(57)【要約】  電気泳動型ディスプレイ用の電子ペイントは、下部導電層と、この下部導電層上に配置された熱アドレス層と、この熱アドレス層上に配置された電気泳動インク層と、この電気泳動インク層上に配置された上部導電層とを有する。電気泳動インクは、熱アドレス層の一部における熱放射の熱吸収と、上部導電層及び下部導電層間に印加されるバイアス電圧とに基づいて活性化される。
2007522512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気泳動型ディスプレイ用の電子ペイントであって、
下部導電層と、
この下部導電層上に配置された熱アドレス層と、
この熱アドレス層上に配置された電気泳動インク層と、
この電気泳動インク層上に配置された上部導電層と
を有し、電気泳動インクが、前記熱アドレス層の部分における熱放射の熱吸収と、前記上部導電層及び前記下部導電層間に印加されるバイアス電圧とに基づいて活性化されるようになっている電子ペイント。
【請求項２】
請求項１に記載の電子ペイントにおいて、
前記下部導電層は、反射性金属材料及び透明電極材料のうちの一方を有する電子ペイント。
【請求項３】
請求項１に記載の電子ペイントにおいて、
前記熱アドレス層は、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、半導体材料、ドープした半導体材料及び負の温度係数の材料からなる群から選択されたものであり、前記熱アドレス層が負の抵抗温度係数を有している電子ペイント。
【請求項４】
請求項１に記載の電子ペイントにおいて、
前記熱放射は、赤外光線、可視光線及び紫外光線のうちの１つを含む電子ペイント。
【請求項５】
請求項１に記載の電子ペイントにおいて、
この電子ペイントは更に、前記下部導電層に結合されている支持体層を有する電子ペイント。
【請求項６】
請求項５に記載の電子ペイントにおいて、
前記支持体層は、プラスチックのシート及びガラスのシートのうちの一方を有する電子ペイント。
【請求項７】
請求項５に記載の電子ペイントにおいて、
前記支持体層は、前記電気泳動インク層のピクセルセグメントを熱的に分離する凹領域のアレイを有する電子ペイント。
【請求項８】
請求項１に記載の電子ペイントにおいて、
前記上部導電層は、透明電極材料を有する電子ペイント。
【請求項９】
バイアス電圧を印加する処理と、
熱アドレス層の部分に熱放射を受けさせる処理と、
前記熱アドレス層の部分において受けた熱放射の少なくとも一部を吸収させる処理と、
吸収された熱放射と、印加されたバイアス電圧とに基づいて電気泳動インクを活性化させる処理と
を有する電子ペイントを活性化させる方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子ペイントを活性化させる方法において、
前記バイアス電圧を、電子ペイントの上部導電層及び下部導電層間に印加する方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の電子ペイントを活性化させる方法において、
前記熱アドレス層の部分が受ける熱放射が、赤外光線、可視光線及び紫外光線のうちの１種を含むようにする方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の電子ペイントを活性化させる方法において、
前記熱アドレス層の部分に熱放射を受けさせる処理が、
電子ブラシからのレーザ光の走査ビームから熱放射を受けるようにする処理を有する方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の電子ペイントを活性化させる方法において、
この方法が更に、
前記電気泳動インクを活性化させる際に、この電気泳動インクの少なくとも一部の光学状態を設定する処理を有する方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の電子ペイントを活性化させる方法において、
この方法が更に、
バイアス電圧を取り除く処理と、
このバイアス電圧を取り除く処理に応答して、前記電気泳動インクを所定の光学状態に安定化させる処理と
を有する方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の電子ペイントを活性化させる方法において、
この方法が更に、
前記熱アドレス層を冷却する処理と、
前記熱アドレス層を冷却する処理に基づいて、前記電気泳動インクを所定の光学状態に安定化させる処理と
を有する方法。
【請求項１６】
請求項９に記載の電子ペイントを活性化させる方法において、
この方法が更に、
前記電気泳動インクを初期光学状態に初期化する処理を有する方法。
【請求項１７】
レーザスキャナ及び位置検出器を有する電子ブラシと、
下部導電層と、この下部導電層上に配置された熱アドレス層と、この熱アドレス層上に配置された電気泳動インク層と、この電気泳動インク層上に配置された上部導電層とを具える電子ペイントと
を有する電子ペイントの活性化システムであって、
前記電気泳動インクが、前記電子ブラシから前記熱アドレス層の部分への熱放射の熱吸収と、前記電子ペイントの前記上部導電層及び前記下部導電層間に印加されるバイアス電圧とに基づいて活性化されるようになっている電子ペイントの活性化システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電子ペイントの活性化システムにおいて、
この活性化システムは更に、
前記下部導電層に結合された支持体層を有する活性化システム。
【請求項１９】
請求項１７に記載の電子ペイントの活性化システムにおいて、
この活性化システムは更に、
前記電子ブラシに電気的に結合された制御部を有し、この制御部が、電子ブラシからの熱放射を制御するようになっている活性化システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電子ペイントの活性化システムにおいて、
前記制御部は、ワイヤで又はワイヤレスで前記電子ブラシに接続されている活性化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、電気泳動型ディスプレイに関するものであり、より具体的には、本発明は熱的に活性化する電子ペイントを有する電気泳動インクに関するものである。
【０００２】
半永久的な画像が必要とされるホワイトボード、看板、ビルボード及び壁面ディスプレイのような大型ディスプレイに関する電気泳動型ディスプレイ媒体の開発が進められている。電気泳動型ディスプレイ媒体は、一般的には、電界を印加することにより粒子が移動することを特徴としており、バイステイブル表示として、色の明るさ又は暗さのような少なくとも１つの光学的特性において相違する第１及び第２の表示状態を有するディスプレイ素子とすることができる。近年開発された電気泳動型ディスプレイでは、これらの表示状態は、電子インク中のマイクロカプセル化された粒子が所定期間に亘る電子パルスにより一方又は他方の状態に駆動されて生ずるものであり、この被駆動状態は活性化電圧を除去した後でも維持される。このような電気泳動型ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と比べて、良好な輝度及びコントラスト、広い視角、２以上の状態に関する状態安定性、低消費電力といった利点を有しうるものである。２０００年５月２３日に発行されたAlbert氏等による米国特許第６０６７１８５号明細書（「Process for Creating an Encapsulated Electrophoretic Display」）及び２０００年１月２５日に発行されたAlbert氏等による米国特許第６０１７５８４号明細書（「Multi-Color Electrophoretic Displays and Materials for Making the Same」）には、セルロース状若しくはゲル状内相と液相とを有する、又は２以上の非混合性液体を有するマイクロカプセルを具える代表的な電気泳動型ディスプレイが開示されている。
【０００３】
電気泳動型ディスプレイは、電気泳動材料及び保護材料からなる各種の層により構成されることが多い。保護電極を有する電気泳動型ディスプレイが、２０００年６月２９日に公開された国際公開パンフレットＷＯ００／３８００１の明細書に開示されている（「Protective Electrodes for Electrophoretic Displays」、Drzaic氏等）。この保護電極は気体透過性電極とすることができ、この気体透過性電極は、金属スクリーン又はワイヤメッシュのような網状導電構造体、或いは導電材料を被覆した又は導電材料に含浸させた網状構造体とする。
【０００４】
現在市販されているほとんどの電気泳動型ディスプレイは、データを受信して、ディスプレイ前方又は後方に配置しうるアクティブマトリクスを駆動させることでアドレスするものである。リアアドレスディスプレイの例が、２００１年１月２３日に発行されたComiskey氏等による米国特許第６１７７９２１号明細書に記載されている（「Printable Electrode Structures for Displays」）。このディスプレイの一例では、ディスプレイ材料をシリコントランジスタ構造体と組合せている。しかし、アクティブマトリクス駆動は、低い又は極めて低いリフレッシュ速度が要求されるに過ぎない安価なビルボード型ディスプレイに対しては魅力的な選択肢とは言えない。固有のアドレス法、例えばテキスト及びグラフィックを精密に書き込むためのピクセル格子毎の固定座標を有していない大型の電気泳動型ディスプレイに対しては、電子インクシステムが提案されている。研究者等は、このデジタルインク又は電子インク技術を、いわゆる電子壁紙、ポスター又は壁スクリーンといった大型電子壁面ディスプレイに適用することにも取り組んでおり、これによれば、このような大型電子壁面ディスプレイを薄肉の電気泳動薄膜として壁に配置しうるようになる。
【０００５】
外部スタイラス装置を用いてアドレス可能な電気泳動型ディスプレイが、２００１年６月２６日に特許されたAlbert氏等による米国特許第６２５２５６４号明細書（「Tiled Displays」）に開示されている。電子的にアドレス可能なディスプレイの製造方法は、通常のスクリーン印刷における多色化工程と同様の多色印刷操作を含むものである。このシステムは、１つ以上のアンテナと、受動荷電回路と、アクティブ制御システムと、ディスプレイと、エネルギ貯蔵ユニットとを有する。
【０００６】
また、好ましくは室温で非流体で高温で流体となる電気泳動粒子も用いた紙状媒体が、２００１年１２月１２日に公開された国際公開パンフレットＷＯ００４３８３５の明細書（「Image Recording Medium, Image Recording/Erasing Device, and Image Recording Method、Masato氏等）に開示されている。
【０００７】
２００３年１月１６日に公開されたZehner氏等の米国特許出願公開第２００３／００１１８６８号明細書（「Electrophoretic Displays in Portable Devices and Systems for Addressing such Displays」）には、光導電層による電気泳動型ディスプレイのアドレス方法が提案されている。この光伝導層がディスプレイの発光層から光を受けると、当該光導電膜のインピーダンスが低下し、電気泳動層を印加電界によりアドレスして画像を書き込みうるようになる。
【０００８】
小型の電気泳動型ディスプレイは、データを受信してディスプレイのアクティブマトリクスを駆動することによりアドレスされるものが多いのに対して、大型の電気泳動型ディスプレイは、精密にテキスト及びグラフィックスを書き込むための固有のアドレス法を有していない場合がある。電気泳動型ディスプレイを外部的にアドレスする様々な方法、システム及び関連装置が提案されてきたが、アドレス速度をゆっくりさせることがなお課題とされている。多くの電気泳動型ディスプレイではスイッチング速度が比較的遅いため、外部アドレス装置が、電気泳動型ディスプレイの電気泳動材料が正常なディスプレイ状態にスイッチングされるのに必要な時間よりも遙かに早く、この電気泳動型ディスプレイに画像データを転送してしまうおそれがあるのである。つまり、改良された電気泳動型ディスプレイシステムとは、外部アドレス装置を他の場所へ移動させたり、ディスプレイ表面から取り外したりしている間に、電子インクが所望の光学的状態に転移しうるようにするものである。
【０００９】
従って、外部アドレスされる電気泳動表面に対する実効アドレス時間が増大され、また画像データの転送処理中に外部アドレス装置を電気泳動表面のある領域から他の領域まで移動させた後にも、電気泳動型ディスプレイがあるディスプレイ状態から他の状態までスイッチングを継続しうるシステム及び処理が必要とされている。より具体的には、大型ディスプレイに対するアドレス方法を改良して、電子インクの比較的遅い遷移時間に適応するようにして、携帯型活性化装置をディスプレイ表面上で急速に移動（ストローク）させうるようにする。すなわち、電子ペイント又は電子インクがそのディスプレイ状態をよりゆっくりとスイッチングしうるようにしながら、ディスプレイが、短時間の間に携帯型書込装置からデータを受け取ることができるようにする。このような所望のシステムは、データの更新が頻繁でない大面積ディスプレイの用途において費用効率が良いものとなり、またこれに関連する方法は時間効率の良いものとなるであろう。
【００１０】
本発明の一形態は、電気泳動型ディスプレイ用の電子ペイントである。この電子ペイントは、下部導電層と、この下部導電層上に配置された熱アドレス層と、この熱アドレス層上に配置された電気泳動インク層と、この電気泳動インク層上に配置された上部導電層とを有する。電気泳動インクは、熱アドレス層の部分における熱放射の熱吸収と、上部導電層及び下部導電層間に印加されるバイアス電圧とに基づいて活性化させる。
【００１１】
本発明の他の形態は、電子ペイントを活性化させる方法である。電子ペイントの上部導電層及び下部導電層間にバイアス電圧を印加する。熱アドレス層の部分が熱放射を受けるようにする。この熱アドレス層の部分において受けた熱放射の一部を吸収させ、吸収された熱放射と、印加されたバイアス電圧とに基づいて電気泳動インクを活性化させる。
【００１２】
本発明の更に他の形態は、電子ブラシ及び電子ペイントを有する電子ペイントの活性化システムである。この電子ブラシは、レーザスキャナ及び位置検出器を有する。この電子ペイントは、下部導電層と、この下部導電層上に配置された熱アドレス層と、この熱アドレス層上に配置された電気泳動インク層と、この電気泳動インク層上に配置された上部導電層とを具える。電気泳動インクは、電子ブラシから熱アドレス層の部分への熱放射の熱吸収と、電子ペイントの上部導電層及び下部導電層間に印加されるバイアス電圧とに基づいて活性化する。
【００１３】
本発明の上述した及び他の形態並びに本発明の特徴及び利点は、以下の好適例の詳細な説明を、添付した図面と併せて読むことにより更に明らかとなるであろう。この詳細な説明及び図面は、単に本発明を説明するためのものに過ぎず、これを限定するものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等物により規定されるものである。
【００１４】
本発明の種々の例を添付の図面により説明する。
図１及び２は、下部導電層２０、熱アドレス層２２、電気泳動インク層２４及び上部導電層２６をそれぞれ順次に配置した電子ペイント１０を示す。図１を参照するに、電気泳動インク２４は、熱アドレス層２２の部分における熱放射の熱吸収と、上部導電層２６及び下部導電層２０間に印加されるバイアス電圧とに基づいて活性化される。熱アドレス層２２の選択部分上に熱放射を照射又は指向させて電気泳動インク２４の光学的状態を調整することにより、この電気泳動インク２４を跨いでより大きな電界を生じさせる。この電界が、電気泳動インク２４の粒子を回転及び再配向させる力を発生させ、それにより、テキスト、グラフィック、画像、写真及び他の画像データを表示しうる色可変又はグレーレベル可変のディスプレイが構成される。電気泳動インク層２４により特定のグレートーンのような特定色を得るためには、バイアス電圧や、熱アドレスレーザーの強度及びタイミングや、電気泳動インク２４及び熱アドレス層２２を通じての熱放散を制御する必要がある。また、下部導電層２０及び上部導電層２６に対するバイアス電圧の迅速な除去も必要となる。
【００１５】
熱アドレス層２２によれば、電気泳動インクの活性化が走査処理より遅い時間尺度で起こる場合であっても、より速いパルス又は走査光ビームを用いて電気泳動インク２４が所望の光学状態に活性化されるよう制御することができる。加熱された熱アドレス層により短期記憶効果が得られ、電気泳動インク２４への画像形成が継続されるようにしながら、走査光ビームを他の場所へ移動させうるようになる。
【００１６】
この電子ペイント１０の熱アドレス方法によれば、例えば携帯型ブラシ又は携帯型装置を電子ペイント１０上で移動させてこの電子ペイント１０の一部を局所的に加熱することにより、当該電子ペイント１０を有する電気泳動型ディスプレイ上へ画像を書き込むことができる。局所的に加熱された熱アドレス層２２の領域はより導電性になる。従って、バイアス電圧を上部導電層２６及び下部導電層２０間に印加すると、この電気泳動インク層２４の加熱領域には周囲の冷領域よりも大きな電界が発生する。このより大きな電界により電気泳動インク２４がある光学状態から他の光学状態まで遷移させられるのであり、バイアス電圧が印加されており且つ熱アドレス層２２の一部が暖かい間に、電子ペイント１０のピクセルセグメントが所望の光学状態にスイッチングされる。例えば、熱放射を加えてこれを吸収させることにより、電気泳動インク２４を白色から黒色にスイッチングさせることができる。他の例では、当初の黒色の光学状態を、制御可能にグレー又は白色の光学状態にスイッチングさせる。更に他の例では、熱アドレス層２２において吸収される熱エネルギの量と、バイアス電圧のレベルとに基づき、白色の光学状態をグレースケールの光学状態にスイッチングさせる。更に別の例では、バイアス電圧と、加えられた熱放射の熱吸収とに基づいて、有色の電気泳動的インクをある色から他の色にスイッチングさせる。書き込みを行いバイアス電圧を取り除いた後でも、電子ペイント１０を組み込んだ電気泳動型ディスプレイは、追加の電力消費なしでも視認可能状態を維持する。
【００１７】
図２を参照するに、電子ペイント１０は、この場合も、下部導電層２０と、この下部導電層２０上に配置された熱アドレス層２２と、この熱アドレス層２２上に配置された電気泳動インク層２４と、この電気泳動インク層２４上に配置された上部導電層２４とを有する。この積層体の層は、例えば、下部導電層２０に熱アドレス層２２を被着又は堆積し、その後この熱アドレス層２２上に電気泳動インク層２４を堆積又は被着させ、更にこの電気泳動インク層２４上に上部導電層２６を堆積又はその他の方法で設けることで順次に形成することができる。例えば、熱アドレス層２２は、スパッタリング又は蒸着により下部導電層２０上に形成することができる。或いは又、電気泳動インク層２４及び熱アドレス層２２を個別に形成して共に積層させ、その後、電界を発生させるための導電表面を形成するための薄肉透明電極材料又は金属をこれらに被覆することもできる。パターニング又はマスキング処理を必要としないため、電子ペイント１０は、圧延やスクリーニングや堆積のような他の処理工程を用いて任意の適切な順番で形成することができる。種々の寸法の電子ペイント１０のセクション又はタイルを共に組立てて又は並べて配置することにより、例えば壁又は他の大きな表面に取付けることができるほとんど任意の所望寸法の電気泳動型ディスプレイを形成することができる。電子ペイント１０は、例えば、側部が数センチメートルのものから１メートル×１メートル又はそれ以上の寸法のものまで形成することができる。
【００１８】
電子ペイント１０の代表的な例では、透明な上部導電層２６を介して画像が見えるようにするが、他の例では電子ペイント１０を後方表示とすることもできるし、又は電子ペイント１０を通した透過表示とすることもできる。金属支持体層を具える電子ペイント１０を有する反射型ディスプレイは、画像が上部から見えるようになっている。或いは又、下部導電層２０を通して電子ペイント１０を見うるようにし、後方から熱アドレスされるようにすることもできる。透過型ディスプレイ等の構成では、下部導電層２０及び熱アドレス層２２を可視光範囲に対して透明なものとし、電気泳動インク２４を選択的に吸収性のものとして、書き込まれた画像の後方表示又はディスプレイの任意的なバックライティングができるようにする。
【００１９】
走査レーザビームからの熱放射を電子ペイント１０の表面上で走査させることにより、テキスト、グラフィック、図又は写真を含む画像データを電子ペイント１０上へ書き込むことができる。代表的な電子ペイントディスプレイでは、入射した放射は、上部導電層２６及び電気泳動インク層２４を通って伝達されて熱アドレス層２２にぶつかって、この熱アドレス層２２内に吸収され電子ペイント１０を局所的に加熱する。電気泳動インク２４は、熱アドレス層２２の部分３２における熱放射４４の熱吸収と、上部導電層２６及び下部導電層２０間に印加されるバイアス電圧３０とに基づいて活性化される。熱アドレス層２２が加熱されると、この熱アドレス層２２を跨いでの電圧降下が低くなると共に、電気泳動インク層２４を跨いでの電圧降下が上昇する。電気泳動インク２４を跨いでの電界が増大してこの電気泳動インク２４が高温になることにより、当該インクのスイッチング速度が増大し、電子ペイント１０のピクセルセグメントに所定の書き込みを行うことができる。熱アドレス層２２が冷却される際に、バイアス電圧３４が印加されていれば電気泳動インク２４は意図するディスプレイ状態に遷移し続ける。電気泳動インク２４のこの所望の光学状態は、熱アドレス層２２を冷却することにより、又はバイアス電圧３０を取り除くことにより、或いはこれらの双方を行うことにより固定又はフリーズさせることができる。
【００２０】
下部導電層２０は、アルミニウム、プラチナ又はクロムのような反射性金属、或いはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）によりドープされたポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を含む導電性高分子材料又は他の好適な導電性透明材料のような透明電極材料を有する。これらの材料は高い熱伝導率を有しており、金属が薄肉のものでなくても熱をより迅速に分散させ局所的に画像を広めやすいものである。
【００２１】
熱アドレス層２２は、負の抵抗温度係数（ＮＴＣ）を有する材料、たとえば酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、半導体材料、ドープした半導体材料又はその他の好適なＮＴＣ抵抗材料を有する。負の温度係数の材料とは、温度の上昇と共に電気抵抗が減少する特性を有するもので、代表的な抵抗減少率は１Ｋあたり３〜７％である。熱アドレス層２２が高温になることにより、抵抗がより小さく導電率がより高くなるため、この熱アドレス層２２間で降下する電圧がより小さくなる。熱アドレス層２２間の電圧が低くなることにより、電気泳動インク２４を跨いでの電圧が高くなり、それにより電界が強くなるため、高温領域のスイッチング速度が、隣接するより冷温の領域と比較してより速くなる。
【００２２】
熱アドレス層２２における局所的な温度上昇は、好適なソースからの集束した熱放射により生ぜしめることができる。熱放射４４としては、例えば赤外光線、可視光線、紫外光線又はこれらの組合せがある。熱放射４４は、例えば携帯型電子ブラシ内のレーザにより発生させ、この電子ブラシに結合されたスキャナから電子ペイント１０の選択部分３２に向けて指向させることができる
【００２３】
電気泳動インク２４は、電界の印加により所望の方位に回転させることができるカプセル化された電気泳動粒子のような電気泳動材料を有する。これら電気泳動粒子は、印加された電界の電界ラインに沿ってそれ自体で配向するもので、光学状態をスイッチングさせるのに用いた時間並びに電界の方向及び強度に基づいて、ある光学状態から他の光学状態にスイッチングしうる。
【００２４】
電気泳動インク２４は、一般に電子インク又はｅ−インクと称される一種又は複数種の市販の電気泳動インクを含むものとしうる。電気泳動インク層２４は、例えば数百万の微小なマイクロカプセルを含む薄肉の電気泳動薄膜を有し、このマイクロカプセル内では、正に帯電した白色粒子と負に荷電した黒色粒子が透明流体中に懸濁している。負の電界をディスプレイに印加すると、白色粒子がマイクロカプセルの頂部に移動しこれらの粒子がユーザに見えるようになる。これにより、マイクロカプセルの頂部又は頂面において表面が白色に見えるようになる。同時に、電界により黒色粒子がマイクロカプセルの底部に引き下げられ黒色粒子はこの部分で隠れてしまう。このプロセスを逆転させると、黒色粒子がマイクロカプセルの頂部に現れ、それによりマイクロカプセルのこの表面では表面が暗く見えるようになる。活性化電圧を取り除くと、固定された画像がディスプレイ表面に維持される。電気泳動インク２４には、熱アドレス層２２の上方に選択的に位置する有色の電気泳動材料のアレイを含ませて、有色の画像を生成し表示させることができる。
【００２５】
他の画像を書き込む前に、ディスプレイの電子インク材料を明確に規定された状態、例えば、インクを再アドレスする前の白色粒子がマイクロカプセルの頂部に移動した全白色面の状態にリセットしておかねばならないことがある。このことは、例えば、電子ペイント１０の上部導電層２６及び下部導電層２０間に比較的高い電圧を持続的に印加して、この印加電界により電気泳動インク２４を初期化又はリセットされた光学状態とせしめるか、又は比較的大きいバイアス電圧を印加しながら熱放射を加えて熱アドレス層２２を加熱することにより達成することができる。
【００２６】
上部導電層２６は、例えば、上側表示のためのインジウムスズ酸化物のような透明電極材料を有する。上部導電層２６及び下部導電層２０は、パターン化やいかなるアクティブマトリクスアドレス機能の付与も必要ないことを理解されたい。上部導電層２６は、活性レーザ光の波長に対しては少なくとも透過性とする。
【００２７】
任意であるが、下部導電層２０に、例えばガラス又はプラスチックのシートを有する支持体層２６を結合させて、ディスプレイ表面の所望の可撓性が維持されるようにしながら、ディスプレイの強度又は保護力を増大させることができる。
【００２８】
図３は、電子ブラシ４０及び電子ペイント１０を有する電子ペイント活性化システム５０を示す。電子ブラシ４０は、レーザスキャナ４２及び位置検出器４６を有する。電子ペイント１０は、下部導電層２０、熱アドレス層２２、電気泳動インク層２４及び上部導電層２６を有する。電気泳動インク２４は、電子ブラシ４０から熱アドレス層２２の部分３２への熱放射４４と、電子ペイント１０の上部導電層２６及び下部導電層２０間に印加されるバイアス電圧３４とに基づき活性化される。印加されたバイアス電圧３４と、熱アドレス層２２の部分３２に向けられた入射熱放射４４とにより、電子ペイント１０に所望のように１つ以上のピクセルを書き込むことができる。熱放射４４は、例えば、電子ブラシ４０内のレーザ光源から発生させることができ、レーザスキャナ４２により電子ペイント１０の所望部分に指向させることができる。位置検出器４６は、所望の画像を正確に書き込むために位置や回転のような位置入力を提供する。
【００２９】
代表的な電子ペイント活性化システム５０は、電子ブラシ４０に電気的に結合された制御部５２を有し、この制御部５２が、電子ブラシ４０からの熱放射４４を制御すると共にその他の初期化及び書き込み機能を行う。制御部５２は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又はその他のデジタル装置のようなものであり、マイクロコードの指示を受信してこれを実行し、電子ペイント１０上へ所望の画像を書き込むことができる。制御部５２は、電子ブラシ４０の決定位置に基づいて、レーザスキャナ４２と、熱アドレス層２２に当たる光とを制御する。
【００３０】
制御部５２は、適切なシリアル又はパラレルインターフェースにより、電子ブラシ４０にワイヤで又はワイヤレスで接続することができる。例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップコンピュータ又はパーソナル携帯情報端末（ＰＤＡ）内に制御部５２を設け、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は８０２．１１プロトコルのような短距離無線接続又はケーブルにより電子ブラシ４０に接続することができる。或いは又、制御部５２を電子ブラシ４０内に設け、メモリースティックのようなメモリ装置を介して、或いは任意的に通信ネットワーク５４に接続されているＰＣ、ラップトップコンピュータ又はＰＤＡからのアップリンクを介して、画像データを電子ブラシ４０及び制御部５２に供給する。制御部５２は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）又はインターネットのような通信ネットワーク５４に接続して、電子ペイント１０上へ画像を送り活性化するための情報を送受信するようにしうる。
【００３１】
電子ペイント１０の表面で電子ブラシ４０を移動（ストローク）させたり掃引させたりすると、レーザスキャナ４２からの熱放射４４が、熱アドレス層２２の部分に選択的に指向され画像データが書き込まれる。レーザスキャナ４２が電子ペイント１０を熱アドレスする際には、バイアス電圧３４を固定レベルに設定することができる。或いは又、レーザスキャナ４２からの熱放射４４が電子ペイント１０の表面を跨いで走査する際に、位置検出器４６が制御部５２による電子ブラシ４０の位置及び回転の決定を可能とするセンサ情報を供給するようにしながら、バイアス電圧３４が連続的に変化するようにしうる。画像データは、電子ブラシ４０で画像を書き込む際にリアルタイムで供給されるようにしてもよいし、又は画像が書き込まれるまで電子ブラシ４０内に記憶させておくこともできる。
【００３２】
一例においては、プラスチックのシート又はガラスのシートのような支持体層を下部導電層２０に結合して、望ましい剛性及び耐久性が得られるようにすると共に、ピクセル及びピクセルセグメントを隣接ピクセルから熱的に分離させるのに役立てる。
【００３３】
図４は、本発明の一実施例による熱アドレス層及び支持体層を有する電子ペイントの断面図を示す。電子ペイント１０は、下部導電層２０と、この下部導電層２０上に配置された熱アドレス層２２と、この熱アドレス層２２上に配置された電気泳動インク層２４と、この電気泳動インク層２４上に配置された上部導電層２４とを有する。下部導電層２０には支持体層２８が結合されている。この支持体層２８は、例えばアルミニウム、銅若しくは金属合金のような金属のシートか、プラスチックのシートか、ガラスのシートか、又はセラミック基板を有するものである。この支持体層２８には、電気泳動インク層２４のピクセルセグメントを熱的分離させるために、凹領域３０のアレイを設けることができる。電子ペイント１０が熱アドレスされると、１以上の凹領域３０の上方で熱アドレス層２２の一部が局所的に加熱され、それにより、電気泳動インク２４内の電気泳動粒子が所望の光学状態にスイッチングされる。ピクセルセグメントを熱分離しておくことにより、スイッチングをより速くし、コントラストをより高くし、隣接領域への画像の滲みをより少なくすることができる。凹領域３０及びその周辺領域の寸法は、熱アドレス層２２の加熱及び冷却に対して所望の時定数となり、電気泳動インク２４をスイッチングさせるのに所望のレイテンシー時間が得られるように、設定することができる。支持体層２８は、接着、付着又はその他の方法で電子ペイント１０の下部導電層２０に取付けることができる。
【００３４】
凹領域３０は、局所的に分離された小さな点又は領域により構成することができる。一例において、凹領域３０の寸法は、ディスプレイのピクセル寸法程度にする。他の例では、凹領域３０の寸法をディスプレイのピクセル寸法よりかなり小さくして、電気泳動インク２４を活性化させるために用いられるレーザ光線からの熱放射により複数の凹領域３０が照射されるようにする。凹領域のアレイは、例えば、マゼンタ、黄色及びシアンの電気泳動材料のアレイとして、又はマゼンタ、黄色、シアン及び黒色の電気泳動材料のアレイとして、又は透過型ディスプレイでは赤色、緑色及び青色の電気泳動材料のアレイとして構成することができる。
【００３５】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ及び図５Ｅは、本発明の一例による熱アドレス層を有する電子ペイントの活性化方法を示す線図である。下部導電層２０、熱アドレス層２２、電気泳動インク層２４及び上部導電層２６を有する電子ペイント１０を、種々のバイアス電圧３４及び集束熱放射に曝して、電子ペイント１０の部分を制御しスイッチングさせる。これらの断面図は、種々の電気的及び熱的影響下における電子ペイント１０を示している。
【００３６】
図５Ａに示す初期状態において、電気泳動インク２４の電気泳動粒子はランダムに配向されているため、例えばグレー又は中間色の背景となっている。或いは又、電気泳動インク２４は、以前に書き込まれた画像を記憶した状態であってもよい。バイアス電圧３４はゼロに設定されているか、外部電圧源との接続を単純に切断した状態にある。
【００３７】
バイアス電圧３４を、上部導電層２６及び下部導電層２０間に印加する。図５Ｂに示すステップでは、負のバイアス電圧を印加している。熱アドレス層２２の電気抵抗が高く、電気泳動インク２４を跨いでの電界が小さくなるために、電気泳動インク２４の電気泳動粒子の大部分は初期の光学状態に維持される。
【００３８】
電子ペイント１０上へ熱放射４４を当て、上部導電層２６及び下部導電層２０にバイアス電圧３４を印加させると、熱アドレス層２２の一部又は全部が加熱される。このことにより、熱アドレス層２２の電気抵抗が低くなり、電気泳動インク２４を跨いでの電界がより強くなるため、図５Ｃに示すように、電気泳動インク２４内の電気泳動粒子が白色状態のような初期光学状態に再配向させられる。入射した光ビーム又は熱放射４４は、熱アドレス層２２の一部に吸収され、下部導電層２０と電気泳動インク２４との間により導電性の高い経路が発生する。熱アドレス層２２の局所的な導電率が増加するため、電気泳動インク２４を跨いで発生する電界が増大し、それに従ってこの電気泳動インク２４が駆動される。電子ペイント１０が熱放射４４にもはや曝されなくなっても、電気泳動インク２４の電気泳動粒子は所望の配向への変化を続ける。
【００３９】
その後、バイアス電圧３４及び入射熱放射４４を取り除き、電気泳動インク２４は書き込みがなされるまで初期化光学状態に維持される。電子ペイント１０からバイアス電圧を取り除くと、電気泳動インク２４の電気泳動粒子が安定化して所望の光学状態に固定される。
【００４０】
図５Ｄに示すように、電子ペイント１０を跨いで正のバイアス電圧３４を印加する。熱放射４４を電子ペイント１０の部分３２に集束させて適用する。入射した放射は、熱アドレス層２２の部分３２に部分的に又は完全に吸収される。また、入射放射の一部は電気泳動インク２４の部分３２に直接吸収され、熱アドレス層２２の局所的加熱に寄与しうる。電気泳動インク２４の部分３２における電気泳動粒子の光学状態がスイッチングされて、例えば、隣接領域の白色の電気泳動ペイントと相俟って黒色のピクセルを形成する。
【００４１】
バイアス電圧３４を取り除き熱アドレス層２２が冷却されると、図５Ｅに示すように、電気泳動インク２４の電気泳動粒子は、意図された光学状態にフリーズされる。バイアス電圧の極性、電子インクの色、各種層の厚さ及び個々のピクセルを書き込む際のアスペクト比は、説明のために図示的に選択したものである。バイアス電圧、電子インクの色、実際の材料の厚さ及びピクセルの寸法は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、図示したものから大きく変更することができる。
【００４２】
図６は、本発明の一例に従って熱アドレス層を有する電子ペイントを活性化させた場合の、バイアス電圧、熱放射、温度、電界及びインク色の代表的な変化を示すグラフである。バイアス電圧信号６０は、電子ペイントに印加されるバイアス電圧を示す。熱放射強度６２は、電子ペイントの全部又は部分に印加される熱放射を示す。温度曲線６４は、入射熱放射に曝されるアドレス層の部分の温度である。電界強度６６は、種々のバイアス電圧を印加し除去すると共に入射熱放射を照射し除いた場合の、電気泳動インクの部分を跨いでの電界の強度を示す。インク色曲線６８は、バイアス電圧及び入射熱放射を加えた場合の、電気泳動インクの色又は光学状態を示す。印加電圧のタイミング、大きさ及び極性並びに電子ペイント中の材料に関する熱時定数は、説明的に記載することを目的としたもので、図示するものから大きく変更することができる。
【００４３】
時間ｔ＝ｔ0 において、電子ペイントは休止状態又は以前に書き込まれた状態である。バイアス電圧はゼロであり、走査源からの熱放射は加えられていない。電子ペイントの温度は環境温度又は室温であり、電気泳動インクを跨ぐ電界は存在しない。電気泳動インクは、中間トーンのグレー光学状態としてインク色曲線６８に示されるように、その初期状態に維持されている。
【００４４】
時間ｔ＝ｔ1 において、下部導電層に対して負のバイアス電圧を上部導電層に印加する。負のバイアス電圧は、例えば−５〜−１５ボルト程度することができる。熱放射は加えず、電気泳動インクの温度は電子ペイントの他の部分と共に室温に維持する。電気泳動インクを跨いで僅かな電界が発生するが、光学状態の遷移は仮にあったとしても極めて小さい。
【００４５】
時間ｔ＝ｔ2 において、電子ペイントの全部又は一部に入射熱放射を加える。熱アドレス層が加熱されると、その抵抗が小さくなり電気泳動インクを跨ぐ電界が大きくなる。電気泳動インクの色又は光学状態は、バイアス電圧及び熱アドレス層の温度と、バイアス電圧を印加し熱アドレス層を高温に保持した時間とに応じて変化する。ここに示した例では、電気泳動インクは、グレー状態から白色状態までスイッチングされる。電気泳動インクがスイッチングされた状態に到達すると、バイアス電圧を継続的に印加しアドレス層を加熱したとしても、電気泳動インクに更なる変化は起こらない。
【００４６】
時間ｔ＝ｔ3 において、バイアス電圧及び入射熱放射を取り除く。電気泳動インクを跨ぐ電界はゼロまで降下し、熱アドレス層は冷却されて室温に戻る。電気泳動インクは、初期化状態、すなわち全白色状態に維持される。
【００４７】
時間ｔ＝ｔ4 において、正のバイアス電圧を印加すると、電気泳動インクを跨ぐ小さな電界が発生するが、光学状態の遷移は生じないか又はほとんど生じない。
【００４８】
時間ｔ＝ｔ5 において、電子ペイントの部分を熱アドレスして加熱し、熱アドレス層の局所温度を上昇させ電気泳動インクを跨ぐ電界を増大させる。加熱された熱アドレス層近傍の電気泳動インクは、光学状態をスイッチングさせ、例えば図示するような完全な黒色の光学状態になる。熱放射を取り除いたり他の方向に向けたりした場合でも、電気泳動インクの光学状態がまだ所定の状態に到達していなければ、その光学状態はスイッチングし続けることができる。
【００４９】
時間ｔ＝ｔ6 において、熱放射を取り除き熱アドレス層を冷却させる。電気泳動インクを跨ぐ電界が低下しても、電気泳動インクの光学状態は所定の状態まで遷移を継続し続けることができる。インク色曲線６８は、入射光又は熱放射を取り除いた後に、電気泳動インクが再配向又は「現像」を継続しうることを示している。
【００５０】
時間ｔ＝ｔ7 において、バイアス電圧をゼロに設定する又は接続を断つ。電気泳動インクを跨いだ電界はゼロまで低下し、電気泳動インクの更なる遷移は抑制される。電気泳動インクの色及び輝度は、固定又はフリーズされる。
【００５１】
時間ｔ＝ｔ8 において、電子ペイントは意図された光学状態に維持され、リフレッシュ、再初期化又は電気泳動インクのその後のアドレスによる上書きがされるまで、書き込まれた画像を保持する。
【００５２】
図７は、電子ペイントを活性化させる方法のフロー図である。図２に示す代表的な電子ペイントのような電子ペイントを初期化及び活性化させる種々のステップを説明する。
【００５３】
ブロック８０において電気泳動インクが初期光学状態に初期化される。電気泳動インクは、電気泳動インクの種類と印加するバイアス電圧の種類とに応じて、例えば、全白色、全黒色又は有色の光学状態に初期化することができる。電気泳動インクの初期化は、例えば、負のバイアス電圧を印加し電子ペイントに多量の熱放射を加えるか又はこれを掃引することにより、電気泳動インク中の電気泳動粒子を初期状態にスイッチングさせることで達成される。電気泳動インクは、この最初の光学的状態から、電気泳動インクに加わる駆動力に基づいて共通の一つの方向に向くよう調整することができる。電子ペイントはこの初期状態で不確定期間に亘り保持しておくこともできるし、直ちに書き込むこともできる。
【００５４】
電気泳動インクへの書き込むを行うために、ブロック８２においてバイアス電圧を印加する。バイアス電圧は、電子ペイントの上部導電層及び下部導電層間に印加する。電圧は、固定した正の電圧又は固定した負の電圧にすることができる。或いは又、バイアス電圧の電圧レベルを、画像データ及びレーザ光の走査ビームの位置に基づいて変化させることにより、電気泳動インクに対する駆動力を制御することもできる。
【００５５】
ブロック８４では、熱アドレス層の部分が熱放射を受けるようにする。この熱放射は、例えばレーザスキャナから受けるようにし、このレーザスキャナは、熱アドレス層の部分を局所的に加熱するための、赤外光線、可視光線又は紫外光線のような熱放射を投射し指向させるものである。受けた熱放射の少なくとも一部は、熱アドレス層の部分に吸収される。光エネルギーが吸収されることにより、下部導電層と電気泳動インク層との間に熱アドレス層を通る導電経路が発生する。受けた熱放射の他の部分は電気泳動インクに吸収されて、電気泳動インクとその下にある熱アドレス層とを局所的に加熱し、所望の光学状態への遷移を更に援助しうる。
【００５６】
熱放射は、電子ブラシからのレーザ光の走査ビームから受けるようにしうる。電子ブラシは、例えば、レーザスキャナ及び１つ以上の位置検出器を有する。位置検出器からの検出信号により電子ブラシの位置及び回転を決定する。レーザスキャナを作動させて電子ブラシから電子ペイント上へレーザ光を指向させることにより画像を移すことができる。
【００５７】
ブロック８６において、電気泳動インクは、吸収された熱放射と、印加されたバイアス電圧とに基づいて活性化される。熱アドレス層の局所的温度を上昇させることにより、熱アドレス層を跨ぐ電圧降下が低減されると共に、電気泳動インクを跨ぐ電圧降下及び電界が増大し、電気泳動インクの光学状態が所望の状態にスイッチングされる。バイアス電圧をより高くすると、電気泳動インクのスイッチング時間が長くなる。電気泳動インクが活性化される際に、その電気泳動インクの少なくとも一部の光学状態が設定される。アドレス層が冷却されるか、又はバイアス電圧が取り除かれるまで、電気泳動インクはスイッチングを継続し、所望の光学状態に到達しうる。
【００５８】
ブロック８８では、バイアス電圧を取り除くと、このバイアス電圧の除去によって電気泳動インクは所定の光学状態で安定する。バイアス電圧の除去により、電気泳動インクの遷移を急に遅くしたり又は停止させたりすることができるため、熱アドレス層が冷却されている場合であっても、書き込まれた画像を記憶させておくことができる。
【００５９】
或いは又、ブロック９０において、熱アドレス層を冷却させ、この熱アドレス層の冷却に基づいて電気泳動インクを所定の光学状態に安定させる。電子ブラシ又は他の熱の活性器を、熱アドレス層の加熱部分から遠ざけた場合であっても、この熱アドレス層の加熱部分は、冷却時に電気泳動インクのスイッチングを継続しうる。冷却があまりに急速な場合には、熱が急速に放散してしまい電気泳動インクのスイッチングが不完全になるおそれがある。熱のアドレス層の冷却が制御されたものとなるように、電子ペイントの支持体層に凹領域のアレイを設け、電気泳動インク層におけるピクセルセグメントを熱的に分離することができる。
【００６０】
一例においては、熱アドレス層を入射熱放射に短時間曝すことにより、加熱された熱アドレス層近傍の電気泳動インクを急速にそして完全にスイッチングさせる。他の例では、入射熱放射の程度及び冷却速度を制御して、入射熱放射源を加熱領域から遠ざけた後でも、電気泳動インクが制御されて中間状態に到達しうるようにする。
【００６１】
電子ペイントの全部分に画像データを書き込むには、電子ペイントの一部を活性化させるステップを、他の部分を活性化させるステップと並行して又は順次に行うことにより、或いはこれらを組合せて行うことにより、各部の光学的状態を所望のレベルに設定する。例えば、電子ブラシを有する電子ペイントシステムにおいては、この電子ブラシを電子ペイントの表面で動かすか、又はこの表面から持ち上げて新たな移動（ストローク）を開始することで、電子ペイントの追加の部分に画像データを書き込む。
【００６２】
電子ペイントに所望の画像を転送させると、ブロック９２において画像が視認できるようになる。更なるリフレッシュ又は新たな画像の書き込みは、最初に画像を転送させてから、例えば数分、数時間、数日、数週間又は数月以内であっても所望に応じて行うことができる。
【００６３】
本明細書に開示した本発明の実施例は、現時点で好ましいと考えられるものであり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の変形及び変更を行うことができる。本発明の範囲は特許請求の範囲により定められるものであり、均等の範囲及びその意味に含まれる全ての変更は、本発明の範囲に含まれることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の一例による熱アドレス層を有する電子ペイントを示す線図である。
【図２】図２は、本発明の一例による熱アドレス層を有する電子ペイントを示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一例による電子ペイント活性化システムのブロック線図である。
【図４】図４は、本発明の他の例による熱アドレス層及び支持体層を有する電子ペイントを示す断面図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ及び図５Ｅは、本発明の一例による熱アドレス層を有する電子ペイントを活性化させる方法を示す線図である。
【図６】図６は、本発明の一例に従って熱アドレス層を有する電子ペイントを活性化させた場合の、バイアス電圧、熱放射、温度、電界及びインク色の変化を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の一例による電子ペイントを活性化させる方法を示すフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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