JP4160521B2 - 電気泳動表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、電気泳動表示装置に係り、特に、明瞭な表示を実現できる電気泳動表示装置に関する。

低消費電力化並びに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、例えば、特許文献１（米国特許３６６８１０６号）に記載されているような電気泳動表示装置が知られている。この電気泳動表示装置は、荷電を有する電気泳動粒子と絶縁性液体からな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り、この電極を介して分散層に電場を印加することによって、電気泳動粒子をその荷電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。

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。

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る。

この問題を解決するために、特許文献２及び特許文献３並びに非特許文献１に開示されるよう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。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、或いは、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。
米国特許３６６８１０６号 特開平９−２１１４９９号公報（第２−７頁、第１図） 特開平１１−２０２８０４号公報（第３−８頁、第１図） ＩＤＷ‘０２，Ｐ．１３４１（２００２）．

しかしながら、特許文献２においては、遮蔽層を対向基板の外側に設けるため、対向基板の板厚に起因して生じる視差の影響で、本来遮蔽すべき領域の泳動粒子が視認される問題が生じる。また、特許文献２及び非特許文献１では、泳動粒子を収集する第２の電極を柱状に設けているが、高アスペクト比の柱状電極を高密度に形成することは困難である。特許文献２では、画素電極と、前記第２の電極を同一基板に設けているが、両電極の近傍で電界集中が生じ、泳動粒子を均一に移動させることは事実上不可能である。

この発明は、上述したような事情に鑑みなされたものであって、その目的は、コントラストが向上された電気泳動表示装置を提供することにある。

この発明によれば、
第1の基板と、
この第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板間に１つ若しくは複数の画素空間を区画する隔壁部と、
前記第1の基板の前記第２の基板に対向する側の面の前記画素空間内に設けられた第1の電極と、
前記第２の基板の前記第１の基板に対向する側の面の前記第１の電極の周辺領域に配置されている第２の電極と、
前記第2の電極及び前記第2の基板の間に設けられた反射防止層或いは光吸収層と、
帯電されている着色微粒子が分散され、前記画素空間に充填されている液体と、
前記第１及び第２の電極間に電圧を印加して、その間で前記帯電着色微粒子を移動させる電圧源と、
を具備することを特徴とする電気泳動表示装置が提供される。

また、この発明によれば、
第1の基板と、
この第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板間に１つ若しくは複数の画素空間を区画する隔壁部と、
前記第1の基板の前記第２の基板に対向する側の面の前記画素空間内に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極の周辺領域に対向して前記第２の基板及び前記隔壁部間に配置され、前記画素空間内に突出する突出部を備えた第２の電極と、
前記第2の電極及び前記第2の基板の間に設けられた反射防止層或いは光吸収層と、
帯電されている着色微粒子が分散され、前記画素空間に充填されている液体と、
前記第１及び第２の電極間に電圧を印加して、その間で前記帯電着色微粒子を移動させる電圧源と、
を具備することを特徴とする電気泳動表示装置が提供される。

以上説明したように、この発明によれば、電極に遮蔽機能を与えることで、コントラストが向上した電気泳動表示装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る電気泳動表示装置を説明する。

図１は、この発明の第１の実施の形態に係る電気泳動表示装置の代表的な構造を概略的に示す断面図である。

図１には、電気泳動表示装置の１画素の構造が示され、この装置では、絶縁性の基板１上に多数の絶縁性の透明隔壁５が立設され、互いに対向する一対の隔壁５及び基板１によって矩形の画素部空間が規定されている。画素部空間内の基板１上には、第１の電極３が設けられ、この第１の電極３は、絶縁膜７によって被覆され、基板１に対向して隔壁５上には、透明な第２の基板２が設けられ、画素部空間が気密に閉じられている。図１に示す構造では、光遮蔽性材料で作られた第２の電極４が第１の電極３の周辺に配置されるように隔壁５及び第２の基板２との間に狭持されている。この第２の電極４は、第１の電極１に比べて小さな面積を有し、その第１の電極３と第２の電極４との間に電圧源回路８が接続されている。密閉された画素空間には、透明な絶縁性液体６が充填され、この絶縁性液体に着色微粒子が表面電荷を有した状態で分散されている。

尚、第１の電極群３上には、絶縁膜７が設けられなくとも良く、また、第１の電極群のみならず、第２の電極群４が絶縁膜７で被覆されていても良い。絶縁膜７は、微粒子の電極への吸着能を調整するために設けられ、成膜することが望ましいが、必ずしも設けられなくとも良い。

図１に示される構造では、電源８から電極３、４に電圧を印加すると、画素空間に電界が発生され、この発生された電界の向きに応じて絶縁性液体６中を微粒子が電極３、４の一方に向けて移動される。即ち、電極３、４に印加される電圧に応じて絶縁性液体６中の微粒子のこれら電極３、４への移動が制御される。ここで、第１の電極３に着色粒子が移動されると、透明な第２の基板２を介して着色粒子が観察されることから、着色粒子の着色に応じた色が表示される。また、第２の電極４に微粒子が移動される場合には、微粒子が第２の電極４の周囲に集積されることから、透明な第２の基板２を介して絶縁膜７の表面色が観察される。絶縁膜７が透明であれば、第１の電極３の表面色が観察され、絶縁膜７及び第１の電極３が透明であれば、第１の基板１の表面色が観察される。絶縁膜７、第１の電極３或いは第１の基板１の表面色が白であれば、白が表示され、また、絶縁膜７、第１の電極３或いは第１の基板１の表面が反射特性を有す場合には、白が表示される。

図１に示されるような構造において、隔壁を形成する材料として、有機、或いは、無機の透明な絶縁材料が用いられる場合には、泳動粒子を電極１上に均一に分布させて黒を表示させても、透明な隔壁５を介して電極１上の泳動粒子が視認されてしまい、コントラストが低下されて明瞭な画像を表示することができない虞がある。また、隔壁５が顔料・染料等によって着色されている場合には、コントラストを向上させることができるが、隔壁５から顔料・染料が絶縁性液体６中に溶出する等の技術的な問題がある。

これに対して、図１に示される構造では、電極１の周辺に相当する隔壁５の上部に電極２が設けられ、この電極２が光遮蔽性材料で形成されている。光遮蔽性材料として一般的な金属、例えば、Ａｌ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔｉ等が用いられれば、薄膜で十分に可視光線を遮蔽することができる。電極２は、可視光線のみでなく必要に応じて可視光線以外の光線をも遮蔽しても良い。図１に示す構造では、また、遮蔽層が第２の基板２下に設けられ、画素空間がこの遮蔽層としての電極２によって区画されていることから、電気泳動表示装置を斜め方向から観察しても光線が遮蔽層としての電極２によって遮られ、隔壁５を介して電極１上の泳動粒子を観察することが阻止される。従って、隔壁５が透明に形成されていても、コントラストの低下を防止することができる。また、隔壁５が顔料・染料を含まないことから、この顔料・染料が絶縁性液体６中に溶出することもない。

次に、図２から図３を参照して、この発明の他の実施形態に係る電気泳動表示装置を説明する。尚、図２から図３を参照する説明においては、図１に示した構造における同一部分及び同一箇所には同一符号を付してその説明を省略する。

図２は、この発明の第２の実施形態に係る電気泳動表示装置を概略的に示す断面図である。図２に示すように電気泳動表示装置は、図１に示す電気泳動表示装置と略同一の基本構造を備えている。

図２に示される構造においては、第２の電極４は、光遮蔽性を有する金属材料で形成される。そのため外部からの光線が隔壁５上を介して画素空間へ侵入することが防止される。しかし、基板２を介して電極４に到達した光線は、電極４で反射されるため、外光と観察者の位置関係によっては電極４が輝いて見え、画質を劣化させてしまう。そこで基板２と電極４の間に反射防止層９を挿入することで、電極４からの反射を抑制することが出来る。また、基板２と電極４の間に、光吸収層を挿入することでも、同様の効果が達成できる。ここで、反射防止層９とは、入射された光線を干渉させてその反射する光線を弱める性質を有し、また、光吸収層は、入射された光線を実質的に吸収して反射光線を低下する性質を有する。

尚、第２の電極４は、光遮蔽性材料で形成されず、透明材料で形成されても良く、この第２の電極４と第２の基板２との間に、外部から光線が隔壁５上を介して画素空間へ侵入することを防止する為に、光遮蔽層と反射防止層９が電極４と第２の基板２との間に設けられても良い。光遮蔽層と反射防止層９は、その表面で外部からの光線を反射し、表示において明瞭に画素空間を区画することとなる。反射防止層９の代わりに光吸収層を設けても同様の効果が得られる。第２の電極４は、光遮蔽性材料で形成される場合には、反射防止層９が設けられるとともに光遮蔽性電極４が設けられることから、確実に電極１上の泳動粒子で散乱され光線の侵入を防止することができる。特に、泳動粒子が黒色に着色されたものである場合には、泳動粒子での光線の散乱を確実に防止することができ、黒表示の反射率を確実に下げることができ、明瞭な黒表示が可能となる。

図３は、この発明の第３の実施形態に係る電気泳動表示装置を概略的に示す断面図である。図３に示すように電気泳動表示装置は、図２と同様に図１に示す電気泳動表示装置と略同一の基本構造を備えている。

図３に示される構造においては、第２の電極４が隔壁５から画素空間内に突出するように第２の電極が隔壁より広い大きさを有し、第２の電極４の一部が第１の電極１の周囲部に対向されている。図１に示される構造では、第２の電極４の表面は、隔壁５に連続している。即ち、第２の電極４の幅は、隔壁５の幅に一致し、第２の電極４の側面が隔壁５の内面に一致されている。従って、図１に示す構造では、泳動粒子が第２の電極４に十分近づくことが出来ず、粒子の収集性能が劣る虞がある。これに対して、図３に示すような構造においては、第２の電極４が隔壁５から画素空間内に突出されていることから、第２の電極４は、泳動粒子が集積される十分な領域を与えることができ、粒子の収集性能を高めることが出来る。また、図３に示す構造によれば、第２の電極４の突出部下に泳動粒子が集められ、この泳動粒子が観察者側から隠蔽され、明瞭に基板１等の色を表示することが出来る。更に、第2の電極４が隔壁５から突出されていることから、斜めから方向から侵入する光線を確実に遮蔽することが可能となり、よりコントラストを向上させることができる。

尚、図２に示される構造と同様に図３に示される構造においても、第２の電極４が光遮蔽性材料で形成されず、透明材料で形成され、この第２の電極４と第２の基板２との間に、外部から光線が隔壁５上を介して画素空間へ侵入することを防止する為に反射防止層９の代わりに光遮蔽層が電極４と第２の基板２との間に設けられても良い。

この発明の電気泳動表示装置の実施例を以下に説明する。尚、この発明がこれらの電気泳動表示装置の実施例のみに限定されるものではないことは明らかである。

（実施例１）
図１に示すようにガラス基板上に配線及び薄膜トランジスタが形成されたアクティブマトリクス基板１が用意され、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、第1の電極３としてＩＴＯを成膜し、ＩＴＯ膜を画素電極形状にパターニングした。

次に、感光性ポリイミドを用いて隔壁５を幅８ミクロン、高さ１０ミクロンに形成した。また第２の基板にはモリブデンで第２の電極をマトリクス状に形成した。第２の電極幅は隔壁より広く、幅１４ミクロンとした。

着色微粒子を分散した絶縁性液体６は、以下の通り作製した。電気泳動微粒子として、粒経1ミクロンのカーボンブラックを、また絶縁性液体としてIsoparG（エクソンモービル製）を用い、両者を微粒子の混合重量率が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。

得られた分散性液体６を基板１上にディップコートして画素内に充填した後、基板２を基板１上に被せて圧着し、表示装置を得た。

その後御、基板１裏面に白色板を配置し、光学特性を評価した。第1の電極群と第2の電極群の間に１０Ｖの直流電圧を印加した。着色微粒子は第２の電極群４から第1の電極群３に移動し、黒表示が得られた。隔壁５からの光漏れはなく、良好な黒表示が得られた。

得られた白反射率は６０％、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２００ミリ秒であった。

尚、第１の基板と第２の基板の平面方向の位置ずれを考慮すると、隔壁に対して第２の電極の幅が広いことは、有効である。電極幅を前記許容位置ずれ量の２倍より大きく採れば、位置ずれに対して十分となる。

（比較例１）
図１に示す構造を比較例１として作製した。具体的製法は実施例１と同様であり、その詳細は省略する。但し、第２の電極４は、透明電極としなるようにＩＴＯで形成した。即ち、図１に示される構造において、隔壁４並びに第２の電極４が光線の透過を許す構造が用意された。基板１の裏面に白色板を配置し、光学特性を評価した。第1の電極３の群及び第２の透明電極４の群との間に１０Ｖの直流電圧を印加した。着色微粒子は第２の電極群４から第1の電極群３に移動し、黒表示が得られた。得られた白反射率は６０％、黒反射率は２０％、コントラストは３と低下した。

実施例１と比較例１との比較から明らかなように実施例１では、白反射率は変化ないものの、黒反射率が十分に低下され、コントラストが十分に向上されたことが判明した。

この発明の第１の実施形態に係る電気泳動表示装置を概略的に示す断面図である。 この発明の第２の実施形態に係る電気泳動表示装置を概略的に示す断面図である。 この発明の第３の実施形態に係る電気泳動表示装置を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１・・・第１の基板、２・・・第２の基板、３・・・第１の電極、４・・・第２の電極、５・・・隔壁、６・・・絶縁性液体、７・・・絶縁膜、８・・・電圧電源、９・・・反射防止層

Claims (2)

1. 第1の基板と、
   この第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
   前記第１の基板及び前記第２の基板間に１つ若しくは複数の画素空間を区画する隔壁部と、
   前記第1の基板の前記第２の基板に対向する側の面の前記画素空間内に設けられた第1の電極と、
   前記第２の基板の前記第１の基板に対向する側の面の前記第１の電極の周辺領域に配置されている第２の電極と、
   前記第2の電極及び前記第2の基板の間に設けられた反射防止層或いは光吸収層と、
   帯電されている着色微粒子が分散され、前記画素空間に充填されている液体と、
   前記第１及び第２の電極間に電圧を印加して、その間で前記帯電着色微粒子を移動させる電圧源と、
   を具備することを特徴とする電気泳動表示装置。
2. 第1の基板と、
   この第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
   前記第１の基板及び前記第２の基板間に１つ若しくは複数の画素空間を区画する隔壁部と、
   前記第1の基板の前記第２の基板に対向する側の面の前記画素空間内に設けられた第1の電極と、
   前記第1の電極の周辺領域に対向して前記第２の基板及び前記隔壁部間に配置され、前記画素空間内に突出する突出部を備えた第２の電極と、
   前記第2の電極及び前記第2の基板の間に設けられた反射防止層或いは光吸収層と、
   帯電されている着色微粒子が分散され、前記画素空間に充填されている液体と、
   前記第１及び第２の電極間に電圧を印加して、その間で前記帯電着色微粒子を移動させる電圧源と、
   を具備することを特徴とする電気泳動表示装置。

Images