JP5390136B2 - 電気泳動表示素子およびその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動表示素子およびその駆動方法に関し、より詳細には、透過型粒子および選択的に使用可能な反射板を具備した単位セルを含み、前記単位セルを垂直に積層または並列に配置することで、信頼性および反射率に優れ、カラー特性が改善した電気泳動表示素子およびその駆動方法に関するものである。

電気泳動（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）とは、電荷を帯びている粒子が流体中に分散された状態において、電界を印加することにより粒子が移動する現象であって、このような電気泳動現象を利用して形状または文字を反復的に書込み・消去することができる映像表示装置を電気泳動表示素子という。

図１ａおよび図１ｂは、従来の電気泳動表示素子の構造および動作を示すための概略断面図である。導電性電極が形成された二枚の基板１１０，１２０の間に白色１３０および黒色１４０を帯びる帯電粒子を注入する。それぞれの帯電粒子１３０，１４０は、反対極性に帯電しているため、印加される電界により互いに異なる基板１１０，１２０へ分離されることになる。図１ａおよび図１ｂに示すように、白色粒子１３０は負に帯電し、黒色粒子１４０は正に帯電している場合において、上板１１０に負電位を印加する場合（図１ａ）には、黒色粒子１４０は上板１１０に吸着され、白色粒子１３０は正電位を有する下板１２０に吸着されることになる。したがって、白色光が外部から入射するとき、黒色粒子１４０が、入射した光を全部吸収して反射される光がないことになる。これにより、観察者は黒色を感じることになる。反対に、上板１１０に正電位を印加する場合（図１ｂ）には、白色粒子１３０が上板１１０に吸着されて入射する光を全て反射することになる。これにより、観察者は白色を感じることになる。カラーの場合、カラー粒子を注入して上記方法と同様の方法を用いてカラー表示素子を具現することができる。

しかしながら、上記の従来表示素子では、正および負に帯電した二種類の粒子を使用するため、表示素子の信頼性は低く、駆動が困難になりうる。すなわち、図２ａに示すように、互いに異なる極性に帯電した白色および黒色粒子が自発的な電気的引力によって互いに接触するようになり中和されうる。これにより、粒子の帯電性がなくなってこれ以上電界により作動しなくなる。

このような現象をなくすために、各帯電粒子を絶縁膜で包む、あるいは互いに電子を交換できない粒子状態になるように製造して使用することは可能である。しかし、この場合にも粒子間には電気的な引力が作用しているため、二つの粒子が互いに接触してダイポール（ｄｉｐｏｌｅ）のような状態を形成することがありうる。このようなダイポールが形成されると、駆動のために印加される電界が、このダイポール状態を破壊して粒子を移動させなければならないため、駆動電圧が高くなる問題点が発生する（図２ｂ）。さらに、散乱方式を使用するため、粒子が着色だけでなく光を散乱させる役割を同時に担なければならない。光の散乱効率を増加させるためには、粒径が数マイクロメートル以上である場合が適切であるが、このような場合には多量の大きいサイズの粒子が必要であるため、駆動電圧が高くなり、応答速度が遅くなる問題点が発生する。また、上記問題点を改善するため、粒子のサイズを減少させると反射率が低下する問題点が発生する。
韓国特許出願公開第１０−２００４−００９３０５９号明細書 特開２００４−２０８１８号明細書 米国特許出願公開第２００２−０１７１６１９Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００２−０１７１６２０Ａ１号明細書 米国特許第６，２７１，８２３号明細書

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、透過型粒子および選択的に使用可能な反射板を用いることで、信頼性および反射率に優れ、カラー特性が改善した電気泳動表示素子およびその駆動方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一つの態様は、隔壁により区切られた複数の単位セルを含み、前記単位セルの各々は、透明基板と、前記透明基板の底面に形成された第２電極を有する上板と、前記上板に対向しており、両端部に個別に形成された第１電極を有する下板と、前記下板の下部に形成された反射板と、前記上板と前記下板との間に収容された複数の帯電した透過型着色粒子と、を含み、前記単位セルの前記第１電極の下部に、前記第１電極より小さい面積の対応電極が形成され、前記単位セルが垂直に積層または並列に配置された電気泳動表示素子に関する。

また、本発明の他の態様は、前記電気泳動表示素子を駆動する方法に関する。

以下、添付図面を参照して本発明についてより詳細に説明する。

本発明の一つの態様は、隔壁により区切られた複数の単位セルを含み、前記単位セルの各々は、透明基板の底面に形成された第２電極を有する上板と、前記上板に対向しており、両端部に個別に第１電極が形成された下板と、前記下板の下部に形成された反射板と、前記上板と前記下板との間に収容された複数の帯電した透過型着色粒子とを含む、電気泳動表示素子に関する。

図３は、本発明の一実施形態による電気泳動表示素子の単位セルを示す概略断面図である。図３を参照すると、本発明の単位セルは、透明基板３１１の底面に形成された第２電極３１２を有する上板３１０、前記上板３１０に対向して配置されており、透明基板３２１上の両端部に個別に配置された第１電極３２２を有する下板３２０、前記下板３２０の下に形成された反射板３５０、前記上板３１０と前記下板３２０との間に収容される流体３３０、前記流体３３０の中に分散される透過型着色粒子３４０、およびセルとセルとを区切る隔壁３６０を含む。

本発明で用いられる前記透過型帯電粒子３４０は、同一の極性に帯電し、同一の色相を発色する電気泳動粒子でありうる。また、前記透過型帯電粒子３４０は、互いに異なる極性に帯電し、互いに異なる色相を発色する電気泳動粒子でありうる。

本発明の一実施形態による電気泳動表示素子において、前記透過型帯電粒子３４０は、シアン、マゼンタおよびイエロー発色物質から選択されることが好ましい。また、前記透過型帯電粒子３４０は、赤色、緑色および青色発色物質をさらに含む群から選択されることもできる。

本発明による上記表示素子において、反射板３５０は、白色または黒色でありうる。

図４ａ〜４ｃは、本発明の一実施形態による前記表示素子において、透過型帯電粒子３４０が同一の極性に帯電し、同一の色相を発色する１セルあたり１つの色相を有する単位セル（以下、１セル１カラー型単位セルと称する）の駆動方法を説明するための概念図である。

図４ａに示すように、マゼンタ発色透過型帯電粒子３４０が、セル全体に均一に分布している場合、赤色および青色の波長要素だけが選択的に反射されて観察者はマゼンタ色を感じることになる。一方、図４ｂに示すように、第１電極３２２を負電位すると、正に帯電した粒子を容易に第１電極に凝集（集束）させることができ、反射板３５０の特性に応じて白色または黒色を示すことになる。凝集された粒子を再び分散させるためには、第１電極３２２の間または第１電極３２２と第２電極３１２との間に速い交流電圧（１〜１００Ｈｚ）または＋／−のパルス電圧を印加すると、透過型帯電粒子３４０は両電極間を移動し続けるようになって再びセル全体に分散される効果を得ることができる（図４ｃ）。

本発明の一実施形態による上記１セル１カラー型単位セルは、同一の極性に帯電した粒子だけを使用するため、前述したような互いに異なる極性に帯電した粒子間の問題点を解決することができる。また、選択的に使用可能な反射板を用いるため、反射効率が増加して高い反射率を得ることができる。

図５ａ〜５ｃは、本発明の他の実施形態による上記表示素子において、透過型帯電粒子が互いに異なる極性に帯電し、互いに異なる色相を発色する１セルあたり２つの色相を有する単位セル（以下、１セル２カラー型単位セルと称する）の駆動方法を説明するための概念図である。

図５ａに示すように、互いに異なる極性に帯電したシアン粒子５４０およびイエロー粒子５４１がセル全体に均一に分布している場合、入射された白色の光は、赤色および青色波長の要素が吸収されて観察者は緑色を感じることになる。一方、第１電極５２２を負電位にすると（図５ｂ）、正に帯電したイエロー粒子５４１が第１電極５２２に凝集されて観察者はシアン色を見ることになる。また、第１電極５２２の間または第１電極５２２と第２電極５１２との間に交流またはこれに相当するパルス電圧を印加すると、再び二種類の帯電粒子５４０，５４１が均一に分布されるようになり、その後、第１電極５２２を正電位にすると（図５ｃ）、負に帯電したシアン色発色帯電粒子５４０が第１電極５２２に凝集されて観察者はイエロー色を感じることになる。これによって、それぞれの帯電粒子の色相およびその混合色を一つの単位セルで得られるようになる。

本発明の別の実施形態による上記表示素子は、単位セルの第１電極５２２の下に前記第１電極より小さい対応電極５２３をさらに形成することができる。

すなわち、本発明による前記表示素子は、共通電極または周りのセルを用いて負または正電位のいずれか一方の電位だけを単位セルに与えなければならないため、電界の強度が低くなる、あるいは外部影響により電界の強度が変わりうる。

図６ａおよび図６ｂは、前記表示素子の改善構造を示している。すなわち、本発明の別の実施形態による上記表示素子は、第１電極５２２とは反対の極性の電位が与えられる対応電極５２３が、第１電極５２２の下部にさらに形成される。前記対応電極５２３の幅は、第１電極５２２より狭いことが好ましく、より好ましくは、第１電極より１０μｍ以上狭く形成される。これによって、本発明による前記表示素子には、均一で強力な電界が形成されうる。また、前記対応電極５２３の電界は、上部の第１電極５２２により遮蔽されるため、第１電極と反対に帯電した粒子は影響を受けず、一種類の帯電粒子だけが凝集される効果を得ることができる。

本発明による上記表示素子は、透過型構造の単位セルを使用することができるため、従来の表示素子で多く使用される並列なカラーピクセル構造だけでなく、積層型または並列型と積層型とが複合化された構造を提供することができる。

最も良いカラーの実現方法としては、積層型セル構造を用いて表現する方法がある。たとえば、図７に示すように、イエローが最も下になるように、イエロー、シアン、およびマゼンタを示す単位セルを下から順に垂直に積層させることにより、最も良いカラーを表現することができる。この場合、観察者は、積層により示される色相だけを見ることができるため、純色に近い色相を表現することができる。しかし、この場合には、三つの単位セルを積層しなければならないため、工程だけでなく駆動もまた複雑になる。さらに、各層の上下に電極が存在するため計６個の電極が積層されることになりこれによる光の損失が短所になりうる。なお、図７では、イエローが最も下になるような順序で配置されているが、この順序に限定されない。

本発明の一実施形態による表示素子の構造は、透過型単位セルを用いて積層型、並列型または並列型と積層型とが複合化したカラーピクセル構造を提供することができるため、上記のような問題点を解決し、カラー特性に優れるとともに簡単な構造の表示素子を提供することができる。

図８は、本発明の一実施形態による表示素子の積層型カラーピクセル構造を示している。本発明の一実施形態による前記積層型カラーピクセル構造は、１セル２カラー構造を有する二つの単位セル８１０，８２０が垂直に積層され、単位セル８１０と単位セル８２０との間には中間基板８３０が配置される。

本発明の一実施形態による上記積層型カラーピクセル構造は、一つのセルで二つの色相を発色する単位セルを積層して配置することで、完全な白色、黒色、赤色、緑色および青色を具現することができる。また、二つの単位セルの積層によって構造の複雑性を縮減することができ、積層された電極を四つに減らすことができるため、これによる透過率の減少も防ぐことができる。前記ピクセル構造において、単位セル８１０と単位セル８２０との間に位置する中間基板８３０は、上板および下板の物質とは異なる物質を使用することができ、単純な絶縁フィルムを使用することもできる。また、二つの分離された基板構造を有することもできる。

本発明の他の実施形態による表示素子のカラーピクセル構造は、積層された二つの単位セルのいずれか一つは、一つの色相だけを発色する１セル１カラー型を使用することができる。

本発明の別の実施形態による表示素子のカラーピクセル構造は、二つの１セル２カラー型単位セルを並列に配置した構造でありうる。

図９ａは、本発明の別の実施形態による前記並列型カラーピクセルの概略断面図である。前記並列型カラーピクセル構造は、完全な純色を具現することはできないが、不要な光の発生を減らして視認性を向上させることができる。すなわち、従来技術では、三つのセル構造を使用することで、三つのセルのうちの二つのセルでは不要な光が発生して視認性を悪化させる。しかし、本発明の前記並列型カラーピクセル構造では、不要な光を発生させる部分の面積を２／３から１／２に減らすことができるため、色相を顕著に改善させることができる。また、本発明による前記並列型ピクセル構造は、従来のピクセル構造に比べて工程および構造を簡単に具現することができる。

本発明の別の実施形態による上記並列型カラーピクセル構造では、図９ｂに示したように、四つの色相粒子のいずれか一つは黒色発色物質９３０を使用することで、コントラストを増加させることができる。また、並列に配置された二つの単位セル９１０，９２０のいずれか一つは、一つの色相だけを発色する１セル１カラー型を使用することもできる。

本発明の別の実施形態による表示素子のカラーピクセル構造は、図１０ａに示したように、二つの１セル１カラー型単位セル１０１０，１０２０を並列に配置し、その上に共通の一つの単位セル１０３０を積層して配置した構成でありうる。また、図１０ｂに示したように、二つの１セル１カラー型単位セル１０１０，１０２０を並列に配置し、その上に二つの１セル１カラー型単位セル１０３０，１０４０をそれぞれ積層して配置した構成でありうる。このとき、図１０ｃに示したように、いずれか一つの単位セル１０２０は、黒色発色着色粒子１０２１を使用することで、コントラストを改善させることができる。このようなピクセル構造でも、不要な光を発生する部分の面積を従来の２／３から１／２に減らすことができるため、色純度を改善させることができ、カラー具現面積が三つのセルから二つのセルに削減されて高解像度を具現することができる。また、３層の積層構造に比べて工程および構造を簡単に具現することができる。

本発明の別の実施形態による表示素子のカラーピクセル構造は、反射型および透過型の両方に使用できる複合構造でありうる。図１１は、前記透過反射型複合構造の概略断面図である。すなわち、本発明による前記透過反射型複合構造では、下板１１２０の下に反射板１１４０を挿入・除去が可能な着脱式構造として形成することで、反射型モードおよび透過型モードの両方に使用されうる。すなわち、反射板１１４０が挿入された状態では反射型モードとして使用され、反射板が反射板ホルダー１１６０により除去された状態では、バックライト（ｂａｃｋ ｌｉｇｈｔ）を稼動させて透過型として使用されうる。この場合、反射板はカラーピクセルの外部に形成されることが好ましい。図１２は、透過型として使用される場合を示す概略断面図である。前記反射板の材質としては、紙、布またはプラスチックを用いることができるが、これに限定されるものではない。

本発明の一実施形態による上記表示素子は、上記のような構造的な特性を除いて、通常の方法で電極および電気泳動セルを製造することができる。

本発明で用いられる上記流体３３０は、帯電粒子３４０の移動を妨害しない程度の十分に低い粘性および誘電率を有しなければならない。前記流体としては、透明な溶媒またはその他の溶液が使用されうる。

本発明で用いられる上記透明基板３１１，３２１としては、石英およびガラスのような透明無機基板またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレンなどの透明プラスチック基板を制限なく用いることができ、好ましくは、フレキシブル基板を用いる。

また、前記透明基板３１１，３２１の上にコーティングされる第２電極３１２および第１電極３２２の物質としては、透明性を有する導電性物質を制限なく用いることができる。その具体的な例としては、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、フッ素をドープしたティンオキサイド（ＦＴＯ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなる透明電極材料ならびにポリアセチレンおよびポリチオフェンのような導電性高分子などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

以上、本発明の好ましい実施形態を挙げて本発明を詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で本発明の属する技術分野における当業者により多くの変形が可能であることは自明である。

従来の電気泳動表示素子の概略断面図である。 図１ａに後続する図である。 従来の電気泳動表示素子の問題点を説明するための概念図である。 図２ａに後続する図である。 本発明の一実施形態による表示素子の概略断面図である。 本発明の一実施形態による１セル１カラー型表示素子の駆動方法を説明するための概念図である。 図４ａに後続する図である。 図４ｂに後続する図である。 本発明の他の実施形態による１セル２カラー型表示素子の駆動方法を説明するための概念図である。 図５ａに後続する図である。 図５ｂに後続する図である。 本発明の別の実施形態による改善した構造の表示素子の概略断面図である。 図６ａに後続する図である。 従来の積層型ピクセル構造の色相表現原理を説明するための概念図である。 本発明の一実施形態による表示素子の積層型カラーピクセル構造を示した概略断面図である。 本発明の一実施形態による表示素子の並列型カラーピクセルの概略断面図である。 図９ａに後続する図である。セルの概略断面図である。 本発明の別の実施形態による表示素子の１セル１カラー型単位セルを積層配置したピクセル構造の概略断面図である。 図１０ａに後続する図である。 図１０ｂに後続する図である。 本発明の一実施形態による表示素子の透過反射型複合構造のカラーピクセル構造の概略断面図である。 本発明の一実施形態による表示素子の透過型カラーピクセル構造の概略断面図である。

符号の説明

３１０ 上板、
３２０ 下板、
３３０ 流体、
３４０ 透過型帯電粒子、
３５０ 反射板、
３６０ 隔壁、
３１２ 第２電極、
３２２ 第１電極。

Claims (19)

1. 隔壁により区切られた複数の単位セルを含み、前記単位セルの各々は、透明基板と前記透明基板の底面に形成された第２電極とを有する上板と、前記上板に対向しており、両端部に個別に形成された第１電極を有する下板と、前記下板の下部に形成された反射板と、前記上板と前記下板との間に収容された流体中に分散された複数の帯電した透過型着色粒子と、を含み、
   前記単位セルの前記第１電極の下部に、前記第１電極より小さい面積の対応電極が形成されることを特徴とする電気泳動表示素子。
2. 前記単位セルが、互いに異なる極性に帯電して互いに異なる色相を有する、複数の種類の透過型帯電粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示素子。
3. 前記反射板が、脱着可能な構造であることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示素子。
4. 前記反射板の材質が、紙、布またはプラスチック類であることを特徴とする請求項３に記載の電気泳動表示素子。
5. 前記表示素子が、透過型であることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示素子。
6. 前記対応電極の幅が、前記第１電極に比べて１０μｍ以上狭いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気泳動表示素子。
7. 前記表示素子が、二つの単位セルが垂直に積層される構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示素子。
8. 前記垂直に積層される構造は、１セルあたり２つの互いに異なる色相を有する単位セルを二つ含むことを特徴とする請求項７に記載の電気泳動表示素子。
9. 前記垂直に積層される構造の上層および下層のいずれか一層が、１セルあたり１つの色相を有する単位セルであることを特徴とする請求項７に記載の電気泳動表示素子。
10. 前記垂直に積層される構造は、１セルあたり１つの色相を有する単位セルが二つ並列に配置され、それらの上に共通の１セルあたり１つの色相を有する単位セルが一つ垂直に積層される構造を含むことを特徴とする請求項７に記載の電気泳動表示素子。
11. 前記垂直に積層される構造は、１セルあたり１つの色相を有する単位セルが二つ並列に配置され、それらの上に１セルあたり１つの色相を有する単位セルがそれぞれ垂直に積層される構造を含むことを特徴とする請求項７に記載の電気泳動表示素子。
12. 前記表示素子は、１セルあたり２つの互いに異なる色相を有する単位セルが二つ並列に配置される構造を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示素子。
13. 前記二つの単位セルのいずれか一つが、１セルあたり１つの色相を有することを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動表示素子。
14. 前記透過型着色粒子の色相が、シアン、マゼンタおよびイエローから選択されることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示素子。
15. 前記透過型着色粒子の色相が、赤色、緑色および青色をさらに含む色相から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の電気泳動表示素子。
16. 前記二つの単位セルの４つの色相のいずれか一つが、黒色であることを特徴とする請求項８または１２に記載の電気泳動表示素子。
17. 隔壁により区切られた複数の単位セルを含み、前記単位セルの各々は、透明基板の底面に第２電極が形成された上板と、前記上板に対向しており、両端部に個別に第１電極が形成された下板と、前記下板の下部に形成された反射板と、前記上板と前記下板との間に収容された流体中に分散された複数の帯電した透過型着色粒子と、を含み、前記単位セルの前記第１電極の下部に、前記第１電極より小さい面積の対応電極が形成される電気泳動表示素子の駆動方法において、
    前記方法は、帯電した透過型着色粒子を流体中に均一に分散させて色相を発色する段階と、
    帯電した透過型着色粒子を前記第１電極に凝集させて色相を消去する段階と、
    を含むことを特徴とする電気泳動表示素子の駆動方法。
18. 前記単位セルが、互いに異なる極性に帯電して互いに異なる色相を有する、複数の種類の透過型帯電粒子を含むことを特徴とする請求項１７に記載の電気泳動表示素子の駆動方法。
19. 前記方法は、前記第１電極間または前記第１電極と前記第２電極との間に交流またはパルス信号を印加することにより、前記第１電極に凝集した透過型着色粒子を流体中において均一に再分散させることを特徴とする請求項１７または１８に記載の電気泳動表示素子の駆動方法。