JP3740268B2 - 電気泳動表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動粒子を移動させて表示を行う電気泳動表示装置に関する。
【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てれいる。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、Harold D．Lees等により発明された電気泳動表示装置（米国特許USP3612758公報）が知られている。他にも、特開平９−１８５０８７号公報に電気泳動表示装置が開示されている。
【０００４】
上記従来の電気泳動表示装置及びその動作原理を図８に示す。この装置８５は、帯電した泳動粒子８１と着色色素が溶解された絶縁性液体８２からなる分散層とこの分散層を挟んで対峙する一組の電極８３、８４からなっている。電極８３、８４を介して分散層に電圧を印加することにより、泳動粒子８１を粒子自身が持つ電荷と反対極性の電極に引き寄せるものである。表示はこの泳動粒子８１の色と、泳動粒子８１の色相と異なり着色色素が溶解された絶縁性液体８２の色によって行われる。
【０００５】
つまり、第１の電極８３を負極に、第２の電極８４を正極にした場合、正電荷の泳動粒子８１が観測者に近い第１の電極８３表面に移動し、第１の電極８３に付着し、泳動粒子８１の色が表示される（図８（ｂ））。
【０００６】
逆に、第１の電極８３を正極、第２の電極８４を負極した場合、正電荷の泳動粒子８１が観測者から遠い第2の電極８４表面に移動し、第２の電極８４に付着し、絶縁性液体８２内に含まれる着色色素の色が表示される（図８（ａ））。
【０００７】
しかしながら、従来の図８の電気泳動表示装置は次のような問題点を抱えていた。第1に、絶縁性液体は着色或いは不透明化させることが不可欠であった。このため絶縁性液体は単一成分で構成することが困難であり、絶縁性液体中に何らかの着色粒子を混合したり、着色色素を溶解したりしなくてはならなかった。
【０００８】
また、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付着した電極表面と電気泳動粒子間への色素を含む絶縁性液体の侵入等の悪影響により、反射率が低下し、高いコントラストが得られない問題が生じる。
【０００９】
また、このような着色粒子や着色色素の存在は、電気泳動動作において不安定要因として作用しやすく、表示装置としての性能や寿命、安定性を著しく低下させるという欠点があった。
【００１０】
そこで、特開平９−２１１４９９号公報、特公平６−５２３５８号公報、等で、着色粒子が混合されたり又は着色色素が溶解されたりしない透明な絶縁性液体を用いて表示を行う電気泳動表示装置が提案されている。
【００１１】
特開平９−２１１４９９号公報で開示された電気泳動表示装置及びその動作原理を図５を用いて説明する。
【００１２】
電気回路１１０によって、第１の電極１０４が電気泳動粒子１０８と異なった極性、第２の電極１０５が電気泳動粒子１０８と同じ極性となるように電圧を印加すると、電気泳動粒子１０８は、第１の電極１０４を被覆している誘電体層１０６に移動し、その表面を覆う。このとき透明基板１０２の外側から装置を見ている観測者は、電気泳動粒子１０８の色を視認する。次に、電気回路１１０で第１の電極１０４、第２の電極１０５にかかる電圧の極性を反転させると、電気泳動粒子１０８は、隠蔽層１１１により隠蔽された領域内の、第２の電極１０５を被覆している誘電体層１０７に移動し、その表面を覆う。電気泳動粒子１０８は、隠蔽層１１１により隠蔽された領域内にあるので、このとき観測者は誘電体層１０６あるいは第１の電極１０４あるいは第１の基板１０１の色すなわち電気泳動粒子１０８との対比色を視認する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図１１の電気泳動表示装置は次のような問題点を抱えていた。
【００１４】
電気泳動粒子１０８を隠蔽するために、遮蔽層１１１を設けているので、開口率が低減し、光利用効率が低減する。よって、表示装置のコントラストも低減する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
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、光利用効率を向上させ、コントラストの高い電気泳動表示装置を提供することを目的としている。
【００１６】
この目的は以下によって達成される。
【００１７】
本発明の表示装置は、第１電極と、第１電極と異なる電圧が印加される第２電極と、第１電極と第２電極の間を移動する複数の着色帯電泳動粒子と、第１基板と、第１基板と対向して配置され表面に第１基板に向かって凹状構造を持つ透明な第２基板と、前記凹状構造によって第１基板と第２基板の間に生じる空間に満たされ、該複数の着色帯電泳動粒子を保持する透明絶縁性液体と、を備えた電気泳動表示装置において、
透明絶縁性液体の屈折率は第２基板の屈折率よりも大きく、第１電極は、複数の着色帯電泳動粒子を引き付けて第１基板の中央部に集めるように配置され、第２電極は、複数の着色帯電泳動粒子を引き付けて第１基板の端部に集めるように配置され、第２基板の凹状構造は、第２基板を通って透明絶縁性液体に入射する光を第１基板の中央部に集めるような形状である、構成をとる。
【００２０】
好ましくは、前記第２基板の外部表面が第１基板の中央部に光が集まるような形状である、構成をとる。
【００２１】
好ましくは、前記第２基板の外部表面が第１基板に向かって凹状構造である、構成をとる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）、図１（ｂ）に本実施形態の表示装置の断面図を示す。
【００２３】
本実施形態の表示装置は、着色帯電泳動粒子４が、第1電極５と第2電極６間を水平移動することによって表示を行うものである。
【００２４】
本実施形態では、第２基板２の内部表面は、第１基板１の中央部に光が集まるような形状である。よって、入射光８を集光することができるので、光利用効率を向上でき、表示コントラストを良好にする効果が得られる。
【００２５】
例えば、第２基板２の内部表面が第１基板１に向かって凹状構造とする。第１基板１と第２基板２は凹状の空間を介して接合されており、その空間は透明な絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４で満たされている。第１基板１には、第1電極５及び第2電極６、絶縁層７が形成されており、第１電極５は凹状空間底面の全面或いは中心部に位置し、第２電極６は凹状空間底面の周辺部に位置する。
【００２６】
第２基板２の内部表面が第１基板１に向かって凹状構成に加えて、凹状空間内の光透過性の絶縁性液体３は、第２基板２を構成する材料に対して高屈折率を有する材料を使用しても良い。これによって、更に、第２基板２側からの入射光８を凹状空間内の中心部に集める集光効果を高めることができる。
【００２７】
更に、絶縁層７、第１基板１などの屈折率が絶縁性液体３の屈折率よりも大きい材料を使用しても良い。更に、光利用効率を向上することができる。
【００２８】
次に、着色帯電泳動粒子４の帯電のメカニズムを説明する。
【００２９】
透明な絶縁性液体３中の着色泳動粒子は、着色泳動粒子と絶縁性液体の間で電荷の授受が行われ電気二重層が形成され、着色泳動粒子は正または負に帯電することが知られている。つまり、絶縁性液体から着色泳動粒子の表面に正イオン粒子又は負イオン粒子が特異吸着して、着色泳動粒子は、正電荷又は負電荷に帯電する。
【００３０】
次に、本実施形態の第１の表示方法を説明する。
【００３１】
絶縁性液体３中の着色帯電泳動粒子４は、第1電極５及び第2電極６に印加した電圧の極性を変えることによって、両電極上を移動させることができる。
【００３２】
例えば、正に帯電した着色帯電泳動粒子４に対して、第1電極５を正極、第2電極６を負極にすれば、静電引力により、着色帯電泳動粒子４は、第２電極６上に引き付けられ、着色帯電泳動粒子４は凹状空間底面の周辺部にある第２電極６上に集まる（図1（ａ））。
【００３３】
逆に、第1電極５を負極、第2電極６を正極にすれば、静電引力により、着色帯電泳動粒子４は、第１電極５上に引き付けられ、着色帯電泳動粒子４は凹状空間底面の中央部にある第１電極５上に集まる（図1（ｂ））。この現象を利用することによって、表示を行うことができる。
【００３４】
例えば、着色帯電泳動粒子４を中央部の第１電極５上に集めれば、凹形状の集光効果によって着色帯電泳動粒子４の色が観測側（第２基板２側）から観察される。
【００３５】
逆に、凹状空間底面の周辺部にある第２電極６に集めれば、凹形状の集光効果によって絶縁層７、第１電極５、第１基板１或いは第１基板上に配置された着色層など、着色帯電泳動粒子４と光学的特性（色相、反射率、等）が異なる着色された層の色を観測側（第２基板２側）から観察することが可能となる。着色層を形成した場合、パターン化して形成しても全面に渡って形成してもよい。さらに着色層の下側に光反射層を設けてもよい。
【００３６】
例えば、正電荷の着色帯電泳動粒子４を黒色にし、第1電極５を白色とすれば、白黒表示が可能となる。但し、第２基板２、絶縁層７は、透明とする。
【００３７】
また、着色帯電泳動粒子４、着色帯電泳動粒子４と光学的特性（色相、反射率、等）が異なる第１電極５、絶縁層７、第１基板１の色をカラー化（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、等）すれば、カラー表示も可能となる。
【００３８】
更に、凹形状による集光効果は、第２基板２の外部表面を第１基板１に向かって凹状に加工することによって高めることができる。図2に断面図を示す。
【００３９】
更に、本実施態様では、第１電極５及び第２電極６は、第１基板１と水平な方向に重なる領域を有する。
【００４０】
図１を用いて説明すると、第1電極５と第2電極６が絶縁層７を介して面で接するため、静電容量を広い面積で均一に非常に多くとることができる。つまり、キァパシター形成面積を構造的に大きく取れるので、メモリー保持力を強く維持できる効果も有する。
【００４１】
次に、本実施形態の第２の表示方法を図３を用いて説明する。
【００４２】
本実施形態では、着色帯電泳動粒子４を表示面に対して横方向に、面から面に水平移動させるため、構造的に表示色の階調表現が可能となる。図３において、図１で用いられている符号と同一の符号は、図１で用いられている符号と同じ部材を示す。
【００４３】
階調表現は、図３に示したように着色帯電泳動粒子４を電極から他方の電極へ一部移動させることによって達成できる。例えば、パルス幅変調により階調表現をする場合、着色帯電泳動粒子４の一部を移動させる方法としては、電圧印加時間を短くする、印加電圧を小さくする、帯電能の異なる着色帯電泳動粒子４を混合して用いる、大きさの異なる着色帯電泳動粒子２を混合して用いる等がある。
【００４４】
つまり、電極に印加する電圧の大きさ、電極に印加する電圧印加時間の長さ、等を調節して、移動する着色帯電泳動粒子２の移動量を制御する。つまり、第１電極８及び第２電極７を覆う着色帯電泳動粒子２の面積を制御して、面積階調を実現している。
【００４５】
更に、上記構成に加えて、帯電能の異なる着色帯電泳動粒子４を混合して用いる、大きさの異なる着色帯電泳動粒子４を混合して用いることにより、階調表示の特性を向上させることができる。
【００４６】
図３では、透明な絶縁性液体中３の着色帯電泳動粒子４は、正に帯電しているとする。
【００４７】
第２電極６を負極に、第１電極５を正極にした場合、正電荷の着色帯電泳動粒子４が第２電極６上に移動し、正電荷の着色帯電泳動粒子４が第２電極６上に集められ、観測者（第２基板２側）からは、絶縁層７或いは第1電極５或いは第１基板１等の着色帯電泳動粒子４の色相と異なる色に着色された層の色が観察（表示）される（図３（ａ））。
【００４８】
一方、電極に印加する電圧の極性を変え、第１電極５に印加する電圧の大きさ及び第２電極６に印加する電圧の大きさを調節して、第１電極５上に移動する正電荷の着色帯電泳動粒子４の量を制御する。
【００４９】
つまり、第１電極５上を占有する着色正電荷泳動粒子４の面積を制御する。その占有面積の大きさにより、観測者（第２基板２側）からは、正電荷の着色帯電泳動粒子４の色と第２電極６の色と絶縁層７或いは第1電極５或いは第１基板１等の着色帯電泳動粒子４の色相と異なる色に着色された層の色が混合された混合色が観察される（図３（ｂ））。例えば、着色帯電泳動粒子４を黒色にし、第1電極５を白色とすれば、白黒の階調表示が可能となる。但し、絶縁層７は、透明とする。
【００５０】
本実施形態の第２の表示方法を用いると、着色帯電泳動粒子４を電極から他方の電極へ移動する量を制御できるため、面積階調表示を実現できる効果を有する。
【００５１】
（別の実施形態）
また、第１電極５及び第２電極６上を絶縁層７で被覆する理由は、第１電極５及び第２電極６と絶縁性液体３との間で電気化学反応が起きてしまい、絶縁性液体３が劣化してしまうのを防止するためである。
【００５２】
しかし、着色帯電泳動粒子４及び第１電極５及び第２電極６の材料を選択することにより、絶縁性液体３が劣化するのを防止することができる。よって、第２電極６を露出させて、着色帯電泳動粒子４が直接第２電極６に付着する形態をとっても良い。更に、第１電極５を露出させて、着色帯電泳動粒子４が直接第１電極５に付着する形態をとっても良い。
【００５３】
また、別の本実施形態を図９を用いて説明する。図９において、図１で用いられている符号と同一の符号は、図１で用いられている符号と同じ部材を示す。第１電極５と第２電極６とが第１基板１の水平方向にのみ位置をずらして配置されている。つまり、第１電極５と第２電極６とが並設して配置され、第１基板１の水平方向に重なる領域を持たない構成とする。図９の構成をとっても、第２基板２の内部表面が第１基板１に向かって凹状構造なので、集光効果が得られ、光利用効率を高めることができる。
【００５４】
（本実施形態の製造方法）
以下に、本実施態様の１例を詳細に説明する。
【００５５】
図４に製造プロセスの断面図を示す。まず、第１基板１に第1電極５パターンを形成する（図４（ａ））。第1基板１の材料としては、耐熱性の高い材料を使用する。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等のポリマーフィルム或いはガラス、石英等の無機材料を使用することができる。次に、第１電極５上に絶縁層７を形成し、その上に第2電極６パターンを形成する。第1電極５、絶縁層７、第2電極６に使用する材料としては、一般的に使用される絶縁材料、電極材料を使用できるが、本発明では、それらの材料色が直接表示色となるため、所望の色を表示するためには、その組み合わせを考慮する必要がある。即ち、所望の色を持った層に対して、その層よりも観察者側の層はできるだけ無色透明であることが望ましい。所望の色を持った層とは、電極材料、絶縁層、基板そのものの色であってもよく、着色材料層を各層の間或いは基板表面、裏面等に形成してもよい。また、全面に形成しても、一部に形成してもよく、複数の色を組み合わせて配置してもよい。さらに着色層に加えて観察者からみて、着色層の下側に光反射層を形成して反射率の向上を図ってもよい。電極層はスパッター蒸着等の方法により形成し、フォトリソグラフィーなどによりパターニングする。第１電極５はライン状に形成し、第2電極６も絶縁層７を介してライン状に形成する。第2電極６はライン内に円形或いは楕円形の穴を開けておく。電極ラインのピッチは通常５〜２００μm程度である。
【００５６】
第2電極６層上に絶縁層７を形成し、第１基板１との接合面には熱融着層９を形成しておく（図４（ｂ））。
【００５７】
次に、第２基板２を作製する。第２基板２も第１基板１と同様な材料を使用する。第２基板２の凹状の形状を形成する方法としてはどのような方法を用いてもよい。例えば、基板に熱をかけて軟化させスタンパーで形成する方法（熱プレス成形）、フォトリソグラフィでマスクを作りエッチングで形成する方法等がある。第１基板２との接合面には、熱融着層９を形成しておく（図４（ｃ））。
【００５８】
次に、絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を第２基板２の凹状の穴の中に充填する。絶縁性液体３としては、高屈折率材料ではジヨードメタン、クロルナフタリン、ブロモベンゼン、テトラブロモメタン等が使用できる。その他にも、トルエン、キシレン、シリコーンオイル、高純度石油帯が使用可能である。着色帯電泳動粒子４としては、絶縁性液体３中で帯電しうる材料を用いる。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂にカーボンなどを混ぜたものを使用する。粒子の大きさとしては、通常は0．1μm〜５０μm位のものを使用する。
【００５９】
着色帯電泳動粒子４と絶縁性液体３を第２基板２の凹部に充填した後、第１基板１と第２の基板２を張り合わせる。張り合わせは熱による融着或いは接着剤などによって行う。これに、電圧印加手段（図示せず）を設けて表示装置が作製できる（図４（ｄ））。
【００６０】
以上の方法によって作製された表示装置は、２色表示、カラー表示、さらに階調表現が可能であり、高視野角、高コントラストを実現できる。
【００６１】
【実施例】
以下に本発明を実施例を用いて説明する。
【００６２】
（実施例１）
本実施例を図４を用いて説明する。厚さ150μmのＰＥＳフィルムからなる光透過性の第１基板１上にＩＴＯ電極５を成膜し、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングによりライン状にパターニングした（図４（ａ））。この上に絶縁層７として光を乱反射させて白色を示す酸化チタン微粒子含有樹脂層を形成した。さらに第2電極６として炭化チタンを成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりライン状に形成し、さらに第1電極５上にのみ円形にエッチングし穴をあけた。第2電極６上には、さらに絶縁層７として高透明ポリイミド層を形成した。次に、熱融着性接着層９を第２基板２の接合部にパターン状に形成した（図４（ｂ））。
【００６３】
ＰＥＳフィルムからなる光透過性の第２基板２を熱プレス成形によって凹形状を形成し、第１基板１との接着部には第１基板１と同様に熱融着性接着層９を形成した（図４（ｃ））。
【００６４】
次に、第２基板２の凹部に、透明な絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を充填した。絶縁性液体３としては、第２基板２材料であるＰＥＳフィルムよりも屈折率が大きいジヨードメタンを使用した。着色帯電泳動粒子４としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、粒子の大きさが、1μm〜２μm位の黒色粒子を使用した。充填後、第１基板１及び第２基板２の接着層９の位置を合わせて、熱をかけて張り合わせた。これに電圧印加回路（図示せず）を設けて表示装置とした（図４（ｄ））。
【００６５】
次に、作製した表示装置を用いて表示を行った。印加電圧は±５０Ｖとした。第１電極５を正極、第2電極６を負極になるように電圧を印加すると、正に帯電した着色帯電泳動粒子４は、第２基板２の凹状構造底面の周辺部にある第２電極６上に移動した。これを第２基板２側から観察すると第２基板２の凹状構造がレンズとして作用するため、第１基板１の中央部に光が集光し、露出した白色の絶縁層７に入射して、レンズ全体が白色を呈した。
【００６６】
一方、極性を逆転して、第１電極５を負極、第2電極６を正極になるように電圧を印加すると、着色帯電泳動粒子４は中央部に集り、レンズ全体は着色帯電泳動粒子４の黒色を呈した。この時の応答速度は２０ｍsec以下であり、2色表示のできる表示装置を作製できた。
【００６７】
（実施例２）
本実施例を図６を用いて説明する。
【００６８】
実施例１と同様に、厚さ150μmのＰＥＳフィルムからなる光透過性の第１基板１上に第1電極５としてＩＴＯ電極パターンを形成し（図６（ａ））、この上に高透明ポリイミドからなる絶縁層７を３μm形成した。さらに第2電極６としてＩＴＯ電極パターン形成した。第2電極６パターンは第1電極５上のみ角の丸い長方形状にエッチングした。第２電極６上には、さらに高透明ポリイミドからなる絶縁層７を形成した（図６（ｂ））。また、第１基板１裏側に、第２電極６のエッチング部に対応する場所にシアン、イエロー、マゼンタの着色層１０を形成し、その上に光を乱反射させて白色を示す酸化チタン微粒子含有樹脂層１１を形成した。第１基板１の表側には熱融着性接着層９を第２基板２とに接合部にパターン状に形成した（図６（ｃ））。
【００６９】
次に、第２基板２として、ＰＥＴフィルムを熱プレス成形によって、第２基板２の内側を凹形状とし、更に、第２基板２の外側を凹形状とした。作製した第２基板２の第１基板１との接着部には、第1基板１と同様に熱融着性接着層９を形成した（図６（ｄ））。
【００７０】
次に、第1基板１の凹部に絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を充填した。絶縁性液体３にはシリコーンオイルを、着色帯電泳動粒子４にはポリスチレンとカーボンの混合物で、粒子の大きさが、1μm〜２μm位のものを使用した。充填後、第１基板１及び第２基板２の接着層９の位置を合わせて、熱をかけて張り合わせた。これに電圧印加回路（図示せず）を設けて表示装置とした（図６（ｅ））。
【００７１】
次に、作製した表示装置を用いて表示を行った。印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を２０ｍsecとした。第１電極５を正極、第2電極６を負極になるように電圧を印加すると、正に帯電した着色帯電泳動粒子４は、第２基板２の凹状構造底面の周辺部にある第２電極６上に移動した。これを第２基板２側から観察すると第２基板２の凹状構造がレンズとして作用するため、レンズ全体が着色層１０の色を呈した。
【００７２】
一方、極性を逆転して、第１電極５を負極、第2電極６を正極になるように電圧を印加すると、着色帯電泳動粒子４は中央部に集り、レンズ全体は着色帯電泳動粒子４の黒色を呈した。応答速度は２０ｍsec以下であり、良好にカラー表示を行うことができた。
【００７３】
次に、印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を５ｍsecにして駆動したところ、各着色層からの反射光の明るを半分程度に低下させることができた。電圧印加時間を種々選択することで、多段階の階調表現を行うことが可能であった。以上により、階調表現可能なカラー表示装置を作製できた。
【００７４】
（実施例３）
本実施例を図７を用いて説明する。実施例１と同様に、厚さ150μmのＰＥＳフィルムからなる光透過性の第１基板１上に第1電極５としてＩＴＯ電極パターンを形成した（図７（ａ））。この上に高透明ポリイミドからなる絶縁層７を３μm形成した。さらに第2電極６として炭化チタンを成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりライン状に形成し、さらに第1電極５上にのみ円形にエッチングし穴をあけた。第2電極６上には、さらに絶縁層７として高透明ポリイミド層を形成した（図７（ｂ））。また、第１基板１裏側には光を乱反射させて白色を示す酸化チタン微粒子含有樹脂層１１を全面に形成した。第１基板１の表側には熱融着性接着層９を第２基板２とに接合部にパターン状に形成した。
【００７５】
次に、第２基板２を熱プレス成形によって凹形状を形成し、非加工面の凹部に対応する場所にシアン、イエロー、マゼンタの各着色フィルター層１２を形成した。その上に透明保護層１２を形成した。作製した第２基板２の凹形状側の第１基板１との接着部には第1基板と同様に熱融着性接着層９を形成した（図７（ｃ））。
【００７６】
次に、第２基板２の凹部に絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を充填した。絶縁性液体３にはシリコーンオイルを、着色帯電泳動粒子４にはポリスチレンとカーボンの混合物で、粒子の大きさが、1μm〜２μm位のものを使用した。充填後、第１基板１及び第２基板２の接着層９の位置を合わせて、熱をかけて張り合わせた。これに電圧印加回路（図示せず）を設けて表示装置とした（図７（ｄ））。
【００７７】
次に、作製した表示装置を用いて表示を行った。印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を２０ｍsecとした。第１電極５を正極、第2電極６を負極になるように電圧を印加すると、正に帯電した着色帯電泳動粒子４は、第２基板２の凹状構造底面の周辺部にある第２電極６上に移動した。これを第２基板２側から観察すると第２基板２の凹状構造がレンズとして作用するため、レンズ全体が着色フィルター層１２の色を呈した。
【００７８】
一方、極性を逆転して、第１電極５を負極、第2電極６を正極になるように電圧を印加すると、着色帯電泳動粒子４は中央部に集り、レンズ全体は着色帯電泳動粒子４の黒色を呈した。応答速度は２０ｍsec以下であり、良好にカラー表示を行うことができた。
【００７９】
次に、印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を５ｍsecにして駆動したところ、各着色層からの反射光の明るを半分程度に低下させることができた。電圧印加時間を種々選択することで、多段階の階調表現を行うことが可能であった。以上により、階調表現可能なカラー表示装置を作製できた。
【００８０】
（実施例４）
図１０は、実施例１を利用した表示装置の１例の概略構成を示すものである。図１０（ａ）は、本実施例の表示装置８２の断面図（図１０（ｂ）の破線Ａ−Ａ' に沿う断面図）で、図１０（ｂ）は、その平面図である。
【００８１】
ＰＥＴフィルムからなる第1基板１の表面の全面に灰色の顔料層を形成した。
【００８２】
その後、実施例１と同様に第１電極５、絶縁層７、第２電極６、着色帯電泳動粒子４、絶縁性液体３、凹状構造の第２基板２を有するセル８３を形成した。
【００８３】
その後、第1基板１の表面に隔壁８１を図１０（ｂ）のように形成した。
【００８４】
その後、パルス発生器８４を第２電極６に接続して、表示装置８２とした。また、第１電極５は、アース接地する。セル８３の形状・サイズは、所望の解像度に合わせて選択する必要があるが、本実施例では、簡単にするため、７つのセル８３が８の字形状に配置された７セグメント・タイプを用いた。
【００８５】
作製した表示装置８２を用いて表示を行った。全第２電極５に、波高値マイナス５０Ｖ、パルス幅１０ｍｓの矩形波を印加した。本実施例で用いた着色帯電泳動粒子４は、ジヨードメタン中で正に帯電していたため、電圧印加により負電圧マイナス５０Ｖが印加された黒色の第２電極６上に移動した。これにより、第２基板５（観測側）から見た全セル８３内を灰色がかった白色状態とした。一方、第２電極６のうち、任意のものをスイッチ（図示せず）で選択した上で、第２電極６に逆極性のパルス、波高値プラス５０Ｖ、パルス幅１０ｍｓの矩形波を印加したところ、白色の絶縁層７上に着色帯電泳動粒子４が移動するため、選択されたセル８３内は，黒色状態となり、セグメント形状の組み合わせを利用した表示（０〜９までの数字表示やアルファベットの一部表示）が可能であることを確認した。応答速度は２０ｍsec以下であった。
【００８６】
例えば、全部の第２電極６をスイッチで選択して、第２電極６に逆極性のパルス、波高値プラス５０Ｖ、パルス幅１０ｍｓの矩形波を印加した場合、全セル８３内は，黒色状態となり、黒色で数字の８を表示できる。
【００８７】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明は次のような作用効果を持つ。
・ レンズ構造を有するため泳動粒子を表示面の横方向に移動させる表示方法であっても高いコントラストの表示ができる。
・ レンズ内で泳動粒子を駆動させるため、レンズ構造を基板上に積層する場合と比べて装置を薄膜化できる。
・ 構造が極めて簡単なため、大画面表示装置化は極めて容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の断面図を示す。
【図２】本発明の他の表示装置の断面図を示す。
【図３】本発明の表示装置の階調表現方法の図を示す。
【図４】本発明の表示装置の製造方法の一例の図を示す。
【図５】従来の電気泳動型表示装置の原理の図を示す。
【図６】本発明の表示装置の製造方法の一例の図を示す。
【図７】本発明の表示装置の製造方法の一例の図を示す。
【図８】従来の電気泳動型表示装置の原理の図を示す。
【図９】本発明の他の表示装置の断面図を示す。
【図１０】本実施例４に用いられる表示装置の断面図を示す。
【符号の説明】
１ 第１基板
２ 第２基板
３ 絶縁性液体
４ 着色帯電泳動粒子
５ 第１電極
６ 第２電極
７ 絶縁層
８ 入射光
９ 熱融着層
１０ 着色層
１１ 光反射層
１２ 着色フィルター層
８１ 隔壁
８２ 表示装置
８３ セル
８４ パルス発生器
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動粒子を移動させて表示を行う電気泳動表示装置に関する。
【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てれいる。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、Harold D．Lees等により発明された電気泳動表示装置（米国特許USP3612758公報）が知られている。他にも、特開平９−１８５０８７号公報に電気泳動表示装置が開示されている。
【０００４】
上記従来の電気泳動表示装置及びその動作原理を図８に示す。この装置８５は、帯電した泳動粒子８１と着色色素が溶解された絶縁性液体８２からなる分散層とこの分散層を挟んで対峙する一組の電極８３、８４からなっている。電極８３、８４を介して分散層に電圧を印加することにより、泳動粒子８１を粒子自身が持つ電荷と反対極性の電極に引き寄せるものである。表示はこの泳動粒子８１の色と、泳動粒子８１の色相と異なり着色色素が溶解された絶縁性液体８２の色によって行われる。
【０００５】
つまり、第１の電極８３を負極に、第２の電極８４を正極にした場合、正電荷の泳動粒子８１が観測者に近い第１の電極８３表面に移動し、第１の電極８３に付着し、泳動粒子８１の色が表示される（図８（ｂ））。
【０００６】
逆に、第１の電極８３を正極、第２の電極８４を負極した場合、正電荷の泳動粒子８１が観測者から遠い第2の電極８４表面に移動し、第２の電極８４に付着し、絶縁性液体８２内に含まれる着色色素の色が表示される（図８（ａ））。
【０００７】
しかしながら、従来の図８の電気泳動表示装置は次のような問題点を抱えていた。第1に、絶縁性液体は着色或いは不透明化させることが不可欠であった。このため絶縁性液体は単一成分で構成することが困難であり、絶縁性液体中に何らかの着色粒子を混合したり、着色色素を溶解したりしなくてはならなかった。
【０００８】
また、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付着した電極表面と電気泳動粒子間への色素を含む絶縁性液体の侵入等の悪影響により、反射率が低下し、高いコントラストが得られない問題が生じる。
【０００９】
また、このような着色粒子や着色色素の存在は、電気泳動動作において不安定要因として作用しやすく、表示装置としての性能や寿命、安定性を著しく低下させるという欠点があった。
【００１０】
そこで、特開平９−２１１４９９号公報、特公平６−５２３５８号公報、等で、着色粒子が混合されたり又は着色色素が溶解されたりしない透明な絶縁性液体を用いて表示を行う電気泳動表示装置が提案されている。
【００１１】
特開平９−２１１４９９号公報で開示された電気泳動表示装置及びその動作原理を図５を用いて説明する。
【００１２】
電気回路１１０によって、第１の電極１０４が電気泳動粒子１０８と異なった極性、第２の電極１０５が電気泳動粒子１０８と同じ極性となるように電圧を印加すると、電気泳動粒子１０８は、第１の電極１０４を被覆している誘電体層１０６に移動し、その表面を覆う。このとき透明基板１０２の外側から装置を見ている観測者は、電気泳動粒子１０８の色を視認する。次に、電気回路１１０で第１の電極１０４、第２の電極１０５にかかる電圧の極性を反転させると、電気泳動粒子１０８は、隠蔽層１１１により隠蔽された領域内の、第２の電極１０５を被覆している誘電体層１０７に移動し、その表面を覆う。電気泳動粒子１０８は、隠蔽層１１１により隠蔽された領域内にあるので、このとき観測者は誘電体層１０６あるいは第１の電極１０４あるいは第１の基板１０１の色すなわち電気泳動粒子１０８との対比色を視認する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図１１の電気泳動表示装置は次のような問題点を抱えていた。
【００１４】
電気泳動粒子１０８を隠蔽するために、遮蔽層１１１を設けているので、開口率が低減し、光利用効率が低減する。よって、表示装置のコントラストも低減する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
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、光利用効率を向上させ、コントラストの高い電気泳動表示装置を提供することを目的としている。
【００１６】
この目的は以下によって達成される。
【００１７】
本発明の表示装置は、第１電極と、第１電極と異なる電圧が印加される第２電極と、第１電極と第２電極の間を移動する複数の着色帯電泳動粒子と、第１基板と、第１基板と対向して配置され表面に第１基板に向かって凹状構造を持つ透明な第２基板と、前記凹状構造によって第１基板と第２基板の間に生じる空間に満たされ、該複数の着色帯電泳動粒子を保持する透明絶縁性液体と、を備えた電気泳動表示装置において、
透明絶縁性液体の屈折率は第２基板の屈折率よりも大きく、第１電極は、複数の着色帯電泳動粒子を引き付けて第１基板の中央部に集めるように配置され、第２電極は、複数の着色帯電泳動粒子を引き付けて第１基板の端部に集めるように配置され、第２基板の凹状構造は、第２基板を通って透明絶縁性液体に入射する光を第１基板の中央部に集めるような形状である、構成をとる。
【００２０】
好ましくは、前記第２基板の外部表面が第１基板の中央部に光が集まるような形状である、構成をとる。
【００２１】
好ましくは、前記第２基板の外部表面が第１基板に向かって凹状構造である、構成をとる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）、図１（ｂ）に本実施形態の表示装置の断面図を示す。
【００２３】
本実施形態の表示装置は、着色帯電泳動粒子４が、第1電極５と第2電極６間を水平移動することによって表示を行うものである。
【００２４】
本実施形態では、第２基板２の内部表面は、第１基板１の中央部に光が集まるような形状である。よって、入射光８を集光することができるので、光利用効率を向上でき、表示コントラストを良好にする効果が得られる。
【００２５】
例えば、第２基板２の内部表面が第１基板１に向かって凹状構造とする。第１基板１と第２基板２は凹状の空間を介して接合されており、その空間は透明な絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４で満たされている。第１基板１には、第1電極５及び第2電極６、絶縁層７が形成されており、第１電極５は凹状空間底面の全面或いは中心部に位置し、第２電極６は凹状空間底面の周辺部に位置する。
【００２６】
第２基板２の内部表面が第１基板１に向かって凹状構成に加えて、凹状空間内の光透過性の絶縁性液体３は、第２基板２を構成する材料に対して高屈折率を有する材料を使用しても良い。これによって、更に、第２基板２側からの入射光８を凹状空間内の中心部に集める集光効果を高めることができる。
【００２７】
更に、絶縁層７、第１基板１などの屈折率が絶縁性液体３の屈折率よりも大きい材料を使用しても良い。更に、光利用効率を向上することができる。
【００２８】
次に、着色帯電泳動粒子４の帯電のメカニズムを説明する。
【００２９】
透明な絶縁性液体３中の着色泳動粒子は、着色泳動粒子と絶縁性液体の間で電荷の授受が行われ電気二重層が形成され、着色泳動粒子は正または負に帯電することが知られている。つまり、絶縁性液体から着色泳動粒子の表面に正イオン粒子又は負イオン粒子が特異吸着して、着色泳動粒子は、正電荷又は負電荷に帯電する。
【００３０】
次に、本実施形態の第１の表示方法を説明する。
【００３１】
絶縁性液体３中の着色帯電泳動粒子４は、第1電極５及び第2電極６に印加した電圧の極性を変えることによって、両電極上を移動させることができる。
【００３２】
例えば、正に帯電した着色帯電泳動粒子４に対して、第1電極５を正極、第2電極６を負極にすれば、静電引力により、着色帯電泳動粒子４は、第２電極６上に引き付けられ、着色帯電泳動粒子４は凹状空間底面の周辺部にある第２電極６上に集まる（図1（ａ））。
【００３３】
逆に、第1電極５を負極、第2電極６を正極にすれば、静電引力により、着色帯電泳動粒子４は、第１電極５上に引き付けられ、着色帯電泳動粒子４は凹状空間底面の中央部にある第１電極５上に集まる（図1（ｂ））。この現象を利用することによって、表示を行うことができる。
【００３４】
例えば、着色帯電泳動粒子４を中央部の第１電極５上に集めれば、凹形状の集光効果によって着色帯電泳動粒子４の色が観測側（第２基板２側）から観察される。
【００３５】
逆に、凹状空間底面の周辺部にある第２電極６に集めれば、凹形状の集光効果によって絶縁層７、第１電極５、第１基板１或いは第１基板上に配置された着色層など、着色帯電泳動粒子４と光学的特性（色相、反射率、等）が異なる着色された層の色を観測側（第２基板２側）から観察することが可能となる。着色層を形成した場合、パターン化して形成しても全面に渡って形成してもよい。さらに着色層の下側に光反射層を設けてもよい。
【００３６】
例えば、正電荷の着色帯電泳動粒子４を黒色にし、第1電極５を白色とすれば、白黒表示が可能となる。但し、第２基板２、絶縁層７は、透明とする。
【００３７】
また、着色帯電泳動粒子４、着色帯電泳動粒子４と光学的特性（色相、反射率、等）が異なる第１電極５、絶縁層７、第１基板１の色をカラー化（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、等）すれば、カラー表示も可能となる。
【００３８】
更に、凹形状による集光効果は、第２基板２の外部表面を第１基板１に向かって凹状に加工することによって高めることができる。図2に断面図を示す。
【００３９】
更に、本実施態様では、第１電極５及び第２電極６は、第１基板１と水平な方向に重なる領域を有する。
【００４０】
図１を用いて説明すると、第1電極５と第2電極６が絶縁層７を介して面で接するため、静電容量を広い面積で均一に非常に多くとることができる。つまり、キァパシター形成面積を構造的に大きく取れるので、メモリー保持力を強く維持できる効果も有する。
【００４１】
次に、本実施形態の第２の表示方法を図３を用いて説明する。
【００４２】
本実施形態では、着色帯電泳動粒子４を表示面に対して横方向に、面から面に水平移動させるため、構造的に表示色の階調表現が可能となる。図３において、図１で用いられている符号と同一の符号は、図１で用いられている符号と同じ部材を示す。
【００４３】
階調表現は、図３に示したように着色帯電泳動粒子４を電極から他方の電極へ一部移動させることによって達成できる。例えば、パルス幅変調により階調表現をする場合、着色帯電泳動粒子４の一部を移動させる方法としては、電圧印加時間を短くする、印加電圧を小さくする、帯電能の異なる着色帯電泳動粒子４を混合して用いる、大きさの異なる着色帯電泳動粒子２を混合して用いる等がある。
【００４４】
つまり、電極に印加する電圧の大きさ、電極に印加する電圧印加時間の長さ、等を調節して、移動する着色帯電泳動粒子２の移動量を制御する。つまり、第１電極８及び第２電極７を覆う着色帯電泳動粒子２の面積を制御して、面積階調を実現している。
【００４５】
更に、上記構成に加えて、帯電能の異なる着色帯電泳動粒子４を混合して用いる、大きさの異なる着色帯電泳動粒子４を混合して用いることにより、階調表示の特性を向上させることができる。
【００４６】
図３では、透明な絶縁性液体中３の着色帯電泳動粒子４は、正に帯電しているとする。
【００４７】
第２電極６を負極に、第１電極５を正極にした場合、正電荷の着色帯電泳動粒子４が第２電極６上に移動し、正電荷の着色帯電泳動粒子４が第２電極６上に集められ、観測者（第２基板２側）からは、絶縁層７或いは第1電極５或いは第１基板１等の着色帯電泳動粒子４の色相と異なる色に着色された層の色が観察（表示）される（図３（ａ））。
【００４８】
一方、電極に印加する電圧の極性を変え、第１電極５に印加する電圧の大きさ及び第２電極６に印加する電圧の大きさを調節して、第１電極５上に移動する正電荷の着色帯電泳動粒子４の量を制御する。
【００４９】
つまり、第１電極５上を占有する着色正電荷泳動粒子４の面積を制御する。その占有面積の大きさにより、観測者（第２基板２側）からは、正電荷の着色帯電泳動粒子４の色と第２電極６の色と絶縁層７或いは第1電極５或いは第１基板１等の着色帯電泳動粒子４の色相と異なる色に着色された層の色が混合された混合色が観察される（図３（ｂ））。例えば、着色帯電泳動粒子４を黒色にし、第1電極５を白色とすれば、白黒の階調表示が可能となる。但し、絶縁層７は、透明とする。
【００５０】
本実施形態の第２の表示方法を用いると、着色帯電泳動粒子４を電極から他方の電極へ移動する量を制御できるため、面積階調表示を実現できる効果を有する。
【００５１】
（別の実施形態）
また、第１電極５及び第２電極６上を絶縁層７で被覆する理由は、第１電極５及び第２電極６と絶縁性液体３との間で電気化学反応が起きてしまい、絶縁性液体３が劣化してしまうのを防止するためである。
【００５２】
しかし、着色帯電泳動粒子４及び第１電極５及び第２電極６の材料を選択することにより、絶縁性液体３が劣化するのを防止することができる。よって、第２電極６を露出させて、着色帯電泳動粒子４が直接第２電極６に付着する形態をとっても良い。更に、第１電極５を露出させて、着色帯電泳動粒子４が直接第１電極５に付着する形態をとっても良い。
【００５３】
また、別の本実施形態を図９を用いて説明する。図９において、図１で用いられている符号と同一の符号は、図１で用いられている符号と同じ部材を示す。第１電極５と第２電極６とが第１基板１の水平方向にのみ位置をずらして配置されている。つまり、第１電極５と第２電極６とが並設して配置され、第１基板１の水平方向に重なる領域を持たない構成とする。図９の構成をとっても、第２基板２の内部表面が第１基板１に向かって凹状構造なので、集光効果が得られ、光利用効率を高めることができる。
【００５４】
（本実施形態の製造方法）
以下に、本実施態様の１例を詳細に説明する。
【００５５】
図４に製造プロセスの断面図を示す。まず、第１基板１に第1電極５パターンを形成する（図４（ａ））。第1基板１の材料としては、耐熱性の高い材料を使用する。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等のポリマーフィルム或いはガラス、石英等の無機材料を使用することができる。次に、第１電極５上に絶縁層７を形成し、その上に第2電極６パターンを形成する。第1電極５、絶縁層７、第2電極６に使用する材料としては、一般的に使用される絶縁材料、電極材料を使用できるが、本発明では、それらの材料色が直接表示色となるため、所望の色を表示するためには、その組み合わせを考慮する必要がある。即ち、所望の色を持った層に対して、その層よりも観察者側の層はできるだけ無色透明であることが望ましい。所望の色を持った層とは、電極材料、絶縁層、基板そのものの色であってもよく、着色材料層を各層の間或いは基板表面、裏面等に形成してもよい。また、全面に形成しても、一部に形成してもよく、複数の色を組み合わせて配置してもよい。さらに着色層に加えて観察者からみて、着色層の下側に光反射層を形成して反射率の向上を図ってもよい。電極層はスパッター蒸着等の方法により形成し、フォトリソグラフィーなどによりパターニングする。第１電極５はライン状に形成し、第2電極６も絶縁層７を介してライン状に形成する。第2電極６はライン内に円形或いは楕円形の穴を開けておく。電極ラインのピッチは通常５〜２００μm程度である。
【００５６】
第2電極６層上に絶縁層７を形成し、第１基板１との接合面には熱融着層９を形成しておく（図４（ｂ））。
【００５７】
次に、第２基板２を作製する。第２基板２も第１基板１と同様な材料を使用する。第２基板２の凹状の形状を形成する方法としてはどのような方法を用いてもよい。例えば、基板に熱をかけて軟化させスタンパーで形成する方法（熱プレス成形）、フォトリソグラフィでマスクを作りエッチングで形成する方法等がある。第１基板２との接合面には、熱融着層９を形成しておく（図４（ｃ））。
【００５８】
次に、絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を第２基板２の凹状の穴の中に充填する。絶縁性液体３としては、高屈折率材料ではジヨードメタン、クロルナフタリン、ブロモベンゼン、テトラブロモメタン等が使用できる。その他にも、トルエン、キシレン、シリコーンオイル、高純度石油帯が使用可能である。着色帯電泳動粒子４としては、絶縁性液体３中で帯電しうる材料を用いる。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂にカーボンなどを混ぜたものを使用する。粒子の大きさとしては、通常は0．1μm〜５０μm位のものを使用する。
【００５９】
着色帯電泳動粒子４と絶縁性液体３を第２基板２の凹部に充填した後、第１基板１と第２の基板２を張り合わせる。張り合わせは熱による融着或いは接着剤などによって行う。これに、電圧印加手段（図示せず）を設けて表示装置が作製できる（図４（ｄ））。
【００６０】
以上の方法によって作製された表示装置は、２色表示、カラー表示、さらに階調表現が可能であり、高視野角、高コントラストを実現できる。
【００６１】
【実施例】
以下に本発明を実施例を用いて説明する。
【００６２】
（実施例１）
本実施例を図４を用いて説明する。厚さ150μmのＰＥＳフィルムからなる光透過性の第１基板１上にＩＴＯ電極５を成膜し、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングによりライン状にパターニングした（図４（ａ））。この上に絶縁層７として光を乱反射させて白色を示す酸化チタン微粒子含有樹脂層を形成した。さらに第2電極６として炭化チタンを成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりライン状に形成し、さらに第1電極５上にのみ円形にエッチングし穴をあけた。第2電極６上には、さらに絶縁層７として高透明ポリイミド層を形成した。次に、熱融着性接着層９を第２基板２の接合部にパターン状に形成した（図４（ｂ））。
【００６３】
ＰＥＳフィルムからなる光透過性の第２基板２を熱プレス成形によって凹形状を形成し、第１基板１との接着部には第１基板１と同様に熱融着性接着層９を形成した（図４（ｃ））。
【００６４】
次に、第２基板２の凹部に、透明な絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を充填した。絶縁性液体３としては、第２基板２材料であるＰＥＳフィルムよりも屈折率が大きいジヨードメタンを使用した。着色帯電泳動粒子４としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、粒子の大きさが、1μm〜２μm位の黒色粒子を使用した。充填後、第１基板１及び第２基板２の接着層９の位置を合わせて、熱をかけて張り合わせた。これに電圧印加回路（図示せず）を設けて表示装置とした（図４（ｄ））。
【００６５】
次に、作製した表示装置を用いて表示を行った。印加電圧は±５０Ｖとした。第１電極５を正極、第2電極６を負極になるように電圧を印加すると、正に帯電した着色帯電泳動粒子４は、第２基板２の凹状構造底面の周辺部にある第２電極６上に移動した。これを第２基板２側から観察すると第２基板２の凹状構造がレンズとして作用するため、第１基板１の中央部に光が集光し、露出した白色の絶縁層７に入射して、レンズ全体が白色を呈した。
【００６６】
一方、極性を逆転して、第１電極５を負極、第2電極６を正極になるように電圧を印加すると、着色帯電泳動粒子４は中央部に集り、レンズ全体は着色帯電泳動粒子４の黒色を呈した。この時の応答速度は２０ｍsec以下であり、2色表示のできる表示装置を作製できた。
【００６７】
（実施例２）
本実施例を図６を用いて説明する。
【００６８】
実施例１と同様に、厚さ150μmのＰＥＳフィルムからなる光透過性の第１基板１上に第1電極５としてＩＴＯ電極パターンを形成し（図６（ａ））、この上に高透明ポリイミドからなる絶縁層７を３μm形成した。さらに第2電極６としてＩＴＯ電極パターン形成した。第2電極６パターンは第1電極５上のみ角の丸い長方形状にエッチングした。第２電極６上には、さらに高透明ポリイミドからなる絶縁層７を形成した（図６（ｂ））。また、第１基板１裏側に、第２電極６のエッチング部に対応する場所にシアン、イエロー、マゼンタの着色層１０を形成し、その上に光を乱反射させて白色を示す酸化チタン微粒子含有樹脂層１１を形成した。第１基板１の表側には熱融着性接着層９を第２基板２とに接合部にパターン状に形成した（図６（ｃ））。
【００６９】
次に、第２基板２として、ＰＥＴフィルムを熱プレス成形によって、第２基板２の内側を凹形状とし、更に、第２基板２の外側を凹形状とした。作製した第２基板２の第１基板１との接着部には、第1基板１と同様に熱融着性接着層９を形成した（図６（ｄ））。
【００７０】
次に、第1基板１の凹部に絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を充填した。絶縁性液体３にはシリコーンオイルを、着色帯電泳動粒子４にはポリスチレンとカーボンの混合物で、粒子の大きさが、1μm〜２μm位のものを使用した。充填後、第１基板１及び第２基板２の接着層９の位置を合わせて、熱をかけて張り合わせた。これに電圧印加回路（図示せず）を設けて表示装置とした（図６（ｅ））。
【００７１】
次に、作製した表示装置を用いて表示を行った。印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を２０ｍsecとした。第１電極５を正極、第2電極６を負極になるように電圧を印加すると、正に帯電した着色帯電泳動粒子４は、第２基板２の凹状構造底面の周辺部にある第２電極６上に移動した。これを第２基板２側から観察すると第２基板２の凹状構造がレンズとして作用するため、レンズ全体が着色層１０の色を呈した。
【００７２】
一方、極性を逆転して、第１電極５を負極、第2電極６を正極になるように電圧を印加すると、着色帯電泳動粒子４は中央部に集り、レンズ全体は着色帯電泳動粒子４の黒色を呈した。応答速度は２０ｍsec以下であり、良好にカラー表示を行うことができた。
【００７３】
次に、印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を５ｍsecにして駆動したところ、各着色層からの反射光の明るを半分程度に低下させることができた。電圧印加時間を種々選択することで、多段階の階調表現を行うことが可能であった。以上により、階調表現可能なカラー表示装置を作製できた。
【００７４】
（実施例３）
本実施例を図７を用いて説明する。実施例１と同様に、厚さ150μmのＰＥＳフィルムからなる光透過性の第１基板１上に第1電極５としてＩＴＯ電極パターンを形成した（図７（ａ））。この上に高透明ポリイミドからなる絶縁層７を３μm形成した。さらに第2電極６として炭化チタンを成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりライン状に形成し、さらに第1電極５上にのみ円形にエッチングし穴をあけた。第2電極６上には、さらに絶縁層７として高透明ポリイミド層を形成した（図７（ｂ））。また、第１基板１裏側には光を乱反射させて白色を示す酸化チタン微粒子含有樹脂層１１を全面に形成した。第１基板１の表側には熱融着性接着層９を第２基板２とに接合部にパターン状に形成した。
【００７５】
次に、第２基板２を熱プレス成形によって凹形状を形成し、非加工面の凹部に対応する場所にシアン、イエロー、マゼンタの各着色フィルター層１２を形成した。その上に透明保護層１２を形成した。作製した第２基板２の凹形状側の第１基板１との接着部には第1基板と同様に熱融着性接着層９を形成した（図７（ｃ））。
【００７６】
次に、第２基板２の凹部に絶縁性液体３及び着色帯電泳動粒子４を充填した。絶縁性液体３にはシリコーンオイルを、着色帯電泳動粒子４にはポリスチレンとカーボンの混合物で、粒子の大きさが、1μm〜２μm位のものを使用した。充填後、第１基板１及び第２基板２の接着層９の位置を合わせて、熱をかけて張り合わせた。これに電圧印加回路（図示せず）を設けて表示装置とした（図７（ｄ））。
【００７７】
次に、作製した表示装置を用いて表示を行った。印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を２０ｍsecとした。第１電極５を正極、第2電極６を負極になるように電圧を印加すると、正に帯電した着色帯電泳動粒子４は、第２基板２の凹状構造底面の周辺部にある第２電極６上に移動した。これを第２基板２側から観察すると第２基板２の凹状構造がレンズとして作用するため、レンズ全体が着色フィルター層１２の色を呈した。
【００７８】
一方、極性を逆転して、第１電極５を負極、第2電極６を正極になるように電圧を印加すると、着色帯電泳動粒子４は中央部に集り、レンズ全体は着色帯電泳動粒子４の黒色を呈した。応答速度は２０ｍsec以下であり、良好にカラー表示を行うことができた。
【００７９】
次に、印加電圧を±５０Ｖ、電圧印加時間を５ｍsecにして駆動したところ、各着色層からの反射光の明るを半分程度に低下させることができた。電圧印加時間を種々選択することで、多段階の階調表現を行うことが可能であった。以上により、階調表現可能なカラー表示装置を作製できた。
【００８０】
（実施例４）
図１０は、実施例１を利用した表示装置の１例の概略構成を示すものである。図１０（ａ）は、本実施例の表示装置８２の断面図（図１０（ｂ）の破線Ａ−Ａ' に沿う断面図）で、図１０（ｂ）は、その平面図である。
【００８１】
ＰＥＴフィルムからなる第1基板１の表面の全面に灰色の顔料層を形成した。
【００８２】
その後、実施例１と同様に第１電極５、絶縁層７、第２電極６、着色帯電泳動粒子４、絶縁性液体３、凹状構造の第２基板２を有するセル８３を形成した。
【００８３】
その後、第1基板１の表面に隔壁８１を図１０（ｂ）のように形成した。
【００８４】
その後、パルス発生器８４を第２電極６に接続して、表示装置８２とした。また、第１電極５は、アース接地する。セル８３の形状・サイズは、所望の解像度に合わせて選択する必要があるが、本実施例では、簡単にするため、７つのセル８３が８の字形状に配置された７セグメント・タイプを用いた。
【００８５】
作製した表示装置８２を用いて表示を行った。全第２電極５に、波高値マイナス５０Ｖ、パルス幅１０ｍｓの矩形波を印加した。本実施例で用いた着色帯電泳動粒子４は、ジヨードメタン中で正に帯電していたため、電圧印加により負電圧マイナス５０Ｖが印加された黒色の第２電極６上に移動した。これにより、第２基板５（観測側）から見た全セル８３内を灰色がかった白色状態とした。一方、第２電極６のうち、任意のものをスイッチ（図示せず）で選択した上で、第２電極６に逆極性のパルス、波高値プラス５０Ｖ、パルス幅１０ｍｓの矩形波を印加したところ、白色の絶縁層７上に着色帯電泳動粒子４が移動するため、選択されたセル８３内は，黒色状態となり、セグメント形状の組み合わせを利用した表示（０〜９までの数字表示やアルファベットの一部表示）が可能であることを確認した。応答速度は２０ｍsec以下であった。
【００８６】
例えば、全部の第２電極６をスイッチで選択して、第２電極６に逆極性のパルス、波高値プラス５０Ｖ、パルス幅１０ｍｓの矩形波を印加した場合、全セル８３内は，黒色状態となり、黒色で数字の８を表示できる。
【００８７】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明は次のような作用効果を持つ。
・ レンズ構造を有するため泳動粒子を表示面の横方向に移動させる表示方法であっても高いコントラストの表示ができる。
・ レンズ内で泳動粒子を駆動させるため、レンズ構造を基板上に積層する場合と比べて装置を薄膜化できる。
・ 構造が極めて簡単なため、大画面表示装置化は極めて容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の断面図を示す。
【図２】本発明の他の表示装置の断面図を示す。
【図３】本発明の表示装置の階調表現方法の図を示す。
【図４】本発明の表示装置の製造方法の一例の図を示す。
【図５】従来の電気泳動型表示装置の原理の図を示す。
【図６】本発明の表示装置の製造方法の一例の図を示す。
【図７】本発明の表示装置の製造方法の一例の図を示す。
【図８】従来の電気泳動型表示装置の原理の図を示す。
【図９】本発明の他の表示装置の断面図を示す。
【図１０】本実施例４に用いられる表示装置の断面図を示す。
【符号の説明】
１ 第１基板
２ 第２基板
３ 絶縁性液体
４ 着色帯電泳動粒子
５ 第１電極
６ 第２電極
７ 絶縁層
８ 入射光
９ 熱融着層
１０ 着色層
１１ 光反射層
１２ 着色フィルター層
８１ 隔壁
８２ 表示装置
８３ セル
８４ パルス発生器
Claims (3)
- 第１電極と、第１電極と異なる電圧が印加される第２電極と、第１電極と第２電極の間を移動する複数の着色帯電泳動粒子と、第１基板と、第１基板と対向して配置され表面に第１基板に向かって凹状構造を持つ透明な第２基板と、前記凹状構造によって第１基板と第２基板の間に生じる空間に満たされ、該複数の着色帯電泳動粒子を保持する透明絶縁性液体と、を備えた電気泳動表示装置において、
透明絶縁性液体の屈折率は第２基板の屈折率よりも大きく、第１電極は、複数の着色帯電泳動粒子を引き付けて第１基板の中央部に集めるように配置され、第２電極は、複数の着色帯電泳動粒子を引き付けて第１基板の端部に集めるように配置され、第２基板の凹状構造は、第２基板を通って透明絶縁性液体に入射する光を第１基板の中央部に集めるような形状であることを特徴とする電気泳動表示装置。 - 前記第２基板の外部表面が第１基板の中央部に光が集まるような形状である請求項１に記載の表示装置。
- 前記第２基板の外部表面が第１基板に向かって凹状構造である請求項１または２に記載の電気泳動表示装置。
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