JP4610561B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、第1の透明支持板と第2の支持板の間の空間に、相互に不混和の、少なくとも第1の流体と第2の流体を有する光スイッチに関し、第2の流体は電気伝導性または極性を有する。

特に本発明は、第1の透明支持板と第2の支持板の間の空間に、相互に不混和の、少なくとも第1の流体と第2の流体を有する画像素子（画素）を有する表示装置に関し、第2の流体は電気伝導性または極性を有する。

光スイッチは、例えばディスプレイ用のシャッター用、ダイアフラム、さらには切替式カラーフィルタとして使用しても良い。

TFT−LCD等の表示装置は、ラップトップコンピュータやその構成体に使用され、GSMテレフォン向けの幅広い用途がある。LCDの代わりに、例えば（高分子）LED表示装置が利用される場合もある。

これらの従来のディスプレイとは別に、現在、電気泳動式ディスプレイのような他の表示技術が開発されており、この技術は、白い紙への適用に適している。

本発明は、エレクトロウェッティングと呼ばれる原理に基づくものである。本発明は、この技術を用いた新たな方法を提供する。第1の状態では、流体の一つは、第1の支持板と広範囲に接し、第2の状態では、他の流体が、第1の支持板と少なくとも部分的に接する。

例えば、ある（第1の）流体が（着色）油であり、第2の（他の）流体が水である場合、（界面張力によって）水の層と油の層を有する2層システムが提供される。しかしながら、水と第1の支持板上の電極の間に電圧が印加されると、静電力によって、油層は隅の方に移動し、あるいは分裂する。これにより水の一部が油層に侵入し、画像素子は、部分的に透明になる。

この原理に基づく表示装置は、PCT出願第WO03／00196号（PH-NL02.0129）に示されている。この出願に示されている実施例の多くの場合、画像素子は、定形空間（例えば実質的に閉じた空間）に該当し、第2の状態では、他の流体が、第1の支持板と実質的に完全に接する。この出願に示された実施例の一つでは、画像素子は、画素壁が画素全体の厚さを越えないように示されている。

しかしながら実際には、これらの画素壁は、約80μm以上の壁高さを有し、特に小さな画素の場合、光学特性を満たすことは難しくなる。そのような画素壁が存在する場合、大きな入射角では、壁に近い領域は画素の輝度に寄与しないため、有効な画素領域が低減してしまうからである。従って、全画素の輝度が低下する。この輝度の低下は、画素が小さくなるとより顕著となる。500μm×500μm画素の場合、約80μmの壁高さでは、輝度の損失は、約10から15％となる。

また壁は、通常下地表面に接着される。この下地表面は、しばしばフッ素重合体表面であり、フッ素重合体は極めて發水性であるため、機械的結合力は弱くなる。また、壁とフッ素重合体表面の間の接着剤は、画素領域内に移動し易い。この場合、油は接着剤表面ではじかれるため、油によって、画素のこの部分を被覆することができなくなる。これらの領域では、オフ状態における「黒」の反射率がかなり増大し、光コントラストが低下する。
国際公開第WO03／00196号パンフレット

本発明の課題の一つは、前述の問題の少なくとも一部を解消することである。

このため、本発明による光学装置は、第２の流体に対して濡れ性が低い表面領域を一つの支持板において前記空間内に有しており、この濡れ性の低い表面領域は、濡れ性のより高い表面領域を有する複数の領域に囲まれている。

必ずしも必要ではないが、濡れ性の低い表面領域は、壁に設置される濡れ性の高い表面によって、分離されることが好ましい。

壁の厚さを20μm以下にすることによって、収縮時の油の高さが実際の壁の高さよりも大きくなる状態で、装置を作動することができる。本発明では、壁の底部での油／水界面のピン止め効果によって、油が画素内に残留することが実験的に確認されている。ディスプレイに適用する場合は、両画素が切り替えられた際に、例えば電磁力によって油の動きを制御することによって、画素と隣接する油の混合が回避される。

本発明のこれらのおよび他の態様は、以下の実施例を参照することでより理解することができる。

図は、概略的なものであって、スケールは示されていない。全般に対応する素子は、同じ参照符号で示されている。

図1には、表示装置1の一部の概略断面図を示す。図には、本発明による表示装置に利用される原理が示されている。2つの透明基板または支持板3、4の間には、相互に不混和性の、第1の流体5と第2の流体6が設置される。第1の流体5は、例えばヘキサデカンのようなアルカン、またはこの実施例のような（シリコン）油である。第2の流体6は、電気伝導性または極性があり、例えば水または水溶液（例えば、水とエチルアルコールの混合物中にKClを含む溶液）である。

第1の状態では、外部電圧が印加されておらず（図1a）、流体5、6は、例えばガラスまたはプラスチック製の、第1および第2の透明支持板3、4に接している。第1の支持板3の上には、例えばインジウム（スズ）酸化物の透明電極7と、この例ではアモルファスフッ素重合体（AF1600）の中間低濡れ性（疎水性）層8と、が設置される。

相互接続部20、21を介して、電圧（電源9）が印加されると、層5は、隅の方に移動し、あるいは小さな液滴に分離する（図1b）。これは、静電エネルギーが、曲面の形成によって生じる静電エネルギー損失よりも大きくなった際に生じる。極めて重要な態様として、電気式切り替え手段（電源9）によって、支持板3を覆う連続膜5の状態と、壁2に接する膜状態の間で、可逆的な切り替えが可能となる。

図2には、本発明による表示装置の実施例を示す。この図では、各画像素子間の壁は、明確化のため、大部分において省略されている。この実施例では、画素壁13は、画素全体の厚さを越えない。そのような壁は、オフセット印刷、または従来の他の印刷技術によって得ることができる。油膜5は、極めて安定であり、画素寸法が小さくなっても同様であることは、明らかである。従って、切り替え中、油は各領域に閉じ込められたままである。他の参照符号は、図1のものと同じである。

この例では層13は、約20μm以下の厚さであって、第1の流体に対する濡れ性が高い（疎水性）低部13ｂと、濡れ性が低い（親水性）上部13aで構成される（図3参照）。この方法では、画素壁の低部の油に対する濡れ性によって、均一な光学的オフ状態が得られる。次に、画素が活性化されると、濡れ性の低い（親水性）上部のため、可逆的な油の移動が継続される。特に、濡れ性の低い（親水性）部分（または表面部分）は、実質的に良好なスイッチ特性を示すことが示されている。

層の厚さが約20μm以下の場合、80μmの場合に比べて、顕著な特性向上が生じ、輝度および速度が向上する。また接着剤を使用しないため、油は、画素領域全体を覆うことができ、光コントラストが向上する。層13または層の一部13a、13bは、この例では、印刷処理される。印刷処理は、極めて単純かつ自由度があり、高解像度のエレクトロウェッティングディスプレイの製作が容易になる。そのような印刷処理では、O₂を用いた反応性イオンエッチングステップ等による基板の予備処理が可能であり、表面をより親水性にすることができる。

図4、5のディスプレイでは、画素領域間の分離領域は、例えばレーザー放射線、ＵＶオゾン処理または酸素プラズマ処理によって、基板に形成された第1の流体に対する濡れ性の低い（親水性）中間画素領域13’を用いて、基板に統合される。図4、5における他の参照符号は、他の図面のものと同じである。隣接する画素間の油において、両画素が透明状態に切り替えられた際に生じ得る混合は、電磁制御によって、この場合は電極7に開口17を形成し、油の動きを制御することで回避される。

原理的にいくつかの変更が可能である。透過型装置について説明したが、図3の破線14に示す反射器を設置することによって、反射型のディスプレイを製作しても良い。本願で選定した電極配置は、単なる例示に過ぎない。環状形状等の、他の電極配置を選定しても良い。そのような環状形状は、例えばシャッター用およびダイアフラムに用いられる。

本発明は、あらゆる新しい特徴的素子を含み、あらゆる特徴的素子の組み合わせも包含する。請求項の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものではない。「有する」という動詞およびその活用形は、請求項に記載されていない素子の存在を否定するものではない。素子の前に用いられる「一つの」という冠詞は、そのような素子が複数存在することを否定するものではない。

表示装置の一部の断面概略図であって、本発明による表示装置に利用される原理を示す図である。 表示装置の一部の断面概略図であって、本発明による表示装置に利用される原理を示す図である。 本発明による表示装置の一部の別の断面概略図である。 本発明による表示装置の一部の断面概略図である。 本発明による表示装置の一部の断面概略図である。 本発明による別の表示装置の一部の正面図である。 図4のV−V線に沿った断面概略図である。

Claims (13)

1. 複数の画像素子を有する表示装置であって、前記画像素子の各々は、第１の透明な支持板（３）と第２の支持板（４）の間における該画像素子の空間内に、相互に不混和性の、少なくとも第１の流体（５）と第２の流体（６）を有しており、
   前記第２の流体は、電気伝導性または極性があり、前記第１の流体は、前記空間に閉じ込められ、前記第２の流体は、前記複数の画像素子間で共有されており、
   前記画像素子は、
   少なくとも一つの前記支持板上の表面領域であって、前記第２の流体に対する濡れ性の低い表面領域（８）と、
   前記第２の流体に対する濡れ性の高い表面領域であって、隣り合う前記画像素子の前記濡れ性の低い表面領域の間に配置された表面領域（１３ａ、１３’）と、
   を有している、表示装置。
2. 前記濡れ性の低い表面領域が、複数の前記濡れ性の高い表面領域によって囲まれている、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１の流体は、前記濡れ性の低い表面領域の縁部に接している、請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記第１の流体は、前記濡れ性の低い表面領域および前記濡れ性の高い表面領域に接している、請求項１または２に記載の表示装置。
5. 複数の前記濡れ性の高い表面領域（１３ａ）が、複数の壁（１３）に設置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
6. 前記第１の流体は前記壁の一つに接している、請求項５に記載の表示装置。
7. 前記第２の流体と前記一つの支持板上の電極との間に印加される電圧を切り替える電気式切り替え手段をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の表示装置。
8. 前記壁の下側部分は、前記第２の流体に対する濡れ性が低い、請求項５〜７のいずれかに記載の表示装置。
9. 前記壁は、最大２0μmの高さを有することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の表示装置。
10. 請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置を製作する方法であって、
    前記一つの支持板の少なくとも一部を、レーザー放射線、ＵＶオゾン処理または酸素プラズマ処理によって、前記第２の流体に対して高い濡れ性とする工程を含んでいる、方法。
11. 前記一つの支持板には、成形法によって、壁が設けられる、請求項１０に記載の表示装置を製作する方法。
12. 請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置を製作する方法であって、前記一つの支持板の前記濡れ性の高い部分は、印刷処理法によって形成される方法。
13. 前記一つの支持板は、反応性イオンエッチング法によって予備処理されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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