JP3948267B2 - 画像表示媒体及び画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示媒体、及び画像表示装置に係り、特に、繰返し書換えが可能な画像表示媒体、及び該画像表示媒体に画像を形成する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、繰返し書換えが可能な表示媒体として、Ｔｗｉｓｔｉｎｇ Ｂａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙ（２色塗分け粒子回転表示媒体）、電気泳動式表示媒体、磁気泳動式表示媒体、サーマルリライタブル表示媒体、メモリ性を有する液晶などが提案されている。
【０００３】
これら繰返し書換え可能な表示媒体のうち、サーマルリライタブル表示媒体や、メモリ性を有する液晶などは、画像のメモリ性に優れているという特徴を有している。
【０００４】
また、電気泳動および磁気泳動を利用した表示媒体は、電界あるいは磁界によって移動可能な着色粒子を白色液体中に分散させ、例えば、画像部は着色粒子を表示面に付着させて着色粒子の色を表示し、非画像部では着色粒子を表示面から除去して、白色液体による白を表示することで画像を形成するものである。なお、これら電気泳動および磁気泳動を利用した表示媒体では、着色粒子の移動は電界あるいは磁界の作用がないと起こらないため、表示のメモリ性を有する。
【０００５】
また、Ｔｗｉｓｔｉｎｇ Ｂａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙは、半面を白に、残りの反面を黒に塗分けた球状粒子を電界の作用によって反転駆動させ、例えば、画像部は黒面を表示面側に、非画像部では白面を表示面側にするように電界を作用させて表示を行うものである。これによれば、電界の作用がない限り粒子は反転駆動を起こさないため、表示のメモリ性を有する。また、表示媒体の内部は、粒子周囲のキャビティにのみオイルが存在するが、ほとんど固体状態であるため、表示媒体のシート化なども比較的容易である。
【０００６】
しかしながら、サーマルリライタブル表示媒体や、メモリ性を有する液晶などは、表示面を紙のように十分な白表示とすることができず、画像を表示した場合に画像部と非画像部のコントラストが小さいため、鮮明な表示を行うことが困難である。
【０００７】
また、電気泳動および磁気泳動を利用した表示媒体では、白色液体による白表示性は優れるものの、着色粒子の色を表示する場合は、着色粒子同士の隙間に白色液体が入り込むため、表示濃度が低下してしまうことがある。このことによって、画像部と非画像部のコントラストが小さくなり、鮮明な表示を得ることが困難である。また、これらの表示媒体の中には白色液体が封入されているため、表示媒体を画像表示装置から取り外して紙のようにラフに取り扱った場合、白色液体が表示媒体から漏出するおそれがある。
【０００８】
Ｔｗｉｓｔｉｎｇ Ｂａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙでは、白く塗分けられた半球面を表示側に完全に揃えた場合でも、球と球の隙間に入り込んだ光線は反射されず内部でロスしてしまうため、原理的に１００％の白色表示はできず、また、キャビティ部における光吸収や光散乱の影響もあるため、白表示が灰色がかってしまうことがある。さらに、粒子の反転を完全に行うことが難しく、これによってもコントラストの低下を招いてしまい、結果的に鮮明な表示を得ることが困難である。さらに、粒子サイズは画素サイズよりも小さいサイズであることが要求されるため、高解像度表示のためには色が塗り分けられた微細な粒子を製造しなければならず、高度な製造技術を要するという問題もある。
【０００９】
一方で、上記のような問題点を解決するための表示媒体として、粉体トナーなどの着色粒子を用いた表示媒体が幾つか提案されている。
【００１０】
例えば、「Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ，'９９論文集，ｐ２４９−ｐ２５２」、および「Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ，'９９ｆａｌｌ予稿集，ｐ１０−ｐ１３」に記載されている表示媒体は、透明な表示基板と、当該表示基板と微小間隙をもって対向する背面基板との間に、導電性の黒トナーと絶縁性の白色粒子とを封入した構成となっている。また、表示基板及び背面基板には電極が形成されており、各基板の内面は一方の極性の電荷（例えば、正孔）のみを輸送する電荷輸送材料でコートされている。ここで、各基板間に電圧を印加すると、導電性の黒トナーのみに正孔が注入され、黒トナーは正に帯電し、基板間に形成された電界に応じて白色粒子を押し分けながら基板間を移動する。このことにより、黒トナーを表示基板側に移動させると黒表示が行われ、一方、黒トナーを背面基板側に移動させると白色粒子による白表示が行われる。これにより、画像情報に応じて基板間に電圧を印加し、黒トナーを任意の基板側へ移動させることによって、白黒の画像表示を行うことができる。
【００１１】
また、特願２０００−１６５１３８号に記載された表示媒体では、図９（Ａ）に示すように、透明な表示基板１００と、この表示基板１００と微小間隙をもって対向する背面基板１０２の間に、色および帯電特性が異なる２種類の粒子群（黒色粒子１０４と白色粒子１０６）を封入した構成となっており、これら２種類の粒子群は、それぞれ逆の極性に帯電し、基板間に電圧を印加すると、それぞれ別々の基板側に移動するようになっている。
【００１２】
例えば、プラスに帯電した黒色粒子１０４とマイナスに帯電した白色粒子１０６を基板間に封入し、図９（Ｂ）に示すように、表示基板１００の電極１００Ａにプラス電圧を印加すると、静電気力によって白色粒子１０６が表示基板１００側へ移動し、黒色粒子１０４は背面基板１０２側へ移動して白表示が行われる。また、図９（Ｃ）に示すように、表示基板１００の電極１００Ａにマイナス電圧を印加すると、黒色粒子１０４が表示基板１００側へ移動し、白色粒子１０６は背面基板１０２側へ移動して黒表示が行われる。したがって、基板間に画像情報に応じて電圧を印加し、表示基板１００に任意の一方の着色粒子を付着させることによって、画像表示を行うことができる。
【００１３】
なお、上記のような着色粒子を用いた表示媒体（以下、粒子表示媒体という。）では、電界が作用しない限り基板間の着色粒子は移動しないため、表示のメモリ性を有することとなり、また、２種類の着色粒子（例えば、白色粒子と黒色粒子）による表示を原理的に１００％切り替えることができるため、コントラストの高い鮮明な画像表示を行うことが可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、平行配置された表示基板及び背面基板にそれぞれ平行平板電極を形成し、各電極間に形成した平行電界によって粒子を駆動する従来の粒子表示媒体（図９（Ａ）参照）では、図９に示すように、平板状の表示媒体を地面に対して平行に配置し、地面に対して垂直に電界を作用させて粒子を駆動する場合を想定している。すなわち、粒子表示媒体に用いられる粒子は、通常、重力の作用により常に鉛直下向きの力を受けることになるが、粒子表示媒体を地面に対して平行に配置して表示駆動する場合には、重力の作用による力と電界の作用による力の作用方向が同じであるため、印加電圧を制御することによって、静電気力を、基板間の空隙を移動する各粒子に作用する重力を打ち消すように作用させることが可能である。したがって、重力の影響による粒子溜まりや表示濃度ムラの発生を抑制することができる。
【００１５】
しかしながら、この粒子表示媒体を、図１０（Ａ）に示すように、縦置きして使用する場合、すなわち、地面に対して垂直に配置して使用する場合には、粒子に作用する重力の方向と電界により作用する静電気力の方向とが異なるため、表示駆動を繰返し行うに従い、粒子が重力の作用によって徐々に下方向（地面方向）に移動し（図１０（Ｂ）参照）、表示媒体の上方に存在する粒子数が減少すると共に、粒子が表示媒体の下方に凝集して粒子溜まりが発生することになる。このことにより、徐々に表示濃度にムラが生じる等の表示特性の低下を招き、最終的には表示不能となることがある。
【００１６】
上記の問題点を解決するものとして、特願２０００−２８７７８６号に記載の表示媒体では、図１１に示すように、隔壁２０４によって画素毎に１セルとして仕切られ、微小間隙をもって互いに対向して配置された表示基板２００及び背面基板２０２には、それぞれセルに対応して電極２００Ａ、２０２Ａが形成されており、表示基板２００と背面基板２０２との間の中心線Ｌからそれぞれ適当な角度をもって傾斜するように形成されている。ここで、電圧印加手段２１０によって背面基板２０２の電極２０２Ａに電圧が印加することで、接地された表示基板２００の電極２００Ａとの間に電界が形成される。この電界は、電極２００Ａ、２０２Ａが中心線Ｌに対して傾斜をもって配置されていることにより、基板間に封入された黒色粒子２０６及び白色粒子２０８に対して、鉛直方向上向きの成分を含む静電気力を作用させる。このことにより、印加電圧を適切に制御して、粒子が重力により鉛直下方向に落下することを防止できる。
【００１７】
しかしながら、この粒子表示媒体では、対向する各基板の電極面が傾斜をもつように配置するための高度な製造技術が要求されるため、製造が困難となることがある。
【００１８】
一方で、上記の特願２０００−１６５１３８号には、一例として、図１２に示すように、表示基板３００と背面基板３０２との間を、隔壁３０４で分割したセル構造とし、各セルに粒子を封入して構成された粒子表示媒体が提案されている。この粒子表示媒体では、隔壁３０４によって粒子が基板面と平行な方向へ不要に移動してしまうことが防止でき、結果として表示濃度ムラの発生を防止することができる。また、基板間の距離を隔壁３０４によって均一に保つことができるので、粒子を駆動する電界強度を一定にすることができ、表示濃度の均一化を図ることができる。
【００１９】
しかしながら、この粒子表示媒体において、実際に表示駆動を繰返した場合、粒子が隔壁３０４に付着して凝集しやすく、隔壁３０４に付着して凝集した粒子は表示ノイズとなって、表示品質を劣化させてしまうことがある。
【００２０】
この問題点を解決するものとして、上記の特願２０００−２８７７８６号には、一例として、図１３に示すように、表示基板４００と背面基板４０２との間を、隔壁４０４で分割したセル構造とし、各セルに粒子を封入すると共に、各セルに対応して表示基板４００及び背面基板４０２に形成した電極４００Ａ、４０２Ａについて、電極間の距離が電極端部よりも電極中央部の方が大きくなるように、背面基板４０２の電極４０２Ａの両端部を屈曲させて構成された粒子表示媒体が提案されている。この粒子表示媒体では、背面基板４０２の電極４０２Ａを屈曲して傾斜させることにより、印加電圧によって電極４００Ａ、４０２Ａ間に発生する電界の向きを湾曲させることで、基板間に封入された粒子に対して、電極中央部方向の成分を含む静電気力を作用させることができる。このことにより、粒子が電極周囲に設けられた隔壁４０４に付着して凝集することを防止することができる。
【００２１】
しかしながら、この粒子表示媒体では、電極面が傾斜をもつように配置するための高度な製造技術が要求されるため、製造が困難となることがある。
【００２２】
また、上述した粒子表示媒体の他にも、各基板に電極を複数個ずつ設置し、各々の電極に印加する電圧を変化させることで、基板間に封入された粒子の挙動を制御する粒子表示媒体も提案されている（図１４参照）。
【００２３】
しかしながら、この表示媒体では、各電極毎に電圧の制御装置が必要となるために構成が複雑になると共に、基板に設置する電極がより微細になることで、さらに高度な製造技術が要求されるため、製造が困難となることがある。
【００２４】
本発明は、上記の問題点を解決すべく成されたもので、表示媒体本体の配置状態の如何に関わらず、高品質で安定した画像表示を簡易な構成で行うことができる画像表示媒体及び当該画像表示媒体に画像を形成する画像表示装置を得ることを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、少なくとも一方が透光性を有すると共に間の空間に所定の流体が封入され又は該空間が真空に形成された一対の基板と、電界により前記基板間を移動可能に前記一対の基板間に封入され、少なくとも帯電特性の異なる複数種類の粒子群と、を有する画像表示媒体において、前記一対の基板の少なくとも一方の基板は、前記空間との間に誘電体層を有し、前記誘電体層は、前記基板を当該基板の面方向が鉛直方向と平行になるように配置した場合に、当該基板の面方向における比誘電率の大きさが、鉛直方向下側から鉛直方向上側へ段階的に小さくなるように設定されていることを特徴としている。
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、一対の基板の少なくとも一方の基板は、空間との間に誘電体層を有し、誘電体層が、基板を当該基板の面方向が鉛直方向と平行になるように配置した場合に、当該基板の面方向における比誘電率の大きさが、鉛直方向下側から鉛直方向上側へ段階的に小さくなるように設定されている。このように前記基板上において鉛直方向上側の比誘電率が鉛直方向下側の比誘電率よりも小さくなるようにすることで、基板間に印加される電圧によって生じる電界の向きを湾曲させることができ、粒子群に対して鉛直方向上向きに作用する静電気力を発生させることができる。したがって、粒子群を表示駆動させた際に、粒子群が重力によって落下する分を補うように、基板面上の比誘電率を適当に設定することによって、粒子群の自重による落下を防止することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記誘電体層は、前記鉛直方向上側ほど比誘電率の変化を小さくなるように設定されていることを特徴としている。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、鉛直方向上側の誘電体層の比誘電率の変化を小さく設定することで粒子が不要に上方向へ搬送されすぎず、粒子が電極面の上方向に行きすぎてセルの上部隔壁へ付着凝集することがなくなり、表示信頼性をより改善することができる。
【００３１】
請求項３に記載の発明は、少なくとも一方が透光性を有すると共に間の空間に所定の流体が封入され又は該空間が真空に形成された一対の基板と、電界により前記基板間を移動可能に前記一対の基板間に封入され、少なくとも帯電特性の異なる複数種類の粒子群と、を備えた画像表示媒体と、前記画像表示媒体に電界を印加する電圧印加手段と、を有する画像表示装置において、前記一対の基板の少なくとも一方の基板は、前記空間との間に誘電体層を有し、前記誘電体層は、中央部の比誘電率が周辺部の比誘電率よりも小さくなるように設定されていることを特徴としている。
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、一対の基板の少なくとも一方の基板は、空間との間に誘電体層を有し、誘電体層は、中央部の比誘電率が周辺部の比誘電率よりも小さいことで、電圧印加手段により基板間に形成される電界を湾曲させることができ、粒子群を比誘電率が小さい方向へ移動させることができる。基板端部近傍の粒子群に基板中央部方向へ向かう静電気力を作用させることができる。これにより、基板端部近傍の粒子群はそれ以上基板の外側へ広がらず、基板の周辺部に粒子群が付着して凝集することを防止することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記誘電体層は、中央部の比誘電率の変化量が最外部より小さくなるように設定されていることを特徴としている。
請求項４に記載の発明によれば、中央部では、前記誘電体層は、中央部の比誘電率の変化量が最外部より小さくなるように設定して、粒子に作用する画素中央方向への作用力を小さくしたため画素中央部へ粒子が偏ることがない。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
（第１の実施形態）
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置１０の概略構成が示されている。この画像表示装置１０は、粒子表示媒体１２と印加電圧制御部１４とを含んで構成されている。
【００３５】
粒子表示媒体１２は、画像が表示される側の透明な表示基板１６と、当該表示基板１６と対向する背面基板１８が、隔壁２０によって微小間隙をもって配置され、その間に着色粒子（黒色粒子）２２及び白色粒子２４が封入された構成となっている。表示基板１６及び背面基板１８には、それぞれ画素に対応した電極１６Ａ、１８Ａが形成されており、特に、表示基板１６の各電極１６Ａは、透明な電極材料で形成されている。なお、表示基板１６の各電極１６Ａは、接地されている。
【００３６】
また、印加電圧制御部１４は、背面基板１８の各電極１８Ａに接続されており、図示しない画像表示指示部から伝達される画像信号に応じて、各電極１８Ａに所望の電圧を印加することができるようになっている。これにより、接地された表示基板１６の電極１６Ａとの間に所望の電界を形成することができ、この電界によって黒色粒子２２及び白色粒子２４の各粒子が駆動され、表示基板１６上に所望の像を形成するようになっている。
【００３７】
なお、粒子表示媒体１２は、地面に対して垂直に立てた状態（縦置き状態）で使用することを前提とし、隔壁２０は、図２に示すように、垂直方向に並んだ画素列毎に設けられている。また、画素の寸法は１ｍｍ×１ｍｍとされている。
【００３８】
粒子表示媒体１２の表示基板１６及び背面基板１８は、透明なアクリル系の樹脂プレート或いはガラスプレートをベースとし、このベースプレートに透明のＩＴＯを蒸着して電極１６Ａ、１８Ａを形成している。また、表示基板１６及び背面基板１８上には、所定の誘電体の層（誘電体層）３０、３２、３４、３６、３８が形成されており、粒子表示媒体１２を、水平に対して角度をもって設置した際に、基板上に形成された誘電体層は、重力の作用方向上側の比誘電率が、下側の誘電体層の比誘電率よりも小さくなるように形成されている。なお、ここでは、５つの誘電層が基板上に形成されており、それぞれの誘電体層の比誘電率は、誘電体層３０が比誘電率３．５、誘電体層３２が比誘電率３．８、誘電体層３４が比誘電率５．０、誘電体層３６が比誘電率７．５、誘電体層３８が比誘電率１２．５に設定されている。このことにより、黒色粒子２２及び白色粒子２４の各粒子が不要に上方向へ搬送されすぎず、各粒子が電極面の上方向に行きすぎて、セルの上部の隔壁２０へ付着して凝集することを防ぐことができる。なお、各誘電体層の厚さは３５μｍ、幅は２００μｍになっている。各誘電体層は比誘電率の異なった感光性樹脂の塗付、パターンの現像、非現像部の除去を順番に繰り返しを行なうことで形成することができる。感光性樹脂の比誘電率は、樹脂中にアルミナ磁器、酸化チタン磁器等を分散させて混入して調整する。誘電体層３０〜３８を形成した後、仕上げに表面コート層２６としてポリカーボネート樹脂を塗布し表面を整えられている。
【００３９】
隔壁２０には、ドライフィルム型フォトレジストを使用することができ、これを背面基板１８に重ねて、隔壁２０を形成する部位のみ紫外線を照射して硬化させたあと、不要なレジストを除去して形成することができる。図３に、隔壁２０を形成した背面基板１８の模式図を示す。
【００４０】
また、粒子表示媒体１２に封入される粒子として、黒色粒子２２には、アミノプロピルトリメトキシシラン処理したアエロジルＡ１３０の微粉末を、重量比１００対０．２の割合で混合した体積平均粒径２０μｍのカーボン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状黒粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーMBX−２０−ブラック）を用いると共に、白色粒子２４には、イソプロピルトリメトキシシラン処理したチタニアの微粉末を、重量比１００対０．１の割合で混合した体積平均粒径２０μｍの酸化チタン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状白粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーMBX−２０−ホワイト）を用いている。
【００４１】
また、黒色粒子２２はプラスに、白色粒子２４はマイナスに帯電されると共に、黒色粒子２２と白色粒子２４とを重量比２対１の割合で混合されている。この混合粒子を、各画素に約５０μｇづつ配されるように、メッシュスクリーンを通して表示基板１６上に均一に振るい落とし、これに背面基板１８を重ね合わせ、両基板を加圧保持して粒子表示媒体１２が形成される。なお、表示基板１６及び背面基板１８の間隔は２００μｍとされている。
【００４２】
ここで、比誘電率の異なる誘電体層により電界が湾曲する様子について説明する。図４（Ａ）に示すように、表示基板３０及び背面基板３２の各基板上の位置によって比誘電率の異なる誘電体層３４、３６（なお、誘電体層３４の比誘電率は、誘電体層３６の比誘電率よりも小さいものとする。）を設けた場合、電極３０Ａ、３２Ａ間に電圧を印加した際に形成される電界Ｅの向きは、比誘電率の小さい誘電体層３４の方に湾曲することになる。この電界Ｅにより、粒子には対向する基板面方向への静電気力Ｆ1と、Ｆ1とは垂直方向（基板面と平行な方向）で比誘電率の小さい誘電体層３４の方に向かう静電気力Ｆ2とが作用することになる。すなわち、粒子は、印加された電界による静電気力Ｆ1によって基板間を移動する際に、静電気力Ｆ2によって基板面と平行な方向かつ比誘電率の小さい誘電体層３４の方向にも移動させられることになる。したがって、本発明のように基板の上に設置した誘電体の比誘電率および設置位置を任意に設定することによって、前記した静電気力Ｆ2の方向を任意に設定することができ、この静電気力Ｆ2の作用によって、粒子を基板面と平行な方向にも移動制御することが可能となる。
【００４３】
また、表示媒体を縦置き状態で使用する場合、例えば、図４（Ｂ）に示すように、表示基板３０及び背面基板３２の各基板上に、比誘電率の異なる誘電体層４０、４２、４４を、鉛直方向上側から比誘電率の小さい順に配置することで、鉛直方向上向きに湾曲した電界Ｅを基板間に形成することができる。これによって、粒子は鉛直方向上向きの静電気力Ｆ2を受け、対向する基板に向かって上向きに飛翔移動を開始する。移動を開始した粒子は、対向する基板方向への静電気力Ｆ1によって加速されながら、基板間中央までは常に鉛直方向上向きの静電気力Ｆ2を受けて鉛直方向上向きに加速し、基板間の中央を通過すると逆に鉛直方向下向きの静電気力Ｆ2を受けて鉛直方向上向きの速度を低下させ、例えば、破線矢印Ａで示すような軌跡をとる。すなわち、静電気力Ｆ2の作用によって、粒子を移動前の位置に比べ、対向する基板上のより高い位置に着地させることができる。このことから、静電気力Ｆ2は、誘電体層の比誘電率の大きさを変化させることで制御することができ、これによって粒子の着地位置を制御することができる。したがって、粒子を表示駆動させた際に、粒子が重力によって落下する分を補うように、電極面上の誘電体の比誘電率を適当に設定することによって、粒子の自重による落下を防止することができる。
【００４４】
次に、本第１の実施形態の作用について説明する。
【００４５】
本実施の形態に係る画像表示装置１０では、粒子表示媒体１２の表示駆動を行うにあたり、背面基板１８の電極１８Ａに、印加電圧制御部１４によって直流電圧を印加する。
【００４６】
背面基板１８の電極１８Ａに正の直流電圧を印加すると、マイナスに帯電する白色粒子２４が電界の作用によって背面基板１８側へ移動する。逆に、プラスに帯電する黒色粒子２２は電界の作用によって表示基板１６側へ移動するため、表示基板１６には黒色粒子２２のみが均一に付着し、良好な黒表示が達成される。なお、厳密に言えば、逆極性に帯電した白色粒子２４が微小量存在するため、表示基板１６には若干の白色粒子２４も付着するが、量が少ないため表示画像への影響はほとんどない。
【００４７】
次いで、背面基板１８の電極１８Ａに負の直流電圧を印加すると、表示基板１６に付着していた黒色粒子２２は背面基板１８側に移動し、背面基板１８に付着していた白色粒子２４が表示基板１６へ移動して、表示基板１６には白色粒子２４のみが均一に付着し、良好な白表示が達成される。なお、これも厳密に言えば、逆極性に帯電した黒色粒子２２が表示基板１６に若干存在するが、量が少ないため表示画像への影響はほとんどない。また、電極に印加する電圧は、粒子の飛翔する領域での電界強度が０．８３Ｖ／μｍ以上になるように印加すれば、十分な画像コントラストが得ることができる。
【００４８】
このようにして、粒子表示媒体１２では、紙のような白表示と、濃度の高い黒表示を行うことができ、コントラストの高い鮮明な表示を行うことができる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態に係る画像表示装置によれば、水平方向に対して鉛直方向上向きの電界を作ることができるため、縦置き表示に関して基板を非平行に設置した場合と同様の効果を得ることができる。また、粒子の種類や基板間距離、印加電圧など系の構成に変化が生じた場合は誘電体層の厚さと比誘電率を変更することで対応することができる。
【００５０】
また、粒子表示媒体においては、粒子の自重による落下を防止する効果があるとともに、鉛直方向上側の誘電体層の比誘電率の変化を小さく設定することで粒子が不要に上方向へ搬送されすぎず、粒子が電極面の上方向に行きすぎてセルの上部隔壁へ付着凝集することがなくなり、表示信頼性をより改善することができる。
【００５１】
なお、前記した粒子表示媒体の各基板電極上の誘電体の比誘電率および幅および厚さなどは、本実施の形態において適当に設定したパラメータであり、使用する粒子の粒径や比重および帯電特性や、自重による落下の程度、および印加した電界によって受ける静電気力の大きさが変わるため、使用する粒子の特性によって、誘電体の比誘電率および幅および厚さなどは適宜設定する必要がある。
【００５２】
また、表面基板側には誘電体層を設けず、背面基板側のみに誘電体層を構成したものについても適当な構成を選ぶことによって同様の効果を得ることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５３】
図５には、本発明の第２の実施の形態に係る画像表示装置１０Ａの概略構成が示されている。なお、この画像表示装置１０Ａにおいて、上述した第１の実施形態に係る画像表示装置１０と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
本実施の形態に係る粒子表示媒体１２Ａは、表示基板１６及び背面基板１８の電極面１６Ａ、１８Ａ上に誘電体層５０、５２、５４を設置し、電極端部に設置した誘電体層５０の比誘電率が、電極中央部に設置した誘電体層５４の比誘電率よりも大きくなるように構成されている。
【００５５】
ここで、比誘電率の異なる誘電体層により電界が湾曲する様子について説明する。図６に示すように、表示基板６０及び背面基板６２の各基板上の位置によって比誘電率の異なる誘電体層６４、６６を設けた場合、電極端部に設置した誘電体６４の比誘電率に対して電極中央部に設置した誘電体６６の比誘電率を小さくすることによって、電極端部近傍の粒子に対して、電極中央部方向へ向かう静電気力Ｆ2を作用させることができる。これにより、電極端部近傍の粒子はそれ以上電極の外側へ広がらず、電極の周囲に設けられた隔壁６８に粒子が付着して凝集することを防止することができる。
【００５６】
粒子表示媒体１０Ａの表示基板１６及び背面基板１８は、透明なアクリル系の樹脂プレート或いはガラスプレートをベースとし、このベースプレートに透明のＩＴＯを蒸着して電極パターン１６Ａ、１８Ａを形成している。表示基板１６及び背面基板１８上には、誘電体層５０、５２、５４が形成されており、電極端部での誘電体層の比誘電率が、電極中央部の誘電体の比誘電率よりも大きくなるように設置されている。また、誘電体層の厚さは３５μｍになっており、各誘電体層は、上述した第１の実施の形態と同様に、感光性樹脂などによって形成され、比誘電率の違いは樹脂中にアルミナ磁器、酸化チタン磁器等を分散させて混入させることによって調整を行うことができる。なお、各誘電体層の比誘電率は、誘電体層５０が比誘電率１５．０、誘電体層５２が比誘電率４．２、誘電体層５４が比誘電率３．５に設定されている。また、各々の誘電体層の幅は誘電体層５０が５０μｍ、誘電体層５２が１００μｍ、誘電体層５４が７００μｍになっている。
【００５７】
隔壁２０には、ドライフィルム型フォトレジストを使用することができ、これを背面基板１８に重ねて、隔壁２０を形成する部位のみ紫外線を照射して硬化させたあと、不要なレジストを除去して形成することができる。図７に、隔壁２０を形成した背面基板１８の模式図を示す。
【００５８】
なお、粒子表示媒体１２Ａでは、１画素の寸法が１ｍｍ×１ｍｍ、各画素の間隙は０．２ｍｍとし、各画素の間隙に幅０．２ｍｍ、高さ０．２ｍｍの隔壁２０が配され、画素単位のセル構成とされている。
【００５９】
また、粒子表示媒体１２Ａに封入される粒子として、アミノプロピルトリメトキシシラン処理したアエロジルＡ１３０の微粉末を、重量比１００対０．２の割合で混合した体積平均粒径２０μｍのカーボン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状黒粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーMBX−２０−ブラック）と、イソプロピルトリメトキシシラン処理したチタニアの微粉末を、重量比１００対０．１の割合で混合した体積平均粒径２０μｍの酸化チタン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状白粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーMBX−２０−ホワイト）とを用いている。
【００６０】
また、黒色粒子２２はプラスに、白色粒子２４はマイナスに帯電されると共に、黒色粒子２２と白色粒子２４とを重量比２対１の割合で混合されている。この混合粒子を、各画素に約１．２ｍｇづつ配されるように、メッシュスクリーンを通して表示基板１６上に均一に振るい落とし、これに背面基板１８を重ね合わせ、両基板を加圧保持して粒子表示媒体１２Ａが形成される。なお、表示基板１６及び背面基板１８の間隔は２００μｍとされている。
【００６１】
本第２の実施の形態の作用については、上述の第１の実施の形態の作用と同様であり、本第２の実施の形態に係る画像表示装置によれば、隔壁２０に付着して凝集する粒子はほとんどなく、良好な繰返し表示を行うことができる。
【００６２】
また、画素端部での比誘電率の変化を大きくしたため画素端部近傍の粒子に画素中央方向への力をより大きく作用させることができ、効果的に粒子の隔壁２０への付着凝集を防止することができる。また、画素の中央部では、比誘電率の変化量を最外部より小さくし、粒子に作用する画素中央方向への作用力を小さくしたため画素中央部へ粒子が偏ることもない。したがって、粒子の基板面と平行な方向の移動をより細かく制御することが可能であり、画素内での濃度ムラが少ない良好な繰り返し表示を行うことができる。
【００６３】
なお、表面基板１６側には誘電体層を設けず、背面基板１８側のみに誘電体層を構成したものについても適当な構成を選ぶことによって同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、表示基板１６と背面基板１８との間隙を確保する隔壁２０を各画素毎、あるいは各画素列毎に設けたが、必ずしもその必要はなく、例えば、図８（Ａ）や図８（Ｂ）に示すように、隔壁２０を複数の画素毎に形成してもよく、複数の画素列毎に形成してもよい。
【００６５】
以上のように、上述した各実施の形態によれば、粒子表示媒体を縦置き状態で使用する場合には、粒子が重力によって落下する分を補うように、粒子に上向きの静電気力を作用させることによって、粒子を表示駆動させた際に粒子の自重による落下を防止することができる。
【００６６】
また、セルを形成した粒子表示媒体においては、電極端部近傍の粒子に電極中央部方向へ向かう静電気力を作用させることによって、電極の周囲に設けられた隔壁に粒子が付着して凝集することを防止することができ、品質の高い表示を安定して実現することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一対の基板の少なくとも一方の基板がその面方向に異なる比誘電率を有することによって基板間に形成される電界の向きを湾曲させることにより、粒子群に基板面と平行な方向にも静電気力を作用させることで、表示駆動と同時に粒子群の基板面と平行な方向への移動制御を行うことができ、粒子群が特定の一部分に偏ることを防ぐことができるようにしたので、表示媒体本体の配置状態の如何に関わらず、高品質で安定した画像表示を簡易な構成で行うことができる画像表示媒体及び当該画像表示媒体に画像を形成する画像表示装置を得ることができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態に係る粒子表示媒体における隔壁を示す図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態に係る粒子表示媒体における背面基板を示す図である。
【図４】 （Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る粒子表示媒体において、比誘電率の異なる誘電体層により電界が湾曲する様子を説明するための図であり、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る粒子表示媒体を縦置き状態で使用した場合において、粒子の移動する様子を説明するための図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態に係る粒子表示媒体において、比誘電率の異なる誘電体層により電界が湾曲する様子を説明するための図である。
【図７】 本発明の第２の実施の形態に係る粒子表示媒体における背面基板を示す図である。
【図８】 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明の第２の実施の形態に係る粒子表示媒体における隔壁の他の例を示す図である。
【図９】 （Ａ）は従来の粒子表示媒体の概略構成を説明するための図であり、（Ｂ）は従来の粒子表示媒体で白表示を行った状態を説明するための図であり、（Ｃ）は従来の粒子表示媒体で黒表示を行った状態を説明するための図である。
【図１０】 （Ａ）は従来の粒子表示媒体を地面に対して垂直に配置して使用した場合の説明図であり、（Ｂ）は従来の粒子表示媒体を地面に対して垂直に配置して使用した場合における粒子の移動の様子を示す図である。
【図１１】 縦置き状態での粒子表示媒体の表示状況を改善する先行技術の粒子表示媒体を説明するための図である。
【図１２】 従来のセルを形成した粒子表示媒体の概略構成を示す図である。
【図１３】 セルを形成した粒子表示媒体の表示状況を改善する先行技術の粒子表示媒体を説明するための図である。
【図１４】 縦置き状態或いはセルを形成した粒子表示媒体の表示状況を改善する別の先行技術の粒子表示媒体を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 画像表示装置
１２ 粒子表示媒体
１４ 印加電圧制御部
１６ 表示基板
１８ 背面基板
１６Ａ、１８Ａ 電極
２０ 隔壁
２２ 黒色粒子
２４ 白色粒子
３０、３２、３４、３６、３８ 誘電体層
５０、５２、５４ 誘電体層
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示媒体、及び画像表示装置に係り、特に、繰返し書換えが可能な画像表示媒体、及び該画像表示媒体に画像を形成する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、繰返し書換えが可能な表示媒体として、Ｔｗｉｓｔｉｎｇ Ｂａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙ（２色塗分け粒子回転表示媒体）、電気泳動式表示媒体、磁気泳動式表示媒体、サーマルリライタブル表示媒体、メモリ性を有する液晶などが提案されている。
【０００３】
これら繰返し書換え可能な表示媒体のうち、サーマルリライタブル表示媒体や、メモリ性を有する液晶などは、画像のメモリ性に優れているという特徴を有している。
【０００４】
また、電気泳動および磁気泳動を利用した表示媒体は、電界あるいは磁界によって移動可能な着色粒子を白色液体中に分散させ、例えば、画像部は着色粒子を表示面に付着させて着色粒子の色を表示し、非画像部では着色粒子を表示面から除去して、白色液体による白を表示することで画像を形成するものである。なお、これら電気泳動および磁気泳動を利用した表示媒体では、着色粒子の移動は電界あるいは磁界の作用がないと起こらないため、表示のメモリ性を有する。
【０００５】
また、Ｔｗｉｓｔｉｎｇ Ｂａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙは、半面を白に、残りの反面を黒に塗分けた球状粒子を電界の作用によって反転駆動させ、例えば、画像部は黒面を表示面側に、非画像部では白面を表示面側にするように電界を作用させて表示を行うものである。これによれば、電界の作用がない限り粒子は反転駆動を起こさないため、表示のメモリ性を有する。また、表示媒体の内部は、粒子周囲のキャビティにのみオイルが存在するが、ほとんど固体状態であるため、表示媒体のシート化なども比較的容易である。
【０００６】
しかしながら、サーマルリライタブル表示媒体や、メモリ性を有する液晶などは、表示面を紙のように十分な白表示とすることができず、画像を表示した場合に画像部と非画像部のコントラストが小さいため、鮮明な表示を行うことが困難である。
【０００７】
また、電気泳動および磁気泳動を利用した表示媒体では、白色液体による白表示性は優れるものの、着色粒子の色を表示する場合は、着色粒子同士の隙間に白色液体が入り込むため、表示濃度が低下してしまうことがある。このことによって、画像部と非画像部のコントラストが小さくなり、鮮明な表示を得ることが困難である。また、これらの表示媒体の中には白色液体が封入されているため、表示媒体を画像表示装置から取り外して紙のようにラフに取り扱った場合、白色液体が表示媒体から漏出するおそれがある。
【０００８】
Ｔｗｉｓｔｉｎｇ Ｂａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙでは、白く塗分けられた半球面を表示側に完全に揃えた場合でも、球と球の隙間に入り込んだ光線は反射されず内部でロスしてしまうため、原理的に１００％の白色表示はできず、また、キャビティ部における光吸収や光散乱の影響もあるため、白表示が灰色がかってしまうことがある。さらに、粒子の反転を完全に行うことが難しく、これによってもコントラストの低下を招いてしまい、結果的に鮮明な表示を得ることが困難である。さらに、粒子サイズは画素サイズよりも小さいサイズであることが要求されるため、高解像度表示のためには色が塗り分けられた微細な粒子を製造しなければならず、高度な製造技術を要するという問題もある。
【０００９】
一方で、上記のような問題点を解決するための表示媒体として、粉体トナーなどの着色粒子を用いた表示媒体が幾つか提案されている。
【００１０】
例えば、「Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ，'９９論文集，ｐ２４９−ｐ２５２」、および「Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ，'９９ｆａｌｌ予稿集，ｐ１０−ｐ１３」に記載されている表示媒体は、透明な表示基板と、当該表示基板と微小間隙をもって対向する背面基板との間に、導電性の黒トナーと絶縁性の白色粒子とを封入した構成となっている。また、表示基板及び背面基板には電極が形成されており、各基板の内面は一方の極性の電荷（例えば、正孔）のみを輸送する電荷輸送材料でコートされている。ここで、各基板間に電圧を印加すると、導電性の黒トナーのみに正孔が注入され、黒トナーは正に帯電し、基板間に形成された電界に応じて白色粒子を押し分けながら基板間を移動する。このことにより、黒トナーを表示基板側に移動させると黒表示が行われ、一方、黒トナーを背面基板側に移動させると白色粒子による白表示が行われる。これにより、画像情報に応じて基板間に電圧を印加し、黒トナーを任意の基板側へ移動させることによって、白黒の画像表示を行うことができる。
【００１１】
また、特願２０００−１６５１３８号に記載された表示媒体では、図９（Ａ）に示すように、透明な表示基板１００と、この表示基板１００と微小間隙をもって対向する背面基板１０２の間に、色および帯電特性が異なる２種類の粒子群（黒色粒子１０４と白色粒子１０６）を封入した構成となっており、これら２種類の粒子群は、それぞれ逆の極性に帯電し、基板間に電圧を印加すると、それぞれ別々の基板側に移動するようになっている。
【００１２】
例えば、プラスに帯電した黒色粒子１０４とマイナスに帯電した白色粒子１０６を基板間に封入し、図９（Ｂ）に示すように、表示基板１００の電極１００Ａにプラス電圧を印加すると、静電気力によって白色粒子１０６が表示基板１００側へ移動し、黒色粒子１０４は背面基板１０２側へ移動して白表示が行われる。また、図９（Ｃ）に示すように、表示基板１００の電極１００Ａにマイナス電圧を印加すると、黒色粒子１０４が表示基板１００側へ移動し、白色粒子１０６は背面基板１０２側へ移動して黒表示が行われる。したがって、基板間に画像情報に応じて電圧を印加し、表示基板１００に任意の一方の着色粒子を付着させることによって、画像表示を行うことができる。
【００１３】
なお、上記のような着色粒子を用いた表示媒体（以下、粒子表示媒体という。）では、電界が作用しない限り基板間の着色粒子は移動しないため、表示のメモリ性を有することとなり、また、２種類の着色粒子（例えば、白色粒子と黒色粒子）による表示を原理的に１００％切り替えることができるため、コントラストの高い鮮明な画像表示を行うことが可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、平行配置された表示基板及び背面基板にそれぞれ平行平板電極を形成し、各電極間に形成した平行電界によって粒子を駆動する従来の粒子表示媒体（図９（Ａ）参照）では、図９に示すように、平板状の表示媒体を地面に対して平行に配置し、地面に対して垂直に電界を作用させて粒子を駆動する場合を想定している。すなわち、粒子表示媒体に用いられる粒子は、通常、重力の作用により常に鉛直下向きの力を受けることになるが、粒子表示媒体を地面に対して平行に配置して表示駆動する場合には、重力の作用による力と電界の作用による力の作用方向が同じであるため、印加電圧を制御することによって、静電気力を、基板間の空隙を移動する各粒子に作用する重力を打ち消すように作用させることが可能である。したがって、重力の影響による粒子溜まりや表示濃度ムラの発生を抑制することができる。
【００１５】
しかしながら、この粒子表示媒体を、図１０（Ａ）に示すように、縦置きして使用する場合、すなわち、地面に対して垂直に配置して使用する場合には、粒子に作用する重力の方向と電界により作用する静電気力の方向とが異なるため、表示駆動を繰返し行うに従い、粒子が重力の作用によって徐々に下方向（地面方向）に移動し（図１０（Ｂ）参照）、表示媒体の上方に存在する粒子数が減少すると共に、粒子が表示媒体の下方に凝集して粒子溜まりが発生することになる。このことにより、徐々に表示濃度にムラが生じる等の表示特性の低下を招き、最終的には表示不能となることがある。
【００１６】
上記の問題点を解決するものとして、特願２０００−２８７７８６号に記載の表示媒体では、図１１に示すように、隔壁２０４によって画素毎に１セルとして仕切られ、微小間隙をもって互いに対向して配置された表示基板２００及び背面基板２０２には、それぞれセルに対応して電極２００Ａ、２０２Ａが形成されており、表示基板２００と背面基板２０２との間の中心線Ｌからそれぞれ適当な角度をもって傾斜するように形成されている。ここで、電圧印加手段２１０によって背面基板２０２の電極２０２Ａに電圧が印加することで、接地された表示基板２００の電極２００Ａとの間に電界が形成される。この電界は、電極２００Ａ、２０２Ａが中心線Ｌに対して傾斜をもって配置されていることにより、基板間に封入された黒色粒子２０６及び白色粒子２０８に対して、鉛直方向上向きの成分を含む静電気力を作用させる。このことにより、印加電圧を適切に制御して、粒子が重力により鉛直下方向に落下することを防止できる。
【００１７】
しかしながら、この粒子表示媒体では、対向する各基板の電極面が傾斜をもつように配置するための高度な製造技術が要求されるため、製造が困難となることがある。
【００１８】
一方で、上記の特願２０００−１６５１３８号には、一例として、図１２に示すように、表示基板３００と背面基板３０２との間を、隔壁３０４で分割したセル構造とし、各セルに粒子を封入して構成された粒子表示媒体が提案されている。この粒子表示媒体では、隔壁３０４によって粒子が基板面と平行な方向へ不要に移動してしまうことが防止でき、結果として表示濃度ムラの発生を防止することができる。また、基板間の距離を隔壁３０４によって均一に保つことができるので、粒子を駆動する電界強度を一定にすることができ、表示濃度の均一化を図ることができる。
【００１９】
しかしながら、この粒子表示媒体において、実際に表示駆動を繰返した場合、粒子が隔壁３０４に付着して凝集しやすく、隔壁３０４に付着して凝集した粒子は表示ノイズとなって、表示品質を劣化させてしまうことがある。
【００２０】
この問題点を解決するものとして、上記の特願２０００−２８７７８６号には、一例として、図１３に示すように、表示基板４００と背面基板４０２との間を、隔壁４０４で分割したセル構造とし、各セルに粒子を封入すると共に、各セルに対応して表示基板４００及び背面基板４０２に形成した電極４００Ａ、４０２Ａについて、電極間の距離が電極端部よりも電極中央部の方が大きくなるように、背面基板４０２の電極４０２Ａの両端部を屈曲させて構成された粒子表示媒体が提案されている。この粒子表示媒体では、背面基板４０２の電極４０２Ａを屈曲して傾斜させることにより、印加電圧によって電極４００Ａ、４０２Ａ間に発生する電界の向きを湾曲させることで、基板間に封入された粒子に対して、電極中央部方向の成分を含む静電気力を作用させることができる。このことにより、粒子が電極周囲に設けられた隔壁４０４に付着して凝集することを防止することができる。
【００２１】
しかしながら、この粒子表示媒体では、電極面が傾斜をもつように配置するための高度な製造技術が要求されるため、製造が困難となることがある。
【００２２】
また、上述した粒子表示媒体の他にも、各基板に電極を複数個ずつ設置し、各々の電極に印加する電圧を変化させることで、基板間に封入された粒子の挙動を制御する粒子表示媒体も提案されている（図１４参照）。
【００２３】
しかしながら、この表示媒体では、各電極毎に電圧の制御装置が必要となるために構成が複雑になると共に、基板に設置する電極がより微細になることで、さらに高度な製造技術が要求されるため、製造が困難となることがある。
【００２４】
本発明は、上記の問題点を解決すべく成されたもので、表示媒体本体の配置状態の如何に関わらず、高品質で安定した画像表示を簡易な構成で行うことができる画像表示媒体及び当該画像表示媒体に画像を形成する画像表示装置を得ることを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、少なくとも一方が透光性を有すると共に間の空間に所定の流体が封入され又は該空間が真空に形成された一対の基板と、電界により前記基板間を移動可能に前記一対の基板間に封入され、少なくとも帯電特性の異なる複数種類の粒子群と、を有する画像表示媒体において、前記一対の基板の少なくとも一方の基板は、前記空間との間に誘電体層を有し、前記誘電体層は、前記基板を当該基板の面方向が鉛直方向と平行になるように配置した場合に、当該基板の面方向における比誘電率の大きさが、鉛直方向下側から鉛直方向上側へ段階的に小さくなるように設定されていることを特徴としている。
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、一対の基板の少なくとも一方の基板は、空間との間に誘電体層を有し、誘電体層が、基板を当該基板の面方向が鉛直方向と平行になるように配置した場合に、当該基板の面方向における比誘電率の大きさが、鉛直方向下側から鉛直方向上側へ段階的に小さくなるように設定されている。このように前記基板上において鉛直方向上側の比誘電率が鉛直方向下側の比誘電率よりも小さくなるようにすることで、基板間に印加される電圧によって生じる電界の向きを湾曲させることができ、粒子群に対して鉛直方向上向きに作用する静電気力を発生させることができる。したがって、粒子群を表示駆動させた際に、粒子群が重力によって落下する分を補うように、基板面上の比誘電率を適当に設定することによって、粒子群の自重による落下を防止することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記誘電体層は、前記鉛直方向上側ほど比誘電率の変化を小さくなるように設定されていることを特徴としている。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、鉛直方向上側の誘電体層の比誘電率の変化を小さく設定することで粒子が不要に上方向へ搬送されすぎず、粒子が電極面の上方向に行きすぎてセルの上部隔壁へ付着凝集することがなくなり、表示信頼性をより改善することができる。
【００３１】
請求項３に記載の発明は、少なくとも一方が透光性を有すると共に間の空間に所定の流体が封入され又は該空間が真空に形成された一対の基板と、電界により前記基板間を移動可能に前記一対の基板間に封入され、少なくとも帯電特性の異なる複数種類の粒子群と、を備えた画像表示媒体と、前記画像表示媒体に電界を印加する電圧印加手段と、を有する画像表示装置において、前記一対の基板の少なくとも一方の基板は、前記空間との間に誘電体層を有し、前記誘電体層は、中央部の比誘電率が周辺部の比誘電率よりも小さくなるように設定されていることを特徴としている。
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、一対の基板の少なくとも一方の基板は、空間との間に誘電体層を有し、誘電体層は、中央部の比誘電率が周辺部の比誘電率よりも小さいことで、電圧印加手段により基板間に形成される電界を湾曲させることができ、粒子群を比誘電率が小さい方向へ移動させることができる。基板端部近傍の粒子群に基板中央部方向へ向かう静電気力を作用させることができる。これにより、基板端部近傍の粒子群はそれ以上基板の外側へ広がらず、基板の周辺部に粒子群が付着して凝集することを防止することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記誘電体層は、中央部の比誘電率の変化量が最外部より小さくなるように設定されていることを特徴としている。
請求項４に記載の発明によれば、中央部では、前記誘電体層は、中央部の比誘電率の変化量が最外部より小さくなるように設定して、粒子に作用する画素中央方向への作用力を小さくしたため画素中央部へ粒子が偏ることがない。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
（第１の実施形態）
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置１０の概略構成が示されている。この画像表示装置１０は、粒子表示媒体１２と印加電圧制御部１４とを含んで構成されている。
【００３５】
粒子表示媒体１２は、画像が表示される側の透明な表示基板１６と、当該表示基板１６と対向する背面基板１８が、隔壁２０によって微小間隙をもって配置され、その間に着色粒子（黒色粒子）２２及び白色粒子２４が封入された構成となっている。表示基板１６及び背面基板１８には、それぞれ画素に対応した電極１６Ａ、１８Ａが形成されており、特に、表示基板１６の各電極１６Ａは、透明な電極材料で形成されている。なお、表示基板１６の各電極１６Ａは、接地されている。
【００３６】
また、印加電圧制御部１４は、背面基板１８の各電極１８Ａに接続されており、図示しない画像表示指示部から伝達される画像信号に応じて、各電極１８Ａに所望の電圧を印加することができるようになっている。これにより、接地された表示基板１６の電極１６Ａとの間に所望の電界を形成することができ、この電界によって黒色粒子２２及び白色粒子２４の各粒子が駆動され、表示基板１６上に所望の像を形成するようになっている。
【００３７】
なお、粒子表示媒体１２は、地面に対して垂直に立てた状態（縦置き状態）で使用することを前提とし、隔壁２０は、図２に示すように、垂直方向に並んだ画素列毎に設けられている。また、画素の寸法は１ｍｍ×１ｍｍとされている。
【００３８】
粒子表示媒体１２の表示基板１６及び背面基板１８は、透明なアクリル系の樹脂プレート或いはガラスプレートをベースとし、このベースプレートに透明のＩＴＯを蒸着して電極１６Ａ、１８Ａを形成している。また、表示基板１６及び背面基板１８上には、所定の誘電体の層（誘電体層）３０、３２、３４、３６、３８が形成されており、粒子表示媒体１２を、水平に対して角度をもって設置した際に、基板上に形成された誘電体層は、重力の作用方向上側の比誘電率が、下側の誘電体層の比誘電率よりも小さくなるように形成されている。なお、ここでは、５つの誘電層が基板上に形成されており、それぞれの誘電体層の比誘電率は、誘電体層３０が比誘電率３．５、誘電体層３２が比誘電率３．８、誘電体層３４が比誘電率５．０、誘電体層３６が比誘電率７．５、誘電体層３８が比誘電率１２．５に設定されている。このことにより、黒色粒子２２及び白色粒子２４の各粒子が不要に上方向へ搬送されすぎず、各粒子が電極面の上方向に行きすぎて、セルの上部の隔壁２０へ付着して凝集することを防ぐことができる。なお、各誘電体層の厚さは３５μｍ、幅は２００μｍになっている。各誘電体層は比誘電率の異なった感光性樹脂の塗付、パターンの現像、非現像部の除去を順番に繰り返しを行なうことで形成することができる。感光性樹脂の比誘電率は、樹脂中にアルミナ磁器、酸化チタン磁器等を分散させて混入して調整する。誘電体層３０〜３８を形成した後、仕上げに表面コート層２６としてポリカーボネート樹脂を塗布し表面を整えられている。
【００３９】
隔壁２０には、ドライフィルム型フォトレジストを使用することができ、これを背面基板１８に重ねて、隔壁２０を形成する部位のみ紫外線を照射して硬化させたあと、不要なレジストを除去して形成することができる。図３に、隔壁２０を形成した背面基板１８の模式図を示す。
【００４０】
また、粒子表示媒体１２に封入される粒子として、黒色粒子２２には、アミノプロピルトリメトキシシラン処理したアエロジルＡ１３０の微粉末を、重量比１００対０．２の割合で混合した体積平均粒径２０μｍのカーボン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状黒粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーMBX−２０−ブラック）を用いると共に、白色粒子２４には、イソプロピルトリメトキシシラン処理したチタニアの微粉末を、重量比１００対０．１の割合で混合した体積平均粒径２０μｍの酸化チタン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状白粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーMBX−２０−ホワイト）を用いている。
【００４１】
また、黒色粒子２２はプラスに、白色粒子２４はマイナスに帯電されると共に、黒色粒子２２と白色粒子２４とを重量比２対１の割合で混合されている。この混合粒子を、各画素に約５０μｇづつ配されるように、メッシュスクリーンを通して表示基板１６上に均一に振るい落とし、これに背面基板１８を重ね合わせ、両基板を加圧保持して粒子表示媒体１２が形成される。なお、表示基板１６及び背面基板１８の間隔は２００μｍとされている。
【００４２】
ここで、比誘電率の異なる誘電体層により電界が湾曲する様子について説明する。図４（Ａ）に示すように、表示基板３０及び背面基板３２の各基板上の位置によって比誘電率の異なる誘電体層３４、３６（なお、誘電体層３４の比誘電率は、誘電体層３６の比誘電率よりも小さいものとする。）を設けた場合、電極３０Ａ、３２Ａ間に電圧を印加した際に形成される電界Ｅの向きは、比誘電率の小さい誘電体層３４の方に湾曲することになる。この電界Ｅにより、粒子には対向する基板面方向への静電気力Ｆ1と、Ｆ1とは垂直方向（基板面と平行な方向）で比誘電率の小さい誘電体層３４の方に向かう静電気力Ｆ2とが作用することになる。すなわち、粒子は、印加された電界による静電気力Ｆ1によって基板間を移動する際に、静電気力Ｆ2によって基板面と平行な方向かつ比誘電率の小さい誘電体層３４の方向にも移動させられることになる。したがって、本発明のように基板の上に設置した誘電体の比誘電率および設置位置を任意に設定することによって、前記した静電気力Ｆ2の方向を任意に設定することができ、この静電気力Ｆ2の作用によって、粒子を基板面と平行な方向にも移動制御することが可能となる。
【００４３】
また、表示媒体を縦置き状態で使用する場合、例えば、図４（Ｂ）に示すように、表示基板３０及び背面基板３２の各基板上に、比誘電率の異なる誘電体層４０、４２、４４を、鉛直方向上側から比誘電率の小さい順に配置することで、鉛直方向上向きに湾曲した電界Ｅを基板間に形成することができる。これによって、粒子は鉛直方向上向きの静電気力Ｆ2を受け、対向する基板に向かって上向きに飛翔移動を開始する。移動を開始した粒子は、対向する基板方向への静電気力Ｆ1によって加速されながら、基板間中央までは常に鉛直方向上向きの静電気力Ｆ2を受けて鉛直方向上向きに加速し、基板間の中央を通過すると逆に鉛直方向下向きの静電気力Ｆ2を受けて鉛直方向上向きの速度を低下させ、例えば、破線矢印Ａで示すような軌跡をとる。すなわち、静電気力Ｆ2の作用によって、粒子を移動前の位置に比べ、対向する基板上のより高い位置に着地させることができる。このことから、静電気力Ｆ2は、誘電体層の比誘電率の大きさを変化させることで制御することができ、これによって粒子の着地位置を制御することができる。したがって、粒子を表示駆動させた際に、粒子が重力によって落下する分を補うように、電極面上の誘電体の比誘電率を適当に設定することによって、粒子の自重による落下を防止することができる。
【００４４】
次に、本第１の実施形態の作用について説明する。
【００４５】
本実施の形態に係る画像表示装置１０では、粒子表示媒体１２の表示駆動を行うにあたり、背面基板１８の電極１８Ａに、印加電圧制御部１４によって直流電圧を印加する。
【００４６】
背面基板１８の電極１８Ａに正の直流電圧を印加すると、マイナスに帯電する白色粒子２４が電界の作用によって背面基板１８側へ移動する。逆に、プラスに帯電する黒色粒子２２は電界の作用によって表示基板１６側へ移動するため、表示基板１６には黒色粒子２２のみが均一に付着し、良好な黒表示が達成される。なお、厳密に言えば、逆極性に帯電した白色粒子２４が微小量存在するため、表示基板１６には若干の白色粒子２４も付着するが、量が少ないため表示画像への影響はほとんどない。
【００４７】
次いで、背面基板１８の電極１８Ａに負の直流電圧を印加すると、表示基板１６に付着していた黒色粒子２２は背面基板１８側に移動し、背面基板１８に付着していた白色粒子２４が表示基板１６へ移動して、表示基板１６には白色粒子２４のみが均一に付着し、良好な白表示が達成される。なお、これも厳密に言えば、逆極性に帯電した黒色粒子２２が表示基板１６に若干存在するが、量が少ないため表示画像への影響はほとんどない。また、電極に印加する電圧は、粒子の飛翔する領域での電界強度が０．８３Ｖ／μｍ以上になるように印加すれば、十分な画像コントラストが得ることができる。
【００４８】
このようにして、粒子表示媒体１２では、紙のような白表示と、濃度の高い黒表示を行うことができ、コントラストの高い鮮明な表示を行うことができる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態に係る画像表示装置によれば、水平方向に対して鉛直方向上向きの電界を作ることができるため、縦置き表示に関して基板を非平行に設置した場合と同様の効果を得ることができる。また、粒子の種類や基板間距離、印加電圧など系の構成に変化が生じた場合は誘電体層の厚さと比誘電率を変更することで対応することができる。
【００５０】
また、粒子表示媒体においては、粒子の自重による落下を防止する効果があるとともに、鉛直方向上側の誘電体層の比誘電率の変化を小さく設定することで粒子が不要に上方向へ搬送されすぎず、粒子が電極面の上方向に行きすぎてセルの上部隔壁へ付着凝集することがなくなり、表示信頼性をより改善することができる。
【００５１】
なお、前記した粒子表示媒体の各基板電極上の誘電体の比誘電率および幅および厚さなどは、本実施の形態において適当に設定したパラメータであり、使用する粒子の粒径や比重および帯電特性や、自重による落下の程度、および印加した電界によって受ける静電気力の大きさが変わるため、使用する粒子の特性によって、誘電体の比誘電率および幅および厚さなどは適宜設定する必要がある。
【００５２】
また、表面基板側には誘電体層を設けず、背面基板側のみに誘電体層を構成したものについても適当な構成を選ぶことによって同様の効果を得ることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５３】
図５には、本発明の第２の実施の形態に係る画像表示装置１０Ａの概略構成が示されている。なお、この画像表示装置１０Ａにおいて、上述した第１の実施形態に係る画像表示装置１０と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
本実施の形態に係る粒子表示媒体１２Ａは、表示基板１６及び背面基板１８の電極面１６Ａ、１８Ａ上に誘電体層５０、５２、５４を設置し、電極端部に設置した誘電体層５０の比誘電率が、電極中央部に設置した誘電体層５４の比誘電率よりも大きくなるように構成されている。
【００５５】
ここで、比誘電率の異なる誘電体層により電界が湾曲する様子について説明する。図６に示すように、表示基板６０及び背面基板６２の各基板上の位置によって比誘電率の異なる誘電体層６４、６６を設けた場合、電極端部に設置した誘電体６４の比誘電率に対して電極中央部に設置した誘電体６６の比誘電率を小さくすることによって、電極端部近傍の粒子に対して、電極中央部方向へ向かう静電気力Ｆ2を作用させることができる。これにより、電極端部近傍の粒子はそれ以上電極の外側へ広がらず、電極の周囲に設けられた隔壁６８に粒子が付着して凝集することを防止することができる。
【００５６】
粒子表示媒体１０Ａの表示基板１６及び背面基板１８は、透明なアクリル系の樹脂プレート或いはガラスプレートをベースとし、このベースプレートに透明のＩＴＯを蒸着して電極パターン１６Ａ、１８Ａを形成している。表示基板１６及び背面基板１８上には、誘電体層５０、５２、５４が形成されており、電極端部での誘電体層の比誘電率が、電極中央部の誘電体の比誘電率よりも大きくなるように設置されている。また、誘電体層の厚さは３５μｍになっており、各誘電体層は、上述した第１の実施の形態と同様に、感光性樹脂などによって形成され、比誘電率の違いは樹脂中にアルミナ磁器、酸化チタン磁器等を分散させて混入させることによって調整を行うことができる。なお、各誘電体層の比誘電率は、誘電体層５０が比誘電率１５．０、誘電体層５２が比誘電率４．２、誘電体層５４が比誘電率３．５に設定されている。また、各々の誘電体層の幅は誘電体層５０が５０μｍ、誘電体層５２が１００μｍ、誘電体層５４が７００μｍになっている。
【００５７】
隔壁２０には、ドライフィルム型フォトレジストを使用することができ、これを背面基板１８に重ねて、隔壁２０を形成する部位のみ紫外線を照射して硬化させたあと、不要なレジストを除去して形成することができる。図７に、隔壁２０を形成した背面基板１８の模式図を示す。
【００５８】
なお、粒子表示媒体１２Ａでは、１画素の寸法が１ｍｍ×１ｍｍ、各画素の間隙は０．２ｍｍとし、各画素の間隙に幅０．２ｍｍ、高さ０．２ｍｍの隔壁２０が配され、画素単位のセル構成とされている。
【００５９】
また、粒子表示媒体１２Ａに封入される粒子として、アミノプロピルトリメトキシシラン処理したアエロジルＡ１３０の微粉末を、重量比１００対０．２の割合で混合した体積平均粒径２０μｍのカーボン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状黒粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーMBX−２０−ブラック）と、イソプロピルトリメトキシシラン処理したチタニアの微粉末を、重量比１００対０．１の割合で混合した体積平均粒径２０μｍの酸化チタン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状白粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーMBX−２０−ホワイト）とを用いている。
【００６０】
また、黒色粒子２２はプラスに、白色粒子２４はマイナスに帯電されると共に、黒色粒子２２と白色粒子２４とを重量比２対１の割合で混合されている。この混合粒子を、各画素に約１．２ｍｇづつ配されるように、メッシュスクリーンを通して表示基板１６上に均一に振るい落とし、これに背面基板１８を重ね合わせ、両基板を加圧保持して粒子表示媒体１２Ａが形成される。なお、表示基板１６及び背面基板１８の間隔は２００μｍとされている。
【００６１】
本第２の実施の形態の作用については、上述の第１の実施の形態の作用と同様であり、本第２の実施の形態に係る画像表示装置によれば、隔壁２０に付着して凝集する粒子はほとんどなく、良好な繰返し表示を行うことができる。
【００６２】
また、画素端部での比誘電率の変化を大きくしたため画素端部近傍の粒子に画素中央方向への力をより大きく作用させることができ、効果的に粒子の隔壁２０への付着凝集を防止することができる。また、画素の中央部では、比誘電率の変化量を最外部より小さくし、粒子に作用する画素中央方向への作用力を小さくしたため画素中央部へ粒子が偏ることもない。したがって、粒子の基板面と平行な方向の移動をより細かく制御することが可能であり、画素内での濃度ムラが少ない良好な繰り返し表示を行うことができる。
【００６３】
なお、表面基板１６側には誘電体層を設けず、背面基板１８側のみに誘電体層を構成したものについても適当な構成を選ぶことによって同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、表示基板１６と背面基板１８との間隙を確保する隔壁２０を各画素毎、あるいは各画素列毎に設けたが、必ずしもその必要はなく、例えば、図８（Ａ）や図８（Ｂ）に示すように、隔壁２０を複数の画素毎に形成してもよく、複数の画素列毎に形成してもよい。
【００６５】
以上のように、上述した各実施の形態によれば、粒子表示媒体を縦置き状態で使用する場合には、粒子が重力によって落下する分を補うように、粒子に上向きの静電気力を作用させることによって、粒子を表示駆動させた際に粒子の自重による落下を防止することができる。
【００６６】
また、セルを形成した粒子表示媒体においては、電極端部近傍の粒子に電極中央部方向へ向かう静電気力を作用させることによって、電極の周囲に設けられた隔壁に粒子が付着して凝集することを防止することができ、品質の高い表示を安定して実現することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一対の基板の少なくとも一方の基板がその面方向に異なる比誘電率を有することによって基板間に形成される電界の向きを湾曲させることにより、粒子群に基板面と平行な方向にも静電気力を作用させることで、表示駆動と同時に粒子群の基板面と平行な方向への移動制御を行うことができ、粒子群が特定の一部分に偏ることを防ぐことができるようにしたので、表示媒体本体の配置状態の如何に関わらず、高品質で安定した画像表示を簡易な構成で行うことができる画像表示媒体及び当該画像表示媒体に画像を形成する画像表示装置を得ることができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態に係る粒子表示媒体における隔壁を示す図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態に係る粒子表示媒体における背面基板を示す図である。
【図４】 （Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る粒子表示媒体において、比誘電率の異なる誘電体層により電界が湾曲する様子を説明するための図であり、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る粒子表示媒体を縦置き状態で使用した場合において、粒子の移動する様子を説明するための図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態に係る粒子表示媒体において、比誘電率の異なる誘電体層により電界が湾曲する様子を説明するための図である。
【図７】 本発明の第２の実施の形態に係る粒子表示媒体における背面基板を示す図である。
【図８】 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明の第２の実施の形態に係る粒子表示媒体における隔壁の他の例を示す図である。
【図９】 （Ａ）は従来の粒子表示媒体の概略構成を説明するための図であり、（Ｂ）は従来の粒子表示媒体で白表示を行った状態を説明するための図であり、（Ｃ）は従来の粒子表示媒体で黒表示を行った状態を説明するための図である。
【図１０】 （Ａ）は従来の粒子表示媒体を地面に対して垂直に配置して使用した場合の説明図であり、（Ｂ）は従来の粒子表示媒体を地面に対して垂直に配置して使用した場合における粒子の移動の様子を示す図である。
【図１１】 縦置き状態での粒子表示媒体の表示状況を改善する先行技術の粒子表示媒体を説明するための図である。
【図１２】 従来のセルを形成した粒子表示媒体の概略構成を示す図である。
【図１３】 セルを形成した粒子表示媒体の表示状況を改善する先行技術の粒子表示媒体を説明するための図である。
【図１４】 縦置き状態或いはセルを形成した粒子表示媒体の表示状況を改善する別の先行技術の粒子表示媒体を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 画像表示装置
１２ 粒子表示媒体
１４ 印加電圧制御部
１６ 表示基板
１８ 背面基板
１６Ａ、１８Ａ 電極
２０ 隔壁
２２ 黒色粒子
２４ 白色粒子
３０、３２、３４、３６、３８ 誘電体層
５０、５２、５４ 誘電体層
Claims (4)
- 少なくとも一方が透光性を有すると共に間の空間に所定の流体が封入され又は該空間が真空に形成された一対の基板と、電界により前記基板間を移動可能に前記一対の基板間に封入され、少なくとも帯電特性の異なる複数種類の粒子群と、を有する画像表示媒体において、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板は、前記空間との間に誘電体層を有し、
前記誘電体層は、前記基板を当該基板の面方向が鉛直方向と平行になるように配置した場合に、当該基板の面方向における比誘電率の大きさが、鉛直方向下側から鉛直方向上側へ段階的に小さくなるように設定されていることを特徴とする画像表示媒体。 - 前記誘電体層は、前記鉛直方向上側ほど比誘電率の変化を小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示媒体。
- 少なくとも一方が透光性を有すると共に間の空間に所定の流体が封入され又は該空間が真空に形成された一対の基板と、電界により前記基板間を移動可能に前記一対の基板間に封入され、少なくとも帯電特性の異なる複数種類の粒子群と、を備えた画像表示媒体と、前記画像表示媒体に電界を印加する電圧印加手段と、を有する画像表示装置において、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板は、前記空間との間に誘電体層を有し、
前記誘電体層は、中央部の比誘電率が周辺部の比誘電率よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする画像表示装置。 - 前記誘電体層は、中央部の比誘電率の変化量が最外部より小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
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