JP4596356B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
図11は、従来技術における電気泳動方式を適用した表示デバイスの一例を示す概略構成図であり、図12は、従来技術におけるトナー方式を適用した表示デバイスの一例を示す概略構成図である。
図11に示すように、電気泳動方式を適用した表示デバイス100は、概略、対向して配置された視野側の透明基板101及び背面側の基板102と、該視野側の透明基板101及び背面側の基板102の各対向面側に設けられた電極103、104間に、白色及び黒色の帯電粒子106、107を混入した溶媒105を封入したマイクロカプセル110を配列した表示層と、視野側の透明基板101と電極103間(透明基板101の視野側であってもよい)に設けられたカラーフィルタ120と、を備えた構成を有している。ここで、白色及び黒色の帯電粒子106、107は、各々異なる極性に帯電している。
なお、このような電気泳動方式を適用した表示デバイスについては、例えば、特許文献1等に詳しく記載されている。
なお、このようなトナー方式を適用した表示デバイスについては、例えば、特許文献2等に詳しく記載されている。
すなわち、上述したような電気泳動方式を適用した表示デバイスにおいては、溶媒中に表示媒体である帯電粒子が封入された構成を有しているので、電極間に電界を形成していずれかの電極側に帯電粒子を移動させた場合、その表示状態を比較的良好に保持することができるものの、帯電粒子の各電極方向への移動速度(応答時間)が比較的遅いため、迅速に画像情報の書き換えを行うことができないという問題を有していた。
しかしながら、トナー方式を適用した表示デバイスにおいては、各表示画素を構成する画素セルに、溶媒を用いることなく帯電粒子を封入した構成を有しているため、帯電粒子同士の吸着(凝集)が生じて、見かけ上の帯電粒子の粒子径が大きくなり、電界中での移動特性(電界応答特性)や電極表面への吸着特性等が劣化して、画像情報の正常な表示が実行できなくなるという問題を有していた。
まず、本発明に係る表示装置に適用される表示パネルについて説明する。
本発明に係る表示装置は、上述した従来技術に示した表示パネルと同様に、トナー方式の表示パネル構造を有し、概略、対向して配置された視野側の透明基板(第1の基板)及び背面側の基板(第2の基板)と、該基板間に設けられた隔壁とにより形成される空間を有する画素セルが、該基板間に2次元配列され、各画素セル(上記空間)内に所定の色を有する帯電粒子(帯電性の微粒子)が封入された構成を有している。なお、本発明に係る表示装置に適用可能な表示パネル(画素セル)の具体的な構成については、後述する適用例において詳しく説明する。
図1は、トナー方式を採用した表示パネルに適用される帯電粒子の物理的特性を示す図である。
本発明に適用される帯電粒子をはじめ、特定の空間内に離間して存在する微粒子相互間には、一般に、静電気力、ファンデルワールス力、液架橋力等の付着力(吸着力)が働くことが知られている。
本実施形態においては、上述したファンデルワールス力を低減するための帯電粒子の組成について説明する。
図2は、第1の実施形態に係る表示装置の表示パネル(画素セル)に適用される帯電粒子の粒子径の特徴を示す概略図であり、図3は、本実施形態に適用される帯電粒子の粒子径とファンデルワールス力との関係を示す特性図である。ここでは、図1に示した帯電粒子の物理的特性を適宜参照しながら説明する。
具体的に説明すると、図2(a)に示すように、粒子径が均一で、粒子間距離hが粒子径rに比較して十分小さい場合の帯電粒子間のファンデルワールス力Vvdraは、次の(1)式で表すことができ、図2(b)に示すように、粒子径rが異なる場合(r1≠r2;r1、r2は、各微粒子PL1、PL2の粒子径)のファンデルワールス力Vvdrbは、次の(2)式で表すことができる。
Vvdra=−Ar/12h ・・・(1)
Vvdrb=−A×r1×r2/6h(r1+r2) ・・・(2)
まず、図2(a)に示すように、粒子径が均一な微粒子PL1からなる組成において、Hamaker定数Aを1、粒子径rを5μm、粒子間距離hを0.01μmに設定した場合、上記(2)式に基づいて、ファンデルワールス力Vvdraは、−41.6[N]が得られる。
これにより、上記粒子径r1、r2及び粒子間距離hの条件においては、粒子径が均一な微粒子からなる組成(図2(a))よりも、粒子径が異なる微粒子からなる組成(図2(b))の方が、ファンデルワールス力が大幅に低下し(−41.6[N]→−7.5[N])、帯電粒子相互の凝集エネルギーが低減することが判明した。
また、上記数値範囲の最大値となる微粒子の粒子径r2(=2.5μm)は、微粒子の粒子径r1に対して、50%(=2.5/5)の大きさに対応し、この場合のファンデルワールス力Vvdrb(=−27.8[N])は、粒子径が均一な微粒子相互におけるファンデルワールス力Vvdra(=−41.6[N])に比較して、概ね67%に相当する。
本実施形態においては、上述した液架橋力を低減するための帯電粒子の組成について説明する。ここでは、図1に示した帯電粒子の物理的特性を適宜参照しながら説明する。
図1に示したように、帯電粒子の吸着力は、静電気力(特性線Fc)に比較してファンデルワールス力(特性線Fb)の方が概ね100〜1000倍程度大きく寄与し、さらに、ファンデルワールス力に比較して液架橋力(特性線Fa)の方が概ね10倍程度大きく寄与している。
そのため、表示パネル(画素セル)に柔軟性を持たせた構成を適用すると、必然的に、各画素セルの密閉度が低下することになり、各画素セル内への水分の侵入により、封入された帯電粒子に液架橋力が生じて、帯電粒子の凝集が発生する可能性がある。
図4は、第2の実施形態に係る表示装置に適用される帯電粒子の組成と表示パネルの反射率との関係の一例を示す特性図である。
図4に示すように、まず、表示パネル(画素セル)に帯電粒子のみを封入した構成では、各画素セルごとに設けられた一対の電極間に所定の直流電圧を印加して、電界を形成すると、図中、特性線SPbのように、直流電圧の電圧値(印加電圧)が低い範囲では表示パネルの反射率が比較的緩やかに上昇し、電圧値の上昇とともに、反射率が徐々に上昇する傾向を示すことがわかった。
これは、画素セル内に帯電粒子に加えて、水分吸着性の微粒子を混入することにより、画素セル内の水分量が抑制されて、帯電粒子相互の液架橋力が低減し、凝集が抑制されて帯電粒子が良好に分散した状態で電界中を移動し、電極表面に吸着したことにより、比較的低い電圧領域から反射率が上昇したものと推測される。
なお、本実施形態においては、本来の帯電粒子に多孔質の水分吸着粒子を混入した組成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、帯電粒子自体を多孔質化して水分吸着性を持たせるようにしてもよい。
<第1の適用例>
上述したような帯電粒子の組成を適用可能な表示パネル(画素セル)としては、例えば、従来技術に示したような周知のトナー方式の表示デバイスの構成(図12参照)に良好に適用することができる。
すなわち、対向して配置された視野側の透明基板及び背面側の基板と、これらの基板間に設けられた格子状の隔壁と、により形成される空間に白色及び黒色の帯電粒子群を封入した画素セルと、該画素セルごとに視野側の透明基板(第1の基板)及び背面側の基板(第2の基板)の各対向面側(画素セル側)に設けられ、同等の面積を有する一対の電極と、を備えた表示パネルの構成に適用することができる。
図5は、本発明に係る表示装置に適用可能な表示パネル(画素セル)の第2の適用例を示す概略構成図である。
図5(a)、(b)に示すように、本適用例に係る表示パネル10Aは、従来技術に示したトナー方式の表示デバイスと同様に、対向して配置された視野側の上部基板(第1の基板)11と背面側の下部基板(第2の基板)12の間に、隔壁(図では格子状の隔壁を示す)13により、相互に隔離された空間SC(セル構造)を有する複数の画素セルPECを有し、各画素セルPECは、下部基板12上に、各画素セルPECの平面的な広がりに対応する領域(例えば、画素セルPECの平面形状と同等の広がりを有する領域)に形成された下部電極(一方の電極)15aと、該下部電極15aを被覆するように下部基板12表面に形成された白色を有する薄膜層(白色薄膜)17と、上部基板11上(反視野側;図面下方)に上記下部電極15aとの平面的な重なりを極力避けた領域(例えば、図5(a)に示すように、画素セルPECの隔壁13近傍に延在する領域であって、下部電極15aよりも小さな面積を有する領域、あるいは、図5(c)に示すように、2つの隔壁13により形成される角部近傍の領域)に形成された上部電極(他方の電極)14aと、該上部電極14aを被覆するように上部基板11表面に形成された保護膜16と、該上部基板11、下部基板12及び隔壁13により形成された各画素セルPECの空間SC内に封入された、特定の色成分を有する帯電粒子(群)PLc、PLy、PLm(帯電性の微粒子;以下、これらを総称して、「帯電粒子PLx」とも記す)と、を備えた構成を有している。
さらに、上記各帯電粒子PLc、PLy、PLmは、各々、上述した各実施形態に示したように、粒子径が異なる帯電粒子からなる組成、又は、帯電粒子とともに、多孔質の水分吸着粒子を混入した組成、あるいは、これらを併せ持つ組成を有している。
図6は、本適用例に係る表示パネルに適用される画素セルの駆動状態を示す概念図であり、図7は、本適用例に係る表示パネル(表示画素)における表示色を説明するための減法混色を示す図である。ここでは、説明の都合上、便宜的に各画素セルに封入された帯電粒子が、正(+)極性に帯電している場合を示すが、負(−)極性に帯電している場合は、以下の説明と逆の表示状態を示す。
また、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を実現することができるので、表示装置(表示パネル)を一層薄型化することができる。
図8は、本発明に係る表示装置に適用可能な表示パネル(画素セル)の第3の適用例を示す概略構成図である。ここで、上述した第2の適用例と同等の構成については、同等又は同一の符号を付してその説明を簡略化又は省略する。
そして、このような各画素セルPECにおける白表示及び色表示状態を適宜設定することにより、3色(画素セル)一組で構成される各表示画素における表示色を、図7に示した減法混色に基づいて、任意に設定することができる。
図9は、本適用例に係る表示装置に適用可能な表示パネルの第4の適用例を示す概略構成図である。ここで、上述した第2乃至第3の適用例と同等の構成については、同等又は同一の符号を付してその説明を簡略化又は省略する。
図9(a)に示すように、本適用例に係る表示パネル10Cは、対向して配置された上部基板11及び下部基板12と隔壁13により隔離された空間SCを有する各画素セルPECが、白色薄膜を有さず、上述したシアン(C)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)の3色のいずれかを有する帯電粒子PLc、PLy、PLmとともに、白色を有する帯電粒子PLwが封入された構成を有している。また、各画素セルPECの下部基板12表面には、少なくとも主電極15bを被覆する保護膜19が設けられている。
ここで、各画素セルPECは、図9(b)に示す表示パネル10Dのように、第3の適用例と同様に、下部基板12側にのみ面積の異なる副電極14b及び主電極15bが設けられた構成を有しているものであってもよい。
図10は、本適用例に係る表示パネルに適用される画素セルの駆動状態を示す概念図である。ここでは、便宜的に各画素セルに封入された、CYMのいずれかを有する帯電粒子が、正(+)極性に帯電し、白色を有する帯電粒子が、負(−)極性に帯電している場合について説明する。
そして、このような各画素セルにおける白表示及び色表示状態を適宜設定することにより、3色(画素セル)一組で構成される各表示画素における表示色を、減法混色に基づいて、任意に設定することができる。
すなわち、一般に適用されるカラートナーにおいては、紙等の被着体にトナー粒子が固定的に付着(結着)する必要があるため、その粒子構造として結着樹脂に有機顔料等の着色剤を含有させた微粒子が用いられるが、本発明においては、上述したように画素セル内に形成される電界に応じて、当該微粒子(帯電粒子)が一対の電極間を迅速かつ的確に移動するとともに、各電極に対して良好に付着及び離脱する必要があるため、各電極に対して印加電圧により形成される電界強度に基づく静電気力のみ、もしくは、該静電気力に加え、電極からの離脱が可能な程度の比較的弱い結着力で、電極表面に付着する特性を有する微粒子を適用することが望ましい。
PEC 画素セル
10A〜10D 表示パネル
11 上部基板
12 下部基板
14a 上部電極
15a 下部電極
14b 副電極
15b 主電極
17 白色薄膜
PLc、PLy、PLm、PLw 帯電粒子
Claims (5)
- 隔壁により区分けされた各画素セルのそれぞれに帯電粒子が封入されたトナー方式の表示装置であって、
第1の粒子径に設定された複数の帯電粒子と前記第1の粒子径よりも小さい第2の粒子径に設定された複数の帯電粒子とが同一の色成分の帯電粒子として同一の画素セルに封入されていることを特徴とする表示装置。 - 前記第2の粒子径が前記第1の粒子径の10〜50%に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 第1の色成分に設定された複数の帯電粒子と前記第1の色成分とは異なる第2の色成分に設定された複数の帯電粒子とが同一の画素セルに封入されていることを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。
- 前記第1の粒子径に設定された複数の帯電粒子と前記第2の粒子径に設定された複数の帯電粒子とが同一の極性に帯電していることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の表示装置。
- 一対の電極が前記各画素セルに形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の表示装置。
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