特許 6688291 カラーフィルタが位置合わせされた反射型ディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6688291

(24)【登録日】2020年4月7日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】カラーフィルタが位置合わせされた反射型ディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/167 20190101AFI20200421BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/167

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-518453(P2017-518453)

(86)(22)【出願日】2015年10月7日

(65)【公表番号】特表2017-530414(P2017-530414A)

(43)【公表日】2017年10月12日

(86)【国際出願番号】US2015054385

(87)【国際公開番号】WO2016057613

(87)【国際公開日】20160414

【審査請求日】2018年9月28日

(31)【優先権主張番号】62/061,251

(32)【優先日】2014年10月8日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516091477

【氏名又は名称】クリアインク ディスプレイズ，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＬＥＡＲＩＮＫ ＤＩＳＰＬＡＹＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100169904

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100181021

【弁理士】

【氏名又は名称】西尾 剛輝

(72)【発明者】

【氏名】ローン エー． ホワイトヘッド

【審査官】 横井 亜矢子

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００６３９６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３１６７６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５２４０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５１９３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５３５３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３５００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０８２３７８９２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特表２００３−５０１６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９４２４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１５−１／１９

Ｇ０９Ｇ ３／００−３／０８，３／１２，３／１６

Ｇ０９Ｇ ３／１９−３／２６，３／３４，３／３８

Ｇ０９Ｆ ９／３０−９／４６

Ｊａｐｉｏ−ＧＰＧ／ＦＸ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のカラーフィルタを有するピクセルアレイと、
前面電極と、
後方電極と、
前記複数のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタと前記後方電極との間に配置される光指向構造と、
前記前方電極及び前記後方電極の間に配置された複数の電気泳動粒子と、
を含み、
前記前面電極及び前記後方電極はそれらの間に隙間を形成し、
前記複数の電気泳動粒子は、前記複数のカラーフィルタのうちの前記第１のカラーフィルタを通過して入射する光線を捕捉して、前記入射光線を実質的に吸収するか、又は前記複数のカラーフィルタのうちの前記第１のカラーフィルタを通して前記入射光線を実質的に反射するように構成され、
前記光指向構造が全反射用の凸状突起部を設けられた面を更に含む、
反射型画像ディスプレイ。

【請求項2】

前記複数の電気泳動粒子は、前記前方電極及び前記後方電極に印加された差動バイアスの関数として、移動可能である、請求項１に記載のディスプレイ。

【請求項3】

前記複数のカラーフィルタのうちの前記第１のカラーフィルタ、前記前面電極、及び２つの隣接する光指向構造の一部がサブピクセル構造を規定する、請求項１に記載のディスプレイ。

【請求項4】

前記光指向構造が、円錐台、切頭された菱形、角錐台、又は切頭された多角形の形状を有し、前記入射光線を前記サブピクセル構造内に向けるように構成された、請求項３に記載のディスプレイ。

【請求項5】

前記前面電極が、前記サブピクセル構造において連続的な面を規定する、請求項３に記載のディスプレイ。

【請求項6】

前記前面電極が、２つの隣接するサブピクセル構造間に不連続な表面を規定する、請求項３に記載のディスプレイ。

【請求項7】

一対の隣接する光指向構造が前記第１のカラーフィルタの両端と整列されている、請求項１に記載のディスプレイ。

【請求項8】

前記光指向構造が少なくとも１つのカラーフィルタと位置合わせされている、請求項３に記載のディスプレイ。

【請求項9】

前記光指向構造の側面に反射性被覆が設けられる、請求項１に記載のディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１４年１０月８日に出願された米国仮特許出願第６２／０６１，２５１号明細書の出願日に対して優先権を主張するものであり、この明細書はその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、全般的に、反射型画像ディスプレイに関する。より具体的には、本出願は、位置合わせされたカラーフィルタ・サブピクセルから成り立つ光リダイレクトアーキテクチャによる反射型画像ディスプレイに関する。

【背景技術】

【0003】

光線が反射型画像ディスプレイに入射し反射されると、入射光線と出射光線との平均横方向変位が生ずる。入射光線の角度、反射面の種類、及び光線が進む総距離に依存して、この横方向変位の程度は大幅に変化することがある。横方向変位の程度が、問題となることがある。横方向変位は、光線があるカラーサブピクセルからディスプレイに入射し、異なる色の隣接するサブピクセルから出射する場合に、問題となる。より具体的には、ＲＧＢ（赤色−緑色−青色）カラーフィルタアレイで構成される反射型カラーディスプレイにおいて、光線が赤色のサブピクセルから入射したが緑色のサブピクセルから出射する場合がそうである。第１に、ピクセルのエッジがぼやけるので、解像度の低下がおこる可能性がある。第２に、出射する光線は最終的には強度がより低くなることがあるので、効率の低下がおこる可能性がある。これら２つの効果の深刻さは、平均横方向変位の程度に依存する。横方向変位が大きい場合、これらの効果は有意になる。逆に、横方向変位が小さい場合、これらの効果は取るに足らないものになる。これらの効果は、単色ディスプレイ及びカラーディスプレイの両方に存在する。解像度の低下は、ぼやけが目に見える場合にのみ問題となる可能性がある。例えば、ピクセル又はサブピクセルが非常に小さい場合には、幾らかのぼやけが存在するとしても、肉眼では観察できないので、ディスプレイの見かけの解像度には影響を及ぼさないことがある。しかしながら、効率の低下は、潜在的により深刻な問題である。たとえピクセルが肉眼では見えないとしても、効率の低下は平均化された効果を有し、ディスプレイの見かけのコントラストを低下させるであろう。このことは単色画像ディスプレイ及びカラー画像ディスプレイの両方に該当するが、カラーディスプレイの場合にはより難しい問題である。というのも、サブピクセルがより小さくなり、そのため横方向変位に対する許容度がそれほど高くはないからである。換言すると、約３倍の大きさのピクセルを典型的に有する単色ディスプレイの場合よりも、より小さなサブピクセルを有するカラーディスプレイの場合には、横方向変位を最小にすることがより重要である。カラー反射型画像ディスプレイでは、高品質のカラー画像を維持するために、あるカラーサブピクセルを通じてディスプレイに入射した光が、同じカラーサブピクセルから反射されて観察者まで戻されることが好ましい。光を反射する反射型画像ディスプレイ内のサイトがカラーサブピクセルと適切に整列されて又は位置合わせされて高品質画像を生成することができることが、必須である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

光学的に透明な流体中に浮遊している光吸収性の電気泳動可動粒子から成り立つ反射型画像ディスプレイの別の望ましい品質としては、粒子がディスプレイ全体に渡ってほぼ等しい密度で分散していることがある。これは、ディスプレイの動作中にディスプレイが見かけ上は実質的に均一に見えるようにするためである。ディスプレイの寿命に至るまでの間、ディスプレイの見かけが高レベルの品質及び効率を維持することも、望ましい。これを達成する１つの方法は、粒子を微細領域に隔離して横方向の移動を防ぐことである。

【0005】

本開示のこれらの及び他の実施形態が、以下の例示的かつ非限定的な図を参照して考察される。図中、同様の要素は同様に番号付けされている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】明状態における位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイのサブピクセルの断面図である。

【図1B】暗状態における位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイのサブピクセルの断面図である。

【図2】位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイの複数のサブピクセルの断面図である。

【図3】位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイの複数の角錐台形状の構造体の底面図である。

【図4】位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイの複数の円錐台形状の構造体の底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下の説明全体を通じて、当業者による完全な理解をもたらすために、具体的な詳細を記載する。しかしながら、本開示を不必要に分かりにくくするのを避けるために、周知の要素は図示されていないか又は詳細には説明されていないことがある。従って、説明及び図面は例示的なものであり、限定するものではない。

【0008】

一実施形態では、開示される原理は、入射光線と反射光線との横方向変位を制限するための方法及び装置を提供する。例示的な実施形態では、ディスプレイは、複数の個々の流体セル又はサブピクセルから構成され、その各々がカラーフィルタと位置合わせされている。サブピクセルは、入射光を、その光が入射したのと同じカラーフィルタから出るように向け直すアーキテクチャで構成される。

【0009】

本開示の一実施形態では、サブピクセルは第１及び第２の電極を含む。これらの電極は、第１の電極と第２の電極との間に差動バイアスを印加することができる電圧源に接続される。電極は、光の方向変更層としても機能してもよい。電気泳動可動粒子が、第１の電極と第２の電極との間の空洞内に配置された媒体内で浮遊している。特定の実施形態では、この媒体は低屈折率の流体であることがある。

【0010】

本開示の一実施形態では、サブピクセルは、全反射可能な凸状突起部からなる表面を含む。この凸状突起部は、半球体が密に詰まっているアレイであってもよい。

【0011】

本発明の様々な実施形態は、ソフトウェア及び／又はファームウェアで完全に又は部分的に実装されることができる。このソフトウェア及び／又はファームウェアは、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体中に含まれる命令の形式を取ってもよい。次いで、これらの命令は１つ又は複数のプロセッサによって読み取られて実行され、本明細書に記載する動作の実施を可能にする。これらの命令は、ソースコード、コンパイルされたコード、インタープリットされたコード、実行可能コード、静的コード、動的コード、ルックアップテーブル等の任意の適切な形態であることができるが、これらに限定するものではない。そのようなコンピュータ可読媒体としては、１つ又は複数のコンピュータにより読取可能な形態で情報を記憶するための任意の具体的な非一時的媒体、例えば、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ等が挙げられるが、これらに限定するものではない。

【0012】

図１Ａは、本開示の一実施形態の概略図である。具体的には、図１Ａは、明状態における位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイの流体セル又はサブピクセルの断面図である。なお、本開示全体を通じて、「サブピクセル」及び「流体セル」という用語は、互換的に使用されることがある。カラーフィルタを備える従来のフルカラーディスプレイでは、ピクセルは、白色から黒色まで全ての目に見える色を表示することができるように指定されている。そのため、ディスプレイのピクセルは、サブピクセルから構成される。各サブピクセルは、赤色、緑色、又は青色のカラーフィルタに関連付けられている。他のディスプレイでは、ディスプレイのピクセルは、シアン、マゼンタ、及び黄色（ＣＭＹ）のカラーフィルタと関連付けられたサブピクセルから構成されることがある。各サブピクセルは、ただ一つのトランジスタでアドレス指定可能である。本開示では、本発明の基本構成単位はサブピクセルである。各サブピクセルは、光を、その光が入射したのと同じカラーフィルタから出射するように向け直すことができる。

【0013】

ディスプレイ１００の実施形態は、観察者１０６に面した外側表面１０４を有する外側透明シート１０２を備える。実施形態によっては、外側透明シート１０２は、観察者１０６に面して、最上部に光拡散層（図示せず）を更に備えることがある。他の実施形態では、外側透明シート１０２は、観察者１０６と反対側の底面側に光拡散層（図示せず）を更に備えることがある。他の実施形態では、シート１０２は、光を散乱させるために、外観が乳白色であるか又は遮蔽されていてもよい。

【0014】

ディスプレイ１００は、従来のカラーフィルタ層１０８も備える。カラーフィルタ層は、複数の色付けされたフィルタ又はセグメントから構成され、それらの各々は異なる色である。図１Ａの例では、ピクセルは、従来の赤色１１０、緑色１１２、及び青色１１４のカラーフィルタから構成される。各カラーフィルタの幅は約５０μｍである。カラーフィルタは、シアン、マゼンタ、及び黄色であってもよい。

【0015】

ディスプレイ１００は、後方支持シート１１６から更に構成される。後方シート１１６は、複数の垂直に整列した支持体１１８によって、カラーフィルタ層１０８から実質的に均一な距離に維持される。各支持体１１８間の距離は、各Ｒ、Ｇ、又はＢフィルタ、それぞれ１１０、１１２、又は１１４の幅とほぼ同じである。他の実施形態では、支持体間の距離は、ピクセル全体の幅と同じであることがある。ディスプレイ１００の支持体１１８は、複数の個々の微細領域隔離ユニットを生成する。

【0016】

各ユニットの内部には、単一のカラーフィルタにほぼ位置を合わせられた構造体１２０がある。構造体１２０は、透明な固体の高屈折率材料（例えば、η＞約１．９０）を含む。例示的な実施形態では、構造体１２０はポリマーからなる。図１Ａに示すように、構造体１２０はカラーフィルタセグメントと位置合わせされる。図１Ａのディスプレイ１００中で示される構造体１２０の断面図は、円錐台又は切頭されたピラミッド（角錐台）の形状をしている。ピラミッドは、三角形のピラミッド又は四角形のピラミッドであってもよい。実施形態によっては、円錐台又は角錐台の高さは、それぞれ円錐又は角錐の高さの約半分である。なお、本明細書で実施形態の説明を進める前に留意されたいのは、構造体１２０は、概念的な目的のためにのみ、角錐台構造と呼ばれることである。他の実施形態では、この構造は様々な形状又は寸法であることがある。構造体１２０は、円錐台、切頭された菱形又は他の切頭された多角形から構成されてもよい。実施形態によっては、角錐台構造１２０の縁の角度は約５°〜約４５°である。他の実施形態では、縁の角度は約１０°〜３０°である。他の実施形態では、構造体１２０の縁の角度は約１０°である。この角度は、特定の用途のために光の反射を最適化するように変えることができる。

【0017】

各構造体１２０は、反射層又は被覆を含む。例示的な実施形態では、角錐台構造１２０は、反射被覆１２２を含む。実施形態によっては、被覆１２２は、光線を鏡面反射する。実施形態によっては、被覆１２２は、アルミニウムなどの反射性金属被覆であることがある。例示的な実施形態では、被覆１２２は連続的であり、サブピクセル内の構造体１２０の外側表面を完全に覆っている。例示的な実施形態では、被覆１２２は隣接するサブピクセル内で不連続である。実施形態によっては、反射性被覆１２２は、内側表面が透明で非伝導性の被覆を用いて不活性化された金属材料から構成されてもよい。被覆１２２は、外側表面上で電極として機能してもよい。実施形態によっては、被覆１２２は、光線を散乱して反射してもよい。一実施形態では、反射性被覆１２２は、これに限定するものではないが、透明なポリマー基質中に分散したテフロン（登録商標）又はＴｉＯ_２粒子の層を有してもよい。これは、光をより散乱させて反射するためであり、これにより、ディスプレイは観察者に対してより白い又はより柔らかい外観を提供することができる。別の実施形態では、反射性被覆１２２は、金属鏡面反射体であってもよい。透明シート１０２の内側又は外側に、光拡散層を追加してもよい。光拡散層をカラーフィルタ層１０８の内側に追加して、ディスプレイが観察者に対してより白い又は「より柔らかい」外観を有するようにしてもよい。

【0018】

図１Ａに示す反射性被覆１２２は、まっすぐである。他の実施形態では、反射性被覆１２２及び角錐台構造１２０の縁は、湾曲した形状を有してもよい。他の実施形態では、反射性被覆１２２及び角錐台構造１２０の縁は、凹状の形状を有してもよい。実施形態によっては、湾曲した反射性被覆１２２が、複合的な放物線状の集光装置に似た設計をもたらすことがある。反射性被覆の形状及び複数の角錐台構造１２２の縁の形状は、特定のディスプレイ用途に必要とされる光学利得、白色外観、及び視野角を最適化するように設計されてもよい。

【0019】

図１Ａのディスプレイ１００は、第１の電極層１２４を含む。実施形態によっては、電極層１２４は金属を含む。他の実施形態では、層１２４は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明な導電体、導電性ポリマー、又はポリマー基質中に分散した導電性ナノ粒子を含む。例示的な実施形態では、電極１２４は連続的であり、サブピクセル構造内の構造体１２０の外側表面を完全に覆っている。例示的な実施形態では、電極層１２４は隣接するサブピクセル間で不連続である。

【0020】

図１Ａは、角錐台構造１２０の底部に、透明底面１２６を示している。面１２６は、内側表面に多数の透明な凸状突起部（図示せず）を含む。実施形態によっては、凸状突起部は、「半球」、「半ビーズ」、「ビーズ」、「半球状の突起部」、又は「プリズム」の形態であることがある。半球は互いに密に配置されて、半球のうちの１つの直径にほぼ等しい厚さを有する、内側に突出している単層を形成する。理想的には、複数の半球の各々が、密集した配置でその半球に直接隣接する半球の全てと接触する。隣接する半球間には、最小の隙間のギャップ（理想的には、ギャップは無い）が残る。設計に関わらず、半球は、全反射（ＴＩＲ）用に構成されてもよい。それらは、本明細書に記載されるＦＴＩＲ（ｆｒｕｓｔｒａｔａｂｌｅ ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）に基づくディスプレイ実施形態で互換的に使用されることがある。

【0021】

図１Ａは、第２の電極層１２８を含むディスプレイ１００を更に示す。層１２８は、後方支持体１１６上に位置し、面１２６の向かいに配置される。例示的な実施形態では、層１２８は光反射性である。実施形態によっては、層１２８はアルミニウムなどの金属を含む。他の実施形態では、層１２８は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。他の実施形態では、層１２８は直接駆動電極のパターン化されたアレイの一部である。

【0022】

ディスプレイ１００は、媒体１３０を含む。媒体１３０は、垂直に整列した支持体１１８、第１の電極層１２４、角錐台構造の透明底部１２６、後方支持体１１６及び第２の電極層１２８によって生成される空隙又は空洞内に更に配置される。従って、角錐台構造と液体全反射（ＴＩＲ）との界面が、面１２６に形成される。媒体１３０は、不活性で、低屈折率（即ち、約１．３５未満）で、低粘度で、電気的に絶縁性の流体であってもよい。実施形態によっては、媒体１３０はペルフルオロ化炭化水素の液体を含む。媒体１３０は、ミネソタ州、Ｓｔ．Ｐａｕｌの３Ｍから入手可能な、Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標）ペルフルオロ化炭化水素液（η約１．２７）などの液体であってもよいが、これに限定するものではない。

【0023】

図１Ａのディスプレイ１００は、少なくとも１つ又は複数の電気泳動で可動の光吸収粒子１３２を更に含む。この粒子は、媒体１３０中に浮遊していてもよい。粒子１３２は、正の電荷又は負の電荷を有していてもよい。粒子１３２は、金属酸化物系の顔料などの無機材料を含んでいてもよい。粒子１３２は、カーボンブラック又は他の炭素系顔料などの、炭素系材料を含んでいてもよい。粒子１３２は、無機材料と炭素系材料との組み合わせを含んでいてもよい。一実施形態では、粒子は、付着したポリマーの外側層又は被覆を有する、金属酸化物系のコア材料を含んでもよい。別の実施形態では、粒子は、付着したポリマーの外側層又は被覆を有する、カーボンブラック又はグラファイトなどの炭素系コアを含んでもよい。他の実施形態では、粒子は染料を含んでもよい。

【0024】

例示のディスプレイ１００に示されるように、粒子１３２は、垂直に整列した支持体１１８、第１の電極層１２４、角錐台構造１２０の透明底部１２６、後方支持体１１６及び第２の電極層１２８によって生成される空隙内に封じ込められる。封じ込めは、粒子が移動、沈殿、又は凝集するのを防ぐのに役立つ。これにより、ディスプレイ全体に渡る粒子の均一な分布及び密度を維持する。これにより、均一なディスプレイの動作、外観、及びより長い動作寿命をもたらすことができる。

【0025】

点線のボックス１３４は、ディスプレイ１００のサブピクセルの輪郭を示す。サブピクセル１３４では、光が向け直されるか又は吸収される。サブピクセルでは、光が明状態と暗状態との間で変調される。各サブピクセルは、カラーフィルタアレイ層１０８のうちの１つのカラーフィルタと関連付けられている。ディスプレイ１００では、サブピクセル１３４はカラーフィルタ１１２と関連付けられている。

【0026】

図１Ａには示していないが、ディスプレイは電圧源も含むことでもよい。電圧源は、各電極に実質的に均一な電圧を供給してもよい。電圧源は、各電極に独立してバイアスをかけてもよい。或いは、電圧源は、電極の一方又は両方に、他の電極に印加されたバイアスの関数としてバイアスをかけて、電極間に電磁場又は差動バイアスを生成してもよい。プロセッサ回路、メモリ回路、及びスイッチング回路を含むコントローラを使用して、各電極を駆動してもよい。メモリ回路が命令を記憶してプロセッサ回路及びスイッチング回路を駆動してもよく、それによって、所定の基準に従って、電極を組み入れたり解放したりする。

【0027】

図１Ａに図示するディスプレイ１００の実施形態は、明状態である。粒子１２６の電荷と反対の極性の電圧を電極１２４に印加することにより、粒子は面１２４に引き付けられる。粒子は陰に隠れ、入射光を吸収することができない。この構成では、入射光は単一のカラーサブピクセルに入射し、向け直されて同じサブピクセルから出射する前に吸収されないことがある。

【0028】

図１Ａに示されるように、本明細書のディスプレイ設計に基づいて可能である、少なくとも２つの異なる光反射モードがある。１つはＴＩＲであり、もう１つは従来の反射である。第１のＴＩＲモードでは、入射光線１３６によって表わされる入射光がカラーフィルタ１１２を通過して入射する。この光は、まず、反射層１２２から反射されること１３８がある。次いで、この光は面１２６に向かって反射されることがある。面１２６は、半球体アレイと低屈折率媒体との界面が存在する場所である。入射角θが臨界角θ_ｃより大きい場合、光はこの境界１２６で反射し１３８、ＴＩＲが発生する。次いで、光線は反射性被覆１２２から反射されることがある。次いで、光線は、観察者１０６に向けて戻るように向け直された光線１４２として出射することがある。光線１４２は、最初に入射したのと同じカラーフィルタ１１２を通過して出射して、ディスプレイの明状態を作り出す。なお、これはディスプレイ１００のアーキテクチャで可能な光の向け直し経路のほんの一例に過ぎない。可能であるＴＩＲベースの光向け直し経路は無数に存在する。

【0029】

ディスプレイ１００では、第２の従来の反射モードも可能である。これは、入射角θが臨界角θ_ｃ未満となるように光線が面１２６に進入するときにおこる。この角度では、光線は単に面１２６を通過し、全反射されない。これは、入射光線１４４によって表わされる。入射光線１４４は、反射性電極層１２８によって反射されることがある。この光線は、向け直された光線１４６として、光線が最初に入射したのと同じカラーフィルタ１１２を通過して戻るように出射する。なお、従来の反射型ディスプレイは、光が通過する透明な前面シート上に透明な導電性ＩＴＯ層を有する。ＩＴＯは透明であると考えられるものの、光がディスプレイに入射して出射するときに光がＩＴＯ層を通過する際に、幾らかの光が失われる。本明細書に記載するアーキテクチャは、そのような層を必要とせず、それによりディスプレイの効率を更に向上させる。

【0030】

図１Ｂは、暗状態における位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイのサブピクセルの断面図である。ディスプレイの設計は、図１Ａに示され前述の段落で説明された設計と同じである。図１Ｂでは、粒子１３２と反対の極性の電圧が電極１２８に印加されている。粒子１３２は、電極１２８に引き付けられ、電極１２８と面１２６との間の空洞内に配置される。光線１４８によって表わされる入射光は、カラーフィルタ１１２を通過して入射し、面１１６から反射されることがある。向け直された光線１５０は、臨界角θ_ｃよりも大きな角度θで、面１２６に進入することがある。光線１５０は、全反射される代わりに、エバネセント波領域内に配置された電気泳動可動粒子１３２によって吸収される。ＴＩＲは阻止され、暗状態がもたらされる。なお、無数の向け直された光の経路が存在し、エバネセント波領域内の粒子によって吸収されることがある。図１Ｂの例は、例示目的のみのためのものである。

【0031】

第２の代表的な入射光線１５２が、図１Ｂのカラーセグメント１１２を通過して入射するが、面１１６によって反射はされない。この例では、光線１５２は面１２６に直接入射する。入射角θは、臨界角θ_ｃ未満である。光線１５２は面１２６を通過することがあり、粒子１３２によって吸収される。観察者１０６により観察されるように、入射光の吸収により生成されるディスプレイの暗状態。

【0032】

一実施形態では、粒子が第１の電極表面１１６と第２の電極表面１２８との間で移動する距離は、少なくとも約１０μｍである。距離が短いと、ビデオレートの用途が可能になることがある。実施形態によっては、明状態と暗状態との間のスイッチング速度は、印加される電圧の大きさによって影響される。

【0033】

図２は、位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイの複数のサブピクセルの断面図である。ディスプレイ２００は、図１Ａ及び図１Ｂで説明した個々のサブピクセルが複数あるものである。ディスプレイ２００は、一般的に、前面透明シート２０２、カラーフィルタ層２０４、角錐台構造２０８を含む複数のサブピクセル構造の層２０６、後方支持シート２１０、反射層２１２、及び後方電極２１４から構成される。図２は、各サブピクセル２１６（点線のボックスによって示される）内の各角錐台構造２０８が、どのように単一のカラーフィルタに位置合わせされるかを示している。層２０４のカラーフィルタは、２１８、２２０、及び２２２とラベル付けされ、赤色、緑色、及び青色であることがある。実施形態によっては、カラーフィルタは、シアン、マゼンタ、及び黄色であってもよい。

【0034】

実施形態によっては、ディスプレイ２００は、指向性フロントライト構造を含むことがある。従来の指向性フロントライトシステムを使用することでもよい。フロントライトシステムは、一般的に、光抽出素子のアレイ（図示せず）を含む導光体２２４及び光源２２６から構成されることがある。光源２２６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）、又は表面実装技術（ＳＭＴ）白熱灯を含むことがある。導光体２２４は、光を透明前面シート２０２に向ける。光抽出素子は、狭い角度で光を垂直な方向に向ける。光は、カラーフィルタ層２０４及び層２０６に向かう３０°の円錐の周りに集中することがある。導光体２２４は、前面シート２０２と観察者２２８との間に配置される。

【0035】

図３は、位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイの複数の切頭された四角形のピラミッド形状（角錐台形状）の領域の底面図である。図３の描写は、列３０４及び行３０６に周期的に密に詰められた配置での、個々の角錐台構造３０２（点線のボックスで示される）のアレイ３００を示している。この図では、各角錐台構造３０２の後方ＴＩＲ面３０８及び反射層３１０の位置が示されている。図示していないが、各角錐台構造３０２の上部には、並んで周期的な配置で、単一のカラーフィルタセグメントが配置される。

【0036】

図４は、位置合わせ済カラーフィルタ反射型ディスプレイの複数の円錐台形状の構造体の底面図である。図４の描写は、列４０４及び行４０６に密に詰められた配置での、個々の円錐台構造４０２（点線のボックスで示される）のアレイ４００を示している。この図では、各円錐台構造における後方ＴＩＲ面４０８及び反射性被覆４１０の表面の位置が観察され得る。図示していないが、各円錐台構造の上部には、並んで周期的な配置で、単一のカラーフィルタが配置される。図３及び図４では、四角形のピラミッド状の領域及び円錐状の構造体をそれぞれ図示したが、構造体は、様々な形状及び寸法、並びに詰め方で設計してもよい。例えば、構造体は、切頭された三角形のピラミッド、六角形又は菱形状の形状、又はそれらの組み合わせでもよい。構造体は、密に詰められているか又は他の配置になっていてもよく、同じサイズであるか又は異なるサイズであってもよく、各々が単一のカラーフィルタと位置合わせされていてもよい。

【0037】

他の実施形態では、本明細書に記載する少なくとも１つの位置合わせされたサブピクセルを有する任意の反射型画像ディスプレイが、少なくとも１つの縁シール部を更に含むことがある。縁シール部は、熱的に又は光化学作用により硬化される材料であってもよい。縁シール部は、エポキシ樹脂、シリコーン、又は他のポリマーベースの材料を含んでもよい。

【0038】

実施形態によっては、本明細書に記載するサブピクセルを有する反射型ディスプレイの設計と共に指向性フロントライトが採用されることがある。他の実施形態では、フロントライト及びカラーフィルタの両方が、本明細書に記載するディスプレイ設計と共に採用されることがある。他の実施形態では、観察者によって観察される反射光を「和らげる」ために、光拡散層がディスプレイと共に使用されることがある。他の実施形態では、光拡散層が、フロントライト若しくはカラーフィルタ層と組み合わせて、又はそれらの組み合わせと組み合わせて、使用されることがある。

【0039】

他の実施形態では、本明細書に記載する少なくとも１つの位置合わせされたサブピクセルを有する任意の反射型画像ディスプレイが、少なくとも１つの誘電体層を更に含むことがある。誘電体層は、有機ポリマーなどの有機材料から構成されてもよい。誘電体層は、ＳｉＯ_２などの無機材料から構成されてもよい。実施形態によっては、誘電体層はパリレン系ポリマーを含むことがある。

【0040】

実施形態によっては、命令を含んでいる具複数体的な機械可読の非一時的記憶媒体を、本明細書に記載する少なくとも１つのサブピクセルを有する反射型ディスプレイと組み合わせて使用することがある。他の実施形態では、この具体的な機械可読の非一時的記憶媒体を、更に１つ又は複数のプロセッサと組み合わせて使用することがある。

【0041】

本明細書に記載するディスプレイの実施形態では、それらは、電子書籍リーダー、ポータブルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ウェアラブル、携帯電話、スマートカード、標識、時計、棚札、フラッシュドライブ、及び屋外広告掲示板又は屋外看板などの用途で使用されることがある。

【実施例】

【0042】

以下の実施例は、本開示の非限定的な実施形態を更に示すために、提供される。実施例１は、複数のカラーフィルタを有するピクセルアレイと、前面電極と、後方電極と、後方電極と複数のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタとの間に配置される光指向構造とを備え、前面電極及び後方電極はそれらの間に隙間を形成し、光指向構造は、複数のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタを通過して入射する光線を捕捉して、入射光線を実質的に吸収するか、又は複数のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタを通って入射光線を実質的に反射するように構成される、反射型画像ディスプレイに関する。

【0043】

実施例２は、第１及び第２の電極に印加された差動バイアスの関数として、第１の電極と第２の電極との間で移動可能な、複数の電気泳動粒子を更に含む、実施例１に記載の画像ディスプレイに関する。

【0044】

実施例３は、複数のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタ、前面電極、及び２つの隣接する光指向構造のうちの一部がサブピクセル構造を規定する、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0045】

実施例４は、光指向構造が、入射光線をサブピクセル構造内に向けるように構成されたピラミッド構造又は円筒形構造の一部を更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0046】

実施例５は、前面電極がサブピクセル構造において連続的な表面を規定する、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0047】

実施例６は、前面電極が２つの隣接するサブピクセル構造間に不連続な表面を規定する、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0048】

実施例７は、一対の隣接する光指向構造が第１のカラーフィルタの両端と整列されている、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0049】

実施例８は、サブピクセル構造が全反射用の凸状突起部の面を更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0050】

実施例９は、光指向構造が少なくとも１つのカラーフィルタと位置合わせされている、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0051】

実施例１０は、光指向構造が反射性被覆を更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0052】

実施例１１は、入射光線をピクセルの複数のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタを通してフィルタリングしてフィルタされた光線を提供するステップと、構造ペアのうちの第１の構造でフィルタされた光線を受け取り、フィルタされた光線を構造ペアのうちの第２の構造に向けるステップと、構造ペアのうちの第２の構造で受け取られたフィルタされた光線の少なくとも一部を複数のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタを通して実質的に反射するステップと、を含む反射画像を表示するための方法を含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0053】

実施例１２は、入射光線を複数のカラーフィルタを支持する外側透明シートで受け取るステップを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0054】

実施例１３は、フィルタされた光線の一部を、構造ペアの第１又は第２の構造のうちの１つで吸収するステップを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0055】

実施例１４は、複数の電気泳動粒子を第１又は第２の構造のうちの１つ又は両方へ駆動してフィルタされた光線の一部を吸収するステップを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0056】

実施例１５は、複数の電気泳動粒子を第１の構造へ駆動してフィルタされた光線の一部を吸収するステップを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0057】

実施例１６は、複数の電気泳動粒子を第２の構造へ駆動してフィルタされた光線の一部を吸収するステップを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0058】

実施例１７は、複数の電気泳動粒子を第１の構造と第２の構造との間の範囲へ駆動してフィルタされた光線の一部を吸収するステップを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0059】

実施例１８は、１つ又は複数のプロセッサによって実行されると、入射光線をピクセルの複数のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタを通してフィルタリングしてフィルタされた光線を提供する動作と、構造ペアのうちの第１の構造でフィルタされた光線を受け取り、フィルタされた光線を構造ペアのうちの第２の構造に向ける動作と、構造ペアのうちの第２の構造で受け取られたフィルタされた光線の少なくとも一部を複数のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタを通して実質的に反射する動作と、を含む動作を実行することになる命令を含んでいるコンピュータ可読の非一時的記憶媒体を含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0060】

実施例１９は、入射光線を複数のカラーフィルタを支持する外側透明シートで受け取ることを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0061】

実施例２０は、フィルタされた光線の一部を、構造ペアの第１又は第２の構造のうちの１つで吸収することを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0062】

実施例２１は、複数の電気泳動粒子を第１又は第２の構造のうちの１つ又は両方へ駆動してフィルタされた光線の一部を吸収することを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0063】

実施例２２は、複数の電気泳動粒子を第１の構造へ駆動してフィルタされた光線の一部を吸収することを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0064】

実施例２３は、複数の電気泳動粒子を第２の構造へ駆動してフィルタされた光線の一部を吸収することを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0065】

実施例２４は、複数の電気泳動粒子を第１の構造と第２の構造との間の範囲へ駆動してフィルタされた光線の一部を吸収することを更に含む、先の実施例のうちのいずれかに記載の画像ディスプレイに関する。

【0066】

本開示の原理を本明細書に示す例示的な実施形態に関連付けて示したが、本開示の原理は、それらに限定されず、任意のそれらの修正、変形、又は置換を含む。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】