JP2007286190A - 電気泳動型反射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間階調表現が豊かで、その制御が容易であり、表示ムラの少ない、反射型表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる電気泳動型反射型表示装置は、基板１０と、前記基板１０に対向して設けられた透明基板２０と、前記基板１０と前記透明基板２０との間に設けられた電気泳動分散体３０と、前記基板１０と前記電気泳動分散体３０との間に設けられた第１電極４０と、前記透明基板２０と前記電気泳動分散体３０との間に設けられた透明な第２電極４２と、を、含み、前記第１電極４０または前記第２電極４２の少なくとも一方は、前記電気泳動分散体３０に向かって複数の凸部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、中間階調表現が可能で、表示ムラの少ない電気泳動型反射型表示装置に関する。

近年の電子情報ネットワークの普及に伴い、従来の印刷物に代わり、電子書籍等の電子出版が盛んに行われるようになってきた。こうしたネットワークで配信される電子情報を表示させる装置としてはＣＲＴまたはバックライト型液晶ディスプレーが一般的に用いられている。しかしながら、これらを用いた表示は、紙に印刷した慣用の表示に比べ、読む場所が制限され、取り扱いの面においても重量、大きさ、形状、携帯性の点で劣り、その改善が求められている。ＣＲＴまたはバックライト型液晶ディスプレーは、いずれも自発光型のディスプレーであり、長時間凝視すると人間工学的理由から高い疲労を招くことがある。また、これらのディスプレーは消費電力も大きいため、電池による駆動であれば表示時間にも制限が生じてしまう。かかる理由から未だ印刷物の代替としてはとうてい不十分な状況である。

前述の問題点を解決するために、前記反射型液晶ディスプレーを含め、ペーパーライクディスプレー、あるいは電子ペーパーと称するものが多数のメーカー、研究機関によって提案されている。例えば電気泳動により着色粒子を電極間で移動させる方式（電気泳動方式）、二色性の粒子を電場で回転させる方式、電気化学的な作用に基づくエレクトロクロミック表示方式、エレクトロデポジット表示方式、および電子粉流体方式などが挙げられる。なかでも、電気泳動方式は、表示を保持するのための電力が不要、または十分に小さいという性質、いわゆるメモリー性が優れている点で、期待されている。

しかしながら、電気泳動方式の反射型ディスプレーは、一般に、中間的な表示濃度を得ること（以下、「中間階調表現」と呼ぶことがある。）、および、その中間階調表現を制御することが難しい。この課題に対しては、例えば、特許３７５０５６５号のように、電圧の印加期間を各画素の電気泳動粒子の状態に合わせて個別に制御し、中間階調表現をおこなう方法が提案されている。こういった方法は、同公報に記載があるとおり、アクティブマトリクス駆動によってのみ、初めて制御可能なものである。そのため、その他一般の駆動方法には必ずしも適しているとはいえない。

また、電気泳動方式の反射型ディスプレーは、構成に２つ以上の電極が設けられるため、実質的に次の２つの問題を避けがたい。１つは、１画素内において電極間距離が一定でないこと、すなわち画素内の電極の非平行性の問題である。この非平行性のため、画素内で、ある部分の電場強度が、他の部分と異なることになる。したがって画素内で表示濃度の偏りが生じる。もう１つの問題は、電極を形成した基板を重ね、マトリクス状画素を形成した表示装置とする際、複数の基板を重ねることによる、基板間の非平行性に起因する、画素間の電極間距離の不均一性の問題である。この不均一性のため、表示面内で、ある領域の電場強度が、他の領域と異なることになる。したがって表示面内で表示濃度の偏りが生じる。以下、これらの問題を合わせて、表示ムラと呼ぶことがある。

表示ムラを低減する方法としては、主要な２つの電極を１枚の基板内に設ける方法が考えられるが、この場合は、電気泳動粒子の移動距離が大きくなってしまうため、応答時間が長くなってしまうことが予想される。また、完全に平行に複数の基板を重ねることも表示ムラを低減する方法として考えられるが、現実的には製造が極めて難しい。

上記のような技術的背景から、電気泳動型反射型ディスプレーとしては、構成のうち、主要な２つの電極がそれぞれ別の基板に形成され、これらが対向しており、かつ、中間階調表現が可能で、表示ムラが少ないものが要求されている。
特許第３７５０５６５号公報

本発明の目的は、中間階調表現が豊かで、その制御が容易であり、表示ムラの少ない、電気泳動型反射型表示装置を提供することにある。

本発明にかかる電気泳動型反射型表示装置は、
基板と、
前記基板に対向して設けられた透明基板と、
前記基板と前記透明基板との間に設けられた電気泳動分散体と、
前記基板と前記電気泳動分散体との間に設けられた第１電極と、
前記透明基板と前記電気泳動分散体との間に設けられた透明な第２電極と、
を、含む。そして、
前記第１電極または前記第２電極の少なくとも一方は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有する。

上記構成により、中間階調表現が豊かで、その制御が容易な、表示ムラの少ない、反射型表示装置を提供することができる。

本発明において、前記第１電極は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有し、かつ、前記第２電極は、帯状の形状を有する平板電極とすることができる。

本発明において、前記第１電極の表面は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有し、かつ、前記第２電極は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有することができる。

本発明において、前記第１電極は、帯状の形状を有する平板電極であり、かつ、前記第２電極は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有することができる。

本発明において、前記電気泳動分散体は、再帰反射型の粒子を含むことができる。

以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．第１の実施形態
１．１．電気泳動型反射型表示装置
図１は、本実施形態の電気泳動型反射型表示装置１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態における、各画素内の電気力線を示す模式図である。図３は、本実施形態の電気泳動型反射型表示装置１００の斜視図である。

本実施形態にかかる電気泳動型反射型表示装置１００は、基板１０と、基板１０と対向して設けられた透明基板２０と、基板１０と透明基板２０との間に設けられた電気泳動分散体３０と、基板１０と電気泳動分散体３０との間に設けられた第１電極４０と、透明基板２０と電気泳動分散体３０との間に設けられた透明な第２電極４２と、を含む。そして、第１電極４０は、電気泳動分散体３０に向かって複数の凸部４６を有し、第２電極４２は、帯状の形状を有する平板電極である。

基板１０は、第１電極４０の支持体としての機能を有する。したがって、基板１０は、その電気泳動分散体３０と接する側の面に、電気泳動分散体３０に向かって複数の凸形状を有する。基板１０の該凸形状の部分のことを、以下、基板凸部１２という。基板凸部１２は、各画素に対応して設けられ、各画素内で、後述する２つの電極間の距離が極小となる領域を有するように形成される。本実施形態では、基板凸部１２は、半球状とする。本実施形態では、基板１０は、樹脂材料で成形される。

基板１０の変形例として、基板凸部１２は、各画素内で、電極間距離が極小となる領域を有するかぎり任意である。たとえば、基板凸部１２は、球を中心を通らない平面で切ったときの形状としてもよく、また同様に種々の回転体の一部の形状としてもよい。さらに基板凸部１２は、曲面だけでなく、たとえば、四角錐のような、平面から構成されている形状でもよい。基板１０の材質は、上記機能を損なわない範囲で、任意である。

第１電極４０は、基板１０の電気泳動分散体３０と接する側の面に設けられる。第１電極４０は、後述する第２電極４２と対になり、電気泳動分散体３０中の電気泳動粒子を泳動させるための電場を形成する機能を有する。本実施形態では、第１電極４０は、基板１０の電気泳動分散体３０と接する側の面、すなわち基板凸部１２に沿って形成されるため、第１電極４０は、電気泳動分散体３０に向かって複数の凸部４６を有する。本実施形態では、表示の駆動方法を単純マトリックスとする。そのため、基板１０を平面的にみたとき、第１電極４０は、帯状、かつ、ストライプ状に設けられる。本実施形態では、第１電極４０は、基板１０へ銀メッキを施し、パターニングを経て形成される。

第１電極４０は、変形例として、その電極表面４４が装置への入射光を反射する機能を有してもよい。これにより、第１電極４０は、反射板および／または散乱板の機能を有することができる。また第１電極４０の凸部４６の形状は、前述の基板凸部１２の形状にしたがって、変形できる。第１電極４０の凸部４６の形状は、各画素内で、電極間距離が極小となる領域を有するかぎり任意である。

透明基板２０は、基板１０と対向して設けられる。本実施形態では、透明基板２０の形状は、平板である。透明基板２０は、その電気泳動分散体３０と接しない側の面が、本電気泳動型反射型表示装置１００の表示面となる。また、透明基板２０は、第２電極４２の支持体としての機能を有する。本実施形態では、透明基板２０は、ガラス基板とする。

第２電極４２は、透明基板２０の電気泳動分散体３０と接する側の面に設けられる。第２電極４２は、透明である。第２電極４２は前述の第１電極４０と対になり、電気泳動分散体３０中の電気泳動粒子を泳動させるための電場を形成する機能を有する。第２電極４２は、透明基板２０の電気泳動分散体３０と接する側の面に沿って形成されるため、本実施形態では、帯状の形状を有する平板電極である。本実施形態では、表示の駆動方法を単純マトリックスとするため、第２電極４２は、ストライプ状に設けられる。このストライプの方向は、第１電極４０のストライプの方向と交差する。したがって、本実施形態における画素とは、第１電極４０と、第２電極４２とが立体的に交差する領域を指す。

電気泳動分散体３０は、第１電極４０と第２電極４２との間に封入されて設けられる。電気泳動分散体３０は、電気泳動粒子と、分散媒とから構成され、いずれも公知のものを用いることができる。たとえば、電気泳動粒子は、赤、緑、青、黒、白色の粒子を用いることができ、光反射性コート膜を施したり、粒子そのものが光反射性を有してもよい。また分散粒子は、再帰反射型の粒子を用いることもできる。分散媒は、絶縁性の有機溶媒である。該有機溶媒は、電場に対して不動性の、白色ポリマービーズを含んでいてもよく、有機溶媒が染料で着色されていてもよい。また、カラー表示は、電気泳動分散粒子に上記着色粒子を用いること、または、電気泳動分散粒子に光反射性の粒子を用い、かつ、カラーフィルタを設けること、によって達成することもできる。

１．２．電気泳動型反射型表示装置の製造方法
本実施形態の電気泳動型反射型表示装置１００の製造方法は、以下の工程を含む。

基板１０は、本実施形態では、プラスチックを用いて成形され、一方の面に基板凸部１２が形成される。そして基板１０の電気泳動分散体３０と接する側の面、すなわち基板凸部１２を有する面には、金属メッキまたは金属蒸着法にて金属膜を成膜した後、パターニング、エッチングによって、第１電極４０が形成される。あるいは、基板１０は、アルミ板とし、その電気泳動分散体３０と接する側の面に、基板凸部１２が所望の形状となるように、仕上げ加工し、適当な絶縁膜を形成した後、第１電極４０を設けて製造されてもよい。

第１電極４０は、基板１０の電気泳動分散体３０と接する側の面に設けられる。本実施形態では、第１電極４０は、基板１０の電気泳動分散体３０と接する側の面、すなわち基板凸部１２を有する面、に沿う形状で、かつ、平面的に見たときに、帯状のストライプ状になるように設けられる。第１電極４０は、メッキまたはスパッタなどで導電性の膜を成膜したあと、フォトリソグラフィーなどの方法により、パターニングし、エッチングなどを行って形成される。第１電極４０は、白金、金、銀などの導電性金属、または、ＩＴＯなどの透明導電物質により形成される。

透明基板２０には、本実施形態では、透明な第２電極４２が設けられる。透明基板２０は、無アルカリガラス等のガラス基板や、ポリマーフィルムを用いることができる。第２電極４２は、本実施形態では、帯状の形状を有する平板電極であり、透明基板２０の電気泳動分散体３０に接する面に、ストライプ状に設けられる。第２電極４２は、公知の方法で形成することができる。たとえば、ＩＴＯなどの透明導電性物質を用い、スパッタ法、エッチング法などにより形成することができる。第２電極４２を形成する面にカラーフィルタが設けられている場合は、カラーフィルタがダメージを受けないように、適当な保護膜をカラーフィルタの上に形成して次いで第２電極４２を設けることができる。

電気泳動分散体３０は、公知の方法により調製される。電気泳動分散体３０は、公知のとおり、分散媒と分散粒子からなる分散体で構成される。分散媒としては絶縁性の有機溶媒を用いる。絶縁性の有機溶媒としては、キシレン、トルエン、ベンゼン、ドデシルベンゼンまたはナフテン系炭化水素などの芳香族系炭化水素類、シクロヘキサン、ｎ−ヘキサンまたはパラフィン系炭化水素等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチルまたは酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトンまたはメチルイソブチルケトン等のケトン類、エタノール、イソプロピルアルコール、オクタノールまたはメチルセロソルブ等のアルコール類、トリクロロエチレンまたは四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類、等の単独又は混合物を用いる。電気泳動分散体３０に用いる分散粒子はとしては、赤、緑、青、黒、白色の粒子を用いることができ、光反射性コート膜を施したり、粒子そのものが光反射性を有してもよい。また分散粒子は、再帰反射型の粒子を用いることができる。また特開２００１−１８８２６９などに記載の黒色低次酸化チタンまたはカーボンブラック等の黒色微粒子を用いることもできる。

上記分散媒と上記分散粒子から分散体が製造されるが、この分散体には荷電制御剤、分散剤等を添加することができる。さらに、分散体はカプセルに封入して用いることができる。カプセルの形成は該分散系をボールミル、サンドミル等で十分に分散した後、界面重合法不溶化反応法、相分離法、界面沈殿法等、公知の方法により行う。

上記のように加工した基板１０と透明基板２０によって、それぞれ電極が形成された面を内側にして、電気泳動分散体３０が挟み込まれる。具体的には製造した一方または両方の基板の、電極が形成された面に、電気泳動分散体３０がコーティングされ、さらに電極の形成された面が、互いに向かい合うように貼りあわせられる。コーティングの方法はスクリーン印刷法、ローラー印刷法等の印刷方式、エクストルードコーティング、コンマコーティング等各種のコーティング法、スプレー法などを用いる。基板間の距離は、隔壁等を設けて調整でき、または、適当なスペーサーを用いて調整することができる。電気泳動分散体３０にカプセル化された分散体を用いた場合、該カプセルは押しつぶされた形状で挟み込まれてもよい。分散体をカプセル化することにより、画素間の電気泳動分散粒子の移動が抑制される。

１．３．作用効果
第１の実施形態にかかる電気泳動型反射型表示装置１００は、以下のような作用効果を有する。

電気泳動型反射型表示装置１００において、電極に電圧を印加したとき、電位勾配は、２つの電極間の距離の大小に対応して発生する。図２は、本実施形態において電圧を印加した状態の等電位線６０（実線群）の例を仮想的に示している。等電位線の間隔は、電極間距離が小さいほど、狭くなる。そのため、電気泳動分散体３０内の電気泳動分散粒子の泳動速度は、電極間距離が小さい領域の方が、画素の周辺部よりも大きくなる。したがって、電圧を印加したとき、画素の中央付近への電気泳動分散粒子の堆積が周辺部よりも早期に生じ、画素内での電気泳動分散粒子の付着量に分布が生じる。

従来の中間階調表現は、分散粒子の発色性能と、分散粒子の堆積厚みと、を調節パラメータとして達成しようと試みられてきた。本実施形態では、これら２つのパラメータに加えて、分散粒子の画素内分布をもう一つのパラメータとして採用することで、中間階調表現は、従来の場合より豊かになり、かつ、その制御も容易になる。

さらに、基板の傾きを完全に無くすることが難しいという課題に対しても、本実施形態にかかる電気泳動型反射型表示装置１００は、効果を有する。図４は、部材が傾斜したときの第２電極４２への電気泳動分散粒子３２の堆積の様子を示す模式図である（相違の理解のため、傾斜の角度を非常に大きくして描いた。）。図４は、基板１０を基準にしている例である。ここでいう傾斜とは基板間の相対的な位置関係をいうため、図４中の基準の採りかたは重要でない。

第１電極４０を平板状とした場合（図４（Ｂ））、電気泳動分散粒子３２の堆積は、画素の端部に集中してしまい、表示に重大な悪影響を及ぼす。ところが、本実施形態のように、半球状の凸部４６を有する第１電極４０の場合（図４（Ａ））は、たとえ基板１０および透明基板２０が相対的に傾斜しても、電極間距離が最小となる領域を、画素の中央付近に留めることができる。よって、本実施形態は、一定程度までの基板の傾斜であれば、電気泳動分散粒子３２の画素端への偏りを回避できることになる。

以上のことから、本実施形態にかかる電気泳動型反射型表示装置１００は、制御が容易で、豊かな中間階調表現を有し、かつ、表示ムラが少ない。

２．第２の実施形態
２．１．電気泳動型反射型表示装置
図５は、本実施形態の電気泳動型反射型表示装置２００の斜視図である。

本実施形態にかかる電気泳動型反射型表示装置２００は、第２電極４２が電気泳動分散体３０に向かって複数の凸部４８を有すること、以外は、第１の実施形態と同様である。本実施形態では、第１電極４０の凸部４６および第２電極４２の凸部４８は、半円柱状である。そして、第１の実施形態における反射型表示装置１００の部材と実質的に同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態にかかる電気泳動型反射型表示装置２００は、基板１０と、基板１０と対向して設けられた透明基板２０と、基板１０と透明基板２０との間に設けられた電気泳動分散体３０と、基板１０と電気泳動分散体３０との間に設けられた第１電極４０と、透明基板２０と電気泳動分散体３０との間に設けられた透明な第２電極４２と、を含む。そして、第１電極４０および第２電極４２の両方は、電気泳動分散体３０に向かって複数の凸部をそれぞれ有する。

基板１０は、その電気泳動分散体３０と接する側の面に、電気泳動分散体３０に向かって凸の形状の基板凸部１２を有する。基板凸部１２は、各画素の一辺に対応して設けられ、各画素内で、後述する２つの電極間の距離が極小となる領域を有するように形成される。本実施形態では、基板凸部１２は、半円柱状である。

第１電極４０の凸部４６は、本実施形態では、基板１０の電気泳動分散体３０と接する側の面、すなわち基板凸部１２を有する面、に沿って形成されるため、電気泳動分散体３０に向かって凸の半円柱状の形状を有する。

透明基板２０は、本実施形態では、透明な平板を用いる。変形例として、電気泳動分散体３０に向かって凸の形状の基板凸部２２を有してもよい。本実施形態では、透明基板２０は、透明な樹脂基板とする。

第２電極４２は、透明である。第２電極４２の凸部４８は、本実施形態では、透明基板２０の電気泳動分散体３０と接する側の面に設けられる。第２電極４２は、透明基板２０から電気泳動分散体３０に向かって複数の凸部４８を有する。第２電極４２の凸部４８は、本実施形態では半円柱状である。したがって、本実施形態では、透明基板２０と第２電極４２との間の領域は空洞である。

第１電極４０および第２電極４２のストライプの方向は、第１の実施形態で説明したことと本質的に同様である。帯状の電極が立体的に交差した領域の１つが、１つの画素に対応する。

２．２．電気泳動型反射型表示装置の製造方法
本実施形態の電気泳動型反射型表示装置２００の各部材の製造方法は、第１の実施形態で説明した方法を適宜選択して用いることができる。本実施形態では、透明基板２０と第２電極４２との間の領域は、空洞である。そのため、透明基板２０に第２電極４２を設ける前に、あらかじめ、適宜、公知のレプリカなどの方法を組み合わせることによって、第２電極４２を形成する。その後、該第２電極４２を、透明基板２０に、適当な治具で機械的に押さえて密着させ、または、接着剤を用いて接着して設ける。

２．３．作用効果
第２の実施形態にかかる電気泳動型反射型表示装置２００は、第１の実施形態の電気泳動型反射型表示装置１００と同様の作用効果を有する。本実施形態にかかる電気泳動型反射型表示装置２００は、制御が容易で、豊かな中間階調表現を有し、表示ムラが小さい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらに限定されず、以下のような態様をとることができる。

例えば、図６に示すように、本発明にかかる電気泳動型反射型表示装置３００は、第１電極４０は、帯状の形状を有する平板電極であり、かつ、第２電極４２は、電気泳動分散体３０に向かって複数の凸部４８を有することができる。

また、図７に示すように、本発明にかかる電気泳動型反射型表示装置４００は、電極形状が電気泳動型反射型表示装置３００と同様で、透明基板２０は、基板凸部を有さず、電気泳動分散体３０は、再帰反射型粒子３４を含むことができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

第１の実施形態の電気泳動型反射型表示装置１００を模式的に示す断面図。 第１の実施形態における、各画素内の等電位線６０を示す模式図。 第１の実施形態の電気泳動型反射型表示装置１００の斜視図。 （Ａ），（Ｂ）は透明基板２０が傾斜したときの第２電極４２への電気泳動分散粒子３２の堆積の様子を示す模式図。 第２の実施形態の電気泳動型反射型表示装置２００の斜視図。 電気泳動型反射型表示装置３００を模式的に示す断面図。 電気泳動型反射型表示装置４００を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０ 基板、１２ 基板凸部、２０ 透明基板、２２ 基板凸部、３０ 電気泳動分散体、３２ 電気泳動分散粒子、３４ 再帰反射型粒子、４０ 第１電極、４２ 第２電極、４４ 電極表面、４６ 凸部、４８ 凸部、６０ 仮想的等電位線、１００ 電位泳動型反射型表示装置、２００ 電気泳動型反射型表示装置、３００ 電気泳動型反射型表示装置、４００ 電気泳動型反射型表示装置

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板に対向して設けられた透明基板と、
   前記基板と前記透明基板との間に設けられた電気泳動分散体と、
   前記基板と前記電気泳動分散体との間に設けられた第１電極と、
   前記透明基板と前記電気泳動分散体との間に設けられた透明な第２電極と、
   を、含み、
   前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有する、電気泳動型反射型表示装置。
2. 請求項１において、
   前記第１電極は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有し、
   前記第２電極は、帯状の形状を有する平板電極である、電気泳動型反射型表示装置。
3. 請求項１において、
   前記第１電極は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有し、
   前記第２電極は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有する、電気泳動型反射型表示装置。
4. 請求項１において、
   前記第１電極は、帯状の形状を有する平板電極であり、
   前記第２電極は、前記電気泳動分散体に向かって複数の凸部を有する、電気泳動型反射型表示装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
   前記電気泳動分散体は、再帰反射型の粒子を含む、電気泳動型反射型表示装置。

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