JP2006518481A - 電気泳動マルチカラー表示装置 - Google Patents

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Abstract

電気泳動マルチカラー表示装置は、電気泳動媒体(14)を有する複数のセル(10,10´,10",...)と、セルのサブグループを選択するための画素電極(11,11´,11",...)とを有する。カラーフィルタアレイ(13)は画素電極と関連付けられている。画素電極(11,11´,11",...)と位置合わせされているカラーフィルタアレイ(13)が電気泳動媒体(14)の同じ側に備えられている。好適には、カラーフィルタアレイ(13)のセル(10,10´,10",...)はマトリクスに従って配置され、画素電極(11,11´,11",...)と位置合わせがなされたラインに沿って配置されている。好適には、比較的低い屈折率を有する絶縁性材料(17)が画素電極(11,11´,11",...)とカラーフィルタアレイ(13)との間に備えられている。好適には、絶縁性材料(17)は、フッ素ポリマー、低誘電率薄膜及び低誘電率ナノ多孔質薄膜から構成される群から選択される。

Description

本発明は、電気泳動マルチカラー表示装置に関する。
電気泳動表示装置は、異なる透過率又は反射率を有する2つの極限状態間の電界の影響下で、通常着色された帯電粒子の動きに基づいている。そのような表示装置を用いると、暗い(着色)文字が光(着色された)のバックグラウンドに対して表示され、又は逆に表示される。電気泳動表示装置は、特に、紙の機能を後継する表示装置において用いられ、“電子ペーパ”又は“ペーパーホワイト”アプリケーション(電子新聞、電子日記)としばしば呼ばれる。
携帯表示アプリケーションに対しては、電気泳動表示装置は、長期間の画像安定性のために比較的低い電力消費、比較的高い白色状態反射率及びコントラスト、並びに読み易さを向上させる“紙のような”光学系を有する。それらの反射型表示装置の光学的性能により、それらの表示装置は環境光の強度及び方向に対して比較的鈍感である。電気泳動表示装置は、通常の紙の視野角と特に同じ広さである視野角を提供する。その性能は、フロントライトのような補助照明による解決方法は多くの装置に対して必要とされないようなものである。
マイクロカプセル化された電気泳動インクに基づく光学材料は、適合するステンレス箔又は有機薄膜トランジスタ(TFT)上に従来のa−SiTFTを成功裏に集積された。アクティブマトリクスへの材料の容易な機械的集積化は、液晶表示(LCD)装置のセルアセンブリプロセスに比べて大幅な簡素化に導く。単色の電気泳動表示装置においては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)がコーティングされたフレキシブルなプラスチック製前面シートと電気泳動媒体とが薄膜トランジスタのバックプレーンに、直接、ラミネート化される。ラミネート化された後、周縁シールがその表示装置の周囲に適用される。原理的には、偏光フィルム、アライメント層、ラビング処理又はスペーサは必要ない。
カラーフィルタアレイが適切に設計され、その表示装置に集積されているとき、多くの電気泳動表示装置の性能の有利点が維持されることが示されてきた。電気泳動マルチカラー表示装置においては、色飽和度並びに白色及び黒色状態反射率は、照明及び視覚条件に対して比較的感度が悪い。
既知の電気泳動マルチカラー表示装置の短所は、電気泳動マルチカラー表示装置の製造(アセンブリ)が比較的複雑であることである。
本発明の目的は、上記の欠点のセンブ又は一部を低減することである。本発明に従って、この目的については冒頭部分で述べた種類の電気泳動マルチカラー表示装置は:
電気泳動媒体を有する複数のセルと;
セルのサブグループを選択するための画素電極と;
画素電極に関連するカラーフィルタアレイと;
を有し、
カラーフィルタアレイと画素電極とは電気泳動媒体の同じ側に備えられている電気泳動マルチカラー表示装置である。
本発明者は、電気泳動媒体の同じ側に画素電極とカラーフィルタアレイとを形成することにより、画素電極に関するカラーフィルタアレイのアライメントが非常に簡単化される。このようにして、電気泳動マルチカラー表示装置の製造アセンブリは比較的簡単になる。
既知の電気泳動マルチカラー表示装置のレイアウトは、典型的には、次のような方法で形成される。導電層を備えている(プラスチック)シートの上部において、電気泳動媒体がコーティングされる。この電気泳動媒体を備えている(プラスチック)シートは、画素電極を備えている基板においてラミネート化される。一般に、それらの画素電極は、所謂、アクティブマトリクス基板の一部を構成する。既知の電気泳動マルチカラー表示装置は、電気泳動媒体に関連するカラーフィルタアレイの好適な配列のために、(プラスチック)シート側から見ることができる。本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の構成においては、カラーフィルタアレイはその表示装置の“ビューア”側にある。
電気泳動媒体の反対側におけるカラーフィルタアレイと画素電極とを有する既知の電気泳動マルチカラー表示装置のアセンブリ処理は、電気泳動媒体の比較的不透明な性質のために妨げられる。電気泳動媒体は、画素電極に関連するカラーフィルタアレイのアライメントを分かり難くする。
本発明の電気泳動マルチカラー表示装置においては、画素電極及びカラーフィルタアレイは電気泳動媒体の同じ側にある。この、電気泳動媒体に関連するカラーフィルタアレイと画素電極の配列は、本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置が既知の表示装置の場合と反対側から見ることができる。電気泳動マルチカラー表示装置は“アクティブマトリクス基板”側から見ることができる。電気泳動マルチカラー表示装置の好適な実施形態においては、電気泳動層は、個別の(プラスチック)フィルム又はシート上に形成され、更に共通電極を有する。
通常、カラーフィルタアレイは、“赤色”、“緑色”及び“青色”セルを有する。それらのセルは共に、所謂、電気泳動マルチカラー表示装置の“画素”を構成する。
電気泳動マルチカラー表示装置の影響を受けないで見ることができるように、画素電極は、好適には、透明である。好適には、画素電極は、ITO(Indium Tin Oxide)又は何れの他の適切な透明導電材料から成る。
カラーフィルタアレイのセルは種々の構成で配列されることが可能である。好適には、セルはマトリクス(行及び列を有する)の形に配列される。セルは各々の色に対して個別の“ドット”であることが可能であり、各々の“ドット”又はセルは画素電極と対応する。他の実施形態においては、色は画素電極の行に従った線に沿って配列される。本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の好適な実施形態においては、カラーフィルタアレイの各々のセルは画素電極と位置が合っている。本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の代替の実施形態においては、カラーフィルタアレイのセルは画素電極と位置が合っている線に沿って表示される。更に、カラーセルは、種々の他の方式で、例えば、三角形状又はプリズム形状レイアウトに構成されることが可能である。
特に、画素電極は、電気泳動媒体を有するセルと密着する状態で備えられる。このために、本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の好適な実施形態は、セルとカラーフィルタとの間に備えられる。カラーフィルタアレイが画素電極とセルとの間にある場合、カラーフィルタに対して不所望の電圧降下が存在する。
電気泳動マルチカラー表示装置の反射率を改善するために、低屈折率の層がカラーフィルタアレイと画素電極との間に設けられる。このために、本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の好適な実施形態は、比較的低い屈折率の絶縁性材料が画素電極とカラーフィルタアレイとの間に備えられる。そのような低屈折率の層を備えることは、電気泳動媒体から散乱して戻る光が全内部反射角より小さくない角度で基板層に入射することを確実にする。
好適には、絶縁性材料は、フッ素ポリマー、低誘電率無機薄膜及び低誘電率ナノ多孔質薄膜により構成される群から選択される。好ましい絶縁性材料は、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリマー及びエアロゲル(のナノフォーム)である。そのような材料の屈折率は1乃至1.4の範囲内にある。例えば、フッ素ポリマーの屈折率は約1.3である。
本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の好適な実施形態は、各々のセルが薄膜トランジスタに関連付けられていることを特徴とする。好適には、カラーフィルタアレイ及び薄膜トランジスタは透明な前面ウィンドウに備えられ、カラーフィルタアレイの要素は薄膜トランジスタに隣接して配置される。
本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の好適な実施形態は、画素電極間¥とそれぞれの薄膜トランジスタとの間の電気的接続がカラーフィルタアレイにおける切り欠きにより与えられることを特徴とする。画素電極がそれらの間に低屈折率材料の層を有するカラーフィルタアレイの上部に形成されるとき、画素電極はカラーフィルタアレイに形成されたビアホールにより接触することができる。
本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の好ましい実施形態は、カラーフィルタアレイのセルが、屈折率nliが1.0≦nli≦1.5の範囲内にある比較的に低い屈折率の材料を有することを特徴とする。比較的屈折率が低い材料を導入することにより、更に光がセルと出射結合され、それにより、電気泳動マルチカラー表示装置の輝度を増加させる。低屈折率材料を用いることは、全内部反射についての限界角より大きい角度における散乱光がセルと出射結合されることができないことに基づいている。低屈折率材料を導入することにより、更なる光がセルから出るようになり、所謂、限界角は大きくなる。
セルに入射する光は、前面ウィンドウの表面に対して垂直な角度が限界角θlaを上回っている場合、前面ウィンドウから漏れるようにならない基地の電気泳動マルチカラー表示装置における散漫散乱により再分配される。入射光束が光束Iinを有し、反射される光が光束Ioutを有する場合、その入射光とセルから出射結合される光との間の関係は、次式により与えられる一次近似にある。
out≦Iin(1−cos(2θla))/2
該式において、セルの反射はランバーシャンであると仮定される。該式における≦−符号が、付加的フレネル損失が無視されることを示すように導入されている。表Iにおいては、通常条件下にある反射光束Ioutは前面ウィンドウの屈折率の種々の値に対して計算されたものである。
Figure 2006518481
ガラス又はn(屈折率)≒1.5のポリエチレンテレフタレート(PET)から成る前面ウィンドウに対しては、入射光の0.44xIinのみが反射される。n≒1.6のポリカーボネートから成る前面ウィンドウに対しては、入射光の0.39xIinのみが反射される。
低屈折率材料を導入することにより、更なる光がカラーフィルタアレイのセルから光結合されることができる。好適には、低屈折率材料の屈折率はnli≦1.4である。
本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の好適な実施形態は、低屈折率材料は、フッ素ポリマー、低誘電率無機薄膜及び低誘電率ナノ多孔質薄膜より構成される群から選択される。フッ素ポリマーに対する屈折率は約1.3である。表Iに従って、n≒1.3に対する反射光束は0.59xIinまで増加し、既知の電気泳動マルチカラー表示装置に対する利得係数は0.59/0.44=1.34になる。低誘電率の薄膜は、例えば、n≒1.39であるLiF又はn≒1.38であるMgF等のフッ素化合物において見出される。又、フルオロ珪酸塩が低屈折率を有するとして知られており、例えば、MgSiFは屈折率がn≒1.35であり、KSiFは屈折率がn≒1.34である。ナノ多孔質膜又はエアロゲルの屈折率は1.05乃至1.1であるように低くすることができる。n≒1.1に対しては、反射光束における利得係数は約2である。
本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の好適な実施形態は、電気泳動媒体がマイクロカプセル中に存在することを特徴とする。好適には、電気泳動マルチカラー表示装置は、セル当たり1つのマイクロカプセル又は副画素当たり1つのマイクロカプセルを有する。帯電した電気泳動粒子は基板間に流体の状態で存在することが可能であるが、代替として、電気泳動媒体が、マイクロカプセル電気泳動媒体と又、しばしば呼ばれる、マイクロカプセルの状態で存在することが可能である。
本発明の上記の及び他の特徴は、以下、詳述する実施形態を参照することにより、明確になり、理解することができるであろう。
添付図は単に分かり易く示しており、スケーリングされていない。特に、明確にするために、一部の寸法は非常に誇張して描かれている。図における同様の構成要素については、できるだけ同じ参照番号を付けている。
図1は、本発明が適用可能である電気泳動マルチカラー表示装置の一部の電気等価回路を示している。その等価回路は、行即ち選択電極7と列即ちデータ電極6との交差領域における複数のセル10(図1には、1つのセルのみを示している)を有する。図1における1からmまで番号付けした選択電極は、行ドライバ4により連続的に選択される一方、図1において1からnまで番号付けされたデータ電極はデータレジスタ5によりデータを供給される。このために、プロセッサにおいて、必要に応じて、入力データが、先ず、処理される。行ドライバ4とデータレジスタ5との間の相互同期化はプロセッサ3に接続されたドライブライン8によりなされる。
行ドライバ4からの駆動信号は、ゲート電極が選択電極7に電気的に接続されmソース電極がデータ電極6(アクティブドライブと呼ばれる)に電気的に接続される薄膜トランジスタにより電極を選択する。データ電極6における信号は、ドレイン電極に結合される、セル10の画素電極11にTFTにより転送される。セル10の他の電極は、例えば、所謂、共通(対向)電極12により、例えば、グランドに接続される。図1の例においては、そのような画素電極11を有するTFT9及び共通電極12が1つのセル10のみについて示されている。
薄膜トランジスタは、本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置にとって本質的ではない。トランジスタが電気泳動マルチカラー表示装置に備えられていないとき、画素電極はデータ電極であり、共通電極は選択電極である。
図1は、カラーフィルタアレイ13により3つのカラー要素B、G、Rを模式的に示している。図1の例においては、カラー要素B、G、Rは線形レイアウトの状態で配置されている。更に、カラーフィルタアレイにおけるそれぞれのカラーラインは、選択電極7として同じ方向に配置されている。カラーフィルタアレイ13におけるカラー媒体は、例えば、光透過型カラーフィルタ要素である。
カラーフィルタアレイのセルは種々の構成で配置されることが可能である。セルは各々のカラーについて別個の“ドット”とすることが可能であり、セルの各々の“ドット”は画素電極に対応している。他の代替の実施形態においては、カラーフィルタアレイの各々のセルは画素電極と位置が合っている。更に、カラーセルは、種々の他の方式で、例えば、三角形状又はプリズム形状レイアウトの状態で構成されることが可能である。代替として、画素電極11と位置が合っている線に沿ってカラーフィルタアレイにおけるそれぞれのカラーラインを配置することは有利である。
図2においては、本発明の実施形態に従った電気泳動マルチカラー表示装置の幾つかのセル10,10´,10",...を断面で、スケーリングしないで非常にも式敵に示している。透明な前面ウィンドウ20は、薄膜トランジスタ9,9´,9",...のマトリクスを備えている。好適には、前面ウィンドウ20はガラス又はポリエチレンテレフタレート(PET)から成る。薄膜トランジスタ9,9´,9",...の間には3つのカラー要素B、G、Rを有するカラーフィルタアレイ13が備えられている。電気泳動セル10はカラーフィルタアレイのカラー要素Bと関連付けられ、電気泳動セル10´はカラー要素Gと関連付けられ、電気泳動セル10"はカラー要素Rと関連付けられている。3つの左右に隣接するセル10,10´,10",...は、電気泳動反射カラー画素13を構成する。図2においては又、各々のセルの側部を区画するための、各々のセル10,10´,10",...間の壁24を示している。それらの側部のセルの壁24を、例示目的のために示しており、実際の実施形態においてある必要はない。
図2においては、画素電極11,11´,11",...はカラーフィルタアレイ13の上方に備えられている。好適には、画素電極11,11´,11",...は透明であり、好適には、ITO(Indinm Tin Oxide)又はいずれの他の適切な透明導電材料から成る。薄膜トランジスタ9,9´,9",...のアレイを備えている透明な前面ウィンドウ20は、液晶表示装置の業界で採用されている基地のアクティブマトリクス基板から構成される。
図2の実施例においては、比較的低い屈折率を有する絶縁性材料17の層は、カラーフィルタアレイ13と画素電極11,11´,11",...との間に備えられている。絶縁性材料17の比較的低い屈折率は電気泳動マルチカラー表示装置の反射率を改善する。
対向電極、所謂、共通電極12は、画素電極11,11´,11",...から逸れている電気泳動媒体14を有するセル10,10´,10",...の側部に備えられている。共通電極12は背面シート25上に備えられている。
画素電極11,11´,11",...とそれぞれの薄膜トランジスタ9,9´,9",...との間の電気的接触を可能にするように、絶縁性材料17に孔が備えられている。代替の実施形態においては、画素電極とそれぞれの薄膜トランジスタとの間の電気的接触を、カラーフィルタアレイにおける切り欠き部により与えられる。
既知の表示装置とは対照的に、本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置を、表示のアクティブマトリクス側から見ることができる。
図3Aは、本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の(単一)セルの断面を示している。図3の実施例においては、低屈折率材料27の層が透明な前面ウィンドウ20に関連付けられている3つのカラー要素の1つ(“B”)に隣接して配置されている、TFT9に接続されている画素電極11と電気泳動媒体10との間に備えられている。共通電極12は背面シート25上に備えられている。
代替の実施形態においては、低屈折率材料が、透明な前面ウィンドウと関連付けられているスイッチング電極と透明な前面ウィンドウとの間に備えられている。好適には、スイッチング電極の厚さは光の波長に等しいか又はそれより小さい。
1つ又はそれ以上の低屈折率の材料の層を付加することにより、電気泳動マルチカラー表示装置の輝度は改善される。低屈折率媒体の屈折率が空気の屈折率に近くなるほど、輝度の改善がより実現する。好適には、低屈折率材料の層の屈折率はnli≦1.4である。所望の屈折率の範囲内にある材料が利用可能である。好適には、低屈折率材料27は、フッ素ポリマー、低誘電率無機薄膜及び低誘電率ナノ多孔質薄膜から構成される群から選択される。フッ素ポリマーの屈折率は約1.3であり、ナノ多孔質薄膜又はエアロゾルの屈折率は約1.1である。低誘電率薄膜は、例えば、n≒1.39であるLiF又はn≒1.38であるMgF等のフッ素化合物において見出される。又、フルオロ珪酸塩は低屈折率を有するとして知られており、例えば、MgSiF6は屈折率がn≒1.35であり、K2SiF6は屈折率がn≒1.34である。ナノ多孔質膜又はエアロゲルの屈折率は1.05乃至1.1であるように低くすることができる。
図3Bは、本発明の他の実施形態に従った電気泳動マルチカラー表示装置のセルを断面で示している。図3Bの実施例においては、セル10は、低屈折率材料を有する低屈折率材料27(参照番号“10+27”により図3Bに示している)を有する。
上記の実施形態は本発明を制限するのではなく、例示的であり、そして同時提出の特許請求の範囲における範囲から逸脱することなく、当業者は代替の実施形態をデザインすることができることに留意する必要がある。用語‘を有する’は請求項において列挙されていない要素又は段階を排除するものではない。要素の単数表現は複数のそのような要素の存在を排除するものではない。本発明については、適切にプログラムされたコンピュータにより及び幾つかの別個の要素を有するハードウェアにより実行することができる。幾つかの手段を列挙している装置請求項においては、それらの手段の幾つかを、全く同一のハードウェアのアイテムにより具現化することができる。単に、特定の手段が互いに異なる従属請求項において列挙されているということは、それらの手段の組み合わせが有利であるように用いられることができないことを意味するものではない。
電気泳動マルチカラー表示装置の一部の等価回路を示す図である。 本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置の幾つかのセルの断面を示す図である。 本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置のセルの断面を示す図である。 本発明に従った電気泳動マルチカラー表示装置のセルの断面を示す図である。

Claims (15)

  1. 電気泳動媒体を有する複数のセル;
    セルのサブグループを選択するための画素電極;及び
    前記画素電極に関連付けられているカラーフィルタアレイ;
    を有する電気泳動マルチカラー表示装置であり、
    前記カラーフィルタアレイ及び前記画素電極は前記電気泳動媒体の同じ側に備えられている;
    ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  2. 請求項1に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記セルはマトリクスに従って配置されており、前記カラーフィルタアレイの各々のセルは画素電極と位置が合っている、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  3. 請求項1に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記セルはマトリクスに従って配置されており、前記カラーフィルタアレイの各々のセルは前記画素電極と位置が合っているラインに沿って配置されている、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれ一項に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記画素電極は前記セルと前記カラーフィルタアレイとの間に備えられている、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  5. 請求項1乃至3のいずれ一項に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、比較的低い屈折率を有する絶縁性材料が前記画素電極と前記カラーフィルタアレイとの間に備えられている、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  6. 請求項5に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記絶縁性材料は、フッ素ポリマー、低誘電率薄膜及び低誘電率ナノ多孔質薄膜から構成される群から選択される、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  7. 請求項5に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記絶縁性材料は、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリマー及びエアロゲルから構成される群から選択される、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  8. 請求項1乃至3のいずれ一項に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記セルの各々は薄膜トランジスタに関連付けられている、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  9. 請求項8に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記カラーフィルタアレイと前記薄膜トランジスタは透明な前面ウィンドウにおいて備えられ、前記カラーフィルタアレイの要素は前記薄膜トランジスタに隣接して備えられている、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  10. 請求項8に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記画素電極と前記のそれぞれの薄膜トランジスタとの間の電気的接触は前記カラーフィルタアレイにおける切り欠き部により与えられる、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  11. 請求項1乃至3のいずれ一項に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記セルは、屈折率nliが1.0≦nli≦1.5の範囲内にある低屈折率材料を有する、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  12. 請求項11に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記低屈折率材料の屈折率nliはnli≦1.4である、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  13. 請求項11に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記低屈折率材料は、フッ素ポリマー、低誘電率薄膜及び低誘電率ナノ多孔質薄膜から構成される群から選択される、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  14. 請求項1乃至3のいずれ一項に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、前記電気泳動媒体はマイクロカプセル中にある、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
  15. 請求項14に記載の電気泳動マルチカラー表示装置であって、セル当たり1つのマイクロカプセルを有する又はサブセル当たり1つのマイクロカプセルを有する、ことを特徴とする電気泳動マルチカラー表示装置。
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