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WO2007066000A1 - Dispositif d'affichage en couleurs - Google Patents

Dispositif d'affichage en couleurs Download PDF

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WO2007066000A1
WO2007066000A1 PCT/FR2006/002656 FR2006002656W WO2007066000A1 WO 2007066000 A1 WO2007066000 A1 WO 2007066000A1 FR 2006002656 W FR2006002656 W FR 2006002656W WO 2007066000 A1 WO2007066000 A1 WO 2007066000A1
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WO
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particles
electrodes
display
supply
cell
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/002656
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English (en)
Inventor
Claude Weisbuch
Weija Wen
Ping Shen
Ting Chan Che
Original Assignee
Genewave
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Publication date
Application filed by Genewave filed Critical Genewave
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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Definitions

  • the invention relates to a color display device, of the passive (non-emissive) type.
  • WO2004 / 012000 discloses an optically active glazing whose transmission, diffusion, reflection and / or color characteristics are variable in a controlled manner, this glazing comprising two parallel plates or sheets of glass, polymer or the like and delimiting between them a plurality of closed cells which contain dielectric particles suspended in a fluid. Electrodes carried by the plates and connected to electrical supply and control means make it possible to apply to the particles in the cells electric field gradients which move the particles and organize them in directions parallel to the plates or perpendicular to the plates , by the action of dielectrophoretic forces and by interactions between particles.
  • An advantage of this known device is its very low power consumption during operation and its great display stability due to the use of particles that are not electrically charged.
  • the present invention relates to developments and improvements in this type of glazing making it possible to produce a color display.
  • a device of the aforementioned type comprising a plurality of small cells, in particular less than 200 ⁇ m, juxtaposed in the same plane, delimited by plates or sheets of glass or of flexible material such as a polymer and containing dielectric particles suspended in a fluid and electrodes connected to supply and control means for moving and organizing the particles in directions parallel or perpendicular to the plates, by the action of dielectrophorethic forces and by interactions between the particles, characterized in that the particles are at least two different types having different colors, these particles being selectively displaceable and organizable between the plates according to their type by the supply and control means connected to the electrodes, and in that each cell comprises storage electrodes which are arranged on two front and rear plates of the cell and which are aligned with each other from one plate to another to store between them particles of a given type when they are supplied by electrical voltages of a given type, the cell also comprising display electrodes which are arranged on the front plate of the cell and which are supplied by voltages of a
  • an appropriate control of the supply of the electrodes makes it possible, by displacements and selective groupings of particles of different types, to display different or identical colors in the different cells (which form image "pixels" ) of the device.
  • particles of different types having different colors are contained together in the same cells.
  • Each cell will, for example, comprise 2, 3 or 4 different types of particles having different and complementary primary colors and one or more pairs of display electrodes, as well as several pairs of storage electrodes, these storage electrodes being different from the display electrodes.
  • the control of the power supplies of the electrodes of these cells makes it possible to display in each cell, successively or simultaneously, one or more primary colors and to erase them.
  • Combinations of electrically charged particles and particles can also be placed inside the cells. dielectric and one acts on the particles charged by electric fields in direct current, these particles moving selectively towards the electrodes having a sign opposite to their charge.
  • FIG. 1 is a partial schematic view from above and on a large scale of a display according to the invention
  • FIG. 1 illustrates the display and storage modes of an elementary cell of the display according to the invention.
  • the display in FIG. 1 comprises elementary cells 10 juxtaposed in the same plane and which are delimited between a front plate or sheet 12 of transparent material such as glass or a flexible material, for example a polymer, and a plate or sheet rear 14 which may be transparent, opaque or reflective as the case may be, and which may form a white or black background for example.
  • a front plate or sheet 12 of transparent material such as glass or a flexible material, for example a polymer
  • a plate or sheet rear 14 which may be transparent, opaque or reflective as the case may be, and which may form a white or black background for example.
  • the space defined between the plates 12 and 14 is divided into a plurality of elementary cells 10 by partitions 18 of dielectric material, for example of plastic material, which sealingly separate the cells 10 from each other.
  • the cells are filled with a preferably dielectric or weakly electrically conductive fluid, such as for example water or a silicone oil, which contains a suspension of dielectric particles 20, 22 of at least two different types and of at least two different colors, for example complementary primary colors.
  • a preferably dielectric or weakly electrically conductive fluid such as for example water or a silicone oil, which contains a suspension of dielectric particles 20, 22 of at least two different types and of at least two different colors, for example complementary primary colors.
  • the plates 12 and 14 are separated from each other by a small distance, for example between 0.01 and 1 mm approximately, the elementary cells 10 have small dimensions, typically less than 200 ⁇ m and the particles 20, 22 have a size of between 0.01 and 50 ⁇ m approximately and for example approximately 50 nm.
  • the cells 10 include display and storage electrodes 24, 36 which are for example of the same type but which can also be different. These electrodes are made of a suitable electroconductive material and have dimensions in thickness and in width which are typically between 1 ⁇ m and a few millimeters. They can have any desired configuration (threads, ribbons, combs, etc.) and they are formed on the plates by any suitable means, for example by deposition and engraving, by inkjet, by stamping, etc.
  • the electrodes are connected to power supply means 28 associated with control means 30, the power supply means 28 being able to be direct or alternating current at adjustable frequency.
  • the supply voltages are between 0.5 and 500V and the frequency is between 0 and 1 MHz.
  • the particles move in the same direction, in the absence of convective movement of the fluid, with different speeds according to their nature and their size, and begin to move for different values of the electric field.
  • particles contained in cells 10 are not electrically neutral, an electrophoretic effect depending on the polarities of the charge and the electric field is added to the dielectrophoretic and interaction effects between particles.
  • the particles can move in different directions depending on their type and size and also on the frequency of the current due to the frequency dependence of the Clausius Mosotti factor which gives the dipole number of particles immersed in a dielectric fluid (see par example Figure 4 of the article NGGreen and H. Morgan in J. Phys. and D: Appl. Phys. 31, 1998, L25-L30).
  • the electrodes can be opaque or preferably semi-transparent, the fluid filling the cells 10 being transparent or colored, as the case may be.
  • each cell 10 comprises two display electrodes 24, which are parallel and carried by the front plate 12, and storage electrodes 36, carried by the front plate 12 and the rear plate 14 and aligned with each other from one plate to another, these storage electrodes being four in number and comprising a first group of two electrodes 36a carried by the front plate 12 and the rear plate 14 and aligned with one 'other, and a second group of two electrodes 36b carried by the front plate 12 and the rear plate 14 and aligned with each other.
  • the display electrodes 24 extend on the front plate 12 along two parallel and opposite sides of the cell 10
  • the storage electrodes 36a and 36b extend on the plate 12 along the two other parallel and opposite sides of the cell 10 and perpendicular to the display electrodes 24, these having a length greater than that of the storage electrodes 36a, 36b.
  • the particles 20 and 22 of different colors contained in each cell 10 have different dielectrophoretic properties, which makes it possible to store them together or separately between the storage electrodes 36 and to display them together or separately between the electrodes 24, by applying appropriate electrical voltages at these electrodes, for example having different frequencies.
  • the particles contained in the cells are white (if the background is black) or black (if the background is white) and blue, yellow, red , for example.
  • each cell can comprise several pairs of display electrodes 24 and several pairs of storage electrodes 36, the number and the shapes of these electrodes being defined according to the envisaged application.
  • Selected voltage supply sequences continuous or alternative display and storage electrodes make it possible to display selected particles between the electrodes 24 and to store other selected particles between the electrodes 36.

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Abstract

Dispositif d'affichage passif en couleurs, comprenant une pluralité de cellules (10) de faibles dimensions délimitées par des cloisons (18) entre deux plaques ou feuilles parallèles de verre ou de polymère et contenant des particules diélectriques de types différents et de couleurs différentes, ces cellules étant équipées d'électrodes d'affichage (24) entre lesquelles des particules d'un type donné peuvent se rassembler lorsqu'on applique à ces électrodes une tension électrique appropriée, et d'électrodes de stockage (36a, 36b) pour le stockage des particules dans une direction perpendiculaire aux plaques délimitant les cellules.

Description

Dispositif d'affichage en couleurs
L'invention concerne un dispositif d'affichage en couleurs, du type passif (non-émissif).
On connaît par la demande WO2004/012000 un vitrage optiquement actif dont les caractéristiques de transmission, de diffusion, de réflexion et/ou de couleur sont variables de façon commandée, ce vitrage comprenant deux plaques ou feuilles de verre, de polymère ou analogue, parallèles et délimitant entre elles une pluralité de cellules fermées qui contiennent des particules diélectriques en suspension dans un fluide. Des électrodes portées par les plaques et reliées à des moyens d'alimentation électrique et de commande, permettent d'appliquer aux particules dans les cellules des gradients de champ électrique qui déplacent les particules et les organisent dans des directions parallèles aux plaques ou perpendiculaires aux plaques, par action de forces diélectrophorétiques et par interactions entre les particules.
Un avantage de ce dispositif connu est sa très faible consommation électrique en fonctionnement et sa grande stabilité d'affichage en raison de l'utilisation de particules non chargées électriquement.
La présente invention a pour objet des développements et perfectionnements de ce type de vitrage permettant de réaliser un affichage en couleurs.
Elle propose à cet effet un dispositif du type précité, comprenant une pluralité de cellules de faibles dimensions, inférieures notamment à 200μm, juxtaposées dans un même plan, délimitées par des plaques ou des feuilles de verre ou de matériau souple tel qu'un polymère et contenant des particules diélectriques en suspension dans un fluide et des électrodes reliées à des moyens d'alimentation et de commande pour déplacer et organiser les particules dans des directions parallèles ou perpendiculaires aux plaques, par action de forces diélectrophoréthiques et par interactions entre les particules, caractérisé en ce que les particules sont d'au moins deux types différents ayant des couleurs différentes, ces particules étant déplaçables et organisables entre les plaques de façon sélective en fonction de leur type par les moyens d'alimentation et de commande reliés aux électrodes, et en ce que chaque cellule comprend des électrodes de stockage qui sont agencées sur deux plaques avant et arrière de la cellule et qui sont alignées entre elles d'une plaque à l'autre pour stocker entre elles des particules d'un type donné quand elles sont alimentées par des tensions électriques d'un type donné, la cellule comprenant également des électrodes d'affichage qui sont agencées sur la plaque avant de la cellule et qui sont alimentées par des tensions d'un type donné pour regrouper entre elles des particules d'un type donné.
Dans ce dispositif, une commande appropriée de l'alimentation des électrodes permet, par des déplacements et des groupements sélectifs de particules de types différents, d'afficher des couleurs différentes ou identiques dans les différentes cellules (qui forment des « pixels » d'image) du dispositif.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, des particules de types différents ayant des couleurs différentes sont contenues ensemble dans les mêmes cellules.
Chaque cellule va, par exemple, comprendre 2, 3 ou 4 types de particules différentes ayant des couleurs primaires différentes et complémentaires et une ou plusieurs paires d'électrodes d'affichage, ainsi que plusieurs paires d'électrodes de stockage, ces électrodes de stockage étant différentes des électrodes d'affichage. La commande des alimentations des électrodes de ces cellules permet d'afficher dans chaque cellule, successivement ou simultanément, une ou plusieurs couleurs primaires et de les effacer. On peut par exemple alimenter les électrodes avec des tensions de fréquences différentes pour afficher différentes couleurs primaires dans chaque cellule.
On peut également disposer à l'intérieur des cellules des combinaisons de particules chargées électriquement et de particules diélectriques et on agit sur les particules chargées par des champs électriques en courant continu, ces particules se déplaçant sélectivement vers les électrodes ayant un signe opposé à leur charge.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique partielle de dessus et à grande échelle d'un afficheur selon l'invention ;
- les figures 2 et 3 sont des vues en coupe selon les lignes H-Il et III-
III respectivement de la figure 1 et illustrent les modes d'affichage et de stockage d'une cellule élémentaire de l'afficheur selon l'invention.
L'afficheur de la figure 1 comprend des cellules élémentaires 10 juxtaposées dans un même plan et qui sont délimitées entre une plaque ou feuille avant 12 de matière transparente telle que du verre ou un matériau souple, par exemple un polymère, et une plaque ou feuille arrière 14 qui peut-être transparente, opaque ou réfléchissante selon les cas, et qui peut former un fond blanc ou noir par exemple.
L'espace défini entre les plaques 12 et 14 est partagé en une pluralité de cellules élémentaires 10 par des cloisons 18 en matériau diélectrique, par exemple en matériau plastique, qui séparent de façon étanche les cellules 10 les unes des autres.
Les cellules sont remplies d'un fluide de préférence diélectrique ou faiblement électro-conducteur, tel par exemple que de l'eau ou une huile silicone, qui contient une suspension de particules diélectriques 20,22 d'au moins deux types différents et d'au moins deux couleurs différentes, par exemple des couleurs primaires complémentaires.
Les plaques 12 et 14 sont séparées les unes des autres par une distance faible, comprise par exemple entre 0,01 et 1 mm environ, les cellules élémentaires 10 ont des dimensions faibles, typiquement inférieures à 200μm et les particules 20, 22 ont une taille comprise entre 0,01 et 50μm environ et par exemple d'environ 50 nm.
Les cellules 10 comprennent des électrodes d'affichage et de stockage 24, 36 qui sont par exemple de même nature mais qui peuvent aussi être différentes. Ces électrodes sont en un matériau électroconducteur approprié et ont des dimensions en épaisseur et en largeur qui sont typiquement comprises entre 1 μm et quelques millimètres. Elles peuvent avoir toute configuration voulue (des fils, des rubans, des peignes, etc.,) et elles sont formées sur les plaques par tout moyen approprié, par exemple par dépôt et gravure, par jet d'encre, par tamponnage, etc.
Les électrodes sont reliées à des moyens 28 d'alimentation électrique associés à des moyens de commande 30, les moyens d'alimentation électrique 28 pouvant être à courant continu ou alternatif à fréquence réglable. Typiquement, les tensions d'alimentation sont comprises entre 0,5 et 500V et la fréquence est comprise entre 0 et 1 MHz.
Lorsque les électrodes 24 ou 36 sont alimentées en courant continu, les particules se déplacent dans le même sens, en l'absence de mouvement de convection du fluide, avec des vitesses différentes en fonction de leur nature et de leur dimension, et commencent à se déplacer pour des valeurs différentes du champ électrique. Lorsque des particules contenues dans les cellules 10 ne sont pas électriquement neutres, un effet électrophorétique dépendant des polarités de la charge et du champ électrique s'ajoute aux effets diélectrophorétiques et d'interactions entre particules.
Lorsque les électrodes sont alimentées en courant alternatif, les particules peuvent se déplacer dans des sens différents en fonction de leur type et de leur dimension et aussi de la fréquence du courant en raison de la dépendance en fréquence du facteur de Clausius Mosotti qui donne le dipôle effectif d'une particule immergée dans un fluide diélectrique (voir par exemple la figure 4 de l'article N.G.Green et H.Morgan dans J.Phys. et D : Appl.Phys.31 , 1998, L25-L30).
Les électrodes peuvent être opaques ou de préférence semi- transparentes, le fluide remplissant les cellules 10 étant transparent ou coloré, selon les cas.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 1 , chaque cellule 10 comprend deux électrodes d'affichage 24, qui sont parallèles et portées par la plaque avant 12, et des électrodes de stockage 36, portées par la plaque avant 12 et la plaque arrière 14 et alignées entres elles d'une plaque à l'autre, ces électrodes de stockage étant au nombre de quatre et comprenant un premier groupe de deux électrodes 36a portées par la plaque avant 12 et la plaque arrière 14 et alignées l'une avec l'autre, et un deuxième groupe de deux électrodes 36b portées par la plaque avant 12 et la plaque arrière 14 et alignées l'une avec l'autre.
Dans cet exemple, les électrodes d'affichage 24 s'étendent sur la plaque avant 12 le long de deux côtés parallèles et opposés de la cellule 10, et les électrodes de stockage 36a et 36b s'étendent sur la plaque 12 le long des deux autres côtés parallèles et opposés de la cellule 10 et perpendiculairement aux électrodes d'affichage 24, celles-ci ayant une longueur supérieure à celle des électrodes de stockage 36a, 36b.
Les particules 20 et 22 de couleurs différentes contenues dans chaque cellule 10 ont des propriétés diélectrophorétiques différentes, ce qui permet de les stocker ensemble ou de façon séparée entre les électrodes 36 de stockage et de les afficher ensemble ou séparément entre les électrodes 24, en appliquant à ces électrodes des tensions électriques appropriées, par exemple ayant des fréquences différentes.
On peut ainsi, notamment :
- stocker toutes les particules 20 et 22 entre les électrodes 36a lorsque celles-ci sont alimentées en courant continu, - maintenir les particules 20 entre les électrodes 36a et libérer les particules 22 lorsque les électrodes 36a sont alimentées avec une première tension alternative,
- stocker les particules 22 entre les électrodes 36b lorsque celles-ci sont alimentées avec une seconde tension alternative, les électrodes 36a restant alimentées par la première tension alternative,
- libérer soit les particules 20, soit les particules 22, soit l'ensemble des particules 20 et 22, en coupant l'alimentation des électrodes 36a où en coupant l'alimentation des électrodes 36b ou en coupant l'alimentation des électrodes 36a et celle des électrodes 36b, respectivement,
- regrouper les particules libérées 20 et/ou 22 entre les électrodes 24 en appliquant à celles-ci des tensions continues ou alternatives,
- effacer l'affichage réalisé à l'étape précédente par un ensemble de coupures et de réalimentations des électrodes 24 et 36 et éventuellement stocker les particules 20 ou 22 entre les électrodes 36a ou 36b en appliquant à ces électrodes des tensions électriques appropriées ou afficher les particules 22 et/ou 20 en réalimentant les électrodes 24, et ainsi de suite.
On peut dans ce mode de réalisation prévoir des particules de trois types différents et de trois couleurs différentes dans chaque cellule ou de quatre types différents et de quatre couleurs différentes, en équipant chaque cellule de trois ou de quatre ensembles d'électrodes de stockage 36, qui seront alimentées par des tensions de fréquence différente.
Suivant la couleur de la plaque de fond 14 des cellules, qui est en général blanche ou noire, les particules contenues dans les cellules sont blanches (si le fond est noir) ou noires (si le fond est blanc) et bleues, jaunes, rouges, par exemple.
De façon générale, chaque cellule peut comprendre plusieurs paires d'électrodes d'affichage 24 et plusieurs paires d'électrodes de stockage 36, le nombre et les formes de ces électrodes étant définis en fonction de l'application envisagée. Des séquences choisies d'alimentation en tension continue ou alternative des électrodes d'affichage et de stockage permettent d'afficher des particules choisies entre les électrodes 24 et de stocker d'autres particules choisies entres les électrodes 36.
A l'initialisation de l'affichage, il faut en général plusieurs séquences d'alimentation électrique des électrodes d'affichage et de stockage et de coupure de ces alimentations pour, en partant d'un état où les différentes particules sont dispersées dans les cellules, réaliser un affichage de particules d'un type donné entre les électrodes d'affichage et le stockage des autres particules entre les électrodes de stockage. Ensuite, il est en général possible de modifier cet affichage au moyen d'une séquence choisie de coupure des alimentations des électrodes, et d'application de tensions choisies à ces électrodes.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Dispositif d'affichage passif en couleurs, comprenant une pluralité de cellules (10) de faibles dimensions juxtaposées dans un même plan, délimitées par des plaques ou feuilles (12, 14) de verre ou de matériau souple tel qu'un polymère et comprenant des particules diélectriques (20, 22) en suspension dans un fluide et des électrodes (24, 36) reliées à des moyens d'alimentation et de commande pour déplacer et organiser les particules dans des directions parallèles ou perpendiculaires aux plaques, par action de forces diélectrophorétiques et par interactions entre les particules, caractérisé en ce que les particules (20, 22) sont d'au moins deux types différents ayant des couleurs différentes et des propriétés diélectrophorétiques différentes, ces particules étant déplaçables et organisables entre les plaques de façon sélective en fonction de leur type par les moyens d'alimentation et de commande reliés aux électrodes et en ce que chaque cellule (10) contient des électrodes de stockage (36a, 36b) agencées sur deux plaques avant et arrière (12, 14) délimitant la cellule et alignées entre elles d'une plaque à l'autre et des électrodes d'affichage (24) agencées sur la plaque avant (12) de la cellule.
2/ Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les particules (20, 22) de types différents sont contenues ensemble dans les mêmes cellules (10).
3/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules (20, 22) sont de n types différents et ont des couleurs complémentaires, n étant égal à 2, 3 ou 4.
4/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cellule (10) comprend plusieurs paires d'électrodes d'affichage (24) et de stockage (36).
5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que : - l'alimentation en courant continu des électrodes de stockage (36a, 36b) réalise le stockage de toutes les particules entre ces électrodes, et inversement la coupure de cette alimentation libère les particules,
- l'alimentation des électrodes de stockage avec une tension alternative déterminée réalise le stockage de particules d'une couleur et la libération de particules d'une autre couleur,
- l'alimentation des électrodes d'affichage (24) par des tensions continues ou alternatives réalise l'affichage des particules non stockées entre les électrodes de stockage,
- des séquences de coupures d'alimentation et de réalimentation des électrodes d'affichage (24) et des électrodes de stockage (36) réalisent l'effacement de l'affichage,
- l'alimentation des électrodes d'affichage (24) par une tension alternative déterminée réalise l'affichage des particules d'une couleur déterminée, - des séquences choisies d'alimentation en tension continue ou alternative des électrodes d'affichage et de stockage permettent d'afficher des particules choisies entre les électrodes d'affichage (24) et de stocker d'autres particules choisies entre les électrodes de stockage (36).
6/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules (10) contiennent également des particules chargées électriquement, déplaçables et organisables par des forces électrophorétiques.
Il Dispositif selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que les particules (20, 22) ont des tailles comprises entre 10nm et 50μm.
8/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes (24, 36) sont semi-transparentes.
9/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes d'affichage (24) s'étendent sur la plaque avant (12) le long de deux côtés parallèles et opposés de la cellule (10) et en ce que des électrodes de stockage (36a, 36b) s'étendent sur cette plaque le long des deux autres côtés parallèles et opposés de la cellule (10).
10/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes d'affichage (24) ont une longueur supérieure à celle des électrodes de stockage (36a, 36b).
PCT/FR2006/002656 2005-12-09 2006-12-05 Dispositif d'affichage en couleurs WO2007066000A1 (fr)

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