JP2009230061A - 電気泳動装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高いコントラストを実現可能な電気泳動装置を提供すること。
【解決手段】第１基板(10)と、前記第１基板の上側に設けられた絶縁層(12)と、前記絶縁層の上側に設けられた複数の個別電極(14)と、前記複数の個別電極の上側に設けられた電気泳動層(16)と、透明導電膜からなり、前記電気泳動層の上側に設けられて前記複数の個別電極の各々と対向する共通電極(22)と、前記共通電極を支持する透明な第２基板(24)と、を含み、前記複数の個別電極の各々が黒色や濃配色などの暗色の導電膜からなる、電気泳動装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示用途等に用いられる電気泳動装置並びにこの電気泳動装置を備える電子機器に関する。

従来、表示用途に用いられる電気泳動装置において、画素電極（個別電極）の材料にはあまり注意が払われてこなかった。例えば、特開２００６−１８９７８０号公報（特許文献１）においては、電気泳動表示装置の画素電極に関しては「ＩＺＯまたはＩＴＯのような透明な導電物質、もしくは反射度を持つ導電物質からなる」と記載されている。しかし、電気泳動装置において高い表示コントラストを得るためには、電気泳動材料（電気泳動層）の背面の反射率がより低いことが望ましい。背面の反射率が高いと、表示コントラストを高めることが難しい。特許文献１にあるように、透明な画素電極を用いた場合でもその下層には金属層が存在するために背面の反射率は低くならず、そのため高コントラストな表示を得ることが難しい。

特開２００６−１８９７８０号公報

本発明に係る具体的態様は、高いコントラストを実現可能な電気泳動装置を提供することを目的の一つとする。

本発明に係る電気泳動装置は、（ａ）第１基板と、（ｂ）前記第１基板の上側に設けられた絶縁層と、（ｃ）前記絶縁層の上側に設けられた複数の個別電極と、（ｄ）前記複数の個別電極の上側に設けられた電気泳動層と、（ｅ）透明導電膜からなり、前記電気泳動層の上側に設けられて前記複数の個別電極の各々と対向する共通電極と、（ｆ）前記共通電極を支持する透明な第２基板と、を含み、前記複数の個別電極の各々が暗色の導電膜からなる、電気泳動装置である。

このような構成によれば、電気泳動層の背面に配置される各画素電極を黒色や濃灰色などの暗色に構成することにより、第２基板側から視認した際のコントラストを高めることが可能となる。

好ましくは、前記複数の個別電極の各々が黒色である。それにより、各画素電極の反射率がより低減されるので、コントラスト比をより高めることができる。

上述した複数の個別電極の各々は、例えば、アルミニウム薄膜と、モリブデンにアルミニウム酸化物を含有させた材料からなる薄膜と、を積層した導電膜からなることが好ましい。それにより、低反射率（例えば、２０％以下）の個別電極が得られる。

また、前記絶縁層が黒色や濃灰色などの暗色の絶縁膜からなることも好ましい。それにより、各個別電極の相互間の隙間から見える下地の絶縁層の反射率が低下するため、コントラスト比を更に高めることが可能となる。

上述した暗色の絶縁膜は、例えば酸化クロムからなる膜又は酸化コバルトからなる膜によって実現される。それにより、低反射率の絶縁膜が得られる。

上述した電気泳動層は、例えば複数のマイクロカプセルを含んで構成される。このようなマイクロカプセル型の電気泳動装置に本発明を適用することにより、各マイクロカプセルの相互間の隙間の反射率を低減し、コントラスト比の高い電気泳動装置が得られる。

好ましくは、前記複数の個別電極の各々の少なくとも１方向の幅が、前記複数のマイクロカプセルの各々の幅よりも大きく設定される。各個別電極の他の１方向の幅についても各マイクロカプセルの幅よりも大きく設定されることが更に好ましい。それにより、各マイクロカプセルの相互間の隙間が低反射率の画素電極によってカバーされる割合がより増加し、上述した隙間の反射率をより確実に低下させ、コントラスト比の向上を図ることができる。

本発明に係る電子機器は、上述した電気泳動装置を表示部として備える。ここで、「電子機器」は、電気泳動材料による表示を利用する表示部を備えるあらゆる機器を含むもので、ディスプレイ装置、テレビジョン装置、電子ペーパー、時計、電卓、携帯電話、携帯情報端末等を含む。また、「機器」という概念からはずれるもの、例えば可撓性のある紙状／フィルム状の物体、これら物体が貼り付けられた壁面等の不動産に属するもの、車両、飛行体、船舶等の移動体に属するものも含む。本発明に係る電気泳動装置を表示部として備えることにより、表示コントラストに優れた表示部を備える電子機器が得られる。

以下、本発明の実施の態様について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した一実施形態の電気泳動装置の構成を示す模式断面図である。図１に示された電気泳動装置１は、複数の画素をマトリクス状に配列して構成されたアクティブマトリクス型の表示装置であり、第１基板１０、絶縁層１２、複数の画素電極（個別電極）１４、電気泳動層１６、共通電極２２、第２基板２４、を含んで構成されている。図示のように、本実施形態における電気泳動層１６は、各々が多数の電気泳動粒子１８、２０を含有してなるマイクロカプセルを複数並べて構成されている。なお、説明の便宜上、各画素電極１４及び共通電極２２に対して駆動信号を供給するための回路部（スイッチング素子、配線等）については図示を省略している。

第１基板１０は、ガラス基板、プラスチック基板等の絶縁性基板からなる。第１基板１０の厚さは、例えば、薄膜回路形成の際の基板の物理的強度の点から２５μｍ以上あることが望ましく、基板の可撓性（フレキシビリティ）確保の点からは２００μｍ以下であることが望ましいがこれらの数値に限定されない。

絶縁層１２は、第１基板１０上に設けられている。この絶縁層１２としては、例えば酸化珪素膜（ＳｉＯ_x）、窒化珪素膜（ＳｉＮ）などの無機絶縁膜を用いることができる。また、絶縁膜１２として、酸化クロム（ＣｒＯ_x）などの暗色（典型的には黒色）の絶縁材料からなる絶縁膜を用いることも好ましい。それにより、電気泳動装置１の表示領域背面の反射率を低下させ、コントラストを向上させることができるからである。ＣｒＯ_xからなる絶縁膜１２は、例えばスパッタ法などの物理気相堆積法を用いて成膜することができる。また、酸化コバルト（Ｃｏ₃Ｏ₄）からなる絶縁膜を用いて絶縁層１２を構成してもよい。Ｃｏ₃Ｏ₄からなる絶縁膜１２は、例えば黒色のＣｏ₃Ｏ₄と硬化性樹脂とをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）に分散させた黒色絶縁材料溶液をインクジェット法やノズルコート法などの方法によって塗布し、それを約１００℃で約２０分間焼成することによって成膜することができる。

画素電極１４の各々は、絶縁層１２上に設けられており、互いに離間して配置されている。本実施形態においては、各画素電極１４は、暗色（典型的には黒色）、すなわち低反射率の材料を用いて形成されている。具体的には、各画素電極１４は、例えば以下のようにして形成することができる。すなわち、第１基板１０上の絶縁層１２上に、スパッタ法を用いて膜厚５０ｎｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）薄膜を堆積する。次に、モリブデン（Ｍｏ）にＡｌ酸化物を３０％程度含む材料を膜厚８０ｎｍ程度に堆積する。次に、ＭｏにＡｌ酸化物を４０％程度含む材料を膜厚５０ｎｍ程度に堆積する。このようにして成膜された積層膜をフォトリソグラフィーの後に公知の燐酸Ａｌエッチャントを用いてパターニングする。それにより、各画素電極１４が得られる。このような画素電極１４は、反射率が１０％程度と非常に低いものとなる。それにより、電気泳動装置１の表示領域背面の反射率を低下させ、コントラストを向上させることができる。

電気泳動層１６は、第１基板１０と第２基板２４との相互間、より詳細には各画素電極１４と共通電極２２との相互間に配置されている。本実施形態における電気泳動層１６は、バインダによって固定された多数のマイクロカプセルを含んで構成されている。各マイクロカプセル内には電気泳動分散媒、電気泳動粒子が含まれている。電気泳動粒子は印加電圧に応じて電気泳動分散媒中を移動する性質を有し、一種類（一色）以上の電気泳動粒子が使用される。本実施形態では、プラスに帯電した第１粒子１８とマイナスに帯電した第２粒子２０とが各マイクロカプセルに含有されている。電気泳動層１６の厚さは、例えば３０μｍ〜７５μｍ程度である。

共通電極２２は、第２基板２４のほぼ一面に渡って形成されており、各画素電極１４と対向して配置されている。本実施形態においては、第２基板２４側から視認されることを前提としていることから、共通電極２２は透明導電膜を用いて構成されている。共通電極２２を構成する透明導電膜としては、例えば、錫がドープされた酸化インジウム膜（ＩＴＯ膜）、フッ素がドープされた酸化スズ膜（ＦＴＯ膜）、アンチモンがドープされた酸化亜鉛膜、インジウムがドープされた酸化亜鉛膜、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛膜等を用いることができる。これらの透明導電膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム法、イオンプレーティング法、真空蒸着法又は化学的気相成長法（ＣＶＤ法）等の成膜技術によって形成することが可能である。

第２基板２４は、例えば透明な薄膜フィルム（透明な絶縁性合成樹脂基材）からなり、電気泳動層１６上を覆って設けられている。第２基板２４の厚さは、例えば１０〜２００μｍ程度である。なお、第２基板２４は、フィルム状の基板にのみ限定されるものではなく、ガラス基板、プラスチック基板等であってもよい。

本実施形態の電気泳動装置１はこのような構成を有しており、次にコントラストを向上させるための構成についてより詳細に説明する。

図２は、電気泳動層を構成する各マイクロカプセルの配置状態を示す模式平面図である。なお、図中に示された複数の円がマイクロカプセルを模式的に示している。図示のように、各マイクロカプセルを各画素電極１４上に設けた際に、各マイクロカプセルが全くつぶれずに球形状を保っていると仮定した場合、画素電極１４上の全面に対するマイクロカプセルの平面視での被覆率は最大で約９０．７％となる（図示のように、最密に各マイクロカプセルを塗工できた場合）。このとき、各マイクロカプセルの相互間には必ずマイクロカプセルに覆われない領域（隙間）が存在する。図中において、実線の四角で囲った領域の面積に対して、円で示された各マイクロカプセルに覆われている部分の面積の比率を算出した結果が上述した９０．７％という数値である。この図２は、全く欠陥無く、各画素電極１４上の全面をマイクロカプセルで覆うことができた理想的な場合であるが、実際には被覆率は更に低下して９０％以下となると考えられる。以下では、各マイクロカプセルを理想的に塗工できた場合を考える。

図３及び図４は、本実施形態の電気泳動装置の反射率及びコントラスト比を見積もった結果を示すグラフである。図３及び図４において、横軸がカプセルに覆われていない部分（隙間）の反射率を示し、左側の縦軸がコントラスト比を示し、右側の縦軸が反射率を示している。各マイクロカプセルに電界を印加することによってマイクロカプセル内の第１粒子１８及び第２粒子の分布を制御することにより、第２基板２４側からの視認状態が「黒表示」となるようにした場合のマイクロカプセル単体での反射率が５％、第２基板２４側からの視認状態が「白表示」となるようにした場合のマイクロカプセル単体の反射率が６０％であったと仮定する。なお、ここで仮定したマイクロカプセル単体での黒反射率５％、白反射率６０％という値は、カプセル材、バインダ、透明電極、保護膜等の反射、吸収を考慮すると現実的で妥当な値である。このとき、マイクロカプセルに覆われない領域（隙間領域；図２参照）の反射率を変化させて、電気泳動装置１の全体の反射率およびコントラストを算出すると図３に示すような結果になる。このグラフから、隙間領域の反射率（隙間反射率）が上がると白反射率、黒反射率とも上がっていき、表示全体が明るくなることが分かる。また、それに伴って、（白反射率）／（黒反射率）で計算されるコントラスト比は大きく低下することが分かる。すなわち、高い表示コントラストを得るためには隙間領域の反射率を下げる必要があることが分かる。ここで、もし吸収のきわめて少ない材料を用いて構成することにより、マイクロカプセル単体の白反射率を８０％まで高められたと仮定しても、傾向は同じである。そのときの反射率およびコントラスト比の隙間反射率依存性を示したのが図４である。やはり高いコントラスト比を得るためには隙間反射率を下げる必要がある。このような考察から、隙間反射率を低下させるには、上述したように各画素電極１４の反射率を低減することが重要となる。また、各画素電極１４は相互に離間させる必要があることから、各画素電極１４の相互間の隙間についても低反射率であることが望ましい。このことから、上述したように各画素電極１４の下側の絶縁層１２についても低反射率であることが望まれる。

図５は、各マイクロカプセルと各画素電極のサイズの相対的な大小関係について説明するための模式平面図である。なお、図中に示された複数の円が電気泳動層１６の各マイクロカプセルを模式的に示したものであり、点線で示された矩形が画素電極１４を模式的に示したものである。図示のように、各マイクロカプセルを各画素電極１４上に設けた際に、各マイクロカプセルが全くつぶれずに球形状を保っており、かつ最密状態に配置されていると仮定している。図５に示すように、各画素電極１４は、少なくとも１方向の幅Ｄ１が各マイクロカプセルの平面視での幅（カプセル径に対応）Ｄ３よりも大きいことが望ましい。図示の例では、Ｄ１はＤ３の３倍以上となっている。各画素電極１４は、他の１方向の幅Ｄ２が各マイクロカプセルの平面視での幅（カプセル径に対応）Ｄ３よりも大きいことが更に望ましい。図示の例では、Ｄ２もＤ３の３倍以上となっている。それにより、各マイクロカプセルの相互間の隙間が低反射率の画素電極１４によってカバーされる割合がより増加し、上述した隙間反射率をより確実に低下させることができる。

図６は、電気泳動装置を適用した電子機器の具体例を説明する斜視図である。図６（Ａ）は、電子機器の一例である電子ブックを示す斜視図である。この電子ブック１０００は、ブック形状のフレーム１００１と、このフレーム１００１に対して回動自在に設けられた（開閉可能な）カバー１００２と、操作部１００３と、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部１００４と、を備えている。図６（Ｂ）は、電子機器の一例である腕時計を示す斜視図である。この腕時計１１００は、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部１１０１を備えている。図６（Ｃ）は、電子機器の一例である電子ペーパーを示す斜視図である。この電子ペーパー１２００は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体部１２０１と、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部１２０２と、を備えている。なお、電気泳動装置を適用可能な電子機器の範囲はこれに限定されず、帯電粒子の移動に伴う視覚上の色調の変化を利用した装置を広く含むものである。例えば、上記のような装置の他、電気泳動フィルムが貼り合わせられた壁面等の不動産に属するもの、車両、飛行体、船舶等の移動体に属するものも該当する。

以上のような本実施形態によれば、電気泳動層１６の背面に配置される各画素電極１４を黒色などの暗色に構成することにより、第２基板２４の側から視認した際のコントラストを高めることが可能となる。この効果は、上述したように各画素電極１４の幅を各マイクロカプセルの幅よりも大きくすることにより顕著となる。また、絶縁層１４についても黒色などの暗色に構成することにより、コントラスト比をより高めることが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。

例えば、上述した実施形態においては電気泳動層の一例としてマイクロカプセルを用いたものを例示していたが、電気泳動層の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すような、いわゆるセル構造、リブ構造又は隔壁構造といわれるような構造体２６を有する電気泳動層であっても本発明を適用することが可能である。その場合、図６に示した構造体２６が画素電極１４上に配置され、隔壁によって区画された各セル内に電気泳動粒子が配置され、隔壁の上方に共通電極２２が配置されると考えればよい（図１参照）。この場合に、構造体２６を低反射率の材料で形成することによってトータルのコントラスト比を大きくすることができる。例えば、平面視における構造体２６の隔壁が占める面積が９．３％であるとき、上述したグラフ（図３，図４参照）と同様の結果が得られる。

また、上述した実施形態においては、本発明に係る電気泳動装置の一例としてアクティブマトリクス型の表示装置を示していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。本発明は、いわゆるセグメント型の表示装置である電気泳動装置に適用することも可能である。また、本発明の適用対象である電気泳動装置は表示用途のみ限定されるものでもない。

一実施形態の電気泳動装置の構成を示す模式断面図である。 電気泳動層を構成する各マイクロカプセルの配置状態を示す模式平面図である。 電気泳動装置の反射率及びコントラスト比を見積もった結果を示すグラフである。 電気泳動装置の反射率及びコントラスト比を見積もった結果を示すグラフである。 各マイクロカプセルと各画素電極のサイズの相対的な大小関係について説明するための模式平面図である。 電気泳動装置を適用した電子機器の具体例を説明する斜視図である。 いわゆるセル構造等といわれる構造体を例示する模式斜視図である。

符号の説明

１…電気泳動装置、１０…第１基板、１２…絶縁層、１４…画素電極（個別電極）、１６…電気泳動層、１８…第１粒子、２０…第２粒子、２２…共通電極、２４…第２基板、２６…構造体

Claims (8)

1. 第１基板と、
   前記第１基板の上側に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層の上側に設けられた複数の個別電極と、
   前記複数の個別電極の上側に設けられた電気泳動層と、
   透明導電膜からなり、前記電気泳動層の上側に設けられて前記複数の個別電極の各々と対向する共通電極と、
   前記共通電極を支持する透明な第２基板と、
   を含み、前記複数の個別電極の各々が暗色の導電膜からなる、
   電気泳動装置。
2. 前記複数の個別電極の各々が黒色である、請求項１に記載の電気泳動装置。
3. 前記複数の個別電極の各々は、アルミニウム薄膜と、モリブデンにアルミニウム酸化物を含有させた材料からなる薄膜と、を積層した導電膜からなる、請求項１又は２に記載の電気泳動装置。
4. 前記絶縁層が暗色の絶縁膜からなる、請求項１に記載の電気泳動装置。
5. 前記絶縁膜が、酸化クロムからなる膜又は酸化コバルトからなる膜である、請求項４に記載の電気泳動装置。
6. 前記電気泳動層が複数のマイクロカプセルを含んで構成される、請求項１乃至５の何れか１項に記載の電気泳動装置。
7. 前記複数の個別電極の各々の少なくとも１方向の幅が、前記複数のマイクロカプセルの各々の幅よりも大きく設定される、請求項６に記載の電気泳動装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の電気泳動装置を備える電子機器。

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