JP2000066248A

JP2000066248A - 電気泳動表示装置

Info

Publication number: JP2000066248A
Application number: JP10231242A
Authority: JP
Inventors: Masataka Matsude; 雅隆松手; Soichi Kuwabara; 宗市桑原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】泳動粒子の比重を下げて分散媒との比重差に
伴う課題を解決するとともに、反射率とコントラスト比
を向上した電気泳動表示装置の提供が望まれている。【解決手段】透明基板１１とこれに対向して配置され
た対向基板１２との間の間隙に、色素によって着色され
た分散媒１３とこれに分散する電気泳動粒子１４とが封
入されてなり、透明基板１１と対向基板１２との間の電
圧印加の有無による電気泳動粒子１４の電気泳動作用に
より、表示動作をなす電気泳動表示装置１０である。電
気泳動粒子１４は、高分子樹脂材料と低分子樹脂材料と
が見掛け上複合化されてなる複合化材料によって形成さ
れたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分散媒中に分散し
た電気泳動粒子の電気泳動現象を利用した、電気泳動表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気泳動現象は、ある特定の粒子が媒質
（分散媒）に懸濁されると電気的に帯電し、この状態で
電界がかけられると、この帯電した粒子が分散媒中を通
って反対電荷を有する電極側に移動（泳動）する現象で
ある。

【０００３】このような現象を利用した電気泳動表示装
置（Electrophoretic image display ，ＥＰＩＤ）とし
て、従来、例えば図３に示す構造のものが知られてい
る。図３に示した電気泳動表示装置１は、透明基板２と
これに対向する対向基板３との間の間隙に、液体分散媒
４中に電気泳動粒子（以下、泳動粒子と略称する）５、
すなわちコロイド粒子を懸濁させた状態のものを封入し
て構成されたもので、透明基板２の内面に透明電極６が
設けられ、対向基板３の内面に対向電極７が設けられた
ものである。

【０００４】このような構成の電気泳動表示装置１の動
作原理を図４（ａ）〜（ｄ）によって説明する。電気泳
動表示装置１で使用される泳動粒子５は、本質的に正か
負に帯電させてある。図４では負に帯電させた泳動粒子
５を用いた例で、初期を図４（ａ）状態として、透明基
板２側を＋、対向基板３側を−に直流（ＤＣ）電圧を印
加すると負に帯電した泳動粒子５は＋である透明基板２
側に泳動し図４（ｂ）の状態になる。仮に図４（ａ）の
状態から透明基板２側を−、対向基板３側を＋にして電
圧を印加しても泳動粒子５は初期図４（ａ）の状態のま
ま動かない。図４（ｂ）の状態になってしまえば電圧を
オフにしても、その状態図４（ｃ）が保たれ（分散媒４
と泳動粒子５の比重差が小さい場合、より安定にこの状
態を保つことができる）、図４（ｃ）の状態から透明基
板２側を−、対向基板３側を＋にしてＤＣ電圧を印加す
ると泳動粒子５は＋極の方へ移動し図４（ｄ）の状態に
なる。このとき、透明基板２側を＋、対向基板３側を−
にＤＣ電圧を印加しても移動は起こらない。

【０００５】したがって、図示の位置から観察すると図
４（ａ）の状態では分散媒の色（黒色）が見え、図４
（ｃ）の状態では電気泳動粒子（白色）５を見ることに
なる。これによって所望する画像表示が行えるようにな
っている。しかし、上述の電気泳動表示装置では泳動粒
子の凝集、分散媒との比重差による泳動粒子の沈降や付
着現象による表示ムラを生じるという問題があった。こ
のような問題を解決するために表面改質（例えば特開昭
６２−１８３４３９号公報、特開昭６２−２８０８２６
号公報、特開平２−２８４１２８号公報など）や小区画
分割（例えば、特開平２−２８４１２７号公報）あるい
はマイクロカプセル化（特開昭６４−８６１１６号公
報、ｐ７５；ＳＩＤ’９７Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．Ｄｉｇｅ
ｓｔ）が行われている。

【０００６】このような表示装置１では、特に白の表示
を行うため、通常流動粒子（泳動粒子５）として白色顔
料を用いている。白色顔料としては、ルチル構造のＴｉ
Ｏ₂が隠蔽性および白呈色性に優れていることなどか
ら、最も一般的に用いられる。しかし、このＴｉＯ
₂は、その比重が３．８〜４．２と、分散媒４となる有
機媒体に比べ４倍程度の比重があって分散媒４との比重
差が大きいことから、表示装置１を立てた状態、すなわ
ち透明基板２、対向基板３を立てた状態にすると、その
一部が重力により基板２、３の面方向に沿って沈降して
しまう。そして、このようにＴｉＯ₂が沈降すると、こ
のＴｉＯ₂が本来の画素と異なる画素の側に移ってしま
って元に戻らなくなってしまい、表示の安定性が損なわ
れてしまう。

【０００７】また、このような表示装置１においては、
泳動粒子５が凝集を起こすことなどから画素間に仕切り
が必要となり、仕切りがないと画素間で粒子の偏りが生
じ、まともな表示ができなくなる。そのため、仕切りを
設けるべく画素をセル構造（特開昭４９−３２０３８号
公報）にしたり、泳動粒子と分散媒とをマイクロカプセ
ルに内包する（ＪＰ２５５１７８３）ことによって大き
な場所の移動を抑制している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロカプセルに内包することによって大きな場所の移動を
抑制しても、マイクロカプセル内では依然沈降が起こる
ことから、根本的には分散粒子である泳動粒子５と分散
媒４との比重を一致させることが必要であり、そのため
には分散媒４の比重を上げるか、あるいは泳動粒子５の
比重を下げなければならない。

【０００９】分散媒４の比重を上げる一つの方法として
は、従来、塩化物溶媒を使用することがなされていた。
ところが、現在では環境問題によって塩化物の使用が避
けられるようになってきており、今後の使用も望めない
のが実状である。また、ハロゲン化による重溶媒化も考
えられるが、その場合にもこれによって得られる分散媒
４の比重はせいぜい２程度である。したがって、泳動粒
子５と分散媒４との比重を一致させるためには、分散媒
４の比重を上げるよりも、泳動粒子５の比重を下げる方
がより現実的と考えられる。

【００１０】泳動粒子５の比重を下げる方法、すなわち
その軽量化についての文献としては、特開平１−１１４
８２９やB.Comiskey,J.D.Albert,J.Jacobson;p75,SID'9
7Int.Symp.Digestが知られているが、前者では詳しい記
述がなく、また、後者では十分に比重が下がっておら
ず、しかも溶媒（分散媒）に塩化物である塩化メチレン
を用いている。このように、泳動粒子５と分散媒４との
比重を一致させることはいまだに課題となっている。

【００１１】また、泳動粒子５として樹脂製の散乱粒子
を用い、これによりその比重を分散媒とほぼ同等にする
ことも考えられる。ところが、樹脂製散乱粒子は、例え
ば乳白色のものでも通常は多少の透光性を有しているこ
とから、この樹脂製散乱粒子単独では光の散乱を十分に
行うことができず、得られる表示はくすんだ白色となっ
てしまう。本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、泳動粒子の比重を下げて分散
媒との比重差に伴う課題を解決するとともに、反射率と
コントラスト比を向上した電気泳動表示装置を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の電気泳動表示装
置では、透明基板とこれに対向して配置された対向基板
との間の間隙に、色素によって着色された分散媒とこれ
に分散する電気泳動粒子とが封入されてなり、前記透明
基板と対向基板との間の電圧印加の有無による前記電気
泳動粒子の電気泳動作用により、表示動作をなす電気泳
動表示装置において、前記電気泳動粒子が、高分子樹脂
材料と低分子樹脂材料とが見掛け上複合化されてなる複
合化材料によって形成されたものであることを前記課題
の解決手段とした。

【００１３】この電気泳動表示装置によれば、電気泳動
粒子が、高分子樹脂材料と低分子樹脂材料とが見掛け上
複合化されてなる複合化材料によって形成されたもので
あるので、従来のＴｉＯ₂などに比べその比重が軽くな
って分散媒との間の比重差が小さくなる。また、電気泳
動粒子は高分子樹脂材料と低分子樹脂材料とが見掛け上
複合化されてなる複合化材料によって形成されており、
したがって高分子樹脂材料中に低分子樹脂材料が入り込
んだ状態となることによって内部に空気層を形成したも
のとなっていることから、この空気層と樹脂材料との間
の屈折率差によってその界面での反射効率が高まり、結
果として電気泳動粒子による入射光の反射・散乱の効率
が高まる。

【００１４】前記電気泳動粒子および分散媒について
は、多数のマイクロカプセルのそれぞれに内包しておく
のが好ましく、このようにマイクロカプセルに内包して
おくことにより、電気泳動粒子の大きな移動が抑えられ
る。また、このように電気泳動粒子および分散媒をマイ
クロカプセルに内包する場合、マイクロカプセルの粒径
としては１μｍ以上１００μｍ以下とするのが好まし
い。１００μｍを越えると、マイクロカプセル自体の大
きさが視認可能になって見たときに違和感が生じるな
ど、表示品質が低下するからであり、１μｍ未満では、
内包し得る電気泳動粒子の数が少なくなって入射光の反
射効率が低下するからである。

【００１５】また、電気泳動粒子の粒径としては１０μ
ｍ以下とするのが好ましく、１０μｍを越えると、マイ
クロカプセルに入る数が少なくなり、特に前述した電気
泳動粒子間の界面での反射効果が十分得られなくなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電気泳動表示装置
を実施形態例によって詳しく説明する。図１は本発明の
電気泳動表示装置の一実施形態例を示す図であり、図１
中符号１０は電気泳動表示装置である。この電気泳動表
示装置１０は、ガラス板からなる透明（透光性）の透明
基板１１と、同じくガラス板からなる透明の対向基板１
２とが所定の間隙を介して対向させられ、この間隙に、
分散媒１３と電気泳動粒子１４…とを内包した多数のマ
イクロカプセル１５…を配し、これらを封入して構成さ
れたものである。

【００１７】透明基板１１の内面には、ＩＴＯからなる
ストライプ状の透明電極１６…が並列した状態に形成さ
れており、一方、対向基板１２の内面にも、ＩＴＯから
なるストライプ状の対向電極１７…が並列した状態に形
成されている。これら透明電極１６…と対向電極１７…
とは、互いに直交した状態に配置されており、これによ
ってマトリクス駆動が可能になっている。透明基板１１
の外面には散乱性フィルム１８が貼設されている。この
散乱性フィルム１８は、反射型液晶ディスプレイなどに
も用いられているＩＤＳ−２１（〔商品名〕；大日本印
刷社製）等からなるもので、異方性を有したものであ
り、光がこれを透過した際に散乱を起こさせ、これによ
って白表示をより鮮明にするためものである。

【００１８】マイクロカプセル１５…に内包された分散
媒１３としては、アルキルナフタリンやジアリルエタ
ン、アルキルビフェニル、トリアリルジメタンなどの比
重が０．９〜１．２程度の不揮発性油や、低粘性のシリ
コーンオイル、植物性、動物性オイルなどが使用可能で
あり、着色剤によって適宜な色に着色されて用いられ
る。なお、このような分散媒１３としては、フッ素化し
て比重を大きくしたもの（ＷＯ９５３３０８５）を用い
てもよい。また、着色については、異なる色の着色剤を
３〜４種類混ぜ、黒色に着色するのが好ましい。本実施
形態例においては、アゾ系色素（日本感光色素研究所社
製）で青色に着色した、比重が約１のシリコーンオイル
（東レダウコーニングシリコーン社製）が用いられてい
る。

【００１９】電気泳動粒子１４は、高分子樹脂材料と低
分子樹脂材料とが見掛け上複合化されてなる複合化材料
によって形成されたもので、正か負に帯電したものであ
り、本例においては、高分子樹脂材料として二級の水酸
基を含む塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体が用いられ、
低分子樹樹脂材料として高級脂肪酸であるベヘン酸が用
いられている。

【００２０】このような複合化材料からなる電気泳動粒
子１４を得るには、例えば、まず二級の水酸基を含む塩
化ビニル−酢酸ビニル共重合体とベヘン酸および硬化用
のイソシアネート硬化剤とをメチルエチルケトン、シク
ロヘキサン、トルエンの混合溶媒中に溶解する。イソシ
アネート硬化剤は、ここで複合化されて得られた電気泳
動粒子１４が後述するマイクロカプセル形成時において
溶解しないよう、架橋し硬化させるために添加されたも
のである。次いで、この溶液を噴霧法によって微粒子化
し、さらにこれら微粒子を６０℃で２時間加熱して乾燥
する。その後、減圧下において８０℃で４時間加熱して
硬化を行い、さらに、得られた粒子をふるいによって粒
子径２〜３μｍの粒子に分級する。そして、この分級後
の粒子を９０℃に加熱し、さらに急冷する。

【００２１】すると、硬化時において高分子樹脂材料中
に低分子樹脂材料が入り込んだ状態となり、さらに冷却
によって入り込んだ低分子材料が収縮して高分子樹脂材
料の内部に空隙が形成され、これが空気層となることか
ら、この空気層と樹脂材料との間の屈折率差によってそ
の界面で散乱が起こり、得られた電気泳動粒子１４は白
濁する。そして、このように白濁することによって電気
泳動粒子１４はその反射効率が高まり、従来の電気泳動
粒子に比べ入射光の反射・散乱の効率を高めるものとな
る。

【００２２】これら分散媒１３と電気泳動粒子１４と
は、電気泳動粒子１４…が分散媒１３中に分散した状態
で前述したように多数のマイクロカプセル１５…のそれ
ぞれに内包されている。マイクロカプセル１５…は、透
明基板１１の透明電極１６…と対向基板１２の対向電極
１７…との間の間隙に最密充填で１層に敷き詰められて
おり、間隙内を移動しないように透明接着層１９によっ
て両基板１１、１２間に固定されている。

【００２３】ここで、このようなマイクロカプセル１５
は、従来公知の技術で作製された粒径約５０μｍのもの
で、特に化学的製法によって形成されたことによりバリ
ア性等の種々の機能を備えたものである。本例における
マイクロカプセル１５の作製法を具体的に説明すると、
前記泳動粒子１４をアルキルナフタレンに分散させた分
散液をコアセルベーション法によりアラビアゴム−ゼラ
チン系樹脂でマイクロカプセル化を行った。

【００２４】また、このようにして得られたマイクロカ
プセル１５…を対向基板１２上に１層で敷き詰めるに
は、図２に示すように対向基板１２の内面の対向電極
（図２中では図示略）上に予め硬化前（あるいは半硬化
状態）の接着剤２０を塗布しておき、その状態でこの上
にドクターブレード２１とこれの前面側に配置した調整
板２２とを配置する。ドクターブレード２１について
は、その底面２１ａと前記接着剤２０の表面との間の隙
間がマイクロカプセル１５のほぼ粒径分となるように配
置し、調整板２２については、ドクターブレード２１の
前面との間にマイクロカプセル１５が入るような一定間
隔をおいて配置するとともに、その底面と前記接着剤２
０の表面との間の隙間がマイクロカプセル１５の粒径よ
り狭くなるように配置する。

【００２５】このようにして配置したドクターブレード
２１と調整板２２との間にマイクロカプセル１５…を充
填供給し、さらにその状態でドクターブレード２１およ
び調整板２２を図２中矢印方向に移動させることによ
り、マイクロカプセル１５…を対向基板１２上に１層で
敷き詰めていく。このとき、予め接着剤２０を塗布して
おいたことにより、この上に敷き詰められたマイクロカ
プセル１５…はその移動が規制され、したがって敷き詰
められた状態が保持されるようになっている。

【００２６】そして、このようにしてマイクロカプセル
１５…を対向基板１２上に１層で敷き詰めたら、これら
マイクロカプセル１５…を挟んで透明基板１１を載せる
とともに、該透明基板１１と対向基板１２との間に透明
接着剤を充填し硬化させ、透明接着層１９を形成する。
ここで、この透明接着層１９を形成する接着剤として
は、透明であれば特に限定されることなく、メタクリル
酸系のものなど種々のものが使用可能であり、特に、製
造上マイクロカプセル１５…への悪影響が少ないことか
ら紫外線照射硬化型のものが好ましい。また、マイクロ
カプセル１５…を敷き詰めた状態に保持する接着剤２０
については、バインダーなどとしても機能するものでも
よく、例えば塩化ビニルや酢酸ビニル、ポリウレタンな
どが用いられる。

【００２７】このような構成の電気泳動表示装置１にあ
っては、白表示をなすべく、例えば透明電極１６、対向
電極１７間に電圧を印加して電気泳動粒子１４…を図１
中左側に示すように透明基板１１側に片寄らせると、外
部より入射し、散乱性フィルム１８、透明基板１１、透
明電極１６を透過してマイクロカプセル１５に至った入
射光が、図１中矢印で示すように電気泳動粒子１４…に
よって反射し、再び散乱性フィルム１８、透明基板１
１、透明電極１６を透過した反射光が外部に出射し、白
表示をなす。このとき、電気泳動粒子１４は空気層を有
していることにより白濁していることから、その反射効
率が高まっており、したがって電気泳動表示装置１は、
電気泳動粒子１４による入射光の反射・散乱の効率が従
来の電気泳動粒子を用いた場合に比べ高まっている。

【００２８】一方、暗色（分散媒１３中の着色剤による
色）表示をなすべく、図１中右側に示すように電気泳動
粒子１４…を対向基板１２側に片寄らせると、透明基板
１１側には着色された分散媒１３のみが存在するように
なる。したがって、外部より入射し、散乱性フィルム１
８、透明基板１１、透明電極１６を透過してマイクロカ
プセル１５に至った入射光は、分散媒１３中の着色色素
に吸収され、該色素によって着色された暗色表示をな
す。

【００２９】このように本例の電気泳動表示装置１０に
よれば、電気泳動粒子１４が、高分子樹脂材料と低分子
樹脂材料とが見掛け上複合化されてなる複合化材料によ
って形成されたものであるので、従来のＴｉＯ₂などに
比べその比重が軽くなって分散媒１３との間の比重差が
小さくなり、したがって従来のごとく表示装置１０を立
てたときに電気泳動粒子１４が沈降してしまうなどの比
重差に起因する不都合が解消される。

【００３０】また、電気泳動粒子１４は白濁しているこ
とによってその反射効率が高まっているので、この電気
泳動表示装置１０は、電気泳動粒子１４による入射光の
反射・散乱の効率が従来の電気泳動粒子を用いた場合に
比べ高まったものとなっており、したがってコントラス
ト比が高まってその表示性能が向上する。

【００３１】また、電気泳動粒子１４は分散媒１３との
比重差が小さいため、比重差による重力の影響を受けず
にファンデルワールス力によってその位置を維持する。
したがって、電気泳動表示装置１０はメモリー性があ
り、書き込まれた情報をそのまま保持し得るものとな
る。また、分散媒１３と電気泳動粒子１４とからなる分
散溶液層をマイクロカプセル化したことにより、表示の
安定性を増すことができ、しかもマイクロカプセル１５
…のサイズを揃えていることによって高い表示画質を得
ることができる。

【００３２】なお、前記例では透明基板１１、対向基板
１２の内面にそれぞれ透明電極１６、対向電極１７を設
けたが、本発明はこれに限定されることなく、透明基板
１１、対向基板１２の外側などから該基板１１、１２間
に電界をかけられるようにすれば、前記透明電極１６、
対向電極１７を必ずしも設ける必要はない。また、前記
例では透明基板１１、対向基板１２としてガラス板を用
いたが、本発明はこれに限定されることなく、柔軟なプ
ラスチックフィルムを用いることもでき、その場合に透
明接着層１９を構成する接着剤としては、柔軟性を損な
わないように硬化後のガラス転移温度が０℃以下のもの
を使用する。また、透明基板として柔軟なプラスチック
フィルムを用いる場合、このフィルムとして、その内面
に透明電極を形成した散乱性フィルム１８をそのまま用
いてもよい。

【００３３】また、透明基板１１については、入射光の
表面反射によって写り込みなどが起こることから、これ
を防止するため、ＡＲコートやＡＧコートを施しておい
てもよく、このようなコーティングを行うことにより、
写り込みを抑えてより高い画質を得ることができる。ま
た、対向基板１２、対向電極１７については、透明基板
１１側からの入射光がこれらを透過することはないた
め、非透明の材料によって形成してもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電気泳動表
示装置は、電気泳動粒子が、高分子樹脂材料と低分子樹
脂材料とが見掛け上複合化されてなる複合化材料によっ
て形成されたものであるので、従来のＴｉＯ₂などに比
べその比重が軽くなって分散媒との間の比重差が小さく
なり、したがって従来のごとく表示装置を立てたときに
電気泳動粒子が沈降してしまうなどの比重差に起因する
不都合を解消することができる。

【００３５】また、電気泳動粒子が、内部に空気層を形
成したことにより白濁してその反射効率が高まっている
ので、電気泳動粒子による入射光の反射・散乱の効率が
従来の電気泳動粒子を用いた場合に比べ高まったものと
なっており、したがってコントラスト比が高まってその
表示性能が向上する。

【００３６】また、本発明の電気泳動表示装置はきわめ
て簡単な構造であり、軽量、薄型、低消費電力であるこ
とから、携帯端末等のディスプレイとしても使用でき、
さらには電子本や電子ノートにも適用可能である。ま
た、通信機能などを装備させれば携帯可能な情報端末と
しての使用も可能である。また、透明基板や対向基板と
して柔軟性のあるプラスチック板を用いれば、この電気
泳動表示装置を現状の紙に近いフレキシブルな表示シー
トに作製することができ、その場合にこれを書換えの可
能な紙のようなプリントメディアとして使用することが
できる。さらに、薄いシート状に作製することができる
ため、一枚毎の使用形態とすることなく、複数枚を重ね
本のようにしてまとめて使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における電気泳動表示装置の一実施形態
例の、概略構成を示す側断面図である。

【図２】マイクロカプセルの敷き詰め方法を説明するた
めの図である。

【図３】従来の電気泳動表示装置の一例の、概略構成を
示す側断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、電気泳動表示装置の動作原
理説明図である。

【符号の説明】１０…電気泳動表示装置、１１…透明基板、１２…対向
基板、１３…分散媒、１４…電気泳動粒子、１５…マイ
クロカプセル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板とこれに対向して配置された対
向基板との間の間隙に、色素によって着色された分散媒
とこれに分散する電気泳動粒子とが封入されてなり、前
記透明基板と対向基板との間の電圧印加の有無による前
記電気泳動粒子の電気泳動作用により、表示動作をなす
電気泳動表示装置において、前記電気泳動粒子は、高分子樹脂材料と低分子樹脂材料
とが見掛け上複合化されてなる複合化材料によって形成
されたものであることを特徴とする電気泳動表示装置。
【請求項２】前記高分子樹脂材料が塩化ビニル−酢酸
ビニル共重合体であることを特徴とする請求項１記載の
電気泳動表示装置。
【請求項３】前記低分子樹脂材料が高級脂肪酸からな
ることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装置。
【請求項４】前記電気泳動粒子と分散媒とは多数のマ
イクロカプセルのそれぞれに内包されてなり、該マイク
ロカプセルの粒径が１〜１００μｍであることを特徴と
する請求項１記載の電気泳動表示装置。
【請求項５】前記電気泳動粒子の粒径が１０μｍ以下
であることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装
置。