JP7104852B2 - 圧電電気泳動ディスプレイ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１８年８月１４日に出願された、米国仮出願第６２／７１８，５８７号に関連し、その優先権を主張する。

前述の出願の開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる。

（発明の対象）
本明細書に開示される主題は、電源に接続されずにアクティブ化または駆動され得る、圧電電気泳動ディスプレイと、そのようなデバイスを動作させるための方法とに関する。

（背景）
非発光型ディスプレイは、コントラスト差を使用して、情報を伝達し、これは、異なる周波数の光の反射率を変動させることによって達成される。したがって、それらは、光を放出することによって眼を刺激する、従来の発光型ディスプレイと明確に異なる。１つのタイプの非発光型ディスプレイは、電気泳動ディスプレイであって、これは、電気泳動の現象を利用して、コントラストを達成する。電気泳動は、印加された電場内の荷電粒子の移動を指す。電気泳動が、液体中で生じるとき、粒子は、主に、粒子によって被られる粘性抗力、その電荷、液体の誘電性質、および印加される場の大きさによって判定される、速度を伴って移動する。

電気泳動ディスプレイは、異なる色の誘電液体媒体中に懸濁された１つの色の荷電粒子を利用する（すなわち、粒子によって反射された光が、液体によって吸収される）。懸濁液は、そのうちの一方が透明である、一対の対向して配置される電極間に位置する（または部分的に、それらによって画定される）、セル内に格納される。電極が、ＤＣまたはパルス状場を媒体を横断して印加するように動作されると、粒子は、反対符号の電極に向かって移行する。結果は、視覚的に観察可能な色変化となる。特に、十分な数の粒子が、透明電極に到達すると、その色は、ディスプレイを支配する。しかしながら、粒子が、他方の電極に引っ張られる場合、それらは、液体媒体の色によって曖昧にされ、これが、代わりに、支配する。

（要約）
本明細書に開示される主題の一側面によると、書込装置は、第１の電極と、圧電材料の層と、第１の電極と圧電材料の層との間に位置付けられる、電気泳動材料の層とを含み、圧電材料の層上の応力は、電気泳動材料の層の光学変化をもたらす。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
書込装置であって、
第１の電極と、
圧電材料の層と、
前記第１の電極と前記圧電材料の層との間に位置付けられた電気泳動材料の層と
を備え、
前記圧電材料の層上の応力は、前記電気泳動材料の層の光学変化をもたらす、装置。
（項目２）
前記第１の電極と反対の前記圧電材料の側上に位置付けられた第２の電極をさらに備える、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記圧電材料の層と前記第２の電極との間に位置付けられた間隙をさらに備える、項目２に記載の装置。
（項目４）
前記電気泳動材料の層は、マイクロセルベースである、項目１に記載の装置。
（項目５）
前記電気泳動材料の層は、マイクロカプセルベースである、項目１に記載の装置。
（項目６）
スタイラスをさらに備える、項目１に記載の装置。
（項目７）
前記スタイラスは、非伝導性である、項目６に記載の装置。
（項目８）
前記スタイラスは、伝導性である、項目６に記載の装置。
（項目９）
前記第２の電極は、１０ ^１３ オーム未満の抵抗率を有する、項目２に記載の装置。
（項目１０）
前記マイクロセルは、２０ミクロン未満の高さを有する、項目４に記載の装置。

図１は、本明細書に開示される主題による、例示的書込装置の断面図である。

図２は、本明細書に開示される主題による、別の書込装置の断面図である。

図３は、本明細書に開示される主題による、書込ボードの実施形態である。

（詳細な説明）
用語「電気光学」は、材料またはディスプレイに適用されるように、画像化技術分野におけるその従来的な意味で使用され、少なくとも１つの光学特性が異なる第１および第２の表示状態を有する材料であって、材料への電場の印加によって、その第１からその第２の表示状態に変化される、材料を指すために、本明細書で使用される。光学特性は、典型的には、ヒトの眼に知覚可能な色であるが、光学透過率、反射率、ルミネッセンス、または機械読取のために意図されるディスプレイの場合、可視範囲外の電磁波長の反射の変化の意味における擬似色等の別の光学特性であってもよい。

用語「双安定」および「双安定性」は、当技術分野におけるそれらの従来の意味で、少なくとも１つの光学特性が異なる第１および第２の表示状態を有する表示要素を備えるディスプレイであって、第１または第２の表示状態のうちのいずれか一方を呈するように、有限持続時間のアドレス指定パルスを用いて、所与の要素が駆動されてから、アドレス指定パルスが終了した後に、表示要素の状態を変化させるために必要とされるアドレス指定パルスの最小持続時間の少なくとも数倍、例えば、少なくとも４倍、その状態が続くようなディスプレイを指すために、本明細書で使用される。米国特許第７，１７０，６７０号では、グレースケール対応のいくつかの粒子ベースの電気泳動ディスプレイが、その極端な黒および白状態においてだけではなく、また、その中間グレー状態においても、安定しており、同じことは、いくつかの他のタイプの電気光学ディスプレイにも当てはまることが示されている。本タイプのディスプレイは、適切には、双安定性ではなく、「多安定性」と呼ばれるが、便宜上、用語「双安定性」が、本明細書では、双安定性および多安定性ディスプレイの両方を網羅するために使用され得る。

用語「グレー状態」は、画像化技術分野におけるその従来的な意味において本明細書では使用され、２つの極端なピクセルの光学的状態の中間の状態を指し、必ずしも黒と白とのこれらの２つの極端な状態の間の遷移を意味するわけではない。例えば、下記に参照されるいくつかの電気泳動インクに関する特許および公開された出願は、極端な状態が白および濃青であり、中間の「グレー状態」が実際には薄青になる電気泳動ディスプレイを説明している。実際、すでに述べたように、光学的状態の変化は、色の変化では全くない場合もある。用語「黒」および「白」は、ディスプレイの２つの極端な光学的状態を指すように以下で使用される場合があり、例えば、前述の白および濃青状態等の厳密には黒および白ではない極端な光学的状態を通常含むものとして理解されるべきである。用語「単色」は、以降、介在グレー状態を伴わず、ピクセルをその２つの極端な光学状態のみに駆動させる、ディスプレイまたは駆動スキームを指すために使用され得る。

用語「ピクセル」は、本明細書では、ディスプレイ自体が示し得る、全ての色を発生させることが可能なディスプレイの最小単位を意味するために、その従来の意味において使用される。フルカラーディスプレイでは、典型的には、各ピクセルは、複数のサブピクセルから成り、それぞれ、ディスプレイ自体が示し得る、全て未満の色を表示することができる。例えば、大部分の従来のフルカラーディスプレイでは、各ピクセルは、赤色サブピクセル、緑色サブピクセル、青色サブピクセル、および随意に、白色サブピクセルから成り、サブピクセルはそれぞれ、黒色からその規定された色の最明バージョンまでの色の範囲を表示することが可能である。

いくつかのタイプの電気光学ディスプレイが、公知である。１つのタイプの電気光学ディスプレイは、例えば、米国特許第５，８０８，７８３号、第５，７７７，７８２号、第５，７６０，７６１号、第６，０５４，０７１号、６，０５５，０９１号、第６，０９７，５３１号、第６，１２８，１２４号、第６，１３７，４６７号、および第６，１４７，７９１号に説明されるような回転二色部材タイプである（本タイプのディスプレイは、多くの場合、「回転二色ボール」ディスプレイと称されるが、前述の特許のうちのいくつかでは、回転部材が球状ではないため、用語「回転二色部材」の方がより正確なものとして好ましい）。そのようなディスプレイは、異なる光学特性を伴う２つ以上の区分と、内部双極子とを有する、多数の小さい本体（典型的には、球状または円筒形）を使用する。これらの本体は、マトリクス内に液体が充填された空胞の中に懸濁され、空胞は、本体が自由に回転するように、液体で充填されている。ディスプレイの外観は、そこに電場を印加し、したがって、本体を種々の位置に回転させ、視認表面を通して見られる本体の区分を変動させることによって、変更される。本タイプの電気光学媒体は、典型的には、双安定性である。

別のタイプの電気光学ディスプレイは、エレクトロクロミック媒体、例えば、少なくとも部分的に半導体金属酸化物から形成される電極と、電極に付着して色の変化を反転可能な複数の染色分子とから成る、ナノクロミックフィルムの形態におけるエレクトロクロミック媒体を使用する。例えば、Ｏ’Ｒｅｇａｎ，Ｂ．，ｅｔ ａｌ，Ｎａｔｕｒｅ １９９１，３５３，７３７、およびＷｏｏｄ，Ｄ．，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，１８（３），２４（２００２年３月）を参照されたい。また、Ｂａｃｈ，Ｕ．，ｅｔ ａｌ，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，２００２，１４（１１），８４５も参照されたい。本タイプのナノクロミックフィルムはまた、例えば、米国特許第６，３０１，０３８号、第６，８７０，６５７号、および第６，９５０，２２０号にも説明されている。本タイプの媒体もまた、典型的には、双安定性である。

別のタイプの電気光学ディスプレイは、Ｐｈｉｌｉｐｓによって開発され、Ｈａｙｅｓ，Ｒ．Ａ．，ｅｔ ａｌ，「Ｖｉｄｅｏ－Ｓｐｅｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐａｐｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ」，Ｎａｔｕｒｅ，４２５，３８３－３８５（２００３年）に説明されている、エレクトロウェッティングディスプレイである。米国特許第７，４２０，５４９号には、そのようなエレクトロウェッティングディスプレイが双安定性となり得ることが示されている。

長年にわたり研究および開発の関心の対象である、あるタイプの電気光学ディスプレイは、粒子ベースの電気泳動ディスプレイであって、複数の帯電粒子が、電場の影響下で流体を通って移動する。電気泳動ディスプレイは、液晶ディスプレイと比較したときに、良好な輝度および対比、広視野角、状態双安定、ならびに低電力消費の属性を有することができる。

上述のように、電気泳動媒体は、流体の存在を必要とする。殆どの先行技術の電気泳動媒体では、この流体は、液体であるが、電気泳動媒体は、ガス状流体を使用して生成され得る（例えば、Ｋｉｔａｍｕｒａ，Ｔ．，ｅｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｏｎｅｒ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｐｅｒ－ｌｉｋｅ ｄｉｓｐｌａｙ，ＩＤＷ Ｊａｐａｎ，２００１，Ｐａｐｅｒ ＨＣＳ１－１、およびＹａｍａｇｕｃｈｉ，Ｙ．，ｅｔ ａｌ．，Ｔｏｎｅｒ ｄｉｓｐｌａｙ ｕｓｉｎｇ ｉｎｓｕｌａｔｉｖｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃｈａｒｇｅｄ ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ，ＩＤＷ Ｊａｐａｎ，２００１，Ｐａｐｅｒ ＡＭＤ４－４号参照）。同様に、米国特許第７，３２１，４５９号および第７，２３６，２９１号も参照されたい。そのようなガスベース電気泳動媒体は、例えば、媒体が垂直プレーンに配置される看板等、媒体がそのような沈降を可能にする配向で使用されるときに、粒子沈降のために液体ベース電気泳動媒体と同じ種類の問題の影響を受けやすいと考えられる。実際、粒子沈降は、電気泳動粒子のより高速の沈降を可能にする流体の粘度と比較して、ガス状懸濁流体のより低い粘度のため、液体ベース電気泳動媒体よりもガスベース電気泳動媒体において深刻な問題であると考えられる。

Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＭＩＴ）およびＥ Ｉｎｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された、またはそれらの名義の多数の特許および出願は、カプセル化された電気泳動および他の電気光学媒体に使用される種々の技術を説明している。そのようなカプセル化された媒体は、多数の小型カプセルを含み、そのそれぞれはそれ自体、電気泳動により移動可能な粒子を流体媒体中に含有する内相と、内相を包囲するカプセル壁とを含む。典型的には、カプセルはそれ自体が、ポリマー接着剤内に保持され、２つの電極間に位置付けられる密着した層を形成する。これらの特許および出願に説明される技術としては、以下が挙げられる。
（ａ）電気泳動粒子、流体、および流体添加物（例えば、米国特許第７，００２，７２８号および第７，６７９，８１４号参照）
（ｂ）カプセル、結合剤、およびカプセル化プロセス（例えば、米国特許第６，９２２，２７６号および第７，４１１，７１９号参照）
（ｃ）電気光学材料を含有するフィルムおよびサブアセンブリ（例えば、米国特許第６，９８２，１７８号および第７，８３９，５６４号参照）
（ｄ）バックプレーン、接着剤層、および他の補助層、ならびにディスプレイに使用される方法（例えば、米国特許第７，１１６，３１８号および第７，５３５，６２４号参照）
（ｅ）色形成および色調節（例えば、米国特許第７，０７５，５０２号および第７，８３９，５６４号参照）
（ｆ）ディスプレイを駆動するための方法（例えば、米国特許第７，０１２，６００号および第７，４５３，４４５号参照）
（ｇ）ディスプレイの適用（例えば、米国特許第７，３１２，７８４号および第８，００９，３４８号参照）
（ｈ）非電気泳動ディスプレイ（米国特許第６，２４１，９２１号、第６，９５０，２２０号、第７，４２０，５４９号、および第８，３１９，７５９号、ならびに米国特許出願公開第２０１２／０２９３８５８号参照）
（ｉ）マイクロセル構造、壁材料、およびマイクロセルを形成する方法（例えば、米国特許第７，０７２，０９５号および第９，２７９，９０６号参照）
（ｊ）マイクロセルを充填およびシールするための方法（例えば、米国特許第７，１４４，９４２号および第７，７１５，０８８号参照）

前述の特許および出願の多くは、カプセル化電気泳動媒体内の離散マイクロカプセルを囲繞する壁が、連続相と置換され得、したがって、いわゆる高分子分散電気泳動ディスプレイを生成し、その中で、電気泳動媒体が、電気泳動流体の複数の離散液滴と、高分子材料の連続相とを備え、そのような高分子分散電気泳動ディスプレイ内の電気泳動流体の離散液滴が、離散カプセル膜が各個々の液滴と関連付けられない場合でも、カプセルまたはマイクロカプセルと見なされ得ることを認識する。例えば、前述の米国特許第６，８６６，７６０号を参照されたい。故に、本願の目的のために、そのような高分子分散電気泳動媒体は、カプセル化電気泳動媒体の亜種と見なされる。

関連タイプの電気泳動ディスプレイは、いわゆる「マイクロセル電気泳動ディスプレイ」である。マイクロセル電気泳動ディスプレイでは、帯電粒子および流体は、マイクロカプセル内にカプセル化されないが、代わりに、担体媒体、典型的には、高分子フィルム内に形成される、複数の空洞内に留保される。例えば、米国特許第６，６７２，９２１号および第６，７８８，４４９号を参照されたい（両方とも、Ｓｉｐｉｘ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｉｎｃに譲渡されている）。

多くの場合、電気泳動媒体は不透明であり（例えば、多くの電気泳動媒体では、粒子は、ディスプレイを通る可視光の透過を実質的に遮断するため）、反射モードで動作するが、多くの電気泳動ディスプレイは、１つのディスプレイ状態が実質的に不透明であり、１つは、光透過性である、いわゆる「シャッタ」モードで動作するように作製され得る。例えば、米国特許第５，８７２，５５２号、第６，１３０，７７４号、第６，１４４，３６１号、第６，１７２，７９８号、第６，２７１，８２３号、第６，２２５，９７１号、および第６，１８４，８５６号を参照されたい。誘電泳動ディスプレイは、電気泳動ディスプレイと類似するが、電場強度の変動に依存し、類似のモードで動作し得る。米国特許第４，４１８，３４６号を参照されたい。他の種類の電気光学ディスプレイもまた、シャッタモードで動作することが可能なことがある。シャッタモードで動作する電気光学媒体は、フルカラーディスプレイ用の多層構造において有用であり得、そのような構造では、ディスプレイの画面に隣接する少なくとも１つの層は、シャッタモードで動作して、画面からより遠くにある第２の層を露出または隠蔽する。

カプセル化された電気泳動ディスプレイは、典型的には、従来的な電気泳動機器のクラスタ化および沈降故障モードに悩まされることがなく、多様な柔軟性および剛性基板上にディスプレイを印刷またはコーティングする能力等のさらなる利点を提供する。（「印刷」という語の使用は、全ての形態の印刷およびコーティングを含むことが意図され、限定ではないが、前計量コーティング、例えば、パッチダイコーティング、スロットまたは押出コーティング、スライドまたはカスケードコーティング、カーテンコーティング等、ロールコーティング、例えば、ナイフオーバーロールコーティング、フォワードおよびリバースロールコーティング等、グラビアコーティング、浸漬コーティング、吹き付けコーティング、メニスカスコーティング、スピンコーティング、ブラシコーティング、エアナイフコーティング、シルクスクリーン印刷プロセス、静電気印刷プロセス、熱印刷プロセス、インクジェット印刷プロセス、電気泳動析出（米国特許第７，３３９，７１５号参照）、ならびに他の同様の技術が挙げられる。）したがって、得られるディスプレイは、柔軟性であり得る。さらに、ディスプレイ媒体は、種々の方法を使用して印刷され得るため、ディスプレイ自体は、安価に作製され得る。

他のタイプの電気光学材料もまた、本発明で使用されてもよい。

電気泳動ディスプレイは、通常、電気泳動材料の層と、電気泳動材料の両側に配置される、少なくとも２つの他の層（これらの２つの層のうちの１つは、電極層である）とを備える。大部分のそのようなディスプレイでは、両層が、電極層であって、電極層の一方または両方が、ディスプレイのピクセルを画定するようにパターン化される。例えば、一方の電極層は、伸長行電極に、他方は、行電極に対して直角に延設される、伸長列電極にパターン化されてもよく、ピクセルは、行および列電極の交差によって、画定される。代替として、かつより一般的には、一方の電極層は、単一連続電極の形態を有し、他方の電極層は、ピクセル電極の行列にパターン化され、そのそれぞれが、ディスプレイの１ピクセルを画定する。ディスプレイと別個のスタイラス、印字ヘッド、または類似可動電極との併用が意図される、別のタイプの電気泳動ディスプレイでは、電気泳動層に隣接する層のうちの１つのみが、電極を備え、電気泳動層の反対側の層は、典型的には、可動電極が、電気泳動層に損傷を及ぼすのを防止することが意図される、保護層である。

米国特許第６，７０４，１３３号に説明されるようなさらに別の実施形態では、電気泳動ディスプレイは、２つの連続電極と、電極間の電気泳動層および光電気泳動層とともに構築されてもよい。光電気泳動材料は、光子の吸収に伴って抵抗率を変化させるため、入射光が、電気泳動媒体の状態を改変させるために使用されることができ。そのようなデバイスは、図１に図示される。米国特許第６，７０４，１３３号に説明されるように、図１のデバイスは、ディスプレイの視認表面と対向側上に位置する、ＬＣＤディスプレイ等の発光型源によって駆動されるとき、最良に作用する。いくつかの実施形態では、米国特許第６，７０４，１３３号のデバイスは、特殊障壁層を正面電極と光電気泳動材料との間に組み込み、反射性電気光学媒体を越えて漏出する、ディスプレイの正面からの入射光によって生じる、「暗電流」を低減させている。

前述の米国特許第６，９８２，１７８号は、大量生成に非常に適した固体電気光学ディスプレイ（カプセル化された電気泳動ディスプレイを含む）を組み立てる方法を説明している。本質的に、この特許は、光透過性導電性層、導電性層と電気接触する固体電気光学媒体の層、接着剤層、および剥離シートを順に備える、いわゆる「フロントプレーンラミネート」（「ＦＰＬ」）を説明している。典型的には、光透過性導電性層は、光透過性基板上に担持され、好ましくは、基板が永久的な変形を伴わずに、（例えば）直径１０インチ（２５４ｍｍ）のドラムの周囲に手で巻き付けられ得るという意味で柔軟性である。この出願および本明細書において、「光透過性」という用語は、そのように指定される層が、その層を通して見ている観察者が、電気光学媒体のディスプレイ状態の変化を観察することを可能にするために十分な光を透過させ、通常、導電性層および隣接する基板（存在する場合）を通して見られることを意味するように使用され、電気光学媒体ディスプレイが非可視波長における反射率において変化する場合、「光透過性」という用語は、当然ながら、関連する非可視波長の透過に関して解釈されるべきである。基板は、典型的には、ポリマーフィルムであって、通常、約１～約２５ミル（２５～６３４μｍ）、好ましくは、約２～約１０ミル（５１～２５４μｍ）の範囲内の厚さを有するであろう。導電性層は、便宜上、例えば、アルミニウムもしくはＩＴＯの薄金属または金属酸化物層である、または伝導性ポリマーであってもよい。アルミニウムまたはＩＴＯでコーティングされたポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）フィルムは、例えば、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ ＤＥ）からの「アルミ被覆Ｍｙｌａｒ」（「Ｍｙｌａｒ」は、登録商標である）として商業上利用可能であって、そのような商業上の材料は、フロントプレーンラミネートにおける良好な結果と併用され得る。

そのようなフロントプレーンラミネートを使用した電気光学ディスプレイの組立は、剥離シートをフロントプレーンラミネートから除去し、接着剤層をバックプレーンに接着させるのに効果的な条件下で接着剤層をバックプレーンに接触させ、それによって、接着剤層、電気光学媒体の層、および導電性層をバックプレーンに固定することによって達成されてもよい。このプロセスは、フロントプレーンラミネートが、典型的にはロールからロールへのコーティング技術を使用して大量生成され、次に、特定のバックプレーンとの使用に必要とされる任意のサイズの片に切断されてもよいため、大量生成に非常に適している。

米国特許第７，５６１，３２４号は、いわゆる「二重剥離シート」を説明しており、これは、本質的には、前述の米国特許第６，９８２，１７８号のフロントプレーンラミネートの単純化された変形である。二重剥離シートの１つの形態は、２つの接着剤層間に挟まれた固体電気光学媒体の層を備え、接着剤層の一方または両方は、剥離シートによって被覆される。二重剥離シートの別の形態は、２つの剥離シート間に挟まれた固体電気光学媒体の層を備える。二重剥離フィルムのどちらの形態も、すでに説明されたフロントプレーンラミネートから電気光学ディスプレイを組み立てるためのプロセスに概して類似するプロセスにおける使用を意図されるが、２つの分離したラミネート加工を含み、典型的には、第１のラミネート加工において、二重剥離シートは、フロントプレーン電極にラミネート加工されて、フロントプレーン組み立て部品を形成し、次に、第２のラミネート加工において、フロントプレーン組立部品は、バックプレーンにラミネート加工されて、最終的なディスプレイを形成するが、但し、これらの２つのラミネート加工の順序は、所望により逆転され得る。

米国特許第７，８３９，５６４号は、いわゆる「反転されたフロントプレーンラミネート」を説明しており、これは、前述の米国特許第６，９８２，１７８号に説明されるフロントプレーンラミネートの変形である。この反転されたフロントプレーンラミネートは、光透過性保護層および光透過性導電性層のうちの少なくとも１つ、接着剤層、固体電気光学媒体の層、ならびに剥離シートを順に備える。この反転されたフロントプレーンラミネートは、電気光学層とフロント電極またはフロント基板との間にラミネート加工接着剤の層を有する電気光学ディスプレイを形成するために使用され、第２の、典型的には薄接着剤の層が、電気光学層とバックプレーンとの間に存在してもよく、または存在しなくてもよい。そのような電気光学ディスプレイは、良好な解像度と良好な低温性能とを組み合わせることができる。

ある顔料の光電気泳動性質が、少し前に認識されている。例えば、米国特許第３，３８３，９９３号は、媒体、典型的には、ＩＴＯ等の透明電極上に投影された画像を再現するために使用され得る、光電気泳動結像装置を開示する。しかしながら、第‘９９３号特許およびＸｅｒｏｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによる他の関連特許に説明される、光電気泳動プロセスは、光電気泳動プロセスが、光電気泳動粒子が「注入電極」に移動することを伴い、そこで、それらが電極に付着された状態となるであろうため、可逆的ではない。可逆性の欠如ならびに設定のコストおよび複雑性のため、本現象は、広く商業化されなかった。

本明細書に提示される主題は、電気泳動ディスプレイが動作するために電力供給源（例えば、バッテリまたは有線電力供給源等）を必要としない、いくつかの圧電電気泳動ディスプレイ構造設計に関する。そのような電気泳動ディスプレイの組立は、したがって、簡略化される。

圧電気は、印加される機械的応力に応答して固体材料中に蓄積する、電荷である。本明細書に開示される主題のための好適な材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、石英（ＳｉＯ_２）、ベルリナイト（ＡｌＰＯ_４）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ_４）、トルマリン、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タンタル酸リチウム、ケイ酸ガリウムランタン、酒石酸カリウムナトリウム、および任意の他の公知の圧電材料が挙げられ得る。

多くの電気泳動ディスプレイは、双安定性である。すなわち、その状態は、アクティブ化電場が除去された後も持続する。これは、概して、電極上の残留電荷と、粒子と電気泳動セルの壁との間のファンデルワールス相互作用とを介して達成される。電気泳動ディスプレイの駆動は、電力をディスプレイおよび／またはその駆動回路に提供するために、バッテリ等の電源を要求する。電源は、電場を発生させるためのドライバＩＣであってもよい。電場はまた、回路によって増強される必要があり得る。いずれの場合も、ワイヤを通した物理的接続が、電源を電気泳動ディスプレイおよびその駆動回路に取り付けるために要求される。

消去可能描画デバイスが、公知である。消去可能描画デバイスは、典型的には、黒色ボード、紙パッド、または白色ボードと、チョーク、鉛筆、または乾式消去可能マーカ等の消去可能マーキングデバイスとから成る。

そのような描画デバイスの１つの短所は、マーキングデバイスが、消散し、置換を要求し得ることである。別の短所は、マーキングデバイスが、マークを描画デバイスの画面以外の表面上で行い、それによって、雑然とした状態をもたらし得ることである。さらに別の短所は、画面が、洗浄剤を用いても、激しく消去しても、完全に消去し得ないことである。

電子描画デバイスは、上記に説明されるいくつかの問題を克服する。電子描画デバイスは、典型的には、タッチスクリーンと、スタイラスの運動に応答して下層電子ディスプレイにその画像を更新させるための適切な論理とを含む。本デバイスは、例えば、伝導性先端スタイラスがパッドにわたって通過することに応答して、その静電容量を変化させる、透明容量ピクセルのアレイを有する、グラフィック入力パッドを含む。静電容量の変化が、感知され、ＬＣＤマトリクスをアドレス指定するために使用される。本電子描画デバイスの短所は、高度な電子機器および有意な量の電力を要求することである。

典型的には、子供用の描画玩具として使用される、磁気泳動ディスプレイは、消去可能描画デバイスの別の実施例である。磁気泳動ディスプレイでは、ディスプレイ上に書き込むために使用されるスタイラスは、磁石を含有し、ディスプレイ上のコントラスト媒体は、黒色鉄材料と、白色二酸化チタンとを含有する。磁気泳動ディスプレイは、電力を要求しない。しかしながら、磁気泳動ディスプレイは、典型的には、ユーザが、磁気泳動媒体の正面および背面の両方にアクセスすることが可能ではない限り、ユーザが、ディスプレイ上の描画の一部を選択的に消去することを可能にしない。典型的には、磁気泳動ディスプレイの製造業者は、単に、１つのみの表面へのアクセスを提供する。ディスプレイは、磁気泳動媒体の背後に埋設される、スライドバー磁石を使用して消去される。したがって、ディスプレイは、選択的に消去されることができない。

静電的にアドレス指定される液晶ディスプレイは、当技術分野において公知の別のタイプの描画デバイスである。しかしながら、液晶描画デバイスは、画像を維持する表面静的電荷の消散に起因して、不良な画像持続時間を被る。より高い電圧および付加的抵抗層を用いることで、画像持続時間を延長することが可能であるが、それでも、３０分超の持続時間が、検討される最先端技術である。

電気泳動ディスプレイもまた、描画デバイスとして使用される。電気泳動描画デバイスでは、デバイスのディスプレイ媒体内の電気泳動粒子が、ディスプレイ媒体を横断した電場の印加に応じて、デバイスの描画表面に向かってまたはそこから離れるように移行する。例えば、描画デバイスは、電気泳動コーティングによって被覆される、背面電極を含有することができる。書き込むためには、正の電圧が、背面電極に印加され、電気泳動コーティングに接触するスタイラスが、接地に設定される。スタイラスは、局所面積内の上部電極として作用する。電圧電位が、スタイラスと背面電極との間に作成され、これは、電気泳動粒子の移行およびデバイスの色変化を生じさせる。全体的システムは、電気泳動媒体を保護する、誘電または異方性上部層で被覆されてもよい。Ｃｈｉａｎｇ ｅｔ ａｌ．「Ａ Ｓｔｙｌｕｓ Ｗｒｉｔａｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ」（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ １９７９ Ｄｉｇｅｓｔは、電気泳動描画デバイスを説明している。本タイプの電気泳動ディスプレイは、優れたコントラストおよび明るさならびに好ましい電気性質および画像持続時間をもたらすことができるが、それらは、依然として、機能するために電気的に給電される必要がある。

本明細書に提示される主題のいくつかの側面は、圧電気を利用して、電気泳動材料の顔料を駆動し、視認表面から視認されるときの電気泳動材料の色を変化させる。例えば、圧電材料の部片を屈曲させる、またはそこに応力を導入することによって、電荷が、発生され得、これらの電荷は、電気泳動材料の着色顔料の移動を生じさせるために利用されることができる。本明細書で使用されるように、電気光学ディスプレイ（例えば、電気泳動ディスプレイ）に関する用語「コントラスト比」（ＣＲ）は、ディスプレイが生産することが可能な最明色（白色）と最暗色（黒色）の輝度の比率として定義される。通常、高コントラスト比、すなわち、ＣＲが、ディスプレイの所望の側面である。

上記に述べられるように、いくつかの実施形態では、圧電材料が、電気泳動材料を有する書込可能装置に給電するための電荷を発生させるために使用されてもよい。本書込可能装置は、電源を伴わずに機能し、圧電材料によって発生される電荷によってのみ給電されることができる。実践では、ユーザは、電源への結合の必要なく、スタイラス（伝導性または非伝導性）または任意の先鋭物体を使用して、本装置上に書き込み、また、書込を消去し得る。

図１は、本明細書に開示される主題による、書込可能装置の例示的実施形態を図示する。図１に図示されるように、装置１００は、第１の電極１０４と圧電材料の層１０８との間に位置付けられる、電気光学媒体の層１０６（例えば、電気泳動材料の層）を含んでもよい。本電気泳動材料の層は、電気泳動粒子または当技術分野において一般に使用される任意の他の電気泳動材料を伴う、マイクロセルまたはマイクロカプセルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、上部電極１０４は、光透過導電性材料の層であってもよく、用語「光透過」は、本明細書では、その層１０４を通して見ている観察者が、通常、導電性層および隣接する基板（存在する場合）を通して視認されるであろう、電気光学媒体のディスプレイ状態の変化を観察することを可能にするために十分な光を透過させることが可能な層１０４を説明するために使用される。電気光学媒体が、非可視波長において反射率の変化を表示する場合、用語「光透過」は、当然ながら、関連非可視波長の透過を指すと解釈されるべきである。電気泳動材料１０６と圧電材料１０８との間には、連続導体が存在すべきではないことを理解されたい。これらの２つの層間の導体の不在は、書込装置のＣＲを改良することができる。

さらに、いくつかの実施形態では、圧電材料１０８の電気泳動材料１０６の反対の別の側に位置付けられる、第２の電極１１０が存在してもよい。本第２の電極１１０は、間隙または間隔１０２によって、圧電材料１０８から分離されることができ、好ましくは、本間隙１０２は、狭いものである。実践では、スタイラス１１２が、応力を圧電材料１０８上に印加するために使用されてもよい。スタイラス１１２は、スタイラス１１２が第１の電極１０４上に書き込むために使用されているかのように、第１の電極１０４を押圧し得る。本押圧力は、適宜、電気泳動材料１０６および圧電材料１０８を屈曲させることができる。理想的には、本屈曲は、間隙１０２を横断して、圧電材料１０８を第２の電極１１０と接触させることができる。本方式では、圧電材料１０６が、第１の電極１０４上に書き込むスタイラス１１２によって生じる本応力を被ると、圧電材料１０６は、その結果、電荷を発生させる。いくつかの実施形態では、圧電材料１０６が、第２の電極１１０と接触すると、伝導経路が、形成され得、これは、発生された電荷が、電気泳動材料１０６内で着色顔料の移動を生じさせることを可能にし、顔料の移動は、電気泳動材料１０６の光学状態の変化を生じさせることができる（例えば、スタイラス１１２が書き込んでいる場合、電気泳動材料１０６は、白色から黒色に変色し得る）。図１に提示される実施形態と同様に、ここでは、連続導体が、書込が生じることが予期される、圧電材料と電気泳動材料との間に存在しないことを理解されたい。連続導体の不在は、書込デバイスのより良好なＣＲに寄与し得る。

いくつかの実施形態では、間隙１０２の代わりに、圧電フィルム１０８が、積層を伴わずに、第２の電極１１０の上部に位置付けられてもよい。本方式では、圧電フィルム１０８は、第２の電極１１０と若干接触する。また、スタイラス１１２が、書込動作を第１の電極１０４上で実施しているとき、スタイラス１１２は、力をＥＰＤフィルム１０６および圧電フィルム１０８上に印加し、両フィルムを垂直方向に屈曲させることができる。そのような屈曲および印加される力は、圧電フィルム１０８と第２の電極１１０との間のより近い接触を作成し、圧電フィルム１０８と第２の電極１１０との間の抵抗の変化を生じさせることができる。使用時、圧電フィルム１１０によって生産されるそのような抵抗および電荷の変化は、可視線（例えば、黒色線）が、スタイラスが書き込んでいた場所のみに生じる結果をもたらし得る。

実践では、スタイラス１１２のサイズは、電気泳動材料１０６上の書込の鮮明度および／またはコントラスト比に影響を及ぼし得る。例えば、より小さいまたは細い先端のスタイラス１０６は、より大きく定寸された先端を伴うスタイラスと比較して、鮮明および／またはクリアな書込を生産し得る。これは、より小さい先端のスタイラスが、第１の電極１０４上に書き込むとき、電気泳動フィルム１０６および圧電フィルム１０８を下方に押進させる、圧縮または応力を作成し、これがまた、第２の電極１１０との比較的に小接触表面積を作成するという事実に起因し得る。本比較的に小接触表面積（より大きく定寸される先端を伴うスタイラスと比較して）に起因して、圧電フィルムからの電荷によって生産される電場は、より大きい先端を伴うスタイラスのものと比較して、より小さい領域に局所化され得、これは、生産される電場の大きさを増加させ、ひいては、改良されたＣＲを伴って、より鮮明な書込を生産する。ある他の実施形態では、電気泳動層の厚さおよび書込装置１００の全体的厚さもまた、書込の鮮明度および／またはＣＲに影響を及ぼし得る。これは、装置が厚いほど、書込に起因して、より大きな曲率、したがって、より大きい接触表面積が作成され、これが、作成された電場の局所化を低減させるという事実に起因し得る。ここで使用されるスタイラス１１２は、伝導性材料から作製される必要はないことを理解されたい。

同様に、書込装置１００は、第２の電極１１０の方向から第１の電極１０４に向かって屈曲（例えば、圧縮）される、または書き込まれてもよい。本方式では、電気泳動フィルム１０６は、上記に説明されたものと反対の方向から屈曲または圧縮され、電気泳動フィルム１０６は、代わりに、第１の電極層１０４に向かって屈曲または圧縮される。したがって、電気泳動フィルム１０６によって生産される電荷は、上記に説明されるものと反対方向に流動し、同様に反対の電場を生産するであろう。故に、電気泳動材料１０６の着色顔料は、上記に説明されるものと反対の方向に移動し、異なる光学変化を生産するであろう。例えば、第２の電極１１０上への書込は、第１の電極１０４上に書き込むときのものと比較して、異なる色の書込を第１の電極１０４上に生産することができる。第１の電極１０４上への書込が、黒色着色線を第１の電極１０４上に生産する場合、第２の電極１１０上への書込は、黒色ではない線、例えば、白色線を生産するであろう。いくつかの実施形態では、応力を第２の電極１１０上に生産することによって、第１の電極１０４上への書込を消去してもよい。例えば、第１の電極１０４上に生産される書込は、黒色であってもよい。ほぼ同一場所において応力（例えば、書込）を第２の電極１１０上に生産することは、第１の電極１０４上への白色での書込を生産し、それによって、黒色書込を事実上消去またはマスクし得る。第２の電極１１０は、好ましくは、１０^１３オーム／平方未満の抵抗率を有するべきであることを理解されたい。その限界を超える抵抗率は、第２の電極１１０を装置１００が適切に機能するために十分ではないような伝導性にさせ得る。

いくつかの実施形態では、装置１００において使用される電気泳動材料１０６は、低電圧用途のために設計される電気泳動材料であってもよい。そのような材料は、通常のセル深度または高さより浅いマイクロセルを含んでもよい。マイクロセルベースの電気泳動媒体またはディスプレイの実施例は、米国特許第７，０７２，０９５号および第９，２７９，９０６号（その全体として、本明細書に組み込まれる）に見出され得る。いくつかの実施形態では、通常または標準的マイクロセルが、６０セル深度または高さを有する場合、低電圧材料は、４０ミクロもしくはそれより低いセル高さまたは深度を有してもよい。ある他の実施形態では、マイクロセル高さまたは深度は、２０ミクロン未満であってもよい。いくつかの実施形態では、マイクロセルの内側にシールされた流体はまた、浅いマイクロセルに関して異なる化学組成物を有してもよい。例えば、電気泳動材料１０６は、１Ｐａ^＊Ｓの粘土および３９％の粒子濃度を伴う内相を有してもよい。下記の表１に図示されるものは、利用され得る、電気泳動材料の実施例である。

ある他の実施形態では、伝導性スタイラス２０２が、図２に図示されるように、直接、圧電材料上に書き込むために使用されてもよい。本構成では、書込装置２００は、第１の電極２０４のみを有してもよい。電気泳動材料２０６は、第１の電極２０４と圧電フィルム材料２０８との間に位置付けられてもよい。しかしながら、書込は、この場合、伝導性スタイラス２０２を用いて、直接、圧電材料上で行われる。スタイラス２０２によって生じた圧電材料２０８上の圧縮は、電荷を発生されることができ、これは、電気泳動材料２０６の光学状態を変化させるために使用されてもよい。本明細書で使用されるスタイラス２０２は、好ましくは、伝導性材料から作製されることに留意されたい。

図３は、図１および２に提示される構成が大型書込装置３００の中に統合され得る、一実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、装置全体が、書込ユニット３０２を含有してもよく、これは、機械的スタイラスの行を含み、書込は、書込ユニット３０２上で行われてもよい。書込ユニット３０２は、用途に応じて、ディスプレイユニットと同一サイズである、またはディスプレイユニット３０４より小さくてもよい。書込装置はまた、ローラの形態における消去ユニット３０６を含んでもよく、連続圧延作用は、ボード全体を消去してもよい。いくつかの実施形態では、消去のために使用される材料は、＜１０^１３オーム／平方より低い抵抗率および弾性性質の両方を有する必要がある。そのような材料の非限定的実施例は、シリコーンゴム、天然ラテックスゴム、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）、熱可塑性加硫物（ＴＰＥ－ｖ）、熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）、およびエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）であって、それぞれ、炭素、銅、ニッケル、または銀断片等の添加剤を有する。

いくつかの実施形態では、書込スタイラスの抵抗率は、上記に述べられた消去装置または消去デバイスのものに類似してもよい。

多数の変更および修正が、本発明の範囲から逸脱することなく、上記に説明される本発明の具体的実施形態に行われることができることが、当業者に明白となるであろう。故に、前述の説明の全体は、限定的意味ではなく、例証的意味で解釈されるべきである。

Claims (8)

1. 書込装置であって、
   第１の電極と、
   圧電材料の層と、
   前記第１の電極と前記圧電材料の層との間に位置付けられた電気泳動材料の層であって、前記圧電材料の層上の応力は、前記電気泳動材料の層の光学変化をもたらす、電気泳動材料の層と、
   前記第１の電極と反対の前記圧電材料の層の側上に位置付けられた第２の電極と、
   前記圧電材料の層と前記第２の電極との間に位置付けられた間隙と
   を備える、装置。
2. 前記電気泳動材料の層は、マイクロセルベースである、請求項１に記載の装置。
3. 前記電気泳動材料の層は、マイクロカプセルベースである、請求項１に記載の装置。
4. スタイラスをさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記スタイラスは、非伝導性である、請求項４に記載の装置。
6. 前記スタイラスは、伝導性である、請求項４に記載の装置。
7. 前記第２の電極は、１０^１３オーム／平方未満の抵抗率を有する、請求項１に記載の装置。
8. 前記マイクロセルは、２０ミクロン未満の高さを有する、請求項２に記載の装置。
   

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