JP4785231B2

JP4785231B2 - 電気泳動表示装置およびその製造方法

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Publication number: JP4785231B2
Application number: JP2000238689A
Authority: JP
Inventors: 勉池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2020-08-07
Also published as: JP2002055366A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電泳動粒子を移動させて表示を行う電気泳動表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達に伴い、低消費電力且つ薄型の表示装置のニーズが増しており、これらニーズに合わせた表示装置の研究、開発が盛んに行われている。中でも液晶表示装置は、液晶分子の配列を電気的に制御し液晶の光学的特性を変化させる事ができ、上記のニーズに対応できる表示装置として活発な開発が行われ商品化されている。しかしながら、これらの液晶表示装置では、画面を見る角度や反射光による画面上の文字の見づらさや、光源のちらつき・低輝度等から生じる視覚へ負担が未だ十分に解決されていない。この為、視覚への負担の少ない表示装置の研究が盛んに検討されている。
【０００３】
低消費電力、眼への負担軽減などの観点から反射型表示装置が期待されている。その１つとして、ＨａｒｏｌｄＤ．Ｌｅｅｓ等により発明された電気泳動表示装置（米国特許第３６１２７５８号明細書）が知られている。図５に従来の電気泳動型表示装置の概略図を示す。同図５は、従来の電気泳動表示装置の構成及びその動作原理を示す。この電気泳動表示装置５６は、帯電した泳動粒子５３と着色色素が溶解された泳動用分散液５４とこの分散液を挟んで対峙する一組の電極５１，５２からなっている。各素子間には、上下基板の間隔を一定に保つため及び帯電泳動粒子の素子間の偏りを防止するためのスペーサー兼隔離５５が形成されている。駆動は、電極５１，５２を介して分散液５４に電圧を印加することにより、泳動粒子５３を粒子白身が持つ電荷と反対極性の電極に引き寄せて行う。表示はこの泳動粒子５３の色と、泳動粒子５３の色相と異なり着色色素が溶解された着色泳動用分散液５４の色によって行われる。
【０００４】
しかしながら、泳動用分散液に着色色素を用いると、電気泳動現象に対する不安定要因となりやすい、あるいは、紫外線等により色素が分解してしまう等の問題点が指摘されている。そこで、色素を使用せずに透明絶縁性液体を用いた電気泳動表示装置が提案されている（特公平６−０５２３５８号公報）。図６はこの方法を示す電気泳動表示装置の概略図であり、透明絶縁性液体５７中において電界印加によって着色された帯電泳動粒子５３が表示面側に集まった場合と、表示面から離間したところに集まった場合とで着色帯電泳動粒子の覆う面積を異ならせることにより表示を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平６−０５２３５８号公報で示された表示方法は、セル形状そのものの構造によって可視断面積を深さ方向で変えて表示を行うため、表示面から離間したところに着色された帯電泳動粒子を集めた場合でも帯電泳動粒子は観察者側から常に視認されるために、表示コントラストの低下をきたしてしまう。帯電泳動粒子を集める場所の形状を泳動方向に対して細く長く形成すれば表示コントラストを高められるが、電極間距離が大きくなってしまうため駆動電圧を高くしなければならない問題があった、
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、高コントラストで、且つ高い反射率を有し、ぺーパーホワイト表示可能な電気泳動表示装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、表示側電極を備える表示側基板と、後方電極を備える後方基板と、前記表示側基板と前記後方基板との間にあるセル成形体と、前記表示側基板と前記後方基板と前記セル形成体とで区画されたセル内にある帯電泳動粒子及び絶縁性液体と、を有し、前記セルの可視断面積が前記表示側基板から前記後方基板に向かって小さくなっている電気泳動表示装置において、前記帯電泳動粒子とは異なる色を有し、前記帯電泳動粒子の粒径よりも大きい球状の突起物を前記セル内に有し、前記表示側電極の面積よりも前記後方電極の面積の方が小さいことを特徴とする電気泳動表示装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の電気泳動表示装置の一例を示す概略図である。図１（ａ）は、平面図、図２（ｂ）はＡＡ線断面図である。本表示装置は、少なくとも表示側基板１及び後方基板２からなる一対の基板、一対の基板上に形成された電極３、４、一対の基板に挟持されたセル形成体５、絶縁性液体６、着色帯電泳動粒子７および突起物８、セル１０、さらに駆動電圧印加回路（不図視）を有する。
【００１６】
表示側基板１は透明な材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネー卜（ＰＣ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などのプラスティックフィルムあるいはガラスなどを使用する。
【００１７】
後方基板２は表示側基板と同様なものを使用できるが、ポリイミド（ＰＩ）などの着色しているものも使用できる。
また、表示側基板１および後方基板２は、樹脂フィルムからなるものが好ましく、例えば厚さは５０〜２００μｍ位のものが好ましい。
【００１８】
表示側基板１上に形成される表示側電極には透明な導電性材料、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などを用いる。
後方基板２上に形成される後方電極４は、表示側基板１と同様に透明な導電性材料を使用できるが、表示装置の構成によってはチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）等の材料を使用する。
【００１９】
セル形成体５は、透明な材料、あるいは所望の色で着色された材料を用いる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などのプラスティック材料あるいはガラスなどを使用できる。これらに顔料、染料を混ぜ合わせて着色化、光散乱化させてもよい。
【００２０】
絶縁性液体６は透明なものを用いる。例えば、イソパラフィン、シリコーンオイル及びキシレン、トルエン等の非極性溶媒を使用できる。
【００２１】
着色帯電泳動粒子７は着色されていて絶縁性液体中で帯電する材料、各種の無機、有機顔料、カーボンブラックあるいはそれらを含有した樹脂を使用する。粒子の粒径は通常０．０１μｍ〜１００μｍ程度のものを使用できるが、好ましくは０．１μｍ〜１０μｍ程度のものを用いる。
【００２２】
絶縁性液体中、あるいは帯電泳動粒子中には、帯電泳動粒子の帯電を制御、安定化させるために荷電制御剤、例えばモノアゾ染料の金属錯塩、サリチル酸、有機四級アンモニウム塩、ニグロシン系化合物などを添加しておくことができる。
【００２３】
また、帯電泳動粒子同士の凝集を防ぎ分散状態を維持するために、さらに分散剤を絶縁性液体中に添加してもよい。分散剤としては、燐酸カルシウム、燐酸マグネシウム等の燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム等の炭酸塩、その他無機塩、無機酸化物、あるいは有機高分子材料などを用いることができる。
【００２４】
突起物８は、着色帯電泳動粒子７と異なる色を有する。好ましくは白色であることが望ましい。材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウムなどの無機酸化物、あるいはそれらの微粉末を樹脂と混合して作製したものなどを使用できる。突起物８の大きさとしては、表示装置の構成によるが数μｍ〜数百μｍ程度のものを用いることができる。突起物の形状はセル内で観察者からみて影を大きく取れる形状が好ましい。その場合、略球状であれば比較的容易に影を大きく取れるので、好ましい。この突起物８によって帯電泳動を後方基板側に泳動させた際、観察者側から帯電泳動粒子のすべてあるいは、その多くを隠す（即ちセルの後方側に帯電粒子を移動させて、帯電粒子が突起物の陰に隠れること）ことが可能となり、高コントラスト、高反射率の表示を行うことができる。突起物の表面は、フッ素を含有する樹脂で被覆しておいてもよい。この被覆は、帯電泳動粒子の泳動を滑らかに行う作用を有する。
【００２５】
また突起物は、セル壁面に固着されても良い。その場合、突起物は壁面を作成する場合にその壁面の一部を成形することで得られるもの、即ちセル壁面と突起物とが一体型の構成であってもよい。あるいは固着されないでセル内で移動可能でもよい。そしてたとえば突起物も帯電泳動粒子同様に電気泳動可能であっても良い。突起物が電気泳動可能である場合、その移動度は帯電泳動粒子と異なっていてもよい。突起物が電気泳動可能な粒子であっても突起物と帯電泳動粒子はその大きさがまるで違うので両者を区別することは容易である。したがって突起物と帯電泳動粒子のそれぞれの主成分が同じあるいは似た材料であっても良い。そして大形状である突起物が電気泳動的あるいは磁気等の別の動力発現手段等により移動可能である場合、セルの厚さ方向即ち表示側から後方側へわずかに移動させることで視覚的にコントラストや反射率を更にコントロールできる。突起物が電気泳動可能であれば、帯電泳動粒子を移動させる手段を突起物移動手段として兼用できる。
【００２６】
光反射及び散乱層を後方基板上あるいはその中に形成することによりさらに明るく表示することが可能となる。
この他、後方基板上には、各種の配線、トランジスタ等が形成される。
【００２７】
次に、本発明の電気泳動表示装置の製造方法を図２を用いて説明する。
まず、後方基板２上に帯電泳動粒子駆動用の後方電極４、および配線を形成する（図２（ａ））。ここで、アクティブマトリクス駆動を行う場合は、各セルに対応してトランジスタ等を形成する。後方電極４の大きさは、表示面側からみた表示セルの大きさに対して、面積的には十分小さくてよく、１／２〜１／１０程度でよい。
【００２８】
次にセル形成用の型９を用いてセルを形成する。後方電極４が形成された後方基板２上にセル形成材料層５ａを形成する。この形成材料に対して位置合わせを行った後、型９を押し付ける（図２（ｂ））。ここで、セル形成材料に熱可塑性材料を使用した場合は、加熱して可塑化した後、型を押し付け、冷却後型を剥離する。重合型樹脂の場合は、熱、光照射あるいは経時によって固化した後剥離する。押し付ける際、好ましくは雰囲気を真空あるいは減圧にして空気がセル形成材料と型の間に残らないようにする。
【００２９】
次に、各セルに突起物８を配置する（図２（ｃ））。突起物は、セル形成材料に必ずしも固定する必要はない。これらに、さらに絶縁性液体６および着色帯電泳動粒子７を配置した後、表示面側基板１を被せ、封着する（図２（ｄ））。表示側基板１には透明導電膜からなる表示側電極３が形成されている。その表面には絶縁層を形成しておいてもよい。これに駆動電圧印加回路、制御回路等を接続して表示装置を得ることができる（図２（ｅ））。
【００３０】
本発明においては、セル１０の可視断面積が深さ方向で異なるが、該可視断面積が深さ方向で異なるとは、各セルが表示基板側から後方基板側に向かって着色帯電泳動粒子の可動範囲が変化する。この場合、セルの深さ方向（表示基板側と後方基板側との間の方向）に沿ったセルの断面形状は表示基板側では広く、後方基板側では狭い形状つまりセル壁面がテーパー形状であることが好ましい。この場合、たとえばセル壁面が三角形形状あるいはセル壁面が段部をもつような実質的三角形形状であってもよく、その他セル壁面が湾曲している湾曲形状でもよい。
また、セルの可視断面積の形状が長方形であるとは、表示基板側からみた場合の各セルの形状が長方形を呈している状態を示す。
【００３１】
型９の作製方法の一例を図３に示す。（１００）方位のシリコンウエハー３１に耐ウエットエッチング性の保護層３２、例えばシリコン窒化膜などを形成する（図３（ａ））。フォトリソグラフィーによるレジストパターン形成およびドライエッチングによりシリコンウエハー上の保護層をパターニングし（図３（ｂ））、保護層の窓３３を開ける。窓形状は矩形とする、次に、この基板を加熱された水酸化カリウムなどのエッチング液に浸け、異方性エッチングを行い逆ピラミッド状のパターン３４を形成する（図３（ｃ））。次に、保護層３２を剥離後、エッチング面に型材料３５を塗布し、シリコンウエハー３１を押し付ける（図３（ｄ））。型材料としては、ニッケルなどの比較的硬い金属層、あるいは、低融点ガラスなどを好適に使用できる。型形成後、シリコンウエハー３１を剥離または溶解して型９を得る（図３（ｅ））。
【００３２】
上記方法は、化学的に型を形成する方法を示したが、その他に、機械加工等によって型を形成してもよい。これらの型をローラーの表面に形成すことによって、ロールタイプのシート状基板に、ローラーを用いて連続成型を行うことも可能である。
【００３３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００３４】
実施例１
図１を用いて本発明の電気泳動表示装置の実施例を説明する。
表示側基板１及び後方基板２には、厚さ２００μｍのＰＥＴフィルムを使用した。表示基板上にはＩＴＯからなる表示側電極３を、後方基板２上には、アルミニウムからなる後方電極４を形成した。駆動に供する各セルあたりの後方電極４の面積は各セルの表示面積の約１／５とした。
【００３５】
両方の基板に挟持されたセル形成体５には、酸化チタン粉末を混合して白色化したＰＥＴを用いた。セル形成体５の厚さ、即ち基板間のギャップの距離は約５０μｍとした。絶縁性液体６にはイソパラフィン（商品名：アイソパー、エクソン社製）を使用した。青色帯電泳動粒子７には粒径１〜２μｍ程度のカーボンブラックを含有したポリスチレン−ポリメチルメタクリレート共重合体樹脂を使用した。イソパラフィンには、荷電制御剤としてナフテン酸コバルトを含有させた。突起物８には、直径３０μｍ程度の白色の酸化チタン球を使用した。各電極には駆動電圧印加回路（不図視）を接続した。
【００３６】
図２に示す方法により、後方電極４が形成された後方基板２上にセル形成体４を設けてセル１０を形成し、該セル１０内に突起物８を保持し、さらに青色帯電泳動粒子７と透明絶縁性液体６を収納したあと、該セル１０を表示側電極３が形成された表示側基板１で密封して電気泳動表示装置を作製した。
【００３７】
以上の構成の表示装置に対して、駆動実験を行った。まず、表示側電極３を接地し、後方電極４すべてに＋５０Ｖを印加した。この時帯電泳動粒子７は正に帯電しているため、表示側電極３側に集まり、表示面は全てのセルで黒色を呈した。次に、後方電極４すべてに−５０Ｖを印加した。この時印加されたセルの帯電泳動粒子７は後方電極４側に集まった。集まった粒子は、突起物８の裏側、即ち突起物８と後方基板２の間にその多くが収容され、表示面側からは泳動粒子の一部が見えるに留まった。さらに、突起物８により観察者からは、死角がさらに多く生じ、結果として観察者からは、突起物８および白色のセル形成体５によってぺーパーホワイトな表示を観察することができた。
次に、所望のセルの後方電極４に＋５０Ｖを印加したところ、所望のセルのみ黒色表示を行うことができた。
【００３８】
実施例２
図４を用いて本発明のアクティブマトリクス駆動可能な表示装置の実施例を説明する。
【００３９】
本表示装置は表示側基板４１及び後方基板４２には、厚さ１ｍｍのガラス基板を使用した。表示側基板４１上にはＩＴＯからなるコモン電極４３を形成した。後方基板４２上には、走査電極群４４および信号電極群４５が形成されている。さらに各セルの位置に対応して、後方電極として両素電極４６および薄膜トランジスタ４７が形成されている。各セルの画素電極４６の面積は各セルの駆動に供するコモン電極４３の面積の約１／４とした。また各セルの画素ピッチは４０μｍとした。
【００４０】
両基板に挟持されたセル形成体４８には、酸化チタン粉末を混合して白色化したＰＥＴを用いた。セル形成体４８の厚さ、即ち基板間のギャップの距離は約３０μｍとした。絶縁性液体にはイソパラフィン（商品名：アイソパー，エクソン社製）を使用した。着色帯電泳動粒子には粒径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体樹脂を使用した。イソパラフィンには、荷電制御剤としてナフテン酸コバルトを含有させた。突起物４９には、直径２０μｍ程度の白色の酸化アルミニウム球を使用した。各電極には駆動電圧印加回路（不図視）を接続した。
【００４１】
以上の構成の表示装置に対して、駆動実験を行った。まず、表示面側のコモン電極を接地し、すべての画素電極４６に＋３０Ｖを印加した。この時、帯電泳動粒子は正に帯電しているため、コモン電極４３側に集まり、表示面は全てのセルで黒色を呈した。次に、画素電極４６すべてに−３０Ｖを印加した。この時印加されたセルの帯電泳動粒子は両素電極４６側に集まった。集まった粒子は、突起物４９の裏側、即ち突起物４９と画素電極４６の間にその多くが収容され、表示面側からは泳動粒子の一部が見えるに留まった。さらに、突起物４９により観察者からは、死角がさらに多く生じ、結果として観察者からは、突起物４９および白色のセル形成体４８によってぺーパーホワイトな表示を観察することができた。
【００４２】
次に、所望のセルの画素電極４６に＋３０Ｖが印加されるように信号電圧を加えたところ、＋３０Ｖを印加した画素のみ黒表示に変わり、その他は白表示を維持した。さらに、黒表示、白表示共、電圧印加を止めた後も同一の表示状態を維持していた。
【００４３】
実施例３
実施例２と同様な方法で、ＰＥＴ基板を用いてアクティブマトリクス駆動表示装置を作製した。本発明のアクティブマトリクス駆動可能な表示装置の実施例を説明する。
【００４４】
本表示装置は表示側基板４１として、厚さ１００μｍのＰＥＴ基板を、後方基板４２として厚さ２００μｍの白色ＰＥＴ基板を使用した。各電極は実施例２と同様な方法で作製した。
以上の構成の表示装置に対して、実施例２と同様の駆動実験を行ったところ、実施例２と同様に良好な表示コントラストで、マトリクス表示を行うことができた。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明の電気泳動表示装置は、帯電泳動粒子を後方基板側に泳動させた際に、帯電泳動粒子を突起物の裏側、即ち突起物と画素電極の間にそのすべて、あるいはその多くを収容することができるため、ぺーパーライクなコントラスト及び反射率を持った表示を行うことができる。
【００４６】
しかも突起物の色は帯電泳動粒子の色とは異なるので、観察者側から帯電泳動粒子のすべてあるいは、その多くを隠すことが可能となり、高コントラスト、高反射率の表示を行うことができる。
また、本発明の製造方法によれば、上記の電気泳動表示装置を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気泳動表示装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の電気泳動表示装置の製造方法の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の型の製造方法を示す概略図である。
【図４】本発明の電気泳動表示装置の他の例を示す概略図である。
【図５】従来の電気泳動型表示装置を示す概略図である。
【図６】従来の電気泳動型表示装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１，４１表示側基板
２，４２後方基板
３，５１表示側電極
４，５２後方電極
５，４８セル形成体
５ａセル形成材料層
６，５７絶縁性液体
７，５３帯電泳動粒子
８，４９突起物
９型
１０セル
３１シリコンウエハー
３２保護層
３３窓
３４逆ピラミッド型パターン
３５型材料
４３コモン電極
４４走査電極群
４５信号電極群
４６画素電極
４７薄膜トランジスタ
５４着色泳動用分散液
５５隔壁
５６従来の電気泳動表示装置

Claims

表示側電極を備える表示側基板と、後方電極を備える後方基板と、前記表示側基板と前記後方基板との間にあるセル成形体と、前記表示側基板と前記後方基板と前記セル形成体とで区画されたセル内にある帯電泳動粒子及び絶縁性液体と、を有し、前記セルの可視断面積が前記表示側基板から前記後方基板に向かって小さくなっている電気泳動表示装置において、
前記帯電泳動粒子とは異なる色を有し、前記帯電泳動粒子の粒径よりも大きい球状の突起物を前記セル内に有し、
前記表示側電極の面積よりも前記後方電極の面積の方が小さいことを特徴とする電気泳動表示装置。
前記突起物は、前記セル内に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
前記突起物は、前記セル内を移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
複数のセルを有し、
前記表示側電極は、前記複数のセルに連続して配置され、
前記後方電極は、セルごとに配置され、
前記後方電極の面積は、前記表示側基板における前記セルの可視断面積に対して１／２乃至１／１０の大きさであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気泳動表示装置。
前記突起物の表面がフッ素を含有する樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気泳動表示装置。
前記セルの厚さ方向に沿った断面形状は、表示側基板から後方基板に向かって幅が狭くなる三角形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気泳動表示装置。