JP2017511893A - 誘電体層を有する反射像表示用装置及び方法 - Google Patents

Abstract

半再帰反射、半鏡面、鏡面、及びエッチングしたガラスディスプレイは、誘電体層を備えている。これは、電気泳動媒質、電界、及び高温がある状態で、強化された輝度、向上した電気泳動粒子の応答性、向上したグレースケール、及び化学的安定性を有するディスプレイをもたらす。一実施形態において、反射像ディスプレイは、複数の半球形突起を更に備える前面シートと、前面及び背面電極と、少なくとも１つの電極の表面上の誘電体層と、電気泳動可動粒子を有する液体媒質と、カラーフィルターアレイ層と、指向性前面光システムとを備えている。

Description

開示は、２０１４年１月３１日出願の米国仮特許出願第６１／９３４，５９６号明細書の出願日に対する優先権を主張するものであり、その明細書全体を本明細書中に組み込む。

開示は、反射像表示用の装置を対象とする。一実施形態において、開示は、少なくとも１つの電極の表面上に位置する誘電体層を備える反射像ディスプレイに関する。

誘電材料は、幅広い産業用途に広範に用いられている。誘電体コーティングは、通常、例えば、摩耗、摩擦、及び他の様々な形態の物理的減耗と共に、高温、放射線、酸化的分解反応に対する耐性を有している。加えて、誘電体コーティングは、通常、優れた電気絶縁性を呈すると共に、溶媒及び他の化学品に対する耐性を有している。誘電化合物は、種類によって有機又は無機であってもよい。最も一般的な無機誘電材料は、集積チップで一般的に用いられる二酸化ケイ素である。有機誘電材料は、通常、ポリイミド、フルオロポリマー、ポリノルボルネン、及び、極性基を欠いた炭化水素ベースのポリマー等のポリマーである。

開示のこれら及び他の実施形態を、以下の例示的及び非限定的な図を参照して検討し、同様の構成要素は類似の番号が付与される。

図１は、誘電体層を有するＴＩＲ半再帰反射の半球形ビーズ型ディスプレイの一部の断面図である。 図２は、穿孔した連続反射膜及び誘電体層を備えるＴＩＲ半再帰反射の半球形ビーズ型ディスプレイの一部の断面図である。 図３は、穿孔した連続反射膜及び誘電体層を有する変調反射像ディスプレイの一部の断面図である。 図４は、誘電体層及びアパーチャによって接続される複数のキャビティから構成されるディスプレイの一部の断面図である。 図５は、誘電体層の存在によるディスプレイの光学的特性の向上を示すグラフである。

透明前面電極ＩＴＯ層上に誘電体層を追加すること、及び、ＩＴＯ前面電極と電気泳動可動粒子を備える光学的に透明な媒質との間、及び、フラストレータブルＴＩＲ半再帰反射ディスプレイ内の背面電極上に配設することは、前記ディスプレイの性能及び安定性を向上させることが見出された。誘電体層は、ＩＴＯ層への電気泳動可動粒子の付着を防ぐことを助ける。これは、印加される電圧バイアスに対する粒子の向上した応答性をもたらす。これは、更に、向上したグレースケール制御、強化された輝度、及び低減したヒステリシスをもたらす。加えて、誘電体層は、電気泳動可動粒子を備える媒質と接触した場合、保護し、高電圧及び高温における化学的安定性をＩＴＯ層に提供し、従って、経時的なディスプレイ性能の劣化を防ぐ。

例えば、ポリキシリレンベースの誘電材料（例えば、パリレン）が、本明細書中で説明する用途における誘電材料の特に有望な族であるよう示されている。誘電材料としてのパリレンの選択は、その固有の特性及び製造の容易さの両方において多くの利点を有している。パリレンは、酸素、湿気、及び二酸化炭素等に対する高い気体遮断性を有している。パリレンは、また、光学的に透明であり、溶剤、酸、塩基に対する強い耐化学性、高い熱安定性、及び、低い誘電率と共に優れた絶縁性を有している。パリレンは、無溶媒化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスによって、硬化させずに堆積されてもよく、それによって、結果として、優れた付着性、共形性を有し、ピンホールのない、均一な厚さのフィルムを生じる。

開示する実施形態は、１つ以上の追加された誘電体層を有する半再帰反射の半球形ビーズ型ディスプレイを含む種々のディスプレイ構造を提供する。有利には、開示する実施形態は、結果として、強化された光学的性能及び化学的安定性を有するディスプレイをもたらす。

図１は、誘電体層を有するＴＩＲ半再帰反射の半球形ビーズ型ディスプレイ１００の一部の断面図である。ディスプレイ１００は、内向面内の複数の一部埋め込まれた高屈折率透明半球形ビーズ１０４から構成される半再帰反射前面シート１０２と、半球形ビーズの表面上の透明前面電極層１０６と、薄膜トランジスタ又はパターン化電極アレイ状等の背面電極１１０を備える背面支持１０８と、前面及び背面電極を接続する電圧源１１２とを含んでいる。

代替として、半再帰反射前面シート１０２は、凸状突起を有する連続した高屈折率の透明シートを画成してもよい。凸状突起は、半球形の突起の形状をしていてもよい。前面電極１０６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、導電性ナノ粒子、金属ナノワイヤ、グラフェン、又は他の導電性炭素同素体等の透明導電材料、又は実質的に透明なポリマー内に分散したこれら材料の組み合わせ、又はＢａｙｔｒｏｎ（商標）を含んでもよい。

背面電極１１０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、導電性粒子、金属ナノワイヤ、グラフェン、又は他の導電性炭素同素体等の導電材料、又はポリマー内に分散したそれらの組み合わせ、Ｂａｙｔｒｏｎ（商標）、又は金属ベースの導電材料（例えば、アルミニウム、金、又は銀）を含んでもよい。前面電極１０６と背面電極１１０との間に形成されるキャビティ内部に包含されるのは、不活性の低屈折率流体媒質１１４であってもよい。媒質１１４は、更に、懸濁光吸収電気泳動可動粒子１１６を含んでもよい。一実施形態において、媒質１１４は、前面シート１０２よりも低い屈折率を有している。反射性前面電極１０６と背面電極１１０との間に形成されるキャビティは、更に、前面及び背面電極間の間隙の大きさを制御するようビーズ等のスペーサユニットを備えている。

ディスプレイ１００の例示の実施形態は、更に、透明前面電極１０６の表面上に位置し、透明前面電極１０６と媒質１１４との間に配設される誘電体層１１８を含んでいる。図１は、誘電体層が背面電極１１０と媒質１１４との間に配設されるように、ディスプレイ１００における背面電極面１１０上の誘電体層を示している。誘電体層を背面電極上に有することは、任意であってもよく、背面電極の組成によってもよい。誘電体層は、厚さ少なくとも約２０ｎｍの均一層であってもよい。一実施形態において、誘電体層はパリレンから構成されている。他の無機又は有機誘電材料又はそれらの組み合わせも用いられてもよい。

誘電体層は、少なくとも８０ｎｍの厚さを有していてもよい。例示の実施形態において、厚さは約８０〜２００ｎｍである。有利には、パリレンは、低い誘電率を有し、ピンホール漏れ経路を有することなく、２０ｎｍ程度に薄く作成できる。かかる特徴は、比較的高い単位面積あたりの静電容量を有するディスプレイ構造に寄与する。高い静電容量は、荷電色素粒子の単位面積あたりに必要な数が、厚さが大きい場合又は誘電率が低い場合よりも低い電圧でパリレンに誘引され得ることを意味する。

再度、図１を参照すると、点線１２２の左側は、白色、高輝度、又は半再帰反射状態におけるディスプレイの一部又はピクセルを示している。この状態において、電気泳動可動粒子１１６は、背面電極１１０表面近傍の誘電体層１１８付近で印加される電圧バイアスの影響で移動する。ＴＩＲは、シート１０２の内向面で生じる。これは、それぞれ、反射した光線１２８及び１３０によって図示されるような、観察者１２０に向かって半再帰反射方法で完全に内部で反射される入射光線１２４及び１２６によって図示されている。

点線１２２の右側において、図１は、フラストレートしたＴＩＲ暗状態におけるディスプレイ１００の一部又はピクセルを示している。この状態において、可動粒子１１６は、（図１の左側とは対照的に）逆極性の印加電圧バイアスの影響で移動する。粒子は、ＴＩＲが阻止され、それによって暗状態を作り出すように、透明前面電極１０６上に位置する誘電体層１１８の表面付近に凝縮する。これは、吸収される入射光線１３２及び１３４によって、例えば、光吸収電気泳動可動粒子１１６によって図示されている。

図２は、ＴＩＲ半再帰反射半球形ビーズ型ディスプレイ２００の一部の断面図である。ディスプレイは、穿孔した連続反射膜と誘電体層とを含んでいる。ディスプレイ２００は、また、内向面内の複数の一部埋め込まれた高屈折率透明半球形ビーズ２０４から構成される半再帰反射前面シート２０２と、半球形ビーズの表面上の透明前面電極２０６と、（薄膜トランジスタ又はパターン化電極アレイ状等の）背面電極２１０を有する背面支持２０８と、前面及び背面電極を接続する電圧源２１２とを含んでいる。

代替の実施形態において、前面シート２０２は、凸状突起を有する連続した高屈折率透明シートであってもよい。凸状突起は、半球形状であってもよい。前面及び背面電極は、図１に関して説明したようなものと類似した組成を含んでいてもよい。前面電極２０６と背面電極２１０との間に形成されるキャビティ内部に包含されるのは、不活性の低屈折率流体媒質２１４であってもよい。媒質２１４は、懸濁光吸収電気泳動可動粒子２１６を含んでもよい。一実施形態において、流体２１４の屈折率は、前面シート２０２の屈折率よりも小さい。前面電極２０６及び背面電極２１０によって形成されるキャビティは、更に、２つの電極間の間隙の大きさを制御するようビーズ等のスペーサユニットを備えてもよい。

図２のディスプレイ２００は、更に、前面電極２０６上に形成され、前面電極と媒質２１４との間に配設される透明誘電体層２１８を備えていてもよい。図２は、誘電体層が背面電極２１０と媒質２１４との間に配設されるように、背面電極上の第２の誘電体層２１８も示している。背面電極上の誘電体層は、背面電極の組成によって任意選択により用いられてもよい。誘電体層は、厚さ少なくとも約２０ｎｍの均一層であってもよく、パリレン又は他の無機又は有機誘電材料又はそれらの組み合わせを備えていてもよい。一実装において、誘電体層の厚さは、少なくとも約８０ｎｍである。別の実装において、厚さは、約８０〜２００ｎｍの範囲である。パリレンの利点は、均一な厚さを有して共形に堆積されるその能力である。前面シート２０２の表面の外形に合わせる性質により、選択する誘電体層が均一に被覆され得ることは、極めて重要である。不十分な被覆均一性は、ディスプレイの不均一な電気的及び光学的特性につながる恐れがある。均一な被覆を提供する能力により、パリレンは、図１及び２に関して示すディスプレイを製造するための最適な材料となる。

再度、図２を参照すると、ディスプレイ２００は、更に、ＴＩＲディスプレイの輝度を向上させるよう穿孔した多孔質反射膜２２０を含んでいる。膜２２０は、（前面電極２０６近傍の）前面誘電体層２１８と背面電極２１０との間に配設されてもよい。膜２２０内の孔２２２の平均直径は、用途によって変化してもよい。１つの例示の実施形態において、孔は、吸収粒子２１６の平均直径よりも実質的に大きい（例えば、約１０倍大きい）。膜２２０内の孔２２２は、膜２２０を通る吸収粒子２１６の実質的に障害のない通路を可能にするよう、膜２２０の全表面積の十分に大きい一部（例えば、少なくとも２０％）を構成している。膜２２０は、ポリカーボネート又はファイバー織の膜等の多孔質膜材料から形成することができる。

膜２２０の外向面２２４は、反射性であってもよく、拡散的又は鏡面的反射性であってもよい。反射膜２２０は、多層広帯域反射器（例えば、３Ｍ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮから市販されている多層光学フィルム）又はアルミナイズドＭｙｌａｒ（商標）可撓性フィルム等の本質的に反射性の材料から、又は、標準の蒸着技術を用いて反射性（例えば、アルミニウム）フィルムで外向面２２４を被覆することによって、形成することができる。反射性フィルム２２４は、ＴｉＯ_２を備えていてもよい。膜２２０の連続する性質は、図２の例示の実施形態において点線２２６によって表されている。

点線２２８の左側において、ディスプレイ２００は、白色、高輝度、又は半再帰反射状態におけるディスプレイの一部又はピクセルを表している。この状態において、電気泳動可動粒子２１６は、ＴＩＲがシート２０２の内向面で生じてもよいように、それらが背面誘電体層表面２１８付近に集まる背面電極２１０に向かって印加電圧バイアスの影響で移動する。これは、観察者２３８に向かう反射した光線２３４及び２３６によって表されるような、半再帰反射方法で完全に内部で反射される入射光線２３０及び２３２によって図示されている。

点線２２８の右側には、フラストレートしたＴＩＲ暗状態におけるディスプレイの一部又はピクセルが示されている。この状態において、可動粒子２１６は、逆極性の印加電圧バイアスの影響で、ＴＩＲがフラストレートされるように、前面誘電体層２１８の表面付近に移動する。これは、吸収される入射光線２４０及び２４２によって、例えば、光吸収可動粒子２１６によって図示されている。

図３は、穿孔した連続反射膜及び誘電体層を有する変調反射像ディスプレイ３００の一部の断面図である。ここでは、図１及び２に示したような半再帰反射前面シートにおいて反射される光の代わりに、光は、穿孔した多孔質反射膜上の半鏡面又は半再帰反射表面において反射される。

ディスプレイ３００は、透明外側シート３０２、透明前面電極３０４、背面電極３０８として機能する上部導電層を有する背面支持３０６を含んでいる。背面電極は、薄膜トランジスタ又はパターン化アレイを画成してもよい。図３において、電圧源３１０は、前面及び背面電極を接続している。前面電極３０４及び背面電極３０８は、図１及び２に関して検討したものと類似した材料及び厚さを含んでいてもよい。前面電極３０４と背面電極３０８との間に形成されるキャビティ内部に包含されるのは、更に、懸濁光吸収電気泳動可動粒子３１４を含んでいてもよい不活性の低屈折率流体媒質３１２であってもよい。キャビティは、更に、前記前面及び背面電極によって形成される間隙の大きさを制御するようビーズ等のスペーサユニットを備えてもよい。透明前面電極３０４の上部には、透明前面電極３０４と媒質３１２との間に配設される透明誘電体層３１６がある。

図３は、第２の誘電体層が背面電極３０８と媒質３１２との間に配設されるように、背面電極表面３０８上の第２の誘電体層３１６も示している。背面電極上の第２の誘電体層は、背面電極の組成によって任意選択であってもよい。第２の誘電体層は、厚さ少なくとも約２０ｎｍの均一層であってもよい。第２の誘電体層は、パリレン又は他の無機又は有機誘電材料又は組み合わせを備えていてもよい。開示の一実施形態において、第２の誘電体層は、少なくとも厚さ８０ｎｍである。別の実施形態において、第２の誘電体の厚さは、約８０〜２００ｎｍの範囲である。

キャビティ内部及び前面及び背面誘電体層３１６間に配設されるのは、薄い穿孔多孔質の連続した（連続層を暗示するよう点線３１８によって表される）膜３２０である。膜３２０は、少なくとも約１０ミクロンの厚さを有するポリカーボネート、ポリエステル、ポリイミド、又は他の何らかの高分子材料等のトラックエッチング高分子材料又はガラスから形成されてもよい。フィルム３２０の多孔質性は、光吸収粒子３１４が孔３２２を通過することを可能にする。膜３２０における孔の平均直径は、吸収粒子３１４の平均直径よりも実質的に大きく（例えば、約１０倍大きく）てもよい。膜３２０内の孔は、孔３２２を通る吸収粒子３１４の実質的に障害のない通路を可能にするよう、膜３２０の全表面積の大きい一部（例えば、少なくとも１０％）を構成してもよい。

ディスプレイ３００は、更に、穿孔した多孔質連続膜３２０の上部に追加の第１の多孔質及び連続（連続層を暗示するよう点線３２４によって表される）反射層３２６を示している。追加層３２６は、アルミニウム、銀、金、アルミナイズドＭｙｌａｒ（商標）可撓性フィルム、又は反射率を向上させるための他の材料等の薄膜の光を鏡面的に反射する金属層を含んでいてもよい。光拡散層３２８は、外側シート３０２の外側に任意選択により追加され、反射層３２６から鏡面的に反射される光を「和らげる」ために、観察者３３０に面してもよい。反射層３２６は、更に、半再帰反射コーティングを含んでもよい。半再帰反射コーティング３２６は、反射基板内又は透明マトリックス内に埋め込まれ、追加及び任意の反射層によって支持されるコーナーキューブ又は部分コーナーキューブリフレクタ又はガラスビーズから構成されてもよい。焼結ＴｉＯ_２の層も、反射層３２６として用いられてもよい。

開示の一実施形態において、半再帰反射コーティング３２６からの拡散反射率のレベルは、ピクセル又はサブピクセルクロストークを引き起こす程高くはない。例えば、光が１つのサブピクセルを通って入った場合、光が同じサブピクセルを通って出て行くか、それ以外の場合は、コントラスト及び／又は彩度が低減するように、それは半再帰反射コーティング３２６によって反射されてもよい。別の実施形態において、前面電極及び透明誘電体層は、多孔質膜３２０の反射層上に直接存在してもよい。

図３におけるディスプレイ３００の点線３３２の左側には、鏡面、半鏡面、又は半再帰反射状態におけるディスプレイの一部又はピクセルが示されている。この状態において、可動粒子３１４は、反射が反射層３２６で生じることができるように、背面電極表面３０８近傍の背面誘電体層３１６に向かって印加電圧バイアスの影響で移動する。これは、明状態を作り出すよう、観察者３３０に向かって（反射される光線３３６によって示されるような）鏡面、半鏡面半再帰反射状態で反射される入射光線３３４によって図示されている。点線３３２の右側には、暗状態が示されている。ここで、電気泳動可動粒子は、印加電圧バイアスの影響で、孔３２２を通って移動し、入射光線を吸収するように、前面誘電体層３１６付近に集まる。これは、光吸収可動粒子３１４によって吸収される光線３３８及び３４０によって表されている。

図１〜３に示すディスプレイ構造は、更に、ウェルを生成する壁部又は電気泳動可動粒子を制限するためのコンパートメントを備えてもよい。壁部又は隔壁は、例えば、方形状、三角、五角、六角、又はそれらの組み合わせの形状の壁部又はコンパートメントを生成するよう構成されてもよい。壁部は、高分子材料を備え、フォトリソグラフィ、エンボス、又は成形を含む従来技術によってパターン化されてもよい。壁部は、電気泳動可動粒子を制限して、時間が経つにつれて低下するディスプレイ性能につながる恐れがある前記粒子の沈降及び移動を防ぐことを助ける。ある特定の実施形態において、ディスプレイは、液体媒質及び可動粒子が存在する範囲内で前面及び背面電極によって生成される間隙を完全に埋める隔壁を備えてもよい。ある特定の実施形態において、ディスプレイ１００、２００、又は３００は、液体媒質及び可動粒子が存在する範囲内で前面及び背面電極によって生成される間隙を部分的にのみ埋める部分隔壁を備えてもよい。ある特定の実施形態において、ディスプレイ１００、２００、又は３００は、更に、液体媒質及び可動粒子が存在する範囲内で前面及び背面電極によって生成される間隙を完全に、及び、部分的に埋めることができる隔壁及び部分隔壁の組み合わせを備えてもよい。

それぞれ、図１〜３に示し、前段落で説明した反射像ディスプレイ構造１００、２００、及び３００は、更に、カラーフィルターアレイ層を備えてもよい。前記カラーフィルターアレイ層は、赤、緑、及び青、又は、シアン、マゼンタ、及び黄色フィルター、又はそれらの組み合わせから構成されてもよい。実施形態において、図１に示し、前段落で説明したディスプレイ１００は、更に、隔壁及びカラーフィルターアレイ層を備えてもよい。別の実施形態において、図２に示し、前段落で説明したディスプレイ２００は、更に、隔壁及びカラーフィルターアレイ層を備えてもよい。別の実施形態において、図３に示し、前段落で説明したディスプレイ３００は、更に、隔壁及びカラーフィルターアレイ層を備えてもよい。

図４は、誘電体層及びアパーチャによって接続される複数のキャビティから構成されるディスプレイの一部の断面図である。図４は、また、両側でエッチングされて複数の実質的に半球形のキャビティ（又はチャンバ）４０４を形成する薄層４０２を有する反射ディスプレイ４００の断面を示している。キャビティは、アパーチャによって接続される。図４において、半球形キャビティ４０４は、上部半球形キャビティ、狭い開口部又はアパーチャ４０６、及び下部キャビティを有する砂時計形のボイドを形成している。キャビティ４０４は、六方又は方形密アレイを含む様々な方法で配置することができる。一実施形態において、キャビティは、ディスプレイの非光学的活性領域の量を制限するようキャビティで充填される薄層内部の面積を最大にするために、六方最密アレイ状に配置される。

ディスプレイ４００は、更に、上部透明外向シート４０８、透明前面電極４１０、背面支持４１２、及び、薄膜トランジスタ又はパターン化アレイから構成される背面電極４１４、構造的完全性のために薄層４０２の支持として機能するエッチングされていない残材４１６を含んでいる。前面電極４１０及び背面電極４１４は、図１〜３に関して説明したそれらと実質的に同じ材料及び寸法を備えてもよい。

懸濁光吸収電気泳動可動粒子４２０を有する不活性の光学的に透明な流体媒質４１８は、砂時計形キャビティ４０４内部に配設されてもよい。ディスプレイ４００は、また、電圧バイアスが流体４１８内で懸濁する電気泳動可動粒子４２０を備える媒質の両端に印加されてもよいように、前面電極４１０及び背面電極層４１４を接続する電圧源４２２を含んでもよい。

一実施形態において、背面電極４１４は、各キャビティ内部に含まれる可動粒子４２０が、個々に制御されて高解像度ディスプレイを生成することができるように、各背面又は下部半球形キャビティ４０４と位置が合った薄膜トランジスタ又はパターン化アレイを含んでいる。上部半球形キャビティ４０４の表面は、光を観察者４２６へ反射するよう反射層４２４で被覆されてもよい。ディスプレイ４００は、また、透明前面電極層４１０上に透明前面誘電体層４２８を含んでいてもよい。第２の誘電体層４２８は、誘電体層が背面電極４１４と媒質４１８との間に配設されるように、背面電極表面４１４上に形成されてもよい。背面電極上の誘電体層は、背面電極の組成に応じて任意選択により追加されてもよい。誘電体層は、厚さ少なくとも約２０ｎｍの均一層を画成してもよく、パリレン又は他の無機又は有機誘電材料又はそれらの組み合わせを備えていてもよい。一実施形態において、誘電体層厚さは、少なくとも約８０ｎｍである。別の実施形態において、誘電体厚さは、約８０〜２００ｎｍの範囲である。

ディスプレイは、更に、赤４３２（文字「Ｒ」によって示される）、緑４３４（文字「Ｇ」によって示される）、及び青４３６（文字「Ｂ」によって示される）を含む色の個々のサブピクセルのアレイを有する任意のカラーフィルター層４３０を備えていてもよい。代替として、サブピクセルの色は、シアン、マゼンタ、及び黄色であってもよい。一実施形態において、各色のサブピクセルは、単一の半球形キャビティ４０４と位置を合わせられてもよい。高い効率で高解像度のフルカラー画像を達成するために、出入りする反射光線は、カラーフィルターアレイ層４３０内部の同じ色のサブピクセルを通過してもよい。

図４において、入射光線４３８及び４４０は、透明外向シート４０８、透明前面電極４１０、透明誘電体層４２８、及び色サブピクセル４３２及び４３４を通過する。光線４３８及び４４０は、反射光線４４２及び４４４によって表される半鏡面又は半再帰反射方法で上部半球形キャビティ又はチャンバ４２４の反射面において反射されてもよい。光線は、可動粒子４２０が、それらが背面電極４１４近傍の背面誘電体層表面付近に集まる狭い開口部４０６を通って移動する場合、明状態を作り出すよう、カラーフィルター層４３０及び透明外向シート４０８を通って観察者４２６に向かって反射される。印加される電圧バイアスの極性は、前面誘電体層４２８の表面に向かって狭い開口部４０６を通って可動粒子４２０を移動するよう、反対にされてもよい。可動粒子は、この場所に集まってもよく、暗状態を作り出すよう、個々の半球形キャビティ４０４内部で入射光線４４６及び４４８を吸収してもよい。

図１〜４に図示しないが、各ディスプレイは、また、指向性前面光システムを含んでいてもよい。指向性前面光システムは、各ディスプレイの上部シートの上面上に光源、光ガイド、及び光抽出素子のアレイを含んでいてもよい。指向性光システムは、外向シートの外向面と観察者との間に位置決めされてもよい。前面光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、又は表面実装技術（ＳＭＴ）白熱電球を画成してもよい。光ガイドは、光を透明外側シートの前面全体に向けるよう構成されてもよいが、光抽出素子は、狭角内で、例えば、３０°の円錐を中心に集中して、半再帰反射又は半鏡面シートに向かって、垂直方向に光を向ける。指向性前面光システムは、本明細書中で説明するディスプレイ構造における隔壁又はカラーフィルター層、又はそれらの組み合わせと併用して用いられてもよい。

実施形態において、図１に示し、前段落で説明したディスプレイ１００は、更に、隔壁及び指向性前面光システムを備えてもよい。別の実施形態において、図２に示し、前段落で説明したディスプレイ２００は、更に、隔壁及び指向性前面光システムを備えてもよい。別の実施形態において、図３に示し、前段落で説明したディスプレイ３００は、更に、隔壁及び指向性前面光システムを備えてもよい。

実施形態において、図１に示し、前段落で説明したディスプレイ１００は、更に、カラーフィルターアレイ層及び指向性前面光システムを備えてもよい。別の実施形態において、図２に示し、前段落で説明したディスプレイ２００は、更に、カラーフィルターアレイ層及び指向性前面光システムを備えてもよい。別の実施形態において、図３に示し、前段落で説明したディスプレイ３００は、更に、カラーフィルターアレイ層及び指向性前面光システムを備えてもよい。

実施形態において、図１に示し、前段落で説明したディスプレイ１００は、更に、隔壁、カラーフィルターアレイ層、及び指向性前面光システムを備えてもよい。別の実施形態において、図２に示し、前段落で説明したディスプレイ２００は、更に、隔壁、カラーフィルターアレイ層、及び指向性前面光システムを備えてもよい。別の実施形態において、図３に示し、前段落で説明したディスプレイ３００は、更に、隔壁、カラーフィルターアレイ層、及び指向性前面光システムを備えてもよい。

図５は、誘電体層の追加によるディスプレイの光学的特性の向上を示すグラフである。図５に示す実験のディスプレイ性能は、図１に示すディスプレイ１００に類似した構造のディスプレイによって生成された。ここで、第１のディスプレイ（制御ディスプレイ）は、前面及び背面電極上にパリレン層がない状態で試験された。第２のディスプレイは、前面及び背面電極の両方の上に厚さ約１００ｎｍのパリレン誘電体層を有して形成された。前面半球形ビーズ型シートと背面電極との間の間隙は、約１８ミクロンであり、均一直径のスペーサビーズを用いて本線とした。前面及び背面シートの間のキャビティ内部に含まれる液体媒質は、カーボンブラックベースの電気泳動可動の光吸収粒子を含んでいた。印加したパルスによる誘電体層の影響を試験するため、ディスプレイは、当初、＋１０Ｖでその暗状態に駆動され、次いで、１秒間の１０Ｖ矩形波パルスが、ディスプレイの％反射率を測定する間、＋１０Ｖ（黒状態）と−１０Ｖ（白状態）との間で交互に印加された。

図５において、駆動波形は、１秒間の＋１０Ｖと−１０Ｖとの間の交互の矩形波パルスを示すグラフの下部において、点線によって示されている。三角マーカーを有する線は、パリレン誘電体層のない制御ディスプレイを表し、ここで、−１０Ｖにおける最大反射率（白状態）は約１０％に到達し、＋１０Ｖにおける最小反射率（暗状態）は約２％でありながら、約５の白状態対暗状態反射率の全体コントラスト比を有する。実線は、前面及び背面電極の両方の上に厚さ約１００ｎｍのパリレン誘電体層を有するディスプレイを示している。実施例は、−１０Ｖにおける約６２％の最大白状態反射率と、＋１０Ｖにおける約５％の最小暗状態反射率とを、約１２での白状態対暗状態のコントラスト比と共に示している。

前面及び背面電極の表面上の誘電体層の存在は、高輝度の白状態及び高いコントラスト比をもたらす。これは、可動粒子が誘電体層の近くの保護されていないＩＴＯ層に付着することを防ぐことによってもよい。粒子が（半球形ビーズ面近傍の）ＩＴＯ層に付着すると、残りの粒子は、所望の白状態が反射率の低下を招いている間、ＴＩＲを阻止する。粒子付着は、また、−１０Ｖ電界の印加中のパリレンを持たないサンプルに対する図５でわかるような粒子の遅い反応時間を招く。反射率は、１秒のパルス時間の全体にわたって増加する一方で、前面及び背面電極上に１００ｎｍパリレン層を有するディスプレイは、より速い応答時間を呈する。最大反射率に達する速度は、１秒間パルス中の早期にステップ状の方法及びプラトーで達成されるように見える。粒子付着がないこと、及び、可動粒子のより速く、より多い予測可能な応答時間挙動も、複雑な波形が必要とされるマルチビットグレースケール用途にとって有利である。

一実施形態において、いくつかの制御され、予測可能な、誘電体層への粒子吸着は、低いディスプレイエネルギー消費をもたらす双安定性を達成するよう所望されてもよい。電源がオフにされている間、静止画像を保持するディスプレイの能力は、消費者ベースの用途、例えば、携帯型電子ブックリーダーにおいて、バッテリの寿命を大幅に延長する。パリレン層の利点を保持するが、双安定性を向上させるために、パリレン表面は、パリレン表面に対する電気泳動可動粒子の引力又は斥力を制御するよう改質されてもよい。例えば、パリレン層は、表面特性を変質させるよう、堆積後に化学的に処理されてもよい。１つのかかる処理は、パリレン表面をフッ素化させるために、フッ素ガスへの曝露である。パリレンの表面を改質するための別の方法は、例えば、所望の基板上へ堆積させる前に、パリレン前駆体物質をハロゲン化することである。パリレンＣは、前駆体がパリレン前駆体二量体のフェニル環上で塩素化され、次いで、表面上に堆積されて塩素化パリレン層を残す一般的なパリレンベースの誘電材料である。フェニル環上の成分（パリレン骨格において）を変質させることにより、誘電率及び表面エネルギー及び反応性等のパリレンの特性を調整できる。

一般に、前段落で説明した誘電体層の概念は、光の反射を変更する目的のために、表面付近に荷電電気泳動可動色素粒子を不定に吸着することに有利ないずれかの電極トポロジーに適用できる。正味の光学的効果は、鏡面、部分再帰反射、全再帰反射、部分拡散、又は全拡散、又は様々な中間であってもよい。本明細書中の図面で図示したものに加えて、特定のトポロジーの観点から、単数又は複数の表面上の突起は、光が有効に転換され、転換された光の量が、パリレン又はパリレン状材料から構成される高容量誘電体層で覆われる電極に対して制御される正味の特性を有するプリズム状、円錐、切頭円錐、様々な回転図形、様々なランダム形状であってもよい。

本明細書中で説明するディスプレイの実施形態において、それらは、電子ブックリーダー、携帯用コンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、スマートカード、標識、時計、棚札、フラッシュドライブ、及び屋外看板又は屋外標識を含む様々な用途に用いられてもよい。

以下は、開示の例示の、非制限的な実施形態を示している。実施例１は、反射像表示装置であって、それを介して観察者が表示を見る凸状突起又は埋め込まれる半球形ビーズから構成される透明前面シートと、前面電極と、背面支持と、背面電極と、少なくとも１つの電極の表面に位置する誘電体層と、光学的に透明な流体媒質と、光学的に透明な流体媒質内で懸濁する複数の電気泳動可動粒子と、電気泳動可動粒子を移動させるよう、光学的に透明な流体媒質にわたってバイアスを印加するための電圧源とを備える反射像表示装置に向けられている。

実施例２は、背面電極が更に薄膜トランジスタ又はパターン化アレイを備える実施例１の反射像表示装置に関する。

実施例３は、透明前面シートが、その内向面に複数の半球形突起を有する半再帰反射シートである実施例２の反射像表示装置に関する。

実施例４は、前面電極が透明であり、複数の半球形突起の表面上に位置する実施例３の反射像表示装置に関する。

実施例５は、誘電体層が更にポリマーを備える実施例２の反射像表示装置に関する。

実施例６は、誘電体層が更にパリレンを備える実施例２の反射像表示装置に関する。

実施例７は、誘電体層が更にハロゲン化パリレンを備える実施例２の反射像表示装置に関する。

実施例８は、更に前面及び背面電極の間に位置する穿孔した多孔質反射連続膜を備える実施例２の反射像表示装置に関する。

実施例９は、更に１つ以上の隔壁又は部分隔壁を備える実施例２の反射像表示装置に関する。

実施例１０は、更にカラーフィルター層を備える実施例２の反射像表示装置に関する。

実施例１１は、更に指向性前面光システムを備える実施例１〜１０のいずれかに定義される反射像表示装置に関する。

実施例１２は、更にカラーフィルター層及び指向性前面光システムを備える実施例９の反射像表示装置に関する。

実施例１３は、反射像表示装置であって、それを介して観察者が表示を見る透明前面シートと、前面電極と、背面支持と、背面電極と、少なくとも１つの電極の表面に位置する誘電体層と、前面及び背面電極の間に位置する穿孔した多孔質反射連続膜と、前面シート及び背面電極によって画成されるキャビティ内部、及び、穿孔した多孔質膜及び光反射前面電極の孔の内部に配設される光学的にクリアな流体媒質内で懸濁する複数の電気泳動可動粒子と、前面電極と背面電極との間で懸濁する電気泳動可動粒子を移動させるよう、光学的にクリアな媒質にわたって電圧バイアスを印加するための電圧源とを備える反射像表示装置に関する。

実施例１４は、背面電極が薄膜トランジスタ又はパターン化アレイから構成される実施例１３の反射像表示装置に関する。

実施例１５は、穿孔した多孔質及び連続反射膜反射シートが鏡面又は半鏡面である実施例１４の反射像表示装置に関する。

実施例１６は、前面電極が透明であり、透明前面シート上に配設される実施例１５の反射像表示装置に関する。

実施例１７は、誘電体層がポリマーから構成される実施例１６の反射像表示装置に関する。

実施例１８は、誘電体層がパリレンから構成される実施例１６の反射像表示装置に関する。

実施例１９は、誘電体層がハロゲン化パリレンから構成される実施例１６の反射像表示装置に関する。

実施例２０は、更に、外向光拡散層が透明前面シートと観察者との間に配設されるように、透明前面シートの上部に外向光拡散層を備える実施例１４の反射像表示装置に関する。

実施例２１は、更に、１つ以上の隔壁又は部分隔壁又はそれらの組み合わせを備える実施例１４の反射像表示装置に関する。

実施例２２は、更にカラーフィルター層を備える実施例１４の反射像表示装置に関する。

実施例２３は、更に指向性前面光システムを備える実施例１３〜２２のいずれかに定義される反射像表示装置に関する。

実施例２４は、反射像表示装置であって、それを介して観察者が表示を見る透明外向シートと、複数の上部チャンバ及び複数の下部チャンバから構成される透明外向シート近傍の層であって、各上部チャンバがアパーチャによって下部チャンバに接続される層と、前面電極と、背面支持と、背面電極と、少なくとも１つの電極の表面に位置する誘電体層と、光学的に透明な流体と、光学的に透明な流体内で懸濁する複数の電気泳動可動粒子と、電気泳動可動粒子を移動させるよう、光学的に透明な流体にわたって電圧バイアスを印加するための電圧源とを備える反射像表示装置に関する。

実施例２５は、背面電極が薄膜トランジスタ又はパターン化アレイから構成される実施例２４の反射像表示装置に関する。

実施例２６は、複数の上部チャンバ及び複数の下部チャンバから構成される透明外向シート近傍の層がガラスからできている実施例２５の反射像表示装置に関する。

実施例２７は、複数の上部チャンバ及び複数の下部チャンバから構成される透明外向シート近傍の層が半球形状である実施例２５の反射像表示装置に関する。

実施例２８は、誘電体層がポリマーから構成される実施例２５の反射像表示装置に関する。

実施例２９は、誘電体層がパリレンから構成される実施例２５の反射像表示装置に関する。

実施例３０は、誘電体層がハロゲン化パリレンから構成される実施例２５の反射像表示装置に関する。

実施例３１は、複数の上部チャンバ及び複数の下部チャンバから構成される層が更に光反射層を備える実施例２５の反射像表示装置に関する。

実施例３２は、前面電極が透明である実施例２５の反射像表示装置に関する。

実施例３３は、更にカラーフィルターアレイを備える実施例２５の反射像表示装置に関する。

実施例３４は、更に指向性前面光システムを備える実施例２４〜３３のいずれかに定義される反射像表示装置に関する。

開示の原理を、本明細書中で示す例示の実施形態に関して示してきたが、開示の原理はそれらに限定されず、それらの何らかの修正、変形、又は置換を含む。

Claims (34)

1. 反射像表示装置であって、
   それを介して観察者が前記表示を見る凸状突起又は埋め込まれる半球形ビーズから構成される透明前面シートと、
   前面電極と、
   背面支持と、
   背面電極と、
   少なくとも１つの電極の表面に位置する誘電体層と、
   光学的に透明な流体媒質と、
   前記光学的に透明な流体媒質内で懸濁する複数の電気泳動可動粒子と、
   前記電気泳動可動粒子を移動させるよう、前記光学的に透明な流体媒質にわたってバイアスを印加するための電圧源と、
   を備える反射像表示装置。
2. 前記背面電極は、更に、薄膜トランジスタ又はパターン化アレイを備える、請求項１に記載の反射像表示装置。
3. 前記透明前面シートは、その内向面に複数の半球形突起を有する半再帰反射シートである、請求項２に記載の反射像表示装置。
4. 前記前面電極は、透明であり、前記複数の半球形突起の表面上に位置する、請求項３に記載の反射像表示装置。
5. 前記誘電体層は、更に、ポリマーを備える、請求項２に記載の反射像表示装置。
6. 前記誘電体層は、更に、パリレンを備える、請求項２に記載の反射像表示装置。
7. 前記誘電体層は、更に、ハロゲン化パリレンを備える、請求項２に記載の反射像表示装置。
8. 更に、前記前面及び背面電極の間に位置する穿孔した多孔質反射連続膜を備える、請求項２に記載の反射像表示装置。
9. 更に、１つ以上の隔壁又は部分隔壁を備える、請求項２に記載の反射像表示装置。
10. 更に、カラーフィルター層を備える、請求項２に記載の反射像表示装置。
11. 更に、指向性前面光システムを備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の反射像表示装置。
12. 更に、カラーフィルター層及び指向性前面光システムを備える、請求項９に記載の反射像表示装置。
13. 反射像表示装置であって、
    それを介して観察者が前記表示を見る透明前面シートと、
    前面電極と、
    背面支持と、
    背面電極と、
    少なくとも１つの電極の表面に位置する誘電体層と、
    前記前面及び前記背面電極の間に位置する穿孔した多孔質反射連続膜と、
    前記前面シート及び背面電極によって画成されるキャビティ内部、及び、前記穿孔した多孔質膜及び光反射前面電極の孔の内部に配設される光学的にクリアな流体媒質内で懸濁する複数の電気泳動可動粒子と、
    前記前面電極と前記背面電極との間で前記懸濁する電気泳動可動粒子を移動させるよう、前記光学的にクリアな媒質にわたって電圧バイアスを印加するための電圧源と、
    を備える反射像表示装置。
14. 前記背面電極は、薄膜トランジスタ又はパターン化アレイから構成される、請求項１３に記載の反射像表示装置。
15. 前記穿孔した多孔質及び連続反射膜反射シートは、鏡面又は半鏡面である、請求項１４に記載の反射像表示装置。
16. 前記前面電極は、透明であり、前記透明前面シート上に配設される、請求項１５に記載の反射像表示装置。
17. 前記誘電体層は、ポリマーから構成される、請求項１６に記載の反射像表示装置。
18. 前記誘電体層は、パリレンから構成される、請求項１６に記載の反射像表示装置。
19. 前記誘電体層は、ハロゲン化パリレンから構成される、請求項１６に記載の反射像表示装置。
20. 更に、外向光拡散層が前記透明前面シートと前記観察者との間に配設されるように、前記透明前面シートの上部に外向光拡散層を備える、請求項１４に記載の反射像表示装置。
21. 更に、１つ以上の隔壁又は部分隔壁又はそれらの組み合わせを備える、請求項１４に記載の反射像表示装置。
22. 更に、カラーフィルター層を備える、請求項１４に記載の反射像表示装置。
23. 更に、指向性前面光システムを備える、請求項１３〜２２のいずれか一項に記載の反射像表示装置。
24. 反射像表示装置であって、
    それを介して観察者が前記表示を見る透明外向シートと、
    複数の上部チャンバ及び複数の下部チャンバから構成される前記透明外向シート近傍の層であって、各上部チャンバがアパーチャによって下部チャンバに接続される、層と、
    前面電極と、
    背面支持と、
    背面電極と、
    少なくとも１つの電極の表面に位置する誘電体層と、
    光学的に透明な流体と、
    前記光学的に透明な流体内で懸濁する複数の電気泳動可動粒子と、
    前記電気泳動可動粒子を移動させるよう、前記光学的に透明な流体にわたって電圧バイアスを印加するための電圧源と、
    を備える反射像表示装置。
25. 前記背面電極は、薄膜トランジスタ又はパターン化アレイから構成される、請求項２４に記載の反射像表示装置。
26. 複数の上部チャンバ及び複数の下部チャンバから構成される前記透明外向シート近傍の層は、ガラスからできている、請求項２５に記載の反射像表示装置。
27. 複数の上部チャンバ及び複数の下部チャンバから構成される前記透明外向シート近傍の前記層は、半球形状である、請求項２５に記載の反射像表示装置。
28. 前記誘電体層は、ポリマーから構成される、請求項２５に記載の反射像表示装置。
29. 前記誘電体層は、パリレンから構成される、請求項２５に記載の反射像表示装置。
30. 前記誘電体層は、ハロゲン化パリレンから構成される、請求項２５に記載の反射像表示装置。
31. 複数の上部チャンバ及び複数の下部チャンバから構成される前記層は、更に、光反射層を備える、請求項２５に記載の反射像表示装置。
32. 前記前面電極は透明である、請求項２５に記載の反射像表示装置。
33. 更に、カラーフィルターアレイを備える、請求項２５に記載の反射像表示装置。
34. 更に、指向性前面光システムを備える、請求項２４〜３３のいずれか一項に記載の反射像表示装置。