JP2006201303A - 電気泳動表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 応答速度の高速化が可能な電気泳動表示素子を提供する。
【解決手段】 所定間隙を開けた状態に配置される一対の基板１，７と、一対の基板１，７の間隙に配置された隔壁部材４とにより囲まれた空間に配置された帯電粒子９の分布を、間隙に面して配置された第１電極２及び第２電極５間に生じる電界により変化させて表示を行う。さらに、第１電極２を一方の基板１に設けると共に、他方の基板７に略透明な移動規制部材８を設けることにより、空間のうち電界強度の弱い領域への帯電粒子９の進入を規制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気泳動表示素子に関し、特に電気泳動表示素子の応答速度の高速化に関するものである。

近年、コンピューターの普及による情報化の進展により、より視認性がよく疲労の少ない表示装置が求められており、電気泳動表示装置はその候補技術のひとつとして各所で研究開発が行われている。

ここで、この電気泳動表示装置は、顔料もしくは染料で、例えば黒色に染色した直径数ミクロン以下の微粒子を、低誘電率の絶縁性液体中に分散し、かつ液中で微粒子に帯電性をもたせ、これを挟む一対の電極間に電界を印加して極性に応じた微粒子の泳動を生じさせることにより表示を行う電気泳動表示素子を備えており、トナーのような着色粒子を任意に移動させて画像を形成することから、その表示はレーザービームプリンタによる印刷物に近い、ペーパーライクな反射画像である特徴を有する。

ところで、このような電気泳動表示素子は、図１０に示すように、第１基板１０１と、第１基板上に設けられた平面状の第１電極１０２と、第１基板１０１に対向して設けられた透明な第２基板１０７と、第１及び第２基板間に挟持され、無色の絶縁性液体及び同極性の帯電を持つ少なくとも１種の電気泳動粒子１０９を含む分散層１１４と、第２基板表面のうち分散層１１４と反対側の表面の周囲に設けられた不図示の遮蔽層と、第１及び第２の基板間の領域のうち、遮蔽層により隠蔽された範囲内に設けられた第２電極１０５とを具備するよう構成されている（例えば、特許文献１。）。

そして、このような電気泳動表示素子では、電気泳動粒子１０９を、第１電極１０２と第２電極１０５の間に形成される電界、即ち電気力線１１０に沿って電気泳動（移動）させることにより表示を行うことができる。例えば、黒色の電気泳動粒子１０９を使用した場合、図１０の（ａ）のように電気泳動粒子１０９を第１電極１０２を覆うように移動させることによって黒表示がなされ、図１０の（ｂ）のように電気泳動粒子１０９を第２電極側に引き付けることによって白表示がなされる。

特開平９−２１１４９９号公報

ところで、このような従来の電気泳動表示素子においては、第１電極１０２と第２電極１０５との距離が近い領域では第１電極１０２から出た電気力線１１０はすぐに水平方向となって第２電極１０５へ向かうのに対し、第１電極１０２と第２電極１０５との距離が遠い領域、例えば第１電極２の中央近傍では第１電極１０２から出た電気力線１１０は、ほぼ第１電極面の法線方向に出て、電気泳動表示素子の外側で大きく弧を描いて第２電極１０５に向かう。

したがって、第１電極中央付近に位置する電気泳動粒子１０９は、第１電極１０２の電界の反発を受けると、図１０の（ｃ）に示すように、ほぼ垂直に第２基板１０７に向かって電気泳動する。なお、この後、第２基板１０７の中央部に到達した電気泳動粒子１０９は、さらに電気泳動表示素子の外に延びる電気力線１１０に沿って泳動しようとするが、この泳動は第２基板１０７により遮られる。

ここで、図１０の（ｃ）において、符号１１３で示す第２基板１０７の中央部を含む第２基板中央近傍領域は、電気力線１１０の密度が低い弱電界強度領域であることから、第２基板１０７の中央部に到達した電気泳動粒子１０９が、この後、電界の作用により第２電極側へ泳動するには長い時間がかかる。このため、電気泳動粒子１０９の移動が完了し、コントラストが安定するまでの応答速度が遅くなるという問題があった。

そこで、本発明は、このような現状に鑑みて為されたものであり、応答速度の高速化が可能な電気泳動表示素子を提供することを目的とするものである。

本発明は、所定間隙を開けた状態に配置される一対の基板と、前記一対の基板の間隙に配置された隔壁部材と、前記一対の基板と前記隔壁部材とに囲まれた空間に配置された帯電粒子と、前記間隙に面して配置された第１電極及び第２電極とを備え、前記第１電極及び第２電極の間に生じる電界により前記帯電粒子の分布を変化させて表示を行う電気泳動表示素子において、前記第１電極を前記一対の基板のうちの一方の基板に設け、前記一対の基板のうちの他方の基板に、前記空間のうち電界強度の弱い領域への前記帯電粒子の進入を規制する略透明な移動規制部材を突設することを特徴とするものである。

本発明のように、所定間隙を開けた状態に配置される一対の基板のうちの一方の基板に第１電極を設けると共に、他の基板に略透明な移動規制部材を設け、一対の基板と隔壁部材とに囲まれた空間のうち電界強度の弱い領域への帯電粒子の進入を規制することにより、応答速度の高速化が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電気泳動表示素子の概略構成を示す図であり、図１に示すように、この電気泳動表示素子は、所定間隙を空けた状態に配置された一対の基板である第１及び第２基板１，７と、これらの基板１，７の間隙を形成するための隔壁部材である隔壁４と、第１及び第２基板１，７と隔壁４に囲まれた空間内に配置され、無色の絶縁性液体及び同極性の帯電を持つ少なくとも１種の電気泳動粒子９を含む分散層１４と、第１基板上に配置された第１電極２と、隔壁４に配置された第２電極５とを備えている。

ここで、隔壁４は隣接する画素間での電気泳動粒子９の移動を防止する機能を併せ持っている。また、第１電極２の表面は、絶縁性液体よりも小さい比誘電率を有する第１絶縁層３によって被覆されている。つまり、第１電極２と絶縁性液体の間には第１絶縁層３が設けられている。なお、この第１絶縁層３は白色の反射層も兼ねている。

一方、第２電極５の表面、即ち第２電極５と絶縁性液体の間には、絶縁性液体よりも大きい比誘電率を有する第２絶縁層６が配置されている。なお、本実施の形態において、第２電極５は、隔壁４の側面に設けられているが、第２電極５は隔壁４の内部、隔壁４と第２基板７の間、隔壁４と第１基板２の間のいずれかに配置されても良い。

ここで、この電気泳動表示素子は、第１電極２及び第２電極５との間に電圧を印加することによって第１電極２及び第２電極５との間に生じる電界により、電気泳動粒子９を第１電極面及びその近傍と、隔壁４側面及びその近傍間を移動させることによって表示を行うように構成されている。

例えば、第２電極５を隔壁４の側面に形成すると共に第１電極面（第１絶縁層３）を白色に着色してマイナス帯電の黒色の帯電泳動粒子９を使用した場合、第１電極２にプラスの電圧を、第２電極５にマイナスの電圧を印加すると、図１の（ａ）のように電気泳動粒子９は第１電極２を覆うように分布する。この場合、上部の第２基板表面の法線方向から眺めると、画素全体が黒色に見える。

また、第１電極２にマイナスの電圧を、第２電極５にプラスの電圧を印加すると、図１の（ｂ）のように、電気泳動粒子９は第２電極５に沿って分布する。したがって、これを第２基板表面の法線方向から眺めると、画素全体は白色に見える。さらに、電圧をスイッチすると、黒と白の状態を変えることができる。また、適当な中間の電圧にすると、黒と白の中間の状態のいずれかに変えることができ、グレーを表示する。

なお、このような電気泳動表示素子の構成部品の形成材料等は、以下の通りである。

第１基板１は、全体を支える役割を果たすものであり、基板材料としては、ガラス基板、ステンレスやアルミ合金などに代表される金属基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などに代表されるプラスチック基板を使用することができる。なお、図１では省略しているが、駆動のための電気要素として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する場合がある。

第２基板７は表示を視認するために、上記第１基板形成用材料から可視光線の透過率が高いものを選択することができる。

第１電極２及び第２電極５を形成する電極材料としては、アルミ、チタン、銅、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、有機導電材料などを使用することができる。

第１絶縁層３及び第２絶縁層６の材料としては、酸化シリコン、窒化シリコンなどに代表される無機材料、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などに代表される有機材料を使用することができる。なお、これら絶縁材料のうち、第１電極上に形成する第１絶縁層３は反射層として白色にする必要があるため、絶縁材料中に酸化チタンや酸化錫などの白色顔料を添加したり、あるいは絶縁材料を一度塗布した後に、さらに白色の絶縁材料を塗布する。

隔壁４は、第１及び第２基板１，７の間隔を一定に保つこと及び表示の画素区画を区切ることを目的として、各種樹脂材料で形成されるが、その形成方法としては、感光性樹脂を使いフォトリソグラフィで形成したり、型を使ってインジェクションやエンボス加工により形成するなどの方法がある。

第１及び第２基板１，７と隔壁４とで形成される画素区画に封入される分散層１４は、絶縁性液体、着色された電気泳動粒子９及び必要に応じて添加された分散剤、帯電制御剤などの薬剤からなる。

ここで、分散媒である絶縁性液体としては低誘電率であればよく、イソパラフィン系炭化水素などの脂肪族炭化水素類、シリコーンオイル類、高純度石油類、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、メチルセロソルブアセテート、メチルカルビトール（ジエチレングリコールモノメチルエーテル）、エチルカルビトール（ジエチレングリコールモノエチルエーテル）、ブチルカルビトール（ジエチレングリコールモノブチルエーテル）、などの多価アルコールおよびその誘導体、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メトキシエタノール、エトキシエタノール、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテル類、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコールなどのケトン類、ピロリドン及びそれらの誘導体等の親水性分散媒、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフテン酸系炭化水素などの芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン、ケロシン、パラフィン系炭化水素溶媒などが使用できる。

また、電気泳動粒子９としては、二酸化チタン、黒鉛、カーボンブラック、シリカ、アルミナなど無機粒子を用いることができる。なお、これらの無機粒子は、造粒法、粉砕法、ゾルゲル法から得られたものを分級することにより用いることができるが、その製法は特に前記方法に限定されない。また、電気泳動粒子が高分子樹脂粒子の場合には、懸濁重合法、分散重合法、シード重合、あるいは乳化重合法などの公知の方法から得ることができるが、これらの方法に限定されるものではない。前述した無機粒子あるいは高分子樹脂粒子は、顔料もしくは染料などで着色して使用する。

なお、着色剤としては特に限定されないが、例えば、カーボンブラック、酸化チタン、硫酸バリウム、ニグロシン、鉄黒、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーン・オキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド４、Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１、Ｃ．Ｉ．ベーシックレッド１、Ｃ．Ｉ．モーダントレッド３０、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー２、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー９、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー２、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー９、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー１５、Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー３、Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー５、Ｃ．Ｉ．モーダントブルー７、Ｃ．Ｉ．ダイレクトグリーン６、Ｃ．Ｉ．ベーシックグリーン４、Ｃ．Ｉ．ベーシックグリーン６、黄鉛、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキ、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ベンジジンオレンジＧ、カドミウムレッド、パーマネントレッド４Ｒ、ウォッチングレッドカルシウム塩、ブリリアントカーミン３Ｂ、ファストバイオレッドＢ、メチルバイオレッドレーキ、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、キナクリドン、ローダミンＢ、ファーストスカイブルー、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンＧ等の顔料、あるいはＶａｌｉｆａｓｔ Ｒｅｄ、Ｖａｌｉｆａｓｔ Ｙｅｌｌｏｗ、Ｏｐｌａｓ Ｒｅｄ、Ｏｉｌ Ｓｃａｒｌｅｔ〔オリエント化学社製〕、Ｏｉｌ Ｂｌｕｅ Ｖ、Ｏｉｌ Ｇｒｅｅｎ、Ｂｒｉｇｈｔ Ｇｒｅｅｎ、ＳｕｄａｎＩＶ、ＳｕｄａｎＩＩＩ〔大和化工社製〕、Ｓｕｍｉｐｌａｓｔ Ｂｌｕｅ、Ｓｕｍｉｐｌａｓｔ Ｒｅｄ ＨＦＧ、Ｓｕｍｉｐｌａｓｔ Ｒｅｄ ＨＦ４Ｇ、Ｓｕｍｉｐｌａｓｔ Ｙｅｌｌｏｗ、ＷｈｉｔｅｆｌｏｕｒＢ〔住友化学工業社製〕、Ｍａｃｒｏｌｅｘ Ｒｅｄ ＧＳ〔バイエル・ジャパン社製〕、Ｍｉｃｒｏｌｉｓ Ｂｌｕｅ、Ｍｉｃｒｏｌｉｓ Ｇｒｅｅｎ、〔日本チバガイギー社製〕等の油性染料、Ｏｒｉｅｎｔ Ｏｉｌ Ｂｌａｃｋ〔オリエント化学社製〕、Ｓｕｍｉｋａｒｏｎ Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ Ｂｌｕｅ、Ｓｕｍｉｋａｒｏｎ Ｖｉｏｌｅｔ〔住友化学工業社製〕、Ｋａｙａｃｒｙｌ Ｂｌａｃｋ、Ｋａｙａｌｏｎ Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ Ｂｌｕｅ、Ｋａｙａｒｏｎ Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ Ｒｅｄ〔日本化薬社製〕等の染料が挙げられる。

また、分散剤、帯電制御剤などの薬剤は分散媒に必要に応じて微量添加してもよい。これらは分散媒に可溶であるならば特に限定されないが、例えば、帯電制御剤としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩などの陰イオン界面活性剤、脂肪族アミン塩およびその４級アンモニウム塩、芳香族４級アンモニウム塩、複素環４級アンモニウム縁などの陽イオン界面活性剤、カルボキシベタイン、スルホベタイン、アミノカルボン酸塩、イミダゾリン誘導体などの両性界面活性剤、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型の非イオン性界面活性剤、金属石鹸、弗素系界面活性剤、反応性界面活性剤、ブロック型ポリマー、グラフト型ポリマー、などが使用できる。

また、分散剤としては、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリジメチルシロキサン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリイソプレン、ポリブテン、スチレンブタジエン共重合体、スチレンイソプレン共重合体、スチレン無水マレイン酸共重合体、弗素高分子、ノルボルネン樹脂、ポリエチレンワックス、各種鹸化度および分子量のポリビニルアルコールやポリビニルピロリドンなどの高分子、燐酸カルシウム、燐酸マグネシウム、燐酸アルミニウム、燐酸亜鉛等の燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、メタ硅酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの無機塩、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、ベントナイト、アルミナ等の無機酸化物やドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、テトラドデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等の界面活性剤、パーフルオロアルキル基含有オリゴマー等の弗素系界面活性剤、等を用いることができる。また、これらはいずれも単独あるいは２種類以上混合して用いても良い。

ところで、本実施の形態おいては、図１に示すように、第２基板中央には略透明な移動規制部材８が突設されており、このように移動規制部材８を第２基板中央に突設することにより、電気泳動粒子９が、既述した図１０の（ｃ）に示す電界強度の弱い弱電界領域１１３に進入しないようにすることができる。なお、この移動規制部材８は、視認性に影響しない略透明なものであれば無機材料、有機材料を問わず使用できる。

ここで、このような移動規制部材８を設けた場合、例えば第１電極２にマイナスの電圧が、また第２電極５にプラスの電圧が印加され、これに伴い第１電極上の電気泳動粒子９が第１電極２と第２電極５の間に形成された電気力線１０に沿って泳動を開始すると、第１電極２を離れた電気泳動粒子９は、特に第１電極中央付近に存在した電気泳動粒子は図２に示すように移動規制部材８に突き当たる。なお、図２では、ひとつの粒子の軌跡を模式的に表示している。

ここで、移動規制部材８に突き当たった電気泳動粒子９は、それ以上電気力線１０に沿って泳動することができないが、弱電界領域１１３に進入しないため、言い換えれば、比較的電界密度の高い領域に引き続き存在するようになるため、電界の作用により移動規制部材８の底面に沿って徐々に第２電極５に向かって移動する。そして、この後、移動規制部材８の端部を通過すると、再び泳動可能な状態になり、電気力線１０に沿って第２電極５に向かって泳動する。

このように、一対の基板１，７のうち一方の基板である第１基板１に第１電極２を設け、他方の基板である第２基板７に略透明な移動規制部材８を設け、空間のうち電界強度の弱い領域への電気泳動粒子９の進入を規制することにより、応答速度の高速化が可能となり、またコントラストの改善を図ることができる。

ところで、第１電極２と第２電極５の間に電圧を印加した際、移動規制部材８の誘電率が高いと、電気力線１０が移動規制部材８の中を通ろうとするため電気力線１０が垂直に近くなり、第１電極２から第２電極５へ泳動する際、移動規制部材底面へ衝突する電気泳動粒子９の数が多くなる。

ここで、このように移動規制部材底面に衝突した場合、電気泳動粒子９の運動が定まらないことから、移動規制部材８に衝突する電気泳動粒子９の数が多くなると、応答速度やコントラストの低下を招くようになる。したがって、移動規制部材８は低誘電率であることが望ましい。さらに、この移動規制部材８の誘電率は絶縁性液体（分散媒）と同等、あるいはそれ以下の低誘電率にするのが好ましい。

そして、このように移動規制部材８を低誘電率材料で形成することにより、形成される電気力線を移動規制部材以外に集中させることができ、応答速度の高速化が可能となり、コントラストも改善される。

なお、このように移動規制部材８を低誘電率とするためには、移動規制部材８を形成するための材料を低誘電率なものにするほか、移動規制部材８を、図３に示すように中空にして内部に低誘電率材料１１を充填するようにすれば良い。なお、内部に充填する低誘電率材料１１は、必ずしも固体でなくとも良く、例えば空気や窒素、アルゴンなど気体、あるいは低誘電率液体を使用することができる。

また、移動規制部材８を低誘電率とするためには、移動規制部材８を低密度材料である、例えば電気泳動粒子９が入り込まない程度の小さい微細な孔が多数ある多孔質材料、あるいは分散媒によって膨潤する材料などで形成しても良い。そして、このような材料を使用することにより、移動規制部材内部に気体あるいは低誘電率の分散媒を含むようになり、その含有割合が高いほど誘電率の低い移動規制部材８が得られる。

また、既述したように第１電極中央部に近くなると、電気力線はほぼ電極面の法線方向に伸びるので、この付近の等電位面は移動規制部材８の底面と平行になる。したがって、移動規制部材底面に電気泳動粒子９が弾性衝突した場合、電気泳動粒子９の電気泳動は停止する。

実際には、完全な弾性衝突ではないので電気泳動粒子９は、衝突後、いずれかに移動するが、この若干の停止が応答速度に影響することから、移動規制部材８の第１電極２に臨む面を、第１電極２に対して平行とならないよう、例えば移動規制部材底面に勾配をつけたり、図４に示すように移動規制部材底面を第１電極側に膨らんだ曲面とすることにより、等電位面と平行な面をなくすことができる。これにより、電気泳動粒子９は移動規制部材８に衝突した後も停止することなく、電気泳動を継続するため応答速度が改善される。

一方、このような移動規制部材８は、既述したように電気泳動粒子９が弱電界領域に進入するのを防ぐために形成されるが、このような移動規制部材８を形成するには、弱電界領域を決定する必要がある。なお、この弱電界領域の決定は、経験的に行っても十分効果的であるが、さらに精度を高めるために、例えば以下のような方法で弱電界領域を決定し、この決定結果に応じて移動規制部材８の形成位置を決定する。

１．電界シミュレーション
実際に使用している部材の誘電率を測定し、電気泳動表示素子の画素の寸法とともに、電界シミュレーションに入力して計算することによって、電界強度分布を可視化することができる。このとき、電界が何Ｖ／ｃｍ以下の領域を弱電界領域と定義することで、弱電界領域の位置が決まる。そして、これに基づき移動規制部材８の位置や寸法を決定すればよい。なお、電界シミュレーションとしては、たとえば日本総研のＪＭＡＧ Ｗｏｒｋｓなどが利用できる。

２．泳動速度の観察
第１電極２と第２電極５間に電圧を印加し、これを交番することで電気泳動粒子９の電気泳動が連続的に起こる。このときの電気泳動粒子９の泳動を顕微鏡にて観察すると、弱電界領域では粒子の泳動速度が遅い。

したがって泳動速度が何ｍｍ／ｓ以下なのかを定義することで、弱電界領域の位置が決まる。これに基づき、移動規制部材８の位置や寸法を決定すればよい。なお、電気泳動粒子９の泳動速度観察には、高速度カメラと画像認識装置を併用するとなお簡便である。

次に、移動規制部材８の形成方法について説明する。

以下、いずれも第２基板７に移動規制部材８を形成する方法について述べる。なお、いずれの方法も説明の都合上、天地を逆にしている。

まず、感光性樹脂を使って移動規制部材８を形成するフォトリソによる形成方法を説明する。

図５の（ａ）に示すように、まず第２基板７の上に感光性樹脂８ａを塗布し、プリベークした後、図５の（ｂ）に示すように移動規制部材領域を決めるためフォトマスク１５を介して紫外線１６による露光を行い、この後、現像を行う。これにより、図５の（ｃ）に示すように移動規制部材８が形成された第２基板が得られる。

次に、インジェクション成型方法、即ち加熱成型による形成方法を説明する。

図６の（ａ）に示すように、予め移動規制部材に相当する窪み１７ａをもった型１７に第２基板７を当てた後、注入孔１８を通して図６の（ｂ）に示すように窪み１７ａに熱可塑性樹脂１９を流し込む。そして、熱可塑性樹脂１９が固まった後、型１７から第２基板７をはがすと、図６の（ｃ）に示すように移動規制部材８が形成された第２基板７が得られる。

次に、エンボス加工による形成方法を説明する。

まず、図７の（ａ）に示すように、インジェクション成型の時と同じように予め移動規制部材に相当する窪み１７ａを備えた型１７を用意し、この型１７の窪み１７ａに熱可塑性樹脂を充填した後、第２基板７をあて、この後、図７の（ｂ）に示すように、他の型１７Ａにより加熱しながら圧力をかけて、移動規制部材に相当する凸形状を第２基板７に形成する。そして、この後、型１７からはずすと、図７の（ｃ）に示すように、移動規制部材８が形成された第２基板７が得られる。

また、既述した図３に示すように移動規制部材８を中空にする場合は、エンボス加工によって第２基板７を凹ませることにより、中空の移動規制部材８を形成するようにしてもよい。この場合は、例えば、図８の（ａ）に示すように、インジェクション成型の時と同じように予め移動規制部材に相当する窪み１７ａをもった型１７に第２基板７を当てた後、図８の（ｂ）に示すように移動規制部材の窪み８ａに相対する位置に凸部が設けられている他の型１７Ｂを第２基板７に押し付け、第２基板７の一部を型１７の窪み１７ａの中に押し込む。

そして、この後、他の型１７Ｂを外すと、図８の（ｃ）に示すように、中空の移動規制部材８が形成された第２基板７が得られる。ここで、このように中空を構成する凹部を備えた第２基板７は、そのまま使ってもよいし、凹部に気体や液体を入れた後、別の基板と合わせて封入して使ってもよい。

なお、電気泳動表示素子は、このような第２基板以外の部分を予め作成しておき、最後に電気泳動粒子と分散媒からなる分散液を注入し、このように作成した移動規制部材付第２基板を搭載して封止することにより、形成される。

以下、本実施の形態を実施例を用いて詳細に説明する。

（実施例１）
本実施例１では、図１に示す構造の電気泳動表示素子を作製した。即ち、水平な第１電極１と、隔壁４に沿って形成された第２電極５を備え、これら各電極１，５はそれぞれ第１及び第２絶縁層３，６で覆われている。なお、第１絶縁層３は白色の反射層も兼ねている。また、内部に黒色の電気泳動粒子９を低誘電率絶縁性液体に分散させた分散液を注入し、第２基板７を乗せて封止している。そして、この第２基板中央には矩形状の移動規制部材８が突設されている。

次に、このような電気泳動表示素子の作成方法を説明する。

まず、第１基板１としてガラス基板を用い、この第１基板上に第１電極２を形成した。なお、この第１電極１はアルミ電極を０．１ミクロンの厚みにスパッタ蒸着し、所望の形状にエッチングしてパターニングした。次に、第１絶縁層３として、酸化チタンを混合したアクリル樹脂を塗布し２００℃で固化した。

続いて第１絶縁層上に高さ２０ミクロン、幅５ミクロンの隔壁４を、感光性エポキシ樹脂により形成し、さらに隔壁４の上から全体にアルミ電極をスパッタ蒸着し、隔壁側面を残してエッチングして第２電極５とした。続いて透明なアクリル樹脂を第２電極５に塗布して第２絶縁層６とした。

一方、第２基板７としてガラス基板を用い、第２基板上の、第１電極２に対向する位置にアクリル樹脂で移動規制部材８を形成した。そして、先に作成した第１基板１及び隔壁等からなる凹部に電気泳動分散液を注入し、この後、移動規制部材８を設けた第２基板７を搭載した後、封止して電気泳動表示素子を作成した。

なお、電気泳動分散液は、以下のように作成した。

まず電気泳動粒子９としては、スチレン樹脂に対しカーボンブラックを１０重量％混練したものをジェットミルで粉砕し、直径３ミクロン前後の黒色粒子を分取した。そして、イソパラフィン系炭化水素であるアイソパーＨ（エクソン社製）を分散媒とし、これに対して、この電気泳動粒子を２重量％加える一方、分散剤兼帯電制御剤としてコハク酸ポリイミドの１種であるＯＬＯＡ−１２００（シェブロンオロナイト社製）を０．５重量％添加した後、数時間攪拌して電気泳動分散液を作成した。なお、大塚電子製のゼータ電位測定装置で、電気泳動粒子９のゼータ電位を測定したところ、平均−５０ｍＶが得られた。

続いて、このように作製した電気泳動表示素子を用いて、応答速度ならびにコントラストの確認を行った。なお、このとき第２電極５を０Ｖの共通電極とし、第１電極２に電圧±２０Ｖ、周波数１Ｈｚの矩形波を印加した。

ここで、本実施例で作製した電気泳動粒子９は負極性に帯電しているため、第１電極２に＋２０Ｖの電圧を印加した場合には、図１の（ａ）に示すように第１電極上に速やかに移動した。このとき、第２基板７の法線方向上部から観察すると、電気泳動粒子９の黒色の表示を示した。このときの反射率は３％であった。

また第１電極に−２０Ｖの電圧を印加した場合には、電気泳動粒子９は図１の（ｂ）に示すように第２電極上に速やかに移動した。このとき、第２基板７の法線方向上部から観察すると、第１絶縁層３の白色の表示を示した。このときの反射率は４２％であった。

図１の（ａ）の状態を反射率０％、図１の（ｂ）の状態を反射率１００％として規格化した反射率１０％から９０％に変化する時間を応答速度と定義して測定したところ、応答速度としては３５ミリ秒という値が得られた。また１００ミリ秒後の反射率は４０％、コントラストは１３が得られた。

（実施例２）
本実施例２では、図３に示す構造の電気泳動表示素子を作製した。即ち、水平な第１電極２と、隔壁４に沿って形成された第２電極５を備え、これら各電極１，５はそれぞれ第１及び第２絶縁層３，６で覆われている。なお、第１絶縁層３は白色の反射層も兼ねている。また、内部に黒色の電気泳動粒子９を低誘電率絶縁性液体に分散させた分散液を注入し、第２基板７を乗せて封止している。そして、この第２基板中央には中空、即ち気体が入った移動規制部材８が設けられている。

次に、このような電気泳動表示素子の作成方法を説明する。

まず、第１基板１としてガラス基板を用い、この第１基板上に第１電極２を形成した。なお、この第１電極１はアルミ電極を０．１ミクロンの厚みにスパッタ蒸着し、所望の形状にエッチングしてパターニングした。次に、第１絶縁層３として、酸化チタンを混合したアクリル樹脂を塗布し２００℃で固化した。

続いて第１絶縁層上に高さ２０ミクロン、幅５ミクロンの隔壁４を、感光性エポキシ樹脂により形成し、さらに隔壁４の上から全体にアルミ電極をスパッタ蒸着し、隔壁側面を残してエッチングして第２電極５とした。続いて透明なアクリル樹脂を第２電極５に塗布して第２絶縁層６とした。

一方、第２基板としてＰＥＴフィルムを用い、第２基板上の、第１電極２に対向する位置に移動規制部材となる凸形状が形成されるよう、金型を使ってエンボスを形成した。そして、先に作成した第１基板１及び隔壁等からなる凹部に電気泳動分散液を注入し、移動規制部材８を設けた第２基板７を搭載し、封止して電気泳動表示素子を作成した。さらに、第２基板７の上に平らなＰＥＴフィルムをラミネートした。

なお、電気泳動分散液は、以下のように作成した。

まず電気泳動粒子９としては、スチレン樹脂に対しカーボンブラックを１０重量％混練したものを、ジェットミルで粉砕し、直径３ミクロン前後の黒色粒子を分取した。そして、イソパラフィン系炭化水素であるアイソパーＨ（エクソン社製）を分散媒とし、これに対して、この電気泳動粒子を２重量％加える一方、分散剤兼帯電制御剤として、コハク酸ポリイミドの１種であるＯＬＯＡ−１２００（シェブロンオロナイト社製）を０．５重量％添加した後、数時間攪拌して電気泳動分散液を作成した。なお、大塚電子製のゼータ電位測定装置で、電気泳動粒子９のゼータ電位を測定したところ平均−５０ｍＶが得られた。

続いて、このように作製した電気泳動表示素子を用いて、応答速度ならびにコントラストの確認を行った。なお、このとき第２電極５を０Ｖの共通電極とし、第１電極２に電圧±２０Ｖ、周波数１Ｈｚの矩形波を印加した。

ここで、本実施例で作製した電気泳動粒子３は負極性に帯電しているため、第１電極２に＋２０Ｖの電圧を印加した場合には、図３の（ａ）に示すように第１電極上に速やかに移動した。このとき、第２基板７の法線方向上部から観察すると電気泳動粒子９の黒色の表示を示した。このときの反射率は３％であった。

また、第１電極２に−２０Ｖの電圧を印加した場合には、電気泳動粒子９は図３の（ｂ）に示すように第２電極上に速やかに移動した。このとき、第２基板の法線方向上部から観察すると第１絶縁層３の白色の表示を示した。このときの反射率は４２％であった。

図３の（ａ）の状態を反射率０％、図３の（ｂ）の状態を反射率１００％として規格化した反射率１０％から９０％に変化する時間を応答速度と定義して測定したところ、応答速度としては２８ミリ秒という値が得られた。また１００ミリ秒後の反射率は３６％、コントラストは１２が得られた。

（実施例３）
本実施例３では、図９に示す構造の電気泳動表示素子を作製した。即ち、水平な第１電極２と、隔壁４に沿って形成された第２電極５を備え、これら各電極１，５はそれぞれ第１及び第２絶縁層３，６で覆われている。なお、第１絶縁層３は白色の反射層も兼ねている。また、内部に黒色の電気泳動粒子９を低誘電率絶縁性液体に分散させた分散液を注入し、第２基板７を乗せて封止している。そして、この第２基板中央には中空の移動規制部材が設けられている。

次に、このような電気泳動表示素子の作成方法を説明する。

まず、第１基板１としてガラス基板を用い、この第１基板上に第１電極２を形成した。なお、第１電極１としてアルミ電極を０．１ミクロンの厚みにスパッタ蒸着し、所望の形状にエッチングしてパターニングした。次に、第１絶縁層３として、酸化チタンを混合したアクリル樹脂を塗布し２００℃で固化した。

続いて第１絶縁層上に高さ２０ミクロン、幅５ミクロンの隔壁４を、感光性エポキシ樹脂により形成し、さらに隔壁４の上から全体にアルミ電極をスパッタ蒸着し、隔壁側面を残してエッチングして第２電極５とした。続いて透明なアクリル樹脂を第２電極５に塗布して第２絶縁層６とした。

一方、第２基板としてＰＥＴフィルムを用い、第２基板上の、第１電極２に対向させる位置に移動規制部材となる凸形状が形成されるよう、金型を使ってエンボスを形成した。そして、エンボスを設けた第２基板７は、もう１枚の平らなＰＥＴフィルムと、低誘電率液体１２としてアイソパーＨ（エクソン社製）を間に入れてラミネートした。ちょうど移動規制部材の内部をアイソパーＨで満たした。この後、先に作成した第１基板１および隔壁４等からなる凹部に、電気泳動分散液を注入し、移動規制部材を設けた第２基板を搭載し、封止して、電気泳動表示素子を作成した。

なお、電気泳動分散液は、以下のように作成した。

まず電気泳動粒子９としては、スチレン樹脂に対しカーボンブラックを１０重量％混練したものを、ジェットミルで粉砕し、直径３ミクロン前後の黒色粒子を分取した。そして、イソパラフィン系炭化水素であるアイソパーＨ（エクソン社製）を分散媒とし、これに対して、この電気泳動粒子を２重量％加える一方、分散剤兼帯電制御剤として、コハク酸ポリイミドの１種であるＯＬＯＡ−１２００（シェブロンオロナイト社製）を０．５重量％添加した後、数時間攪拌して電気泳動分散液を作成した。なお、大塚電子製のゼータ電位測定装置で、電気泳動粒子９のゼータ電位を測定したところ平均−５０ｍＶが得られた。

続いて、このように作製した電気泳動表示素子を用いて、応答速度ならびにコントラストの確認を行った。なお、このとき第２電極を０Ｖの共通電極とし、第１電極に電圧±２０Ｖ、周波数１Ｈｚの矩形波を印加した。

ここで、本実施例で作製した電気泳動粒子９は負極性に帯電しているため、第１電極２に＋２０Ｖの電圧を印加した場合には、図９の（ａ）に示すように第１電極上に速やかに移動した。このとき、第２基板７の法線方向上部から観察すると電気泳動粒子９の黒色の表示を示した。このときの反射率は３％であった。

また、第１電極２に−２０Ｖの電圧を印加した場合には、電気泳動粒子９は図９の（ｂ）に示すように第２電極上に速やかに移動した。このとき、第２基板７の法線方向上部から観察すると第１絶縁層３の白色の表示を示した。このときの反射率は４２％であった。

図９の（ａ）の状態を反射率０％、図９の（ｂ）の状態を反射率１００％として規格化した反射率１０％から９０％に変化する時間を応答速度と定義して測定したところ、応答速度としては３０ミリ秒という値が得られた。また１００ミリ秒後の反射率は４０％、コントラストは１３が得られた。

（実施例４）
本実施例では、図４に示す構造の電気泳動表示素子を作製した。即ち、水平な第１電極２と、隔壁４に沿って作られた第２電極を備え、これら各電極１，５はそれぞれ第１及び第２絶縁層３，６で覆われている。なお、第１絶縁層３は白色の反射層も兼ねている。また、内部に黒色の電気泳動粒子９を低誘電率絶縁性液体に分散させた分散液を注入し、第２基板７を乗せて封止している。そして、この第２基板中央には中空の移動規制部材が設けられている。

次に、このような電気泳動表示素子の作成方法を説明する。

まず、第１基板１としてガラス基板を用い、この第１基板上に第１電極２を形成した。なお、第１電極１としてアルミ電極を０．１ミクロンの厚みにスパッタ蒸着し、所望の形状にエッチングしてパターニングした。次に、第１絶縁層３として、酸化チタンを混合したアクリル樹脂を塗布し２００℃で固化した。

続いて第１絶縁層上に高さ２０ミクロン、幅５ミクロンの隔壁４を、感光性エポキシ樹脂により形成し、さらに隔壁４の上から全体にアルミ電極をスパッタ蒸着し、隔壁側面を残してエッチングして第２電極５とした。続いて透明なアクリル樹脂を第２電極５に塗布して第２絶縁層とした。

一方、第２基板７としてガラスを用い、第２基板上の、第１電極２に対向させる位置にＴＭＲ−Ｐ１０レジスト（東京応化社製）で移動規制部材となる矩形形状を形成した。続いて２００℃にて熱処理を行い、矩形形状からドーム型の形状に変化させた。そして、先に作成した第１基板１および隔壁４等からなる凹部に電気泳動分散液を注入し、移動規制部材を設けた第２基板７を搭載し、封止して、電気泳動表示素子を作成した。

なお、電気泳動分散液は、以下のように作成した。

まず電気泳動粒子９としては、スチレン樹脂に対しカーボンブラックを１０重量％混練したものを、ジェットミルで粉砕し、直径３ミクロン前後の黒色粒子を分取した。そして、イソパラフィン系炭化水素であるアイソパーＨ（エクソン社製）を分散媒とし、これに対して前述の電気泳動粒子を２重量％加える一方、分散剤兼帯電制御剤として、コハク酸ポリイミドの１種であるＯＬＯＡ−１２００（シェブロンオロナイト社製）を０．５重量％添加した後、数時間攪拌して電気泳動分散液を作成した。なお、大塚電子製のゼータ電位測定装置で、電気泳動粒子のゼータ電位を測定したところ、平均−５０ｍＶが得られた。

続いて、このように作製した電気泳動表示素子を用いて、応答速度ならびにコントラストの確認を行った。なお、このとき第２電極を０Ｖの共通電極とし、第１電極に電圧±２０Ｖ、周波数１Ｈｚの矩形波を印加した。

ここで、本実施例で作製した電気泳動粒子９は負極性に帯電しているため、第１電極２に＋２０Ｖの電圧を印加した場合には、図４の（ａ）に示すように第１電極上に速やかに移動した。このとき、第２基板７の法線方向上部から観察すると電気泳動粒子９の黒色の表示を示した。このときの反射率は３％であった。

また、第１電極２に−２０Ｖの電圧を印加した場合には、電気泳動粒子９は図４の（ｂ）に示すように第２電極上に速やかに移動した。このとき、第２基板７の法線方向上部から観察すると第１絶縁層３の白色の表示を示した。このときの反射率は４２％であった。

図４の（ａ）の状態を反射率０％、図４の（ｂ）の状態を反射率１００％として規格化した反射率１０％から９０％に変化する時間を応答速度と定義して測定したところ、応答速度として２８ミリ秒という値が得られた。また、１００ミリ秒後の反射率は４１％、コントラストは１３が得られた。

次に、比較例について説明する。

本比較例では、実施例１に示した構成と同一で、移動規制部材のない電気泳動表示素子を作製し、応答速度ならびにコントラストの確認を行った。なお、このとき第２電極を０Ｖの共通電極とし、第１電極に電圧±２０Ｖ、周波数１Ｈｚの矩形波を印加した。

ここで、本比較例で作製した電気泳動粒子は負極性に帯電しているため、第１電極に＋２０Ｖの電圧を印加した場合には、電気泳動粒子９は第１電極上に移動した。このとき第２基板の法線方向上部から観察すると電気泳動粒子の黒色の表示を示した。このときの反射率は飽和状態で５％であった。

また、第１電極に−２０Ｖの電圧を印加した場合には、電気泳動粒子は第２電極上に移動したが反射率が飽和するのが遅かった。このとき、第２基板の法線方向上部から観察すると第１絶縁層の白色の表示ではなくグレーを示した。このときの反射率は２４％であった。

黒表示の状態を反射率０％、白表示の状態を反射率１００％として規格化した反射率１０％から９０％に変化する時間を応答速度と定義して測定したところ、応答速度として５５０ミリ秒という値が得られた。また、１００ミリ秒後の反射率は２０％、コントラストは４が得られた。

本発明の実施の形態に係る電気泳動表示素子の概略構成及び表示動作を説明する図。 上記電気泳動表示素子の電圧印加時における第１電極中央付近に存在した電気泳動粒子の軌跡を模式的に示した図。 上記電気泳動表示素子に設けられた移動規制部材の他の構成及び表示動作を説明する図。 上記電気泳動表示素子に設けられた移動規制部材の他の構成及び表示動作を説明する図。 上記移動規制部材の形成方法の一例を示す図。 上記移動規制部材の形成方法の他の例を示す図。 上記移動規制部材の形成方法の他の例を示す図。 上記移動規制部材の形成方法の他の例を示す図。 本発明の実施例３で作成された電気泳動表示素子の概略構成及び表示動作を説明する図。 従来の電気泳動表示素子の概略構成及び表示動作を説明する図。

符号の説明

１ 第１基板
２ 第１電極
３ 第１絶縁層
４ 隔壁
５ 第２電極
６ 第２絶縁層
７ 第２基板
８ 移動規制部材
８ａ 感光性樹脂
９ 電気泳動粒子
１０ 電気力線
１１ 気体
１２ 液体
１３ 弱電界領域
１４ 分散層
１５ フォトマスク
１６ 紫外線
１７ 型
１７Ａ 型
１７Ｂ 型
１９ 熱可塑性樹脂

Claims (10)

1. 所定間隙を開けた状態に配置される一対の基板と、前記一対の基板の間隙に配置された隔壁部材と、前記一対の基板と前記隔壁部材とに囲まれた空間に配置された帯電粒子と、前記間隙に面して配置された第１電極及び第２電極とを備え、前記第１電極及び第２電極の間に生じる電界により前記帯電粒子の分布を変化させて表示を行う電気泳動表示素子において、
   前記第１電極を前記一対の基板のうちの一方の基板に設け、前記一対の基板のうちの他方の基板に、前記空間のうち電界強度の弱い領域への前記帯電粒子の進入を規制する略透明な移動規制部材を突設することを特徴とする電気泳動表示素子。
2. 前記空間の電界強度の弱い領域は前記帯電粒子の移動速度により決定され、前記移動規制部材は前記帯電粒子の移動速度により決定された電界強度の弱い領域に設けられ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. 前記空間の電界強度の弱い領域は、前記空間の寸法と前記移動規制部材の誘電率から計算された等電位線によって決定され、前記移動規制部材は前記計算された等電位線によって決定された電界強度の弱い領域に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の電気泳動表示素子。
4. 前記移動規制部材の前記第１電極に臨む面を、前記第１電極に対して平行とならないように形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気泳動表示素子。
5. 前記一対の基板と前記隔壁部材とに囲まれた空間に前記帯電粒子を分散させる分散媒を充填すると共に、前記移動規制部材の誘電率を前記分散媒と同じ、あるいはそれ以下とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気泳動表示素子。
6. 前記移動規制部材の誘電率を前記分散媒と同じ、あるいはそれ以下とするよう前記移動規制部材に中空部を設け、前記中空部に低誘電率材料を充填することを特徴とする請求項５記載の電気泳動表示素子。
7. 前記中空部に充填する低誘電率材料は気体、あるいは液体であることを特徴とする請求項６記載の電気泳動表示素子。
8. 前記移動規制部材は感光性樹脂によって作成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気泳動表示素子。
9. 前記移動規制部材は加熱成型によって作成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気泳動表示素子。
10. 前記移動規制部材は型冶具に押し当てる成型によって作成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気泳動表示素子。
    

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