JP2012063622A - 電気泳動表示装置、電気泳動表示装置の駆動方法および電子機器 - Google Patents

電気泳動表示装置、電気泳動表示装置の駆動方法および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】帯電粒子の移動を制御することによって、明度、彩度、色彩の3つまたは少なくとも1つを制御することができ、良好な表示が行える電気泳動表示装置、電気泳動表示装置の駆動方法および電子機器を提供する。
【解決手段】電気泳動表示装置は、第1基板30及び第2基板31と、第1基板及び第2基板との間に配置され、少なくとも分散媒と当該分散媒内に混入されたプラス又はマイナスに帯電した着色粒子とを有する電気泳動層32と、第1基板の電気泳動層側に画素ごとに形成され、互いに独立に駆動される第1電極35と、第1電極に接続される第1のトランジスタと、第2基板の電気泳動層側に形成され第1電極よりも広い面積の透光性を有する対向電極37と、画素ごとに形成され、光を反射させる画素電極よりも広い面積の反射層36と、を備え、第2基板側から電気泳動層を見たときに視認される着色粒子の面積により階調を制御する。
【選択図】図3

Description

本発明は、電気泳動表示装置、電気泳動表示装置の駆動方法および電子機器に関するものである。
近年、電子ペーパーなどの表示部として、電気泳動表示装置が用いられるようになっている。電気泳動表示装置は、分散媒に複数の電気泳動粒子が分散された電気泳動分散液を有する構成になっている。電気泳動表示装置は、電界を印加することで電気泳動粒子の分散状態が変化し、電気泳動分散液の光学特性が変化することを表示に利用した装置である。
このような電気泳動表示装置において、下記特許文献1,2に記載されているような3粒子を用いたカラー電気泳動表示装置の概念が提案されている。これらには、電荷が正に帯電した粒子、負に帯電した粒子、無帯電の粒子の3つの電極を用いて駆動されることが記載されている。
特開2009−9092号公報 特開2009−98382号公報
上記文献には、1つのサブ画素内で2つの画素電極を用いて2つの帯電粒子を制御する概念が記載されているが、具体的な画素電極の形状やトランジスタの形状との関係が示されていない。カラー表示の電気泳動表示装置を実現するためには1つのサブ画素で明度および彩度の制御性に課題があり、フルカラー表示を行うことが困難である。そこで、カラー表示の電気泳動表示装置において、明度、彩度、色相の3つまたは少なくとも1つをアナログ的に制御する方法が望まれている。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、帯電粒子の移動を制御することによって、明度、彩度、色彩の3つまたは少なくとも1つを制御することができ、良好な表示が行える電気泳動表示装置、電気泳動表示装置の駆動方法および電子機器を提供することを目的の一つとしている。
本発明の電気泳動表示装置は、第1基板及び第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板との間に配置され、少なくとも分散媒と当該分散媒内に混入されたプラス又はマイナスに帯電した着色粒子とを有する電気泳動層と、前記第1基板の前記電気泳動層側に画素ごとに形成され、画素ごとに独立に駆動される第1電極と、前記第1電極に接続される第1のトランジスタと、前記第2基板の前記電気泳動層側に形成され前記第1電極よりも広い面積の透光性を有する対向電極と、前記第1基板上に形成され、光を反射させる前記第1電極よりも広い面積の反射層と、を備え、前記第2基板側から前記電気泳動層を見たときに視認される前記着色粒子の面積により階調を制御することを特徴とする。
上記構成では、着色粒子に帯電した極性と反極性の電圧を第1電極に印加することにより着色粒子を第1電極上に吸着させることができ、着色粒子に帯電した極性と同極性の電圧を第1電極に印加することにより着色粒子を対向電極側へと移動させることができる。第1電極と対向電極の面積は非対称であり、着色粒子の両基板上での分布面積も非対称となる。これにより、第2基板側から電気泳動層を見たときに視認される着色粒子の面積により階調を制御することができる。また、第1基板上に反射層を備えているので、第2基板側から入射した光が反射層において反射されて、白表示や表示の階調制御が可能となっている。
このように、反射層を設けるとともに着色粒子の面積を制御することによって、明度、彩度、色彩の3つ又は少なくとも1つを制御することができ、良好な表示が行える電気泳動表示装置が得られる。
また、反射層に対して電位の入力が可能とされている構成としてもよい。
例えば、第1電極に着色粒子を対向電極から移動させる時は、反射層に対して第1電極とは反極性の電圧又は対向電極と同一の電圧を印加することにより着色粒子が反射電極に吸着するのを防ぐ事(はじく事)ができる。逆に第1電極から対向電極に着色粒子を移動させる時は、同極性の電圧を印加する。これらにより反射電極が着色粒子をはじく事ができる。
また、反射層が第1電極よりの第1基板側に光透過性を有する第1絶縁層を介して配置されている構成としてもよい。
これによれば、反射層と第1電極とを平面的に重ねて形成することが可能となるので、反射層の面積を広くすることができ、第2基板側から入射した光をより多く反射させることができる。これにより、光の利用効率が向上し、より鮮明な白表示が可能となる。
また、反射層が画素ごとに形成され、第1電極と接続されている構成としてもよい。
これによれば、反射層を第1電極と同電位にすることができる。これによって、例えば、対向電極上で分布している着色粒子を第1電極側へと迅速に移動させることが可能になるとともに、第1電極上に集合している着色粒子を対向電極側へと迅速に移動させることが可能である。
また、前記反射層には前記着色粒子を離反させる電圧が印加されることが好ましい。
これによれば、着色粒子をはじくことができるので、着色粒子が反射電極に吸着するのを防止することができる。
また、反射層が電源に接続されている構成としてもよい。
これによれば、着色粒子を反射層上に集合させることなく所望の位置(第1電極側あるいは対向電極側)へと移動させることが可能である。
また、前記反射層の少なくとも一部が前記絶縁層から電気泳動層側に露出している構成としてもよい。
これによれば、反射層上に絶縁層が存在しないため、光を効率よく反射させることが可能である。
また、プラスに帯電した第1の前記着色粒子と、前記第1の着色粒子と同色でマイナスに帯電した第2の前記着色粒子と、前記第1基板の前記電気泳動層側に第2電極と、前記第2電極に接続される第2の前記トランジスタと、を有する構成としてもよい。
これによれば、例えば、第1電極にマイナスの電圧を印加し、第2電極にプラスの電圧を印加することにより、第1電極上にプラスに帯電した第1の着色粒子を集合させ、第2電極上にマイナスに帯電した第2の着色粒子を集合させることができる。これにより、白表示が得られ、表示をリセットする動作が可能となる。
また、第1電極及び第2電極に同時に同じ電圧(例えば、プラス電圧)を印加することにより、第1の着色粒子を対向電極上に移動させ、かつ、第2電極上に第2の着色粒子を集合させることができる。これにより、中間階調による表示が可能となる。
また、画素ごとに複数の第1電極を有し、複数の第1電極どうしは、これら第1電極より第1基板側の層に形成された第1接続電極により相互に接続されている構成としてもよい。
これによれば、第1接続電極を介して複数の第1電極に同じ電圧を同時に印加することができるので、各第1電極に対する印加電圧の制御が容易である。
また、画素ごとに複数の第1電極および複数の第2電極を有し、複数の第1電極どうしは、第1電極より第1基板側の層に形成された第1接続電極により相互に接続されており、複数の第2電極どうしは、第2電極より第1基板側の層に形成された第2接続電極により相互に接続されている構成としてもよい。
これによれば、第1接続電極を介して複数の第1電極に同じ電圧を同時に印加することができるとともに、第2接続電極を介して複数の第2電極に同じ電圧を同時に印加することができるので、各第1電極及び各第2電極のそれぞれに対する電圧印加の制御が容易である。
また、反射層の表面が光を散乱させる散乱面になっている構成としてもよい。
これによれば、反射層が光反射性及び光散乱性の両方の機能を兼ね備えたものとなり、部品点数の削減によるコスト削減が可能となる。
また、反射層よりも第1基板側に反射層に向かって突出する複数の凸部が形成された第2絶縁膜を有し、反射層の散乱面が複数の凸部の形状を反映させたものである構成としてもよい。
これによれば、第2絶縁膜上に反射層を成膜することで、反射層の表面を散乱面にすることができる。
また、反射層と第2基板との間に光を散乱させる散乱部材を有する構成としてもよい。
これによれば、第2基板側から入射した光は反射層にて反射され、散乱部材によって1回または複数回反射(散乱)された後に観測者側へと射出されることにより、明るさが高められて視認性の良好な表示が得られる。すなわち、より鮮明な白表示が可能になる。
また、反射層よりも第2基板側にカラーフィルターが設けられている構成としてもよい。
これによれば、第2基板側から入射してきた光がカラーフィルターに入射することで着色されて反射層によって電気泳動層側、第2基板側へと反射されることになる。この結果、より明るく視認性が良好なカラー表示が行える。
また、前記第2基板の前記電気泳動層側とは反対側の外面に拡散材が設けられている構成としてもよい。
これによれば、拡散材によって反射層において反射された反射光のうち、正反射光も散乱光とされて表示に用いることができるようになる。これにより、表示のぎらつき防止だけでなく、表示輝度も向上させることが可能である。
本発明の電気泳動表示装置の駆動方法は、第1基板及び第2基板と、第1基板及び前記第2基板との間に配置され、少なくとも分散媒と当該分散媒内に混入されたプラス又はマイナスに帯電した着色粒子とを有する電気泳動層と、前記第1基板の前記電気泳動層側に画素ごとに形成され、画素ごとに独立に駆動される第1電極と、前記第1電極に接続されるトランジスタと、前記第2基板の前記電気泳動層側に形成され前記第1電極よりも広い面積の透光性を有する対向電極と、前記第1基板上に形成され、前記第1電極よりも広い面積の光を反射させる反射層と、を備え、前記第2基板側から前記電気泳動層を見たときに視認される前記着色粒子の面積により階調を制御する電気泳動表示装置の駆動方法であって、前記第1電極及び前記対向電極に対して電圧を印加することにより前記着色粒子を前記第1電極側に引き寄せる第1の動作と、前記第1電極及び前記対向電極に対して電圧を印加することにより前記着色粒子を前記対向電極側に引き寄せる第2の動作と、前記第1の動作及び前記第2の動作において、反射層に前記着色粒子をはじく電位を印加することを特徴とする。
これによれば、着色粒子を第1電極側あるいは対向電極側へと移動させ、対向電極側から視認される着色粒子の面積により表示の階調を制御することができる。また、対向電極側から入射した光が反射層において対向電極側へと反射されることにより、より明るい表示が得られる。
このように、反射層を設けるとともに着色粒子の移動を制御することによって、明度、彩度、色彩の3つ又は少なくとも1つを制御することができ、良好な表示が行える電気泳動表示装置が得られる。
また、着色粒子を第1電極側に引き寄せる第1の動作において、対向電極に印加する電位を基準とし、反射層に第1電極と異なる極性または対向電極と同一の電圧を印加する方法としてもよい。
これによれば、着色粒子の移動を制御することができ、第1電極側へとスムーズに移動することができる。つまり、反射層に第1電極と異なる極性の電圧又は対向電極と同一電圧を印加することにより、反射層上の着色粒子をはじいて第1電極側へと移動させることができる。これにより、第1電極上へ着色粒子をすばやく集合させることができ、表示の切り替え時間を短縮することが可能である。
また、対向電極に印加する電位を基準として、前記第1電極に対してプラスの電圧を印加することにより、着色粒子を第1電極あるいは対向電極側に引き寄せる、第1のプリセット動作と、第1のプリセット動作とは反対の極性の電圧を第1電極に印加することにより、着色粒子を第1電極あるいは対向電極側に引き寄せる、第2のプリセット動作と、を有する方法としてもよい。
第1電極に同じ電圧を繰り返し印加すると、第1電極と対向電極との間にDC電圧が印加される。これはプリセット時に着色粒子を第1電極側へと確実に引き寄せるための大きな電圧が印加され、画像書き込み時にはその逆極性で絶対値が同等以下の電圧が印加されることが原因である。そこで、単数あるいは複数の画像書き換えを実行するごとに第1電極に印加する極性を逆にすることにより、第1電極と対向電極との間に直流電圧が印加されることを防止して、電極の腐食や電気泳動材料の劣化を防止することができる。すなわち、上記第1のプリセットと第2のプリセット動作を交互に用いる。
また、電気泳動表示装置は、プラスに帯電した第1の着色粒子と、第1の着色粒子と同色でマイナスに帯電した第2の着色粒子と、第1基板の電気泳動層側に第2電極と、を有し、第1電極及び第2電極に対して互いに異なる電圧を印加する第1のプリセット動作と、第1のプリセット動作とは反対の極性の電圧を第1電極および第2電極に印加する第2のプリセット動作と、を有する方法としてもよい。
単数あるいは複数の画像書き換え(第1のプリセット動作及び第2のプリセット動作)を実行するごとに第1電極及び第2電極に印加する極性を逆にすることにより、第1電極及び第2電極と対向電極との間に直流電圧が印加されることを防止して、電極の腐食や電気泳動材料の劣化を防止することができる。
また、電気泳動表示装置は、第1電極に、対向電極に対してプラスの電圧を印加し、第2電極に、対向電極に対してマイナスの電圧を印加することにより、粒子を第1電極及び第2電極側に引き寄せる、第1のプリセット動作と、第1電極に、対向電極に対してマイナスの電圧を印加し、第2電極に、対向電極に対してプラスの電圧を印加することにより、第1の着色粒子及び第2の着色粒子を第1電極及び第2電極側に引き寄せる、第2のプリセット動作と、を有する方法としてもよい。
第1電極及び第2電極を有する場合にも、各電極に同じ電圧を繰り返し印加すると、第1電極及び第2電極と対向電極との間にDC電圧が印加されて電極の腐食や電気泳動材料の劣化が生じてしまう。そこで、単数あるいは複数の画像書き換えを実行するごとに第1電極及び第2電極に印加する極性を反転させることにより、第1電極及び第2電極と対向電極との間に直流電圧が印加されることを防止して、電極の腐食や電気泳動材料の劣化を防止することができる。
また、第1のプリセット動作と第2のプリセット動作とを交互に実施する方法としてもよい。
これによれば、第1電極及び第2電極と対向電極との間に直流電圧が印加されることを防止して、電極の腐食や電気泳動材料の劣化を防止することができる。
本発明は、上記の電気泳動表示装置を備えた電子機器であることを特徴とする。
これによれば、先に記載の電気泳動表示装置を備えた構成とされているので、明るく視認性の良好な表示の行える信頼性に優れた高品位の電子機器が得られる。
(a)は、電気泳動表示装置の全体構成を示す平面図、(b)は、電気泳動表示装置の全体構成を示す等価回路図。 電気泳動表示装置における1画素の等価回路図。 電気泳動表示装置の概略構成を示す断面図。 素子基板上の1画素における画素電極のレイアウトを示す一例。 1画素における素子基板上の構成をより詳細に示す平面図。 図5のA−A線断面図。 画素電極への印加電圧の大きさに応じて正帯電粒子の分布状態が異なる場合を示す説明図。 表示色ごとの粒子の分布状態を示す断面図。 表示色ごとの粒子の分布状態を示す平面図。 1粒子系の電気泳動表示装置を駆動する際のタイミングチャート。 複数のサブ画素からなる1画素を概略的に示す図。 第2実施形態の電気泳動表示装置の1画素における概略構成を示す断面図。 電気泳動表示装置の全体構成を示す等価回路図。 電気泳動表示装置の1画素における素子基板の構成を詳細に示す平面図。 図14のB−B線に沿う断面図。 表示色ごとの粒子の分布状態を示す断面図。 2粒子系の電気泳動装置を駆動する際のタイミングチャート。 2粒子系の電気泳動装置を駆動する際のタイミングチャート。 (a)〜(d)は、素子基板の変形例を示す断面図。 画素電極の変形例を示す平面図。 対向基板側にカラーフィルターを設けた場合の概略構成を示す断面図。 光散乱性が付与された反射電極を有する素子基板の概略構成を示す断面図。 光散乱性が付与された反射電極及び散乱粒子を有する素子基板の概略構成を示す断面図。 (a)は、光拡散板を有する電気泳動表示装置の1画素における概略構成を示す断面図、(b)は光拡散板の概略構成を示す断面図、(c)は光拡散板の概略構成を示す平面図。 画素電極の数によって異なる1画素における表示状態を示す図であって、(a)1画素内に画素電極が複数ある場合、(b)は1画素内に画素電極が1つのみ配置されている場合について示す図。 本発明の電気泳動表示装置を適用した電子機器の具体例を説明する斜視図、(a)は、電子機器の一例である電子ブックを示す斜視図、(b)は、電子機器の一例である腕時計を示す斜視図、(c)は、電子機器の一例である電子ペーパーを示す斜視図。
[第1実施形態]
まず、第1実施形態の電気泳動表示装置として、1粒子系の電気泳動表示装置の構成について述べる。
図1(a)は、電気泳動表示装置の全体構成を示す平面図である。
図1(a)に示すように、本実施形態の電気泳動表示装置100は、素子基板300が対向基板310よりも大きな平面寸法を有しており、対向基板310よりも外側に張り出した素子基板300上に2つの走査線駆動回路61と2つのデータ線駆動回路62とが外部機器と接続するためのフレキシブル基板201,202上にCOF(Chip On Film)実装(あるいはTAB(Tape Automated Bonding)実装)されている。そして、走査線駆動回路61が実装されたフレキシブル基板201が、素子基板300の一短辺に沿った辺縁部に形成された端子形成領域に、ACP(異方性導電ペースト)やACF(異方性導電フィルム)等を介して実装されている。ここで、素子基板300は、後述する第1基板30を基体として構成され、対向基板310は、後述する第2基板31を基体として構成されている。
また、データ線駆動回路62が実装されたフレキシブル基板202が、素子基板300の一長辺に沿った辺縁部に形成された端子形成領域に、ACPやACF等を介して実装されている。各端子形成領域には、それぞれ複数の接続端子が形成されており、各々の接続端子に対して表示部5から延びる後述の走査線やデータ線が接続されている。
また、素子基板300と対向基板310とが重なる領域に表示部5が形成されており、表示部5から延びる複数の配線(走査線66やデータ線68)は、走査線駆動回路61及びデータ線駆動回路62が実装されている領域に延出され、当該実装領域に形成された接続端子に接続されている。そして、かかる接続端子に対してフレキシブル基板201,202がACPやACFを介して実装されている。
図1(b)は、電気泳動表示装置の全体構成を示す等価回路図である。
図1(b)に示すように、電気泳動表示装置100の表示部5には、複数の画素40がマトリクス状に配列されている。表示部5の周辺には、走査線駆動回路61およびデータ線駆動回路62が配置されている。走査線駆動回路61およびデータ線駆動回路62は、それぞれコントローラー(不図示)と接続されている。コントローラーは、上位装置から供給される画像データや同期信号に基づき、走査線駆動回路61およびデータ線駆動回路62を総合的に制御する。
表示部5には走査線駆動回路61から延びる複数の走査線66と、データ線駆動回路62から延びる複数のデータ線68とが形成されており、これらの交差位置に対応して画素40が設けられている。
走査線駆動回路61は、複数の走査線66を介して各々の画素40に接続されており、コントローラーの制御のもと、各走査線66を順次選択し、画素40に設けられた選択トランジスタ(第1のトランジスタ)TRs(図2参照)のオンタイミングを規定する選択信号を、選択した走査線66を介して供給する。データ線駆動回路62は、複数のデータ線68を介して各々の画素40に接続されており、コントローラーの制御のもと、画素40の各々に対応する画素データを規定する画像信号を画素40に供給する。
図2は、電気泳動表示装置における1画素の等価回路図である。
表示部5には、複数の走査線66(m、m+1、…)と複数のデータ線68(n、n+1、…)との交点位置に対応して複数の画素40が設けられている。
1画素(画素40)における画素回路は、電気光学材料としての電気泳動層32と、スイッチング動作を行って電気泳動層32に電圧を印加させるための選択トランジスタTRsと、を含んでそれぞれ構成されている。
各画素40における選択トランジスタTRsは、ゲートに走査線66が接続され、ソースにデータ線68が接続され、ドレインに接続電極44を介して電気泳動層32(画素電極35)が接続されている。
接続電極44は、選択トランジスタTRsのドレインに接続されるとともに複数の画素電極(第1電極)35に接続されている。
なお、図2では保持容量を記載していないが保持容量を付加した等価回路であってもよい。
図3は、電気泳動表示装置の概略構成を示す断面図である。
図3に示すように、電気泳動表示装置100は、第1基板30及び画素電極35を含む素子基板300と、第2基板31及び対向電極37を含む対向基板310との間に電気泳動層32が挟持されてなるものである。
図4は、素子基板上の1画素における画素電極のレイアウトを示す一例である。
図4に示すように、画素40内には平面視円形状の複数の画素電極35が配置されている。ここで、画素電極35の配列は、等間隔に配列されていてもよいが、不規則な配列にしておくことにより、画素電極35の境界がスジとなって現れる表示スジの発生を防止することができる。
図5は、1画素における素子基板上の構成をより詳細に示す平面図であり、図6は、図5のA−A線断面図である。
図5及び図6に示すように、第1基板30上には画素40ごとに、選択トランジスタTRs、接続電極44、ゲート絶縁膜41b、第1層間絶縁層42A、第2層間絶縁層42B、反射電極(反射層)36、保護層43、および複数の画素電極35が設けられている。
選択トランジスタTRsのゲートに走査線66が接続され、ソースにデータ線68が接続され、ドレインに接続電極44が接続されている。
接続電極44は、選択トランジスタTRsのソース電極41cおよびドレイン電極41dと同層に形成されており、幹部441と当該幹部441によって連結された複数の枝部442とを有してなり、全体として平面視櫛歯形状を呈している。なお、図5中には6本の枝部442を図示しているがこれに限られたものではない。
第1基板30上には、画素40ごとに選択トランジスタTRsの一部を構成するゲート電極41eが形成されている。ゲート電極41eは、厚さ300nmのアルミニウム(Al)からなる。このゲート電極41eを覆うようにして第1基板30の表面全体に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜41bが形成され、ゲート電極41eの直上に厚さ50nmのa−IGZO(In、Ga、Znの酸化物)からなる半導体層41aが形成されている。
ゲート絶縁膜41b上には、厚さ300nmのAlからなるソース電極41cおよびドレイン電極41dがゲート電極41eおよび半導体層41aと一部重なるようにそれぞれ設けられている。ソース電極41cとドレイン電極41dは半導体層41aに一部乗り上げるようにして形成されている。また、同じく厚さ300nmのアルミニウム(Al)からなる接続電極44がゲート絶縁膜41b上に形成されている。この接続電極44は、ソース電極41cおよびドレイン電極41dと同時にパターン形成されるものでドレイン電極41dと接続されている。
ここで、選択トランジスタTRsとしては、a−SiTFT、ポリSiTFT、有機TFT、酸化物TFT等が使用可能である。構造もトップゲート、ボトムゲート構造共に可能である。
さらに、第1基板30上には、選択トランジスタTRsのドレイン電極41d及びソース電極41c、接続電極44を覆うようにして第1層間絶縁層42Aが形成されている。第1層間絶縁層42A上には、接続電極44と対向する位置に下層の接続電極44の一部を露出させる貫通孔11aが設けられている。この第1層間絶縁層42A上にはその表面全体を覆うようにして第2層間絶縁層42Bが形成されている。
第1層間絶縁層42Aおよび第2層間絶縁層42Bは、酸化膜や窒化膜などからなり、選択トランジスタTRsおよび接続電極44を覆うようにして基板面全体に形成されている。第2層間絶縁層42Bの表面には、各画素40ごとに画素領域の略全体を占める大きさを有する反射電極36が形成されている。また、各画素毎の反射電極36は画素電極35に接続されており、それぞれ独立に設けられている。
反射電極36は、第1層間絶縁層42Aおよび第2層間絶縁層42Bを貫通して形成された貫通孔11a、11bを介して当該貫通孔11a,11bから露出する接続電極44に接続されている。反射電極36は画素領域の形状に倣って平面視略矩形状を呈している。この反射電極36はAl等の金属等の反射性の材料を用いて形成され、対向基板310側から入射した光を反射させて再び対向基板310側へと戻す機能を有する。反射電極36上には第1基板30の表面全体を覆うようにして光透過性を有する保護層43が形成されている。
保護層43は、厚さ3μmの感光性アクリルからなり、平坦化層としても機能する。保護層43の接続電極44と対応する位置には、上記した貫通孔11a,11bとともにコンタクトホールH1を形成する貫通孔11cが形成されている。保護層43の表面には画素40ごとに複数の画素電極35が形成されている。
画素電極35は、保護層43に形成された貫通孔11cを介して貫通孔11b内に存在する反射電極36の表面を覆うようにして形成されており、反射電極36と接続(接触)した状態にある。つまり、各画素電極35は、コンタクトホールH1を介して下層の接続電極44と電気的に接続され、トランジスタTRsのスイッチング動作により各画素電極35に所定の電圧が印加されるようになっている。
画素電極35は、平面視円形状に形成されており、その直径はセルギャップ(画素電極35と対向電極37との距離)よりも小さい長さに設定され、本実施形態ではセルギャップの1/2以下の長さに設定されている事が望ましい。これにより、第2基板31側から見たときの最小ドットの大きさを小さくすることができ、明るい表示が可能となる。これは画素電極35の面積を狭くし、反射電極36の面積を広くするからである。ここで、画素電極35は平面視円形状に形成されているが多角形でも構わない。また、1画素内に配置される複数の画素電極35の総面積は1画素の面積の1/4以下である事が好ましい。
ここで、画素電極35が厚さ50nmのITOからなり、第2層間絶縁層42Bが厚さ300nmのシリコン窒化膜からなり、保護層43が厚さ1μmの感光性アクリルからなり、接続電極44及び反射電極36が厚さ300nmのAlからなり、第1基板30が厚さ0.5nmのガラス又はPET基材からなっている。
図3に戻って、電気泳動層32を介して素子基板300と対向する対向基板310は、第2基板31とその表面(第1基板30と対向する内面)の略全体を覆う対向電極37とを有して構成されている。対向電極37は平面視で画素電極35及び反射電極36を覆い、画素電極35及び反射電極36より広く形成されており、ここでは第2基板31の少なくとも表示に寄与する部分を覆う領域に形成されている。
ここで、対向電極37が厚さ100nmのITOからなり、第2基板31が厚さ0.5nmのガラス又はPET基材からなる。
ここで画素電極35と対向電極37はそれらのフェルミ準位差が小さくなるように材料選定されている。その差分がDC電圧となり、電極の腐食を引き起こすからである。例えばITOとAlでは腐食が起こる事が知られている。このため、例えば両電極の材料を同一とする事が最も望ましい。また、図3において画素電極35を用いない構成も可能である。しかし、反射電極36と対向電極37が不透明と透明電極であり、異なる材料となるため画素電極35を具備させる構成が好適である。
又、以上述べた材料、厚さ等はそれに限るものではない。
素子基板300と対向基板310との間にはシール材(図示略)が配置されている。材料には液晶装置のシール材と同様の材料が用いられ、UV硬化型のアクリル系材料が用いられる。あるいは熱硬化型のエポキシ系樹脂を用いても構わない。そして、素子基板300、対向基板310、シール材によって囲まれた領域に電気泳動材料が封入されている。
素子基板300と対向基板310との間に配置される電気泳動層32は、透明な分散媒21中にプラスに帯電した黒色の正帯電粒子(着色粒子)27(Bk)が多数混在されてなる。正帯電粒子27(Bk)等の帯電した粒子は、電気泳動層32中において電気泳動粒子として振る舞う。電気泳動粒子は、画素電極35と対向電極37との電位差に基づいて移動する。
次に、1粒子系の電気泳動表示装置の動作原理について述べる。
図7(a)、(b)は、画素電極への印加電圧の大きさに応じて正帯電粒子の分布状態が異なる場合を示す説明図である。
画素電極35に対して大きさの異なる電位を入力した場合に、正帯電粒子27(Bk)がどのように対向電極37上に配置されるかを考える。対向電極37には共通電位としてグランド電位が入力される。本実施形態の反射電極36は画素電極35と同じ電圧が印加されている。
ここでは、まず画素電極35にマイナスの電圧を印加し、全ての正帯電粒子27(Bk)を画素電極35上に電気的に吸着させた後、画素電極35に大きさの異なるプラスの電圧を印加して正帯電粒子27(Bk)の電気泳動層32内での分布状態を制御する。このとき反射電極36上には保護層43が形成されており、正帯電粒子27(Bk)に印加される電圧はその層の寄与分だけ低減される。画素電極35の電圧はそのまま正帯電粒子27(Bk)に印加される。このため画素電極35上に効率良く正帯電粒子27(Bk)を吸着する事ができる。
また、画素電極35に印加される正の電圧のうち、対向電極37の電位を基準とし、絶対値が最大となる電圧をプラス電圧VH(以下、正の最大値とも称する)、負の電圧のうち絶対値が最大となる電圧を電圧VL(以下、負の最大値とも称する)とする。
なお、「電極に電圧を供給する」とは、「電極に対して、グランド電位との間で当該電位を生じさせるような電位を供給する」ことと同義である。
図7(a)に示すように、画素電極35に大きなプラス電圧VH(正の最大値)を印加すると、このプラス電圧VHに対応する電位と対向電極37のグランド電位との電位差(電圧)に起因する電界によって、画素電極35と対向電極37との間に大きな電界が生じる。このため、典型的にはほぼ全ての正帯電粒子27(Bk)が対向電極37側へと移動する。
また、正帯電粒子27(Bk)は、画素電極35からの斜め電界(画素電極35から、第1基板30の法線に対して傾いた方向に出る電気力線を有する電界)によって、第2基板31に平行な方向に広い範囲に分散することになる。よって、図2(a)では画素全体に黒表示を表現することができる。
これに対して、図7(b)に示すように、画素電極35に中程度の大きさのプラス電圧Vh(|Vh|<|VH|)を印加すると、画素電極35と対向電極37との間の電位差(電圧)は図2(a)の場合より小さくなるため、プラスに帯電した粒子27(W)は対向電極37側であまり広がらずに分布する。これは、以下の理由による。
すなわち、正帯電粒子27(Bk)は斜め電界でも移動するが、もともとの電界が大きくないため斜め電界も大きくはならない。よって、正帯電粒子27(Bk)の第2基板31に平行な方向についての移動量が少なくなり、正帯電粒子27(Bk)が狭い範囲に集中してスポット的な分布を実現できる。また、移動する粒子数も少なくなる。よって、ここでは図7(a)で示すよりも小さい面積の黒表示が表現できる。
また、反射電極36には画素電極35と同じ電位が入力されているため、反射電極36上には正帯電粒子27(Bk)が吸着せず、対向電極37側へとスムーズに移動する。
なお、対向電極37側に正帯電粒子27(Bk)を移動させない場合、つまり画素電極35にマイナスの電圧を印加してすべての正帯電粒子27(Bk)を画素電極35上に集めた場合には、透明な分散媒21(T)を介して反射電極36にて反射された光(白色光)の色が第2基板31側から視認されるため、画素全体が白表示になる。
なお、本実施形態では、対向基板310側から入射した光が第1基板30側に配置された反射電極36により反射されてより鮮明な白表示が得られる。
このように対向電極37上に分布する正帯電粒子27(Bk)の数と分布状態(分布領域)を制御することで黒表示または白表示、あるいは黒から白までの中間階調の表示を制御できる。また、この画素電極35を1つの画素内で島状に複数設けることにより、より制御性良く表示をコントロールできる。
次に、1粒子系の電気泳動表示装置による実際の表示動作について述べる。
図8(a)〜(c)は、表示色ごとの粒子の分布状態を示す断面図である。図9は、表示色ごとの粒子の分布状態を示す平面図である。なお、図8(a)〜(c)では、1つの画素に着目して図示しており、各画素内の画素電極35の数、および反射電極36上の絶縁膜としての保護層43は省略してある。ここでは、対向電極37にはグランド電位が入力される。反射電極36には図7と同様に画素電極35と同一電圧が印加される。
図8(a)は白表示のときの粒子の分布状態を示す。
ここでは、各画素電極35にマイナスの電圧VLを印加している。すると、プラスに帯電した正帯電粒子27(Bk)は各画素電極35上に吸着する。外部から入射した光は画素電極35の周囲に存在する反射電極36にて反射されて対向電極37側から出光する。つまり、全ての正帯電粒子27(Bk)が画素電極35上に吸着しているので、対向電極37側から入射した光は反射電極36において反射されて対向電極37側へと戻ることになる。
よって、この状態で対向電極37側から電気泳動層32を見ると、反射光によって画素全体が白表示となる(プリセット状態)(図9(a))。
図8(b)は黒表示のときの粒子の分布状態を示す。
白表示から黒表示へ表示を切り替える場合は、各画素電極35にプラスの電圧VHを印加する。すると、プラスに帯電した正帯電粒子27(Bk)は全て対向電極37側へと移動し2次元あるいは3次元的に分布する。黒色の正帯電粒子27(Bk)の分布領域27Rは画素領域全体を占めている。よって、外部から入射した光は対向電極37上に分布する正帯電粒子27(Bk)にて吸収されるため、黒表示となる(図9(b))。
図8(c)はグレー表示のときの粒子の分布状態を示す。
ここでは、まず図8(a)に示した状態から画素電極35に所定の電圧を印加する。
すべての正帯電粒子27(Bk)が各画素電極35上に吸着した状態(プリセット状態)で、画素電極35に黒表示のときに印加したプラス電圧VHよりも小さいプラス電圧Vh(|Vh|<|VH|)を印加すると、画素電極35上の正帯電粒子27(Bk)の一部が対向電極37側へと移動する。これにより、画素電極35に対向する対向電極37上の所定領域には小さな黒ドットが複数形成され、これら黒ドットの間に分散媒21が存在する。ここでは、正帯電粒子27(Bk)による黒表示が画素領域全体のおよそ1/2の面積を占めている。また、正帯電粒子27(Bk)の分布領域27R以外の領域の面積、つまり、画素領域全体のおよそ1/2の面積は反射光による白表示が占めている。黒ドット間の分散媒21(T)を透過して反射電極36にて反射された光が再び対向電極37側へと戻ることにより、この領域では白を表現することができる。
対向電極37上では正帯電粒子27(Bk)が2次元あるいは3次元的に分布して、正帯電粒子27(Bk)による黒ドットの領域と、反射光による白色の領域とが混在するので、この状態で対向電極37側から電気泳動層32を見ると、全体としてはグレー表示となる。つまり、入射光は、黒色の正帯電粒子27(Bk)において吸収される成分と、反射電極36において反射される成分とを含んでおり、これら成分を足し合わせると、全体としてグレー表示となる(図9(c))。
他の表現を用いると、対向電極37上に存在する正帯電粒子27(Bk)によって反射電極36の一部が一部隠れることで対向基板310側から射出する反射光の出光量が減ることから、明るさが抑えられたグレー表示となる。
また、対向電極37側への正帯電粒子27(Bk)の移動量および分布範囲の制御は、画素電極35、対向電極37、反射電極36間の距離や画素電極35の大きさ等の設計要因や印加電圧によって可能である。また、上記では各画素電極35に印加する電圧の大きさで正帯電粒子27(Bk)の移動量および分布範囲を制御したが、電圧の印加時間の長短でも制御することが可能である。
明度の制御は、対向電極37の外側から電気泳動層32を見たときに視認される粒子の面積により行なわれる。視認される面積とは、粒子の2次元、3次元的分布を含めて実際に視認される実効的な面積を示す。
なお、上記表示状態において、黒色の正帯電粒子27(Bk)の分布領域と白色の反射領域との周辺部では完全な黒表示、白表示にはならないが、正帯電粒子27(Bk)の分布領域を視認したときの実効的な面積で諧調を制御し、明度と彩度との制御を行う。
このように、明度、彩度、またはグレー表示は、結果として対向電極37の外部から電気泳動層32を見たときに視認される正帯電粒子27(Bk)の移動量および分布の実行的な面積により制御されることになる。
なお、上記においては白表示のプリセット状態から次の表示を行うこととしたが、黒表示のプリセット状態から次の表示を行うこととしてもよい。黒表示のプリセット状態は図8(b)に示したように、画素電極35にプラス電圧VHを印加することにより得られる。黒表示から次の表示に移行する際には、画素電極35にマイナス電圧を印加して対向電極37から黒色の正帯電粒子27(Bk)を引き抜く量を制御して表示を行うこととなる。
電気泳動層32内に存在する電気泳動粒子が黒色の正帯電粒子27(Bk)のみなので、白表示プリセットおよび黒表示プリセットのうちどちらのプリセット動作を用いても、一方の表示色によるプリセット動作のみを使い続けると対向電極37と画素電極35との間にDC電圧が印加される。これは、画素電極35にプリセット時に大きな電圧が必ず印加され、画像書き込み時にはその逆極性で絶対値が同等以下の電圧が印加されることが原因である。
対向電極37と画素電極35との間にDC電圧が印加されると、電極の腐食や電気泳動材料の劣化が生じてしまう。これを避けるために、白表示プリセット動作(図8(a))、黒表示プリセット動作(図8(b))を単数または複数の画像書き換えを実施するごとに切り替えてもよい。
図10は、1粒子系の電気泳動表示装置を駆動する際のタイミングチャートである。
対向電極37にグランド電位(Vcom)を印加し、この状態で画素電極35に所定の電圧を印加する。
[グレー表示]
図10に示すように、プリセット期間T11においては、まず、走査線66に選択電圧Vghを印加して、データ線68を介して各画素電極35にマイナス電圧VL(負の最大値)を印加することにより、図8(a)で示したように各画素電極35上に全ての正帯電粒子27(Bk)を吸着させる。このようにして画素40内を白表示とし、初期状態にする。
書き込み期間T12においては、走査線66に選択電圧Vghを印加して、データ線68を介して各画素電極35にプラス電圧Vh(|Vh|<|VH|)を印加することにより、図8(c)に示したように、画素電極35に吸着していた正帯電粒子27(Bk)の一部を対向電極37側へと移動させる。これにより、対向基板310側から見ると混在する黒ドット領域と白領域とが視認されてグレー表示となる。
表示保持設定期間T13においては、走査線66に選択電圧Vghを印加し、画素電極35にVcomを印加しデータ線68、画素電極35の電位をVcomとする。これでT13期間の動作は終了する。その後の表示保持期間T14では、画素電極35、反射電極36、対向電極37をすべてハイインピーダンス(電圧無印加)状態にする。これにより、表示を書き換えることなく保持できる。この状態では電力は消費されない。
表示保持設定期間T13でデータ線68、画素電極35、対向電極37の電位を同一とした。仮にデータ線68の電位が画素電極35のそれと異なっており、その後のT14期間に選択トランジスタTRsの光リーク等によるリーク電流でデータ線68の電位が画素電極35に書き込まれると、結果として表示が書きかわる。これを防止するためである。
[白表示]
白表示を行う場合、まず、白表示プリセットを実施する。
図10に示すように、プリセット期間T21では、上記したプリセット期間T11と同様に、走査線66に選択電圧Vghを印加し、データ線68を介して各画素電極35にマイナス電圧VL(負の最大値)を印加する。これにより、図8(a)で示したように各画素電極35上に全ての正帯電粒子27(Bk)を吸着させて、画素40内を白表示とし、初期状態に戻す。
対向電極37側から入射した光が反射電極36において反射されることにより画素40が白表示となる。
書き込み期間T22では、プリセット期間T21において白表示にしたので、この白表示を保持させるための電圧(Vcom)を画素電極35に印加する。
さらに、続く表示保持設定期間T23においてはT13同様の電圧を印加する。さらに表示保持期間T24においてはT14と同様とした。
[黒表示]
ここでは黒表示プリセットを実施する。
図10に示すように、プリセット期間T31では、上記したプリセット期間T31と同様に、走査線66に選択電圧Vghを印加し、データ線68を介して各画素電極35にプラス電圧VH(正の最大値)を印加する。これにより、図8(b)で示したように画素電極35上に吸着していた正帯電粒子27(Bk)が対向電極37側に移動して、全ての正帯電粒子27(Bk)が対向電極37上において2次元あるいは3次元的に分布する。このようにして、画素領域全体に分布する正帯電粒子27(Bk)により、画素40内が黒表示となる。
書き込み期間T32では、プリセット期間T31において黒表示にしたので、この黒表示を保持させるための電圧(Vcom)を画素電極35に印加する。
さらに、続く表示保持設定期間T33、表示保持設定期間T33においてT23、T24と同様の電圧を印加する。
上記したように、異なる色表示を続けて行う場合に、プリセット動作及び書き込み動作を続けて行うのではなく、各動作の間に保持動作を実行してもよい。保持状態は実質的に画素電極35に画像を書き換える電圧が外部から印加されない状態をさす。
また、画素電極35への印加電圧の大小は一例である。なぜなら、印加電圧の大きさは画素電極35と対向電極37との距離、画素電極35の大小や電気泳動材料によっても変わるからである。また、T31で黒表示プリセットを用いたが、白表示プリセットを用いてその後黒表示を行なっても良い。また、白と黒表示プリセットを交互に切り替えても良い。その周期は1画面ごと、複数画面ごとのどちらでも良い。
また、ここでVcomはグランド電位に限らず、共通電位、基準電位の意味でもある。
上述したように、本実施形態では、素子基板300側に光を反射させる反射電極36が設けられている。対向基板310側から入射した光は反射電極36によって反射されて観測者側へと出射する。この反射光は白色光であり、この白色光の制御によって白表示や表示の階調制御が可能である。また、表示保持設定期間に選択トランジスタを導通させてVcomを画素電極35に書き込んだが、後に図17で示すように、データ線68をVcomとするだけでも良い。
また、反射電極36は後述の図14,15のように独立な電位の入力が可能な構成としても良い。例えば、正帯電粒子27(Bk)を画素電極35に吸着させるときは、対向電極37と同一電位を、対向電極37に吸着させるときは画素電極35と同一極性の電圧を印加する。これにより反射電極36で正帯電粒子27(Bk)をはじく事ができる。これで、正帯電粒子27(Bk)が反射電極36に吸着するという不具合を解消する。
また、選択トランジスタTRs上に反射電極36を形成することにより、選択トランジスタTRsへの光の入射が防止されて動作不良が発生するのを防ぐことができる。さらに、選択トランジスタTRs上でも光を反射させることが可能なため、有効表示領域が実質的に増加し、より多くの光を取り出すことができる。
本実施形態の電気泳動表示装置100によれば、より明るく輝度の高い表示が得られ、視認性の良好な表示が行える。着色粒子の帯電の極性はプラスでもマイナスでも構わない。
図11は、複数のサブ画素からなる1画素を概略的に示す図である。
図11(a)〜(e)に示すように、1画素が複数のサブ画素より構成されていてもよい。各サブ画素Sに対応する色は、電気泳動材料として各サブ画素Sの電気泳動層32内に混在させる着色粒子の色や分散媒の色を変更することによって実現することができる。
図11(a)に示す画素40は、R(赤)、G(緑)、B(青)の3つのサブ画素S(R),S(G),S(B)により構成されている。平面視矩形状を呈する各サブ画素S(R),S(G),S(B)が互いに長辺方向が平行となるように並べて配置されている。
図11(b)に示す画素40は、R(赤)、G(緑)、B(青)、W(白)の4つのサブ画素S(R),S(G),S(B)、S(W)により構成されている。平面視正方形状を呈する各サブ画素S(R),S(G),S(B)、S(W)が上下左右に配置されている。
図11(c)に示す画素40は、R(赤)、W(白)の2つのサブ画素S(R)、S(W)により構成されている。
図11(d)に示す画素40は、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)の3つのサブ画素S(C)、S(M)、S(Y)により構成されている。
図11(e)に示す画素40は、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、W(ホワイト)の4つのサブ画素S(C)、S(M)、S(Y)、S(W)により構成されている。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態の電気泳動表示装置として、2粒子系の電気泳動表示装置の構成について述べる。
図12は、第2実施形態の電気泳動表示装置の1画素における概略構成を示す断面図である。
図12に示すように、本実施形態における電気泳動表示装置200は、素子基板300と対向基板310との間に2粒子系の電気泳動層32を挟持してなる。電気泳動層32は、透明な分散媒21(T)中に、マイナスに帯電した黒色の正帯電粒子(第1の着色粒子)27(Bk)と黒色の負帯電粒子(第2の着色粒子)26(Bk)が混在されている。正負に帯電した粒子26,27は電気泳動層32中において電気泳動粒子として振る舞う。
そして、画素電極35Aにマイナスの電圧を印加すると正帯電粒子27(Bk)が画素電極(第1電極)35A上に集められ、画素電極(第2電極)35Bにプラスの電圧を印加すると、負帯電粒子26(Bk)が画素電極35B上に集められる。
なお、対向電極37には共通電位としてグランド電位が入力され、反射電極(反射層)38は対向電極37と同電位とされている。
そして、画素電極35A及び画素電極35Bにそれぞれ印加する電圧の大きさを制御することによって、対向電極37側から電気泳動層32を見たときに視認される負帯電粒子26(Bk)の面積と、正帯電粒子27(Bk)の面積とにより、階調が制御される。
図13は、電気泳動表示装置200の全体構成を示す等価回路図である。
図13に示すように、電気泳動表示装置200は、第1基板30上に複数の走査線66(m、m+1、…)と複数の第1データ線68A(N(A)、N+1(A)、…)、第2データ線68B(N(B)、N+1(B)、…)とが設けられている。ここで、本実施形態の走査線66は、表示領域において2つに分岐する第1走査線66A及び第2走査線66Bを有する。
各画素40A、画素40B内には、2つの選択トランジスタ(第1のトランジスタ)TR1、選択トランジスタ(第2のトランジスタ)TR2と、電気泳動材料としての電気泳動層32と、2つの画素電極(第1電極)35Aおよび画素電極(第2電極)35Bと、対向電極37と、接続電極(第1接続電極)44Aと、接続電極(第2接続電極)44Bとが備えられている。
選択トランジスタTR1は、ゲートに第1走査線66Aが接続され、ソースに第1データ線68Aが接続され、ドレインに接続電極44Aを介して画素電極35Aが接続されている。
選択トランジスタTR2は、ゲートに第2走査線66Bが接続され、ソースに第2データ線68Bが接続され、ドレインに接続電極44Bを介して画素電極35Bが接続されている。
データ線68の延在方向で隣り合う画素40A、40Bのうち画素40Aにおいては、選択トランジスタTR1(第1のトランジスタ)、選択トランジスタTR2(第2のトランジスタ)のそれぞれのゲートにm行の走査線66が接続され、選択トランジスタTR1のソースにN(A)行の第1データ線68Aが接続され、選択トランジスタTR2のソースにN(B)行の第2データ線68Bが接続されている。
ここで、一方の電極が選択トランジスタTR1,TR2のドレインおよび画素電極35A,35B(電気泳動層32)に接続された保持容量を設けた構成とすることも可能である。さらに、保持容量線を設け、保持容量の他方の電極を保持容量線に接続してもよい。また、電気泳動層32に電圧を印加するための、保持容量以外の手段を具備しても良い。
接続電極44Aは、選択トランジスタTR1のドレインに接続されるとともに複数の画素電極35Aに接続され、接続電極44Bは、選択トランジスタTR2のドレインに接続されるとともに複数の画素電極35Bに接続されている。
図14は、電気泳動表示装置の1画素における素子基板の構成を詳細に示す平面図であり、図15は、図14のB−B線に沿う断面図である。
本実施形態は、素子基板300側の構成において先の実施形態と異なっていることから、素子基板300の構成を中心に述べる。
図14に示すように、電気泳動表示装置200は、素子基板300を構成する第1基板30の電気泳動層32側の面に、画素40ごとに形成された複数の画素電極35A,35Bと、2つの選択トランジスタTR1,TR2と、2つの接続電極44A,44Bと、が形成されている。
画素電極35A,35Bは、1画素内においてそれぞれ複数ずつ設けられており、走査線66A、66B及びデータ線68A,68Bに沿って2方向に沿って交互にパターン配列されている。これら複数の画素電極35Aどうしは、平面視櫛歯形状を呈する接続電極44Aにより相互に接続され、複数の画素電極35Bどうしは、平面視櫛歯形状を呈する接続電極44Bにより相互に接続されている。
選択トランジスタTR1のドレイン電極41dは接続電極44Aを介して複数の画素電極35Aに接続され、選択トランジスタRT2のドレイン電極41dは接続電極44Bを介して複数の画素電極35Bに接続されている。そして、複数の画素電極35Aには選択トランジスタTR1を介して第1データ線68Aからのデータ電位が印加され、複数の画素電極35Bには選択トランジスタTR2を介して第2データ線68Bからのデータ電位が印加されるようになっている。このように、複数の画素電極35Aと複数の画素電極35Bとを互いに独立に駆動可能な構成とされている。
各接続電極44A,44Bは、上述したように平面視櫛歯形状を呈してなり、2方向(例えば、走査線66A,66Bあるいはデータ線68A,68Bの延在方向)に沿って延在する2辺からなり、全体的にく字状を呈する幹部441と当該幹部441によって連結された複数の枝部442とを有してなる。複数の枝部442は、幹部441の延在方向とは異なる斜め方向(ここでは、枝部442の各辺に対して約45°〜60°の方向。図14中においては略45°の方向)に、互いに平行して延在しており、すべての枝部442の延在長さを異ならせてある。具体的には、幹部441の角部(屈曲部分)付近から延出する枝部442が最も長く、該枝部442から遠ざかる枝部442ほど短い長さとなっている。
平面視櫛歯形状を呈する接続電極44A,44Bは互いにかみ合うようにして画素40内に配置され、接続電極44Aの枝部442aの両側に接続電極44Bの枝部442b,442bが存在する状態となっている。
接続電極44Aの各枝部442aは複数の画素電極35Aに対応し、接続電極44Bの各枝部442bは複数の画素電極35Bに対応している。
複数の画素電極35A(35B)間の接続電極44A(44B)はコンタクトホールH1(H2)を形成する領域より細いパターンで形成しても良い。接続電極44A(44B)と反射電極38との間の容量が減少するからである。
図15に示すように、厚さ0.6mmのガラス基板からなる第1基板30上には、画素40ごとに選択トランジスタTR1(選択トランジスタTR2)の一部を構成するゲート電極41eが形成されている。ゲート電極41eは、厚さ300nmのアルミニウム(Al)からなる。このゲート電極41eを覆うようにして第1基板30の表面全体に厚さ300nmの酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜41bが形成され、ゲート電極41eの直上に厚さ50nmのa−IGZO(In、Ga、Znの酸化物)からなる半導体層41aが形成されている。
このゲート絶縁膜41b上には、厚さ300nmのAlからなるソース電極41cおよびドレイン電極41dがゲート電極41eおよび半導体層41aと一部重なるようにそれぞれ設けられている。ソース電極41cとドレイン電極41dは半導体層41aに一部乗り上げるようにして形成されている。また、同じく厚さ300nmのアルミニウム(Al)からなる接続電極44A(接続電極44B)がゲート絶縁膜41b上に形成されている。この接続電極44A(44B)は、ソース電極41cおよびドレイン電極41dと同時にパターン形成されるものでドレイン電極41dと接続されている。
ここで、選択トランジスタTR1(TR2)としては、a−SiTFT、ポリSiTFT、有機TFT、酸化物TFT等が使用可能である。構造もトップゲート、ボトムゲート構造共に可能である。
選択トランジスタTR1(TR2)および接続電極44A(44B)上にはこれらを覆うようにして、厚さ300nmの酸化シリコン膜からなる第1層間絶縁層42Aと厚さ300nm窒化シリコン膜から成る第2層間絶縁層42Bが形成されている。第2層間絶縁層42Bの表面にはAlなどの金属材料からなる反射電極38が形成されている。
反射電極38には、画素電極35A(35B)に対応する位置に貫通孔38aが設けられており、この貫通孔38aの内側が反射電極38の表面を覆うようにして積層された保護層43によって埋められることにより、コンタクトホールH1との絶縁性が確保されたものとなっている。
保護層43は、厚さ20μmの感光性アクリルより形成され、光透過性を有した平坦化層として機能する。そして、保護層43上には厚さ50nmのITOからなる画素電極35A(35B)が複数形成されている。これら複数の画素電極35A(35B)は、ゲート絶縁膜41b、第1層間絶縁層42A、第2層間絶縁層42B及び保護層43を貫通して形成されたコンタクトホールH1(H2)を介して対応する選択トランジスタTR1(TR2)のドレイン電極41d(接続電極44A(44B))に接続されている。
このように、第1基板30から画素電極35A(35B)までの要素により、素子基板300が構成される。
なお、接続電極44A(44B)と画素電極35A(35B)との間に形成される層間絶縁層42A、42B及び保護層43はシリコン酸化膜、窒化シリコン膜、感光性のアクリル材料により構成されているが、これ以外の材料を用いて形成することも可能であり、例えば、無機絶縁膜や有機絶縁膜などを用いてもよい。また、配線や絶縁膜の材料は上記に限らない。
また、画素電極35A(35B)を設けない構成も可能である。この場合は接続電極44A(44B)で直接、電気泳動層32に電圧を印加する。
次に、2粒子系の電気泳動表示装置による実施の表示動作について述べる。
図16(a)〜(d)は、表示色ごとの粒子の分布状態を示す断面図である。なお、図16(a)〜(d)では、1つの画素に着目して図示しており、各画素内の画素電極35A,35Bの数は省略してある。また、図面を簡略化するため、反射電極38を画素電極35A,35Bと同じ層に示してある。ここでは、対向電極37と反射電極38にはグランド電位が入力される。
図16(a)は白表示のときの粒子の分布状態を示す。
画素電極35Aにマイナス電圧VL(負の最大値)を印加し、画素電極35Bにプラス電圧VH(正の最大値)を印加すると、画素電極35A上に正帯電粒子27(Bk)が吸着し、画素電極35B上に負帯電粒子26(Bk)が吸着する。外部から入射した光は画素電極35A,35Bの周囲に存在する反射電極38にて反射されて対向電極37側から射出する。
この状態で対向電極37側から電気泳動層32を見ると、反射光によって画素40全体が白表示となる(第1のプリセット状態)。
図16(b)は黒表示のときの粒子の分布状態を示す。
白表示から黒表示へ切り替える場合は、各画素電極35Aにプラス電圧VHを印加し、画素電極35Bにマイナス電圧VLを印加することによって、各画素電極35A,35Bに吸着していた全ての負帯電粒子26(Bk)および全ての正帯電粒子27(Bk)を対向電極37側へと移動させる。負帯電粒子26(Bk)および正帯電粒子27(Bk)は対向電極37上において2次元あるいは3次元的に分布する。
この時、図15の保護層43の膜厚は20μmで電気泳動層32のセルギャップ10μmより厚い。このため、画素電極35A、35B上の粒子は反射電極38でなく、対向基板に移動する。
外部から入射した光は対向電極37上に分布する帯電粒子26(Bk)及び正帯電粒子27(Bk)にて吸収されるため、黒表示となる。
図16(c)はグレー表示のときの粒子の分布状態を示す。
ここでは、まず、図16(a)に示した状態から各画素電極35A,35Bに所定の電圧を印加する。
全ての正帯電粒子27(Bk)が画素電極35A上に吸着し、全ての負帯電粒子26(Bk)が画素電極35B上に吸着した状態(プリセット状態)で、画素電極35Aに黒表示のときに印加したプラス電圧VHよりも小さいプラス電圧Vh(|Vh|<|VH|)を印加し、画素電極35Bに黒表示のときに印加したマイナス電圧VLよりも小さいマイナス電圧Vl(|Vl|<|VL|)を印加すると、画素電極35A、35B上の正負の帯電粒子27(Bk)、26(Bk)の一部が対向電極37側へと移動する。これにより、画素電極35A,35Bに対向する対向電極37上の所定領域には小さな黒ドットが複数形成され、これら黒ドットの間に分散媒21(T)が存在する。ここでは、正帯電粒子27(Bk)による黒表示が画素領域全体のおよそ1/3の面積を占めている。また、画素領域全体のおよそ2/3の面積は反射光による白表示が占めている。黒ドット間の分散媒21(T)を透過して反射電極36にて反射された光が再び対向電極37側へと戻ることにより白を表現することができる。
対向電極37上では正帯電粒子27(Bk)および負帯電粒子26(Bk)が2次元あるいは3次元的に分布して、正帯電粒子27(Bk)および負帯電粒子26(Bk)による黒ドットの領域と、反射光による白色の領域とが混在するので、この状態で対向電極37側から電気泳動層32を見ると、全体としてはグレー表示となる。つまり、入射光は、黒色の正帯電粒子27(Bk)および負帯電粒子26(Bk)において吸収される成分と、反射電極36において反射される成分とを含んでおり、これら成分を足し合わせると、全体としてグレー表示となる。
別の表現を用いると、対向電極37上に存在する正帯電粒子27(Bk)および負帯電粒子26(Bk)によって反射電極36の一部が隠れることで対向基板310側から射出する反射光の出光量が減ることから、明るさが抑えられたグレー表示となる。
図16(d)は白表示のときの粒子の分布状態を示す。
ここでは、図16(a)に示した白表示のときとは逆極性の電圧を各画素電極35A,35B上に印加する。すなわち、画素電極35Aにプラス電圧VHを印加し、画素電極35Bにマイナス電圧VLを印加することにより、画素電極35A上に全ての負帯電粒子26(Bk)を吸着させ、画素電極35B上に全ての正帯電粒子27(Bk)を吸着させる。この状態においても、外部から入射した光は画素電極35A,35Bの周囲の反射電極38において反射されることになるため、画素40の全体が白表示となる(第2のプリセット状態)。
図17及び図18は、2粒子系の電気泳動装置を駆動する際のタイミングチャートである。対向電極37と反射電極38にグランド電位(Vcom)を印加し、この状態で画素電極35A,35Bに所定の電圧を印加する。
なお、グレー表示の方法としてはいくつかパターンがあり、これらを連続して実施する。
[グレー表示(1)]
まず、第1のグレー表示動作について述べる。
図17に示すように、プリセット期間T11では、m行の走査線66に選択電圧Vghを印加し、第1データ線68Aを介して画素電極35Aにプラス電圧VHを印加するとともに、データ線68Bを介して画素電極35Bにマイナス電圧VLを印加することにより、図16(d)に示したように画素電極35A及び画素電極35B上に全ての負帯電粒子26(Bk)及び正帯電粒子27(Bk)を吸着させる。このようにして、画素40内を白表示とし初期状態にする。
書き込み期間T12では、m行の走査線66を選択し、画素電極35Aにマイナス電圧Vl(|Vl|<|VL|)を印加し、画素電極35Bにプラス電圧Vh(|Vh|<|VH|)を印加することにより、図16(c)に示したように画素電極35A,35B上に吸着していた粒子26(Bk),27(Bk)の一部をそれぞれ対向電極37側へと移動させる。このようにして、画素40がグレー表示となる。
表示保持設定期間T13では、第1データ線68Aおよび第2データ線68BにそれぞれVcomを印加する。その後の表示保持期間T14では画素電極35A,35B、第1データ線68Aと第2データ線68B、走査線66及び対向電極37を全てハイインピーダンス状態にする。これにより、表示を書き換えることなく保持することができる。なお、この状態では電力は消費されない。
[グレー表示(2)]
次に、第2のグレー表示動作について述べる。
図17に示すように、プリセット期間T21では、m行の走査線66を選択し、画素電極35Aにマイナス電圧VLを印加するとともに画素電極35Bにプラス電圧VHをそれぞれ印加することにより、画素電極35A,35B上に全ての帯電粒子26(Bk),27(Bk)を吸着させて画素40を白表示にする。
書き込み期間T22では、m行の走査線66を選択し、画素電極35Aにプラス電圧Vh(|Vh|<|VH|)を印加するとともに、画素電極35Bにマイナス電圧Vl(|Vl|<|VL|)を印加する。これにより、画素電極35A,35B上に吸着していた各帯電粒子26(Bk),27(Bk)の一部が対向電極37側へと移動してグレー表示となる。
表示保持設定期間T23、表示保持期間T24ではT13、T14と同様の動作を行なう。
[グレー表示(3)]
次に、第3のグレー表示動作について述べる。
図18に示すように、プリセット期間T31では、m行の走査線66を選択し、画素電極35Aにプラス電圧VHを印加するとともに画素電極35Bにマイナス電圧VLをそれぞれ印加することにより、画素電極35A,35B上に全ての帯電粒子26(Bk),27(Bk)を吸着させて画素40を白表示にする。
書き込み期間T32では、m行の走査線66を選択し、画素電極35AにVcomを印加するとともに画素電極35Bにプラス電圧VHを印加することにより、画素電極35A上に全ての負帯電粒子26(Bk)を吸着させたままにし、画素電極35B上に吸着していた全ての正帯電粒子27(Bk)を対向電極37側へと移動させる。これにより、画素40をグレー表示にする。
表示保持設定期間T33、表示保持期間T34ではT13、T14と同様の動作を行なう。
[白表示]
次に、白表示動作について述べる。
図18に示すように、プリセット期間T41では、画素電極35Aにマイナス電圧VLを印加すると共に画素電極35Bにプラス電圧VHを印加することによって、画素電極35A上に全ての正帯電粒子27(Bk)を吸着させ、画素電極35B上に全ての負帯電粒子26(Bk)を吸着させる。このようにして白表示のプリセットを実施する。
書き込み期間T42では、画素電極35A及び画素電極35BにそれぞれVcomを印加することにより、各画素電極35A及び画素電極35B上に対する各帯電粒子26(Bk),27(Bk)の吸着状態を保持する。
さらに、続く、表示保持設定期間T43、表示保持期間T44ではT13、T14と同様の動作を行なう。
本実施形態によれば、電気泳動層32内に互いに反極性に帯電した2種類の負帯電粒子26(Bk)及び正帯電粒子27(Bk)を存在させているので、表示画像の明度、彩度、色彩の制御をより詳細に行える。
上述したように、表示動作を連続して実施する場合、先の表示動作時と後の表示動作時とでプリセット期間に画素電極35A,35Bに印加する電圧の極性を逆にしている。このため、同一画像を連続して表示する場合にも、画素電極35A,35Bと対向電極37との間に交流電流が印加される。
また、同一画像表示を行う場合にも、画素電極35Aと画素電極35Bとに印加する電圧の極性を先の表示動作時と後の表示動作時とで反転させても良い。この場合にも、画素電極35A,35Bと対向電極37との間に交流電流が印加される。
このように、単数あるいは複数の画像書き換えを行うごとに、第1のプリセット動作、第2のプリセット動作を切り替えることが好ましい。これにより、画素電極35A,35Bと対向電極37との間での直流電圧が完全にキャンセルされ、電極の腐食や電気泳動材料の劣化を防止することができる。
以上では反射電極38にグランド電位を印加し続けたが、それに限らない。第1の実施例で説明したように、粒子の移動を補助または粒子をはじくような電圧を印加しても良い。例えば図16(a)から同図(b)に2ステップで変化させる時は、以下の電圧を順次印加する。1ステップで正帯電粒子27(Bk)を対向電極37側に移動させる時は、反射電極38と画素電極35Bも画素電極35Aと同極性の電圧を印加する。それに続く2ステップで負帯電粒子26(Bk)を移動させる時は、反射電極38と画素電極35Aに画素電極35Bと同極性のマイナス電圧を印加する。
さらに、駆動の電圧、極性等は画素電極35A、35B、反射電極38、対向電極37、セルギャップ等の設計値により変化する。今までの数値はその一例にすぎない。図10に示したように、表示保持設定機関に選択トランジスタを導通させてVcomを画素電極35A、35Bに書き込んでも良い。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
先に記載した実施形態では、電圧の印加が可能な反射電極36を備えた構成としたが、単なる金属膜からなる反射層であってもよく、光を効率よく反射させることができる構成であれば何でもよい。
以下に、素子基板の変形例をいくつか示す。
図19(a)〜(d)は、素子基板の変形例を示す断面図である。
図19(a)に示すように、画素電極35の形成と同時に保護層43をパターン形成しても良い。すなわち、保護層43の画素電極35が配置される領域以外を除去することにより、反射電極36を電気泳動層32側に露出させた構成としても構わない。
図19(b)に示すように、第2層間絶縁層42Bの表面に画素電極35と反射電極36とを同一層上に並べて配置するようにしてもよい。画素電極35は反射電極36に形成された貫通孔36a内に反射電極36とは離間(絶縁)した状態で配置される。
上述した各実施形態においては、画素電極35同層または下層側に反射電極36が配置されていたが、画素電極35よりも上層に反射電極36が配置されていてもよい。
図19(c)に示すように、画素電極35は第2層間絶縁層42Bの表面に配置されており、第1層間絶縁層42A及び第2層間絶縁層42Bから露出する接続電極44A(44B)と接続されている。
反射電極36は、第2層間絶縁層42Bを覆うようにして形成された保護層43の表面に形成されており、画素電極35と対応する位置に画素電極35の直径よりも大きい貫通孔36aが形成されている。
これにより、正負のいずれかに帯電した帯電粒子26(Bk),27(Bk)は画素電極35上に位置する保護層43の表面に吸着する。
図19(d)に示すように、画素電極35上に存在する保護層43を除去して画素電極35を電気泳動層32側に露出させる形状としても良い。このとき、保護層43の貫通孔43bの内周面を、電気泳動層32側へ向かって広がるように傾斜させておくことにより、貫通孔43b内外への帯電粒子26(Bk),27(Bk)の移動がスムーズになる。
図20は、画素電極の変形例を示す平面図である。
図20に示すように、1画素(画素40)内に平面視矩形状を呈する複数の画素電極85A,85Bがストライプ状に配列されていてもよい。画素電極85A,85Bは短辺方向に等間隔で交互に配置されており、複数の画素電極85Aどうしが接続電極84Aにより相互に接続され、複数の画素電極85Bどうしが接続電極84Bにより相互に接続されている。接続電極84A,84Bは、画素電極85A,85Bの延在方向に対して直交して延在する平面視矩形状を呈するもので、画素電極85A,85Bよりも第1基板30側に配置されている。そして、画素電極85Aは接続電極84Aを介してトランジスタTR1のドレイン電極41dに接続され、画素電極85Bは接続電極84Bを介してトランジスタTR2のドレイン電極41dに接続されており、互いに独立して駆動可能である。
反射層83には、画素電極85A,85Bとのショートを避けるために、画素電極85A,85Bの平面視における面積よりも広い開口面積を有する平面視矩形状の開口83aが画素電極85A,85Bの数に応じて複数設けられている。
あるいは、表示部略全体にベタ状に形成されていてもよい。この時は表示部5の外部より反射層83に電圧が印加される。
図21は、対向基板側にカラーフィルターを設けた場合の概略構成を示す断面図である。
図21に示すように、先に述べた第1及び第2実施形態における対向基板310に3色(R,G,B)のフィルターを含むカラーフィルターCFを画素40ごとに設けてもよい。
カラーフィルターCFは感光性アクリルからなる透明な保護膜55により覆われている。この保護膜55は、カラーフィルターCFに対して高密着で形成され、カラーフィルターCFを保護するとともに第2基板31上を平坦化する機能を有する。
対向電極37は、保護膜55の表面にベタ状に形成されている。
このような構成により、第2基板31側から入射してきた光がカラーフィルターCFに入射することで着色されて素子基板300に設けられた反射電極36によって第2基板31(観測者)側へと反射されることになる。この結果、光の利用効率が向上し、明るく視認性が良好なカラー表示が行える。
なお、カラーフィルターCFは顔料タイプでも染料タイプでもよい。
上述したような構成の場合、反射電極36及び反射電極38が略平坦に成膜された金属層からなっているため、正反射光が入射するとぎらつきが発生して視認性が低下するという問題がある。これを緩和する構成例について以下に述べる。
図22は、光散乱性が付与された反射電極を有する素子基板の概略構成を示す断面図である。図23は、光散乱性が付与された反射電極及び散乱粒子を有する素子基板の概略構成を示す断面図である。
図22に示す素子基板300は、第1基板30上の画素ごとに選択トランジスタTRsと、接続電極44とが形成されているとともに、これら選択トランジスタTRs及び接続電極44を覆うようにして第1層間絶縁層42A及び第2層間絶縁層42Bがこの順で基板面全体に形成されている。
第2層間絶縁層42Bの表面42bは凹凸形状とされており、第1基板30とは反対側に突出する複数の凸部53Aが形成されている。少なくとも1つの画素40において凸部53Aの平面視形状や断面形状、高さ等は不均一とされているとともに、第1基板30上における複数の凸部53Aの配置位置はランダムな位置とされている。
図22に示す第2層間絶縁層42Bは感光性アクリルからなっており、露光工程での光の強弱を利用することによって表面42bに凹凸を形成することができる。
第2層間絶縁層42B上には、表面42bの形状に倣うようにして反射電極54(反射層)が設けられている。反射電極54の膜厚は、第2層間絶縁層42Bの膜厚に比べて薄いことから、第2層間絶縁層42Bの表面42bすなわち凸部53Aの外形を反映させた形状になっている。これにより、反射電極54の表面(散乱面)54aが散乱面となり、光反射性及び光散乱性を有した反射電極(散乱部材)54が得られる。
反射電極54は、コンタクトホールH1内において画素電極35と接続されている。
このような構成によれば、表面42bが凹凸形状とされた第2層間絶縁層42B上に薄い金属膜からなる反射電極36を形成することにより、第2層間絶縁層42Bの表面42bにおける凹凸形状を反射電極36に反映させることができる。このように、第2層間絶縁層42Bの形状を利用して反射電極36に凹凸形状を付与する手法を採用することで、エッチング法などを用いて金属膜の表面を凹凸形状にするよりも、光散乱性を有する反射電極54を容易に製造することが可能である。また、金属膜の厚さも薄くすることができるので装置の軽量化や材料コストも削減することができる。
また、対向基板310側にカラーフィルターCFを設けた場合は原理的に表示が暗くなることが多いが、素子基板300側に光散乱性を有する反射電極54を設けておくことにより、正反射によるぎらつきが抑えられ、その光を他視角方向の表示に用いる事ができるので明るく視認性の良好なカラー表示が可能となる。
また、図23に示すように、反射電極54の表面54a上に光を散乱させる散乱粒子(散乱部材)59を分散させて配置しても良い。具体的には、保護層43内に多数の散乱粒子59を混在させておく。散乱粒子59は例えばチタニア粒子からなる。なお、散乱粒子59としては、無色透明粒子、カラーフィルターと同色の透光性粒子、あるいは金属等の反射性の材料などを用いることができる。
これにより、電気泳動表示装置に入射した光は、散乱粒子59によって1回または複数回反射(乱反射)された後に観測者側に出射されることにより、表示画像の輝度が高められてより視認性が向上する。光散乱性を有する反射電極54及び散乱粒子59を備えることにより、光の利用効率が向上して、より明るく視認性に優れた電気泳動表示装置が得られる。
図24(a)は、光拡散板を有する電気泳動表示装置の1画素における概略構成を示す断面図、(b)は光拡散板の概略構成を示す断面図、(c)は光拡散板の概略構成を示す平面図である。
図24(a)に示す電気泳動表示装置は、対向基板310(第2基板31)の外面側に光拡散性を有する光拡散板(拡散材)56を有している。光拡散板56は、図24(b)に示すように、拡散板57と、拡散層58とを有して構成されている。拡散層58には、拡散板57側へ凹むとともに、図24(c)に示すように平面視正方形状を呈する凹部58Aが複数形成されている。
拡散板57は支持基板、拡散層58は光の拡散機能を有する。
また、図24(a)に示すように素子基板300には画素40ごとにカラーフィルターCFが設けられている。カラーフィルターCFは反射電極36上に形成されている。対向基板310側から入射した光は、電気泳動層32およびカラーフィルターCFを透過して、カラーフィルターCFの下層にある反射電極36によって対向基板310側へと反射される。光拡散板56に達した反射光は所定の角度に散乱される。
このような光拡散板56を対向基板310と観測者との間に配置することにより、反射電極36において反射された反射光のうち、正反射光も光拡散板56によって散乱光とされて表示に用いることができるようになる。これにより、表示のぎらつき防止だけでなく、表示輝度も向上させることが可能である。
なお、光拡散板56はいわゆる乱反射を生じさせる構成であっても良い。
また、先の実施形態では、1つの画素40内に複数の画素電極35が画素領域全体にわたって配置されている。図25は、画素電極35の数によって異なる1画素における表示状態を示す図であって、(a)1画素内に画素電極35が複数ある場合、(b)は1画素内に画素電極35が1つのみ配置されている場合について示す図である。
図25(a)に示すように、1つの画素40内に複数の画素電極35を設けておくことにより、黒表示あるいはグレー表示を画素40の全体に均一に表示させることが可能となる。
図25(b)に示すように、1つの画素40内に画素電極35が一つしか配置されていない場合、例えば画素40の中央に一つの画素電極35が配置された構成の場合は、画素40の四隅で表示が行えず、十分なコントラストを得ることができない。
このため、画素40内に複数の画素電極35を配置させておき、画素40の隅々まで所望の表示が行えるように構成する。
また、上記各実形態に用いることのできる電気泳動材料は上記のものに限らない。カプセルタイプや隔壁タイプの電気泳動材料を用いても良い。
しかしながら、カプセルタイプや隔壁タイプのように、所定領域ごとに区切られた電気泳動層を用いる場合、その区切りが存在する領域には帯電粒子の分布を広げることができない。このため、表示を行うことができない領域が存在し、コントラストの低下や明るさの低下など、表示性能の低下の原因となる。
これに対して、上記各実施形態の電気泳動層32は所定領域ごとに区切りなどはなく、対向電極37上において帯電粒子が広がって分布することになる。そのため、隣り合う画素の境界上も帯電粒子で容易に覆うことができ、コントラストおよび視認性を向上させることができる構成となっている。
また、分散媒21が電極35,37や保護層43等に直接接しないようにそれらの間に薄膜層を用いても良い。これは帯電粒子が電界による吸着と離脱を確実に行なえるようにするためにも用いられる。この薄膜層に用いる材料は有機膜でも無機膜でも良い。
また、帯電粒子の色も黒色あるいは白色に限らない。例えばカラーフィルターを用いることなく赤色の帯電粒子を用いることにより、白表示及び赤表示を行うことが可能である。
また、粒子は電子粉流体であってもよく、他の有機、無機材料を用いても良い。
また、分散媒21は液体でなく、気体、真空でも良い。
分散媒21の材料としては、実質的に無色透明であることが好ましい。このような分散媒としては、比較的高い絶縁性を有するものが好適に使用される。かかる分散媒としては、例えば各種類(蒸留水、純水、イオン交換水等)、メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール類、メチルセロソルブ等のセロソルブ類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ペンタン等の脂肪族炭化水素類、シクロへキサン等の脂環式炭化水素類、ベンゼン、トルエンのような長鎖アルキル基を有するベンゼン類等の芳香族炭化水素類、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素類、ピリジン、ピラジン等の芳香族複素環類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類、カルボン酸塩、流動パラフィンなどの鉱物油類、リノール酸、リノレン酸、オレイン酸等の植物油類、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル等のシリコーンオイル類、ハイドロフルオロエーテル等のフッ素系液体またはその他の各種油類等が挙げられ、これらを単独または混合物として用いることができる。
また、分散媒中には、必要に応じて、例えば、電解質、界面活性剤、金属石鹸、樹脂材料、ゴム材料、油類、ワニス、コンパウンド等の粒子からなる荷電制御剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、シラン系カップリング剤等カップリング剤の分散剤、潤滑剤、安定化剤等の各種添加剤を添加するようにしてもよい。
分散媒21中に含まれる、帯電粒子は、それぞれいかなるものをも用いることができ、特に限定はされないが、染料粒子、顔料粒子、樹脂粒子、セラミックス粒子、金属粒子、電子粉流体、金属酸化物粒子またはこれらの複合粒子のうちの少なくとも1種が好適に使用される。これらの粒子は、製造が容易であるとともに、荷電の制御を比較的容易に行うことができるという利点を有している。
顔料粒子を構成する顔料としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック、チタンブラック等の黒色顔料、二酸化チタン、三酸化アンチモン、硫化亜鉛、亜鉛華等の白色顔料、モノアゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、イソインドリノン、黄鉛、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、チタンイエロー等の黄色顔料、モノアゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、キナクリドンレッド、クロムバーミリオン等の赤色顔料、フタロシアニンブルー、インダスレンブルー、紺青、群青、コバルトブルー等の青色顔料、フタロシアニングリーン等の緑色顔料、フェロシアン化第二鉄等のシアン色顔料、あるいは無機酸化鉄等のマゼンタ色顔料等が挙げられる。無機顔料、有機顔料を用いることも出来る。これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記顔料の代わりに染料を用いて染料粒子を構成できる。この場合は白色顔料に染料を混入させても良いし、着色の顔料と混ぜて用いても良い。例えばカルボニウム系のマゼンタ等の染料を用いることもできる。
また、樹脂粒子を構成する樹脂材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、尿素系樹脂、エポキシ系樹脂、ロジン樹脂、ポリスチレン、ポリエステル、スチレンとアクリロニトリルを共重合したAS樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、複合粒子としては、例えば、顔料粒子の表面を樹脂材料で被覆したもの、樹脂粒子の表面を顔料で被覆したもの、顔料と樹脂材料とを適当な組成比で混合した混合物で構成される粒子等が挙げられる。
また、このような電気泳動粒子の分散媒21中における分散性を向上させることを目的に、各粒子の表面に、分散媒21と相溶性の高い高分子を物理的に吸着させたり、化学的に結合させたりすることができる。これらの中でも、電気泳動粒子の表面からの離脱着の問題から、高分子が化学的に結合しているものが特に好ましい。かかる構成とすれば、電気泳動粒子の見かけの比重が小さくなる方向に作用して、電気泳動粒子の分散媒での親和性、すなわち分散性を向上させることができる。
このような高分子としては、例えば、電気泳動粒子と反応性を有する基と帯電性官能基を有する高分子、電気泳動粒子と反応性を有する基と長鎖アルキル鎖、長鎖エチレンオキシド鎖、長鎖フッ化アルキル鎖、長鎖ジメチルシリコーン鎖等を有する高分子、および、電気泳動粒子と反応性を有する基と帯電性官能基と長鎖アルキル鎖、長鎖エチレンオキシド鎖、長鎖フッ化アルキル鎖、長鎖ジメチルシリコーン鎖等を有する高分子等が挙げられる。
上述したような高分子において、電気泳動粒子と反応性を有する基としては、例えば、エポキシ基、チオエポキシ基、アルコキシシラン基、シラノール基、アルキルアミド基、アジリジン基、オキサゾン基、およびイソシアネート基等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を選択して用いることができるが、用いる電気泳動粒子の種類等に応じて、選択するようにすればよい。
電気泳動粒子の平均粒径は、特に限定されないが、0.01〜10μm程度であるのが好ましく、0.02〜5μm程度であるのがより好ましい。
また、画素電極35と接続電極の絶縁性を確保するための絶縁膜の材料としてアクリルを用いている。これ以外の材料を用いることも可能であり、シリコン酸化膜等の無機絶縁膜、有機絶縁膜も可能である。
第1基板30および第2基板31としては、PET基板以外の有機絶縁基板、薄ガラス等の無機ガラス基板や無機材料および有機材料からなる複合基板を用いてもよい。
また、選択トランジスタとしては酸化物半導体を用いたものに限らない。シリコン系、有機TFTを用いても良い。
光拡散板56に用いられる材料はアクリル、PETに限らない。透明材料であれば用いることができる。
また、拡散層58において拡散を生じさせる凹部58Aの曲面(構成)は図示に示したものに限らない。凹部58Aの曲面の設計により、出光する光の範囲、すなわち視野角を決定することができ、目的により設計値を変更することができる。
なお、曲面以外にも必要な視角を実現するためにさまざまな形状を用いることができる。例えば、階段状の段差を用いることも可能である。
また、拡散層58における複数の凹部58Aの2次元的な配置も上記に限らない。例えば、凹部58Aの平面視における形状を正方形でなく長方形にすることで、視角を上下、左右方向で制御することができる。また、四角形でなく楕円や円とし、その隙間を小さい円や楕円、多角形を呈する凹部で埋めても良い。また、これら凹部の曲面も多段の段差を有した構成でもよい。一定の範囲の方向に拡散、出光させる機能を持たせることができれば形状は問わない。さらに、特定の方向の入射光を選択的に拡散させるように構成しても良い。また、特定方向の入射光を拡散させ、さらに出光させる構成としても良い。また、図24(b)において、第2基板31上に拡散層58、拡散板57の順番に構成しても良い。拡散層58、拡散板57は一体形成等の上記以外の構成を用いても良い。
光拡散板56として一定範囲の方向からの入射光を拡散する機能を有するフィルムを用いても良い。このフイルムは上記方向以外の光に対しては拡散機能を持たず透明である。例えば、上記一定範囲を正反射を起こす入射光の方向とすると、従来は正反射となり表示に用いることのできない光を表示に用いる事ができる。さらに、それ以外の方向には拡散機能を持たないため文字等の表示画像のにじみも生じない。フィルムの拡散角度は、電気泳動表示装置を使うときの、室内だと蛍光灯、室外だとおよそ太陽の位置に相当して設定する。このフィルムの拡散させる角度は自由に設定できる。例えば異なる拡散させる角度を持つフィルムを積層し、角度をそれらの和としたり、フィルム製造時の拡散させる角度を変更したりすることで可能となる。また、同じ拡散させる角度のフィルムを積層し、拡散をより確かなものにすることも可能である。用途に応じた設計を行う事ができる。
光拡散板56に酸化シリコン膜のような耐湿層を設けても良い。電気泳動材料やその他の電気光学装置においても湿度により電気光学特性が変化する。これの防止も同時に行なえるようになる。耐湿層は拡散材の片側や両側の表面や、基材等の材料中に設けても良い。また層でなく、耐湿材を拡散材中に混入させて耐湿性能を向上させても良い。
また、各電極35,37および各層の膜厚、材料等は特に限定しない。
なた、画素電極35の平面視における形状は円である必要はなく、多角形、楕円形等でも良い。
また、今までの実施例では対向電極に着色粒子を移動させていたが、対向電極を用いない構成も可能である。この場合は反射電極を対向電極の代わりに用いる。すなわち、画素電極と反射電極間に印加する電圧で粒子を制御し、両電極間の着色粒子分布の面積の違いを用いて表示を行う。
[電子機器]
次に、上記各実施形態の電気泳動表示装置を電子機器に適用した場合について説明する。
図26は、本発明の電気泳動表示装置を適用した電子機器の具体例を説明する斜視図である。
図26(a)は、電子機器の一例である電子ブックを示す斜視図である。この電子ブック(電子機器)1000は、ブック形状のフレーム1001と、このフレーム1001に対して回動自在に設けられた(開閉可能な)カバー1002と、操作部1003と、本発明の電気泳動表示装置によって構成された表示部1004と、を備えている。
図26(b)は、電子機器の一例である腕時計を示す斜視図である。この腕時計(電子機器)1100は、本発明の電気泳動表示装置によって構成された表示部1101を備えている。
図26(c)は、電子機器の一例である電子ペーパーを示す斜視図である。この電子ペーパー(電子機器)1200は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体部1201と、本発明の電気泳動表示装置によって構成された表示部1202を備えている。
例えば電子ブックや電子ペーパーなどは、白地の背景上に文字を繰り返し書き込む用途が想定されるため、消去時残像や経時的残像の解消が必要とされる。
なお、本発明の電気泳動表示装置を適用可能な電子機器の範囲はこれに限定されず、帯電粒子の移動に伴う視覚上の色調の変化を利用した装置を広く含むものである。
以上の電子ブック1000、腕時計1100及び電子ペーパー1200によれば、本発明に係る電気泳動表示装置が採用されているので、カラー表示手段を備えた電子機器となる。
なお、上記の電子機器は、本発明に係る電子機器を例示するものであって、本発明の技術範囲を限定するものではない。例えば、携帯電話、携帯用オーディオ機器などの電子機器の表示部にも、本発明に係る電気泳動表示装置は好適に用いることができる。
21…分散媒、26…負帯電粒子(第2の着色粒子)、26,27…粒子、27…正帯電粒子(第1の着色粒子)、30…第1基板、31…第2基板、32…電気泳動層、35,35A…画素電極(第1電極)、35B…画素電極(第2電極)、36,38…反射電極(反射層)、37…対向電極、40,40A…画素、42a,42b,54…表面、42B…第2層間絶縁層(第1の絶縁層)、43…保護層(第2の絶縁層)、44,44A,44B,84A,84B…接続電極、44A…接続電極(第1接続電極)、44B…接続電極(第2接続電極)、53A…凸部、54…反射電極(散乱部材)、56…光拡散板(拡散材)、59…散乱粒子(散乱部材)、83…反射層、CF…カラーフィルター、VH,VL…電圧、100,200…電気泳動表示装置、TR1,TR2,TRs…トランジスタ、TR1,TRs…選択トランジスタ(第1のトランジスタ)、1000…電子ブック(電子機器)、1100…腕時計(電子機器)、1200…電子ペーパー(電子機器)

Claims (22)

  1. 第1基板及び第2基板と、
    前記第1基板及び前記第2基板との間に配置され、少なくとも分散媒と当該分散媒内に混入されたプラス又はマイナスに帯電した着色粒子とを有する電気泳動層と、
    前記第1基板の前記電気泳動層側に画素ごとに形成され、画素ごとに独立に駆動される第1電極と、
    前記第1電極に接続される第1のトランジスタと、
    前記第2基板の前記電気泳動層側に形成され前記第1電極よりも広い面積の透光性を有する対向電極と、
    前記第1基板上に形成され、光を反射させる前記第1電極よりも広い面積の反射層と、を備え、
    前記第2基板側から前記電気泳動層を見たときに視認される前記着色粒子の面積により階調を制御する
    ことを特徴とする電気泳動表示装置。
  2. 前記反射層に対して電位の入力が可能と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。
  3. 前記反射層が前記第1電極よりも前記第1基板側に光透過性を有する第1の絶縁層を介して配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電気泳動表示装置。
  4. 前記反射層が画素ごとに形成され、前記第1電極と接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  5. 前記反射層には前記着色粒子を離反させる電圧が印加されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  6. 前記反射層が電源に接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  7. 前記反射層の少なくとも一部が前記第1の絶縁層から前記電気泳動層側に露出していることを特徴とする請求項3に記載の電気泳動表示装置。
  8. プラスに帯電した第1の前記着色粒子と、
    前記第1の着色粒子と同色でマイナスに帯電した第2の前記着色粒子と、
    前記第1基板の前記電気泳動層側に第2電極と、
    前記第2電極に接続される第2の前記トランジスタと、を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  9. 画素ごとに複数の前記第1電極を有し、
    前記複数の第1電極どうしは、これら第1電極より前記第1基板側の層に形成された第1接続電極により相互に接続されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  10. 前記画素ごとに複数の前記第1電極および複数の前記第2電極を有し、
    前記複数の第1電極どうしは、前記第1電極より前記第1基板側の層に形成された第1接続電極により相互に接続されており、
    前記複数の第2電極どうしは、前記第2電極より前記第1基板側の層に形成された第2接続電極により相互に接続されていることを特徴とする請求項9に記載の電気泳動表示装置。
  11. 前記反射層の表面が前記光を散乱させる散乱面になっていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  12. 前記反射層よりも前記第1基板側に前記反射層に向かって突出する複数の凸部が形成された第2の絶縁層を有し、
    前記反射層の前記散乱面が前記複数の凸部の形状を反映させたものであ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. 前記反射層と前記第2基板との間に前記光を散乱させる散乱部材を有することを特徴とする請求項1から12に記載の電気泳動表示装置。
  14. 前記反射層よりも前記第2基板側にカラーフィルターが設けられていることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  15. 前記第2基板の前記電気泳動層側とは反対側の外面に拡散材が設けられていることを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  16. 第1基板及び第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板との間に配置され、少なくとも分散媒と当該分散媒内に混入されたプラス又はマイナスに帯電した着色粒子とを有する電気泳動層と、前記第1基板の前記電気泳動層側に画素ごとに形成され、画素ごと独立に駆動される第1電極と、前記第1電極に接続されるトランジスタと、前記第2基板の前記電気泳動層側に形成され前記第1電極よりも広い面積の透光性を有する対向電極と、前記第1基板上に形成され、前記第1電極よりも広い面積の光を反射させる反射層と、を備え、前記第2基板側から前記電気泳動層を見たときに視認される前記着色粒子の面積により階調を制御する電気泳動表示装置の駆動方法であって、
    前記第1電極及び前記対向電極に対して電圧を印加することにより前記着色粒子を前記第1電極側に引き寄せる第1の動作と、
    前記第1電極及び前記対向電極に対して電圧を印加することにより前記着色粒子を前記対向電極側に引き寄せる第2の動作と、
    前記第1の動作及び前記第2の動作において、前記反射層に前記着色粒子をはじく電位を印加することを特徴とする電気泳動表示装置の駆動方法。
  17. 前記着色粒子を前記第1電極側に引き寄せる第1の動作において、対向電極に印加する電位を基準とし、
    前記反射層に前記第1電極と異なる極性の電圧または対向電極と同一の電圧を印加することを特徴とする請求項16に記載の電気泳動表示装置の駆動方法。
  18. 前記対向電極に印加する電位を基準として、前記第1電極に対してプラスの電圧を印加することにより、前記着色粒子を前記第1電極あるいは前記対向電極側に引き寄せる、第1のプリセット動作と、
    前記第1のプリセット動作とは反対の極性の電圧を前記第1電極に印加することにより、前記着色粒子を前記第1電極あるいは前記対向電極側に引き寄せる、第2のプリセット動作と、を有することを特徴とする請求項16または17に記載の電気泳動表示装置の駆動方法。
  19. 前記電気泳動表示装置は、
    プラスに帯電した第1の前記着色粒子と、
    前記第1の着色粒子と同色でマイナスに帯電した第2の前記着色粒子と、
    前記第1基板の前記電気泳動層側に第2電極と、を有し、
    前記第1電極及び前記第2電極に対して互いに異なる電圧あるいは同じ電圧を印加する第1のプリセット動作と、
    前記第1のプリセット動作とは反対の極性の電圧を前記第1電極および前記第2電極に印加する第2のプリセット動作と、を有することを特徴とする請求項16から18のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置の駆動方法。
  20. 前記電気泳動表示装置は、
    前記第1電極に、前記対向電極に対してプラスの電圧を印加し、
    前記第2電極に、前記対向電極に対してマイナスの電圧を印加することにより、
    前記粒子を前記第1電極及び前記第2電極側に引き寄せる、第1のプリセット動作と、
    前記第1電極に、前記対向電極に対してマイナスの電圧を印加し、
    前記第2電極に、前記対向電極に対してプラスの電圧を印加することにより、
    前記第1の着色粒子及び前記第2の着色粒子を前記第1電極及び前記第2電極側に引き寄せる、第2のプリセット動作と、を有することを特徴とする請求項19に記載の電気泳動表示装置の駆動方法。
  21. 前記第1のプリセット動作と前記第2のプリセット動作とを交互に実施することを特徴とする請求項18または20に記載の電気泳動表示装置の駆動方法。
  22. 請求項1から請求項15に記載の電気泳動表示装置を備えた電子機器。
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