(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
領域を有する画素を備える電気浸透ディスプレイであって、前記画素は、電気浸透液体を含み、電気浸透液体自体が正味電荷を運び、電気浸透液体中に懸濁した着色粒子も電荷を運び、前記画素はさらに、蓄積電極と、画素電極とを備え、該蓄積電極および画素電極によって、電気浸透液体および着色粒子の両方が電気的に制御されることができ、前記画素はさらに、ポンピング領域およびエスケープ領域を備え、前記ポンピング領域およびエスケープ領域が、所定のモードの電気浸透流を誘発するために共通の水平面内にあり、
ポンピング領域は、蓄積電極と画素電極との間に配置され、ポンピング領域は、画素上に電気浸透液体の電気浸透流を誘発するために、エスケープ領域より短い画素電極と蓄積電極との間の距離を有し、
エスケープ領域は、ポンピング領域に隣接して配置され、かつ電気浸透流における電気浸透液体がエスケープ領域に沿って画素電極を離れることを可能にする、電気浸透ディスプレイ。
【請求項２】
着色粒子が５００ｎｍより小さい、請求項１に記載の電気浸透ディスプレイ。
【請求項３】
着色粒子が１００ｎｍより小さい、請求項１に記載の電気浸透ディスプレイ。
【請求項４】
エスケープ領域がポンピング領域より広い、請求項１に記載の電気浸透ディスプレイ。
【請求項５】
画素のレイアウトが、ポンピング領域を含み、該ポンピング領域は、エスケープ領域での蓄積電極と画素電極との間の電極距離より短い電極距離を有し、電界が着色粒子および電気浸透液体に力を加え、したがって、進入方向に電気浸透流を画素に誘発し、画素のレイアウトがさらに、電気浸透液体が前記進入方向とは異なる方向に画素から再び離れることができるようにする、ポンピング領域に隣接しポンピング領域と比較してより広いエスケープ領域を含む、請求項１または４に記載の電気浸透ディスプレイ。
【請求項６】
画素電極と蓄積電極との間に電界を加えると、着色粒子が、着色粒子と画素電極との間の静電吸引力によって画素電極上に留まる、請求項１に記載の電気浸透ディスプレイ。
【請求項７】
画素の平面内に画素電極と蓄積電極との間に加えられた電界によって生成される渦をもたらすポンピング機構およびエスケープ機構を提供するための請求項２または３に記載の電気浸透ディスプレイの使用であって、前記渦は、画素直径程度の寸法を有し、かつ前記渦は、電気浸透液体が画素上に、および画素から離れて流れることができるようにする、電気浸透ディスプレイの使用。
【請求項８】
電気浸透液体の流れを作り出して、電気浸透液体と一緒に着色粒子を移送するために、電気浸透液体が制御される、請求項１に記載の電気浸透ディスプレイの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気泳動ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気泳動ディスプレイはここ数年間、電子ペーパーの基礎であった。スイッチング動作を改善し、かつフルカラー能力を作り出す途中で、インプレーン（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）スイッチング型電気泳動ディスプレイの使用が示唆された。しかし、開口および画素サイズに関する規則では、インプレーンスイッチングは、粒子が比較的長い距離を移動する必要があると規定している。電気泳動はまた、粒子が粘性媒質を通って移動する必要があるので、スイッチングに比較的時間がかかる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高速スイッチングインプレーン型電気泳動ディスプレイを作り出すことが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の様態が、請求項１に記載の電気浸透ディスプレイを提供する。有利な一実施形態が従属クレームにより定義される。
【０００５】
比較的時間がかかるスイッチングを改善するために、粒子が静止媒質を通って移動するのではなく、むしろ媒質と一緒に移動する、電気浸透と呼ばれるわずかに異なる原理を使用することが可能である。電気浸透は、吸収粒子を画素電極上に、および画素電極を離れて迅速に、かつ比較的長い距離にわたり移送することができる液体の流れを微視的スケールで作り出す。そのとき、電極のレイアウトがスイッチング動作の精度および反復性を決定する。
【０００６】
電気泳動粒子は、懸濁媒質を通って限られた移動速度を示す。高速スイッチングインプレーン型電気泳動ディスプレイを作り出すためには、粒子は、好ましくは数１０ミリ秒以内までに、画素領域上に、および画素領域を離れて高速に移動する必要がある。典型的な画素サイズは、１００マイクロメートルから２００マイクロメートルまでの間であるので、粒子は最小速度１０マイクロメートル／ミリ秒、すなわち１０ミリメートル／秒で移動しなければならない。この速度は電気泳動の動きとしては非常に高い。典型的な電気泳動ディスプレイは、約１００ｍｓの間に３０マイクロメートルの距離にわたり、言い換えると０．３ｍｍ／秒で粒子を移動させる。しかし、粒子と一緒に流れ、かつ粒子の抗力により妨害されない、セル壁の摩擦だけに打ち勝つ液体を使用して、電気浸透はこれらの速度に容易に到達することができる。
【０００７】
電気浸透流は、電気泳動ディスプレイで自然に発生する現象ではない（または少なくとも意図して発生する現象ではない）。現在の技術は、ディスプレイの片側から反対側に（例えば、前面から背面に）粒子を移送することに依存しており、移送は、懸濁液体が静止している場合にだけ機能する。このため、電気泳動ディスプレイは現在の状態となっている。低粘度液体中で比較的大きな粒子を使用して、材料パラメータが、電気泳動の動きを促進するために最適化された。
【０００８】
この最適化をインプレーン型電気泳動システムに移すことは容易ではなく、一方では、電気泳動粒子の限られた動作速度により、他方では、微視的流れを作り出すことができないことにより制限される。この主な理由は液体の非圧縮性である。すなわち、画素上に反対方向の流れを作り出すことができない。したがって、粒子を反対方向から画素上に移動させようとして、流れを誘発するようにシステムが作り出された場合、非常に小さな直径（ほぼセルギャップ）を有する水平渦が作り出され、画素の外縁だけに流れを制限する。画素中心で流れが発生しない（図１参照）。
【０００９】
はるかに大きく（例えば、画素直径に匹敵する）、かつ液体が画素上に、および画素を離れて自由に流れることができるようにする垂直渦が生成されるような方法で画素レイアウトを調整することにより、この問題が解決されなければならない。画素のレイアウトは、例えば、短い電極距離を強電界と組み合わせて、粒子に強い力を加え、その結果、強い電気浸透流を誘発する狭い「ポンピング領域」と、液体が反対方向に粒子から再び離れることができるようにする、ポンピング領域に隣接するより広い「エスケープ領域」とからなる。別の幾何形状が可能であり、「ポンピング」機構および「エスケープ」機構が各画素内で組み合わされるかぎり、まったく同様に機能することができる。
【００１０】
本発明の第１の様態による電気浸透ディスプレイでは、流体自体が正味電荷を運び、液体中に懸濁した着色粒子も電荷を運び、流体も粒子も電気的に制御されうる。
【００１１】
本発明の上記および他の様態が、以下に説明される実施形態から明らかになり、以下に説明される実施形態を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】液体の流れが外縁に制限される画素の側面図および上面図を示す。
【図２】速い液体の流れが誘発されうる画素の上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
異なる図面で同じ参照番号を有する品目が、同じ構造特徴および同じ機能を有する、または同じ信号であることに留意されたい。そのような品目の機能および／または構造が説明された場合、詳細な説明でその説明を繰り返す必要がない。
【００１４】
図１は、液体の流れが外縁に制限される画素の側面図ＳＶおよび上面図ＴＶを示す。電極はＥｌと呼ばれる。ＨＶは水平渦を示し、参照ＮＦは液体の「流れがない」ことを意味する。
【００１５】
図２は、速い液体の流れが誘発されうる画素の上面図を示す。コモングリッドまたは蓄積電極がＣＧにより、画素電極またはフィールド電極がＰＥにより示されている。ポンピング領域はＰＡと呼ばれ、解放領域はＲＡと呼ばれ、液体の流れが矢印ＬＦにより示されている。
【００１６】
電極パターンは、「コモングリッド」または「コモンライン」（しばしば「蓄積電極」と呼ばれる）ＣＧに、「コモングリッド」開口内またはラインＣＧ間に配置される画素電極（「フィールド電極」とも呼ばれる）ＰＥを適用することにより形成される（図１参照）。各画素は、「ポンプ領域」ＰＡを構成する領域からなり、ＰＡは、「コモングリッド」ＣＧ間の狭いギャップが強電界を作り出す領域である。
【００１７】
この強電界は電気浸透流体に力を加え、速い液体の流れを誘発する。次いで、液体は、ポンピング力が著しく小さい、ディスプレイの他の縁に沿って、再び画素電極を離れることができるようになる。この動作モードに到達するためには、電気浸透懸濁液のパラメータが、ある種の１組のパラメータ（これらのパラメータのすべてが不可欠であるわけではなく、いくつかのパラメータはまったく重要ではない）に従う必要がある：
【００１８】
−（外見上の）粒子サイズ
重要ではないが、典型的には１０ｎｍ〜５００ｎｍ、より典型的には２０ｎｍ〜１００ｎｍ。
粒子は安定した懸濁を形成しなければならない。これは、より小さな粒子でより容易に達成される。
粒子は電極に恒久的に付着すべきではない。これは、粒子の「内部帯電」により、または十分厚い安定化層により達成されうる。いずれの場合も、画像帯電による粒子結合を避けるために、粒子上の電荷と電極の分離には、立体障壁を備えるべきである。
【００１９】
−スイッチング中の、粒子の平均電荷および正味電荷：
粒子の電荷は重要ではない（典型的には０．０１ｃから１０ｃまでであるが、表面電荷の蓄積により支配される）。
表面電極は、１０ｋ／μｍ３  １０ｅ１３ｅ−／ｇ  ０．１Ｃ／ｍ３〜１００Ｃ／ｍ３、より典型的には１Ｃ／ｍ３〜１０Ｃ／ｍ３の対イオンの何パーセントかを結合させる（ミラー電荷により、共有結合で、または別の方法で）。
粒子電荷＜＜１ｅの場合、粒子間で十分な電荷交換が行われるべきである。そうでなければ、粒子の一部がデバイスの関連する時間尺度で変化しないまま残るためである。
【００２０】
−粒子濃度
濃度は、最大保持電圧で「コモン」電極上にすべての粒子を十分蓄積できるほど低くすべきである。これにより、セルギャップへの依存性ももたらされる。電極領域ｍｍ２あたりの粒子の最大数。
１０μｍのギャップに対して３０ｇ／ｌ、数はギャップに依存する。
【００２１】
−セルギャップ
消滅時間ギャップは＞９５であるべきである。
【００２２】
−懸濁液体（誘電体、粘度）
任意の低粘度、低誘電率が適している。ｅｒ＜４が好ましく、＜３がより好ましい。
【００２３】
−ポンピング領域と解放領域の関係
公式に従う関係：Ｗｐ／Ｌｐ＞Ｗｒ、ｉ／Ｌｒ、ｉであり、式中、
Ｗｐは総ポンプ領域幅
Ｌｐは総ポンプ領域長
Ｗｒ、ｉはすべての解放領域寄与の総計
Ｌｒ、ｉはすべての解放領域長の総計。
【００２４】
−画素の幾何形状
画素領域は、２つの電極、すなわちフィールド電極および蓄積電極で覆われるべきである。
フィールド電極は、最大開口を提供するために、透明でなければならない。
蓄積電極は不透明であるべきである。蓄積電極は、好ましくは、総デバイス領域の２０％以下とすべきである。
【００２５】
−駆動電圧および駆動波形
駆動電圧は重要ではないが、粒子の静電反発力に打ち勝つべきである。典型的には、５Ｖ〜３０Ｖが使用される。
【００２６】
−対イオン
対イオン核種は、表面電荷吸着を容易にするように選択されるべきである。小さな直径の、無機核種が好ましい。ＩＴＯ表面に吸収する傾向が高いことも好ましい。
【００２７】
−直流電気接触
電極上で固定しない過剰な対イオンが存在する場合、電子移送が達成されうるように、直流電気接触することが望ましい。このようにして、対イオンによるスクリーニングが最小にされうる。
【００２８】
本発明は、光変調を使用するすべてのディスプレイに適用されうる。
【００２９】
実施形態１：非常に高い反射率の単色ディスプレイ。ＬＣＤとほとんど同じ技術を使用して表示セルが作り出される。画素は、本明細書で説明される幾何形状を使用して形成される。セルは、本明細書で言及されるパラメータによる懸濁液で満たされる。ディスプレイの背後に拡散反射面が配置される。その結果得られるディスプレイは、例えば電気泳動ディスプレイにより知られるような駆動電子回路に接続される。これで、その結果得られる単色ディスプレイは、通常の印刷紙に匹敵する反射率で画像を表示することができる。
【００３０】
実施形態２：多層カラーディスプレイ。実施形態１から始まり、ディスプレイは有色粒子で満たされうる。これらの粒子が、シアン、マゼンタ、黄色のような原色となるように選ばれうる場合、これらのディスプレイの３つが積み重ねられ、フルカラーＣＭＹディスプレイを生み出すことができる。反射率および彩度は、本技術で達成されうるものよりもよい。
【００３１】
実施形態３：半透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）ディスプレイ。実施形態１または実施形態２と同じシステムが、ディスプレイの背後にバックライトを備えることができる。バックライトから透過した光がディスプレイスタックにより変調される。はるかに大きな透過率のために、はるかに低いバックライト電力を必要とするが、ディスプレイは同じまたはより良い輝度を達成する。
【００３２】
本発明は、流体自体が正味電荷を運び、液体中に懸濁した着色粒子も電荷を運び、流体も粒子も電気的に制御され、両方とも画素内を移動し、画素の光学的状態を変えることができる電気浸透ディスプレイを対象とする。
【００３３】
上述の実施形態は本発明を限定するのではなく例示していること、および当業者は添付の特許請求の範囲を逸脱することなく多くの代替実施形態を設計することができることに留意されたい。
【００３４】
特許請求の範囲では、括弧の間に置かれた任意の参照符号が請求項を制限すると解釈されてはならない。動詞「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」およびその活用型の使用は、請求項で示されたものと異なる要素またはステップの存在を排除しない。要素に先行する冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数のそのような要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウェアを用いて、および適切にプログラムされたコンピュータを用いて実現されてもよい。いくつかの手段を列挙するデバイスクレームでは、これらの手段のうちいくつかは同一の品目のハードウェアにより具体化されてもよい。ある種の方策が互いに異なる従属クレームで引用されているという単なる事実が、これらの方策の組合せを有利に利用することができないことを示すものではない。
【図１】
0005904994.tif 000002
【図２】
0005904994.tif 000003