JP2018534628A - ３次元ディスプレイ - Google Patents

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Abstract

本発明は、３次元ディスプレイに関し、より具体的には、本発明は、導波路に沿った光の通過を変調させるために電気光学媒体を使用する、そのようなディスプレイに関する。導波路と、粒子を備える電気泳動変調要素または流体液滴を備えるエレクトロウェッティング変調要素と、導波路内の光の全内部反射を変調させるために電場を制御するように構成される、駆動手段とを備える、３次元ディスプレイが、本明細書に開示される。本ディスプレイでは、帯電粒子および流体は、複数のカプセルもしくはマイクロセル内に閉じ込められてもよい、またはポリマー材料を備える連続相によって囲繞される、複数の離散液滴として存在してもよい。

Description

本発明は、３次元ディスプレイに関し、より具体的には、本発明は、導波路に沿った光の通過を変調させるために電気光学媒体を使用する、そのようなディスプレイに関する。
殆どのディスプレイ（紙または類似材料上の固定された画像を含むために、広義の意味で「ディスプレイ」を使用する）は、２次元であり、実際の３次元オブジェクトを構築するためのそのような２次元画像の使用は、困難につながり得る。例えば、多くの人々が、２次元画像のセットから３次元オブジェクトの最終的な外観を想定することに苦労し、オブジェクトのぎこちない相対的設置または２次元画像からのぎこちない視線を検出することが困難であり得る。故に、オブジェクトの種々の構成要素の間の空間関係が明白であるような方法で３次元オブジェクトを表すことが有用である。３次元ディスプレイが公知であり、例えば、液晶（ＬＣＤ）技術に基づく導波路を含む３次元ディスプレイが、例えば、米国特許第５，８１２，１８６号に説明されている。しかしながら、液晶材料は、例えば、オブジェクトがある視点から視認される方法を犠牲にすることによって、そのような３次元ディスプレイの性能を限定し得る、光変調の角度依存を導入し得る。
光ファイバに沿って進行する光の変調は、導波路の表面における内部反射が、比較的高い屈折率の材料を導波路の表面に隣接させることによって防止される、いわゆる「減衰内部反射」によってももたらされ得ることが公知である。例えば、米国特許第５，３１７，６６７号を参照されたい。
現在、３次元液晶ディスプレイの既知の不利点に悩まされない３次元ディスプレイが、電気泳動および他の電気光学媒体を使用して構築され得ることが認識されている。
米国特許第５，８１２，１８６号明細書 米国特許第５，３１７，６６７号明細書
故に、本発明は、第１および第２の端部を有し、光が第１の端部を通って入射し、導波路を通って第２の端部に向かって伝搬するように構成される、導波路であって、第１および第２の端部の中間に平面を有する、導波路と、平面に隣接して配置され、帯電粒子が分散される流体を備える、電気泳動変調要素であって、電気泳動変調要素は、導波路の第２の端部から異なる距離に配置される複数のピクセルを備え、各ピクセルにおける粒子は、平面に隣接し、それによって、ピクセルにおいて光吸収および／または光散乱を引き起こす、第１の位置と、平面から離間され、それによって、導波路に沿った光の伝搬を可能にする、第２の位置との間で移動可能である、電気泳動変調要素と、独立して各ピクセルに印加される電場を制御するように構成される、駆動手段とを備える、３次元ディスプレイを提供する。ピクセルは、導波路の第２の端部を通して見る視認者に３次元画像を形成する、画像点を作成する。
本ディスプレイでは、帯電粒子および流体は、複数のカプセルもしくはマイクロセル内に閉じ込められてもよい、またはポリマー材料を備える連続相によって囲繞される、複数の離散液滴として存在してもよい。マイクロセルは、平面、平面と同一平面上にある基板の表面、および平面と基板の表面との間に延在する側壁によって区切られてもよい。各マイクロセルは、導波路の平面上の第１の電極と、基板の表面上の第２の電極とを備えてもよい。ディスプレイは、複数の導波路と、それぞれ１つの関連付けられる導波路に結合される、複数の変調要素とを備えてもよい。流体は、導波路よりも低い屈折率を有してもよく、帯電粒子は、導波路に等しいまたはそれを上回る屈折率を有してもよい。
本発明はまた、第１および第２の端部を有し、光が第１の端部を通って入射し、導波路を通って第２の端部に向かって伝搬するように構成される、導波路であって、第１および第２の端部の中間に平面を有する、導波路と、平面に隣接して配置され、導波路の第２の端部から異なる距離に配置される複数のピクセルを備える、エレクトロウェッティング変調要素であって、各ピクセルは、ピクセルにおいて光吸収および／または光散乱を引き起こす第１の位置と、導波路に沿った光の伝搬を可能にする第２の位置との間で移動可能である、少なくとも１つの流体液滴を備える、エレクトロウェッティング変調要素と、独立して各ピクセルに印加される電場を制御するように構成される、駆動手段とを備える、３次元ディスプレイも提供する。ピクセルは、導波路の第２の端部を通して見る視認者に３次元画像を形成する、画像点を作成する。
そのようなディスプレイでは、流体液滴は、第１の流体を備えてもよく、各ピクセルはさらに、第１の流体と非混合性である第２の流体を備えてもよい。流体液滴は、導波路の平面、平面と同一平面上にある基板の表面、および平面と基板の表面との間に延在する側壁によって区切られ得る、複数のマイクロセル内に閉じ込められてもよい。各マイクロセルは、平面上の第１の電極と、基板の表面上の第２の電極とを備えてもよい。ディスプレイは、複数の導波路と、それぞれ１つの関連付けられる導波路に結合される、複数の変調要素とを備えてもよい。
付随する図面のうちの図１は、本発明の３次元ディスプレイで使用されることができる、導波路の概略断面図であり、３次元画像が形成される様式を図示する。
図２は、導波路および関連付けられる変調要素のスタックを含む、本発明の３次元ディスプレイを通した概略断面図である。
図３は、本発明のディスプレイの導波路および電気泳動変調要素を通した概略断面図である。
図４は、本発明のディスプレイの導波路およびエレクトロウェッティング変調要素を通した概略断面図である。
すでに記述されているように、本発明は、３次元ディスプレイに関する。本発明のディスプレイは、第１および第２の端部を有し、光が第１の端部を通って入射し、導波路を通って第２の端部に向かって伝搬するように構成される、少なくとも１つの導波路を含む。導波路内の伝搬光の全内部反射（「ＴＩＲ」）は、その第２の端部から異なる距離で導波路に沿った選択された場所において変調要素によって妨害（「減衰」）され得る。これらの妨害は、導波路の第２の端部を通して見る視認者に３次元画像を形成する、画像点を生成する。
変調要素は、光のＴＩＲの減衰を制御するために、電気泳動技法またはエレクトロウェッティング技法を利用してもよい。
何年にもわたって集中的な研究および開発の対象となっている、１つのタイプの電気光学ディスプレイは、複数の荷電粒子が電場の影響下で流体を通って移動する、粒子ベースの電気泳動ディスプレイである。電気泳動ディスプレイは、液晶ディスプレイと比較して、良好な輝度およびコントラスト、広視野角、状態双安定性、および低い電力消費量という属性を有することができる。それでもなお、これらのディスプレイの長期画質に関する問題が、それらの幅広い使用を妨げてきた。例えば、電気泳動ディスプレイを構成する粒子は、沈降する傾向があり、これらのディスプレイの不十分な耐用年数をもたらす。
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）で説明された、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号では、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に作製され得ることが示されている。
本明細書で引用される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、連続相によって置換され得、したがって、電気泳動媒体が、電気泳動流体の複数の離散液滴と、ポリマー材料の連続相とを備える、いわゆるポリマー分散電気泳動ディスプレイを生成し、そのようなポリマー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は、たとえいかなる離散カプセル膜も各個々の液滴と関連付けられなくても、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している。例えば、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、そのようなポリマー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、荷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、典型的には、ポリマーフィルムである、キャリア媒体内に形成された複数の空洞内で保定される。例えば、両方ともＳｉｐｉｘ Ｉｍａｇｉｎｇ， Ｉｎｃ．に譲渡された、米国特許第６，６７２，９２１号および第６，７８８，４４９号を参照されたい。
米国特許第６，８１９，４７１号は、２次元ディスプレイでＴＩＲを減衰するために使用される、電気泳動技法を使用することを説明する。
Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＭＩＴ）およびＥ Ｉｎｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された、またはそれらの名の下にある、多数の特許ならびに出願は、カプセル化電気泳動および他の電気光学媒体で使用される種々の技術を説明する。そのようなカプセル化媒体は、多数の小型カプセルを備え、それぞれ、それ自体が、流体媒体内に電気泳動的に可動性の粒子を含有する内相と、内相を囲繞するカプセル壁とを備える。典型的には、カプセルは、２つの電極の間に位置付けられたコヒーレント層を形成するように、それら自体がポリマー結合剤内で保持される。これらの特許および出願に説明される技術は、以下を含む。
（ａ）電気泳動粒子、流体、および流体添加剤。例えば、米国特許第７，００２，７２８号および第７，６７９，８１４号を参照されたい。
（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号を参照されたい。
（ｃ）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号を参照されたい。
（ｄ）マイクロセルを充填して密閉するための方法。例えば、米国特許第７，１４４，９４２号および第７，７１５，０８８号を参照されたい。
（ｅ）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号を参照されたい。
（ｆ）ディスプレイで使用されるバックプレーン、接着剤層、および他の補助層ならびに方法。例えば、米国特許第７，１１６，３１８号および第７，５３５，６２４号を参照されたい。
（ｇ）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号を参照されたい。
（ｈ）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号を参照されたい。
（ｉ）ディスプレイの用途。例えば、米国特許第６，１１８，４２６号、第６，４７３，０７２号、第６，７０４，１３３号、第６，７１０，５４０号、第６，７３８，０５０号、第６，８２５，８２９号、第７，０３０，８５４号、第７，１１９，７５９号、第７，３１２，７８４号、第７，７０５，８２４号、第８，００９，３４８号、第８，０１１，５９２号、第８，０６４，９６２号、第８，１６２，２１２号、第８，５５３，０１２号、第８，９７３，８３７号、第９，１８８，８２９号、および第９，１９７，７０４号、ならびに米国特許出願公開第２００２／００９０９８０号、第２００４／０１１９６８１号、第２００７／０２８５３８５号、第２０１３／０１７６２８８号、第２０１３／０２２１１１２号、第２０１３／０２３３９３０号、第２０１３／０２３５５３６号、第２０１４／００４９８０８号、第２０１４／００６２３９１号、第２０１４／０２０６２９２号、および第２０１６／００３５２９１号、ならびに国際出願公開第ＷＯ００／３６５６０号を参照されたい。
（ｊ）米国特許第６，２４１，９２１号、第６，７８４，９５３号、第６，７９５，１３８号、第６，９１４，７１３号、第６，９５０，２２０号、第７，０９５，４７７号、第７，１８２，８３０号、第７，２４５，４１４号、第７，４２０，５４９号、第７，４７１，３６９号、第７，５７６，９０４号、第７，５８０，１８０号、第７，８５０，８６７号、第８，０１８，６４３号、第８，０２３，０７１号、第８，２８２，７６２号、第８，３１９，７５９号、および第８，９９４，７０５号、ならびに米国特許出願公開第２００５／００９９５７５号、第２００６／０２６２２４９号、第２００７／００４２１３５号、第２００７／０１５３３６０号、第２００８／００２０００７号、第２０１２／０２９３８５８号、および第２０１５／０２７７１６０号で説明されるような非電気泳動ディスプレイ、ならびにディスプレイ以外のカプセル化およびマイクロセル技術の用途。例えば、米国特許第７，６１５，３２５号、ならびに米国特許出願公開第２０１５／０００５７２０号および第２０１６／００１２７１０号を参照されたい。
変調要素が電気泳動技法を利用する実施形態では、ディスプレイは、導波路の平面に隣接して位置付けられた電気泳動材料層を含むことができる。電気泳動材料層は、帯電粒子が懸濁される電気泳動流体をそれぞれ含有する、複数のピクセルを含んでもよい。粒子は、電場に応答して、電気泳動媒体の反対側の電極の間のセル内で平行移動する。粒子の位置は、導波路内の光の内部反射を変調させるために使用されることができる。例えば、光は、粒子が不在である場所で導波路の面に衝突するときに、内部で反射されてもよい。対照的に、光は、粒子が存在する場所で導波路の面に衝突するときに、粒子によって吸収および／または散乱されてもよい。粒子および懸濁流体の混合物の屈折率は、導波路のものよりも高く、したがって、導波路内の光のＴＩＲを減衰する。粒子による光の吸収または散乱は、画像点を生成する。画像点は、（例えば、光が散乱されるときに）例えば、白色光、または（例えば、光が吸収されるときに）いくつかもしくは全ての可視波長の光の非存在の形態であってもよい。画像点の集合は、導波路の第２の端部に目を向ける視認者によって見られることができる、３次元画像を形成する。
エレクトロウェッティング技法を利用する実施形態では、変調要素は、導波路よりも低い屈折率の第２の非混合性流体（例えば、空気等の気体または水等の親水性液体）の中に、導波路のものよりも高い屈折率を有する第１の流体（典型的には、染色または着色される疎水性流体）の１つもしくはそれを上回る液滴を含むことができる。導波路の表面には、その表面エネルギーが印加された電場に応答して変化する、コーティングが適用される。本コーティングは、パターン化または非パターン化されることができ、フッ素重合体等のポリマーを備えてもよい。第１の流体液滴は、例えば、導波路に結合された層の中の１つまたはそれを上回るセル内に含有されることができる。液滴の位置は、導波路内の光の内部反射を変調させるために使用されることができる。例えば、光は、液滴が不在である場所で導波路の平面に衝突するときに、内部で反射されてもよい。対照的に、光は、流体が存在する場所で導波路の平面に衝突するときに、流体によって吸収および／または散乱されてもよい。電気泳動を利用する実施形態のように、屈折率変調は、光のＴＩＲを減衰し、第１の流体による光の吸収または散乱は、画像点を生成する。画像点は、（例えば、光が散乱されるときに）例えば、白色光、または（例えば、光が吸収されるときに）あるもしくは全ての可視光の波長の非存在の形態であってもよい。
図１は、本ディスプレイで使用可能な導波路（概して、１０と指定される）を通した概略断面図である。光線１５は、第１の端部２０を通って導波路に入射し、それらが出射する第２の端部２５に向かって伝搬する。図示されるように、導波路１０は、プリズムであり、光線は、平面３５ａ、３５ｂの間で反射される。光線は、導波路の外部の媒体の屈折率（または誘電率）が、導波路が作製される材料の屈折率未満であるときに、全内部反射によって導波路内に閉じ込められたままであり、導波路の平面の法線に対する光の入射角は、以下の臨界角を上回り、
θｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２）
式中、ｎ１およびｎ２は、それぞれ、導波路の外部の媒体および導波路自体の媒体の屈折率である。導波路の外部の媒体の屈折率は、上記で説明されるように、（電気泳動の実施形態では）粒子または（エレクトロウェッティングの実施形態では）流体の存在もしくは非存在による電場を使用して、調節されてもよい。
上記のように、伝搬光のＴＩＲは、場所１１４、１１２、１１０、１０８、１０６、１０４において画像点を生成するように、導波路の表面３５ａ、３５ｂ上の異なる場所において減衰されることができる。導波路１０の第２の端部２５を通して見る視認者１０２は、場所１１４’、１１２’、１１０’、１０８’、１０６’、１０４’における対応する画像点を、導波路の下方に（例えば、底面３５ｂによって画定される平面の下方に）出現するものとして知覚する。導波路表面上の画像点の距離が第２の端部２５から大きいほど、導波路のさらに下方の画像点が、視認者によって知覚される。図示されるように、例えば、場所１１４における画像点は、場所１１４が端部２５から最も遠いため、（すなわち、場所１１４’において）視認者によって導波路の最も遠く下方にあるものとして知覚される。図１は、導波路の断面図を示し、（例えば、示される断面図の前および後の）導波路の他の断面図が、同様に、導波路の下方に位置するものとして知覚される一連の画像点を生成し得ることを理解されたい。全ての画像点の組み合わせは、複合３次元画像を形成する。平面的な導波路内の全内部反射を減衰することは、したがって、２次元平面内の画像を、導波路の下方にある一連の後退「ステップレベル」に変換することができる。本明細書に説明される技法を使用して全内部反射を変調させることによって、３次元画像が生成される方法を制御することが可能である。
３次元ディスプレイは、単一または複数の導波路を備えてもよい。図２は、導波路（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ）のスタックを備える、ディスプレイを示し、図３に示される３次元ディスプレイ３００の区画２００の（一定の縮尺ではない）断面図を示す。図示されるように、各導波路は、関連付けられる変調要素（２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅ）に結合される。以下でさらに説明されるように、変調要素は、導波路内の全内部光反射を変調させるために、電気泳動技法またはエレクトロウェッティング技法を利用してもよい。生成される３次元画像は、各導波路によって提供される３次元画像からの複合であってもよい。
図２は、スタックで、かつ平行に配列された導波路を示す。しかしながら、複数の導波路の他の好適な構成も可能である。３次元ディスプレイは、任意の好適な数の導波路を含んでもよい。図２に示されるように、３次元画像は、導波路のスタックの端部に垂直に目１を向ける視認者によって見られないであろう。本問題を補正するために、光学要素（例えば、プリズム要素のアレイ等）が、導波路のスタックと視認者との間に間置され得る。そのような光学要素を含有するフィルムが、当技術分野で周知である（例えば、３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｔ． Ｐａｕｌ， ＭＮ）から入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ輝度増進フィルム）。同様に、観察された画像の深度は、導波路のスタックの出射端と視認者との間に１つまたはそれを上回るレンズを間置することによって、増加され得る。
本ディスプレイは、導波路内の全内部光反射を変調させるために、電気泳動技法を利用してもよい。図３は、導波路２５に結合された電気泳動変調要素２０１を含む、３次元ディスプレイの区画を概略的に図示する。導波路は、光を透過させるために好適である材料、例えば、ガラスまたは透明プラスチックを備える。導波路は、１．５〜１．８の範囲内の屈折率を有してもよい。
変調要素２０１は、帯電粒子２１４が懸濁される電気泳動流体を含有する、（それぞれ、図示されるようにディスプレイのピクセル上で形成する）一連のマイクロセル２１２を含む。示されるように、マイクロセルの底面は、導波路２５の上平面によって画定され、マイクロセルの頂面は、導波路と同一平面上にある基板２０６の下面によって画定され、マイクロセルの側面は、基板と導波路との間に延在する側壁によって画定される。基板は、導波路よりも著しく薄くあり得る（例えば、厚さの２０％未満）。示されるように、光のＴＩＲは、導波路表面上に存在する粒子によってピクセル２０３内で減衰される。ピクセル２０４では、粒子が電極２１８および導波路表面から離れるように切り替えられているため、光は、導波路内で内部反射される。
いくつかの実施形態では、変調要素は、例えば、光学的に透明な接着剤を使用して、導波路に取り付けられる、電気泳動材料の別個のシートであってもよい。
マイクロセルはそれぞれ、任意の好適な伝導性材料で形成され得る、上部電極２１６と、底部電極２１８とを含む。底部電極２１８は、光がそれを通過することを可能にするように、光学的に光透過性、好ましくは、透明な伝導性材料（例えば、インジウムスズ酸化物、ＩＴＯ）で形成されるべきである。
一方の電極層は、伸長行電極にパターン化され、他方は、行電極と直角に延設する伸長列電極にパターン化されてもよく、ピクセルは、受動マトリクスディスプレイを形成するように、行電極および列電極の交差点によって画定される。図示される実施形態は、ピクセル２０３、２０４を含む。
電極２１６、２１８は、任意の好適な手段を通して、駆動手段（電圧源）に接続されてもよい。図３は、個別の電極から個別の導体２２２まで延在する、配線２２０（例えば、電気材料のトレース）を示す。導体は、ディスプレイを横断して（示されるように、断面図の平面の中へ）延在してもよく、複数の電極を電圧源に接続することができる。
電圧源は、独立して各ピクセルに印加される電場を制御するよう、制御された様式で電圧を電極に印加する。電圧は、電圧を選択されたピクセルの電極に提供し、所望の場所において光を減衰して３次元画像を生成するように、制御されてもよい。
スペーサ２０８が、導波路の視認端に最も近いピクセル（２０４）に隣接して位置付けられる。スペーサは、導波路と類似する（例えば、実質的に同一の）屈折率を有する材料で形成されることができる。スペーサは、ディスプレイの外面が平面的であるように、セルの頂面と整合されるように構成される。
一般に、上記で説明されるように、電気泳動流体は、導波路および粒子よりも低い屈折率を有する。いくつかの実施形態では、電気泳動流体は、約１．４を下回る屈折率を有する。電気泳動流体は、例えば、高度にフッ素化されたアルカンまたは炭化水素もしくは塩素化炭化水素であってもよい。
電気泳動流体は、流体のある性質を修正するように、１つまたはそれを上回る添加剤を含んでもよい。例えば、流体は、流体の粘度を増加させる粘度調整剤を含んでもよい。いくつかの実施形態では、別様に発生し得、性能の問題につながり得る、粒子の沈降を制限するように、流体の粘度を増加させることが有益であり得る。好適な粘度調整剤が、以前に説明されており、例えば、米国特許第７，１７０，６７０号を参照されたい。いくつかの実施形態では、粘度整剤は、流体中に溶解または分散され、電気泳動媒体の双安定性を改良する役割を果たす、ポリマー（例えば、ポリイソブチレン）である。ポリマーは、約２０，０００を超える数平均分子量を有してもよい。ポリマーは、粒子上で本質的に非吸収性であり得る。
一般に、粒子の屈折率は、導波路のものに等しい、またはある場合には、好ましくは、それよりも高い。例えば、粒子の屈折率は、１．５を上回るまたはそれと等しくあり得る、もしくはある場合には、１．７を上回るまたはそれと等しくあり得る。粒子の屈折率はまた、粒子および導波路に隣接する懸濁流体の平均屈折率が、導波路の屈折率に等しいまたはそれを上回るように、懸濁流体のものよりも高い一方で、上記のように、懸濁流体の屈折率は、導波路のもの未満である。好適な粒子が、上記で参照される特許で説明されている。上記で説明されるように、粒子は、光を吸収および／または散乱する。電気泳動粒子は、予測可能な様式で電場に応答し、それらが接触する表面に粘着するべきではないように、安定した電荷を維持することができる。
いくつかの実施形態では、粒子は、チタニア、カーボンブラック、銅クロマイト、またはスピネル等の無機顔料であってもよい。有機顔料が、いくつかの実施形態では、例えば、所望である場合、異なる色（すなわち、白ではなく、黒でもない色）を提供するために使用されてもよい。粒子は、１つの材料のコアおよび別の材料のコーティングを有する、コアシェル材料であってもよい。例えば、粒子は、顔料のコアと、ポリマーコーティングとを含んでもよい。顔料粒子は、シリカでコーティングされ、および／または顔料粒子に化学的に結合された、もしくはその周囲に架橋されたポリマーを有してもよい。概して、ポリマーが化学的に粒子に結合されることが好ましい。ポリマーは、顔料粒子の約１〜約１５重量パーセント、ある場合には、約２〜約８重量パーセントを備えてもよい。ポリマーは、荷電基または荷電可能基、例えば、アミノ基を備えてもよい。ポリマーはまた、主鎖と、主鎖から延在する複数の側鎖とを備えてもよく、側鎖はそれぞれ、少なくとも約４個の炭素原子を備える。ポリマーは、アクリレートまたはメタクリレートから形成されてもよい。顔料粒子上にポリマーコーティングを形成する方法に関するさらなる詳細については、米国特許第６，８２２，７８２号、第７，４１１，７２０号、および第７，２３０，７５０号を参照されたい。
ある場合には、粒子へのポリマー付着が、粒子の有効屈折率を増加または減少させることに有用であり得る。高屈折率粒子が、ＴＩＲの効率的な減衰を助長するために有用であり得、本目的のために、ポリマーコーティングは、ヒ素含有モノマーに由来する反復単位を含有してもよい。
帯電粒子のうちの少なくともいくつかは、可撓性フィラメント（「テザー」）によって電極（例えば、電極２１８）のうちの１つに付着されてもよいテザーされた粒子は、例えば、米国特許第６，８１９，４７１号に説明されている。テザーされた粒子を使用することは、ピクセルを横断するより一貫した光吸収および／または散乱につながり得る、電極２１８を横断する粒子分布の一様性を増加させることができる。一様性は、性能にとって有利であり得る。テザーは、ポリマー鎖で形成されてもよい。
いくつかの実施形態では、粒子の高い体積分率が使用されてもよい。そのような高い体積分率もまた、電極２１８を横断して分配される粒子の一様性を増加させ得る。例えば、いくつかの実施形態では、電気泳動媒体内の粒子の体積分率は、少なくとも約５０パーセントであってもよい。
電気泳動媒体は、カプセル化電気泳動媒体であってもよい。代替として、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して分割するスペーサ壁は、連続相によって置換され得、したがって、電気泳動媒体が、電気泳動流体の複数の離散液滴と、ポリマー材料の連続相とを備える、いわゆるポリマー分散電気泳動ディスプレイを生成し、そのようなポリマー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は、たとえいかなる離散カプセル膜も各個々の液滴と関連付けられなくても、カプセルまたはマイクロカプセルと見なされ得る。例えば、参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第６，８６６，７６０号を参照されたい。
図１−３では、電気泳動運動は、導波路の平面と垂直として示されているが、導波路と平行な顔料の運動も採用され得ることが、当業者に明確となるであろう。
本発明のディスプレイはまた、導波路内の全内部光反射を変調させるためにエレクトロウェッティング技法を利用してもよい。図４は、エレクトロウェッティング変調要素４１０が導波路４０２に結合される、実施形態を概略的に図示する。エレクトロウェッティング変調要素は、電場に応答して、エレクトロウェッティング技法によって導波路面上の異なる位置まで移動されることができる、１つまたは典型的には１つを上回る流体液滴４０４を含む。液滴の位置は、導波路内の光の内部反射を変調させるために使用されることができる。光は、１つまたはそれを上回る液滴が不在である導波路の面上の位置で反射され、光は、液滴が存在する導波路の面上の位置で吸収および／または散乱される。
一般に、流体液滴の屈折率は、導波路のものに等しい、またはある場合には、好ましくは、それよりも高い。例えば、流体液滴の屈折率は、１．５を上回るまたはそれと等しくあり得る、もしくはある場合には、１．８を上回るまたはそれと等しくあり得る。上記で説明されるように、流体液滴は、光を吸収および／または散乱する。流体液滴は、印加される電場によって所望の場所まで移動され得るように、電場に応答する必要がある。流体液滴は、所望であれば、色を表示するように有色染料を含み得る、油を備える。好適な流体が、例えば、米国特許第７，４２０，５４９号に説明されている。
変調要素は、液滴が含有される、リザーバ４０６を含む。リザーバは、少なくとも２つの非混合性流体を含有してもよく、そのうちの一方は、液滴相を形成し、そのうちの他方は、連続相を形成する。流体の混合物は、導波路の表面を被覆し、リザーバを実質的に充填してもよい。連続相を形成する流体は、概して、連続相流体が存在する場所において、光が導波路内で内部反射されることを可能にするように、導波路の屈折率未満である屈折率を有する。例えば、連続相流体は、約１．３を下回る屈折率を有することができ、例えば、水であってもよい。
エレクトロウェッティング変調要素は、電気泳動変調要素に関連して上記で説明されるピクセルに類似する、いくつかのピクセルを含んでもよい。例えば、電場が、変調要素の反対側の電極を使用して、ピクセルに印加されてもよい。上記で説明されるように、導波路と接触する電極は、光がそれを通過することを可能にするように、光学的に透明な伝導性材料（例えば、インジウムスズ酸化物、ＩＴＯ）で形成されるべきである。
電極は、任意の好適な手段を通して電圧源に接続されてもよい。電圧源は、制御された様式で電圧を電極に印加する。電圧は、電圧を選択されたピクセルの電極に提供し、所望の場所において光を減衰して３次元画像を生成するように、制御されてもよい。
本発明のディスプレイは、電気泳動およびエレクトロウェッティング変調技法を組み合わせてもよい。例えば、単一の導波路が、平面的な導波路の両側にエレクトロウェッティングまたは電気泳動ピクセルを有してもよい。さらに、導波路は、片側にエレクトロウェッティングピクセルおよび反対側に電気泳動ピクセルを有してもよい。
複数の導波路配列では、全ての導波路は、同一のタイプであってもよい、またはそれらは、電気泳動およびエレクトロウェッティング導波路の任意の組み合わせ、ならびに電気泳動およびエレクトロウェッティングピクセルを組み合わせる導波路を含む、異なる導波路の任意の組み合わせであってもよい。異なる導波路はまた、異なる色、ならびに複数の色導波路、異なる曇度、不透明度、および反射率であってもよい。異なる色導波路を組み合わせることによって、フルカラー３次元ディスプレイを有することが可能であり得る。代替として、カラーディスプレイが、当技術分野で周知であるように、有色顔料を使用することによって、または異なる色の光でモノクロディスプレイを照射することによって、生成され得る。

Claims (13)

  1. 第１の端部（２０）および第２の端部（２５）を有する導波路（１０）であって、前記導波路（１０）は、光が前記第１の端部（２０）を通って入射し、導波路（１０）を通って前記第２の端部（２５）に向かって伝搬するように構成されており、前記導波路（１０）は、前記第１の端部（２０）および第２の端部（２５）の中間に平面（３５ａ、３５ｂ）を有する、導波路（１０）と、
    前記平面に隣接して配置され、帯電粒子（２１４）が分散される流体を備える、電気泳動変調要素（２０１；２０１ａ−２０１ｅ）であって、前記電気泳動変調要素（２０１；２０１ａ−２０１ｅ）は、前記導波路の前記第２の端部（２５）から異なる距離に配置される複数のピクセル（２０３、２０４）を備え、各ピクセル（２０３、２０４）における前記粒子（２１４）は、前記平面に隣接し、それによって、前記ピクセル（２０３）において光吸収および／または光散乱を引き起こす、第１の位置と、前記平面から離間され、それによって、前記導波路に沿った光の伝搬を可能にする、第２の位置との間で移動可能である、電気泳動変調要素と、
    独立して各ピクセル（２０３、２０４）に印加される電場を制御するように構成される、駆動手段と、
    を備え、
    それによって、前記ピクセル（２０３、２０４）は、前記導波路の前記第２の端部（２５）を通して見る視認者に３次元画像を形成する、画像点（１０６’−１１４’）を作成する、３次元ディスプレイ（３００；２００）。
  2. 前記帯電粒子（２１４）および前記流体は、複数のカプセルまたはマイクロセル内に閉じ込められる、請求項１に記載のディスプレイ。
  3. 前記帯電粒子および前記流体は、ポリマー材料を備える連続相によって囲繞される、複数の離散液滴として存在する、請求項１に記載のディスプレイ。
  4. 前記マイクロセルは、前記平面、前記平面と同一平面上にある基板（２０６）の表面、および前記平面と前記基板（２０６）の前記表面との間に延在する側壁（２１０）によって区切られる、請求項２に記載のディスプレイ。
  5. 各マイクロセルは、前記平面上の第１の電極（２１８）と、前記基板（２０６）の前記表面上の第２の電極（２１６）とを備える、請求項４に記載のディスプレイ。
  6. 複数の導波路（２５ａ−２５ｅ）と、複数の変調要素（２０１ａ−２０１ｅ）とを備え、各変調要素は、１つの関連付けられる導波路（２５ａ−２５ｅ）に結合される、請求項１に記載のディスプレイ。
  7. 前記流体は、前記導波路（１０）よりも低い屈折率を有し、前記帯電粒子（２１４）は、前記導波路（１０）に等しいまたはそれを上回る屈折率を有する、請求項１に記載のディスプレイ。
  8. 第１の端部および第２の端部を有する導波路（４０２）であって、前記導波路（４０２）は、光が前記第１の端部を通って入射し、導波路を通って前記第２の端部に向かって伝搬するように構成されており、前記導波路は、前記第１の端部および第２の端部の中間に平面を有する、導波路と、
    前記平面に隣接して配置され、前記導波路の前記第２の端部から異なる距離に配置される複数のピクセルを備える、エレクトロウェッティング変調要素（４１０）であって、各ピクセルは、前記ピクセルにおいて光吸収および／または光散乱を引き起こす第１の位置と、前記導波路（４０２）に沿った光の伝搬を可能にする第２の位置との間で移動可能である、少なくとも１つの流体液滴（４０４）を備える、エレクトロウェッティング変調要素と、
    独立して各ピクセルに印加される電場を制御するように構成される、駆動手段と、
    を備え、
    それによって、前記ピクセルは、前記導波路（４０２）の前記第２の端部を通して見る視認者に３次元画像を形成する、画像点を作成する、３次元ディスプレイ。
  9. 前記流体液滴（４０４）は、第１の流体を備え、各ピクセルはさらに、前記第１の流体（４０４）と非混合性である第２の流体（４０６）を備える、請求項８に記載のディスプレイ。
  10. 前記流体液滴は、複数のマイクロセル内に閉じ込められる、請求項８に記載のディスプレイ。
  11. 前記マイクロセルは、前記平面、前記平面と同一平面上にある基板の表面、および前記平面と前記基板の前記表面との間に延在する側壁によって区切られる、請求項１０に記載のディスプレイ。
  12. 各マイクロセルは、前記平面上の第１の電極と、前記基板の前記表面上の第２の電極とを備える、請求項１１に記載のディスプレイ。
  13. 複数の導波路と、複数の変調要素とを備え、各変調要素は、１つの関連付けられる導波路に結合される、請求項８に記載のディスプレイ。
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