JP4076222B2

JP4076222B2 - 電気泳動表示装置

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Publication number: JP4076222B2
Application number: JP2003202123A
Authority: JP
Inventors: 豊中井; 信太郎榎本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: JP2005043590A; US20070247418A1; US20050105161A1; US7580025B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低消費電力化、あるいは観測者の目への負担軽減などの観点から反射型表示装置への期待が高まっている。これまでに、反射型表示装置の一つとして電気泳動表示装置が知られている。電気泳動表示装置は、電荷を有する電気泳動粒子と、絶縁性液体からなりこの電気泳動粒子が分散される分散液と、この分散液を挟んで対向する一組の電極からなる。そして、この電極を介して分散液に電場を印加することによって、電気泳動粒子をその電荷と反対極性の電極上に移動させて表示を行うものである。
【０００３】
電気泳動表示装置では、電気泳動粒子が着色され、この電気泳動粒子の対比色は、色素を溶解させた前述の分散液が担っている。より詳細には、電気泳動粒子が観測者に近い一方の電極の表面に付着する場合は、電気泳動粒子の色が観測される。また、電気泳動粒子が観測者から遠い他方の電極の表面に付着する場合は、電気泳動粒子の色は分散液に隠蔽されるとともに分散液の色が観測されるというものである。
【０００４】
電気泳動表示装置は、広視野角、高コントラスト、低消費電力という利点を備えている。しかしながら、分散液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分散液の侵入などの悪影響により、高い反射率、すなわち明るさと高いコントラストを両立させることは本質的に不可能であるという大きな問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、透明な分散液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（特許文献１、及び特許文献２参照）。これらの方式は、第１の色（例えば黒）を表示するときは画素サイズにほぼ等しい画素電極全体に着色粒子を泳動させ、第２の色（例えば白）を表示するときは非画素部、あるいは画素の小面積部分に着色粒子を集めて画素部を透過状態にするものである。分散液に色素を溶解しないため分散液の安定性が高く、また反射電極の散乱特性を制御することで良好な白表示を実現することが可能である。
【０００６】
一方、電気泳動以外の力を用いて微粒子を移動して表示する方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。これは、観測面から遠い側にある電極間に交流電界を印加することで、拡散していた微粒子を選択的に電極間の方向に引き寄せ、観測面に残った微粒子の色を表示する誘電泳動表示装置である。この方法では、複数種類の微粒子を選択的に下方に引き寄せるために、誘電特性が各色で異なるよう設定し、周波数で制御する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２１１４９９号公報（第２−７頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１１−２０２８０４号公報（第３−８頁、第１図）
【特許文献３】
米国特許第６１２０５８８号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気泳動は電界強度に正比例した速度で電気泳動粒子が移動するため、電気泳動粒子が移動を開始する電界の閾値が存在しない。従って、単純マトリクス駆動やメモリ性の発現が実質的に困難である。閾値を発生させるために、電極表面に電気泳動粒子が吸着する方法を採る例があるが、吸着力を制御することは困難で、閾値が大きくばらつく、あるいは長期的に安定しないなどの問題が避けられない。
【０００９】
一方、誘電泳動を用いた表示装置では、交流電界を印加された、観測面から遠い側に引き寄せられた微粒子が再び観測面側に戻るための復元力が存在しないため応答速度が遅いこと、またある設定周波数において、微粒子が移動するための誘電泳動力に閾値がないため、特定の色の微粒子のみを正確に動かすことが難しく、カラー化が難しいという問題がある。また、各画素に設けられた一組の電極に印加する電圧と周波数を同時に制御する必要があり、駆動上も困難が生じる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑み、帯電微粒子を移動させる閾値を簡便に発生させることが出来、低消費電力駆動が可能な電気泳動表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、帯電微粒子を絶縁性液体に分散した分散液層と、分散液層を挟む第１基板及び第２基板と、第１基板の分散液層側の面に設けられる第１電極と、第２基板の分散液層側の面に設けられ、それぞれ第１電極よりも面積が小さくかつ交流電圧が印加される第２電極および第３電極とを具備し、第２電極と第３電極との間には交流電圧が印加され、第２電極と第３電極との間隔は、第２電極と第１電極との間の距離及び第３電極と第１電極との間の距離よりも短いことを特徴とする電気泳動表示装置を提供する。
【００１２】
また本発明は、帯電微粒子を絶縁性液体に分散した分散液層と、分散液層を挟む第１基板及び第２基板と、第１基板の分散液層側の面に設けられる第１電極と、第２基板の分散液層側の面に設けられ、それぞれ第１電極よりも面積が小さい第２電極、第３電極、及び第４電極とを具備し、第２電極と第４電極との間及び第３電極と第４電極との間には交流電圧が印加され、第２電極と第４電極との間隔及び第３電極と第４電極との間隔が、第１電極と第４電極との間の距離よりも短いことを特徴とする電気泳動表示装置を提供する。
【００１３】
本発明においては、絶縁性液体中に分散される帯電微粒子が夫々色の異なる複数種類の帯電微粒子からなり、複数種類の帯電微粒子が同じ極性に帯電しており、かつ、（式２）の値
【００１４】
【数２】

【００１５】
（ただし、ε１は絶縁性液体の複素誘電率であり、ε２は各々の帯電微粒子の複素誘電率である。また、Ｒｅは実数部を示す。）
を比較した際、いずれかの周波数で、各々の帯電微粒子の（式２）の値がそれ以外の帯電微粒子の（式２）の値よりも小さくても良い。
【００１６】
また、本発明においては、いずれの周波数においても、（式２）の値が最も小さい帯電微粒子以外の帯電微粒子は、（式２）の値が正の値をとっても良い。
【００１７】
さらに、本発明においては、複数種類の帯電微粒子が、夫々シアン、イエロー、マゼンダに着色された３種類の帯電微粒子を含んでも良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態に係る電気泳動表示装置について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る電気泳動表示装置について説明する。本実施形態の電気泳動表示装置は、一方の基板に１つの電極を、他方の基板に２つの電極を形成して電気泳動現象と誘電泳動現象の双方を用いて表示を行うものである。
【００２０】
図１は、本実施形態の電気泳動表示装置の、１画素分を示す断面図である。実際には、このような画素が２次元マトリクス状に形成されている。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の電気泳動表示装置は、第１基板１と第２基板２とが対向して設けられ、これらの基板間に各画素を囲むように隔壁５が設けられ、第１基板１、第２基板２及び隔壁５によって形成された領域に絶縁性液体６が挟持される。絶縁性液体６は透明であり、着色帯電微粒子１０が表面に電荷を有した状態で分散している。本実施形態においては、隔壁５、絶縁性液体６及び着色帯電微粒子１０で分散液層を形成している。また、隔壁５で囲まれた各画素には、第１基板１に第１電極３が、第２基板２に第２電極４ａ及び第３電極４ｂが設けられている。さらに、各画素の第１電極３と第２電極４ａ、第３電極４ｂとの間に直流電圧を印加する直流電源８、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間に交流電圧を印加する交流電源９が設けられている。
【００２２】
第１電極３、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ上には絶縁膜が成膜されていることが好ましい。これは、着色帯電微粒子１０の、これらの電極への吸着能を調整するためのものであり、成膜することが好ましいが必須ではない。図１では第１電極３表面に成膜された絶縁膜７のみ示している。
【００２３】
次に、本実施形態の電気泳動表示装置の表示方法を説明する。
【００２４】
各画素の光学的なオン、オフは、画素サイズにほぼ等しい第１電極３全体に着色帯電微粒子１０を泳動させて着色帯電微粒子１０の色を表示する、若しくは第２電極４ａ及び第３電極４ｂ部分に着色帯電微粒子１０を集めて画素部を透過状態にして第１電極３等により白色等の着色帯電微粒子１０の色とは異なる色を表示することにより行う。そして、このような表示を行うためには、どちらかの極性に帯電した着色帯電微粒子１０の移動を、直流電源８及び交流電源９へ電圧を印加して制御する。
【００２５】
まず、直流電源８から第１電極３と、第２電極４ａ、第３電極４ｂとの間に電圧を印加する。この電圧による電界の向きに応じて、絶縁性液体６中の着色帯電微粒子１０は第１電極３側、若しくは第２電極４ａ及び第３電極４ｂ側に移動する。そして、観測面を図面上方とすると、第１電極３に着色帯電微粒子１０が移動した場合は着色表示、第２電極４ａ、第３電極４ｂに着色帯電微粒子１０が移動した場合は透明表示となる。従って、図中、第１電極３を透明として第１基板１下に白色の反射体を設ける、若しくは拡散反射板を設けることにより、白表示が可能となる。反射体を他の色とすれば他の色の表示も可能である。また第１電極３を反射性材料で構成しても、同様に白表示が可能である。第１電極３が透明である場合は、どちらを観測面としても良い。第１電極３の面積よりも、第２電極４ａ及び第３電極４ｂの面積が小さいことにより、着色表示と透明表示とのコントラスト比を高くすることが出来る。第１電極３と第２電極４ａ及び第３電極４ｂとの面積比がほぼコントラスト比に等しくなるため、第１電極３の面積は、第２電極４ａの面積や第３電極４ｂの面積の約５倍以上であることが好ましい。また、第２電極４ａと第３電極４ｂの面積は同じでも異なっていても良い。面積、形状が異なっている場合は、電界強度が不均一になるので、誘電泳動の効果が強くなり好ましい。また、第２電極４ａ及び第３電極４ｂの形状として、電極をパターニングする際にパターニング形状が凹凸を有するものとして電界集中部を設けても、電界強度が不均一になり、誘電泳動の効果が強くなり好ましい。
【００２６】
また、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間には交流電源９から交流電圧が印加される。この場合、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間隙が広くなると、これらの電極間に生じる相互作用は、第１電極３と第２電極４ａとの間の相互作用や第１電極３と第３電極４ｂとの間の相互作用よりも小さくなってしまう。その結果、第２電極４ａや第３電極４ｂから出た電気力線の大半が第１電極３に到達してしまい、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間で誘電泳動力が生じなくなる。したがって、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間隙を狭く保つことが必要であり、これにより、これらの電極間に生じる電界はその周辺より強くなり電界強度の分布が生じる。具体的には、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間隔は、第１電極３と第２電極４ａとの間隔、第１電極３と第３電極４ｂとの間隔よりも狭くすることが好ましい。その結果、着色帯電微粒子１０の誘電特性に応じ、（式３）
【００２７】
【数３】

【００２８】
（ただし、ε１は絶縁性液体の複素誘電率であり、ε２は着色帯電微粒子の複素誘電率である。また、Ｒｅは実数部を示す。）
の値が正であれば、着色帯電微粒子１０を動かす力（誘電泳動力）が生じ、着色帯電微粒子１０はより電界の強い領域に移動する。従って、着色帯電微粒子１０と絶縁性液体６の複素誘電率を調整すれば、着色帯電微粒子１０を第２電極４ａと第３電極４ｂとの間に引き寄せる力が働く。つまり、着色帯電微粒子１０に働く力は、着色帯電微粒子１０の帯電量に依存した電気泳動力と、着色帯電微粒子１０の帯電量には依存しない、複素誘電率に依存した誘電泳動力の合力として表される。第２電極４ａ及び第３電極４ｂは、着色帯電微粒子２が画素内で偏りなく均一に移動するために、対称点である画素の中央部に設けられることが好ましいが、着色帯電微粒子２の均一な移動に障害がない範囲であればどこに設けられても良い。また、第２電極４ａ及び第３電極４ｂの組を複数設けた場合には、画素の中央部にある必要はない。
【００２９】
ここで、第１電極３と第２及び第３電極４ａ、４ｂとの間に直流電圧を印加して、第１電極３側に着色帯電微粒子１０を動かす方向に電気泳動力を発現させ、同時に、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間に交流電圧を印加して、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間に着色帯電微粒子１０を引き寄せる誘電泳動力を発現させる。誘電泳動力は、電界強度の変化により発生する力であるから、着色帯電微粒子１０が第２電極４ａや第３電極４ｂの近傍から離れると電界強度の変化は急激に弱まるため、電界強度の二乗の微分に比例する誘電泳動力も極端に弱まる。その結果、誘電泳動力は、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に限定される。
【００３０】
まず第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に微粒子が集められている状態を考える。ここで第１電極３に電位を与えて、第１電極３に向けた電気泳動力を発生させる。電気泳動力が誘電泳動力より強くならない限りは、着色帯電微粒子１０は第１電極３に向かって移動することは出来ない。従って、電気泳動力が誘電泳動力より強くなるように電圧を印加した場合に、着色帯電微粒子１０が第１電極３側に引き寄せられ、電気泳動力と誘電泳動力の双方を用いることによって閾値が発生したことになる。
【００３１】
また、電気泳動力が誘電泳動力よりも強くなるよう第１電極３に電圧が印加され、第１電極３側に引き寄せられている状態を考える。この場合は、着色帯電微粒子１０が第１電極３に反発するような電圧を第１電極３に与え、着色帯電微粒子１０が第２電極４ａや第３電極４ｂ側へ向かうような電気泳動力を発生させる。すると、電気泳動力により第１電極３から離れ第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に引き寄せられた着色帯電微粒子１０は、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍での誘電泳動力で、さらに第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に引き寄せられる。
【００３２】
なお、本実施形態のように誘電泳動力を発生させるためには、常時、商用電力と同じ５０〜６０Ｈｚを含む、数１０Ｈｚ〜１ＭＨｚ程度の交流電圧を印加しなければならない。しかし、交流電圧を印加するための消費電力は容量に比例し、電圧の二乗に比例するが、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間の静電容量は画素容量に比較して小さく、また、第２、第３電極４ａ、４ｂ間に発生する電界は１〜３Ｖ／ミクロン程度でよいため、交流電界発生に必要な電力はきわめて小さい。従って常時交流電圧を印加することによる電力消費は無視できるといえる。
【００３３】
また、第２、第３電極４ａ、４ｂ近傍に集められた着色帯電微粒子１０は、帯電しているため比較的低い周波数では電気泳動的性質も併せ持つ。その結果交流電界に若干追随することになり、着色帯電微粒子１０は振動する。従って、交流電界を印加することで、絶縁性液体６中の不純物イオンの偏在や、着色帯電微粒子１０の凝集を防ぐことが出来、安定した状態を保持することが出来る。
【００３４】
着色帯電微粒子１０が第１電極３側に移動した時は、着色帯電微粒子１０は第２電極４ａや第３電極４ｂからの距離が遠いため誘電泳動力は働かず、電気泳動力を零にした状態でもブラウン運動で若干拡散する程度にとどまる。また、第１電極３側に移動した着色帯電微粒子１０も、第２、第３電極４ａ、４ｂ間に印加された微小な交流電圧の影響で、僅かに電気泳動力の変化を受け、微小な振動を起こす場合がある。これは着色帯電微粒子１０の吸着、凝集を防ぐ効果がある。また、電気泳動力を完全に平均的に零にする必要はなく、第１電極３方向に僅かな電気泳動力を誘起させておくことも可能である。例えば、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に着色帯電微粒子１０を引き寄せている場合は、誘電泳動による力を超えない範囲であれば、電気泳動力を誘起させても問題ない。また、第１電極３側に着色帯電微粒子１０を引き寄せている場合は、僅かな電気泳動力を誘起させ続けることで着色帯電微粒子１０が第１電極３から離れずに安定し、直流電圧による劣化を最低限に抑えながら、第１電極３からの着色帯電微粒子１０の拡散を防ぐことが出来る。
【００３５】
なお、誘電泳動力を発生させるために、第２電極４ａ及び第３電極４ｂの２つの電極を設ける例を示したが、これに限定されるものではなく、第２電極４ａ及び第３電極４ｂの組を、複数組設けても良い。また、着色帯電微粒子１０が高濃度に分散されている場合は、第２電極４ａ、第３電極４ｂ近傍に全ての着色帯電微粒子１０を集めることは困難であることから、第２電極４ａ及び第３電極４ｂはコントラスト比を確保した上である程度の面積を必要とする。
【００３６】
また、本実施形態の電気泳動表示装置では、中間調の表示も可能である。一般に着色帯電微粒子１０の帯電量や誘電特性は、その製法上必然的にある分布を有する。そこで、第２電極４ａ及び第３電極４ｂから第１電極３へと移動する着色帯電微粒子１０の量を、第２電極４ａ及び第３電極４ｂと、第１電極３との間の電位差により制御することにより、中間調表示が可能となるのである。すなわち、これらの電極間の電位差がある値となる場合、電気泳動力と誘電泳動力のバランスで、電気泳動力が強い着色帯電微粒子１０のみが第１電極３に移動する。この電位差を調整することで、第１電極３側に移動する着色帯電微粒子の量を制御し、中間調表示が可能となる。なお、このバランスの制御を、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間に印加する交流電圧、あるいは周波数を調整することにより行うことも可能であるが、第１電極３の電位を調整する方法がより簡便である。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る電気泳動表示装置について説明する。本実施形態の電気泳動表示装置は、着色帯電微粒子を画素の一部に集めて消色状態とした場合の、実質的開口率を高くするための構成を示したものである。本実施形態においては、第１の実施形態と構成が異なる点のみを説明し、同様の部分は省略する。
【００３８】
図２は、本実施形態の電気泳動表示装置の、１画素分を示す断面図である。
【００３９】
図２に示すように、本実施形態の電気泳動表示装置は、第２電極４ａ及び第３電極４ｂとが、夫々画素の両端部に設けられる点が第１の実施形態とは異なる。そして、第２電極４ａと対になる第５電極２０と、第３電極４ｂと対になる第６電極２１とを有する。
【００４０】
本実施形態においては、第１交流電源２２により第２電極４ａと第５電極２０との間に交流電圧が印加され、第２交流電源２３により第３電極４ｂと第６電極２１との間に交流電圧が印加される。また、第２電極４ａと第５電極２０との間の距離、及び第３電極４ｂと第６電極２１との間の距離は、第２電極４ａや第３電極４ｂ、第５電極２０、第６電極２１と、第１電極３との距離よりも小さいものとする。すると、これらの交流電圧により誘電泳動力が発生し、第２電極４ａ及び第５電極２０近傍、第３電極４ｂ及び第６電極２１近傍に着色帯電微粒子１０が引き寄せられる。このとき、第２電極４ａ、第５電極２０、第３電極４ｂ、及び第６電極２１は、画素のコーナー部にあることから、消色表示時の実質的な開口率を高めることが可能となる。図２では、第１交流電源２２と第２交流電源２３とを設けた図を示しているが、これに限定されるものではなく第２電極４ａと第５電極２０との間と、第３電極４ｂと第６電極２１との間の双方に交流電圧を印加する交流電源を１つ設けても良い。
【００４１】
また、第１電極３は直流電源８に接続されており、直流電圧が印加される。すると、第１電極３と、第２電極４ａや第３電極４ｂ、第５電極２０、第６電極２１との間には電気泳動力が発生し、この電気泳動力が上述した誘電泳動力よりも大きい値となった場合に、着色帯電微粒子１０は第１電極３側へと移動する。よって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、着色帯電微粒子１０に閾値特性を持たせて移動させ、表示を行うことが出来るのみならず、消色表示の際の開口率を高めることが出来ることから、コントラストの高い表示が可能となる。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る電気泳動表示装置について説明する。本実施形態の電気泳動表示装置は、誘電泳動力を第１の実施形態よりも広い領域で発生させることにより、安定に表示を行うものである。本実施形態においては、第１の実施形態と構成が異なる点のみを説明し、同様の部分は省略する。
【００４３】
図３は、本実施形態の電気泳動表示装置の、１画素分を示す断面図である。
【００４４】
図３に示すように、本実施形態の電気泳動表示装置は、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間に第４電極４ｃが設けられる点が第１の実施形態とは異なる。そして、第２電極４ａと第４電極４ｃとの間には第１交流電源２２により交流電圧が印加され、第３電極４ｂと第４電極４ｃとの間には第２交流電源２３により交流電圧が印加され、誘電泳動力が誘起される。ここで、第４電極４ｃは一定電圧に保たれる。また、第２電極４ａ、第３電極４ｂには、第４電極４ｃの電位を中心にして、正負にそれぞれ逆位相となる交流電圧を印加してもよいし、第４電極４ｃの電位に一定のバイアスをかけた電位を基準として、第２電極４ａ、第３電極４ｂに正負にそれぞれ逆位相となるよう交流電圧を印加してもよい。これ以外にも、第２電極４ａと第４電極４ｃとの間と、第３電極４ｂと第４電極４ｃとの間の双方に交流電圧を印加する交流電源を１つ設けた構成としても良い。
【００４５】
さらに、第１電極３と第４電極４ｃとの間には、直流電源８により直流電圧が印加される。
【００４６】
このような構成により、本実施形態においては、第２電極４ａと第４電極４ｃとの間、及び第３電極４ｂと第４電極４ｃとの間で交流電界が発生することから、誘電泳動に必要な電界が変化している領域がより広く形成される。また第４電極４ｃと第１電極３との間には直流電圧が印加されることになり、着色帯電微粒子１０を十分に基板側に引き寄せることが可能となる。その結果、より多くの粒子へ等しい誘電泳動力を作用させることができるため、第２電極４ａ、第３電極４ｂ、及び第４電極４ｃ近傍から電気泳動力で第１電極３に移動する際の閾値をより安定させることが可能である。
【００４７】
なお、誘電泳動力により第２電極４ａ、第３電極４ｂ、及び第４電極４ｃ近傍に着色帯電微粒子１０が集まる際には、着色帯電微粒子１０は高密度で集まるため、より集まりやすいような構造が望ましい。図４に、第２電極４ａや第３電極４ｂ、第４電極４ｃの構造を示す。図４（ａ）は、第１の実施形態に関する、第２電極４ａ及び第３電極４ｂの構造の例である。第２電極４ａ及び第３電極４ｂを厚膜に形成し、これらの電極間が正対している部分の面積を大きくすることにより、これらの電極間の間隙をより多くし、着色帯電微粒子１０をより多く集められるような構造である。また、図４（ｂ）に示すように、第２基板２に凹状の溝を形成し、この溝部の斜面をも覆うように第２電極４ａ及び第３電極４ｂを形成しても、同様に広い面積で電界を発生して着色帯電微粒子１０を集める効果が期待できる。図４（ｃ）は第３の実施形態に関するものである。図４（ｃ）では図４（ｂ）と同様に、第２基板２に凹状の溝を形成し、この溝部の斜面をも覆うように第２電極４ａ及び第３電極４ｂを形成し、溝部の内部に第４電極４ｃを形成している。そして、第２電極４ａと第４電極４ｃとの間と、第３電極４ｂと第４電極４ｃとの間とに交流電圧を印加して、第４電極４ｃを一定電圧とすることで、より広い面積で電界を発生させることにより、効率よく溝に着色帯電微粒子１０を集められる。図４（ｃ）では、更に第２電極４ａと、第３電極４ｂとに印加する交流電圧を、逆位相にすることで、第２電極４ａと第３電極４ｂとの間に発生する電界も誘電泳動力の発生に利用することが可能となる。
【００４８】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る電気泳動表示装置について説明する。本実施形態の電気泳動表示装置は、誘電泳動力を発生させるための第２電極４ａ及び第３電極４ｂの位置が第１電極４ａに近く、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間、及び第１電極４ａと第３電極４ｃとの間の電界により誘電泳動力を発生させるものである。本実施形態においては、第１の実施形態と構成が異なる点のみを説明し、同様の部分は省略する。
【００４９】
図５は、本実施形態の電気泳動表示装置の、１画素分を示す断面図である。
【００５０】
図５に示すように、本実施形態の電気泳動表示装置においては、第２電極４ａ及び第３電極４ｂは、夫々画素の両端部の隔壁５に接して形成される。ただし、第２電極４ａ及び第３電極４ｂは、第１電極３に近接して位置していれば良く、必ずしも隔壁５に接している必要は無い。第１電極３と第２電極４ａとの距離、及び第１電極３と第３電極４ｂとの距離は、開口率を低下させないために、約５μｍ〜約２０μｍとすることが好ましい。また、第２電極４ａや第３電極４ｂを、隔壁５と第１電極３との間に設けても良い。第２電極４ａ及び第３電極４ｂは、図５中では別々の電源に接続された図となっているが、実際は全画素共通の交流電源９に接続され、微小な交流電圧が印加されている。一方、第１電極３には、画素毎に画像信号に応じて直流電圧が印加される。第１電極３電位が第２電極４ａや第３電極４ｂに印加される交流電圧に近い場合は、第１電極３と第２電極４ａとの間や第１電極３と第３電極４ｂとの間に発生する電界が支配的になり、誘電泳動力によりこれらの電極間に着色帯電微粒子１０が集められる。一方、第１電極３の電位差が第２電極４ａや第３電極４ｂに印加される交流電圧に比較して大きい場合は、第１電極３と第２電極４ａとの間や第１電極３と第３電極４ｂとの間の電気泳動力が支配的となり、着色帯電微粒子１０の帯電極性に応じて、第１電極３、あるいは第２電極４ａ及び第３電極４ｂ側に移動する。したがって、第１電極３側、若しくは第２電極４ａ及び第３電極４ｂ側に着色帯電微粒子１０を移動させるのには電気泳動力を利用し、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ側に着色帯電微粒子１０を引き寄せた状態を保つのには誘電泳動力を利用するのである。第１電極３側に着色帯電微粒子１０を引き寄せた状態を保つのにも電気泳動力を利用しても良い。
【００５１】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電気泳動力と誘電泳動力により、着色帯電微粒子１０の移動に対して閾値特性を付与することが出来る。また、本実施形態においては、第２電極４ａ及び第３電極４ｂが第１基板１近傍に設けられることから、作製が容易になり、また開口率を高めることも出来る。
【００５２】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る電気泳動表示装置について説明する。本実施形態の電気泳動表示装置は、シアン、マゼンタ、イエローの３色の着色帯電微粒子１０を用いて、カラーの表示を行うものである。本実施形態においては、第１の実施形態と構成が異なる点のみを説明し、同様の部分は省略する。
【００５３】
本実施形態では、第１〜第４の実施形態で説明した各種の画素構成を用いることが出来るが、ここでは第１の実施形態で説明した図１を用いて説明を行う。
【００５４】
図１では３色の区別は行っていないが、充填される絶縁性液体６には、シアン、マゼンタ、イエローの３色に着色された３種類の着色帯電微粒子１０が分散されている。帯電極性は同一としている。
【００５５】
各着色微粒子は、上述した（式３）で表される値Ｋを縦軸に、また周波数を横軸に取った場合に、図６のようになる特性を有している。図６中、Ｃで示される点線はシアンの特性を示し、Ｍで示される点線はマゼンタの特性を示し、Ｙで示される点線はイエローの特性を示す。（式３）の縦軸の値Ｋは、上述したように誘電泳動力の強さに比例する値であり、例えば第１周波数ｆ₁ではシアンＣ、第２周波数ｆ₂ではマゼンタＭ、第３周波数ｆ₃ではイエローＹの着色帯電微粒子１０が、３種類の中で最も誘電泳動力が小さくなる。
【００５６】
シアンとマゼンタ、イエローが所望量ずつ混色した色を表示する場合の、表示方法について説明する。
【００５７】
まず第１電極３の電位を誘電泳動力が支配的になるよう設定して、全ての着色帯電微粒子１０を第２電極４ａと第３電極４ｂ近傍に集める。その後、所望量のシアンの着色帯電微粒子１０を移動させるために、第２電極４ａ及び第３電極４ｂに第１周波数ｆ₁の交流電圧を印加しながら、第１電極３に、電気泳動により着色帯電微粒子１０を第１電極３側に引き寄せるような極性で電位を与える。この場合、図６に示すように、最も誘電泳動力の弱いシアンの着色帯電微粒子１０が、第２電極４ａ及び第３電極４ｂの近傍から離れて第１電極３側に移動する。このとき、シアンの次に誘電泳動力の弱いマゼンタの着色帯電微粒子１０が移動しない範囲に、マゼンタの誘電泳動力が電気泳動力に打ち勝つよう第１電極３の電位を設定すればよく、その範囲で各電極間を移動する着色帯電微粒子１０の量を制御すると、中間調を表示することが可能である。
【００５８】
次に、所望量のマゼンタの着色帯電微粒子１０を移動させるために、シアンの着色帯電微粒子１０を第１電極３側に移動させた後に、第２電極４ａ及び第３電極４ｂに第２周波数ｆ₂の交流電圧を印加し、同様に第１電極３に適当な電圧を印加して、マゼンタの着色帯電微粒子１０のみを第１電極３側に移動させる。既に第１電極３に移動したシアンの着色帯電微粒子１０は、その間第１電極３に保持される。
【００５９】
次に、所望量のイエローの着色帯電微粒子１０を移動させるために、シアンとマゼンタの着色帯電微粒子１０を第１電極３側に移動させた後に、第２電極４ａ及び第３電極４ｂに第３周波数ｆ₃の交流電圧を印加し、第１電極３に適当な電圧を印加して、イエローの着色帯電微粒子１０のみを移動させる。これにより、シアン、マゼンタ、イエローが所望量混色したカラー表示が可能となる。
【００６０】
画素の情報を書き換える場合は、一旦、第１電極３に逆バイアスの電圧を印加して、電気泳動力で、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍にシアン、マゼンタ、イエローの全ての着色帯電微粒子１０を集めた後、同様のプロセスを繰り返せばよいし、他の色を表示する場合も、同様に、交流電圧の周波数と電気泳動力と誘電泳動力とのバランスを制御して行えばよい。また、着色帯電微粒子１０の移動が完了した後は、第１電極３の電圧は、発生する電気泳動力が誘電泳動力より弱くなるように設定されていれば、０Ｖに限定されるものではない。また、第２電極４ａ及び第３電極４ｂに印加される電圧は、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に残った着色帯電微粒子１０が拡散しない程度の誘電泳動力が生じていればよく、交流電圧の振幅は下げることが出来る。また周波数も同様であり、消費電力の観点からは、画面を書き換えない場合は交流電圧の振幅を下げ、周波数も下げることが望ましい。さらに、各周波数において、最も（式３）の値Ｋが小さい粒子については、その値Ｋの符号が負であっても良いが、それ以外の粒子に関しては、Ｋの符号が正であることが好ましい。
【００６１】
本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、着色帯電微粒子１０に閾値特性を持たせて移動させ、表示を行うことが出来るのみならず、交流電圧の周波数と、直流電圧の電位を制御することにより、複数種類の着色帯電微粒子１０に夫々異なる閾値特性を持たせて移動させ、カラー表示を行うことが出来るものである。
【００６２】
これらの実施形態においては、第１基板や第２基板としては、ガラス、石英の透明材料の他、アクリル系樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの透明なポリマーフィルム等を用いてもよい。また、第２基板側を観測面とした場合などは、第１基板は透明である必要はなく、ステンレス薄膜など金属や、ポリイミド樹脂からなる基板を用いることも可能である。また、第１電極や第２電極、第３電極はＩＴＯ(酸化インジウムスズ合金)、ＩＺＯ(酸化インジウム亜鉛合金)など透明電極材料や、それらの微粒子、ＰＥＤＯＴ(Ｂａｙｅｒ製)など透明有機導電材料の他、光反射性部材（アルミ、銀あるいは、それらを主成分とした合金）などを用いてスパッタ、蒸着、塗布等の方法により形成することが出来る。
【００６３】
さらに、誘電率が低く無色透明の絶縁性液体としては着色帯電微粒子の移動速度を向上するために粘度の低いものを用いることが好ましく、イソパラフィン、シリコーンオイル、トルエン、キシレン等を用いることができる。着色帯電微粒子としては、帯電特性や、分散特性が良好なものが好ましく、ポリエチレン、ポリウレタンなどを用いることができる。帯電微粒子は、着色せずに材料の色を用いた帯電微粒子としても良いし、所望の色に着色した着色帯電微粒子としても良い。カラー表示を行う際の着色帯電微粒子はこれらの材料に顔料を混ぜたものや、それらをマイクロカプセル化で複合化したものなどを用いることができる。黒色を表示する際にはカーボンブラックを用いても良い。また、着色帯電微粒子の複素誘電率を調整する観点から、導電性の高い材料、例えば金属・半導体を微粒子化したものや導電性樹脂を着色帯電微粒子に付加して、着色帯電微粒子の導電率を調整することも有効である。
【００６４】
これらの材料以外にも、本発明の範囲を逸脱しない範囲で様々な材料、作製方法等を用いることができる。
【００６５】
【実施例】
以下、図面を参照して、具体例をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
第１の実施形態に関する実施例１について説明する。図１に示すように、ガラス基板上に配線、薄膜トランジスタが形成された（図示せず）アクティブマトリクス基板１（第１基板）を用い、この各画素の薄膜トランジスタのソース電極と電気的に接続するように、ＩＴＯを第１電極３として成膜し、画素電極形状にパターニングした。
【００６６】
次に、アクティブマトリクス基板１に感光性ポリイミドを用いて隔壁５を高さ１０ミクロンに形成し、透明フッ素系樹脂をディップコートし、第１電極３を形成したアクティブマトリクス基板１表面に絶縁膜７を０．２μｍの厚さとなるよう形成した。
【００６７】
一方、ガラス基板２（第２基板）には、対向の共通電極としてストライプに配置した第２電極４ａ及び第３電極４ｂを、フォトリソグラフィ工程を用いて形成した。第２電極４ａと第３電極４ｂとの間は５μｍ、これらの電極の幅は夫々２０μｍとした。
【００６８】
着色帯電微粒子１０を分散した絶縁性液体６は、以下の通り作製した。着色帯電微粒子１０として、粒経０．５μｍのカーボンブラックを、また絶縁性液体６としてエクソンモービル社製のＩｓｏｐａｒＧを用い、両者を着色帯電微粒子１０の混合重量率が１％となるように混合し、分散安定性向上のため、微量の界面活性剤を添加した。
【００６９】
着色帯電微粒子１０を分散した絶縁性液体６を、隔壁５を形成したアクティブマトリクス基板１上にディップコートして画素内に充填した後、ガラス基板２をアクティブマトリクス基板１上に被せて圧着し、電気泳動表示装置を得た。
【００７０】
この電気泳動表示装置について、アクティブマトリクス基板１裏面に白色板を配置し、光学特性を評価した。第２電極４ａと第３電極４ｂとの間には、３０Ｈｚで０Ｖを中心に振幅２Ｖの交流電圧を逆位相で印加した。まず、第１電極３を＋１０Ｖに印加し、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に全ての着色帯電微粒子１０を集めた。誘電泳動の効果により、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に着色帯電微粒子１０が効率よく集められ、白表示となった。ここで第１電極３の電圧を０Ｖにすると、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に集められた着色帯電微粒子１０は、誘電泳動の効果により第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍から離れることなく、白表示が保持された。このとき、着色帯電微粒子１０が集まった状態で交流電圧が印加されているため、微視的には着色帯電微粒子１０はわずかに振動しており、その結果着色帯電微粒子１０の凝集が起こらず分散が安定した。
【００７１】
次に第１電極３の電位を０Ｖから−１０Ｖまで少しずつ変化させた。−２Ｖまでは着色帯電微粒子１０は第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍から離れず、白表示が保持されたままであった。第１電極３の電位が−２Ｖ以下になると、第２電極４ａ及び第３電極４ｂの近傍に存在していた着色帯電微粒子１０の一部が少しずつ第１電極３に向かって移動を始め、それに伴い、画素領域の反射率は徐々に低下した。更に第１電極３の電位を下げると、大半の着色帯電微粒子１０は第１電極３に向かい、−８Ｖで画素の反射率は最小値となり飽和して、黒表示となった。
【００７２】
この状態で第１電極３の電位を０Ｖに戻すと、第１電極３近傍まで移動した着色帯電微粒子１０は、第２電極４ａ及び第３電極４ｂに印加された交流電圧によりかすかに振動するが、平均的には移動することは無く、黒表示を維持した。白表示の際に得られた白反射率は６０％、黒表示の際に得られた黒反射率は６％、コントラストは１０であった。また応答速度は１００ミリ秒であった。本実施例より、誘電泳動力と電気泳動力とのバランスにより着色帯電微粒子１０に閾値特性を持たせて移動させ、表示を行うことが出来ることが分かる。
【００７３】
（実施例２）
第５の実施形態に関する実施例２について図１及び図６を用いて説明する。図１に示すように、ガラス基板上に配線、薄膜トランジスタが形成された（図示せず）アクティブマトリクス基板１（第１基板）を用い、この各画素の薄膜トランジスタのソース電極と電気的に接続するように、ＩＴＯを第１電極３として成膜し、画素電極形状にパターニングした。
【００７４】
次に、アクティブマトリクス基板１に感光性ポリイミドを用いて隔壁５を高さ３０ミクロンに形成し、透明フッ素系樹脂をディップコートし、第１電極３を形成したアクティブマトリクス基板１表面に絶縁膜７を０．２μｍの厚さとなるよう形成した。
【００７５】
一方、ガラス基板２（第２基板）には、対向の共通電極としてストライプに配置した第２電極４ａ及び第３電極４ｂを、フォトリソグラフィ工程を用いて形成した。第２電極４ａと第３電極４ｂとの間は１０μｍ、これらの電極の幅は夫々２０μｍとした。
【００７６】
着色帯電微粒子１０を分散した絶縁性液体６は、以下の通り作製した。基材となるポリスチレン樹脂中に微細なカーボンブラックを添加してポリスチレン樹脂の導電率を調整した後、表面に顔料を付着させた。顔料の色はシアン、マゼンタ、イエローを用いて、色の異なる３種類を作製した。更にその上に誘電率アクリル系樹脂をコーティングしてマイクロカプセル化することで、色、誘電率、導電率が異なる３種類の着色帯電微粒子１０を得た。平均粒径は０．５μｍであった。
【００７７】
そして、絶縁性液体６としてエクソンモービル社製のＩｓｏｐａｒＧを用い、得られた着色帯電微粒子１０全体の混合重量率が１％となるように、各色の着色帯電微粒子１０を混合し、黒色になるように比率を調整した。分散安定性向上のため、微量の界面活性剤を添加した。その結果、帯電微粒子の帯電極性は正となった。また誘電特性は、図６に示すものとして、第１周波数ｆ₁は５０Ｈｚ、第２周波数ｆ₂は３００Ｈｚ、第３周波数ｆ₃は１０００Ｈｚとした。
【００７８】
着色帯電微粒子１０を分散した絶縁性液体６を、隔壁５を形成したアクティブマトリクス基板１上にディップコートして画素内に充填した後、ガラス基板２をアクティブマトリクス基板１上に被せて圧着し、電気泳動表示装置を得た。
【００７９】
この電気泳動表示装置について、アクティブマトリクス基板１裏面に白色板を配置し、光学特性を評価した。第２電極４ａと第３電極４ｂとの間には、５０Ｈｚで０Ｖを中心に振幅２Ｖの交流電圧を逆位相で印加した。まず、第１電極３を＋１０Ｖに印加し、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に全ての着色帯電微粒子１０を集めた。誘電泳動の効果により、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に着色帯電微粒子１０が効率よく集められ、白表示となった。ここで第１電極３の電圧を０Ｖにすると、第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍に集められた着色帯電微粒子１０は、誘電泳動の効果により第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍から離れることなく、白表示が保持された。このとき、着色帯電微粒子１０が集まった状態で交流電圧が印加されているため、微視的には着色帯電微粒子１０はわずかに振動しており、その結果着色帯電微粒子１０の凝集が起こらず分散が安定した。
【００８０】
次に第１電極３の電位を０Ｖから−１０Ｖまで少しずつ変化させた。−２Ｖまでは着色帯電微粒子１０は第２電極４ａ及び第３電極４ｂ近傍から離れず、白表示が保持されたままであった。第１電極３の電位が−２Ｖ以下になると、第２電極４ａ及び第３電極４ｂの近傍に存在していたシアンの着色帯電微粒子１０の一部が少しずつ第１電極３に向かって移動を始め、それに伴い、画素領域の反射率は徐々に低下し、シアン色を呈した。更に第１電極３の電位を下げると、大半のシアンの着色帯電微粒子１０は第１電極３に向かい、−８Ｖで全てのシアンの着色帯電微粒子１０が移動した。マゼンタ、イエローの着色帯電微粒子１０は誘電泳動力により第２電極４ａ及び第３電極４ｂの近傍から離れないため、混色はなく、シアンの着色帯電微粒子１０のみを移動させることができた。
【００８１】
次に第２電極４ａ及び第３電極４ｂに印加する交流電圧の周波数を３００Ｈｚにした。第１電極３の電位を同様に０Ｖから−１０Ｖまで変化させた。−２Ｖ以下でマゼンタの着色帯電微粒子１０が移動を始め、−８Ｖで全てのマゼンタの着色帯電微粒子１０が移動し、ブルーを呈した。
【００８２】
最後に、第２電極４ａ及び第３電極４ｂに印加する交流電圧の周波数を１０００Ｈｚにした。第１電極３を同様に０Ｖから−１０Ｖまで変化させた。−２Ｖ以下でイエローの着色帯電微粒子１０が移動を始め、−８Ｖですべてのイエローの着色帯電微粒子１０が移動し、黒色を呈した。
【００８３】
この状態で第１電極３の電位を０Ｖに戻すと、第１電極３近傍まで移動した着色帯電微粒子１０は、第２電極４ａ及び第３電極４ｂに印加された交流電圧によりかすかに振動するが、平均的には移動することは無く、黒表示を維持した。白表示の際に得られた白反射率は６０％、黒表示の際に得られた黒反射率は６％、コントラストは１０であった。また応答速度は各色の移動毎に１００ミリ秒であった。本実施例によっても、誘電泳動力と電気泳動力とのバランスにより着色帯電微粒子１０に閾値特性を持たせて移動させ、表示を行うことが出来ることが分かる。また、本実施例によれば、誘電泳動力と電気泳動力とのバランスにより各色の着色帯電微粒子１０の閾値特性を異なるものとして移動させ、カラー表示を行うことが出来ることが分かる。
【００８４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、帯電微粒子を移動させる閾値を簡便に発生させることが出来、低消費電力駆動が可能な電気泳動表示装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気泳動表示装置の１画素分を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電気泳動表示装置の１画素分を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電気泳動表示装置の１画素分を示す断面図である。
【図４】第１、第２、及び第３電極の構造例を示す部分断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る電気泳動表示装置の１画素分を示す断面図である。
【図６】シアン、マゼンタ、イエローの３色に着色された３種類の着色帯電微粒子の、周波数と値Ｋとの関係の例を示した図である。
【符号の説明】
１…第１基板
２…第２基板
３…第１電極
４ａ…第２電極
４ｂ…第３電極
４ｃ…第４電極
５…隔壁
６…絶縁性液体
７…絶縁膜
８…直流電源
９…交流電源
１０…着色帯電微粒子
２０…第５電極
２１…第６電極
２２…第１交流電源
２３…第２交流電源

Claims

帯電微粒子を絶縁性液体に分散した分散液層と、
前記分散液層を挟む第１基板及び第２基板と、
前記第１基板の前記分散液層側の面に設けられる第１電極と、
前記第２基板の前記分散液層側の面に設けられ、それぞれ前記第１電極よりも面積が小さくかつ交流電圧が印加される第２電極および第３電極とを具備し、
前記第２電極と前記第３電極との間には交流電圧が印加され、
前記第２電極と前記第３電極との間隔は、前記第２電極と前記第１電極との間の距離及び前記第３電極と前記第１電極との間の距離よりも短いことを特徴とする電気泳動表示装置。
帯電微粒子を絶縁性液体に分散した分散液層と、
前記分散液層を挟む第１基板及び第２基板と、
前記第１基板の前記分散液層側の面に設けられる第１電極と、
前記第２基板の前記分散液層側の面に設けられ、それぞれ前記第１電極よりも面積が小さい第２電極、第３電極、及び第４電極とを具備し、
前記第２電極と前記第４電極との間及び前記第３電極と前記第４電極との間には交流電圧が印加され、前記第２電極と前記第４電極との間隔及び前記第３電極と前記第４電極との間隔が、前記第１電極と前記第４電極との間の距離よりも短いことを特徴とする電気泳動表示装置。
前記絶縁性液体中に分散される前記帯電微粒子が夫々色の異なる複数種類の帯電微粒子からなり、前記複数種類の帯電微粒子が同じ極性に帯電しており、かつ、（式１）の値

（ただし、ε１は前記絶縁性液体の複素誘電率であり、ε２は各々の前記帯電微粒子の複素誘電率である。また、Ｒｅは実数部を示す。）
を比較した際、いずれかの周波数で、前記各々の帯電微粒子の前記（式１）の値がそれ以外の前記帯電微粒子の前記（式１）の値よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載の電気泳動表示装置。
いずれの周波数においても、前記（式１）の値が最も小さい前記帯電微粒子以外の前記帯電微粒子は、前記（式１）の値が正の値をとることを特徴とする請求項３記載の電気泳動表示装置。
前記複数種類の帯電微粒子が、夫々シアン、イエロー、マゼンダに着色された３種類の帯電微粒子を含むことを特徴とする請求項３または４記載の電気泳動表示装置。