(57)【要約】切り換え可能な半透過反射器（１）は懸濁粒子装置（ＳＰＤ）を有する。半透過反射器（１）は、粒子懸濁（２）に１つ又はそれ以上の電界を印加することにより透過性状態、反射性状態又は中間状態に切り換えられることが可能である。増加された反射率の状態は２つの互いに直交する電界を同時に印加することにより達成されることが可能である。中間状態は、タイミングスキームに従って２つ又はそれ以上の電界を交互に若しくは非飽和電界を印加することにより達成されることが可能である。半透過反射器（１）はＳＰＤ（１）に関連する緩和時間より短いインターバルにおいて電圧パルスを印加することにより所定の状態に維持されることが可能である。半透過反射器（１）の透過率特性及び反射率特性は光センサ（１４）の出力に従って調節されることが可能である。半透過反射器（１）は、ＬＣＤ（１６）のようなディスプレイ装置を有する半透過反射ディスプレイ（１５）に組み込まれることが可能である。ＬＣＤ（１６）を照明するために、半透過反射器（１）は光源（１７）により出射される光を透過する及び／又は環境光（２１）を反射するように備えられている。透過性照明及び反射性照明の相対的割合は光センサ（１４）の出力により決定されることが可能である。
2007506152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁粒子装置を有することを特徴とする半透過反射器。
【請求項２】
請求項１に記載の半透過反射器であって、前記懸濁粒子装置は粒子懸濁に１つ又はそれ以上の電界を印加するようになっている、ことを特徴とする半透過反射器。
【請求項３】
請求項２に記載の半透過反射器であって、前記懸濁粒子装置は互いに直交する電界方位を有する２つの電界を粒子懸濁に印加するようになっている、ことを特徴とする半透過反射器。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の半透過反射器であって、前記懸濁粒子装置は前記粒子懸濁に電界を断続的に印加するようになっている、ことを特徴とする半透過反射器。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れ一項に記載の半透過反射器であって、前記懸濁粒子装置は前記粒子懸濁を透過性状態及び反射性状態の一に切り換えるようになっている、ことを特徴とする半透過反射器。
【請求項６】
請求項５に記載の半透過反射器であって、前記懸濁粒子装置は、前記粒子懸濁の透過率特性及び反射率特性を前記透過性状態及び前記反射性状態に関連する透過率特性及び反射率特性に対する中間の値に調節するようになっている、ことを特徴とする半透過反射器。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れ一項に記載の半透過反射器であって、光センサの出力に従ってその半透過反射器の透過率特性及び反射率特性を調節するように更になっている、ことを特徴とする半透過反射器。
【請求項８】
ディスプレイ装置；及び
半透過反射器；
を有する半透過反射ディスプレイであって、
前記半透過反射器は懸濁粒子装置である；
ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項９】
請求項８に記載の半透過反射ディスプレイであって、前記懸濁粒子装置は粒子懸濁に１つ又はそれ以上の電界を印加するようになっている、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１０】
請求項９に記載の半透過反射ディスプレイであって、前記懸濁粒子装置は、互いに直交する電界方向を有する２つの電界を前記粒子懸濁に印加するようになっている、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の半透過反射ディスプレイであって、前記懸濁粒子装置は前記粒子懸濁に電界を断続的に印加するようになっている、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１２】
請求項８乃至１１の何れ一項に記載の半透過反射ディスプレイであって、前記懸濁粒子装置は、前記粒子懸濁を透過性状態及び反射性状態の一に切り換えるようになっている、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半透過反射ディスプレイであって、前記懸濁粒子装置は、前記粒子懸濁の透過率特性及び反射率特性を前記透過性状態及び前記反射性状態に関連する透過率特性及び反射率特性に対する中間の値に調節するようになっている、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１４】
請求項８乃至１３の何れ一項に記載の半透過反射ディスプレイであって、前記ディスプレイ装置は液晶ディスプレイ装置である、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１５】
請求項８乃至１３の何れ一項に記載の半透過反射ディスプレイであって、前記ディスプレイ装置は：
電気泳動ディスプレイ；
エレクトロクロミックディスプレイ；
エレクトロウェッティングディスプレイ；及び
マイクロメカニカルディスプレイ；
の一である、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１６】
請求項８乃至１５の何れ一項に記載の半透過反射ディスプレイであって、光源を更に有する、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１７】
請求項８乃至１６の何れ一項に記載の半透過反射ディスプレイであって、λ／４板を更に有する、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１８】
請求項１６に記載の半透過反射ディスプレイであって、前記懸濁粒子装置と前記光源との間に位置付けられたλ／４板を更に有する、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項１９】
請求項８乃至１８の何れ一項に記載の半透過反射ディスプレイであって、光センサを更に有する、ことを特徴とする半透過反射ディスプレイ。
【請求項２０】
半透過反射器を動作させる方法であって：
前記半透過反射器の透過率特性及び反射率特性を粒子懸濁内の粒子の配向を制御することにより調節する段階；
を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって：
前記半透過反射器の近くの環境光のレベルを検出する段階；
を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
画像を表示する方法であって：
ディスプレイ装置に画像を表示する段階；及び
ディスプレイ装置に照明を与える段階；
を有する方法であり、
前記照明を与える段階は、粒子懸濁内の粒子の配向を制御することにより半透過反射器の透過率特性及び反射率特性を調節する手順を有する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記ディスプレイ装置に照明を与える段階は光源を作動させる手順を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２２又は２３に記載の方法であって：
前記ディスプレイ装置の近くの環境光のレベルを検出する段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２０乃至２４の何れ一項に記載の方法であって、前記半透過反射器は光源の出力信号に従って調節される、ことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２０乃至２５の何れ一項に記載の方法であって、前記半透過反射器の前記調節は前記粒子懸濁に１つ又はそれ以上の電界を印加することを有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、前記半透過反射器の前記調節は互いに直交する電界方向を有する２つの電界を前記粒子懸濁に印加することを有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６又は２７に記載の方法であって、前記１つ又はそれ以上の電界は前記粒子懸濁に断続的に印加される、ことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２０乃至２８の何れ一項に記載の方法であって、前記半透過反射器を調節する段階は、前記粒子懸濁を透過性状態及び反射性状態の一に切り換える手順を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２０乃至２９の何れ一項に記載の方法であって、前記半透過反射器を調節する段階は、達成可能な透過率及び反射率それぞれの範囲内の中間値に透過率特性及び反射率特性を調節する手順を有する、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸濁粒子装置を有する半透過反射器及びそのような半透過反射器を有する半透過反射ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半透過反射ディスプレイは、例えば、光源を伴う液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のディスプレイ装置を有する。半透過反射器はディスプレイ装置と光源との間に位置付けられる。半透過反射器は、光源により出射される光を透過し、環境光を反射するように備えられている。ディスプレイ装置のための照明は光源により及び半透過反射器により反射された環境光から与えられる。反射型照明を使用することにより光源依存性が低減され、それ故、ディスプレイの消費電力を減少させることができる。
【０００３】
半透過反射器は、同時に入射光の固定部分を透過し、反射するように構成されることが可能である。例えば、欧州特許第１１０２０９１号明細書において、透明薄膜上に堆積された銀又はアルミニウム等の金属の層を有する半透過反射器について開示されている。その反射率は用いられる金属の種類に依存する一方、その透過率はその金属層の厚さにより決まる。多層半透過反射器については欧州特許第１２１９４１０号明細書に記載され、その多層半透過反射器は、フィラー及び／又は微粒子を含有した樹脂層を有する。この場合、透過率は、フィラー又は微粒子の濃度に依存する。
【０００４】
固定透過率及び反射率を有する半透過反射器は、光源からの光のかなりの割合が常に失われるため、ディスプレイアプリケーションに対しては理想的でない。例えば、欧州特許第１２１９４１０号明細書に記載されている多層半透過反射器の透過率は２０％乃至６０％である。その場合、光源により出射された光の８０％以上、それ故、ＬＣＤに供給される電力のかなりの割合は無駄になる。更に、半透過反射器の光学特性は環境条件に応じて変化することはない。例えば、ディスプレイが明るい環境下で動作される場合、反射光の多くの割合を使用するように反射率が増加することはない。
【０００５】
スイッチング可能半透過反射器は光を選択的に透過又は反射するようにされることが可能である。そのような半透過反射器の例については、国際公開第０２／０７１１３１号パンフレット、米国特許出願公開第２００２／００３６９５５号明細書及び国際公開第００／６３７４５号パンフレットに記載されている。それらの先行技術の半透過反射器は、金属水酸化物セル又は高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）材料又は電気泳動材料を有し、それらは、電界の印加又は薬剤の存在に応じてそれらの光学特性を変化させる。国際公開第０２／２９４８４号明細書においては、電気化学的装置又はコレステリック液晶反射器を有する調節可能半透過反射器を有するディスプレイについて開示し、それらにおいて、透過率及び反射率特性は環境条件に従って調節されることが可能である。
【０００６】
しかしながら、スイッチング可能システムを用いる場合でさえ、ディスプレイの消費電力は著しく大きくなる可能性があり、特に、金属水酸化物セル又は電気泳動半透過反射器が用いられる場合がそうである。更に、ＰＤＬＣ及びコレステリック半透過反射器を用いて達成される透過率は、適切な輝度の表示画像を生成するには小さ過ぎる。更に、金属水酸化物セルの寿命は比較的短い。
【特許文献１】欧州特許第１１０２０９１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１２１９４１０号明細書
【特許文献３】国際公開第０２／０７１１３１号パンフレット
【特許文献４】米国特許出願公開第２００２／００３６９５５号明細書
【特許文献５】国際公開第００／６３７４５号パンフレット
【特許文献６】国際公開第０２／２９４８４号パンフレット
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の特徴に従って、半透過反射器は懸濁粒子装置を有する。
【０００８】
半透過反射器は、懸濁粒子装置内の粒子懸濁に１つ又はそれ以上の電界を印加するように構成されている。それらの電界は粒子懸濁内の粒子の配向を制御し、そのことは、半透過反射器の透過率及び反射率特性を決定する。１つ又はそれ以上の電界が断続的に又は連続的に適用されることが可能である。
【０００９】
半透過反射器は、互いに直交する電界方向を有する２つの電界粒子懸濁に印加されるように構成されることが可能である。これは、半透過反射器が粒子懸濁の飽和電位に等しい又はその電位を上回る１つ又はそれ以上の電界を印加することにより大きい透過性状態及び／又は大きい反射性状態に切り換えられるようにする。粒子懸濁のための懸濁電位は、粒子懸濁に印加されるときに、実質的に一様な粒子の配向をもたらす最小電位として定義され、その電位において、粒子はその電界に対して平行に配向される。半透過反射器は、粒子懸濁を部分的に囲む表面に対して粒子を引き付けるように、２つの電界を同時に印加させることが可能であるように、更に備えられることが可能である。その状態においては、半透過反射器は、特に大きい反射率を有する。
【００１０】
任意に、負遊粒子装置は、高透過性状態及び高反射性状態と関連してそれらの中間である値への粒子懸濁の透過率及び反射率特性の調節を可能にするように構成されることが可能である。そのような中間値又は“階調”値は、適切な駆動スキームに従って、非飽和電界を印加することにより又は２つ又はそれ以上の電界を同時に印加することにより達成されることが可能である。
【００１１】
半透過反射器は、関連する光源からの出力に従って、その透過率及び反射率特性が調節されるように、更に構成されることが可能である。例えば、半透過反射器がディスプレイ装置の照明の供給において用いられる場合、半透過反射器は、環境光のレベルが所定の閾値を上回るときに反射性状態に切り換えられることが可能であり、それ故、ディスプレイ装置は反射光を用いて照明される。光センサからの出力が、環境光のレベルがその閾値より小さいことを示す場合、半透過反射器は、ディスプレイ装置が関連する光源により背面から照明されるように、透過性状態に切り換えられることが可能である。
【００１２】
本発明の第２の特徴に従って、透過性ディスプレイはディスプレイ装置と半透過反射器とを有し、ここで、前記半透過反射器は懸濁粒子装置である。
【００１３】
透過性ディスプレイは、半透過反射器が透過性状態にあるとき、半透過反射器を透過した光源からもたらされた光によりディスプレイ装置が背面から照明されることが可能であるように、備えられている。半透過反射器が反射性状態にあるとき、ディスプレイ装置は、半透過反射器により反射された環境光を用いて、照明されることが可能である。反射光を用いることにより、類似する条件下で用いられる先行技術の構成と比較して、そのディスプレイを用いるとき、光源への依存度を低減させることとなる。これは又、ディスプレイの消費電力を減少させる。これは、ディスプレイが携帯式装置及び手持ち式装置に組み込まれ、利用可能な電源が制限される場合に、特に有利である。
【００１４】
半透過反射器ディスプレイで用いる適切なディスプレイ装置には、液晶装置、電気泳動ディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、エレクトロウェッティングディスプレイ及びマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）のようなマイクロメカニカルディスプレイがある。
【００１５】
任意に、半透過反射ディスプレイは、半透過反射器が反射性状態にあるとき、動作を改善するようにλ／４板を更に有することが可能である。λ／４板は、懸濁粒子装置と光源との間、懸濁粒子装置とディスプレイ装置との間又はディスプレイ装置と見込まれるビューアの位置との間に位置付けられることが可能である。
【００１６】
懸濁粒子装置は、粒子懸濁の透過率及び反射率がディスプレイアプリケーション及び／又は環境光条件に従って調節されることができるように、構成されることが可能である。環境光のレベルに従って、半透過反射器の調節を可能にするように、半透過反射ディスプレイは光センサを更に有することが可能である。
【００１７】
本発明の第３の特徴に従って、半透過反射器を動作させる方法は、粒子懸濁内の粒子の配向を制御することにより半透過反射器の透過率及び反射率特性を調節する段階を有する。
【００１８】
半透過反射器を調節する段階は、半透過反射器の近傍の環境光のレベルを検出する手順を更に有することが可能であり、それ故、半透過反射器の光学特性はそれに応じて調節されることが可能である。
【００１９】
半透過反射器は、粒子懸濁に１つ又はそれ以上の電界、例えば、互いに直交する電界方向を有する２つの電界を印加することにより調節されることが可能である。１つ又はそれ以上の電界が断続的に印加されることが可能である。
【００２０】
半透過反射器を調節する段階は、透過性状態又は反射性状態の一に半透過反射器を切り換える手順又は利用可能な透過率及び反射率それぞれの範囲内の中間値に懸濁粒子装置の透過率及び反射率を調節する手順を有することが可能である。
【００２１】
本発明の第４の特徴に従って、画像を表示する方法は、ディスプレイ装置に画像を表示する段階とディスプレイ装置を照明する段階とを有し、前記の照明する段階は、粒子懸濁における粒子の配向を制御することにより半透過反射器の透過率及び反射率特性を調節する手順を有する。
【００２２】
ディスプレイ装置を照明する段階は光源を動作させる手順を更に有する。
【００２３】
その方法は、ディスプレイ装置の近傍の環境光のレベルを検出する段階を有することが可能である。半透過反射器の特性は、光センサからの出力信号に従って調節されることが可能である。
【００２４】
本発明の実施形態について、以下、添付図面を参照しながら詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、粒子懸濁２を有する半透過反射ディスプレイで用いる懸濁粒子装置（ＳＰＤ）１を示している。粒子懸濁２は、絶縁流体中に懸濁している複数の等軸晶でない反射性粒子を有する。適切な反射性粒子は、例えば、銀、アルミニウム又はクロムの小板等の金属粒子、雲母粒子若しくは無機チタン化合物の粒子等を有する。典型的な粒子の寸法は、１０μｍの長さ及び幅並びに３０ｎｍの厚さである。しかしながら、適切な粒子の寸法は、長さ及び幅が１μｍ乃至５０μｍの範囲内であり、厚さは５ｎｍ乃至３００ｎｍの範囲内である。懸濁流体は、例えば、粒子のブラウン運動を可能にし、沈降を回避する粘性を有する液体オルガノシロキサンポリマー又はブチルアセテートであることが可能である。
【００２６】
その懸濁流体は、これ例においては、ガラスから成る透明プレート３と、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）より成る絶縁基板４との間に挟まれている。この例における透明プレート３と絶縁基板４との間のギャップは２００μｍであるが、好ましいＳＰＤ１の構成に応じて、２０μｍ乃至８００μｍの範囲内のギャップが適切である。このような特定の実施形態においては、スペーサ７ａ、７ｂは又、ＩＴＯ層８、９でそれぞれコーティングされ、薄いＳｉＯ２パッシベーション層１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで適切にガラスプレート上のＩＴＯ層５、６から分離されている。
【００２７】
透明プレート３及び絶縁基板４は、各々のＩＴＯ層５、６と粒子懸濁２との間に形成される電位降下を回避するために、パッシベーション層１０ａ乃至１０ｄにより全体的にはコーティングされていない。
【００２８】
ＩＴＯ層５、６、８、９は、粒子懸濁２に１つ又はそれ以上の電界を印加するように用いられる電極を構成する。電位降下は、各々のＩＴＯ層５、６とＩＴＯ層８、９との間のパッシベーション層１０ａ乃至１０ｄにおいて存在するが、これは、粒子懸濁２に電圧を印加するとき及び／又はＳＰＤ１のための駆動スキームを設定するときに考慮される。
【００２９】
懸濁粒子装置１は、第１スイッチ１１を有する電極５、６に第１電圧Ｖ１を印加するための第１回路と、第２スイッチ１２を有する電極８、９に第２電圧Ｖ２を印加するための回路とを有する。制御ユニット１３は、フォトダイオードのような光センサ１４からデータを受け取り、その光センサは懸濁粒子装置１の近傍の環境光のレベルを検出する。制御ユニット１３は、光センサ１４からのデータに基づいて粒子懸濁２のための好ましい反射性状態又は透過性状態を決定し、必要に応じて、適切な電圧Ｖ１、Ｖ２を印加する。
【００３０】
図１は、電界が印加されていないときのＳＰＤ１を示している。粒子は、ブラウン運動のために、固定されないランダムな配向を有する。粒子懸濁２は、粒子濃度に応じて、半透明又は不透明である。それ故、粒子懸濁２は、何れの入射光の小さい割合のみを透過する。
【００３１】
図２は、粒子懸濁２の飽和電位を上回る第１電圧Ｖ１が制御ユニット１３により電極５、６に印加されるときのＳＰＤ１を示している。この例においては、Ｖ１は交流電界であるが、同様な効果を直流電界を用いて得ることが可能である。結果として得られる電界は粒子内に双極子を誘起する。粒子は、エネルギーを最小化するために電界線に対して平行であるように、実質的に一様にそれら粒子自体で配向する。これは、粒子懸濁２の透過率を増加させ、それ故、入射光の増加した割合が透過される。
【００３２】
図３においては、粒子懸濁２の飽和電位に等しいか又はそれを上回る第２電圧Ｖ２がＩＴＯ層８、９に印加される。この例においては、Ｖ２は交流電圧であるが、それに代えて、直流電圧を用いることが可能である。上記のように、反射性粒子は、電界に平行であるように、それら自体で配向する傾向にあり、そのことは粒子懸濁２の反射率を増加させる。ガラスプレート３を透過する光の大きい割合が粒子により反射される。
【００３３】
電極５、６に対する第１電圧Ｖ１及び段局８、９に対する第２電圧Ｖ２は、図４に示すように、同時に印加されることが可能である。結果として得られる電界は、反射性粒子がガラスプレート３の方に引き付けられるようにし、粒子懸濁２に特に大きい反射率を与える。この実施例においては、第１電圧Ｖ１は直流電圧であり、第２電圧Ｖ２は交流電圧であるが、同様な効果は、第２電圧Ｖ２が直流電圧である場合に得られることが可能である。両方の電圧Ｖ１、Ｖ２は、等しく飽和電位に等しいか又はそれより大きい。類似する増加した反射率状態は又、粒子が基板４の方に引き付けられるように、電圧Ｖ１、Ｖ２を印加することにより得られる。
【００３４】
このようにして、粒子懸濁２の光学特性は、電圧Ｖ１、Ｖ２を印加することにより制御される。電圧Ｖ１、Ｖ２は、図２乃至４に示す電圧に対する中間値で粒子懸濁２の透過率及び反射率を調節するように変化されることが可能である。例えば、中間値は、適切な電圧Ｖ１又はＶ２を印加することにより達成され、電圧Ｖ１又はＶ２は粒子懸濁２の飽和電位より小さい。結果として得られる粒子懸濁２における粒子の配向は電極５、６に対して平行でも垂直でもない。代替として、中間値は、一連の交番パルスとして電圧Ｖ１及びＶ２を印加することにより達成されることが可能である。粒子配向は、それ故、２つ又はそれ以上の状態間で連続的に切り換えられる。この場合、達成される中間値は、電圧Ｖ１、Ｖ２を印加するために用いられる駆動スキームに従って、それらの状態における粒子の配向及び粒子が各々の状態で費やされる時間の相対的長さに依存する。
【００３５】
印加電圧Ｖ１、Ｖ２が、対応するスイッチ１１、１２を動作させて、オフに切り換えられるとき、粒子は自由にブラウン運動を行い、図１に示す状態に徐々に戻り、それらの粒子の配向はランダムであり、時間の経過と共に変化する。粒子がこの状態に戻るために要する時間の期間は相当長い可能性がある。この期間を、以下、緩和時間という。
【００３６】
図５は、アルミニウム粒子の懸濁の透過率を示す実験データのグラフである。時間ｔ＝１００ｓｅｃにおいて、電圧Ｖ１が図２に示すように印加され、粒子懸濁は透過性になる。そのグラフは、略６０ｓｅｃの時間の期間内に印加電圧に応じて粒子が再配向されることを示している。この期間を、以下、反応時間という。
【００３７】
時間ｔ＝１１００ｓｅｃにおいて、電圧はオフに切り換えられる。そのグラフは、略１０００ｓｅｃの時間の期間の後、その最大値の約２５％に透過率が減衰することを示している。
【００３８】
図５から得られる反射時間及び緩和時間についての値は単なる例示であることに留意する必要がある。所定の粒子懸濁についての反応時間及び緩和時間は、粒子及び懸濁流体の特性、粒子懸濁のボリューム、印加される電圧及び／又は電圧を印加するために用いられる駆動スキームに依存する。
【００３９】
緩和時間は、反応時間と比較して相対的に長く、以下のように利用することができる。所定の透過性状態又は反射性状態において粒子懸濁を維持するために、１つ又はそれ以上の適切な電圧Ｖ１、Ｖ２が、一連のパルスとして、断続的に印加される。例えば、電圧Ｖ１は、図２に示すように粒子が配向されるように、反応時間に相当する短い期間ｔ１の間、初期的に印加されることが可能である。図５の実施例においては、反応時間は６０ｓｅｃのオーダーである。電圧Ｖ１は、続いて、オフに切り換えられ、それに対して、一様な粒子配向、それ故、透過率が減衰し始める。所定の時間インターバルｔ２の後であって、粒子懸濁２の透過率が減少する前に、電圧Ｖ１は、粒子配向を“リフレッシュする”ために、短い時間の第２期間ｔ１の間、再印加されることが可能である。図５の実施例においては、適切な時間の期間ｔ２は約１５０ｓｅｃである。電圧Ｖ１は、粒子懸濁２の光学特性が許容可能範囲内に維持されるように、続く時間インターバルの後、再印加されることが可能である。一定の電界は必要でないため、ＳＰＤ１の所要電力は比較的小さい。
【００４０】
図６に示すように、ＳＰＤ１は半透過反射ディスプレイ１５においては半透過反射器として用いられ、その半透過反射ディスプレイは液晶（ＬＣ）セル１６と光源１７とを更に有する。ＳＰＤ１は、光源１７により出射される光がＬＣセルに入射する前に粒子懸濁２を透過するように位置付けられている。
【００４１】
ＬＣセル１６は、列（選択）電極及び行（アドレス）電極（図示せず）又は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイ（図示せず）と共に、液晶材料１８及び偏光板１９を有し、それらは画素のアレイを規定する。図５に示されていない他の構成要素はＴＦＴの制御で用いられる電極を含み、ＬＣセル１６はＴＦＴアレイと各々の画素に関連付けられるカラーフィルタとを有する。そのようなＬＣセル１６の構造及び動作自体は周知である。
【００４２】
光センサ１４によるデータ出力が、半透過反射ディスプレイ１５の近傍の環境光レベルが所定の閾値より小さいとき、図２に示すように、制御ユニット１３はスイッチ１１を閉状態にし、電極５、６に対して電圧Ｖ１を印加する。その結果、粒子懸濁２の透過率は図６に示すように最大化される。光源１７により出射される光２０の大きい割合が、そのとき、ＳＰＤ１を透過することができ、ＬＣセル１６を伝播し、それ故、ＬＣセル１６は光源１７により背面から照明される。
【００４３】
光源１７により出射される光２０は広い角度分散を有することが可能である。しかしながら、配向された粒子は粒子懸濁２を透過する光をコリメートするように作用し、それ故、もたらされる背面照明は比較的狭い角度分散を有する。このことは、光２０のかなり大きい割合が粒子により散乱され、無駄になり得ることを意味する。その透過性状態におけるＳＰＤ１の効率は高屈折率を有する懸濁液体を用いることにより改善されることが可能であり、それ故、粒子懸濁２を透過する光２０の割合が増加する。適切な高屈折率の懸濁流体の例はＦＣ７５である。ＦＣ７５は屈折率が１．６である一方、ブチルアセテートの屈折率は１．４である。
【００４４】
光センサ１４の出力が、環境光が所定の閾値より大きいことを示すとき、半透過反射器１は、ＬＣセル１６のための照明の光源として環境光２１を用いるように反射性状態に切り換えられることが可能である。図７は、電圧Ｖ２が図３に示すように閉じたスイッチを有する制御ユニット１３により印加されるときの半透過反射ディスプレイ１５を示している。環境光２１、即ち、半透過反射ディスプレイ１５の外部の光源により発せられる光は、ＬＣセル１６を伝播する。環境光２０は粒子懸濁２により反射され、ＬＣセル１６を戻り、それ故、ＬＣセル１６を照明する。光源１７により出射された光２０の殆どは反射され又は粒子懸濁２により散乱され、それ故、無駄にされるため、光源１７は、電力を保持するように、オフに切り換えられる。
【００４５】
ＬＣセル１６の構成に応じて、λ／４板２２は、透過光２０及び反射光２１がＬＣセルにおける偏光板１９を透過するように適切な偏光を有することを確実にするように備えられることが可能である。λ／４板は、図示しているように、ＬＣセル１６とＳＰＤ１との間に位置付けられる又はＬＣセル１６の反対側に位置されることが可能であり、それ故、入射光２１は、ＬＣセル１６及びＳＰＤ１に入射する前に、λ／４板２２を透過する。
【００４６】
図４の増加した反射率の状態に切り換えられることが又、可能であるＳＰＤ１は、検出された環境光の状態が所定の閾値に近いときに用いられることが又、可能である。しかしながら、反射照明が必要であるときはいつでも、この増加した反射率の状態を利用することにおける特定の有利点が存在する。ＳＰＤ１が図３及び７に示す反射性状態にあるとき、ＬＣセル１６と反射表面との間、即ち、粒子自体の表面間の間隔は１ｍｍ以下であることが可能である。これは、広い視野角で見るとき、画像の解像度を減少させる。この影響は、反射照明が必要であるとき、図４に示す大きい反射率の状態にＳＰＤ１を切り換えることにより緩和される。電圧Ｖ１、Ｖ２は、図４に示すように、制御ユニット１３により同時に印加される。粒子懸濁２の反射率を増大させることに加えて、これは、何れの解像度の低下を緩和するように、反射表面とＬＣセル１６との間の距離を最小にする。
【００４７】
粒子懸濁２の透過率及び反射率は、適切な電圧Ｖ１及び／又はＶ２を印加することにより中間値に調節されることができ、ここで、電圧Ｖ１又はＶ２は、粒子懸濁２の飽和電位より小さく、それ故、粒子配向は電界線と正確に平行でない。結果として得られる粒子懸濁２における粒子の配向は、それ故、電極５、６に対して平行でも垂直でもない。代替として、中間値は、一連の交番パルスとして電圧Ｖ１及びＶ２を印加することにより達成されることが可能である。粒子は、それ故、結果として得られる電界の方向に対応する２つの配向間で切り換えられる。粒子懸濁２の反射率及び屈折率特性は、それ故、粒子が各々の状態において費やされる時間の相対的割合に依存し、そのことは、電圧Ｖ１、Ｖ２を印加するために用いられる駆動スキームにより調節される。
【００４８】
ＬＣセル１６のための照明は、それ故、図８に示すように、光源１７及び反射光２１からの光の組み合わせにより与えられる。これは、環境光２１の強度が、光センサ１４により示されるように、十分な照明レベルを与えるには小さ過ぎる場合に必要である。
【００４９】
このようにして、ＬＣセル１６は、懸濁粒子装置１により反射された光２１及び反射された光２０を用いて照明されることが可能である。
【００５０】
図９は、アルミニウムの小板を有するＳＰＤ１において達成される種々の波長の入射光の透過率及び反射率についての実験データを示している。図９に示す上の透過率限界及び反射率限界は図２及び３それぞれに示すような配向された小板に対応する一方、それらの特性の下の限界は、電界が印加されないとき、即ち、小板が図２に示すようにランダムに配向される場合に得られる限界である。この実験においては、６５％乃至７０％の範囲にある上の透過率限界及び３５％乃至４２％の範囲にある上の反射率限界は４００ｎｍ乃至８００ｎｍの波長の入射光について得られたものである。
【００５１】
それらの組み合わせの値は、好適には、上記の固定半透過反射器の透過率及び反射率と比較される。例えば、欧州特許第１２１９４１０号明細書に記載されている半透過反射器は５７％以上の反射率を有し、それらの透過率は２０％乃至６０％の範囲内である一方、欧州特許第１１０２０９１号明細書に記載されている半透過反射器の最も大きい透過率を有する半透過反射器は４０％乃至６０％の範囲内の反射率及び３０％乃至５０％の透過率を有する。それ故、本発明の半透過反射ディスプレイ１５は、大きい効率を伴って光２０を透過することができ、その結果、光２０及び電力の浪費を低減することができる。
【００５２】
それらの値は、例えば、液晶材料を有する切り換え可能な半透過反射器を用いて達成される値に匹敵する又はそれらの値を上回る一方、ＳＰＤ１の電力要求は、典型的には、液晶半透過反射器及び他の種類の金属水酸化物セル又はエレクトロクロミックセルのような切り換え可能な半透過反射器に関連する電力要求より少ない。
【００５３】
図９に示す反射率の値は、次のような１つ又はそれ以上の項目であって、即ち、粒子濃度の増加、図４に示すような第２電圧Ｖ２の印加並びに／若しくは粒子及び懸濁流体、電圧レベル又は駆動スキームの他の組み合わせの使用により、更に改善されることが可能である。例えば、８０％以上の反射率が、図４に示す反射率が増大した状態における粒子懸濁を用いて達成される。
【００５４】
ディスプレイは、例えば、固定又は携帯に拘らず、通信装置又は演算装置に組み込まれることが可能である。それらのディスプレイは、例えば、携帯電話、携帯情報端末、携帯テレビ等の携帯装置に対して、特に適切である。それらの装置は、制限された電源、例えば、再充電可能なバッテリから供給される電力を用いて動作する必要がある。反射性の背面照明を使用することにより、光１６の持続時間及び／又は強度に関して、光源１７を動作する必要性を低減することが可能であり、それ故、光源１７の消費電力はより少なくなる。
【００５５】
本発明の開示された内容を読むことにより、他の変形及び修正が可能であることを当業者は理解するであろう。そのような変形及び修正は、液晶、他のディスプレイ、懸濁粒子装置を有する電子装置及びそれらの構成部分のデザイン、製造又は使用において既知であり、上記の特徴に代えて又はそれらの特徴に加えて用いられることが可能である、同等の及び他の特徴を有することが可能である。
【００５６】
特に、ＳＰＤ１は、個々の粒子懸濁２を収容するための複数のコンパートメントを規定する複数のスペーサ７ａ、７ｂを有することが可能である。各々のコンパートメントを規定するスペーサ７ａ、７ｂは、必要に応じて、粒子懸濁２に電圧Ｖ２を印加するための電極８、９を備えることが可能である。そのような実施形態においては、スペーサ７ａ、７ｂは、２０μｍ乃至８００μｍの範囲内の、例えば、２００μｍの間隔で配置される。
【００５７】
２対以上の電極８、９が、ＳＰＤ１が不均一電界の印加を可能にする単一の粒子懸濁か又は複数の粒子懸濁２を有するに拘らず、粒子懸濁２に第２電圧Ｖ２を印加するために備えられることが可能である。
【００５８】
ＬＣセル１６以外のディスプレイ装置は、半透過反射器１と組み合わされた状態で半透過反射ディスプレイにおいて用いられることが可能である。適切な代替のディスプレイには、電気泳動ディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、ｅｌｅｃｔｒｏ−ｗｅｔｔｉｎｇ  ｄｉｓｐｌａｙ及びｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ）のようなｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｄｉｓｐｌａｙがある。
【００５９】
他の材料を、粒子懸濁２、プレート３、基板４又は電極５、６、８、９を形成するために用いることが可能である。例えば、プレート３は、ガラスに代えて、透明なプラスチック材料を用いて形成されることが可能である。基板４は又、例えば、ガラス、石英又はプラスチック等の種々の透明材料から構成されることが可能である。電極５、６、８、９は、ＩＴＯ以外の材料、例えば、スズ酸化物（ＳｎＯ２）等の透明な電気的に導電性を有するフィルムを用いて形成されることが可能である。電極８、９のための他の適切な材料は、導電性ポリマー、銀ペースト、電気メッキ又は印刷によりスペーサ７ａ、７ｂに堆積される銅、ニッケル、アルミニウム等の金属を有する。
【００６０】
更に、粒子懸濁２は、その粒子懸濁中に懸濁された反射性粒子を有する液体又は懸濁流体のフィルムに入れられた液滴であることが可能であり、反射性粒子はそれらの液滴中に懸濁されることが可能である。
【００６１】
電極８、９は、ＳＰＤ１が電極５、６において単一の電圧Ｖ１を印加されるように備えられている。そのような実施形態においては、半透過反射器は、図２に示す透過性状態と図１に示す無秩序状態との間で切り換えられることが可能である。しかしながら、第２電界を印加するための手段、即ち、そのような電極８、９を有しない場合、図３及び４に示す反射性状態は達成されない。
【００６２】
λ／４板２２は、ＬＣセル１６とＳＰＤ１との間に位置付けられるように図６乃至８に示されているが、上記のように、λ／４板２２はＬＣセル１６の反対側に位置されることが可能であり、それ故、入射光２１は、ＬＣセル及びＳＰＤ１に入射する前にλ／４板２２を透過することが可能である。λ／４板２２は、反射照明を用いるとき、半透過反射器ディスプレイ１５の性能を向上させるが、それに代えて、λ／４板２２は光源１７とＳＰＤ１との間に位置付けられることが可能であり、それ故、光源１７からの光２０のみに作用することが可能である。代替として、λ／４板２２は、本発明の範囲から逸脱することなく、全く省かれることが可能である。
【００６３】
ＳＰＤ１は、連続的電界、断続的電界又はそれらの両方の電界を印加するようにされることが可能である。
【００６４】
請求項は、特定の特徴の組み合わせに対して本出願において体系化されたものであるが、本発明の開示の範囲は又、何れの請求項において請求されている同じ発明に関連するか否かに拘らず、及び本発明が緩和するのと同じ技術的課題の何れ又は全てを緩和するか否かに拘らず、ここで明示的に又は暗示的に開示された特徴の何れの新規な特徴又は何れの新規な特徴の組み合わせを有することを理解する必要がある。本出願者は、それにより、本出願又は本出願からもたらされる何れの更なる手続処理中に、上記特徴及び／又は上記特徴の組み合わせに対して新しい請求項を体系化することが可能であることを知らせるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】種々の異なる状態にある懸濁粒子装置を示す図である。
【図２】種々の異なる状態にある懸濁粒子装置を示す図である。
【図３】種々の異なる状態にある懸濁粒子装置を示す図である。
【図４】種々の異なる状態にある懸濁粒子装置を示す図である。
【図５】電界の除去に続いて粒子懸濁における透過率特性の減衰を示す実験データのグラフである。
【図６】透過性状態にある本発明に従った半透過反射ディスプレイの模式図である。
【図７】反射性状態にある図５の半透過反射ディスプレイを示す模式図である。
【図８】中間状態にある図５の半透過反射ディスプレイを示す模式図である。
【図９】種々の波長の光についての懸濁粒子装置の半透過反射器の透過率値及び反射率値の範囲を示すグラフである。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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