JP2012507737A - ディスプレイデバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】 カプセル化画素のアレイを備えたディスプレイデバイス。
【解決手段】 カプセル化する画素は、電位差がそれを横切って生成される時に、第１の光学状態から第２の光学状態に変更される光学素子を含む。光学素子は、電位差を生成するための画素ドライバに接続される２つの電極と接触する。カプセル化画素は封止層によって環境から密封して封止され、および、ドライバが誘導送電システム経由で、無線で電力を受け取る。
【選択図】図３

Description

本発明は、視覚的ディスプレイユニットを提供することを目的とする。より詳しくは、本発明はカプセル化によって環境から保護されているディスプレイデバイスを提供することを目的とする。
視覚的ディスプレイユニット（ＶＤＵ）は、情報を視覚的に表示するのに用いられる。電子的ＶＤＵは、例えばテレビジョン受信機およびコンピュータモニタを含む。それらは電気信号として情報を受信し、かつ、スクリーン上の視覚イメージとしての表示のためにそれらを変換する。
例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような、電子ディスプレイユニットは個別光学素子である画素から成ることができる。これらの素子の光学状態は、それを横断して印加される電位（電圧）に応答して変化する。各画素のその偏光、散乱角および反射率のような光学特性は、これらの光学状態に依存する。ディスプレイの各画素に選択的に電圧を供給することによって、視覚イメージが造られ、表示されることができる。
液晶のような能動光学素子は、時間とともに劣化する場合がある。環境内の湿気および空気への露出は、特に光学素子が酸化に影響されやすい所で、この劣化を早めるかもしれない。一般的に、光学素子は２枚の基板にはさまれることによって環境から保護されている。特定の構成に従いこの種の基板はガラスまたはプラスチックパネル、偏光板、位置合わせ層、カラーフィルタおよび電極のような複数の機能層を含むことができる。光学素子を横切って励起電圧を供給する電極が、導電性経路経由で外部電源に接続される。
保護層を横切る接続ワイヤは、空気漏出が発生する可能性がある漏れやすい流路を導き、それによって光学素子の劣化を早める可能性がある。
視覚的ディスプレイの劣化の更なる原因は、液晶のような、一部の光学素子を電気分解によって劣化させる可能性がある励起電圧自体である。多くの時間および努力が、この問題を克服するために費用効果的な解決策を見いだすために捧げられている。例えば、いくつかのシステムでは、時のたつにつれて、光学素子中を横切る正味電圧がゼロであるように、励起電圧の極性が周期的に逆転するように予め構成される。
光学素子が周囲条件の影響および電気分解による劣化に対して保護される視覚的ディスプレイユニットに対する要求が、したがってある。本発明は、この要求に対処する。
第１の目的に従って、本発明は、少なくとも１つのカプセル化画素であって、この画素が少なくとも２つの光学状態を有する少なくとも１つの光学素子を備え、この光学素子が少なくとも２つの電極と導電性接触する、画素と、この電極両端に電位差を生成し、それによってこの光学素子を第１の光学状態から第２の光学状態に変更するためのドライバと、を備えるディスプレイデバイスを提供することを目的とする。カプセル化画素は、封止層によって環境から密封して封止される。任意選択で、ディスプレイはカプセル化画素のアレイを備える。
好ましくは、電位差が除去されると、光学素子が第２の光学状態にとどまるように、光学素子が少なくとも２つの安定光学状態を有する。一般的に、光学素子は液晶である。
特定の実施態様によれば、カプセル化画素は絶縁カプセル化、例えば、ガラス、セラミックおよびポリマーならびにその組合せから選ばれる材料を備える。
１つの好ましい実施態様において、第１の組のｎ本の平行電極ストリップおよび第２の組のｍ本の平行電極ストリップ、ならびに、複数の光学素子であって、各光学素子が第１の組の電極から選ばれた少なくとも第１の電極および第２の組の電極から選ばれた第２の電極に導電的に接続され、各電極ストリップが、専用のドライバに導電的に接続される。
任意選択で、ディスプレイはカプセル化画素のアレイを組み込む。一般的に、このアレイが、第１の組のｎ本の平行電極ストリップおよび第２の組のｍ本の平行電極ストリップであって、電極ストリップがｎｘｍ個の交点で交差するように、第１の組がある角度で第２の組に位置合わせされる、電極ストリップと、第１の組からの第１の電極および第２の組からの第２の電極と導電性接触してこの交点に配置され、それによってｎｘｍ個のカプセル化画素のアレイを形成するｎｘｍ個の光学素子と、を含む。
本発明の特定の実施態様によれば、ドライバが電源に配線される外部一次誘導コイルから電力を誘導的に受け取るように構成される少なくとも１つの二次インダクタを備える。
一般的に、電極および二次コイルがＩＴＯのような透明導電材料を備える。任意選択で、二次コイルがこのアレイの少なくとも一部を包含する。
ディスプレイは、一次誘導コイルと二次インダクタとの間の誘導結合を向上させるための強磁性体を更に含むことができる。
ディスプレイデバイス用の少なくとも１つのカプセル化画素を製造するための方法であって、この方法が以下のステップ、すなわち、
ａ．第１の透明導電体を備えた第１の基板を準備するステップ、
ｂ．第１の透明導電体から第１の電極を製作するステップ、
ｃ．第１の透明導電体上に第１のコイルを製作するステップ、
ｄ．第２の透明導電体を備えた第２の基板を準備するステップ、
ｅ．第２の透明導電体から第２の電極を製作するステップ、
ｆ．第２の透明導電体上に第２のコイルを製作するステップ、
ｇ．第２の基板と共に第１の基板を積み重ねるステップ、
ｈ．第１の基板と第２の基板との間に能動光学材料を導入して画素を形成するステップ、および
ｉ．環境から画素を封止するステップ、を含む方法を教示することが、本発明の更なる１つの目的である。
任意選択で、少なくとも１つの電極がストリップ電極である。電極は、導電体をエッチングすることによって製作されることができる。代わりとして、電極は導電体上へ印刷することによって製作されることができる。
一般的に、少なくとも１つのコイルが導電体をエッチングすることによって製作される。代わりとして、コイルは導電体上へ印刷することによって製作される。
さまざまに、ディスプレイデバイスは広告ボード、フレーム画像ディスプレイ、電卓、デジタル時計ディスプレイ、車両ダッシュボード、電気モニタ、コンピュータスクリーン、テレビスクリーン、ｅｂｏｏｋディスプレイ、プレゼンテーションボード、壁ユニット、フローリング、ルーフィングおよびその組合せからなる群から選ばれることができる。
本発明のより良い理解のために、かつ、それがどのように実行に移されることができるかを示すために、参照がここで、単に一例として添付の図面になされる。
ここで詳細に図面に対する特定の参照によって、示される詳細が例として、かつ、本発明の好適な実施態様に関する例証となる議論のためだけにあり、ならびに、本発明の原理および概念上の態様の最も役立って容易に理解される説明であると信じられることを提供するために提示される、と強調される。この点に関しては、本発明の基本理解のために必要であるより、より詳細に本発明の構造細部を示すために何の試みもなされず、図面と共になされる記述は、本発明のいくつかの形態が実際問題としてどのように具体化されることができるかを当業者にとって明らかにする。添付の図面において：
本発明の第１の実施態様に従う複数のカプセル化画素を組み込むディスプレイデバイスの概略図を示すブロック図である。 単純な７セグメントディスプレイの概略図である。 ドットマトリックスディスプレイの概略図である。 本発明の１つの例示的な実施態様に従うカプセル化誘導画素の模式図である。 例示的な実施態様の画素ドライバの回路図である。および、 本発明のさらに別の実施態様に従うカプセル化画素を製造するための方法を示すフローチャートである。
本発明の第１の実施態様に従うカプセル化ディスプレイデバイス１００の主構成要素を代表するブロック図を示す図１を、ここで、参照する。ディスプレイデバイス１００は、複数の画素１２０を備える。
各画素１２０は、画素ドライバ１４０に配線される２つの電極１２４ａ、１２４ｂにはさまれる光学素子１２２を含む。画素１２０および画素ドライバ１４０がその周囲にカプセル化封止層１６０によって環境から密封して封止されることが、本発明の１つの特定の特徴である。
光学素子１２２は、その状態に従い、その光学特性が２つ以上の物理的な状態を取ることが可能な、液晶のような、光学能動材料を含む。スイッチング電圧が所定の閾値を上回ると光学素子の光学状態が第１の光学状態から第２の光学状態に変化するように、ドライバ１４０は電極１２４両端にスイッチング電圧を供給するように構成される。例えば、スイッチング電圧によって偏光効果が生じることができ、それを通して通り抜ける光ビームの輝度が電圧によって変化するように、液晶を通り抜ける光の一部を吸収する。
いくつかの実施態様によれば、光学素子は、スイッチング電圧が閾値より上に維持される限りその第２の光学状態に能動的に保たれる単安定材料であってもよい。複数の単安定ディスプレイ技術が公知技術であり、および、例えば散乱デバイス、ねじれネマティックデバイス（ＴＮ）、超ねじれネマティックデバイス（ＳＴＮ）、垂直配向ネマティックデバイス（ＶＡＮ）、面内スイッチング（ＩＰＳ）、電気制御表面（ＥＣＳ）などを含む。
好適な実施態様において、光学素子は第１の光学状態および第２の光学状態が両方とも安定している双安定材料であるように選ばれる。双安定デバイスにおいて、スイッチング電圧は光学素子を第１の安定光学状態から第２の安定光学状態に切替え、および、スイッチング電圧が除去されると、第２の光学状態が維持される。複数の双安定ディスプレイ技術が公知技術であり、および、例えば強誘電性液晶デバイス（ＦＬＣ）、ＢｉＮｅｍデバイス、天頂双安定デバイス（ＺＢＤ）、ポスト配向双安定ディスプレイ（ＰＡＢＮ）、コレステリック液晶デバイス（ＣＬＣＤ）などを含む。
次に、本発明の更なる実施態様に従うカプセル化ディスプレイデバイスにおいて画素によってイメージを造る２つの方法を示す図２ａおよび２ｂに参照がなされる。図２ａは、さまざまなディスプレイ、特にポケット電卓、デジタル時計ディスプレイ、車両ダッシュボードなどのような数値ディスプレイにて用いられているような単純な７セグメントディスプレイ２００を示す。セグメント駆動方法において、形状化された電極セグメント２２４が専用の画素ドライバ（図示せず）に配線されて、数字、文字、アイコンなどを造るのに用いられることができる。
図２ｂはテレビスクリーンおよびコンピュータモニタのような、高解像度ディスプレイのために使われるような、ドットマトリックス３００を示す。マトリックス駆動方法は、画素ドットのマトリックスから文字およびイメージを造る。マトリックスの画素３２０は、セグメント駆動方法のセグメントと同様の方法で専用のドライバを使用して直接駆動されてもよい。しかしながら、ｎ行およびｍ列がある場合、直接駆動方法はｎｘｍ個の接続部を必要とする。したがって、画素数が増大されるにつれて、専用のドライバの配線はますます複雑になる。
代わりとして、いわゆるマルチプレックス駆動方法が使われることができる。画素は、垂直信号電極（または列電極）３２２と水平走査電極（または行電極）３２３の交点に配置される。したがって、各行を横切る全ての画素が１つの基板上に共に接続され、および、各列内の全ての画素が反対側の基板上に接続される。画素を切替えるために、電圧（＋Ｖ）がその画素を含む行に印加され、そして次に、反対側の電圧（−Ｖ）がその画素を含む列に印加され、切替えられる必要がない列には何の電圧も印加されない。したがって、ｎｘｍ個の接続部を必要とする代わりに、マルチプレックス方法はｎ＋ｍ個の接続部を必要とするだけである。
理解されるであろうことは、電極および接続ワイヤがさもなければ光学素子に対する視聴者視線を不明瞭にするであろう用途において、例えばインジウム酸化スズ（ＩＴＯ）のような透明導電材料から造られる電極を使用することが有利である、ということである。
カプセル化ディスプレイデバイスの封止層１６０（図１）が、通気および酸化を通しての劣化から光学素子１２２を保護するために設けられる。本発明の特定の実施態様によれば、封止層１６０は個々に単一の画素をカプセル化するように構成される。代わりとして、封止層１６０は複数の画素またはディスプレイマトリックス全体さえカプセル化するように設けられることができる。一般的に、封止層１６０は、ガラス、セラミック、ポリマー、エポキシ、ラッカー、シリコンベースの接着剤、ＲＴＶ等のような、電気絶縁コーティングであり、それが画素または画素の群の表面上へ積層される。
何の導電性経路もこの種の絶縁コーティングを通して可能でないので、本発明の好ましい実施態様では、画素ドライバ１４０（図１）が絶縁層を横切って誘導的に電力を受け取るように構成される。
誘導電力結合によって、エネルギーがその間に導電接続なしで電源から電気負荷へ転送されることができる。電源が一次インダクタ、一般的に誘導コイルに配線され、および、振動電位が一次インダクタ両端に印加され、それによって振動磁界を誘導する。振動磁界は一次インダクタの近くに、しかしそれと導電性接触をせずに配置される二次インダクタ内に振動電流を誘導することができる。このようにして、電気エネルギーが導電的に接続される２つのコイルなしで電磁誘導によって一次コイルから二次コイルまで伝送されることができる。
参照が、次に本発明の１つの例示的な実施態様に従う封止層４６０によって環境から密封して封止される誘導的に使用可能なカプセル化画素４２０を示す図３になされる。誘導カプセル化画素４２０は、上部基板４１０ａと下部基板４１０ｂにはさまれる光学素子４２２を含む。各基板は、ガラスプレート４１２ａ、４１２ｂおよび必要な所で偏光板４１６ａ、４１６ｂ、位置合わせ層４１４ａ、４１４ｂ、カラーフィルタまたはミラーのような、付加機能層を含む。
基板４１０はさらに、光学素子４２２と導電性接触する２つの電極４２４ａ、４２４ｂから成る画素ドライバ４２０を支持する。電極４２４ａ、４２４ｂは、互いに導電性接触する誘導コイル４２６ａ、４２６ｂに配線される。特定の実施態様では、フェライト層が加えて、誘導結合の効率を向上させるために設けられることができる。
画素ドライバ４２０の電気回路図が、図４内に表示される。誘導コイル４２６ａ、４２６ｂが、電気的にコンデンサとしてふるまう光学素子と直列に配線されることを示す。
誘導コイル４２６ａ、４２６ｂは、振動電圧源４２９に配線される一次インダクタ４２８と誘導的に結合するように構成される。画素ドライバ４２０の誘導コイル４２６は、二次インダクタとしてふるまい、それによってそれとともに付近にもたらされる一次インダクタ４２８から電力を受け取る。振動電圧はしたがって、電極４２４にスイッチング電圧を供給する二次コイル４２６内に誘導される。
誘導的に駆動された画素内の、電極電圧の極性が振動することが更に理解されるであろう。従って、光学素子４２２を横切る正味電圧は、ゼロである。したがって、従来技術の直流ドライバと対照的に、電気分解による光学素子４２２の劣化の累積が本質的に回避される。
上に例示的な実施態様に記載されている単一のカプセル化画素４２０がセグメント駆動方法によって駆動されることができるとはいえ、理解されるであろうことは、マルチプレックス駆動方法は駆動コイルを各ストリップ電極に接続することによって誘導画素ドライバを駆動するのに用いられることができるということである。代わりとして、各コイルが単一の画素を駆動するように、各々が特定の１対の電極を接続した、ｎｘｍ個のコイルが設けられることができる。
さらに、誘導画素４２０の共振は二次コイル４２４のインダクタンスおよび光学素子４２２のキャパシタンスに依存している。特定の実施態様によれば、単一の一次コイルが特定の画素ドライバと関連する特定の二次コイルと共振することが公知の振動周波数を選ぶことによって複数の画素を駆動するように構成されることができるように、各画素の共振が一意的に選ばれる。
本発明の他の実施態様によれば、自立ディスプレイが双安定光学素子による誘導画素から造られる。この種の自立ディスプレイは電気信号の形でデータを受信して、信号が除去された後でさえ、視覚イメージを維持するように構成されることができる。この種のディスプレイの１つの利点は、それが何の永続的な電気インフラストラクチャもまたは電源も必要としないということである。このタイプの自立ディスプレイは、例えば電気の供給源からある距離に位置している広告ボードに対して役立つことができる。この種の広告ボードは、それに対して信号を誘導的に印加することによって特定のイメージを表示するように構成されることができ、かつ、それに対して能動的に印加される電力を有しないにもかかわらず、能動的に戻って切り替えられるまでそのイメージを保持する。
カプセル化画素を使用するディスプレイデバイスが例えば以下を含むがこれに限らずさまざまな用途に組み込まれることができることが、強調される：広告ボード、フレーム画像ディスプレイ、電卓、デジタル時計ディスプレイ、車両ダッシュボード、電気モニタ、コンピュータスクリーン、テレビスクリーン、ｅｂｏｏｋディスプレイ、プレゼンテーションボード、壁ユニット、フローリング、ルーフィングなど、同じくその組合せ。
次に図５を参照して、本発明のなお別の実施態様に従うディスプレイデバイス用のカプセル化画素を製造するための方法を示すフローチャートが示される。この方法は、以下の諸ステップを含む：
ａ．インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）のような第１の透明導電体を備えた第１の基板を準備するステップ、
ｂ．第１の透明導電体から第１の電極を印刷するかまたはエッチングするステップ、
ｃ．第１の透明導電体上に第１のコイルを印刷するかまたはエッチングするステップ、
ｄ．第２の透明導電体を備えた第２の基板を準備するステップ、
ｅ．第２の透明導電体から第２の電極を印刷するかまたはエッチングするステップ、
ｆ．第２の透明導電体上に第２のコイルを印刷するかまたはエッチングするステップ、
ｇ．第２の基板と共に第１の基板を積み重ねるステップ、
ｈ．第１の基板と第２の基板との間に能動光学材料を導入して画素を形成するステップ、および
ｉ．環境から画素を封止するステップ。
本発明の有効範囲は、添付の請求の範囲によって定義されて、かつ上記のさまざまな特色の組合せおよび副組合せの両方、同じく、前述の記述を読み込むと即座に、当業者に思いつくであろう、その変形例および変更態様を含む。
請求項において、語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」のようなその変形は、リストされた構成要素が含まれるが、しかし、一般に他の構成要素の除外では無いことを示唆する。
１００ ディスプレイデバイス
１２０ 画素
１２２ 光学素子
１２４ａ、１２４ｂ 電極
１４０ 画素ドライバ
１６０ カプセル化封止層
２００ ７セグメントディスプレイ
２２４ 電極セグメント
３００ ドットマトリックス
３２０ 画素
３２２ 垂直信号電極（または列電極）
３２３ 水平走査電極（または行電極）
４１０ａ 上部基板
４１０ｂ 下部基板
４１２ａ、４１２ｂ ガラスプレート
４１４ａ、４１４ｂ 位置合わせ層
４１６ａ、４１６ｂ 偏光板
４２０ カプセル化画素 画素ドライバ
４２２ 光学素子
４２４ａ、４２４ｂ 電極
４２６ａ、４２６ｂ 誘導コイル
４２８ 一次インダクタ
４２９ 振動電圧源
４６０ 封止層

Claims (20)

  1. ディスプレイデバイスであって、
    ａ．少なくとも１つのカプセル化画素であって、前記画素が少なくとも２つの光学状態を有する少なくとも１つの光学素子を備え、前記光学素子が少なくとも２つの電極と導電性接触する、画素と、
    ｂ．前記電極両端に電位差を生成し、それによって前記光学素子を第１の光学状態から第２の光学状態に変更するためのドライバと、を備え、
    前記カプセル化画素が、封止層によって環境から密封して封止される、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  2. 請求項１のディスプレイデバイスであって、前記カプセル化画素のアレイを備えるディスプレイデバイス。
  3. 請求項１のディスプレイデバイスであって、前記電位差が除去されると、前記光学素子が前記第２の光学状態にとどまるように、前記光学素子が少なくとも２つの安定光学状態を有する、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  4. 請求項１のディスプレイデバイスであって、前記光学素子が液晶である、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  5. 請求項１のディスプレイデバイスであって、前記カプセル化画素が絶縁カプセル化を備える、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  6. 請求項１のディスプレイデバイスであって、前記封止層が、ガラス、セラミック、ポリマーおよびその組合せからなる群から選択される材料のものである、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  7. 請求項１のディスプレイデバイスであって、第１の組のｎ本の平行電極ストリップおよび第２の組のｍ本の平行電極ストリップ、ならびに、複数の前記光学素子であって、各前記光学素子が前記第１の組の電極から選ばれた少なくとも第１の電極および前記第２の組の電極から選ばれた第２の電極に導電的に接続される、前記光学素子を備え、各電極ストリップが、専用のドライバに導電的に接続される、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  8. 請求項１または請求項７のディスプレイデバイスであって、前記電極が、透明導電材料を備える、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  9. 請求項１または請求項７のディスプレイデバイスであって、前記ドライバが電源に配線される外部一次誘導インダクタから電力を誘導的に受け取るように構成される少なくとも１つの二次インダクタを備える、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  10. 請求項９のディスプレイデバイスであって、前記カプセル化画素のアレイを備えるディスプレイデバイス。
  11. 請求項９のディスプレイデバイスであって、前記二次インダクタが、透明導電材料を備える、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  12. 請求項９のディスプレイデバイスであって、前記二次インダクタが、前記アレイの少なくとも一部を包含する、ことを特徴とするディスプレイデバイス。
  13. 請求項９のディスプレイデバイスであって、さらに、前記一次インダクタと前記二次インダクタとの間の誘導結合を向上させるための強磁性体を備えるディスプレイデバイス。
  14. ディスプレイデバイス用の少なくとも一つのカプセル化画素を製造するための方法であって、前記方法が、
    ａ．第１の透明導電体を備えた第１の基板を準備するステップ、
    ｂ．前記第１の透明導電体から第１の電極を製作するステップ、
    ｃ．前記第１の透明導電体上に第１の誘導コイルを製作するステップ、
    ｄ．第２の透明導電体を備えた第２の基板を準備するステップ、
    ｅ．前記第２の透明導電体から第２の電極を製作するステップ、
    ｆ．前記第２の透明導電体上に第２の誘導コイルを製作するステップ、
    ｇ．前記第２の基板と共に前記第１の基板を積み重ねるステップ、
    ｈ．前記第１の基板と前記第２の基板との間に能動光学材料を導入して画素を形成するステップ、および
    ｉ．環境から前記画素を封止するステップ、を含む方法。
  15. 請求項１４の方法であって、少なくとも１つの電極がストリップ電極である、ことを特徴とする方法。
  16. 請求項１４の方法であって、少なくとも１つの電極が、前記導電体をエッチングすることによって製作される、ことを特徴とする方法。
  17. 請求項１４の方法であって、少なくとも１つの電極が、前記導電体上へ印刷することによって製作される、ことを特徴とする方法。
  18. 請求項１４の方法であって、少なくとも１つのコイルが前記導電体をエッチングすることによって製作される、ことを特徴とする方法。
  19. 請求項１４の方法であって、少なくとも１つのコイルが前記導電体上へ印刷することによって製作される、ことを特徴とする方法。
  20. 請求項１ないし請求項１４のいずれかのディスプレイデバイスであって、広告ボード、フレーム画像ディスプレイ、電卓、デジタル時計ディスプレイ、車両ダッシュボード、電気モニタ、コンピュータスクリーン、テレビスクリーン、ｅｂｏｏｋディスプレイ、プレゼンテーションボード、壁ユニット、フローリング、ルーフィングおよびその組合せからなる群から選ばれるディスプレイデバイス。
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