JP2005533270A - 面内スイッチング電気泳動ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気泳動ディスプレイデバイスであって、第１及び第２の基板（３、４）間に挟まれた電気泳動材料の層（２）を有し、前記ディスプレイのピクセルは、更に、前記電気泳動層の前記材料を局所的に制御するための第１及び第２の電極（５、６）を有する、電気泳動ディスプレイ装置に関する。トランスフレクティブ動作を可能にするために、前記第１及び第２の電極（５、６）は、当該第１及び第２の電極（５、６）に信号が印加されると前記電気泳動層（２）中で実質的に横方向の電場が生成されるように、前記第１の基板から実質的に同じ距離に配置される。

Description

本発明は、電気泳動ディスプレイ装置であって、第１及び第２の基板間に挟まれた電気泳動材料の層を有し、前記ディスプレイのピクセルは、更に、前記電気泳動層の材料を局所的に制御するための第１及び第２の電極を有する、電気泳動ディスプレイ装置に関する。

電気泳動ディスプレイは、本質的には、着色粒子がこの粒子とは他の色を有する液体に縣濁した懸濁液を有する。粒子は、印加された電界の影響を受けて移動するように構成される。粒子をディスプレイの画面に対して垂直な方向に移動させることによって、ディスプレイは、粒子の色を与えられることができ、粒子を画面から離れる方向に移動させることによって、ディスプレイは、液体の色を呈する。

しかし、電気泳動ディスプレイは一般的に上記の構造を有するので、即ち、前面及び背面基板上にそれぞれ構成された電極間の液体中で移動する吸収粒子及び／又は反射粒子に基づくので、このディスプレイは、特定のディスプレイの種類によっては幾つかの欠点を有する。例えば、この構造は、透過型動作に関する幾つかの欠点を有する。粒子が常に光路にあるので、透過型動作は事実上不可能である。

トランスフレクティブ電気泳動ディスプレイを達成するために幾らかの努力はなされた。１つの例は、米国特許出願第２００１／０００９３５２号に説明される。この文書は、プラズマチャネル及び繊維電極のかなり高度な構造によって形成された電気泳動ディスプレイを開示する。しかし、トランスフレクティブ動作で駆動されることが可能な、より単純な装置が所望される。更に、透過モードで駆動されると、バックライトによって生成される光は、潜在的なビューアに到達する前に、幾つかの材料層及び表面のスタックを通過して伝播しなければならない。従って、バックライトをより良く使用するディスプレイ装置が所望される。

従って、本発明の目的は、トランスフレクティブモードで駆動されることが可能であるディスプレイ装置を提供することである。他の目的は、単純な構造を持つディスプレイ装置を達成することである。本発明の更に他の目的は、高い明るさを持つディスプレイを達成することである。

これらの及び他の目的は、冒頭に記載のディスプレイ装置であって、更に、トランスフレクティブな動作を可能にするために、前記第１及び第２の電極は、前記第１及び第２の電極に信号が印加されると前記電気泳動層中で実質的に横方向の電場が生成されるように、前記第１の基板から実質的に同じ距離に配置されることを特徴とするディスプレイ装置によって、少なくとも部分的には達成される。対向する基板上に構成された２つの電極によって生成される従来の電界の代わりに、電気泳動層に実質的に横方向の電場を印加することによって、トランスフレクティブ動作が達成されることができる。なぜなら、横方向の電界が、ディスプレイの光路の内外に粒子を移動させるために用いられることができるからである。好適には、前記電極は、互いに実質的に平行に構成される。

更に、好適には、前記電極は実質的に前記第１の基板上に構成され、ディスプレイの製造を簡単にする。前記第１の基板は、更に、適切には、透過型前面基板である。電極を前面基板に構成することによって、あらゆる粒子はリフレクタの前に蓄積されることができ、このことにより、電界はリフレクタによって実質的に影響されなくなる。

本発明の１つの実施例によれば、当該ディスプレイ装置は、前記ピクセルの貯蔵部を生成するための光シールド素子を有し、前記光シールド素子は、前記第１の基板と前記電極のうちの１つとの間に構成される。このことにより、電極のうちの１つは、ディスプレイのビューアには見えず、ディスプレイの透過特性に影響を及ぼさない。

ディスプレイは、２つの状態で駆動されてもよい。粒子が実質的にセル領域をカバーするような態様でディスプレイセル中で分散される分散状態と、セルの透過に対して、及ばしたとしても小さい程度しか影響を及ぼさないように、粒子がセルの選択された領域に収集される、収集状態とである。

更に、電極のうちの１つが光シールドの下に配置されるので、この電極は、粒子を制御して、収集状態では実質的に全ての粒子が光シールドの下に配置され、このことにより、この状態では粒子がディスプレイの透過特性に影響を及ばさないようにするのに用いられてもよい。従って、良い透過状態が達成されることができる。

好適には、リフレクタ素子が、前記基板のうちの１つ（背面基板である）の上の、前記ディスプレイ装置のビューア側から見て前記電極の間の領域に、構成される。更に、前記背面基板は、適切には透過型であり、前記リフレクタは、トランスフレクティブ動作を許可するために、半透過型リフレクタ又はパターンリフレクタ（patterned reflector）の何れかである。

本発明の１つの実施例によれば、前記パターンリフレクタは、前記ピクセルが、リフレクタ領域及び透過領域を有し、これら領域のそれぞれが実質的に前記第１及び第２の電極間に延在するようなものである。これは、それぞれ、透過モード及び反射モードの同時操作を可能にする。代替的には、前記パターンリフレクタは、前記ピクセルが、リフレクタ領域及び透過領域を有し、これら領域のそれぞれが実質的に前記第１及び第２の電極に平行になるようなものである。

電気泳動材料の前記層は、適切には、吸収粒子又は反射粒子の何れかが液体に縣濁した懸濁液から構成されている。好適には、吸収粒子が用いられる。更に、１つの実施例によれば、電気泳動材料の前記層は、互いに異なった吸収スペクトルを持つ粒子を含む２つ以上のドメインを有する。これは、波長依存ディスプレイ（即ちカラーディスプレイ）の生成を可能にする。更に他の実施例においては、電気泳動材料の前記層は、多色ピクセルを有するカラーディスプレイを生成するために、互いに異なった吸収スペクトルを持つ２つ以上の種類の粒子を有する少なくとも１つのドメインを有する。この場合、多色ピクセル内で色分解を容易にするために、追加の電極が必要とされる可能性がある。

本発明は、添付の図面を参照して、本発明の現在好まれる実施例によって以下でより詳細に説明される。

本発明の第１の実施例が、図１−ａ及び１−ｂを参照して以下で説明される。図１−ａ及び１−ｂは、透過部１ａ及び貯蔵部１ｂを有する非放射型ディスプレイ（ここでは貯蔵器型の電気泳動ディスプレイ）のディスプレイ素子の断面図を開示する。ディスプレイ素子は、このディスプレイのピクセルを構成する。ディスプレイは、例えばアクティブマトリクス駆動によって駆動される複数のこのようなピクセルによって構築される。駆動されるピクセル素子は、暗い色の帯電した吸収粒子を持つ透明、半透明又は明るい色の溶液等の電気泳動材料２の層を有し、この層２は、前面及び背面基板３、４間に挟まれている。上記貯蔵部１ｂは、前記前面基板上に遮断用光シールド素子７を設け、前記ピクセルのこの部分を通じた透過を遮断することによって構成される。ピクセル部分において、対向する基板（即ち背面基板４）に反射素子８が構成される。反射モード及び透過モードの両方で動作可能であるディスプレイ装置を提供するために、前面及び背面基板３、４は、実質的に透明な材料で作製される。本発明によれば、第１及び第２の電極５、６は、ピクセル内に構成される。これらの電極は、同じ基板（この場合前面基板３）上に構成される。第１の電極５は、前記光シールド７が第１の電極５自体を前面基板３から分離するように構成される一方で、第２の電極６は、実質的に直接前面基板３上に構成される。本実施例においては、電極は比較的薄く、実質的にピクセルの幅全体に沿って平行に構成される。更に、制御手段（図示せず）は、前記電極５、６の間に制御信号を印加して電気泳動層２に電界を生成するように構成される。この電界によって、層２における粒子の位置は、ディスプレイを、図１−ａに示される明るい状態及び図１−ｂに示される黒い状態のうちの１つにするように制御されることができる。明るい状態（収集状態）においては、電界は、電気泳動層２の粒子が第１の電極の方へ、従って、貯蔵部１ｂの方へ引き寄せられるように制御される。この状態では、粒子は、例えば潜在的なビューアから見てディスプレイ装置の下に配置されるバックライトから放射される、ピクセルの透過部１ａを通過する光の透過を妨げない。この場合、反射素子８が、バックライトと共に目に見え、全体的なディスプレイ外観は、「白い」。従って、これは明るい又は白い状態と呼ばれる。黒い状態（分散状態）では、電界は、粒子が第２の電極６の方へ移動し、ピクセルの透過部１ａ上で分散する。従って、粒子は、リフレクタと共に実質的に透過部もカバーするのでピクセルの透過部１ａを通じる光の透過を妨げるように制御される。ディスプレイの外観は、完全にカバーされると、黒くなる。更に、層２の吸収粒子を用いることにより、周囲からピクセルに当たる周辺光はピクセルによって反射されなくなり、従って、良い黒い状態が達成される。

本発明の第２の実施例が、図２−ａ及び２−ｂを参照して以下で説明される。図２−ａ及び２−ｂは、非放射型ディスプレイ（ここでは貯蔵器の無い電気泳動ディスプレイ）のディスプレイ素子の断面図を開示する。ディスプレイ素子は、前記ディスプレイのピクセルを構成する。ディスプレイは、複数のこのようなピクセルによって構築される。ピクセル素子は、電気泳動材料１２、例えば暗い色の帯電した吸収粒子を持つ透明、半透明又は明るい色の溶液を有し、前記層１２は、前面及び背面基板１３、１４間に挟まれる。反射モード及び透過モードの両方で動作可能であるディスプレイ装置を提供するために、前面及び背面基板１３、１４は、実質的に透明な材料で作製される。本発明によれば、第１及び第２の電極１５、１６は、ピクセル内に構成される。電極は、同じ基板（この場合前面基板１３）上に構成される。本実施例において、電極は比較的薄く、実質的にピクセルの幅全体に沿って平行に構成される。更に、リフレクタ１８は、ディスプレイのビューア側から見てこれら電極１５、１６間に構成され、このリフレクタ１８は、背面基板１４上に構成されており、この場合には前記電極間の領域の実質的に半分をカバーしている。更に、制御手段（図示せず）が、前記電極１５、１６に制御信号を印加して電気泳動層１２に電界を生成するように構成される。この電界によって、層１２の粒子の位置は、ディスプレイを、図２−ａに示されるような明るい状態と、図２−ｂに示されるような黒い状態とのうちの１つにするように制御されてもよい。この場合、粒子は貯蔵器に貯蔵されることができないので、ディスプレイが透過モードで駆動されるべきときには、印加される電界によって、粒子を、反射モードが意図される領域に移動することが可能であり、その逆も可能である。このようにして、反射モードと透過モードとの間でスイッチ可能なディスプレイを生じることが可能である。これにより、図２−ａに示すように、ディスプレイが透過モードで駆動されるべきときには、粒子は、ピクセルの反射部に移動されることができ、これにより、反射を抑制すると同時に透過を妨げない。また、図２−ｂに示すように、ディスプレイが反射モードで駆動されるべきときには、粒子は、ピクセルの透過部に移動されることができ、これにより、透過を抑制すると同時に反射を妨げない。この実施例は、両方のモードについて反対に機能するディスプレイを生じる。即ち、ピクセルが透過モードで黒になることを意図されるならば、ピクセルは、反射モードでは白に見える。このようにして、吸収粒子を一方の領域から他方の領域に部分的に移動することによってグレートーンを表示することも可能である。この構成は、更に大きなアパーチャを提供するという点が、図１−ａ及び１−ｂの構成よりも有利である。

図２−ａ及び２−ｂにて開示したような基本的な構造（即ち貯蔵器が無い）によって、図３−ａ〜３−ｃにて開示したような反転ディスプレイを達成することも可能である。この場合、黒いピクセルを表示するために必要な数を大幅に上回る数の吸収粒子が、層２に存在する。このため、層２の過剰な粒子は、ピクセルの使われていない部分（透過型又は反射型）をカバーしておくように用いられてもよい。このようにして、ディスプレイは、反対の照光モードにおいて、単純に黒く見える。透過モードと反射モードとの間のスイッチングは、前記電極によって、ピクセルの一方の側から他方の側に全ての粒子を移動することを意図する遷移パルスを印加することによって行われる。図３−ａは、実質的に全ての粒子がピクセルの反射部に配置されるため、透過部は白い状態にあり、反射部は黒い状態にある、状態を開示する。図３−ｂは、粒子がピクセル全体に分散されるため、反射部及び透過部が黒い状態にある、状態を開示する。最後に、図３−ｃは、実質的に全ての粒子がピクセルの反射部に配置されるため、透過部は黒い状態にあり、反射部は白い状態にある、状態を開示する。

上記した全ての実施例において、反射部及び透過部は、電極と平行に構成される。しかし、透過部及び反射部は、貯蔵器（もしあれば）と共に電極に関しても回転されてもよい。これは、図４−ａ及び４−ｂにおいて開示される。この場合、透過部及び反射部の両方は、第１の電極から第２の電極への延長部を有し、透過部及び反射部は実質的に同じ大きさを有する。この構成は、透過モード及び反射モードでの同時動作を可能にする。図４−ａは、明るい状態を開示する。実質的に電気泳動層２の全ての粒子は貯蔵器光シールド７の下に収集され、従って、ピクセルの透過部の透過にもピクセルの反射部の反射にも影響を及ぼさない。図４−ｂは、暗い状態を開示する。電気泳動層２の粒子は、ディスプレイの反射部及び透過部に分散されるため、透過部での透過を遮断し、反射部での反射を妨げる。

代替実施例によれば、電極の追加の対が、図４−ａ及び４−ｂに開示される実施例に加えられてもよい。即ち、ピクセルの上に１つの電極が、ピクセルの下に１つの電極が、加えられてもよい（即ち前面基板側に１つ、背面基板側に１つ）。このようにして、層２の粒子は、透過部又は反射部に誘導されてよく、これは、透過モード又は反射モードでの専用動作を可能にする。

本発明は、特定の実施例を参照して示され説明されたが、当業者には、添付の請求項に規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細に種々の変更が加えられることができることが理解されるべきである。作製可能な１つの変形例は、互いに異なった吸収スペクトルを持つ粒子を含む２つ以上のドメインを有する電気泳動材料の層を用いることである。これにより、波長に依存するディスプレイ（即ちカラーディスプレイ）が生成されてもよい。更に、異なった粒子が用いられてもよく、例えば、特定のアプリケーションのためには反射粒子が用いられてもよい。更に、本発明と同じ考えを利用して、幾つかのピクセルレイアウトが可能である。例えば、互いに異なった吸収スペクトルを有する幾つかの種類の粒子が、同じドメインに組み込まれ、多色ピクセルを有するカラーディスプレイを生成することができる。この場合、多色ピクセル内で色分解を容易にするために追加の電極が必要とされる可能性がある。

従って、本発明は、トランスフレクティブモードにおいて動作させられることができる、即ち、前面照光及び後部照光の両方が可能であるディスプレイ装置を提供する。本発明は、反射モード及び透過モードの両方の最適化が実質的に同一であるという事実から、標準のスーパーツイステッドネマチックディスプレイと比較して、透過モードと反射モードとの間でパフォーマンスに差の無いディスプレイを提供する。試験により、本発明によるモノクロディスプレイは、モノクロＳＴＮディスプレイの約２倍明るく、本発明によるカラーディスプレイは、対応するカラーＳＴＮディスプレイの約６倍明るいことが示された。

本発明の第１の実施例による白い状態のディスプレイ装置の断面図である。 本発明の第１の実施例による黒い状態のディスプレイ装置の断面図である。 本発明の第２の実施例によるディスプレイ装置の断面図である。 本発明の第２の実施例によるディスプレイ装置の断面図である。 本発明の第３の実施例によるディスプレイ装置の断面図である。 本発明の第３の実施例によるディスプレイ装置の断面図である。 本発明の第３の実施例によるディスプレイ装置の断面図である。 ディスプレイ装置のビューア側から見られる、明るい状態の本発明の第４の代替実施例を開示する。 ディスプレイ装置のビューア側から見られる、暗い状態の本発明の第４の代替実施例を開示する。

Claims (12)

1. 電気泳動ディスプレイ装置であって、第１及び第２の基板間に挟まれた電気泳動材料の層を有し、前記ディスプレイのピクセルは、更に、前記電気泳動層の前記材料を局所的に制御するための第１及び第２の電極を有する、電気泳動ディスプレイ装置において、トランスフレクティブ動作を可能にするために、前記第１及び第２の電極は、当該第１及び第２の電極に信号が印加されると前記電気泳動層中で実質的に横方向の電場が生成されるように、前記第１の基板から実質的に同じ距離に配置されることを特徴とする電気泳動ディスプレイ装置。
2. 請求項１に記載のディスプレイ装置において、前記第１及び第２の電極は、互いに実質的に平行に構成される、ディスプレイ装置。
3. 請求項１又は２に記載のディスプレイ装置において、前記第１及び第２の電極は、実質的に前記第１の基板上に構成される、ディスプレイ装置。
4. 請求項３に記載のディスプレイ装置において、前記第１の基板は、透過型前面基板である、ディスプレイ装置。
5. 請求項３又は４に記載のディスプレイ装置において、更に、前記ピクセルの貯蔵部を生成するための光シールド素子を有し、前記光シールド素子は、前記第１の基板と前記第１及び第２の電極のうちの１つとの間に構成される、ディスプレイ装置
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のディスプレイ装置において、背面基板である前記基板のうちの１つの上の、前記ディスプレイ装置のビューア側から見て前記第１及び第２の電極の間の領域に、リフレクタ素子が構成される、ディスプレイ装置。
7. 請求項６に記載のディスプレイ装置において、前記背面基板は透過型であり、前記リフレクタは、トランスフレクティブ動作を許可するために、半透過型リフレクタ又はパターンリフレクタの何れかである、ディスプレイ装置。
8. 請求項７に記載のディスプレイ装置において、前記パターンリフレクタは、前記ピクセルが、リフレクタ領域及び透過領域を有し、これら領域のそれぞれが実質的に前記第１及び第２の電極間に延在するようなものである、ディスプレイ装置。
9. 請求項７に記載のディスプレイ装置において、前記パターンリフレクタは、前記ピクセルが、リフレクタ領域及び透過領域を有し、これら領域のそれぞれが実質的に前記第１及び第２の電極に平行になるようなものである、ディスプレイ装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載のディスプレイ装置において、電気泳動材料の前記層は、吸収粒子又は反射粒子の何れかが液体に縣濁した懸濁液から構成される、ディスプレイ装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載のディスプレイ装置において、電気泳動材料の前記層は、互いに異なった吸収スペクトルを持つ粒子を含む２つ以上のドメインを有する、ディスプレイ装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載のディスプレイ装置において、電気泳動材料の前記層は、互いに異なった吸収スペクトルを持つ２つ以上の種類の粒子を有する少なくとも１つのドメインを有する、ディスプレイ装置。

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