JP2013205606A - 電気光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高品位な表示をする電気光学装置を提供すること。
【解決手段】電気光学装置１５０は、画素電極２２と、対向電極２３と、隔壁２６にて区画された細孔２７と、スペーサー２８と、を有する。細孔２７は、画素電極２２と対向電極２３との間に設けられ、細孔２７内には、流体と帯電した電気泳動粒子２４とが配置されている。スペーサー２８は隔壁２６と対向電極２３とを離間している。電気泳動粒子２４を細孔２７内で画素電極２２と対向電極２３との間で電気泳動させる。電気泳動粒子２４を表示面側に集めると電気泳動粒子２４の色が表示され、電気泳動粒子２４を表示面から遠ざけると黒が表示される。従って、一種類の電気泳動粒子２４で明表示と暗表示とを切り替える事ができ、低電圧で容易にコントラスト比を大きくする事が可能になる。更に表示された画像も長期間維持される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気光学装置の技術分野に関する。

電気光学装置の一例としては、特許文献１に記載されている様に、電気泳動表示装置が知られている。電気泳動表示装置では、分散液を挟んで対向する画素電極及び共通電極間に電圧を印加して、帯電した黒粒子や白粒子等の電気泳動粒子を移動させる事で表示部に画像を形成している。具体的には、例えば、黒粒子が負に帯電し、白粒子が正に帯電し、表示面側に共通電極を設けた場合、白表示をする画素では画素電極の電位を共通電極の電位よりも高くした状態を維持して、白粒子を共通電極側に集めていた。反対に、黒表示をする画素では画素電極の電位を共通電極の電位よりも低くした状態を維持して、黒粒子を共通電極側に集めていた。

特開２００９−１４５８７３号公報

しかしながら、従来の電気泳動表示装置では、白表示と黒表示とのコントラスト比が低いという課題が有った。白表示は真っ白で、黒表示は真っ黒となるのが理想であるが、実際は白表示させても灰色掛かった白となり、白表示の反射率は４６％程度しかなかった。又、黒表示は白み掛かった黒となり、黒表示の反射率は６．９％程度で有った。この結果、白反射率と黒反射率の比（コントラスト比）は６．７程度となっていた。
又、電気泳動表示装置の特徴は、電界を取り除いた後も表示された画像を保持する保持性にあるが、従来の電気泳動表示装置では、この保持性が悪いとの課題があった。即ち、画像書き込み後、電界を取り除いて１０分もすると、白反射率は低下し、黒反射率は上がっていた。例えば、黒表示を保持させたい場合、電界を取り除いてから１分後の反射率は６．９％（明度指数Ｌ＝３１．５８）程度であるが、それが１０分後には反射率は１２．２％（明度指数Ｌ＝４１．５２）程度に上昇し、明度指数の差はΔＬ＝９．９４にもなっていた。換言すると、従来の電気泳動表示装置では高い画像品位を得る事が困難であり、更に表示された画像を長時間維持できないという課題が有った。

本発明は、前述の課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

（適用例１） 本適用例に係わる電気光学装置は、隔壁にて区画された細孔と、画素電極と、対向電極と、スペーサーと、を有し、細孔は、前記画素電極と前記対向電極との間に設けられ、細孔内には、流体と帯電した電気泳動粒子とが配置され、スペーサーは隔壁と対向電極との間を離間している事を特徴とする。
この構成によれば、電気泳動粒子を細孔内で画素電極と対向電極との間で電気泳動させる事ができる。対向電極側が表示面となる場合、電気泳動粒子を対向電極側に集めると電気泳動粒子の色が表示される事になる（明表示と称する）。その一方で、電気泳動粒子を画素電極側に集めると、使用者は細孔の開口部を主として見ることになるが、細孔への入射光は細孔に閉じ込められ、その開口部は暗く（黒く）なる。こうして黒が表示される事になる（暗表示と称する）。従って、この構成によれば、一種類の電気泳動粒子で明表示と暗表示とを切り替える事ができる。更に、明表示の際に電気泳動粒子が隔壁を覆い隠すので、明表示に隔壁の色が混ざることなく、電気泳動粒子が有する色を純粋に表示する事ができる。加えて、細孔に配置する電気泳動粒子が一種類なので、製造は極めて容易となる。しかも二種類の粒子がクーロン力でカップリングする事がないので（二種類の粒子を分離する必要がないので）、低電圧で容易に且つ明瞭に明表示と暗表示とを切り替える事（低電圧で容易にコントラスト比を大きくする事）ができ、表示された画像も長期間維持される。即ち、低消費電力で品質の高い画像を表示でき、しかもその表示された高品位画像を長期間維持する事が可能となる。

（適用例２） 上記適用例に係わる電気光学装置において、細孔の深さｄに対する径Ｗｂの比（アスペクト比）をαにて表し、隔壁の反射率（隔壁反射率）をβ_Wにて表し、電気泳動粒子の反射率（粒子反射率）をβ_Pにて表した際に、アスペクト比αと隔壁反射率β_Wと粒子反射率β_Pとは、数式１の関係式を満たす事が好ましい。

この構成によれば、暗表示反射率を小さくし、コントラスト比を大きくする事ができる。即ち、高品位の画像を表示する電気光学装置を実現できる。

（適用例３） 上記適用例に係わる電気光学装置において、アスペクト比αは０．５未満である事が好ましい。
この構成によれば、どんな色の電気泳動粒子であっても、コントラスト比Ｃを従来よりも大きくする事ができる。即ち、高品位の画像を表示する電気光学装置を実現できる。

（適用例４） 上記適用例に係わる電気光学装置において、アスペクト比αは０．２未満である事が好ましい。
アスペクト比αが０．２未満となると、コントラスト比は急激に向上するので、この構成によれば、高いコントラスト比を実現する事ができる。

（適用例５） 上記適用例に係わる電気光学装置において、隔壁の幅Ｗｔと細孔の径Ｗｂとの和に対する細孔の径Ｗｂの比（開口率γ）が０．３以上である事が好ましい。
開口率γが０．３以上あれば、コントラスト比は１０程度以上となるので、この構成によれば、従来よりも表示品質が極めて高い電気光学装置を実現できる。

（適用例６） 上記適用例に係わる電気光学装置において、開口率γが０．８以上である事が好ましい。
開口率γが０．８以上となると、コントラスト比は急激に向上するので、この構成によれば、高いコントラスト比を実現する事ができる。

（適用例７） 上記適用例に係わる電気光学装置において、隔壁の屈折率は流体の屈折率よりも大きい事が好ましい。
この構成によれば、隔壁に照射された光は必ず一部が吸収されるので、細孔からの反射光は著しく減少する。即ち、暗表示時の反射率を小さくでき、コントラスト比が高い高品位の画像を表示する電気光学装置を実現できる。

（適用例８） 上記適用例に係わる電気光学装置において、隔壁は染料又は顔料を含む事が好ましい。
この構成によれば、隔壁での吸収が大きくなり、細孔からの反射光は著しく減少する。即ち、暗表示時の反射率を小さくでき、コントラスト比が高い高品位の画像を表示する電気光学装置を実現できる。

（適用例９） 上記適用例に係わる電気光学装置において、電気泳動粒子は白色である事が好ましい。
この構成によれば、コントラスト比が高く、表示された画像を長期間維持可能な白黒表示装置を実現できる。

（適用例１０） 上記適用例に係わる電気光学装置において、画素電極は第一画素電極と第二画素電極とを少なくとも含み、第一画素電極に配置される電気泳動粒子の色と、第二画素電極に配置される電気泳動粒子の色と、が異なる事が好ましい。
この構成によれば、第一画素電極が配置された画素と、第二画素電極が配置された画素とで、赤緑青白などの異なった色を表示させる事ができるので、美しいカラー画像を表示する電気光学装置を実現できる。

（適用例１１） 上記適用例に係わる電気光学装置において、細孔は、平面視にて六角形である事が好ましい。
この構成によれば、平面的な開口率γを高くする事できるので、コントラスト比が高い高品位な画像を表示する電気光学装置を実現できる。

実施形態１における電子機器の斜視図。 実施形態１に係わる電気光学装置の構成を説明する平面図。 実施形態１に係わる電気光学装置の構成を説明する断面図。 細孔の断面を説明する図。 暗表示反射率とアスペクト比との関係を示す図。 コントラスト比とアスペクト比との関係を示す図。 コントラスト比と開口率との関係を示す図。 実施形態１に係わる電気光学装置の回路ブロック構成図。 電子ペーパーの構成を示す斜視図。 電子ノートの構成を示す斜視図。 実施形態２に係わる電気光学装置の一例を説明する図。 実施形態２に係わる電気光学装置の一例を説明する断面図。 実施形態２に係わる電気光学装置の製造工程の一部を説明する断面図。 実施形態２に係わる電気光学装置の製造工程の一部を説明する断面図。 実施形態２に係わる電気光学装置の製造工程の一部を説明する断面図。 変形例１に係わる電気光学装置の構成を説明する平面図。 変形例１に係わる電気光学装置の構成を説明する断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
「電子機器の概要」
先ず、実施形態１に係わる電子機器と電気光学装置との概要を、図１と図２とを参照して説明する。

図１は本実施形態における電子機器の斜視図である。図１に示す様に、本実施形態に係わる電子機器１００は、電気光学装置１５０と、電子機器１００を操作するためのインターフェイスとを備えている。インターフェイスとは、具体的には操作部１２０で、スイッチなどから構成される。電気光学装置１５０は表示領域１０を有するディスプレイモジュールである。表示領域１０は複数の画素２０（図２参照）から成り、これらの画素２０が電気的に制御される事で表示領域１０に画像が表示される。

図２は本実施形態に係わる電気光学装置の構成を説明する平面図である。図２に示す様に、表示領域１０には複数個の画素２０が行列状に規則的に配置されている。同時に、表示領域１０には隔壁２６で区画された細孔２７も設けられている。細孔２７は隔壁２６にて区画されており、細孔２７は平面視で画素２０よりも小さく、一つの画素２０には少なくとも一つの細孔２７が配置される。図２では、一つの画素２０に９つの細孔２７が描かれているが、実際には、一つの画素２０に多くの細孔２７が配置される。細孔２７のサイズに関しては後述する。細孔２７内には、不図示の分散液が充填されている。分散液とは、帯電した電気泳動粒子２４（図３参照）が流体に分散された液体である。電気泳動粒子２４は正又は負に帯電しており、固有の色を呈している。各画素２０に於いて、こうした分散液に適当な電界を印加して電気泳動粒子２４を電気泳動させる事で、画素２０毎に表示状態が制御され、表示領域１０に所望の画像が表示される。表示領域１０の内部や外側には、枠状もしくは線状、或いは点状のスペーサー２８が設けられている。スペーサー２８に関しては後に詳述するが、本実施形態では、表示領域の外側にスペーサー２８が枠状に設けられている。

尚、図２では、細孔２７も画素２０も四角形で描いてあるが、画素２０の形状も細孔２７の形状も四角形に限られない。又、図２では細孔２７をなす辺と画素２０をなす辺とが平行であるが、これらの辺も平行でなくても構わない。更に、図２では細孔２７は規則的に配列されているが、細孔２７の形状は不定形であっても構わず、その配列も不規則であっても構わない。表示領域１０を細孔２７と隔壁２６とで覆い尽くし、細孔２７が画素２０よりも小さければ、細孔２７の形状や配列に特別の制限はない。又、画素２０のサイズは典型的には２５μｍ程度から２５０μｍ程度と小さく、図２に示す枠状のスペーサー２８の幅は０．５ｍｍ程度から１０ｍｍ程度と太いが、図２では、説明を判り易くする為に異なった縮尺で画素２０やスペーサー２８などを描いてある。

「電気光学装置の構造」
図３は本実施形態に係わる電気光学装置の構成を説明する断面図である。次に、図３を用いて、本実施形態に係わる電気光学装置１５０の構造を説明する。

電気光学装置１５０は、第一基板８０と、第一基板８０に対面する第二基板９０と、第一基板８０と第二基板９０とを一定の距離に保つスペーサー２８と、を有する。第一基板８０で表示領域１０となる領域には、画素２０（明表示画素２０Ｂや暗表示画素２０Ｄ）毎に画素電極２２と画素回路とが形成され、画素回路には画素スイッチング用薄膜トランジスター２１が用いられている。第二基板９０にはほぼ全面に対向電極２３が形成されている。両基板間には、隔壁２６で区画された細孔２７が設けられ、細孔２７の深さ方向は第一基板８０と第二基板９０とにほぼ直交している。即ち、画素２０に配置された細孔２７では、ホース状の細孔２７の一方の開口部は画素電極２２に接し、他方の開口部は対向電極２３に面している。スペーサー２８は第一基板８０と第二基板９０との距離を隔壁２６の高さ（細孔２７の深さｄ）よりも大きく保っているので、隔壁２６は、その底面が第一基板８０の表面に当接して形成される一方、隔壁２６の上面と第二基板９０との間には空隙２９が形成されている。言い換えると、スペーサー２８は隔壁２６と対向電極２３との間を離間している。この離間されている空間を空隙２９と称する。

細孔２７の内部と空隙２９とには分散液が充填されている。分散液に含まれる電気泳動粒子２４は帯電しているので、画素電極２２と対向電極２３との間で電気泳動する事が可能になる。第二基板９０は透明で、使用者は第二基板９０側から電気光学装置１５０を見る。本実施形態では、一例として、電気泳動粒子２４は白色で第一極性（正、プラス）に帯電しているものとする。又、使用者が電気泳動粒子２４の色を見る場合を明表示と称し、細孔２７の対向電極側の開口部を見る場合を暗表示と称する。従って、例えば、明表示（白表示）をさせるには、図３の明表示画素２０Ｂに示される様に、画素電極２２の電位を対向電極２３の電位よりも高くして、電気泳動粒子２４を対向電極２３側に集める。反対に暗表示（黒表示）させるには、図３の暗表示画素２０Ｄに示される様に、画素電極２２の電位を対向電極２３の電位よりも低くして、電気泳動粒子２４を画素電極２２側に集める。細孔２７はトンネルや洞窟の様に入射光を僅かしか出射しないので、細孔２７の対向電極２３側の開口部は黒くなる。この様にして明表示と暗表示とを切り替え、表示領域１０に所望の画像を表示させる。

スペーサー２８は表示領域１０の外側を枠状に囲み、分散液を表示領域１０の内側に封止している。スペーサー２８は紫外線硬化樹脂（本実施形態では紫外線硬化型エポキシ樹脂）に真球状のプラスチック微粒子が分散されている。プラスチック微粒子の粒径は６００μｍ±１０μｍで、隔壁２６の上面と第二基板９０との間（空隙２９）の距離を、平均すると、３０μｍに保っている。スペーサー２８は隔壁２６の上面と第二基板９０との間（空隙２９）の距離を５μｍから５０μｍ程度とする様に形成される。即ち、スペーサー２８が表示領域１０の外側を枠状に囲む場合、スペーサー２８は隔壁２６よりも５μｍから５０μｍ程度高くなる様に形成される。

隔壁２６は、その屈折率は分散液をなす流体の屈折率よりも大きくし、且つ、流体に対して安定な材料にて形成する。流体に対して安定とは、流体に隔壁２６が溶解せず、又、流体により隔壁２６が膨潤したり、クラックが発生したりする事態も発生しない事を意味する。これは隔壁２６での入射光の全反射を防ぎ、隔壁２６に達した光の一部は必ず吸収される様にすると共に、電気光学装置１５０の寿命を長く保つ為である。これにより、細孔２７からの反射光（出射光）は著しく低減され、暗表示時の反射率を小さくする事ができる。一例としては、ナトリウムＤ線（５８９ｎｍ）における屈折率が１．５以下である有機溶剤を流体として使用し、ナトリウムＤ線（５８９ｎｍ）における屈折率が１．５以上の樹脂や固体で隔壁を築くのが好ましい。こうした有機溶剤の例として、シリコーンオイル（屈折率１．４０）や、アセトン（屈折率１．３６）、シクロヘキサン（屈折率１．４３）、ドデシルベンゼン（屈折率１．４８）、トルエン（屈折率１．５０）、キシレン（屈折率１．５０）、イソパラフィン系溶剤（屈折率１．４４）などの単体、或いはこれらを主として含む混合溶剤などがあげられる。一方、隔壁２６は流体の屈折率よりも大きい屈折率を持つ固体で形成する。一例としては、隔壁２６として、ナトリウムＤ線（５８９ｎｍ）における屈折率が１．５以上である樹脂を使用するのが好ましい。こうした樹脂の一例としては、ポリエチレン（屈折率１．５１）や、ポリウレタン（屈折率１．５０から１．５５）、ポリエステル（屈折率１．５２から１．５７）、ポリスチレン（屈折率１．６０）、塩化ビニル樹脂（屈折率１．５４から１．５５）、メラミン樹脂（屈折率１．６）、塩化ビニリデン樹脂（屈折率１．６１）、エポキシ樹脂（屈折率１．５５から１．６１）などである。隔壁の材料としてはこの他にもアクリル樹脂（アクリル酸エステル樹脂又はメタクリル酸エステル樹脂の重合体、屈折率１．４９）など様々な樹脂を使用する事ができる。この場合も流体は、その屈折率が隔壁２６よりも小さくなり、且つ隔壁２６を溶かさぬ溶剤とする。例えば、メタクリル酸メチル樹脂（屈折率１．４９）で隔壁２６を築いた場合、流体には、シリコーンオイル（屈折率１．４０）やアセトン（屈折率１．３６）、シクロヘキサン（屈折率１．４３）、ドデシルベンゼン（屈折率１．４８）など屈折率が１．４９未満の溶剤を用いる事ができる。これらの溶剤の内で、アセトンはメタクリル酸メチル樹脂を溶解するので、メタクリル酸メチル樹脂で隔壁２６を築いた場合、流体には、シリコーンオイルやシクロヘキサン、ドデシルベンゼンなどを用いるのが好ましい。

隔壁２６は染料又は顔料を含んでいても良い。染料や顔料を含むと隔壁２６での反射率が低下するので、細孔２７からの反射光は著しく減少するからである。又、こうした染料や顔料の屈折率は２程度以上有るので、上述の樹脂に混合すると、隔壁２６の屈折率は更に大きくなる。或いは隔壁２６に使用する樹脂の選択肢を更に広げる事ができる。例えば、酢酸ビニル樹脂（屈折率１．４５から１．４７）やメタクリル酸メチル樹脂（屈折率１．４９）など、屈折率が１．５未満の樹脂も使用する事ができる。これは染料や顔料を含んだ隔壁２６の屈折率（染料や顔料と樹脂との合成屈折率）が上昇するからである。染料は天然又は合成の紫染料などが用いられ、顔料としてはカーボンブラックやマグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）など黒顔料を用いるのが好ましい。本実施形態では、塩化ビニル樹脂とポリウレタンとの合成樹脂にカーボンブラックを１０ｗｔ％含ませて、隔壁２６を形成した。隔壁２６の屈折率は１．６５程度である。又、流体としてはシリコーンオイルを用い、電気泳動粒子２４としては酸化チタン微粒子を用いた。酸化チタン微粒子は白色で、それ自体の反射率は約８０％である。

「原理」
図４は細孔の断面を説明した図である。次に図４を参照して、電気光学装置１５０の表示原理を説明する。

まず、電気光学装置１５０の表示領域１０が暗表示した際の反射率（暗表示反射率）β_Dを計算する。最初に暗表示時の細孔２７における反射率（暗表示細孔反射率）β_HDを計算する。細孔２７の開口部の径（開口部の上部の径）をＷ_bとし、細孔２７の深さをｄとし、角度θで細孔２７の開口部に入る入射光量をＩ（θ）、その反射光量をＲ（θ）とする。角度θとは第一基板の法線と入射光とがなす角度である。Ｉ（θ）は数式２にて表される。

ここでｊは単位長当たりの入射光量である。細孔２７に入射した光で、隔壁２６に一度でも当たった光は、隔壁２６による吸収と複数回の反射とを経て細孔２７から出射されるので、隔壁２６に当たり細孔２７から出射される光量は非常に小さくなり、殆ど無視できる。従って、細孔２７からの反射光量Ｒ（θ）は実質的に底面に存在する電気泳動粒子２４で一度反射された光だけとなり、数式３にて表される。

ここでβ_Pは電気泳動粒子２４の反射率（粒子反射率）である。又、ｘは細孔２７の底部にて、入射光の陰になっている部分の隔壁２６からの距離（陰の長さ）である。陰の長さｘと細孔２７の深さｄと角度θとの関係は数式４となる。

数式４を数式３に代入すると、数式５が得られる。

尚、陰の長さｘはゼロからＷ_b／２の範囲にあるので、ｔａｎθに関して数式６が得られる。

細孔２７への全入射光量Ｉ_Tは数式２を角度θに関して０からπ／２迄積分した値となり、数式７で表される。

細孔２７からの全反射光量Ｒ_Tは数式５を角度θに関して数式６の範囲で積分した値となり、数式８で表される。

数式８では、細孔２７の深さｄに対する開口部の径Ｗ_bの比（アスペクト比）をαと表記している（数式９参照）。

暗表示細孔反射率β_HDはＲ_T／Ｉ_Tであるので、数式７と数式８とから数式１０となる。

暗表示細孔反射率β_HDは、数式１０に示される様に、電気泳動粒子２４の反射率β_Pとアスペクト比αにて定まる。

次に、暗表示反射率β_Dを計算する。隔壁２６の幅（隔壁２６の上部の幅）をＷｔとすると、隔壁２６の幅Ｗｔと細孔２７の径Ｗｂとの和に対する細孔２７の径Ｗｂの比（細孔２７の開口率γ）は数式１１にて表される。

暗表示反射率β_Dは、細孔２７からの反射率と隔壁２６上部からの反射率とを面積割合に応じて重み付けすれば良いので、隔壁２６の反射率（隔壁反射率）β_Wを用いて、数式１２となる。

次に、電気光学装置１５０の表示領域１０が明表示した際の反射率（明表示反射率）β_Bを計算する。明表示時には、図３の明表示画素２０Ｂに示される様に、電気泳動粒子２４が対向電極２３の表面を覆い尽くすので、粒子反射率β_Pに等しくなる。従って、明表示反射率β_Bは数式１３にて表される。

数式１２と数式１３とから電気光学装置１５０の表示領域１０が示すコントラスト比Ｃ（明表示反射率β_Bと暗表示反射率β_Dとの比）は数式１４となる。

開口率γは数式１１に示される様に、０から１の間にある。開口率γが０に近づくと（γ→０）、電気泳動粒子２４は細孔２７内部での移動が困難になり、表示がなされなくなる。従って、開口率γはできる限り大きい方が良い（１に近い方が良い。）一方、数式１２より暗表示細孔反射率β_HDと隔壁反射率β_Wとが等しい（β_HD＝β_W）と、暗表示反射率β_Dは、β_D＝β_HD＝β_Wと一定になり、開口率γに依存しなくなる。更に、暗表示細孔反射率β_HDが隔壁反射率β_Wよりも大きいと（β_HD＞β_W）と、開口率γが大きくなる程（γ→１）、暗表示反射率β_Dは大きくなってしまう。従って、暗表示反射率β_Dを小さくし、コントラスト比Ｃを大きくするには、暗表示細孔反射率β_HDは隔壁反射率β_Wよりも小さくなければならない（β_HD＜β_W）。この事から高品質な表示を実現するのに、数式１５が必要となる。

尚、通常アスペクト比αは１よりも小さいので、数式１５は数式１６と近似される。

更に、アスペクト比αが０．５未満ならば、数式１６は数式１７と近似される。

電気泳動粒子２４で粒子反射率β_Pが一番高いのはチタニアなどの白色粒子であるから、白色の電気泳動粒子２４で数式１７が満たされれば、他の総ての色の電気泳動粒子２４で数式１７は満たされる。白色の電気泳動粒子２４の粒子反射率β_Pは８０％程度である。一方、暗表示反射率β_Dを小さくすべく、隔壁２６に黒顔料を混ぜると、隔壁反射率β_Wは１０％程度とできる。この場合、数式１７よりアスペクト比αは０．５よりも小さければならない事になる。後述する様に、こうすると、どんな色の電気泳動粒子２４であっても、暗表示反射率β_Dは隔壁反射率β_Wよりも小さくなり、コントラスト比Ｃを従来よりも大きくする事ができる。

「細孔や隔壁のサイズ」
図５は暗表示反射率β_Dとアスペクト比αとの関係を示す図である。又、図６はコントラスト比Ｃとアスペクト比αとの関係を示す図である。更に、図７はコントラスト比Ｃと開口率γとの関係を示す図である。次に、図５から図７を参照して、細孔２７や隔壁２６のサイズに関して説明する。

数式１３から判る様に、明表示反射率β_Bはアスペクト比αに依存しないので、アスペクト比αを変える事で、明表示反射率β_Bを一定に保ったまま、暗表示反射率β_Dを小さくする事ができる。各種電気泳動粒子２４の内で、暗表示反射率β_Dに対して一番厳しいのは白色である。従って、白色の電気泳動粒子２４で暗表示反射率β_Dが小さければ、他のどんな色の電気泳動粒子２４であっても暗表示反射率β_Dは白色の場合より小さくなるので、以下では一番条件の厳しい白色の電気泳動粒子２４を想定して、細孔２７や隔壁２６のサイズを論ずる。

図５に示す様に、暗表示細孔反射率β_HDが隔壁反射率β_Wよりも小さい領域（β_HD＜β_W）は、数式１を満たす領域であり、隔壁反射率β_Wが１０％程度の際に、アスペクト比αが０．５未満となる領域でもある。この数式１を満たす領域では、開口率γが大きくなる程、暗表示反射率β_Dは小さくなる。暗表示反射率β_Dは隔壁反射率β_Wよりも必ず小さくなっている。この様にアスペクト比αは概ね０．５未満が好ましい。

従来の電気泳動表示装置では、コントラスト比Ｃは６−７程度で合った。図６に示す様に、アスペクト比αは概ね０．５未満であると、開口率γが０．６程度以上のいずれの場合であっても、従来以上のコントラスト比が得られる事が判る。又、図６からは、アスペクト比αが０．２未満になるとコントラスト比Ｃは急激に向上する事が判る。この傾向は隔壁反射率β_Wが幾つであっても変わらず、コントラスト比Ｃの改善には、アスペクト比αを０．２未満とする事が好ましい。理想的にはアスペクト比Ｃは０．１程度以下である。

コントラスト比Ｃに関しては、図７に示す様に、開口率γが０．３程度以上だとアスペクト比αに係わらず、従来の電気泳動表示装置よりも高いコントラスト比が得られる。開口率γが０．３程度以上で概ねコントラスト比Ｃは１０以上となる。更に、開口率γが０．８程度以上からは、アスペクト比αが０．５以下のいずれの値においても、コントラスト比Ｃは急激に増大し、しかもコントラスト比Ｃは２０程度以上と、従来の３倍以上の値に改善される。従って、高コントラスト比Ｃの高品質表示を実現するには開口率γを０．８程度以上とする事が好ましい。

こうした条件を満たす好適例として、隔壁２６の幅Ｗｔ＝１．５μｍ、細孔２７の径Ｗｂ＝２８．５μｍ、細孔２７の深さｄ＝５７０μｍ、空隙の高さ３０μｍ（スペーサー２８の高さ６００μｍ）とする。この場合、開口率γ＝０．９５で、アスペクト比α＝０．０５、暗表示反射率β_D＝１．４％、明表示反射率β_B＝８０．０％、コントラスト比Ｃ＝５５と、優れた表示性能を示す。又、画像保持性にも優れ、１０分後の表示性能は、測定誤差範囲内で一致していた。これは、本実施形態の電気光学装置１５０が一粒子系で、深い細孔２７の中を移動して明表示と暗表示とを切り替えるとの原理に基づく。即ち、従来の電気泳動表示装置では、クーロン力による白粒子（例えばプラス帯電）と黒粒子（例えばマイナス帯電）との凝集や混合が本実施形態の電気光学装置１５０では発生し得ないが故である。

尚、細孔２７の径Ｗｂとは、厳密には、細孔２７の開口部の面積の平方根である。細孔２７の形状が様々な場合は、細孔２７の開口部の平均面積の平方根が細孔２７の径Ｗｂとなる。

「回路構成」
図８は本実施形態に係わる電気光学装置の回路ブロック構成図であり、（ａ）は表示領域と駆動回路との構成を示し、（ｂ）は画素の電気的な構成を示す等価回路図である。次に、図８を用いて本実施形態に係わる電気光学装置１５０の駆動回路を説明する。

図８（ａ）に示されている様に、表示領域１０には、ｍ行×ｎ列分の画素２０が行列状（二次元平面的）に配列されている。又、表示領域１０には、ｍ本の走査線３０（即ち、走査線Ｙ１、Ｙ２、…、Ｙｍ）と、ｎ本のデータ線４０（即ち、データ線Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎ）とが互いに交差するように設けられている。具体的には、ｍ本の走査線３０は行方向（即ち、Ｘ方向）に延在し、ｎ本のデータ線４０は列方向（即ち、Ｙ方向）に延在している。ｍ本の走査線３０とｎ本のデータ線４０との交差点に対応して画素２０が配置されている。細孔２７は少なくとも表示領域１０の全体に形成されている。

表示領域１０の外側には駆動回路７０が設けられている。駆動回路７０は、コントローラー７１や走査線駆動回路７２、データ線駆動回路７３、共通電位供給回路７４などから構成されている。コントローラー７１は、走査線駆動回路７２とデータ線駆動回路７３、及び共通電位供給回路７４の動作を制御し、クロック信号やタイミング信号等の各種信号を各回路に供給する。

走査線駆動回路７２は、コントローラー７１から供給されるタイミング信号に基づいて、走査線Ｙ１、Ｙ２、…、Ｙｍの各々に走査信号をパルス的に順次供給する。データ線駆動回路７３は、コントローラー７１から供給されるタイミング信号に基づいて、データ線Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎに画像信号を供給する。画像信号は、高電位Ｖ_H（例えば１５Ｖ）と低電位Ｖ_L（例えば−１５Ｖ）との間で多値的な電位をとる。尚、本実施形態では、画像信号は二値であり、第一表示（白の表示）に書き換えられる画素２０に対して高電位Ｖ_Hの画像信号が供給され、第二表示（黒の表示）に書き換えられる画素２０に対して低電位Ｖ_Lの画像信号が供給される。

共通電位供給回路７４は、共通電位線５０に共通電位Ｖ_comを供給する。尚、共通電位Ｖ_comは一定の電位であっても良いし、例えば書き込む階調やフレームに応じて変えても良い。本実施形態では、共通電位Ｖ_comが総ての電位に対する基準電位となり、共通電位を０Ｖとしている。従って、先の高電位Ｖ_H（例えば１５Ｖ）や低電位Ｖ_L（例えば−１５Ｖ）はそのまま共通電位Ｖ_comに対する電位差ともなる。尚、コントローラー７１、走査線駆動回路７２、データ線駆動回路７３及び共通電位供給回路７４には、各種の信号が入出力されるが、本実施形態と特に関係のない物については説明を省略している。

図８（ｂ）の回路図に示される様に、画素２０は、画素スイッチング用薄膜トランジスター２１と、画素電極２２と、対向電極２３と、分散液と、保持容量２５とを備えている。

画素スイッチング用薄膜トランジスター２１は、例えばＮ型トランジスターで構成されている。ここでは上ゲート型の薄膜トランジスターが採用されているが、下ゲート型の薄膜トランジスターであっても構わない。画素スイッチング用薄膜トランジスター２１は、そのゲートが走査線３０に電気的に接続されており、そのソースがデータ線４０に電気的に接続されており、そのドレインが画素電極２２及び保持容量２５の一端に電気的に接続されている。保持容量２５は、誘電体膜を介して対向配置された一対の電極からなり、一方の電極（一端）が、画素電極２２及び画素スイッチング用薄膜トランジスター２１に電気的に接続され、他方の電極（他端）が共通電位線５０に電気的に接続されている。この保持容量２５によって画像信号を一定期間だけ維持することができる。画素スイッチング用薄膜トランジスター２１は、データ線駆動回路７３からデータ線４０を介して供給される画像信号を、走査線駆動回路７２から走査線３０を介してパルス的に供給される走査信号に応じたタイミングで、画素電極２２及び保持容量２５に出力する。

画素電極２２には、データ線駆動回路７３からデータ線４０及び画素スイッチング用薄膜トランジスター２１を介して、画像信号が供給される。画素電極２２は、分散液を介して対向電極２３と互いに対向するように配置されている。対向電極２３は、共通電位Ｖ_comが供給される共通電位線５０に電気的に接続されている。対向電極２３は、画素電極２２が形成された第一基板８０に対向する第二基板９０に設けられ、電気泳動粒子２４は図３に示す断面図の上下方向で電気泳動する。

「電子機器」
次に、前述した電気光学装置１５０を適用した電子機器について、図９及び図１０を参照して説明する。以下では、前述した電気光学装置１５０を電子ペーパー及び電子ノートに適用した場合を例にとる。

図９は、電子ペーパーの構成を示す斜視図である。図９に示す様に、電子ペーパー４００は、本実施形態に係わる電気光学装置１５０を備えている。表示領域１０には高コントラストで画像保持性の高い表示がなされている。電子ペーパー４００は可撓性を有し、従来の紙と同様の質感及び柔軟性を示す書き換え可能なシートから構成されている。

図１０は、電子ノートの構成を示す斜視図である。図１０に示す様に、電子ノート５００は、図９で示した電子ペーパー４００が複数枚束ねられ、カバー５０１に挟まれているものである。カバー５０１は、例えば外部の装置から送られる表示データを入力する為の表示データ入力部を備える。これにより、その表示データに応じて、電子ペーパーが束ねられた状態のまま、表示内容の変更や更新を行うことができる。

前述した電子ペーパー４００及び電子ノート５００は、本実施形態に係わる電気光学装置１５０を備えるので、高品質な画像表示を行うことが可能である。尚、これらの他に、腕時計や携帯電話、携帯用オーディオ機器などの電子機器に、本実施形態に係わる電気光学装置１５０を適用する事ができる。

以上述べたように、本実施形態に係わる電気光学装置１５０とその製造方法に依れば、以下の効果を得る事ができる。
従来の電気泳動表示装置では二種類の粒子（例えば白粒子と黒粒子）を逆極性に帯電されていた。この場合、白粒子と黒粒子とがクーロン力でカップリングし、コントラスト比が低下し、画像保持性も低かった。これに対して、本実施形態に係わる電気光学装置１５０では、一種類の電気泳動粒子２４で明表示と暗表示とを切り替える事ができる。細孔２７に配置する電気泳動粒子２４が一種類なので、製造は極めて容易となる。しかも二種類の粒子がクーロン力でカップリングする事がないので（二種類の粒子を分離する必要がないので）、低電圧で容易に且つ明瞭に明表示と暗表示とを切り替える事（低電圧で容易にコントラスト比を大きくする事）ができ、表示された画像も長期間維持される。即ち、低消費電力で品質の高い画像を表示でき、しかもその表示された高品位画像を長期間維持する事が可能となる。

（実施形態２）
「カラー表示の電気光学装置の形態」
図１１は実施形態２に係わる電気光学装置の一例を説明した図である。以下、本実施形態に係わる電気光学装置１５０について説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。

本実施形態（図１１）は実施形態１（図２）と比べて、細孔２７に配置される電気泳動粒子２４とスペーサーの形態とが異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様である。実施形態１（図２）では電気泳動粒子２４は総ての画素２０に対して同一だった。即ち、実施形態１ではどの画素２０にも白色の電気泳動粒子２４が配置され、白黒表示をなす電気光学装置１５０であった。これに対して本実施形態（図１１）では、少なくとも二種類以上の異なった色を有する電気泳動粒子２４が画素２０に配置され、カラー表示が可能となっている。

図１１に示す様に、画素２０は第一画素２０−１と第二画素２０−２との二種類を少なくとも含み、本実施形態では更に第三画素２０−３と第四画素２０−４とを含んでいる。従って、本実施形態では画素２０に四種類が有る事になる。これに応じて、不図示の画素電極は第一画素電極と第二画素電極とを少なくとも含み、本実施形態では更に第三画素電極と第四画素電極とを含んでいる。即ち、第一画素２０−１は第一画素電極を有し、第二画素２０−２は第二画素電極を有し、第三画素２０−３は第三画素電極を有し、第四画素２０−４は第四画素電極を有している。各画素はスペーサー２８にて区画され、画素２０に配置される電気泳動粒子２４は画素２０の種類に応じて異なった色となっている。本実施形態では、好適例として、第一画素２０−１には赤色の電気泳動粒子２４Ｒが配置され、第二画素２０−２には青色の電気泳動粒子２４Ｂが配置され、第三画素２０−３には緑色の電気泳動粒子２４Ｇが配置され、第四画素２０−４には白色の電気泳動粒子２４Ｗが配置されている。スペーサー２８は隣接する画素２０間で電気泳動粒子２４が混合しない様に、分散液を各画素２０に閉じ込めている。画素２０には、その画素２０の種類に応じて異なった色の電気泳動粒子２４を含む分散液を、印刷法などを用いて充填する。尚、本実施形態では、スペーサー２８の幅は隔壁２６の幅Ｗｔとほぼ同じである。画素２０の内側領域に沢山の細孔２７が形成されている点は実施形態１と同様である。

こうすると第一画素２０−１では、赤と黒との表示が可能になる。又、第二画素２０−２では、青と黒との表示が可能になる。又、第三画素２０−３では、緑と黒との表示が可能になる。又、第四画素２０−４では、白と黒との表示が可能になる。従って、ある領域を明るい赤表示にしたい場合、その領域に含まれる第一画素２０−１を赤表示とし、その領域に含まれる第二画素２０−２と第三画素２０−３とを黒表示とし、その領域に含まれる第四画素２０−４を白表示とする。ある領域を暗い赤表示にしたい場合、その領域に含まれる第一画素２０−１を赤表示とし、その領域に含まれる第二画素２０−２と第三画素２０−３と第四画素２０−４とを黒表示とする。青表示と緑表示に関しても同様である。更に、ある領域を白表示にしたい場合、その領域に含まれる第一画素２０−１を赤表示とし、その領域に含まれる第二画素２０−２を青表示とし、その領域に含まれる第三画素２０−３とを青表示とし、その領域に含まれる第四画素２０−４を白表示とする。反対にある領域を黒表示にしたい場合、その領域に含まれる第一画素２０−１と第二画素２０−２と第三画素２０−３と第四画素２０−４とを黒表示とする。

従来のカラー表示する電気泳動表示装置では白黒粒子の二粒子系の表示にカラーフィルターを重ねていた。従って、赤緑青白の四色系カラー表示で白表示した場合、赤の画素と緑の画素と青の画素とではカラーフィルターの透過率×白粒子の反射率しか光が利用できず、白表示の反射率は２０％程度で合った。即ち、従来のカラー表示する電気泳動表示装置は薄暗い白しか表示できなかった。これに対して本実施形態の電気光学装置１５０では、カラーフィルターも用いる必要がなく、しかも電気泳動粒子２４その物の色がほぼそのまま表示されるので、白表示の反射率は４０％を超える。即ち、従来よりも倍明るい白表示となる。

図１２は本実施形態に係わる電気光学装置の一例を説明した断面図である。以下、図１２を参照して、本実施形態に係わる電気光学装置１５０の断面構造について説明する。本実施形態ではスペーサー２８は画素２０を区画する様に画素２０の境界に設けられ、各画素２０に充填された分散液を画素２０に封止している。スペーサー２８は、主構成部２８６と補助構成部２８１とから形成されている。主構成部２８６は隔壁２６と同じ材料からなり、隔壁２６よりも高く形成されている。補助構成部２８１は主構成部２８６の上部に形成され、この結果、隔壁２６の上部と対向電極２３との間には空隙２９が形成される。スペーサー２８は画素２０の境界に設けられ、表示領域１０に平面視で格子状に設けられるので、第二基板９０がプラスチックフィルムの様な可撓性を有する基板であっても、画素２０内で第二基板９０が撓む事は殆ど生じない。従って、隔壁２６の上面と第二基板９０との間（空隙２９）の距離を短くする事ができ、その距離は１μｍから１０μｍ程度とする様に形成される。

図１３乃至図１５は本実施形態に係わる電気光学装置の製造工程の一部を説明した断面図である。以下、図１３乃至図１５を参照して、本実施形態に係わる電気光学装置１５０の製造方法について説明する。まず、図１３に示す様に、第一基板８０に公知の方法にて画素回路（画素スイッチング用薄膜トランジスター２１など）を作製する。次いで、後に隔壁２６や主構成部２８６となる隔壁材料２６１を形成する。隔壁材料２６１は、実施形態１にて詳述した隔壁２６の構成部材と同じである。具体的には、塩化ビニル樹脂とポリウレタン樹脂とカーボンブラックと有機溶剤（テトラハイドロフランとシクロヘキサノンとの混合溶剤）と、硬化剤としてのポリイソシアネートを混合した塗料を第一基板８０の表面に塗布した後に、乾燥・硬化させて、隔壁材料２６１を形成する。その後、画素２０の境界に合わせて、非晶質シリコン膜からなる補助構成部２８１を形成する。補助構成部２８１は、隔壁材料２６１の表面に非晶質シリコン膜をプラズマ化学気相堆積法にて堆積した後、非晶質シリコン膜のフォトリソグラフィー工程とエッチング工程とに依り形成する。

次に図１４に示す様に、補助構成部２８１をマスクとして、画素２０となる領域の隔壁材料２６１をエッチングし、薄膜化する。エッチング工程は酸素プラズマをリアクティブイオンエッチングモード（ＲＩＥモード）として行うのが好ましい。エッチングの深さは、空隙２９の距離とする。次いで、図１５に示す様に、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程とを用いて、画素２０となる領域に隔壁２６を形成し、画素２０の境界となる領域にスペーサー２８を形成する。その後、インクジェット法などの塗布法を用いて、画素２０毎に分散液を注入し、次いで対向電極２３が形成された第二基板９０をかぶせて、電気光学装置１５０が製造される（図１２参照）。

以上述べたように、本実施形態に係わる電気光学装置１５０によれば、実施形態１での効果に加えて、高い表示品位を備えたカラー表示を行う事ができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
「細孔の平面形状及びスペーサーが異なる形態」
図１６は変形例１に係わる電気光学装置の構成を説明する平面図である。又、図１７は変形例１に係わる電気光学装置の構成を説明する断面図である。以下図１６と図１７とを用いて、本変形例に係わる電気光学装置１５０について説明する。尚、実施形態１又は２と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。

本変形例（図１６）は実施形態１（図２）と比べて、細孔２７の形状が異なっている。又、本変形例（図１７）は実施形態１（図３）や実施形態２（図１２）と比べて、スペーサー２８の形状が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１や実施形態２とほぼ同様である。実施形態１（図２）では、細孔２７が四角形であったが、細孔２７の開口部の平面形状はこれに限られず、あらゆる形状が可能である。例えば、図１６に示す様に、開口部が正六角形であっても良い。この場合、隔壁２６の幅Ｗｔが同一で、開口部の面積が同一の場合、開口率γを最大にでき、その分、コントラスト比を向上させる事となる。具体的には開口部を正六角形とすると、正方形の場合に比べて、隔壁２６の幅Ｗｔを０．６２倍にしたのと同等の効果が得られる。

又、本変形例では、図１７に示す様に、スペーサー２８は透明で球状のプラスチック微粒子であり、図１６に示す様に、隔壁２６の上部にランダムに配置されている。スペーサー２８は隔壁２６の上部と対向電極２３との間に空隙２９を形成する部材であるので、本変形例が示す様に、プラスチック微粒子を隔壁２６の上部と第二基板９０との間に配置する構成としても良い。こうした電気光学装置１５０を製造するには、第一基板８０に隔壁２６を形成した後、表示領域１０の外周に封止材となる接着剤を枠状に形成し、枠状の接着剤の内側（表示領域１０）に分散液を充填した後に、プラスチック微粒子のスペーサー２８を散布し、その後、第二基板９０を真空中で加圧接着する。プラスチック微粒子の直径は開口部の径Ｗｂの１．１倍から３倍程度とする。本変形例では、開口部の径がＷｂ＝２８．５μｍで、プラスチック微粒子の直径は４０μｍで、空隙２９の距離は凡そ３４μｍであった。

以上述べたように、本変形例に係わる電気光学装置１５０によれば、実施形態１での効果に加えて、更に優れた表示品質を実現すると共に、容易に製造できるとの効果を得る事ができる。

１０…表示領域、２０…画素、２２…画素電極、２３…対向電極、２４…電気泳動粒子、２６…隔壁、２７…細孔、２８…スペーサー、２９…空隙、８０…第一基板、９０…第二基板、１００…電子機器、１５０…電気光学装置、２６１…隔壁材料、２８１…補助構成部、２８６…主構成部。

Claims (11)

1. 隔壁にて区画された細孔と、画素電極と、対向電極と、スペーサーと、を有し、
   前記細孔は、前記画素電極と前記対向電極との間に設けられ、
   前記細孔内には、流体と帯電した電気泳動粒子とが配置され、
   前記スペーサーは前記隔壁と前記対向電極との間を離間している事を特徴とする電気光学装置。
2. 前記細孔の深さｄに対する径Ｗｂの比（アスペクト比）をαにて表し、前記隔壁の反射率（隔壁反射率）をβ_Wにて表し、前記電気泳動粒子の反射率（粒子反射率）をβ_Pにて表した際に、前記アスペクト比αと前記隔壁反射率β_Wと前記粒子反射率β_Pとは、数式１の関係式を満たす事を特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
   

   
3. 前記アスペクト比αは０．５未満である事を特徴とする請求項２に記載の電気光学装置。
4. 前記アスペクト比αは０．２未満である事を特徴とする請求項２に記載の電気光学装置。
5. 前記隔壁の幅Ｗｔと前記細孔の径Ｗｂとの和に対する前記細孔の径Ｗｂの比（開口率γ）が０．３以上である事を特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電気光学装置。
6. 前記開口率γが０．８以上である事を特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電気光学装置。
7. 前記隔壁の屈折率は前記流体の屈折率よりも大きい事を特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の電気光学装置。
8. 前記隔壁は染料又は顔料を含む事を特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の電気光学装置。
9. 前記電気泳動粒子は白色である事を特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載の電気光学装置。
10. 前記画素電極は第一画素電極と第二画素電極とを少なくとも含み、
    前記第一画素電極に配置される前記電気泳動粒子の色と、前記第二画素電極に配置される前記電気泳動粒子の色と、が異なる事を特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載の電気光学装置。
11. 前記細孔は、平面視にて六角形である事を特徴とする請求項２乃至１０のいずれか一項に記載の電気光学装置。

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