JP4653398B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１の支持プレートと第２の支持プレートとの間のスペースに互いに混合しない少なくとも１つの第１の液体及び第２の液体を有する画素を有し、それらの液体のうちの１つが電気導電性又は有極性であり、少なくとも２つの異なる状態を作るための手段を有する表示装置に関する。

本発明は、更に、切替可能な拡散装置に関する。

ＴＦＴ−ＬＣＤｓのようなディスプレイ装置は、ラップトップコンピュータ及びオーガナイザで使用されるが、ＧＳＭ電話においてますます広い用途も見出されている。ＬＣＤの代わりに、例えば（ポリマー）ＬＥＤディスプレイ装置も使用されれている。

これまでに十分に確立されている表示効果とは別に、他の表示技術が、ペーパーホワイトの用途に適した電気泳動ディスプレイのように発達している。

拡散装置は、カメラのようないくつかの装置に使用することができる。

本発明による表示装置は、少なくとも２つの異なる状態を有する。液体のうちの一方が、第１の状態において少なくとも第１の支持プレートに隣接し、第２の状態において他方の液体が少なくとも部分的に第１の支持プレートに隣接する。

本発明は、発明者によって発見された原理、いわゆる層分裂に基づくが、一方では層移動を用いることができる。本発明はこれらの原理を用いた新たな方法を提供する。

例えば（第１の）液体が（着色）オイルであり第２の（他方の）液体が水である場合、（界面張力のために）オイル層の上に水の層を有する２層系が備えられる。しかしながら、電圧が２つの層の間に印加されると、オイル層は静電力のために分裂する。水の一部がオイル層を貫通するので、画素は部分的に透過になる。

コントラストは、分裂の後に残る（第１の）液体（（着色）オイル）の液滴によって占有される領域部分によって制限される。典型的には、元の液体層の厚さに依存して、２５−５０％の領域になる。これは、より高い電圧を印加することによって更に減少することができるが、消費電力がかなり増加するだろう。理想的には、液体（この場合は光学吸収オイル）によって占められる残存領域が０％に近づくことが望まれる。

他の制約は、分裂すると領域部分が瞬間的に約５０％に減少することである。従って、１００％に近い領域部分を得ることは難しい。結果として、アナログ中間調の実現は難しくなる。

第１の実施例では、画素は、規定されたスペース（例えば、実質的に密閉されたスペース）に対応し、第２の状態において他方の液体は実質的に完全に第１の支持プレートに隣接する。本発明の他の態様によれば、これは不均一電界を印加することによって実現される。この場合、或る特定の場所においてのみ、層の分裂（又は移動）のためのしきい電界を超える。その場所において、オイル膜の分裂（又は移動）が始まる。不均一に印加された電界は、幾つかの方法により得ることができる。

この目的のため、本発明の第１の好適実施例では、電極と第１の支持プレートの一部の表面との間の誘電層は、厚さが変化する。

他の実施例では、本発明の第１の好適実施例では、電極と第１の支持プレートの一部の表面との間の誘電層は、変化する誘電率を有する。

電界が増加することによって、オイル膜の分裂（又は移動）のためのしきい値は、支持プレートの領域に渡って移動し、制御することができる。これによって、中間レベルの実現が可能となる。

一方、オイル膜の分裂（又は移動）は、第１の支持プレートの一部のぬれ性又は第１の液体層の厚さが変化することによって、制御できる。

更に、電極のエッジにおける漏れ電界分布を用いること、又は所望の不均一電界分布を提供するセグメント電極構造を設計することが可能である。

本発明による他の実施例では、画素は、規定されたスペースに対応し、第１の状態において他方の液体層は実質的に完全に両方の支持プレートに隣接する。実際、他方の液体層（オイル層）は２つの副層に分割され、各々の層は薄くすることができる。このことは、一方で、オイル膜の分裂（又は移動）を生じさせるために低電圧を使用することを可能にする。他方で、このことは、カラーディスプレイの可能性及びより多くの中間調の実現をもたらす。

この目的のため、本発明の好適実施例では、画素は、当該スペースを少なくとも２つのサブ画素に分割する更に他の壁を有する規定されたスペースに対応し、第１の状態において別の他方の液体層がサブ画素内で少なくとも部分的に第１の支持プレートに隣接する。（別の）他方の液体層に異なる色を与えることによって、カラーディスプレイが得られる。

分裂後この別の液体によって占められる残存領域を得るために、第２の状態において、他方の液体層及び別の他方の液体層のうちの少なくともいずれかがスペースの壁に隣接する。壁に隣接する両方の副層の材料が混ざることを防止するために、装置は好ましくは第２の状態において他方の液体層及び別の他方の液体層の一部が混ざることを防止するための手段を有する。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例から明らかであり、これら実施例を基準にして説明される。

図は概略的であり、一律の縮尺では示されていない。対応する素子は、概して同じ符号によって示されている。

図１は、本発明による表示装置１の一部の概略断面を示す。２つの透明基板又は支持プレート３、４の間に、第１の液体５及び第２の液体６が備えられ、これらは互いに混合しない。第１の液体５は、例えば、ヘクサデカンのようなアルカン又はこの例のように（シリコン）オイルである。第２の液体６は電気伝導性又は有極性、例えば水又は塩類溶液（例えば、ＫＣｌを水及びエチルアルコールの混合液に溶かした液）である。第１の状態では、外部電圧が印加されないとき（図１ａ）、液体５、６は、例えばガラス又はプラスチックの第１及び第２の透明支持プレート３、４に隣接する。第１の支持プレート３上に、透明電極７（例えばインジウム（スズ）酸化物）が備えられ、中間疎水性層８（本例では、アモルファスフルオロポリマー（ＡＦ１６００））が備えられる。

発明者は、電圧が印加されると（電圧源９）、層５が小さい液滴に分裂することを発見した（図１ｂ、ばらばらになった膜）。電気エネルギー利得が曲面の形成による表面エネルギー損失より大きいとき、分裂が生じる。非常に重要な側面として、切れ目無く続く膜とばらばらになった膜との間の可逆的な切替えが、電気的な切替手段（電圧源９）によって実現されることが分かった。

この効果は、電気−光学効果、特に着色オイルが使用される場合表示効果に使用することができる。これは、光学的にアクティブなオイル（例えば、不透明又は反射するオイル）を用いて実現される。他の実施例では、光学的にアクティブな粒子を伴なう液体が使用され、又は染料材料がオイルに溶かされる。電気−光学効果は、例えばＬＣＤ技術から知られているようにバックライトを使用することによって透過の方式で、又は（拡散）反射体を使うことによって反射の方式で使用することができる。

液滴サイズは印加される電圧に依存し、これは原理的に、中間透過（又は反射）状態（グレイレベル）を導入する可能性を提供する。しかしながら、分裂すると、その領域部分が約５０％まで実際に直ちに減少することが分かった。従って、５０％と１００％との間の領域部分を得ることは難しい。その結果、この特定の範囲内の任意のアナログ中間調は、実現することが難しい。

一方、コントラストは、分裂の後に生じる液滴によって占有される領域部分によって制限される。（ＩＣドライバでディスプレイを駆動することを考慮して）実際の電圧において、およそ２５％の最小領域部分が観察される。これは、より高い電圧を印加することによって更に減少することができるが、消費電力がかなり増加し、多分低電圧ＩＣドライバの使用を妨げるだろう。

この目的のため、図２の実施例では、中間疎水性層８は、中央が最も小さい厚さを伴なう湾曲形状を有し、確実に電界が画素２の中央で最も高いようにする。この場合、電界は（絶縁体の変化する厚さによって）放射状に変化する。先ず、絶縁体が最小の厚さを有する画素の中央において、しきい電界を越える。電界が増加すると、印加された電界がしきい電界に等しい位置が外側に移動し、従ってオイルを画素の側に動かす。図３の概略図面は、円形的に対称又は矩形状の画素の断面を示す。最初の状況において、オイルは、画素の中心の単一点から始まってリングのような形状で外側に押される。矩形状の画素に対して、オイルの分裂がラインに沿って開始しオイルがカーテンのごとく外側に押しやられるように、薄い円柱状に形づくられる絶縁膜を想像できる。

層８の曲線形状を採用することによって、光学吸収オイル層５は、光学活性には関係しない画素の内側の位置、この場合は画素の側部（又は後部）に移動する。特定のしきい電界Ｅｔ以下では、分裂は起こらず、一方、Ｅｔよりも高い電界では、オイル膜が液滴に分裂する。分裂は、約３Ｖμｍの電界強度において、絶縁膜の厚さの広い範囲（０．３―１０μｍ）に渡って生じることが分かった。

もう一つの例では、電極のエッジにおける漏れ電界分布が用いられ、又は所望の不均一電界分布を提供する特別な電極構造（セグメントに分けられたもの、穿孔されたもの）が用いられる。

この例では、オイル分裂を考えたが、同様の議論は液体移動に基づいた装置にも当てはまる。一方、（例えば、不十分な量、厚さのばらつき又は接触角のため）不均一なオイル層がオイル移動（又は分裂）を起こすことができる。

厚いオイル膜５に対するオイル膜分裂の場合、オイル膜の厚さは、絶縁膜８の厚さと比較してもはや無視できず、オイル膜の分割を行うためには、より高い電圧が必要とされる。従って、この原理は、薄膜（上は約３００ｎｍまで）の使用に限定される。斯かる厚さの膜に対して、十分な光学的吸収を有することは難しく、これは、オン状態とオフ状態との間に、減少した光学コントラストを生じさせる。

移動の場合、画素に渡って変化する表面張力を効果的に生じさせる不均一電界分布が使用される。全体のシステムは、最も低い表面エネルギーを伴なう位置にオイルを動かすことによってそのエネルギーを低くすることができ、オイル膜を見えない所に動かすことができる。この原理は、薄いオイル膜と同様に厚いオイル膜に対して相対的に低い電圧で働き、このことは、オイル膜の光学吸収性に必要な条件を緩和する。さらに、この原理は、中間調を実現することが可能である。

別の実施例が図４に示されており、これは、液体（水）６の両側に別々の２つのオイル層５、５’を有する。

層８、８’の材料（例えば、ＡＦ１６００のようなテフロン）とは異なる材料から画素壁１３を製造するか、又はこれらの壁１３に、以下のような十分に高いエネルギーを伴なう斯かる材料１４を備えることによって、

（Ｓは、固体バリヤ材料１４を示す）オイル膜はバリヤ又は材料１４上には形成されない。これは、上のオイル膜５’及び下のオイル膜５が第１の状態又は第２の状態において決して互いに接続されないことを意味する。各層は、上（又は下）のＡＦ１６００層を通る貫通接続（図４に示す電極１２）によって水６にコンタクトすることにより、独立に切り替えることができる。実際、これは、電極１２によって水６を接地し、電極７又は電極１１に電圧を印加することによって行うことができる。この装置は、拡散ホワイト反射体１５を更に有する。視野方向は、図４に矢印１６によって示される。

上に与えられる不等式が成り立つ材料のいくつかの例は、パリレン、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）及びガラスである。

層５、５に異なる色を与えることによって、例えば色素を添加することによって、カラーディスプレイが実現される。これは次の例で説明される。

例１−スリーカラーディスプレイ
図５の実施例では、オイル５は、カラーディスプレイを実現するため、異なる色素を使うことによって異なる色を有する。この例では、図５に示される構成に対してできるだけ高い輝度を得るために、３種類の例えばオイル、即ち、赤の層５Ｒ、緑の層５Ｇ及び青の層５Ｂが使用される。１つの画素は、黒の吸収体２３（背景）及び２つのサブ画素Ａ及びＢを有し、各々のサブ画素は、図４に示されるものに相当する構成を有する。第１の状態において上部のオイル層５Ｂは、サブ画素の各々の半分を覆っている。これは、層８’（ＡＦ１６００）の表面エネルギーを部分的に変更することによって実現できる。他の液体（この場合、水）は、電極１２を通じて、固定電圧、例えばグランド（０Ｖ）とされる。

この構成において赤に着色した画素を得るために、赤のオイルの層５Ｒの下の電極１７は接地（０Ｖ）されなければならず、一方、緑のオイルの層５Ｇの下の電極１８及び青のオイルの層５Ｂの上の電極１１は、電圧Ｖを印加することによって活性化されるべきである。緑の層及び青の層は分裂又はサイドに移動し、黒の吸収体２３の上のサブ画素Ｂは透明になる。結果として、サブ画素Ａは赤に見えサブ画素Ｂは黒に見えるので、画素全体は赤に見える。最大輝度は５０％に限られる。この最大輝度は、最大輝度が３３％に限られる３つの平行画素を伴なう構造に比較して、十分な改良である。

同様のやり方で、５０％の最大輝度を伴なう緑の画素及び５０％の最大輝度を伴なう青の画素を得ることができる。電極に印加される電圧、並びに原色、黒及び白の各々の最大輝度の一覧が、表１に与えられている。

白の状態は、全ての着色層の光を同時に反射することによって得られる。しかしながら、白の状態の色分布は、青の層５Ｂに対して選択されるサイズにかなり依存する。上の例では、青の層は画素の半分を占領する。結果として、緑及び赤は白に２５％寄与し、これは歪ませるようである。青の層が全体の領域の３３％を覆う場合、全体の３３％の低反射であるが、白の状態の色分布は、より良好に見える。しかし、青の状態は、５０％ではなく３３％の最大輝度に達する。

図５で示す構成は、一例として選択されている。上部に赤又は緑を有する他の構成も使用できる。実際、上部に最高反射率を有する色を選択することによって、色の各々によって占領される領域のサイズが異なることによって生じる色のひずみを低減し、及び／又は目の感度を考慮することができる。

例２−スリーカラープラスホワイトディスプレイ
例１で生じる白の状態での輝度の変化は、白のオイルを使うことによって回避できる。白のオイルは、例えば、散乱粒子をオイルに分散させることによって得られる。

図６に示される構成は、斯かる白のオイルを使用する。例１と同様の方法で、異なる色は、電極１７（赤のオイルの層５Ｒの下）、電極１８（緑のオイルの層５Ｇの下）、電極１９（青のオイルの層５Ｂの上）及び電極２０（白のオイルの層５Ｗの上）に電圧を供給することによって得られる。結果が表２に与えらている。

前の例のように、必要に応じて色配列を変えることができる。例えば、１００％反射する高輝度の白の状態も、黒の吸収体２３が白の反射体に置き換えられ、及びサブ画素Ｂの上部におけるオイル層が黒のとき、実現することができる。しかしながら、この構成では、着色状態又は白の状態であるサブ画素Ａの寄与によって、十分な暗状態を得ることができない。これは、得られるコントラストを減少させる。

例３−減法混色カラーディスプレイ
あるいは、図７に示されるように、減法混色の原色を使うことができる。各サブ画素内の２つのオイル層５が使用される場合、サブ画素当たり１つの原色を実現することができる。固定された減法混色カラーフィルタ２１が上部に備えられる場合、表示性能の大きな改良が得られる。図７に示される画素は、３つのサブ画素Ａ、Ｂ及びＣから成る。サブ画素の各々では、減法混色の原色の順序が交番する。即ち、サブ画素Ａに対してＭ（ａｇｅｎｔａ）、Ｃ（ｙａｎ）、Ｙ（ｅｌｌｏｗ）であり、サブ画素Ｂに対してＣ（ｙａｎ）、Ｙ（ｅｌｌｏｗ）、Ｍ（ａｇｅｎｔａ）であり、サブ画素Ｃに対してＹ（ｅｌｌｏｗ）、Ｍ（ａｇｅｎｔａ）、Ｃ（ｙａｎ）である。

原色の各々をサブ画素のうちの少なくとも２つに作ることが可能である。例えばサブ画素Ａにおいて、マゼンタカラーフィルタ部２１Ｍは緑を吸収し、（切替可能な）黄色底部オイル層５Ｙは青を吸収する。赤を吸収する上部のシアンオイル層５Ｃが透過状態に切り替えられると、赤の光が白の背景層（反射体２２）によって反射され、サブ画素Ａが赤く見える。

同様の方法で、サブ画素Ｃは、底部のオイル層５Ｃを透過状態に切り替えることによって赤く見える。サブ画素Ｂに対して、シアンカラーフィルタ２１Ｃは赤を吸収し、Ｂのオイル層５Ｙ、５Ｍのいずれも透過状態に切り替えられない場合、サブ画素Ｂは黒く見える。サブ画素が十分に小さいので、人間の目は個々の応答を区別せず、画素全体が６７％の最大輝度の赤に見える。他の色も、同様のやり方で得ることができる。色及びその対応する電圧状態の概要が、表３に与えられている。

本発明の保護範囲は、記述される実施例には限定されない。例えば、層６を（ＴｉＯ_２の溶液を用いることによって）散乱又は（適切な顔料の溶液を用いることによって）反射として選択することができる。駆動電圧を電極に容量的に結合することもでき、特に電極１２への容量結合は液体５の劣化を防ぐ。貯蔵部の液体の体積が温度、圧力又はその他によって変化する場合、液体のオーバーフロー又は供給のために１つ以上の貯蔵部を含むことができる。

最後に、図８は、画素壁１３が画素の厚さ全体に渡って延在していない実施例を示す。オイル膜５は非常に安定しているように思われ、これは、画素サイズが減少するにつれて更に高まる。壁がオフ状態のオイル膜の厚さの２倍の高さよりも小さくなければ、切替えの間、オイルは各領域に閉じ込められたままである。これは、液体６に対して共通チャネルを使うことができることを意味し、ディスプレイの製作及び駆動を単純にする。そして、液体への単一の電気的接続を外部に作ることができる。他の参照符号は、図４における参照符号と同じ意味を有する。

本発明は、いずれの新規な特有の特徴及びいずれの特有の特徴の組合せにも存在する。動詞「有する」及びその活用形は請求項に記載されている以外の要素の存在を排除するものではない。要素が単数であることは斯かる要素の複数の存在を排除するものではない。

本発明による表示装置の一部の概略断面である。 本発明による表示装置の一部の概略断面である。 本発明による表示装置の一部の別の概略断面である。 本発明による表示装置の一部の概略である。 本発明によるカラー表示装置の一部の概略断面である。 本発明の他の実施例である。 本発明の他の実施例である。 本発明の他の実施例である。 本発明による表示装置の一部の別の概略断面である。

Claims (5)

1. 第１の支持プレートと第２の支持プレートとの間の画素のスペースに互いに混合しない少なくとも１つの第１の液体及び第２の液体を有する複数の画素を有する表示装置であって、前記第２の液体は電気導電性又は有極性であり、前記第１の支持プレートが前記画素内に疎水性層を含んでおり、
   当該表示装置の前記画素は、電圧が印加されない少なくとも一つの第１の状態と電圧が印加される異なる第２の状態との間で電気的に切替え可能であり、
   前記第１の状態において、前記第１の液体は第１の液体層を形成し、前記第２の液体は前記第１の液体層上に第２の液体層を形成し、前記第１の液体層は前記第２の液体層と前記第１の支持プレートとの間に設けられ、
   前記疎水性層は、前記第１の状態において前記第１の液体のみによって隣接されるとともに前記第２の状態において前記第２の液体のみによって隣接される領域を有しており、前記第１の状態及び第２の状態は前記領域に表示効果を与え、
   前記第１の液体は前記第１の状態及び前記第２の状態において前記画素のスペースに閉じ込められる、表示装置。
2. 前記第２の液体は前記画素の前記スペースに閉じ込められる、請求項１による表示装置。
3. 前記第２の液体は、幾つかの画素に共通する層を形成する、請求項１による表示装置。
4. 複数の画素は、前記第１の支持プレートと前記第２の支持プレートとの間の高さより小さい高さに延びる複数の画素壁を有する、請求項３による表示装置。
5. 前記第１の液体は、前記第１の状態において前記画素内で広がり、前記第２の状態において前記画素内で収縮する、請求項１〜４のいずれか一項による表示装置。

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