JP2004020818A - カラー電気泳動表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気泳動表示装置に関して、反射特性が高く、色純度の良い表示装置を提供する。
【解決手段】単位セル中に表示電極が1層の場合にはこれらを積層し、また単位セル中に表示電極が複数存在する場合には、観察者から見て重なり合うように配置して、表示電極を多層形成した表示装置を形成する。その表示電極上に泳動し堆積する着色泳動粒子は透光性であって、観察者にとって減法混色原理によって表示色を形成することを特徴とする電気泳動表示装置。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動表示装置におけるカラー表示方式に関する。
【0002】
【背景技術】
近年、情報機器の発達に伴い、各種情報のデータ量は拡大の一途をたどり、情報の出力も様々な形態を持ってなされている。一般に、情報の出力は、ブラウン管や液晶などを用いたディスプレイ表示とプリンタなどによる紙へのハードコピー表示とに大別できる。ディスプレイ表示においては、低消費電力且つ薄型の表示装置のニーズが増しており、中でも液晶表示装置は、こうしたニーズに対応できる表示装置として活発な開発が行われ商品化されている。しかしながら、現在の液晶表示装置には、画面を見る角度や、反射光により、画面上の文字が見ずらく、また光源のちらつき・低輝度等から生じる視覚へ負担が、未だ十分に解決されていない。またブラウン管を用いたディスプレイ表示では、コントラストや輝度は液晶表示と比較して十分あるものの、ちらつきが発生するなど後述するハードコピー表示と比較して十分な表示品位があるとはいえない。また装置が大きく重いため携帯性が極めて低い。
【0003】
一方、ハードコピー表示は情報の電子化により不要になるものと考えられていたが、実際には依然膨大な量のハードコピー出力が行われている。その理由として、情報をディスプレイ表示した場合、前述した表示品位に係わる問題点に加えて、その解像度も一般的には最大でも120dpi程度と紙へのプリント・アウト(通常300dpi以上)と比較して相当に低い。従って、ディスプレイ表示ではハードコピー表示と比較して視覚への負担が大きくなる。その結果、ディスプレイ上で確認可能であっても、一旦ハードコピー出力することがしばしば行われることになる。また、ハードコピーされた情報は、ディスプレイ表示のように表示領域がディスプレイのサイズに制限されることなく多数並べたり、また複雑な機器操作を行わずに並べ替えたり、順に確認していくことができることも、ディスプレイ表示可能であってもハードコピー表示が併用される大きな理由である。さらには、ハードコピー表示は、表示を保持するためのエネルギーは不要であり、情報量が極端に大きくない限り、何時でもどこでも情報を確認することが可能であるという優れた携帯性を有する。
【0004】
このように動画表示や頻繁な書き換えなどが要求されない限り、ハードコピー表示はディスプレイ表示と異なる様々な利点を有するが、紙を大量に消費するという欠点がある。そこで、近年においては、リライタブル記録媒体(視認性の高い画像の記録・消去サイクルが多数回可能でり、表示の保持にエネルギーを必要としない記録媒体)の開発が盛んに進められている。こうしたハードコピーの持つ特性を継承した書き換え可能な弟3の表示方式をペーパーライクディスプレイと呼ぶことにする。
【0005】
ペーパーライクディスプレイの必要条件は、書き換え可能であること、表示の保持にエネルギーを要さないか若しくは十分に小さいこと(メモリー性)、携帯性に優れること、表示品位が優れていること、などである。現在、ペーパーライクディスプレイとみなせる表示方式としては、例えば、サーマルプリンターヘッドで記録・消去する有機低分子・高分子樹脂マトリックス系(例えば、特開昭55−154198、特開昭57−82086)を用いた可逆表示媒体を挙げることができる。この系は一部プリペイドカードの表示部分として利用されているが、コントラストが余り高くないことや、記録・消去の繰り返し回数が150〜500回程度と比較的少ないなどの課題を有している。
【0006】
また別のペーパーライクディスプレイとして利用可能な表示方式として、Harold D.Lees等により発明された電気泳動表示装置(米国特許USP3612758公報)が知られている。他にも、特開平9−185087号公報に電気泳動表示装置が開示されている。
【0007】
この表示装置は、絶縁性液体中に着色泳動粒子を分散させてなる分散系と、この分散系を挟んで対峙する一対の電極からなっている。電極を介して分散系に電圧を印加することにより、着色泳動粒子の電気泳動性を利用して、該着色泳動粒子を粒子自身が持つ電荷と反対極性の電極側にクーロン力により吸着させるものである。表示はこの着色泳動粒子の色と染色された絶縁性液体の色の違いを利用して行われる。つまり、着色泳動粒子が観測者に近い光透過性の第1の電極表面に吸着させた場合には着色泳動粒子の色が観察され、逆に観測者から遠い第2の電極表面に吸着させた場合には、着色泳動粒子と光学的特性が異なるように染色された絶縁性液体の色が観察される。
【0008】
しかしながら、このような電気泳動表示装置(以下、上下移動型電気泳動表示装置と表記)では、絶縁性液体に染料やイオンなどの発色材を混合しなくてはならず、このような発色材の存在は、新たな電荷の授受をもたらすために電気泳動動作において不安定要因として作用しやすく、表示装置としての性能や寿命、安定性を低下させる場合があった。
【0009】
係る問題を解決するために、第1表示電極及び第2表示電極からなる電極対を同一基板上に配置し、観察者から見て着色泳動粒子を水平に移動させる表示装置が、特開昭49−5598、及び特願平10−005727において提案された。電気泳動特性を利用して、透明な絶縁性液体中で着色泳動粒子を電圧印加により、第1表示電極面及び第2電極面間を、基板面と水平に移動させることによって表示を行うものである。
【0010】
水平移動型電気泳動表示装置においては絶縁性液体が透明である場合が多く、観察者側から見て、第1表示電極と第2表示電極が異なる着色を呈し、いずれか一方の色を着色泳動粒子の色と一致させてある。例えば第1表示電極の色を黒色、第2表示電極の色を白色、着色泳動粒子の色を黒色とすると、着色泳動粒子が第1電極上に分布する場合には、第2表示電極が露出し白色を呈し、着色泳動粒子が第2表示電極上に分布する場合には着色泳動粒子色である黒色を呈する。
【0011】
さて、上記のような電気泳動表示装置においてカラー表示を実現するための最も基本的な方式は、RGBまたはYMCからなる3原色をそれぞれ有する3つの単位セルを同一面上に並列配置して1画素を構成し、加法混色原理によってカラー表示を行うものである。上下移動型または水平移動型いずれの方式においても、各単位セルは1種類の着色泳動粒子と2つの駆動電極と電気泳動液とを備えており、粒子の移動によって着色泳動粒子と着色泳動液の2色、または着色泳動粒子とカラーフィルター色の2色を呈色することができる。
【0012】
例えば、P2000−035589に於いては、異なる3原色の着色液を有する3つの単位セルを並列配置して画素を形成する(図21)。着色液と白色粒子を内包したマイクロカプセルよりなる単位セルをノズルより出射し、イエロー(Y),シアン(C),マゼンタ(M)3原色の異なる着色液を有するマイクロカプセルを規則的に配列させる。各マイクロカプセルは白色粒子の上下移動により粒子色である白色と電気泳動液色の2色に変化する。
【0013】
水平移動方式の場合も同様に、カラー表示のために異なる呈色を示す単位セルを3つ配列し1画素を構成する(図22)。各単位セルには、透明な絶縁液と黒色粒子が充填され、また各単位セルの表示電極面上には、左のセルから順番に赤(R),緑(G),青(B)の異なる3原色のカラーフィルターがそれぞれ配置されている。各単位セルは黒色粒子の水平移動により、粒子色である黒色とカラーフィルター色の2色に変化する。
【0014】
WO99/53373に於いては、単位セルであるマイクロカプセルが3色に変化する構成が開示されている。カラー表示のために異なる呈色を示す単位セルを3つ配列し、1画素を構成する。”Dual particle curtain mode”と称する構成においては、マイクロカプセル内に、帯電極性と着色の異なる2種類の着色泳動粒子が分散された電気泳動液が充填される。3つの駆動電極への電圧印加により2種類の着色泳動粒子を独立に移動させ、2種類の着色泳動粒子色と電気泳動液色の3色、または2種類の着色泳動粒子色とマイクロカプセル背面側に配置されたカラーフィルター色の3色に変化させることができる(図23)。
【0015】
上記いずれの方式においてもカラー表示を行う場合には、図21,22,23に示すように、隣接して配置する3原色に相当する3つの単位セルによって1画素を形成し、加法混色原理によって所望の表示色を形成する。
【0016】
しかしながら、3原色の加法混色法においては明るさと色の鮮やかさ(十分な黒色表示を含む)を同時に実現することは原理的に不可能であり、印刷媒体のような表示品位を備えた反射型表示装置を実現する事は極めて困難である。表1に、表示装置における表示品位の指標として、入射光強度に対する反射光強度の比率を白色表示、単色表示(R,G,B)、補色表示(Y,M,C)、黒色表示について示したものを記す。白表示強度は明るさ、白表示強度と黒表示強度の比はコントラスト、単色表示強度と補色表示強度の絶対値は色の鮮明さを、それぞれ反映すると考えられる。表中、単色表示と補色表示における括弧内の数字は色表現に寄与しない白色光成分を含めた値である。
【0017】
上述した従来型表示について見ると、図21の構成のような白色粒子+Y,C,M3原色による加法混色の場合、明るさについては満足できるレベルが得られるが、反射光のバックグランドに常に白色光成分が重畳されるために色の鮮明さを欠いたパステル調の発色となり、また十分な黒色が得られない。黒色粒子を用いれば十分な黒色は得られるものの、明るさと色の鮮明さについては不十分である。
【0018】
一方、図22の構成のような黒色粒子+R,G,B3原色による加法混色の場合には、入射光に対する反射光強度比は単色表示で1/9以下、白色表示で1/3以下であり十分な明るさが得られない。白色粒子を用いれば明るさは改善されるものの、図21の場合と同様に鮮やかな発色が得られず、また十分な黒色が得られない。
【0019】
図23の構成においては、白色粒子と、互いに補色の関係にある着色泳動粒子とカラーフィルターの組み合わせによって、単色表示(図23b)と補色表示(図23c)においては、色の鮮やかさを殆ど損なうことなく図21の構成の約2倍の明るさを実現できる。しかし黒表示(図23d)における反射光強度は33%でありコントラスト3程度の性能しか得られないという問題がある。
【0020】
一方、1画素内に互いに泳動速度の異なる、異なる色の粒子を複数種分散させ、駆動方法の工夫によって表示色を変化させる方式が特開平01−267525(トヨタ),USP6017585,USP6067185,USP6130774,USP6172798(E−Ink),特開2000−322007(ブラザー)などにおいて提案されている。
【0021】
1画素は、異なる泳動速度(移動度、帯電量、鏡映力)と色を有する2つ又は3つ以上の着色泳動粒子と、電気泳動液体と、2つの駆動電極とを含む単位セルからなり、複数の粒子色(+液体色)の切り替えによって、3色以上の表示を実現する。また、特開2000−194020,特開2000−194021(ソニー)では、泳動速度の異なる粒子ごとに異なるマイクロカプセルを形成し、それらを複数個並べて画素を構成する。
【0022】
これらの方式は、色ごとに画素を面積分割する必要がなく明るい表示が可能である、画素の電極を単位セルごとに独立に用意する必要がなく構成が単純である、などの優れた特長を有するが、泳動速度の大小のみによって表示面に配置する粒子を精度よく分別・選択する駆動方法は階調表示する場合に極めて困難であり、また複数の過程からなる書き込み動作は薄膜トランジスタ(TFTとも言う)を用いたアクティブマトリックス駆動に馴染まないため、実用性は低いと考えられる。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上述べたような問題に鑑み、明るさと色の鮮明さを総合的に改善し、より紙表示媒体に近い表示品位を実現したカラー表示装置、特に反射型カラー表示装置を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は以下の手段によって実現される。
【0025】
即ち本発明は、
基板上に配設された複数の単位セルから構成された電気泳動表示装置であって、
前記単位セル中には表示電極とコレクト電極からなる少なくとも1組の駆動電極及び電気泳動液を含み、
前記電気泳動液は透明な泳動液と、少なくとも1種類の着色泳動粒子を含み、1画素単位が少なくとも1つ以上の単位セルによって構成された電気泳動表示装置であって、
前記表示電極を複数重畳することにより、表示電極上の着色泳動粒子の減法混色原理によって所定の表示色を表示することを特徴とする電気泳動表示装置である。
【0026】
また本発明は、
前記単位セルが単位セル中に1組の駆動電極と所定の帯電特性を有する1種類の着色泳動粒子とを含む単位セル1であって、
前記複数の単位セル1を画素単位に積層することによって複数の表示電極を重畳配設し、表示電極上の着色泳動粒子の減法混色原理によって所定の表示色を表示することを特徴とする電気泳動表示装置である。
【0027】
さらに本発明は、
前記単位セルが2枚の表示電極を含む2組の前記駆動電極及び互いに異なる帯電極性を有する2種類の泳動粒子からなる単位セル2であって、
前記単位セル2が単位セル2中に前記2枚の表示電極を重畳配設した構成であり、表示電極上の着色泳動粒子の減法混色原理によって所定の表示色を表示することを特徴とする電気泳動表示装置である。
【0028】
さらに本発明は、前記単位セルを積層するか、または単位セル中に形成する表示電極を重畳することにより、表示電極上の着色泳動粒子の色によって減法混色原理に基づいて得られた表示色を観察することを特徴とする電気泳動表示装置であり、またそれらの表示装置の駆動方法を提供するものである。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いながら本発明について更に詳しく説明する。
【0030】
以下に用いる着色泳動粒子とは、透明の場合も含まれている。
【0031】
(単位セル2の基本構成)
図1は本発明の基本的な構成要素である単位セル2の断面構成の一例を示す概略図である。一定間隔をおいて対向配置された背面基板102と観察面基板101間に、透明な電気泳動液5が充填され、帯電極性及び呈色の異なる2種類の着色泳動粒子41,42が分散されている。観察面基板及び背面基板上のそれぞれには、観察者側から見て実質的に重なり合う位置に2つの表示電極が対向して配置され表示部を形成する。観察面基板101上の表示電極を第1表示電極21、背面基板102上の表示電極を第2表示電極22とする。2つの表示電極のうち、少なくとも第1表示電極は可視光域において透明である。また単位セル内には2つのコレクト電極が配置される。図1においては観察面基板及び背面基板上のそれぞれに、観察者側から見て実質的に重なり合う位置に2つのコレクト電極が対向して配置され遮光部を形成する。観察面基板上の表示電極を第1コレクト電極31、背面基板上の表示電極を第2コレクト電極32とする。遮光部は黒色に着色されることが望ましい。黒色の電極材料を用いてもよいし、黒色絶縁層を別に設けてもよい。
【0032】
(単位セル構成のバリエーション)
2種類のコレクト電極の位置は特に図1の配置に限定されるものではなく、コレクト電極31,32が単位セル背面基板の中央部、及び観察面基板の中央部にそれぞれ配置される場合(図2a)、コレクト電極が単位セル背面基板の周辺部、及び観察面基板の周辺部にそれぞれ配置される場合(図2b)、コレクト電極が2種類とも単位セルの背面基板端部に配置される場合(例えば図3a)、コレクト電極が2種類とも単位セル隔壁面に配置される場合(例えば図3b)、コレクト電極が隔壁面の上方部と下方部に配置される場合(図2c)、など様々なケースが考えられる。開口率(=セル内に占める表示電極の面積比率)の点からいえば、背面基板または観察面基板の何れか一方にのみ2つのコレクト電極を配置する場合に比べて、両面に一つずつ配置する場合、または隔壁に配置する場合の方が有利である。
【0033】
コレクト電極が凹部に配置されてもよい(図4a,b)。この場合コレクト電極上に収納可能な着色泳動粒子数が増加し開口率が向上する、という利点がある。また、第1コレクト電極及び第2コレクト電極の数は1つずつに限定されるものではなく、背面基板及び/または観察面基板に複数個あってもよい。
【0034】
単位セルのマイクロカプセル化も好ましい形態の一つである。図5においては2種類の粒子と泳動液を内包した透明なマイクロカプセル11が基板上に扁平化された状態で配置される。図5aは図2bの電極構成からなる基板間に両基板とマイクロカプセル11の空隙部に透明樹脂バインダー12を充填した状態で両基板によりマイクロカプセルを圧迫し扁平化したのち樹脂バインダー12を硬化することにより扁平形状を固定する。樹脂バインダーとしては紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂などを用いるのがよい。図5bでは図3bの電極構成からなる基板間に同様の方法で固定された例であり、図5cでは、図2bの電極構成において観察面側基板を省略した例である。マイクロカプセルを固定化する樹脂バインダー上面を平坦化し、平坦化面の上に直接電極及び絶縁層を形成可能である。但し、電極形成は、有機導電体膜の印刷など真空処理が不要な低温プロセスで形成する。
【0035】
画素の平面形状については特に限定はなく、正方形、長方形、六角形などの多角形、円形など任意の形状が含まれる。
【0036】
(単位セルの駆動方法)
図6を用いて単位セルの駆動方法及び表示動作について説明する。本発明の駆動法における最も重要な特徴は、2種類の着色泳動粒子をともに2つのコレクト電極に定着させる第1の状態(図6b)と、2種類の着色泳動粒子のうち第1の粒子のみを表示電極に定着させる第2の状態(図6c)と、第2の着色泳動粒子のみを表示電極に定着させる第3の状態(図6d)と、2種類の着色泳動粒子をともに2つの表示電極にそれぞれ定着させる第4の状態(図6e)と、これら4つの状態の中間状態とを形成可能な点にある。
【0037】
各着色泳動粒子は所望の染料分子を含有する透光性のポリマー粒子であり、本図においては2種類の粒子のうち第1粒子をマイナス帯電、第2粒子をプラス帯電と仮定する。
【0038】
表示をおこなう前に、まず初期状態にリセットする(図6a)。第1コレクト電極及び第2コレクト電極に100Hz,±20Vの同位相の連続矩形波を印加し、一方、第1表示電極及び第2表示電極には100Hz,±20Vの逆位相の連続矩形波を印加することによって、2種類の着色泳動粒子がセル内に均一に分散した状態を形成する。
第1の状態を形成するためには(図6b)、初期状態リセット後全ての電極電位を一旦0Vに戻してから、第1表示電極及び第2表示電極は0Vを維持したまま 第1コレクト電極に+20V、100msの矩形パルス、第2コレクト電極に−20 V、100msの矩形パルスを印加する。マイナス帯電である第1粒子は全て第1コレクト電極に集合し、一方プラス帯電である第2粒子は全て第2コレクト電極に集合し透明な表示電極面が露出する。
【0039】
第2の状態を形成するためには(図6c)、初期状態リセット後全ての電極電位を一旦0Vに戻してから、第2表示電極及び第1コレクト電極は0Vを維持したまま、第1表示電極に+20V、100msの矩形パルス、第2コレクト電極に−20V、100msの矩形パルスを印加する。プラス帯電である第2着色泳動粒子は遮光部に配置された第2コレクト電極に全て集合し、一方マイナス帯電である第1着色泳動粒子は表示部をなす第1表示電極上に粒子層を形成する。
【0040】
第3の状態を形成するためには(図6d)、初期状態リセット後全ての電極電位を一旦0Vに戻してから、第1表示電極及び第2コレクト電極は0Vを維持したまま、第2表示電極に−20V、100msの矩形パルス、第1コレクト電極に+20V、100msの矩形パルスを印加する。マイナス帯電である第1着色泳動粒子は遮光部に配置された第1コレクト電極に全て集合し、一方プラス帯電である第2着色泳動粒子は表示部をなす第2表示電極上に粒子層を形成する。
【0041】
第4の状態を形成するためには(図6e)、初期状態リセット後全ての電極電位を一旦0Vに戻してから、第1コレクト電極及び第2コレクト電極は0Vを維持したまま、第1表示電極に+20V、100msの矩形パルス、第2表示電極に−20V、100msの矩形パルスを印加する。マイナス帯電である第1着色泳動粒子は第1表示電極上に粒子層を形成し、一方プラス帯電である第2着色泳動粒子は第2表示電極上に粒子層を形成する。
【0042】
第1〜第4の各状態の中間状態を形成することもできる(図6f)。例えば初期状態リセット後全ての電極電位を一旦0Vに戻してから、第1表示電極に+10V、100msの矩形パルス、第1コレクト電極に+10V、100msの矩形パルス、第2表示電極に−5V、100msの矩形パルス、第2コレクト電極に−15V、100msの矩形パルスを印加する。マイナス帯電である第1着色泳動粒子のうち一部は第1コレクト電極上に集合し、残りの第1着色泳動粒子は第1表示電極上に分散される。一方、プラス帯電である第2着色泳動粒子のうち一部は第2コレクト電極上に集合し、残りの第2着色泳動粒子は第2表示電極上に分散される。
【0043】
図面上では説明の都合上粒子サイズが大きく描かれているため、全ての粒子が表示電極に移動する第2〜第4の状態において、表示電極全面に粒子層が1層のみ形成され中間状態においては表示電極上の一部にしか粒子層が形成されないように描かれているが、より好ましくは粒子サイズは単位セルサイズに比較して遥かに小さく第2〜第4の状態においては表示電極全面に多数層からなる粒子層を形成し、中間状態においては形成される層の厚みによって変調強度が調整されるようにするのが望ましい。
【0044】
初期リセット状態は必ずしも分散状態に限定される訳ではなく、例えば第1の状態(図6b)、または第4の状態(図6e)を初期リセット状態とすることもできる。勿論、リセット状態によって各状態への電圧印加条件は変化する。また以上の説明に於いては2つの表示電極と2つのコレクト電極全ての電位を変化させたが、単位セルをマトリックス状に配列して駆動する場合には、画素ごとに独立して制御する電極数を減らすために4つの電極のうち2つを共通電極とするのが望ましい。図7に一例を示す。第1コレクト電極及び第2コレクト電極を共通電極とし、まず初期リセット状態として第1の状態(図7a)を形成した後、全ての電極を0Vとする。書き込み動作においては、共通電極である2つのコレクト電極は0Vに固定した状態で、第1表示電極及び第2表示電極に所望の電圧を印加することによって第1の状態〜第4の状態(図7b〜図7e)、及びこれらの中間状態(図7f)を形成することができる。
【0045】
(カラー表示のための画素構成と表示方法)
本発明のカラー表示方法における顕著な特徴は、入射光を波長特性の異なる複数の光吸収層によって段階的に変調する減法混色法によって表示色を形成する点にある。減法混色法は印刷媒体において広く用いられているカラー表示方式であって、明るくて色空間の広い表示品位を期待できる。特にイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の3つの吸収量可変な光吸収層による減法混色によって広い色空間を持つ表色が得られることが知られている。
【0046】
減法混色法によるカラー表示を実現するために、本発明においては既に説明した単位セルを組み合わせ、観察者側から重なって見える複数の表示電極を備えた画素を構成する。本発明で用いられる着色泳動粒子(の一部)は透光性の着色粒子であって、各表示電極面に分散されるこれら透光性着色粒子の量を変化させることによって各表示電極が光吸収量が可変な光吸収層として機能し、減法混色を可能ならしめる。尚、以下の説明において特に明示しないが本発明を反射型の表示装置に適用する場合にはセル背面基板上の表示電極の上部または下部に白色散乱層が配置され、透過型の表示装置に適用する場合には白色光源が配置される。
【0047】
以下、本発明における代表的な画素構成について、カラー表示方法を説明する。
【0048】
図8は本発明における最も代表的な例であり、単位セルが2つ積層配置されて1画素を構成する。
【0049】
図8aでは下段に図1で説明した本発明独自の単位セル2が配置され、上段には1種類の着色泳動粒子と1つの表示電極と1つのコレクト電極とからなる従来型の単位セル1が配置される。積層配置する場合には上段セルの背面基板と下段セルの観察面基板を貼りあわせてもよいが、より好ましくは視差を抑制する観点から上段セルの背面基板と下段セルの観察面基板は同一基板によって兼用されるのがよい。以下、積層構成における観察面基板を第1基板101、中間基板を第2基板102、背面基板を第3基板103とし、表示電極に関しては観察面側から背面側に向かって順番に、第1表示電極21、第2表示電極22、第3表示電極23とし、コレクト電極についても同様に第1コレクト電極31、第2コレクト電極32、第3コレクト電極33とする。第1表示電極21、第2表示電極22、第3表示電極23は観察者から見て実質的にほぼ重なる位置に配置される。上段セルには第1着色泳動粒子としてイエロー色のプラス帯電粒子43、下段セルには第2着色泳動粒子としてマゼンタ色のプラス帯電粒子44と、第3粒子としてシアン色のマイナス帯電粒子45がそれぞれ絶縁液体5中に分散された状態で充填される。
【0050】
図8bは2層積層構成における他の代表例であり、上段下段ともに図1に示した本発明独自の単位セル2が積層配置される。4つの表示電極と4つコレクト電極からなる2組の駆動電極と4種類の着色泳動粒子によって1画素を構成する。上段セルには第1着色泳動粒子としてイエロー色のプラス帯電粒子43、第2着色泳動粒子としてマゼンタ色のマイナス帯電粒子44、下段セルには第3粒子としてシアン色のマイナス帯電粒子45と、第4粒子として黒色のマイナス帯電粒子46がそれぞれ絶縁液体5中に分散された状態で充填される。
【0051】
以下、図9を用いて図8aの画素構成におけるカラー表示方法を説明する。
白表示の場合、全ての着色泳動粒子をコレクト電極に集め、表示電極を全て露出させる(図9a)。各表示電極における吸収は行われないため白色入射光は変調されることなく単位セルを透過する。
【0052】
単色(赤、または緑、または青)表示の場合、所望の単色と補色の関係にある色の粒子のみをコレクト電極に集め、他の2つの粒子を表示電極上に配置し光吸収層を形成する。例えば緑表示の場合は、緑の補色であるマゼンタ色の第2着色泳動粒子を第2コレクタ電極に集め、イエロー色の第1着色泳動粒子とシアン色の第3着色泳動粒子は、それぞれ第1表示電極と第3表示電極に配置する(図9b)。白色入射光は、第1表示電極において青色成分を吸収され、更に第3表示電極において赤色成分を吸収される結果、減法混色原理によって緑色光となる。
【0053】
補色(イエロー、またはマゼンタ、またはシアン)表示の場合、所望の補色粒子のみを表示電極上に配置し光吸収層を形成し、他の2着色泳動粒子はコレクト電極に集める。例えばマゼンタ表示の場合は、マゼンタ色の第2着色泳動粒子のみを第2表示電極に配置し、イエロー色の第1着色泳動粒子とシアン色の第3着色泳動粒子は、それぞれ第1コレクタ電極と第3コレクタ電極に集める(図9c)。白色入射光は、第2表示電極において緑成分を吸収される結果マゼンタ色光となる。
黒表示の場合は、全ての粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成する(図9d)。白色入射光は、第1表示電極において青色成分が、第2表示電極において緑色成分が、第3表示電極において赤色成分が、それぞれ吸収される結果入射光の全成分が吸収される。
【0054】
表1に、本実施態様における白色、単色、補色、黒色それぞれの反射率(%)を示す。上記説明においては開口率損失、透明電極(ITO)吸収を無視した原理的な反射率は、白表示100%、単色表示33%、補色表示66%、黒表示0%であり、全表示面を効率よく使用できる減法混色法ならではの理想的な表示特性が得られる。開口率損失、透明電極(ITO)吸収等を考慮した実効的な特性においても従来例に比べて優位性のあるバランスのとれた表示特性を実現できる。
【0055】
黒表示特性について補足する。実用的なイエロー、マゼンタ、シアン染料の波長特性は境界領域において重なりを持つため、これら3層の吸収によって黒表示を行う図8aの構成では黒表示がやや甘くなることが予想される。図8bの構成ではこれら3層に加えて黒吸収層を設けることによって黒表示を強化することができる。
【0056】
次に、図10〜図13を参照しながら、本発明における他の代表的な画素構成と、そのカラー表示方法を説明する。
【0057】
図10に画素構成の概略断面図を示す。図1を用いて説明した本発明独自の単位セル2が3つ並列配置されて1画素を構成する。以下、左側のセルから順番に第1セル、第2セル、第3セルとし、各セル内の観察面基板側に第1表示電極21と第1コレクト電極31、背面基板側に第2表示電極22と第2コレクト電極32が配置される。第1表示電極21、第2表示電極22は観察者から見て実質的にほぼ重なる位置に配置される。本図においては第1セルに赤色のプラス帯電粒子47と緑色のマイナス帯電粒子48、第2セルに緑色のプラス帯電粒子48と青色のマイナス帯電粒子49、第3セルに青色のプラス帯電粒子49と赤色のマイナス帯電粒子47がそれぞれ電気泳動液中に分散された状態で充填される。
【0058】
以下、図11を用いて図10の画素構成におけるカラー表示方法を説明する。白表示の場合、全ての粒子をコレクタ電極に集め、表示電極を全て露出させる(図11a)。各表示電極における吸収は行われないため白色入射光は変調されることなく単位セルを透過する。
【0059】
単色(赤、または緑、または青)表示の場合、2つのセルにおいて所望の単色粒子のみを表示電極に配置することによって単色を表示し、所望の単色粒子を含まないセルでは2種類の粒子ともに表示電極上に配置する。例えば緑表示の場合は、第1セル及び第2セルにおいて緑粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成し、他方の粒子をコレクタ電極に集める。第3セルでは青粒子と赤粒子をともに表示電極に配置し光吸収層を形成する (図11b)。白色入射光は、第1セルと第2セルにおいては緑色光となり、一方第3セルにおいては減法混色により、まず第1表示電極において赤成分と緑成分を吸収されたのち第2表示電極において青成分も吸収され黒色となる。これら3つのセルによる変調光の加法混色により緑色光となる。
補色(イエロー、またはマゼンタ、またはシアン)表示の場合、2つのセルにおいて所望の補色成分を含まない単色粒子をコレクタ電極に集め、他の単色粒子のみを表示電極に配置する一方、他のセルでは補色成分を含む2種類の単色粒子ともに表示電極上に配置する。例えばマゼンタ表示の場合は、第1セル、第2セルにおいて緑粒子をコレクト電極に集める一方、赤粒子、青粒子をそれぞれ表示電極に配置し光吸収層を形成する。第3セルでは青粒子と赤粒子をともに表示電極に配置し光吸収層を形成する(図11c)。白色入射光は、第1セルにおいては赤色光、第2セルにおいては青色光となる一方、第3セルにおいては減法混色により、まず第1表示電極において赤成分と緑成分を吸収されたのち第2表示電極において青成分も吸収され黒色となる。これら3つのセルによる変調光の加法混色によりマゼンタ光となる。
【0060】
黒表示の場合は、全ての着色泳動粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成する(図9d)。白色入射光は、各セルにおいて第1電極、第2電極に形成された2つの吸収層を通過するため減法混色によって黒色となる。
【0061】
以上の説明のうち、単色表示と補色表示での第3セルについては、2種類の着色泳動粒子をともにコレクト電極に集めてもよい。この場合出射光に白色光成分が重畳されるためより明るい表示が得られる。
【0062】
表1に、本実施態様における白色、単色、補色、黒色それぞれの反射率(%)を示す。開口率損失、透明電極(ITO)吸収を無視した原理的な反射率は、単色及び補色表示における第3セルを黒表示とした場合、白表示100%、単色表示22%、補色表示22%、黒表示0%となり、単色及び補色表示における第3セルを白表示とした場合、白表示100%、単色表示22(33)%、補色表示22(33)%、黒表示0%となる(括弧内の数値は重畳される白色光の反射率成分)。積層配置構成には劣るものの従来例に比べて優位性のあるバランスのとれた表示特性を実現できる。
【0063】
次に、図12に並列配置における他の画素構成を示す。本図においては各セル内の2種類の粒子色は互いに補色の関係にある。第1セルにイエロー色のプラス帯電粒子43と青色のマイナス帯電粒子49、第2セルにマゼンタ色のプラス帯電粒子44と緑色のマイナス帯電粒子48、第3セルにシアン色のプラス帯電粒子45と赤色のマイナス帯電粒子47がそれぞれ絶縁液体中に分散された状態で充填される。
【0064】
以下、図13を用いて図12の画素構成におけるカラー表示方法を説明する。白表示の場合、全ての着色泳動粒子をコレクト電極に集め、表示電極を全て露出させる(図13a)。各表示電極における吸収は行われないため白色入射光は変調されることなく単位セルを透過する。
【0065】
単色(赤、または緑、または青)表示の場合、所望の単色粒子を含む1つのセルにおいては、所望の単色粒子のみを表示電極に配置することによって単色を表示し、他の2つのセルにおいては、所望の単色成分を含む補色粒子のみを表示電極上に配置する。例えば緑表示の場合は、第2セルにおいて緑粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成し、他方の粒子をコレクタ電極に集める。第1セルと第3セルでは、緑色成分を含むイエロー粒子とシアン粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成する一方、青粒子と赤粒子はコレクタ電極に集める(図13b)。白色入射光は、第2セルでは緑色光、第1セルではイエロー色、第3セルではシアン色となり、これら3つのセルによる変調光の加法混色により緑色光となる。
【0066】
補色(イエロー、またはマゼンタ、またはシアン)表示の場合、所望の補色粒子を含む1つのセルにおいては、所望の補色粒子のみを表示電極に配置することによって補色を表示し、他の2つのセルにおいては、所望の補色の成分となる単色粒子のみを表示電極上に配置する。例えばマゼンタ表示の場合は、第2セルにおいてマゼンタ粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成し、他方の着色泳動粒子をコレクタ電極に集める。第1セルと第3セルでは、マゼンタ色の単色成分である青粒子と赤粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成する一方、イエロー粒子とシアン粒子はコレクタ電極に集める(図13c)。白色入射光は、第2セルではマゼンタ色、第1セルでは青色、第3セルでは赤色となり、これら3つのセルによる変調光の加法混色によりマゼンタ色光となる。
【0067】
黒表示の場合は、全ての粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成する(図13d)。白色入射光は、各セルにおいて第1電極、第2電極に形成された2つの吸収層を通過するため減法混色によって黒色となる。
【0068】
表1に、本実施態様における白色、単色、補色、黒色それぞれの反射率(%)を示す。開口率損失、透明電極(ITO)吸収を無視した原理的な反射率は、単色及び補色表示における第3セルを黒表示とした場合、白表示100%、単色表示22(33)%、補色表示44%、黒表示0%となる(括弧内の数値は重畳される白色光の反射率成分)。積層配置構成には劣るものの従来例に比べて優位性のあるバランスのとれた表示特性を実現できる。
【0069】
(構成部材及び形成方法)
基板には、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリカーボネート(PC)やポリエーテルサルフォン(PES)等のプラスチックフィルムの他、ガラスや石英等を使用することができる。また、表示側基板には透明な材料を使用する必要があるが、後方側基板にはポリイミド(PI)などの着色されているものを用いても良い。
【0070】
電極材料は、パターニング可能な導電性材料ならどのようなものを用いてもよく、表示電極材料としては透明電極材料である酸化インジウムすず(ITO)等の無機材料や、商品名PEDOT(AGFA社)などの有機材料、コレクト電極材料や背面基板側の表示電極材料としては、例えば、クロム(Cr)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等の金属あるいはカーボンや銀ペースト、あるいは有機導電膜などが使用できる。背面基板側の表示電極を光反射層としても利用する場合は、銀(Ag)あるいはAl等の光反射率の高い材料を好適に使用する。この表示電極を白色表示として使用する場合は、電極表面そのものに光が乱反射するように表面凹凸をつけるか、あるいは電極上に光散乱層を形成しておく。
【0071】
絶縁層の材料としては薄膜でピンホールが形成しづらく、かつ誘電率の低い材料が好ましく、例えば、アモルファスフッ素樹脂、高透明ポリイミド、PET、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等を使用できる。絶縁層の膜厚としては、100nm〜1um程度が好適である。
【0072】
隔壁材料としてはポリマー樹脂を用いる。隔壁形成はどのような方法を用いてもよい。例えば、アクリルなどの光感光性樹脂層を塗布した後露光及びウエット現像を行う方法、又は別に作製した障壁を接着する方法、印刷法によって形成する方法、或いは光透過性の第1基板表面にモールドによって形成しておく方法等を用いることができる。隔壁自体を導電性材料で構成しコレクタ電極とする場合、電界メッキ、樹脂モールドなどを使用できる。導電性隔壁表面への絶縁層形成方法としては、陽極酸化法によって電極表面を酸化する方法、或いは電着レジストによる樹脂被覆方法等を用いることができる。
【0073】
電気泳動液としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフテン系炭化水素などの芳香族系炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ケロシン、バラフィン系炭化水素、イソパラフィン系炭化水素等の脂肪族炭化水素類、クロロホルム、トリクロロエチレン、ジクロロメタン、トリクロロトリフルオロエチレン、臭化エチルなどのハロゲン化炭化水素類、あるいはシリコーンオイル、高純度石油等の溶剤を用いる。また、粒子との比重を合わせるために比重の異なった溶剤を添加することもある。
【0074】
本発明の着色泳動粒子としては、本発明の範囲を満たせば、無機材料、高分子材料あるいはこれらの複合粒子のいずれでも特に限定はされない。高分子材料を用いる場合には、例えばポリアクリル系のポリアクリル酸エステル樹脂、ポリメタクリル酸エステル樹脂、エチレン−アクリル酸共重合樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリジルエステル系エポキシ樹脂、グリシジルフタレート系エポキシ樹脂等を用いることができるが、これに限定されるものではない。着色泳動粒子の大きさは、粒径が0.05〜10μmのものが好適である。粒子の帯電極性は粒子構成材料及び/又は粒子表面に修飾される荷電制御剤によって調整される。
【0075】
本発明で使用する透光性の着色泳動粒子は染料によって着色されることが好ましい。これらの染料としては、アゾ染料、アントラキノン染料、キノリン染料、ニトロ染料、ニトロソ染料、ペノリン染料、フタロシアニン染料、金属錯塩染料、ナフール染料、ベンゾキノン染料、シアニン染料、インジゴ染料、キノイミン染料等の油溶染料が好ましく、これらを組み合せて使用しても良い。
【0076】
例えば、バリファーストイエロー(1101、1105、3108、4120)、オイルイエロー(105、107、129、3G、GGS)、バリファーストレッド(1306、1355、2303、3304、3306、3320)、オイルピンク312、オイルスカーレット308、オイルバイオレット730、バリファーストブルー(1501、1603、1605、1607、2606、2610、3405、)、オイルブルー(2N、BOS、613)、マクロレックスブルーRR、スミプラストグリーンG、オイルグリーン(502、BG)等の染料を挙げることができる。黒粒子または白粒子を用いる場合には酸化チタン、カーボンブラック、ニグロシン、鉄黒等の顔料を用いることができる。
【0077】
電気泳動液に添加する帯電制御剤としては、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、金属石鹸、非イオン界面活性剤、フッ素系界面活性剤、ブロック型ポリマー、グラフト型ポリマーなどを単独、または2種以上混合して用いることができ、スルホン化油、アルキルリン酸エステル類、コハク酸イミド類がある。これらは単体で添加することもあるが、複数の組み合わせえ添加することも可能である。例えば、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸ジルコニウム、ジルコニウムオクテート、カルシウムペトロネート、レシチン、OLOA1200(シェブロン社製)等が挙げられる。
【0078】
【実施例】
以下、実施例によって、セル構成、セルプロセス、駆動法について更に詳しく説明する。
【0079】
(実施例1)
本実施例では単位セルが2つ積層された構造の画素がマトリックス状に配列されたカラー電気泳動表示装置の構成、作成法、駆動法の一例について説明する。作製する表示装置は、100×100画素とし、1つの画素の大きさは200μm×200μmである。図14に表示装置の一部である2x2画素に相当する領域の断面図(図14a)、及び図16aのA‐A’における平面図(図14b),B−B’における平面図(図14c)を示す。
【0080】
画素境界部には幅10μm,高さ20μmの隔壁11が配置され、各画素を区画すると同時に基板間の間隔を一定に保持している。本実施例における画素構造は図2bに相当するものであり、下段には呈色と帯電極性の異なる2種類の着色泳動粒子が分散された電気泳動液と、2つの表示電極22,23と、2つのコレクト電極32,33とを含む単位セル2が配置され、上段には第3の呈色を示す1種類の着色泳動粒子と、1つの表示電極21と、1つのコレクト電極31を含む単位セル1が積層配置される。
【0081】
各粒子は所望の染料によって着色された透光性のポリマー粒子であり、着色泳動粒子の帯電極性は粒子を構成するポリマー材料及び粒子表面に修飾される荷電制御剤によって調整される。本実施例においては上段の単位セル中にイエロー色のプラス帯電粒子、下段の単位セル中にはマゼンタ色のプラス帯電粒子とシアン色のマイナス帯電粒子がそれぞれ分散される。平均粒径は何れも1〜2μmである。基板は上段単位セルの観察面基板をなす第1基板101と、上段単位セルの背面基板及び下段単位セルの観察面基板を兼ねる第2基板102と、下段単位セルの背面基板をなす第3基板103とからなる。画素平面形状は正方形であり、第2基板102の表面(上段セル側)と裏面(下段セル側)の画素中央に第1表示電極21及び第2表示電極22、第3基板の画素中央に第3表示電極23が配置される(図14a,b)。同様にして第2基板102の表面(上段セル側)と裏面(下段セル側)の画素境界部に第1コレクト電極31及び第2コレクト電極32、第3基板103の画素境界部に第3コレクト電極33が配置される。各コレクト電極は画素ごとに絶縁されている必要はなく、各面において隣接画素間同志が電気的に導通されている共通電極である(図14b)。一方、各表示電極は画素ごとに絶縁されており、各表示電極ごとに接続されたスイッチング素子によって電位が独立に制御される。本実施例においては第2基板表面の第1コレクト電極下方部に、第1表示電極21に接続される第1スイッチング素子71と、第2表示電極22に接続される第2スイッチング素子72が配置される(図17c)。第1スイッチング素子71はコンタクトホールによって第1表示電極21と接続され、第2スイッチング素子72は第2基板に設けられる貫通電極35を介して第2基板裏面の第2表示電極22に接続される。同様に、第3基板表面の第3コレクト電極33下方部に、第3表示電極23に接続される第3スイッチング素子73が配置される。各スイッチング素子はFET型の薄膜トランジスタ(TFT)であって、ソース電極に接続される信号線とゲート電極に接続される走査線に所望の電圧を印加することによって、ドレイン電極に接続される表示電極の電位を制御する。
【0082】
次に、本実施例に係る電気泳動表示装置の製造方法を図15(a)〜(f)を用いて説明する。
【0083】
第3基板103には、厚さ1.1mmのガラス基板を使用した。まずCrにて走査電極85線及びゲート電極、次にSiN膜全面成膜後a−Si層/n+層にてスイッチング素子部、次にAlにてソース電極、ドレイン電極、信号電極線82を順次成膜・パターニングし、ボトムゲート型のFETである第3スイッチング素子73を形成する。そして、これらを絶縁層で被覆した後、絶縁層にコンタクトホールを開け、この絶縁層上に第3表示電極23を形成、コンタクトホールを通して第3スィッチング素子73のドレイン電極と接続する。第3表示電極23の材料としては光反射率の大きいAlを用いる。第3表示電極上を、酸化チタン微粒子を含有するアクリル樹脂層によって被覆する。本実施例では、第3表示電極23は光反射層を兼ね、アクリル樹脂層は光散乱層10として機能する。次に樹脂絶縁層で被覆後、Tiにて第3コレクト電極を形成、最後に厚膜レジストにて隔壁を形成する(図15a)。
【0084】
第2基板102には、厚さ0.1mmのガラス基板を使用した。まずレーザー加工にてガラス基板に径20μmの貫通孔を形成、続いてスパッタリングにて貫通孔内壁にAlを成膜、更に貫通孔内を導電性ペーストで充填し貫通電極35を形成した(図15b)。以下第3基板103と同様にして第2基板表面に、走査電極線83,84、ゲート電極、SiN膜、a−Si層/n+層スイッチング素子部、ソース電極、ドレイン電極、信号電極線81を順次成膜・パターニングし、ボトムゲート型のFETである第1スイッチング素子71及び第2スイッチング素子72を形成する。この過程で、貫通電極35は第2スイッチング素子72のドレイン電極に接続される。
【0085】
次にスイッチング素子上にSiN絶縁層を形成後、絶縁層にコンタクトホール14を開け、続いてこの絶縁層上に透明電極材料であるITOからなる第1表示電極21を形成しコンタクトホール14を通して第1スィッチング素子71のドレイン電極と接続する。さらにTiにて第1コレクト電極31を形成したのち全面を樹脂絶縁層で被覆する(図15c)。
【0086】
次に第2基板裏面側に透明電極材料であるITOからなる第2表示電極21を形成し貫通電極35を通して第2スィッチング素子72のドレイン電極と接続する。さらにTiにて第2コレクト電極を形成したのち全面を樹脂絶縁層で被覆する。最後に第2板表面側に厚膜レジストにて隔壁11を形成する(図15d)。
【0087】
次に第3基板上103に、マゼンタ色のプラス帯電粒子44及びシアン色のマイナス帯電粒子45を分散させた絶縁性液体5を充填する。絶縁性液体にはイソパラフィン(商品名:アイソパー,エクソン社製)を用い、適当な荷電制御剤を0.01〜1wt%添加する。次に、第2基板102を隔壁11上に配置する。その後、第2基板と隔壁間を十分接触させ、気泡を取り除いた状態で第3基板と第2基板の周囲を密封した(図15e)。
【0088】
さらに第2基板上にイエロー色のプラス帯電粒子43を分散させた絶縁性液体5を充填し、最後に第1基板101として厚み0.5mmのガラス基板を隔壁11上に配置し同様にして第2基板と第1基板の周囲を密封し電気泳動表示装置が完成した(図15f)。
【0089】
作成した電気泳動表示装置を不図示の駆動ドライバーに接続して表示動作を検証した。
【0090】
まず全面初期リセット動作として、全走査線に選択信号を印加し全画素のゲートをONにした状態で全信号線に0Vを印加、同時に第1コレクト電極に−20V、第2コレクト電極に−20V、第3コレクト電極に+20Vの300ms矩形パルスを印加することにより、イエロー粒子を第1コレクト電極に、マゼンタ粒子を第2コレクト電極に、シアン粒子を第3コレクト電極に集合させる。パルス印加後全走査線に非選択信号を印加し全画素のゲートをOFFにし初期リセット動作を終了する。初期リセット状態においては全面が白状態となる。
【0091】
書き込み動作は、通常のアクティブマトリックス駆動と同様に走査線に順番に選択信号を印加し、同時に信号線には選択期間に同期して選択された走査線に相応する書き込み信号を印加することによって行う。本実施例では各走査行ごとに第1表示電極、第2表示電極、第3表示電極に対応する3本の走査線があるため、1画面を書き換えるためには走査行100行X3本=300回の走査を時系列的に行うことになる。走査の順番に特に限定はないが、本実施例では第1行の第1表示電極、第2表示電極、第3表示電極、第2行の第1表示電極、第2表示電極、第3表示電極・・という順番で走査した。所望のカラーを書き込むための書き込み信号については実施態様において既に説明したとおりでありここでは省略する。
【0092】
以上の方法によって得られた表示画像は、明るく鮮明であり期待通りの効果が得られた。
【0093】
(実施例2)
本実施例では実施例1と同様に、単位セルが2つ積層された構造の画素がマトリックス状に配列されたカラー電気泳動表示装置に関して、他の例を説明する。
【0094】
作製する表示装置は、100×100画素とし、1つの画素の大きさは200μm×200μmである。図19に表示装置の一部である2x2画素に相当する領域の断面図(図16a)、及び図18aのA‐A’における平面図(図16b),B−B’における平面図(図16c)を示す。
【0095】
本実施例における画素構造は図3bに相当するものであり、下段・上段ともに呈色と帯電極性の異なる2種類の着色泳動粒子が分散された電気泳動液と、2つの表示電極と、2つのコレクト電極粒子とを含む単位セル2が配置される。各粒子は所望の染料によって着色された透光性のポリマー粒子であり、粒子の帯電極性は粒子を構成するポリマー材料及び粒子表面に修飾される荷電制御剤によって調整される。本実施例においては上段の単位セル中にイエロー色のプラス帯電粒子43とマゼンタ色のマイナス帯電粒子44、下段の単位セル中には黒色のプラス帯電粒子46とシアン色のマイナス帯電粒子45がそれぞれ分散される。平均粒径は何れも1〜2μmである。基板は上段単位セルの観察面基板をなす第1基板101と、上段単位セルの背面基板及び下段単位セルの観察面基板を兼ねる第2基板102と、下段単位セルの背面基板をなす第3基板103とからなる。画素平面形状は正方形であり、第1基板の裏面(上段セル側)の画素中央に第1表示電極21、第2基板102の表面(上段セル側)と裏面(下段セル側)の画素中央に第2表示電極22及び第3表示電極23、第3基板103の画素中央に第4表示電極24が配置される(図16b)。本実施例の顕著な特徴は、隔壁に導電性材料を使用し隔壁自体がコレクト電極を兼ねている点にある。単位セル内において互いに対向する隔壁を一対のコレクト電極として、上段単位セルに第1コレクト電極対31と第2コレクト電極対32、下段単位セルに第3コレクト電極対33と第4コレクト電極対34がそれぞれ配置される。各コレクト電極対は画素ごとに絶縁されている必要はなく、コレクト電極の下方部に配置される不図示の配線によって隣接画素間同志が電気的に導通されている共通電極である(図16b)。一方、各表示電極は互いに絶縁されており、各表示電極ごとに接続されたスイッチング素子によって電位が独立に制御される。本実施例においては第1基板裏面の画素境界領域に、第1表示電極21に接続される第1スイッチング素子71と第2表示電極22に接続される第2スイッチング素子72が配置され、第3基板表面の画素境界領域に、第3表示電極23に接続される第3スイッチング素子73と第4表示電極24に接続される第4スイッチング素子74が配置される(図16c)。第1スイッチング素子71及び第4スイッチング素子74はコンタクトホール14によって第1表示電極21及び第4表示電極24に接続され、第2スイッチング素子72及び第3スイッチング素子73は第1基板裏面及び第3基板表面の隔壁交差部分に配置される柱状電極36,37を介して第2基板表面の第2表示電極22及び第2基板裏面の第3表示電極23に接続される。各スイッチング素子はFET型の薄膜トランジスタ(TFT)であって、ソース電極に接続される信号線とゲート電極に接続される走査線に所望の電圧を印加することによって、ドレイン電極に接続される表示電極の電位を制御する。
【0096】
次に、本実施例に係る電気泳動表示装置の製造方法を図17(a)〜(f)を用いて説明する。
【0097】
第1基板には厚さ0.5mmのガラス基板を使用した。まずCrにて第1走査電極線83、第2走査電極線84及びゲート電極、次にSiN膜全面成膜後a−Si層/n+層にてスイッチング素子部、次にAlにてソース電極、ドレイン電極、第1信号電極線81、第1共通電極線(不図示)を順次成膜・パターニングし、ボトムゲート型のFETである第1スイッチング素子71及び第2スイッチング素子72を形成する。これらを絶縁層で被覆したのち絶縁層にコンタクトホールを開け、この絶縁層上にITO薄膜にて第1表示電極21と第2共通電極線(不図示)を形成する。第1表示電極21はコンタクトホール14を通して第1スィッチング素子71のドレイン電極と接続する。続いてこれらを樹脂絶縁層で被覆したのち第1共通電極線と画素境界部の交差点、第2共通電極線と画素素境界部の交差点、及び隔壁の交差点に配置される第2スイッチング素子72のドレイン電極部にそれぞれコンタクトホール14を形成する。次にこの絶縁層上にメッキ用電極膜を形成し、この上に厚膜レジストパターンを形成する(図17a)。メッキ電極の露出部に対して電界メッキを行い、隔壁を兼ねる第1コレクト電極31、第2コレクト電極32と第1柱状電極36とを形成する。この過程で各コレクト電極はコンタクトホールを通して第1共通電極線または第2共通電極線に接続され、第1柱状電極36は第2スイッチング素子72のドレイン電極部に接続される。次に、厚膜レジストパターンを溶解除去し、続いて露出しためっき電極及び各コレクト電極と第1柱状電極36の表面をシュウ酸水溶液中で陽極酸化し、めっき電極を絶縁・透明化すると共に、各コレクト電極と第1柱状電極36の表面に絶縁層を形成した(図17b)。
【0098】
第3基板103には厚さ1.1mmのガラス基板を使用した。第1基板とほぼ同様のプロセスによって第3基板表面に、第3スイッチング素子73、第4スイッチング素子74、第3走査電極線85、第4走査電極線86、第2信号電極線82、第3共通電極線、第4共通電極線、第4表示電極24、第3コレクト電極33、第4コレクト電極34、第2柱状電極37を順次形成した(図17c)。第1基板101との相違は、第4表示電極24の材料として光反射率の大きいAlを用い、更に第4表示電極上を酸化チタン微粒子を含有するアクリル樹脂層によって被覆する点にある。本実施例では、第4表示電極は光反射層を兼ね、アクリル樹脂層は光散乱層10として機能する。
【0099】
第2基板102には、厚さ0.1mmのガラス基板を使用した。第2基板102の表面に第2表示電極22、裏面に第3表示電極23を形成する(図17d)。各表示電極は、柱状電極との導通をとるために画素境界部の隔壁交差点に対応する位置までパッド電極が延設されている。パッド部を除く各表示電極を絶縁層で被覆したのちパッド部に接着剤を印刷した。接着剤は低融点樹脂バインダー中に導電性微粒子が分散されたもので、加熱圧着によって接着すると同時に導通が得られる。
【0100】
次に第3基板103上に、黒色のプラス帯電粒子46及びシアン色のマイナス帯電粒子45を分散させた絶縁性液体5を充填する。絶縁性液体にはイソパラフィン(商品名:アイソパー,エクソン社製)を用いた。第2基板を第3基板上に形成された隔壁上に配置する。この状態で第2基板102を加熱しながら隔壁面に対して均一に押し付け、第2柱状電極37と第3表示電極パッド部を接着剤を介して接合したのち第3基板103と第2基板102の周囲を密封した(図17e)。最後に、第1基板101上にイエロー色のプラス帯電粒子とマゼンタ色のマイナス帯電粒子を分散させた絶縁性液体を充填し、既に接合済みの第2基板102と第3基板103を配置する。全く同様のプロセスによって両者を接合し周囲を密封し電気泳動表示装置が完成した(図17f)。
【0101】
作成した電気泳動表示装置を実施例1と同様にして駆動し表示画像を検証した。得られた表示画像は、明るく鮮明であり期待通りの効果が得られた。
【0102】
(実施例3)
本実施例では単位セルが3つ並列配置された構造の画素がマトリックス状に配列されたカラー電気泳動表示装置について説明する。作製する表示装置は、100×100画素とし、1つの画素の大きさは300μm×300μmである。図18に表示装置の一部である2x2画素に相当する領域の断面図(図18a)、及び図18aのA‐A’における平面図(図18b)を示す。
【0103】
本実施例における画素構造は図12に相当するものであり、各画素は横100μmx縦300μmの単位セルが3つ並置配列されてなる。粒子は所望の染料によって着色された透光性のポリマー粒子であり、第1セル(左側)にイエロー色のプラス帯電粒子43と青色のマイナス帯電粒子49、第2セル(中央)にマゼンタ色のプラス帯電粒子44とシアン色のマイナス帯電粒子45、第3セル(右側)にシアン色のプラス帯電粒子45と赤色のマイナス帯電粒子47がそれぞれ絶縁液体中に分散された状態で充填される。平均粒径は何れも1〜2μmである。画素平面形状は正方形であり、観察面基板と背面基板のそれぞれの、各セルの中央に表示電極21,22が配置される(図18b)。各単位セルは実施例2と同様にコレクト電極として機能する導電性隔壁31,32によって区画されている。単位セル長手方向に沿って表示電極をはさんで対向する導電性隔壁が、第1コレクト電極31、第2コレクト電極32として機能する。各コレクト電極対は画素ごとに絶縁されている必要はなく、本実施例ではコレクト電極隔壁は単位セルの長手方向に単位セル間で連結された列をなし、互いに絶縁されたコレクト電極列が短手方向に交互に配列する。一方、各表示電極は互いに絶縁されており、各表示電極ごとに接続されたスイッチング素子によって電位が独立に制御される。本実施例においては背面基板表面の画素境界領域に、第1表示電極21に接続される第1スイッチング素子71と第2表示電極22に接続される第2スイッチング素子72が配置される(図18a,b)。隔壁の交差点に配置される第1スイッチング素子71はコンタクトホール14によって観察側基板の第1表示電極21に接続される。各スイッチング素子はFET型の薄膜トランジスタ(TFT)であって、ソース電極に接続される信号線とゲート電極に接続される走査線に所望の電圧を印加することによって、ドレイン電極に接続される表示電極の電位を制御する。
【0104】
次に、本実施例に係る電気泳動表示装置の製造方法を図19に従って説明する。
まず、厚み1.1mmのガラス基板を用いて背面基板を作成した(図19a)。製造方法は実施例2とほぼ同様であるため説明を省略する。
【0105】
観察面基板には、厚さ0.5mmのガラス基板を使用した。第2基板102の裏面に第1表示電極21を形成する。各表示電極は、柱状電極36との導通をとるために単位セル境界部の隔壁交差点に対応する位置までパッド電極が延設されている。パッド部を除く各表示電極を絶縁層で被覆したのちパッド部に接着剤を印刷した。接着剤は低融点樹脂バインダー中に導電性微粒子が分散されたもので、加熱圧着によって接着すると同時に導通が得られる。
【0106】
次に観察面基板上に粒子を分散させた絶縁性液体5を充填する。絶縁性液体にはイソパラフィン(商品名:アイソパー,エクソン社製)を用いた。本実施例においては隣接する各単位セルに対して異なる種類の粒子が分散された液体を配置する必要があるため、マルチノズルを備えたインクジェット装置によって、ノズル15より1単位セル分の粒子を含んだ液滴16を出射し順次注入した。注入時には第1コレクト電極31と第2コレクト電極間32に電圧を印加し、着弾後すぐに粒子をコレクト電極に集め画素間での粒子搬送が起こらないようにした(図19b)。
引き続きコレクト電極間に電圧を印加した状態で観察面基板を背面基板上に形成された隔壁上に配置し、この状態で観察面基板101を加熱しながら隔壁面に対して均一に押し付け、柱状電極36と第1表示電極パッド部を接着剤を介して接合したのち第3基板103と第2基板102の周囲を密封し電気泳動表示装置が完成した(図19c)。
【0107】
作成した電気泳動表示装置を実施例1と同様にして駆動し表示画像を検証した。得られた表示画像は、明るく鮮明であり期待通りの効果が得られた。
【0108】
(実施例4)
本実施例では、実施例2の構成にマイクロカプセルを導入する。上下基板と隔壁によって区画された単位セル内に2種類の粒子と絶縁性液体を内包したマイクロカプセルを配置した点、及び中間基板である第2基板を除いた点が、実施例2と異なる構成上の特徴である。それ以外の構成、寸法については実施例2と同様であるので詳しい説明を省略する。
【0109】
以下、本実施例に特徴的な部分に限定して電気泳動表示装置の製造方法を図20(a)〜(e)を用いて説明する。まず、厚み1.1mmのガラス基板を用いて背面基板103を作成した(図19a)。製造方法は実施例2とほぼ同様であるため説明を省略する。
【0110】
電気泳動表示用マイクロカプセルの製造法としては、界面重合法、in situ重合法、相分離法(コアセルベーション法)等が報告されている。本実施例においてはin situ重合法によって、シアン粒子45と黒色粒子46が均等に分散された絶縁性液体5を内包したマイクロカプセル12を作成した。分級処理を経て、平均カプセル径90±10μm程度の均一なマイクロカプセル12が得られた。これらのマイクロカプセル12を粘度が適正に調整された紫外線硬化樹脂バインダー13と混合し、得られた樹脂組成物をバーコーターを用いて隔壁の形成された背面基板103上に展開した。樹脂組成物を新たに供給しながらバーコーターの掃引を10回程度繰り返すことによってほぼ全面に渡って画素区画内にマイクロカプセル12が一つずつ充填された状態が実現された。
【0111】
次にフッ素系樹脂膜に被覆された扁平化処理用ガラス基板17を、隔壁内にマイクロカプセル12の充填された背面基板面にゆっくりと押し付け(図20a)、マイクロカプセル12の扁平化を徐々に進行させる。ガラス基板面が隔壁上端面と全面に渡って均等に接触した状態で、扁平処理基板17上面側から紫外線を照射し、樹脂バインダー13を硬化させた。硬化後扁平処理基板17を剥離することによって、表面が平坦化された樹脂バインダ内部に扁平化されたマイクロカプセル12が固定された(図20b)。
【0112】
次に、平坦化された樹脂バインダ表面の柱状電極部にコンタクトホール14を形成し、続いてこの絶縁層上に透明有機導電性材料(商品名PEDOT、AGFA社)からなる第3表示電極23を形成する。第3表示電極23は、第2柱状電極37との導通をとるために画素境界部の隔壁交差点に対応する位置までパッド電極が延設されておりコンタクトホール14及び第2柱状電極37を介して、背面基板上に配置された第3スィッチング素子73のドレイン電極と接続される。さらに全面を樹脂絶縁層で被覆したのち再びPEDOTを用いて第2表示電極22を形成する(図20c)。第2表示電極23においても第1柱状電極36との導通をとるために画素境界部の隔壁交差点に対応する位置までパッド電極が延設されている。
【0113】
次に、第2実施例と同様の方法により厚み0.5mmのガラス基板を用いて観察面基板101を形成した。さらに背面基板103の場合と同様にして、観察面基板上にイエロー粒子43とマゼンタ粒子44が均等に分散された絶縁性液体5を内包したマイクロカプセル12と紫外線硬化樹脂バインダー13の混合物を展開し、画素区画内にマイクロカプセル12を一つずつ充填する。背面基板上に形成した第2表示電極のパッド部に紫外線硬化樹脂タイプの導電性接着剤を印刷したのち、第2表示電極面をゆっくりと押し付け(図20d)、マイクロカプセルの扁平化を徐々に進行させる。ガラス基板面が隔壁上端面と全面に渡って均等に接触した状態で、観察面基板側から紫外線を照射し樹脂バインダー13を硬化させることにより電気泳動表示装置が完成した(図20e)。
【0114】
作成した電気泳動表示装置を実施例1と同様にして駆動し表示画像を検証した。得られた表示画像は、明るく鮮明であり期待通りの効果が得られた。
【0115】
【表1】
Figure 2004020818
【0116】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明においては、観察者から見て互いにほぼ重畳する位置に配置される2つの表示電極と、2つのコレクト電極と、互いに異なる帯電極性および呈色を示す2種類の透光性の着色泳動粒子とを含む単位セルを積層配置または並列配置した画素構成によって、複数の可変な光吸収層による減法混色原理を含む表色を可能にし、明るさと色彩度が大幅に改善された電気泳動表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】単位セルの概念を示す断面図
【図2】単位セルの構成バリエーションを示す断面図
【図3】単位セルの構成バリエーションを示す断面図
【図4】単位セルの構成バリエーションを示す断面図
【図5】単位セルの構成バリエーションを示す断面図
【図6】単位セルの駆動法説明図
【図7】単位セルの他の駆動法説明図
【図8】積層配置タイプの画素構成の断面図
【図9】積層配置タイプの画素におけるカラー表示方法説明図
【図10】並列配置タイプの画素構成の第1例における断面図
【図11】並列配置タイプの画素の第2例におけるカラー表示方法説明図
【図12】並列配置タイプの画素構成の第2例における断面図
【図13】並列配置タイプの画素の第2例におけるカラー表示方法説明図
【図14】実施例1(積層配置タイプその1)における構成図
【図15】実施例1(積層配置タイプその1)におけるプロセス説明図
【図16】実施例2(積層配置タイプその2)における構成図
【図17】実施例2(積層配置タイプその2)におけるプロセス説明図
【図18】実施例3(並列配置タイプ)における構成図
【図19】実施例3(並列配置タイプ)におけるプロセス説明図
【図20】実施例4(積層配置マイクロカプセルタイプ)におけるプロセス説明図
【図21】従来例(上下移動型マイクロカプセル)におけるカラー表示方法説明図
【図22】従来例(水平移動型)におけるカラー表示方法説明図
【図23】従来例(Dual curtain mode)におけるカラー表示方法説明図
【符号の説明】
101 観察面基板
102 背面基板
103 中間基板
101 第1基板
102 第2基板
103 第3基板
21 第1表示電極
22 第2表示電極
23 第3表示電極
24 第4表示電極
31 第1コレクト電極
32 第2コレクト電極
33 第3コレクト電極
34 第4コレクト電極
35 貫通電極
36 第1柱状電極
37 第2柱状電極
36 柱状電極
37 上電極
38 下電極
41 第1粒子
42 第2粒子
43 イエロー粒子
44 マゼンタ粒子
45 シアン粒子
46 黒粒子
47 赤粒子
48 緑粒子
49 青粒子
40 白粒子
5 絶縁性液体
61 赤カラーフィルタ
62 緑カラーフィルタ
63 青カラーフィルタ
64 イエローカラーフィルタ
65 マゼンタカラーフィルタ
66 シアンカラーフィルタ
71 第1スイッチング素子
72 第2スイッチング素子
73 第3スイッチング素子
74 第4スイッチング素子
81 第1信号電極線
82 第2信号電極線
83 第1走査電極線
84 第2走査電極線
85 第3走査電極線
86 第4走査電極線
9 絶縁層
10 散乱層
11 隔壁
12 マイクロカプセル
13 樹脂バインダー層
14 コンタクトホール
15 ノズル
16 粒子含有絶縁性液滴
17 扁平処理用基板

Claims (11)

  1. 基板上に配設された複数の単位セルから構成された電気泳動表示装置であって、
    前記単位セル中には表示電極とコレクト電極からなる少なくとも1組の駆動電極及び電気泳動液を含み、
    前記電気泳動液は透明な泳動液と、少なくとも1種類の着色泳動粒子を含み、1画素単位が少なくとも1つ以上の単位セルによって構成された電気泳動表示装置であって、
    前記表示電極を複数重畳することにより、表示電極上の着色泳動粒子の減法混色原理によって所定の表示色を表示することを特徴とする電気泳動表示装置。
  2. 前記単位セルが単位セル中に1組の駆動電極と所定の帯電特性を有する1種類の着色泳動粒子とを含む単位セル1であって、
    前記複数の単位セル1を画素単位に積層することによって複数の表示電極を重畳配設し、表示電極上の着色泳動粒子の減法混色原理によって所定の表示色を表示することを特徴とする請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  3. 前記単位セルが2枚の表示電極を含む2組の前記駆動電極及び互いに異なる帯電極性を有する2種類の泳動粒子からなる単位セル2であって、
    前記単位セル2が単位セル2中に前記2枚の表示電極を重畳配設した構成であり、表示電極上の着色泳動粒子の減法混色原理によって所定の表示色を表示することを特徴とする請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  4. 前記単位セル2が画素単位に2つ積層配置された構成を有し、かつマトリックス状に複数個配列された電気泳動表示装置であって、前記2つの単位セル2中の4種類の着色泳動粒子色が、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックであることを特長とする請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  5. 前記単位セル1と単位セル2とが画素単位に2つ積層配置され、各画素がマトリックス状に複数配列されていること特徴とする請求項1に記載の電気泳動表示装置であって、
    前記2つの単位セル中に含まれる3種類の着色泳動粒子色が、それぞれイエロー、マゼンタ、シアンであることを特長とする請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  6. 前記単位セル2が、平面的に3つ隣接して並列配置されて1画素を構成しており、前記3つの各単位セル2中の2種類の着色泳動粒子色の組み合わせが、それぞれ赤と緑、緑と青、及び青と赤であることを特長とする請求項3に記載の電気泳動表示装置。
  7. 前記単位セル2が3つ隣接して並列配置されて1画素を構成しており、前記3つの単位セル中における2種類の着色泳動粒子色の組み合わせは、それぞれ赤とシアン、緑とマゼンタ、青とイエローであることを特長とする請求項3記載の電気泳動表示装置。
  8. 前記単位セル1及び/又は単位セル2は、前記着色泳動粒子が分散された電気泳動液を内包するマイクロカプセルであることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の電気泳動表示装置。
  9. 前記単位セル1及び単位セル2がマイクロカプセルであり、画素単位に積層配置されており、且つこれら2つの単位セルは中間に基板を介さずに接合されてなることを特徴とする請求項8記載の電気泳動表示装置。
  10. 前記単位セル2を含む画素が複数マトリックス状に配列された電気泳動表示装置の駆動方法であって、各単位セル2中の2組の駆動電極に全画素共通の駆動波形を印加して電気泳動表示装置全面を初期状態にリセットする第1の過程と、全ての画素の単位セル2中の前記駆動電極のうち、1組の駆動電極に対してそれぞれ全画素共通の駆動波形を印加する一方、残り1組の駆動電極に対して、各画素ごとに画像情報に応じた駆動波形を印加して書き込みを行う第2の過程とからなることを特徴とする請求項3に記載の電気泳動表示装置の駆動方法。
  11. 前記単位セル2を含む画素がマトリックス状に配列された電気泳動表示装置の駆動方法であって、各単位セル2に含まれる2組の駆動電極それぞれに対して全画素共通の駆動波形を印加し全ての画素内の粒子をコレクト電極に集める第1の過程と、全ての画素の単位セル2の2組の駆動電極のうち、2つのコレクト電極に対してそれぞれ全画素共通の駆動波形を印加する一方、残りの2つの表示電極に対して、各画素ごとに画像情報に応じた駆動波形を印加し書き込みを行う第2の過程とからなることを特徴とする請求項3記載の電気泳動表示装置の駆動方法。
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