JP2004170903A

JP2004170903A - 電気泳動表示装置

Info

Publication number: JP2004170903A
Application number: JP2003300533A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ikeda; 勉池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2004-06-17
Also published as: US6922275B2; US20040145561A1; AU2003276709A1; WO2004040363A1

Abstract

【課題】コントラストの低下を防止することのできる電気泳動表示装置を提供する。
【解決手段】１つの画素における画素電極４を、基板２に沿った部分４Ａと、この部分４Ａから立設された部分４Ｂとによって画素を囲むように構成している。したがって、１つの画素における画素電極４の表面積（液体５に対向している部分の面積）は、１つの画素における第１電極３の表面積（液体５に対向している部分の面積）よりも大きくでき、小面積の第１電極３に吸着される場合の帯電泳動粒子６Ａは密に配置されることとなる。これにより、粒子濃度を高めることなくコントラストの低下を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体中の帯電粒子を移動させて表示を行う電気泳動表示装置に関する。

近年、液体（絶縁性液体）中の帯電粒子（帯電泳動粒子）を移動させて表示を行う電気泳動表示装置については種々のタイプのものが提案されている。以下、この電気泳動表示装置について説明する。

情報機器の発達に伴い、低消費電力且つ薄型の表示装置のニーズが増しており、これらニーズに合わせた表示装置の研究、開発が盛んに行われている。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づらく、また光源のちらつき・低輝度等から生じる視覚へ負担が重いという問題があり、この問題が未だ十分に解決されていない。このため、低消費電力、視覚への負担軽減などの観点から反射型表示装置が期待されている。

その一つとして、ＨａｒｏｌｄＤ．Ｌｅｅｓ等により電気泳動表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図７（ａ）は、その電気泳動表示装置の構造の一例を示す図であるが、この種の電気泳動表示装置は、所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板１，２と、これらの基板１，２の間に充填された絶縁性液体５３と、該絶縁性液体５３に分散された多数の着色帯電泳動粒子５４と、それぞれの基板１，２に沿うように各画素に配置された表示電極５５，５６と、を備えている。画素と画素との間には隔壁５７が設けられ、着色帯電泳動粒子５４の他の画素への移動を防止し、均一表示を維持するようになっている。この装置において、着色帯電泳動粒子５４は、正極性又は負極性に帯電されているため、表示電極５５，５６に印加される電圧の極性に応じていずれかの表示電極５５又は５６に吸着されるが、絶縁性液体５３及び着色帯電泳動粒子５４はそれぞれ異なる色に着色されているため、着色帯電泳動粒子５４が観察者側の表示電極５５に吸着されている場合には該粒子５４の色が視認され（図７（ｂ）参照）、着色帯電泳動粒子５４が他側の表示電極５６に吸着されている場合には絶縁性液体５３の色が視認されることとなる（図７（ａ）参照）。したがって、印加電圧の極性を画素毎に制御することによって、様々な画像を表示することができる。

このように、電気泳動表示装置は顔料や染料などからの反射光によって表示を行うため、ディスプレーというよりは紙に近い表示品位を得ることが可能となる。そのため、電気泳動表示装置は近年では紙のような表示品位とディスプレーの書き換え機能を兼ね備えた電子ペーパーと呼ばれる表示装置の有力な候補となっている。

米国特許第３６１２７５８号明細書特開２００１−４３６７２号公報

ところで、上述した電気泳動表示装置においては、画素内の帯電泳動粒子の濃度が低すぎると図７（ｂ）の状態のときに入射光が泳動粒子層を透過してコントラストが低下してしまうという問題が発生し、逆に濃度が高すぎると応答速度が低下するという問題があった。

また、電気泳動表示装置では液晶表示装置に比べて電極間距離（電極５５と電極５６との間の距離）が比較的大きいため、隣接画素間で電界漏れが発生し、所望の表示が得られないという問題もあった。これは精細度が低い場合は特に問題とならないが、表示精細度を上げていくと、顕著に表示品位を劣化させる。

ところで、このような電界干渉による表示品位の劣化は、画素間に導電層を設けることによって回避することが可能である。電気泳動表示装置では、画素と画素との境界部分に隔壁５７が配置されているが、該隔壁５７を導電性として共通電極とすることにより、電界干渉による表示品位の劣化を防止できる（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、このような構成では画素電極よりも共通電極の面積が数倍大きく、さらに画素電極との距離は表示面よりも隔壁面の表示電極の方が近いため、泳動粒子を共通電極に引き寄せて表示を行おうとした場合、隔壁にその大部分の粒子が付着してしまい、表示面において泳動粒子の本来の色を出すのが困難になってしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題を防止する電気泳動表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、観察者側に配置される第１基板と、該第１基板と所定間隙を開けた状態に配置される第２基板と、前記第１基板の側に配置される第１電極と、前記第２基板の側に配置される第２電極と、これらの基板の間隙に配置された液体と、該液体に分散された複数の帯電粒子と、を備え、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧の極性を変えて前記帯電粒子を移動させることに基き表示を行う電気泳動表示装置において、
１つの画素における前記第２電極の表面積は、１つの画素における前記第１電極の表面積よりも大きく設定されている、ことを特徴とする。

また本発明は、前記各画素の内壁は、前記第１電極及び第２電極によって実質的に覆われていることを特徴とする。

また本発明は、前記第１電極が画素毎に分割されていることを特徴とする。

また本発明は、前記第１電極が画素毎にそれぞれのスイッチング素子に接続されていることを特徴とする。

また本発明は、前記第２電極が画素毎に分割されていることを特徴とする。

また本発明は、前記第２電極が画素毎にそれぞれのスイッチング素子に接続されていることを特徴とする。

また本発明は、前記帯電粒子及び液体がマイクロカプセルに保持されていること特徴とするものである。

本発明のように、１つの画素における第２電極の表面積は、１つの画素における第１電極の表面積よりも大きく設定されているため、粒子濃度を高めずに表示コントラストを向上させることができる。

また、１つの画素は第１電極及び第２電極によって囲まれ、電気的に遮蔽されるので、隣接画素からの漏れ電界の影響を小さくすることができる。さらに、第１電極と第２電極との離間距離が場所によって異なるため、電界が不均一であるため階調表示に有利である。

以下、図１乃至図６を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本実施の形態に係る電気泳動表示装置は、図１に示すように、観察者側に配置される第１基板１と、該第１基板１と所定間隙を開けた状態に配置される第２基板２と、前記第１基板１の側に配置された第１電極３と、前記第２基板２の側に配置された第２電極４と、これらの基板１，２の間隙に配置された液体５と、該液体５に分散された複数の帯電粒子（以下、“帯電泳動粒子”とする）６Ａ，６Ｂと、を備え、前記第１電極３と前記第２電極４との間に印加する電圧の極性を変えて前記帯電泳動粒子６Ａ，６Ｂを移動させることに基づき表示を行うようになっている。

本実施の形態においては、１つの画素（例えば図２の符号Ａ_１参照）における前記第２電極４の表面積（前記液体５に対向している部分の面積）は、１つの画素における前記第１電極３の表面積（前記液体５に対向している部分の面積）よりも大きく設定されている。そのためには、第２電極４を、各画素において第２基板２に沿うように配置される第１部分４Ａと、該第１部分４Ａから前記第１基板１の方へ延設される第２部分４Ｂと、によって構成すると良い。

かかる場合、１つの画素は第１電極３及び第２電極４によって囲まれ、電気的に遮蔽されることとなる。これにより、隣接画素からの漏れ電界の影響を小さくすることができる。また、１つの画素における、前記第２電極４及び前記第１電極３の観察者側から見た面積、いわゆる可視断面積は、実質的にほぼ同一に設定されている。

また、画素と画素との境界部分に隔壁部材７を配置し、第２電極４の第２部分４Ｂはその隔壁部材７に沿って配置すると良い。なお、この隔壁部材７は、基板間隙を一定に保持するために配置しても、液体５や帯電泳動粒子６Ａ，６Ｂの他の画素への移動を阻止するために配置しても良い。

ところで、観察者側に配置される第１基板１や第１電極３は透明にすると良い。

また、それぞれの電極３，４の表面には絶縁層８を形成すると良い。絶縁層８を形成することにより、各電極から帯電泳動粒子６への電荷注入を防止できる。

各画素の第１電極３を全画素の共通電極とした場合は、各画素の第２電極４は電気的に導通させず、画素毎に異なる電圧を印加できるようにすると良い。そして、各第２電極４には、アクティブマトリクス駆動表示用の薄膜トランジスタなどのスイッチング素子９を接続すると良い。一方、各画素の第２電極４を全画素の共通電極とした場合は、各画素の第１電極４は電気的に導通させず、画素毎に異なる電圧を印加できるようにすると良い。そして、各第１電極３には、アクティブマトリクス駆動表示用の薄膜トランジスタなどのスイッチング素子９を接続すると良い。

さらに、各画素には、帯電極性及び色が異なる２種類の帯電泳動粒子（図１の符号６Ａ，６Ｂ参照）を配置しても良い。例えば図１に示すように、正極性に帯電された白色粒子６Ａと、負極性に帯電された黒色粒子６Ｂとを配置すると良い。かかる場合、液体５は透明にすると良い。

またさらに、２種類の帯電泳動粒子ではなくて１種類の帯電泳動粒子を配置するようにしても良い（図２参照）。例えば、黒色の液体５と白色の帯電泳動粒子６とを用いても良い。第１電極３を覆う位置に帯電泳動粒子６が移動した場合には白色表示となり（図２の符号Ａ_２参照）、第２電極４を覆う位置に帯電泳動粒子６が移動した場合には黒色表示となる（図２の符号Ａ_１参照）。なお、帯電泳動粒子の色や液体の色はこれに限られるものではなく、配色の組み合せは自由である。

また、図１に示す隔壁部材７の幅（一部には第２電極４が埋め込まれているが、該電極４が埋め込まれた部分では隔壁部材７と電極４とからなる幅）は、上下のいずれの部分でもほぼ等しいが、図３に符号１７で示すように第２基板２に近づくにつれて直線的に増加するようにしても、図４の符号２７や図５の符号３７や図６の符号４７に示すように第２基板２に近づくにつれて緩やかに（曲線状に）増加するようにしても良い。

このような電極形状は、図１の形状に比べて電極端部への電界集中が緩和されるため、階調表示の制御性およびコントラストをさらに向上できる。具体的には、図５に示すように画素全体がお椀状であっても、図６に示すように、液体５や帯電泳動粒子６をマイクロカプセル（符号４７参照）に封入した状態で各画素に配置しても良い。また、各画素に配置されるマイクロカプセル数は二つ以上であってもよく、またそれがランダムに配置されていてもよい。

なお、図５に示す第２電極３４は第１基板１の近傍にまで高く延設されているが、もちろんこれに限られるものではなく、図３や図６に示すように低くしても良い。隣接画素の電界干渉を実効的に抑制できる程度の高さであれば、画素の寸法や隔壁の形状などに応じて適宜変更すればよい。

その他の構成について説明する。

基板１，２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。なお、第１基板１には上述のように透明な材料を使用する必要があるが、第２基板２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。

隔壁部材の形成にはどのような方法を用いてもよい。例えば、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、又は別に作製した隔壁部材を基板に接着する方法、印刷法によって形成する方法等を用いることができる。隔壁面の第２電極（第２部分）の形成方法に制限はないが、例えば隔壁形成後に導電層を隔壁表面に形成し、その後画素間の接続をエッチングして画素毎に分離する方法がとられる。

第１電極の材料としては、一般的に使用されている透明導電材料を使用できる。第２電極の材料は、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い。例えば、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。

液体５には、イソパラフィン、シリコーンオイル及びキシレン、トルエン等の非極性溶媒を使用すると良い。液体を着色する場合は、所望の色の染料、顔料を混ぜ合わせると良い。帯電泳動粒子としては、着色されていて液体中で正極性又は負極性の良好な帯電特性を示す材料を用いると良い。例えば、各種の無機顔料や有機顔料やカーボンブラック、或いは、それらを含有させた樹脂を使用すると良い。粒子の粒径は通常０．０１μｍ〜５０μｍ程度のものを使用できるが、好ましくは、０．１から１０μｍ程度のものを用いる。

なお、上述した液体中や帯電泳動粒子中には、帯電泳動粒子の帯電を制御し安定化させるための荷電制御剤を添加しておくと良い。かかる荷電制御剤としては、モノアゾ染料の金属錯塩やサリチル酸や有機四級アンモニウム塩やニグロシン系化合物などを用いると良い。

次に、本実施の形態の効果について説明する。

本実施の形態によれば、１つの画素における前記第２電極４の表面積は、１つの画素における前記第１電極３の表面積よりも大きく設定されているため、粒子濃度を高めずに表示コントラストを向上させることができる。

また、１つの画素は第１電極３及び第２電極４によって囲まれ、電気的に遮蔽されることとなる。これにより、隣接画素からの漏れ電界の影響を小さくすることができる。

さらに、第１電極３と第２電極４との離間距離が場所によって異なるため、電界が不均一であるため階調表示に有利である。

以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。

（実施例１）
本実施例では図１に示す電気泳動表示装置を作製する。

すなわち、観察者側に配置される透明な表示基板（第１基板）１と、後ろ側に配置される後方基板（第２基板）２とを所定間隙を開けた状態に配置し、表示基板１には透明な共通電極（第１電極）３をほぼ全面に配置し、画素と画素との境界部分には隔壁部材７を配置する。そして、各画素には画素電極（第２電極）４や液体５や帯電泳動粒子６Ａ，６Ｂを配置する。なお、画素電極４の一部（第１部分）４Ａは後方基板２に沿うように配置し、一部（第２部分）４Ｂは隔壁部材７に沿うように配置して、１つの画素における画素電極４の表面積（液体５に対向している部分の面積）が、１つの画素における共通電極３の表面積（液体５に対向している部分の面積）よりも大きくなるようにする。

該表示装置の１つの画素の大きさは８０μｍ×８０μｍとする。また、隔壁部材７の幅は１０μｍとし、高さは２０μｍとする。

本実施例に係る電気泳動表示装置の製造方法について以下に説明する。

まず、後方基板２としてのガラス板（１．１ｍｍ厚）にスイッチング素子９や、その他駆動に必要な配線（不図示）やＩＣ、及びパッシベーション層等を形成する。

次に、後方基板２上に隔壁７を形成し、続いて画素電極４を図示の形状に形成する。この状態で、スイッチング素子９と画素電極４とは接続された状態となる。そして、各画素電極４を覆うように絶縁層８を形成し、各画素には液体５及び帯電泳動粒子６を充填する。なお、液体５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、帯電泳動粒子６には粒径１〜２μｍ程度のカーボンブラックを含有した黒色のポリスチレン−ポリメチルメタクリレート共重合体樹脂粒子、及び表面処理した酸化チタンの２種類を使用する。イソパラフィンには、荷電制御剤としてコハク酸イミド（商品名：ＯＬＯＡ１２００、シェブロン社製）を含有させておく。

一方、表示基板１には共通電極３や絶縁層８を形成し、該表示基板１を隔壁部材７に接着して、各画素を封止する。

これにコントローラー、電源等を接続して表示装置を得る。

以上の方法によって作製される表示装置は、従来の電気泳動表示装置に比べて応答速度を低下させることなく高コントラストを得られる。また、隣接画素からの漏れ電界による表示の乱れも抑止できる。

（実施例２）
本実施例では図２に示す電気泳動表示装置を作製する。すなわち、液体５には青色染料を混ぜたイソパラフィン（商品名：アイソパー，エクソン社製）を用い、帯電泳動粒子６には粒径１〜２μｍ程度の表面処理した酸化チタンを使用する。その他の構成や製造方法は実施例１と同様とした。

本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。

（実施例３）
本実施例では図６に示す電気泳動表示装置を作製する。まず、各画素の断面形状が御椀状になるように作製し、その内壁に第２電極を形成する。第２電極は画素毎に分離し、それぞれスイッチング素子に接続する。作製された各画素に対して、白色粒子、黒色粒子及び透明液体を含んだマイクロカプセルを配置する。マイクロカプセルは、１画素に１個でもよく、複数個配置されてもよい。その他の構成や製造方法は実施例１と同様とした。

本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができた。

本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す模式図。本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す模式図。本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す模式図。本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す模式図。本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す模式図。本発明に係る電気泳動表示装置の構造の一例を示す模式図。従来の電気泳動表示装置の構造の一例を示す模式図。

符号の説明

１第１基板
２第２基板
３第１電極
４第２電極
５液体
６Ａ，６Ｂ帯電泳動粒子

Claims

観察者側に配置される第１基板と、該第１基板と所定間隙を開けた状態に配置される第２基板と、前記第１基板の側に配置される第１電極と、前記第２基板の側に配置される第２電極と、これらの基板の間隙に配置された液体と、該液体に分散された複数の帯電粒子と、を備え、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧の極性を変えて前記帯電粒子を移動させることに基き表示を行う電気泳動表示装置において、
１つの画素における前記第２電極の表面積は、１つの画素における前記第１電極の表面積よりも大きく設定されている、ことを特徴とする電気泳動表示装置。
前記各画素の内壁は、前記第１電極及び第２電極によって実質的に覆われていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装置。
前記第１電極が画素毎に分割されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装置。
前記第１電極が画素毎にそれぞれのスイッチング素子に接続されていることを特徴とする請求項３記載の電気泳動表示装置。
前記第２電極が画素毎に分割されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装置。
前記第２電極が画素毎にそれぞれのスイッチング素子に接続されていることを特徴とする請求項５記載の電気泳動表示装置。
前記帯電粒子及び前記液体がマイクロカプセルに保持されていること特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装置。