JP3740268B2

JP3740268B2 - Electrophoretic display device

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Publication number: JP3740268B2
Application number: JP01121998A
Authority: JP
Inventors: 勉池田; 隆行八木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: JPH11212499A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動粒子を移動させて表示を行う電気泳動表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達に伴い、低消費電力且つ薄型の表示装置のニーズが増しており、これらニーズに合わせた表示装置の研究、開発が盛んに行われている。中でも、液晶表示装置は、液晶分子の配列を電気的に制御し液晶の光学的特性を変化させる事ができ、上記のニーズに対応できる表示装置として活発な開発が行われ商品化さてれいる。しかしながら、これらの液晶表示装置では、画面を見る角度や反射光による画面上の文字の見づらさや、光源のちらつき・低輝度等から生じる視覚へ負担が未だ十分に解決されていない。この為、視覚への負担の少ない表示装置の研究が盛んに検討されている。
【０００３】
低消費電力、眼への負担軽減などの観点から反射型表示装置が期待されている。その１つとして、Harold D．Lees等により発明された電気泳動表示装置（米国特許USP3612758公報）が知られている。他にも、特開平９−１８５０８７号公報に電気泳動表示装置が開示されている。
【０００４】
上記従来の電気泳動表示装置及びその動作原理を図８に示す。この装置８５は、帯電した泳動粒子８１と着色色素が溶解された絶縁性液体８２からなる分散層とこの分散層を挟んで対峙する一組の電極８３、８４からなっている。電極８３、８４を介して分散層に電圧を印加することにより、泳動粒子８１を粒子自身が持つ電荷と反対極性の電極に引き寄せるものである。表示はこの泳動粒子８１の色と、泳動粒子８１の色相と異なり着色色素が溶解された絶縁性液体８２の色によって行われる。
【０００５】
つまり、第１の電極８３を負極に、第２の電極８４を正極にした場合、正電荷の泳動粒子８１が観測者に近い第１の電極８３表面に移動し、第１の電極８３に付着し、泳動粒子８１の色が表示される（図８（ｂ））。
【０００６】
逆に、第１の電極８３を正極、第２の電極８４を負極した場合、正電荷の泳動粒子８１が観測者から遠い第2の電極８４表面に移動し、第２の電極８４に付着し、絶縁性液体８２内に含まれる着色色素の色が表示される（図８（ａ））。
【０００７】
しかしながら、従来の図８の電気泳動表示装置は次のような問題点を抱えていた。第1に、絶縁性液体は着色或いは不透明化させることが不可欠であった。このため絶縁性液体は単一成分で構成することが困難であり、絶縁性液体中に何らかの着色粒子を混合したり、着色色素を溶解したりしなくてはならなかった。
【０００８】
また、絶縁性液体に溶解した色素の電気泳動粒子への吸着及び電気泳動粒子が付着した電極表面と電気泳動粒子間への色素を含む絶縁性液体の侵入等の悪影響により、反射率が低下し、高いコントラストが得られない問題が生じる。
【０００９】
また、このような着色粒子や着色色素の存在は、電気泳動動作において不安定要因として作用しやすく、表示装置としての性能や寿命、安定性を著しく低下させるという欠点があった。
【００１０】
そこで、特開平９−２１１４９９号公報、特公平６−５２３５８号公報、等で、着色粒子が混合されたり又は着色色素が溶解されたりしない透明な絶縁性液体を用いて表示を行う電気泳動表示装置が提案されている。
【００１１】
特開平９−２１１４９９号公報で開示された電気泳動表示装置及びその動作原理を図５を用いて説明する。
【００１２】
電気回路１１０によって、第１の電極１０４が電気泳動粒子１０８と異なった極性、第２の電極１０５が電気泳動粒子１０８と同じ極性となるように電圧を印加すると、電気泳動粒子１０８は、第１の電極１０４を被覆している誘電体層１０６に移動し、その表面を覆う。このとき透明基板１０２の外側から装置を見ている観測者は、電気泳動粒子１０８の色を視認する。次に、電気回路１１０で第１の電極１０４、第２の電極１０５にかかる電圧の極性を反転させると、電気泳動粒子１０８は、隠蔽層１１１により隠蔽された領域内の、第２の電極１０５を被覆している誘電体層１０７に移動し、その表面を覆う。電気泳動粒子１０８は、隠蔽層１１１により隠蔽された領域内にあるので、このとき観測者は誘電体層１０６あるいは第１の電極１０４あるいは第１の基板１０１の色すなわち電気泳動粒子１０８との対比色を視認する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図１１の電気泳動表示装置は次のような問題点を抱えていた。
【００１４】
電気泳動粒子１０８を隠蔽するために、遮蔽層１１１を設けているので、開口率が低減し、光利用効率が低減する。よって、表示装置のコントラストも低減する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、光利用効率を向上させ、コントラストの高い電気泳動表示装置を提供することを目的としている。
【００１６】
この目的は以下によって達成される。
【００１７】
本発明の表示装置は、第１電極と、第１電極と異なる電圧が印加される第２電極と、第１電極と第２電極の間を移動する複数の着色帯電泳動粒子と、第１基板と、第１基板と対向して配置され表面に第１基板に向かって凹状構造を持つ透明な第２基板と、前記凹状構造によって第１基板と第２基板の間に生じる空間に満たされ、該複数の着色帯電泳動粒子を保持する透明絶縁性液体と、を備えた電気泳動表示装置において、
透明絶縁性液体の屈折率は第２基板の屈折率よりも大きく、第１電極は、複数の着色帯電泳動粒子を引き付けて第１基板の中央部に集めるように配置され、第２電極は、複数の着色帯電泳動粒子を引き付けて第１基板の端部に集めるように配置され、第２基板の凹状構造は、第２基板を通って透明絶縁性液体に入射する光を第１基板の中央部に集めるような形状である、構成をとる。
【００２０】
好ましくは、前記第２基板の外部表面が第１基板の中央部に光が集まるような形状である、構成をとる。
【００２１】
好ましくは、前記第２基板の外部表面が第１基板に向かって凹状構造である、構成をとる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）、図１（ｂ）に本実施形態の表示装置の断面図を示す。
【００２３】
本実施形態の表示装置は、着色帯電泳動粒子４が、第1電極５と第2電極６間を水平移動することによって表示を行うものである。
【００２４】
本実施形態では、第２基板２の内部表面は、第１基板１の中央部に光が集まるような形状である。よって、入射光８を集光することができるので、光利用効率を向上でき、表示コントラストを良好にする効果が得られる。
【００２５】
例えば、第２基板２の内部表面が第１基板１に向かって凹状構造とする。第１基板１と第２基板２は凹状の空間を介して接合されており、その空間は透明な絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４で満たされている。第１基板１には、第1電極５及び第2電極６、絶縁層７が形成されており、第１電極５は凹状空間底面の全面或いは中心部に位置し、第２電極６は凹状空間底面の周辺部に位置する。
【００２６】
第２基板２の内部表面が第１基板１に向かって凹状構成に加えて、凹状空間内の光透過性の絶縁性液体３は、第２基板２を構成する材料に対して高屈折率を有する材料を使用しても良い。これによって、更に、第２基板２側からの入射光８を凹状空間内の中心部に集める集光効果を高めることができる。
【００２７】
更に、絶縁層７、第１基板１などの屈折率が絶縁性液体３の屈折率よりも大きい材料を使用しても良い。更に、光利用効率を向上することができる。
【００２８】
次に、着色帯電泳動粒子４の帯電のメカニズムを説明する。
【００２９】
透明な絶縁性液体３中の着色泳動粒子は、着色泳動粒子と絶縁性液体の間で電荷の授受が行われ電気二重層が形成され、着色泳動粒子は正または負に帯電することが知られている。つまり、絶縁性液体から着色泳動粒子の表面に正イオン粒子又は負イオン粒子が特異吸着して、着色泳動粒子は、正電荷又は負電荷に帯電する。
【００３０】
次に、本実施形態の第１の表示方法を説明する。
【００３１】
絶縁性液体３中の着色帯電泳動粒子４は、第1電極５及び第2電極６に印加した電圧の極性を変えることによって、両電極上を移動させることができる。
【００３２】
例えば、正に帯電した着色帯電泳動粒子４に対して、第1電極５を正極、第2電極６を負極にすれば、静電引力により、着色帯電泳動粒子４は、第２電極６上に引き付けられ、着色帯電泳動粒子４は凹状空間底面の周辺部にある第２電極６上に集まる（図1（ａ））。
【００３３】
逆に、第1電極５を負極、第2電極６を正極にすれば、静電引力により、着色帯電泳動粒子４は、第１電極５上に引き付けられ、着色帯電泳動粒子４は凹状空間底面の中央部にある第１電極５上に集まる（図1（ｂ））。この現象を利用することによって、表示を行うことができる。
【００３４】
例えば、着色帯電泳動粒子４を中央部の第１電極５上に集めれば、凹形状の集光効果によって着色帯電泳動粒子４の色が観測側（第２基板２側）から観察される。
【００３５】
逆に、凹状空間底面の周辺部にある第２電極６に集めれば、凹形状の集光効果によって絶縁層７、第１電極５、第１基板１或いは第１基板上に配置された着色層など、着色帯電泳動粒子４と光学的特性（色相、反射率、等）が異なる着色された層の色を観測側（第２基板２側）から観察することが可能となる。着色層を形成した場合、パターン化して形成しても全面に渡って形成してもよい。さらに着色層の下側に光反射層を設けてもよい。
【００３６】
例えば、正電荷の着色帯電泳動粒子４を黒色にし、第1電極５を白色とすれば、白黒表示が可能となる。但し、第２基板２、絶縁層７は、透明とする。
【００３７】
また、着色帯電泳動粒子４、着色帯電泳動粒子４と光学的特性（色相、反射率、等）が異なる第１電極５、絶縁層７、第１基板１の色をカラー化（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、等）すれば、カラー表示も可能となる。
【００３８】
更に、凹形状による集光効果は、第２基板２の外部表面を第１基板１に向かって凹状に加工することによって高めることができる。図2に断面図を示す。
【００３９】
更に、本実施態様では、第１電極５及び第２電極６は、第１基板１と水平な方向に重なる領域を有する。
【００４０】
図１を用いて説明すると、第1電極５と第2電極６が絶縁層７を介して面で接するため、静電容量を広い面積で均一に非常に多くとることができる。つまり、キァパシター形成面積を構造的に大きく取れるので、メモリー保持力を強く維持できる効果も有する。
【００４１】
次に、本実施形態の第２の表示方法を図３を用いて説明する。
【００４２】
本実施形態では、着色帯電泳動粒子４を表示面に対して横方向に、面から面に水平移動させるため、構造的に表示色の階調表現が可能となる。図３において、図１で用いられている符号と同一の符号は、図１で用いられている符号と同じ部材を示す。
【００４３】
階調表現は、図３に示したように着色帯電泳動粒子４を電極から他方の電極へ一部移動させることによって達成できる。例えば、パルス幅変調により階調表現をする場合、着色帯電泳動粒子４の一部を移動させる方法としては、電圧印加時間を短くする、印加電圧を小さくする、帯電能の異なる着色帯電泳動粒子４を混合して用いる、大きさの異なる着色帯電泳動粒子２を混合して用いる等がある。
【００４４】
つまり、電極に印加する電圧の大きさ、電極に印加する電圧印加時間の長さ、等を調節して、移動する着色帯電泳動粒子２の移動量を制御する。つまり、第１電極８及び第２電極７を覆う着色帯電泳動粒子２の面積を制御して、面積階調を実現している。
【００４５】
更に、上記構成に加えて、帯電能の異なる着色帯電泳動粒子４を混合して用いる、大きさの異なる着色帯電泳動粒子４を混合して用いることにより、階調表示の特性を向上させることができる。
【００４６】
図３では、透明な絶縁性液体中３の着色帯電泳動粒子４は、正に帯電しているとする。
【００４７】
第２電極６を負極に、第１電極５を正極にした場合、正電荷の着色帯電泳動粒子４が第２電極６上に移動し、正電荷の着色帯電泳動粒子４が第２電極６上に集められ、観測者（第２基板２側）からは、絶縁層７或いは第1電極５或いは第１基板１等の着色帯電泳動粒子４の色相と異なる色に着色された層の色が観察（表示）される（図３（ａ））。
【００４８】
一方、電極に印加する電圧の極性を変え、第１電極５に印加する電圧の大きさ及び第２電極６に印加する電圧の大きさを調節して、第１電極５上に移動する正電荷の着色帯電泳動粒子４の量を制御する。
【００４９】
つまり、第１電極５上を占有する着色正電荷泳動粒子４の面積を制御する。その占有面積の大きさにより、観測者（第２基板２側）からは、正電荷の着色帯電泳動粒子４の色と第２電極６の色と絶縁層７或いは第1電極５或いは第１基板１等の着色帯電泳動粒子４の色相と異なる色に着色された層の色が混合された混合色が観察される（図３（ｂ））。例えば、着色帯電泳動粒子４を黒色にし、第1電極５を白色とすれば、白黒の階調表示が可能となる。但し、絶縁層７は、透明とする。
【００５０】
本実施形態の第２の表示方法を用いると、着色帯電泳動粒子４を電極から他方の電極へ移動する量を制御できるため、面積階調表示を実現できる効果を有する。
【００５１】
（別の実施形態）
また、第１電極５及び第２電極６上を絶縁層７で被覆する理由は、第１電極５及び第２電極６と絶縁性液体３との間で電気化学反応が起きてしまい、絶縁性液体３が劣化してしまうのを防止するためである。
【００５２】
しかし、着色帯電泳動粒子４及び第１電極５及び第２電極６の材料を選択することにより、絶縁性液体３が劣化するのを防止することができる。よって、第２電極６を露出させて、着色帯電泳動粒子４が直接第２電極６に付着する形態をとっても良い。更に、第１電極５を露出させて、着色帯電泳動粒子４が直接第１電極５に付着する形態をとっても良い。
【００５３】
また、別の本実施形態を図９を用いて説明する。図９において、図１で用いられている符号と同一の符号は、図１で用いられている符号と同じ部材を示す。第１電極５と第２電極６とが第１基板１の水平方向にのみ位置をずらして配置されている。つまり、第１電極５と第２電極６とが並設して配置され、第１基板１の水平方向に重なる領域を持たない構成とする。図９の構成をとっても、第２基板２の内部表面が第１基板１に向かって凹状構造なので、集光効果が得られ、光利用効率を高めることができる。
【００５４】
（本実施形態の製造方法）
以下に、本実施態様の１例を詳細に説明する。
【００５５】
図４に製造プロセスの断面図を示す。まず、第１基板１に第1電極５パターンを形成する（図４（ａ））。第1基板１の材料としては、耐熱性の高い材料を使用する。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等のポリマーフィルム或いはガラス、石英等の無機材料を使用することができる。次に、第１電極５上に絶縁層７を形成し、その上に第2電極６パターンを形成する。第1電極５、絶縁層７、第2電極６に使用する材料としては、一般的に使用される絶縁材料、電極材料を使用できるが、本発明では、それらの材料色が直接表示色となるため、所望の色を表示するためには、その組み合わせを考慮する必要がある。即ち、所望の色を持った層に対して、その層よりも観察者側の層はできるだけ無色透明であることが望ましい。所望の色を持った層とは、電極材料、絶縁層、基板そのものの色であってもよく、着色材料層を各層の間或いは基板表面、裏面等に形成してもよい。また、全面に形成しても、一部に形成してもよく、複数の色を組み合わせて配置してもよい。さらに着色層に加えて観察者からみて、着色層の下側に光反射層を形成して反射率の向上を図ってもよい。電極層はスパッター蒸着等の方法により形成し、フォトリソグラフィーなどによりパターニングする。第１電極５はライン状に形成し、第2電極６も絶縁層７を介してライン状に形成する。第2電極６はライン内に円形或いは楕円形の穴を開けておく。電極ラインのピッチは通常５〜２００μm程度である。
【００５６】
第2電極６層上に絶縁層７を形成し、第１基板１との接合面には熱融着層９を形成しておく（図４（ｂ））。
【００５７】
次に、第２基板２を作製する。第２基板２も第１基板１と同様な材料を使用する。第２基板２の凹状の形状を形成する方法としてはどのような方法を用いてもよい。例えば、基板に熱をかけて軟化させスタンパーで形成する方法（熱プレス成形）、フォトリソグラフィでマスクを作りエッチングで形成する方法等がある。第１基板２との接合面には、熱融着層９を形成しておく（図４（ｃ））。
【００５８】
次に、絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を第２基板２の凹状の穴の中に充填する。絶縁性液体３としては、高屈折率材料ではジヨードメタン、クロルナフタリン、ブロモベンゼン、テトラブロモメタン等が使用できる。その他にも、トルエン、キシレン、シリコーンオイル、高純度石油帯が使用可能である。着色帯電泳動粒子４としては、絶縁性液体３中で帯電しうる材料を用いる。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂にカーボンなどを混ぜたものを使用する。粒子の大きさとしては、通常は0．1μm〜５０μm位のものを使用する。
【００５９】
着色帯電泳動粒子４と絶縁性液体３を第２基板２の凹部に充填した後、第１基板１と第２の基板２を張り合わせる。張り合わせは熱による融着或いは接着剤などによって行う。これに、電圧印加手段（図示せず）を設けて表示装置が作製できる（図４（ｄ））。
【００６０】
以上の方法によって作製された表示装置は、２色表示、カラー表示、さらに階調表現が可能であり、高視野角、高コントラストを実現できる。
【００６１】
【実施例】
以下に本発明を実施例を用いて説明する。
【００６２】
（実施例１）
本実施例を図４を用いて説明する。厚さ150μmのＰＥＳフィルムからなる光透過性の第１基板１上にＩＴＯ電極５を成膜し、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングによりライン状にパターニングした（図４（ａ））。この上に絶縁層７として光を乱反射させて白色を示す酸化チタン微粒子含有樹脂層を形成した。さらに第2電極６として炭化チタンを成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりライン状に形成し、さらに第1電極５上にのみ円形にエッチングし穴をあけた。第2電極６上には、さらに絶縁層７として高透明ポリイミド層を形成した。次に、熱融着性接着層９を第２基板２の接合部にパターン状に形成した（図４（ｂ））。
【００６３】
ＰＥＳフィルムからなる光透過性の第２基板２を熱プレス成形によって凹形状を形成し、第１基板１との接着部には第１基板１と同様に熱融着性接着層９を形成した（図４（ｃ））。
【００６４】
次に、第２基板２の凹部に、透明な絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を充填した。絶縁性液体３としては、第２基板２材料であるＰＥＳフィルムよりも屈折率が大きいジヨードメタンを使用した。着色帯電泳動粒子４としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、粒子の大きさが、1μm〜２μm位の黒色粒子を使用した。充填後、第１基板１及び第２基板２の接着層９の位置を合わせて、熱をかけて張り合わせた。これに電圧印加回路（図示せず）を設けて表示装置とした（図４（ｄ））。
【００６５】
次に、作製した表示装置を用いて表示を行った。印加電圧は±５０Ｖとした。第１電極５を正極、第2電極６を負極になるように電圧を印加すると、正に帯電した着色帯電泳動粒子４は、第２基板２の凹状構造底面の周辺部にある第２電極６上に移動した。これを第２基板２側から観察すると第２基板２の凹状構造がレンズとして作用するため、第１基板１の中央部に光が集光し、露出した白色の絶縁層７に入射して、レンズ全体が白色を呈した。
【００６６】
一方、極性を逆転して、第１電極５を負極、第2電極６を正極になるように電圧を印加すると、着色帯電泳動粒子４は中央部に集り、レンズ全体は着色帯電泳動粒子４の黒色を呈した。この時の応答速度は２０ｍsec以下であり、2色表示のできる表示装置を作製できた。
【００６７】
（実施例２）
本実施例を図６を用いて説明する。
【００６８】
実施例１と同様に、厚さ150μmのＰＥＳフィルムからなる光透過性の第１基板１上に第1電極５としてＩＴＯ電極パターンを形成し（図６（ａ））、この上に高透明ポリイミドからなる絶縁層７を３μm形成した。さらに第2電極６としてＩＴＯ電極パターン形成した。第2電極６パターンは第1電極５上のみ角の丸い長方形状にエッチングした。第２電極６上には、さらに高透明ポリイミドからなる絶縁層７を形成した（図６（ｂ））。また、第１基板１裏側に、第２電極６のエッチング部に対応する場所にシアン、イエロー、マゼンタの着色層１０を形成し、その上に光を乱反射させて白色を示す酸化チタン微粒子含有樹脂層１１を形成した。第１基板１の表側には熱融着性接着層９を第２基板２とに接合部にパターン状に形成した（図６（ｃ））。
【００６９】
次に、第２基板２として、ＰＥＴフィルムを熱プレス成形によって、第２基板２の内側を凹形状とし、更に、第２基板２の外側を凹形状とした。作製した第２基板２の第１基板１との接着部には、第1基板１と同様に熱融着性接着層９を形成した（図６（ｄ））。
【００７０】
次に、第1基板１の凹部に絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を充填した。絶縁性液体３にはシリコーンオイルを、着色帯電泳動粒子４にはポリスチレンとカーボンの混合物で、粒子の大きさが、1μm〜２μm位のものを使用した。充填後、第１基板１及び第２基板２の接着層９の位置を合わせて、熱をかけて張り合わせた。これに電圧印加回路（図示せず）を設けて表示装置とした（図６（ｅ））。
【００７１】
次に、作製した表示装置を用いて表示を行った。印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を２０ｍsecとした。第１電極５を正極、第2電極６を負極になるように電圧を印加すると、正に帯電した着色帯電泳動粒子４は、第２基板２の凹状構造底面の周辺部にある第２電極６上に移動した。これを第２基板２側から観察すると第２基板２の凹状構造がレンズとして作用するため、レンズ全体が着色層１０の色を呈した。
【００７２】
一方、極性を逆転して、第１電極５を負極、第2電極６を正極になるように電圧を印加すると、着色帯電泳動粒子４は中央部に集り、レンズ全体は着色帯電泳動粒子４の黒色を呈した。応答速度は２０ｍsec以下であり、良好にカラー表示を行うことができた。
【００７３】
次に、印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を５ｍsecにして駆動したところ、各着色層からの反射光の明るを半分程度に低下させることができた。電圧印加時間を種々選択することで、多段階の階調表現を行うことが可能であった。以上により、階調表現可能なカラー表示装置を作製できた。
【００７４】
（実施例３）
本実施例を図７を用いて説明する。実施例１と同様に、厚さ150μmのＰＥＳフィルムからなる光透過性の第１基板１上に第1電極５としてＩＴＯ電極パターンを形成した（図７（ａ））。この上に高透明ポリイミドからなる絶縁層７を３μm形成した。さらに第2電極６として炭化チタンを成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりライン状に形成し、さらに第1電極５上にのみ円形にエッチングし穴をあけた。第2電極６上には、さらに絶縁層７として高透明ポリイミド層を形成した（図７（ｂ））。また、第１基板１裏側には光を乱反射させて白色を示す酸化チタン微粒子含有樹脂層１１を全面に形成した。第１基板１の表側には熱融着性接着層９を第２基板２とに接合部にパターン状に形成した。
【００７５】
次に、第２基板２を熱プレス成形によって凹形状を形成し、非加工面の凹部に対応する場所にシアン、イエロー、マゼンタの各着色フィルター層１２を形成した。その上に透明保護層１２を形成した。作製した第２基板２の凹形状側の第１基板１との接着部には第1基板と同様に熱融着性接着層９を形成した（図７（ｃ））。
【００７６】
次に、第２基板２の凹部に絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を充填した。絶縁性液体３にはシリコーンオイルを、着色帯電泳動粒子４にはポリスチレンとカーボンの混合物で、粒子の大きさが、1μm〜２μm位のものを使用した。充填後、第１基板１及び第２基板２の接着層９の位置を合わせて、熱をかけて張り合わせた。これに電圧印加回路（図示せず）を設けて表示装置とした（図７（ｄ））。
【００７７】
次に、作製した表示装置を用いて表示を行った。印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を２０ｍsecとした。第１電極５を正極、第2電極６を負極になるように電圧を印加すると、正に帯電した着色帯電泳動粒子４は、第２基板２の凹状構造底面の周辺部にある第２電極６上に移動した。これを第２基板２側から観察すると第２基板２の凹状構造がレンズとして作用するため、レンズ全体が着色フィルター層１２の色を呈した。
【００７８】
一方、極性を逆転して、第１電極５を負極、第2電極６を正極になるように電圧を印加すると、着色帯電泳動粒子４は中央部に集り、レンズ全体は着色帯電泳動粒子４の黒色を呈した。応答速度は２０ｍsec以下であり、良好にカラー表示を行うことができた。
【００７９】
次に、印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を５ｍsecにして駆動したところ、各着色層からの反射光の明るを半分程度に低下させることができた。電圧印加時間を種々選択することで、多段階の階調表現を行うことが可能であった。以上により、階調表現可能なカラー表示装置を作製できた。
【００８０】
（実施例４）
図１０は、実施例１を利用した表示装置の１例の概略構成を示すものである。図１０（ａ）は、本実施例の表示装置８２の断面図（図１０（ｂ）の破線Ａ−Ａ' に沿う断面図）で、図１０（ｂ）は、その平面図である。
【００８１】
ＰＥＴフィルムからなる第1基板１の表面の全面に灰色の顔料層を形成した。
【００８２】
その後、実施例１と同様に第１電極５、絶縁層７、第２電極６、着色帯電泳動粒子４、絶縁性液体３、凹状構造の第２基板２を有するセル８３を形成した。
【００８３】
その後、第1基板１の表面に隔壁８１を図１０（ｂ）のように形成した。
【００８４】
その後、パルス発生器８４を第２電極６に接続して、表示装置８２とした。また、第１電極５は、アース接地する。セル８３の形状・サイズは、所望の解像度に合わせて選択する必要があるが、本実施例では、簡単にするため、７つのセル８３が８の字形状に配置された７セグメント・タイプを用いた。
【００８５】
作製した表示装置８２を用いて表示を行った。全第２電極５に、波高値マイナス５０Ｖ、パルス幅１０ｍｓの矩形波を印加した。本実施例で用いた着色帯電泳動粒子４は、ジヨードメタン中で正に帯電していたため、電圧印加により負電圧マイナス５０Ｖが印加された黒色の第２電極６上に移動した。これにより、第２基板５（観測側）から見た全セル８３内を灰色がかった白色状態とした。一方、第２電極６のうち、任意のものをスイッチ（図示せず）で選択した上で、第２電極６に逆極性のパルス、波高値プラス５０Ｖ、パルス幅１０ｍｓの矩形波を印加したところ、白色の絶縁層７上に着色帯電泳動粒子４が移動するため、選択されたセル８３内は，黒色状態となり、セグメント形状の組み合わせを利用した表示（０〜９までの数字表示やアルファベットの一部表示）が可能であることを確認した。応答速度は２０ｍsec以下であった。
【００８６】
例えば、全部の第２電極６をスイッチで選択して、第２電極６に逆極性のパルス、波高値プラス５０Ｖ、パルス幅１０ｍｓの矩形波を印加した場合、全セル８３内は，黒色状態となり、黒色で数字の８を表示できる。
【００８７】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明は次のような作用効果を持つ。
・レンズ構造を有するため泳動粒子を表示面の横方向に移動させる表示方法であっても高いコントラストの表示ができる。
・レンズ内で泳動粒子を駆動させるため、レンズ構造を基板上に積層する場合と比べて装置を薄膜化できる。
・構造が極めて簡単なため、大画面表示装置化は極めて容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の断面図を示す。
【図２】本発明の他の表示装置の断面図を示す。
【図３】本発明の表示装置の階調表現方法の図を示す。
【図４】本発明の表示装置の製造方法の一例の図を示す。
【図５】従来の電気泳動型表示装置の原理の図を示す。
【図６】本発明の表示装置の製造方法の一例の図を示す。
【図７】本発明の表示装置の製造方法の一例の図を示す。
【図８】従来の電気泳動型表示装置の原理の図を示す。
【図９】本発明の他の表示装置の断面図を示す。
【図１０】本実施例４に用いられる表示装置の断面図を示す。
【符号の説明】
１第１基板
２第２基板
３絶縁性液体
４着色帯電泳動粒子
５第１電極
６第２電極
７絶縁層
８入射光
９熱融着層
１０着色層
１１光反射層
１２着色フィルター層
８１隔壁
８２表示装置
８３セル
８４パルス発生器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophoretic display device that performs display by moving electrophoretic particles.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of information equipment, the need for low power consumption and thin display devices is increasing, and research and development of display devices that meet these needs are being actively conducted. Above all, liquid crystal display devices can change the optical characteristics of liquid crystals by electrically controlling the arrangement of liquid crystal molecules, and are actively developed and commercialized as display devices that can meet the above needs. However, in these liquid crystal display devices, the visual burden caused by the angle at which the screen is viewed, the difficulty in seeing characters on the screen due to reflected light, the flickering of the light source, low luminance, etc. has not been sufficiently solved. For this reason, research on display devices with less visual burden has been actively studied.
[0003]
Reflective display devices are expected from the viewpoints of low power consumption and reduced burden on the eyes. For example, Harold D. An electrophoretic display device invented by Lees et al. (US Pat. No. USP3612758) is known. In addition, an electrophoretic display device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-185087.
[0004]
FIG. 8 shows the conventional electrophoretic display device and its operating principle. The device 85 includes a dispersion layer composed of charged electrophoretic particles 81 and an insulating liquid 82 in which a coloring pigment is dissolved, and a pair of electrodes 83 and 84 facing each other with the dispersion layer interposed therebetween. By applying a voltage to the dispersion layer via the electrodes 83 and 84, the migrating particles 81 are attracted to an electrode having a polarity opposite to the charge of the particles themselves. The display is performed by the color of the electrophoretic particles 81 and the color of the insulating liquid 82 in which the coloring pigment is dissolved unlike the hue of the electrophoretic particles 81.
[0005]
That is, when the first electrode 83 is used as the negative electrode and the second electrode 84 is used as the positive electrode, the positively charged migrating particles 81 move to the surface of the first electrode 83 close to the observer and adhere to the first electrode 83. Then, the color of the migrating particles 81 is displayed (FIG. 8B).
[0006]
Conversely, when the first electrode 83 is the positive electrode and the second electrode 84 is the negative electrode, the positively charged migrating particles 81 move to the surface of the second electrode 84 far from the observer and adhere to the second electrode 84. The color of the coloring pigment contained in the insulating liquid 82 is displayed (FIG. 8A).
[0007]
However, the conventional electrophoretic display device of FIG. 8 has the following problems. First, it was essential that the insulating liquid be colored or opaque. For this reason, it is difficult to constitute the insulating liquid with a single component, and it has been necessary to mix some colored particles in the insulating liquid or dissolve the coloring pigment.
[0008]
In addition, the reflectance decreases due to adverse effects such as adsorption of the dye dissolved in the insulating liquid onto the electrophoretic particles and penetration of the insulating liquid containing the dye between the electrode surface on which the electrophoretic particles adhere and the electrophoretic particles. This causes a problem that high contrast cannot be obtained.
[0009]
Further, the presence of such colored particles and coloring pigments tends to act as an unstable factor in the electrophoresis operation, and has a drawback that the performance, life and stability as a display device are remarkably lowered.
[0010]
In view of this, an electrophoretic display device that performs display using a transparent insulating liquid in which colored particles are not mixed or colored pigments are not dissolved is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-2111499, Japanese Patent Publication No. 6-52358, and the like. Has been proposed.
[0011]
An electrophoretic display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-2111499 and its operating principle will be described with reference to FIG.
[0012]
When a voltage is applied by the electric circuit 110 so that the first electrode 104 has a different polarity from the electrophoretic particle 108 and the second electrode 105 has the same polarity as the electrophoretic particle 108, the electrophoretic particle 108 is It moves to the dielectric layer 106 which coats the electrode 104, and covers its surface. At this time, an observer watching the apparatus from the outside of the transparent substrate 102 visually recognizes the color of the electrophoretic particles 108. Next, when the polarity of the voltage applied to the first electrode 104 and the second electrode 105 is reversed by the electric circuit 110, the electrophoretic particles 108 are contained in the second electrode 105 in the region concealed by the concealing layer 111. Is moved to the dielectric layer 107 covering the surface, and the surface thereof is covered. Since the electrophoretic particles 108 are in the region concealed by the concealing layer 111, the observer can compare the color of the dielectric layer 106, the first electrode 104, or the first substrate 101 with the electrophoretic particles 108. Visualize the color.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional electrophoretic display device of FIG. 11 has the following problems.
[0014]
Since the shielding layer 111 is provided to conceal the electrophoretic particles 108, the aperture ratio is reduced and the light utilization efficiency is reduced. Therefore, the contrast of the display device is also reduced.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide an electrophoretic display device with improved light utilization efficiency and high contrast.
[0016]
This objective is achieved by:
[0017]
The display device of the present invention includes a first electrode, a second electrode to which a voltage different from the first electrode is applied, a plurality of colored charged electrophoretic particles moving between the first electrode and the second electrode, and a first substrate. And arranged to face the first substrate Transparent with concave structure on the surface toward the first substrate A second substrate; By the concave structure Between the first board and the second board Space that occurs in Met The In an electrophoretic display device comprising a transparent insulating liquid that holds a plurality of colored charged electrophoretic particles,
The refractive index of the transparent insulating liquid is larger than the refractive index of the second substrate, The first electrode is Attract multiple colored electrophoretic particles In the center of the first board To collect And the second electrode is Attract multiple colored electrophoretic particles At the end of the first substrate To collect Of the second substrate Concave structure Is Light incident on the transparent insulating liquid through the second substrate In the center of the first board Gather The configuration is such a shape.
[0020]
Preferably, the outer surface of the second substrate is configured to collect light at the center of the first substrate.
[0021]
Preferably, the outer surface of the second substrate has a concave structure toward the first substrate.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1A and 1B are cross-sectional views of the display device of this embodiment.
[0023]
In the display device of this embodiment, the colored charged electrophoretic particles 4 perform display by moving horizontally between the first electrode 5 and the second electrode 6.
[0024]
In the present embodiment, the inner surface of the second substrate 2 is shaped so that light gathers at the center of the first substrate 1. Therefore, since the incident light 8 can be condensed, the light use efficiency can be improved and the effect of improving the display contrast can be obtained.
[0025]
For example, the inner surface of the second substrate 2 has a concave structure toward the first substrate 1. The first substrate 1 and the second substrate 2 are bonded via a concave space, and the space is filled with a transparent insulating liquid 3 and colored charged electrophoretic particles 4. The first substrate 1 is formed with a first electrode 5, a second electrode 6, and an insulating layer 7. The first electrode 5 is located on the entire bottom surface or the center of the concave space, and the second electrode 6 is a concave space. Located in the periphery of the bottom.
[0026]
In addition to the concave configuration of the inner surface of the second substrate 2 toward the first substrate 1, the light-transmitting insulating liquid 3 in the concave space has a high refractive index with respect to the material constituting the second substrate 2. You may use the material which has. Thereby, it is possible to further enhance the light collecting effect of collecting the incident light 8 from the second substrate 2 side at the central portion in the concave space.
[0027]
Furthermore, a material having a higher refractive index than that of the insulating liquid 3 such as the insulating layer 7 and the first substrate 1 may be used. Furthermore, the light utilization efficiency can be improved.
[0028]
Next, the charging mechanism of the colored charged electrophoretic particles 4 will be described.
[0029]
It is known that the colored electrophoretic particles in the transparent insulating liquid 3 are charged and transferred between the colored electrophoretic particles and the insulating liquid to form an electric double layer, and the colored electrophoretic particles are positively or negatively charged. ing. That is, positive ion particles or negative ion particles are specifically adsorbed from the insulating liquid to the surface of the colored migrating particles, and the colored migrating particles are charged to a positive charge or a negative charge.
[0030]
Next, the first display method of this embodiment will be described.
[0031]
The colored electrophoretic particles 4 in the insulating liquid 3 can be moved on both electrodes by changing the polarity of the voltage applied to the first electrode 5 and the second electrode 6.
[0032]
For example, if the first electrode 5 is a positive electrode and the second electrode 6 is a negative electrode with respect to the positively charged colored charged electrophoretic particles 4, the colored charged electrophoretic particles 4 are placed on the second electrode 6 by electrostatic attraction. The colored electrophoretic particles 4 are attracted and gathered on the second electrode 6 at the periphery of the bottom of the concave space (FIG. 1A).
[0033]
On the contrary, if the first electrode 5 is a negative electrode and the second electrode 6 is a positive electrode, the colored charged electrophoretic particles 4 are attracted onto the first electrode 5 by electrostatic attraction, and the colored charged electrophoretic particles 4 are in the bottom of the concave space. Are gathered on the first electrode 5 in the central part (FIG. 1B). By utilizing this phenomenon, display can be performed.
[0034]
For example, when the colored charged electrophoretic particles 4 are collected on the first electrode 5 in the center, the color of the colored charged electrophoretic particles 4 is observed from the observation side (second substrate 2 side) due to the concave condensing effect.
[0035]
On the contrary, if it collects on the 2nd electrode 6 in the peripheral part of a concave space bottom face, the colored layer arrange | positioned on the insulating layer 7, the 1st electrode 5, the 1st board | substrate 1, or the 1st board | substrate by the concave shape condensing effect For example, the color of the colored layer having optical characteristics (hue, reflectance, etc.) different from those of the colored charged electrophoretic particles 4 can be observed from the observation side (second substrate 2 side). When the colored layer is formed, it may be formed by patterning or over the entire surface. Further, a light reflecting layer may be provided below the colored layer.
[0036]
For example, when the positively charged colored electrophoretic particles 4 are black and the first electrode 5 is white, monochrome display is possible. However, the second substrate 2 and the insulating layer 7 are transparent.
[0037]
In addition, the colored charged electrophoretic particles 4 and the colors of the first electrode 5, the insulating layer 7, and the first substrate 1 that have different optical characteristics (hue, reflectance, etc.) from the colored charged electrophoretic particles 4 are colored (for example, yellow, Cyan, magenta, etc.) enables color display.
[0038]
Further, the condensing effect due to the concave shape can be enhanced by processing the outer surface of the second substrate 2 into a concave shape toward the first substrate 1. FIG. 2 shows a cross-sectional view.
[0039]
Further, in the present embodiment, the first electrode 5 and the second electrode 6 have a region overlapping with the first substrate 1 in the horizontal direction.
[0040]
Referring to FIG. 1, since the first electrode 5 and the second electrode 6 are in contact with each other through the insulating layer 7, the capacitance can be increased evenly over a wide area. In other words, since the capacitor formation area can be increased structurally, it also has the effect of maintaining a strong memory retention.
[0041]
Next, the second display method of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0042]
In the present embodiment, since the colored charged electrophoretic particles 4 are moved horizontally from side to side in the horizontal direction with respect to the display surface, the gradation of the display color can be structurally expressed. 3, the same reference numerals as those used in FIG. 1 denote the same members as those used in FIG.
[0043]
The gradation expression can be achieved by partially moving the colored charged electrophoretic particles 4 from one electrode to the other electrode as shown in FIG. For example, when gradation representation is performed by pulse width modulation, a part of the colored charged electrophoretic particles 4 can be moved by shortening the voltage application time, reducing the applied voltage, or colored charged electrophoretic particles 4 having different charging capabilities. Are mixed and used, and colored charged electrophoretic particles 2 having different sizes are mixed and used.
[0044]
That is, the moving amount of the colored charged electrophoretic particles 2 that move is controlled by adjusting the magnitude of the voltage applied to the electrode, the length of time for applying the voltage applied to the electrode, and the like. That is, an area gradation is realized by controlling the area of the colored electrophoretic particles 2 covering the first electrode 8 and the second electrode 7.
[0045]
Furthermore, in addition to the above-described configuration, the colored display electrophoretic particles 4 having different charging capabilities are mixed and used, and the colored display electrophoretic particles 4 having different sizes can be mixed to improve the gradation display characteristics. it can.
[0046]
In FIG. 3, it is assumed that the colored charged electrophoretic particles 4 in the transparent insulating liquid 3 are positively charged.
[0047]
When the second electrode 6 is a negative electrode and the first electrode 5 is a positive electrode, the positively charged colored charged electrophoretic particles 4 move onto the second electrode 6, and the positively charged colored charged electrophoretic particles 4 are on the second electrode 6. The color of the layer colored in a color different from the hue of the colored charged electrophoretic particles 4 such as the insulating layer 7, the first electrode 5, or the first substrate 1 is observed from the observer (second substrate 2 side). (Displayed) (FIG. 3A).
[0048]
On the other hand, by changing the polarity of the voltage applied to the electrode and adjusting the magnitude of the voltage applied to the first electrode 5 and the magnitude of the voltage applied to the second electrode 6, positive charges moving on the first electrode 5 The amount of the colored charged electrophoretic particles 4 is controlled.
[0049]
That is, the area of the colored positively charged electrophoretic particles 4 occupying the first electrode 5 is controlled. Depending on the size of the occupied area, the observer (the second substrate 2 side) gives the color of the positively charged colored electrophoretic particles 4 and the color of the second electrode 6 and the insulating layer 7 or the first electrode 5 or the first substrate. A mixed color in which the colors of the layers colored in a color different from the hue of the colored charged electrophoretic particles 4 such as 1 is mixed is observed (FIG. 3B). For example, if the colored electrophoretic particles 4 are black and the first electrode 5 is white, black and white gradation display is possible. However, the insulating layer 7 is transparent.
[0050]
When the second display method of the present embodiment is used, the amount of movement of the colored charged electrophoretic particles 4 from the electrode to the other electrode can be controlled, so that an area gradation display can be realized.
[0051]
(Another embodiment)
The reason for covering the first electrode 5 and the second electrode 6 with the insulating layer 7 is that an electrochemical reaction occurs between the first electrode 5 and the second electrode 6 and the insulating liquid 3, resulting in an insulating property. This is to prevent the liquid 3 from deteriorating.
[0052]
However, it is possible to prevent the insulating liquid 3 from deteriorating by selecting materials for the colored charged electrophoretic particles 4 and the first electrode 5 and the second electrode 6. Therefore, the second electrode 6 may be exposed and the colored charged electrophoretic particles 4 may directly adhere to the second electrode 6. Further, the first electrode 5 may be exposed, and the colored charged electrophoretic particles 4 may directly adhere to the first electrode 5.
[0053]
Another embodiment will be described with reference to FIG. 9, the same reference numerals as those used in FIG. 1 denote the same members as those used in FIG. The first electrode 5 and the second electrode 6 are arranged with their positions shifted only in the horizontal direction of the first substrate 1. That is, the first electrode 5 and the second electrode 6 are arranged in parallel and do not have a region overlapping the horizontal direction of the first substrate 1. Even if the structure of FIG. 9 is taken, since the inner surface of the second substrate 2 is a concave structure toward the first substrate 1, a light condensing effect can be obtained and light utilization efficiency can be increased.
[0054]
(Manufacturing method of this embodiment)
Hereinafter, an example of this embodiment will be described in detail.
[0055]
FIG. 4 shows a sectional view of the manufacturing process. First, the first electrode 5 pattern is formed on the first substrate 1 (FIG. 4A). As the material of the first substrate 1, a material having high heat resistance is used. Polymer films such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethersulfone (PES), or inorganic materials such as glass and quartz can be used. Next, the insulating layer 7 is formed on the first electrode 5, and the second electrode 6 pattern is formed thereon. As materials used for the first electrode 5, the insulating layer 7, and the second electrode 6, generally used insulating materials and electrode materials can be used. In the present invention, these material colors are directly displayed colors. Therefore, in order to display a desired color, it is necessary to consider the combination. That is, for a layer having a desired color, it is desirable that the layer closer to the viewer than the layer is as colorless and transparent as possible. The layer having a desired color may be the color of the electrode material, the insulating layer, or the substrate itself, and the coloring material layer may be formed between the layers or on the front surface or the back surface of the substrate. Further, it may be formed on the entire surface, a part thereof, or a combination of a plurality of colors. Further, in addition to the colored layer, as viewed from the observer, a light reflecting layer may be formed below the colored layer to improve the reflectance. The electrode layer is formed by a method such as sputtering deposition, and is patterned by photolithography. The first electrode 5 is formed in a line shape, and the second electrode 6 is also formed in a line shape via an insulating layer 7. The second electrode 6 has a circular or elliptical hole in the line. The pitch of the electrode lines is usually about 5 to 200 μm.
[0056]
An insulating layer 7 is formed on the second electrode 6 layer, and a heat sealing layer 9 is formed on the bonding surface with the first substrate 1 (FIG. 4B).
[0057]
Next, the second substrate 2 is produced. The second substrate 2 uses the same material as the first substrate 1. Any method may be used as a method of forming the concave shape of the second substrate 2. For example, there are a method in which the substrate is softened by applying heat to the substrate (hot press molding), a method in which a mask is formed by photolithography, and etching is performed. A thermal fusion layer 9 is formed on the bonding surface with the first substrate 2 (FIG. 4C).
[0058]
Next, the insulating liquid 3 and the colored charged electrophoretic particles 4 are filled into the concave holes of the second substrate 2. As the insulating liquid 3, diiodomethane, chloronaphthalene, bromobenzene, tetrabromomethane or the like can be used as a high refractive index material. In addition, toluene, xylene, silicone oil, and high purity petroleum zone can be used. As the colored charged electrophoretic particles 4, a material that can be charged in the insulating liquid 3 is used. For example, a resin such as polyethylene or polystyrene mixed with carbon is used. As the size of the particles, those having a size of about 0.1 μm to 50 μm are usually used.
[0059]
After the colored charged electrophoretic particles 4 and the insulating liquid 3 are filled in the recesses of the second substrate 2, the first substrate 1 and the second substrate 2 are bonded together. Lamination is performed by heat fusion or adhesive. A display device can be manufactured by providing a voltage applying means (not shown) (FIG. 4D).
[0060]
The display device manufactured by the above method can perform two-color display, color display, and gradation expression, and can realize a high viewing angle and a high contrast.
[0061]
【Example】
The present invention will be described below with reference to examples.
[0062]
Example 1
This embodiment will be described with reference to FIG. An ITO electrode 5 was formed on a light-transmitting first substrate 1 made of a PES film having a thickness of 150 μm, and patterned into a line shape by photolithography and wet etching (FIG. 4A). On top of this, a titanium oxide fine particle-containing resin layer showing a white color was formed by irregularly reflecting light as the insulating layer 7. Further, a titanium carbide film was formed as the second electrode 6 and formed into a line shape by photolithography and dry etching, and further, only the first electrode 5 was etched in a circular shape to make a hole. On the second electrode 6, a highly transparent polyimide layer was further formed as an insulating layer 7. Next, the heat-fusible adhesive layer 9 was formed in a pattern on the joint portion of the second substrate 2 (FIG. 4B).
[0063]
A concave shape was formed on the light-transmitting second substrate 2 made of a PES film by hot press molding, and a heat-fusible adhesive layer 9 was formed on the adhesive portion with the first substrate 1 in the same manner as the first substrate 1. (FIG. 4 (c)).
[0064]
Next, the concave portion of the second substrate 2 was filled with the transparent insulating liquid 3 and the colored charged electrophoretic particles 4. As the insulating liquid 3, diiodomethane having a refractive index larger than that of the PES film as the second substrate 2 material was used. As the colored charged electrophoretic particles 4, black particles having a particle size of about 1 μm to 2 μm and a mixture of polystyrene and carbon were used. After the filling, the positions of the adhesive layers 9 of the first substrate 1 and the second substrate 2 were aligned and bonded by applying heat. This was provided with a voltage application circuit (not shown) to form a display device (FIG. 4D).
[0065]
Next, display was performed using the manufactured display device. The applied voltage was ± 50V. When a voltage is applied so that the first electrode 5 becomes a positive electrode and the second electrode 6 becomes a negative electrode, the positively charged colored charged electrophoretic particles 4 are present at the peripheral portion of the bottom surface of the concave structure of the second substrate 2. Moved up. When this is observed from the second substrate 2 side, the concave structure of the second substrate 2 acts as a lens, so that light is collected at the center of the first substrate 1 and incident on the exposed white insulating layer 7. The entire lens was white.
[0066]
On the other hand, when the polarity is reversed so that the voltage is applied so that the first electrode 5 becomes the negative electrode and the second electrode 6 becomes the positive electrode, the colored charged electrophoretic particles 4 gather in the central portion, and the entire lens is formed of the colored charged electrophoretic particles 4. A black color was exhibited. The response speed at this time was 20 msec or less, and a display device capable of displaying two colors could be produced.
[0067]
(Example 2)
This embodiment will be described with reference to FIG.
[0068]
As in Example 1, an ITO electrode pattern was formed as a first electrode 5 on a light-transmitting first substrate 1 made of a 150 μm thick PES film (FIG. 6A), and a highly transparent polyimide was formed thereon. An insulating layer 7 made of 3 μm was formed. Further, an ITO electrode pattern was formed as the second electrode 6. The second electrode 6 pattern was etched into a rectangular shape with rounded corners only on the first electrode 5. An insulating layer 7 made of highly transparent polyimide was further formed on the second electrode 6 (FIG. 6B). Further, a cyan, yellow, and magenta colored layer 10 is formed on the back side of the first substrate 1 at a location corresponding to the etched portion of the second electrode 6, and titanium oxide fine particle-containing resin showing white color by irregularly reflecting light on the colored layer 10. Layer 11 was formed. On the front side of the first substrate 1, a heat-fusible adhesive layer 9 was formed in a pattern at the joint with the second substrate 2 (FIG. 6C).
[0069]
Next, as the second substrate 2, a PET film was formed by hot press molding so that the inside of the second substrate 2 was formed into a concave shape, and the outside of the second substrate 2 was formed into a concave shape. A heat-fusible adhesive layer 9 was formed on the bonded portion of the produced second substrate 2 to the first substrate 1 in the same manner as the first substrate 1 (FIG. 6D).
[0070]
Next, the concave portion of the first substrate 1 was filled with the insulating liquid 3 and the colored charged electrophoretic particles 4. Silicone oil was used as the insulating liquid 3, and a mixture of polystyrene and carbon was used as the colored charged electrophoretic particles 4, and the particle size was about 1 μm to 2 μm. After the filling, the positions of the adhesive layers 9 of the first substrate 1 and the second substrate 2 were aligned and bonded by applying heat. This was provided with a voltage application circuit (not shown) to form a display device (FIG. 6 (e)).
[0071]
Next, display was performed using the manufactured display device. The applied voltage was ± 50 V, and the voltage application time was 20 msec. When a voltage is applied so that the first electrode 5 becomes a positive electrode and the second electrode 6 becomes a negative electrode, the positively charged colored charged electrophoretic particles 4 are present at the peripheral portion of the bottom surface of the concave structure of the second substrate 2. Moved up. When this is observed from the second substrate 2 side, since the concave structure of the second substrate 2 acts as a lens, the entire lens exhibits the color of the colored layer 10.
[0072]
On the other hand, when the polarity is reversed so that the voltage is applied so that the first electrode 5 becomes the negative electrode and the second electrode 6 becomes the positive electrode, the colored charged electrophoretic particles 4 gather in the central portion, and the entire lens is formed of the colored charged electrophoretic particles 4. A black color was exhibited. The response speed was 20 msec or less, and good color display could be performed.
[0073]
Next, when it was driven with an applied voltage of ± 50 V and a voltage application time of 5 msec, the brightness of reflected light from each colored layer could be reduced to about half. Multi-level gradation expression can be performed by variously selecting the voltage application time. As described above, a color display device capable of expressing gradation can be manufactured.
[0074]
Example 3
This embodiment will be described with reference to FIG. As in Example 1, an ITO electrode pattern was formed as the first electrode 5 on the light-transmitting first substrate 1 made of a PES film having a thickness of 150 μm (FIG. 7A). On this, an insulating layer 7 made of highly transparent polyimide was formed to 3 μm. Further, a titanium carbide film was formed as the second electrode 6 and formed into a line shape by photolithography and dry etching, and further, only the first electrode 5 was etched in a circular shape to make a hole. On the second electrode 6, a highly transparent polyimide layer was further formed as an insulating layer 7 (FIG. 7B). Further, a titanium oxide fine particle-containing resin layer 11 showing white color by irregularly reflecting light was formed on the entire back surface of the first substrate 1. On the front side of the first substrate 1, a heat-fusible adhesive layer 9 was formed in a pattern at the joint with the second substrate 2.
[0075]
Next, a concave shape was formed on the second substrate 2 by hot press molding, and cyan, yellow, and magenta colored filter layers 12 were formed at locations corresponding to the concave portions on the non-processed surface. A transparent protective layer 12 was formed thereon. A heat-fusible adhesive layer 9 was formed on the adhesive part of the produced second substrate 2 with the first substrate 1 on the concave shape side as in the case of the first substrate (FIG. 7C).
[0076]
Next, the concave portion of the second substrate 2 was filled with the insulating liquid 3 and the colored charged electrophoretic particles 4. Silicone oil was used as the insulating liquid 3, and a mixture of polystyrene and carbon was used as the colored charged electrophoretic particles 4, and the particle size was about 1 μm to 2 μm. After the filling, the positions of the adhesive layers 9 of the first substrate 1 and the second substrate 2 were aligned and bonded by applying heat. This was provided with a voltage application circuit (not shown) to form a display device (FIG. 7D).
[0077]
Next, display was performed using the manufactured display device. The applied voltage was ± 50 V, and the voltage application time was 20 msec. When a voltage is applied so that the first electrode 5 becomes a positive electrode and the second electrode 6 becomes a negative electrode, the positively charged colored charged electrophoretic particles 4 are present at the peripheral portion of the bottom surface of the concave structure of the second substrate 2. Moved up. When this is observed from the second substrate 2 side, since the concave structure of the second substrate 2 acts as a lens, the entire lens exhibits the color of the colored filter layer 12.
[0078]
On the other hand, when the polarity is reversed so that the voltage is applied so that the first electrode 5 becomes the negative electrode and the second electrode 6 becomes the positive electrode, the colored charged electrophoretic particles 4 gather in the central portion, and the entire lens is formed of the colored charged electrophoretic particles 4. A black color was exhibited. The response speed was 20 msec or less, and good color display could be performed.
[0079]
Next, when it was driven with an applied voltage of ± 50 V and a voltage application time of 5 msec, the brightness of reflected light from each colored layer could be reduced to about half. Multi-level gradation expression can be performed by variously selecting the voltage application time. As described above, a color display device capable of expressing gradation can be manufactured.
[0080]
(Example 4)
FIG. 10 shows a schematic configuration of an example of a display device using the first embodiment. FIG. 10A is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the broken line AA ′ in FIG. 10B) of the display device 82 of this embodiment, and FIG. 10B is a plan view thereof.
[0081]
A gray pigment layer was formed on the entire surface of the first substrate 1 made of a PET film.
[0082]
Thereafter, as in Example 1, a cell 83 having the first electrode 5, the insulating layer 7, the second electrode 6, the colored charged electrophoretic particles 4, the insulating liquid 3, and the second substrate 2 having a concave structure was formed.
[0083]
Thereafter, a partition wall 81 was formed on the surface of the first substrate 1 as shown in FIG.
[0084]
Thereafter, the pulse generator 84 was connected to the second electrode 6 to obtain a display device 82. The first electrode 5 is grounded. Although it is necessary to select the shape and size of the cell 83 in accordance with a desired resolution, in this embodiment, for the sake of simplicity, a 7-segment type in which 7 cells 83 are arranged in an 8-shape is used. It was.
[0085]
Display was performed using the manufactured display device 82. A rectangular wave having a peak value of minus 50 V and a pulse width of 10 ms was applied to all the second electrodes 5. Since the colored charged electrophoretic particles 4 used in this example were positively charged in diiodomethane, they moved onto the black second electrode 6 to which a negative voltage of minus 50 V was applied by voltage application. As a result, all the cells 83 viewed from the second substrate 5 (observation side) were in a grayish white state. On the other hand, when an arbitrary one of the second electrodes 6 is selected by a switch (not shown), a pulse of reverse polarity, a square wave having a peak value plus 50 V and a pulse width of 10 ms is applied to the second electrode 6. Since the colored charged electrophoretic particles 4 move on the white insulating layer 7, the selected cell 83 is in a black state and is displayed using a combination of segment shapes (numerical display from 0 to 9 or one of the alphabets). It was confirmed that (partial display) is possible. The response speed was 20 msec or less.
[0086]
For example, when all the second electrodes 6 are selected by a switch and a pulse of reverse polarity, a rectangular wave with a peak value plus 50 V and a pulse width of 10 ms is applied to the second electrode 6, all the cells 83 are in a black state. The number 8 can be displayed in black.
[0087]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention has the following effects.
-Since it has a lens structure, high contrast display is possible even with a display method in which migrating particles are moved in the horizontal direction of the display surface.
-Since the migrating particles are driven in the lens, the apparatus can be made thinner than when the lens structure is laminated on the substrate.
・ Since the structure is extremely simple, it is extremely easy to make a large screen display device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a display device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of another display device of the present invention.
FIG. 3 shows a diagram of a gray scale expression method for a display device of the present invention.
FIG. 4 shows an example of a method for manufacturing a display device of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of a conventional electrophoretic display device.
FIG. 6 shows an example of a method for manufacturing a display device of the present invention.
FIG. 7 shows an example of a method for manufacturing a display device of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating the principle of a conventional electrophoretic display device.
FIG. 9 is a cross-sectional view of another display device of the present invention.
10 shows a cross-sectional view of a display device used in Example 4. FIG.
[Explanation of symbols]
1 First substrate
2 Second substrate
3 Insulating liquid
4 Colored electrophoretic particles
5 First electrode
6 Second electrode
7 Insulation layer
8 Incident light
9 Heat-fusion layer
10 Colored layer
11 Light reflection layer
12 Colored filter layer
81 Bulkhead
82 Display device
83 cells
84 Pulse generator

Claims

A first electrode, a second electrode to which a voltage different from the first electrode is applied, a plurality of colored charged electrophoretic particles moving between the first electrode and the second electrode, the first substrate, and the first substrate facing each other and a transparent second substrate having a concave structure towards the first substrate disposed surface, fills the space formed between the first substrate and the second substrate by the concave structure, said plurality of colored electrophoretic particles In an electrophoretic display device comprising a transparent insulating liquid that holds
The refractive index of the transparent insulating liquid is larger than the refractive index of the second substrate, the first electrode is disposed so as to attract a plurality of colored charged electrophoretic particles and collect them in the center of the first substrate, and the second electrode is A plurality of colored charged electrophoretic particles are arranged to attract and collect at the end of the first substrate, and the concave structure of the second substrate allows light incident on the transparent insulating liquid through the second substrate to be centered on the first substrate. An electrophoretic display device characterized in that the shape is collected in a part.

The display device according to claim 1, wherein an outer surface of the second substrate has a shape such that light is collected at a central portion of the first substrate.

The electrophoretic display device according to claim 1, wherein an outer surface of the second substrate has a concave structure toward the first substrate.