JP5494180B2 - 電気泳動表示装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、電気泳動表示装置および電子機器に関する。
電気泳動表示装置として、一対の基板間に液相分散媒と電気泳動粒子とを有する電気泳動素子を挟持した構成のものが知られている。この種の電気泳動表示装置においては、一対の基板の各々に電極が設けられており、電極間に印加される電圧の極性、波形、振幅、印加時間、周波数等を制御することで所望の画像を表示する。画像を構成する複数の画素をマトリクス状に配列した、いわゆるマトリクス型の電気泳動表示装置としては、下記の特許文献1に記載されているように、一方の基板に複数の画素電極をマトリクス状に形成し、他方の基板の全面に対向電極を形成した電極構成が一般的である。また、特許文献1には、一つの画素をn(nは2以上の整数)個のサブピクセルで構成したことにより、面積階調による階調表示を可能にしたことが記載されている。
特開2006−309131号公報
しかしながら、特許文献1の電気泳動表示装置においては、ある特定の画像を表示した際に、画像の周囲に滲みが発生する、特にカラー表示の場合には色滲みが発生するために表示品位が低下する、という問題があった。また、階調表示を行う際には、極めて多くのサブピクセルを個別に駆動する必要があり、装置構成が複雑になる、駆動回路の負担が大きくなる、等の問題があった。例えばカラーフィルターを備えることによりサブピクセル毎に異なる色を表示し、カラー表示を行うことも考えられるが、その場合にも全く同様の問題が存在する。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、滲み(カラー表示の場合には色滲み)の発生を抑制することで表示品位の向上が可能な電気泳動表示装置を提供することを目的とする。また、簡易な構成で階調表示やカラー表示が可能な電気泳動表示装置を提供することを目的とする。また、表示品位に優れた電気泳動表示部を備えた電子機器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の電気泳動表示装置は、第1基板と、第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された電気泳動素子と、を備えた電気泳動表示装置であって、前記第1基板に設けられ、行方向および列方向に配列された複数の画素電極と、前記第2基板に設けられ、前記画素電極との間で前記電気泳動素子に電圧を印加する対向電極と、を備え、前記対向電極が、隣接する前記画素電極間の領域に対向する箇所に、前記行方向および前記列方向の少なくとも一方向に延在する開口部を有し、前記対向電極が、前記開口部を有する第1対向電極と、少なくとも前記開口部に対応する領域に設けられ、前記第1対向電極とは独立して電圧が印加可能な第2対向電極と、を含むことを特徴とする。
本明細書における「行方向」は、電気泳動表示装置の表示画面における「水平方向」のことであり、「列方向」は、前記水平方向に直交する「垂直方向」のことである。
例えば、一つの画素電極に第1の電圧が印加され、対向電極および隣接する両隣の画素電極に第2の電圧(第2の電圧は前記第1の電圧と異なるものとする)が印加された場合を想定する。このとき、第1の電圧が印加された画素電極を含む画素が第1の表示状態(例えば黒表示)となり、第2の電圧が印加された画素電極を含む隣接画素が第2の表示状態(例えば白表示)となる。
ここで、従来の電気泳動表示装置の場合、対向電極が基板全面に形成されていたため、上記の電圧印加状態となったときに、一つの画素電極と両隣の画素電極との電圧が異なるため、両電極間に横電界(基板面に平行な方向の電界)が発生し、それに伴い、一つの画素電極と対向電極との間に発生する縦電界(基板面に垂直な方向の電界)が対向電極寄りの位置で両方の隣接画素側に広がった状態となる。そのため、対向電極側で広がった電界に沿って移動する電気泳動粒子の分布も隣接画素側に広がる結果、第1の表示状態(例えば黒表示)の画素が滲んだように見え、輪郭のぼけた画像が視認される。
これに対し、本発明の電気泳動表示装置の場合、対向電極が基板全面に形成されているのではなく、対向電極が、隣接する画素電極間の領域に対向する箇所に、行方向および列方向の少なくとも一方向に延在する開口部を有している。換言すると、隣接する画素電極間の領域に対向する箇所では、行方向および列方向の少なくとも一方向に対向電極が存在しない領域が設けられている。このような電極構成にしたことにより、上記の電圧印加状態となったときでも、一つの画素電極と対向電極との間に発生する縦電界(基板面に垂直な方向の電界)の対向電極側での広がりが抑えられる。その結果、表示の滲みを低減することができ、シャープな輪郭を持った鮮鋭な画像を表示することができる。
本発明の電気泳動表示装置において、前記対向電極が、前記複数の画素電極の各々に対向する箇所に設けられた複数の島状部と、前記複数の島状部の周囲を囲むように設けられた枠部と、前記複数の島状部間および所定の前記島状部と前記枠部との間を連結する連結部と、を有する構成を採用できる。
この構成によれば、各島状部が各画素電極に対向する位置に設けられているので、画素電極の周囲において行方向、列方向の双方ともに縦電界の広がりが抑えられる。したがって、画面の水平方向、垂直方向ともに表示の滲みを低減することができる。また、複数の島状部同士の間および島状部と枠部との間が連結部によって連結されているので、例えば枠部に電圧を供給することにより対向電極の全体に一括して共通電圧を印加することができる。
本発明の電気泳動表示装置において、前記対向電極が、前記開口部を有する第1対向電極と、少なくとも前記開口部に対応する領域に設けられ、前記第1対向電極とは独立して電圧が印加可能な第2対向電極と、を含む構成を採用できる。
この構成によれば、第1対向電極への印加電圧と第2対向電極への印加電圧との組み合わせを適宜選択することにより、開口部を有する第1対向電極の作用により鮮鋭な画像を表示するモードと、第1対向電極と第2対向電極との作用により意図的に滲みを発生させたソフトフォーカスの画像を表示するモードと、を切り替え可能な電気泳動表示装置を実現できる。
本発明の電気泳動表示装置において、前記第2基板上に前記第2対向電極が設けられ、前記第2対向電極上に絶縁層を介して前記第1対向電極が設けられた構成としても良い。
この構成によれば、絶縁層を介して第1対向電極と第2対向電極とが対向しており、これらを平面的に重ねて配置しても短絡することがないため、第2対向電極を第2基板の全面に形成することができる。この場合、製造プロセスにおいて第2対向電極のパターニングを行うことなく、上述の2つの表示モードを切り替え可能な電気泳動表示装置を作製することができる。
あるいは、本発明の電気泳動表示装置において、前記第1対向電極と前記第2対向電極とが同層に形成されている構成としても良い。
この構成によれば、1つの層をパターニングするだけで第1対向電極と第2対向電極とを形成できるため、製造プロセスにおいて第1対向電極と第2対向電極との間を絶縁する絶縁層を形成することなく、上述の2つの表示モードを切り替え可能な電気泳動表示装置を作製することができる。
本発明の電気泳動表示装置において、前記複数の画素電極の各々に対応して異なる色の色材層が設けられたカラーフィルターを備えた構成を採用できる。
この構成によれば、カラー表示が可能となり、色滲みの少ない電気泳動表示装置を実現できる。
本発明の電気泳動表示装置は、第1基板と、第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された電気泳動素子と、を備えた電気泳動表示装置であって、前記第1基板に設けられ、行方向および列方向に配列された複数の画素電極と、前記第2基板に設けられ、前記画素電極との間で前記電気泳動素子に電圧を印加する対向電極と、を備え、前記対向電極が、一つの前記画素電極に対向する箇所に、個別に電圧が印加可能な複数の電極を有することを特徴とする。
本発明の電気泳動表示装置によれば、画素電極への印加電圧と対向電極を構成する各電極への印加電圧との組み合わせを適宜選択することにより、一つの画素電極に対応する領域(画素)内で対向電極の各電極の形成領域毎に、電気泳動粒子の移動を制御することができる。そのため、画素を複数のサブピクセルで構成しなくても、簡素な構成で階調表示が可能な電気泳動表示装置を実現できる。
本発明の電気泳動表示装置において、前記複数の電極の各々に対応して異なる色の色材層が設けられたカラーフィルターを備えた構成を採用できる。
この構成によれば、画素電極への印加電圧と対向電極を構成する各電極への印加電圧との組み合わせを適宜選択することにより、簡素な構成でカラー表示が可能な電気泳動表示装置を実現できる。
本発明の電子機器は、本発明の電気泳動表示装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、本発明の電気泳動表示装置を備えているため、鮮鋭な表示が可能で表示品位に優れた電気泳動表示部を備えた電子機器を提供することができる。
本発明の第1実施形態の電気泳動表示装置を示す等価回路図である。 本実施形態の電気泳動表示装置を示す断面図である。 電気泳動素子を構成するマイクロカプセルを示す断面図である。 電気泳動素子の動作を説明するための図である。 本実施形態の電気泳動表示装置の対向電極を示す平面図である。 本実施形態の電気泳動表示装置の作用を説明するための図である。 従来の電気泳動表示装置の問題点を説明するための図である。 対向電極の他の例を示す平面図である。 本発明の第2実施形態の電気泳動表示装置における対向電極を示す平面図である。 本実施形態の電気泳動表示装置の作用を説明するための図である。 本発明の第3実施形態の電気泳動表示装置における対向電極を示す平面図である。 本実施形態の電気泳動表示装置の作用を説明するための図である。 本発明の第4実施形態の電気泳動表示装置における対向電極を示す平面図である。 本実施形態の電気泳動表示装置を示す断面図である。 本実施形態の電気泳動表示装置の作用を説明するための図である。 本発明の第5実施形態の電気泳動表示装置を示す断面図である。 本発明の電子機器の実施形態を示す図である。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図8を用いて説明する。
本実施形態は、アクティブマトリクス型の電気泳動表示装置の例である。
図1は本実施形態の電気泳動表示装置を示す等価回路図である。図2は同、電気泳動表示装置の断面図である。図3は電気泳動素子を構成するマイクロカプセルの断面図である。図4(a)、(b)は電気泳動素子の動作を説明するための図である。図5は本実施形態の電気泳動表示装置の対向電極を示す平面図である。図6(a)、(b)は本実施形態の電気泳動表示装置の作用を説明するための図である。図7(a)、(b)は従来の電気泳動表示装置の問題点を説明するための図である。図8は対向電極の他の例を示す平面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
本実施形態の電気泳動表示装置100は、図1に示すように、複数の画素40が行方向および列方向にマトリクス状に配列された表示部5を備えている。表示部5の周辺には、走査線駆動回路61、データ線駆動回路62が配置されている。表示部5には、走査線駆動回路61から延びる複数の走査線36と、データ線駆動回路62から延びる複数のデータ線38とが設けられており、これらの交差位置に対応して画素40が設けられている。各画素40には、選択トランジスター41と画素電極35とが設けられている。
なお、「行方向」とは、表示部における「水平方向」のことであり、図1の左右方向に対応する。「列方向」とは、前記水平方向に直交する「垂直方向」のことであり、図1の上下方向に対応する。
走査線駆動回路61は、m本の走査線36(G1、G2、…、Gm)を介して各画素40に接続されており、1行目からm行目までの走査線36を順次選択し、画素40に設けられた選択トランジスター41をオン状態とするタイミングを規定する選択信号を、選択した走査線36を介して供給する。また、データ線駆動回路62は、n本のデータ線38(S1、S2、…、Sn)を介して各画素40に接続されており、各画素40に対応する画素データを規定する画像信号を画素40に供給する。
電気泳動表示装置100は、図2に示すように、素子基板30(第1基板)と、対向基板31(第2基板)と、素子基板30と対向基板31との間に挟持された複数のマイクロカプセル20を配列してなる電気泳動素子32と、を備えている。素子基板30の電気泳動素子32が配置される側の面には、図1に示した走査線36、データ線38、選択トランジスター41などが形成されている。なお、図2には、隣接する2つの画素の断面構造を描いてある。
素子基板30を構成する基板本体71は、ガラスやプラスチック等で構成されている。この基板本体71は、視認側とは反対側に配置されるため、透明なものでなくてもよい。基板本体71の電気泳動素子32側の一面に半導体層72が形成され、半導体層72を覆うようにゲート絶縁膜73が形成されている。半導体層72には、例えばアモルファスシリコン、多結晶シリコン等の非単結晶シリコン材料、酸化物半導体材料、In−Ga−Zn−O等の透明酸化物半導体材料、フルオレン−ビチオフェン共重合体等の有機物半導体材料、等を用いることができる。半導体層72に酸化物半導体材料を用いる場合には、ゲート絶縁膜73にも酸化物絶縁材料を用いることが望ましく、また、半導体層72に有機物半導体材料を用いる場合には、ゲート絶縁膜73にも有機絶縁材料を用いることが望ましい。
ゲート絶縁膜73上には、選択トランジスター41のゲート電極として機能する走査線36が形成されている。走査線36には、例えばAl−Nd合金とMoとの金属積層膜等を用いることができる。その他、Al単体、ITO、Cu、Cr、Ta、Mo、Nb、Ag、Pt、Pd、In、Ndやそれらの合金等を用いることができる。第1層間絶縁膜74が、走査線36を覆うように基板本体71の全面に形成されている。第1層間絶縁膜74には、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜等の無機絶縁材料、あるいは有機絶縁材料を用いることができる。第1層間絶縁膜74上には、コンタクトホール75を介して半導体層72のソース領域と電気的に接続されたデータ線38が形成されている。データ線38にも走査線36と同様の材料を用いることができる。なお、図2では、ゲート電極が半導体層72より図2中の上側に形成されるトップゲート構造となっているが、ゲート電極が半導体層72より下側に形成されるボトムゲート構造であってもよい。
第2層間絶縁膜76が、データ線38を覆うように第1層間絶縁膜74上の全面に形成されている。第2層間絶縁膜76には、第1層間絶縁膜74と同様、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜等の無機絶縁材料、あるいは有機絶縁材料を用いることができる。第2層間絶縁膜76上には、コンタクトホール77を介して半導体層72のドレイン領域と電気的に接続された画素電極35が形成されている。画素電極35は、例えばITO(インジウム・スズ酸化物)等の透明導電材料やAl等の金属材料などにより形成されており、後述する対向電極37との間で電気泳動素子32に電圧を印加する電極である。ここでは、画素電極35の平面形状は図示しないが、データ線38と走査線36とが略直交する配置に合わせて略矩形状に形成されている。
一方、対向基板31を構成する基板本体79は、ガラスやプラスチック等からなる基板であり、視認側に配置されるため、透明基板が用いられる。基板本体79の電気泳動素子32側の一面には、個々の画素電極35と対向するように対向電極37が形成されている。すなわち、対向電極37は画素40毎に分割されて形成されている。対向電極37は、画素電極35とともに電気泳動素子32に電圧を印加する電極であり、MgAg(マグネシウム銀)、ITO、IZO(インジウム・亜鉛酸化物)などの透明導電材料から形成されている。対向電極37の平面的な形状等については後述する。
電気泳動素子32と画素電極35とが接着剤層(図示略)を介して接着されることにより、素子基板30と対向基板31とが接合されている。電気泳動素子32は、予め対向基板31側に形成され、接着剤層までを含めた電気泳動シートとして取り扱われるのが一般的である。製造工程において、電気泳動シートは、接着剤層の表面に保護用の離型シートが貼り付けられた状態で取り扱われる。そして、別途画素電極35、選択トランジスター41や各種回路などが形成された素子基板30に対して、離型シートを剥がした当該電気泳動シートを貼り付けることにより、表示部5を形成する。このため、接着剤層は画素電極35側のみに存在することになる。
図3に示すように、マイクロカプセル20は、例えば50μm程度の粒径を有しており、内部に分散媒21と、多数の白色粒子(電気泳動粒子)27と、多数の黒色粒子(電気泳動粒子)26とが封入された球状体である。マイクロカプセル20は、図2に示すように、対向電極37と画素電極35との間に挟持され、1つの画素40内に複数のマイクロカプセル20が配置されている。なお、図2には、1つの画素40内に複数のマイクロカプセル20が配置された構成を描いてあるが、1つの画素40内に1つのマイクロカプセル20が配置された構成であっても良い。
マイクロカプセル20の外殻部20a(壁膜)は、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチルなどのアクリル樹脂、ユリア樹脂、アラビアガムなどの透光性を持つ高分子樹脂などを用いて形成されている。分散媒21は、白色粒子27と黒色粒子26とをマイクロカプセル20内に分散させる液体である。
分散媒21としては、水、アルコール系溶媒(メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、オクタノール、メチルセルソルブなど)、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチルなど)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)、脂肪族炭化水素(ぺンタン、ヘキサン、オクタンなど)、脂環式炭化水素(シクロへキサン、メチルシクロへキサンなど)、芳香族炭化水素(ベンゼン、トルエン、長鎖アルキル基を有するベンゼン類(キシレン、ヘキシルベンゼン、ヘブチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、デシルベンゼン、ウンデシルベンゼン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、テトラデシルベンゼンなど))、ハロゲン化炭化水素(塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタンなど)、カルボン酸塩などを例示することができ、その他の油類であってもよい。これらの物質は単独または混合物として用いることができ、さらに界面活性剤などを配合してもよい。
白色粒子27は、例えば、二酸化チタン、亜鉛華、三酸化アンチモン等の白色顔料からなる粒子(高分子あるいはコロイド)であり、例えば負に帯電されて用いられる。黒色粒子26は、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック等の黒色顔料からなる粒子(高分子あるいはコロイド)であり、例えば正に帯電されて用いられる。
これら白色顔料および黒色顔料には、必要に応じて、電解質、界面活性剤、金属石鹸、樹脂、ゴム、油、ワニス、コンパウンドなどの粒子からなる荷電制御剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、シラン系カップリング剤等の分散剤、潤滑剤、安定化剤などを添加することができる。
また、黒色粒子26および白色粒子27に代えて、例えば赤色、緑色、青色、イエロー、シアン、マゼンタ等の顔料を用いてもよい。係る構成によれば、カラーフィルターを用いることなく、表示部5に赤色、緑色、青色、イエロー、シアン、マゼンタ等を表示することができる。
なお、上記構成に代えて、着色した分散媒21に1種類の荷電粒子を分散させた1粒子系であっても良い。あるいは、着色した分散媒21に2種類以上の荷電粒子を分散させた構成であっても良い。
また、分散媒及び粒子をマイクロカプセル内に封入する構成に代えて、一対の基板間に分散媒及び粒子を充填する構成であってもよく、この場合には、一対の基板間に隔壁を設け、隔壁によって区画されたセル内に分散媒及び粒子を充填してもよい。
上記構成の電気泳動素子32において、画素40を白表示させる場合には、図4(a)に示すように、対向電極37を相対的に高電位に保持し、画素電極35を相対的に低電位に保持する。すなわち、対向電極37の電位を基準電位としたとき、画素電極35を負極性に保持する。これにより、負に帯電した白色粒子26が対向電極37に引き寄せられる一方、正に帯電した黒色粒子27が画素電極35に引き寄せられる。その結果、対向電極37側からこの画素を見ると白色が視認される。
一方、 画素40を黒表示させる場合には、図4(b)に示すように、対向電極37を相対的に低電位に保持し、画素電極35を相対的に高電位に保持する。すなわち、対向電極37の電位を基準電位としたとき、画素電極35を正極性に保持する。これにより、正に帯電した黒色粒子27が対向電極37側へ引き寄せられる一方、負に帯電した白色粒子27が画素電極35に引き寄せられる。その結果、対向電極37側からこの画素を見ると黒色が視認される。
次に、本発明の特徴部分である対向電極37の構成について説明する。
対向電極37は、図5に示すように、複数の島状部80と枠部81と複数の連結部82とを有しており、これらが一体の透明導電膜により形成されている。島状部80は、素子基板30上の各画素電極35に対向する箇所に設けられている。ここでは、画素電極35の形状に合わせて矩形状に形成されているが、必ずしも矩形である必要はなく、円形や多角形など、任意の形状とすることができる。また、島状部80の一辺の寸法については、画素電極35と略同等に設定されている。すなわち、本実施形態の場合、島状部80は画素電極35と略同じ形状、略同じ寸法に形成されている。
枠部81は、複数の島状部80の周囲を囲むように設けられている。すなわち、枠部81は、表示部5の外側の領域に対応して設けられている。また、隣接する島状部80と島状部80との間、および最外周の島状部80と枠部81との間は、連結部82によって一体に連結され、枠部81と島状部80とが電気的に接続されている。したがって、枠部81に対して電圧を印加することにより全ての島状部80に同一の共通電位を付与することができる。本例では、行方向に隣接する島状部80と島状部80との間、列方向に隣接する島状部80と島状部80との間、の2方向が連結部82によって連結されている。また、連結部82の幅(短手方向の寸法)は島状部80の一辺の寸法に対して十分に小さく設定されている。以上の構成により、対向電極37は、隣接する画素電極35間の領域に対向する箇所に、行方向および列方向に延在する開口部83を有している。
ここで、従来の電気泳動表示装置の問題点と本発明の効果について、図6、図7を用いて説明する。
図6(a)、(b)は本実施形態の電気泳動表示装置100における電界の状態、図7(a)、(b)は従来の電気泳動表示装置200における電界の状態をそれぞれ電気力線で示したものである。これらの図面は隣接する3つの画素を示しており、図6(a)、図7(a)は3つの画素電極全ての電位を+15Vとし、対向電極の電位を0Vとした場合を示している。図6(b)、図7(b)は中央の画素電極の電位を+15Vとし、その両隣の画素電極の電位を0Vとし、対向電極の電位を0Vとした場合を示している。
このとき、図6(a)、図7(a)の電圧印加状態では3つの画素全てが黒表示となる一方、図6(b)、図7(b)の電圧印加状態では中央の画素が黒表示となり、その両隣の画素が白表示となる。
図7(a)に示すように、従来の電気泳動表示装置200の場合、3つの画素電極235の全ての電位を+15V、対向電極237の電位を0Vとした場合には、各画素電極235と対向電極237との間に電気力線が略直線状に延びるように電界が形成される。これに対して、図7(b)に示すように、中央の画素電極235の電位を+15V、その両隣の画素電極235の電位を0V、対向電極237の電位を0Vとした場合には、従来の電気泳動表示装置235では対向電極237が基板全面に形成されているため、隣接する画素電極235間に横電界(基板面に平行な方向の電界)が発生するのに伴い、中央の画素電極235と対向電極237との間に発生する縦電界(基板面に垂直な方向の電界)が対向電極237寄りの位置で両方の隣接画素側に大きく広がった状態となる。そのため、対向電極237側で広がった電界に沿って移動する電気泳動粒子の分布も隣接画素側に広がる結果、黒表示となる中央の画素が周囲に滲んだように見え、輪郭のぼけた画像が視認されていた。
これに対し、本実施形態の電気泳動表示装置100の場合、図6(a)、(b)に示すように、対向電極37の各島状部80と各画素電極35とは略同一形状、略同一寸法であり、各島状部80と各画素電極35とが対向するように配置されている。この場合、図6(a)に示すように、3つの画素電極35の全ての電位を+15V、対向電極37の電位を0Vとした場合には、各画素電極35と対向電極37との間に電気力線が略直線状に延びるように電界が形成される。この状態は図7(a)に示す従来の場合と略同じである。
しかしながら、図6(b)に示すように、中央の画素電極35の電位を+15V、その両隣の画素電極35の電位を0V、対向電極37の電位を0Vとした場合には、電界の様子が従来と異なり、隣接する画素電極35間に横電界が発生しても、隣接する画素電極35間に対応する領域には対向電極37が存在しないため、中央の画素電極35と対向電極37との間に発生する縦電界(電気力線)の対向電極37側での広がりが従来に比べて小さくなり、隣接する画素電極35側にはみ出すことがない。その結果、黒表示となる中央の画素の滲みを抑えることができ、シャープな輪郭を持った鮮鋭な画像を表示することができる。
なお、図5には、行方向に隣接する島状部80間、列方向に隣接する島状部80間、の2方向が連結部82によって連結されている対向電極37の例を示した。この構成に代えて、例えば図8に示すように、列方向に隣接する島状部80と島状部80との間が連結部82Aによって連結され、行方向に隣接する島状部80と島状部80との間は連結されていない構成の対向電極37Aを採用しても良い。この場合も、図5の構成を採用した場合と略同様の滲み抑制効果を得ることができるが、行方向に隣接する島状部80間を連結する連結部が存在しない分、特に画素中央付近での行方向(左右方向)への滲みをより抑えることができる。
また、図5や図8では、島状部80と連結部82,82Aとを設けることで列方向と行方向に延在する対向電極37,37Aの開口部83(対向電極が存在しない部分)を形成したが、この構成に代えて、対向電極に一定の幅で直線状に延在する開口部(スリット)を形成し、電極が存在する部分を一定の幅の帯状に形成する構成の対向電極としても良い。例えば、列方向に延在する開口部を形成した場合には行方向への滲みを抑えることができ、行方向に延在する開口部を形成した場合には列方向への滲みを抑えることができるが、他方向への滲みを抑えることはできない。しかしながら、表示する画像のコンテンツや用途に応じて一方向への滲みが許容される場合には、上記の電極構成を採用しても良い。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図9〜図10を用いて説明する。
本実施形態の電気泳動表示装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、対向電極の構成が第1実施形態と異なっている。
図9は本実施形態の電気泳動表示装置における第1対向電極の平面図である。図10は本実施形態の電気泳動表示装置の断面図であり、電極構成のみを示す図である。
図9、図10において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施形態の電気泳動表示装置101において、素子基板30側の構成は第1実施形態と全く同様である。対向基板45側の構成は、図10(a)、(b)に示すように、対向電極46が、第1対向電極47と第2対向電極48の2層の電極により構成されている。具体的には、基板本体79の電気泳動素子32側の一面には第2対向電極48が形成され、第2対向電極48上に絶縁膜49を介して第1対向電極47が形成されている。第2対向電極48は基板本体79の全面に形成される一方、第1対向電極47は各画素電極35と対向するように形成されている。すなわち、第1対向電極47と第2対向電極48とは絶縁膜49によって電気的に絶縁されており、第1対向電極47と第2対向電極48とは個別に電圧が印加できる構成となっている。
すなわち、第1対向電極47は、図9に示すように、複数の島状部80と枠部81と複数の連結部82とを有しており、第1実施形態の対向電極37と同様の構成を有している。第1対向電極47および第2対向電極48は、画素電極35とともに電気泳動素子32に電圧を印加する電極であり、MgAg(マグネシウム銀)、ITO、IZO(インジウム・亜鉛酸化物)などの透明導電材料から形成されている。また、絶縁膜49には、シリコン窒化膜等の無機絶縁材料や有機絶縁材料を用いることができ、素子基板30の第1、第2層間絶縁膜74,76と同様の材料を採用できる。なお、図10(a)、(b)には、第1対向電極47の直下のみに絶縁膜49が形成されている例を示したが、この構成に代えて、第2対向電極48の全面に絶縁膜が形成されていても良い。
本実施形態の電気泳動表示装置101においても、開口部を有する第1対向電極47を備えたことで第1実施形態と同様の作用により滲み抑制効果を得ることができるが、本実施形態の場合は単に滲みを抑制するだけでなく、第1対向電極47と第2対向電極48への印加電圧の組み合わせによって、滲みを抑制して鮮鋭な画像を表示するモードと、意図的に滲みを発生させたソフトフォーカスの画像を表示するモードと、を切り替え可能な電気泳動表示装置を実現できる。
例えば、図10(a)に示すように、中央の画素電極35の電位を+15V、その両隣の画素電極35の電位を0V、第1対向電極47の電位を0V、第2対向電極48の電位を15Vとした場合には、対向電極側の第1対向電極47を構成する島状部80の周縁において島状部80と第2対向電極48との間に横電界(斜め電界)が発生するため、中央の画素電極35と対向電極46との間に発生する縦電界の広がりが第1実施形態に比べて更に小さくなる。その結果、滲みを抑えることができ、シャープな輪郭を持った鮮鋭な画像を表示することができる。
一方、図10(b)に示すように、中央の画素電極35の電位を+15V、その両隣の画素電極35の電位を0V、第1対向電極47の電位を0V、第2対向電極48の電位を0Vとした場合には、第1対向電極47と第2対向電極48とが同電位であるため、全面にベタ状に形成されていた従来の対向電極と同等となり、中央の画素電極35と対向電極46との間に発生する縦電界の広がりが発生する。その結果、表示の滲みが発生し、ソフトフォーカスの画像を表示することができる。したがって、上記の場合、第1対向電極47の電位を0Vに設定した上で、第2対向電極48の電位を0Vに設定するか、+15Vに設定するかによって、上記の2つの表示モードを切り替えることが可能になる。
本実施形態の場合、製造プロセスにおいて絶縁膜49の形成工程が必要となるものの、第2対向電極48のパターニングを行うことなく、上述の2つの表示モードを切り替え可能な電気泳動表示装置を作製することができる。
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について、図11〜図12を用いて説明する。
本実施形態の電気泳動表示装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、鮮鋭画像表示モードとソフトフォーカス画像表示モードとの切り替え機能を備えた点は第2実施形態と同様であるが、対向電極の構成が第2実施形態と異なっている。
図11は本実施形態の電気泳動表示装置における第1、第2対向電極の平面図である。図12は本実施形態の電気泳動表示装置の断面図であり、電極構成のみを示す図である。
図11、図12において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
第2実施形態では、第2対向電極48上に絶縁膜49を介して第1対向電極47が形成されていた。これに対して、本実施形態の電気泳動表示装置102では、図12(a)、(b)に示すように、対向電極51が、第1対向電極52と第2対向電極53の2つの電極により構成されており、これら第1対向電極52と第2対向電極53とが基板本体79の一面に並置されている。第1対向電極52と第2対向電極53とは、櫛歯状に噛み合うような形状となっている。すなわち、基板本体79上に透明導電膜を形成した後、この透明導電膜をパターニングすることにより第1対向電極52と第2対向電極53とを形成することができる。
図11に示すように、第1対向電極52は、第2実施形態と同様、複数の島状部80と枠部81Aと複数の連結部82とを有している。ただし、枠部81Aは、複数の島状部80の全周を囲んでおらず、表示部5の4辺のうち、3辺(図11の上辺、左辺、右辺)を囲むように形成される一方、残りの1辺(図11の下辺)側には形成されていない。また、第2対向電極53は、第1対向電極52の開口部に相当する部分、すなわち隣接する画素電極35間に相当する部分に設けられている。第1対向電極52と第2対向電極53とは微小な間隔を持って離間して配置されたことにより電気的に絶縁されている。これにより、第1対向電極52と第2対向電極53とは個別に電圧が印加できる構成となっている。
鮮鋭画像表示モードとソフトフォーカス画像表示モードとを切り替える際の電圧印加パターンは第2実施形態と同様である。すなわち、図12(a)に示すように、中央の画素電極35の電位を+15V、その両隣の画素電極35の電位を0V、第1対向電極52の電位を0V、第2対向電極53の電位を15Vとした場合には、縦電界の広がりが小さくなるため、滲みが抑えられ、鮮鋭な画像を表示することができる。一方、図12(b)に示すように、中央の画素電極35の電位を+15V、その両隣の画素電極35の電位を0V、第1対向電極52の電位を0V、第2対向電極53の電位を0Vとした場合には、縦電界の広がりが発生するため、表示の滲みが発生し、ソフトフォーカスの画像を表示することができる。
本実施形態の場合、第2実施形態で用いた絶縁膜の形成工程が不要となり、簡易な製造プロセスで2つの表示モードを切り替え可能な電気泳動表示装置を作製することができる。
なお、以上の第1〜第3実施形態においては白色粒子27と黒色粒子26とを用いてモノクロ表示を行う構成について説明したが、対向基板側の基板本体79と対向電極51との間、もしくは対向電極51と電気泳動素子32との間にカラーフィルターを備える構成を採用しても良い。これにより、色滲みの少ないカラー表示が可能な電気泳動表示装置を実現できる。
[第4実施形態]
以下、本発明の第4実施形態について、図13〜図15を用いて説明する。
本実施形態の電気泳動表示装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、対向電極の構成が第1実施形態と異なっている。
図13は本実施形態の電気泳動表示装置における対向電極の平面図である。図14は本実施形態の電気泳動表示装置の断面図である。図15は本実施形態の電気泳動表示装置の動作を説明するための図である。
図13〜図15において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施形態の電気泳動表示装置103において、素子基板31側の構成は第1実施形態と全く同様である。対向基板55側については、図13、図14に示すように、対向電極56が第1対向電極57、第2対向電極58、第3対向電極59、の3つの電極で構成されている。これら第1対向電極57、第2対向電極58、第3対向電極59は、一つの画素電極35に対向する領域内に、これら3つの対向電極57,58,59が略収まるように形成されている。また、これら第1対向電極57、第2対向電極58、第3対向電極59は、個別に電圧が印加できるようになっている。
第1対向電極57、第2対向電極58、第3対向電極59の各々は、図13に示すように、各画素電極35の一部に対向する位置に設けられた電極部64と、行方向(図13の左右方向)に隣接する画素40にわたって第1対向電極57同士、第2対向電極58同士、第3対向電極59同士をそれぞれ連結する連結部65と、を有している。各対向電極57,58,59の電極部64の面積は略等しく、画素40の面積の略1/3ずつを占めている。ただし、各対向電極57,58,59の電極部64の面積は必ずしも等しくする必要はなく、意図的に異ならせても良い。各対向電極の電極部の面積を異ならせる構成を採用しても、後述する階調表示が可能である。
第1対向電極57の連結部65は画素40の一端側(図13の上側)に配置され、第2対向電極58の連結部65および第3対向電極59の連結部65は画素40の他端側(図13の下側)に配置されている。この配置により、第2対向電極58と第3対向電極59とは平面的に交差する部分を有しているが、この交差部分については、例えば一方の対向電極が絶縁膜を介して他方の対向電極の上層側もしくは下層側で立体的に交差する構成を採用したことにより、第2対向電極58と第3対向電極59とは電気的に絶縁されている。このような構成により、第1対向電極57、第2対向電極58、第3対向電極59は、それぞれ独立して電圧が印加できるようになっている。
以下、上記構成の電気泳動表示装置103において、階調表示を行う方法について図15を用いて説明する。
第1実施形態で説明したように、正に帯電した黒色粒子26と負に帯電した白色粒子27とで表示を行う場合で説明する。なお、黒色粒子26と白色粒子27の移動する向きや配置は互いに逆であるため、ここでは黒色粒子26のみに着目し、白色粒子27についての説明は省略する。また、図15(a)〜(d)では4つの画素40を示すが、左側から順に画素PX1、画素PX2、画素PX3、画素PX4とし、一つの画素40に対応する3つの対向電極については、左側から順に第1対向電極57、第2対向電極58、第3対向電極59、とする。また、電気泳動素子32中には実際には多数の黒色粒子26が存在するが、ここでは階調の説明を単純化するため、各対向電極57,58,59が対応する領域に対して1個ずつの黒色粒子26が存在するものとする。
初期状態では、図15(a)に示すように、全ての画素電極35に黒色粒子が引き寄せられた状態とし、全ての画素を白表示とする。このような状態とするためには、例えば、総ての画素電極35の電位を0V、総ての対向電極57、58、59の電位を15Vとすれば良い。
第1ステップとして、図15(b)に示すように、画素PX1、画素PX2、画素PX3の画素電極35の電位を0V、画素PX4の画素電極35の電位を+15V、第1対向電極57の電位を0V、第2対向電極58および第3対向電極59の電位を+15Vとすると、画素PX4の第1対向電極57に対応する領域だけは対向電極57側が低電位となるため、画素電極35側から対向電極57側に向かうクーロン力によって、この領域の黒色粒子26のみが対向電極57側に移動する。このとき、各画素PX1〜PX4において対向電極57,58,59側(視認側)に存在する黒色粒子26の数は、画素PX1が0個、画素PX2が0個、画素PX3が0個、画素PX4が1個、となる。
なお、図15(b)〜(d)の矢印は高電位側から低電位側に向かうクーロン力の向きを示し、ハッチングが施された電極は+15Vの電圧が印加された電極を示す。
次に、第2ステップとして、図15(c)に示すように、画素PX1の画素電極35の電位を0V、画素PX2、画素PX3、画素PX4の画素電極35の電位を+15V、第1対向電極57の電位を+15V、第2対向電極58および第3対向電極59の電位を0Vとすると、画素PX1の第1対向電極57に対応する領域は画素電極35側が低電位となるため、対向電極57側から画素電極35側に向かうクーロン力が生じるが、この領域の黒色粒子26はもともと画素電極35側にあるため、移動しない。また、画素PX2の第2対向電極58に対応する領域、画素PX2の第3対向電極59に対応する領域、画素PX3の第2対向電極58に対応する領域、画素PX3の第3対向電極59に対応する領域、画素PX4の第2対向電極58に対応する領域、画素PX4の第3対向電極59に対応する領域は対向電極58,59側が低電位となるため、画素電極35側から対向電極58,59側に向かうクーロン力によって、これらの領域の黒色粒子26は対向電極58,59側に移動する。なお、第1ステップで移動した画素PX4の第1対向電極57に対応する領域の黒色粒子26は、クーロン力を受けず、対向電極57側に留まったままである。このとき、各画素PX1〜PX4において対向電極57,58,59側(視認側)に存在する黒色粒子26の数は、画素PX1が0個、画素PX2が2個、画素PX3が2個、画素PX4が3個、となる。
次に、第3ステップとして、図15(d)に示すように、画素PX1、画素PX2の画素電極35の電位を0V、画素PX3、画素PX4の画素電極35の電位を+15V、第1対向電極57および第2対向電極58の電位を+15V、第3対向電極59の電位を0Vとすると、画素PX1の第1対向電極57および第2対向電極58に対応する領域、画素PX2の第1対向電極57に対応する領域は画素電極35側が低電位となるため、対向電極57,58側から画素電極35側に向かうクーロン力が生じるが、これらの領域の黒色粒子26はもともと対向電極57,58側にあるため、移動しない。また、画素PX2の第2対向電極58に対応する領域は画素電極35側が低電位となるため、対向電極58側から画素電極35側に向かうクーロン力によって、この領域の黒色粒子26は画素電極35側に移動する。その他の領域の黒色粒子26は、現状の位置に留まったままである。このとき、各画素PX1〜PX4において対向電極57,58,59側(視認側)に存在する黒色粒子26の数は、画素PX1が0個、画素PX2が1個、画素PX3が2個、画素PX4が3個、となる。
このように、全ての画素PX1〜PX4が白表示であった初期状態から、上記の第1〜第3ステップの電圧印加を行うことによって、画素PX1側から画素PX4側に向けて白表示から段階的に黒表示に変化する階調表示を行うことができる。
本実施形態の電気泳動表示装置103によれば、各画素PX1〜PX4の画素電極35とそれに対応する第1〜第3対向電極57,58,59への印加電圧の組み合わせを変えることにより、一つの画素内で各対向電極57,58,59の形成領域毎に電気泳動粒子の移動を制御することができる。そのため、画素を複数のサブピクセルで構成しなくても、簡素な構成で階調表示が可能な電気泳動表示装置を実現できる。
[第5実施形態]
以下、本発明の第5実施形態について、図16を用いて説明する。
本実施形態の電気泳動表示装置の基本構成は第4実施形態と同様であり、対向基板にカラーフィルターを備えた点が第4実施形態と異なっている。
図16は本実施形態の電気泳動表示装置の断面図である。
図16において、第1実施形態で用いた図2と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施形態の電気泳動表示装置104においては、図16に示すように、対向基板90の基板本体79の電気泳動素子32側の一面にカラーフィルター91が設けられている。カラーフィルター91は、第1対向電極57、第2対向電極58、第3対向電極59毎に異なる色の色材層、例えば赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の色材層を有している。また、カラーフィルター91の各色材層上には、第4実施形態と同様の第1対向電極57、第2対向電極58、第3対向電極59がそれぞれ設けられている。その他の構成は第4実施形態と同様である。
第4実施形態では階調表示を行う方法について説明したが、本実施形態の電気泳動表示装置104ではカラーフィルター91を備えたことにより、各画素40の画素電極35とそれに対応する第1〜第3対向電極57,58,59への印加電圧の組み合わせを変えることにより、一つの画素40内で各対向電極57,58,59の形成領域毎に電気泳動粒子の移動を制御し、カラー表示を行うことができる。したがって、一つの画素を複数のサブピクセルで構成することなく、簡素な構成でカラー表示が可能な電気泳動表示装置を実現できる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態では、隣接する画素電極間の全ての領域に対向電極の開口部を設ける構成を示したが、この構成に代えて、隣接する画素電極間の全ての領域のうち、一部の領域には対向電極の開口部を設けない構成、例えば開口部を設ける領域と開口部を設けない領域とを交互に配置する構成としても良い。その場合、対向電極の開口部を設けない画素電極間の領域には画素の滲みが生じるが、画像全体を見たときにその滲みが許容できる範囲であれば、そのような構成を採用しても構わない。その他、電気泳動表示装置の各構成部材の材料、形状、数等の具体的な構成については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
また、上記実施形態では、アクティブマトリクス型電気泳動表示装置の例を挙げたが、本発明を単純マトリクス型(パッシブマトリクス型)電気泳動表示装置に適用することも可能である。
[電子機器]
次に、上記実施形態の電気泳動表示装置100〜104を、電子機器に適用した場合について説明する。
図17(a)は電子ペーパー1100の構成を示す斜視図である。電子ペーパー1100は、上記実施形態の電気泳動表示装置を表示領域1101に備えている。電子ペーパー1100は可撓性を有し、従来の紙と同様の質感及び柔軟性を有する書き換え可能なシートからなる本体1102を備えて構成されている。
図17(b)は、電子ノート1200の構成を示す斜視図である。電子ノート1200は、上記の電子ペーパー1100が複数枚束ねられ、カバー1201に挟まれているものである。カバー1201は、例えば外部の装置から送られる表示データを入力する図示は省略の表示データ入力手段を備える。これにより、その表示データに応じて、電子ペーパーが束ねられた状態のまま、表示内容の変更や更新を行うことができる。
以上の電子ペーパー1100、および電子ノート1200によれば、本発明に係る電気泳動表示装置が採用されているので、表示の滲みが少なく、表示品位に優れた表示部を備えた電子機器が実現できる。
なお、上記の電子機器は、本発明に係る電子機器を例示するものであって、本発明の技術範囲を限定するものではない。例えば、携帯電話、携帯用オーディオ機器などの電子機器の表示部にも、本発明に係る電気泳動表示装置は好適に用いることができる。
30…素子基板(第1基板)、31,45,55,90…対向基板(第2基板)、32…電気泳動素子、35…画素電極、37,37A,46,51,56…対向電極、47,52,57…第1対向電極、48,53,58…第2対向電極、49…絶縁膜、59…第3対向電極、80…島状部、81,81A…枠部、82,82A…連結部、83…開口部、91…カラーフィルター、100,101,102,103,104…電気泳動表示装置、1100…電子ペーパー(電子機器)、1200…電子ノート(電子機器)。

Claims (6)

  1. 第1基板と、第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された電気泳動素子と、を備えた電気泳動表示装置であって、
    前記第1基板に設けられ、行方向および列方向に配列された複数の画素電極と、前記第2基板に設けられ、前記画素電極との間で前記電気泳動素子に電圧を印加する対向電極と、を備え、
    前記対向電極が、隣接する前記画素電極間の領域に対向する箇所に、前記行方向および前記列方向の少なくとも一方向に延在する開口部を有し、
    前記対向電極が、前記開口部を有する第1対向電極と、少なくとも前記開口部に対応する領域に設けられ、前記第1対向電極とは独立して電圧が印加可能な第2対向電極と、を含むことを特徴とする電気泳動表示装置。
  2. 前記第2基板上に前記第2対向電極が設けられ、前記第2対向電極上に絶縁層を介して前記第1対向電極が設けられたことを特徴とする請求項に記載の電気泳動表示装置。
  3. 前記第1対向電極と前記第2対向電極とが同層に形成されていることを特徴とする請求項に記載の電気泳動表示装置。
  4. 前記対向電極が、前記複数の画素電極の各々に対向する箇所に設けられた複数の島状部と、前記複数の島状部の周囲を囲むように設けられた枠部と、前記複数の島状部間および所定の前記島状部と前記枠部との間を連結する連結部と、を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  5. 前記複数の画素電極の各々に対応して異なる色の色材層が設けられたカラーフィルターを備えたことを特徴とする請求項1ないしのいずれか一項に記載の電気泳動表示装置。
  6. 請求項1ないしのいずれか一項に記載の電気泳動表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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