JP5042865B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関し、画素を有し、各画素が第１の支持プレートと第２の支持プレートとの間の空間内で互いに不混和性の少なくとも１つの第１の流体と第２の流体とを有し、当該第２の流体が電気伝導性又は有極性のものである表示装置に関する。

ＴＦＴ−ＬＣＤのような表示装置は、ラップトップコンピュータ及び電子手帳に用いられているが、ＧＳＭ電話においても益々拡大する用途を見出している。ＬＣＤに代わり、例えば（ポリマ）ＬＥＤ表示装置も用いられつつある。

これまで十分に確立されているこれら表示効果とは別に、ペーパホワイト用途に適した電気泳動ディスプレイのような他の表示技術が進化しつつある。

より包括的には、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空間内で互いに不混和性の少なくとも１つの第１の流体と第２の流体とを有し、当該第２の流体が電気伝導性又は有極性のものである光学スイッチに関する。

光学スイッチは、シャッタ用途、ダイヤフラムだけでなく、例えばディスプレイ用途におけるスイッチ可能なカラーフィルタにも用いることができる。

本発明は、エレクトロウェッティング（electro-wetting）と呼ばれる原理に基づいている。本発明は、この原理を用いる新しい態様であって、第１の状態で当該流体の１つを第１の支持プレートの比較的大なる部分に隣接させ、第２の状態では他の流体を少なくとも一部、当該第１の支持プレートに隣接させるものを提供する。

例えば（第１の）流体が（着色した）オイルで、第２の（他の）流体が水（界面張力のため）である場合、水の層とオイルの層を有する２層システムが設けられる。しかし、水と第１の支持プレート上の電極との間に電圧が印加されると、オイルの層は、静電気力により脇へ動き、或いは崩壊する。水の部分はこのときオイルの層を貫通するので、画素は部分的に透明になる。（拡散性の）反射器が画素の中又は下のオイルに位置づけられる場合には、反射型ディスプレイが実現される。

この原理に基づく表示装置は、ＰＣＴ出願ＷＯ０３／００１９６（ＰＨ−ＮＬ０２．０１２９）に記述されている。この出願に示される全ての実施例において、画素壁部が画素全体の厚さにわたり延びていない画素が説明されており、第２の状態において他の流体が第１の支持プレートにほぼ完全に隣接する。画素（ピクセル）が規定された空間（例えば、実質的に閉じた空間）に対応することを可能にすることができるような、この出願に示されていない実施例も可能である。

この表示装置は、電圧が印加されたときの状態では漏れ電流が少ないので低電力消費を呈する。しかしながら、電子書籍のような幾つかの用途においては、極めて低い電力消費が望まれる。また、中間的な透過又は反射の値（濃淡値）を有するこうした用途における反射型ディスプレイの需要が益々増えている。

本発明の目的の１つは、上述した問題を少なくとも一部克服することである。

このため、本発明によれば、本装置は、副画素を画定するように第１の流体を分離する境界部が画像領域内に第１の支持プレート上に設けられ、当該第１の支持プレートは、副画素毎に電極を有する。（局部的）電圧の印加なしでオイルの動きを防止する境界部が画素（ピクセル）内に組み入れられると、当該システムにおいて双安定性が実現され、すなわち電圧がなくなっても当該システムの光学的状態が不変になる。このようにして、電力消費が低減される。

好適実施例において、当該境界部は、壁部に設けられた、より湿潤性の高い表面を有する。

低下した電力の使用とは別に、双安定性のさらなる利点の１つは、双安定表示装置において濃淡値を得るためのその方法自体その技術において知られているならば、画素の領域を異なる領域に分割することによって濃淡値を得ることの実現性である。

但し、本発明の他の好適実施例は、電極のうちの１つにパルス状の高電圧を印加し当該パルスが境界部全体にわたりオイルが動くのに必要とされる時間よりも短いものとすることによりアナログの階調を得ることの実現性を提供する。

本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に説明する実施例に基づいて明らかとなる。

図面は、概略的なものであり一律の尺度で描いたものではない。対応する要素は、概して同じ参照番号により示される。

図１は、例えば１つの画素のような表示装置１の一部の概略的断面を示し、本発明による表示装置の基礎を形成する原理を示している。２つの透明基板又は支持プレート３，４の間には、第１の流体５と第２の流体６が設けられ、これらは、互いに不混和性のものとされる。第１の流体５は、例えばヘキサデカンのような又は本例では（シリコン）オイルのようなアルカンとされる。第２の流体６は、例えば水又は塩溶液（例えば、水とエチルアルコールとの混合物におけるＫＣｌの溶液）などの電気的伝導性又は有極性のものとされる。本例では透明基板７の下で、オイルの下に位置づけられる拡散反射器１０によって、反射型ディスプレイ画素が実現される。

第１の状態において、外部電圧が印加されていない場合（図１ａ）、流体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上には、例えばインジウム（スズ）酸化物のような透明電極７と、本例ではアモルファスフルオロポリマ（ＡＦ１６００）とされる低湿潤性（疎水性）の中間層８が設けられる。画素の全領域にわたるオイルの存在により、黒が現われる（矢印１１）。

相互接続部２０，２１を介して電圧が印加される（電圧源９）場合、層５は、脇に動き小滴群に崩壊する（図１ｂ）。これは、静電気エネルギ利得が湾曲した表面の形成による表面エネルギ損失よりも大きいときに起こる。この場合、画素の主たる領域で光が反射する一方、小さな部分だけが黒を表す（矢印１２）。

図２は、本発明による表示装置の一部の平面図を示しており、図３〜図７は、図２における線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略的断面を示している。所定の駆動状態においてオイルの動きを防止する他の親水性の境界部すなわち壁部１３が画素に組み込まれる。

画素壁部２は、画素の厚さ全体にわたり延在する必要がない。壁部２，１３は、当該技術において知られているフォトリソグラフィ、オフセット印刷又は他の印刷技術により得ることができる。他の参照番号は、図１におけるものと同じ意味を有する。

本例における境界部１３は、画素を等しいサイズを有する２つのセグメントに分割する。また、画素は、個々にアドレス指定可能な等しいサイズの２つの電極７，７´を有する。当該境界部１３（これは可能な限り狭く選定される）に対し、親水性となるような材料が選定される。これは、オイル５が当該境界部を湿らすこと、特に当該境界部の頂部を湿らすることを防止することを意味する。後者の点は、境界部すなわち壁部１３の頂部に、より湿潤性の高い表面１３´を形成することにより達成可能である。同時に、画素壁部２の材料よりも低い親水性になるように選ばれる。これにより、電極７，７´のどちらか又は双方への電圧印加が近隣の副画素のうちの一方にオイルを移動させることになる、という効果を奏する。以下で説明する例における全ての電圧は、第２の流体６にかけられるグランド電位に対して選定されるものである。

図３において、オイル５は、両方の画素部分にわたり均等に分布させられる。これは、Ｖ１（電極７に印加されるもの）及びＶ２（電極７´に印加されるもの）が等しくかつどちらも大きさが小さい場合に達成される。

壁部１３の側部上の当該オイルの固着は、当該２つのオイル体積の分離を確実にするよう十分に強いものとなっている。但し、Ｖ１又はＶ２のどちらかが増大したときには、或るポイントで、オイルは当該境界部を濡らそうとする傾向となる。何故なら、比較的高い電圧を有する電極の領域では下側にある基板２（又は反射層１０）が壁部１３自体よりも高い親水性となるからである。この結果、オイルは壁部１３を横断して他の側へ移動することになり、図４（Ｖ１＞＞Ｖ２）又は図５（Ｖ１＜＜Ｖ２）に示される状況となる。

画素を最暗状態（オイルが図６に示されるように均等に分布させられる状態）にリセットするため、両方の副画素に高い電圧が印加され、画素の下にある表面は壁部１３よりも高い親水性のものとなる。この結果、オイル５は、壁部１３をわたって動き、図６におけるが如く画素全体にわたり再分布することになる。電圧を解除すると、今度は画素の下にある表面よりも高い親水性になるので、壁部１３においてオイル層を分裂させることになる。ここで選定される電極構成は、一例に過ぎない。電極７，７´に対して等しい面積を選ぶことにより、実際上、図５及び図６の双方の状況は、同様の反射（又は透過）特性すなわち中間のグレーを呈する。

図７は、アナログ階調の安定した濃淡値をタイミングを用いることによりどのようにして得られるかを示している。図３に示される状況においてパルス状の高電圧が電極７，７´のうちの一方に印加され、そのパルスがオイルを壁部１３全体にわたり動かすのに必要な時間よりも短いものとすると、その最終状態において、当該オイル膜は、画素の一方の部分において当該他方におけるものよりも厚くなる。当該膜の公称の厚さは光の約１％が反射するようなものなので、当該膜が厚くなったところの部分においてそれほど反射率が低下することはない。但し、当該オイル膜が薄くなっている部分の反射率は大幅に増大することになり、この結果、画素の反射率の全体が増加することになる。このようにして、オイルが動くのにかかる時間に対するパルス長に応じて、アナログ階調の安定した濃淡値が得られる。

ここで選定される電極構成は、一例に過ぎない。円形形状のような他の電極構成も採用可能である。２つのピクセル部分の領域は、異なるものとすることができ、これにより複数の濃淡値が得られる。

図８は、画素領域が或る特定の面積比を有する４つの部分７，７´，７´´，７´´´に分割され電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４により駆動される電極構成を示している。図９は、画素領域が別の面積比を有する３つの部分７，７´，７´´に分割され電圧Ｖ１，Ｖ２及びＶ３により駆動される電極構成を示している。図１０は、連続した画素領域部７´，７´´，７´´´により囲まれている中央の画素領域７を有する電極構成を示している。これらの部分は、図１１に示されるように、必ずしも正方形又は長方形である必要はない。

原理の幾つかの変形は可能である。反射型装置を説明したが、ディスプレイを透過型としてもよい。また、壁部１３の高さを変えてもよく、その壁部が例えば湾曲面を有するものとしてもよい。当該高さの変更は、固定状態のオイルの曲率を変更することになるので、必要な電圧及び当該状態の安定性に影響を与えることになる。境界部１３の材料が画素壁部２に用いられる材料と同じである場合、画素壁部のように等しく親水性のものとされ、ここでは境界部１３の高さ（これは常に画素壁部よりも低いものとされゼロとすることさえ可能であり、副画素を駆動する位置において相当に強い親水性、場合によっては画素壁部２のものよりもさらに強いものとすることを必要とする場合がある）が画素の動的性能を決めるパラメータとなる。この場合、画素サイズに対するオイルの体積は、重要な役目を担うことになる。画素全体を満たすのに、すなわち両方の電極が高電圧に切り換えられた場合に低めの境界部にわたって満たすのに十分なオイルがあるのがよい。

本発明は、ありとあらゆる新規な特徴的事項及び特徴的事項のありとあらゆる組み合わせに存するものである。請求項における参照符号は、それらの保護範囲を限定するものではない。「有する」なる動詞及びその活用形の使用は、当該請求項に記載されたもの以外の要素の存在を排除するものではない。要素の単数表現は、そのような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基礎となる原理を示すための表示装置の一部の概略的断面図。 本発明による表示装置の基礎となる原理を示すための表示装置の一部の概略的断面図。 本発明による表示装置の一部の平面図。 様々な駆動状態における図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略的断面図。 様々な駆動状態における図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略的断面図。 様々な駆動状態における図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略的断面図。 様々な駆動状態における図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略的断面図。 様々な駆動状態における図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略的断面図。 本発明による他の表示装置の部分の平面図。 本発明による他の表示装置の部分の平面図。 本発明による他の表示装置の部分の平面図。 本発明による他の表示装置の部分の平面図。

Claims (11)

1. 壁部（２）によって分離される画素を有する表示装置であって、
   各画素は、
   第１の透光性支持プレート（３）と、
   第２の支持プレート（４）と、
   少なくとも１つの第１の流体（５）と、
   前記第１の流体（５）とは不混和性であり、電気的伝導性又は有極性である第２の流体（６）と、
   を備え、
   前記第１の流体（５）及び前記第２の流体（６）は、前記第１の透光性支持プレート（３）と前記第２の支持プレート（４）との間の空間に位置しており、
   境界部（１３）は、前記空間を異なる副画素に分割しており、
   副画素の表面領域は、前記第２の流体に対して湿潤性が低く、高い湿潤性の表面領域を有する境界部（１３）により他の副画素から分離されており、
   前記第１の透光性支持プレート（３）は、各副画素の電極（７）を有しており、
   前記境界部は、前記第１の流体（５）を前記副画素に対応する容量に分離し、かつ、第１副画素と第２副画素との間で、前記第１の流体（５）の伝搬を可能にし、
   前記第２副画素に十分に高い電圧を印加することによって、前記第２副画素の表面は、前記第２の流体に対して前記境界部（１３）よりも湿潤性が高くなり、前記第１の流体（５）は前記境界部（１３）を移動可能となり、前記第１副画素に移動し、
   電圧印加の解除により、前記境界部（１３）は、前記第１及び前記第２副画素の表面よりも湿潤性が高くなり、前記第１の流体（５）は前記境界部（１３）により分離される、表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置であって、動作中に電圧手段（９，２０，２１）が前記副画素の電極（７，７’、７’’、７’ ’ ’）に電圧（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）を供給する表示装置。
3. 請求項１に記載の表示装置であって、前記境界部（１３）は、前記第２の流体（６）に対して高い湿潤性の頂部（１３’）を有する、表示装置。
4. 請求項３に記載の表示装置であって、前記画素は画素壁部（２）により分離されており、画素内の画素壁部（２）の高さは前記境界部（１３）の高さより高い、表示装置。
5. 請求項１に記載の表示装置であって、前記境界部（１３）は、画素を分離する画素壁部（２）よりも高い湿潤性がある、表示装置。
6. 請求項１又は２に記載の表示装置であって、動作中において前記電圧手段（９，２０，２１）によりパルス状の高電圧が前記電極（７，７’）の１つに供給され、当該パルスは、前記境界部（１３）全体にわたり前記第１の流体（５）が動くのに必要な時間よりも短い、表示装置。
7. 第１の透光性支持プレート（３）と、
   第２の支持プレート（４）と、
   少なくとも１つの第１の流体（５）と、
   前記第１の流体（５）とは不混和性であり、電気的伝導性又は有極性である第２の流体（６）と、
   を備え、
   前記第１の流体（５）及び前記第２の流体（６）は、前記第１の透光性支持プレート（３）と前記第２の支持プレート（４）との間の空間に位置しており、
   境界部（１３）は、前記空間を異なる副画素に分割しており、
   副画素の表面領域は、前記第２の流体に対して湿潤性が低く、高い湿潤性の表面領域を有する境界部（１３）により他の副画素から分離されており、
   前記第１の透光性支持プレート（３）は、各副画素の電極（７）を有しており、
   前記境界部は、前記第１の流体（５）を前記副画素に対応する容量に分離し、かつ、第１副画素と第２副画素との間で、前記第１の流体（５）の伝搬を可能にし、
   前記第２副画素に十分に高い電圧を印加することによって、前記第２副画素の表面は、前記第２の流体に対して前記境界部（１３）よりも湿潤性が高くなり、前記第１の流体（５）は前記境界部（１３）を移動可能となり、前記第１副画素に移動し、
   電圧印加の解除により、前記境界部（１３）は、前記第１及び前記第２副画素の表面よりも湿潤性が高くなり、前記第１の流体（５）は前記境界部（１３）により分離される、光学スイッチ。
8. 請求項７に記載の光学スイッチであって、動作中において電圧手段が前記副画素の電極に電圧を供給する光学スイッチ。
9. 請求項７に記載の光学スイッチであって、副画素の表面領域は、前記第２の流体に対して湿潤性が低く、高い湿潤性の表面領域を有する領域によって他の副画素から分離されている、光学スイッチ。
10. 請求項７に記載の光学スイッチであって、前記境界部（１３）は、前記第２の流体（６）に対して高湿潤性の頂部（１３’）を有する、光学スイッチ。
11. 請求項７に記載の光学スイッチであって、動作中において前記電圧手段（９，２０，２１）により前記電極（７，７’）のうちの１つにパルス状の高電圧が供給され、そのパルスは、前記境界部（１３）全体にわたり前記第１の流体（５）が動くのに必要な時間よりも短い、光学スイッチ。

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