JP2004347921A - 電気泳動表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の着色液体中に粒体を分散した電気泳動表示素子ではコントラストが低く、透明液体中に粒体を分散したものでは構成素材の選択がクリチカルで実現性が乏しい問題点を生じていた。
【解決手段】本発明により、分散媒４と粒体５とが密封された複数の表示セルが集合されて成る電気泳動表示素子１であって、それぞれの表示セルの上側基板２には、この表示セルに法線方向から平行光線を入射させたときには表示セルの中心近傍で下側基板３近傍に焦点を生じるマイクロレンズが設けられている電気泳動表示素子としたことで、分散媒の屈折率を利用することなくセル内で光の集束が行えるものとして課題を解決するものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は電気的に書き換え可能に表示を行うときに用いられる表示素子に関するものであり、詳細には、表示色に着色された微粒子を電場により可視領域と不可視領域に移動させることで表示を行うものとした電気泳動表示素子の構成に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気泳動表示素子の代表的な構成としては、上側基板と下側基板とに電極が設けられているセル中に、例えば黒色に着色された液体と、例えば白色などに着色され例えば負極性の電位を有する粒体とを封入しておき、上側基板に設けられている電極に正の電位を印加すると、前記粒体は上側基板側に吸着されるものとなる。よって、この電気泳動表示素子の観視側である上側基板の側から見るときには電気泳動表示素子は白色に見えるものとなる。
【０００３】
また、上側基板、下側基板の何れにも電位を与えないものとすると、前記粒体は上側基板から離れて液体中に分散するものとなり、この電気泳動表示素子の観視側である上側基板の側から見るときには大部分の粒体は黒色の液体に覆われるものとなり上側基板の側から見るときには黒色に見えるものとなる。よって、複数のセルをマトリクス状などとして整列させておき、白表示のものと黒表示のものとを適宜に配置すれば、文字、図形などが表示できるものとなる。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
ところが、上記の構成では、黒い液体中に白色の粒体が混和されているものであるので、白い表示を行っている際にも白色の粒体間から黒い液体を完全に排除することはできず、また、電位を印加しない場合にも、前記粒体の上側基板の近傍に存在するものを完全に排除することは不可能である。
【０００５】
よって、白く表示するべきセルは薄黒くなり、黒く表示するべきセルは薄白くなることを避けられずコントラストが低下し、表示品質が低下する問題点を生じる。また、電気泳動表示素子の使用時間の経過とともに白色の粒体が黒い液体により染色されることも避けられず、これにより、ますますコントラストが低下し、一層に表示品質が低下するものとなっている。
【０００６】
この問題を解決するために、中心部電極と周辺部電極とのそれぞれが設けられ略平板状とした一方の基板と、略半球状の凹部を設けた他方の基板とを組合せ、前記凹部内に、着色された粒体が混和された透明な液体を封止するものであり、前記中心部電極と周辺部電極との極性を切り換えることで、粒体は中心部、周辺部の何れか一方に移動する。
【０００７】
ここで、前記液体は透明であり且つ他方の基板の略半球状の凹部内に収納されているものであるので、その形状は凸レンズ状となり、上方から入射する光線を中心方向に集束するものとなる。そして、この電気泳動表示素子においては光が集束される範囲内として前記中心部電極が設けられている。
【０００８】
ここで、粒体が中心部電極に吸着されている状態で電気泳動表示素子を前面から観視すると、前記中心部電極の部分が凸レンズの全面に拡大して見えるものとなり、即ち、粒体が着色された色（例えば黒色）でレンズ全面が見えるものとなり、また、粒体が周辺部電極に吸着されている状態で観視すると、中心部電極が着色された色（例えば白色）でレンズ全面が見えるものとなり、液体との混色を生ぜずコントラストが向上する。（例えば、特許文献２参照）
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２８７１７９号公報（段落１０〜段落６２、図１、図２）
【特許文献２】
特開平１１−２１２４９９号公報（段落２２〜段落８６、図１ａ、図１ｂ）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２のものは、確かに特許文献１のものに比較してコントラストが高くなり表示品位が向上するが、その反面で、第一には、他方の基板内に設けられた凹部に充填された液体で凸レンズ作用を得るものであるので、この部分では（固体の屈折率）＜（液体の屈折率）となる条件が要求され、他方の基板、液体の共に素材の選択の範囲が狭くなる問題点を生じている。
【００１１】
また第二には、このように透明な液体を採用する場合、より明るくコントラストの高い表示を得るためには、液晶の利用が有利とされているが、液晶は駆動時に屈折率が変化するものであるので、他方の基板と屈折率が同一となって凸レンズ作用が得られないなどの不具合を生じやすく採用が不可能であり、よって、上記した透明な液体を採用するときの効果も充分に発揮できるものと成らない問題点を生じるものとなる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、分散媒と粒体とが密封された複数の表示セルが集合されて成る電気泳動表示素子であって、それぞれの前記表示セルの上側基板には、この表示セルに法線方向から平行光線を入射させたときには表示セルの中心近傍で下側基板近傍に焦点を生じるマイクロレンズが設けられていることを特徴とする電気泳動表示素子を提供することでコントラストが高く明るい表示を可能として課題を解決するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１および図２に符号１で示すものは本発明に係る電気泳動表示素子であり、図示は前記電気泳動素子１を構成する１つのセルＳの状態で示すものであり、現実の電気泳動表示素子１においては、前記セルＳの任意数が行、列方向に並べられているものであり、それらのセルＳ中から適宜なものを選択し駆動することで文字，図形などを表示するものである。
【００１４】
前記電気泳動表示素子１は、何れもが平坦な板状として形成された、上側基板２と下側基板３とが適宜な間隔、例えば５０〜２００μｍの間隔をもって対峙させることでセルＳが構成され、そして、両基板２、３の間隙には、例えば正電位に帯電した粒体５を分散させた液晶４、即ち、分散媒が封止されている。尚、この実施形態においてはセルＳは一辺が４５０μｍの正方形とされている。尚、本発明では前記上側基板２は、前記電気泳動表示素子１の観視方向側に位置する基板を称するものとする。
【００１５】
このときに、前記上側基板２には透明な部材が採用され、下側基板３には粒体５に対して高いコントラストが得られる色彩とした着色膜３ａが設けられている。また、本発明では前記分散媒が液晶４とされたことで、前記上側基板２、下側基板３には前記液晶４に配向を行わせるための配向膜２ａ、３ｂが形成され、更には粒体５を所定位置に移動させるための２つの電極３ｃ、３ｄも設けられる。また、前記上側基板２の側にはセルＳの周縁部に待避したときの粒体５を覆い隠すための遮蔽膜２ｂを設けても良いものである。
【００１６】
本発明では、前記上側基板２の上面にマイクロレンズ６を設けるものであり、この実施形態では、ＰＥＴ樹脂で形成された上側基板２の表面にアクリル系樹脂をコートしておき、このアクリル系樹脂の部分にマイクロレンズ６の雌形状が形成されたガラスあるいは金属の型を加熱しながら押し付けることで形状を転写し、マイクロレンズ６を有する上側基板２を得るものである。
【００１７】
尚、前記液晶４を封止するときの気密性、あるいは、耐久性などに問題を生じないのであれば、前記上側基板２を、例えばアクリル系樹脂など加熱成形が容易な部材で適宜な厚さの板状として形成しておき、一方の面に上記に説明したのと同様な型を用いてレンズ形状を転写するものとし、上側基板２とマイクロレンズ６とを同一素材で一体化しても良い。
【００１８】
図３は上記のようにして形成されたマイクロレンズ６の断面形状を詳細に示すものであり、セルＳ間のピッチを４５０μｍとしたときのマイクロレンズ６のレンズ部分の厚みは約９０μｍであり、焦点距離は約４００μｍであった。また、このマイクロレンズ６を取付けた上側基板２と下側基板３との間隔を約２００μｍとしてセルＳを形成し、マイクロレンズ６の側から完全拡散光を入射させたときには、前記下側基板３の面上に、半径１００μｍの円形状に照明されるエリアを生じるものとなることを確認した。
【００１９】
即ち、電気泳動表示素子１を観視者が見るときには、前記マイクロレンズ６により下側基板３の中心部である半径１００μｍの円形状の部分のみが見えるものとなり、それよりも外側周縁の部分は見ることができないものとなる。よって、前記粒体５は駆動により上記した半径１００μｍの円形状の部分に存在（図１参照）と退去（図２参照）とを行うものとしておけば良いものとなる。
【００２０】
図４は本発明に係る電気泳動表示素子１の別な実施形態を示すもので、この実施形態では前記粒体５は黒色など暗色で且つ不透明なものとされ、前記下側基板３は透明もしくは半透明なものとされている。そして、前記下側基板３の下方には光源７が設けられている。
【００２１】
このようにすることで、電気泳動表示素子１の１つ１つのセルＳは光源７からの光を開閉するシャッタの作用を行うものとなり、粒体５の存在の有無により変化する外光の反射光の光量比により表示／非表示の明暗差（コントラスト）を得ていたものに比較して格段に大きなコントラストが得られるものとなる。また、擬似的に自発光となるので夜間時の外光が不足する状態においても表示の読取性が確保できるものとなる。
【００２２】
図５、図６は本発明の更に別の実施形態であり、前の実施形態では、いわゆる凸レンズ状としたマイクロレンズ６を採用するものであったが、本発明はマイクロレンズ６の形状を限定するものではなく、下側基板３の近傍で所定の範囲に光を収束する作用を有するものであれば、図５に示すように回折格子、フレネルレンズ８などを採用するのも、図６に示すように中心ほど透明部材の屈折率を高くしたいわゆるグレーデッドインデックス・レンズ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ Ｌｅｎｓ）９などの採用も自在である。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、分散媒と粒体とが密封された複数の表示セルが集合されて成る電気泳動表示素子であって、それぞれの前記表示セルの上側基板には、この表示セルに法線方向から平行光線を入射させたときには表示セルの中心近傍で下側基板近傍に焦点を生じるマイクロレンズが設けられている電気泳動表示素子としたことで、分散媒の屈折率を利用することなくセル内で光の集束が行えるものとして、分散媒に液晶の採用を可能としハイコントラストで明るい電気泳動表示素子の実現を可能とする極めて優れた効果を奏するものである。
【００２４】
また、上記の構成としたことで、前記上側基板、下側基板、液晶（分散媒）などの素材の選択にあたって、基本的には屈折率など光学的な特性面での制約を受けないものとして、自由度を広くし性能の向上も可能とすると共にコストダウンにも優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気泳動表示素子の実施形態を粒体がセルの中心部に存在する状態で示す断面図である。
【図２】同じ実施形態の粒体がセルの中心部から退去した状態で示す断面図である。
【図３】同じ実施形態におけるマイクロレンズの断面形状を詳細に示す説明図である。
【図４】同じく本発明に係る電気泳動表示素子の別の実施形態を示す断面図である。
【図５】同じく本発明に係る電気泳動表示素子の更に別の実施形態を示す断面図である。
【図６】同じく本発明に係る電気泳動表示素子の更に別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１……電気泳動表示素子
２……上側基板
２ａ……配向膜
２ｂ……遮蔽膜
３……下側基板
３ａ……着色膜
３ｂ……配向膜
３ｃ、３ｄ……電極
４……液晶
５……粒体
６……マイクロレンズ
７……光源
８……フレネルレンズ
９……グレーデッドインデックス・レンズ

Claims (6)

1. 分散媒と粒体とが密封された複数の表示セルが集合されて成る電気泳動表示素子であって、それぞれの前記表示セルの上側基板には、この表示セルに法線方向から平行光線を入射させたときには表示セルの中心近傍で下側基板近傍に焦点を生じるマイクロレンズが設けられていることを特徴とする電気泳動表示素子。
2. 前記分散媒が透明異方性流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素子。
3. 前記マイクロレンズは、前記電気泳動表示素子が表示可能とする範囲内の角度から覗き込むときには、前記表示セルの中心の所定範囲の部分のみを観視可能とするレンズ形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気泳動表示素子。
4. 前記マイクロレンズのレンズ作用は、主として前記マイクロレンズと空気との境界面における屈折により生じるものとされていることを特徴とする請求項１〜請求項３何れかに記載の電気泳動表示素子。
5. 前記マイクロレンズは、物理光学的レンズ、表面ホログラム、回折格子の何れかにより形成されていることを特徴とする請求項４記載の電気泳動表示素子。
6. 前記マイクロレンズは、体積ホログラム、グレーデッドインデックスレンズの何れかにより形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３何れかに記載の電気泳動表示素子。

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