JP2005338275A - 直視型反射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精細画像を非常に低い消費電力で表示することを可能とする直視型反射型表示装置を提供すること。
【解決手段】駆動回路を内蔵するシリコン基板からなる背面板に、透明電極層及び表示媒体を有するフィルム状基板からなる前面板を貼り付けてなることを特徴とする直視型反射型表示装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、低消費電力の直視型反射型表示装置に関する。

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、負に帯電した白い粒子と黒い粒子を収容し、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て得た、いわゆる電子ペーパーに、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、例えば、特許文献１に示すような、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「電子ペーパー前面板」と呼び、アクティブマトリクス駆動用の駆動回路を形成した基板を「背面板」と呼んでいる。背面板としては、ガラス製アクティブマトリクス基板、特にＴＦＴ基板、プリント基板、導電材料をスクリーン印刷した基板等が使用される。

ＴＦＴ基板は、非常に高精細な表示を可能とするが、超高精細な表示を目指したり、駆動回路を基板自体に作りこむには、高温ポリシリコン技術や低温ポリシリコン技術という高度な技術が必要となり、製造が容易ではない。一方、プリント基板やスクリーン印刷基板では、高精細な表示を行うこと自体、困難である。

近年、高度な機能を有する腕時計や、スマートカード、ＲＦＩＤタグの需要が増えており、比較的小さな表示領域で高精細な画像表示を望むという、即ち、直視型反射型表示体に対する要望がある。この要望に応える技術として、液晶ディスプレイがあるが、製造が困難であるという問題に加え、表示中も電力を消費するため、電力消費量の点で難点がある。次世代の表示技術として期待される有機ＥＬについても同様である。

ＴＦＴ基板を用い、例えばＶＧＡ（６４０×４８０画素）表示を行うとすると、駆動しなければならない電極の数は、６４０＋４８０＝１１２０個となる。このように多数の電極を外部回路と接続するには、極めて高度の実装技術が必要となり、歩留りも低下してしまう。

また、小さな領域で高精細な表示を行うものとして、プロジェクタエンジンと呼ばれる映像素子がある。これは、液晶表示素子やマイクロミラーデバイスを用いるものであって、強力な光を照射し、反射又は透過した光を拡大して投影するものである。そのため、直視型反射型表示体として用いる場合、原理的に視認性が劣るという問題がある。
特開２０００−２２１５４６号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、高精細画像を非常に低い消費電力で表示することを可能とする直視型反射型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、本発明の一態様は、駆動回路を内蔵するシリコン基板からなる背面板に、透明電極層及び表示媒体を有するフィルム状基板からなる前面板を貼り付けてなることを特徴とする直視型反射型表示装置を提供する。

このような直視型反射型表示装置において、シリコン基板に内臓された駆動回路は、画素ごとにダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を有するものとすることが出来る。或いは、画素ごとにスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）を有するものとすることが出来る。特に、画素ごとにＳＲＡＭを実装した場合には、消費電力を大幅に低減することが可能である。

シリコン基板の厚みは、１ｍｍ以下であることが望ましい。このように薄いシリコン基板を用いることにより、ある程度の曲げにも耐えることが出来るので、表示装置を様々な用途に適用することが可能となる。シリコン基板の厚みの制御は、裏面を、例えばＣＭＰにより研磨することにより、行うことが出来る。

前面板に設けられた表示媒体としては、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電気泳動式表示層であることが望ましい。このような表示層を有する前面板は、透明電極層を有数フィルム状基板にマイクロカプセルを含む電子インクを塗布することにより形成された、いわゆる電子ペーパー前面板である。

本発明によると、シリコン基板に汎用の半導体プロセス製造プロセスにより駆動回路を形成した背面板に、電子ペーパーからなる前面板を貼り付けることにより、少ない接続電極数及び部品点数で、高精細画像を非常に低い消費電力で表示するとともに、画像の書き込み・書き換えを容易に行うことを可能とする直視型反射型表示装置が提供される。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
本発明の一実施形態に係るマイクロカプセル型電気泳動式表示装置は、シリコン基板に駆動回路等を形成した背面板に、電子ペーパーを形成した前面板を貼り付けることにより構成される。

電子ペーパーを形成した前面板１０は、図１に示すように、フィルム状基板１上に透明電極層２及び表示媒体３を備えてなるものである。

フィルム状基板１は、観察側の基板であるため、透明でなければならず、また表示装置の製造工程において、曲げ加工がなされるため、曲げ加工に耐える程度の可撓性を有するものでなければならない。このような要求を満たすフィルム状基板１の具体的材質としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ)、ポリエチレン（ＰＥ)、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ＰＥＮ、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等の各種樹脂を挙げることが出来るが、これらに限定されるものではない。

透明電極層２の具体的材質としては、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム・亜鉛（ＩＺＯ）を挙げることが出来るが、これらに限定されるものではない。

また、表示媒体３としては、電気泳動方式表示層を用いることが出来る。図１では、表示媒体３として、電気泳動方式表示層であるマイクロカプセル表示層を示している。マイクロカプセル表示層３は、マイクロカプセル粒子４とバインダー５とからなる電子インクを、透明電極層２が形成されたフィルム状基板１上に塗布することにより得られる。なお、マイクロカプセル粒子４は、溶媒中に白色粒子と黒色粒子を分散させてなるものである。

本発明の一実施形態に係る表示装置の背面板２０は、図２に示すように、シリコン基板１１上に、回路層１２及び配線層１３が形成され、絶縁層１４，１５，１６を介して画素電極１７が形成され、画素電極１７上に表面平滑層が形成されているものである。回路層１２には、トランジスタ等の半導体素子、コンデンサ、抵抗、電極等を含む駆動回路が形成されている。なお、電源回路、クロック、シフトレジスタ、メモリバッファ等を内蔵することも出来る。

次に、以上説明した前面板１０及び背面板２０を用いて構成した表示装置について説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係る表示装置の一例としてのマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルを示す断面図、図４は、その全体構成を示す斜視図である。マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルは、厚さが薄く、製造コストが低く、かつ低電力消費であるという利点を有する。

図３及び図４に示すように、マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルは、図２に示す背面板２０と図１に示す前面板１０とを、粘着層（図示せず）を介して貼合わされて構成されている。なお、図中、参照符号１８は、前面板との接合に際し、画素電極１７が形成された背面板の表面を平らにするための表面平滑層を示す。

図４において、前面板１０と背面板２０とは、前面板１０のフィルム状基板１（透明電極２は省略されている）に形成された表示媒体３と、背面板２０の画素領域２１とが対向するように配置される。なお、背面板２０の周縁部には、２つの端子２２，２３が設けられており、端子２２は対向電極制御端子であり、端子２３はフレキシブル基板２４に接続されている。

図３に示すマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルは、次のようにして製造される。即ち、まず、図１に示すような、フィルム状基板１上に形成された透明電極層２に、スクリーン印刷等により、表示媒体３として電子インクを印刷し、電子ペーパーからなる前面板を形成する。次いで、この前面板を、粘着層（図示せず）を介して、駆動回路が形成されたシリコン基板からなる背面板１１に貼りつける。

シリコン基板に駆動回路を実装してなる背面板は、ＴＦＴ基板とほど同様の表示電極構成を有し、汎用されている半導体製造プロセスにより製造可能であるため、非常に高精細な加工を行うことが出来る。また、駆動回路自体をシリコン基板に作り込んでいるため、接続電極数、部品点数を少なくすることが可能となり、表示装置の実装が容易となるという利点がある。

以上のようにして製造されたマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルは、電力消費なしで画像を保持することが出来るため、画面の書き換え時以外は電力消費がなくなり、極めて低い消費電力を達成することが出来る。

また、各画素に実装されたＳＲＡＭが電圧を保持するため、画面を書き換えるための電極走査を１回のみにすることが出来るので、更に消費電力を低減することができる。

また、表示媒体３は、ＳＲＡＭにより保持された電圧によって電極走査後も駆動されるため、回路が動作しているよりも長時間、書込みを行うことが出来る。マイクロカプセル型電気泳動式表示層は、電圧と時間の積に対して応答するので、駆動電圧を大幅に下げることが可能である。

以上説明した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３に含まれるマイクロカプセル４は、例えば図５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の粒子１１３とカーボンブラックからなる黒の粒子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。白の粒子１１３である酸化チタンは正電荷を帯びており、一方、黒の粒子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６の模式図に示すように、フィルム基板１に形成された透明電極層２とシリコン基板１１側の画素電極１７に電界を印加し、透明電極層２を負極、画素電極１７を正極とした場合、正に帯電した白の粒子１１３が透明電極層２側に引かれ、負に帯電した黒の粒子１１４は画素電極１７側に引かれるので、透明電極層２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２が正極で、画素電極１７が負極になった場合には、正に帯電した白の粒子１１３が画素電極１７側に引かれ、黒の粒子１１４は透明電極層２側に引かれるので、透明電極層２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３は、マイクロカプセル１１０を多数含んでおり、透明電極層２を同一電位の共通電極とし、画素電極１７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て、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。

以上、表示媒体として、主として電気泳動方式表示層であるマイクロカプセル表示層を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、有機ＥＬ、無機ＥＬ、二色性トナー、エレクトロクロミック材料等の様々な表示媒体を用いた表示装置に適用することが出来る。

本発明の一態様に係る直視型反射型表示装置は、非常に低い消費電力で動作可能であるため、薄型ディスプレイとして様々な用途に適用可能であり、その利用範囲は非常に広い。

本発明の一実施形態に係るマイクロカプセル型電気泳動式表示装置の前面板を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るマイクロカプセル型電気泳動式表示装置の背面板を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るマイクロカプセル型電気泳動式表示装置を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るマイクロカプセル型電気泳動式表示装置の全体構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係るマイクロカプセル型電気泳動式表示装置に用いたマイクロカプセルを示す断面図。 本発明の一実施形態に係るマイクロカプセル型電気泳動式表示装置の表示原理を説明する模式図。

符号の説明

１・・・フィルム状基板、２・・・透明電極層、３・・・表示媒体、４,１１０・・・マイクロカプセル粒子、５・・・バインダー、１０・・・前面板、１１・・・シリコン基板、１２・・・回路層、１３・・・配線層、１４,１５,１６・・・絶縁層、１７・・・画素電極、１８・・・表面平滑層、２０・・・背面板、２１・・・画素領域、２２，２３・・端子、２３・・・フレキシブル基板、１１１・・・カプセル殻、１１２・・・分散媒、１１３・・・白の粒子、１１４・・・黒の粒子。

Claims (5)

1. 駆動回路を内蔵するシリコン基板からなる背面板に、透明電極層及び表示媒体を有するフィルム状基板からなる前面板を貼り付けてなることを特徴とする直視型反射型表示装置。
2. 前記駆動回路は、画素ごとにダイナミックランダムアクセスメモリを有することを特徴とする請求項１に記載の直視型反射型表示装置。
3. 前記駆動回路は、画素ごとにスタティックランダムアクセスメモリを有することを特徴とする請求項１に記載の直視型反射型表示装置。
4. 前記シリコン基板の厚みは、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の直視型反射型表示装置。
5. 前記表示媒体は、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電気泳動式表示層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の直視型反射型表示装置。

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