JP2001174853A

JP2001174853A - 電気泳動表示装置

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Publication number: JP2001174853A
Application number: JP35736999A
Authority: JP
Inventors: Reiji Hatsutori; 励治服部
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP3862906B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気泳動粒子の吸着を均一になし、色表示の
品質の向上を図り、電極間を短くしてもコントラストの
低下しない、高速応答が可能な電気泳動表示装置を提供
する。【解決手段】複数の画素を有する電気泳動表示装置に
おいて、前記各画素は、下部基板１と、この下部基板１
上に設けられた画素面積に比べ小さな面積を有する下部
電極２と、この下部電極２側に下部基板１に対向して設
けられた上部基板３と、この上部基板３の下部電極２に
対向する側に設けられ下部電極２より広い面積を有する
透明な上部電極４と、前記下部電極２と上部電極４に挟
持され、無色の流体及び同極性の電荷を持つ少なくとも
一種類の電気泳動粒子５を含む分散層６と、各画素を分
離する隔壁７からなり、前記上部電極４が前記下部電極
２に等距離を保つような曲面構造を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気泳動表示装置
に係り、特に低消費電力が要求される移動体通信装置お
よび携帯端末用表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信端末やモバイルコンピューテ
ィング用の表示装置の低消費電力化という観点から反射
型表示装置への期待が高まっている。

【０００３】反射型表示装置としては現在、液晶を用い
たものが主に開発されているが、液晶の旋光性を用いた
一般的な液晶セルでは必ず偏光子を必要とし、反射光は
少なくとも２回偏光子を通過しなければならない。これ
により反射光は５０％程度減衰し、反射型表示装置とし
ての特性を大きく左右する画面の明るさを制限する致命
的な要因となっている。

【０００４】その他の反射型表示装置の一つとして、例
えば、米国特許３６６８１０６号に記載されているよう
な電気泳動表示装置が知られているが、この電気泳動表
示装置は二枚の電極の間に電気泳動粒子と色素を溶解さ
せた絶縁性液体を挟み、電気泳動粒子と色素の対比色に
より画像を得るものである。

【０００５】つまり、電気泳動粒子が観測者に近い第１
の電極の表面に付着する場合には、電気泳動粒子の色が
観測され、一方、電気泳動粒子が観測者から遠い第２の
電極の表面に付着する場合には、電気泳動粒子の色は絶
縁性液体に隠蔽されるとともに絶縁性液体の色が観測さ
れる。

【０００６】しかしながら、電気泳動表示装置は、例え
ば、Ｐｒｏｃ．ＳＩＤ、１８、２６７（１９７７）に記
載されているように、広視野角、高コントラスト、低消
費電力という利点を備えてはいるものの、絶縁性液体に
溶解した色素の電気泳動粒子への吸着、及び電気泳動粒
子が吸着した電極表面と電気泳動粒子間への絶縁性液体
の浸透などの悪影響により、高い反射率、すなわち明る
さと高いコントラストを両立させることは本質的に不可
能である、という大きな問題があった。

【０００７】また、マトリックス表示する場合、泳動時
間を短くし、応答を早くしなければならない。そのため
には、電極間距離を短くする必要があるが、短くすると
今度は着色絶縁性液体の吸収が小さくなり、コントラス
トが低くなるという問題があった。

【０００８】この問題を解決する手段として、各セルに
遮蔽層を設け、一つの電極をこの遮蔽層に隠蔽された領
域に配置するようにしたものが、特開平９−２１１４９
９号に示されている。

【０００９】この方法では絶縁性液体を透明とし、電気
泳動粒子と他の電極表面に設けられた着色誘電体層表面
で色の対比を得ることができ、上記の絶縁性液体に溶解
した色素の電気泳動粒子への吸着、及び電気泳動粒子が
吸着した電極表面と電気泳動粒子間への絶縁性液体の浸
入などの問題を解決することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の方法では、２つの電極を垂直に配置しなければ
ならず、電気泳動粒子の移動距離が大きくなり、応答時
間が早くできないということが推測される。また、電極
間距離が一定ではないので、電気泳動粒子が不均一に吸
着するという問題が残される。

【００１１】本発明は、上記問題点を除去し、電気泳動
粒子の吸着を均一になし、色表示の品質の向上を図り、
電極間を短くしてもコントラストの低下しない、高速応
答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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、〔１〕複数の画素を有する電気泳動表示装置において、
前記各画素は、第１の基板と、この第１の基板上に設け
られた画素面積に比べ小さな面積を有する第１の電極
と、この第１の電極側に前記第１の基板に対向して設け
られた第２の基板と、この第２の基板の第１の基板に対
向する側に設けられ前記第１の電極より広い面積を有す
る透明な第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極に
挟持され、無色の流体及び同極性の電荷を持つ少なくと
も一種類の電気泳動粒子を含む分散層と、各画素を分離
する隔壁からなり、前記第２の電極が前記第１の電極に
等距離を保つような曲面構造を具備することを特徴とす
る。

【００１３】〔２〕上記〔１〕記載の電気泳動表示装置
において、前記分散層の屈折率が前記第２の基板の屈折
率より小さく画素毎に前記第２の基板が凹レンズ機能を
有することを特徴とする。

【００１４】〔３〕上記〔１〕記載の電気泳動表示装置
において、前記隔壁の側面が前記第１の電極と第２の電
極の端辺を結び、第１の電極に近づくにつれ壁面間が次
第に小さくなるような構造を具備することを特徴とす
る。

【００１５】〔４〕上記〔１〕記載の電気泳動表示装置
において、前記隔壁の側面が前記電気泳動粒子と対比し
得る色を有することを特徴とする。

【００１６】〔５〕上記〔１〕記載の電気泳動表示装置
において、前記第１の基板および隔壁が透明であること
を特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１８】図１は本発明の電気泳動表示装置における
一画素の断面図である。

【００１９】この図に示すように、この電気泳動表示装
置は、下部基板１、下部電極２、上部基板３、透明電極
（上部電極）４、電気泳動粒子５、透明流体（分散層）
６、隔壁７、着色層８および電気回路９より構成されて
いる。

【００２０】下部基板１としては絶縁性材料で反射型セ
ルの場合には透明である必要は無く、作製工程に高温を
必要としないので幅広い種類の材料を用いることが出来
る。下部電極２はライン状またはドット状にパターン化
された金属膜である。アクティブマトリックス駆動を行
う場合は下部電極２の基板上にスイッチング素子を形成
し、信号ラインと走査ラインを設ける。反射型の場合、
開口率を考える必要が無いのでスイッチング素子の設計
には場所的な余裕がある。

【００２１】上部基板３は透明基板で下部電極２と等距
離を保つような凹レンズ状の窪みを持つ構造をしてい
る。この窪みの形状は下部電極２がライン状のものの場
合は円柱状になり、ドット状のものは球状となる。その
下部電極２に面する表面には上部電極となる透明電極４
がパターン化されている。着色した電気泳動粒子５は透
明流体６の中で電荷を持ち分散している。

【００２２】隔壁７は電気泳動粒子５の偏りを防ぎ、電
極２，４間のギャップと絶縁を保つ役目を果たし、長方
形、台形、三角形またはそれに類似した形状を有してい
る。また、その側面には電気泳動粒子５と対比した色の
着色層８が形成される。電気回路９は電極２、４に適当
な時間、適当な電圧を供給する。

【００２３】いま、電気泳動粒子５が上部電極４に引き
付けられるように電圧が印加された場合、この画素上部
から見ると全体に電気泳動粒子５の色が見えることにな
る。反対に電気泳動粒子５が下部電極２に引き付けられ
るように電圧を印加した場合、電気泳動粒子５は下部電
極２に集められ、画素上部から見ると着色層８と下部電
極２が見えることになる。

【００２４】下部電極２は画素の占める面積に比べ小さ
く形成されており着色層８と下部電極２の上から見た面
積比に相当するコントラストが得られる。さらに上部基
板３の凹レンズにより上から見た場合の下部電極２の面
積は縮小され、さらにコントラストが高められる。透明
流体６としては可視域の光の透過性が良く、電気泳動粒
子５に対する溶解能が小さく電気泳動粒子５を安定に分
散でき、イオンを含まずかつ電圧印加によりイオンを生
じない絶縁性のものが望ましい。

【００２５】また、電気泳動粒子５の浮沈防止のために
は電気泳動粒子５と比重がほぼ等しく、電圧印加時にお
ける電気泳動粒子５の移動度の面から粘性の低いものが
好ましい。さらに、レンズ効果を考えて、その屈折率は
ガラス基板に比べ小さくなければならない。

【００２６】通常の電気泳動表示装置は反射型素子のみ
に制限されているが、本発明では透過型の素子も可能で
ある。その構造を図２に示す。図１に示す反射型素子と
違う点は隔壁７及び下部基板１が透明性を有しており、
着色層の代わりに電気泳動粒子５と対比した色のフィル
ター１０を形成する。このフィルター１０は隔壁７上に
有る必要は無く、下部基板１又は上部基板３の外側に位
置してもよい。

【００２７】また、更に単純化された構造として図３に
示すような構造を示す。この構造は上部基板３の窪みを
深くし、この窪みに隔壁７の役目を担わせるものであ
る。

【００２８】これにより製造工程が減り製造コストが低
減される。この場合、電気泳動粒子５の対比色となる着
色層８は下部基板１の表面にあるか、または下部基板１
自身が対比色を有している。また、透過型の場合は下部
基板１は透明とする。

【００２９】図４は本発明に係る電気泳動表示装置の一
実施形態の構成を説明するための図である。

【００３０】本発明にかかる電気泳動表示装置には、図
１、図２及び図３に示す一画素分の構造が複数設けられ
ている。このような電気泳動表示装置は、例えば、図４
に示すように、走査電極群１２が形成されたガラス基板
１１と、隔壁および着色層１３と、信号電極群１５が設
けられ凹レンズ構造が加工されたガラス基板１４からな
る構造を有する。信号電極と走査電極は互いに直行し
て、単純マトリックス駆動が可能である。

【００３１】本発明に用いられる電気泳動粒子は、流体
に安定に分散され、単一の極性を有するとともに、その
粒径分布が小さいことが、表示装置の寿命、コントラス
ト、解像度などの観点から望ましい。また、その粒径
は、０．１μｍから５μｍが好ましい。この範囲内であ
ると、光散乱効率が低下せず、電圧印加時において十分
な応答速度が得られる。

【００３２】電気泳動粒子の材料としては、例えば、酸
化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化
アルミニウム、セレン化カドミウム、カーボンブラッ
ク、硫酸バリウム、クロム酸鉛、硫化亜鉛、硫化カドミ
ウムなどの無機顔料、あるいはフタロシアニンブルー、
フタロシアニングリーン、ハンザイエロー、ウオッチン
グレッド、ダイアリーライドイエローなどの有機顔料を
用いることができる。

【００３３】本発明において、前述したように、電気泳
動粒子を分散させる流体としては、電気泳動粒子に対す
る溶解能が小さく電気泳動粒子を安定に分散でき、イオ
ンを含まず、かつ、電圧印加によりイオンを生じない絶
縁性のものが望ましい。また、電気泳動粒子の浮沈防止
のためには電気泳動粒子と比重がほぼ等しく、電圧印加
時における電気泳動粒子の移動度の面から粘性の低いも
のが好ましい。

【００３４】さらに、レンズ効果を考えて上部基板の屈
折率よりその屈折率が出来るだけ小さいことが望まれ
る。比較的多くの電気泳動粒子材料に対して用いること
のできる絶縁性液体としては、例えば、ヘキサン、デカ
ン、ヘキサデカン、ケロセン、トルエン、キシレン、オ
リーブ油、リン酸トリクレシル、イソプロパノール、ト
リクロロトリフルオロエタン、ジブロモテトラフルオロ
エタン、テトラクロロエチレンなどを挙げることができ
る。

【００３５】なお、電気泳動粒子の浮沈防止のために電
気泳動粒子との比重整合を行う場合などは混合流体の利
用も可能である。

【００３６】本発明において、電気泳動粒子の分散層に
おける混合重量率は、電気泳動粒子の電気泳動性が阻害
されず、かつ分散層の反射制御が十分に行える限り、特
に限定されるものではないが、例えば１重量％から２０
重量％が好ましい。

【００３７】本発明において、電気泳動粒子の電荷を増
加させるため、あるいは同極性にするために、必要に応
じて、前述の流体に、樹脂、界面活性剤等の添加剤を加
えることができる。

【００３８】本発明において、分散層の厚さは電気泳動
粒子の径より大きく、粒子の運動を妨げない限り特に限
定されるものではないが、電圧印加時の速い応答速度の
ためには、できるだけ薄いことが望ましい。このような
観点から、分散層の好ましい厚さは、５μｍから２００
μｍである。

【００３９】本発明に用いられる電極材料としては、ア
ルミニウム、銅、銀、金、白金などの良導電性のものが
好ましい。また、透明電極材料としては、酸化スズ、酸
化インジウム、ヨウ化銅などの薄膜を好ましく用いるこ
とができる。また、電極形成は蒸着、スパッタリング、
フォトリソグラフィーなど通常の方法で行うことができ
る。

【００４０】本発明において、上部電極を配置する基板
は、十分な絶縁性及び透明性を有し、凹レンズ構造を作
製できるものとする。また、レンズ効果を考えて屈折率
が高い材料が望まれる。具体的な材料としては、ガラ
ス、プラスチック、セラミックが好ましい。また、その
加工の方法は材料に応じてドライエッチング法、ウエッ
トエッチング法、テンプレート法などを用いることがで
きる。

【００４１】本発明において、下部電極を配置する基板
は、十分な絶縁性及び微視的な平面性を保ち、十分な構
造を維持する強度を有するものであれば、特に限定され
ない。セルの構造が保たれる限りフレキシブルな基板で
もよい。具体的な材料としては、ガラス、プラスチッ
ク、セラミックが好ましい。また、この基板に泳動粒子
との対比色を担わせる場合には、適当な色素、顔料をガ
ラスやプラスチック、セラミックに混合したものや有色
セラミックを基板として用いることができる。

【００４２】本発明において、隔壁の材料として、ガラ
ス、プラスチック、セラミックなどの絶縁性材料のもの
が好ましい。また、この隔壁に電気泳動粒子との対比色
を担わせる場合は、適当な色素、顔料をガラスやプラス
チック、セラミックに混合したものや有色セラミックを
用いることができる。

【００４３】本発明において、基板上に形成されて、電
気泳動粒子の対比色を担わせる誘電体としては、誘電体
自身が対比色を有するもの、あるいは対比色を担う顔
料、染料を誘電体層に混合したものを使用することがで
きる。

【００４４】誘電体層の材料および厚さは、分散層に十
分な電圧が印加され、かつ表示ムラを生じない限りにお
いて、特に限定されるものではない。誘電体材料として
は、例えば、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム
などの無機物あるいは、ポリエチレン、ポリスチレン、
フェノール樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピ
レン、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、シ
リコン樹脂などの有機物を用いることができる。電気泳
動粒子との対比色を担う顔料や染料を混合する場合、そ
の材料は特に限定されないが、安定に誘電体層に保持さ
れるものが選択される。

【００４５】電極あるいは基板上への誘電体層の形成に
は、材料に応じてスパッタリング、蒸着、溶液塗布、溶
液浸漬、スピンコート、ラングミュアブロジェット法な
どの通常の手法を用いることができる。誘電体層の厚さ
は、例えば、数ｎｍから数μｍが考えられる。

【００４６】なお、電気泳動粒子の電極表面上への不可
逆的な吸着、および電極表面での水等の不純物の電気化
学反応を防止するために、第１の電極のみならず第２の
電極表面にも必要に応じてフッ素樹脂などの誘電体層を
設けることが望ましい。

【００４７】本発明において、電気回路は特に限定され
るものではないが、例えば、最大定格電圧１００Ｖ、電
源容量１０ｍＡの電源を擁し、その極性を任意に設定で
きるものなどを用いることができる。

【００４８】その一画素分が図１に示した構造と同様の
構造を有する電気泳動表示装置において、各部材の選
択、形成、及び設定を以下のようにして行った。下部基
板１および上部基板３として、厚さ１ｍｍの透明なガラ
ス板を用いた。上部基板３の凹レンズ構造はフォトリソ
グラフィー技術とガラスの等方性ウエットエッチングを
用い幅５０μｍ、中央部のくぼみ深さ１０μｍとした。
上部電極４は、ＩＴＯをスパッタリング法により成膜
し、低抵抗化のために摂氏２５０度のアニールを５時間
行った。

【００４９】下部電極２としてクロムを成膜した後、隔
壁７を低融点ガラスにてスクリーン印刷法を用い形成し
高さ２５μｍとした。隔壁７の間隔は５０μｍとした。
着色層８は硫酸バリウム微粉末をフッ素樹脂に混入した
ものをディップコートにより厚さ約０．５μｍで形成し
た。電気泳動粒子５として黒色樹脂トナー（粒径１μ
ｍ）を、また透明流体６としてイソプロパノールを用
い、両者を電気泳動粒子５の混合重量率が１０％となる
ように混合し、さらに分散安定性の向上のために微量の
界面活性剤を添加し、分散層６を準備した。この場合、
電気泳動粒子５は表面が負に帯電している。

【００５０】このようにして得られた電気泳動表示装置
の一画素分の具体的な駆動動作を以下に示す。

【００５１】まず、電気回路９により電極４，２を各々
正極、負極となるように電圧３０Ｖの直流電圧を印加す
ると、負に帯電した電気泳動粒子５は、電極２に移動
し、その近傍の着色層表面に吸着する。このとき、基板
３側から観測すると、着色層８の白色が観測される。こ
の状態は電気回路９と電極との電気的接続を切り電圧印
加を止めた以降も持続され、本電気泳動表示装置がメモ
リ機能を有することを示した。

【００５２】次に、先の場合と極性を反転して電圧印加
を行うと、すなわち電極４が負極、電極２が正極となる
ように３０Ｖの直流電圧を印加すると、電気泳動粒子５
は電極４に移動しその表面に吸着する。

【００５３】この場合、観測者からは電気泳動粒子５の
黒色が見えた。光学反射特性は、白表示、黒表示とも各
々着色層８および電気泳動粒子５単独の場合とほぼ等し
く、電気泳動表示装置が本来有する広視野角に加えて、
明るさと高コントラストが両立した電気泳動表示装置で
あることを確認できた。

【００５４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００５５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。

【００５６】（Ａ）近年、急速に発達している微細加工
（マイクロマシーン）技術を用いることにより、数ミク
ロン幅の構造を深さ数百ミクロンで精度良く加工し、下
部電極の面積が上部電極よりも小さくなるように構成
し、高コントラストを得るとともに、上部電極と下部電
極との距離が一定になる曲面構造となし、電気泳動粒子
の吸着を均一になし、色表示の品質の向上を図り、電極
間を短くしてもコントラストの低下しない、高速応答の
電気泳動表示装置を実現することができる。

【００５７】より具体的には、（Ｂ）下部電極の面積を上部電極に比べ小さくしてある
ため、電気泳動粒子が下部電極に付着する場合は、絶縁
性液体の隠蔽に頼らなくとも、下部電極とその他の部分
の面積比によってコントラストを得ることができる。

【００５８】したがって、従来のように、泳動粒子ある
いは透明電極等に色素材料が浸入、吸着することもな
く、明るさと高コントラストが両立した電気泳動表示装
置を得ることができる。

【００５９】（Ｃ）また、上部電極は下部電極と一定の
距離を保つように曲面構造をしており、これにより、電
気泳動粒子の上部電極への吸着が均一になり電気泳動粒
子の色表示が良好に行われる。これと同時に、この構造
では電極間距離を短くしても絶縁性液体の光の吸収を使
わないために、コントラストの低下は無く、高速応答の
電気泳動表示装置を作ることができる。

【００６０】（Ｄ）更に、上部電極を曲面構造にするた
めに形成された上部基板の構造は自動的に凹レンズの役
割を果たし、上部より観測した場合、下部電極を小さく
見せることができる。このため、さらにコントラストを
上げる役目を果たす。これらの効果により、電気泳動粒
子を分散させた流体として色素材料を含まない透明のも
のを使用しても隔壁側表面に泳動粒子と対比した着色層
を形成することにより十分なコントラストと十分に速い
応答速度をもつ電気泳動表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す電気泳動表示装置の一画
素の断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す電気泳動表示装置の
一画素の断面図である。

【図３】本発明の更なる他の実施例を示す電気泳動表示
装置の一画素の断面図である。

【図４】本発明の実施例を示す電気泳動表示装置の全体
構成を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１下部基板（第１の基板）２下部電極（第１の電極）３上部基板（第２の基板）４透明電極（上部電極）（第２の電極）５電気泳動粒子６透明流体（分散層）７隔壁８着色層９電気回路１０フィルター１２走査電極群１１，１４ガラス基板１３隔壁および着色層１５信号電極群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素を有する電気泳動表示装置に
おいて、前記各画素は、第１の基板と、該第１の基板上に設けら
れた画素面積に比べ小さな面積を有する第１の電極と、
該第１の電極側に前記第１の基板に対向して設けられた
第２の基板と、該第２の基板の第１の基板に対向する側
に設けられ前記第１の電極より広い面積を有する透明な
第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極に挟持さ
れ、無色の流体及び同極性の電荷を持つ少なくとも一種
類の電気泳動粒子を含む分散層と、各画素を分離する隔
壁からなり、前記第２の電極が前記第１の電極に等距離
を保つような曲面構造を具備することを特徴とする電気
泳動表示装置。
【請求項２】請求項１記載の電気泳動表示装置におい
て、前記分散層の屈折率が前記第２の基板の屈折率より
小さく画素毎に前記第２の基板が凹レンズ機能を有する
ことを特徴とする電気泳動表示装置。
【請求項３】請求項１記載の電気泳動表示装置におい
て、前記隔壁の側面が前記第１の電極と第２の電極の端
辺を結び第１の電極に近づくにつれ壁面間が次第に小さ
くなるような構造を具備することを特徴とする電気泳動
表示装置。
【請求項４】請求項１記載の電気泳動表示装置におい
て、前記隔壁の側面が前記電気泳動粒子と対比し得る色
を有することを特徴とする電気泳動表示装置。
【請求項５】請求項１記載の電気泳動表示装置におい
て、前記第１の基板および隔壁が透明であることを特徴
とする電気泳動表示装置。