(57)【要約】【課題】光スイッチング素子に関し、動画表示が可能で且つ低消費電力の明るい表示装置を実現する。【解決手段】くびれ部２を有する空間１に、少なくとも着色粒子３と気体とを封入し、前記くびれ部２を挟んだ両側に駆動電極４，５を形成する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
くびれ部を有する空間に、少なくとも着色粒子と気体とを封入し、前記くびれ部を挟んだ両側に駆動電極を形成したことを特徴とする光スイッチング素子。
【請求項２】
くびれ部を有する空間に、着色粒子を封入して真空状態にし、前記くびれ部を挟んだ両側に駆動電極を形成したことを特徴とする光スイッチング素子。
【請求項３】
上記着色粒子を帯電させる手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光スイッチング素子。
【請求項４】
上記駆動電極に周期的に、表示時の駆動電圧より高い電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の光スイッチング素子。
【請求項５】
上記着色粒子の周りに、さらに粒径が小さい粒子を付着させたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光スイッチング素子に関するものであり、特に、エレクトリックペーパと呼ばれる電界の作用により運動して対応する色を表示するディスプレイシートの画素を構成する光スイッチング素子を低消費電力且つ高応答速度にするための構成に特徴のある光スイッチング素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯情報端末や高度情報通信網などの発達に伴い、薄型かつ軽量で、携帯性に優れた表示パネルの開発に注目が集まっている。
従来より、表示パネル用の光スイッチング素子としては、液晶が用いられており、応答時間が短く構造も簡単であるという特長がある。
【０００３】
しかし、液晶表示パネルにおいては、偏光板を使用するために光の利用効率が低い欠点があり、また、ＴＦＴ基板とＣＦ基板とにガラス基板を用いるため、軽量化はかならずしも十分ではないのが現状である。
【０００４】
そこで、電界により光学的吸収特性や光学的反射特性を変化させて像表示を行い、紙に匹敵する柔軟性に加え、電子情報を容易に書き換えることが可能な表示装置、所謂デジタルペーパー、エレクトロニックペーパー、ペーパーライクディスプレイなどと呼ばれる表示装置への期待が高まっている。
【０００５】
この様な電界の印加により光学的吸収特性や光学的反射特性を変化する表示素子としては、三角形の空間或いは断面が鼓状の空間に支持液体と着色した粒子を封入した電気泳方式（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）、或いは、長方形の空間に白と黒に着色した粒子を封入して、平行平板電極によって粒子を移動する方式（例えば、非特許文献１参照）が提案されている。
これらの表示装置においては、偏光板を不要としているので、光の利用効率が高まるという特長がある。
【０００６】
ここで、図６を参照して、従来の電気泳動粒子を利用した表示装置を説明する。
図６参照
図６は、従来の電気泳動粒子を利用した表示装置の概略的断面図であり、底面に共通電極４２を設けた分離部材４１にマトリクス状に設けた断面形状が鼓状の空間４３に透明絶縁性液体４４とともに帯電着色粒子４５を注入したのち、上面側に個別透明電極４７を設けた透明封止部材４６を設けて封止したものである。
【０００７】
この個別透明電極４７に帯電着色粒子４５の帯電極性とは逆の数十Ｖ程度の電位を与えた場合には、帯電着色粒子４５は個別透明電極４７側に電気泳動の原理によって移動し、帯電着色粒子４５の色を表示することになる。
【０００８】
一方、個別透明電極４７に電圧が印加されなかったセルにおいては、帯電着色粒子４５は残留した状態となるので、表示面側からは分離部材４１の色が表示されることになる。
【０００９】
この場合、空間の断面形状を鼓状とすることによって、底部に残留した帯電着色粒子４５はほとんど見えず、且つ、広がって残留するので、共通電極４２と個別透明電極４７との間隔を狭くし、全体の厚さを薄くすることができる。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第６，１３０，７７４号明細書
【特許文献２】
特開昭６２−９９７２７号公報
【非特許文献１】
日本画像学会誌，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．４，ｐｐ．２０−２５，２０００
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の表示装置の場合には、着色粒子が液体中を移動するものであり、且つ、電気泳動的に移動するものであるので、応答時間が遅く、駆動電圧が高くなるという問題があり、動画を表示した場合に残像が残り、電池寿命が短くなるという問題がある。
【００１２】
したがって、動画表示が可能で且つ低消費電力の明るい表示装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
ここで、図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図における符号６，７は、それぞれ構造体及び上部封止部材である。
図１参照
上述の目的を達成するために、本発明は、光スイッチング素子に関し、くびれ部２を有する空間１に、少なくとも着色粒子３と気体とを封入し、前記くびれ部２を挟んだ両側に駆動電極４，５を形成したことを特徴とする。
【００１４】
この場合、支持液体がないため高速で且つ低電圧における光スイッチングが可能になり、動画の表示が可能になる。
また、偏光板を必要としないので、液晶表示装置より光の利用効率を高めることができ、低消費電力で明るい表示が可能になる。
なお、「光スイッチング素子」とは、一つの空間１で構成される画素を意味する。
【００１５】
帯電した着色粒子３はＮｅやＡｒ等の希ガスからなる気体内で、クーロン力で互いに反発するので、駆動電界の間に電界を印加しない状態では、着色粒子３はくびれ部２を通過することができず、したがって、メモリー作用が発生するため低消費電力の表示が可能となる。
なお、空間１内に若干の液体を含むことを妨げるものではない。
【００１６】
また、空間１の内部は放電をし易くするために、上述のようにＮｅやＡｒ等の希ガスを充填することが望ましいが、真空状態にしても良いものである。
【００１７】
また、着色粒子３を効果的に帯電させるためには、帯電手段を設けることが望ましく、この帯電手段としては、低電界で電界放出が可能なカーボンナノチューブからなるカソードが好適である。
【００１８】
或いは、駆動電極４，５に周期的に、表示時の駆動電圧より高い電圧を印加しても良いものであり、それによって、空間１内で強制的に放電を起こして着色粒子３を帯電させるようにしても良く、高電圧は必要になるが、カソード等の帯電手段は不要になるので、構成及び製造工程が簡素化される。
【００１９】
また、着色粒子３は、導体を半導体或いは絶縁体で覆った粒子或いは半導体或いは絶縁体中に導体を分散させた粒子のいずれかであることが望ましく、それによって、帯電した導体からの放電を半導体或いは絶縁体で抑制することができ、帯電時間を長くすることができる。
【００２０】
この場合、着色粒子３の周りに、さらに粒径が小さい粒子を付着させることが望ましく、それによって、着色粒子３の流動性が改善されるので着色粒子３同士の融着を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態の表示装置を説明する。
図２（ａ）参照
図２（ａ）は、電圧を印加しない状態における本発明の第１の実施の形態の表示装置の概念的断面図であり、ガラス基板１１上に共通電極１２を設けたのち、白色の顔料を添加して白色着色したアクリル系のレジストを用いて断面形状がくびれ部１５を有する鼓状の空間１４をマトリックス状に設けた構造体１３を形成する。
【００２２】
この空間１４の平面形状は円形で、上底及び下底の直径は例えば、１５μｍとし、くびれ部１５の直径は５μｍとし、空間１４同士の間隔は４μｍとする。
なお、このような鼓状の空間１４を形成するためには、薄いレジストの塗布・露光を繰り返せば良い。
【００２３】
次いで、この空間１４内に帯電性の着色粒子１６を挿入したのち、低ガス圧のＡｒガス雰囲気中で上部のＩＴＯからなる個別透明電極１８を設けた透明なＰＥＴフィルム１７を接着して、空間１４内に微量のＡｒガスを封入したものである。
なお、共通電極１２と個別透明電極１８との間隔は、例えば、２０μｍとする。
【００２４】
この場合の着色粒子１６は、黒色染料で着色したアクリル樹脂からなり、直径は、例えば、２μｍとし、着色粒子１６同士の付着を防止するために、例えば、直径が１５ｎｍの酸化チタン微粒子からなる流動性改善材を着色粒子１６の表面に付着させたものである。
【００２５】
図２（ｂ）参照
図２（ｂ）は、電圧を印加した状態における本発明の第１の実施の形態の表示装置の概念的断面図であり、まず、全ての個別透明電極１８を選択して共通電極１２との間に周期的に表示時より高電圧を印加し、空間１４内において強制的に放電を起こすことによって着色粒子１６を帯電させる。
【００２６】
次いで、選択した個別透明電極１８に着色粒子１６の帯電極性と反対の極性の電圧を印加することによって、着色粒子１６が個別透明電極１８側に引き寄せられて黒色表示の画素となる。
【００２７】
一方、電圧が印加されなかったセルにおいては、着色粒子１６が下底に残留した状態になるので、構造体１１の傾斜壁面が観察されることになるので白色表示の画素となる。
なお、くびれ部１５を介して一部の着色粒子１６も視界に入るが、絶対量が少ないので白色表示に与える影響は小さい。
【００２８】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、支持液体を利用していないので、着色粒子１６を低電圧で且つ高速で移動させることができ、動画の表示が可能になり、且つ、低消費電力化、電池の長寿命化が可能になる。
【００２９】
また、帯電した着色粒子１６はクーロン力により互いに反発するので、電界を印加しない状態でくびれ部１５を通過して移動することができないので、メモリ作用を有することになり、それによって、電源を切った状態でも表示内容を保持することが可能になるので、さらに低消費電力化に寄与することができる。
【００３０】
次いで、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態の表示装置を説明するが、基本的構成は上記の第１の実施の形態と同様であるので、画素構造のみ図示する。
図３参照
図３は、本発明の第２の実施の形態の表示装置を構成する画素の概念的断面図であり、鼓状の空間１４の下側部に窪み部１９を設けるとともに、窪み部１９に露出するようにカソード電極２０を設けたものである。
【００３１】
このカソード電極２０に対して電源２１から負電圧を印加することによって、カソード電極２０の先端部から電子が放出され、放出された電子が着色粒子１６を均一に負に帯電させることになる。
【００３２】
また、カソード電極２０は窪み部１９内にあるので、着色粒子１６の移動に伴って着色粒子１６と衝突する確率が小さくなり、カソード電極２０の消耗が少なくなり、長寿命化が可能になる。
【００３３】
また、上記の第１の実施の形態のように、高電圧の印加による帯電工程が不要になるので、さらなる低消費電力化が可能になる。
【００３４】
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態の表示装置を説明するが、この場合には、着色粒子の構成のみに特徴があるので、着色粒子の構成のみ説明する。
図４参照
図４は、本発明の第３の実施の形態の表示装置に用いられる着色粒子の概念的断面図であり、粒径が２μｍ以下の導電性のカーボン粒子３２をアクリル樹脂３３で被覆して着色粒子３１を構成したものであり、粒径は例えば、２μｍとする。
【００３５】
この場合、電界放出等により放出された電子は、着色粒子３１に到達すると絶縁体であるアクリル樹脂３３内に拡散して最終的にはカーボン粒子３２に到達し、帯電粒子となるが、周囲がアクリル樹脂３３で被覆されているので電界が印加されない状態では電子がカーボン粒子３２から放出されにくくなり、長時間維持されることになる。
【００３６】
次に、図５を参照して、本発明の第４の実施の形態の表示装置を説明するが、この場合にも、着色粒子の構成のみに特徴があるので、着色粒子の構成のみ説明する。
図５参照
図５は、本発明の第４の実施の形態の表示装置に用いられる着色粒子の概念的断面図であり、粒径が０．５μｍ以下の導電性のカーボン粒子３５をアクリル樹脂３６中に分散して構成したものであり、粒径は例えば、２μｍとする。
この場合も、上記の第４の実施の形態と同様に、帯電保持時間を長くすることができる。
【００３７】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、駆動電極を共通電極と個別透明電極の組合わせとしているが、共通電極をストライプ状電極とし、個別透明電極を前記ストライプ状電極と直交する方向に延在するストライプ状透明電極としても良いものである。
【００３８】
または、上部に設ける個別透明電極を共通透明電極とし、下側の共通電極をＴＦＴ等のアクティブ素子を駆動するデータバスライン及びソースバスラインとして、アクティブマトリクス型液晶表示装置と同様に駆動しても良いものである。
【００３９】
また、上記の第２の実施の形態においては、カソード電極を窪み部内に設けているが、窪み部は下底部に設けても良いものであり、さらには、必ずしも設ける必要はないものである。
【００４０】
また、上記の第２の実施の形態においては、カソード電極を通常の金属で構成することを前提としているが、先端部をカーボンナノチューブで構成することが望ましく、カーボンナノチューブで構成することによって比較的低電圧で電子が放出されるので、低電圧化、低消費電力化が可能になる。
【００４１】
また、上記の各実施の形態においては、着色粒子に流動性を改善するために微粒子を外添させているが、この外添剤は酸化チタン（チタニア）に限られるものではなく、通常の電子写真画像形成装置に用いられるトナーに用いる酸化シリコン（シリカ）或いは酸化ハフニウム（ハフニア）等の他の外添剤を用いても良いものであり、さらには、外添剤は必ずしも必要がないものである。
【００４２】
また、上記の第３乃至第４の実施の形態においては、着色剤を導電性カーボンとしているが、他の導体を用いても良いものであり、その場合には、必要に応じて被覆樹脂部に所望の顔料或いは染料からなる着色剤を混合しても良いものである。
【００４３】
また、上記の第３乃至第４の実施の形態においては、被覆部をアクリル樹脂で構成しているが、トナーに用いるバインダ樹脂と同様にポリエステル樹脂等の各種の樹脂を用いても良いものである。
【００４４】
さらには、被覆部は必ずしも絶縁体である必要はなく、多少の導電性を有していても良いものであり、例えば、有機半導体材料を用いても良いものである。
【００４５】
また、上記の各実施の形態においては、放電を容易にするために空間に微量のＡｒを封入しているが、Ａｒに限られるものではなく、Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ等の他の希ガスを用いても良いものであり、さらには、真空にしても良いものである。
【００４６】
また、上記の各実施の形態においては、画素を構成する空間の平面形状を円形としているが、円形に限られるものではなく、正方形等の矩形にしても良いものである。
【００４７】
また、上記の各実施の形態においては、構造体を白色、着色樹脂を黒色として白黒表示にしているが、構造体を黒色とし、着色樹脂を白色としても良く、或いは、白色と或いは黒色と他の有彩色の組合せ、有彩色同士の組合せとしても良いものである。
【００４８】
また、上記の各実施の形態においては、下部をガラス基板とし、上部をＰＥＴフィルムとしているが、両方をガラスとしても良いし、逆に、両方をＰＥＴで構成しても良いものである。
【００４９】
ここで、再び、図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  くびれ部を有する空間１に、少なくとも着色粒子３と気体とを封入し、前記くびれ部２を挟んだ両側に駆動電極４，５を形成したことを特徴とする光スイッチング素子。
（付記２）  上記気体が、希ガスであることを特徴とする付記１記載の光スイッチング素子。
（付記３）  くびれ部２を有する空間１に、着色粒子３を封入して真空状態にし、前記くびれ部２を挟んだ両側に駆動電極４，５を形成したことを特徴とする光スイッチング素子。
（付記４）  上記着色粒子３を帯電させる帯電手段を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の光スイッチング素子。
（付記５）  上記帯電手段が、上記空間１内に露出するカーボンナノチューブからなるカソードであることを特徴とする付記４記載の光スイッチング素子。
（付記６）  上記駆動電極４，５に周期的に、表示時の駆動電圧より高い電圧を印加することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の光スイッチング素子。
（付記７）  上記着色粒子３が、導体を半導体或いは絶縁体で覆った粒子であることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載の光スイッチング素子。
（付記８）  上記着色粒子３が、半導体或いは絶縁体中に導体を分散させた粒子であることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載の光スイッチング素子。
（付記９）  上記着色粒子３の周りに、さらに粒径が小さい粒子を付着させたことを特徴とする付記７または８に記載の光スイッチング素子。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、気体或いは真空中を着色粒子を電界移動するように構成したので、高速動作が可能になるとともに低電圧化が可能になり、低消費電力で動画の表示が可能な表示装置の実現に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の表示装置の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の表示装置を構成する画素の概念的断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の表示装置に用いられる着色粒子の概念的断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の表示装置に用いられる着色粒子の概念的断面図である。
【図６】従来の電気泳動粒子を利用した表示装置の概略的断面図である。
【符号の説明】
１  空間
２  くびれ部
３  着色粒子
４  駆動電極
５  駆動電極
６  構造体
７  上部封止部材
１１  ガラス基板
１２  共通電極
１３  構造体
１４  空間
１５  くびれ部
１６  着色粒子
１７  ＰＥＴフィルム
１８  個別透明電極
１９  窪み部
２０  カソード電極
２１  電源
３１  着色粒子
３２  カーボン粒子
３３  アクリル樹脂
３４  着色粒子
３５  カーボン粒子
３６  アクリル樹脂
４１  分離部材
４２  共通電極
４３  空間
４４  透明絶縁性液体
４５  帯電着色粒子
４６  透明封止部材
４７  個別透明電極
【図１】
2004286954.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004286954.tif 000006
【図５】
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【図６】
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