JP2007140533A - 電気泳動表示装置と電気泳動表示装置の駆動方法 - Google Patents

電気泳動表示装置と電気泳動表示装置の駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】柔軟性(flexibility)に優れた電気泳動表示装置を提供する。
【解決手段】本発明は電気泳動表示装置とその製造方法に関する。 本発明による電気泳動表示装置は、第1電極が形成されている第1基板と;前記第1基板と対向し、第2電極が形成されている第2基板と;前記第1電極と前記第2電極との間に位置し、流体と荷電粒子が位置する複数の空間部と;前記各空間部を仕切るゲル部材とを含むことを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は電気泳動表示装置とその製造方法に関する。
電気泳動表示装置は、電子本に用いられている平板表示装置の一つであって、電極が形成されている両基板と、両基板の間に形成されている荷電粒子とを含む。電気泳動表示装置は、対向する二つの電極に電圧を印加して荷電粒子を反対極性の電極に移動させることで画像を表示する。
このような電気泳動表示装置は、反射率(reflectivity)とコントラスト比(contrast)が高く、液晶表示装置とは異なって視野角(viewing angle)に対する依存性がないため、紙のように柔軟性のある媒体に画像を表示することができるという長所を持っている。また、双安定(bistable)の特性を有していて持続的な電圧の印加なしに画像を維持することができるので、消費電力が小さい。また、液晶表示装置と異なって偏光板、配向膜、液晶などが必要でないので、価格競争力の側面でもよほど有利な長所を持っている。
しかし、電気泳動表示装置は、柔軟性が十分でないという問題がある。
特開2004-524570号公報
そこで、本発明の目的は、柔軟性に優れた電気泳動表示装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、柔軟性に優れた電気泳動表示装置の製造方法を提供することである。
上記の目的は、第1電極が形成されている第1基板と;前記第1基板と対向し、第2電極が形成されている第2基板と;前記第1電極と前記第2電極との間に位置し、流体と荷電粒子が位置する複数の空間部と;前記各空間部を仕切るゲル部材とを含む電気泳動表示装置によって達成される。
ゲル部材は、従来の隔壁に比べて柔軟性に優れているため、電気泳動表示装置の柔軟性を増加させる。このため、電気泳動表示装置が損傷を受けた場合に、内部の流体及び荷電粒子の遺失を減少させることができる。また、固体状態のゲル部材が第1基板と第2基板との間のセルギャップ(cell gap)を維持させるので、別途のスペーサー(spacer)が不要である。
前記複数の空間部のうちの少なくとも一部は、前記第1基板及び前記第2基板のうちの少なくともいずれか一つと接することが好ましい。
前記複数の空間部のうちの少なくとも一部は、前記第1基板の板面に垂直した方向に延長されていることが好ましい。
前記複数の空間部のうちの少なくとも一部は、前記ゲル部材によって取り囲まれていることが好ましい。
前記複数の空間部の平均直径は、前記荷電粒子の平均直径より100倍〜10000倍大きいことが好ましい。空間部の大きさがこのように規定することで、荷電粒子が自由に上下移動することができる。
前記複数の空間部の平均直径は、10μm〜100μmであることが好ましい。
前記ゲル部材は、無機物からなることが好ましい。
前記ゲル部材は、シリカからなることが好ましい。
前記荷電粒子は、前記第1電極と前記第2電極との間に形成される電界によって上下運動することが好ましい。
前記荷電粒子は、白色サブ粒子を含むことが好ましい。
前記荷電粒子は、互いに異なる極性を有する白色サブ粒子と黒色サブ粒子とを含むことが好ましい。荷電粒子は、画素電極と共通電極との間に形成される電界によって上下運動しながら反射する光の量を調節するようになる。白色サブ粒子と黒色サブ粒子とは互いに異なる極性に荷電されているため、互いに反対方向に運動する。例えば、白色サブ粒子が上部に、黒色サブ粒子が下部に移動すれば、白色を表示するようになる。反対に、白色サブ粒子が下部に、黒色サブ粒子が上部に移動すれば、黒色を表示するようになる。
また、荷電粒子として黒色粒子一つだけが存在する場合には、荷電粒子が上昇すれば黒色が表示され、荷電粒子が下降すれば白色が表示される。
前記第1基板は、絶縁基板と前記絶縁基板上に形成されている薄膜トランジスタとを含み、前記第1電極は前記薄膜トランジスタに接続されていることが好ましい。
前記第1電極は複数個で備えられ、前記複数の空間部のうちの少なくとも一部は、少なくとも 2つ以上の前記第1電極と重畳することが好ましい。同一の空間部内にある荷電粒子も下部に位置した画素電極が異なれば、互いに異なる運動を行う。空間部と画素電極とが一対一に対応はしないが、荷電粒子の動きは画素電極別に制御されて所望の画面を形成することができる。
前記第1電極は複数個で備えられ、前記第1電極のうちの少なくとも一部は、少なくとも2つ以上の前記空間部と重畳することが好ましい。
前記第1基板と前記第2基板のうちの少なくともいずれか一つは、プラスチック絶縁基板を含むことが好ましい。
前記流体は、透明な有機溶液であることが好ましい。
前記ゲル部材の体積は、前記空間部体積の20%〜100%であることが好ましい。ゲル部材の体積が空間部の体積の20%以下であれば、ゲル部材の強度が弱くなる問題がある。反対に、ゲル部材の体積が空間部の体積の100%より大きければ、空間部が減少して解像度が下がるようになる。
前記本発明の他の目的は、第1電極が形成されている第1基板を備える段階と;前記第1電極上に複数の空間部を有しているフィルム状のゲル部材を付着する段階と;前記空間部に流体と荷電粒子を注入する段階と;前記ゲル部材上に第2電極が形成されている第2基板を付着する段階とを含む電気泳動表示装置の製造方法によって達成されることができる。
本発明によれば、柔軟性に優れた電気泳動表示装置が提供される。
また、柔軟性に優れた電気泳動表示装置の製造方法が提供される。
以下、添付された図面を参照して、本発明についてさらに詳細に説明する。
詳細な説明に先立って、いろいろな実施形態において同一の構成要素には同一の参照番号を付けた。また、同一の構成要素については第1実施形態で代表的に説明し、他の実施形態では説明しないこともある。
先に、図1を参照して本発明の実施形態による電気泳動表示装置の駆動原理を説明する。
図1は本発明の実施形態による電気泳動表示装置の駆動原理を概略的に示した図面である。
図1に示すように、本発明の実施形態による電気泳動表示装置は電界を形成するための一対の電極10、20を含む。一対の電極10、20のうちのいずれか一つは画素電極となり、他の一つは共通電極となる。一対の電極10、20は、電源部30の印加する電圧によって電位差を形成する。両基板の間には流体40と流体40に分散している荷電粒子50とが位置する。荷電粒子50は陽性(positive)または陰性(negative)を帯びており、黒色と白色のうちのいずれか一色相を持っている。
このような本発明の実施形態による電気泳動表示装置の対向する二つの電極10、20に電圧を印加して電極10、20の両端に電位差+、−を形成すれば、荷電粒子50が反対極性の電極10、20に上下移動する。観察者は、外部から入射して荷電粒子50で反射した光を認識するようになる。荷電粒子50が観察者に近い上部に移動すれば、観察者は荷電粒子50の色相を強く認識し、荷電粒子50が下部に移動すれば、観察者は荷電粒子50の色相の認識力が弱くなる。
荷電粒子50の移動は電気泳動によるものであり、電気泳動とは、表面電荷を帯びる粒子が電場の中で反対の電荷を帯びる電極の方に移動する現象である。電気泳動は、電磁気的現象ではないコロイド科学(colloidal science)と流体力学(fluid mechanics)の観点で解釈しなければならない現象である。
本発明の第1実施形態による電気泳動表示装置について、図2及び図3を参照して説明する。図2は本発明の第1実施形態による電気泳動表示装置の断面図であり、図3は本発明の第1実施形態による電気泳動表示装置の分解斜視図である。
電気泳動表示装置1は、互いに対向する第1基板100と第2基板200、そして両基板100、200の間に位置するゲル部材350を含む。ゲル部材350は空間部310を仕切っており、空間部310には流体321と流体321に分散している荷電粒子331、332とが位置する。
まず、第1基板100を見れば、第1絶縁基板110上にゲート電極121が形成されている。ゲート電極121は、比抵抗(resistivity)が低い銀(Ag)または銀合金(Ag alloy)、或いはアルミニウム(Al)またはアルミニウム合金(Al alloy)からなる単一膜で構成されることもでき、このような単一膜に加えて物理的特性と電気的特性と接触特性の良いクロム(Cr)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)などの物質からなる他の膜を含む多層膜で構成されることもできる。
第1絶縁基板110上には窒化ケイ素(SiNx)などからなるゲート絶縁膜131がゲート電極121を覆っている。
ゲート電極121のゲート絶縁膜131の上部には非晶質シリコンなどの半導体からなる半導体層132が形成されており、半導体層132の上部にはシリサイドまたはn型不純物が高濃度にドーピングされているn+水素化非晶質シリコンなどの物質からなる抵抗接触層133が形成されている。抵抗接触層133はゲート電極122を中心として2部分に分かれている。
抵抗接触層133及びゲート絶縁膜131上にはデータ配線141、142が形成されている。データ配線141、142は比抵抗の低い銀またはアルミニウムなどからなることができ、ゲート電極121のように他の物質との接触特性に優れた導電物質を含むことができる。データ配線141、142は、抵抗接触層133の上部に延長されているソース電極141、ソース電極141と分離されていて、ゲート電極121を中心としてソース電極141の反対側抵抗接触層133の上部に形成されているドレイン電極142を含む。
データ配線141、142及びこれらが覆わない半導体層132の上部には、窒化ケイ素、PECVD方法によって蒸着されたa−Si:C:O膜またはa−Si:O:F膜、及びアクリル系有機絶縁膜などからなる保護膜151が形成されている。保護膜151にはドレイン電極142を露出する接触孔152が形成されている。
保護膜151の上部には画素電極161が形成されている。画素電極161は、通常、ITO(indium tin oxide)またはIZO(indium zinc oxide)などの透明な導電物質からなる。
薄膜トランジスタTに接続されている各画素電極161は、図3に示すように第1基板100 上に規則的に配置されている。
第2基板200を見れば、第2絶縁基板210上に共通電極220が形成されている。
共通電極220は、通常、ITOまたはIZOなどの透明な導電物質からなっている。共通電極220は第2絶縁基板210に全面的に形成されており、画素電極161と共に陽性または陰性を帯びた荷電粒子331、332を駆動するための電界を形成する。
ここで、第1絶縁基板110と第2絶縁基板210のうちの少なくともいずれか一つは透明であり、第1絶縁基板110と第2絶縁基板210のうちの少なくともいずれか一つはプラスチックからなることができる。プラスチックの種類としては、ポリカーボン(polycarboc)、ポリイミド(polyimide)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリアリレート(PAR)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などが可能である。絶縁基板110、210としてプラスチック基板を用いれば、電気泳動表示装置1を軽くて薄く、また、フレキシブルに製造することができる。
第1基板100と第2基板200の間には空間部310を仕切るゲル部材350が位置し、空間部310には流体321と荷電粒子331、332が位置している。
流体321は、荷電粒子331、332の高い移動度のために粘度が低く、化学反応を抑制するために誘電定数も低いことが好ましい。流体321は、また、反射輝度の確保のために透明な有機溶媒が好ましい。流体層321の例としては、デカハイドロナフタレン、5-エチリデン-2-ノルボルネン、脂肪油、パラピン油などのハイドロカーボン;トルエン、キシレン、フェニルキシリルエタン、ドデシルベンゼン及びアルキルナフタレンなどの芳香族ハイドロカーボン;パーフルオロデカリン、パーフルオロトルエン、パーフルオロキシレン、ジクロロベンゾトリフルオライド、3、4、5-トリクロロベンゾトリフルオライド、クロロペンタフルオル-ベンゼン、ジクロロノナン、ペンタクロロベンゼンなどのハロゲン化溶媒などがある。
流体321に分散されている荷電粒子331、332は、白色サブ粒子331と黒色サブ粒子332とを含む。白色サブ粒子331と黒色サブ粒子332とは互いに異なる極性に荷電されているため、互いに反対方向に運動する。白色サブ粒子331は酸化チタン(TiO2)またはシリカ(SiO2)からなることができる。黒色サブ粒子332はカーボンブラック(carbon black)で作られるか、またはチタン(TiO2)またはシリカ(SiO2)に黒色顔料を着色して作られることができる。
荷電粒子331、332は、画素電極161と共通電極220との間に形成される電界によって上下運動しながら反射する光の量を調節するようになる。例えば、白色サブ粒子331が上部に、黒色サブ粒子332が下部に移動すれば、白色を表示するようになる。反対に、白色サブ粒子331が下部に、黒色サブ粒子332が上部に移動すれば、黒色を表示するようになる。単一の画素電極161がグレーを表現することができることは勿論である。
荷電粒子331、332は固有電荷を表すこともでき、電荷調節剤(charge control agent)を利用して明示的に荷電されることもでき、溶媒に浮遊しながら電荷を得ることができる。電荷調節剤は、ポリマーであるかまたは非ポリマーであることもでき、イオン性であるかまたは非イオン性であることもでき、ソディウムドデシルベンゼンスルホネート、金属せっけん、ポリブテンスクシンイミド、マレイン酸無水物コーポリマー、ビニルピリジンコーポリマー、ビニルピロリドンコーポリマー、アクリル(メタクリル)酸コーポリマーなどが可能である。
流体層321に分散されている荷電粒子331、332、電荷調節剤などの粒子は、相互間にコロイダル安底性(colloidal stability)を満足させなければならない。これは、粒子の大きさと表面電荷を調節して達成することができる。
ゲル部材350は空間部310を区画する。ゲル部材350は、図3に示すように、ポアー(pore)、つまり、空間部310が散布されているフィルム状を有している。ゲル部材350は透明であるものが好ましい。
ゲルは、コロイド溶液(ゾル)が一定の濃度以上に濃くなって丈夫な網状組職が形成されて固まったものである。ゲル部材としては、無機物、シリカなどが用いられ、寒天、シリカゲルなどがその例である。これらは、コロイド粒子の網状組職の間に溶媒の水などが入って固くなったものであり、再び温度を上げれば、分子運動やその外の原因により組職が破壊されてまた流動性液体となる。網状組職の間に水が入っているゲルをヒドロゲルと言い、ゲルの網状組職の間から溶媒が除去されて空気が入った形状の多孔性ゲルをキセロゲルと言う。硅藻土、酸性白土などがその例である。
また、空間部310について説明する。
空間部310は、第1基板100と第2基板200との間で各基板100、200の平面に対して垂直な方向に延長されている。空間部310の大きさは、nm単位の荷電粒子331、332が自由に上下移動するように荷電粒子331、332より充分に大きいことが好ましい。このために、空間部310の平均直径d1は10μm〜100μmであり、荷電粒子331、332の平均直径の100倍〜10000倍であり得る。
空間部310は、第1基板100の画素電極161と第2基板200の共通電極220に直接接触している。空間部310のうちの一部は一つの画素電極161と重畳しているが、一部の空間部310は2つ以上の画素電極161と重畳している。また、画素電極161のうちの一部は2つ以上の空間部310と重畳している。同一の空間部310内にある荷電粒子331、332も下部に位置した画素電極161が異なれば、互いに異なる運動を行う。空間部310と画素電極161とが一対一に対応はしないが、荷電粒子331、332の動きは画素電極161別に制御されて所望の画面を形成することができる。
第1基板100と第2基板200との間でゲル部材350が占める体積は、空間部310の体積の20%〜100%の間であり得る。ゲル部材350の体積が空間部310の体積の20%以下であれば、ゲル部材350の強度が弱くなる問題がある。反対に、ゲル部材350の体積が空間部310の体積の100%より大きければ、空間部310が減少して解像度が下がるようになる。
以上で説明した電気泳動表示装置1は、空間部310の仕切りのためにゲル部材350を用いる。ゲル部材350は、従来の隔壁に比べて柔軟性に優れているため、電気泳動表示装置1の柔軟性を増加させる。このため、電気泳動表示装置1が損傷された場合に流体321及び荷電粒子331、332の遺失を減少させることができる。また、第1絶縁基板及び第2絶縁基板210のいずれかがプラスチックからなる場合には、さらに電気泳動表示装置の柔軟性を高めることができる。
また、固体状態のゲル部材350が第1基板100と第2基板200との間のセルギャップ(cell gap)を維持させるので、別途のスペーサー(spacer)が必要でない。ゲル部材350の高さhは、数μm〜数十μmであり得る。
電気泳動表示装置1の応答速度(response time)は、ゲル部材350の厚さと各電極161、220に印加される電圧を調整して制御することができる。
第1実施形態による電気泳動表示装置の製造方法について、図4を参照して説明する。
先に、画素電極161が形成されている第1基板100を備える(S410)。第1基板100は、薄膜トランジスタTとこれに接続されている画素電極161とからなっており、これは公知の方法によって製造でき、説明は省略する。
次いで、画素電極161上にゲル部材350を付着する(S420)。ゲル部材350はフィルム状であって、画素電極161上にラミネートさせて固定させる。ゲル部材350にはポアー、つまり、空間部310がランダムに分布しており、空間部310はゲル部材350の厚さ方向に形成されている。
次に、ゲル部材350の空間部310に流体321と荷電粒子331、332を注入する(S430)。この段階は、例えば、荷電粒子331、332が分散されている流体321にゲル部材350を一部または全部沈澱させて行われることができる。この時、荷電粒子331、332を含む流体321は毛細管現象などによって空間部310に注入される。
最後に、ゲル部材350上に共通電極220が形成された第2基板200を付着すれば、図2のような電気泳動表示装置1が完成される(S430)。
第1基板100と第2基板200を固定するために、別途のシーラントなどを用いることも可能である。
実施形態とは異なって、ゲル部材350は、空間部310に流体321と荷電粒子331、332のうちの少なくともいずれか一つが注入された状態で画素電極161上に付着されることもできる。また、ゲル部材350は第2基板200に先に付着され、次いで第1基板100と結合されることもできる。
本発明の第2実施形態による電気泳動表示装置について、図5を参照して説明する。第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
第1基板100は画素電極161上に形成された第1シーリング/接着層171をさらに含み、第2基板200は、第2絶縁基板210、共通電極220の他に流体321及びゲル部材350に接触する第2シーリング/接着層230をさらに含む。シーリング/接着層171、230はゲル部材350と接着され、一つの空間部310の荷電粒子332が他の空間部310に移動することを防止する。シーリング/接着層171、230は高分子系物質であり得る。
製造過程でシーリング/接着層171、230は、ゲル部材350の両面に付着された後、第1基板100または第2基板200に付着されることができる。これとは反対に、シーリング/接着層171、230はそれぞれ第1基板100と第2基板200に付着された状態でゲル部材350と接触することもできる。
第1実施形態と異なって、荷電粒子332は黒色粒子一つだけが存在する。荷電粒子332が上昇すれば黒色が表示され、荷電粒子332が下降すれば白色が表示される。
第2実施形態で空間部310は多様な形態で備えられる。つまり‘A’のように空間部310と第2基板200との間にゲル部材350が位置したり、‘B’のように空間部310がゲル部材350によって取り囲まれていたりする。
空間部310の形状に関わらず荷電粒子332の動きは下部に位置した画素電極161によって制御されるので、画面の形成には問題がない。
たとえ本発明のいくつかの実施形態が図示され説明されたが、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する当業者であれば本発明の原則や精神から逸脱せずに本実施形態を変形できることが分かる。本発明の範囲は添付された請求項とその均等物によって決められなければならない。
本発明の実施形態による電気泳動表示装置の駆動原理を概略的に示した図面である。 本発明の第1実施形態による電気泳動表示装置の断面図である。 本発明の第1実施形態による電気泳動表示装置の分解斜視図である。 本発明の第1実施形態による電気泳動表示装置の製造方法を説明するための手順図である。 本発明の第2実施形態による電気泳動表示装置の断面図である。
符号の説明
100 第1基板
161 画素電極
200 第2基板
220 共通電極
310 空間部
321 流体
331、332 荷電粒子
350 ゲル部材

Claims (20)

  1. 第1電極が形成されている第1基板と;
    前記第1基板と対向し、第2電極が形成されている第2基板と;
    前記第1電極と前記第2電極との間に位置し、流体と荷電粒子が位置する複数の空間部と;
    前記各空間部を仕切るゲル部材とを含むことを特徴とする電気泳動表示装置。
  2. 前記複数の空間部のうちの少なくとも一部は、前記第1基板及び前記第2基板のうちの少なくともいずれか一つと接す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. 前記複数の空間部のうちの少なくとも一部は、前記第1基板の板面に垂直した方向に延長されてい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. 前記複数の空間部のうちの少なくとも一部は、前記ゲル部材によって取り囲まれてい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. 前記複数の空間部の平均直径は、前記荷電粒子の平均直径より100倍〜10000倍大きい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. 前記複数の空間部の平均直径は、10μm〜100μm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。
  7. 前記ゲル部材は、無機物又はシリカのいずれか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。
  8. 前記荷電粒子は、前記第1電極と前記第2電極との間に形成される電界によって上下運動す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。
  9. 前記荷電粒子は、白色サブ粒子を含むことを特徴とする請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  10. 前記荷電粒子は、互いに異なる極性を有する白色サブ粒子と黒色サブ粒子とを含むことを特徴とする請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  11. 前記第1基板は、
    絶縁基板と前記絶縁基板上に形成されている薄膜トランジスタとを含み、
    前記第1電極は前記薄膜トランジスタに接続されてい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。
  12. 前記第1電極は複数個で備えられ、
    前記複数の空間部のうちの少なくとも一部は、少なくとも2つ以上の前記第1電極と重畳することを特徴とする請求項11に記載の電気泳動表示装置。
  13. 前記第1電極は複数個で備えられ、
    前記第1電極のうちの少なくとも一部は、少なくとも2つ以上の前記空間部と重畳することを特徴とする請求項11に記載の電気泳動表示装置。
  14. 前記第1基板と前記第2基板のうちの少なくともいずれか一つは、プラスチック絶縁基板を含むことを特徴とする請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  15. 前記流体は、透明な有機溶液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。
  16. 前記ゲル部材の体積は、前記空間部体積の20%〜100%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。
  17. 第1電極が形成されている第1基板を備える段階と;
    前記第1電極上に複数の空間部を有しているフィルム状のゲル部材を付着する段階と;
    前記空間部に流体と荷電粒子を注入する段階と;
    前記ゲル部材上に第2電極が形成されている第2基板を付着する段階とを含むことを特徴とする電気泳動表示装置の製造方法。
  18. 前記ゲル部材は、無機物からなることを特徴とする請求項17に記載の電気泳動表示装置の製造方法。
  19. 前記第1電極は複数個で備えられ、
    前記複数の空間部のうちの少なくとも一部は、少なくとも2つ以上の前記第1電極と重畳することを特徴とする請求項17に記載の電気泳動表示装置の製造方法。
  20. 前記第1電極は複数個で備えられ、
    前記第1電極のうちの少なくとも一部は、少なくとも2つ以上の前記空間部と重畳することを特徴とする請求項17に記載の電気泳動表示装置の製造方法。
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