JP2005156759A - 電気泳動表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた電気光学特性を示す電気泳動表示装置を提供すること。
【解決手段】基材、電極層、画像表示層、透明電極層、及び表面層を備える電気泳動表示装置において、前記画像表示層は、黒色粒子、白色粒子及びこれらを分散する分散媒を収容するマイクロカプセルを含むマイクロカプセル型表示層であり、前記表面層側から観察される前記マイクロカプセルの間隙率が１７％以下であることを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、優れた電気光学特性を示す電気泳動表示装置に関する。

フラットパネル表示装置として、現在、液晶表示装置（ＬＣＤ）が、厚さが薄く、小型化が可能であることから、様々な用途において広範に使用されている。このようなＬＣＤよりも更に薄型化、低消費電力化を目指す他の表示方式として、電気泳動現象を利用した表示装置が開発されている。

電気泳動現象を利用した表示装置の一つとして、マイクロカプセル型電気泳動方式が実用化されている。この方式の表示装置は、透明溶媒が満たされたマイクロカプセル中に正、負に帯電した白色粒子と黒色粒子を入れ、外部電圧の印加によってそれぞれの粒子を表示面に引き上げて画像を形成するものである。

マイクロカプセルのサイズは径数十μｍ〜数百μｍと小さいので、このマイクロカプセルを透明なバインダに分散させると、インクのようにコーティングすることができる。このインクは、外部から電圧を印加することで画像を描くことができるので、電子インクと呼ばれる。

透明電極を形成した透明樹脂膜にこの電子インクをコーティングし、アクティブマトリクス駆動用の電極回路を形成した基板に貼り合わせると、アクティブマトリクスディスプレイパネルを得ることができる。通常、透明電極を形成した透明樹脂膜に電子インクをコーティングした部品を「前面板」と呼び、アクティブマトリクス駆動用の電極回路を形成した基板を「背面板」と呼んでいる。

このようなマイクロカプセル型電気泳動式表示装置において、隣接するマイクロカプセルの間隙を無くしてコントラストの向上を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。即ち、一対の基板間に複数のマイクロカプセルが挟持された電気泳動式表示装置において、一対の基板間にスペーサーを配置し、一対の基板を貼り合せ、加圧しながら固定することにより、隣接するマイクロカプセルの間隙を無くそうとするものである。

しかし、単に加圧しただけでは、必ずしもコントラストの向上を図ることが出来ず、また、どの程度間隙を少なくすれば最適なコントラストが得られるかについては、全く検討がされていなかった。
特開２００２−２０２５３４号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、コントラスト等の電気光学特性が良好な電気泳動表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、基材、電極層、画像表示層、透明電極層、及び表面層を備える電気泳動表示装置において、前記画像表示層は、黒色粒子、白色粒子及びこれらを分散する分散媒を収容するマイクロカプセルを含むマイクロカプセル型表示層であり、前記表面層側から観察される前記マイクロカプセルの間隙率が１７％以下であることを特徴とする電気泳動表示装置を提供する。

本発明者らは、マイクロカプセル型電気泳動表示装置の電気光学特性、特にコントラストを改善するために検討を重ねた結果、マイクロカプセルの間隙率がコントラストに大きな影響を与えること、またマイクロカプセルの間隙率を所定の範囲とすることにより、コントラストを改善し得ることを見出した。

即ち、マイクロカプセルの間隙率が１７％以下のときに、マイクロカプセル型電気泳動表示装置のコントラスト改善効果、例えば６以上のコントラストを得ることが出来る。これに対し、間隙率が１７％を越えると、例えば６未満のコントラストしか得られず、好ましくない。

本発明の電気泳動表示装置において、好ましいマイクロカプセルの間隙率は、０．５〜１５％である。マイクロカプセルの間隙率をこの範囲内とすることにより、例えば、約７以上の優れたコントラストを得ることが出来る。

画像表示層は、１層のマイクロカプセル層からなることが望ましい。この場合、画像表示層の厚さは、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは１０〜３０μｍである。
画像表示層の厚さは、マイクロカプセルの粒径に依存する。マイクロカプセルの粒径は、好ましくは８５％以上が３０〜６０μｍであることが望ましい。

なお、表面層は、防眩ハードコート層、紫外線吸収層、及びガスバリア層からなる群から選ばれた少なくとも１種の機能層を有する構成とすることが出来る。このような各種機能層により、それぞれの機能が発揮され、それによっても優れた光学特性を得ることが出来る。

本発明によると、表面層側から観察されるマイクロカプセルの間隙率を１７％以下としたことにより、優れた電気光学特性、特にコントラストを示すマイクロカプセル型電気泳動表示装置が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

本発明の電気泳動表示装置は、マイクロカプセルの間隙率が１７％以下であるマイクロカプセル型画像表示層を備えている。

本発明において規定する、マイクロカプセル型画像表示層におけるマイクロカプセルの間隙率とは、画像表示層の一定の面積に対する、その面積からそこに占めるマイクロカプセルの面積を差し引いた、バインダー等、マイクロカプセル以外の塗布材料が占める面積の割合である。このようなマイクロカプセルの間隙率は、マイクロカプセルの種類、粒径に依存しない。

マイクロカプセル型画像表示層におけるマイクロカプセルの間隙率は、以下のようにして測定される。即ち、画像表示層の表示面側が白色となるように電圧を印加し、表示面に充分な光を照射して反射させる。これを表示面側から観察すると、マイクロカプセルの存在する部分は白色となり、一方、マイクロカプセルの存在しない部分は黒色に観察される。

観察は顕微鏡により行い、マイクロカプセルが完全に充填された場合に、その視野範囲に５００〜２５００個程度のマイクロカプセルが観察されるような倍率で観察する。得られた画像を画像ソフトを用いて２値化し、その面積率を間隙率とする。

以上のような間隙率の測定では、画像表示層の一定の面積に占めるマイクロカプセルのすべてが欠陥の無いものである場合に、正確な値が得られる。マイクロカプセルに何らかの欠陥がある場合、例えばマイクロカプセル内に電気泳動粒子が存在せず、分散液のみである場合、マイクロカプセル内の電気泳動粒子の数が不充分である場合、マイクロカプセル内に充分な数の電気泳動粒子が存在するが、駆動しない場合、破壊されたマイクロカプセルを含む場合等では、得られた間隙率は、不正確であり、実際の間隙率を求めるには、そのような欠陥マイクロカプセルを差し引く必要がある。

図１は、本発明の一形態に係るマイクロカプセル型電気泳動表示装置を示す断面図である。即ち、基材１上に、電極層２、第１の粘着層３、マイクロカプセル表示層４、透明電極層５、透明樹脂層６、第２の粘着層７、及び表面層８が順次積層されて、マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルが構成されている。

図１に示すマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルにおいて、マイクロカプセル表示層４は、表面に透明電極層（ＩＴＯ膜）５が形成されているポリエチレンテレフタレート等からなる透明樹脂層６の透明電極（ＩＴＯ）層５の面に、スクリーン印刷により電子インクを印刷することにより形成される。次いで、透明電極層（ＩＴＯ膜）５及びマイクロカプセル表示層４を有する透明樹脂層６は、第１の粘着層３を介して、表面に電極層２を有する基材１に貼りつけられる。なお、透明電極層５は、全面を同一の電位とする共通電極とすることが出来る。

第１の粘着層３としては、公知の感圧接着剤や感熱接着剤を用いることが出来る。これらは、粘着面に剥離紙を有する片面粘着テープ又は両面粘着テープの形で用いることが出来る。即ち、第１の粘着層３は、片面粘着テープの非粘着面を接着剤によりマイクロカプセル表示層３に貼るか、又は両面粘着テープの一方の剥離テープを剥がしてマイクロカプセル表示層４に貼ることにより形成することが出来る。

貼りつけは、例えば剥離紙を剥がして、第１の粘着層３の粘着面を基板１に貼り合せ、押圧又は加熱することにより行うことが出来る。基板１は、表面に電極層（図示せず）を備えるガラス基板又は樹脂フィルムであり、表面の電極層２が画素電極として画素毎に独立してパターニングされ、図示しない薄膜トランジスタ、信号電極、および走査電極が併設されたものを用いることが出来る。

次に、以上のようにして得た積層体の透明樹脂層６上に、第２の粘着層７を介して、表面層８を被着する。第２の粘着層７は、自己保持性が高い、シリコンゴム等の高弾性を有するものであるのが好ましい。高弾性を有する第２の粘着層７は、単なる接着作用だけではなく、衝撃を和らげるクッションとしての役割をも果たすことが出来る。

表面層８は、防眩ハードコート層、紫外線吸収層、及びガスバリア層からなる群から選ばれた少なくとも１種の機能層を含むものとすることが出来る。これらの機能層は、公知の材料を用い、公知の方法で成膜することが出来る。

以上説明したマイクロカプセル型電気泳動式表示装置において、マイクロカプセル表示層３に含まれるマイクロカプセルは、例えば図２に示すように、メタクリル酸樹脂、ユリア樹脂、アラビアゴム等をカプセル殻１１１とし、その内部に酸化チタンからなる白色粒子１１３とカーボンブラックからなる黒色粒子１１４が、シリコーンオイル等の粘性の高い分散媒１１２に分散された状態で封入されたものである。白色粒子１１３である酸化チタンは正電荷を帯びており、一方、黒色粒子１１４であるカーボンブラックは負電荷を帯びている。

このようなマイクロカプセル１１０を含むマイクロカプセル型電気泳動方式を用いた表示体は、次のようにして動作する。

即ち、図３の模式図に示すように、透明樹脂膜６の側の透明電極層５と基材層１の側の電極層２に電界を印加し、透明電極層５を負極、電極層２を正極とした場合、正に帯電した白色粒子１１３が透明電極層５側に引かれ、負に帯電した黒色粒子１１４は電極層２側に引かれるので、透明電極層５側の上方から観察するとその部分が白く見える。

逆に、透明電極層５が正極で、電極層２が負極になった場合には、正に帯電した白色粒子１１３が電極層２側に引かれ、負に帯電した黒色粒子１１４は透明電極層５側に引かれるので、透明電極層５側の上方から観察するとその部分が黒く見えることになる。

マイクロカプセル表示層４は、図４の側断面模式図に示すように、マイクロカプセル１１０を多数含んでおり、透明電極層５を同一電位の共通電極とし、電極層２の各アドレス電極の電界を制御することで、上述の原理に基づきマイクロカプセル内の粒子を移動させることで、所望の文字や図形を白と黒の画素として表示させることができる。

同様に、電極層２を共通電極とし（電位をゼロとする）、透明電極５側の各アドレス電極の電界を制御する（正または負の電位を与える）ことで、電極位置のマイクロカプセル内の粒子を移動させて、所望の画像を表示させるようにしてもよい。

マイクロカプセルの径は、種々のものを採用することが可能であるが、８５％が約３０μｍ〜約６０μｍのものを採用すると、十分な解像度と応答性を得ることができる。表示画像の解像度は、主として電極層中の電極の配置に依存するが、マイクロカプセルの径が小さければ分散媒中のマイクロカプセルの移動速度が速くなり、結果として表示の際の応答性に優れるというメリットがある。

ペーパー状電子ディスプレイは、可撓性を有する材料で作製し、電極等のパターニングも印刷法、蒸着法でプラスチックフィルムに形成することで、実現が可能となる。表示画面サイズも、用途、要望に応じて任意のサイズのものを作成することができる。

マイクロカプセル表示層４においては、マイクロカプセル１１０の位置配置は多少の変動があっても表示に問題は生じない。従って、折り曲げて使用したり、曲面の箇所に取付けて使用することなども可能である。

マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルにおいて、各粒子は粘性の高い分散媒に分散されているため、一度電界を印加した後は、電源が切断されても粒子の位置は変化しない。このように、ディスプレイの電源を切っても表示画像が消えない不揮発性（メモリー性）を有するので、初期の表示や書き換え時のみ電界を印加すればよく、通常の表示装置に比べて表示に必要な電力も少なくてすみ、大幅な省電力化が可能である。

更に、表示パネル内においては、マイクロカプセル１１０の位置配置は多少の変動があっても表示に問題は生じない。従って、透明電極層５、電極層２を含め、ディスプレイ全体を薄く可携性を持たせる材料を用いることで、紙のような柔軟性を持たせることができる。

実施例
以下に、本発明の具体的実施例として、マイクロカプセルの間隙率を種々変化させたマイクロカプセル型表示層を備える電気泳動表示装置を作成し、それらの電気光学特性を測定した結果を示す。なお、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。実施例中、「部」は、特に断らない限り、重量部を示す。

まず、テトラクロロエチレン溶媒１００部に、ポリエチレン樹脂で表面を被覆した平均粒径３μｍの酸化チタン粉末（白色粒子）６０部と、アルキルトリメチルアンモニウムクロライドで表面処理した平均粒径４μｍのカーボンブラック粉末（黒色粒子）４０部とが分散された分散液を作成した。

次いで、この分散液４０部について、水８０部にゼラチン１０部とポリスチレンスルホン酸ナトリウム０．１部とを配合した水溶液と混合し、液温を４０℃に調整した後、液温を保ちながら、ホモジナイザーにより攪拌し、Ｏ／Ｗエマルジョンを得た。

次に、得られたＯ／Ｗエマルジョンと、４０℃に調製された水８０部にアラビアゴム１０部を配合した水溶液とを、ディスペンサーを用いて混合し、溶液の液温を４０℃に維持しつつ、酢酸を用いて溶液のｐＨを４に調整し、コアセルベーションによりマイクロカプセル壁を形成した。

更に、液温を５℃に低下させた後、３７重量％ホルマリン溶液１．９部を加えてマイクロカプセル壁を硬化させ、白色粒子（酸化チタン粒子）と黒色粒子（カーボンブラック粒子）が分散した分散液を封入したマイクロカプセルを得た。

このようにして得られたマイクロカプセルを篩い分けして、平均粒径が４０μｍ、２０−６０μｍの粒径の割合が８０％以上になるように、粒径をそろえた。

次に、固形分４０重量％の水分散マイクロカプセルを２０００部、固形分４０重量％のウレタン系バインダー２５０部、界面活性剤２部、増粘剤９部、純水３００部を混合し、スラリーを作成した。

このスラリーをスロットダイにてＩＴＯ／ＰＥＴ基材上に塗布し、塗布後６０℃で１０分間乾燥し、塗膜厚の異なる１２種のシートを得た。得られたシートをポリエステル―ウレタン系接着剤によりＴＦＴ基板に５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で貼り合せ、画像表示装置を得た。

このようにして得た画像表示装置について間隙率の測定と、電気光学特性の評価を行った。パルス長４００ｍｓのプラス側波形ｈ、続いてレストレングス２０００ｍｓのｉ、パルス長４００ｍｓのマイナス側波形ｊ、続いてレストレングス２０００ｍｓの矩形波を、１５Ｖの電圧で印加し、ＷＬ＊及びＤＬ＊の測定を行った。また、ＷＳ、ＤＳ、及びコントラストを求めた。そして、それらの結果の総合評価を下記の基準で行った。

◎：非常に優れている
○：優れている
×：劣っている
以上の結果を下記表１に示す。

上記表１において、目標値と好ましい目標値を示す。総合評価◎は好ましい目標値を満たしている場合、総合評価○は好ましい目標値を満たしていないが、目標値を満たしている場合、総合評価×は、目標値を満たしていない場合をそれぞれ示す。

上記表１から、間隙率が１７％以下の場合（実施例１〜８）に、いずれもコントラストは６以上で、総合評価○以上を得ており、間隙率が０．５〜１５％の場合（実施例２〜７）に、いずれもコントラストは７以上で、総合評価◎を得ていることがわかる。

これに対し、間隙率が１７％を超える場合（比較例１〜３）に、コントラストは６未満であり、総合評価は×である。

以上の結果から、優れた電気光学特性を得るためには、マイクロカプセルの間隙率は、１７％以下でなければならないことがわかる。

なお、図５に示すように、マイクロカプセル層が２層の場合には、間隙率は０％であるが、膜厚が厚くなるため、応答速度が遅くなり、パルス長４００ｍｓでは十分に電気泳動粒子が移動せず、十分なコントラストを得ることが出来ない。

また、上記表から、間隙率とＷＬ＊及びコントラストの関係を図６に、間隙率と膜厚の関係を図７にそれぞれ示す。図６から、間隙率が５％付近でＷＬ＊及びコントラストのピークがあり、間隙率が５％から小さくなっても大きくなっても、ＷＬ＊及びコントラストは下降し、１７％を超えると、ＷＬ＊が５７未満、コントラストが６未満となることがわかる。また、図７から、膜厚の上昇とともに間隙率は低下しており、所望の低い間隙率を得るためには、ある程度の膜厚が必要であることがわかる。

本発明の電気泳動表示装置は、優れた電気光学特性を有しているため、様々な用途における表示装置として広範に利用可能である。

本発明の一形態に係る電気泳動表示装置を示す断面図。 本発明の一形態に係る電気泳動表示装置のマイクロカプセル表示層に含まれるマイクロカプセルを模式的に示す図。 本発明の一形態に係る電気泳動表示装置のマイクロカプセル表示層の表示形態の一例を模式的に表す斜視図。 本発明の一形態に係る電気泳動表示装置のマイクロカプセル表示層の表示形態の一例を模式的に表す側断面図。 マイクロカプセル層が２層の場合の電気泳動表示装置を示す断面図。 マイクロカプセルの間隙率とＷＬ＊及びコントラストの関係を示す特性図。 間隙率と膜厚の関係を示す特性図。

符号の説明

１・・・基材層、２・・・電極層、３・・・第１の粘着層、４・・・マイクロカプセル表示層、５・・・透明電極層、６・・・透明樹脂層、７・・・第２の粘着層、８・・・表面層、１１０・・・マイクロカプセル、１１１・・・カプセル殻、１１２・・・分散媒、１１３・・・白色粒子、１１４・・・黒色粒子、。

Claims (7)

1. 基材、電極層、画像表示層、透明電極層、及び表面層を備える電気泳動表示装置において、前記画像表示層は、黒色粒子、白色粒子及びこれらを分散する分散媒を収容するマイクロカプセルを含むマイクロカプセル型表示層であり、前記表面層側から観察される前記マイクロカプセルの間隙率が１７％以下であることを特徴とする電気泳動表示装置。
2. 前記マイクロカプセルの間隙率が０．５〜１５％であ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. 前記画像表示層は、１層のマイクロカプセル層からなり、前記画像表示層の厚さは１０〜５０μｍであ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. 前記画像表示層は、１層のマイクロカプセル層からなり、前記画像表示層の厚さは１０〜３０μｍであ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。
5. 前記マイクロカプセルの粒径は、８５％以上が３０〜６０μｍであ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。
6. ６以上のコントラストを示すことを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
7. 前記表面層は、防眩ハードコート層、紫外線吸収層、及びガスバリア層からなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電気泳動表示装置。

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