JP2004521389A - 減衰全反射に基づく表示装置 - Google Patents

Abstract

表示セル１０は、異なる屈折率又は吸収係数をもつ２つの混合しない流体３，４を含み、このセルは、全反射（ＴＩＲ）を可能にするプリズム構造を具備する透明基板１０の下に位置付けられる。スイッチングは、（外部）電極５，６の静電力のためにセル内において流体が（再）分布と、導電性である流体の１つに印加される電位とによる減衰ＴＩＲに基づく。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実質的にフラットな表面と、このフラットな表面に対向する実質的にプリズム状の表面とを備える実質的に透明な基板を有する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このタイプの表示装置は、例えば、第２０回ＩＤＲＣ会議声明の３１１〜３１４ページ（２０００）「プリズム状微細構造体の全反射に基づく新規の反射型ディスプレイ」の論文に説明されている。この論文は、制御された減衰（ｆｒｕｓｔｒａｔｉｏｎ）に基づいた全反射（ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）の原理を説明している。この全反射は、電気泳動によってプリズム状の表面に向かって光吸収粒子を移動させることによる一つの状態において不可能にされる。
【０００３】
電気泳動表示装置は、異なる透過率又は反射率をもつ２つの極端な状態間の電界の影響を受けて電荷を帯びた通常着色された粒子の動きに基づく。これらの装置によって、暗く（着色された）文字は、明るく又は薄く（着色された）バックグラウンドに投影されることが可能になり、またその逆も同様に可能になる。
【０００４】
電気泳動表示装置は、したがって、紙の機能に取って代わる「ホワイトペーパー」と呼ばれる用途（電子新聞又は電子日記など）の表示装置に特に用いられる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（暗い及び明るい）２つの光学的な状態において反射光の差を実現するための全く異なるメカニズムに基づいている。
【０００６】
この目的のために、本発明による表示装置は、異なる屈折率又は異なる吸収係数及び導電性の差をもつ少なくとも２つの実質的に混合しない流体を含むリザーバを、画素の位置に有するとともに、前記流体を互いに対して移動させるための駆動手段も有する。
【０００７】
以下に後述されるように、（流体の一方の適切な選択、したがって屈折率の適切な選択によって）光は２つの状態の一方において完全に反射され、光は他方の状態において流体によって吸収される（さもなければ、他の場合、部分的に透過及び吸収されるか、又はされない）。
【０００８】
見る側において見る人に面している基板表面は、基板のプリズム状の表面の少なくとも一部分が、リザーバの壁の部分を形成する状態において、フラットであってもよい。その代わりに、上記基板表面は、基板のフラットな表面の少なくとも一部分が、リザーバの壁の部分を形成する状態において、プリズム状であってもよい。
【０００９】
上記流体を互いに移動させるために、導電率の差が使用され、画素のリザーバの壁の領域において、駆動手段は、上記流体に電気的に結合され得る少なくとも２つの電極を有している。
【００１０】
画素のリザーバの壁の領域において、上記駆動手段は、流体から絶縁される２つの電極と、導電性流体と電気的に接触している第３の電極とを好ましくは有している。
【００１１】
この目的のために、マトリクス装置は、行又は選択電極と列又はデータ電極との交差の領域に複数の画素を有し、上記画素の電極と上記行電極又は上記列電極との間に少なくともスイッチング素子を有している。
【００１２】
本発明のこれら及び他の態様が、以下に説明される実施例を参照してより明瞭に説明されるであろう。
【００１３】
各図面は概略であり、一律の縮尺に従わずに描かれている。対応する構成部分は、同じ参照符号によって概して示されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は表示セル１を概略的に示している。この表示セル１は、２つの液体又は流体３，４を、透明な、例えば、ガラス又は合成材料の封体部２に含み、これらの流体は互いに混合することがなく、上記流体の一方は導電性であり、他方は絶縁性である。この例では、表示セル１は、例えば（導電性である）水溶性の（着色）溶液４、例えばメチレンブルー又はプルシアンブルー（Ｃ_６Ｆｅ_２Ｋｎ_６）の水溶液を一方で有し、他方では、窒素のようなガス、又は（例えばドデカン（ｄｏｄｅｃａｎｅ）若しくはヘキサデカン（ｈｅｘａｄｅｃａｎｅ）などの）アルカンのような無極性油、シリコンオイル（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｉｌ）、クロロナフタレン（ｃｈｌｏｒｏｎａｐｈｔａｌｅｎｅ）、ブロモナフタレン（ｂｒｏｍｏｎａｐｈｔａｌｅｎｅ）、又は１−ブロモドデカン（１−ｂｒｏｍｏｄｏｄｅｃａｎｅ）が絶縁性流体として選択される。
【００１５】
上記流体の２つの側において、表示セル１は、複数の画素に対して共通である電圧Ｖ_ｃｏｍ１及びＶ_ｃｏｍ２を伴って通常フィードされる絶縁された電極５及び６を有し、上記電圧は、関連の実施例において０及びＶの電圧である。表示セル１は、導電性流体４と封体部２を介して導電性接触を生成する電極７も有している。電極７は電圧Ｖ_{ｐｉｘｅｌ}をフィードされ、これにより、表示セルの光状態が調整される。本発明を理解するために、電極５及び６は上記封体部の外側に示されてはいるけれども、それらは実際には封体部２内に設けられており、フルオロポリマー（ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ）のような低い湿潤ヒステリシス（ｌｏｗ ｗｅｔｔｉｎｇ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を有する絶縁コーティングによって、流体から絶縁される。
【００１６】
導電性流体４は、電極５，６の方向に静電力によって引きつけられる。すなわち（Ｖ_{ｐｉｘｅｌ}−Ｖ_ｃｏｍ１）^２に比例する力によって電極５に向かって、（Ｖ_{ｐｉｘｅｌ}−Ｖ_ｃｏｍ２）^２に比例する力によって電極６に向かって、電気的湿潤（ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ）又は電気的毛管現象（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｐｉｌｌａｒｉｔｙ）のために引きつけられる。それぞれの静電力間の差が、表示セルの流体４の位置を規定する。図１では、Ｖ_ｃｏｍ１ ＝ ０及びＶ_ｃｏｍ２＝Ｖである。Ｖ_{ｐｉｘｅｌ} ＝０のとき、導電性流体４は、電極６（図１ａ）の位置にあり、Ｖ_{ｐｉｘｅｌ} ＝ Ｖのとき、導電性流体４は、電極５（図１ｂ）の位置にある。画素電位Ｖ_{ｐｉｘｅｌ}を変えることによって、導電性流体４の位置はこのように影響を及ぼされることができる。この実施例では、電極７が導電性電極として示され、更に流体の中に突き出ているけれども、このことは必須ではない。上記電位は、容量結合により導電性流体にもたらされてもよい。その場合、電極７は、例えば、リザーバ２の外側に配置されているか、又は絶縁保護コーティングを備えている。
【００１７】
図２は、電圧Ｖ_{ｐｉｘｅｌ}をここでもフィードされる電極７が、２つの副電極７及び７’にサブ分割されている図１の変形例を示している。上記流体間の境界面（インタフェース）は、この場合、使用される効果のために、図面の平面においてわずかな偏りを含んで、実質的には封体部２の上下の壁と平行である（図２において斜線８によって概略的に示されている）。
【００１８】
図３は、上記に説明された原理が全反射に基づいて表示装置においてどのように使われるのかについて示している。表示セル１は、実質的なフラットな表面１１と、前記フラット表面に対向する実質的なプリズム状の表面１２及び１２’とを備えるガラス又は合成材料の透明な基板１０を有している。この表示セルは、異なる屈折率をもつ少なくとも２つの混合しない流体３及び４を含むリザーバ１３を有しており、上記流体は互いに混ざり合うことがなく、上記流体の一方が導電性流体であり、他方が絶縁性流体である。表示セル１は、電圧Ｖ_{ｐｉｘｅｌ}をフィードされるとともに、導電性流体４と封体部（図示略）を介して導電性接触を生成する電極７も有している。このことは図３には示されてはいないけれども、表示セルが、温度変化などの際の拡張に関して（複数の表示セル用の又はそうではない）２つの流体のために共通のオーバーフローリザーバを有することが望ましい。この表示セルは、上記流体の２つの側面に絶縁性電極５，６を有し、これらの電極は、関連の実施例においては電圧０及びＶである共通電圧Ｖ_ｃｏｍ１及びＶ_{ｃｏ ｍ２}をフィードされる。
【００１９】
Ｖ_{ｐｉｘｅｌ} ＝ ０のとき、導電性流体４は電極６（図３ａ）の位置にあり、Ｖ_{ｐｉｘｅｌ} ＝ Ｖのとき、導電性流体４は電極５（この電極が図示されていない図３ｂ）の位置にある。入射光線１４は、第１に述べられた場合（図３ａ）において、透明（ＩＴＯ）電極５によって透過され、絶縁性流体の屈折率の適切な選択によって表面１２で全反射を受ける。この反射された光線１４’は表面１２’でもう一度全反射を受け、この二回反射された光線１４’’は、実質的に全く光を損失することなく表示セル１を離れる。第２の場合（図３ｂ）、入射光線１４は、やはり透明（ＩＴＯ）電極５によって透過されるが、その後、水溶液４によって表面１２に完全に又は部分的に吸収される。光線１４の可能な反射される部分１４’が、表面１２’に吸収される。
【００２０】
この例では、電極６は画素の下側にのみ示されている。この理由は、例えば、マトリクス表示装置の１つの基板上にいくつかの画素を結合するときに有利であるからである。他の場合には、リザーバ１３の壁に沿って電極６を設けることも有利である。これは、図３ａの破線によって概略的に示されている。
【００２１】
図４は、図２を参照して説明されたようなリザーバによる２つの類似した画素の組み合わせを概略的に示すけれども、この場合、実質的なフラットな表面１１を画素の側に、実質的なプリズム状の表面１２，１２’を見る側に備えている。他の点では、先の図と同一の参照符号が付されている。
【００２２】
図５は、本発明が適用できるカラー表示装置１の一部分の電気的等価を示している。これは、行又は選択電極２７と列又はデータ電極２６との交差の領域に画素２０のマトリクスを有している。行電極１〜ｍは列ドライバ２４によって連続して選択され、列電極１〜ｎはデータレジスタ２５によりデータを供給される。この例では、列１，４，７，．．．，ｎ−２の画素は赤い画素、列２，５，８，．．．，ｎ−１の画素は青い画素、列３，６，９，．．．，ｎの画素は緑の画素を構成している。この目的のために、入力データ２２は、必要に応じて、プロセッサ２３において最初に処理される。列ドライバ２４とデータレジスタ２５との間の相互同期が、駆動ライン２８を介してとられる。
【００２３】
列ドライバ２４及びデータレジスタ２５からの駆動信号は、そのゲート電極が行電極２７に電気的に接続しているとともに、そのソース電極が列電極２６に電気的に接続している薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２９により画素２０を選択する（アクティブ駆動として呼ばれる）。列電極２６の信号は、上記ＴＦＴを介してドレイン電極に結合された画素２０の電極７に伝送される。電極７は、図１乃至図４に関して上述されたものと同じ機能を有している。画素２０の他の電極５及び６は、例えば、Ｖ_ｃｏｍ１（この例ではグランド）及びＶ_ｃｏｍ２（この例ではＶ）を伴って、１つの（又は複数の）共通電極又は電極に接続されている。図５の実施例において、このようなＴＦＴ２９が、１つの画素２０のみについて概略的に示されている。
【００２４】
本発明の範囲内である限り、いくつかの変形例がもちろん可能である。例えば、異なる屈折率をもつ２つの混合しない流体が使用されてもよい。特定の電極構成において、入射ビームが画素の下側に到達することが可能である。所望されるならば、画素は下側に光吸収層を備えていてもよい。
【００２５】
上記薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２９の代わりに，例えばダイオード回路などの他のスイッチング素子が選択されてもよい。
【００２６】
使用される流体３及び４が、ここで説明された移動が起こるような疎水特性の差を有する（上記壁が湿潤の振る舞いの差を有する）場合には、第３の電極５は省略されてもよい。その場合、２つの電極の１つが駆動電極として機能する。
【００２７】
前述のように、容量結合が使用されてもよい。これもまた、ＴＦＴ又は他のスイッチング素子による電極の駆動に適用される。
【００２８】
本発明の保護範囲はこれまで説明した実施例に限定されるものではない。
【００２９】
本発明は、新規な特徴的事項のそれぞれ皆に、そしてこうした特長的事項の組み合わせのそれぞれ皆に存するものである。請求項にある参照符号は、それらの保護範囲を限定するものではない。動詞「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及びその活用形の使用は、請求項に記載されたもの以外の構成要素の存在を排除するものではない。構成要素に先行する単数表現の冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、そうした構成要素の複数の存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明による表示装置のベースとなる原理を概略的に示す。
【図１ｂ】本発明による表示装置のベースとなる原理を概略的に示す。
【図２】図１の変形例を示す。
【図３ａ】本発明による表示セルの可能な形態を示す。
【図３ｂ】本発明による表示セルの可能な形態を示す。
【図４】本発明による表示セルの別の可能な形態を示す。
【図５】本発明による表示装置の電気的等価図である。

Claims (8)

1. 実質的にフラットな表面と、前記フラットな表面に対向する実質的にプリズム状の表面とを備える実質的に透明な基板を有する表示装置であって、異なる屈折率又は異なる吸収係数及び導電性の差をもつ少なくとも２つの実質的に混合しない流体を含むリザーバを、画素の位置において有するとともに、前記流体を互いに対して移動させるための駆動手段を有する表示装置。
2. 異なる屈折率をもつ２つの混合しない流体を有し、前記流体の一方は導電性であり、一方は実質的に絶縁性である、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記基板の前記フラットな表面が見る側であり、前記基板の前記プリズム状の表面の少なくとも一部分が、前記リザーバの壁の部分を形成する、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記基板の前記プリズム状の表面が見る側であり、前記基板の前記フラットな表面の少なくとも一部分が、前記基板の壁の部分を形成する、請求項１に記載の表示装置。
5. 画素の前記リザーバの前記壁の領域における前記駆動手段が、前記流体に電気的に結合されることができる少なくとも２つの電極を有する、請求項１に記載の表示装置。
6. 画素の前記リザーバの前記壁の領域における前記駆動手段が、前記流体から絶縁される２つの電極と、前記導電性である流体と電気的に接触する第３の電極とを有する、請求項５に記載の表示装置。
7. 行又は選択電極と列又はデータ電極との交差の領域に複数の画素を有し、前記画素の電極と前記行電極又は前記列電極との間に少なくともスイッチング素子を有する、請求項１に記載の表示装置。
8. 前記電極と前記列電極との間において画素ごとにＴＦＴトランジスタを有し、前記ＴＦＴトランジスタのゲートが行電極に接続される、請求項７に記載の表示装置。