JP2009031795A - エレクトロウエッティングディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は彩色表示を実現することができ、且つ製造コストが低いエレクトロウエッティングディスプレイを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、互いに対向配置される第一基板及び第二基板と、第二基板の対向面側に格子構造で配置され複数のサブ・画素ユニットを定義する突起と、第二基板の対向面側に配置された疎水性絶縁層と、隣り合う二つの突起の間の疎水性絶縁層の表面に封入される第一流体と、第一流体と第一基板の間に封入され且つ第一流体と混和しない導電性又は極性液体であって、透光性が第一流体より良い第二流体と、前記複数のサブ・画素ユニットに対応して疎水性絶縁層と第二基板の間に配置された複数の画素電極を備える制御回路とを備え、各々のサブ・画素ユニットに対応して、第二基板と疎水性絶縁層との間に配置される複数の異なる色彩の着色層を更に備えるエレクトロウエッティングディスプレイを提供する。
【選択図】図4
【解決手段】本発明は、互いに対向配置される第一基板及び第二基板と、第二基板の対向面側に格子構造で配置され複数のサブ・画素ユニットを定義する突起と、第二基板の対向面側に配置された疎水性絶縁層と、隣り合う二つの突起の間の疎水性絶縁層の表面に封入される第一流体と、第一流体と第一基板の間に封入され且つ第一流体と混和しない導電性又は極性液体であって、透光性が第一流体より良い第二流体と、前記複数のサブ・画素ユニットに対応して疎水性絶縁層と第二基板の間に配置された複数の画素電極を備える制御回路とを備え、各々のサブ・画素ユニットに対応して、第二基板と疎水性絶縁層との間に配置される複数の異なる色彩の着色層を更に備えるエレクトロウエッティングディスプレイを提供する。
【選択図】図4
Description
本発明は、エレクトロウエッティングディスプレイに関するものである。
情報機器の普及に伴い、各種の表示装置が開発されている。なかでも、エレクトロウエッティングディスプレイ(Electro−wetting Display)は、近年表示装置に応用された新技術であって、低消費電力・広視角・速い応答時間などの特性を有するので、研究及び重視程度が倍増する。
図1は、従来のエレクトロウエッティングディスプレイの電圧無印加時の状態を示す一部拡大断面図である。前記エレクトロウエッティングディスプレイ10は、互いに対向配置された第一基板11及び第二基板17と、前記第一基板11と第二基板17との間に配置された第一流体13と、第二流体12と、複数の電極14と、絶縁層15と、複数の突起16と、を備える。前記複数の電極14は、前記第二基板17の表面にマトリックス形で配置されており、且つ隣接する二つの電極14の間に1つの隙間141を有し、前記電極14毎に1つのサブ・画素ユニットPを定義する。前記絶縁層15は、前記複数の電極14及びその間の隙間141を覆い、且つ平坦な表面を有する。前記複数の突起16は、前記複数の電極14の間の隙間141に対応して、前記絶縁層15の平坦な表面の上に配置される。前記第一流体13は、隣り合わせ突起16の間に封入され、その厚さが前記突起16の高度より小さく、一般的に不透明なオイルまたはセタンのようなパラフィンである。前記第二流体12は、前記第一流体13と前記第一基板11の間に封入し、前記第一流体13と互いに混和しない(Immiscible)透明導電性液体である。
電圧を印加しない時、前記第二流体12は、前記第一流体13に積み重なり、且つ前記第一基板11に隣り合う。この時、前記エレクトロウエッティングディスプレイ10には、前記第一流体13の色彩が現われる。
図2は、図1に示すエレクトロウエッティングディスプレイに電圧を印加した時の状態を示す一部拡大断面図である。前記第二流体12と1つのサブ・画素ユニットPの電極14との間に外部電圧18を印加すると、前記外部電圧18の作用によって、前記第二流体12の表面張力が改変されて、前記サブ・画素ユニットP内の第一流体13を押し出し、前記第一流体13を隣り合う突起16側に移動させ、前記エレクトロウエッティングディスプレイ10の対応するサブ・画素ユニットPは、前記第一流体13の色彩を表示しない。
前記エレクトロウエッティングディスプレイ10は、ただ単一色彩だけを表示する。カラー表示を実現するために、一般的に前記第二流体12と前記第一基板11との間にカラーフィルター(Color Filter)を配置する。
図3は、従来のカラーフィルターの構造を示す平面図である。前記カラーフィルターは、マトリックス形で配置される複数のRGBサブ画素21と、隣り合う二つサブ画素21の間に配置されるブラックマトリックス22と、を備える。各々のRGBサブ画素21は、皆1つのサブ・画素ユニットPに対応する。前記ブラックマトリックス22は、前記突起16に対応する。
前記第二流体12と1つのサブ・画素ユニットPの電極14との間に外部電圧を印加すると、前記第一流体13が横方向に移動し、前記カラーフィルターを含むエレクトロウエッティングディスプレイ10は、前記サブ・画素ユニットPに対応するRGBサブ画素21の色彩を表示する。異なるサブ・画素ユニットPに外部電圧を印加することにより、R、G、B3つの色の混和比例を改変することができ、従って前記エレクトロウエッティングディスプレイ10のカラー表示を実現する。
しかし、前記エレクトロウエッティングディスプレイ10は、カラー表示を実現するために前記第一基板11の表面にカラーフィルターを塗布しなければならず、前記カラーフィルターを形成するために、何度もカラー顔料を塗布したり、エッチングしたりする製造工程を必要として、その製造工程が複雑で、製造コストも高い。
本発明の目的は、前記課題を解決し、彩色表示を実現することができ、且つ製造コストが低いエレクトロウエッティングディスプレイを提供することである。
前記目的を達成するため、本発明は、互いに対向配置される第一基板及び第二基板と、前記第二基板の対向面側に格子構造で配置されて、複数のサブ・画素ユニットを定義する複数の突起と、前記第二基板の対向面側に配置された疎水性絶縁層と、隣り合う二つの突起の間の疎水性絶縁層の表面に封入される第一流体と、前記第一流体と前記第一基板の間に封入され、且つ前記第一流体と互いに混和しない導電性又は極性液体であって、透光性が第一流体より良い第二流体と、前記複数のサブ・画素ユニットに対応して前記疎水性絶縁層と前記第二基板の間に配置された複数の画素電極を備える制御回路と、を備えるエレクトロウエッティングディスプレイであって、各々のサブ・画素ユニットに対応して、前記第二基板と前記疏水性絶縁層との間に配置される複数の異なる色彩の着色層を更に備えることを特徴とするエレクトロウエッティングディスプレイを提供する。
前記エレクトロウエッティングディスプレイは、前記疎水性絶縁層と第二基板の間に配置された複数の異なる色彩の着色層を利用するので、従来の濾色ために用いるカラーフィルターは不要となる。したがって彩色表示を実現でき、且つカラーフィルターの製造工程を節約するので、製造コストを下げる。
図4は、本発明の第1実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイの一部断面図である。前記エレクトロウエッティングディスプレイ30は、互いに対向配置される第一基板31及び第二基板39と、前記第一基板31と第二基板39との間に配置される第一流体33と、第二流体32と、複数の突起34と、疎水性絶縁層36と、RGB着色層38a、38b、38cと、制御回路37と、を備える。
前記第二基板39の表面に配置される前記制御回路37は、複数のスイッチング素子372と、複数の画素電極373及び絶縁保護層374を備える。マトリックス形で前記第二基板39の表面に配置される前記複数の画素電極373は、ITO(Indium Tin Oxide)またはIZO(Indium Zinc Oxide)のような透明導電材料から作製する。前記スイッチング素子372は、各々1つの画素電極373に対応的に電気接続して、前記画素電極373に外部電圧を印加するかどうかを制御することに用いられ、且つ1つのスイッチング素子372及びそれに接続される画素電極373が1つのサブ・画素ユニットPを定義し、隣り合う二つのサブ・画素ユニットPの間に1つの隙間375を有する。有機高分子材料であることができる前記絶縁保護層374は、前記複数のスイッチング素子372、前記複数の画素電極373及びその間の前記隙間375を覆って、前記制御回路37の表面を平整化させる。
前記絶縁保護層374の平坦な表面の上に格子構造で配置される前記複数の突起34は、前記複数の隙間375に対応する。前記RGB着色層38a、38b、38cは、滴下方式で(One Drop Fill)赤色顔料、緑色顔料、青色顔料別々に各々のサブ・画素ユニット内に順番に滴下して形成する。前記疎水性絶縁層36は、AF1600のような疎水性の透明なアモルファス・フルオロポリマーから構成され、各々のサブ・画素ユニットに対応して、複数のRGB着色層38a、38b、38cの表面に設置される。前記第一流体33は、各サブ・画素ユニット内の疎水性絶縁層36の表面に封入されて、前記第一流体33の厚さ、何れの1つのRGB着色層38a、38b、38cの厚さ及び前記疎水性絶縁層36の厚さの和が前記突起34の高度より小さく、且つ前記第一流体33の材料は、一般的に色付けされたオイルまたはヘキサデカンのようなアルカンであって、本実施形態では黒色オイル膜である。前記第二流体32は、前記第一流体33と前記第一基板31との間に封入され、前記第一流体33と互いに混和しない(Immiscible)透明導電性液体であって、水または塩の水溶液であることができ、例えば、水とエチルアルコールの混合物の中の塩化カリウムの水溶液である。
前記エレクトロウエッティングディスプレイ30に外部電圧を印加しない時、前記第二流体32は、前記第一流体33に積み重なり、前記第一流体33が黒色オイル膜であるため、前記エレクトロウエッティングディスプレイ30が黒色を表示し、且つ前記第二基板39から入射する光線は、前記第一流体33に吸収される。
前記スイッチング素子372を介して、対応する画素電極373に電圧を印加すると共に、前記第二流体32に他の電圧を印加すると、前記画素電極373の電圧と対応する前記第二流体32の電圧が電圧差を形成する。前記電圧差の作用によって、前記第二流体32の表面張力が改変されて、対応する第一流体33を押し出し、前記第一流体33を突起34側に移動させるか又は小さな滴に分裂させて、対応するRGB着色層38a、38b、38cを覆う疎水性絶縁層36を暴露し、例えば、R着色層38aを暴露すると、前記エレクトロウエッティングディスプレイ30の対応するサブ・画素ユニットPが赤色を表示する。複数の画素電極373に別々に異なる電圧を印加する時、前記複数の画素電極373に対応する複数のサブ・画素ユニットP内の第二流体32が異なる電圧差の作用によって、自身の表面張力を対応的に改変し、従って前記第一流体33が疎水性絶縁層36の表面を覆う程度を改変して、面積が異なる複数のR着色層38a、G着色層38b、B着色層38cが現れ、従って色彩の混和比を改変する目的を達成する。前記第二基板39の底部から入射する光線は、前記画素電極373と前記絶縁保護層374を順番に通過して各RGB着色層38a、38b、38cによって濾色されてから、続いて前記第一流体33に覆われない疎水性絶縁層36と前記第二流体32を通過して、前記第一基板31から射出し、従って前記エレクトロウエッティングディスプレイ30に対応する彩色画面を表示させる。
図5は、本発明の第2実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイの一部断面図である。本実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイ40の構造は、第1実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイ30の構造と類似するが、異なるのは、前記エレクトロウエッティングディスプレイ40の画素電極473は、反射電極であって、銀、Pt、Mo、クロム及び前記金属の合金のような反射率が高い金属材料であることができる。
前記エレクトロウエッティングディスプレイ40は、反射表示を実現することができ、即ち対応する画素電極473に電圧を印加すると共に、前記第二流体42に他の電圧を印加すると、前記画素電極473の電圧と対応する前記第二流体42の電圧が電圧差を形成する。前記電圧差の作用によって、前記第二流体42の表面張力が改変されて、対応する第一流体43を押し出し、前記第一流体43を突起44側に移動させるか又は小さな滴に分裂させて、対応するRGB着色層48a、48b、48cを覆う疎水性絶縁層46を暴露し、例えば、前記R着色層48aを覆う疎水性絶縁層46を暴露すると、前記第一基板41から入射する光線は、前記第二流体42と、前記第一流体43に覆われない疎水性絶縁層46を順番に通過して、続いて前記R着色層48aによって濾色されてから、前記画素電極473に反射されて、前記絶縁保護層474、前記R着色層48a、前記第一流体43に覆われない疎水性絶縁層46及び前記第二流体42を順番に通過して、前記第一基板41から射出し、前記サブ・画素ユニットP′に対応する赤色を表示させる。
同様に、複数の画素電極473に別々に異なる電圧を印加する時、前記複数の画素電極473に対応する複数のサブ・画素ユニットP′内の第二流体42が異なる電圧差の作用によって、前記第一流体43との接触界面形状を改変し、面積が異なる複数のRGB着色層48a、48b、48cが現れ、色彩の混和比を改変して、カラー画面を表示する目的を達成する。
前記エレクトロウエッティングディスプレイ30、40は、皆滴下方式で各サブ・画素ユニットP、P′に異なる色彩の着色層を形成し、且つ前記RGB着色層38a、48a、38b、48b、38c、48cが絶縁層36、46と絶縁保護層374、474との間に位置するため、第一流体33、43を分離することに用いられる突起34、44によって色彩を分離することができ、ブラックマトリックスを利用しなくてもいい。だから、前記エレクトロウエッティングディスプレイ30、40は、彩色表示を実現するばかりでなく、カラーフィルターの製造工程を節約するので、製造コスト下げる。
図6は、本発明の第3実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイの一部断面図である。本実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイ50は、互いに対向配置される第一基板51及び第二基板59と、前記第一基板51と第二基板59との間に配置される第一流体53と、第二流体52と、複数の突起54、疎水性絶縁層56と、RGB着色層58a、58b、58cと、制御回路57と、を備える。
前記第二基板59の表面に配置される前記制御回路57は、複数のスイッチング素子572及び複数の画素電極573を備える。マトリックス形で前記第二基板59の表面に配置される前記複数の画素電極573は、ITOまたはIZOのような透明導電材料から作製する。前記スイッチング素子572は、各々1つの画素電極573に対応的に電気接続して、前記画素電極573に外部電圧を印加するかどうかを制御することに用いられ、且つ1つのスイッチング素子572及びそれに接続される画素電極573が1つのサブ・画素ユニットXを定義し、隣接したサブ・画素ユニットXの間に1つの隙間575を有する。
前記複数の突起54は、第一部分54aと、第二部分54bと、を備える。前記第一部分54aは、前記複数の隙間575に対応配置して、格子構造を構成する。前記RGB着色層58a、58b、58cは、滴下方式で赤色顔料、緑色顔料、青色顔料を別々に各々のサブ・画素ユニット内に順番に滴下して形成する。前記疎水性絶縁層56は、RGB着色層58a、58b、58c及び前記突起54の第一部分54aの表面を覆い、AF1600のような疎水性の透明なアモルファス・フルオロポリマーからなる。前記複数の突起54の第二部分54bは、前記複数の第一部分54aに対応して、前記疎水性絶縁層56の表面に配置される。前記第一流体53は、隣り合う突起54の第二部分54bの間に封入され、その材料は、一般的に色付けされたオイルまたはヘキサデカンのようなアルカンであって、本実施形態では、黒色オイル膜である。前記第二流体52は、前記第一流体53と前記第一基板51との間に封入され、前記第一流体53と互いに混和しない透明導電性液体であって、水または塩の水溶液であることができ、例えば、水とエチルアルコールの混合物の中の塩化カリウムの水溶液である。
前記エレクトロウエッティングディスプレイ50の作業原理は、前記第1実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイ30の作業原理と大体同じである。
図7は、本発明の第4実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイの一部断面図である。本実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイ60の構造は、前記第3実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイ50の構造と類似するが、異なるのは、前記エレクトロウエッティングディスプレイ60の画素電極673は、反射電極であって、銀、Pt、Mo、クロム及び前記金属の合金のような反射率が高い金属材料であることができる。
前記エレクトロウエッティングディスプレイ60の作業原理は、前記第2実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイ40の作業原理と大体同じである。
前記エレクトロウエッティングディスプレイ50、60は、皆滴下方式で各々のサブ・画素ユニットに絶縁層56、66と画素電極573、673との間に異なる色彩の着色層を形成することにより、濾色機能を実現する。だから、前記エレクトロウエッティングディスプレイ50、60は、彩色表示を実現するばかりでなく、カラーフィルターの製造工程を節約するので、製造コストを下げる。又前記絶縁層56、56は、ただ一回の塗布工程で形成し、単一サブ・画素ユニットに次第に形成する必要がなく、従って製造工程を更に節約する。
図8は、本発明の第5実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイの一部断面図である。本実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイ80は、互いに対向配置される第一基板81及び第二基板89と、前記第一基板81と第二基板89との間に配置される第一流体83と、第二流体82と、複数の突起84と、絶縁保護層85と、RGB着色層88a、88b、88cと、制御回路87と、を備える。
前記複数の突起84は、別々に第一部分84aと、第二部分84bと、を備える。前記突起84の第一部分84aは、格子構造で前記第二基板89の表面に配置する。前記RGB着色層88a、88b、88cは、滴下方式で赤色顔料、緑色顔料、青色顔料を別々に各々のサブ・画素ユニット内に順番に滴下して形成する。有機高分子材料からなる絶縁保護層85は、前記RGB着色層88a、88b、88c及び前記突起84の第一部分84aの表面を覆って、平坦な表面を形成する。
前記絶縁保護層85の平坦な表面に設置される前記制御回路87は、複数のスイッチング素子872と、複数の画素電極873及び疎水性絶縁層86を備える。前記絶縁保護層85の上に設置されて前記複数のサブ・画素ユニットと別々に対応する前記複数の画素電極873は、ITOまたはIZOのような透明導電材料から作製する。前記スイッチング素子872は、各々1つの画素電極873に電気的に接続して、前記画素電極873に外部電圧を印加するかどうかを制御することに用いられる。前記疎水性絶縁層86は、AF1600のような疎水性の透明なアモルファス・フルオロポリマーから構成し、前記複数のスイッチング素子872及び複数の画素電極873を覆う。前記複数の突起84の第二部分84bは、前記複数の第一部分84aに対応して、前記疎水性絶縁層86の表面に設置する。前記第一流体83は、隣り合う突起84の第二部分84bの間に封入され、材料が通常色付けされたオイルまたはヘキサデカンのようなアルカンであって、本実施形態では、黒色オイル膜である。前記第二流体82は、前記第一流体83と前記第一基板81の間に封入し、前記第一流体83と互いに混和しない透明導電性液体であって、水または塩の水溶液であることができ、例えば水とエチルアルコールの混合における塩化カリウムの水溶液である。
前記エレクトロウエッティングディスプレイ80の作業原理は、前記第1実施形態に係るエレクトロウエッティングディスプレイ30の作業原理と大体同じである。画素電極873に外部電圧を印加すると、前記第二基板89の底部から入射する光線は、前記複数の着色層88a、88b、88cによって濾色されてから、前記画素電極873と前記第二流体82を通過して、前記第一基板81から射出し、前記エレクトロウエッティングディスプレイ80に対応する彩色画面を表示させる。
上述したエレクトロウエッティングディスプレイ30、40、50、60、80の異なる色彩の複数の着色層は、複数の白色の着色層を更に備えことができ、前記エレクトロウエッティングディスプレイ30、40、50、60、80の表示輝度を高める。上述したエレクトロウエッティングディスプレイ30、40、50、60、80のスイッチング素子372、472、572、672、872は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,TFT)であることができる。
30、40、50、60、80 エレクトロウエッティングディスプレイ
31、41、51、81 第一基板
32、42、52、82 第二流体
33、43、53、83 第一流体
34、44、54、64、84 突起
36、46、56、66、86 疎水性絶縁層
37、57、87 制御回路
372、572、872 スイッチング素子
373、473、573、673、873 画素電極
374、474、85 絶縁保護層
375、575、675 隙間
38、48、58、68、88 着色層
38a、48a、58a、68a、88a R着色層
38b、48b、58b、68b、88b G着色層
38c、48c、58c、68c、88c B着色層
39、59、69 第二基板
54a、64a、84a 第一部分
54b、64b、84b 第二部分
31、41、51、81 第一基板
32、42、52、82 第二流体
33、43、53、83 第一流体
34、44、54、64、84 突起
36、46、56、66、86 疎水性絶縁層
37、57、87 制御回路
372、572、872 スイッチング素子
373、473、573、673、873 画素電極
374、474、85 絶縁保護層
375、575、675 隙間
38、48、58、68、88 着色層
38a、48a、58a、68a、88a R着色層
38b、48b、58b、68b、88b G着色層
38c、48c、58c、68c、88c B着色層
39、59、69 第二基板
54a、64a、84a 第一部分
54b、64b、84b 第二部分
Claims (9)
- 互いに対向配置される第一基板及び第二基板と、前記第二基板の対向面側に格子構造で配置されて、複数のサブ・画素ユニットを定義する複数の突起と、前記第二基板の対向面側に配置された疎水性絶縁層と、隣り合う二つの突起の間の疎水性絶縁層の表面に封入される第一流体と、前記第一流体と前記第一基板の間に封入され、且つ前記第一流体と互いに混和しない導電性又は極性液体であって、透光性が第一流体より良い第二流体と、前記複数のサブ・画素ユニットに対応して前記疎水性絶縁層と前記第二基板の間に配置された複数の画素電極を備える制御回路と、を備えるエレクトロウエッティングディスプレイであって、
各々のサブ・画素ユニットに対応して、前記第二基板と前記疎水性絶縁層との間に配置される複数の異なる色彩の着色層を更に備えることを特徴とするエレクトロウエッティングディスプレイ。 - 前記第一流体は、透光しない液体物質であることを特徴とする請求項1に記載のエレクトロウエッティングディスプレイ。
- 前記複数の画素電極は、透明電極であることを特徴とする請求項1に記載のエレクトロウエッティングディスプレイ。
- 前記複数の画素電極は、反射電極であることを特徴とする請求項1に記載のエレクトロウエッティングディスプレイ。
- 前記制御回路は、前記複数の画素電極を覆う絶縁保護層を更に備え、前記着色層が前記絶縁保護層の上に形成されることを特徴とする請求項1に記載のエレクトロウエッティングディスプレイ。
- 前記疎水性絶縁層は、各々のサブ・画素ユニットに対応して、前記複数の異なる色彩の着色層を覆うことを特徴とする請求項5に記載のエレクトロウエッティングディスプレイ。
- 前記突起は、第一部分と、第二部分と、を備え、前記第二部分は、前記第一流体を分離することに用いられ、前記第一部分は、前記複数の異なる色彩の着色層を分離することに用いられ、且つ前記第一部分と第二部分は対応配置されることを特徴とする請求項1に記載のエレクトロウエッティングディスプレイ。
- 前記着色層は、前記画素電極の上に形成され、前記疎水性絶縁層は、前記着色層及び前記突起の第一部分との表面を覆うことを特徴とする請求項7に記載のエレクトロウエッティングディスプレイ。
- 前記着色層及び前記突起の第一部分の表面を覆っている絶縁保護層を更に備え、前記画素電極と前記疎水性絶縁層が絶縁保護層の上に順番に形成されることを特徴とする請求項7に記載のエレクトロウエッティングディスプレイ。
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