(57)【要約】【課題】新しい反射型表示システムを提供する。【解決手段】本表示システムは対向電極の代わりに表示装置の背面板１０８を介して目視を可能とする。背面板１０８を介して表示の目視を可能にすることによって、柔軟性表示装置の作製を容易にする対向電極１１２としての導電性エラストマの使用が可能とされる。背面目視可能な表示装置は背面板１０８に直接カラーフィルタを取り付けることを容易にし、フィルター画素の位置合わせの問題を簡素化する。【選択図】図１
2006171735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置であって、
実質的に透明な広い領域を有する電子性背面板と、
導電性材料からなるエラストマ系の対向電極層と、
印可される電場に応じて反射状態が変化し、前記電子性背面板と前記対向電極層との間に配置された表示材料、を有する表示媒体と、
を備える表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置であって、前記対向電極層が不透明である表示装置。
【請求項３】
画像表示方法であって、
背面板の電子部品に電圧を印加して表示装置の電気泳動インクが所望のパターンを形成するようにするステップと、
前記背面板を介して前記電気泳動インクに光を透過させるステップと、
前記背面板を介して前記電気泳動インクから観察者に光を反射させるステップと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型の表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の電気泳動表示装置等の最新の反射型表示装置は、電子性背面板、表示媒体、及び対向電極を有するサンドイッチ構造で作製される。この電子性背面板及び対向電極は共に、サンドイッチ状に挟まれた表示媒体の反射性を制御する電場を発生させる。各画素にかけられる電場を個々に制御することにより、画像形成が可能とされる。観察者は対向電極を介して画像を見る。
【０００３】
柔軟性反射型表示装置は、その紙のような品質のために非常に魅力がある。表示媒体が存在するため、背面板と対向電極はこのような表示装置が曲げられるときに大きな機械的応力にさらされる。このようなサンドイッチ構造に関する第１の問題は、透明で柔軟性の高い対向電極を作製することが難しいということである。現在の透明柔軟性対向電極はマイラー（Mylar）上にインジウムスズ酸化物を蒸着することによって作製される。しかしながら、このような対向電極は高い柔軟性や伸縮性がないことが欠点である。理想的には、エラストマ系の透明な導電性対向電極が非常に望ましい。
【０００４】
しかしながら、現在のところ、エラストマ系の透明な導電性材料は入手不可能である。エラストマ系の導電性材料は、エラストマに対しグラファイト、金粒子、ニッケルメッキ粒子等の導電性材料を加えることで作製できる。しかしながら、その結果として作製される材料は透明でなく、従って、対向電極としては不適当である。
【０００５】
カラー表示装置においては、各画素の出力は一般的に、表示材料の画素状態及び、各画素に対応するカラーフィルタの関数である。カラーフィルタによって反射光の色が決まる。一般的に、各カラーフィルタは対向電極上に直接パターニングされる。しかしながら、柔軟性対向電極上へのカラーフィルタのパターニングは、製造時及び製造後の両方において、位置合わせの問題を生じさせる。
【０００６】
対向電極にカラーフィルタを取り付けるということは、組み立て時において、対向電極を背面板にある電子機器と正確に位置合わせする必要があることを意味する。動作時には、これらのフィルタは、背面板にある制御電子機器と位置合わせされた状態を維持する必要があり、これにより、各画素が所望の色の光を出力する。この位置合わせの維持は、表示装置が収縮するときに困難となる恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上のような背景において成されたものであり、その目的は、改良された反射型の表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
表示システムが開示される。本表示システムは、実質的に透明な広い領域を有する電子性背面板を備える。電場に応じて反射状態を変化させる表示材料を有する表示媒体が、電子性背面板と導電性材料からなるエラストマ系の対向電極層との間に配置される。従って、本表示システムは、表示装置の背面板側から目視可能な反射型表示装置を形成する。
【０００９】
本発明の１つの実施形態では、柔軟性表示装置は、対向電極として、柔軟性を備えた不透明なエラストマを用いる。カラー表示装置システムにおいては、背面板上に直接パターニングされたカラーフィルタを含んでもよい。背面板上に直接カラーフィルタを形成することにより、位置合わせの問題を簡素化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
柔軟性を備え、製作が容易な反射型表示システムを説明する。１つの実施形態においては、本表示システムの対向電極はエラストマから作製される。このエラストマは透明でも不透明でもよい。カラーフィルタを背面板上に配置し、カラー表示装置を作製することもできる。
【００１１】
図1に、非水平アドレス型（non-laterally addressed）の反射型表示装置１００の断面概略図を示す。本明細書においては、「反射型表示装置」とは画像を形成する光源と画像を見る観察者とが同じ側に配置される表示装置として定義される。本明細書においては、「水平アドレス型（laterally addressed）」とは、表示媒体を制御する電極が全て１つの基板上にあって対向電極を必要としないアドレス構造として定義される。
【００１２】
表示装置１００は、電子性背面板１０８と、対向電極１１２と、を有し、電子性背面板１０８と対向電極１１２は、表示媒体１０４を挟む（サンドイッチする）。光源１２０からの光１１６は、背面板１０８を通って表示装置１００に入射する。表示媒体１０４にある画素は反射及び光１１６の光子の透過を制御する。表示媒体１０４により反射された光は、電子性背面板１０８を出ると光源１２０を有する表示装置１００の一方側１３２に位置する観察者１２４に達する。
【００１３】
表示媒体１０４または「インク（ink）」は、背面板１０８及び対向電極１１２によってかけられる電場に応じて反射特性を変化させる材料を有する。典型的な表示材料の１つの例として、カプセルに入った電気泳動的インクが挙げられる。別の例として電気浸透インクがあり、これは、２０００年１月２６日に発行され、「（Multi-color electrophoretic displays and material for making the same）」と題された米国特許第６,０１７,５８４号に記載されている。電場の印加により反射状態が変化する材料のさらに別の例として、液晶のネマティック流体がある。密封されたチャンバの微細加工アレイは、インクをカプセル化できる。例えば、シリコーン等のエラストマ系の固着材は、微細カプセル状のインクを固着する。固められた微細カプセル状のインクを背面板１０８に直接積層することもできる。また、背面板１０８上に直接マイクロチャンバをパターニング、印刷、鋳造、又は他の方法で、形成することができる。マイクロチャンバは電気泳動インクで満たされ、次に密封される。代替の実施形態では、マイクロチャンバに基づく媒体が別々に作製され、続いて背面板に固定、積層または接着される。
【００１４】
対向電極１１２は、背面板１０８と協動してそれらの間に挟まれた表示材料１０４の反射状態を制御する。背面板及び対向電極の画素間に印加される電圧は表示媒体に影響を与える電場を作り出す。画素における電場の方向及び強度が、その画素における表示媒体の「色」状態を決める。
【００１５】
背面目視可能な表示装置では、不透明な対向電極層１１２を用いることができる。一般に、対向電極は電気泳動表示装置においてはほとんど目で見ることはできない。電気泳動インクが光を反射または吸収するからである。２粒子電気泳動表示装置においては、画素の「色状態」は、背面板１０８を介して見られる電気泳動粒子の色によって決まる。画素における電場の方向が、粒子の電荷極性と共に黒または白の状態を決める（逆の電荷極性を有する黒及び白の粒子が使用されるディスプレイにおいて）。
【００１６】
柔軟性表示装置において、導電性エラストマは不透明な対向電極１１２を形成してもよい。本明細書においては、「エラストマ」は、低い弾性係数（ヤング係数）を持つ材料として定義され、伸縮または歪んだ後、元の大きさに戻る。特に、エラストマ構造が曲げられると曲率ｋはＭ／ＥＩにほぼ等しくなる。ここで、Ｍはその構造にかかる曲げモーメント、Ｅはヤング係数、Ｉは慣性モーメントである。一般のエラストマにおいては、ヤング係数は０．０１から０．１ギガパスカル（ＧＰａ）の間であり、非常に硬くはない構造をとる（ヤング係数かける慣性モーメントはおおよその硬さの目安となる）。エラストマーの例にはシリコーン、ラテックスゴム、ポリクロロプレン、ポリウレタン、ポリブタジェン及びポリイソブチレン等の高分子材料が含まれる。特に好適な材料の１つはアモルファスであり、減衰度が低く５００から１０００％までの高い伸び率の応力のもとで急速に伸びる、架橋結合された高分子化合物が挙げられる。緩めると、エラストマはもとの寸法に回復する。エラストマに加えられるグラファイト、金またはニッケルメッキ粒子等の導電性粒子はエラストマを導電性に変化させることができる。
【００１７】
商業上入手可能な様々な材料を対向電極の作製のために使用できる。例えば、Ｂａｙｔｒｏｎ（ＰＥＤＯＴ系）または導電性充填剤（ＤｕＰｏｎｔ社製の導電性シリコーン及びテフロン（登録商標）等）を有するポリマーシート等の、本来的に導電性のポリマーを対向電極として使用できる。商業上入手可能なマイラーシートを用いて条件にあった対向電極を作製することはできるが、マイラーはエラストマではない。代替の実施形態においては、グラファイトパウダーが、透明なシリコーン（マサチューセッツ州へーバヒルのＱｕｉｃｋ  Ｇｒａｂ社製（Quick Grab of Haverhill, MA））等のシリコーンと組合わされる。グラファイトとシリコーンとが組合わされると、導電性の黒いスラリーが作製される。電気泳動媒体上にスラリーをドクターブレーディング，又他の方法でのせ、次にスラリーを硬化させることにより、柔軟性シリコーンの黒い導電性層が生じる。この黒い導電性及び柔軟性シリコーン層によって好適な表示装置の対向電極が形成される。これが柔軟性背面板上に蒸着される時、対向電極の低ヤング係数（高弾性率）のために、柔軟性の高い表示システムが作製できる。
【００１８】
背面板１０８は、表示媒体１０４の画素を指定するために用いる電子部品を有する。背面目視可能な表示装置で用いられる背面板には、液晶表示装置（ＬＣＤ）の背面板と同様な構造を利用することができる。アクティブマトリックス背面板を使用するとき、対向電極１１２を単に連続な導電性層とすることができる。
【００１９】
図２に、アクティブマトリックス構造の表示装置における背面板の例を示す。アクティブマトリックス構造では、背面板は画素２０４、２０８、及び２１２を有する。一般に、これらの画素は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２１６等のトランジスタを備えており、このトランジスタは、対応するゲート線２２０及びデータ線２２４によって指定される。ＴＦＴは「画素スイッチ」とも呼ばれる（画素スイッチの別の例には’Liquid crystal displays’, Ernst Lueder, Wiley 2001に記載がある金属―絶縁体―金属の装置がある）。ゲート線及びデータ線が他の画素を指定するとき、記憶用コンデンサ２３０が、画素の状態を維持する働きをする。背面板は、従来のフォトリソグラフィや、ジェット印刷やスタンピング等の新しいプロセスを含むいくつかの技術によって作製できる。ＴＦＴはアモルファスシリコン、多結晶シリコン、有機半導体、または他の適した材料から作製できる。
【００２０】
図３に、背面板１０８中の画素のレイアウト例の拡大図を示す。図３においては、ゲート線及びデータ線２２０及びデータ線２２４はＴＦＴ２１６に接続される。トランジスタ２１６は画素パッドまたは画素電極３０４上の電位を制御する。画素電位は対向プレート上の電位と共に表示媒体１０４のインクを制御する。
【００２１】
不透明な対向電極の場合、入射光はアクティブマトリックス背面板１０８を通過して、表示材料に達する。表示材料中の選択された画素は入射光を背面板１０８から観察者１２４へ反射して戻す。他の画素は電子的に指定され、入射光を吸収するよう設定される。本構造により、背面板を介して、形成された画像の表示を見ることが可能となる。
【００２２】
高い透過率を有する背面板を形成する様々な方法が利用可能であり、１つの方法においては、透明領域及び不透明領域を有する、高い「開口率」を持つ背面板が形成される。本明細書においては、「開口率」は、透明な背面板領域と不透明な背面板領域との比率である。開口率が高くなれば表示の見え方がよくなる。一般に、５０％の最小開口率が望ましく、７０％以上の開口率がより好ましい。
【００２３】
光による背面板の透過を容易にするために、透明基板上に堆積させたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）によって画素電極を作製することができる。透明な柔軟性基板の例としては、透明プラスチック、超薄ガラス、マイラー（ＤｕＰｏｎｔ社製）、ＡｒｙＬｉｔｅ、Ａｐｐｅａｒ及びＳｕｍｌｉｔｅ（Ｐｒｏｍｅｒｕｓ社製、オハイオ州ブレックスビル（Promerus of Brecksville Ohio））などが挙げられる。プラスチック基板は円滑な表面にし、防湿層を作製するために予めコーティングしてもよい。これらのＬＣＤのデータ線及びゲート線は一般に不透明材料からなる。これらの金属は、背面板を介して画像を見ることを妨げる鏡面反射を形成する場合がある。
【００２４】
背面板の光の透過率を最大化し、鏡面反射を最小化するために、ゲート線２２０及びデータ線２２４等の背面板の電線は、真空蒸着されたＩＴＯ、ＩＴＯ分散体、ナノ金属分散体および／またはカーボンナノチューブ系導電性コーティング等の透明材料から作製できる。ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３システムは、透明なＩＴＯに代わる安価な代替物を提供する。スズ、カドミウム、ガリウム、銅、亜鉛、及びこれらの混ぜ合わせ等の材料に基づく酸化物の化学量論的でない及びドープされた薄膜は、高い導電率及び光透過率を提供する。薄膜層に適用された際に透過性及び適度な導電性を示し、また結果的に導電性電線を作るために使用される材料は、Ｂａｙｔｒｏｎ（Ｂａｙｅｒ  ＡＧ）群の材料（例えば、Ｂａｙｔｒｏｎ  ＣＰＵＤ２、Ｂａｙｔｒｏｎ  ＰＶＰＣＨ８０００、Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ、Ｂａｙｔｒｏｎ  ＰＶＰＡＬ４０８３）及び科学技術振興機構（Japan Science and Technology corporation）によって開発された紫外光等に露光した後、永久型導電体になる透明な酸化物等の有機導電性材料を含む。
【００２５】
非常に高い開口率を持つ背面板では、アドレス線だけでなく、トランジスタも透明とすることもできる。ＺｎＯから作られる透明トランジスタは、このような構造を作製する１つの方法を提供する。
【００２６】
安価な低開口率の表示装置では、透明な電線及びトランジスタは不要である。しかし、不透明な電線が使われるとき、鏡面反射を最小化することにより、表示性能が改善される。黒等の暗い色でゲート線及びデータ線、コンデンサ電極並びにトランジスタをパターニングすることにより、鏡面反射を最小化できる。全体の画素領域に比して、不透明領域を小さくまたは狭くすることによっても開口率は改善される。
【００２７】
不透明なアドレス線を蒸着するために様々な方法が開発されている。カルフォルニア州アナハイムのＴｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｄｅｖｉｃｅｓ社（Thin Film Devices, Inc of Anaheim California）によって開発された１つの方法では、イオンビームスパッタリング法によって蒸着された黒色クロムによって暗い導電性コーティングが形成される。銅等の高い導電性の金属をこの暗いコーティングの上に蒸着してもよい。ゲート線及びデータ線の幅を最小化するため、及び電線の導電性を最大化するために高い導電性の金属を形成し、その結果その電線の高さを電線幅に比して十分に大きくしてもよい。
【００２８】
上記の背面目視可能な表示装置は、アクティブマトリックスシステムに限られるべきではない。導電性エラストマにより、他の表示装置の一方側を形成してもよい。図４にセグメント化された直接指定システムの一例を示す。図４のセグメント化された直接指定システムでは、各セグメントはセグメント電極４０４及び４１２によって個々に指定される。セグメント電極及びセグメント電極を指定する回路が、背面板を形成する。この背面板及び共通の対向電極４０８が電気泳動インク等の表示材料を挟む。１つの実施形態においては、対向電極４０８は不透明導電性エラストマから形成されるが、導電性の透明エラストマ及び一部透明なエラストマも使用可能である。対向電極と、セグメント電極を含む背面板とが共に、電場を発生させ、表示材料の出力を制御する。
【００２９】
パッシブマトリックス表示装置の背面板はアクティブマトリックス表示装置の代替案となる。図５に、表示装置の画素を指定するストライプ電極５０４及び５０８のアレイを用いたパッシブマトリックス表示装置の背面板５００を示す。各画素は、前面板及び背面板のストライプ電極の交差領域によって定義される。アドレス線５１６及び５２０は背面板のストライプ電極を制御する。
【００３０】
一般のパッシブマトリックスの透明な背面板は、ガラス等の透明な基板上にインジウムスズ酸化物（これ以降ＩＴＯと記す）等の透明導電体をパターニングすることによって形成できる。この表示装置は柔軟であるので、ガラス層は非常に薄く、例えば、Ｓｃｈｏｔｔ社製のもの、Ｍｙｌａｒ（登録商標）またはＤｕＰｏｎｔ‘ｓ  Ｔｅｉｊｉｎ  社製品のポリエステル（ＰＥＴ）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）薄膜等の他のポリマーがある。好適な柔軟性基板の追加の例としてはＰｒｏｍｅｒｕｓ、Ｆｅｒｒａｎｉａ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、及びＳｕｍｉｔｏｍｏ  Ｂａｋｅｌｉｔｅ社により流通しているＡｐｐｅａｒ（登録商標）、ＡｒｙＬｉｔｅ及びＳｕｍｉｌｉｔｅ（登録商標）材料が含まれる。また、ここに挙げるものに限られないが、ＩＴＯ分散体、ナノ金属分散体、カーボンナノチューブ系導電性コーティング、酸化物材料の化学量論的でない及びドープされた薄膜、及び有機導電性材料などを含む上述の光透過性の導電性材料の多くも、透明な背面板上に透明電極を形成するために使うことができる。
【００３１】
パッシブマトリックス表示装置は、背面板上に形成された対向電極を有する。パッシブマトリックス表示装置は一般に「背面板」と「対向電極」とを区別しない。パッシブマトリックス表示装置の両板は単に導電性ストライプ電極を有するのみだからである。しかし、ここでの応用法においては、板の一方は一般にエラストマ材料から作製される。従って、ここでの記述の目的のためにエラストマ系の材料から作製されるものの表面がパッシブマトリックス表示装置の「対向電極」と呼ぶことにする。図５に、背面板のストライプ電極に垂直方向の導電性ストライプ電極６０４及び６０８を含むパッシブマトリックス対向電極６００の例を示す。画素６１２等の指定が可能な画素は、背面板のストライプ電極５０４と対向電極のストライプ電極６０４とが交差する場所に位置する。エラストマ系の誘電性基板上に導電性ストライプ電極を形成する様々な技術が利用可能である。導電性ストライプ電極は、一般にエラストマ系の層の１部分として作製される。例えば押し出し成形技術を使って形成される導電性シリコーンの幅の狭いストライプ電極及び非導電性シリコーンの幅の狭いストライプ電極を使用してもよい。
【００３２】
カラー表示装置では、画素のカラー出力を制御するためにカラーフィルタを使用するのが一般的である。従来、前面目視型ディスプレイでは対向電極上にカラーフィルタを作製する。対向電極上にカラーフィルタを作製する場合、対向電極と背面板との位置合わせが重要となる。表示装置が曲げられたときに、カラーフィルタと背面板間の距離により位置ずれや不適当な表示出力をもたらす場合もある。
【００３３】
図１のカラーフィルタ１３６等のカラーフィルタを、画素回路を含むアクティブマトリックス構造の背面板１０８上に直接作製することにより、位置合わせの問題を最小化できる。カラーフィルタを、ここに挙げるものに限らないがフォトリソグラフィや様々な印刷技術を含む、様々な技術を使って背面板上に直接パターニングしてもよい。この表示装置では、背面板を介して表示装置の背面から見るので、背面板上でのカラーフィルタ作製が可能となる。カラーフィルタを追加的な赤緑青（ＲＧＢ）フィルタとすることもでき、または、４色（ＲＧＢＷ）フィルタ（フィルタなし画素による白画素の追加）とすることもでき、または更に多色を有するフィルタ配列としてもよい。本フィルタはまた、表示装置を部分的にのみ覆うようにしてもよい。例えば、テキスト表示を目的とする表示領域において、フィルタを設けない構成とし、フィルタの白黒コントラスト改良を達成できる。
【００３４】
図６及び図７に様々なカラーフィルタのレイアウトを示す。図６に示すように、画素を赤７０４，緑７０８，青７１２のサブ画素に細分化して色を表示してもよい。全体的な出力は、色の追加的な混合によって制御される。図７にカラーフィルタ８０４，８０８，８１２を様々な構成で配置したレイアウトを示す。
【００３５】
様々な技術を利用して上記の構造を作製できる。１つの実施形態では、不透明なデータ線及びゲート線がフォトマスクとして用いられる。フォトマスクを使用し、ポジ型フォトレジスト及び後方からの紫外線光による露光を用いて壁構造をパターニングする。
【００３６】
前述の記載には表示装置の構成、パラメータ及び様々な実施形態を含む多数の詳細な説明が含まれる。これらの詳細な説明は、複数の例を提供して理解を容易にすることを意図したものであり、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】透明な背面板及び柔軟性対向電極を有する、横方向に指定されない反射型表示装置の断面の略側面図である。
【図２】アクティブマトリックス背面板を示す平面図である。
【図３】図２のアクティブマトリックス背面板の１画素を示す拡大図である。
【図４】セグメント化され、ダイレクトに指定する表示システムを示す概略図である。
【図５】パッシブマトリックス構造の例を示す図である。
【図６】カラーフィルタパターンの例を示す平面図である。
【図７】代替のカラーフィルタパターンのレイアウトを示す図である。
【図１】
2006171735.tif 000003
【図２】
2006171735.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006171735.tif 000007
【図６】
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【図７】
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