JP2003107533A - 表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントラストの高い画像を表示するために十
分な開口度を有し、かつ、スペーサ強度が低下しないス
ペーサを有する表示素子を提供する。 【解決手段】 着色粒子を電界で駆動することにより複
数画素を表示する表示素子では、粒子が基板の平面方向
に広がって移動することを抑止するため、および、基板
どうしを所定距離離間するために、スペーサが形成され
る。スペーサは、表示素子を表示基板の平面側から見た
場合、格子上に形成される。本発明では、格子上に形成
されたスペーサの水平方向および垂直方向とも、複数の
幅の細い（すなわち、基板の平面方向の距離が短い）ス
ペーサ１２１毎（例えば、３個毎）にスペーサ１２１よ
りも幅の太い（すなわち、基板の平面方向の距離の長
い）スペーサ１２２が形成されている。これにより、ス
ペーサ全体の強度を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、着色粒子を電界で
駆動することにより画像を繰り返し表示する表示素子に
関し、詳細には、スペーサを有する表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気により所望の画像を表示素子に表示
させる技術の一つとして、電子ペーパー技術が知られて
いる。対向する基板の間に液体の表示要素もしくは表示
要素を液体中に分散させた表示液体を封入した構成の電
子ペーパーは、例えば、電気泳動、サーマルリライタブ
ル、液晶ディスプレイおよびエレクトロクロミーの技術
を利用したものである。また、電極および誘電体層を積
層して各々が構成される２つの対向する表示基板の間
に、互いに異なる２色の粒子の表示要素、（例えば、黒
色粒子および白色粒子）を封入した構成の電子ペーパー
は、例えば、粒子表示素子の技術を利用したものであ
る。

【０００３】粒子表示素子では、表示基板間に電界が加
えられると、摩擦帯電により異なる極性を有した２色の
粒子が、表示基板および粒子の極性に応じて表示基板の
一方に移動して付着する。表示基板間の電界の極性が切
り替えられると、２色の粒子は、現在付着している表示
基板に対向する他方の表示基板に移動して付着する。表
示基板間に加えられていた電界が切断されても、表示基
板に設けた誘電体層により電界は維持されるため、粒子
は表示基板から遊離しない。

【０００４】また、粒子表示素子は、ドットマトリック
ス方式により、文字、グラフィック双方の表示を行うこ
とができる。ストライプ電極を形成した２枚の基板を電
極が格子状に交差するように対向して配置する。縦方向
の電極および横方向の電極のタイミングを合わせて電気
信号を送ると、信号が送られた縦横の電極が交差する画
素が表示されるため、縦横の電極の組み合せを選択する
ことで、目的とする複数の画素を同時に表示できる。任
意のパターンを形成した電極を使用することにより、任
意のパターンの表示を行うこともできる。

【０００５】粒子状の表示要素を封入した構成の粒子表
示素子は、異なる２色の粒子どうしの摩擦帯電現象を利
用して粒子を帯電させ、外部より電界を加えて粒子の駆
動を行う。粒子は電気力線に沿って駆動されるため、外
部より電界を加えた際に表示基板に対して法線方向に一
様な電気力線が形成されることが望ましい。しかしなが
ら、表示基板間距離および誘電体層の厚さの不均一、電
極形状、電極部位などにより、表示基板に対して法線方
向に一様な電気力線が形成されることはない。

【０００６】粒子表示素子の一形態では、ドットマトリ
ックスのように表示基板面内で電極パターンを形成し
て、この電極パターンを選択して電圧を印加することに
より、隣接する電極に電位差を与える。対向する表示基
板と背面基板との間で粒子を駆動する構成であるため、
対向する表示基板と背面基板との間の電界および隣接す
る電極パターンとのエッジ電界による電気力線が形成さ
れる。この場合、電気力線は表示基板に対して法線方向
から外側に広がって形成される。粒子は、電気力線に沿
って、表示基板に対して法線方向から外側に広がって駆
動されるため、粒子は広がって表地面に付着し、表示濃
度は低下する。このような粒子の広がりを抑止するため
にスペーサが配置される。

【０００７】粒子を電界で駆動して表示を行う表示素子
として、特開２００１−３３８３３号公報は、２つの導
電層間に挟まれた空間を区間部材によって分割すること
により、粒子の偏りを生ずることがなく、画像濃度ムラ
が発生しない高品質の表示媒体を開示している。しかし
ながら、高解像度表示を行うために十分な開口度を確保
しようとすると、微細な区間部材を設けることになり、
これにより、区間部材の強度が低下するという問題点が
ある。また、開口度を確保するとともに、２つの導電層
間の空間を確保するためには、高アスペクト比の区間部
材を形成する必要がある。しかしながら、高アスペクト
比の区間部材を形成することは、精密な設定の工程を必
要とするため製造が困難であるという問題点がある。

【０００８】粒子を電界により駆動して表示を行う表示
素子として、特開２００１−２１５５３７号公報は、所
定のギャップをおいて対向する、少なくとも一方が光透
過性を有する２枚のシートと、２枚のシートの間に形成
され、周囲を仕切り壁で囲まれた１または２以上の現像
剤収容セルと、各セルに内包された乾式現像剤と、を有
する可逆性画像表示媒体を開示している。乾式現像剤
は、帯電極性および光学的反射濃度が互いに異なる少な
くとも２種類の、摩擦帯電性を有する乾式現像粒子を含
んでおり、媒体単位面積における非画像部の面積の比が
０．０００１以上０．５以下である。しかしながら、こ
のような値においては、十分な開口度を有する微細な仕
切り壁を設けると、仕切り壁の強度の低下を引き起こす
といった問題点がある。また、高アスペクト比の微細な
仕切り壁を形成することは、精密な設定の工程を必要と
するため製造が困難であるという問題点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するためになされたものであって、コントラスト
の高い画像を表示するために十分な開口度を有し、か
つ、スペーサ強度が低下しないスペーサを有する表示素
子を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の請求項１に係る表示素子は、第１の基板
と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板
と、前記第１の基板と前記第２の基板との間の空間に封
入され、該第１の基板と該第２の基板との間に印加され
た電界により、該第１の基板と該第２の基板との間を移
動する、色および帯電極性が互いに異なる複数種類の粒
子と、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくと
も一方に、少なくとも１つの幅が他と異なる幅となるべ
く形成された複数のスペーサと、を有する。

【００１１】すなわち、本発明の表示素子は、スペーサ
を使用することにより、第１の基板と第２の基板との間
の所定の間隔を保持し、かつ、エッジ電界により粒子が
基板平面方向へ広がることを抑止する。コントラストの
高い画像を表示するために幅の細い、すなわち、スペー
サの高さ（基板の平面に対して垂直な方向の距離）の２
分の１の高さにおける幅（基板の平面方向の距離）の短
い、スペーサが使用されるが、スペーサ全体の強度を確
保するために、少なくとも１つの幅の太い、すなわち、
基板の平面方向の距離の長い、スペーサが使用される。
これにより、表示素子はコントラストが高い画像を表示
するために十分な開口度を有するとともに、スペーサ全
体の強度を確保することができる。

【００１２】また、本発明の請求項２に係る表示素子
は、第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置され
た第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との
間に封入され、該第１の基板と該第２の基板との間に印
可された電界により、該第１の基板と該第２の基板との
間を移動する、色および帯電極性が互いに異なる複数種
類の粒子と、前記第１および第２の基板の少なくとも一
方に、少なくとも１つの高さが他と異なる高さとなるべ
く形成された複数のスペーサと、を有する。

【００１３】すなわち、本発明の表示素子は、高さの高
いスペーサと高さの低いスペーサとで粒子の移動を規制
し、エッジ電界により粒子が基板平面方向へ広がること
を抑止する。さらに、高さの高いスペーサで、第１の基
板と第２の基盤との間の間隔を保持することができる。
ここで、高さとは、基板平面方向と交差する方向の長さ
である。

【００１４】また、高さの低いスペーサの幅を高さの高
いスペーサの幅より細くしてもよい。高さの低いスペー
サでは、アスペクト比を高くすることなくスペーサの幅
を狭くすることができる。これにより、十分な開口度の
微細なスペーサを形成し、コントラストの高い画像を表
示することができる。さらに、高さの低いスペーサを第
２の基板である背面基板の上に設けた際は、表示基板で
ある第１の基板上には高いスペーサのみが存在すること
になるため、スペーサが表示基板の表示に影響しない。

【００１５】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］以下、図面を参
照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１に
は、本発明の単一の画素を表示する表示素子の断面構成
を示した。

【００１６】図１に示すように、表示素子１２０は、第
１の基板である表示基板１０と第２の基板である背面基
板１１とがスペーサ１２を介して対向して配置されてい
る。表示基板１０と背面基板１１との間の空間内には、
色および帯電極性が互いに異なる複数種類の粒子が封入
されている。ここでは、例えば、２種類の粒子、具体的
には、第１の粒子１３（例えば、白色）および第１の粒
子とは異なる色を有する第２の粒子１４（例えば、黒
色）が封入されている。スペーサ１２の外周には、表示
素子を密閉するための封止部１６が形成されている。

【００１７】表示基板１０は、透明基板１０ａ、透明電
極１０ｂ、および誘電体膜１０ｃが積層されて構成され
ている。透明電極１０ｂは電圧印加手段１５と接続され
ている。背面基板１１は、基板１１ａ、電極１１ｂ、お
よび誘電体膜１１ｃが積層されて構成されており、電極
１１ｂは接地されている。

【００１８】表示基板１０は、例えば、ＩＴＯ電極をス
パッタリングした透明ガラス電極（２ｍｍ）を任意の導
電パターン形状にエッチングし、導電面にモノクロロベ
ンゼン４５重量部に対してポリカーボネート樹脂５重量
部を溶解させた溶液をディップコートし、乾燥して、ポ
リカーボネート膜（５μｍ）が形成された構成とするこ
とができる。

【００１９】背面基板１１は、例えば、スペーサ１２を
電極１１ｂに作成した後、例えば、エポキシ基板（５ｍ
ｍ）に銅電極を張り合わせたエポキシ電極基板の電極面
に、モノクロロベンゼン４５重量部に対してポリカーボ
ネート樹脂５重量部を溶解させた溶液をディップコート
し、乾燥して、ポリカーボネート膜（５μｍ）を形成し
た構成とすることができる。

【００２０】スペーサ１２は、例えば、スクリーン印刷
により生成される。スクリーン印刷は、任意のパターン
を形成した版によりインクを複数回重ねて印刷する方法
であり、任意の高さ（すなわち、基板平面方向と交差す
る方向の長さ）を有する任意の形状のスペーサを精度良
く作成できる。スクリーン印刷に使用するインクは、例
えば、熱硬化樹脂を使用することができる。詳細には、
背面基板１１上にパターン印刷し、オーブン中で１１０
℃に加熱して焼成を行う処理を、スペーサ１２が所望の
高さになるまで複数回繰り返す。

【００２１】第１の粒子１３は、例えば、体積平均粒径
２０μｍの酸化チタン含有架橋ポリメチルメタクリレー
トの球状微粒子（積水化成品工業（株）性テクポリマー
ＭＢＸ−２０−ホワイトを分級）１００重量部にイソプ
ロピルトリメトキシシラン処理したチタニアの微粉末
０．４重量部を外添して得られる。

【００２２】シラン処理されたチタニアの微粉末は粒子
の帯電性を適性レベルに抑制し、粒子の流動性を高いレ
ベル保つ作用がある。シラン処理されたチタニアの微粉
末の添加量は、第１の粒子の径と微粉末の径とにより適
宜調整される。添加量が多過ぎると第１の粒子表面から
遊離する微粉末が発生し、これらが第２の粒子の表面に
付着すると、第２の粒子の帯電極性が第１の粒子の帯電
極性と同様となり、第２の粒子が第１の粒子と同方向へ
移動するので好ましくない。粒子１００重量部に対する
チタニアの量は、好ましくは０．０５〜１．０重量部、
より好ましくは０．１〜０．５重量部である。

【００２３】第２の粒子１４は、例えば、体積平均粒径
２０μｍのカーボン含有架橋ポリメチルメタクリレート
の球状微粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーＭ
ＢＸ−２０−ブラックを分級）を使用することができ
る。

【００２４】第１の粒子１３および第２の粒子１４は、
所定の重量比、例えば２対１の割合で混合され、背面基
板１１上に配置されたスペーサ１２の開口部にスクリー
ンを通して振るい落とされる。スペーサ１２上部に付着
した第１の粒子１３および第２の粒子１４は、シリコン
ゴム製ブレードで除去される。

【００２５】表示基板１０の誘電体膜１０ｃ側と背面基
板１１のスペーサ１２が形成されている側である誘電体
膜１１ｃ側とを重ね合わせ、クランプもしくはクリップ
により固定した後、表示基板１０と背面基板１１の間隙
にディスペンサを使用して樹脂を注入、硬化させること
により封止部１６が作成される。

【００２６】図２（ａ）〜（ｄ）には、表示素子１２０
の表示状態を示した。第１の粒子１３と第２の粒子と
は、例えば、相互の摩擦による摩擦帯電により、互いに
異なる極性に帯電する。ここでは、第１の粒子１３は負
に帯電しており、第２の粒子１４は正に帯電している。
例えば、基板内側誘電体膜がポリカーボネート樹脂（Ｐ
Ｃ−Ｚ）である場合、第１の粒子１３の平均帯電量は−
１６ｆＣ、第２の粒子１４の平均帯電量は＋１６ｆＣで
ある。基板内側表面の材質は粒子の帯電極性に大きな影
響を及ぼすので、適宜選択する必要がある。

【００２７】第１の粒子１３および第２の粒子１４の帯
電量は、湿度によって影響を受ける。例えば、湿度が低
いと帯電量が高くなり、湿度が高いと帯電量が低くな
る。湿度による帯電量の変化は、第１の粒子１３および
第２の粒子１４として組み合せられる粒子の種類、粒子
の混合比率、外添処理の有無などによって異なる。した
がって、表示素子に安定した表示を行わせるためには、
粒子に応じた最適な湿度を保つ必要がある。

【００２８】また、本実施の形態で用いる粒子の形状は
真球であるため、粒子間の接触は点接触であり、粒子と
基板内側表面との接触も点接触である。このため、粒子
間および粒子と基板内側表面とのファンデルワールス力
に基く付着力は小さい。したがって、電界により帯電粒
子が基板内を円滑に移動することができる。しかし、基
板内部の湿度が高くなると、粒子および粒子と基板内側
表面との付着力が液架橋力により増大し、帯電粒子の移
動が円滑に行われなくなるため、安定した表示を行うに
は湿度の上昇を防止する必要がある。

【００２９】図２（ａ）には、表示基板１０の透明電極
１０ｂに正の電位がかかるように直流電圧（例えば、Ｄ
Ｃ２００Ｖ）を印加した場合が示されている。第１の粒
子１３は負に帯電しているため、表示基板１０側に移動
し、第２の粒子１４は正に帯電しているため背面基板１
１側に移動する。

【００３０】図２（ｃ）には、図２（ａ）の状態から透
明電極１０ｂへの電圧の印加を切断した場合を示してい
る。電圧の印加が切断されても、誘電体膜１０ｃおよび
１１ｃにより電界が維持されるため、第１の粒子１３は
表示基板１０側に保持され、第２の粒子１４は背面基板
１１側に保持される。

【００３１】図２（ｂ）には、透明電極１０ｂに負の電
位がかかるように直流電圧（例えば、ＤＣ−２００Ｖ）
を印加した場合を示している。第１の粒子１３は負に帯
電しているため、背面基板１１側に移動し、第２の粒子
１４は正に帯電しているため、表示基板１０側に移動す
る。

【００３２】図２（ｄ）は、図２（ｂ）の状態から透明
電極１０ｂへの電圧の印加を切断した場合を示してい
る。電圧の印加が切断されても、誘電体膜１０ｃおよび
１１ｃにより電界が維持されるため、第１の粒子１３は
背面基板１１側に保持され、第２の粒子１４は表示基板
１０側に保持される。

【００３３】図２（ａ）および（ｃ）に示されたよう
に、電圧印加手段１５により電圧が印加されると、表示
基板１０と背面基板１１との間には電気力線が形成さ
れ、第１の粒子１３および第２の粒子１４は、電気力線
に沿って移動する。印加する電圧に応じて、第１の粒子
１３または第２の粒子１４のいずれかが表示基板１０に
付着することにより、表示基板１０に所望の粒子色が表
示される。

【００３４】図３は、図１に示された表示素子１２０を
応用したものであり、複数の画素を表示する表示素子１
２０の断面構成を図示したものであり、図１と同一部分
には同一符合を付し、詳細な説明は省略する。

【００３５】図３〜図６に示すように、表示素子１２０
は、対向した表示基板１０と背面基板１１とが、スペー
サ１２１および１２２を介して固定されている。

【００３６】表示基板１０の複数の透明電極１０ｂは、
Ｂ−Ｂ‘方向に長い帯状となっており、背面基板１１の
複数の電極１１ｂはＡ−Ａ’方向に長い帯状となってい
る。図５に示すように、表示素子１２０には、複数の透
明電極１０ｂに各々対応する複数の行電極５０Ｄ、およ
び複数の電極１１ｂに各々対応する複数の列電極５０Ｃ
が形成されている。図６に示すように、列電極５０Ｃお
よび行電極５０Ｄは各々配線５２Ｃおよび５２Ｄを介し
てコントローラ３８に接続される。コントローラ３８
は、表示素子１２０の各画素を駆動するための駆動電源
４０に接続されている。

【００３７】コントローラ３８は、電極５０Ｃ、５０Ｄ
に印加される電圧を制御することにより、図６に示すよ
うな複数画素のマトリクス駆動表示を行うことができ
る。なお、図の記載を平明にするために、図４に例示さ
れている表示素子１２０における表示画素数（８×８画
素）と、図５および図６に例示されている表示素子１２
０における表示画素数（６×６画素）は異なっている。
図４〜図６の表示画素数は説明のために示されたもので
あり、本発明はこれに限定されない。

【００３８】図４は、図３のＡＡ‘断面図であり、水平
方向、垂直方向とも複数の幅の細い（すなわち、基板の
平面方向の距離が短い）スペーサ１２１毎（例えば、３
個毎）にスペーサ１２１よりも幅の太い（すなわち、基
板の平面方向の距離の長い）スペーサ１２２が形成され
ている。

【００３９】なお、スペーサの幅ｗは、図１３に示され
るように、スペーサ１２１の高さｈの半分の高さｈ／２
において測定される。例えば、スペーサ１２１がスクリ
ーン印刷などにより薄い層を複数重ねることで形成され
る場合、層の数が増加するにつれて、スペーサの底部が
変形する。このため、底部の幅ｗ‘を測定することが困
難になるため、スペーサの幅ｗは半分の高さｈ／２で測
定される。

【００４０】表示のコントラストを高くするためにスペ
ーサの開口度を大きくすると、スペーサの幅を細くする
必要が生じる。スペーサが細くなるとスペーサの強度が
弱くなる。しかしながら、複数の幅の細いスペーサ１２
１毎にスペーサ１２１よりも幅の太いスペーサ１２２を
形成することにより、スペーサ全体の強度を確保するこ
とができる。例えば、幅５０μｍ、高さ３００μｍであ
るスペーサ１２１がピッチ１ｍｍで形成されている場
合、３個のスペーサ１２１毎に幅１５０μｍ、高さ３０
０μｍのスペーサ１２２を形成することができる。

【００４１】幅の太いスペーサ１２２を形成する間隔
を、表示されるキャラクターを形成する画素数などに応
じて調整してもよい。すなわち、ｎ個の幅の細いスペー
サ１２１毎に幅の太いスペーサ１２２を形成してもよ
い。このとき、ｌをキャラクターの一辺の画素数、ｍを
任意の整数とすると、ｎは、ｌ／ｍ−１で得ることがで
きる。例えば、表示素子１２０を１６×１６画素で１つ
のキャラクターを表示する表示装置に使用する場合に
は、１個、３個、または１５個の幅の細いスペーサ１２
１毎に、幅の太いスペーサ１２２を形成することができ
る。このように幅の太いスペーサ１２２を形成すること
により、幅の太いスペーサ１２２がキャラクターの外枠
と一致し、キャラクターの形状が崩れることなく、外観
のよいキャラクターを表示することができる。

【００４２】なお、表示素子１２０がカラー表示を行う
ためにＲＧＢもしくはＣＭＹ３色を１画素として表示す
るためのものである場合、図１４に示されるように、１
画素を太いスペーサ１３２で区画し、画素内の３色の領
域を区画するために細いスペーサ１３１が使用されても
よい。

【００４３】第１実施形態では、複数の幅の細いスペー
サ１２１毎に幅の太いスペーサ１２２を形成したが、本
発明はこれに限定されず、例えば、複数の幅の細いスペ
ーサ１２１毎に、スペーサ１２１よりも強度の高い材質
で形成されたスペーサを形成するようにしてもよい。こ
の場合、強度の高い材質で形成されたスペーサは幅の細
いスペーサ１２１よりも強度が高いため、スペーサ全体
の強度を確保することができる。この場合、強度の高い
材質で形成されたスペーサの幅は、スペーサ１２１より
も太くなくてもよい。

【００４４】なお、説明を簡単にするために、上記では
基板とスペーサの形成を別個に記載した。すなわち、背
面基板１１が基板１１ａ、電極１１ｂ、および誘電体膜
１１ｃの積層により形成されること、および背面基板１
１へのスペーサ１２の形成を別個に記載した。背面基板
１１に誘電体膜が積層された後スペーサ１２を形成して
もよいが、この場合、スペーサの材質によっては粒子が
スペーサに付着する場合がある。このため、背面基板１
１に対してスペーサ１２が形成された後、背面基板１１
およびスペーサ１２に誘電体膜１１ｃが塗布されること
が望ましい。

【００４５】［第２実施形態］図７は、本発明の第２実
施形態に係る表示素子１２０の断面構成を図示したもの
であり、図１と同一部分には同一符合を付し、詳細な説
明は省略する。第２実施形態では、高さの異なるスペー
サ１２３および１２４が使用されている。

【００４６】図８は、図７のＡＡ‘断面図であり、水平
方向、垂直方向とも複数の高さの低いスペーサ１２３毎
に高さの高いスペーサ１２４が配置されている。図７に
示されるように、表示基板１０および背面基板１１に各
々形成されている高さの低いスペーサ１２３は、所定の
間隔を離間して互いに対向するように配置される。高さ
の低いスペーサ１２３および高さの高いスペーサ１２４
は、第１の粒子１３および第２の粒子１４がエッジ電界
により表示面に沿って広がることを抑止するために配置
される。高さの高いスペーサ１２４は、さらに、表示基
板１０と背面基板１１とを所定の間隔で対向して配置す
るために、表示基板１０と背面基板１１とを所定の間隔
で離間する役割を有する。

【００４７】表示のコントラストを高くするために、ス
ペーサの開口度を大きくするとスペーサを細くする必要
が生じる。細く、かつ、表示基板１０および背面基板１
１との間を所定の距離だけ離間するために所定の長さを
有するスペーサのアスペクト比は高くなる。このような
アスペクト比の高いスペーサは、精密な設定の工程を必
要とするため製造が困難である。そこで、アスペクト比
の高いスペーサを使用する替わりに、長さを短くするこ
とによりアスペクト比を低くしたスペーサ１２３を使用
する。複数の高さの低いスペーサ１２３毎に高さの高い
スペーサ１２４を形成することにより、表示基板１０お
よび背面基板１１との間を所定の距離だけ離間する。こ
れにより、製造の簡易なアスペクト比の低いスペーサを
多く用いて、スペーサの開口度を大きくすることができ
る。

【００４８】なお、スペーサ１２３およびスペーサ１２
４の幅は同様でもよいが、スペーサ１２４の幅をスペー
サ１２３の幅よりも太くすることにより、スペーサ全体
の強度を確保することができる。例えば、幅３０μｍ、
高さ１００μｍであるスペーサ１２３が、ピッチ１ｍｍ
で配置されている場合、３個のスペーサ１２３毎に、幅
１５０μｍ、高さ３００μｍのスペーサ１２４を配置す
ることができる。この場合、第１実施形態と同様に、幅
の太いスペーサ１２４を形成する間隔を、表示されるキ
ャラクターを形成する画素数などに応じて調整してもよ
いし、表示素子１２０がカラー表示を行うためにＲＧＢ
もしくはＣＭＹ３色を１画素として表示するためのもの
である場合、図１４に示されるように、１画素を太いス
ペーサ１３２で区画し、画素内の３色の領域を区画する
ために細いスペーサ１３１が使用されてもよい。

【００４９】［第３実施形態］図９は、本発明の第３実
施形態に係る表示素子１２０の断面構成を図示したもの
であり、図１と同一部分には同一符合を付し、詳細な説
明は省略する。

【００５０】図１０は、図９のＡＡ‘断面図であり、紙
面の上側から見た場合の図である。水平方向、垂直方向
とも複数の高さの低いスペーサ１２５毎に高さの高いス
ペーサ１２６が配置されている。図９に示されるよう
に、高さの低いスペーサ１２５は、背面基板１１にだけ
形成される。高さの低いスペーサ１２５および高さの高
いスペーサ１２６は、第１の粒子１３および第２の粒子
１４がエッジ電界により表示面に沿って広がることを抑
止するために配置される。高さの高いスペーサ１２６
は、表示基板１０と背面基板１１とを所望の間隔で対向
して配置するために、表示基板１０と背面基板１１とを
所望の間隔で離間する役割を有する。

【００５１】表示のコントラストを高くするために、ス
ペーサの開口度を大きくするとスペーサを細くする必要
が生じる。細く、かつ、表示基板１０および背面基板１
１との間を所定の距離だけ離間するために所定の長さを
有するスペーサのアスペクト比は高くなる。このような
アスペクト比の高いスペーサは、精密な設定の工程を必
要とするため製造が困難である。そこで、アスペクト比
の高いスペーサを使用する替わりに、長さを短くするこ
とによりアスペクト比を低くしたスペーサ１２５を背面
基板１１にのみ形成する。複数の高さの低いスペーサ１
２５毎に高さの高いスペーサ１２６を形成することによ
り、表示基板１０および背面基板１１との間を所定の距
離だけ離間する。これにより、製造の簡易なアスペクト
比の低いスペーサを多く用いて、スペーサの開口度を大
きくすることができる。

【００５２】さらに、スペーサ１２５を背面基板１１の
みに形成するため、スペーサ１２５の数が第２実施形態
に比べ略半減し、スペーサに要する材料の量が第１及び
第２実施形態に比べ略半減する。また、スペーサ１２５
の色に関係なく、スペーサ１２５が表示基板１０におけ
る表示に影響を与えなくなるため、スペーサ１２５によ
る画素の外枠が表示されない方が外観のよくなる（例え
ば、滑らかな曲線を有する）文字あるいはグラフィック
スの表示などに適している。この場合、第１実施形態と
同様に、背の高いスペーサ１２６を形成する間隔を、表
示されるキャラクターを形成する画素数などに応じて調
整してもよいし、表示素子１２０がカラー表示を行うた
めにＲＧＢもしくはＣＭＹ３色を１画素として表示する
ためのものである場合、１画素を背の高いスペーサで区
画し、画素内の３色の領域を区画するために背の低いス
ペーサが使用されてもよい。

【００５３】なお、スペーサ１２５およびスペーサ１２
６の幅は同様でもよいが、スペーサ１２６の幅をスペー
サ１２５の幅よりも太くすることにより、スペーサ全体
の強度を確保することができる。例えば、幅３０μｍ、
高さ１００μｍであるスペーサ１２５が、ピッチ１ｍｍ
で配置されている場合、３個のスペーサ１２５毎に、幅
１５０μｍ、高さ３００μｍのスペーサ１２６を配置す
ることができる。この場合、第１実施形態と同様に、幅
の太いスペーサ１２６を形成する間隔を、表示されるキ
ャラクターを形成する画素数などに応じて調整してもよ
いし、表示素子１２０がカラー表示を行うためにＲＧＢ
もしくはＣＭＹ３色を１画素として表示するためのもの
である場合、図１４に示されるように、１画素を太いス
ペーサ１３２で区画し、画素内の３色の領域を区画する
ために細いスペーサ１３１が使用されてもよい。 ［第４実施形態］図１１は、本発明の第４実施形態に係
る表示素子の断面構成を図示したものであり、図１と同
一部分には同一符合を付し、詳細な説明は省略する。

【００５４】図１２は、図１１のＡＡ‘断面図であり、
紙面の下側から見た場合の図である。水平方向、垂直方
向とも複数の高さの低いスペーサ１２７毎に高さの高い
スペーサ１２８が配置されている。図１１に示されるよ
うに、高さの低いスペーサ１２７は、表示基板１１にだ
け形成される。高さの低いスペーサ１２７および高さの
高いスペーサ１２８は、第１の粒子１３および第２の粒
子１４がエッジ電界により表示面に沿って広がることを
抑止するために配置される。高さの高いスペーサ１２８
は、表示基板１０と背面基板１１とを所望の間隔で対向
して配置するために、表示基板１０と背面基板１１とを
所望の間隔で離間する役割を有する。

【００５５】表示のコントラストを高くするために、ス
ペーサの開口度を大きくするとスペーサを細くする必要
が生じる。細く、かつ、表示基板１０および背面基板１
１との間を所定の距離だけ離間するために所定の長さを
有するスペーサのアスペクト比は高くなる。このような
アスペクト比の高いスペーサは、精密な設定の工程を必
要とするため製造が困難である。そこで、アスペクト比
の高いスペーサを使用する替わりに、長さを短くするこ
とによりアスペクト比を低くしたスペーサ１２７を表示
基板１１にのみ形成する。複数の高さの低いスペーサ１
２７毎に高さの高いスペーサ１２８を形成することによ
り、表示基板１０および背面基板１１との間を所定の距
離だけ離間する。これにより、製造の簡易なアスペクト
比の低いスペーサを多く用いて、スペーサの開口度を大
きくすることができる。

【００５６】さらに、スペーサ１２７を表示基板１０の
みに形成するため、スペーサ１２７の数が第２実施形態
に比べ略半減し、スペーサに要する材料の量が第１およ
び第２実施形態に比べ略半減する。また、有色のスペー
サ１２７を使用すれば、スペーサ１２７による画素の外
枠が表示基板１０に表示されるため、画素の外枠が表示
された方が外観のよくなる（例えば、直線的なあるいは
直角を有する）文字あるいはグラフィックスの表示など
に適している。この場合、第１実施形態と同様に、背の
高いスペーサ１２８を形成する間隔を、表示されるキャ
ラクターを形成する画素数などに応じて調整してもよい
し、表示素子１２０がカラー表示を行うためにＲＧＢも
しくはＣＭＹ３色を１画素として表示するためのもので
ある場合、１画素を背の高いスペーサで区画し、画素内
の３色の領域を区画するために背の低いスペーサが使用
されてもよい。

【００５７】なお、スペーサ１２７およびスペーサ１２
８の幅は同様でもよいが、スペーサ１２８の幅をスペー
サ１２７の幅よりも太くすることにより、スペーサ全体
の強度を確保することができる。例えば、幅３０μｍ、
高さ１００μｍであるスペーサ１２７が、ピッチ１ｍｍ
で配置されている場合、３個のスペーサ１２７毎に、幅
１５０μｍ、高さ３００μｍのスペーサ１２８を配置す
ることができる。この場合、第１実施形態と同様に、幅
の太いスペーサ１２８を形成する間隔を、表示されるキ
ャラクターを形成する画素数などに応じて調整してもよ
いし、表示素子１２０がカラー表示を行うためにＲＧＢ
もしくはＣＭＹ３色を１画素として表示するためのもの
である場合、１画素を太いスペーサ１３２で区画し、画
素内の３色の領域を区画するために細いスペーサ１３１
が使用されてもよい。

【００５８】第１〜第４実施形態において、表示基板１
０の透明基板１０ａには、例えば、ガラス基板、透明プ
ラスチック基板、または、ポリカーボネート樹脂、アク
リル樹脂、ポリイミド樹脂、およびポリエステル樹脂を
使用することができる。

【００５９】透明電極１０ｂは、例えば、インジリウ
ム、錫、カドミニウム、アンチモン等の酸化物、および
これらの複合酸化物、または金、銀、銅、炭素、ニッケ
ル等の単層膜、混合膜、あるいは複合膜を、蒸着法ある
いはスパッタリング法で１００〜２０００オングストロ
ームの厚さとしたもの、あるいはポリピロール、ポリチ
オフェン等の有機導電性材料などを使用することができ
る。

【００６０】また、誘電体膜１０ｃには、封入する粒子
の帯電特性により、ポリカーボネート、ポリエステル、
ポリイミド、エポキシ、ポリイソシアネート、ポリアミ
ド、ポリビニルアルコール、ポリブタジエン、ＰＭＭ
Ａ、共重合ナイロン、紫外硬化アクリル樹脂、非晶質テ
フロン（Ｒ）などが使用されてもよい。

【００６１】背面基板１１の電極１１ｂは、プリント基
板のエッチング等により、全体あるいは部分的に所望の
電極パターンやマトリックス電極として形成してもよ
い。また、背面基板１１の基板１１ａとして、表示基板
１０の透明基板１０ａと同様の基板が使用されてもよ
い。

【００６２】スペーサ１２は、第１〜第４実施形態で
は、スクリーン印刷で形成される例を示したが、本発明
はこれに限定されず、例えば、ドライフィルムフォトレ
ジスト（ＤＦＲ）、サンドブラスト、およびエンボス加
工などにより作成することができる。

【００６３】ＤＦＲは、基板上にドライフィルムを貼り
付け、任意のパターンで紫外光を露光して現像する方法
であり、これにより、任意の高さを有する任意の形状の
スペーサを精度よく作成できる。ＤＦＲは光重合性層、
支持層を有し、必要に応じて保護層を有していてもよい
し、アルカリ現像タイプおよび溶剤現像タイプの何れが
使用されてもよい。フィルムの厚さは５０〜３００μｍ
のものが使用され、積層により所望の厚さを得ることが
できる。

【００６４】サンドブラストは、基板上に樹脂マスクを
形成し、アルミナ（酸化アルミニウム）の微粉末を用い
てサンドブラストでマスク以外の場所を研削する方法で
あり、これにより、任意の高さを有する任意の形状のス
ペーサを精度よく作成できる。

【００６５】第１〜第４実施形態では、スペーサを形成
する際にスクリーン印刷に使用するインクとして熱硬化
樹脂を例示したが、本発明はこれに限定されず、例え
ば、紫外線照射により硬化する紫外線硬化樹脂が使用さ
れてもよい。

【００６６】高さの低いスペーサは、第２実施形態では
対向するように表面基板１０および背面基板１１に形成
され、第３実施形態では表面基板１０にのみ形成され、
第４実施形態では背面基板１１にのみ形成されたが、本
発明はこれに限定されず、例えば、表面基板１０と背面
基板１１に交互に形成されてもよい。

【００６７】白色である第１の粒子としては、例えば、
酸化チタン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状微
粒子（積水化成品工業（株）製ＭＢＸ−ホワイト）、ま
たは、架橋ポリメチルメタクリレートの球状微粒子（綜
研化学（株）製ケミスノーＭＸ）に酸化チタン顔料の微
粉末を添加し混合したもの、これらの球状微粒子に白色
顔料微粉末を打ち込み、衝撃力により微粒子表面に微粉
末を固定化したもの、スチレン樹脂やフェノール樹脂や
シリコン樹脂やガラスなどからなる微粒子の表面に白色
顔料の微粉末を付着させたり、埋め込んだりした粒子な
どが使用されてもよい。特に、架橋ポリメチルメタクリ
レートの球状微粒子は単分散で粒子が揃っているため、
各粒子の帯電性が均一で、電界に対する粒子移動の閾値
がシャープであり、これにより、高いコントラストの表
示が得られる。白色顔料である酸化チタン、酸化マグネ
シウム、酸化亜鉛などを使用してもよい。

【００６８】第１の粒子に混合する微粉末としては、例
えば、疎水性シリカおよび疎水性酸化チタンを用いるこ
とができる。これらは、シリカ（酸化ケイ素）または酸
化チタンを、シラン化合物、シランカップリング剤、あ
るいはシリコンオイルと反応させ、乾燥することにより
変性し、正負の帯電性、流動性、環境依存性などを調整
したものである。特に、特開平１０−３１７７号公報に
開示されているＴｉＯ（ＯＨ）₂とシランカップリング
剤のようなシラン化合物との反応で得られるチタン化合
物が適している。このチタン化合物は、湿式工程の中で
作成され、高温（数百度）となる焼成工程を必要としな
いため、チタンどうしの強い結合が形成されず、凝集が
全くないため、ほぼ一次粒子の状態を保持している。さ
らに、このチタン化合物は、ＴｉＯ（ＯＨ）₂にシラン
化合物あるいはシリコンオイルを直接反応させて生成さ
れるため、シラン化合物の大量処理が可能であり、シラ
ン化合物の処理量の大小で帯電を制御でき、かつ付与で
きる帯電量も従来の酸化チタンに対し大きく改善されて
いる。

【００６９】シラン化合物としてはクロロシラン、アル
コキシシラン、シラザン、特殊シリル化剤のいずれのタ
イプを使用することも可能である。また、シリコンオイ
ルとしては、例えば、ジメチルシリコンオイル、アルキ
ル変性シリコンオイル、α−メチルスルホン変性シリコ
ンオイル、クロルフェニルシリコンオイル、フッ素変性
シリコンオイル、アミノ変性シリコンオイル等が使用で
きる。

【００７０】黒色である第２の粒子としては、架橋ポリ
メチルメタクリレートの球状微粒子（積水化成品工業
（株）製ＭＢＸ−ブラック）、ジビニルベンゼンを主成
分とする架橋共重合体からなる真球状粒子（積水化学工
業（株）製ミクロパールＢＢ、ミクロパールＢＢＰ）、
フェノール樹脂粒子を焼成したアモルファスカーボンの
微粒子（ユニチカ製ユニベックスＧＣＰ）、炭素および
黒鉛質の球状微粒子（日本カーボン（株）製ニカビーズ
ＩＣＢ、ニカビーズＭＣ、ニカビーズＰＣ）が使用でき
る。

【００７１】第１および第２の粒子は白色および黒色の
ものを例示したが、本発明はこれに限定されず、例え
ば、赤、青、緑、マゼンタ、シアン、イエロー、金、銀
など有色の粒子を使用してもよい。例えば、赤色の粒子
としては、架橋ポリメチルメタクリレートの球状微粒子
（積水化成品工業（株）製ＭＢＸ−レッド）、金色の粒
子としては、ジビニルベンゼンを主成分とする架橋共重
合体からなる微粒子の表面に無電界ニッケルメッキを行
ったのち、金置換メッキを施した真球状導電性粒子（積
水化学工業（株）製ミクロパールＡＵ）などがある。

【００７２】第１および第２の粒子としては、空気を内
包した多孔質のスポンジ状粒子、中空粒子、または、複
写機やプリンタに用いられるトナー、例えば、重合法や
懸濁法などの湿式法によって作成される球状粒子などが
使用されてもよい。

【００７３】第１の基板と第２の基板との間の気密性を
保持するために封止部に使用する樹脂としては、例え
ば、熱硬化型樹脂、ＵＶ硬化型樹脂、熱可塑性樹脂、も
しくは耐透気性樹脂を使用することができる。これらの
樹脂は、封止部にスクリーン印刷もしくはディスペンサ
によって供給されることができる。

【００７４】ＵＶ硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂として
は、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポ
リエステルアクリレート、多官能性アクリレート、ポリ
エーテルアクリレート、シリコンアクリレート、ポリブ
タジエンアクリレート、不飽和ポリエステル／スチレ
ン、ポリエン／チオール、ポリスチリルメタクリレー
ト、ＵＶ硬化ラッカーまたはこれらの少なくとも２つの
共重合体もしくは混合物が好ましい。

【００７５】熱硬化型樹脂としては、エポキシ樹脂、キ
シレン樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹
脂、ポリウレタン、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエ
ステル、ポリイミド、メラミン樹脂、マレイン酸樹脂、
アクリル樹脂、ケイ素樹脂、アルキッド樹脂、またはこ
れらの少なくとも２つの共重合体もしくは混合物が好ま
しい。エポキシ系樹脂としては、１液性および２液性の
いずれが使用されてもよいが、２液性が使用される場合
には、２接着剤成分を混錬したあと、４００ｍｍＨｇ以
下の真空度で１５分〜３０分脱気して気泡を除去する必
要がある。エポキシ系樹脂は、常温硬化性およびＵＶ硬
化性の何れが使用されてもよい。

【００７６】熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、
ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポ
リオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、アイオノマ
ー、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、ア
クリル酸エステル、メタアクリル酸エステルなどのアク
リル樹脂、ポリビニルアセタール、フェノール、変性エ
ポキシ樹脂、アモルファスポリエステル、またはこれら
の少なくとも２つの共重合体もしくは混合物が好まし
い。

【００７７】耐透気性樹脂としては、アクリロニトリル
成分、ビニルアルコール成分、ビニルブチラール成分、
セルロース系成分、アラミド成分、ハロゲン化ビニリデ
ン成分の少なくとも１成分を６０モル％以上含有する重
合体もしくはこれらの少なくとも２つの混合物が好まし
い。アクリロニトリル成分重合体としては、例えば、ポ
リアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−ブタジエ
ンコポリマーなどを使用することができる。ビニルアル
コール成分重合体としては、例えば、ポリビニルアルコ
ールを使用することができる。ビニルブチラール成分重
合体としては、ポリビニルブチラール、ポリビニルブチ
ラールおよびエポキシ樹脂の混合物が使用できる。ハロ
ゲン化ビニリデン成分重合体としては、例えば、ＰＶＤ
Ｃ（ポリ塩化ビニリデン）、ＶＤＣ−ＶＣ共重合体、Ｐ
ＶＤＣ−アクリロニトリル共重合体、ＰＶＤＣ−アクリ
ル酸エステル共重合体、あるいは、塩化ビニリデンと共
重合可能な数種のモノマーを含む多元共重合体、ＰＴＦ
Ｅなどが使用できる。

【００７８】熱硬化型樹脂とＵＶ硬化型樹脂との混合物
を硬化樹脂として使用するなど、異種の樹脂を混合した
樹脂を、封止部に使用してもよい。また、変性アクリレ
ートオリゴマおよびエポキシオリゴマの混合物、紫外線
硬化型アクリル系接着剤が使用されてもよい。アクリル
系接着剤としては、紫外線硬化性アクリル系樹脂、特
に、紫外線照射により重合硬化するアクリルモノマー、
アクリルオリゴマーを含有するものが好ましい。他に、
例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、
アクリル酸エステル樹脂、フェノキシエーテル系架橋樹
脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、キ
シレン樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹
脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド、マレイン酸樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、また
は、これらの少なくとも２つの共重合体もしくは混合物
などが、封止部に使用されてもよい。

【００７９】

【発明の効果】本発明の請求項１における表示素子は、
第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置された第
２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間の
空間に封入され、該第１の基板と該第２の基板との間に
印加された電界により、該第１の基板と該第２の基板と
の間を移動する、色および帯電極性が互いに異なる複数
種類の粒子と、前記第１の基板および前記第２の基板の
少なくとも一方に、少なくとも１つの幅から他と異なる
幅となるべく形成された複数のスペーサと、を有する。
このように複数の幅の細いスペーサ毎に幅の太いスペー
サを配置することにより、コントラストの高い画像を表
示するためにスペーサの開口度を大きくすることができ
るとともに、スペーサ全体の強度を確保することができ
る。

【００８０】本発明の請求項２における表示素子は、第
１の基板と、前記第１の基板に対向して配置された第２
の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封
入され、該第１の基板と該第２の基板との間に印可され
た電界により、該第１の基板と該第２の基板との間を移
動する、色および帯電極性が互いに異なる複数種類の粒
子と、前記第１および第２の基板の少なくとも一方に、
少なくとも１つの高さが他と異なる高さとなるべく形成
された複数のスペーサと、を有する。このように、複数
の高さの低いスペーサ毎に高さの高いスペーサを配置す
ることにより、製造の容易なアスペクト比の低いスペー
サを多く使用して、コントラストの高い画像を表示する
ためにスペーサの開口度を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 表示素子の断面図である。

【図２】 表示素子の駆動状態における断面図である。

【図３】 第１実施形態に係る幅の異なるスペーサを設
けた表示素子の断面図である。

【図４】 図３における表示素子のＡＡ‘断面図であ
る。

【図５】 第１実施形態に係る表示素子に接続された電
極を示す図である。

【図６】 第１実施形態に係る表示素子に接続されたコ
ントローラを示す図である。

【図７】 第２実施形態に係る高さの異なるスペーサを
設けた表示素子の断面図である。

【図８】 図７における表示素子のＡＡ‘断面図であ
る。

【図９】 第３実施形態における高さの異なるスペーサ
を設けた表示素子の断面図である。

【図１０】 図９における表示素子のＡＡ‘断面図であ
る。

【図１１】 第４実施形態に係る高さの異なるスペーサ
を設けた表示素子の断面図である。

【図１２】 図１１における表示素子のＡＡ‘断面図で
ある。

【図１３】 スペーサの幅を示す図である。

【図１４】 カラー表示の表示素子を示す図である。

【符合の説明】

１０ 表示基板（第１の基板） １１ 背面基板（第２の基板） １２ スペーサ １３ 第１の粒子 １４ 第２の粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諏訪部 恭史 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 山口 善郎 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 町田 義則 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 松永 健 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の基板と、前記第１の基板に対向し
   て配置された第２の基板と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間の空間に封入さ
   れ、該第１の基板と該第２の基板との間に印加された電
   界により、該第１の基板と該第２の基板との間を移動す
   る、色および帯電極性が互いに異なる複数種類の粒子
   と、 前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方
   に、少なくとも１つの幅が他と異なる幅となるべく形成
   された複数のスペーサと、 を有する表示素子。
2. 【請求項２】 第１の基板と、 前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入され、該
   第１の基板と該第２の基板との間に印可された電界によ
   り、該第１の基板と該第２の基板との間を移動する、色
   および帯電極性が互いに異なる複数種類の粒子と、 前記第１および第２の基板の少なくとも一方に、少なく
   とも１つの高さが他と異なる高さとなるべく形成された
   複数のスペーサと、を有する表示素子。
3. 【請求項３】 前記スペーサの少なくとも１つは他の該
   スペーサと幅が異なる請求項２に記載の表示素子。