JP4176452B2 - 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、溶媒中の帯電粒子の移動により画像を表示する電気泳動表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非発光型の表示装置の一つとして帯電粒子の電気泳動現象を利用した電気泳動表示装置が知られている。電気泳動現象とは溶媒中の帯電粒子に外部から電界を印加したときに帯電極性と反対符号の電極へ、概ね両電極間の電気力線に沿って移動する現象である。この現象を利用した従来の電気泳動表示装置としては、例えば「特許文献１」に示されている。
【０００３】
図２６は着色された絶縁性溶媒を用いた従来の電気泳動表示装置の構成および動作原理の説明図である。この電気泳動表示装置（以下、単に表示装置とも称する）では、着色された絶縁性溶媒１１０ａが第１基板１２２と第２基板１２４および隔壁１３０によって形成された空間内に配置されており、帯電粒子１１０ｂが絶縁性溶媒１１０ａに分散されている。第１基板１２２には第１電極１２６が、第２基板１２４には第２電極１２８が配置される。例えば、帯電粒子１１０ｂとしてマイナスに帯電した白色の帯電粒子を用い、これを黒色に着色された絶縁性溶媒１１０ａに分散されているものとする。そして、第２電極１２８の電位が第１電極１２６より低くなるように駆動電圧発生装置１３２で両電極間に電圧を印加すると、帯電粒子１１０ｂは第１電極１２６側に移動する。このとき、第１基板１２２側から見ると、表示装置は第１電極１２６側に移動した帯電粒子１１０ｂが有する白色を表示する。一方、第１電極１２６の電位が第２電極１２８より低くなるように両電極間に電圧を印加すると、帯電粒子１１０ｂは第２電極１２８側に移動する。このとき、第１基板１２２側から見ると、表示装置は絶縁性溶媒１１０a の色をすなわち、黒を表示する。
【０００４】
また、上記の絶縁溶媒に替えて透明な絶縁性溶媒を用いた電気泳動表示装置が、例えば「特許文献２」に開示されている。図２７は透明な絶縁溶媒を用いた従来の電気泳動表示装置の構成および動作原理の説明図である。この表示装置では、第１基板１０５と第２基板１０３および隔壁１０６によって形成された空間内に透明な絶縁性溶媒１０１が配置されている。透明な絶縁性溶媒１０１にはプラスに帯電した黒色の帯電粒子１０２が分散されている。第２基板１０３には第１電極１０７と第２電極１０８が配置され、両電極間は絶縁層１０４で絶縁されている。第１電極１０７は第２電極１０８よりも小さく、第２電極１０８の上方で重なった領域を有する。
【０００５】
そして、第１電極１０７の電位が第２電極１０８より低くなるように両電極間に電圧を印加すると、図２５（ａ）のように帯電粒子１０２は第１電極１０７上に集まる。第１基板１０５側から見ると、表示装置は絶縁層１０４もしくは第２電極１０８の色を呈する。一方、第１電極１０７の電位が第２電極１０８の電位より高くなるように両電極間に電圧を印加すると、図２５（ｂ）に示したように帯電粒子１０２は第２電極上１０８を覆うこととなる。このとき第１基板１０５側から見ると、表示装置は帯電粒子１０２の色、すなわち黒を表示する。また、「特許文献３」では、第１電極１０７を分割することで帯電粒子１０２の移動距離を短くし、応答速度を向上できることが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１８５０８７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−２０２８０４号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−５０４０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された電気泳動表示装置では、第１基板側に集まった白色の帯電粒子の散乱によって白を表示するため、当該帯電粒子で反射された照明光は第１基板側の全方位に出射される。そのため、従来技術の電気泳動表示装置を鑑賞者が正面から見た場合に十分な輝度が得られず、表示が暗く、十分な輝度を得ることが難しい。これが解決すべき課題の一つとなっていた。また、上記特許文献２に開示された電気泳動表示装置においても、このような反射光分布の制御について考慮されておらず上記と同様の解決すべき課題の一つとなっていた。
【００１０】
そして、特許文献３に開示されている分割された第１電極の形状は周期的であるため、高精細時にそのピッチが細かくなると回折等により色付きを発生する可能性があった。さらに、この特許文献３に開示さらた従来技術においては、第１電極と第２電極の近接部に電界が集中し、黒表示時に帯電粒子を第２電極上に均一に広げることが難しく、絶縁層もしくは第２電極の一部が見えてしまい、十分なコントラスト比が得られず、これも解決すべき課題の一つとなっていた。本発明は目的は、上記した従来技術における課題を解決して輝度を向上すると共に、回折による色付きを抑え、コントラスト比の高い電気泳動表示装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記輝度を向上するという目的を達成するために、本発明の電気泳動表示装置は、所定間隙を開けて配置された第１基板および第２基板と、この間隙内に配置された絶縁性溶媒と、前記絶縁性溶媒中に分散された帯電粒子と、前記第１基板もしくは前記第２基板のいずれかに配置された第１電極と、前記第２基板に配置された第２電極を有し、前記第２基板に凹凸構造を有する反射板を備えたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記回折等による色付きを抑えるという目的とコントラスト比を高めるという目的を達成するために、本発明の電気泳動表示装置は、所定間隙を開けて配置された第１基板と第２基板と、この間隙内に配置された絶縁性溶媒と、前記絶縁性溶媒中に分散された帯電粒子と、前記第１基板もしくは第２基板のいずれかに配置された第１電極と、前記第２基板に凹凸構造を有し反射板を兼ねた第２電極を有し、前記第１電極を前記第２電極の凹凸構造の凹部の上方に配置したことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記第２電極が前記凹凸構造を有する反射板を兼ねた構成とすることができ、前記第１電極を前記第２基板側に設置し、また前記第２電極の前記凹凸構造をランダムパターンで配置することができる。さらに、本発明は、前記第２電極の前記凹凸構造をランダムパターンで配置し、かつ、前記第１電極を前記第２電極のランダムパターンで配置された前記凹凸構造の前記凹部パターンと同様の電極パターンで形成することもできる。さらに、本発明は、前記第２電極のランダムパターンで配置された前記凹凸構造を、凹凸が連続して形成される概略紐状構造とすることができる。そして、本発明は、前記第２基板にアクティブ素子を配置し、アクティブマトリックス駆動により画像を表示するように構成することができる。
【００１４】
なお、本発明は、特許請求の範囲に記載の構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を用いて詳細に説明する。
［第１実施例］
図１および図２は本発明の第１実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図であり、図１は黒を表示し、図２は白を表示する状態を示す。図１中に示した範囲Ｐが電気泳動表示装置の１画素に相当する。第１基板１と第２基板２を適当な間隔で配置し、その間隙には着色した帯電粒子６を分散させた透明な絶縁性溶媒５を配置する。第１基板１には第１電極３が配置され、第２基板２には第２電極４と凹凸構造を有する反射板８が配置されており、両者は絶縁層７で隔てられている。ここで、第１電極３は１画素当たり複数個の分割電極に分割して構成され、分割電極の各面積は第２電極４の面積より小さくしてある。また、分割電極は一画素内では同電位となっている。第１基板１は観察側基板であり、第１基板１の外部から入射した光が第２基板２の反射板８で反射し、反射光が第１基板１から観察側に出射する。
【００１６】
第１基板１、第２電極３、絶縁層７はいずれも透明な材料で構成されている。反射板８は可視光領域で高い反射率を有し、特に可視光全域での反射率が高い場合は白く見える。電気回路９により第１電極３と第２電極４に電圧を印加すると両電極間に電界を生じ、帯電粒子６は第１電極３上から第２電極４上へ、もしくは第２電極４上から第１電極３上へ移動する。帯電粒子６がマイナスに帯電している場合、図１に示すように電気回路９により、第１電極３の電位を第２電極４よりも低くすると、面積の大きい第２電極４上に帯電粒子６が広がる。このとき、第１基板１側から見ると、電気泳動表示装置は帯電粒子６の色を表示する。一方、図２に示すように第２電極４の電位が第１電極３よりも低くなるように電気回路９によって電圧を印加すると、面積の小さい第１電極３上に帯電粒子６が集まる。
【００１７】
このとき第１基板１側から見ると、電気泳動表示装置は反射板８のからの反射色を表示する。本実施例の電気泳動表示装置では、第１基板１の斜め上方向から入射した光を反射板８の凹凸構造により、例えば基板に垂直方向に強く反射させることができる。また、この反射角度特性は凹凸構造の傾斜角度分布の制御により自在に制御できる。反射板８の凹凸構造は平坦部と凸部で構成される場合や平坦部と凹部で構成される場合も含み、以降では相対的に高い部分を凸部、低い部分を凹部と呼ぶ。以上のように本実施例の電気泳動表示装置では、反射板８の凹凸構造により周囲からの入射光を効果的に観察位置である第１基板１の正面方向に出射するように反射させるため、輝度を高めることができる。
【００１８】
本実施例において、例えば帯電粒子６が黒でかつ、反射板８が可視光全域で高反射率を持つならば、図１においては黒表示、図２においては白表示ということになる。このとき帯電粒子６と反射板８の色や明るさは対比できれば、それぞれの色はどのような組合せをとっても良いが、帯電粒子６の色は散乱光によるものであり反射板８による輝度を高める効果は得られない。そのため、帯電粒子６の色は明るい色より黒や暗褐色を用い、反射板８により明るい明表示、帯電粒子６により暗い暗表示とした方がコントラスト比を高める効果があり、好ましい。また、第１電極３はどのような反射率特性のものを用いても良いが、黒や暗褐色の電極の方が電極表面からの反射光量が少なく、コントラスト比が高くなり、好ましい。あるいは、反射率の高い、もしくは透明な第１電極３の上部に黒色の遮光層を設けて同等な効果が得られる。
【００１９】
また、反射板８の可視光領域の反射光特性に波長分散を持たせ、反射板８に色をつける代わりに絶縁層７の可視光領域の透過率に波長分散を持たせても反射板８に色を付けるのと同等の効果を得られる。また、本実施例を１画素（カラー副画素）としてそれぞれの画素に赤、緑、青の波長領域の光を主に反射する反射板８もしくは、赤、緑、青の波長領域の光を主に透過する絶縁層７、もしくは赤、緑、青の波長領域の光を透過するカラーフィルタ（図示せず）を第１基板上に配置し、これらのいずれかと黒色の帯電粒子６を用いた３つのカラー副画素でカラー画素を構成し、これらのカラー副画素に独立で電圧を印加させることでフルカラーの電気泳動表示装置を得ることができる。また、第１電極３および第２電極４の表面に絶縁層（図示せず）を設けることで、絶縁性溶媒５と第１電極３や第２電極４間で発生する電気化学反応を防ぐことができるが、両電極と絶縁性溶媒８との組合せにより必要な場合と不必要な場合がある。本実施例により、輝度が向上した電気泳動表示装置を得ることができる。
［第２実施例］
図３は本発明の第２実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。本実施例は、前記第１実施例における第１電極３を第１基板２に配置したものである。その他の構成および動作は第１実施例と同様なので重複する説明は省略する。本実施例によっても、第１実施例と同様に、正面方向の輝度を高めた電気泳動表示装置を得ることができる。また、第１実施例で説明したようなカラー表示のための画素構造とすることもできる。
［第３実施例］
図４は本発明の第３実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。本実施例では、図１、図２で説明した第１実施例における第２電極４と凹凸構造を有する反射板８とを一体化したものである。すなわち、第２電極４に高い反射率と凹凸形状を持たせて反射板の機能を付与した。その他の構成および動作は第１実施例と同様なので重複する説明は省略する。本実施例によれば、第１実施例で得られる効果に加えて第２基板２の厚みを薄くできる効果が得られ、電気泳動表示装置全体を薄くすることができる。
［第４実施例］
図５は本発明の第４実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。本実施例は、図３で説明した第２実施例における第１電極３を第２基板２に配置したものである。その他の構成および動作は第２実施例と同様なので重複する説明は省略する。本実施例によれば、第２実施例の効果に加え、第２基板２の厚みを薄くできる効果が得られ、電気泳動表示装置全体を薄くすることができる。
［第５実施例］
図６は本発明の第５実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。本実施例は、図４で説明した第３実施例における第１電極３を第２基板２に有する第２電極４と同層に配置したものである。その他の構成は第３実施例と同様なので重複する説明は省略する。この構成において、第１電極３と第２電極４の間に印加する電圧により、帯電粒子６は第２電極４上と第１電極３上の間を移動する。本実施例により、第１基板１の構成を単純化できるとともに、第２基板２を第３実施例よりもさらに薄くでき、電気泳動表示装置全体を薄くすることができる。
［第６実施例］
図７は本発明の第６実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造と動作の説明図であり、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）を第１基板１側から見た平面図（上面図）を示す。なお、図７（ａ）は図７（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った断面である。本実施例では、前記図４で説明した第３実施例における第１電極３が、反射機能を有する第２電極４の凹凸構造の凹部の上方（第２電極４より第１基板１側）に存在するように第１電極３を形成した。図７（ｂ）中の破線は凹凸構造の等高線を表す。第１電極３は第２電極４の凹部上方に第２電極４の凸部に沿うように環状に配置されている。
【００２０】
本実施例では、第１電極３を第２電極４の凸部上方に配置した場合、もしくは図１〜図３の実施例のように第２電極４が平板の場合と比較して、図７（ａ）に示すように第１電極３と第２電極４との間に電圧を印加した時に生じる電気力線２８はほぼ均等に広がる（電束密度がほぼ均等）。第２電極４が平板の場合は第１電極２との距離が画素中央で大きくなり、第１電極３と第２電極４の間に形成される電束密度が画素中央で小となって、帯電粒子を第２電極４上に移動させた際に、第２電極４の一部が帯電粒子から透けて見えてしまう。これに対し、本実施例では、電束密度が画素内でほぼ均一となり、帯電粒子６を第２電極４上に均一に分散させることができる。これにより、前記第３実施例の構成で得られる効果に加えて、帯電粒子６が第２電極４上に均一に分散しないことによる第２電極４の一部が見えてしまう現象を抑え、帯電粒子が黒色である場合に黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる効果がある。
［第７実施例］
図８は本発明の第７実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明する図７と同様の断面図および平面図である。本実施例では、第１基板１側に設けた第１電極３を第２電極４の凹部上方に額縁状に配置したものである。この構成では、額縁状とした第１電極３と第２電極４の凸部との距離が当該額縁の編と隅とで若干異なることで、図７で説明した構造よりも均一性が低下するが、図７の実施例と同様に電束密度が画素内でほぼ均一となり、帯電粒子６を第２電極４上にほぼ均一に分散させることができる。これにより、画素中央の凸部が第１電極３で囲まれるため、第２電極４の一部が見えてしまう現象が抑制され、帯電粒子６が黒色の場合、第６実施例と同様に第１〜第５実施例に比べて黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。なお、図８では第１電極３を額縁状としてあるが、第２電極４との間の電束密度分布に若干の偏りは生じるが、額縁の何れか一辺を欠如したコ字状とすることもできる。
［第８実施例］
図９は本発明の第８実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明する図６と同様の断面図および平面図である。本実施例では、環状の第１電極３を絶縁層７で第２基板２側に設けたものであり、第６実施例と同様に第１電極３が第２電極４の凹部上方に配置している。この構成では、第１電極３が第２基板２側に寄っているために両電極間に形成される電束密度が前記第６実施例に比べて均一性は若干劣るが、画素中央の凸部が第１電極３で囲まれるため、第２電極４の一部が見えてしまう現象が抑制され、帯電粒子６が黒色の場合、第６実施例と同様に第１〜第５実施例に比べて黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。また、第１基板１に第１電極３を有しないため、第１基板１と第２基板２とを貼り合わせて電気泳動表示装置を組み立てる際の位置合わせの裕度が大きく取ることができるという効果もある。
［第９実施例］
図１０は本発明の第９実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明図であり、図１０（ａ）は断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）を第１基板１側から見た平面図（上面図）を示す。なお、図１０（ａ）は図１０（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面である。本実施例では、図８で説明した第７実施例と同様の額縁状の第１電極３を、第２電極４の凹部上方に凸部に沿わずに額縁状とし、絶縁層７で第２電極４上に設置したものである。本実施例では、第１電極３が第２基板２側に寄っているために両電極間に形成される電束密度が前記第６実施例に比べて均一性は若干劣るが、画素中央の凸部が第１電極３で囲まれるため、第２電極４の一部が見えてしまう現象が抑制され、帯電粒子６が黒色の場合、第６実施例と同様に第１〜第５実施例に比べて黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。また、第１基板１に第１電極３を有しないため、第１基板１と第２基板２とを貼り合わせて電気泳動表示装置を組み立てる際の位置合わせの裕度が大きく取ることができるという効果もある。なお、第７実施例と同様に、第１電極３を額縁の何れか一辺を欠如したコ字状とすることもできる。
［第１０実施例］
図１１は本発明の第１０実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明図であり、図１１（ａ）は断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）を第１基板１側から見た平面図（上面図）を示す。なお、図１１（ａ）は図１１（ｂ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面を示す。本実施例では、図７で説明した本発明の第６実施例の画素構造を一画素内で複数配置したものである。図１１に示したように、図７で説明した第１電極３と第２電極４の凹凸構造を縮小して一画素内に３×３の網目状に並べて配置した。図１１（ｂ）に示すように、例えば、第１電極３ａが隣りの第１電極３ｂや３ｃの少なくとも一方に接して導電させ、網目状の第１電極３の任意の２点が同じ電位となるように形成される。本実施例は、前記図７で説明した第６実施例のように、一つの凹凸形状で一画素を構成する場合と比較して、第２電極４の凹凸の高さを低くすることができる。したがって、第２基板２をより薄くして電気泳動表示装置全体の厚みを薄くすることができる。他の効果は第６実施例と同様である。
【００２１】
また、図１１（ａ）に示されたように、第２電極４の反射機能である凹凸構造の凹部に平坦部が存在する場合、第１基板１側からこの平坦部に入射した光はそのまま反射されるため、光源像の映りこみといった表示品質の劣化を招く。しかし、本実施例では、平坦部（凹部）の上方にある第１電極３が平坦部（凹部）に入射する光を遮るように働くため、第２電極４の凹凸構造の平坦部に起因する光源像の映り込みを低減させることができる。このように、第２基板２に形成する第２電極４の凹凸構造に平坦部が存在する構造の場合に、当該平坦部の上部に第１電極３を配置することであれば、前記いずれの実施の形態においても映り込みを低減する効果が得られる。
［第１１実施例］
図１２は本発明の第１１実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する第１基板側から見た上面図である。本実施例では、図１１で説明した第１０実施例の第２電極４に沿って配置した第１電極３を、第２電極４の凹部上方にくし歯状あるいは枡目状に形成した。図１２のＤ−Ｄ’線に沿った断面は図１１（ａ）に相当する。本実施例においては、前記した第１０実施例に比べて第１電極３と第２電極４の間に形成される電束密度の均一性は若干劣るが、画素中央の凸部が第１電極３で囲まれるため、第２電極４の一部が見えてしまう現象が抑制され、帯電粒子６が黒色の場合、第２電極の一部が透けて見えてしまう現象が抑制され、黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。
［第１２実施例］
図１３は本発明の第１２実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。本実施例は、図１１または図１２で説明した実施例の第１電極３を第２基板２に配置したものである。第１電極３は絶縁層７で第２電極４上に設置される。本実施例によっても、前記実施例と同様に、黒色の帯電粒子６を用いた場合に、黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。また、第１基板１側に第１電極３を有しないため、第１基板１と第２基板２とを貼り合わせて電気泳動表示装置を組み立てる際、位置合わせ裕度を大きく取ることができるという効果も得られる。
［第１３実施例］
図１４は本発明の第１３実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。また、図１５は図１４の第１電極と第２電極の構造例を説明する第１基板側から見た上面図であり、図１５（ａ）は第１電極３、図１５（ｂ）は第２電極４を示す。本実施例の電気泳動表示装置は、図１４に示した第２基板２に有する第２電極４を図１５（ｂ）に示したような半球もしくは楕円あるいは扇形の凸形状を不規則に配置したランダムパターンの凹凸構造を持つものとし、第１基板１に有する第１電極３を図１５（ａ）に示したように第２電極４のランダムパターンに対応させ、かつ第２電極４の当該凹凸構造の凹部上方に位置するように形成した。
【００２２】
本実施例によれば、第２電極４をランダムパターンの凹凸構造とし、第１電極３も第２電極４のランダムパターンの凹凸構造の凹部に応じたランダムなパターンに形成したことで、第１電極３と第２電極４の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色づきや光の射出を抑えることができるとともに、輝度やコントラスト比の高い表示が得られる。
［第１４実施例］
図１６は本発明の第１４実施例を説明する電気泳動表示装置の第１電極と第２電極の構造例を説明する第１基板側から見た上面図である。本実施例では、第２電極４のランダムパターンの凹凸構造は、凹凸構造が連続して形成された概ね紐状の構造としたものである。図１６（ａ）に概ね紐状のランダムパターンの第１電極３（ハッチング部がランダムパターンの電極３ａ）、図１６（ｂ）に概ね紐状のランダムパターンの凹凸構造を持つ第２電極４（白色部が凸部、ハッチング部が凹部）を示す。第２電極４のランダムパターンの凹凸構造の凹部に応じて、第１電極３の電極３ａも概ね紐状のランダムパターンの電極に形成される。そして、概ね紐状のランダムパターンの電極３ａのそれぞれは任意の２点で導通するように周囲の額縁状の電極３ｂに接続しているが、紐状の電極３ａのそれぞれが何れかの部分で全て接続されるように形成することもできる。本実施例によっても、第１電極３と第２電極４の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色づきや光の射出を抑えることができるとともに、輝度やコントラスト比の高い表示が得られる。
［第１５実施例］
図１７は本発明の第１５実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。本実施例は、図１４で説明した第１３実施例における第１電極３を第２基板２に配置してたものであり、第１電極３は絶縁層７で第２基板２の第２電極４上に設置されている。第１電極３と第２電極４は、図１５または図１６で説明したランダムパターンと同様のものである。本実施例によっても、前記実施例と同様に、それぞれの電極の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色づきや光の射出を抑制でき、輝度やコントラスト比の高い表示が得ることができる。また、第１基板１側に電極を有しないため、第１基板１と第２基板２とを合わせて電気泳動表示装置を組み立てる際の位置合わせの裕度が大きい。
［第１６実施例］
図１８は本発明の第１６実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。本実施例も前記各実施例と同様に、透明な第１基板１と第２基板２を所定の間隔で配置し、その間隙に着色した帯電粒子６を分散した透明な絶縁性溶媒５を満たしてある。第１基板１にはランダムパターンの網目形状の第１電極３が配置され、第２基板２には第２電極４が配置される。このとき、第１電極の網目形状は、例えば、図１５（ａ）あるいは図１６（ａ）に示したものと同様であり、ランダムな開口を持つ。第１電極３は複数の部分電極で構成され、その各部分電極の各面積は第２電極４の面積より小さい。
【００２３】
このとき、第１電極３と第２電極４の間に電圧を印加し、第２電極４上に帯電粒子６を広げることで帯電粒子６の色が表示され、第１電極３上に帯電粒子６を集めることで第２電極４の色を表示することになる。本実施例によっても、第１電極３の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色付きを抑えることができる。また、本実施例は、前記図１〜図５で説明した実施例における第１電極３をランダムパターンを有する網目形状にすることでも同様に、色付きを抑制して輝度やコントラスト比の高い表示が得ることができる。
［第１７実施例］
また、図１４や図１７で説明した電気泳動表示装置断面の構造概略図に示したように、第２電極４に凹凸形状を持ち、かつ、反射板を兼ね、ランダムパターンを有する網目形状の第１電極３の開口部と一致するように前記第２電極４の凹凸構造の凸部を配置させても良い。本実施例では、電極の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色付きや光の射出を抑制し、第２電極４の凹凸構造により輝度を高め、第１電極３の開口部に第２電極４の凸部を存在させることで帯電粒子６を第２電極４上に均一に分散させ、コントラスト比の高めることができる。
［第１８実施例］
以上説明した各実施例の何れかの電気泳動表示装置の構造を一画素として、その複数をマトリクス状に配置し、各画素ごとに電圧制御することで任意の画像を表示できる。その駆動方式としてアクティブ駆動とパッシブ駆動のいずれも用いることが可能であるが、画素数が多い場合のクロストークの影響を考慮すると、アクティブ駆動の方が好適である。以下にアクティブ駆動時の実施の形態について説明する。
【００２４】
図1 ９は本発明の電気泳動表示装置の駆動回路の実施例の説明図である。各画素１０の第１電極または第２電極のいずれか一方は電圧を印加するために薄膜トランジスタ１１、ドレイン配線１２、ゲート配線１３に接続され、もう一方の電極は、画素１０間で同電位となるように接続して共通化される。それぞれの画素１０の電極間にかける電圧はドレイン配線用ドライバ１４とゲート配線用ドライバ１５により制御される。
【００２５】
図２０は図１９における画素構造を説明する要部上面図である。薄膜トランジスタ１１、ドレイン配線１２、ゲート配線１３はいずれも第２基板上に配置される。第１電極３は隣接画素同士はドレイン配線１２、ゲート配線１３を超えて接続されて共通化している。接続部の一例を参照符号３ｃで示す。第１電極３が第基板上にある場合は第２電極４が薄膜トランジスタ１１と接続され、第１電極４が第２基板上にある場合は、第１電極３と第２電極４のいずれかが薄膜トランジスタ１１に接続される。前記した各実施例の幾つかと組み合わせて、薄膜トランジスタ１１と第１電極３、第２電極４の接続形態を図を用いて説明する。
【００２６】
図２１は第１基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を個別に備えた構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は図１と図２における説明の繰り返しとなるので省略する。第２電極４はスルーホールを介して薄膜トランジスタ１１のソース電極２７に接続されている。薄膜トランジスタ１１は、ゲート電極２１、絶縁膜２２、半導体層２３、コンタクト層２４および２５、ドレイン電極２６、ソース電極２７で構成される。一方、第１電極３は、隣接画素間で接続し共通電極とされている。これにより画素のアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００２７】
図２２は第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を個別に備えた構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は図３における説明の繰り返しとなるので省略する。第２電極４はスルーホールを介して薄膜トランジスタ１１のソース電極２７に接続される。一方、第１電極３は隣接画素間で接続し共通電極とされている。これにより画素のアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００２８】
図２３は第１基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は前記各実施例における説明の繰り返しとなるので省略する。第２電極４が薄膜トランジスタ１１のソース電極２７に接続される。一方、第１電極３は隣接画素間で接続されて共通電極とする。これによりアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００２９】
図２４は第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は前記各実施例における説明の繰り返しとなるので省略する。第２電極４は薄膜トランジスタ１１のソース電極２７に接続される。一方、第１電極３は隣接画素間で接続して共通電極とする。これによりアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００３０】
図２５は第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした他の構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は前記各実施例における説明の繰り返しとなるので省略する。第１電極３は薄膜トランジスタ１１のソース電極２７にスルーホールを介して接続される。一方、第２電極４は隣接画素間で接続して共通電極とする。これによりアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００３１】
以上説明した実施例における帯電粒子６としては、各種有機顔料、無機顔料を用いることができ、その材質により様々な色を選択できる。黒色では、例えばカーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄、アイボリーブラック、二酸化クロム等がいずれも利用可能であり、その単体またはこれらを調合して用いれば良い。さらに、これら顔料をアクリル系ポリマー等の分散剤でコーティングすることで分散性を向上し、界面活性剤で粒子の帯電量（ゼータ電位）を高めたものを用いると帯電粒子の安定性、応答速度が向上し好適である。
【００３２】
また、以上説明した実施例における絶縁性溶媒５としては、キシレン、トルエン、シリコンオイル、流動パラフィン、塩化有機物、各種炭化水素、各種芳香族炭化水素等がいずれも利用可能であり、その単体またはこれらを調合して用いればよい。光利用効率の面からは透過率が高く、寿命の面からは電圧印加時のイオンを生じない高い絶縁性を持ち、移動速度の面からは粘度が低いものが好ましい。
【００３３】
なお、第１基板１としては、ガラス、石英、各種ポリマー基板等の上に電極等を積層するものであり、絶縁性、可視光領域における高い透過率、高い機械的強度を併せ持つものが好ましい。第２基板２としては、ガラス、石英、各種ポリマー基板等や表面に絶縁層を持つ金属基板等、良好な絶縁性と機械的強度を併せ持つものが好ましい 。
【００３４】
そして、第１電極３としては、可視光領域で高い反射率を持つアルミニウム、アルミニウム合 金、銀、銀合金、金、銅、白金、クロム、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン等や透明な酸化インジウムすず等や、黒色のカーボン、炭化チタン、表面を酸化処理したクロムや銀等を用いることができる。そして、第１電極３は導電性の良いものが好ましく、コントラスト比の面からは黒色のものが好ましい。また、反射率の高い電極や透明電極の上部に黒色の遮光層を付けたのとしてもよい。
【００３５】
反射板８もしくは反射板を兼ねた第２電極４としては、アルミニウム、アルミニウム合 金、銀、銀合金、金、銅、白金、クロム、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン等を用いることができ、導電性が良く可視光の反射率が高い方が好ましい。絶縁層７としては、アクリル系感光性樹脂、非感光性樹脂や無機の絶縁層を用いることができる。また絶縁層を染料等で着色し、帯電粒子との対比色で表示することも可能である。
【００３６】
以下、電気泳動表示装置の製造方法を図２４に示した構造を例として説明する。先ず、ガラス基板２上にタンタルの薄膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によりタンタルの薄膜をパターニングし、ゲート配線およびゲート電極２１を形成する。次に、ゲート絶縁膜２２としてチッ化シリコン、半導体層２３としてアモルファスシリコン、コンタクト層２４および２５として燐（Ｐ）をドープしたｎ＋型アモルファスシリコンをＣＶＤ法で成膜する。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体層とコンタクト層をパターニングする。このパターニング後、クロムを成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングしてソース配線、ドレイン電極２６、ソース電極２７を形成する。
【００３７】
次に、ドレイン電極２６、ソース電極２７をマスクとしコンタクト層２４および２５となる層をエッチングしてドレイン２４側とソース２５側に分けることにより薄膜トランジスタが形成される。その後、感光性樹脂からなる絶縁膜７を成膜し、コンタクトホール等の不要な部分を削除する。このときの凹凸構造はシミュレーションによって形成されたランダムな遮光パターンあるいは透過パターンをフォトマスクとしてフォトリソグラフィ技術によりパターンを形成し、さらに加熱処理で形成したパターンをなだらかにすることで得られる。
【００３８】
次に、アルミニウムを成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることで第２電極４が形成される。次に、非感光性樹脂からなる絶縁層７を成膜し、平坦化して、クロムを成膜し、その表面を酸化処理する。さらに、前記凹凸構造を形成する際に用いたシミュレーションによって形成されたランダムなフォトマスクパターンと同一のシミュレーション結果から作製したフォトマスクを利用し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより第１電極３が第２電極４の凹凸構造の凹部上方に形成される。次に、第１電極３をマスクとして不要な絶縁層７を除去し第２基板２が形成される。さらに感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて第１基板に隔壁（図示せず）を形成する。
【００３９】
以上により形成された第２基板２とガラス基板から成る第１基板１とを第１電極３が内側になるように両基板周辺をエポキシ樹脂中に前記柱の高さと等しい直径のポリマビーズからなるスペーサ材（図示せず）を分散させたシール材で接着する。次に、両基板間にポリマーコートされたカーボンブラックを分散させ界面活性剤を添加したシリコンオイルを封入、紫外線硬化樹脂で封止することで本実施の形態の電気泳動表示装置が得られる。上記のスペーサ材を用いた封止技術は、例えば液晶表示装置などの製造とほぼ同様であるので、詳しい説明は省略する。なお、他の実施例で説明した画素構成の電気泳動表示装置についても、工程数等に多少の違いはあるが、上記の製造法に用いた技術を適用して作製が可能である。
【００４０】
以下、本発明の代表的な具体例について説明する。なお、以下の具体例における材料や数値はあくまで一例に過ぎないことは言うまでもない。
〔具体例１〕
図４に示した本発明の電気泳動表示装置の構造において、厚さ１．１ｍｍのガラス板からなる第１基板２上に直径１０μｍ、高さ２μｍの多数の凸部を間隔（平坦部）１０μｍをもってアクリル系感光性樹脂で形成した。この凸部の上にアルミニウムを厚さ０．１μｍで積層し、凹凸部を有する第２電極４を形成し、さらにその上に３μｍの絶縁層を形成し平坦化した。一方、厚さ１．１ｍｍのガラス板からなる第１基板１上に幅１０μｍ、厚さ０．１μｍ、間隔１５μｍのライン状にパターニングしたクロムを第１電極３として形成した。第２電極４と第１電極３とが内側となるように対向させ、平均粒子径が５μｍのポリマビーズをスペーサ材として介在させ、両基板周辺部を前記ポリマビーズを分散したエポキシ系のシール材で接着した。
【００４１】
シリコンオイルを絶縁性溶媒５とし、これに樹脂でコーティングした直径０．２μｍのカーボンブラック粒子を帯電粒子６とし、これを４ｗｔ％の濃度で分散させ、これを両基板間に封入し、封止した。カーボンブラックの帯電粒子６をプラスに帯電し、第１電極３の電位が第２電極４の電位より１０Ｖ高くなるように電圧を印加したところ、帯電粒子６は第２電極４上に分散し、第１基板１側から黒表示が確認された。一方、第２電極４の電位が第１電極３の電位より１０Ｖ高くなるように電圧を印加したところ、帯電粒子６は第１電極３上に集まり、第１基板１側から白表示が確認された。第２電極４を凹凸構造を有する反射機能を持つものとすることにより、周囲の光を効果的に利用し、正面方向の輝度を高めた表示を提供することができる。
〔具体例２〕
図１４に示した本発明の電気泳動表示装置の構造において、厚さ１．１ｍｍのガラス板からなる第２基板２上に、図１６に示したような高分子共重合体のミクロ相分離現象等の解析シミュレーションにより生成された第２電極用の概して紐状のランダムパターンをフォトマスクとして露光し、現像することにより凸部の幅１０μｍ、凹部の幅１０μｍ、高さ２μｍのランダムな紐状の凹凸構造をアクリル系感光性樹脂で形成した。この上にアルミニウムを厚さ０．１μｍで積層し第２電極４を形成した。一方、厚さ１．１ｍｍのガラス板からなる第１基板１上に前記解析シミュレーションと同一の結果より生成された第１電極用の概して紐状のランダムパターンをフォトマスクとし、厚さ０．１μｍのクロムをパターニングし第１電極３を形成した。
【００４２】
第２電極４と第１電極３が内側となるように対向させ、平均粒子径が２５μｍのポリマビーズをスペーサ材として介在させ、両基板周辺部を前記ポリマビーズを分散したエポキシ系のシール材で接着した。シリコンオイルを絶縁性溶媒５とし、これに樹脂でコーティングした直径０．２μｍのカーボンブラック粒子を帯電粒子６とし、これを１ｗｔ％の濃度で分散させた。これを両基板間に封入し、封止した。カーボンブラックの帯電粒子６をプラスに帯電し、第１電極３の電位が第２電極４の電位より３０Ｖ高くなるように電圧を印加すると帯電粒子６は第２電極上に分散し、第１基板１側から黒表示が確認できた。
【００４３】
一方、第２電極４の電位が第１電極３の電位より３０Ｖ高くなるように電圧を印加すると、帯電粒子６は第１電極３上に集まり、第１基板１側から白表示が確認できた。このように、第２電極４をランダムな凹凸構造を有する反射電極機能を持つものとし、かつ第１電極３を第２電極４の凹部の上方に配置することで、周囲の光を効果的利用し、正面方向の輝度が高く、かつ黒粒子（帯電粒子６）を均一に分散させることで、輝度が大きく、コントラスト比が高く、かつランダムパターンに形成された第２電極４の回折等による色付きがなく、周囲の光を効果的利用し、正面方向の輝度を高めた表示を提供することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、観察側の基板から入射して第２電極あるいは反射電極で反射する反射光の当該観察側の基板（第１基板）から出射する光の出射範囲が限定され、観察者の正面方向に明るい表示を可能とした高輝度の電気泳動表示装置を提供することができる。さらに、帯電粒子を反射電極と別個に設置した第２基板側の第２電極または反射電極を兼ねる第２電極上に均一に分布させ、コントラスト比の高い表示でき、さらに帯電粒子を移動させるための電極形状をランダムパターンとすることで回折等による色付きを低減して高品質の電気泳動表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と黒表示動作の説明図である。
【図２】 本発明の第１実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と白表示動作の説明図である。
【図３】 本発明の第２実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図４】 本発明の第３実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図５】 本発明の第４実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図６】 本発明の第５実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図７】 本発明の第６実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造と動作の説明図である。
【図８】 本発明の第７実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明する図７と同様の断面図および平面図である。
【図９】 本発明の第８実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明する図６と同様の断面図および平面図である。
【図１０】 本発明の第９実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図１１】 本発明の第１０実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図１２】 本発明の第１１実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１３】 本発明の第１２実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１４】 本発明の第１３実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１５】 図１４の第１電極と第２電極の構造例を説明する第１基板側から見た上面図である。
【図１６】 本発明の第１４実施例を説明する電気泳動表示装置の第１電極と第２電極の構造例を説明する第１基板側から見た上面図である。
【図１７】 本発明の第１５実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１８】 本発明の第１６実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１９】 本発明の電気泳動表示装置の駆動回路の実施例の説明図である。
【図２０】 図１９における画素構造を説明する要部上面図である。
【図２１】 第１基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を個別に備えた構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２２】 第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を個別に備えた構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２３】 第１基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２４】 第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２５】 第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした他の構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２６】 着色された絶縁性溶媒を用いた従来の電気泳動表示装置の構成および動作原理の説明図である。
【図２７】 透明な絶縁溶媒を用いた従来の電気泳動表示装置の構成および動作原理の説明図である。
【符号の説明】
１・・・・第１基板、２・・・・第２基板、３・・・・第１電極、４・・・・第２電極、５・・・・絶縁性溶媒、６・・・・帯電粒子、７・・・・絶縁層、８・・・・反射板、９・・・・電気回路、１０・・・・画素、１１・・・・薄膜トランジスタ、１２・・・・ドレイン配線、１３・・・・ゲート配線、１４・・・・ドレイン用ドライバ、１５・・・・ゲート用ドライバ、２１・・・・ゲート電極、２２・・・・ゲート絶縁膜、２３・・・・半導体層、２４，２５・・・・コンタクト層、２６・・・・ドレイン電極、２７・・・・ソース電極、２８・・・・電気力線。
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶媒中の帯電粒子の移動により画像を表示する電気泳動表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非発光型の表示装置の一つとして帯電粒子の電気泳動現象を利用した電気泳動表示装置が知られている。電気泳動現象とは溶媒中の帯電粒子に外部から電界を印加したときに帯電極性と反対符号の電極へ、概ね両電極間の電気力線に沿って移動する現象である。この現象を利用した従来の電気泳動表示装置としては、例えば「特許文献１」に示されている。
【０００３】
図２６は着色された絶縁性溶媒を用いた従来の電気泳動表示装置の構成および動作原理の説明図である。この電気泳動表示装置（以下、単に表示装置とも称する）では、着色された絶縁性溶媒１１０ａが第１基板１２２と第２基板１２４および隔壁１３０によって形成された空間内に配置されており、帯電粒子１１０ｂが絶縁性溶媒１１０ａに分散されている。第１基板１２２には第１電極１２６が、第２基板１２４には第２電極１２８が配置される。例えば、帯電粒子１１０ｂとしてマイナスに帯電した白色の帯電粒子を用い、これを黒色に着色された絶縁性溶媒１１０ａに分散されているものとする。そして、第２電極１２８の電位が第１電極１２６より低くなるように駆動電圧発生装置１３２で両電極間に電圧を印加すると、帯電粒子１１０ｂは第１電極１２６側に移動する。このとき、第１基板１２２側から見ると、表示装置は第１電極１２６側に移動した帯電粒子１１０ｂが有する白色を表示する。一方、第１電極１２６の電位が第２電極１２８より低くなるように両電極間に電圧を印加すると、帯電粒子１１０ｂは第２電極１２８側に移動する。このとき、第１基板１２２側から見ると、表示装置は絶縁性溶媒１１０a の色をすなわち、黒を表示する。
【０００４】
また、上記の絶縁溶媒に替えて透明な絶縁性溶媒を用いた電気泳動表示装置が、例えば「特許文献２」に開示されている。図２７は透明な絶縁溶媒を用いた従来の電気泳動表示装置の構成および動作原理の説明図である。この表示装置では、第１基板１０５と第２基板１０３および隔壁１０６によって形成された空間内に透明な絶縁性溶媒１０１が配置されている。透明な絶縁性溶媒１０１にはプラスに帯電した黒色の帯電粒子１０２が分散されている。第２基板１０３には第１電極１０７と第２電極１０８が配置され、両電極間は絶縁層１０４で絶縁されている。第１電極１０７は第２電極１０８よりも小さく、第２電極１０８の上方で重なった領域を有する。
【０００５】
そして、第１電極１０７の電位が第２電極１０８より低くなるように両電極間に電圧を印加すると、図２５（ａ）のように帯電粒子１０２は第１電極１０７上に集まる。第１基板１０５側から見ると、表示装置は絶縁層１０４もしくは第２電極１０８の色を呈する。一方、第１電極１０７の電位が第２電極１０８の電位より高くなるように両電極間に電圧を印加すると、図２５（ｂ）に示したように帯電粒子１０２は第２電極上１０８を覆うこととなる。このとき第１基板１０５側から見ると、表示装置は帯電粒子１０２の色、すなわち黒を表示する。また、「特許文献３」では、第１電極１０７を分割することで帯電粒子１０２の移動距離を短くし、応答速度を向上できることが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１８５０８７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−２０２８０４号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−５０４０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された電気泳動表示装置では、第１基板側に集まった白色の帯電粒子の散乱によって白を表示するため、当該帯電粒子で反射された照明光は第１基板側の全方位に出射される。そのため、従来技術の電気泳動表示装置を鑑賞者が正面から見た場合に十分な輝度が得られず、表示が暗く、十分な輝度を得ることが難しい。これが解決すべき課題の一つとなっていた。また、上記特許文献２に開示された電気泳動表示装置においても、このような反射光分布の制御について考慮されておらず上記と同様の解決すべき課題の一つとなっていた。
【００１０】
そして、特許文献３に開示されている分割された第１電極の形状は周期的であるため、高精細時にそのピッチが細かくなると回折等により色付きを発生する可能性があった。さらに、この特許文献３に開示さらた従来技術においては、第１電極と第２電極の近接部に電界が集中し、黒表示時に帯電粒子を第２電極上に均一に広げることが難しく、絶縁層もしくは第２電極の一部が見えてしまい、十分なコントラスト比が得られず、これも解決すべき課題の一つとなっていた。本発明は目的は、上記した従来技術における課題を解決して輝度を向上すると共に、回折による色付きを抑え、コントラスト比の高い電気泳動表示装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記輝度を向上するという目的を達成するために、本発明の電気泳動表示装置は、所定間隙を開けて配置された第１基板および第２基板と、この間隙内に配置された絶縁性溶媒と、前記絶縁性溶媒中に分散された帯電粒子と、前記第１基板もしくは前記第２基板のいずれかに配置された第１電極と、前記第２基板に配置された第２電極を有し、前記第２基板に凹凸構造を有する反射板を備えたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記回折等による色付きを抑えるという目的とコントラスト比を高めるという目的を達成するために、本発明の電気泳動表示装置は、所定間隙を開けて配置された第１基板と第２基板と、この間隙内に配置された絶縁性溶媒と、前記絶縁性溶媒中に分散された帯電粒子と、前記第１基板もしくは第２基板のいずれかに配置された第１電極と、前記第２基板に凹凸構造を有し反射板を兼ねた第２電極を有し、前記第１電極を前記第２電極の凹凸構造の凹部の上方に配置したことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記第２電極が前記凹凸構造を有する反射板を兼ねた構成とすることができ、前記第１電極を前記第２基板側に設置し、また前記第２電極の前記凹凸構造をランダムパターンで配置することができる。さらに、本発明は、前記第２電極の前記凹凸構造をランダムパターンで配置し、かつ、前記第１電極を前記第２電極のランダムパターンで配置された前記凹凸構造の前記凹部パターンと同様の電極パターンで形成することもできる。さらに、本発明は、前記第２電極のランダムパターンで配置された前記凹凸構造を、凹凸が連続して形成される概略紐状構造とすることができる。そして、本発明は、前記第２基板にアクティブ素子を配置し、アクティブマトリックス駆動により画像を表示するように構成することができる。
【００１４】
なお、本発明は、特許請求の範囲に記載の構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を用いて詳細に説明する。
［第１実施例］
図１および図２は本発明の第１実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図であり、図１は黒を表示し、図２は白を表示する状態を示す。図１中に示した範囲Ｐが電気泳動表示装置の１画素に相当する。第１基板１と第２基板２を適当な間隔で配置し、その間隙には着色した帯電粒子６を分散させた透明な絶縁性溶媒５を配置する。第１基板１には第１電極３が配置され、第２基板２には第２電極４と凹凸構造を有する反射板８が配置されており、両者は絶縁層７で隔てられている。ここで、第１電極３は１画素当たり複数個の分割電極に分割して構成され、分割電極の各面積は第２電極４の面積より小さくしてある。また、分割電極は一画素内では同電位となっている。第１基板１は観察側基板であり、第１基板１の外部から入射した光が第２基板２の反射板８で反射し、反射光が第１基板１から観察側に出射する。
【００１６】
第１基板１、第２電極３、絶縁層７はいずれも透明な材料で構成されている。反射板８は可視光領域で高い反射率を有し、特に可視光全域での反射率が高い場合は白く見える。電気回路９により第１電極３と第２電極４に電圧を印加すると両電極間に電界を生じ、帯電粒子６は第１電極３上から第２電極４上へ、もしくは第２電極４上から第１電極３上へ移動する。帯電粒子６がマイナスに帯電している場合、図１に示すように電気回路９により、第１電極３の電位を第２電極４よりも低くすると、面積の大きい第２電極４上に帯電粒子６が広がる。このとき、第１基板１側から見ると、電気泳動表示装置は帯電粒子６の色を表示する。一方、図２に示すように第２電極４の電位が第１電極３よりも低くなるように電気回路９によって電圧を印加すると、面積の小さい第１電極３上に帯電粒子６が集まる。
【００１７】
このとき第１基板１側から見ると、電気泳動表示装置は反射板８のからの反射色を表示する。本実施例の電気泳動表示装置では、第１基板１の斜め上方向から入射した光を反射板８の凹凸構造により、例えば基板に垂直方向に強く反射させることができる。また、この反射角度特性は凹凸構造の傾斜角度分布の制御により自在に制御できる。反射板８の凹凸構造は平坦部と凸部で構成される場合や平坦部と凹部で構成される場合も含み、以降では相対的に高い部分を凸部、低い部分を凹部と呼ぶ。以上のように本実施例の電気泳動表示装置では、反射板８の凹凸構造により周囲からの入射光を効果的に観察位置である第１基板１の正面方向に出射するように反射させるため、輝度を高めることができる。
【００１８】
本実施例において、例えば帯電粒子６が黒でかつ、反射板８が可視光全域で高反射率を持つならば、図１においては黒表示、図２においては白表示ということになる。このとき帯電粒子６と反射板８の色や明るさは対比できれば、それぞれの色はどのような組合せをとっても良いが、帯電粒子６の色は散乱光によるものであり反射板８による輝度を高める効果は得られない。そのため、帯電粒子６の色は明るい色より黒や暗褐色を用い、反射板８により明るい明表示、帯電粒子６により暗い暗表示とした方がコントラスト比を高める効果があり、好ましい。また、第１電極３はどのような反射率特性のものを用いても良いが、黒や暗褐色の電極の方が電極表面からの反射光量が少なく、コントラスト比が高くなり、好ましい。あるいは、反射率の高い、もしくは透明な第１電極３の上部に黒色の遮光層を設けて同等な効果が得られる。
【００１９】
また、反射板８の可視光領域の反射光特性に波長分散を持たせ、反射板８に色をつける代わりに絶縁層７の可視光領域の透過率に波長分散を持たせても反射板８に色を付けるのと同等の効果を得られる。また、本実施例を１画素（カラー副画素）としてそれぞれの画素に赤、緑、青の波長領域の光を主に反射する反射板８もしくは、赤、緑、青の波長領域の光を主に透過する絶縁層７、もしくは赤、緑、青の波長領域の光を透過するカラーフィルタ（図示せず）を第１基板上に配置し、これらのいずれかと黒色の帯電粒子６を用いた３つのカラー副画素でカラー画素を構成し、これらのカラー副画素に独立で電圧を印加させることでフルカラーの電気泳動表示装置を得ることができる。また、第１電極３および第２電極４の表面に絶縁層（図示せず）を設けることで、絶縁性溶媒５と第１電極３や第２電極４間で発生する電気化学反応を防ぐことができるが、両電極と絶縁性溶媒８との組合せにより必要な場合と不必要な場合がある。本実施例により、輝度が向上した電気泳動表示装置を得ることができる。
［第２実施例］
図３は本発明の第２実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。本実施例は、前記第１実施例における第１電極３を第１基板２に配置したものである。その他の構成および動作は第１実施例と同様なので重複する説明は省略する。本実施例によっても、第１実施例と同様に、正面方向の輝度を高めた電気泳動表示装置を得ることができる。また、第１実施例で説明したようなカラー表示のための画素構造とすることもできる。
［第３実施例］
図４は本発明の第３実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。本実施例では、図１、図２で説明した第１実施例における第２電極４と凹凸構造を有する反射板８とを一体化したものである。すなわち、第２電極４に高い反射率と凹凸形状を持たせて反射板の機能を付与した。その他の構成および動作は第１実施例と同様なので重複する説明は省略する。本実施例によれば、第１実施例で得られる効果に加えて第２基板２の厚みを薄くできる効果が得られ、電気泳動表示装置全体を薄くすることができる。
［第４実施例］
図５は本発明の第４実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。本実施例は、図３で説明した第２実施例における第１電極３を第２基板２に配置したものである。その他の構成および動作は第２実施例と同様なので重複する説明は省略する。本実施例によれば、第２実施例の効果に加え、第２基板２の厚みを薄くできる効果が得られ、電気泳動表示装置全体を薄くすることができる。
［第５実施例］
図６は本発明の第５実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。本実施例は、図４で説明した第３実施例における第１電極３を第２基板２に有する第２電極４と同層に配置したものである。その他の構成は第３実施例と同様なので重複する説明は省略する。この構成において、第１電極３と第２電極４の間に印加する電圧により、帯電粒子６は第２電極４上と第１電極３上の間を移動する。本実施例により、第１基板１の構成を単純化できるとともに、第２基板２を第３実施例よりもさらに薄くでき、電気泳動表示装置全体を薄くすることができる。
［第６実施例］
図７は本発明の第６実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造と動作の説明図であり、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）を第１基板１側から見た平面図（上面図）を示す。なお、図７（ａ）は図７（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った断面である。本実施例では、前記図４で説明した第３実施例における第１電極３が、反射機能を有する第２電極４の凹凸構造の凹部の上方（第２電極４より第１基板１側）に存在するように第１電極３を形成した。図７（ｂ）中の破線は凹凸構造の等高線を表す。第１電極３は第２電極４の凹部上方に第２電極４の凸部に沿うように環状に配置されている。
【００２０】
本実施例では、第１電極３を第２電極４の凸部上方に配置した場合、もしくは図１〜図３の実施例のように第２電極４が平板の場合と比較して、図７（ａ）に示すように第１電極３と第２電極４との間に電圧を印加した時に生じる電気力線２８はほぼ均等に広がる（電束密度がほぼ均等）。第２電極４が平板の場合は第１電極２との距離が画素中央で大きくなり、第１電極３と第２電極４の間に形成される電束密度が画素中央で小となって、帯電粒子を第２電極４上に移動させた際に、第２電極４の一部が帯電粒子から透けて見えてしまう。これに対し、本実施例では、電束密度が画素内でほぼ均一となり、帯電粒子６を第２電極４上に均一に分散させることができる。これにより、前記第３実施例の構成で得られる効果に加えて、帯電粒子６が第２電極４上に均一に分散しないことによる第２電極４の一部が見えてしまう現象を抑え、帯電粒子が黒色である場合に黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる効果がある。
［第７実施例］
図８は本発明の第７実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明する図７と同様の断面図および平面図である。本実施例では、第１基板１側に設けた第１電極３を第２電極４の凹部上方に額縁状に配置したものである。この構成では、額縁状とした第１電極３と第２電極４の凸部との距離が当該額縁の編と隅とで若干異なることで、図７で説明した構造よりも均一性が低下するが、図７の実施例と同様に電束密度が画素内でほぼ均一となり、帯電粒子６を第２電極４上にほぼ均一に分散させることができる。これにより、画素中央の凸部が第１電極３で囲まれるため、第２電極４の一部が見えてしまう現象が抑制され、帯電粒子６が黒色の場合、第６実施例と同様に第１〜第５実施例に比べて黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。なお、図８では第１電極３を額縁状としてあるが、第２電極４との間の電束密度分布に若干の偏りは生じるが、額縁の何れか一辺を欠如したコ字状とすることもできる。
［第８実施例］
図９は本発明の第８実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明する図６と同様の断面図および平面図である。本実施例では、環状の第１電極３を絶縁層７で第２基板２側に設けたものであり、第６実施例と同様に第１電極３が第２電極４の凹部上方に配置している。この構成では、第１電極３が第２基板２側に寄っているために両電極間に形成される電束密度が前記第６実施例に比べて均一性は若干劣るが、画素中央の凸部が第１電極３で囲まれるため、第２電極４の一部が見えてしまう現象が抑制され、帯電粒子６が黒色の場合、第６実施例と同様に第１〜第５実施例に比べて黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。また、第１基板１に第１電極３を有しないため、第１基板１と第２基板２とを貼り合わせて電気泳動表示装置を組み立てる際の位置合わせの裕度が大きく取ることができるという効果もある。
［第９実施例］
図１０は本発明の第９実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明図であり、図１０（ａ）は断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）を第１基板１側から見た平面図（上面図）を示す。なお、図１０（ａ）は図１０（ｂ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面である。本実施例では、図８で説明した第７実施例と同様の額縁状の第１電極３を、第２電極４の凹部上方に凸部に沿わずに額縁状とし、絶縁層７で第２電極４上に設置したものである。本実施例では、第１電極３が第２基板２側に寄っているために両電極間に形成される電束密度が前記第６実施例に比べて均一性は若干劣るが、画素中央の凸部が第１電極３で囲まれるため、第２電極４の一部が見えてしまう現象が抑制され、帯電粒子６が黒色の場合、第６実施例と同様に第１〜第５実施例に比べて黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。また、第１基板１に第１電極３を有しないため、第１基板１と第２基板２とを貼り合わせて電気泳動表示装置を組み立てる際の位置合わせの裕度が大きく取ることができるという効果もある。なお、第７実施例と同様に、第１電極３を額縁の何れか一辺を欠如したコ字状とすることもできる。
［第１０実施例］
図１１は本発明の第１０実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明図であり、図１１（ａ）は断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）を第１基板１側から見た平面図（上面図）を示す。なお、図１１（ａ）は図１１（ｂ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面を示す。本実施例では、図７で説明した本発明の第６実施例の画素構造を一画素内で複数配置したものである。図１１に示したように、図７で説明した第１電極３と第２電極４の凹凸構造を縮小して一画素内に３×３の網目状に並べて配置した。図１１（ｂ）に示すように、例えば、第１電極３ａが隣りの第１電極３ｂや３ｃの少なくとも一方に接して導電させ、網目状の第１電極３の任意の２点が同じ電位となるように形成される。本実施例は、前記図７で説明した第６実施例のように、一つの凹凸形状で一画素を構成する場合と比較して、第２電極４の凹凸の高さを低くすることができる。したがって、第２基板２をより薄くして電気泳動表示装置全体の厚みを薄くすることができる。他の効果は第６実施例と同様である。
【００２１】
また、図１１（ａ）に示されたように、第２電極４の反射機能である凹凸構造の凹部に平坦部が存在する場合、第１基板１側からこの平坦部に入射した光はそのまま反射されるため、光源像の映りこみといった表示品質の劣化を招く。しかし、本実施例では、平坦部（凹部）の上方にある第１電極３が平坦部（凹部）に入射する光を遮るように働くため、第２電極４の凹凸構造の平坦部に起因する光源像の映り込みを低減させることができる。このように、第２基板２に形成する第２電極４の凹凸構造に平坦部が存在する構造の場合に、当該平坦部の上部に第１電極３を配置することであれば、前記いずれの実施の形態においても映り込みを低減する効果が得られる。
［第１１実施例］
図１２は本発明の第１１実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する第１基板側から見た上面図である。本実施例では、図１１で説明した第１０実施例の第２電極４に沿って配置した第１電極３を、第２電極４の凹部上方にくし歯状あるいは枡目状に形成した。図１２のＤ−Ｄ’線に沿った断面は図１１（ａ）に相当する。本実施例においては、前記した第１０実施例に比べて第１電極３と第２電極４の間に形成される電束密度の均一性は若干劣るが、画素中央の凸部が第１電極３で囲まれるため、第２電極４の一部が見えてしまう現象が抑制され、帯電粒子６が黒色の場合、第２電極の一部が透けて見えてしまう現象が抑制され、黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。
［第１２実施例］
図１３は本発明の第１２実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。本実施例は、図１１または図１２で説明した実施例の第１電極３を第２基板２に配置したものである。第１電極３は絶縁層７で第２電極４上に設置される。本実施例によっても、前記実施例と同様に、黒色の帯電粒子６を用いた場合に、黒表示がより黒く、コントラスト比の高い表示が得られる。また、第１基板１側に第１電極３を有しないため、第１基板１と第２基板２とを貼り合わせて電気泳動表示装置を組み立てる際、位置合わせ裕度を大きく取ることができるという効果も得られる。
［第１３実施例］
図１４は本発明の第１３実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。また、図１５は図１４の第１電極と第２電極の構造例を説明する第１基板側から見た上面図であり、図１５（ａ）は第１電極３、図１５（ｂ）は第２電極４を示す。本実施例の電気泳動表示装置は、図１４に示した第２基板２に有する第２電極４を図１５（ｂ）に示したような半球もしくは楕円あるいは扇形の凸形状を不規則に配置したランダムパターンの凹凸構造を持つものとし、第１基板１に有する第１電極３を図１５（ａ）に示したように第２電極４のランダムパターンに対応させ、かつ第２電極４の当該凹凸構造の凹部上方に位置するように形成した。
【００２２】
本実施例によれば、第２電極４をランダムパターンの凹凸構造とし、第１電極３も第２電極４のランダムパターンの凹凸構造の凹部に応じたランダムなパターンに形成したことで、第１電極３と第２電極４の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色づきや光の射出を抑えることができるとともに、輝度やコントラスト比の高い表示が得られる。
［第１４実施例］
図１６は本発明の第１４実施例を説明する電気泳動表示装置の第１電極と第２電極の構造例を説明する第１基板側から見た上面図である。本実施例では、第２電極４のランダムパターンの凹凸構造は、凹凸構造が連続して形成された概ね紐状の構造としたものである。図１６（ａ）に概ね紐状のランダムパターンの第１電極３（ハッチング部がランダムパターンの電極３ａ）、図１６（ｂ）に概ね紐状のランダムパターンの凹凸構造を持つ第２電極４（白色部が凸部、ハッチング部が凹部）を示す。第２電極４のランダムパターンの凹凸構造の凹部に応じて、第１電極３の電極３ａも概ね紐状のランダムパターンの電極に形成される。そして、概ね紐状のランダムパターンの電極３ａのそれぞれは任意の２点で導通するように周囲の額縁状の電極３ｂに接続しているが、紐状の電極３ａのそれぞれが何れかの部分で全て接続されるように形成することもできる。本実施例によっても、第１電極３と第２電極４の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色づきや光の射出を抑えることができるとともに、輝度やコントラスト比の高い表示が得られる。
［第１５実施例］
図１７は本発明の第１５実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。本実施例は、図１４で説明した第１３実施例における第１電極３を第２基板２に配置してたものであり、第１電極３は絶縁層７で第２基板２の第２電極４上に設置されている。第１電極３と第２電極４は、図１５または図１６で説明したランダムパターンと同様のものである。本実施例によっても、前記実施例と同様に、それぞれの電極の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色づきや光の射出を抑制でき、輝度やコントラスト比の高い表示が得ることができる。また、第１基板１側に電極を有しないため、第１基板１と第２基板２とを合わせて電気泳動表示装置を組み立てる際の位置合わせの裕度が大きい。
［第１６実施例］
図１８は本発明の第１６実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。本実施例も前記各実施例と同様に、透明な第１基板１と第２基板２を所定の間隔で配置し、その間隙に着色した帯電粒子６を分散した透明な絶縁性溶媒５を満たしてある。第１基板１にはランダムパターンの網目形状の第１電極３が配置され、第２基板２には第２電極４が配置される。このとき、第１電極の網目形状は、例えば、図１５（ａ）あるいは図１６（ａ）に示したものと同様であり、ランダムな開口を持つ。第１電極３は複数の部分電極で構成され、その各部分電極の各面積は第２電極４の面積より小さい。
【００２３】
このとき、第１電極３と第２電極４の間に電圧を印加し、第２電極４上に帯電粒子６を広げることで帯電粒子６の色が表示され、第１電極３上に帯電粒子６を集めることで第２電極４の色を表示することになる。本実施例によっても、第１電極３の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色付きを抑えることができる。また、本実施例は、前記図１〜図５で説明した実施例における第１電極３をランダムパターンを有する網目形状にすることでも同様に、色付きを抑制して輝度やコントラスト比の高い表示が得ることができる。
［第１７実施例］
また、図１４や図１７で説明した電気泳動表示装置断面の構造概略図に示したように、第２電極４に凹凸形状を持ち、かつ、反射板を兼ね、ランダムパターンを有する網目形状の第１電極３の開口部と一致するように前記第２電極４の凹凸構造の凸部を配置させても良い。本実施例では、電極の周期性によって発生する回折等による本来意図しない色付きや光の射出を抑制し、第２電極４の凹凸構造により輝度を高め、第１電極３の開口部に第２電極４の凸部を存在させることで帯電粒子６を第２電極４上に均一に分散させ、コントラスト比の高めることができる。
［第１８実施例］
以上説明した各実施例の何れかの電気泳動表示装置の構造を一画素として、その複数をマトリクス状に配置し、各画素ごとに電圧制御することで任意の画像を表示できる。その駆動方式としてアクティブ駆動とパッシブ駆動のいずれも用いることが可能であるが、画素数が多い場合のクロストークの影響を考慮すると、アクティブ駆動の方が好適である。以下にアクティブ駆動時の実施の形態について説明する。
【００２４】
図1 ９は本発明の電気泳動表示装置の駆動回路の実施例の説明図である。各画素１０の第１電極または第２電極のいずれか一方は電圧を印加するために薄膜トランジスタ１１、ドレイン配線１２、ゲート配線１３に接続され、もう一方の電極は、画素１０間で同電位となるように接続して共通化される。それぞれの画素１０の電極間にかける電圧はドレイン配線用ドライバ１４とゲート配線用ドライバ１５により制御される。
【００２５】
図２０は図１９における画素構造を説明する要部上面図である。薄膜トランジスタ１１、ドレイン配線１２、ゲート配線１３はいずれも第２基板上に配置される。第１電極３は隣接画素同士はドレイン配線１２、ゲート配線１３を超えて接続されて共通化している。接続部の一例を参照符号３ｃで示す。第１電極３が第基板上にある場合は第２電極４が薄膜トランジスタ１１と接続され、第１電極４が第２基板上にある場合は、第１電極３と第２電極４のいずれかが薄膜トランジスタ１１に接続される。前記した各実施例の幾つかと組み合わせて、薄膜トランジスタ１１と第１電極３、第２電極４の接続形態を図を用いて説明する。
【００２６】
図２１は第１基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を個別に備えた構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は図１と図２における説明の繰り返しとなるので省略する。第２電極４はスルーホールを介して薄膜トランジスタ１１のソース電極２７に接続されている。薄膜トランジスタ１１は、ゲート電極２１、絶縁膜２２、半導体層２３、コンタクト層２４および２５、ドレイン電極２６、ソース電極２７で構成される。一方、第１電極３は、隣接画素間で接続し共通電極とされている。これにより画素のアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００２７】
図２２は第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を個別に備えた構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は図３における説明の繰り返しとなるので省略する。第２電極４はスルーホールを介して薄膜トランジスタ１１のソース電極２７に接続される。一方、第１電極３は隣接画素間で接続し共通電極とされている。これにより画素のアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００２８】
図２３は第１基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は前記各実施例における説明の繰り返しとなるので省略する。第２電極４が薄膜トランジスタ１１のソース電極２７に接続される。一方、第１電極３は隣接画素間で接続されて共通電極とする。これによりアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００２９】
図２４は第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は前記各実施例における説明の繰り返しとなるので省略する。第２電極４は薄膜トランジスタ１１のソース電極２７に接続される。一方、第１電極３は隣接画素間で接続して共通電極とする。これによりアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００３０】
図２５は第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした他の構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。画素構成の説明は前記各実施例における説明の繰り返しとなるので省略する。第１電極３は薄膜トランジスタ１１のソース電極２７にスルーホールを介して接続される。一方、第２電極４は隣接画素間で接続して共通電極とする。これによりアクティブマトリクス駆動が実現され、高輝度、高コントラスト、かつ色付きが抑制された高品質の電気泳動表示装置を得ることができる。
【００３１】
以上説明した実施例における帯電粒子６としては、各種有機顔料、無機顔料を用いることができ、その材質により様々な色を選択できる。黒色では、例えばカーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄、アイボリーブラック、二酸化クロム等がいずれも利用可能であり、その単体またはこれらを調合して用いれば良い。さらに、これら顔料をアクリル系ポリマー等の分散剤でコーティングすることで分散性を向上し、界面活性剤で粒子の帯電量（ゼータ電位）を高めたものを用いると帯電粒子の安定性、応答速度が向上し好適である。
【００３２】
また、以上説明した実施例における絶縁性溶媒５としては、キシレン、トルエン、シリコンオイル、流動パラフィン、塩化有機物、各種炭化水素、各種芳香族炭化水素等がいずれも利用可能であり、その単体またはこれらを調合して用いればよい。光利用効率の面からは透過率が高く、寿命の面からは電圧印加時のイオンを生じない高い絶縁性を持ち、移動速度の面からは粘度が低いものが好ましい。
【００３３】
なお、第１基板１としては、ガラス、石英、各種ポリマー基板等の上に電極等を積層するものであり、絶縁性、可視光領域における高い透過率、高い機械的強度を併せ持つものが好ましい。第２基板２としては、ガラス、石英、各種ポリマー基板等や表面に絶縁層を持つ金属基板等、良好な絶縁性と機械的強度を併せ持つものが好ましい 。
【００３４】
そして、第１電極３としては、可視光領域で高い反射率を持つアルミニウム、アルミニウム合 金、銀、銀合金、金、銅、白金、クロム、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン等や透明な酸化インジウムすず等や、黒色のカーボン、炭化チタン、表面を酸化処理したクロムや銀等を用いることができる。そして、第１電極３は導電性の良いものが好ましく、コントラスト比の面からは黒色のものが好ましい。また、反射率の高い電極や透明電極の上部に黒色の遮光層を付けたのとしてもよい。
【００３５】
反射板８もしくは反射板を兼ねた第２電極４としては、アルミニウム、アルミニウム合 金、銀、銀合金、金、銅、白金、クロム、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン等を用いることができ、導電性が良く可視光の反射率が高い方が好ましい。絶縁層７としては、アクリル系感光性樹脂、非感光性樹脂や無機の絶縁層を用いることができる。また絶縁層を染料等で着色し、帯電粒子との対比色で表示することも可能である。
【００３６】
以下、電気泳動表示装置の製造方法を図２４に示した構造を例として説明する。先ず、ガラス基板２上にタンタルの薄膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によりタンタルの薄膜をパターニングし、ゲート配線およびゲート電極２１を形成する。次に、ゲート絶縁膜２２としてチッ化シリコン、半導体層２３としてアモルファスシリコン、コンタクト層２４および２５として燐（Ｐ）をドープしたｎ＋型アモルファスシリコンをＣＶＤ法で成膜する。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体層とコンタクト層をパターニングする。このパターニング後、クロムを成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングしてソース配線、ドレイン電極２６、ソース電極２７を形成する。
【００３７】
次に、ドレイン電極２６、ソース電極２７をマスクとしコンタクト層２４および２５となる層をエッチングしてドレイン２４側とソース２５側に分けることにより薄膜トランジスタが形成される。その後、感光性樹脂からなる絶縁膜７を成膜し、コンタクトホール等の不要な部分を削除する。このときの凹凸構造はシミュレーションによって形成されたランダムな遮光パターンあるいは透過パターンをフォトマスクとしてフォトリソグラフィ技術によりパターンを形成し、さらに加熱処理で形成したパターンをなだらかにすることで得られる。
【００３８】
次に、アルミニウムを成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることで第２電極４が形成される。次に、非感光性樹脂からなる絶縁層７を成膜し、平坦化して、クロムを成膜し、その表面を酸化処理する。さらに、前記凹凸構造を形成する際に用いたシミュレーションによって形成されたランダムなフォトマスクパターンと同一のシミュレーション結果から作製したフォトマスクを利用し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより第１電極３が第２電極４の凹凸構造の凹部上方に形成される。次に、第１電極３をマスクとして不要な絶縁層７を除去し第２基板２が形成される。さらに感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて第１基板に隔壁（図示せず）を形成する。
【００３９】
以上により形成された第２基板２とガラス基板から成る第１基板１とを第１電極３が内側になるように両基板周辺をエポキシ樹脂中に前記柱の高さと等しい直径のポリマビーズからなるスペーサ材（図示せず）を分散させたシール材で接着する。次に、両基板間にポリマーコートされたカーボンブラックを分散させ界面活性剤を添加したシリコンオイルを封入、紫外線硬化樹脂で封止することで本実施の形態の電気泳動表示装置が得られる。上記のスペーサ材を用いた封止技術は、例えば液晶表示装置などの製造とほぼ同様であるので、詳しい説明は省略する。なお、他の実施例で説明した画素構成の電気泳動表示装置についても、工程数等に多少の違いはあるが、上記の製造法に用いた技術を適用して作製が可能である。
【００４０】
以下、本発明の代表的な具体例について説明する。なお、以下の具体例における材料や数値はあくまで一例に過ぎないことは言うまでもない。
〔具体例１〕
図４に示した本発明の電気泳動表示装置の構造において、厚さ１．１ｍｍのガラス板からなる第１基板２上に直径１０μｍ、高さ２μｍの多数の凸部を間隔（平坦部）１０μｍをもってアクリル系感光性樹脂で形成した。この凸部の上にアルミニウムを厚さ０．１μｍで積層し、凹凸部を有する第２電極４を形成し、さらにその上に３μｍの絶縁層を形成し平坦化した。一方、厚さ１．１ｍｍのガラス板からなる第１基板１上に幅１０μｍ、厚さ０．１μｍ、間隔１５μｍのライン状にパターニングしたクロムを第１電極３として形成した。第２電極４と第１電極３とが内側となるように対向させ、平均粒子径が５μｍのポリマビーズをスペーサ材として介在させ、両基板周辺部を前記ポリマビーズを分散したエポキシ系のシール材で接着した。
【００４１】
シリコンオイルを絶縁性溶媒５とし、これに樹脂でコーティングした直径０．２μｍのカーボンブラック粒子を帯電粒子６とし、これを４ｗｔ％の濃度で分散させ、これを両基板間に封入し、封止した。カーボンブラックの帯電粒子６をプラスに帯電し、第１電極３の電位が第２電極４の電位より１０Ｖ高くなるように電圧を印加したところ、帯電粒子６は第２電極４上に分散し、第１基板１側から黒表示が確認された。一方、第２電極４の電位が第１電極３の電位より１０Ｖ高くなるように電圧を印加したところ、帯電粒子６は第１電極３上に集まり、第１基板１側から白表示が確認された。第２電極４を凹凸構造を有する反射機能を持つものとすることにより、周囲の光を効果的に利用し、正面方向の輝度を高めた表示を提供することができる。
〔具体例２〕
図１４に示した本発明の電気泳動表示装置の構造において、厚さ１．１ｍｍのガラス板からなる第２基板２上に、図１６に示したような高分子共重合体のミクロ相分離現象等の解析シミュレーションにより生成された第２電極用の概して紐状のランダムパターンをフォトマスクとして露光し、現像することにより凸部の幅１０μｍ、凹部の幅１０μｍ、高さ２μｍのランダムな紐状の凹凸構造をアクリル系感光性樹脂で形成した。この上にアルミニウムを厚さ０．１μｍで積層し第２電極４を形成した。一方、厚さ１．１ｍｍのガラス板からなる第１基板１上に前記解析シミュレーションと同一の結果より生成された第１電極用の概して紐状のランダムパターンをフォトマスクとし、厚さ０．１μｍのクロムをパターニングし第１電極３を形成した。
【００４２】
第２電極４と第１電極３が内側となるように対向させ、平均粒子径が２５μｍのポリマビーズをスペーサ材として介在させ、両基板周辺部を前記ポリマビーズを分散したエポキシ系のシール材で接着した。シリコンオイルを絶縁性溶媒５とし、これに樹脂でコーティングした直径０．２μｍのカーボンブラック粒子を帯電粒子６とし、これを１ｗｔ％の濃度で分散させた。これを両基板間に封入し、封止した。カーボンブラックの帯電粒子６をプラスに帯電し、第１電極３の電位が第２電極４の電位より３０Ｖ高くなるように電圧を印加すると帯電粒子６は第２電極上に分散し、第１基板１側から黒表示が確認できた。
【００４３】
一方、第２電極４の電位が第１電極３の電位より３０Ｖ高くなるように電圧を印加すると、帯電粒子６は第１電極３上に集まり、第１基板１側から白表示が確認できた。このように、第２電極４をランダムな凹凸構造を有する反射電極機能を持つものとし、かつ第１電極３を第２電極４の凹部の上方に配置することで、周囲の光を効果的利用し、正面方向の輝度が高く、かつ黒粒子（帯電粒子６）を均一に分散させることで、輝度が大きく、コントラスト比が高く、かつランダムパターンに形成された第２電極４の回折等による色付きがなく、周囲の光を効果的利用し、正面方向の輝度を高めた表示を提供することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、観察側の基板から入射して第２電極あるいは反射電極で反射する反射光の当該観察側の基板（第１基板）から出射する光の出射範囲が限定され、観察者の正面方向に明るい表示を可能とした高輝度の電気泳動表示装置を提供することができる。さらに、帯電粒子を反射電極と別個に設置した第２基板側の第２電極または反射電極を兼ねる第２電極上に均一に分布させ、コントラスト比の高い表示でき、さらに帯電粒子を移動させるための電極形状をランダムパターンとすることで回折等による色付きを低減して高品質の電気泳動表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と黒表示動作の説明図である。
【図２】 本発明の第１実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と白表示動作の説明図である。
【図３】 本発明の第２実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図４】 本発明の第３実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図５】 本発明の第４実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図６】 本発明の第５実施例を説明する電気泳動表示装置の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図７】 本発明の第６実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造と動作の説明図である。
【図８】 本発明の第７実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明する図７と同様の断面図および平面図である。
【図９】 本発明の第８実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明する図６と同様の断面図および平面図である。
【図１０】 本発明の第９実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図１１】 本発明の第１０実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の断面構造の概略と動作の説明図である。
【図１２】 本発明の第１１実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１３】 本発明の第１２実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１４】 本発明の第１３実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１５】 図１４の第１電極と第２電極の構造例を説明する第１基板側から見た上面図である。
【図１６】 本発明の第１４実施例を説明する電気泳動表示装置の第１電極と第２電極の構造例を説明する第１基板側から見た上面図である。
【図１７】 本発明の第１５実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１８】 本発明の第１６実施例を説明する電気泳動表示装置の一画素の概略構造を説明する断面図である。
【図１９】 本発明の電気泳動表示装置の駆動回路の実施例の説明図である。
【図２０】 図１９における画素構造を説明する要部上面図である。
【図２１】 第１基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を個別に備えた構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２２】 第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を個別に備えた構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２３】 第１基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２４】 第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２５】 第２基板に第１電極を有し、第２電極と反射電極を共通とした他の構成を一画素とした図２０のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図２６】 着色された絶縁性溶媒を用いた従来の電気泳動表示装置の構成および動作原理の説明図である。
【図２７】 透明な絶縁溶媒を用いた従来の電気泳動表示装置の構成および動作原理の説明図である。
【符号の説明】
１・・・・第１基板、２・・・・第２基板、３・・・・第１電極、４・・・・第２電極、５・・・・絶縁性溶媒、６・・・・帯電粒子、７・・・・絶縁層、８・・・・反射板、９・・・・電気回路、１０・・・・画素、１１・・・・薄膜トランジスタ、１２・・・・ドレイン配線、１３・・・・ゲート配線、１４・・・・ドレイン用ドライバ、１５・・・・ゲート用ドライバ、２１・・・・ゲート電極、２２・・・・ゲート絶縁膜、２３・・・・半導体層、２４，２５・・・・コンタクト層、２６・・・・ドレイン電極、２７・・・・ソース電極、２８・・・・電気力線。
Claims (17)
- 所定間隙をもって配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間隙内に配置された絶縁性溶媒および前記絶縁性溶媒中に分散された帯電粒子と、前記第１基板もしくは前記第２基板のいずれかに配置された第１電極と、前記第２基板に配置されて凹凸構造を有する第２電極を有し、
前記第１電極は１画素当り複数個の分割電極に分割して構成され、前記分割電極の面積は前記第２電極の面積よりも小さく、
前記第２基板が凹凸構造を備えた反射板を有し、
前記分割電極が前記第２電極の前記凹凸構造の凹部の上方に配置されることを特徴とする電気泳動表示装置。 - 前記第１電極が前記第１基板に配置され、かつ、前記第２電極が前記凹凸構造を有する反射板を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第１電極が前記第２基板に配置され、かつ、前記第２電極が前記凹凸構造を有する反射板を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
- 所定間隙をもって配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間隙内に配置された絶縁性溶媒および前記絶縁性溶媒中に分散された帯電粒子と、前記第１基板もしくは前記第２基板のいずれかに配置された第１電極と、前記第２基板に配置されて凹凸構造を有する第２電極を有し、
前記第１電極は１画素当り複数個の分割電極に分割して構成され、前記分割電極の面積は前記第２電極の面積よりも小さく、
前記第２基板が凹凸構造を備えた反射板を有し、
前記分割電極が前記第２電極の前記凹凸構造に存在する平坦部の上方に配置され、かつ前記平坦部に入射する光を遮るように働くことを特徴とする電気泳動表示装置。 - 前記第２電極の前記凹凸構造がランダムパターンで配置されていることを特徴とする請求項１又は４に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第２電極の前記凹凸構造がランダムパターンで配置され、かつ、前記第１電極が前記第２電極のランダムパターンで配置された前記凹凸構造の前記凹部パターンと少なくとも一部が同様の電極パターンで形成されることを特徴とする請求項１又は４に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第２電極のランダムパターンで配置された前記凹凸構造が、前記第１基板側から見て、凹凸が連続して形成される概略紐状構造をしていることを特徴とする請求項１又は４に記載の電気泳動表示装置。
- 前記分割電極は同一画素内においては同電位であることを特徴とする請求項１又は４に記載の電気泳動表示装置。
- 前記帯電粒子はその反射率が低く、概ね黒色であることを特徴とする請求項１又は４に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第１電極はその反射率が低く、概ね黒色であることを特徴とする請求項１又は４に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第２基板にアクティブ素子が配置され、アクティブマトリックス駆動により画像を表示することを特徴とする請求項１又は４に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第１電極がランダムパターンの網目形状を有することを特徴とする請求項１又は４に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第２電極が前記凹凸構造を有する反射板を兼ね、かつ、前記ランダムパターンの網目形状を有する前記第１電極の開口部に前記第２電極の凹凸構造の凸部が存在することを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動表示装置。
- 前記帯電粒子はその反射率が低く、概ね黒色であることを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第１電極はその反射率が低く、概ね黒色であることを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動表示装置。
- 前記分割電極は同一画素内においては同電位であることを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第２基板にアクティブ素子が配置され、アクティブマトリックス駆動により画像を表示することを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動表示装置。
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