(57)【要約】  本発明は、例えば、配列状に配置される多数のピクセルを有するエレクトロウェッティング・ディスプレイデバイスにおいて使用される光学要素に関する。各光学要素は、水溶液といった極性導電液体(5)と、油といった非極性液体(6)とで満たされるセルを有する。セルは、更に、第１及び第２の疎水性層(8、11)で覆われる第１及び第２の平面電極(7、10)を有する。一方で第１の液体と、他方で選択的に第１又は第２の電極(7、10)との間に電圧を適用することにより、油(6)は、第１及び第２の疎水性層(8、11)の間を移動するよう強制される。こうして、双安定でエネルギー効率のよい光学要素が与えられる。
2008503785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液体及び第２の液体を含む、閉じたセルを有する光学要素であって、前記第１の液体は導電性があり、前記第２の液体は有色で前記第１の液体との非混合性があり、第１の疎水性の絶縁層で覆われる第１の電極が、前記セルの第１の壁に位置し、前記第１の電極と前記第１の液体との間の電圧は、前記第１の液体に接する前記第１の疎水性層の領域、及びこの結果前記セルを通り前記第１の壁に垂直な方向へ運ばれる光の量を制御するよう制御可能であり、前記セルが、第２の疎水性の絶縁層により覆われる第２の電極を有し、前記光学要素は、前記第１の液体と、選択的に前記第１の電極又は前記第２の電極との間に電圧を適用する手段を有する、光学要素。
【請求項２】
前記第１の電極が、平面的かつ前記第１の壁に平行であり、前記第２の電極は、前記第１の電極に実質的に垂直に伸びる、請求項１に記載の光学要素。
【請求項３】
前記第２の電極が、前記第１の壁に垂直な前記セルの第２の壁に隣接して伸びる、請求項２に記載の光学要素。
【請求項４】
前記第２の電極が、前記セルの１つ以上の壁に隣接して伸び、前記１つ以上の壁のそれぞれは、前記第１の壁に垂直である、請求項３に記載の光学要素。
【請求項５】
前記第２の電極が、前記第１の壁に垂直な前記セルのすべての壁に隣接して伸びる、請求項４に記載の光学要素。
【請求項６】
前記第１の疎水性層及び前記第２の疎水性層の間に連続的な隙間がある、請求項１乃至５のいずれかに記載の光学要素。
【請求項７】
前記第１の疎水性層及び前記第２の疎水性層の間に少なくとも１つの疎水性素材のブリッジを有する、請求項１乃至５のいずれかに記載の光学要素。
【請求項８】
前記光学要素が、切換え可能なダイアフラム、シャッタ又はカラーフィルタの一部を形成する、請求項１乃至７のいずれかに記載の光学要素。
【請求項９】
複数の画素を有するディスプレイデバイスであって、各画素が請求項１乃至７のいずれかに記載の光学要素を有する、ディスプレイデバイス。
【請求項１０】
第１の液体及び第２の液体を含む、閉じたセルを有する光学要素へ駆動信号を提供する方法において、前記第１の液体は導電性があり、前記第２の液体は有色で前記第１の液体との非混合性があり、第１の疎水性の絶縁層で覆われる第１の電極が、前記セルの壁に位置し、前記電極と前記第１の液体との間の電圧は、前記第１の液体に接する前記第１の疎水性層の領域、及びこの結果前記セルを通り運ばれる光の量を制御するよう制御可能であり、各セルが、第２の疎水性の絶縁層により覆われる第２の電極を有しており、
第１のセル透過率を得るために前記第１の液体と前記第１の電極との間に電圧を適用するステップと、
第２のセル透過率を得るために前記第１の液体と前記第２の電極との間に電圧を適用するステップとを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の液体及び第２の液体を含む、閉じたセル(closed cell)を有する光学要素に関し、第１の液体は、導電性があり、第２の液体は、有色で、第１の液体との非混合性(immiscible)があり、第１の疎水性(hydrophobic)の絶縁層で覆われる第１の電極が、セルの第１の壁に配置され、第１の電極と第１の液体との間の電圧が、第１の液体に接触する第１の疎水性層の領域を制御するため制御可能であり、それにより、第１の壁に垂直な方向にセルを通り運ばれる光の量が制御される。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロウェッティング(electrowetting)・ディスプレイとして知られるディスプレイデバイスの一部を形成する斯かる光学要素が、例えば、国際公開第03/071347, A1号に開示される。エレクトロウェッティング機能は、他の多くのディスプレイ技術と比べて、卓越した輝度及びコントラストを備え、比較的低消費電力を備えるディスプレイを提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上で述べた種類の光学要素に伴う１つの問題は、他の多くのディスプレイ装置に使用される光学要素より低いとはいえ、非常に低消費電力が求められるある用途に対しては消費電力がまだかなり高いことにある。
【０００４】
従って、本発明の目的は、改善された消費電力特性を備える上述した種類の光学要素を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本目的は、請求項１に記載の光学要素、請求項９に記載のディスプレイデバイス及び請求項１０に記載の斯かる光学要素へ駆動信号を供給する方法を用いて達成される。
【０００６】
より詳細には、第１の側面によれば、本発明は、第１の液体及び第２の液体を含む、閉じたセルを有する光学要素に関し、そこでは、第１の液体は導電性があり、第２の液体は有色で第１の液体との非混合性があり、第１の疎水性の絶縁層で覆われる第１の電極が、セルの第１の壁に配置され、第１の電極と第１の液体との間の電圧は、第１の液体に接触する第１の疎水性層の領域を制御するため制御可能であり、それにより、第１の壁に垂直な方向にセルを通り運ばれる光の量が制御される。そこでは、セルが、第２の疎水性の絶縁層で覆われる第２の電極を有し、及び光学要素が、第１の液体と、選択的に第１の電極又は第２の電極との間の電圧を適用する手段を有する。
【０００７】
これは、光学要素が状態を変化させるときだけエネルギーが供給される双安定光学要素の提供を可能にする。
【０００８】
好ましい実施形態において、第１の電極は、平面的及び第１の壁に平行である。第２の電極は第１の電極に対して実質的に垂直に伸び、好ましくは、第１の壁に垂直なセルの第２の壁に隣接する。こうして、光学要素がスイッチオンされるとき、第２の液体は、光学経路を全く邪魔することがない。これは、例えばディスプレイにおいて改善された輝度を生じさせる。
【０００９】
好ましくは、第２の電極は、セルの１つ以上の壁に隣接して伸び、好ましい実施形態において、第１の壁に垂直なセルのすべての壁に隣接している。光学要素がディスプレイにおける画素として使用される場合、これは改善された視野角特性を備えるより薄いディスプレイを生じさせる。
【００１０】
好ましい実施形態において、第１の疎水性層と第２の疎水性層との間に連続する隙間が存在する。これは、光学要素をより安定したものとする。なぜなら、第２の液体が、その隙間を横切らないようになり、駆動電圧を与えることなくある疎水性層から他の疎水性層へ移らないようになるからである。
【００１１】
しかしながら、また、少なくとも１つの疎水素材ブリッジが、第１の疎水性層と第２の疎水性層との間に与えられることができる。斯かるブリッジは、スイッチング操作における第２の液体をガイドし、そのことが従って一層信頼性のあるものにする。
【００１２】
斯かる要素は、切換え可能なダイアフラム、シャッタ又はカラーフィルタの一部を形成することができる。
【００１３】
しかしながら、第２の側面によれば、本発明は、複数の画素を有するディスプレイデバイスに関し、そこでは、各画素が斯かる光学要素を有する。斯かるディスプレイデバイスは、卓越した消費電力特性を与え、それは、特に携帯用途において有益である。
【００１４】
第３の側面によれば、本発明は、第１の液体及び第２の液体を含む、閉じたセルを有する光学要素へ駆動信号を提供する方法に関し、そこでは、第１の液体が導電性があり、第２の液体は有色で第１の液体との非混合性があり、第１の疎水性の絶縁層で覆われる第１の電極が、セルの壁に配置され、その電極と第１の液体との間の電圧が、第１の液体に接触する第１の疎水性層の領域を制御するため制御可能であり、それにより、セルを通り運ばれる光の量が制御される。そこでは、各セルが、第２の疎水性の絶縁層で覆われる第２の電極を有し、ある方法が：第１のセル透過率を得るため第１の液体と第１の電極との間の電圧を適用するステップと、第２のセル透過率を得るため第２の液体と第２の電極との間の電圧を適用するステップとを有する。
【００１５】
この方法は、その前に述べられた光学要素の利点に対応する利点を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のこれら及び他の側面は、以下に説明される実施形態より明らかとなり、及びその実施形態を参照して説明されることになる。
【００１７】
図１ａ及び図１ｂは、従来技術によるディスプレイデバイスにおける光学要素セルを通る断面と、光学要素セルの動作原理とを概略的に示す。
【００１８】
斯かるディスプレイデバイスは、複数、例えば、600*400画素(ピクセル)を有し、配列状に配置されることができる。各画素は、光学要素セルを有し、それは好ましくはユーザから見られるよう長方形とすることができる。
【００１９】
セルは、閉じた空間を有し、それは、ユーザに面する透明な前面壁１と、背面壁２と、側面壁３、４とにより規定される。前面及び背面壁は全てのピクセルに対して共通であってよい。
【００２０】
セルは、第１の液体５及び第２の液体６で満たされる。第１の液体５は、食塩水を含む水を有し、第２の液体６は、シリコンオイル又はアルカンといった油から構成されることができる。第１及び第２の液体５、６は、水と上述の油との場合がそうであるように、実質的に非混合性がある。第１の液体５は、極性及び導電性があり、第２の液体６は、電気的に絶縁性があるとすることができる。第２の液体は、着色(dye)により又はある場合には顔料により有色である。
【００２１】
例えばITO層(ITO = インジウムすず酸化物)を有する透明な第１の電極７は、背面壁２に配置され、例えば、アモルファス・フルオロポリマ(例えばAF1600)を有する疎水性の絶縁層８で覆われる。
【００２２】
緩和状態において、本書では以下油と呼ばれる第２の液体６が、疎水性層８を覆う。なぜなら、本書では以下水と呼ばれる第１の液体５が、疎水性層８をぬらすことにはならないからである。これは、疎水性層と油との間及び油と水との間の界面張力の合計が、水と疎水性の絶縁体との間の界面張力より小さいという事実によるものである。しかしながら、透明な電極７と水５との間に電圧が印加されると、エネルギーバランスが変わり、図１ｂに示されるように、水５が、疎水性層８をぬらし始め、疎水性層８のより小さな部分へと油６をわきへ押す。このプロセスの間、実質的な電流が流れることはない。なぜなら、疎水性層は絶縁性があり、従って、このプロセスは、大部分は容量性があるためである。ここでは有色の油６がわきに押されるので、より大きな量の光が、セルの白い背面壁２により反射されることができる。電圧が解放されるとき、セルは、図１ａに示される状態に戻る、つまり、油６が再び実質的にすべての疎水性層８を覆う。従って、配列状に配置される多数の斯かるセルが、配列状のセル(ピクセル)を電気的に制御することにより、ユーザに対して画像を表示することができる反射ディスプレイデバイスとして機能することができる。
【００２３】
図２ａ及び図２ｂは、本発明の実施形態により修正される、光学要素セルを示す。本実施形態によれば、各セルは、第２の疎水性のある絶縁層１１により覆われる第２の電極１０を更に有する。
【００２４】
ディスプレイデバイスは、回路に接続される水５と第１の電極７との間及び水５と第２の電極１０との間の電圧を交互に適用する手段を有する。水５と第２の電極１０との間に電圧が適用されるとき、第２の疎水性層１１における任意の油が、図２ａに示されるように、第１の透明な電極７を覆う第１の疎水性層８へ移動することを強制される。対応する態様で、水５と第１の透明な電極７との間に電圧が適用されるとき、第１の疎水性層８における任意の油が、図２ｂに示されるように、第２の電極１０を覆う第２の疎水性層１１へ移動することを強制される。油膜は、通常50μmより薄いであろう。
【００２５】
電圧が適用されない方の電極は、好ましくは各状態において接地されていることができる。
【００２６】
こうして、以下のステップを有する方法が意図される：(a)第１のセル透過率、つまり第１のピクセル外観、例えばそのピクセルが白であるようなものを得るため、第１の液体５(水)と第１の電極７との間に電圧を適用するステップ及び(b)第２のセル透過率、つまりピクセル外観、例えばそのピクセルが多かれ少なかれ黒であるようなものを得るため、第１の液体５と第２の電極１０との間に電圧を適用するステップとである。
【００２７】
第２の電極１０と第２の補助層１１との補助的な配置の提供が、例えばピクセルのような光学要素を双安定なものにすることに留意されたい。すなわち、もし電圧が解放されるならば、ピクセルは、２つの状態のいずれかに留まっている。従来技術の単安定装置と比べると、そこでは、ピクセルを「不安定な」状態に保つためには、(流体力学に基づき)絶え間なく又は少なくとも規則的な間隔で電圧が供給されなければならない。
【００２８】
従って、本発明の実施形態による双安定装置において、ピクセルが第１の状態と第２の状態との間(黒→白又は白→黒)で遷移するときにのみ、電圧が供給されなければならない。これはもちろん、特に、ピクセル内容が頻繁には変化されることがない用途において、表示デバイスをよりエネルギー効率の良いものとする。
【００２９】
図３は、本発明の第１の実施形態により配置される、疎水性の絶縁層を示す。第１の電極７及び第１の疎水性層８は、平面的であり、ディスプレイを見るユーザから見えるようにセルの背面壁に位置される。第２の電極１０及び第２の疎水性層１１は、実質的に第１の電極の平面に垂直に伸び、そして側面壁(図２ａにおける３)に配置される。
【００３０】
第１及び第２の電極７、１０は、平行とすることもできる。しかし、白い背面壁２が完全に覆いがない状態となることができるという理由で、垂直な配置は、油６が実質的に入力光及び反射光の光学経路の外にあるよう保つという追加的な利点を提供することを理解されたい。
【００３１】
図３に示されるように、連続的な隙間１４が、第１の疎水性層８及び第２の疎水性層１１との間に提供されることができる。これは、第１又は第２の電極７、１０に適用される電圧が存在しないとき、第１及び第２の疎水性層８、１１間での油６の任意の移動を防止する。こうして双安定性がより信頼性の高いものとされる。
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施形態により配置される疎水性の絶縁層を示す。本実施形態において、１つ又は複数の疎水性素材のブリッジ１５、１６が与えられ、それは、第１の疎水性層８及び第２の疎水性層１１の間の連続的な隙間を遮る。斯かるブリッジ１５、１６が第１及び第２の疎水性層８、１１間の油６の意図しない移動のリスクをある程度まで生成する一方、それらはまた、第１及び第２の疎水性層８、１１間の油６をガイドすることにより、２つの状態の間の切換えをより信頼性の高いものにする。これは、図１ｂにおける状態に類似する、油６のいくらか又は全てが疎水性層に意図せずに残ったままになるリスクを低減する。
【００３３】
ブリッジ１５、１６の幅は、ガイド機能を提供するよう十分広いが、緩和状態で油６の意図しない移動を避けるよう十分狭いよう、経験的に選択されるべきである。
【００３４】
図５は、本発明の第３の実施形態により配置される疎水性の絶縁層を示す。示されるように、第２の電極をセルの１つの側面壁以上に隣接させて伸ばすことが好ましく、更に好ましくはセルのすべての側面壁に隣接させることである。これは、第２の電極１０と第２の疎水性層１１との総面積が保持されることができるとしても、セルの厚み１８を減らすことを可能にする。この利点は、光学要素がディスプレイに使用されるとき、ディスプレイをより薄くすることだけではない。より重要なのは、ディスプレイの視野角が改善されることである。
【００３５】
上述されたように、光学要素がピクセルとして斯かる光学要素を複数有するディスプレイデバイスに使用される。しかしながら、光学要素は、切換え可能なダイアフラム、シャッタ又はカラーフィルタといった他の用途でも使用されることができる。
【００３６】
要約すると、本発明は、例えば、配列状に配置される多数のピクセルを有するエレクトロウェッティング・ディスプレイデバイスにおいて使用される光学要素に関する。各光学要素は、水溶液といった極性導電液体と、油といった非極性液体とで満たされるセルを有する。セルは、更に、第１及び第２の疎水性層で覆われる第１及び第２の平面電極を有する。一方で第１の液体と、他方で選択的に第１及び第２の電極との間に電圧を適用することにより、油は、第１及び第２の疎水性層の間を移動するよう強制される。こうして、双安定でエネルギー効率のよい光学要素が与えられる。
【００３７】
本発明は、上述した実施形態に制限されない。添付された請求項の範囲において異なった態様で変更されることができる。例えば、反射ディスプレイデバイスが説明されているが、バックライト装置を与え、図２ａの白い背面壁２を透明な黒い背面壁に置き換えることで、バックライト・ディスプレイデバイスが得られることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１ａ】先行技術における、光学要素セルを通る断面と、ディスプレイデバイスにおける光学要素セルの動作とを概略的に示す図である。
【図１ｂ】先行技術における、光学要素セルを通る断面と、ディスプレイデバイスにおける光学要素セルの動作とを概略的に示す図である。
【図２ａ】本発明の実施形態により修正された、光学要素セルを概略的に示す図である。
【図２ｂ】本発明の実施形態により修正された、光学要素セルを概略的に示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による、疎水性の絶縁層を示す。
【図４】本発明の第２の実施形態による、疎水性の絶縁層を示す。
【図５】本発明の第３の実施形態による、疎水性の絶縁層を示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2008503785.tif 000010
2008503785.tif 000011