デジタル制御可能なマイクロ流体ディスプレイのための流体アクチュエータ
【課題】重量が著しく低減され、広い色域を提供することが可能であって、モジュール化することも容易であり、視認の質が天候の条件によって影響されにくい、ディスプレイを提供する。
【解決手段】各ピクセルが、壁と、マイクロ流体システムとを含み、マイクロ流体システムが、壁の前記第１の側部に配置された、変形可能な壁により部分的に定められるリザーバ・チャンバと、リザーバ内に配置された着色流体と、壁の第２の側部に配置されたディスプレイ・チャンバと、リザーバとディスプレイ・チャンバとの間を連通させる導管と、導管を通して、リザーバとディスプレイ・チャンバとの間で着色流体の一部を選択的に移送するための手段を含む流体アクチュエータとを含むディスプレイ。
【解決手段】各ピクセルが、壁と、マイクロ流体システムとを含み、マイクロ流体システムが、壁の前記第１の側部に配置された、変形可能な壁により部分的に定められるリザーバ・チャンバと、リザーバ内に配置された着色流体と、壁の第２の側部に配置されたディスプレイ・チャンバと、リザーバとディスプレイ・チャンバとの間を連通させる導管と、導管を通して、リザーバとディスプレイ・チャンバとの間で着色流体の一部を選択的に移送するための手段を含む流体アクチュエータとを含むディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型ディスプレイの改善に関する。以下の説明は、当業者が特定の用途及びその要件の内容において提供されるように本発明を製造し利用することができるように提示される。ここで用いられる「上側」、「上向きに」、「下側」、「下向きに」、「前方」、「後方」といった方向の用語は、説明のための相対的位置を与えることを意図されており、絶対的な参照枠を指定することを意図されてはいない。当業者であれば、好ましい実施形態に対する種々の修正は明らかであり、ここで定められる一般原理は他の実施形態に適用することができる。従って、本発明は、図示され説明される特定の実施形態に限定されることを意図されず、ここに開示される原理及び新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲を付与されるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】「ＬＡＲＧＥ ＦＯＲＭＡＴ ＭＩＣＲＯＦＬＵＩＤＩＣ ＤＩＧＩＴＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ」という名称の米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１Ａ】本発明による大型ディスプレイの一般化されたマイクロ流体ピクセルを示す断面側面図である。
【図１Ｂ】本発明による大型ディスプレイの一般化されたマイクロ流体ピクセルを示す断面側面図である。
【図２Ａ】「背景」外観を示す図である。
【図２Ｂ】「背景」外観を示す図である。
【図３】本発明の簡略化された特定の実施形態によるマイクロ流体ピクセルのアレイを含む大型ディスプレイを示す正面側面斜視図である。
【図４Ａ】本発明の簡略化された特定の実施形態によるピクセルの電気化学ポンプを示す断面側面図である。
【図４Ｂ】本発明の簡略化された特定の実施形態によるピクセルの電気化学ポンプを示す断面側面図である。
【図４Ｃ】本発明の簡略化された特定の実施形態によるピクセルの電気化学ポンプを示す断面側面図である。
【図５Ａ】本発明の特定の実施形態によるブラダー型ディスプレイ・チャンバ及び電気化学ポンプを含むピクセルを視認する断面図である。
【図５Ｂ】本発明の特定の実施形態によるブラダー型ディスプレイ・チャンバ及び電気化学ポンプを含むピクセルを視認する断面図である。
【図６Ａ】ピクセルの背景外観を示す図である。
【図６Ｂ】ディスプレイの表面部分の外観を示す図である。
【図６Ｃ】ディスプレイの表面部分の外観を示す図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態によるダイアフラム型ピクセルの断面側面図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態によるダイアフラム型ピクセルの断面側面図である。
【図８Ａ】作動中のピクセルのディスプレイ表面の正面図である。
【図８Ｂ】作動中のピクセルのディスプレイ表面の正面図である。
【図９】本発明の別の簡略化された具体的な実施形態によるカラーのダイアフラム型ピクセルを示す断面側面図である。
【図１０】本発明の別の簡略化された具体的な実施形態によるカラーのダイアフラム型ピクセルを示す正面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態によるＣＭＹピクセルのアレイを電気的にアドレス指定する受動マトリックスのアドレス指定構成を含む大型ディスプレイの裏面を示す簡略化された概略図である。
【図１２】ディスプレイの例示的なポンプの付加的な詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明による大型ディスプレイ（図３を参照して以下に説明される）の一般化されたマイクロ流体ピクセル１１０を示す断面側面図である。ピクセル１１０は、各ピクセル１１０−Ｘは、前面１２１及び相対する背面１２２を有する壁１２０と、壁の後方の（第１の）側（即ち背面１２２に面する）に配置されたリザーバ１３０と、着色流体１４０と、壁の前方の（第２の）側（即ち前面１２１を覆う）に配置された少なくとも１つのディスプレイ・チャンバ１５０と、リザーバ１３０とディスプレイ・チャンバ１５０との間を連通させる導管１６０と、リザーバ１３０とディスプレイ・チャンバ１５０との間に着色流体１４０の一部を移送する流体アクチュエータを含むマイクロ流体システムとを含む。流体アクチュエータ１７０は、デジタル命令信号をデジタル制御回路１８０から受信し、これは一群のピクセル（図示せず）により共用され、したがって、着色流体１４０を、リザーバ１３０とディスプレイ・チャンバ１５０との間で、導管１６０により移送（送出）するように作動される。
【０００５】
本発明の態様によれば、リザーバ１３０は、変形可能な壁（例えば、エラストマ性メンブレン）１３５により部分的に定められるリザーバ・チャンバ１３４を含み、流体アクチュエータ１７０は、力Ｆ１（図１（Ａ）に示す）又は力Ｆ２（図１（Ｂ）に示す）を、選択的に、変形可能な壁１３５に加えるための機構「手段」を含んで、変形可能な壁１３５を（例えば図１（Ａ）に示すように）変形するか或いは別の方法により変位させ、着色流体１４０の一部が、選択的に、第１リザーバ１３０とディスプレイ・チャンバ１５０との間で、導管１６０を通って移送されるようにする。例えば、図１（Ａ）に示すように、第１の命令信号Ｃ１をデジタル制御回路１８０から受信すると、流体アクチュエータ１７０は、変形可能な壁１３５をリザーバ・チャンバ１３４に押し付ける力Ｆ１を生成して、リザーバ・チャンバ１３４の内側の圧力を増加させ、着色流体１４０が導管１６０を通り、ディスプレイ・チャンバ１５０に押し込まれるようにする。対照的に、図１（Ｂ）に示すように、第２の命令信号Ｃ２をデジタル制御回路１８０から受信すると、流体アクチュエータ１７０は、変形可能な壁１３５をリザーバ・チャンバ１３４から引き出す力Ｆ２を生成して（或いは、変形可能な壁１３５を非延伸状態に戻して）、リザーバ・チャンバ１３４の内側の圧力を減少させ、着色流体１４０が導管１６０を通り、リザーバ・チャンバ１３４に戻るようにする。
【０００６】
本発明の実施形態によれば、ディスプレイ・チャンバ１５０は、前面１２１の上に配置された透明な構造体を含み、前面１２１は塗装されるか或いは別の方法により所定の背景外観（例えば、白）で生成される。この構成により、ピクセル１１０の外観は、ディスプレイ・チャンバ１５０に着色剤流体１４０がない場合に前面１２１により生成される「背景」（第１）外観と、ディスプレイ・チャンバ１５０に着色流体１４０があることにより生成される「着色された」（第２）外観との間で変更可能である。例えば、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、着色流体１４０がディスプレイ・チャンバ１５０に移送されたときに生成される「着色された」外観１０１−１を示し、これにより、前面１２１はディスプレイ・チャンバ１５０に配置された着色流体の一部により曖昧になる。対照的に、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、「背景」外観１０１−２は、着色流体１４０の実質的にすべてがリザーバ１３０に移送されたときに生成され、これにより、前面１２１は、ディスプレイ・チャンバ１５０を定める透明な構造体を通して視認される。
【０００７】
図３は、本発明の簡略化された特定の実施形態による、各々が図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように構築され動作されるマイクロ流体ピクセル１１０のアレイを含む大型ディスプレイ１００を示す正面側面斜視図である。ディスプレイ１００は、例えば支持ベース１０３と支持フレーム１０５とを含む支持構造体の上に支持される。ピクセル１１０は行と列とに配列され、それにより、各ピクセル１１０は、ディスプレイ１００の２次元ディスプレイ表面１０１の対応するディスプレイ表面部分を形成する。したがって、ディスプレイ表面１０１の外観全体は、各々のピクセル１１０の外観を変化させることにより、選択的に制御される。例えば、図３に示す簡略化された実施形態により示されるように、ディスプレイ表面１０１の外観は、選択された第１のピクセル１１０−１が集合的に「Ｂ」を形成する色の暗いディスプレイ表面部分１０１−１を作り出し、選択された第２のピクセル１１０−２が集合的に「Ｕ」を形成する色の暗いディスプレイ表面部分１０１−２を作り出し、選択された第３のピクセル１１０−３が集合的に「Ｙ」を形成する色の暗いディスプレイ表面部分１０１−３を作り出すように制御し、残りのピクセル１１０−４は、その関連付けられたディスプレイ表面部分１０１−４が背景外観（例えば白色）を作り出すように制御することにより、「ＢＵＹ」という単語を表示するように選択的に制御される。
【０００８】
本発明の態様によれば、マイクロ流体ピクセル１１０は殆ど全てポリマー又は他の軽量材料を用いて製造され、それにより、既存の支持構造体の修正を必要とすることなく既存の印刷された屋外広告看板を置き換えるのに適した寸法及び重量をもったディスプレイ１００を製造することが容易になる。ここで用いられる「大型ディスプレイ」という用語は、ここでは、支持構造体（例えば支持ベース１０３及びフレーム１０５）に取り付けるために製造され、少なくとも４フィートの幅Ｗと少なくとも３フィートの高さＨとを有するディスプレイ表面１０１を有する、「屋外広告看板」タイプの表示を示すのに用いられる。典型的な大型「掲示板」サイズの屋外広告ディスプレイは４８フィートの幅Ｗと、１４フィートの高さＨを有する。
【０００９】
代替的な実施形態により、ディスプレイ１００は、反射型ディスプレイ（即ち、従来の印刷された屋外広告看板と同様のもの）の役目を果たすように構成されるか、又は、光透過性材料を用いて壁１２０を形成することにより、光透過（バックライト）型ディスプレイとして作動するように構成される。壁１２０が不透明材料を用いて製造される場合にはディスプレイ１００は晴天の環境に適した反射型の用途に限定され、夜間には、ディスプレイ表面１０１に向けた外部光（例えばランプ１０７、図１を見よ）を用いて観察される。よって、ディスプレイ１００は、図３に示された光１０７と同様の既存の外部光を利用する既存の印刷された屋外広告看板を置き換えるのに適している。１つの代替的な実施形態においては、半透明材料を用いて壁１２０が製造され、背面１２２を通して光を向ける好適なバックライト構成が提供され、それにより、ディスプレイ１００は、ディスプレイ表面１０１が外部照明なしに「発光する」ように、透過型ディスプレイとして作動する。
【００１０】
大型ディスプレイ１００の付加的な特徴及び詳細は、引用によりその全体をここに組み入れる、共同出願され、係属中の特許文献１に開示される。
【００１１】
本発明の代替的な実施形態によれば、各々のピクセル１１０の流体アクチュエータ１７０は、外観変化中においてのみ電力を消費するポンプ機構を用いて実施され（例えば、図１（Ａ）の「着色された」外観を図１（Ｂ）の背景外観に変化させる、図１（Ｂ）の背景外観を図１（Ａ）の「着色された」外観に変化させる、又は、２つの異なる「着色された」外観の間で変化させる）、適用される電力を必要とすることなく、選択された外観を維持することを容易にする。以下に説明される特定の実施形態においては、電気化学ポンプ機構を用いて、所望の動作機能を提供する。代替的な実施形態においては（図示せず）、同様な動作機能は、圧電機構、示差（バイメタル）熱膨張機構、形状記憶合金機構、電気浸透機構、熱含気性機構、ハイドロゲル・アクチュエータ、及び静圧源が加えられた弁アレイ、又は当業者に知られる他のマイクロ流体作動機構を用いて生成可能である。
【００１２】
図４（Ａ）から図４（Ｃ）は、本発明の簡略化された特定の実施形態によるピクセルの電気化学ポンプ１７０Ａ（他に示されない限り）を示す断面側面図である。ポンプ１７０Ａは、ピクセルのリザーバ（図示せず）の変形可能な壁１３５Ａと協働して、イオン溶液１７５Ａ（例えば、典型的には、基、酸、又は塩の溶質からのプラスイオンが加えられた水を含む水性電解質溶液）を含むポンプ・チャンバ１７４Ａを定める剛性のある壁１７１Ａにより形成される電気化学セルを含む。第１の（例えば、プラチナ）電極１７６Ａ−１及び第２の（例えば、プラチナ）電極１７６Ａ−２は、離間構成で、ポンプ・チャンバ１７４Ａの内側に配置される。ポンプ制御回路１７９Ａは、壁１７１Ａを通る、対応するコンダクタ１７７Ａ−１及び１７７Ａ−２のそれぞれにより、電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に接続される。ポンプ制御回路１７９Ａは、対応する制御信号（例えば、電流、電圧、又は電荷）に応答して、以下に説明される所定の電位を電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に印加する既知の技術を用いて構築される。
【００１３】
図４（Ａ）から図４（Ｃ）に示す実施形態によれば、着色流体を、その関連するリザーバからその関連するディスプレイ・チャンバ（図示せず）に移送するために、変形可能な壁１３５Ａを変位させる作動力は、気体の製造により生成される。図４（Ａ）に示すように、制御信号Ｃ１に応答して、ポンプ制御回路１７９Ａは、電流Ｉ１を、導電性溶液１７５Ａを通して、図４（Ａ）の破線の湾曲した矢印により示すように、電極１７６Ａ−１と１７６Ａ−２との間に誘起させるために、第１電位を電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に印加する。電流Ｉ１は、電気化学セルが、気泡（例えば、水素（Ｈ2）及び酸素（Ｏ2）の気泡）を生成するようにし、電気化学作動に必要とされる電流Ｉ１は、例えば方程式１から４に示されるように計算される。
６Ｈ2Ｏ⇔２Ｈ2＋Ｏ2＋４Ｈ+＋４ＯＨ- 方程式１
ここで、Ｎは気体のモル、Ｒは一般気体定数、Ｔは温度、Ｖは気体量、Ｐは気体の圧力、ｉは電流Ｉ１、ｔは時間（秒）、ｎは気体１分子を生成するのに必要な電子の数、及びＦはファラデー定数である。電流Ｉ１を発生させるのに必要な電圧は、溶液１７５Ａ、溶液／電極の界面、電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２の直列抵抗、及び他の電子パッケージング抵抗（すなわち、トレース、個別の装置等）によって決まる。図４に示すように、結果として得られる気体の発生は、ポンプ・チャンバ１７４Ａの内側の流体圧力を増加させて、変形可能な壁１３５Ａを外方に変位させる作動力を生成する。本明細書において説明されるように、メンブレン１３５Ａの外方変位は、着色流体を関連するリザーバ（図示せず）から押し出し、その関連するディスプレイ・チャンバに押し込む。着色流体の容量に対する制御は、発生気体の量を制御することにより制御可能であり、相対的な大量の着色流体の移送は、電流Ｉ１のマグニチュードを増加させることにより水素と酸素の気体のより大きい量を生成することによって、又は、電流Ｉ１をより長い時間の期間だけ維持することによって、実現される。１つの実施形態においては、電気化学プロセスにより発生された２つの気体（例えば、Ｏ2及びＨ2）は、互いに混合されることなく、別個のチャンバ内で生成され、格納される。
【００１４】
図４（Ｂ）に示すように、気体の発生は、電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に印加される電気位置の除去により中止され、これは、電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２が分離されている（すなわち、浮動しているか又は非常に高い外部抵抗により離されている）限り、変形可能な壁１３５Ａが動作状態（すなわち、図４（Ｂ）に示す拡張状態、又は、図４（Ｃ）に示す収縮状態）のいずれかにおいて安定したまま残り、したがって、電気化学ポンプ１７０Ａを用いてピクセルを組み込む大面積ディスプレイが、通常のＬＥＤディスプレイと比較して、非常に低い消費電力で動作することを可能にする点で、電気化学ポンプ１７０Ａの利点を示す。
【００１５】
図４（Ｃ）に示すように、変形可能な壁１３５Ａの収縮は、第２の制御信号Ｃ２をポンプ制御回路１７９Ａに適用することにより実現される。制御信号Ｃ２が適用される間、ポンプ制御回路１７９Ａは、第２の所定の電位を電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に適用し（例えば、ポンプ制御回路１７９Ａは電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２を共に電気的に短絡させる）、したがって、方程式１に関して上述された電気化学反応を逆にして、水素及び酸素の気体が組み合わさって水を形成するようにする。結果として得られる水への気体の縮合は、ポンプリザーバ１７４Ａにおける流体の容積、したがって、圧力を減少させる。ポンプ・チャンバ１７４Ａにおける圧力が降下するに伴い、変形可能な壁における作動力が減少して、ポンプ・チャンバ１７４Ａに向かう変形可能な壁１３５Ａの変位が可能になる。１つの実施形態においては、関連するリザーバ・チャンバ（図示せず）における付随する減少した圧力は、着色流体をディスプレイ・チャンバの外及び前面壁の後ろに引き出して、上述のように、ディスプレイ外観を白色の背景外観に戻すようにする部分真空を生成する。他の実施形態においては、付加的な機構を用いて、着色流体のディスプレイ・チャンバからリザーバへの完全な戻りを実現する。
【００１６】
図５から図１０は、図４（Ａ）から図４（Ｃ）に関して上述されるものと同様な電気化学ポンプを用いる幾つかの簡略化された特定のピクセル構成を示す。当業者であれば、特定のピクセル構成に対する変形が可能であることを認識するであろう。したがって、上述のピクセル構成は、例示的なものであり、説明された構造体が特に挙げられていない限り、特許請求の範囲に限定されるものではないことが意図される。
【００１７】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の特定の実施形態によるブラダー型ディスプレイ・チャンバ１５０Ｂ及び電気化学ポンプ１７０Ｂを含むピクセル１１０Ｂを視認する断面図である。
【００１８】
図５（Ａ）の左側を参照すると、電気化学ポンプ１７０Ｂは、変形可能な壁１３５Ｂと協働する剛性のある壁１７１Ｂを含み、これは、離間関係で配置された第１電極１７６Ｂ−１及び第２電極１７６Ｂ−２を有する第１チャンバ部分１７４Ｂ−１と、変形可能な壁１３５Ｂにより部分的に定められる第２のチャンバ部分１７４Ｂ−２と、第１チャンバ部分１７４Ｂ−１及び第２チャンバ部分１７４Ｂ−２の下方領域の間で連通する（第２）導管１７３Ｂとを定める。この構成は、気体発生プロセスを第１のチャンバ部分１７６Ｂ−１に制限することにより、変形可能な壁１３５Ｂの信頼性のある変位を容易にする。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、上述の方法により、電位を電極１７６Ｂ−１及び１７６Ｂ−２にわたり印加することにより、Ｏ2及びＨ2の気体が発生されたとき、気体は第１チャンバ部分１７４Ｂ−１の上部に浮動する（Ｏ2及びＨ2の気体は、典型的には別個のチャンバ内に格納される）。導管１７３Ｂは、第１のチャンバ１７４Ｂ−１の底部に配置されるため、Ｏ2及びＨ2気体により発生した圧力の増加は、（液体）溶液を第２のチャンバ部分１７４Ｂ−２に導管１８３Ｂを通して押すのみである。したがって、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、（液体）溶液１７５Ｂのみが両方の動作状態で、変形可能な壁１３５Ｂに対して配置される。効率を増加させるために、小さい距離だけ、及び、高イオン又は電子移動度を可能にする媒体によって、電極を分離することが有利とすることができる。媒体の例としては、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）又は燃料セルの当業者に知られる他の固体高分子膜（ＰＥＭ）材料が挙げられる。
【００１９】
本実施形態の別の態様によれば、第１のチャンバ部分１７４Ｂ−１は細長くされ、垂直方向に伸び、電極１７６Ｂ−１及び１７６Ｂ−２は、実質的に、第１のチャンバ部分１７４Ｂ−１の長さ全体に沿って垂直方向に延びて、各々の電極の部分が第１のチャンバ部分１７４Ｂ−１の上端近くに配置される。この構成により、変換された水素及び酸素の気体は、電極１７６Ｂ−１及び１７６Ｂ−２と接触したまま残り、気体から水への信頼できる再変換を容易にする。
【００２０】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の右側を参照すると、ピクセル１１０Ｂは、さらに、白色の前面１２１Ｂ及び対向する後面１２２Ｂを有する壁１２０Ｂと、後面１２２Ｂとリザーバ・チャンバ１３４Ｂを形成するフレーム１３２Ｂ及び変形可能な壁１３５Ｂを含むリザーバと、前面１２１Ｂ上に配置されるディスプレイ・チャンバ１５０Ｂと、リザーバ１３０Ｂとディスプレイ・チャンバ１５０Ｂとの間の壁１２０Ｂを通る導管１６０Ｂとを含む。
【００２１】
関連する、引用によりその全体をここに組み入れる、共同出願され、係属中の特許文献１に説明された種々の実施形態によれば、ピクセル１１０Ｂは、「白黒」（二色）ディスプレイ、グレースケール（多階調）ディスプレイ、及び種々の表示制御特徴を有するカラーディスプレイの製造に関して最適化することができる。１つの特定の実施形態においては、着色流体１４０Ｂは、半透明であり（例えば、透明な液体内に懸濁されたカラー色素）、ポンプ１７０Ｂは、ピクセル１１０Ｂの外観が、明るい、中間の、及び暗い色合いの間で変化できるように制御される。例えば、図５（Ａ）及び図６（Ａ）は、ピクセル１１０Ｂの背景（又は明るい階調の）外観１０１Ｂ−１を示し、どの着色流体１４０Ｂも（又は非常に少量の着色流体１４０Ｂが）ディスプレイ・チャンバ１５０Ｂに配置されている。図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、ポンプ１７０Ｂが、上述のように、少量の着色流体１４０Ｂをディスプレイ・チャンバ１５０Ｂに移送するために作動されるとき、ディスプレイの表面部分１０１−２の外観は、前面１２１Ｂ及び少量の着色流体１４０Ｂの白い背景外観の混合物により定められる中間の色合いに変化する。図６（Ｃ）に示すように、より多い量の着色流体がディスプレイ・チャンバ１５０Ｂに移送されたときには、ディスプレイの表面部分１０１−３の外観は、着色流体により支配される相対的に暗い階調になる。
【００２２】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す実施形態の別の態様によれば、ピクセル１１０Ｂは、ブラダー型ディスプレイ・チャンバ１５０Ｂを含み、これは、壁１２０Ｂの前面１２１Ｂに（例えば接着剤により）固定される外周縁１５６Ｂを有するエラストマ性メンブレン１５５Ｂを含み、それにより、エラストマ性メンブレン１５５Ｂの中心領域の内面は、ピクセル１１０Ｅが、図５（Ａ）に示される第１の作動状態にあるときは、前方の壁１２１Ｂの中心領域に弾性的に押しつけられ、ここでは、着色流体１４０Ｂのほぼ全てがリザーバ１３０Ｂに配置される。上述のように、第１の動作状態においては、ディスプレイ表面部分１０１Ｂ−１は、図６（Ａ）に示すように前方の壁１２１Ｂにより形成される白い外観を有する。図５（Ｂ）に示すように、この構成においては、ポケット１５８Ｂがエラストマ性メンブレン１５５Ｂと前方の壁１２１Ｅとの間に、着色流体１４０Ｂを受け取るために形成される。さらに、導管１６０Ｂは、着色流体１４０Ｂがリザーバ１３０Ｅとディスプレイ・チャンバ１５０Ｂの中心部分との間を通過するように、１つ又はそれ以上のマイクロ・チャネルが定められた壁１２０Ｂを含む。１つの実施形態においては、１０ｍｍのピクセルのために２５０μｍの円形の貫通孔が提供され、ここで各々の孔の前側はディスプレイ・チャンバに連結し、後ろ側は直接リザーバ・チャンバに連結するか、又は後ろ側におけるより複雑な流体通路を介して連結する。より複雑な流体通路は、適切なスロット又は他の切抜きを各々の層に設けたシートを積層することにより、形成してもよい。切抜き及び円形の貫通孔は、レーザ・カット、ダイ・カット、或いは他の機械的な（成形）又は非機械的な（例えばエッチング又はリソグラフィ）方法を用いて形成してもよい。図６（Ｂ）に示されるように、カラーの外観を作り出すためには、ポンプ（図１７０Ｂ）が、リザーバ１３０Ｅの変形可能な壁１３５Ｂに押圧力Ｆを加え、これにより変形可能な壁１３５Ｂが変形し、リザーバ・チャンバが圧潰することによって、着色流体１４０Ｂを導管１６０Ｂに通し、エラストマ性メンブレン１５５Ｂの内面に向かって押し出す。着色流体１４０Ｂがポケット１５８Ｂに入ると共にメンブレン１５５Ｂは外方に膨張して、着色流体１４０Ｂに内面１２１Ｂを覆わせ、それにより、ディスプレイ表面部分１０１Ｂ２（図６（Ｂ））は「着色された」外観を呈する。力Ｆが増加すると、より多くの着色流体１４０Ｂがポケット１５８Ｂに移送され、エラストマ性メンブレン１５５Ｂをさらに膨張させ、それにより図６（Ｃ）における外観１０１Ｂ−３に示すように、「着色された」外観はより濃くなる。変形可能な壁１３５Ｂに対するポンプの力Ｆが減少すると、エラストマ性メンブレン１５５Ｂは元の（例えば平坦な）形状へと弾性的に変形できるようになり、着色流体１４０Ｂは導管１６０Ｂを通ってリザーバ１３０Ｂに戻るように移動することになる。着色流体１４０Ｂ及びエラストマ性メンブレン１５５Ｂの加えられる力Ｆに対する可変の変位は、予測可能な（従って確実に再現可能な）着色剤の光学濃度の範囲を提供している。
【００２３】
本発明者らは、ブラダー型ピクセル１１０Ｂは、大型（例えば２ｍｍから２０ｍｍ）のピクセルのみを必要とし、低速（例えば１００ミリ秒から３分までの範囲）でリフレッシュするだけでよい反射型大型ディスプレイ、特に著しい距離を隔てて視認されるものに関して、本質的により重要であり、小型及び／又は高速スイッチング・ピクセルに関してはそうでもないと感じている。即ち、ブラダー型ピクセルは妥当なコストで製造できない場合があるので、１ｍｍピクセル未満のピクセルには適さないことがある。他の用途におけるブラダー型ピクセル１１０Ｂの限界として可能性があるものは、前面１２１Ｂの外周領域において着色が限られる場合があることである。図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）において示されるように、エラストマ性メンブレン１５５Ｂが外周で接続しているので、着色流体１４０Ｂのより厚い層は、ピクセル１１０Ｂの外周領域よりも中心部に配置され、それにより、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示されるように、ディスプレイ表面部分１０１Ｂ−２及び１０１Ｂ−３は、より色が濃い中心領域と、実質的に白い比較的広い外周領域と、を有する。ブラダー型ピクセル１１０Ｂの別の可能性のある欠点は、着色流体１４０Ｂをリザーバ１３０Ｂに完全に送り戻すために追加の方法を用いることが必要となる場合があることである。このような方法は、着色流体の内部の流体構造に対する界面化学的修正を含むことがある。これは湿潤状態と湿潤解除状態との両方を制御し、提供する助けとなることもある。１つの手順は、ピクセル・キャビティを最初に光学的に透明なオイルで充填し、次いでピクセルを暗くするための非混和インクでオイルを排除することになろう。オイルは壁を濡らそうとするが、インクは壁を濡らそうとはしない。プラスチックの壁は常に非常に薄いオイルの膜を保持することになると予想される。このことがより多くの制御に繋がり、またインクにより壁が着色される可能性を緩和すると本発明者らは考える。代替的に、パネルの前側を１気圧より高い圧力下でパッケージング／シーリングすることによって行うことが可能な「ゼロ化」力をチャンバ・ブラダーの視認側に加えて、それによりピクセル・ポンプが差分Ｐに対して作動するようにしてもよい。必要であれば、差分Ｐは、従来のポンプによりパネル・レベルで加えてもよい。このゼロ化力は、ブラダーを元の状態に完全に戻し、着色料を全て排除するのに必要となることがある。これは、メンブレンの張力又はダイアフラムの剛性が十分に大きい復元力を提供しない場合に必要となることがある。
【００２４】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、ブラダー型ピクセル１１０Ｃに関連する着色が不均一になる問題に対処した本発明の別の実施形態によるダイアフラム型ピクセル１１０Ｃの断面側面図であり、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は作動中のピクセル１１０Ｃのディスプレイ表面の正面図である。ダイアフラム型ピクセル１１０Ｃは、ブラダー型ピクセル１１０Ｃの（上記で説明された）それと実質的に同一の、壁１２０Ｃと、リザーバ１３０Ｃと、着色流体１４０Ｃと、マイクロ・チャネル導管１６０Ｃと、電気化学ポンプ１７０Ｃを含み、従って、これらの部品の説明は簡略にするために省略される。
【００２５】
本発明の１つの態様により、ディスプレイ・チャンバ１５０Ｃは、外周フレーム１５２Ｃと、壁１２０Ｃの前面１２１Ｃと協働して固定容積のチャンバ１５４Ｃを定める、剛性のある透明な壁１５３Ｃと、フレーム１５２Ｃにより壁１２０Ｃの前面１２１Ｃに（例えば接着剤により）固定される外周縁１５７Ｃを有する「バギー型の」メンブレン１５５Ｃと、を含む。ブラダー型ピクセル１１０Ｅのエラストマ性メンブレン１５５Ｅと異なり、ピクセル１１０Ｃが図７（Ａ）に示される、着色流体１４０Ｃのほぼ全てがリザーバ１３０Ｃに配置されている（即ち、ディスプレイ表面部分１０１Ｃ−１は図８（Ａ）に示されるように前方の壁１２１Ｃにより形成される白い外観を有する）第１の作動状態にある時に、メンブレン１５５Ｃは比較的弛んでいる。図７（Ｂ）に示されるように、カラーの外観を作り出すためには、上記で説明されたような手法でポンプ（１７０Ｃ）がリザーバ１３０Ｃに押圧力Ｆを加え、それにより、着色流体１４０Ｃを、導管１６０Ｃを通し、メンブレン１５５Ｃの内面に向かって押し出し、着色流体１４０Ｃが、メンブレン１５５Ｃの内面と前面１２１Ｃとの間に定められるポケット１５８Ｃを充填し始めるようにする。着色流体１４０Ｃがポケット１５８Ｃに入ると共にメンブレン１５５Ｃは外方に膨張して固定容積チャンバ１５４Ｃを充填し、着色流体１４０Ｅに内面１２１Ｃを覆わせ、それにより、ディスプレイ表面部分１０１Ｃ−２（図８（Ｂ））は「着色された」外観を呈する。メンブレン１５５Ｃの外方への膨張は剛性のある透明な壁１５３Ｃによって制限されるので、着色流体１４０Ｃは、ブラダー型ピクセル１１０Ｂに比べて、実質的に均一な厚さを形成することに留意せよ。力Ｆが増加すると、より多くの着色流体１４０Ｃがポケット１５８Ｃに移送され、メンブレン１５５Ｃが固定容積チャンバ１５４Ｃの全体を充填するまで膨張させる。薄型フレーム１５２Ｃを提供することにより、着色流体１４０Ｃの均一な厚さはピクセル１１０Ｃの最外縁まで延長され、それにより、ダイアフラム型ピクセル１１０Ｃの充填比はブラダー型ピクセル１１０Ｂのそれよりも大きくなると考えられることに留意せよ。その後リザーバ１３０Ｃにおけるポンプの力Ｃが減少すると、エラストマ性メンブレン１５５Ｃは元の（例えば平坦な）形状へと変形させられ、着色流体１４０Ｃは導管１６０Ｃを通って元のリザーバ１３０Ｃに移動する。
【００２６】
より均一な外観とより大きな充填比を呈示していることに加えて、ダイアフラム型セル１１０Ｃがブラダー型セル１１０Ｂ（図５（Ａ）を見よ）よりも優れている別の利点は、図９及び図１０を参照して以下で説明されるように、ダイアフラム型セル１１０Ｃの方が簡単に、ＣＭＹカラー・ピクセルのために用いられる空間的に直列なディスプレイ・チャンバ構成を生成するための積層をしやすくすることである。
【００２７】
図９は、本発明の別の簡略化された具体的な実施形態によるカラーのダイアフラム型ピクセル１１０Ｄを示す断面側面図であり、図１０はその正面図である。ピクセル１１０Ｄは、上記で説明された技術を用いて３つの異なる着色流体１４０Ｄ−１から１４０Ｄ−３を３つの別個のリザーバ１３０Ｄ−１から１３０Ｄ−３と３つのディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１から１５０Ｄ−３との間で移送させるための３つの独立したマイクロ流体システムと共に図示される。図９に示されるように、リザーバ１３０Ｄ−１から１３０Ｄ−３は空間的に並列な構成で配列され、各々が、関連する制御信号（図示せず）に応答して上述される方法で動作する関連するポンプ１７０Ｄ−１から１７０Ｄ−３により生成される別個のポンプ力Ｆ１からＦ３を受ける。ディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１から１５０Ｄ−３の各々は、上記で論じられたダイアフラム型ピクセル１１０Ｃのディスプレイ・チャンバ１５０Ｃと実質的に同一であるが、第１のディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１は上記で説明されたような手法で前面１２１Ｄに取り付けられ、第２のディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−２は透明な剛性のある壁１５３Ｄ−１の前面に取り付けられ、第３のディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−３は透明な剛性のある壁１５３Ｄ−２の前面に取り付けられるという、空間的に直列な配列で積層される。この配列では、ディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１から１５０Ｄ−３の各々は、概ね、ダイアフラム型ピクセル１１０Ｃを参照して上記で説明された形で、選択されたカラーの（例えばＣＭＹ）表示を形成するように、独立して作動する。
【００２８】
ピクセル１１０Ｄのアレイを組み込んだ大型ディスプレイ（例えばディスプレイ１００、図３を見よ）は、各ピクセル１１０Ｄのポンプ１７０Ｄ−１からポンプ１７０Ｄ−３を独立して制御するための３つの別個の制御信号（電流）を生成するデジタル制御回路１８０Ｃを含み、それにより、ピクセル１１０Ｄのディスプレイ表面部分は、着色流体１４０Ｄ−１から着色流体１４０Ｄ−３のほぼ全てがリザーバ１３０Ｄ−１からリザーバ１３０Ｄ−３までのそれぞれに移送されたときに生成される白い背景外観と、着色流体１４０Ｄ−１から着色流体１４０Ｄ−３の中の少なくとも１つのうちの選択された量が関連するディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１からディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−３までのそれぞれに移送されたときに生成される着色された外観との間で選択的に変更可能である。当業者であれば、（上で参照された）特許文献１に説明されるように、ディスプレイ・チャンバの各々におけるＣＭＹ着色流体の量を変更することにより、幅広い範囲の刺に可能な色が各々のピクセル１１０Ｄにより表示可能になることを認識するであろう。
【００２９】
上述のように、各々のカラー・ピクセルは、独特なＣＭＹカラーを実現するために、３つの区別できる作動電流（及び関連する制御信号）を必要とする。本発明の別の態様によれば、これら３つの区別できる作動電流は、受動マトリックスのアドレス指定を用いて実現され、即時の電力要求を減少させるために、各々のマトリックス要素における電気化学エネルギーは、一組の局所的なキャパシタを通して供給される。本発明は、大型（例えば１ｍｍから２０ｍｍ）のピクセルのみを必要とし、低速（例えば１００ミリ秒から約３分までの範囲）でリフレッシュするだけでよい反射型ディスプレイに関して、本質的により重要であり、小型及び／又は高速スイッチング・ピクセルに関してはそうでもない。
【００３０】
図１１は、本発明の別の実施形態によるＣＭＹピクセル１１０Eのアレイを電気的にアドレス指定する受動マトリックスのアドレス指定構成を含む大型ディスプレイ１００Ｅの裏面を示す簡略化された概略図である。ＣＭＹピクセル１１０Ｅは、行列で配置される（例えば、ピクセル１１０Ｅ−１及び１１０Ｅ−２は同じ行であり、ピクセル１１０Ｅ−２及び１１０Ｅ−３は同じ列である）。図９及び図１０に関して上述されたように、各々のピクセルは、３つの（即ち、ＣＭＹ）の各々の制御するための３つの電気化学ポンプ（例えば、ピクセル１１０Ｅ−１はポンプ１７０Ｅ−１、１７０Ｅ−２及び１７０Ｅ−３）を含む。各々のポンプは、正電極及び負電極の両方を含む（例えば、ピクセル１１０Ｅ−２の第１のポンプは、正電極１７６Ｅ−１１及び負電極１７６Ｅ−１２を含み、第２のポンプは正電極１７６Ｅ−１３及び負電極１７６Ｅ−１４を含み、第３のポンプは正電極１７６Ｅ−１５及び負電極１７６Ｅ−１６を含む）。各々の行における３つの正電極の各々は、関連するＣＭＹ制御信号を送信する、対応する水平方向コンダクタに接続され、各々の列における負電極は、関連する「共通」制御信号を送信する、対応する垂直方向コンダクタに接続される。例えば、正電極１７６Ｅ−１１は「Ｃ」制御信号をコンダクタ１８５Ｅ−１において受信し、正電極１７６Ｅ−１３は「Ｍ」制御信号をコンダクタ１７５Ｅ−３において受信し、正電極１７６Ｅ−１５は「Ｙ」制御信号をコンダクタ１８５Ｅ−３において受信する。負コンダクタ１７６Ｅ−２、１７６Ｅ−４及び１７６Ｅ−６は、コンダクタ１８５−４上に送信された「ＣＯＭＭＯＮ」制御信号を受信する。周りに円をもつ黒点は電極を象徴し、図１１に示すＵ字形状のポンプ構造体の一方の脚部はＯ2気体を捕捉し、一方の脚部はＨ2気体を捕捉するＵ字形状の流体チャネルであり、２つの気体は互いに離れた状態で維持されることに注目することは重要である。さらに、各々の「共通」ラインには、受動マトリックスを容易にするためにダイオードが必要になることに注目することは重要である。当業者であれば、各々のピクセル１１０Ｅの各々のポンプは、この受動マトリックスのアドレス指定構成を用いて、個別にアドレス指定可能であり、本明細書に開示されるものとは別の付加的なアドレス指定法を用いてもよいことを認識するであろう。
【００３１】
図１２は、ディスプレイ１００Ｅ（図１１を参照されたい）の例示的なポンプ１７０Ｅ−１の付加的な詳細を示す。ポンプ１７０Ｅ−１は、水性流体１７５Ｅを含有する外壁１７１Ｅを含み、溶液１７５Ｅ内に配置され、上述の方法によりアドレス指定された負電極１７６Ｅ−１２及び正電極１７６Ｅ−１１を含む。本実施形態の別の態様によれば、負電極１７６Ｅ−１２は、少なくとも、水素発生の触媒として作用するプラチナ、ニッケル、又はプラチナ／ニッケル合金を含む外層を含む負電極１７６Ｅ−１２を含み、正電極１７６Ｅ−１１は、酸素発生の触媒として作用するプラチナ／ニッケル表面層１７６Ｅ−１１Ａを含む一連の薄膜と、容量性構造体において実施される一連の金属化（例えば、アルミニウム）及び誘電体層を含むベース構造体１７６Ｅ−１１Ｂとを含む。任意的なダイオード１７８Ｅ又はトランジスタは、制御電流をマトリックス構造体内で電流の流れを制御するために、静電極と直列に与えられる。これは、内蔵電解キャパシタであることが効率的である。
【００３２】
上記で開示された種々の実施形態により製造される大型ディスプレイは、従来の印刷及びＬＥＤによる屋外広告看板に優る多数の利点を提供する。主な利点は重量である。大型の装置は主としてポリマーを用いて構築されており、比較的薄いので、ＬＥＤの比較対照物に比べてその重量は著しく減ることになる。これにより、現在適用を除外されている屋外広告看板を、顕著な調節的相互作用を伴うことなく、改造することが可能になる。しかも、ここで説明される空間的直列構成により提供されるＣＭＹカラー・ベースは、ＲＧＢベースの設計よりも広い色域を提供することになる（反射型様式に限って当て嵌まり、発光様式に関しては必ずしもそうではない）。層構成はモジュール化することもでき、それにより、ディスプレイの中の故障又は不良の部分の補修は容易且つ安く、迅速である（即ち、１つのピクセル又はピクセル・パネルを交換することによる）。反射型ピクセルは、所定の位置にある地元の自治体によって認められた光源を使用し、従って、日の当たる環境に好適であり、視認の質は天候の条件によってより影響されにくい。ここで言及された電気化学的ポンプと組み合わせて用いられた場合には、電気化学的ポンプにより提供される電解質は双安定であり、色の作動は所与の量の電気エネルギーを適用することによって生じる。生成された気泡は安定しており、よってその後のエネルギーの適用がなくても色は変化しないままであり、即ち、色は選択された電流が適用されるまで安定した状態のままである。このことは、他のデジタル屋外広告看板方法に対し、著しくより安価な運用を提供する。別の利点は、種々のピクセルを形成するために用いられる製造方法が、単純且つ従来技術である点である。
【００３３】
本発明は、特定の具体的な実施形態に関して説明されたが、本発明の新規な特徴は他の実施形態にも適用可能であることは当業者であれば明らかであり、その全てが本発明の範囲内にあることを意図される。例えば、本明細書においては、本発明は、着色流体を変位させるために、流体アクチュエータを用いてエラストマ性メンブレンを変位させていたが、流体アクチュエータは、エラストマ性メンブレンを用いることなくこの機能を実現することができる。さらに、代替的な実施形態においては、固体イオン性コンダクタ、例えば、固体高分子膜を電解質として用いることができ、流体、すなわち水、水素及び酸素を電気化学的正反応及び逆反応のための反応剤を供給するのに用いることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１００：大型ディスプレイ
１１０：マイクロ流体ピクセル
１２０：壁
１３０：リザーバ
１４０：着色流体
１５０：ディスプレイ・チャンバ
１６０：導管
１７０：流体アクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型ディスプレイの改善に関する。以下の説明は、当業者が特定の用途及びその要件の内容において提供されるように本発明を製造し利用することができるように提示される。ここで用いられる「上側」、「上向きに」、「下側」、「下向きに」、「前方」、「後方」といった方向の用語は、説明のための相対的位置を与えることを意図されており、絶対的な参照枠を指定することを意図されてはいない。当業者であれば、好ましい実施形態に対する種々の修正は明らかであり、ここで定められる一般原理は他の実施形態に適用することができる。従って、本発明は、図示され説明される特定の実施形態に限定されることを意図されず、ここに開示される原理及び新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲を付与されるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】「ＬＡＲＧＥ ＦＯＲＭＡＴ ＭＩＣＲＯＦＬＵＩＤＩＣ ＤＩＧＩＴＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ」という名称の米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１Ａ】本発明による大型ディスプレイの一般化されたマイクロ流体ピクセルを示す断面側面図である。
【図１Ｂ】本発明による大型ディスプレイの一般化されたマイクロ流体ピクセルを示す断面側面図である。
【図２Ａ】「背景」外観を示す図である。
【図２Ｂ】「背景」外観を示す図である。
【図３】本発明の簡略化された特定の実施形態によるマイクロ流体ピクセルのアレイを含む大型ディスプレイを示す正面側面斜視図である。
【図４Ａ】本発明の簡略化された特定の実施形態によるピクセルの電気化学ポンプを示す断面側面図である。
【図４Ｂ】本発明の簡略化された特定の実施形態によるピクセルの電気化学ポンプを示す断面側面図である。
【図４Ｃ】本発明の簡略化された特定の実施形態によるピクセルの電気化学ポンプを示す断面側面図である。
【図５Ａ】本発明の特定の実施形態によるブラダー型ディスプレイ・チャンバ及び電気化学ポンプを含むピクセルを視認する断面図である。
【図５Ｂ】本発明の特定の実施形態によるブラダー型ディスプレイ・チャンバ及び電気化学ポンプを含むピクセルを視認する断面図である。
【図６Ａ】ピクセルの背景外観を示す図である。
【図６Ｂ】ディスプレイの表面部分の外観を示す図である。
【図６Ｃ】ディスプレイの表面部分の外観を示す図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態によるダイアフラム型ピクセルの断面側面図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態によるダイアフラム型ピクセルの断面側面図である。
【図８Ａ】作動中のピクセルのディスプレイ表面の正面図である。
【図８Ｂ】作動中のピクセルのディスプレイ表面の正面図である。
【図９】本発明の別の簡略化された具体的な実施形態によるカラーのダイアフラム型ピクセルを示す断面側面図である。
【図１０】本発明の別の簡略化された具体的な実施形態によるカラーのダイアフラム型ピクセルを示す正面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態によるＣＭＹピクセルのアレイを電気的にアドレス指定する受動マトリックスのアドレス指定構成を含む大型ディスプレイの裏面を示す簡略化された概略図である。
【図１２】ディスプレイの例示的なポンプの付加的な詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明による大型ディスプレイ（図３を参照して以下に説明される）の一般化されたマイクロ流体ピクセル１１０を示す断面側面図である。ピクセル１１０は、各ピクセル１１０−Ｘは、前面１２１及び相対する背面１２２を有する壁１２０と、壁の後方の（第１の）側（即ち背面１２２に面する）に配置されたリザーバ１３０と、着色流体１４０と、壁の前方の（第２の）側（即ち前面１２１を覆う）に配置された少なくとも１つのディスプレイ・チャンバ１５０と、リザーバ１３０とディスプレイ・チャンバ１５０との間を連通させる導管１６０と、リザーバ１３０とディスプレイ・チャンバ１５０との間に着色流体１４０の一部を移送する流体アクチュエータを含むマイクロ流体システムとを含む。流体アクチュエータ１７０は、デジタル命令信号をデジタル制御回路１８０から受信し、これは一群のピクセル（図示せず）により共用され、したがって、着色流体１４０を、リザーバ１３０とディスプレイ・チャンバ１５０との間で、導管１６０により移送（送出）するように作動される。
【０００５】
本発明の態様によれば、リザーバ１３０は、変形可能な壁（例えば、エラストマ性メンブレン）１３５により部分的に定められるリザーバ・チャンバ１３４を含み、流体アクチュエータ１７０は、力Ｆ１（図１（Ａ）に示す）又は力Ｆ２（図１（Ｂ）に示す）を、選択的に、変形可能な壁１３５に加えるための機構「手段」を含んで、変形可能な壁１３５を（例えば図１（Ａ）に示すように）変形するか或いは別の方法により変位させ、着色流体１４０の一部が、選択的に、第１リザーバ１３０とディスプレイ・チャンバ１５０との間で、導管１６０を通って移送されるようにする。例えば、図１（Ａ）に示すように、第１の命令信号Ｃ１をデジタル制御回路１８０から受信すると、流体アクチュエータ１７０は、変形可能な壁１３５をリザーバ・チャンバ１３４に押し付ける力Ｆ１を生成して、リザーバ・チャンバ１３４の内側の圧力を増加させ、着色流体１４０が導管１６０を通り、ディスプレイ・チャンバ１５０に押し込まれるようにする。対照的に、図１（Ｂ）に示すように、第２の命令信号Ｃ２をデジタル制御回路１８０から受信すると、流体アクチュエータ１７０は、変形可能な壁１３５をリザーバ・チャンバ１３４から引き出す力Ｆ２を生成して（或いは、変形可能な壁１３５を非延伸状態に戻して）、リザーバ・チャンバ１３４の内側の圧力を減少させ、着色流体１４０が導管１６０を通り、リザーバ・チャンバ１３４に戻るようにする。
【０００６】
本発明の実施形態によれば、ディスプレイ・チャンバ１５０は、前面１２１の上に配置された透明な構造体を含み、前面１２１は塗装されるか或いは別の方法により所定の背景外観（例えば、白）で生成される。この構成により、ピクセル１１０の外観は、ディスプレイ・チャンバ１５０に着色剤流体１４０がない場合に前面１２１により生成される「背景」（第１）外観と、ディスプレイ・チャンバ１５０に着色流体１４０があることにより生成される「着色された」（第２）外観との間で変更可能である。例えば、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、着色流体１４０がディスプレイ・チャンバ１５０に移送されたときに生成される「着色された」外観１０１−１を示し、これにより、前面１２１はディスプレイ・チャンバ１５０に配置された着色流体の一部により曖昧になる。対照的に、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、「背景」外観１０１−２は、着色流体１４０の実質的にすべてがリザーバ１３０に移送されたときに生成され、これにより、前面１２１は、ディスプレイ・チャンバ１５０を定める透明な構造体を通して視認される。
【０００７】
図３は、本発明の簡略化された特定の実施形態による、各々が図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように構築され動作されるマイクロ流体ピクセル１１０のアレイを含む大型ディスプレイ１００を示す正面側面斜視図である。ディスプレイ１００は、例えば支持ベース１０３と支持フレーム１０５とを含む支持構造体の上に支持される。ピクセル１１０は行と列とに配列され、それにより、各ピクセル１１０は、ディスプレイ１００の２次元ディスプレイ表面１０１の対応するディスプレイ表面部分を形成する。したがって、ディスプレイ表面１０１の外観全体は、各々のピクセル１１０の外観を変化させることにより、選択的に制御される。例えば、図３に示す簡略化された実施形態により示されるように、ディスプレイ表面１０１の外観は、選択された第１のピクセル１１０−１が集合的に「Ｂ」を形成する色の暗いディスプレイ表面部分１０１−１を作り出し、選択された第２のピクセル１１０−２が集合的に「Ｕ」を形成する色の暗いディスプレイ表面部分１０１−２を作り出し、選択された第３のピクセル１１０−３が集合的に「Ｙ」を形成する色の暗いディスプレイ表面部分１０１−３を作り出すように制御し、残りのピクセル１１０−４は、その関連付けられたディスプレイ表面部分１０１−４が背景外観（例えば白色）を作り出すように制御することにより、「ＢＵＹ」という単語を表示するように選択的に制御される。
【０００８】
本発明の態様によれば、マイクロ流体ピクセル１１０は殆ど全てポリマー又は他の軽量材料を用いて製造され、それにより、既存の支持構造体の修正を必要とすることなく既存の印刷された屋外広告看板を置き換えるのに適した寸法及び重量をもったディスプレイ１００を製造することが容易になる。ここで用いられる「大型ディスプレイ」という用語は、ここでは、支持構造体（例えば支持ベース１０３及びフレーム１０５）に取り付けるために製造され、少なくとも４フィートの幅Ｗと少なくとも３フィートの高さＨとを有するディスプレイ表面１０１を有する、「屋外広告看板」タイプの表示を示すのに用いられる。典型的な大型「掲示板」サイズの屋外広告ディスプレイは４８フィートの幅Ｗと、１４フィートの高さＨを有する。
【０００９】
代替的な実施形態により、ディスプレイ１００は、反射型ディスプレイ（即ち、従来の印刷された屋外広告看板と同様のもの）の役目を果たすように構成されるか、又は、光透過性材料を用いて壁１２０を形成することにより、光透過（バックライト）型ディスプレイとして作動するように構成される。壁１２０が不透明材料を用いて製造される場合にはディスプレイ１００は晴天の環境に適した反射型の用途に限定され、夜間には、ディスプレイ表面１０１に向けた外部光（例えばランプ１０７、図１を見よ）を用いて観察される。よって、ディスプレイ１００は、図３に示された光１０７と同様の既存の外部光を利用する既存の印刷された屋外広告看板を置き換えるのに適している。１つの代替的な実施形態においては、半透明材料を用いて壁１２０が製造され、背面１２２を通して光を向ける好適なバックライト構成が提供され、それにより、ディスプレイ１００は、ディスプレイ表面１０１が外部照明なしに「発光する」ように、透過型ディスプレイとして作動する。
【００１０】
大型ディスプレイ１００の付加的な特徴及び詳細は、引用によりその全体をここに組み入れる、共同出願され、係属中の特許文献１に開示される。
【００１１】
本発明の代替的な実施形態によれば、各々のピクセル１１０の流体アクチュエータ１７０は、外観変化中においてのみ電力を消費するポンプ機構を用いて実施され（例えば、図１（Ａ）の「着色された」外観を図１（Ｂ）の背景外観に変化させる、図１（Ｂ）の背景外観を図１（Ａ）の「着色された」外観に変化させる、又は、２つの異なる「着色された」外観の間で変化させる）、適用される電力を必要とすることなく、選択された外観を維持することを容易にする。以下に説明される特定の実施形態においては、電気化学ポンプ機構を用いて、所望の動作機能を提供する。代替的な実施形態においては（図示せず）、同様な動作機能は、圧電機構、示差（バイメタル）熱膨張機構、形状記憶合金機構、電気浸透機構、熱含気性機構、ハイドロゲル・アクチュエータ、及び静圧源が加えられた弁アレイ、又は当業者に知られる他のマイクロ流体作動機構を用いて生成可能である。
【００１２】
図４（Ａ）から図４（Ｃ）は、本発明の簡略化された特定の実施形態によるピクセルの電気化学ポンプ１７０Ａ（他に示されない限り）を示す断面側面図である。ポンプ１７０Ａは、ピクセルのリザーバ（図示せず）の変形可能な壁１３５Ａと協働して、イオン溶液１７５Ａ（例えば、典型的には、基、酸、又は塩の溶質からのプラスイオンが加えられた水を含む水性電解質溶液）を含むポンプ・チャンバ１７４Ａを定める剛性のある壁１７１Ａにより形成される電気化学セルを含む。第１の（例えば、プラチナ）電極１７６Ａ−１及び第２の（例えば、プラチナ）電極１７６Ａ−２は、離間構成で、ポンプ・チャンバ１７４Ａの内側に配置される。ポンプ制御回路１７９Ａは、壁１７１Ａを通る、対応するコンダクタ１７７Ａ−１及び１７７Ａ−２のそれぞれにより、電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に接続される。ポンプ制御回路１７９Ａは、対応する制御信号（例えば、電流、電圧、又は電荷）に応答して、以下に説明される所定の電位を電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に印加する既知の技術を用いて構築される。
【００１３】
図４（Ａ）から図４（Ｃ）に示す実施形態によれば、着色流体を、その関連するリザーバからその関連するディスプレイ・チャンバ（図示せず）に移送するために、変形可能な壁１３５Ａを変位させる作動力は、気体の製造により生成される。図４（Ａ）に示すように、制御信号Ｃ１に応答して、ポンプ制御回路１７９Ａは、電流Ｉ１を、導電性溶液１７５Ａを通して、図４（Ａ）の破線の湾曲した矢印により示すように、電極１７６Ａ−１と１７６Ａ−２との間に誘起させるために、第１電位を電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に印加する。電流Ｉ１は、電気化学セルが、気泡（例えば、水素（Ｈ2）及び酸素（Ｏ2）の気泡）を生成するようにし、電気化学作動に必要とされる電流Ｉ１は、例えば方程式１から４に示されるように計算される。
６Ｈ2Ｏ⇔２Ｈ2＋Ｏ2＋４Ｈ+＋４ＯＨ- 方程式１
ここで、Ｎは気体のモル、Ｒは一般気体定数、Ｔは温度、Ｖは気体量、Ｐは気体の圧力、ｉは電流Ｉ１、ｔは時間（秒）、ｎは気体１分子を生成するのに必要な電子の数、及びＦはファラデー定数である。電流Ｉ１を発生させるのに必要な電圧は、溶液１７５Ａ、溶液／電極の界面、電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２の直列抵抗、及び他の電子パッケージング抵抗（すなわち、トレース、個別の装置等）によって決まる。図４に示すように、結果として得られる気体の発生は、ポンプ・チャンバ１７４Ａの内側の流体圧力を増加させて、変形可能な壁１３５Ａを外方に変位させる作動力を生成する。本明細書において説明されるように、メンブレン１３５Ａの外方変位は、着色流体を関連するリザーバ（図示せず）から押し出し、その関連するディスプレイ・チャンバに押し込む。着色流体の容量に対する制御は、発生気体の量を制御することにより制御可能であり、相対的な大量の着色流体の移送は、電流Ｉ１のマグニチュードを増加させることにより水素と酸素の気体のより大きい量を生成することによって、又は、電流Ｉ１をより長い時間の期間だけ維持することによって、実現される。１つの実施形態においては、電気化学プロセスにより発生された２つの気体（例えば、Ｏ2及びＨ2）は、互いに混合されることなく、別個のチャンバ内で生成され、格納される。
【００１４】
図４（Ｂ）に示すように、気体の発生は、電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に印加される電気位置の除去により中止され、これは、電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２が分離されている（すなわち、浮動しているか又は非常に高い外部抵抗により離されている）限り、変形可能な壁１３５Ａが動作状態（すなわち、図４（Ｂ）に示す拡張状態、又は、図４（Ｃ）に示す収縮状態）のいずれかにおいて安定したまま残り、したがって、電気化学ポンプ１７０Ａを用いてピクセルを組み込む大面積ディスプレイが、通常のＬＥＤディスプレイと比較して、非常に低い消費電力で動作することを可能にする点で、電気化学ポンプ１７０Ａの利点を示す。
【００１５】
図４（Ｃ）に示すように、変形可能な壁１３５Ａの収縮は、第２の制御信号Ｃ２をポンプ制御回路１７９Ａに適用することにより実現される。制御信号Ｃ２が適用される間、ポンプ制御回路１７９Ａは、第２の所定の電位を電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２に適用し（例えば、ポンプ制御回路１７９Ａは電極１７６Ａ−１及び１７６Ａ−２を共に電気的に短絡させる）、したがって、方程式１に関して上述された電気化学反応を逆にして、水素及び酸素の気体が組み合わさって水を形成するようにする。結果として得られる水への気体の縮合は、ポンプリザーバ１７４Ａにおける流体の容積、したがって、圧力を減少させる。ポンプ・チャンバ１７４Ａにおける圧力が降下するに伴い、変形可能な壁における作動力が減少して、ポンプ・チャンバ１７４Ａに向かう変形可能な壁１３５Ａの変位が可能になる。１つの実施形態においては、関連するリザーバ・チャンバ（図示せず）における付随する減少した圧力は、着色流体をディスプレイ・チャンバの外及び前面壁の後ろに引き出して、上述のように、ディスプレイ外観を白色の背景外観に戻すようにする部分真空を生成する。他の実施形態においては、付加的な機構を用いて、着色流体のディスプレイ・チャンバからリザーバへの完全な戻りを実現する。
【００１６】
図５から図１０は、図４（Ａ）から図４（Ｃ）に関して上述されるものと同様な電気化学ポンプを用いる幾つかの簡略化された特定のピクセル構成を示す。当業者であれば、特定のピクセル構成に対する変形が可能であることを認識するであろう。したがって、上述のピクセル構成は、例示的なものであり、説明された構造体が特に挙げられていない限り、特許請求の範囲に限定されるものではないことが意図される。
【００１７】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の特定の実施形態によるブラダー型ディスプレイ・チャンバ１５０Ｂ及び電気化学ポンプ１７０Ｂを含むピクセル１１０Ｂを視認する断面図である。
【００１８】
図５（Ａ）の左側を参照すると、電気化学ポンプ１７０Ｂは、変形可能な壁１３５Ｂと協働する剛性のある壁１７１Ｂを含み、これは、離間関係で配置された第１電極１７６Ｂ−１及び第２電極１７６Ｂ−２を有する第１チャンバ部分１７４Ｂ−１と、変形可能な壁１３５Ｂにより部分的に定められる第２のチャンバ部分１７４Ｂ−２と、第１チャンバ部分１７４Ｂ−１及び第２チャンバ部分１７４Ｂ−２の下方領域の間で連通する（第２）導管１７３Ｂとを定める。この構成は、気体発生プロセスを第１のチャンバ部分１７６Ｂ−１に制限することにより、変形可能な壁１３５Ｂの信頼性のある変位を容易にする。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、上述の方法により、電位を電極１７６Ｂ−１及び１７６Ｂ−２にわたり印加することにより、Ｏ2及びＨ2の気体が発生されたとき、気体は第１チャンバ部分１７４Ｂ−１の上部に浮動する（Ｏ2及びＨ2の気体は、典型的には別個のチャンバ内に格納される）。導管１７３Ｂは、第１のチャンバ１７４Ｂ−１の底部に配置されるため、Ｏ2及びＨ2気体により発生した圧力の増加は、（液体）溶液を第２のチャンバ部分１７４Ｂ−２に導管１８３Ｂを通して押すのみである。したがって、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、（液体）溶液１７５Ｂのみが両方の動作状態で、変形可能な壁１３５Ｂに対して配置される。効率を増加させるために、小さい距離だけ、及び、高イオン又は電子移動度を可能にする媒体によって、電極を分離することが有利とすることができる。媒体の例としては、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）又は燃料セルの当業者に知られる他の固体高分子膜（ＰＥＭ）材料が挙げられる。
【００１９】
本実施形態の別の態様によれば、第１のチャンバ部分１７４Ｂ−１は細長くされ、垂直方向に伸び、電極１７６Ｂ−１及び１７６Ｂ−２は、実質的に、第１のチャンバ部分１７４Ｂ−１の長さ全体に沿って垂直方向に延びて、各々の電極の部分が第１のチャンバ部分１７４Ｂ−１の上端近くに配置される。この構成により、変換された水素及び酸素の気体は、電極１７６Ｂ−１及び１７６Ｂ−２と接触したまま残り、気体から水への信頼できる再変換を容易にする。
【００２０】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の右側を参照すると、ピクセル１１０Ｂは、さらに、白色の前面１２１Ｂ及び対向する後面１２２Ｂを有する壁１２０Ｂと、後面１２２Ｂとリザーバ・チャンバ１３４Ｂを形成するフレーム１３２Ｂ及び変形可能な壁１３５Ｂを含むリザーバと、前面１２１Ｂ上に配置されるディスプレイ・チャンバ１５０Ｂと、リザーバ１３０Ｂとディスプレイ・チャンバ１５０Ｂとの間の壁１２０Ｂを通る導管１６０Ｂとを含む。
【００２１】
関連する、引用によりその全体をここに組み入れる、共同出願され、係属中の特許文献１に説明された種々の実施形態によれば、ピクセル１１０Ｂは、「白黒」（二色）ディスプレイ、グレースケール（多階調）ディスプレイ、及び種々の表示制御特徴を有するカラーディスプレイの製造に関して最適化することができる。１つの特定の実施形態においては、着色流体１４０Ｂは、半透明であり（例えば、透明な液体内に懸濁されたカラー色素）、ポンプ１７０Ｂは、ピクセル１１０Ｂの外観が、明るい、中間の、及び暗い色合いの間で変化できるように制御される。例えば、図５（Ａ）及び図６（Ａ）は、ピクセル１１０Ｂの背景（又は明るい階調の）外観１０１Ｂ−１を示し、どの着色流体１４０Ｂも（又は非常に少量の着色流体１４０Ｂが）ディスプレイ・チャンバ１５０Ｂに配置されている。図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、ポンプ１７０Ｂが、上述のように、少量の着色流体１４０Ｂをディスプレイ・チャンバ１５０Ｂに移送するために作動されるとき、ディスプレイの表面部分１０１−２の外観は、前面１２１Ｂ及び少量の着色流体１４０Ｂの白い背景外観の混合物により定められる中間の色合いに変化する。図６（Ｃ）に示すように、より多い量の着色流体がディスプレイ・チャンバ１５０Ｂに移送されたときには、ディスプレイの表面部分１０１−３の外観は、着色流体により支配される相対的に暗い階調になる。
【００２２】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す実施形態の別の態様によれば、ピクセル１１０Ｂは、ブラダー型ディスプレイ・チャンバ１５０Ｂを含み、これは、壁１２０Ｂの前面１２１Ｂに（例えば接着剤により）固定される外周縁１５６Ｂを有するエラストマ性メンブレン１５５Ｂを含み、それにより、エラストマ性メンブレン１５５Ｂの中心領域の内面は、ピクセル１１０Ｅが、図５（Ａ）に示される第１の作動状態にあるときは、前方の壁１２１Ｂの中心領域に弾性的に押しつけられ、ここでは、着色流体１４０Ｂのほぼ全てがリザーバ１３０Ｂに配置される。上述のように、第１の動作状態においては、ディスプレイ表面部分１０１Ｂ−１は、図６（Ａ）に示すように前方の壁１２１Ｂにより形成される白い外観を有する。図５（Ｂ）に示すように、この構成においては、ポケット１５８Ｂがエラストマ性メンブレン１５５Ｂと前方の壁１２１Ｅとの間に、着色流体１４０Ｂを受け取るために形成される。さらに、導管１６０Ｂは、着色流体１４０Ｂがリザーバ１３０Ｅとディスプレイ・チャンバ１５０Ｂの中心部分との間を通過するように、１つ又はそれ以上のマイクロ・チャネルが定められた壁１２０Ｂを含む。１つの実施形態においては、１０ｍｍのピクセルのために２５０μｍの円形の貫通孔が提供され、ここで各々の孔の前側はディスプレイ・チャンバに連結し、後ろ側は直接リザーバ・チャンバに連結するか、又は後ろ側におけるより複雑な流体通路を介して連結する。より複雑な流体通路は、適切なスロット又は他の切抜きを各々の層に設けたシートを積層することにより、形成してもよい。切抜き及び円形の貫通孔は、レーザ・カット、ダイ・カット、或いは他の機械的な（成形）又は非機械的な（例えばエッチング又はリソグラフィ）方法を用いて形成してもよい。図６（Ｂ）に示されるように、カラーの外観を作り出すためには、ポンプ（図１７０Ｂ）が、リザーバ１３０Ｅの変形可能な壁１３５Ｂに押圧力Ｆを加え、これにより変形可能な壁１３５Ｂが変形し、リザーバ・チャンバが圧潰することによって、着色流体１４０Ｂを導管１６０Ｂに通し、エラストマ性メンブレン１５５Ｂの内面に向かって押し出す。着色流体１４０Ｂがポケット１５８Ｂに入ると共にメンブレン１５５Ｂは外方に膨張して、着色流体１４０Ｂに内面１２１Ｂを覆わせ、それにより、ディスプレイ表面部分１０１Ｂ２（図６（Ｂ））は「着色された」外観を呈する。力Ｆが増加すると、より多くの着色流体１４０Ｂがポケット１５８Ｂに移送され、エラストマ性メンブレン１５５Ｂをさらに膨張させ、それにより図６（Ｃ）における外観１０１Ｂ−３に示すように、「着色された」外観はより濃くなる。変形可能な壁１３５Ｂに対するポンプの力Ｆが減少すると、エラストマ性メンブレン１５５Ｂは元の（例えば平坦な）形状へと弾性的に変形できるようになり、着色流体１４０Ｂは導管１６０Ｂを通ってリザーバ１３０Ｂに戻るように移動することになる。着色流体１４０Ｂ及びエラストマ性メンブレン１５５Ｂの加えられる力Ｆに対する可変の変位は、予測可能な（従って確実に再現可能な）着色剤の光学濃度の範囲を提供している。
【００２３】
本発明者らは、ブラダー型ピクセル１１０Ｂは、大型（例えば２ｍｍから２０ｍｍ）のピクセルのみを必要とし、低速（例えば１００ミリ秒から３分までの範囲）でリフレッシュするだけでよい反射型大型ディスプレイ、特に著しい距離を隔てて視認されるものに関して、本質的により重要であり、小型及び／又は高速スイッチング・ピクセルに関してはそうでもないと感じている。即ち、ブラダー型ピクセルは妥当なコストで製造できない場合があるので、１ｍｍピクセル未満のピクセルには適さないことがある。他の用途におけるブラダー型ピクセル１１０Ｂの限界として可能性があるものは、前面１２１Ｂの外周領域において着色が限られる場合があることである。図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）において示されるように、エラストマ性メンブレン１５５Ｂが外周で接続しているので、着色流体１４０Ｂのより厚い層は、ピクセル１１０Ｂの外周領域よりも中心部に配置され、それにより、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示されるように、ディスプレイ表面部分１０１Ｂ−２及び１０１Ｂ−３は、より色が濃い中心領域と、実質的に白い比較的広い外周領域と、を有する。ブラダー型ピクセル１１０Ｂの別の可能性のある欠点は、着色流体１４０Ｂをリザーバ１３０Ｂに完全に送り戻すために追加の方法を用いることが必要となる場合があることである。このような方法は、着色流体の内部の流体構造に対する界面化学的修正を含むことがある。これは湿潤状態と湿潤解除状態との両方を制御し、提供する助けとなることもある。１つの手順は、ピクセル・キャビティを最初に光学的に透明なオイルで充填し、次いでピクセルを暗くするための非混和インクでオイルを排除することになろう。オイルは壁を濡らそうとするが、インクは壁を濡らそうとはしない。プラスチックの壁は常に非常に薄いオイルの膜を保持することになると予想される。このことがより多くの制御に繋がり、またインクにより壁が着色される可能性を緩和すると本発明者らは考える。代替的に、パネルの前側を１気圧より高い圧力下でパッケージング／シーリングすることによって行うことが可能な「ゼロ化」力をチャンバ・ブラダーの視認側に加えて、それによりピクセル・ポンプが差分Ｐに対して作動するようにしてもよい。必要であれば、差分Ｐは、従来のポンプによりパネル・レベルで加えてもよい。このゼロ化力は、ブラダーを元の状態に完全に戻し、着色料を全て排除するのに必要となることがある。これは、メンブレンの張力又はダイアフラムの剛性が十分に大きい復元力を提供しない場合に必要となることがある。
【００２４】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、ブラダー型ピクセル１１０Ｃに関連する着色が不均一になる問題に対処した本発明の別の実施形態によるダイアフラム型ピクセル１１０Ｃの断面側面図であり、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は作動中のピクセル１１０Ｃのディスプレイ表面の正面図である。ダイアフラム型ピクセル１１０Ｃは、ブラダー型ピクセル１１０Ｃの（上記で説明された）それと実質的に同一の、壁１２０Ｃと、リザーバ１３０Ｃと、着色流体１４０Ｃと、マイクロ・チャネル導管１６０Ｃと、電気化学ポンプ１７０Ｃを含み、従って、これらの部品の説明は簡略にするために省略される。
【００２５】
本発明の１つの態様により、ディスプレイ・チャンバ１５０Ｃは、外周フレーム１５２Ｃと、壁１２０Ｃの前面１２１Ｃと協働して固定容積のチャンバ１５４Ｃを定める、剛性のある透明な壁１５３Ｃと、フレーム１５２Ｃにより壁１２０Ｃの前面１２１Ｃに（例えば接着剤により）固定される外周縁１５７Ｃを有する「バギー型の」メンブレン１５５Ｃと、を含む。ブラダー型ピクセル１１０Ｅのエラストマ性メンブレン１５５Ｅと異なり、ピクセル１１０Ｃが図７（Ａ）に示される、着色流体１４０Ｃのほぼ全てがリザーバ１３０Ｃに配置されている（即ち、ディスプレイ表面部分１０１Ｃ−１は図８（Ａ）に示されるように前方の壁１２１Ｃにより形成される白い外観を有する）第１の作動状態にある時に、メンブレン１５５Ｃは比較的弛んでいる。図７（Ｂ）に示されるように、カラーの外観を作り出すためには、上記で説明されたような手法でポンプ（１７０Ｃ）がリザーバ１３０Ｃに押圧力Ｆを加え、それにより、着色流体１４０Ｃを、導管１６０Ｃを通し、メンブレン１５５Ｃの内面に向かって押し出し、着色流体１４０Ｃが、メンブレン１５５Ｃの内面と前面１２１Ｃとの間に定められるポケット１５８Ｃを充填し始めるようにする。着色流体１４０Ｃがポケット１５８Ｃに入ると共にメンブレン１５５Ｃは外方に膨張して固定容積チャンバ１５４Ｃを充填し、着色流体１４０Ｅに内面１２１Ｃを覆わせ、それにより、ディスプレイ表面部分１０１Ｃ−２（図８（Ｂ））は「着色された」外観を呈する。メンブレン１５５Ｃの外方への膨張は剛性のある透明な壁１５３Ｃによって制限されるので、着色流体１４０Ｃは、ブラダー型ピクセル１１０Ｂに比べて、実質的に均一な厚さを形成することに留意せよ。力Ｆが増加すると、より多くの着色流体１４０Ｃがポケット１５８Ｃに移送され、メンブレン１５５Ｃが固定容積チャンバ１５４Ｃの全体を充填するまで膨張させる。薄型フレーム１５２Ｃを提供することにより、着色流体１４０Ｃの均一な厚さはピクセル１１０Ｃの最外縁まで延長され、それにより、ダイアフラム型ピクセル１１０Ｃの充填比はブラダー型ピクセル１１０Ｂのそれよりも大きくなると考えられることに留意せよ。その後リザーバ１３０Ｃにおけるポンプの力Ｃが減少すると、エラストマ性メンブレン１５５Ｃは元の（例えば平坦な）形状へと変形させられ、着色流体１４０Ｃは導管１６０Ｃを通って元のリザーバ１３０Ｃに移動する。
【００２６】
より均一な外観とより大きな充填比を呈示していることに加えて、ダイアフラム型セル１１０Ｃがブラダー型セル１１０Ｂ（図５（Ａ）を見よ）よりも優れている別の利点は、図９及び図１０を参照して以下で説明されるように、ダイアフラム型セル１１０Ｃの方が簡単に、ＣＭＹカラー・ピクセルのために用いられる空間的に直列なディスプレイ・チャンバ構成を生成するための積層をしやすくすることである。
【００２７】
図９は、本発明の別の簡略化された具体的な実施形態によるカラーのダイアフラム型ピクセル１１０Ｄを示す断面側面図であり、図１０はその正面図である。ピクセル１１０Ｄは、上記で説明された技術を用いて３つの異なる着色流体１４０Ｄ−１から１４０Ｄ−３を３つの別個のリザーバ１３０Ｄ−１から１３０Ｄ−３と３つのディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１から１５０Ｄ−３との間で移送させるための３つの独立したマイクロ流体システムと共に図示される。図９に示されるように、リザーバ１３０Ｄ−１から１３０Ｄ−３は空間的に並列な構成で配列され、各々が、関連する制御信号（図示せず）に応答して上述される方法で動作する関連するポンプ１７０Ｄ−１から１７０Ｄ−３により生成される別個のポンプ力Ｆ１からＦ３を受ける。ディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１から１５０Ｄ−３の各々は、上記で論じられたダイアフラム型ピクセル１１０Ｃのディスプレイ・チャンバ１５０Ｃと実質的に同一であるが、第１のディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１は上記で説明されたような手法で前面１２１Ｄに取り付けられ、第２のディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−２は透明な剛性のある壁１５３Ｄ−１の前面に取り付けられ、第３のディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−３は透明な剛性のある壁１５３Ｄ−２の前面に取り付けられるという、空間的に直列な配列で積層される。この配列では、ディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１から１５０Ｄ−３の各々は、概ね、ダイアフラム型ピクセル１１０Ｃを参照して上記で説明された形で、選択されたカラーの（例えばＣＭＹ）表示を形成するように、独立して作動する。
【００２８】
ピクセル１１０Ｄのアレイを組み込んだ大型ディスプレイ（例えばディスプレイ１００、図３を見よ）は、各ピクセル１１０Ｄのポンプ１７０Ｄ−１からポンプ１７０Ｄ−３を独立して制御するための３つの別個の制御信号（電流）を生成するデジタル制御回路１８０Ｃを含み、それにより、ピクセル１１０Ｄのディスプレイ表面部分は、着色流体１４０Ｄ−１から着色流体１４０Ｄ−３のほぼ全てがリザーバ１３０Ｄ−１からリザーバ１３０Ｄ−３までのそれぞれに移送されたときに生成される白い背景外観と、着色流体１４０Ｄ−１から着色流体１４０Ｄ−３の中の少なくとも１つのうちの選択された量が関連するディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−１からディスプレイ・チャンバ１５０Ｄ−３までのそれぞれに移送されたときに生成される着色された外観との間で選択的に変更可能である。当業者であれば、（上で参照された）特許文献１に説明されるように、ディスプレイ・チャンバの各々におけるＣＭＹ着色流体の量を変更することにより、幅広い範囲の刺に可能な色が各々のピクセル１１０Ｄにより表示可能になることを認識するであろう。
【００２９】
上述のように、各々のカラー・ピクセルは、独特なＣＭＹカラーを実現するために、３つの区別できる作動電流（及び関連する制御信号）を必要とする。本発明の別の態様によれば、これら３つの区別できる作動電流は、受動マトリックスのアドレス指定を用いて実現され、即時の電力要求を減少させるために、各々のマトリックス要素における電気化学エネルギーは、一組の局所的なキャパシタを通して供給される。本発明は、大型（例えば１ｍｍから２０ｍｍ）のピクセルのみを必要とし、低速（例えば１００ミリ秒から約３分までの範囲）でリフレッシュするだけでよい反射型ディスプレイに関して、本質的により重要であり、小型及び／又は高速スイッチング・ピクセルに関してはそうでもない。
【００３０】
図１１は、本発明の別の実施形態によるＣＭＹピクセル１１０Eのアレイを電気的にアドレス指定する受動マトリックスのアドレス指定構成を含む大型ディスプレイ１００Ｅの裏面を示す簡略化された概略図である。ＣＭＹピクセル１１０Ｅは、行列で配置される（例えば、ピクセル１１０Ｅ−１及び１１０Ｅ−２は同じ行であり、ピクセル１１０Ｅ−２及び１１０Ｅ−３は同じ列である）。図９及び図１０に関して上述されたように、各々のピクセルは、３つの（即ち、ＣＭＹ）の各々の制御するための３つの電気化学ポンプ（例えば、ピクセル１１０Ｅ−１はポンプ１７０Ｅ−１、１７０Ｅ−２及び１７０Ｅ−３）を含む。各々のポンプは、正電極及び負電極の両方を含む（例えば、ピクセル１１０Ｅ−２の第１のポンプは、正電極１７６Ｅ−１１及び負電極１７６Ｅ−１２を含み、第２のポンプは正電極１７６Ｅ−１３及び負電極１７６Ｅ−１４を含み、第３のポンプは正電極１７６Ｅ−１５及び負電極１７６Ｅ−１６を含む）。各々の行における３つの正電極の各々は、関連するＣＭＹ制御信号を送信する、対応する水平方向コンダクタに接続され、各々の列における負電極は、関連する「共通」制御信号を送信する、対応する垂直方向コンダクタに接続される。例えば、正電極１７６Ｅ−１１は「Ｃ」制御信号をコンダクタ１８５Ｅ−１において受信し、正電極１７６Ｅ−１３は「Ｍ」制御信号をコンダクタ１７５Ｅ−３において受信し、正電極１７６Ｅ−１５は「Ｙ」制御信号をコンダクタ１８５Ｅ−３において受信する。負コンダクタ１７６Ｅ−２、１７６Ｅ−４及び１７６Ｅ−６は、コンダクタ１８５−４上に送信された「ＣＯＭＭＯＮ」制御信号を受信する。周りに円をもつ黒点は電極を象徴し、図１１に示すＵ字形状のポンプ構造体の一方の脚部はＯ2気体を捕捉し、一方の脚部はＨ2気体を捕捉するＵ字形状の流体チャネルであり、２つの気体は互いに離れた状態で維持されることに注目することは重要である。さらに、各々の「共通」ラインには、受動マトリックスを容易にするためにダイオードが必要になることに注目することは重要である。当業者であれば、各々のピクセル１１０Ｅの各々のポンプは、この受動マトリックスのアドレス指定構成を用いて、個別にアドレス指定可能であり、本明細書に開示されるものとは別の付加的なアドレス指定法を用いてもよいことを認識するであろう。
【００３１】
図１２は、ディスプレイ１００Ｅ（図１１を参照されたい）の例示的なポンプ１７０Ｅ−１の付加的な詳細を示す。ポンプ１７０Ｅ−１は、水性流体１７５Ｅを含有する外壁１７１Ｅを含み、溶液１７５Ｅ内に配置され、上述の方法によりアドレス指定された負電極１７６Ｅ−１２及び正電極１７６Ｅ−１１を含む。本実施形態の別の態様によれば、負電極１７６Ｅ−１２は、少なくとも、水素発生の触媒として作用するプラチナ、ニッケル、又はプラチナ／ニッケル合金を含む外層を含む負電極１７６Ｅ−１２を含み、正電極１７６Ｅ−１１は、酸素発生の触媒として作用するプラチナ／ニッケル表面層１７６Ｅ−１１Ａを含む一連の薄膜と、容量性構造体において実施される一連の金属化（例えば、アルミニウム）及び誘電体層を含むベース構造体１７６Ｅ−１１Ｂとを含む。任意的なダイオード１７８Ｅ又はトランジスタは、制御電流をマトリックス構造体内で電流の流れを制御するために、静電極と直列に与えられる。これは、内蔵電解キャパシタであることが効率的である。
【００３２】
上記で開示された種々の実施形態により製造される大型ディスプレイは、従来の印刷及びＬＥＤによる屋外広告看板に優る多数の利点を提供する。主な利点は重量である。大型の装置は主としてポリマーを用いて構築されており、比較的薄いので、ＬＥＤの比較対照物に比べてその重量は著しく減ることになる。これにより、現在適用を除外されている屋外広告看板を、顕著な調節的相互作用を伴うことなく、改造することが可能になる。しかも、ここで説明される空間的直列構成により提供されるＣＭＹカラー・ベースは、ＲＧＢベースの設計よりも広い色域を提供することになる（反射型様式に限って当て嵌まり、発光様式に関しては必ずしもそうではない）。層構成はモジュール化することもでき、それにより、ディスプレイの中の故障又は不良の部分の補修は容易且つ安く、迅速である（即ち、１つのピクセル又はピクセル・パネルを交換することによる）。反射型ピクセルは、所定の位置にある地元の自治体によって認められた光源を使用し、従って、日の当たる環境に好適であり、視認の質は天候の条件によってより影響されにくい。ここで言及された電気化学的ポンプと組み合わせて用いられた場合には、電気化学的ポンプにより提供される電解質は双安定であり、色の作動は所与の量の電気エネルギーを適用することによって生じる。生成された気泡は安定しており、よってその後のエネルギーの適用がなくても色は変化しないままであり、即ち、色は選択された電流が適用されるまで安定した状態のままである。このことは、他のデジタル屋外広告看板方法に対し、著しくより安価な運用を提供する。別の利点は、種々のピクセルを形成するために用いられる製造方法が、単純且つ従来技術である点である。
【００３３】
本発明は、特定の具体的な実施形態に関して説明されたが、本発明の新規な特徴は他の実施形態にも適用可能であることは当業者であれば明らかであり、その全てが本発明の範囲内にあることを意図される。例えば、本明細書においては、本発明は、着色流体を変位させるために、流体アクチュエータを用いてエラストマ性メンブレンを変位させていたが、流体アクチュエータは、エラストマ性メンブレンを用いることなくこの機能を実現することができる。さらに、代替的な実施形態においては、固体イオン性コンダクタ、例えば、固体高分子膜を電解質として用いることができ、流体、すなわち水、水素及び酸素を電気化学的正反応及び逆反応のための反応剤を供給するのに用いることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１００：大型ディスプレイ
１１０：マイクロ流体ピクセル
１２０：壁
１３０：リザーバ
１４０：着色流体
１５０：ディスプレイ・チャンバ
１６０：導管
１７０：流体アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ピクセルが対応するディスプレイ表面部分を形成するようにアレイに配列された複数のピクセルにより形成されたディスプレイ表面を有するディスプレイであって、前記各ピクセルが、
第１の側部における前面及び対向する第２の側部における裏面を含む壁と、
第１のマイクロ流体システムと、
を含み、該第１のマイクロ流体システムが、
前記壁の前記第１の側部に配置された第１のリザーバであって、変形可能な壁により部分的に定められる、前記リザーバ・チャンバと、
前記第１のリザーバ内に配置された第１の着色流体と、
前記壁の前記第２の側部に配置された第１のディスプレイ・チャンバと、
前記第１のリザーバと前記第１のディスプレイ・チャンバとの間を連通させる第１の導管と、
前記第１の導管を通して、前記第１のリザーバと前記第１のディスプレイ・チャンバとの間で前記第１の着色流体の一部を選択的に移送するための手段を含む第１の流体アクチュエータと、
を含むことを特徴とするディスプレイ。
【請求項１】
各ピクセルが対応するディスプレイ表面部分を形成するようにアレイに配列された複数のピクセルにより形成されたディスプレイ表面を有するディスプレイであって、前記各ピクセルが、
第１の側部における前面及び対向する第２の側部における裏面を含む壁と、
第１のマイクロ流体システムと、
を含み、該第１のマイクロ流体システムが、
前記壁の前記第１の側部に配置された第１のリザーバであって、変形可能な壁により部分的に定められる、前記リザーバ・チャンバと、
前記第１のリザーバ内に配置された第１の着色流体と、
前記壁の前記第２の側部に配置された第１のディスプレイ・チャンバと、
前記第１のリザーバと前記第１のディスプレイ・チャンバとの間を連通させる第１の導管と、
前記第１の導管を通して、前記第１のリザーバと前記第１のディスプレイ・チャンバとの間で前記第１の着色流体の一部を選択的に移送するための手段を含む第１の流体アクチュエータと、
を含むことを特徴とするディスプレイ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２７１５３４（Ｐ２００９−２７１５３４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１１８８６（Ｐ２００９−１１１８８６）
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（５０４４０７０００）パロ アルト リサーチ センター インコーポレイテッド (65)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（５０４４０７０００）パロ アルト リサーチ センター インコーポレイテッド (65)
【Ｆターム（参考）】
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