JP4817650B2

JP4817650B2 - 粒子移動型表示素子及び粒子移動型表示装置

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Publication number: JP4817650B2
Application number: JP2004354330A
Authority: JP
Inventors: 勉池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: US20070236777A1; JP2006162969A; US7277219B2; US7411721B2; US20060119568A1

Description

本発明は、粒子移動型表示素子及び粒子移動型表示装置に関し、特に表示側基板に形成される電極の構成に関する。

近年、バックライトを用いない反射型の表示装置についての研究が盛んに行われており、その中で、特に注目度が高いのが電圧印加によって粒子を移動させることにより表示を行うようにした粒子移動型表示装置である。

そして、このような粒子移動型表示装置の一例として、電気泳動表示装置があり、この電気泳動表示装置は、所定間隙を設けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置された帯電粒子と、この間隙に臨むように配置された一対の電極と、を備えた電気泳動表示素子を備えており、この電気泳動表示素子は液晶表示素子に比べて表示コントラストが高く、視野角が広く、表示にメモリー性があり、バックライトや偏光板が不要である等、種々の特徴を有している。

ところで、このような従来の電気泳動表示素子の画像表示方式としては、表示側基板と後方側基板の間に配置された帯電粒子を基板面に対して垂直方向に移動させて画像を表示する方式と、帯電粒子を水平方向に移動させて画像を表示する方式がある。そして、帯電粒子を垂直方向に移動させる方式では、帯電粒子を移動させるための電界を発生させる電極が表示基板面及び後方基板面に設置され、帯電粒子を水平方向に移動させる方式では、後方基板面内に２つの電極が配置されるか、あるいは後方基板面内と隔壁表面に電極が配置される。

ここで、水平方向に帯電粒子を移動させる方式では、帯電粒子の移動に対しては本来表示側基板面側には電極は配置しなくてもよいが、表示側基板面に対して外界から強いチャージが付与されると表示に影響を及ぼす場合があるため、これを防止するために表示側基板面にも電極を配置したほうがよい場合がある。

しかし、このように表示側基板面にも電極を配置した場合、透過光が減衰して表示が暗くなってしまうことから、例えば表示側基板の、一対の基板の間に設けられ、基板間の間隙を一定に保持し、かつ間隙を仕切って画素を画定する隔壁に対応する位置に電極を設けることにより明るい表示を可能となるようにしたものがある（特許文献１参照。）。

特開２００１−３４３６７２号公報

しかしながら、このように表示側基板の隔壁に対応する位置に電極を設けた電気泳動表示素子において、明るい表示は可能となるが、例えば黒色の帯電粒子を表示側基板側の電極に引き付けて黒表示を行う場合、帯電粒子が隔壁側に多く引き付けられるようになるため、隔壁から離れるにつれ黒色の帯電粒子の濃度が小さくなり、均一な黒表示を行うことができない。

そこで、本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、明るく、かつ均一な表示が可能な電気泳動表示素子を提供することを目的とするものである。

本発明は、間隙を設けて配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の間隙に配置された黒色の帯電粒子と、前記間隙に面して配置された前記第１基板上の透明な第１電極と、前記第２基板上の第２電極が各々設けられた複数の画素と、前記第１基板及び前記第２基板の間隙に設けられ、前記画素の境界となる、第３電極が表面に形成された隔壁とを備え、前記第１ないし第３電極間に生じる電界により前記黒色の帯電粒子を移動させて画像を表示させる粒子移動型表示素子において、前記第１基板の前記間隙に面する部分の一部に前記第１電極が形成され、前記黒色の帯電粒子が前記第３電極上に集められ、前記第２電極で反射された入射光が、前記第１基板の第１電極を透過する光と前記第１基板の前記第１電極が形成されていない電極非形成部を透過する光として観察される明表示と、前記黒色の帯電粒子が前記第２電極上に集められて観察される黒表示とにより前記画像が表示されることを特徴とするものである。

本発明のように、観察者側の第１基板の画素に対応する部分の一部に第１電極を形成し、第１基板に第１電極と、第１電極が形成されていない電極非形成部を設けることにより、明るく、かつ均一な表示が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る粒子移動型表示素子の一例である電気泳動表示素子の構成を示す図であり、この電気泳動表示素子は、観察者側の第１基板２と、第１基板２と所定間隙を設けた状態に配置される第２基板３と、これら第１及び第２基板２，３の間の間隙に配置された隔壁部材である隔壁４によって複数の画素１が形成される。

そして、各画素１には、絶縁性液体１０と、絶縁性液体１０に分散された複数の帯電粒子５が配置される。また、第１基板２には帯電粒子５に電界を印加させるための第１電極６が、第２基板３には帯電粒子５に電界を印加させるための第２電極７が、さらに隔壁４近傍あるいは隔壁表面、本実施の形態においては、隔壁表面に第３電極８が設けられている。

ここで、第２電極７は第２基板３上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子９に接続され、画素電極となるものであり、さらにこの第２電極７は入射光を反射させる反射層の機能を有している。なお、好ましくは反射層を兼ねた第２電極７の観察者側に散乱層を設けるか、表面に凹凸をつけて乱反射する構成とする。また、第１電極６及び第３電極８は複数の画素１の共通電極である。なお、１１は絶縁層を構成する樹脂層である。

ここで、このように構成された電気泳動表示素子における表示は、第１電極６、第２電極７及び第３電極８間に電圧を印加して、帯電粒子５を、主に第２電極７と第３電極８の間で移動させることにより行う。

例えば、図１の左画素に示すように、電界をかけて帯電粒子５を第３電極８上に集めることにより第２電極面で入射光を反射させると共に散乱層で散乱させることができる。また、図１の右画素に示すように、帯電粒子５を第２電極７上に配置することにより帯電粒子５の色を表示することができる。これにより、例えば、帯電粒子５を黒色とすれば、白黒表示が可能となる。

なお、カラー表示を行うには、帯電粒子５を着色するか、他の部材を適宜着色しておけばよい。例えば、黒色の帯電粒子５を用い、第２電極７面上にカラーフィルター層を形成することによりカラー表示が可能となる。

一方、第１電極６は、外界から強い静電気が加わった場合における表示に対する影響を防ぐためのものである。また、後述する図５の（ｂ）に示すように隔壁表面に第３電極８が設けられていない場合には、第２電極７と共に帯電粒子５を移動させるための電界を形成するためのものである。

ところで、本実施の形態において、第１電極６は第１基板２上に形成されると共に、図２に示すように、その形状は格子状をとっている。そして、このように第１電極６の形状を格子状とすることにより、第１基板２に第１電極６と、第１電極６が形成されていない電極非形成部６ａとを設けることができる。この結果、第１基板２の各画素１に対応する箇所全面を電極とした場合に比べて、画素全体の光透過率を向上させることが可能となる。また、第１電極６を第１基板２の隔壁４に対応する部分だけにした場合に比べて、帯電粒子５が隔壁部分に集中するのを防ぐことができる。

ここで、画素間の明るさのバラツキを低減させるためには、電極面積を画素間で、できる限り均一にすることが望ましい。このため、第１電極６の形状は、図２に示すもの以外に、図３及び図４に示すようなものが挙げられるが、特に、図３の（ｂ）及び図４の（ｂ）に示すもののように、画素周辺部比べて中央部に電極非形成部６ａを多くとることができる形状とした場合には、明るさがより向上する。

これは画素周辺部では入射光及び反射光が隔壁４に対して進行しやすくなり一部が吸収されてしまうのに対して、画素中央部は隔壁４での入射光及び反射光の吸収を小さく押さえることができるためである。なお、画素形状は、図２〜図４では正方形を示したが、円形、長方形、その他多角形など、画素形状に特に制限はない。

また、第１電極６の帯電粒子５を駆動させるための電界形成機能は、面積と配置によって種々変えることが可能となるので、適宜形状を選択することができる。例えば、画素内の画素面積に対する電極形成面積の比は１００％未満であれば、光透過率を向上させる効果あるが、１００％に近づくと光透過率を向上させる効果は少なくなる。一方で、０％に近づくと、即ち電極非形成部６ａの比率を大きくとると外部から静電気からの保護が不十分になってしまうため外部静電気等の影響を受けやすくなってしまう。

従って、画素内の画素面積に対する電極形成面積の比は、好ましくは５〜９０％の範囲がよく、さらには２０〜８０％の範囲が好適に使用できる。ここで、画素とは表示側からみて隔壁４の内側、即ち隔壁を含まない部分を示す。例えば図３の（ａ）に示すように第１電極６がライン状（線状）の場合では、電極非形成部６ａの幅に対して電極幅の狭い第１電極６を狭いピッチで形成する等の方策をとることが有効である。

このように、観察者側の第１基板２の画素１に対応する部分の一部に第１電極６を形成し、第１基板２に第１電極６と、第１電極６が形成されていない電極非形成部６ａを設けることにより、明るく、かつ均一な表示が可能となる。

なお、本実施の形態において、第１基板２や第２基板３には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート（ＰＣ）やポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等のプラスチックフィルムの他、ガラスや石英等を使用することができる。また、反射型表示とした場合、観察者側に配置される方の第１基板２や基材には透明な材料を使用する必要があるが、他方の第２基板３には、ポリイミド（ＰＩ）、ステンレス等の着色あるいは不透明なものを用いてもよい。

また、第１基板２上に形成される第１電極６の形状は、既述した図２で示したような格子状の他、図３及び図４で示したようなライン状、円形状、その他不定形な形状をとることができる。さらに、材料としては、透明導電膜を使用することができるよう、ＩＴＯ等の無機膜のほか、導電性が付与された有機膜も使用可能である。

また、第２電極７は、反射層としての機能を兼ねさせる場合は、ＡｌやＡｇ、あるいはその合金等の光反射性の高い材料で形成すると良い。なお、入射光を散乱させ方法としては、樹脂中に屈折率の異なる微粒子等を分散させたものを第２電極７上に形成する方法、また前述したように第２電極７に凹凸を付与して散乱させる方法等がある。

また、第３電極８は画素間に形成されるため、好ましくは黒色化する。なお、この場合、電極材料そのものを黒色としてもよく、電極材料表面に黒色化層を形成してもよい。隔壁４は、有機材料であっても無機材料であってもよく、この材料そのものに導電性を付与してもよい。

帯電粒子５は、各種の無機顔料や有機顔料やカーボンブラック、或いは、それらを含有させた樹脂を使用すると良く、また粒子の粒径としては通常０．０１μｍ〜１０μｍ程度のものを使用できるが、好ましくは、０．１から５μｍ程度のものを用いるとよい。

電気泳動を利用して表示を行なう場合、帯電粒子５を分散させた絶縁性液体１０を画素内に配置するが、この絶縁性液体１０にはイソパラフィン、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が好適に使用される。

なお、上述した絶縁性液体１０や帯電粒子５の中には、帯電粒子５の帯電を制御し、安定化させるための荷電制御剤や、帯電粒子同士の凝集を防ぎ、分散状態を維持するための分散剤を添加しておいてもよい。

また、第１基板２面上の第１電極６表面及び電極非形成部６ａを被覆する樹脂層１１としては、体積抵抗率が体積抵抗率１．０Ｅ＋１１Ωｃｍ以下で、光透過率の高い樹脂により形成することが好ましい。そして、このような体積抵抗率の小さい樹脂によって第１電極６表面及び電極非形成部６ａを被覆することにより、電極非形成部６ａの面積を、体積抵抗率のより高い樹脂で被覆する場合に比べて広くとることが可能となり、結果として光透過率を高めることが可能となる。

さらに、絶縁性液体１０と帯電粒子５とを図５の（ａ）に示すように、マイクロカプセル化して各画素１に配置させてもよく、この場合、絶縁性液体１０と帯電粒子５とが封入されたマイクロカプセル１２は１個以上、第１及び第２基板２，３の間の間隙に配置される。

なお、本実施の形態においては、第１〜第３電極６〜８を用いて帯電粒子５を駆動する場合について述べてきたが、第３電極８を設けることなく、例えば、図５の（ｂ）に示すように、第１電極６と第２電極７だけで帯電粒子５を駆動することも可能である。この場合、帯電粒子５は電界印加により基板面に対して垂直方向に移動するため、帯電粒子５としては異なる色で且つ異なる帯電極性をもった粒子を使用するか、帯電粒子５を分散させた絶縁性液体１０を着色させることにより表示を行なう。

さらに、これまでは電気泳動表示装置に用いられる電気泳動表示素子について説明したが、液体を用いず帯電粒子のみを駆動させて表示を行なう、所謂トナーディスプレイに用いられる粒子移動型表示素子にも同様に本発明を適用できる。

以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。

（実施例１）
本実施例では図１に示す構造の電気泳動表示素子を以下のように作成した。

まず、ガラスからなる第２基板３上にＴＦＴ９及び配線等を形成し、絶縁層を介して画素毎に第２電極７を配置する。ここで、第２電極７にはアルミニウムを使用し、表面には微細な凹凸を作り込むことにより、第２電極７が入射光の反射と散乱を行なう構成とする。次に、絶縁層を介して画素境界には隔壁４を配置した後、隔壁表面に黒色の第３電極８を形成し、この後、第３電極８表面を絶縁層で被覆する。

次に、第２基板３と隔壁４によって形成される空間に、帯電粒子５が分散された透明な絶縁性液体１０を充填し、その上に第１基板２を配置する。ここで、この第１基板２の表面には、第１電極６として格子状のＩＴＯ透明導電層が形成されており、この第１基板２における電極形成面積比は５０％である。

次に、このようにして作成した電気泳動表示素子を備えた電気泳動表示装置において、第１電極６、第２電極７、第３電極８にそれぞれ所望の電圧を印加することにより帯電粒子５を駆動させ、表示を行なった。そして、本実施例では、画素内の画素面積に対する第１電極６である透明電極層の面積比を５０％とすることで、第１電極６を全面形成する場合に比べて、光の吸収を抑制することができ、結果として明るい表示が可能となった。

（実施例２）
本実施例では、第１基板２として表面に格子状のＩＴＯ透明電極層が形成され、且つ第１基板２の第１電極６形成面に体積抵抗率およそ１．０Ｅ＋７Ωｃｍの透明樹脂層１１で全面被覆されたものを使用する。また、画素内の画素面積に対する電極形成面積の比を４０％とした他、実施例１と同様な電気泳動表示素子を作成した。

そして、このようにして作成した電気泳動表示素子を備えた電気泳動表示装置において、第１電極６、第２電極７、第３電極８にそれぞれ所望の電圧を印加することにより帯電粒子５を駆動させ、表示を行なった。本実施例では、画素内の画素面積に対する第１電極６である透明電極層の面積比を４０％とすることで、透明電極層を全面形成する場合に比べて、光の吸収を抑制することができ、結果として明るい表示が可能となった。

（実施例３）
本実施例では図５の（ｂ）に示す構造の電気泳動表示素子を以下のように作成した。

まず、ガラスからなる第２基板３上にＴＦＴ９及び配線等を形成し、絶縁層を介して画素毎に第２電極７が配置する。ここで、第２電極７にはアルミニウムを使用する。

次に、第２電極上に黒色の帯電粒子５ａ、白色の帯電粒子５ｂ及び絶縁性液体１０を含有したマイクロカプセル１２を配置する。ここで、第１基板２の表面には第１電極６として図４の（ａ）に示す形状のＩＴＯ透明導電層が形成されており、画素内の画素面積に対する電極形成面積の比は５０％である。

次に、このように作成した電気泳動表示素子を備えた電気泳動表示装置において、第１電極６、第２電極７にそれぞれ所望の電圧を印加することにより帯電粒子５を駆動させ、表示を行なった。そして、本実施例では画素内の画素面積に対する第１電極６である透明電極層の面積比を５０％とすることで、透明電極層を全面形成する場合に比べて、光の吸収を抑制することができ、結果として明るい表示が可能となった。

本発明の実施の形態に係る粒子移動型表示素子の一例である電気泳動表示素子の構成を示す図。上記電気泳動表示素子の第１基板上に設けられた第１電極の形状を説明するための平面図。上記第１基板上に設けられた第１電極の他の形状を説明するための第１の図。上記第１基板上に設けられた第１電極の他の形状を説明するための第２の図。上記電気泳動表示素子の他の構成を説明する図。

符号の説明

１画素
２第１基板
３第２基板
４隔壁
５帯電粒子
６第１電極
６ａ電極非形成部
７第２電極
８第３電極
９スイッチング素子
１０絶縁性液体
１１樹脂層
１２マイクロカプセル

Claims

間隙を設けて配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の間隙に配置された黒色の帯電粒子と、前記間隙に面して配置された前記第１基板上の透明な第１電極と、前記第２基板上の第２電極が各々設けられた複数の画素と、前記第１基板及び前記第２基板の間隙に設けられ、前記画素の境界となる、第３電極が表面に形成された隔壁とを備え、前記第１ないし第３電極間に生じる電界により前記黒色の帯電粒子を移動させて画像を表示させる粒子移動型表示素子において、
前記第１基板の前記間隙に面する部分の一部に前記第１電極が形成され、前記黒色の帯電粒子が前記第３電極上に集められ、前記第２電極で反射された入射光が、前記第１基板の第１電極を透過する光と前記第１基板の前記第１電極が形成されていない電極非形成部を透過する光として観察される明表示と、前記黒色の帯電粒子が前記第２電極上に集められて観察される黒表示とにより前記画像が表示されることを特徴とする粒子移動型表示素子。
前記第１電極を前記複数の画素の共通電極としたことを特徴とする請求項１記載の粒子移動型表示素子。
前記画素と前記第１電極の面積比を５〜９０％としたことを特徴とする請求項１又は２記載の粒子移動型表示素子。
前記第１電極は格子状又は線状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子移動型表示素子。
前記第１電極は前記第１基板の前記画素の周辺部に対応する部分に形成され、前記電極非形成部は前記第１基板の前記画素の中央部に対応する部分に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子移動型表示素子。
前記第１電極及び前記電極非形成部は体積抵抗率の低い樹脂層で覆われていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粒子移動型表示素子。
前記第３の電極が前記複数の画素の共通電極として形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の粒子移動型表示素子。
前記黒色の帯電粒子は、絶縁性液体と共にマイクロカプセルに封入された状態で前記第１基板及び第２基板の間隙に配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の粒子移動型表示素子。
前記請求項１乃至８のいずれか１項に記載の粒子移動型表示素子を備えたことを特徴とする粒子移動型表示装置。