JP2011059651A - 電子ペーパ表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】表示素子の明るさを調整することができる電子ペーパ表示素子を提供する。
【解決手段】電子ペーパ表示素子は、一面にセル３０を区切る凸パターン２０が設けられている下部基板と、セル３０内に配置されているディスプレイユニット４０と、ディスプレイユニット４０を覆い、凸パターン２０の上部に積層されている上部基板とを含み、大きさ、比重、電荷量に差のあるディスプレイユニット４０を用いることにより明るさが調整される。ディスプレイユニット４０は、光学的及び電気的異方性を有する回転体であり、流動性液体中に分散した＋帯電粒子及び−帯電粒子を備える電子ボールによって構成することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子ペーパ表示素子に関するもので、より詳しくは、表示素子の明るさを調整することができる電子ペーパ表示素子に関するものである。

最近、次世代表示装置として、柔軟に曲げることが可能な長所を有する電子ペーパの技術開発が加速化されている。

電子ペーパ表示素子は、柔軟に曲げることが可能で且つ他の表示装置に比べて生産コストが低廉で、背景照明や持続的な再充電が必要ないので、少ないエネルギーで駆動可能で、エネルギー効率に優れるという特徴がある。

また、電子ペーパ表示素子は、画質が鮮明で、視野角が広く、電源が瞬間的に遮断されても表示された文字や映像が消えないメモリ機能も備えているため、本、新聞または雑誌などの印刷媒体を始め、折畳み可能なスクリーン及び電子壁紙などとして、広範囲な分野において幅広く用いられる可能性が大きいと期待されている。

一方、電子ペーパ表示素子を実現することができる技術的方式としては、大きく分けて、液晶を用いた方式、有機ＥＬ方式、反射フィルム反射型表示方式、電気泳動方式、ツイストボール方式、エレクトロクロミック方式、メカニカル反射型表示方式などが開発されている。

このうちツイストボール（または、「電子ボール」という）を用いた電子ペーパ表示素子は、２つの電極と、該２つの電極間に介在し、光学的及び電気的異方性を有するツイストボールが組み込まれたエラストマーシート（Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ ｍａｔｒｉｘ）とを含む。

ツイストボールは、その外周面に誘電液がコートされており、互いに異なる電荷に帯電された黒色の半球体と白色の半球体とから構成することができる。

このようなツイストボールを用いた電子ペーパ表示素子では、２つの電極に電圧を印加すると、印加された電圧の方向に応じて粒子の各半球体が誘電液内で互いに反対となる極性の電極面側に向くように回転し、それによって、白黒を表示している。

しかしながら、従来のツイストボールを用いた電子ペーパ表示素子は、同一のツイストボールを用いているため、明るさの調節を行うことが困難であるという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたもので、あって、本発明の目的は、使用環境に応じて表示素子の明るさを調整することができる電子ペーパ表示素子を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、一面にセルを区切る凸パターンが設けられている下部基板と、セル内に配置され、少なくとも１つが他と異なる大きさを有するディスプレイユニットと、ディスプレイユニットを覆い、凸パターンの上部に積層されている上部基板とを含むことができる。

本発明の他の態様によれば、一面にセルを区切る凸パターンが設けられている下部基板と、セル内に配置され、少なくとも１つが他と、＋帯電粒子と−帯電粒子との比率に差を有するディスプレイユニットと、ディスプレイユニットを覆い、凸パターンの上部に積層されている上部基板とを含むことができる。

本発明の更に他の態様によれば、一面にセルを区切る凸パターンが設けられている下部基板と、セル内に配置され、少なくとも１つが他と、帯電粒子の比重に差を有するディスプレイユニットと、ディスプレイユニットを覆い、凸パターンの上部に積層されている上部基板とを含むことができる。

本発明の更に他の態様によれば、一面にセルを区切る凸パターンが設けられている下部基板と、セル内に配置されているディスプレイユニットと、ディスプレイユニットを覆い、凸パターンの上部に積層されている上部基板とを含み、ディスプレイユニットは流動性液体に分散した＋帯電粒子及び−帯電粒子を備える電子ボールであり、少なくとも１つのディスプレイユニットは他のディスプレイユニットと、ディスプレイユニットの大きさの差、帯電粒子の比重の差、及び＋帯電粒子と−帯電粒子との比率の差のうちの少なくとも２つ以上の特性差を有することができる。

また、本発明による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットは、流動性液体に分散した＋帯電粒子及び−帯電粒子を備える電子ボールによって構成することができる。

また、本発明による電子ペーパ表示素子のセルは、ディスプレイユニットの大きさに対応する大きさに区画することができる。

また、本発明による電子ペーパ表示素子の＋帯電粒子及び−帯電粒子のうちのいずれか１つはカーボンブラックで形成された黒色粒子であり、残りの１つはチタンオキシドで形成された白色粒子とすることができる。

また、本発明による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットは、光学的及び電気的異方性を有する回転体とすることができる。

また、本発明による電子ペーパ表示素子の凸パターンの材質は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイーサースルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、エポキシ系、ウレタン系及びポリエステル系からなる群より選ばれたいずれか１つとすることができる。

また、本発明による電子ペーパ表示素子は、セルを一様な大きさになるように区画することができる。

また、本発明による電子ペーパ表示素子の凸パターンの高さは、ディスプレイユニットの高さより低いかまたは等しくすることができる。

また、本発明による電子ペーパ表示素子の帯電粒子の比重の差は、ディスプレイユニットに含まれる＋帯電粒子または−帯電粒子の量を調節して決定することができる。

また、本発明による電子ペーパ表示素子の帯電粒子の比重の差は、流動性液体の成分または質量を調節して決定することができる。

本発明によれば、ディスプレイユニットの大きさ、質量、電荷量を調節することによって、電場の強さに応じて回転するディスプレイユニットの個数、回転角度を調節して、明るさを調整することが可能となるという効果が得られる。

また、アレイマスクを用いて画素空間であるセル内部にのみディスプレイユニットを注入すると共に、該セルに注入されるディスプレイユニットの間隔及び形状を各セルごとに均一にすることができ、画面上にムラやスポット（ｓｐｏｔ）が生じるのを回避して画質を向上させることができる。

本発明の実施形態による電子ペーパ表示素子の断面図である。 本発明の一実施形態による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットの大きさを多様に形成した構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットの比重を多様に形成した構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットの比重を多様に形成した構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットの比重を多様に形成した構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットの比重を多様に形成した構成を示す図である。 本発明の実施形態による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下に示す各実施の形態は当業者に本発明の思想を十分に伝達することができるようにするための例として挙げるものである。従って、本発明は以下に示している各実施の形態に限定されることはなく、他の形態で実現することもできる。

本願において用いる用語は、単に特定の実施形態を説明するために使っているものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数のものとして記載しているものは、特別に明記しない限り、複数の場合も含まれる。

以下、本発明による電子ペーパ表示素子の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。同一または対応する構成要素には同一の符号を付し、それに対する重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態による電子ペーパ表示素子の断面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態による電子ペーパ表示素子は、凸パターン２０が設けられた下部基板１０と、少なくとも１つのディスプレイユニット４０と、上部基板５０とを含んでいる。

まず、下部基板１０の一面に、セル３０を区切る凸パターン２０を形成する方法の実施形態について説明する。

下部基板１０に樹脂層を積層した後、凸パターン２０に対応するパターンが形成された型を樹脂層に押し付けして、樹脂層と型とを分離すると、下部基板１０上に凸パターン２０が形成される。

この樹脂層は、熱硬化性エポキシ材料から構成することができ、凸パターン２０をより効率的に形成するためにインプリント（Ｉｍｐｒｉｎｔ）工法を２段階にすることができる。

即ち、樹脂層の粘度が最低となる温度範囲内（例えば、約１０℃程度）で型と樹脂層とを３０分間熱押し当てた後、押し当てた状態を維持したままで樹脂層が硬化可能な温度範囲（例えば、約１８℃程度）まで温度を上昇させ、樹脂層を硬化させた後、型と樹脂層とを分離する方法を用いることができる。

また、セル３０を区切る凸パターン２０を形成する方法として、型を用いたインプリント工法を説明したが、これに限定されるのではなく、乾式または湿式エッチングなどのような多様な方法を用いて凸パターン２０を形成することができる。

凸パターン２０の上部に積層されている上部基板５０は、セル３０の内側に配置されるディスプレイユニット４０を覆っている。

下部基板１０及び上部基板５０は、ガラスまたはプラスチックの透明な基板上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）や伝導性高分子の透明電極をコートして電極を形成して構成されている。

そのため、透明基板上に形成された電極に電圧を印加し、帯電粒子を引き寄せることができる。

また、凸パターン２０の材質は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイーサースルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、エポキシ系、ウレタン系及びポリエステル系からなる群より選ばれたいずれか１つとすることができる。

下部基板１０上に設けられた凸パターン２０によって区切られているセル３０の大きさは、一定にするか、またはセル３０の内側に配置されるディスプレイユニット４０の大きさに応じたものとすることができる。

下部基板１０の最外殻に形成されている凸パターン２０は、他の凸パターン２０より高く形成することができ、該凸パターン２０の高さはディスプレイユニット４０の高さより低く形成することができる。

次に、凸パターン２０により区切られているセル３０の内部にディスプレイユニット４０が配置されている。ディスプレイユニット４０は、黒色、白色またはその他の色合いを表現する手段であって、本発明の実施形態では、ディスプレイユニット４０は、流動性液体中に分散した＋帯電粒子及び−帯電粒子を備える電子ボールによって構成することができる。

ディスプレイユニット４０では、＋帯電粒子及び−帯電粒子のうちのいずれか１つがカーボンブラックで形成された黒色粒子４０ｂで、残りの１つがチタンオキシドで形成された白色粒子４０ａである（図４参照）。

ディスプレイユニット４０は、光学的及び電気的異方性を有する回転体であり、上部基板５０及び下部基板１０から電場を与えられると、ディスプレイユニット４０内部に含まれた帯電粒子の極性によってディスプレイユニット４０が回転し、電場方向に対応するように配置される。

本発明の実施形態による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニット４０は大きさ、比重、電荷量等、ディスプレイユニット４０の特性を調節して明るさを様々な度合いに調整することができる。

（第１の実施形態）
本発明による電子ペーパ表示素子の明るさは、ディスプレイユニット４０の大きさ（ｓｉｚｅ）によって調整することができる。

第１の実施形態によるディスプレイユニット４０は、他の特性は同一で、ディスプレイユニット４０の大きさのみが異なるように形成されている。

図２は、本実施形態による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットの大きさを多様に形成した構成を示す図である。

図２に示すように、ディスプレイユニット４０の大きさは多様に変化させることができ、ディスプレイユニット４０の大きさによって内部に含まれる帯電粒子の量を変えることができる。

大きさの異なるディスプレイユニット４０は、同一の大きさのセル３０内に配置することができ、ディスプレイユニット４０の大きさに応じて大きさが異なるセル内に配置することもできる。

大きさの異なる各ディスプレイユニット４０を、それらに対応する大きさに区切られたセル３０内に配置するために、ディスプレイユニット４０の大きさに応じてマスク（ｍａｓｋ）を製作することができる。

ディスプレイユニット４０は、流動性液体に分散した＋帯電粒子及び−帯電粒子を備える電子ボールによって構成することができるので、ディスプレイユニット４０の大きさが大きくなれば、ディスプレイユニット４０の内部に含まれる全体としての構成要素の質量及び帯電粒子の量も増加することになる。

上部基板５０及び下部基板１０から同一の大きさの電場が与えられると、大きさの差に応じて、回転するディスプレイユニット４０の個数、回転速度及び回転角度が変わる。

従って、使用環境及び適用される製品の特性に応じてディスプレイユニット４０の大きさを多様に形成して様々な段階に明るさを調整することができ、明るさ調整の信頼性を確保することができる。

（第２の実施形態）
本発明による電子ペーパ表示素子の明るさは、各ディスプレイユニットの比重によって調整することができる。

ディスプレイユニット４０に含まれる帯電粒子の比重差は、ディスプレイユニット４０に含まれる帯電粒子の量と流動性液体の量とを調節して変化させることができる。

第２の実施形態によるディスプレイユニット４０は、他の特性は同一で、ディスプレイユニット４０に含まれる帯電粒子の比重のみが異なるように形成されている。

まず、ディスプレイユニット４０に含まれる帯電粒子の比重差は、ディスプレイユニット４０に含まれる＋帯電粒子または−帯電粒子の量を調節して決定することができる。

例えば、同一の大きさのディスプレイユニット４０を構成する一定の流動性液体に対して＋帯電粒子または−帯電粒子の量を増加させると、比較的弱い電場を印加した場合についても、ディスプレイユニット４０の回転数、回転速度及び回転角度を増大させることができる。

また、流動性液体の成分または質量を調節し、帯電粒子と流動性液体との比重を調節することもできる。

例えば、同一の大きさで、帯電粒子の量が一定のディスプレイユニット４０について流動性液体の量を増加させると、相対的に強い電場が与えなければ、ディスプレイユニット４０を同じように回転させることができなくなる。

図３ａ〜ｄは、本実施形態による電子ペーパ表示素子のディスプレイユニットの比重を多様にした構成を示す図である。

図３ａ〜ｄに示すように、同一のピクセル（４つのセルで構成）に配置されたディスプレイユニット４０の個数によって、４レベルに明るさ調整を行うことができる。

即ち、図３ｂと図３ｄとを比較すると、図３ｄが図３ｂよりディスプレイユニット４０の比重が２倍に増加しているため、同一の電場が印加された場合にも図３ｄが図３ｂより明るさの明るいピクセルを表現する。

従って、同一の大きさで比重が異なるディスプレイユニット４０を用いると、マスクの製作が容易なだけでなく、電子ペーパ表示素子の明るさ調整の信頼性も更に確保することができる。

（第３の実施形態）
本発明による電子ペーパ表示素子の明るさは、各ディスプレイユニットの電荷量によって調整することができる。

第３の実施形態によるディスプレイユニット４０は、他の特性は同一で、ディスプレイユニット４０に含まれる電荷量のみが異なるように形成されている。

ディスプレイユニット４０の大きさ及び比重は一定に維持し、電荷量のみを変化させることによって、明るさを調整することができる。ここで、ディスプレイユニット４０の電荷量は、＋帯電粒子または−帯電粒子の比率または量によって決定される。

即ち、＋帯電粒子と−帯電粒子との比率差を変化させれば、ディスプレイユニット４０の回転角度を変化させることができる。

また、＋帯電粒子と−帯電粒子との全体量を変化させれば、ディスプレイユニット４０の回転数、回転速度及び回転角度などを変化させることができる。

ディスプレイユニット４０では、＋帯電粒子及び−帯電粒子のうちのいずれか１つがカーボンブラックで形成された黒色粒子であり、残りの１つがチタンオキシドで形成された白色粒子であるため、帯電粒子の比率によって明るさを調整することができる。

また、帯電粒子は黒色粒子、白色粒子以外のその他の色相の粒子で形成することもでき、その場合、カラーを実現可能な表示素子の明るさ調節にも適用することができる。

（第４の実施形態）
本発明による電子ペーパ表示素子の明るさは、各ディスプレイユニットの大きさ、比重、及び電荷量のうちの少なくとも２つの特性によって調整することもできる。

第４の実施形態によるディスプレイユニット４０は、前述のディスプレイユニットの大きさの差、該帯電粒子の比重差、及び＋帯電粒子と−帯電粒子との比率差のうちの少なくとも２つ以上の特性差により明るさを調整することができる。

例えば、セル３０内に配置されるディスプレイユニット４０の大きさは一定に維持し、比重と電荷量との２つの特性のみが互いに異なるディスプレイユニット４０を配置することができる。

上記の場合、比重と電荷量との２つの因子によって明るさ調整が行われるため、１つの特性のみで明るさを調整する場合より多様なレベルの明るさ調整が可能である。

前述と同じ方法で、各々のディスプレイユニット４０の比重は一定に維持し、大きさ及び電荷量を変化させるか、または電荷量を一定に維持し、大きさ及び比重を変化させて、明るさを調整することもできる。

また、ディスプレイユニット４０の大きさ、比重及び電荷量を各々のディスプレイユニット４０について各々異なるように調節することによって、明るさ調整をすることができる。

今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０ 下部基板
２０ 凸パターン
３０ セル
４０ ディスプレイユニット
５０ 上部基板

Claims (14)

1. 一面にセルを区切る凸パターンが設けられている下部基板と、
   前記セル内に配置され、少なくとも１つが他と異なる大きさを有するディスプレイユニットと、
   前記ディスプレイユニットを覆い、前記凸パターンの上部に積層されている上部基板と、
   を含む電子ペーパ表示素子。
2. 一面にセルを区切る凸パターンが設けられている下部基板と、
   前記セル内に配置され、少なくとも１つが他と、＋帯電粒子と−帯電粒子との比率に差を有するディスプレイユニットと、
   前記ディスプレイユニットを覆い、前記凸パターンの上部に積層されている上部基板と、
   を含む電子ペーパ表示素子。
3. 一面にセルを区切る凸パターンが設けられている下部基板と、
   前記セル内に配置され、少なくとも１つが他と帯電粒子の比重に差を有するディスプレイユニットと、
   前記ディスプレイユニットを覆い、前記凸パターンの上部に積層されている上部基板と、
   を含む電子ペーパ表示素子。
4. 一面にセルを区切る凸パターンが設けられている下部基板と、
   前記セル内に配置されているディスプレイユニットと、
   前記ディスプレイユニットを覆い、前記凸パターンの上部に積層されている上部基板とを含み、
   前記ディスプレイユニットは、＋帯電粒子及び−帯電粒子を備え、少なくとも１つの前記ディスプレイユニットが、他の前記ディスプレイユニットに対して、前記ディスプレイユニットの大きさの差、前記帯電粒子の比重の差、及び前記＋帯電粒子と前記−帯電粒子との比率の差のうちの少なくとも２つ以上の特性差を有する電子ペーパ表示素子。
5. 前記ディスプレイユニットは、
   流動性液体中に分散した＋帯電粒子及び−帯電粒子を備える電子ボールによって構成されている請求項１から４のうちのいずれか１つに記載の電子ペーパ表示素子。
6. 前記セルは、前記ディスプレイユニットの大きさに対応する大きさになるように区切られている請求項１に記載の電子ペーパ表示素子。
7. 前記＋帯電粒子及び前記−帯電粒子のうちのいずれか１つは、カーボンブラックで形成された黒色粒子であり、残りの１つはチタンオキシドで形成された白色粒子である請求項２から４のうちのいずれか１つに記載の電子ペーパ表示素子。
8. 前記＋帯電粒子及び前記−帯電粒子のうちのいずれか１つは、カーボンブラックで形成された黒色粒子であり、残りの１つはチタンオキシドで形成された白色粒子である請求項５に記載の電子ペーパ表示素子。
9. 前記ディスプレイユニットは、
   光学的及び電気的異方性を有する回転体である請求項１から４のうちのいずれか１つに記載の電子ペーパ表示素子。
10. 前記セルは、一様な大きさになるように区切られている請求項１から４のうちのいずれか１つに記載の電子ペーパ表示素子。
11. 前記凸パターンの高さは、前記ディスプレイユニットの高さより低いかまたは等しい請求項１から４のうちのいずれか１つに記載の電子ペーパ表示素子。
12. 前記凸パターンの材質は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイーサースルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、エポキシ系、ウレタン系及びポリエステル系からなる群より選ばれたいずれか１つである請求項１から４のうちのいずれか１つに記載の電子ペーパ表示素子。
13. 前記帯電粒子の比重の差は、前記ディスプレイユニットに含まれる＋帯電粒子または−帯電粒子の量を調節して決定されている請求項３または４に記載の電子ペーパ表示素子。
14. 前記帯電粒子の比重の差は、
    前記流動性液体の成分または質量を調節して決定されている請求項３または４に記載の電子ペーパ表示素子。

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