JP2011053683A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】層***あるいは層移動の原理に基づく新たな表示装置を提供する。
【解決手段】少なくとも2つの異なる状態を有する表示装置であり、液体のうちの一方の液体5(例えばオイル)は、第1の状態において少なくとも第1の支持プレート3に隣接し、第2の状態において他方の液体6が少なくとも部分的に第1の支持プレートに隣接する。1つの実施形態では、画素は実質的に閉じられたスペースに対応し、第1の状態において他の液体層は実質的に完全に両方の支持プレートに隣接し、2つの副層に分割される。このことは、一方では移動を生じさせるために低電圧を使用することを可能とし、他方で、カラーディスプレイの機会を与える。
【選択図】図2

Description

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スペースに互いに混合しない少なくとも1つの第1の液体及び第2の液体を有する画素を有し、それらの液体のうちの1つが電気導電性又は有極性であり、少なくとも2つの異なる状態を作るための手段を有する表示装置に関する。
本発明は、更に、切替可能な拡散装置に関する。
TFT−LCDsのようなディスプレイ装置は、ラップトップコンピュータ及びオーガナイザで使用されるが、GSM電話においてますます広い用途も見出されている。LCDの代わりに、例えば(ポリマー)LEDディスプレイ装置も使用されている。
これまでに十分に確立されている表示効果とは別に、他の表示技術が、ペーパーホワイトの用途に適した電気泳動ディスプレイのように発達している。
拡散装置は、カメラのようないくつかの装置に使用することができる。
本発明による表示装置は、少なくとも2つの異なる状態を有する。液体のうちの一方が、第1の状態において少なくとも第1の支持プレートに隣接し、第2の状態において他方の液体が少なくとも部分的に第1の支持プレートに隣接する。
本発明は、発明者によって発見された原理、いわゆる層***に基づくが、一方では層移動を用いることができる。本発明はこれらの原理を用いた新たな方法を提供する。
例えば(第1の)液体が(着色)オイルであり第2の(他方の)液体が水である場合、(界面張力のために)オイル層の上に水の層を有する2層系が備えられる。しかしながら、電圧が2つの層の間に印加されると、オイル層は静電力のために***する。水の一部がオイル層を貫通するので、画素は部分的に透過になる。
コントラストは、***の後に残る(第1の)液体((着色)オイル)の液滴によって占有される領域部分によって制限される。典型的には、元の液体層の厚さに依存して、25−50%の領域になる。これは、より高い電圧を印加することによって更に減少することができるが、消費電力がかなり増大するだろう。理想的には、液体(この場合は光学吸収オイル)によって占められる残存領域が0%に近づくことが望まれる。
他の制約は、***すると領域部分が瞬間的に約50%に減少することである。従って、100%に近い領域部分を得ることは難しい。結果として、アナロググレースケールの実現は難しくなる。
第1の実施形態では、画素は、画成されたスペース(例えば、実質的に閉じたスペース)に対応し、第2の状態において他方の液体は実質的に完全に第1の支持プレートに隣接する。本発明の他の態様によれば、これは不均一電界を印加することによって実現される。この場合、或る特定の場所においてのみ、層の***(又は移動)のためのしきい電界を超える。その場所において、オイル膜の***(又は移動)が始まる。不均一に印加された電界は、幾つかの方法により得ることができる。
この目的のため、本発明の第1の好適実施形態では、電極と第1の支持プレートの一部の表面との間の誘電層は、厚さが変化する。
他の実施形態では、本発明の第1の好適実施形態では、電極と第1の支持プレートの一部の表面との間の誘電層は、変化する誘電率を有する。
電界を増大させることによって、オイル膜の***(又は移動)のためのしきい値は、支持プレートの領域に渡って移動し、制御することができる。これによって、グレーレベルの実現が可能となる。
一方、オイル膜の***(又は移動)は、第1の支持プレートの一部のぬれ性又は第1の液体層の厚さが変化することによって、制御できる。
更に、電極のエッジにおける漂遊電界分布を用いること、又は所望の不均一電界分布を提供するセグメント電極構造を設計することが可能である。
本発明による他の実施形態では、画素は、画成されたスペースに対応し、第1の状態において他方の液体層は実質的に完全に両方の支持プレートに隣接する。実際、他方の液体層(オイル層)は2つの副層に分割され、各々の層は薄くすることができる。このことは、一方で、オイル膜の***(又は移動)を生じさせるために低電圧を使用することを可能にする。他方で、このことは、カラーディスプレイの可能性及びより多くのグレー値の実現をもたらす。
この目的のため、本発明の好適実施形態では、画素は画成されたスペースに対応し、該スペースは該スペースを少なくとも2つのサブ画素に分割する別の壁を有する。第1の状態において、別の他方の液体層がサブ画素内で少なくとも部分的に第1の支持プレートに隣接する。(別の)他方の液体層に異なる色を与えることによって、カラーディスプレイが得られる。
***後この別の液体によって占められる残存領域を得るために、第2の状態において、他方の液体層及び別の他方の液体層のうちの少なくともいずれかがスペースの壁に隣接する。壁に隣接する両方の副層の材料が混ざることを防止するために、装置は好ましくは第2の状態において他方の液体層及び別の他方の液体層の一部が混ざることを防止するための手段を有する。
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかであり、これら実施形態を基準にして説明される。
図は概略的であり、一律の縮尺では示されていない。対応する素子は、概して同じ符号によって示されている。
本発明による表示装置の一部の概略断面である。 本発明による表示装置の一部の概略断面である。 本発明による表示装置の一部の別の概略断面である。 本発明による表示装置の一部の概略である。 本発明によるカラー表示装置の一部の概略断面である。 本発明の他の実施形態である。 本発明の他の実施形態である。 本発明の他の実施形態である。 本発明による表示装置の一部の別の概略断面である。
図1は、本発明による表示装置1の一部の概略断面を示す。2つの透明基板又は支持プレート3、4の間に、第1の液体5及び第2の液体6が備えられ、これらは互いに混合しない。第1の液体5は、例えば、ヘクサデカンのようなアルカン又はこの例のように(シリコン)オイルである。第2の液体6は電気伝導性又は有極性、例えば水又は塩類溶液(例えば、KClを水及びエチルアルコールの混合液に溶かした液)である。第1の状態では、外部電圧が印加されないとき(図1a)、液体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、透明電極7(例えばインジウム(スズ)酸化物)が備えられ、中間疎水性層8(本例では、アモルファスフルオロポリマー(AF1600))が備えられる。
発明者は、電圧が印加されると(電圧源9)、層5が小さい液滴に***することを発見した(図1b、断片化した膜)。電気エネルギー利得が曲面の形成による表面エネルギー損失より大きいとき、***が生じる。非常に重要な側面として、切れ目無く続く膜と断片化した膜との間の可逆的な切替えが、電気的な切替手段(電圧源9)によって実現されることが分かった。
この効果は、電気−光学効果、特に着色オイルが使用される場合表示効果に使用することができる。これは、光学活性なオイル(例えば、不透明又は反射するオイル)を用いて実現される。他の実施形態では、光学活性な粒子を有する液体が使用されるか、或いは、染料材料がオイルに溶かされる。電気−光学効果は、例えばLCD技術から知られているようにバックライトを使用することによって透過の方式で、又は(拡散)反射体を使うことによって反射の方式で使用することができる。
液滴サイズは印加される電圧に依存し、これは原理的に、中間透過(又は反射)状態(グレーレベル)を導入する可能性を提供する。しかしながら、***すると、その領域部分が約50%まで実際に直ちに減少することが分かった。従って、50%と100%との間の領域部分を得ることは難しい。その結果、この特定の範囲内で任意のアナロググレースケールは、実現することが難しい。
一方、コントラストは、***の後に生じる液滴によって占有される領域部分によって制限される。(ICドライバでディスプレイを駆動することを考慮して)実際の電圧において、およそ25%の最小領域部分が観察される。これは、より高い電圧を印加することによって更に減少することができるが、消費電力がかなり増大し、多分低電圧ICドライバの使用を妨げるだろう。
この目的のため、図2の実施形態では、中間疎水性層8は、中央が最も小さい厚さを有する湾曲形状を有し、確実に電界が画素2の中央で最も高いようにする。この場合、電界は(絶縁体の変化する厚さによって)放射状に変化する。先ず、絶縁体が最小の厚さを有する画素の中央において、しきい電界を越える。電界を増大させると、印加された電界がしきい電界に等しい位置が外側に移動し、従ってオイルを画素の側面に動かす。図3の概略図面は、円対称な画素又は矩形状の画素の断面を示す。最初の状況において、オイルは、画素の中心の単一点から始まってリング形状で外側に押される。矩形状の画素に対して、オイルの***がラインに沿って開始しオイルがカーテンのごとく外側に押しやられるように、薄い円柱状に形づくられる絶縁膜を想像できる。
層8の曲線形状を採用することによって、光学吸収オイル層5は、光学活性には関係しない画素の内側の位置、この場合は画素の側面(又は後部)に移動する。特定のしきい電界Et以下では、***は起こらず、一方、Etよりも高い電界では、オイル膜が液滴に***する。***は、約3Vμmの電界強度において、絶縁膜の厚さの広い範囲(0.3〜10μm)に渡って生じることが分かった。
もう一つの例では、電極のエッジにおける漂遊電界分布が用いられるか、又は、所望の不均一電界分布を提供する特別な電極構造(セグメントに分けられたもの、穿孔されたもの)が用いられる。
この例では、オイル***を考えたが、同様の議論は液体移動に基づいた装置にも当てはまる。一方、(例えば、不十分な量、厚さのばらつき又は接触角のため)不均一なオイル層がオイル移動(又は***)を起こすことができる。
厚いオイル膜5に対するオイル膜***の場合、オイル膜の厚さは、絶縁膜8の厚さと比較してもはや無視できず、オイル膜の分割を行うためには、より高い電圧が必要とされる。従って、この原理は、薄膜(上は約300nmまで)の使用に限定される。斯かる厚さの膜に対して、十分な光学的吸収を有することは難しく、これは、オン状態とオフ状態との間の光学コントラストを減少させる。
移動の場合、画素に渡って変化する表面張力を効果的に生じさせる不均一電界分布が使用される。全体のシステムは、最も低い表面エネルギーを有する位置にオイルを動かすことによってそのエネルギーを低くすることができ、オイル膜を見えない所に動かすことができる。この原理は、薄いオイル膜と同様に厚いオイル膜に対して相対的に低い電圧で作用し、このことは、オイル膜の光学吸収性に必要な条件を緩和する。さらに、この原理は、グレー値を実現することが可能である。
別の実施形態が図4に示されており、これは、液体(水)6の両側に別々の2つのオイル層5、5’を有する。
層8、8’の材料(例えば、AF1600のようなテフロン)とは異なる材料から画素壁13を製造するか、又はこれらの壁13に、以下のような十分に高いエネルギーを有する斯かる材料14を備えることによって、
Figure 2011053683


(Sは、固体バリヤ材料14を示す)オイル膜はバリヤ又は材料14上には形成されない。これは、上のオイル膜5’及び下のオイル膜5が第1の状態又は第2の状態において決して互いに接続されないことを意味する。各層は、上(又は下)のAF1600層を通る貫通接続(図4に示す電極12)によって水6にコンタクトすることにより、独立に切り替えることができる。実際、これは、電極12によって水6を接地し、電極7又は電極11に電圧を印加することによって行うことができる。この装置は、拡散ホワイト反射体15を更に有する。視野方向は、図4に矢印16によって示される。
上に与えられる不等式が成り立つ材料のいくつかの例は、パリレン、PMMA(ポリメチルメタクリレート)及びガラスである。
層5、5’に異なる色を与えることによって、例えば色素を添加することによって、カラーディスプレイが実現される。これは次の例で説明される。
例1−スリーカラーディスプレイ
図5の実施形態では、オイル5は、カラーディスプレイを実現するため、異なる色素を使うことによって異なる色を有する。この例では、図5に示される構成に対してできるだけ高い輝度を得るために、3種類の例えばオイル、即ち、赤の層5R、緑の層5G及び青の層5Bが使用される。1つの画素は、黒の吸収体23(背景)及び2つのサブ画素A及びBを有し、各々のサブ画素は、図4に示されるものに相当する構成を有する。第1の状態において上部のオイル層5Bは、サブ画素の各々の半分を覆っている。これは、層8’(AF1600)の表面エネルギーを部分的に変更することによって実現できる。他の液体(この場合、水)は、電極12を通じて、固定電圧、例えばグランド(0V)とされる。
この構成において赤に着色した画素を得るために、赤のオイルの層5Rの下の電極17は接地(0V)されなければならず、一方、緑のオイルの層5Gの下の電極18及び青のオイルの層5Bの上の電極11は、電圧Vを印加することによって活性化されるべきである。緑の層及び青の層は画素の側面へ移動又は***し、黒の吸収体23の上のサブ画素Bは透明になる。結果として、サブ画素Aは赤に見えサブ画素Bは黒に見えるので、画素全体は赤に見える。最大輝度は50%に限られる。この最大輝度は、最大輝度が33%に限られる3つの平行画素を有する構造に比較して、重要な改良である。
同様のやり方で、50%の最大輝度を有する緑の画素及び50%の最大輝度を有する青の画素を得ることができる。電極に印加される電圧、並びに原色、黒及び白の各々の最大輝度の一覧が、表1に与えられている。
Figure 2011053683

白の状態は、全ての着色層の光を同時に反射することによって得られる。しかしながら、白の状態の色分布は、青の層5Bに対して選択されるサイズにかなり依存する。上の例では、青の層は画素の半分を占領する。結果として、緑及び赤は白に25%寄与し、これはひずんで見える。青の層が全体の領域の33%を覆う場合、全体の33%の低反射であるが、白の状態の色分布は、より良好に見える。しかし、青の状態は、50%ではなく33%の最大輝度に達する。
図5で示す構成は、一例として選択されている。上部に赤又は緑を有する他の構成も使用できる。実際、上部に最高反射率を有する色を選択することによって、色の各々によって占領される領域のサイズが異なることによって生じる色のひずみを低減し、及び/又は目の感受性を考慮することができる。
例2−スリーカラープラスホワイトディスプレイ
例1で生じる白の状態での輝度の変動は、白のオイルを使うことによって回避できる。白のオイルは、例えば、散乱粒子をオイルに分散させることによって得られる。
図6に示される構成は、斯かる白のオイルを使用する。例1と同様の方法で、異なる色は、電極17(赤のオイルの層5Rの下)、電極18(緑のオイルの層5Gの下)、電極19(青のオイルの層5Bの上)及び電極20(白のオイルの層5Wの上)に電圧を供給することによって得られる。結果が表2に与えられている。
Figure 2011053683

前の例のように、必要に応じて色配列を変えることができる。例えば、100%反射する高輝度の白の状態も、黒の吸収体23が白の反射体に置き換えられ、及びサブ画素Bの上部におけるオイル層が黒のとき、実現することができる。しかしながら、この構成では、着色状態又は白の状態であるサブ画素Aの寄与によって、十分な暗状態を得ることができない。これは、得られるコントラストを減少させる。
例3−減法混色カラーディスプレイ
あるいは、図7に示されるように、減法混色を使うことができる。各サブ画素内に2つのオイル層5が使用される場合、サブ画素当たり1つの原色を実現することができる。固定された減法混色カラーフィルタ21が上部に備えられる場合、表示性能の大きな改良が得られる。図7に示される画素は、3つのサブ画素A、B及びCから成る。サブ画素の各々では、減法混色の原色の順序が交番する。即ち、サブ画素Aに対してM(agenta)、C(yan)、Y(ellow)であり、サブ画素Bに対してC(yan)、Y(ellow)、M(agenta)であり、サブ画素Cに対してY(ellow)、M(agenta)、C(yan)である。
原色の各々をサブ画素のうちの少なくとも2つに作ることが可能である。例えばサブ画素Aにおいて、マゼンタカラーフィルタ部21Mは緑を吸収し、(切替可能な)黄色底部オイル層5Yは青を吸収する。赤を吸収する上部のシアンオイル層5Cが透過状態に切り替えられると、赤の光が白の背景層(反射体22)によって反射され、サブ画素Aが赤く見える。
同様の方法で、サブ画素Cは、底部のオイル層5Cを透過状態に切り替えることによって赤く見える。サブ画素Bに対して、シアンカラーフィルタ21Cは赤を吸収し、Bのオイル層5Y、5Mのいずれも透過状態に切り替えられない場合、サブ画素Bは黒く見える。サブ画素が十分に小さいので、人間の目は個々の応答を区別せず、画素全体が67%の最大輝度の赤に見える。他の色も、同様のやり方で得ることができる。色及びその対応する電圧状態の概要が、表3に与えられている。
Figure 2011053683

本発明の保護範囲は、記述される実施形態には限定されない。例えば、層6を(TiOの溶液を用いることによって)散乱又は(適切な顔料の溶液を用いることによって)反射として選択することができる。駆動電圧を電極に容量的に結合することもでき、特に電極12への容量結合は液体5の劣化を防ぐ。貯蔵部の液体の体積が温度、圧力又はその他によって変化する場合、液体のオーバーフロー又は供給のために1つ以上の貯蔵部を含むことができる。
最後に、図8は、画素壁13が画素の厚さ全体に渡って延在していない実施形態を示す。オイル膜5は非常に安定しているように思われ、これは、画素サイズが減少するにつれて更に高まる。壁がオフ状態のオイル膜の厚さの2倍の高さよりも小さくなければ、切替えの間、オイルは各領域に閉じ込められたままである。これは、液体6に対して共通チャネルを使うことができることを意味し、ディスプレイの製作及び駆動を単純にする。そして、液体への単一の電気的接続を外部に作ることができる。他の参照符号は、図4における参照符号と同じ意味を有する。
本発明は、いずれの新規な特有の特徴及びいずれの特有の特徴の組合せにも存在する。動詞「有する」及びその活用形は請求項に記載されている以外の要素の存在を排除するものではない。要素が単数であることは斯かる要素の複数の存在を排除するものではない。

1…表示装置、2…画素、3…第1の支持プレート、4…第2の支持プレート、5…第1の液体、5R…赤のオイル層、5G…緑のオイル層、5B…青のオイル層、5C…シアンオイル層、5Y…黄色オイル層、6…第2の液体、7…透明電極、8…中間疎水性層、9…電圧源、11,12,17〜20…電極、13…画素壁、14…材料、15…ホワイト反射体、21…カラーフィルタ、21C…シアンカラーフィルタ、21M…マゼンタカラーフィルタ、22…白の背景層、23…黒の吸収体。

Claims (33)

  1. 第1の支持プレートと第2の支持プレートとの間のスペースに互いに混合しない少なくとも1つの第1の液体及び第2の液体を有する複数の画素を有する表示装置であって、前記第2の液体は電気導電性又は有極性であり、
    当該表示装置の一の画素は、電圧が印加されない少なくとも一つの第1の状態と電圧が印加される異なる第2の状態との間で電気的に切替え可能であり、
    前記第2の状態において、前記第2の液体は前記第1の支持プレートの一の領域に隣接し、
    前記第1の状態において、前記第1の液体は前記第1の支持プレートの前記領域に隣接し、前記第1の液体は第1の液体層を形成し、前記第2の液体は前記第1の液体層上に第2の液体層を形成し、前記第1の液体層は前記第2の液体層と前記第1の支持プレートとの間に設けられ、
    前記第1の状態及び第2の状態は前記領域に表示効果を与え、前記第1の液体は前記第1の状態及び前記第2の状態において前記画素のスペースに閉じ込められる、
    表示装置。
  2. 前記第2の液体は前記画素の前記スペースに閉じ込められる、請求項1による表示装置。
  3. 前記第2の液体は、幾つかの画素に共通する層を形成する、請求項1による表示装置。
  4. 複数の画素は、前記第1の支持プレートと前記第2の支持プレートとの間の高さより小さい高さに延びる複数の画素壁を有する、請求項3による表示装置。
  5. 前記第1の液体は、前記第1の状態及び前記第2の状態において、前記第1の支持プレート及び前記第2の支持プレートのいずれかのみに隣接する、請求項1〜4のいずれか一項による表示装置。
  6. 前記第2の状態において、前記第1の液体は、前記第1の支持プレートと前記第2の支持プレートとの間において前記第1の支持プレートの前記領域によって定められる体積を欠いている、請求項1〜5のいずれか一項による表示装置。
  7. 画素が画成されたスペースに対応し、前記第2の状態において、前記第2の液体が実質的に完全に前記第1の支持プレートに隣接する請求項1による表示装置。
  8. 前記表示装置が、画素内に前記第1の支持プレートの一部の表面において不均一な電界を作る手段を有する請求項1又は7による表示装置。
  9. 電極と前記第1の支持プレートの一部の表面との間の誘電層は、厚さが変化する或いは変化する誘電率を有する、請求項8による表示装置。
  10. 前記第1の支持プレートの一部の表面は変化するぬれ性を有する、又は前記第1の液体層は変化する厚さを有する請求項1又は7による表示装置。
  11. 前記画素は、画成されたスペースに対応し、該スペースは別の第1の液体を含み、該別の第1の液体は別の第1の状態において別の第1の液体層を形成し、該別の第1の液体層は前記第2の支持プレートに隣接する、請求項1による表示装置。
  12. 前記画素が前記スペースを少なくとも2つのサブ画素に分割する壁部を有し、前記第1の状態において前記別の第1の液体層が両方のサブ画素内で少なくとも部分的に前記第2の支持プレートに隣接する請求項11による表示装置。
  13. 前記第1の液体層及び前記別の第1の液体層が異なる色を有する請求項11による表示装置。
  14. 前記第2の状態において、前記第1の液体層及び前記別の第1の液体層のうちの少なくともいずれかが前記スペースの壁部に隣接する請求項11による表示装置。
  15. 前記第2の状態において前記第1の液体層及び前記別の第1の液体層の一部が混ざることを防止するための手段を有する請求項11による表示装置。
  16. 中間状態を得るための駆動手段を有する請求項1〜15のいずれか一項による表示装置。
  17. 当該表示装置に入射する光を吸収又は反射する吸収体又は反射体を有する請求項1〜16のいずれか一項による表示装置。
  18. 前記反射体は拡散性を有する請求項17による表示装置。
  19. 前記第2の液体は、散乱性を有する液体、反射性を有する液体及び吸収性を有する液体のいずれかである、請求項1による表示装置。
  20. 前記散乱性を有する液体はTiOを含む、請求項19による表示装置。
  21. カラーフィルタを有する請求項1による表示装置。
  22. 前記第1の液体は反射性を有する、請求項1による表示装置。
  23. 前記第2の液体は適切な顔料を含む、請求項22による表示装置。
  24. 前記第1の液体は前記第2の状態において液滴を形成する、請求項1〜23のいずれか一項による表示装置。
  25. 前記第1の液体は、前記第1の状態において前記画素内で広がり、前記第2の状態において前記画素内で収縮する、請求項1〜24のいずれか一項による表示装置。
  26. 前記画素は疎水性層を含み、前記第1の支持プレートの前記領域が前記疎水性層からなる領域である、請求項1〜25のいずれか一項による表示装置。
  27. 前記第1の液体は、前記画素のいずれの状態においても前記第1の支持プレートに隣接する、請求項1〜26のいずれか一項による表示装置。
  28. 前記第1の液体は、前記第1の状態及び前記第2の状態において前記第1の支持プレートの一部に隣接している、請求項1〜27のいずれか一項による表示装置。
  29. 前記画素は、静電力を用いて前記第1の液体を前記第1の状態と前記第2の状態との間で切り替える、請求項1〜28のいずれか一項による表示装置。
  30. 前記第1の液体は、前記第1の状態から前記第2の状態への切り替えにおいて、前記第2の液体に置き換えられる、請求項1〜29のいずれか一項による表示装置。
  31. 前記第1の液体及び前記第2の液体は、前記第1の状態において、前記画素の所定の範囲にわたって、実質的に互いに隣接する、請求項1〜30のいずれか一項による表示装置。
  32. 前記第1の液体は散乱性を有する、請求項1による表示装置。
  33. 当該装置に入射する光を拡散するように反射する拡散性の反射体を含む、請求項1による表示装置。
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