JP2007248842A - 電気泳動表示媒体及び電気泳動表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な波形で駆動できる電気泳動表示装媒体及び電気泳動表示装置を提供する。
【解決手段】電気泳動表示装置の背面基板２０の表示部３０側に、第１帯電粒子４１は入り、第２帯電粒子４２は入り込まない間隔をおいて複数の突起５０が配設されている。この突起の高さは、第１帯電粒子４１及び第２帯電粒子４２の、表示部３０内における移動時間が実質的に等しくなるように作製されているため、当該電気泳動表示装置１は良好なコントラストを保持しつつ、単純な波形で駆動できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気泳動現象を利用して画像を表示する電気泳動表示媒体及び電気泳動表示装置に関するものである。

従来、電気泳動現象を利用して画像を表示する電気泳動表示装置が知られている。この電気泳動表示装置では、一方が透明な表示基板と、それに対向配置される背面基板とにより、周囲のギャップスペーサーを介して所定間隔を設けた密閉空間が形成されている。そして、互いに帯電極性の異なる、且つ、互いに光学的反射濃度の異なる少なくとも２種類の帯電粒子が分散された着色液体または気体からなる分散媒が前記密閉空間に充填されて表示部が形成されている。例えばこの帯電粒子が、黒色の帯電粒子と、それとは異なる極性である白色の帯電粒子によって構成されている場合、表示部に電界を発生させることで黒色の帯電粒子を表示基板側に移動させると、結果黒色を表示させることができる。また、逆向きの電界を発生させることで白色を表示させることができ、この組み合わせによって所望の画像が得られる。

また、少なくとも２種類の帯電粒子の体積平均粒径の比を一定の範囲内に制限することで、画像濃度の不釣合い（色むら）や粒状感の差を低減させ、画像品位を向上させる発明が提案されている（特許文献１参照）。

一方、表示駆動用電圧の印加時間を所要のコントラストが得られる最短の時間に制限するように構成したことを特徴とする電気泳動表示装置の発明が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００２−１７４８３０号公報 特開平５−１７３１９４号公報

このような従来の電気泳動表示装置では、帯電粒子の表示部内における移動速度は、主に帯電粒子の帯電量によって決定される。よって、帯電粒子の種類ごとに帯電粒子の帯電量が異なると、一方の基板から他方の基板に帯電粒子が移動するのに要する時間が、帯電粒子の種類によって異なる場合がある。このような場合に、電気泳動表示装置の駆動電圧を単純な波形を用いて印加させると、画像品質が低下する。すなわち、電圧の印加時間を、表示部内における移動時間が長い種類の帯電粒子に合わせると、表示部内における移動時間が短い種類の帯電粒子には電界が過剰な時間かかるため、この帯電粒子は電極に押し付けられ、貼り付きが生じることになる。一方、電圧の印加時間を、表示部内における移動時間が短い種類の帯電粒子に合わせると、表示部内における移動時間が長い種類の帯電粒子には十分に電界がかからないため、表示基板に到達しない帯電粒子が存在してしまう。すると、着色された複数の帯電粒子は表示部の表示基板側を完全に敷き詰めることができず、コントラストが低下する。しかし、同じ空間に密閉された環境下では、少なくとも２種類以上存在する帯電粒子の帯電量を、それぞれの種類ごとに自在に調整して、表示部内の移動時間を均一にすることは困難である。このため、高品質の画像を表示させるためには、電気泳動表示装置を駆動するための電圧の印加に用いる波形を複雑化せざるを得ず、複雑な波形を制御するのは難しいという問題点があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、表示部内における移動速度が異なる複数種類の帯電粒子を用いる場合に、単純な波形で駆動電圧を印加できる電気泳動表示媒体及び電気泳動表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の電気泳動表示媒体は、透明な表示基板及び当該表示基板から所定距離の位置に対向配置された背面基板と、前記表示基板及び前記背面基板の間隙に周囲を隔壁で囲まれて形成され、電界が発生される表示部と、前記表示部に内包され、電界の作用により当該表示部内を移動し、粒径が第１粒径である複数の第１帯電粒子と、前記表示部に内包され、前記第１帯電粒子とは異なる帯電極性であり、電界の作用により前記第１帯電粒子より遅い速度で当該表示部内を移動し、粒径が前記第１粒径より大きい第２粒径である複数の第２帯電粒子と、前記背面基板上に設けられ、前記第１帯電粒子と前記第２帯電粒子が電界の作用により前記表示部内を実質的に同じ時間で移動するように、前記第２帯電粒子の前記表示部内における移動距離を短縮する移動距離規制部材とを備えている。

また、本発明の請求項２に記載の電気泳動表示媒体は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記移動距離規制部材は、前記第１粒径より大きく前記第２粒径より小さい所定間隔を置いて配置される複数の突起であることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の電気泳動表示媒体は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記突起の先端から前記表示基板までの最短距離よりも、前記第２帯電粒子が前記背面基板側に位置しているときの、当該第２帯電粒子における前記背面基板に最も近い端部から前記表示基板までの最短距離の方が大きいことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載の電気泳動表示媒体は、請求項２または３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記所定間隔を前記突起の高さで割った値が１より大きいことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載の電気泳動表示媒体は、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記所定間隔は前記第２粒径の５分の４より小さいことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載の電気泳動表示媒体は、請求項２乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記突起は前記背面基板から垂直方向に柱状に伸びる形状であることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に記載の電気泳動表示媒体は、請求項２乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記突起は、その先端が凸の曲面状もしくはテーパー状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項８に記載の電気泳動表示装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載の電気泳動表示媒体と、前記表示基板に設けられ、透明な第１電極と、前記背面基板に設けられた第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備えている。

本発明の請求項１に記載の電気泳動表示媒体によると、第２帯電粒子は表示基板から背面基板に備えられた移動距離規制部材までの間しか移動しないので、表示基板から背面基板まで移動する第１帯電粒子の移動距離に比べ、第２帯電粒子の表示部内における移動距離を短縮することができる。これにより、表示部内における移動速度が速い第１帯電粒子の基板間の移動時間と、表示部内における移動速度が第１帯電粒子よりも遅い第２帯電粒子の表示基板から移動距離規制部材までの移動時間とを実質的に等しくすることが可能である。このように、２種類の帯電粒子の表示部内における移動時間を実質的に等しくする、すなわち、２種類の帯電粒子に加える電界の発生時間を等しくしても画像品質が低下しない程度に、２種類の帯電粒子の表示部内における移動時間を等しくすることで、電気泳動表示媒体を駆動するための電圧の印加に用いる波形を簡素化することができる。

また、本発明の請求項２に記載の電気泳動表示媒体は、請求項１に記載の発明の効果に加え、移動距離規制部材として複数の突起を備え、第１帯電粒子は突起間の隙間に入り、第２帯電粒子は隙間に入り込まないようにしたので、第１帯電粒子の表示部内における移動距離は表示基板から背面基板までの間であるが、第２帯電粒子の表示部内における移動距離は表示基板から突起の先端までに短縮される。従って、第２帯電粒子の表示部内における移動時間が、突起を設けない場合に比べて短縮される。そして、この突起の高さを２種類の帯電粒子の表示部内における移動速度に合わせて調節することで、２種類の帯電粒子の表示部内の移動時間を実質的に等しくすることができる。このため、電気泳動表示媒体を駆動するための電圧の印加に用いる波形を簡素化することができる。また、このような突起は非常に小さいものとなるが、エッチング法を用いれば容易に作製ができる。従って、単純な波形で駆動電圧を印加でき、作製も容易な電気泳動表示媒体を実現できる。

また、本発明の請求項３に記載の電気泳動表示媒体は、請求項２に記載の発明の効果に加え、第２帯電粒子が、著しく狭い間隔で配設された複数の突起上に乗るのではなく、適切な間隔をおいて配設された複数の突起により、１つの第２帯電粒子が複数の部位で安定的に支えられるため、背面基板側からの粒子の離脱性を低くすることができる。これにより、振動等によって第２帯電粒子が突起から剥離し、粒子濃度に片寄りが生じてコントラストが低下する可能性を低く抑えることができる。

また、本発明の請求項４に記載の電気泳動表示媒体は、請求項２または３に記載の発明の効果に加え、突起の高さが突起の間隔より短いので、突起の間隔よりも長い高さの突起を作製するのに比べ、強度の高いものを作製することができる。

また、本発明の請求項５に記載の電気泳動表示装置は、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、突起の間隔が第２帯電粒子の粒径の５分の４より小さくなる。第２帯電粒子の粒径と突起の間隔を同じくらいの長さにすると、製造上のばらつきから突起間にはまり込んでしまう第２帯電粒子が存在し、第２帯電粒子の中で表示部内における移動距離の差が発生するため、第２帯電粒子の帯電粒子ごとの移動時間が均一でなくなってしまう恐れがある。そこで、突起の間隔を第２帯電粒子の粒径の５分の４より小さく設定すると、突起間にはまり込む第２帯電粒子が存在せずに、複数の第２帯電粒子の表示部内における移動時間が実質的に均一になる。このため、電界の発生時間が個々の粒子にとって適切になり、コントラストの低下や表示基板への貼り付きが起こらなくなる。その結果、良好な画像品質が得られる。

また、本発明の請求項６に記載の電気泳動表示媒体は、請求項２乃至５のいずれかに記載の発明の効果に加えて、突起を背面基板から垂直方向に柱状に伸びる形状としたので、例えば格子状等の他の形状の部材に比べて、表示基板側から見た場合に背面基板に対する面積の割合が少なく、第１帯電粒子が突起の先端に乗りにくくなる。すると、ほぼ全ての第１帯電粒子が突起間に入り、第１帯電粒子の粒子間における移動時間の差がなくなる。よって、電界の発生時間が個々の粒子にとって適切になるため、コントラストの低下や表示基板への貼り付きが起こらなくなる。従って、良好な画像品質が得られる。

また、本発明の請求項７に記載の電気泳動表示媒体は、請求項２乃至６のいずれかに記載の発明の効果に加え、突起の先端を凸の曲面上もしくはテーパー状に形成したので、例えば帯電粒子の移動方向に対して垂直な平面等の他の形状の先端に比べ、第１帯電粒子が突起の先端に乗らなくなる。すると、ほぼ全ての第１帯電粒子が突起間に入り、第１帯電粒子の粒子間における移動時間の差がなくなる。よって、電界の発生時間が個々の粒子にとって適切になるため、コントラストの低下や表示基板への貼り付きが起こらなくなる。従って、良好な画像品質が得られる。

また、本発明の請求項８に記載の電気泳動表示装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載の電気泳動表示媒体に加え、表示基板側に透明な第１電極を、背面基板側に第２電極を、さらに第１電極及び第２電極に電圧を印加する電圧印加手段を備えたので、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明の作用効果を奏することができる。

以下、本発明に係る電気泳動表示装置を具体化した電気泳動表示装置１について、図面を参照して説明する。図１は電気泳動表示装置１の正面図であり、図２は表示パネル２のＡ−Ａ線（図１）における矢視方向断面図である。尚、図２における上方向が電気泳動表示装置１の正面とする。

本実施の形態として例示する電気泳動表示装置１は、図１に示すように、携帯用の電子機器に具備可能な小型の表示パネル２と、表示パネル２での画像表示を制御する制御装置３とを一体的に備えている。

まず、本実施の形態の電気泳動表示装置１の構成の概略について図面を参照して説明する。図１に示すように、表示パネル２と制御装置３とが電気的に接続されて電気泳動表示装置１が構成されている。表示パネル２は、一例として正面視縦長の直方体形状であり、その側面に制御装置３が配設されている。また、図２に示すように、表示パネル２は、その正面側（図２における上面側）に設けられる表示基板１０と、その背面側（図２における下面側）に設けられる背面基板２０とがスペーサ３１を介して対向配置されている。そして表示基板１０と背面基板２０との間隙に、隔壁３２によって区分けされた複数の表示部３０を備えている。

次に、表示基板１０及び背面基板２０の構成について説明する。図２に示すように、表示基板１０は、透明部材により形成されて表示面として機能する表示層１１と、当該表示層１１の背面側に設けられて表示部３０に電界を発生させる透明な表示電極層１２と、当該表示電極層１２の背面側に絶縁材料を塗布等して形成された絶縁膜である表示電極保護層１３とを備える。表示層１１及び表示電極保護層１３はポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ガラス等の高い透明性と高い絶縁性を発揮可能な材料により形成される。また、表示電極層１２は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜、フッ素がドープされた酸化スズ膜、インジウムがドープされた酸化亜鉛膜等、電極としての役割を果たし、かつ高い透明性を発揮可能な材料により形成される。本実施の形態では、表示層１１は透明なガラス基板であり、表示電極層１２は酸化インジウムスズにより形成された透明電極である。また、表示電極保護層１３はポリエチレンテレフタレートにより形成された透明なプラスチック基板（樹脂フィルム）である。つまり、表示基板１０は透明体であるから、利用者が表示基板１０の上方向（図２上方向）から表示部３０を視認可能な表示基板として機能する。尚、本実施の形態において、表示電極層１２が本発明の「第１電極」に相当する。

また、図２に示すように、背面基板２０は、電気泳動表示装置１を支持する筐体支持層２１と、当該筐体支持層２１の正面側に各表示部３０ごとに設けられ、それぞれの表示部３０に電界を発生させる背面電極層２２と、当該背面電極層２２の正面側に絶縁材料を塗布等して形成された絶縁膜である背面電極保護層２３とを備える。筐体支持層２１及び背面電極保護層２３は、ポリエチレンテレフタレートやシリカ等の樹脂フィルムやガラス等の無機材料等の高い絶縁性を発揮可能な材料により形成される。ここで、表示基板１０とは異なり、背面基板２０を形成する各層は透明であっても有色であってもかまわない。尚、本実施の形態では、筐体支持層２１はガラス基板、背面電極層２２は酸化インジウムスズにより形成される。また、背面電極保護層２３はポリエチレンテレフタレートにより形成されたプラスチック基板（樹脂フィルム）である。尚、背面電極層２２が本発明の「第２電極」に相当する。

次に、図２及び図３を参照して表示部３０について説明する。図３は、表示部３０の一部のＡ−Ａ線（図１）における矢視方向部分断面図である。図２に示すように、表示基板１０と背面基板２０との間にスペーサ３１が設けられている。スペーサ３１は表示パネル２の外周に沿って配設されており、表示基板１０と背面基板２０とスペーサ３１との間に密閉空間が形成されている。当該密閉空間はさらに隔壁３２により複数の表示部３０に均等に分割されており、分割された１つの表示部３０によって１つの画素が形成されている。すなわち、図３は１つの画素を示している。図２に示す表示パネル２は、図３に示す画素が格子状に複数個並んで形成されている。ここで、スペーサ３１と隔壁３２は一体に形成されていてもよく、これらはポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂で形成されればよい。本実施の形態ではポリエチレンテレフタレートのフィルムを用いた。

また、表示部３０の内部には分散媒４０及び第１帯電粒子４１、第２帯電粒子４２が充填される。分散媒４０としては、高絶縁性を発揮可能で、かつ粘性の低い、アルコール類、炭化水素、シリコーンオイル等を利用できる。本実施の形態では、炭化水素系絶縁性溶媒に少量のアルコールを添加して使用した。

また、第１帯電粒子４１及び第２帯電粒子４２は、分散媒４０中において帯電可能な材料が用いられ、有機化合物や無機化合物からなる顔料や染料、もしくは顔料や染料を合成樹脂で包んだものからなる。本実施の形態では第１帯電粒子４１に酸化チタン含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂粒子を使用し、第２帯電粒子４２にカーボンブラック含有ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂粒子を使用する。そのため第１帯電粒子４１は白色の色調であり、第２帯電粒子４２は黒色の色調である。また、第１帯電粒子４１と第２帯電粒子４２とは正あるいは負に相異なるように帯電していればよい。本実施の形態では第１帯電粒子４１が負に、第２帯電粒子４２が正に帯電している。

ここで、帯電粒子の表示部３０内における移動速度は、主に帯電粒子の帯電量によって決定され、表示部３０内に密閉された環境下では、２種類の帯電粒子の帯電量をそれぞれの種類の帯電粒子ごとに調整して、表示部３０内における移動速度を自在に調節することは困難である。本実施の形態では、帯電粒子の表示部３０内における移動速度については第１帯電粒子４１のほうが第２帯電粒子４２よりも速く移動し、且つ、帯電粒子の粒径については第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２（図５参照）が第１帯電粒子４１の粒径ｒ_１（図５参照）より大きい組み合わせのものを用いる。この詳細は後述する。

次に、図４を参照して電気泳動表示装置１の電気的構成について説明する。図４は、電気泳動表示装置１の電気的構成を示すブロック図である。電気泳動表示装置１の制御装置３には、表示パネル２を駆動して画像の表示態様を制御する制御部９０と、電気泳動表示装置１に電源を供給する電源９１と、第１帯電粒子４１及び第２帯電粒子４２を分散媒４０中で均等に分散させるリフレッシュ動作を指示するリフレッシュデータを記憶するリフレッシュデータ用メモリ９２と、表示パネル２に表示させる画像を示す表示データを記憶する表示データ用メモリ９３と、各電極への電圧印加時間をカウントするタイマ９４と、外部とのデータ交換を行うインターフェイス９９とを備えている。尚、制御部９０には、図示外のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が設けられている。また、各背面電極層２２に接続されたチャンネルＣＨ１及び表示電極層１２に接続されたチャンネルＣＨ２を制御して、各背面電極層２２及び表示電極層１２への電圧印加を司るＣＨ１・ＣＨ２ドライバ９５が制御部９０に接続されている。

このような構成のもと、外部から入力された映像信号及び同期信号や、リフレッシュデータ用メモリ９２及び表示データ用メモリ９３に記憶された各種データに基づいて、制御部９０は画像形成動作を制御する信号またはリフレッシュ動作を制御する信号を、ＣＨ１・ＣＨ２ドライバ９５に送信する。するとＣＨ１・ＣＨ２ドライバ９５は各背面電極層２２及び表示電極層１２に各々所定のタイミングによって電圧を印加し、第１帯電粒子４１及び第２帯電粒子４２を上下方向（図２、図３の上下方向）に移動させる。そして表示基板１０側に移動した帯電粒子の色を表示基板１０に表示させる。尚、本実施の形態では背面電極層２２が各画素ごとに分割されているが、代わりに表示電極層１２を各画素ごとに分割してもよい。つまり、対向する２つの電極の少なくとも一方を複数の区画に分割することで、複数の画素を実現している。尚、本実施の形態において、制御装置３が本発明の「電圧印加手段」に相当する。

次に、図２、図３、図５を参照して、本発明における移動距離規制部材である複数の突起５０について説明する。図５は背面基板２０側での第１帯電粒子４１と第２帯電粒子４２の様子を並べて示した説明図である。背面基板２０の表示部３０側に、高さＬｈの突起５０が間隔Ｌｐをおいて複数配置されている。突起５０は、表示基板１０にではなく、背面基板２０に配設されている。このような構成にしているのは、表示基板１０に突起５０を配設すると、画像を見る人は表示基板１０側に移動した帯電粒子の色だけでなく、突起５０そのものも視認することになるので、表示画像の視認性が低下するためである。さらには、第２帯電粒子４２が表示基板１０側に移動した場合に、第２帯電粒子４２と表示基板１０との間に距離ができてしまい、コントラストが低下するのを防止するためである。また、後述するように、突起５０間の間隔Ｌｐは、第１帯電粒子４１が突起間の隙間に入り、第２帯電粒子４２が突起間の隙間に入り込まない距離に設定されている。すなわち、突起５０間の間隔Ｌｐは、第１帯電粒子４１の粒径ｒ_１より大きく、第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２より小さい範囲に設定されている。また、突起５０の高さＬｈを変えることにより、表示部３０内における第２帯電粒子４２のみの移動距離を変更し、結果第２帯電粒子４２の表示部３０内における移動時間を調節することができる。これにより、突起５０の高さＬｈは、電界の発生による第１帯電粒子４１の背面基板２０から表示基板１０への移動時間と、電界の発生による第２帯電粒子４２の突起５０から表示基板１０への移動時間とが実質的に等しくなるように設定されている。すなわち、２種類の帯電粒子に加える電界の発生時間を等しくしても画像品質が低下しない程度に、２種類の帯電粒子の表示部内における移動時間が等しくなるように設定されている。

以下、図５を参照して、突起５０の材料や作製方法、突起５０の高さＬｈ、突起５０間の間隔Ｌｐ、について詳細に説明する。突起５０の材料としてはエポキシ樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂等が使用可能である。本実施の形態では、エポキシ樹脂を用い、エッチング法により突起５０を作製した。また、突起５０の高さＬｈを突起５０間の間隔Ｌｐより低い高さに設定している。これは、突起５０が非常に小さいため、間隔が狭く、高さが高く、さらに強度が強い突起を作製するのが困難であるからである。このように、突起５０の高さＬｈを突起５０間の間隔Ｌｐより低い高さに設定することで、突起５０間の間隔Ｌｐより突起５０の高さＬｈが高い突起５０を作製する場合に比べて、強度の高い突起５０の作製が容易にできる。尚、突起５０の間隔Ｌｐが、本発明における「所定間隔」に相当する。

図５に示すように、突起５０間の間隔Ｌｐは第１帯電粒子４１の粒径ｒ_１より大きく、第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２より小さいため、第１帯電粒子４１は突起間の隙間に入り、第２帯電粒子４２は隙間に入り込まずに、複数の突起５０によって支えられる状態となる。このため、第２帯電粒子４２の表示部３０内における移動距離は、表示基板１０から突起５０の先端５１までとなり、突起５０を配設しない場合に比べて表示部３０内における移動距離が短縮される。よって、突起５０の高さＬｈを変えることで、第２帯電粒子４２の表示部３０内における移動距離を調整することができる。そこで、この高さを、第１帯電粒子４１が表示基板１０から背面基板２０までの距離を移動するためにかかる移動時間と、第１帯電粒子４１よりも移動速度が遅い第２帯電粒子４２が、表示基板１０から突起５０までの距離を移動するためにかかる移動時間とが実質的に等しくなるように設定する。尚、本実施の形態において、第１帯電粒子４１の粒径ｒ_１が本発明の「第１粒径」に相当し、第２帯電粒子の粒径ｒ_２が本発明の「第２粒径」に相当する。また、突起５０の先端５１の形状については後述する。

次に、図６及び図７を参照して、突起５０の高さＬｈについてさらに詳細に説明する。図６は第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２よりも突起５０間の間隔Ｌｐが著しく狭い場合を示す説明図であり、図７は第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２と突起５０間の間隔Ｌｐとがほぼ等しい場合の説明図である。突起５０の高さＬｈは、第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２と突起５０間の間隔Ｌｐとの関係が影響する。

まず、図６に示すように、突起５０間の間隔Ｌｐが第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２よりも著しく狭い場合は、突起５０の表示基板１０に近い部分、すなわち図６における突起５０の先端５１は、第２帯電粒子４２における背面基板２０に近い部分、すなわち図６における下端部分の近くを支えている。このような状況では、第２帯電粒子４２は突起５０から離脱し易く、振動等により離脱すると粒子濃度に片寄りが生じて表示画像が均一でなくなる。また、第１帯電粒子４１の粒径ｒ_１に関しても、著しく狭い突起間に入るように小さく設定する必要が生じる。粒径が極端に小さい帯電粒子は、ファンデルワールス力や水架橋力等の付着力が強いため、電界を発生させてこの帯電粒子を移動させる場合は、基板からの離脱が遅れたり、基板から離脱しなかったりする。従って、駆動電圧の制御が困難となり、さらには画像品質が低下する。よって、表示基板１０から突起５０の先端５１までの最短距離Ｄ_１（図３参照）よりも、第２帯電粒子４２が背面基板２０側（突起上）に位置し、複数の突起５０によって支えられているときの、第２帯電粒子４２の背面基板２０に最も近い端部から表示基板１０までの最短距離Ｄ_２（図３参照）が長く、且つ第２帯電粒子４２が突起間にはまり込まないように突起５０の間隔Ｌｐを設定すると、画像品質が向上する。

この影響を考慮すると、第２帯電粒子４２が複数の突起５０に支えられているときの、第２帯電粒子４２における背面基板２０からの最長距離をｒｂ（図５参照）とすると、突起５０の高さＬｈは次の不等式の範囲に限定される。
ｒｂ−ｒ_２＜Ｌｈ＜ｒｂ−ｒ_２／２・・・（式１）

ここで（式１）におけるｒｂについて、表示基板１０と背面基板２０との距離をｄ、表示部３０内における第１帯電粒子４１の移動速度をｖ_１、第２帯電粒子４２の移動速度をｖ_２とすると、第１帯電粒子４１の基板間の移動時間は（ｄ−ｒ_１）／ｖ_１となり、これが第２帯電粒子４２の表示基板１０から突起５０の先端５１までの移動時間（ｄ−ｒｂ）／ｖ_２と等しくなることが前提のため、次の式が導き出される。
ｒｂ＝ｄ−（ｄ−ｒ_１）ｖ_２／ｖ_１・・・（式２）
すなわち、ｒｂという距離は、第１帯電粒子４１と第２帯電粒子４２の、表示部３０内における移動時間が等しくなるときの、基板間の距離ｄと、第２帯電粒子４２の移動距離との差と捉えることができる。

さらに、突起５０間の間隔Ｌｐが第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２に著しく近い図７のような場合、すなわち（式１）のＬｈの値がｒｂ−ｒ_２／２に著しく近い場合も問題点がある。突起５０間の間隔Ｌｐの全て、及び第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２の全てを完全に等しく作製するのは困難であるため、図７のような場合は突起間にはまり込んでしまう第２帯電粒子４２も存在し、その結果、表示部３０内における移動時間に、帯電粒子間によるばらつきが生じてしまう。表示部３０内における移動時間にばらつきがある場合、電界の発生時間を移動時間が短い帯電粒子に合わせると、移動時間が長い帯電粒子には十分に電界がかからないため、表示基板１０に到達しない帯電粒子が発生し、コントラストが低下する。反対に、電界の発生時間を移動時間が長い帯電粒子に合わせると、移動時間が短い帯電粒子には過剰に電界がかかるため、基板への貼り付きが生じる。このような理由から、同一種類の粒子間による移動時間のばらつきは、画像品質の低下を招く。したがって、突起５０間の間隔Ｌｐを、第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２の５分の４より小さく設定することで、突起間にはまり込む第２帯電粒子４２が無くなり、画像品質を向上させることができる。

また、粒径が極端に小さい帯電粒子は、ファンデルワールス力や水架橋力等の付着力が強いため、制御を困難にし、さらには画像品質の低下を招くことを先述したが、第１帯電粒子４１及び第２帯電粒子４２に粒径が極端に大きい帯電粒子を用いても弊害がある。粒径が大きい帯電粒子が表示基板１０側に移動した場合、表示基板１０と複数の帯電粒子との間にできる隙間が大きくなるため、帯電粒子の色の表示が鮮明でなくなる。よって、第１帯電粒子４１及び第２帯電粒子４２の粒径は０．１μｍより大きく２０μｍより小さい範囲が好ましく、さらに好ましいのは０．５μｍより大きく１５μｍより小さい範囲である。そして特に好ましいのは１μｍより大きく１０μｍより小さい範囲である。

また、第１帯電粒子４１の粒径ｒ_１と第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２が著しく近い場合、製造上のばらつきにより、第２帯電粒子４２も突起間にはまり込んでしまう可能性がある。よって、ｒ_１の値がｒ_２の値の６分の５より小さいものを用いる。本実施の形態では、第１帯電粒子４１には粒径ｒ_１が３μｍ、第２帯電粒子４２には粒径ｒ_２が９μｍのものを使用した。また、表示部３０内における第１帯電粒子４１の移動速度ｖ_１と第２帯電粒子４２の移動速度ｖ_２は、印加する電圧の大きさによって変化するが、移動速度の比は一定であり、この比がｖ_２／ｖ_１＝０．５であった。

また、表示基板１０と背面基板２０との距離ｄ（図３参照）を２５μｍとした。この場合、（式２）からｒｂが１４μｍとなる。さらに、先述したように突起５０間の間隔Ｌｐは第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２の５分の４より小さく設定する。従って、第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２が９μｍであることから、突起５０間の間隔Ｌｐは７．２μｍ以下に設定すればよい。本実施の形態では、突起５０間の間隔Ｌｐを７μｍに設定した。ここで、図５に示すように、突起５０に支えられた第２帯電粒子４２の中心点をＡ、第２帯電粒子４２を支えている２つの突起５０の先端５１を結んだ線と中心点Ａとの距離をＰとすると、Ｐ＝｛（ｒ_２／２）^２−（Ｌｐ／２）^２｝^１／２であるためＰ≒２．８となる。さらにＬｈ＝ｒｂ−ｒ_２／２−Ｐで表されるため、これより突起の高さＬｈを６．７μｍに設定した。さらに、突起５０自体の幅を３μｍに設定した。尚、突起５０の高さＬｈの誤差の許容範囲は１０％以内であり、この範囲内に収まると第１帯電粒子４１と第２帯電粒子４２の移動時間は実質的に同じになる。また、突起５０の高さＬｈが突起５０間の間隔Ｌｐより短いという先述した条件を満たすため、突起５０を容易に作製できる。尚、表示基板１０と背面基板２０との距離ｄが、本発明における「所定距離」に相当する。

次に、図８を参照して突起５０の形状について説明する。図８は、第２帯電粒子４２が背面基板２０側に移動し、突起５０に支えられて静止している状態の背面図である。図８に示すように、本実施の形態では、突起５０を四角柱状に作製した。表示基板１０側から見た場合の、背面基板２０の面積に対する移動距離規制部材の面積の割合が少ないほど、第１帯電粒子４１が突起５０の先端に乗りにくいため、ほぼ全ての第１帯電粒子が突起間に入り、同一種類の帯電粒子間における表示部３０内の移動距離の差が無くなる。このような理由から、突起５０を柱状に作製し、柱状の突起５０を所定間隔をおいて配置することで、同一種類の粒子間における表示部３０内の移動時間のばらつきが低減され、良好な画像品質が得られる。また、柱状の突起はエッチング法による作製が容易で、強度が高いという利点も有する。

次に、図９及び図１０を参照して突起５０の先端の形状について説明する。図９は、突起５０の先端５１が凸の曲面状である場合の側面図であり、図１０は突起５０の先端５１がテーパー状である場合の側面図である。突起５０の先端５１を、図９に示すように、球を半分に切断してふせた凸の曲面状、もしくは図１０に示すように、先端を平面で斜めに切断したテーパー状に作製すると、第１帯電粒子４１が突起５０の先端５１に乗りにくいため、ほぼ全ての第１帯電粒子が突起間に入り、同一種類の帯電粒子間における表示部３０内の移動時間のばらつきが無くなる。よって、良好な画像品質が得られる。本実施の形態においては、突起５０の先端５１を凸の曲面状に作製した。

以上、本実施の形態に係る電気泳動表示装置１では、移動距離規制部材である突起５０を背面基板２０における表示部３０側に配設することにより、第２帯電粒子４２の表示部３０内における移動距離を、突起５０を配設しない場合に比べて短縮することができる。この突起５０の高さを調節することにより、第１帯電粒子４１が表示基板１０から背面基板２０まで移動する時間と、第２帯電粒子４２が表示基板１０から突起５０の先端５１まで移動する時間を実質的に等しくすることができる。よって、電気泳動表示装置１を駆動するための電圧の印加に用いる波形を簡素化することができる。

また、突起５０の高さの範囲を（式１）及び（式２）を用いて限定することで、第２帯電粒子４２が、著しく狭い間隔で配設された複数の突起上に乗るのではなく、適切な間隔をおいて配設された複数の突起によって、１つの第２帯電粒子４２が複数の部位で安定的に支えられ、粒子の背面基板２０からの離脱性を低くすることができる。また、突起５０の高さＬｈを突起５０間の間隔Ｌｐより短く設定したため、突起５０の作製が容易であり、強度も強い。また、突起５０間の間隔Ｌｐを第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２の５分の４より小さく設定したため、第２帯電粒子４２が突起５０の間にはまり込んでしまうことがない。よって、第２帯電粒子４２の表示部３０内の移動が円滑且つ均一に行われ、良好な画像品質が得られる。

また、表示パネル２における表示基板１０及び背面基板２０に電極層を設け、制御装置３により各電極層に電圧を印加することで、先述した様々な作用効果を実現する電気泳動表示装置１を実現できる。

尚、本発明は、以上詳述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で各種の改良、変形が可能である。例えば、本実施の形態では表示基板１０に表示電極層１２を組み込み、背面基板２０に背面電極層２２を組み込んだが、２つの電極と電圧印加手段とを備えた電圧印加装置と、それのみでは電圧を印加する手段を持たない電気泳動表示媒体とが分けられていてもよい。この場合は電気泳動表示媒体を電圧印加装置の２つの電極間に配置して駆動する。

また、本実施の形態では、本発明における「移動距離規制部材」として背面基板２０に突起５０を配設したが、突起５０以外にも様々な部材が使用できる。例えば、溝、凹部（窪み）、グリッド（格子）等を設けた部材を使用してもよいし、第１帯電粒子がすり抜けて第２帯電粒子はすり抜けない網、スリット等の部材を配設してもよい。

また、本実施の形態では本発明における「突起」として柱状の突起５０を用いたが、柱状に限られず、錘状、球状、半球状、波状、棒状、格子状等、様々な形状の突起を使用できるし、異なる形状の突起を複数種類組み合わせて用いることもできる。また、本実施の形態では突起５０を四角柱状に作製したが、円柱状や三角柱状等の他の柱状でもよい。

このように、本発明に係る電気泳動表示媒体及び電気泳動表示装置は、２種類の帯電粒子の表示部内における移動時間を等しくすることを可能にしたため、良好な画像品質を維持しつつ、単純な波形で駆動電圧を印加できる。

本発明に係る電気泳動表示媒体及び電気泳動表示装置は、表示部を備えた様々な電子機器に適用される。例えば、電子ペーパー等が挙げられる。電子ペーパーとは、紙と同様の質感及び柔軟性を有するリライタブルシートからなる本体と表示ユニットとを備えており、この表示ユニットが先述の電気泳動表示装置により構成される。

また、モバイル型コンピュータのように、操作部と一体となった装置の表示部に用いてもよい。このような場合、操作部から操作された内容の信号に基づいて表示部に所望の画像が表示される。その他、携帯電話や電子ブック、テレビ、電卓等の電子機器に具備される表示部として適用できる。

電気泳動表示装置１の正面図である。 表示パネル２のＡ−Ａ線（図１）における矢視方向断面図である。 表示部３０の一部のＡ−Ａ線（図１）における矢視方向部分断面図である。 電気泳動表示装置１の電気的構成を示すブロック図である。 背面基板２０側での第１帯電粒子４１と第２帯電粒子４２の様子を並べて示した説明図である。 第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２よりも突起５０間の間隔Ｌｐが著しく狭い場合を示す説明図である。 第２帯電粒子４２の粒径ｒ_２と突起５０間の間隔Ｌｐとがほぼ等しい場合の説明図である。 第２帯電粒子４２が背面基板２０側に移動し、突起５０に支えられて静止している状態の背面図である。 突起５０の先端５１が凸の曲面状である場合の側面図である。 突起５０の先端５１がテーパー状である場合の側面図である。

符号の説明

１ 電気泳動表示装置
２ 表示パネル
３ 制御装置
１０ 表示基板
１１ 表示層
１２ 表示電極層
１３ 表示電極保護層
２０ 背面基板
２１ 筐体支持層
２２ 背面電極層
２３ 背面電極保護層
３０ 表示部
３１ スペーサ
３２ 隔壁
４０ 分散媒
４１ 第１帯電粒子
４２ 第２帯電粒子
５０ 突起
５１ 突起５０の先端

Claims (8)

1. 透明な表示基板及び当該表示基板から所定距離の位置に対向配置された背面基板と、
   前記表示基板及び前記背面基板の間隙に周囲を隔壁で囲まれて形成され、電界が発生される表示部と、
   前記表示部に内包され、電界の作用により当該表示部内を移動し、粒径が第１粒径である複数の第１帯電粒子と、
   前記表示部に内包され、前記第１帯電粒子とは異なる帯電極性であり、電界の作用により前記第１帯電粒子より遅い速度で当該表示部内を移動し、粒径が前記第１粒径より大きい第２粒径である複数の第２帯電粒子と、
   前記背面基板上に設けられ、前記第１帯電粒子と前記第２帯電粒子が電界の作用により前記表示部内を実質的に同じ時間で移動するように、前記第２帯電粒子の前記表示部内における移動距離を短縮する移動距離規制部材と
   を備えたことを特徴とする電気泳動表示媒体。
2. 前記移動距離規制部材は、前記第１粒径より大きく前記第２粒径より小さい所定間隔を置いて配置される複数の突起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媒体。
3. 前記突起の先端から前記表示基板までの最短距離よりも、前記第２帯電粒子が前記背面基板側に位置しているときの、当該第２帯電粒子における前記背面基板に最も近い端部から前記表示基板までの最短距離の方が大きいことを特徴とする請求項２に記載の電気泳動表示媒体。
4. 前記所定間隔を前記突起の高さで割った値が１より大きいことを特徴とする請求項２または３に記載の電気泳動表示媒体。
5. 前記所定間隔は前記第２粒径の５分の４より小さいことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の電気泳動表示媒体。
6. 前記突起は前記背面基板から垂直方向に柱状に伸びる形状であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の電気泳動表示媒体。
7. 前記突起は、その先端が凸の曲面状もしくはテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の電気泳動表示媒体。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の電気泳動表示媒体と、
   前記表示基板に設けられ、透明な第１電極と、
   前記背面基板に設けられた第２電極と、
   前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加する電圧印加手段と
   を備えたことを特徴とする電気泳動表示装置。

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