JP2005107466A - 一つのマイクロカプセルが４色または５色表示可能な電気泳動および磁気泳動表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パソコン、携帯電話、モバイル端末などのディスプレイとして使用されるか、又はそれらから情報を取得して独立して運搬できる表示体、例えば、電子ペーパーやデジタルブックなどにも使用できるカラー表示装置及びその構成単位としてのカラー表示ユニットを開発すること。
【解決手段】 着色され電荷を帯びた分散媒と、着色され電荷を帯びた粒子と、異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色された磁性粒子とを混合させ、一つのマイクロカプセルで４色または５色を表示することによってカラー表示を行う。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、電気泳動粒子および磁気泳動粒子を収容したマイクロカプセルを用いた表示装置に関し、特に、一つのマイクロカプセルが４色または５色表示可能なことによりカラー表示ができる表示装置に関する。

着色した分散媒および電気泳動粒子または磁気泳動粒子を封入したマイクロカプセルを用い、電気泳動または磁気泳動を利用して所望の絵柄を表示する電気泳動表示装置または磁気泳動表示装置においては、明度差による２色表示であり、例えば、白地に黒表示、黒地に白表示であった。このような明度差表示は変化に乏しく、表示形態の幅に限界があった。

カラー表示を行おうとした場合には、各画素ごとに表示色の異なる複数の表示体、すなわちマイクロカプセルを配置し、これを各々独立して制御した。そのような制御を精度よく行うため、たとえば基板上に形成された電極などの上に、個々のマイクロカプセルを正確に配置していた。

図７は、従来の電気泳動表示装置を示す図である。（ａ）は断面図で、（ｂ）は平面図である。図７（ａ）に示すように、シアン、マゼンダおよびイエローを表示するそれぞれのマイクロカプセルが電極上に精度よく配置していた。また、図７（ｂ）に示すように、同色のマイクロカプセルが一列に順序よく配置されていた。

発明が解決しようとする課題

しかし、基板上に形成された電極などの上に、個々のマイクロカプセルを正確に配置することは、高い精度が要求され、量産化や低価格化には向いていない。また、電子ペーパーなどのように基板やその上に形成された電極がなく、シート上にマイクロカプセルを配置する場合は、別に表示の書き込みまたは消去をする装置が必要となる。その場合、シート上に配置されたマイクロカプセルと書き込みまたは消去をする装置の電極の位置合わせが必要となり、高い精度を要求される。

さらに、電子ペーパーは、紙の代用品であるから取扱いに特別な注意が必要ないことが要求される。電子ペーパーは折れたり、周辺が変型したりすることがあり、精度の高い位置合わせには向いていない。

本発明は、個々のマイクロカプセルの配置を正確に行う必要がなく、また、シート上に配置されたマイクロカプセルと書き込みまたは消去をする装置の電極の位置合わせに精度の高いものを必要としないカラー表示ができる表示装置の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

本発明の電気泳動および磁気泳動表示装置は、着色を施され電荷を帯びた分散媒（塑性流動体）と、着色され電荷を帯びた粒子と、異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色された磁性粒子とを混合させ、外部電界および外部磁界による電荷を帯びた分散媒と電荷を帯びた粒子の移動と磁性粒子の移動および回転によってカラー表示を行うことを特徴とするものである。

この電気泳動および磁気泳動表示装置は、着色の異なる分散媒と帯電粒子と磁性粒子を用いることを特徴としている。例えば、分散媒には、マイナスに帯電した白に着色したものを用いる。帯電粒子には、プラスに帯電したイエローに着色したものを用いる。そして、磁性粒子には、シアン及びマゼンダを選択的に着色したものを用いる。この結果、混合された色粒子は、白色、イエロー、シアン、マゼンダの４色となる。

この４色からなる分散媒、帯電粒子及び磁性粒子を混合したものを一つのマイクロカプセル又はセル等として表示素子として構成する。この表示素子に対し、電界を作用させると電界の方向により白の分散媒と黄色の帯電粒子が移動して表示面には選択された色表示がされる。またこの表示素子に対し磁界を作用させると、その磁力によって磁性粒子は移動し、また磁界の方向によって磁性粒子は回転して、表示面にシアンまたはマゼンダの選択された色表示がされる。

マイクロカプセルまたはセル等が、それぞれの色を選択表示することができることから、それらの色を組み合わせる減色混合三原色を用いて所望のカラー表示を行うことができる。

以下、本発明を図面に示した実施例を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）

図１は，電気泳動および磁気泳動表示装置の実施例を示している。この電気泳動および磁気泳動表示装置には、複数の電気および磁気表示素子としてのマイクロカプセルを行列状態でシート状に配列したものが用いられる。各マイクロカプセルは、透明な合成樹脂又は透光性を備えた合成樹脂で球体に形成されている。このマイクロカプセルの内部には、電界作用で極性が現れる分散媒としての塑性流動体と帯電粒子および磁気作用で磁極が現れる磁性粒子が封入されている。分散媒と帯電粒子とは、磁性粒子とは異なって非磁性粉や非磁性粒子である。また、反対に磁性粒子は、分散媒や帯電粒子と異なって非帯電粒子である。

帯電粒子１は、図２（ａ）に示すようにプラスに帯電してあり、イエローに着色されている。分散媒６は、図２（ｂ）に示すように帯電性分粉でマイナスに帯電してある。そして、背景色となる白色に着色されている。磁性粒子３は、図２（ｃ）に示すように異方性を有するフェライト系等の磁性材料で潜在的極性を持つ粒子であり、この実施例では球体を成している。その磁気極性面を境にして一方をシアン、他方をマゼンダに着色するとともに、シアン側４をＮ極、マゼンダ側５をＳ極に設定している。即ち、磁性粒子３は、それ自身が持つ潜在的極性に対応して選択的にシアン又はマゼンダに着色されており、磁気作用によって選択的にシアン又はマゼンダを表示可能にしているのである。この場合、極性は、シアン側４をＳ極、マゼンダ側５をＮ極としてもよい。

このようなマイクロカプセル２に対して、外部から電界を印加した時の状態について、図１の（ａ）を例にして説明する。いま、白色分散媒６が負に帯電されているものとし、マイクロカプセル２に対して、図１（ａ）に示すような方向に電界Ｅが印加されたとすると、負に帯電している白色分散媒６は下側に泳動し、底面に集中して分布する。一方、イエロー帯電粒子１は、プラスに帯電しているので上側に泳動して、上面に集中して分布することになり、このマイクロカプセル２を上から見た時には、イエローが観察される。

いま、マイクロカプセル２に対して、図１（ｂ）に示すような方向に電界Ｅが印加されたとすると、正に帯電しているイエロー帯電粒子１は下側に泳動し、底面に集中して分布する。一方、白色分散媒６は、負に帯電しているので上側に泳動して、上面に集中して分布することになり、このマイクロカプセル２を上から見た時には、白色が観察される。

また、マイクロカプセル２に対して、外部から磁界を作用した時の状態について、図１の（ｃ）を例にして説明する。いま、磁性粒子３のマゼンダ側５がＳ極に磁化しているものとし、マイクロカプセル２に対して、図１（ｃ）に示すような方向に磁界Ｈが作用しているとすると、磁性粒子３は、上側に泳動して、上面に集中して分布することになる。さらに、磁性粒子３は、泳動中に、または上面に達してからマゼンダ側５が上になるように回転をする。したがって、このマイクロカプセル２を上から見た時には、マゼンダ色が観察される。

いま、マイクロカプセル２に対して、図１（ｄ）に示すような方向に磁界Ｈが作用しているとすると、磁性粒子３は、上側に泳動して、上面に集中して分布することになる。さらに、磁性粒子３は、泳動中に、または上面に達してからシアン側４が上になるように回転をする。したがって、このマイクロカプセル２を上から見た時には、シアン色が観察される。

次に、図３（ａ）、（ｂ）ないし（ｃ）は、電気泳動および磁気泳動素子を用いて表示装置を構成した具体的な実施例を示している。

図３（ａ）に示すように、表示装置は、画像が表示される側の透明な表示基板１０と、これと微小間隙をもって対向する背面基板１１との間に、マイクロカプセル２が封入された構成となっている。表示基板１０の背面基板１１と対向する側の面には、複数のライン状（帯状）の電極１２が図３（ａ）の紙面に垂直な方向に沿って形成されている。なお、電極１２は透明な電極材料で構成される。背面基板１１の表示基板１０と対向する側の面には、複数のライン状の電極１３が図３（ａ）の左右方向に沿って形成されている。すなわち、電極１２と電極１３とは、互いに直交しており、単純マトリクス構造の電極を構成している。

図３（ｂ）は、表示シート（合成樹脂）１４と背面シート１５との間にマイクロカプセル２を封入した構成となっている。このシートが表示の変更のための電極を備えていないので、表示変更には、別の書き込み装置を準備する必要がある。

従来、カラー表示を行う場合、マイクロカプセルがそれぞれ表示できる色が決まっていたので、マイクロカプセルと書き込み装置の電極の位置合わせは、高い精度で行わなければならなく、取扱いに不便であった。しかし、本発明のマイクロカプセル２は、種類がなく全て同一であり、またそれぞれがカラー表示に必要な３原色を備えているので、マイクロカプセル２と書き込み装置の電極の位置合わせに、高い精度を必要としないので取扱いが容易である。

図３（ｃ）は、セル構造の表示装置を示す。透明な表面パネル１６と背面パネル１７が微小間隙をもって対向している。その空間を仕切り１８で仕切って多数の密封空間すなわちセル１９を形成する。そのセル１９の中に着色された分散媒と、着色された複数の帯電粒子と、異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色された複数の磁性粒子とを混合させて封入している。

図４は、マイクロカプセル２の表示色を制御するための具体例を示す図である。電極の形状およびマイクロカプセル２と電極との位置関係を示している。

電極２０と電極２１はマイクロカプセル２を挟んで互いに対抗して配置されている。電極２０の周りには、ループ状の配線（ループ配線２２）が施されている。電極２０と電極２１の間に電圧を加えると図示したように電界Ｅが生じる。また電極の正負を逆にすれば逆向きの電界が生じる。それにより図１（ａ）、（ｂ）に示すようにイエローと白色を制御して表示することができる。

また、図４においてループ配線２２に電流を流せば図示したように磁界Ｈが生じる。また、ループ配線に逆向きの電流を流せば磁界の向きが逆になる。それにより図１（ｃ）、（ｄ）に示すようにマゼンダ色とシアン色を制御して表示することができる。

なお、マイクロカプセル２やセル１９に封入する分散媒や粒子は、赤、青、緑の３原色でもよい。シアン、マゼンダ、イエローの３原色と同様に色の組み合わせでカラー表示を行うことができる。
（実施の形態２）

上記の実施の形態１の例は、黒色を表現するのにイエローとシアンとマゼンダの３色を使用して間接的に表現したが、本実施例は、直接黒色を表現できるものである。そのためには、一つのマイクロカプセルで５色表現することが必要になる。

図６は、マイクロカプセルの中に入れる分散媒と粒子の構成を示している。実施の形態１の例と異なるのは、図６（ａ）の粒子である。粒子がイエローと黒色（ｂｌａｃｋ：Ｂ）に塗り分けられている。そして、この粒子は磁性を帯びている。例では、イエロー側８がＮ極で黒色側９がＳ極である。この逆で、イエロー側がＳ極で黒色側がＮ極としてもよい。さらにこの粒子は、全体がプラスに帯電している。したがって、この粒子は磁性・帯電粒子７である。分散媒６と磁性粒子３、すなわち図６の（ｂ）、（ｃ）は、実施の形態１の例と同じである。

このようなマイクロカプセルに対して、外部から電界および磁界を加えた時の状態について、図５の（ａ）〜（ｅ）を例にして説明する。いま、白色分散媒６が負に帯電されているものとし、マイクロカプセル２に対して、図５（ａ）に示すような方向に電界Ｅがはじめに印加されたとすると、負に帯電している白色分散媒６は下側に泳動し、底面に集中して分布する。一方、イエロー・黒色の磁・帯電粒子７は、プラスに帯電しているので上側に泳動して、上面に集中して分布することになる。次に磁界Ｈが図で示すように下向きに加えると、イエロー・黒色の磁性・帯電粒子７は、イエロー側８（Ｎ極）が上になるように回転する。このマイクロカプセルを上から見た時には、イエローが観察される。なお、マゼンダ・シアンの磁性粒子３も磁界の影響を受けてシアン側４（Ｎ極）を上にしてマイクロカプセル２の上面に浮き上がろうとするが、イエロー・黒色の磁性・帯電粒子７が電界の影響を受けていので、マイクロカプセル２の上面に密集し、マゼンダ・シアンの磁性粒子３が上部に浮き上がるのを阻止している。その結果、このマイクロカプセル２を上から見たらシアンが見えなくて、イエローだけ見える。

いま、マイクロカプセル２に対して、図５（ｂ）に示すような方向に電界Ｅが印加されたとすると、負に帯電しているイエロー・黒色の磁性・帯電粒子７は下側に泳動し、底面に集中して分布する。一方、白色分散媒６は、正に帯電しているので上側に泳動して、上面に集中して分布することになり、このマイクロカプセル２を上から見た時には、白色が観察される。なお、この時、磁界は加えない。

また、マイクロカプセルに対して、図５（ｃ）に示すような方向に磁界Ｈが作用しているとすると、磁性粒子３は、上側に泳動して、上面に集中して分布することになる。さらに、磁性粒子３は、泳動中に，または上面に達してからマゼンダ側５が上になるように回転をする。したがって、このマイクロカプセルを上から見た時には、マゼンダ色が観察される。なお、イエロー・黒色の磁性・帯電粒子７も磁界の影響を受けて上側に泳動しようとするので、電界Ｅを下向きに加えて底面に分布させるようにして、上側に泳動するのを防止する。

いま、マイクロカプセル２に対して、図５（ｄ）に示すような方向に磁界Ｈが作用しているとすると、磁性粒子３は、上側に泳動して、上面に集中して分布することになる。さらに、磁性粒子３は、泳動中に、または上面に達してからシアン側４が上になるように回転をする。したがって、このマイクロカプセルを上から見た時には、シアン色が観察される。なお、上の図５（ｃ）の場合と同様、イエロー・黒色の磁性・帯電粒子７も磁界の影響を受けて上側に泳動しようとするので、電界Ｅを下向きに加えて底面に分布させるようにして、上側に泳動するのを防止する。

マイクロカプセル２に対して、図５（ｅ）に示すような方向に電界Ｅがはじめに印加されたとすると、負に帯電している白色分散媒６は下側に泳動し、底面に集中して分布する。一方、イエロー・黒色の磁性・帯電粒子７は、プラスに帯電しているので上側に泳動して、上面に集中して分布することになる。次に磁界Ｈが図示すように上向きに加えると、イエロー・黒色の磁性・帯電粒子７は、黒色側９（Ｓ極）が上になるように回転する。このマイクロカプセル２を上から見た時には、黒色が観察される。なお、磁性粒子３も磁界の影響を受けてマゼンダ側４（Ｓ極）を上にしてマイクロカプセル２の上部に浮き上がろうとするが、イエロー・黒色の磁性・帯電粒子７が電界Ｅの影響を受けていので、マイクロカプセル２の上面に密集し、磁性粒子３が上面に浮き上がるのを阻止している。その結果、このマイクロカプセルを上から見たらマゼンダが見えなくて、黒色だけ見える。

本実施例の電気泳動および磁気泳動素子を用いて表示装置を構成した具体的な実施例は図３に示し、マイクロカプセルの表示色を制御するための具体的な実施例の構成は、図４に示す。これらは実施の形態１と同じである。

発明の効果

以上説明したように、本発明によれば、電子ペーパーなどにおいて、一つのマイクロカプセルで４色または５色を表示することが可能になるため、カラー表示をするのに従来のように複数の種類のマイクロカプセルを規則正しい順番に配置する必要がないので、製造しやすく、また、取扱いが容易になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１の電気泳動および磁気泳動表示装置の動作原理を説明する図である。 本発明の実施の形態１の電気泳動粒子および磁気泳動粒子を示す図である。 本発明の電気泳動および磁気泳動表示装置の構造を示す断面図である。 本発明の電気泳動および磁気泳動表示装置の構造を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態２の電気泳動および磁気泳動表示装置の動作原理を説明する図である。 本発明の実施の形態２の電気泳動粒子および磁気泳動粒子を示す図である。 従来の電気泳動表示装置または磁気泳動表示装置の構造を示す図である。

符号の説明

１イエロー帯電粒子、２マイクロカプセル、３磁性粒子、４シアン側、５マゼンダ側、６白色分散媒、７磁性・帯電粒子、８イエロー側、９黒色側、１０表示基板、１１背面基板、１２電極、１３電極、１４表示シート、１５背面シート、１６表面パネル、１７背面パネル、１８仕切り、１９セル（密封空間）、２０電極、２１電極、２２ループ配線、２５シアン、２６マゼンダ、２７イエロー、２８表示基板、２９電極、３０電極、３１背面基板。

Claims (11)

1. 着色され帯電した分散媒と、着色された複数の帯電粒子と、異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色された複数の磁性粒子とを混合させ、外部電界による前記分散媒と前記帯電粒子の移動と、外部磁界による前記磁性粒子の移動および回転によってカラー表示を行うことを特徴とする電気泳動および磁気泳動表示装置。
2. 基板上に、各々所定の色に着色された分散媒と電気泳動粒子と磁気泳動粒子とが封入されたマイクロカプセルを配置し、前記各マイクロカプセルに対して電界および磁界を印加することにより、当該マイクロカプセルの呈示色を変化させて表示を行う表示装置であって、前記各々所定の色に着色された分散媒と電気泳動粒子と磁気泳動粒子とが封入されたマイクロカプセルを、上基板と下基板との間に封入したことを特徴とする電気泳動および磁気泳動表示装置。
3. 請求項２記載の表示装置において上基板と下基板が共にシート状態であることを特徴とする電気泳動および磁気泳動表示装置。
4. 一つのマイクロカプセルが４色表示可能なことを特徴とする請求項１から３記載の電気泳動および磁気泳動表示装置。
5. 着色され帯電した分散媒と、着色された複数の帯電粒子と、異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色された複数の磁性粒子と、異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色され、さらに帯電している複数の磁性・帯電粒子と、を混合させ、外部電界による前記分散媒と前記帯電粒子の移動と、外部磁界による前記磁性粒子の移動および回転によってカラー表示を行うことを特徴とする電気泳動および磁気泳動表示装置。
6. 一つのマイクロカプセルが５色表示可能なことを特徴とする請求項５記載の電気泳動および磁気泳動表示装置。
7. 透明な表面パネルシートと、前記表面パネルシートに対して間に密封空間が形成されるように配置された背面パネルシートと、前記表面パネルシートおよび背面パネルシートの間に具備され、前記密封空間を多数のセルに仕切る仕切り部材と、前記仕切り部材により仕切られたセルの内に着色された分散媒と、着色された複数の帯電粒子と、異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色された複数の磁性粒子とを混合させ、外部電界による前記分散媒と帯電粒子の移動と、外部磁界による前記磁性粒子の移動および回転によってカラー表示を行うことを特徴とする電気泳動および磁気泳動表示装置。
8. 一つのセルが４色表示可能なことを特徴とする請求項７記載の電気泳動および磁気泳動表示装置。
9. 透明な表面パネルシートと、前記表面パネルシートに対して間に密封空間が形成されるように配置された背面パネルシートと、前記表面パネルシートおよび背面パネルシートの間に具備され、前記密封空間を多数のセルに仕切る仕切り部材と、前記仕切り部材により仕切られたセルの内に着色された分散媒と、着色された複数の帯電粒子と、異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色された複数の磁性粒子と、異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色され、さらに帯電している複数の磁性・帯電粒子と、を混合させ、外部電界による前記分散媒と帯電粒子の移動と、外部磁界による前記磁性粒子の移動および回転によってカラー表示を行うことを特徴とする電気泳動および磁気泳動表示装置。
10. 一つのセルが５色表示可能なことを特徴とする請求項９記載の電気泳動および磁気泳動表示装置。
11. 表示基板と、前記表示基板側に設けらた複数の表示側電極と、それぞれの表示側電極の周囲に設けられたループ状態の配線と、背面基板と、前記背面基板側に設けられた複数の背面側電極と、前記表示側電極と前記背面側電極との間に形成された電界により前記表示基板と前記背面基板との間を移動可能に封入されると共に色及び帯電特性が異なる複数種類の帯電粒子群と、表示側電極の周囲に設けられたループ状態の配線に電流を流すことによって形成された磁界により前記表示基板と前記背面基板との間を移動および回転可能に封入されると共に異方性を有する磁性材料で潜在的極性に対応して選択的に２色に着色された複数の磁性粒子群と、を備えた画像表示媒体を備えた電気泳動および磁気泳動表示装置において、前記複数の表示側電極のうち画像表示に寄与する表示側電極および前記複数の背面側電極のうち画像表示に寄与する背面側電極に、前記帯電粒子群が移動開始する電位差となるように電圧を印加する手段と、前記表示側電極の周囲に設けられたループ状態の配線のうち画像表示に寄与するループ状態の配線に前記磁性粒子群が移動開始および回転開始する磁界を発生するように電流を流す手段と、備えたことを特徴とする電気泳動および磁気泳動表示装置。

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