体と混合する）第二の流体は、（ブラック又は別の固定された色がオプションであるが）カラーレスな、透明状態で使用され、第一の流体の色付けされたドロプレット１ａ間のセパレーション１ｃとして機能する。第二の流体は、液体又は気体である。第二の流体がディスプレイ作用に寄与しないので、幾つかの開口がこのように失われるが、（図１のコンテナ５、ミキシングユニット３及び転送ユニット４のような）唯一のミキシング構成が必要とされることが有利である。また、ウェーストストリームでは、（液体のケースで）着色剤で汚染されないので、第二の流体は容易に再使用されるか、（気体（空気）のケースで）積極的にリサイクルされる必要がない。図７では、セパレーション１ｃの幅は明確さのために誇張されており、実際のアプリケーションでは、第二の流体の量は、たとえばファクタ１０又は１００といった、予め決定された量の第一の流体（カラーフィルタユニット１ａ）よりも非常に少ない。

図８に概念的に示されるように、３つの異なる混合しない流体Ａ，Ｂ，Ｃを使用することも可能である（３を超える場合は任意である）。カラーミキシングが使用されるときに現実的な利点はないが、マテリアルリサイクリングの観点から有利である。先に記載された実施の形態では、最終的に色付けされたドロプレット１は、ウェーストコンテナ６で終わる。２つの異なる流体システムを分離することは比較的容易であるが、それぞれの流体で、分離するのが困難である全ての色付けされたコンポーネントのミクスチャが存在するので、リサイクルが問題である。たとえマテリアルの使用が低く（ディスプレイの平方メートル当たり〜５−１０ｍｌの流体）、マテリアルの製造者にとって、ディスプレイにおける消耗品を有することは魅力である場合であっても、リサイクリング（外部又は内部）は望まれる。これを達成する非常にシンプルな方法は、３つの異なる混合しない流体Ａ，Ｂ，Ｃを使用することであり、それぞれの流体は１つの色のみを有する。グレイスケールは、色付けされた流体を透明な流体で薄めることで生成される（すなわち色付けされたコンポーネントをもたない流体）。実際に、これはサブピクセル化を意味する。これは、混合された色は、隣接する適切に色付けされたドロプレット１の組み合わせを配置することで生成されるためである。このアプローチは、（特に反射型のアプリケーションにおいて）光の浪費につながる。しかし、（ダイナミックカラーフィルタの種類である）ディスプレイ装置１０の性質のため、これは容易に最小にすることができる。（たとえばスタティックカラーフィルタをもつＬＣＤといった）従来のディスプレイとは対照的に、この場合、表示領域の３分の１のみを所与の「プライマリ」カラー（Ｒ，Ｇ，Ｂ）について利用可能であり、唯一の色を表示する必要があるケースで光の６７％の損失につながり、ここで、画素９の全体のエリアは、色当たりで可変のドロプレットのサイズを使用することで使用される（図８参照）。したがって、赤のみが必要とされるケースで、画素９（又はより多くの画素９）の全体のボリュームは、流体のうちの１つで満たされる。異なるドロプレットサイズのスマートな組み合わせを使用することで、良好な明るさと飽和をもつ混合された色を達成することができる。（使用される反射体に依存して）ホワイト又はブラックは、最適とはならないが、これは、所望の光学特性をもつ第４又は第５のタイプの流体を追加することで克服される。利点は、ウェーストコンテナにおけるそれぞれの流体のレイヤが、（希薄にされたにもかかわらず）カラーコンポーネントの唯一のタイプを含むことである。レイヤは、容易に分離することができ、マテリアルを再使用することができる。原理的に、リサイクリングは、装置自身で行われる。

この実施の形態に対する更なる代替は、気体（ホワイト）画素のボリュームによるそれぞれの液体及びグレイスケール制御のためのセットカラーをもつ、図９に示されるような、（たとえば３つの液体と１つの気体）４つの混合しない液体エレメントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄによるディスプレイとして供給される。ここで、第四の流体エレメントは、セットカラー（たとえばＲＧＢ）を有する他の３つの流体（液体）エレメントＡ，Ｂ，Ｃと混合しにくい無色の気体（たとえば空気）の形式で導入される。さらに、異なる流体（サブピクセル化）の制御されるボリュームの注入により色が定義される。図９に示されるように、カラーフィルタユニット１ａ，１ｂ，１ｃで示される、異なるサイズのサブピクセルが提供される。グレイスケールは、薄めることで制御されないが、ホワイトピクセルを調整するためにも使用される、（ホワイトリフレクタとの組み合わせで）必要とされる量の無色の気体Ｄの注入により制御される。利点は、ウェーストストリーム６における色付けされた液体システムＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは薄められていなく、液体レイヤの分離の直後に再使用される。したがって、内部のリサイクルは、容易に行われる。

カラーフィルタユニット１のベースとして混合しにくい流体を使用するこれら実施の形態は、色付けされた材料のエレクトロウェッティング又は電気泳動の移動のケースにおけるような速度に固有に制限されず、したがって、ディスプレイ装置１０のリフレッシュレートは、非常に高い。その性質（エッジフィリング）により、ビデオ用に適切ではないが、それにもかかわらず、高いリフレッシュレートを達成することができる。このディスプレイ装置１０の実施の形態は、図１０に示される。このケースでは、トランスファユニット４として２を超えるノズル４，４’の使用は（交互するやり方で構成される、２つの異なる流体のケースにおいて流体当たり１つ）、フィリングレートをスピードアップするためのオプションである。次いで、ノズル４，４’の数は、好ましくは、チャネル１２の数に１を加えて物に等しい。ノズルの半数は、（４により示される）第一の流体Ａのためであり、他の半分は、（４’により示される）第二の流体Ｂのためである。ノズル４，４’のそれぞれは、（図１０に図示せず）対応する流体のコンテナからの流体Ａ，Ｂが供給される。ノズル４，４’は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に概念的に示されるように、チャネルに関して交互のやり方で構成される。ステップ１では、全てのノズル４，４’から１を引いたものが（図１０における最も低いもの）がそれぞれのチャネル１２を埋める。次いで、全てのノズル４，４’は、１つのチャネル１２をシフトし、それぞれのチャネル１２を満たす。ここで、上側ノズル４は、不作動の状態にある。次いで、ノズルは、１行だけシフトダウンされ、サイクルが新たに開始する。それぞれフィリングラウンドの間、１つのノズル（４又は４’）は不作動である。

原理的に、それぞれのノズルは、それ自身のカラータンク５を有するが、非常に扱いにくいアレンジメントに方向に向かう。全てのノズル４，４’を供給する（それぞれ「プライマリ」カラー及び溶媒Ａ，Ｂについて）「セントラル」タンクを有することは、おそらく容易である。他のマルチノズルセットアップは、勿論、３又は４流体システムのケースにおいても可能である。

先に述べたように、ディスプレイの性質のため、ビデオアプリケーションは可能性が低い。しかし、後者の実施の形態のセットアップは、「スクローリング」アプリケーションについて非常に良好に適しており、たとえば、ランドスケープは、（たとえば「インサイドウィンドウ」アプリケーションについて）ディスプレイにわたり移動する。

本発明はカラーマテリアルを使用してディスプレイ装置に関する実施の形態により上述されたが、本発明に係るディスプレイ装置は、予め決定されたパターン又は画像が存在するフィルタ又はマスクとして利用することもできる。カラーマテリアルを使用することができるが、たとえば電磁放射と相互作用する活性材料といった、別のピクセルフィルマテリアルが使用される場合がある。このように、たとえば大きな領域のＵＶ又はＸ線フィルタ／マスクが提供される。

本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置の概念図である。 図１のディスプレイ装置の実施の形態の単一の行におけるカラーフィルタユニットのトランスポートの簡略化されたタイムフレームの概要を示す図である。 分離手段による図１のディスプレイ装置の一部の簡略化された上面図である。 ディスプレイ装置の更なる実施の形態の断面図である。 ピクセルバリアを含む本発明の更なる実施の形態の表示領域の部分的な図である。 ２つの混合しない流体を使用した本発明に係るディスプレイ装置の更なる実施の形態の概念図である。 画素分離の手段として混合しない流体の１つを使用したディスプレイ装置の更なる実施の形態の表示領域の概念図である。 ３つの混合しない流体を使用したディスプレイ装置の更なる実施の形態の概念図である。 ４つの混合しない流体を使用したディスプレイ装置の更なる実施の形態の更なる実行形態の概念図である。 マルチノズル構成を有するディスプレイ装置の更なる実施の形態の概念図である。

Claims (22)

1. 複数の画素を有する表示領域を有するディスプレイ装置であって、
   前記複数の画素のうちの１つについて、予め決定された量のピクセルフィルマテリアルを準備するミキシングユニットと、
   前記画素の予め決定された量を前記表示領域における関連付けされる画素の位置に転送するトランスファユニットと、
   を有するディスプレイ装置。
2. 前記ミキシングユニット及び前記トランスファユニットに接続され、前記表示領域に予め決定された画像を構成する制御ユニットを更に有する、
   請求項１記載のディスプレイ装置。
3. 前記制御ユニットに接続され、１以上の画像を記憶するメモリユニットを更に有する、
   請求項２記載のディスプレイ装置。
4. 前記制御ユニットは、外部入力に依存して前記表示領域での表示のために前記予め決定された画像を変えるために構成される、
   請求項２記載のディスプレイ装置。
5. 前記表示領域は複数の画素の行を有する、
   請求項１記載のディスプレイ装置。
6. 前記複数の行のそれぞれについてミキシングユニット及びトランスファユニットが設けられる、
   請求項５記載のディスプレイ装置。
7. 前記トランスファユニット及び前記表示領域は、前記ピクセルフィルマテリアルのエレクトロウェッティングに基づいたトランスポートのために構成される、
   請求項１記載のディスプレイ装置。
8. 前記表示領域は、上部電極と該上部電極と反対にある複数の画素電極を有する、
   請求項７記載のディスプレイ装置。
9. 前記トランスファユニット及び前記表示領域は、電気泳動に基づいた前記ピクセルフィルマテリアルのトランスポートのために構成される、
   請求項１記載のディスプレイ装置。
10. 前記表示領域は、ある画素から隣接する画素への電場を供給する複数の画素電極を有する、
    請求項９記載のディスプレイ装置。
11. 前記表示領域は、隣接画素間に障壁を有する、
    請求項１記載のディスプレイ装置。
12. 前記障壁は、電気的な障壁を有する、
    請求項１１記載のディスプレイ装置。
13. 前記表示領域が少なくとも１つのチャネルを有し、隣接画素のカラーフィルマテリアルは、異なる混合しにくい流体を有する、
    請求項１記載のディスプレイ装置。
14. 前記表示領域は、少なくとも１つのチャネルを有し、
    隣接画素のカラーフィルマテリアルの第一の予め決定された量は、前記予め決定された量のカラーフィルマテリアルと混合しにくい流体の第二の予め決定された量により分離される、
    請求項１記載のディスプレイ装置。
15. 前記第二の予め決定された量は、前記第一の予め決定された量よりも小さい、
    請求項１４記載のディスプレイ装置。
16. 前記表示領域における画素のサイズは、前記予め決定された量のカラーフィルマテリアルを変えることで変化する、
    請求項１３記載のディスプレイ装置。
17. 前記異なる混合しない流体は、水性の流体、気体の流体、無極の有機の流体、フッ素化された有機の流体からなるグループから選択される、
    請求項１３記載のディスプレイ装置。
18. 画素をリフレッシュするとき、ピクセルフィルマテリアルの予め決定された量を受けるため、前記複数の画素に接続されるアウトレットを更に有する、
    請求項１記載のディスプレイ装置。
19. 前記ミキシングユニットは、１以上のピクセルフィルマテリアルのコンテナから前記ピクセルフィルマテリアルを受ける、
    請求項１記載のディスプレイ装置。
20. 複数の表示領域が設けられ、前記複数の表示領域のそれぞれは、シングルタイプのピクセルフィルマテリアルを受ける、
    請求項１記載のディスプレイ装置。
21. 請求項１記載のディスプレイ装置を有するエレクトリックペインティング。
22. 請求項１乃至２０記載のディスプレイ装置を有する広告用ディスプレイ。
    
    

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