JP4708739B2 - 電気泳動表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動表示素子に関する発明である。

情報技術の目覚しい発展により、社会における各種情報量が飛躍的に増大している。これに伴い、情報の出力装置の一つであるディスプレイのニーズは益々強くなっており、ディスプレイの更なる高精細、低消費電力、軽量、薄型へ向けた研究が活発に行われている。

そして、最近では、研究開発が進められているディスプレイの中で、印刷物と同等の表示品位を持ち、電気的に書き込みができ、フレキシブルに持ち運びができる電子ペーパーが注目されている。また、電子ペーパーは、現在問題となっている紙の大量消費による森林環境問題の解決手段としても大いに期待されている。電子ペーパーの候補の１つとして、Ｈａｒｏｌｄ Ｄ．Ｌｅｅｓ等により電気泳動表示装置が提案されている（特許文献１参照）。

この電気泳動表示装置は、所定間隙を空けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間に充填された絶縁性液体と、絶縁性液体中に分散された着色帯電泳動粒子と、それぞれの基板に沿うように配置された表示電極とで構成されている電気泳動表示素子を備えている。

そして、着色帯電泳動粒子は、正極性又は負極性に帯電されているため、表示電極に印加される電圧の極性に応じていずれかの表示電極に付着する。例えば、上部電極に着色粒子が付着し着色粒子が見える状態と、下部電極に着色粒子が付着し絶縁性液体が見える状態になる。この様に表示は、着色帯電泳動粒子の色と染色された絶縁性液体の色の違いを利用して行われる。

米国特許３６１２７５８号明細書

ところが、このような従来の電気泳動表示素子において、画像データの指示する階調値にのみ応じた書き込みを行うと、所望の階調値表示が得られない場合がある。そして、このような現象を引き起こす原因として、電気泳動表示素子に残留しているＤＣ成分の影響が想定される。

以下、残留ＤＣについて説明する。

図９は従来の電気泳動表示素子の構成の一例を示すものであり、電気泳動表示素子は、正に帯電した黒色の帯電泳動粒子１１と負に帯電した白色の帯電泳動粒子１２と、絶縁性液体と複数の帯電泳動粒子１１，１２とを含む分散液１０と、電圧を印加して分散液中に電界を形成するための第１電極１５と、第２電極１６からなる電極群と、分散液１０と第１電極１５を隔てる絶縁層１７と、分散液１０と第２電極１６を隔てる絶縁層１８と、隣接する画素とを隔てる隔壁１９とを備えている。

なお、この種の電気泳動表示素子において、各部材の物性により各部位の駆動による蓄積電荷の緩和時定数が異なる。ここで、分散液部分の時定数τ１と、絶縁層部分の時定数τ２との関係がτ１≪τ２であるとすると、例えば第１電極１５と第２電極１６との間に、片極性の電圧を印加し続けた場合には、τ２が大きく電荷の溜まり難い絶縁層部分の両端にも電荷が溜まってしまう。

この場合、この後、電極間を０Ｖにしても、絶縁層部分は電荷の緩和時間も長いので、電荷が長い間残留してしまう。この結果、電極間には０Ｖを印加しているにも関わらず、分散液部分の上下端には残留電荷に起因する内部電圧が発生してしまう。そして、この内部電圧が残留ＤＣであり、この残留ＤＣによって、印加電圧とは異なる電圧が分散液部分の上下端にかかり、表示焼きつきが生じてしまう。

さらに、このような現象により、表示する画像情報のみを参照した書き込み動作を行った場合、帯電泳動粒子１１，１２に所望の電圧を印加することができず、所望の表示状態が得られらなくなる。つまり、正あるいは負電圧の、片極電圧駆動を行う電気泳動表示素子の駆動においては、電気泳動表示素子にＤＣ成分が残留してしまい、書き込み時の印加電圧と、帯電泳動粒子１１，１２にかかる実効的な電圧に差が生じてしまうという問題がある。

また、電気泳動表示素子において、光学応答速度が遅く、リセットの表示がユーザに認識されてしまう駆動の場合、電子ペーパーでの基調色は白となるので、白表示リセットからの書き込みが強く求められる。しかし、従来の水平型電気泳動表示素子では、白表示リセットからの書き込みを行う場合、駆動電圧の微小な変動に対して階調光学レベルが変わってしまい、階調制御が困難になるという問題がある。

以下、この原因を説明する。たとえば、図１０に示す従来の水平型電気泳動表示素子では、白表示リセット時には、第１電極４Ａが設けられた隔壁７Ａに黒色の帯電泳動粒子１１が複数層付着する。そして、この帯電泳動粒子１１と分散液１０の表面エネルギーで決まる粒子間引力は、帯電泳動粒子１１と分散液１０と隔壁７Ａの表面エネルギーで決まる帯電泳動粒子１１と隔壁７Ａとの間に働く引力よりも弱い。

よって、帯電泳動粒子１１が複数層付着している状態は不安定で、わずかな電界強度の変化により付着状態が変化する。従って、白表示リセットからの書き込みにおける光学応答特性の変化は急峻になる。つまり、わずかな電界強度の変化により粒子付着状態が変化し、光学応答特性が安定しない。

本発明は、間隔を設けて配置された第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板の間隙に形成され、画素に対応して仕切られた閉空間内に封入された泳動粒子と、前記閉空間の側面に配置された第１電極と、前記閉空間の底面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の表面を覆う絶縁層と、を有し、前記第１電極と前記第２電極の面積とが等しく、前記第１電極から電極上の前記絶縁層の表面までの距離と前記第２電極から電極上の前記絶縁層の表面までの距離とが等しく、かつ前記第１電極の表面の延長面と前記第２電極の表面の延長面とが交差する線を交線とし、前記交線と前記第１電極の表面の前記交線に最も近い辺の間の距離と、前記交線と前記第２電極の表面の前記交線に最も近い辺と間の距離とが等しいことを特徴とする電気泳動表示素子である。

本発明のように、第１及び第２基板の間隙に形成された画素に対応する閉空間の側面に配置された第１電極の面積と、閉空間の底面に配置された第２電極の面積を同じにすることにより、表示書き換えを繰り返す場合においても、各電極に逆極性の電圧を交互に印加する駆動が可能となり、残留ＤＣ成分の蓄積を大幅に緩和することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の参考例に係る電気泳動表示素子の画素構成を示す斜視図であり、図１において、Ｇは画素、１は第１基板、２は第１基板1と間隔を設けて配された第２基板、７は第１基板１と第２基板２との間隔を所定間隔に保ち、かつ隣接する画素とを隔てるための隔壁である。そして、第１及び第２基板１，２、隔壁７との間に形成される密封空間には、液層分散媒と、この分散媒に分散されている帯電した不図示の電気泳動粒子を含み、液層を形成する電気泳動分散液３が封入されている。また、第２基板上には第２電極５が形成されており、隔壁７の表面には第１電極４が形成されている。

なお、本参考例に係る電気泳動表示素子は、６００×１８００のマトリクスパネルであり、このマトリクスパネルの各画素Ｇの高さＡは２０μｍ、画素Ｇの幅Ｂは４０μｍ、画素Ｇの奥行きＣは６０μｍであり、画素Ｇの側面を構成する１対の隔壁７に第１電極４が形成されている。つまり、本参考例においては、画素Ｇの側面の２面と底面とを電極（第１電極４及び第２電極５）で覆うようにしている。

また、第２基板２として１．１ｍｍ厚のガラス基板を使用し、画素Ｇの中央に第２電極５を配置されている。なお、各電極４，５は絶縁層６で表面がコートされている。また、密封空間に封入されている電気泳動分散液３に含まれる電気泳動粒子としては黒色の粒子を用いている。なお、分散液にはイソパラフィンを用い、泳動粒子には粒子径１〜２μｍ程度のカーボンブラックを含有したポリスチレンーポリメチルメタクリレート共重合樹脂を使用している。さらに、各画素Ｇには薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されており、これに電圧印加回路を接続して電気泳動表示装置が構成される。

ところで、本参考例において、画素Ｇの高さＡと幅Ｂの比を１：２としており、これにより第１電極４と第２電極５の面積が等しくなるようにしている。そして、このように第１電極４と第２電極５の面積を等しくした場合、図２の（ａ）に示すように、第１電極４と第２電極５の電極面における電界強度分布が対称となる。なお、第１電極と第２電極が図１のように同じ奥行き寸法を持ち、第１電極が向かい合う２つの隔壁表面に形成されているときは、第１電極の面積とはそれらの面積の和をいうものとする。

図２の（ｂ）は、第１電極４と第２電極５の面積が等しくない場合の電界強度分布を示しており、この場合、第１電極４と第２電極５の電極面における電界強度分布は非対称となっている。

そして、このように電気泳動粒子にかかる電界強度が対称になることにより、光学特性と印加電圧に係る電気光学特性は、図３の（ａ）に示すようになり、図３の（ｂ）に示す電界強度分布が非対称となっているときの電気光学特性に比べ、改善される。

ここで、図３の（ｂ）に示す電気光学特性を有する従来の電気泳動表示素子の場合、白表示リセットからの書き込みと黒表示リセットからの書き込みでは光学応答特性が大幅に異なっており、このため交互に逆極性のリセットを行う双極リセットが困難になる。しかし、図３の（ａ）のような電気光学特性を有する本参考例に係る電気泳動表示素子の場合、白表示リセットからの書き込みと黒表示リセットからの書き込みの光学応答特性がほぼ等しく、リセット動作を同じ電圧振幅で極性を正負交互にして行い、書き込みも両極性の電圧で行うことが可能である。

図４は、本参考例に係る電気泳動表示素子の双極リセットを行う駆動シーケンスを示す図であり、双極リセットを行う場合は、まず電圧Ｖｒｗを印加して白表示リセットを行い、その後任意の階調を書き込む。次に、電圧Ｖｒｂを印加して黒表示リセットを行い、その後任意の階調を書き込む。ここで、ＶｒｗとＶｒｂは振幅が等しく、極性が逆の電圧である。そして、この様に逆極性のリセットを交互に行うことにより、残留ＤＣが蓄積しにくい駆動ができ、この結果、焼きつきが発生しにくく安定した表示書き換えを行うことができる。

このように、第１電極４と第２電極５の面積を等しくすることで、白表示リセットからの書き込みと黒表示リセットからの書き込みにおける泳動粒子にかかる電界強度を等しくすることができ、これにより正電圧と負電圧の両極を使用する双極電圧駆動が可能になる。さらに、表示書き換えを繰り返す場合においても、各電極に逆極性の電圧を交互に印加する駆動が可能となり、従来の片極電圧駆動に比べ残留ＤＣ成分の蓄積を大幅に緩和することができ、表示焼付きの問題を改善することができる。

なお、第１電極４と第２電極５の面積は、所定の階調精度で白表示リセットからの書き込みと黒表示リセットからの書き込みとで光学特性が同じになるならば、厳密に等面積でなく、略同じであっても実用上は差し支えない。

次に、本発明の第２の参考例について説明する。

図５は、本参考例に係る電気泳動表示素子の画素の断面図であり、図５において、図１と同一符号は、同一または相当部分を示している。

図５において、１１は電気泳動分散液３内に含まれた黒色の電気泳動粒子である。本参考例においては、画素Ｇの高さＡを６０μｍ、画素Ｇの幅Ｂを４０μｍ、画素Ｇの奥行きＣ（図１参照）を６０μｍとしている。つまり、本参考例においては、画素Ｇの高さ方向の長さを、画素Ｇの幅方向の長さよりも長くしている。

ここで、従来の電気泳動表示素子においては、既述した図１０に示すように、白表示リセット時、電気泳動粒子１１は、セル付着面に複数層で付着しており、わずかな電界強度の変化により粒子付着状態が変化し、光学応答特性が安定しない問題があった。

これに対し、本参考例に係る電気泳動表示素子においては、白表示リセット時、電気泳動粒子１１は、図５に示すように画素Ｇの高さＡが高いことから、セル付着面に単層で付着しており、従来に比べ粒子付着状態が安定であり、わずかな電界強度の変化では、粒子付着状態が変化しにくい。よって、印加電圧の微小な変化で電気泳動表示素子の光学特性が大きく変わることがない。従って従来の電気泳動表示素子に比べて、白表示リセットからの書き込みの階調光学レベルを安定させることができ、白表示リセットからの階調書き込みの制御性を向上させることができる。

このように、第１電極４の面積を第２電極５の面積よりも大きくすることで、白表示リセットにおいて第１電極４に電気泳動粒子８を単層で付着する状態とすることができ、これにより白表示リセットからの書き込みにおける階調制御性を向上させることができる。

なお、第１電極４の面積をあまり大きくすると、隣接する画素を隔てる隔壁７の高さも高くなってプロセスを困難にさせたり、光反射率、視野角の低下等の問題を引き起こすことから、第１電極４の面積は第２電極５の面積の３倍程度とすることが好ましい。

次に、本発明の第１の実施の形態について説明する。

図６は、本実施の形態に係る電気泳動表示素子の画素の斜視図であり、図６において、図１と同一符号は、同一または相当部分を示している。

本実施の形態においては、画素Ｇの高さＡを１０μｍ、画素Ｇの幅Ｂを４０μｍ、画素Ｇの奥行きＣを４０μｍとすると共に、画素Ｇの側面の４面と底面を電極で覆うようにしている。即ち、画素Ｇの側面のうち、それぞれ対向する２面にそれぞれ第１電極４を設けるようにしている。

ここで、このような構成の電気泳動表示素子では、既述したように第１電極４と第２電極５の面積を等しくしても、第１電極４と第２電極５の接線から、距離の等しい第１電極４と第２電極上の点の電界強度が正確に等しくならないことから、本実施の形態においては、絶縁層６の厚さを調整することにより、第１電極４と第２電極５の接線から、距離の等しい第１電極４と第２電極５上の点の電界強度が等しくなるようにしている。

例えば、画素を上方から見た図７に示すように、電界強度が強い画素の各４角の第２電極５の絶縁層６を厚くし、電界強度の弱い画素中央部の第２電極５の絶縁層６を薄くする。そして、このように構成することにより、双極駆動における駆動電圧が等しい駆動が可能となる。

また、第１電極４から電極上の絶縁層６の表面までの距離と第２電極５から電極上の絶縁層６の表面までの距離を等しくし、かつ第１電極４の電極面の延長面と第２電極５の電極面の延長面とが交差する線を交線とし、交線と第１電極面の交線に最も近い辺と、交線と前記第２電極面の交線に最も近い辺の距離を等しくすることにより、第１電極４と第２電極５の接線から、距離の等しい第１電極４と第２電極５上の点の電界強度が等しくなるようにしてもよい。

そして、このように第１電極と第２電極の接線から、距離の等しい第１電極と第２電極上の点の電界強度が等しくなるように調整することにより、白表示リセットと黒表示リセットにおける、電気泳動粒子にかかる電界強度が対称になる。これにより、光学応答特性が従来に比べ改善され、既述した図３の（ａ）のような電気光学特性が得られる。白表示リセットからの書き込みと黒表示リセットからの書き込みの光学応答特性がほぼ等しく、双極リセットを行うことが可能である。

この結果、既述した図４に示す駆動シーケンスを行うことにより、逆極性のリセットを交互に行うことができ、残留ＤＣが蓄積しにくい駆動ができ、焼きつきが発生しにくく安定して表示書き換えを行うことができる。

なお、第１電極４から電極上の絶縁層６の表面までの距離と第２電極５から電極上の絶縁層６の表面までの距離を等しくできない場合には、例えば第１電極４から電極上の絶縁層６の表面までの距離と第２電極５から電極上の絶縁層６の表面までの距離が、「第１電極４から電極上の絶縁層６の表面までの距離＞第２電極５から電極上の絶縁層６の表面までの距離」の関係を満たすときには、「第１電極４の電極面積＜第２電極５の電極面積」とすることにより、双極駆動における駆動電圧が等しい駆動が可能となる。

また、第１電極４から電極上の絶縁層６の表面までの距離と第２電極５から電極上の絶縁層６の表面までの距離が、「第１電極４から電極上の絶縁層６の表面までの距離＜第２電極５から電極上の絶縁層６の表面までの距離」の関係を満たすとき、「第１電極４の電極面積＞第２電極５の電極面積」とすることにより、双極駆動における駆動電圧が等しい駆動が可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図８は、本実施の形態に係る電気泳動表示素子の画素の斜視図であり、図８において、図１と同一符号は、同一または相当部分を示している。

図８において、８は第１電極４と第２電極５とによって生じる電界が、他の隣接する画素へ影響を及ぼさないようにするための側面電極であり、この側面電極８は画素Ｇの４つの側面のうち、対向する２側面に設けられている。

つまり、本実施の形態においては、画素Ｇの４つの側面のうち、対向する２側面に側面電極８を、他の対向する２側面には第１電極４を設けることにより、画素Ｇの側面の４面と底面を電極で覆うようにしている。

また、本実施の形態においては、（ａ）に示す画素Ｇの高さＡを２０μｍ、画素Ｇの幅Ｂを４０μｍ、画素Ｇの奥行きＣを６０μｍとしており、これにより側面電極８と第１電極４の面積は１：３となるようにしている。

そして、このように画素サイズを規定することにより、例えばそれぞれ赤、緑、青の３色の表示が可能な画素Ｇを図８の（ｂ）に示すように、この３つ並べた場合、側面電極８の影響は少なく、第１電極４だけでの駆動が可能になった。

なお、画素Ｇの奥行きを長くすれば、つまりＢ：Ｃの比を１：３以上とすれば、第１電極４の電極面積は側面電極８の３倍以上となる。よって第１電極４が画素Ｇ内の電界強度分布の決定において支配的になり、電気泳動表示素子の駆動においての側面電極８の影響はより少なくなる。

なお、これまでの説明においては、第１電極の形状は略四角形のものとしたが、本発明はこれに限らず、略３角形、あるいは略多角形としても良い。

本発明の第１の参考例に係る電気泳動表示素子の画素構成を示す斜視図。 上記電気泳動表示素子の画素における電気力線を示す図。 上記電気泳動表示素子における電気光学特性を示す図。 上記電気泳動表示素子の双極リセットを行う駆動シーケンスを示す図。 本発明の第２の参考例に係る電気泳動表示素子の画素の断面図。 本発明の第１の実施の形態に係る電気泳動表示素子の画素の斜視図。 上記電気泳動表示素子の画素を上方から見た図。 本発明の第２の実施の形態に係る電気泳動表示素子の画素の斜視図。 従来の電気泳動表示素子の構成の一例を示す断面図。 従来の水平型電気泳動表示素子における白表示リセット時の状態を示す断面図。

符号の説明

１ 第１基板
２ 第２基板
３ 電気泳動分散液
４ 第１電極
５ 第２電極
６ 絶縁層
７ 隔壁
８ 側面電極
１１ 電気泳動粒子
Ａ 画素の高さ
Ｂ 画素の幅
Ｃ 画素の奥行き
Ｇ 画素

Claims (4)

1. 間隔を設けて配置された第１及び第２基板と、
   前記第１及び第２基板の間隙に形成され、画素に対応して仕切られた閉空間内に封入された泳動粒子と、
   前記閉空間の側面に配置された第１電極と、
   前記閉空間の底面に配置された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極の表面を覆う絶縁層と、を有し、
   前記第１電極と前記第２電極の面積とが等しく、前記第１電極から電極上の前記絶縁層の表面までの距離と前記第２電極から電極上の前記絶縁層の表面までの距離とが等しく、かつ前記第１電極の表面の延長面と前記第２電極の表面の延長面とが交差する線を交線とし、前記交線と前記第１電極の表面の前記交線に最も近い辺の間の距離と、前記交線と前記第２電極の表面の前記交線に最も近い辺と間の距離とが等しいことを特徴とする電気泳動表示素子。
2. 前記閉空間の側面の対向する２面に前記第１電極が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示素子。
3. 前記閉空間の側面の４面に前記第１電極が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示素子。
4. 前記閉空間の対向する側面に前記第１電極が配置され、前記閉空間の対向する他の側面に前記第１電極と第２電極とにより生じる電界の隣接する画素への影響を打ち消すための側面電極が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示素子。

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