(57)【要約】【課題】  安定した駆動特性を得ることのできる表示素子及び電気泳動表示装置を提供する。【解決手段】  一対の電極６，７と分散媒及び複数の帯電粒子からなる分散液との界面に、電極６，７を連結して被覆する界面部材８ｃを配置して電極間の界面部材８ｃを介した抵抗を分散液を介した抵抗よりも小さくすることにより、界面部材８ａ，８ｂ，８ｃへの電荷の蓄積（残留ＤＣ）が抑制されると共に、蓄積された電荷をキャンセルすることができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上に配置された隔壁と、前記基板の上に前記隔壁で仕切られて配置される分散媒及び複数の帯電粒子からなる分散液と、前記分散液に面して前記基板上に配置された第１電極及び前記分散液に面し前記隔壁に沿って配置された第２電極とを備え、前記第１電極及び第２電極間に印加した電圧によって前記帯電粒子の分布を変化させて表示を行なう表示素子であって、
前記第１電極及び第２電極と前記分散液との界面に、前記第１電極と第２電極を連結して被覆する界面部材が配置され，
前記第１電極と第２電極との間の前記界面部材を介した抵抗が、前記第１電極と第２電極との間の前記分散液を介した抵抗より小さいことを特徴とする表示素子。
【請求項２】
上記請求項１記載の表示素子を備えたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示素子及び表示装置に関し、特に安定した駆動特性を得るための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル技術の目覚しい進歩により、個人が扱うことのできる情報量は飛躍的に増大している。これに伴い、情報の出力手段としてのディスプレイの開発が盛んに行なわれており、高精細、低消費電力、軽量、薄型等のユーザビリティの高いディスプレイへと技術革新が続いている。
【０００３】
特に近年では、印刷物と同等の表示品位をもつ“読み易い”高精細なディスプレイが待望されており、これは、電子ペーパー、電子ブック等の次世代の商品に欠かせない技術である。
【０００４】
ところで、このような電子ペーパー、電子ブック等を具現化する技術の一つに電気泳動現象を利用したものがあり、このような電気泳動現象を利用した表示装置として粒子移動型表示装置があり、その一例としてＨａｒｏｌｄ  Ｄ．Ｌｅｅｓ等により提案された電気泳動表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ここで、この電気泳動表示装置は、一対の基板の間に着色帯電泳動粒子と着色剤を混入した分散媒よりなる分散液を挟み、着色帯電泳動粒子と着色された分散媒との対比色により画像を表示する電気泳動表示素子を備えているが、このような電気泳動表示素子においては、染料などの着色剤を分散媒中に混入することが原因で寿命やコントラストが低下してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するため、透明な分散媒中に着色帯電泳動粒子を分散すると共に基板に着色層を配置し、着色帯電泳動粒子と基板に配置された着色層との対比色により、分散媒を着色することなく画像を表示する電気泳動表示素子を備えた電気泳動表示装置が提案されている（例えば、特許文献２、３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３６１２７５８号明細書
【特許文献２】特開平１１−２０２８０４公報
【特許文献３】特開平１１−３５７３６９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、このような従来の電気泳動表示素子（粒子移動型表示素子）を備えた電気泳動表示装置（粒子移動型表示装置）において、表示書き換え時には、正極性又は負極性に帯電されている着色帯電泳動粒子を電界によって移動させるため、ＤＣ電圧を電気泳動表示素子に印加するようにしている。ここで、このような表示書き換えを何度も繰り返すと、結果的に長時間、ＤＣ電圧が電気泳動表示素子に印加されることになる。
【０００９】
そして、このように長時間、ＤＣ電圧が電気泳動表示素子に印加されると、絶縁層や分散媒中に電子やイオンなどにより空間電荷分布が形成され、電気泳動表示素子にＤＣ成分が残留するようになる。
【００１０】
そして、このようにＤＣ成分が残留した状態で画像データの指示する階調値にのみ応じた書込みを行なうと、所望の階調値表示が得られない場合がある。これは、残留ＤＣ成分により、書込み時の印加電圧と、電気泳動表示素子にかかる実効的な電圧に差が生じてしまうためである。なお、このような残留するＤＣ成分による、所望の階調値表示が得られない現象を、焼きつきという。
【００１１】
また、電気泳動表示素子においては、分散媒の物性のバラツキやその温度変化が分散液の抵抗値を変動させることとなり、これにより駆動不安定性の問題が発生してしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、安定した駆動特性を得ることのできる電気泳動表示素子（表示素子）及び電気泳動表示装置（表示装置）を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、基板と、前記基板の上に配置された隔壁と、前記基板の上に前記隔壁で仕切られて配置される分散媒及び複数の帯電粒子からなる分散液と、前記分散液に面して前記基板上に配置された第１電極及び前記分散液に面し前記隔壁に沿って配置された第２電極とを備え、前記第１電極及び第２電極間に印加した電圧によって前記帯電粒子の分布を変化させて表示を行なう表示素子であって、前記第１電極及び第２電極と前記分散液との界面に、前記第１電極と第２電極を連結して被覆する界面部材が配置され、前記第１電極と第２電極との間の前記界面部材を介した抵抗が、前記第１電極と第２電極との間の前記分散液を介した抵抗より小さいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のように、一対の電極と分散液との界面に、電極を連結して被覆する界面部材を配置して電極間の界面部材を介した抵抗を分散液を介した抵抗よりも小さくすることにより、界面部材への電荷の蓄積（残留ＤＣ）が抑制されると共に、蓄積された電荷をキャンセルすることができ、安定した駆動特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る電気泳動表示装置（表示装置）に設けられる電気泳動表示素子（表示素子）の概略構成を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、この電気泳動表示素子は、所定間隙を空けた状態に配置された一対の基板である観察者側の第１基板２及び対向側の第２基板１と、これらの基板１，２の間隙を一定に保持するための隔壁部材である隔壁３と、基板１，２と隔壁３に囲まれた空間内に充填された透明な分散媒４と、分散媒４に分散された複数の微小粒子である帯電粒子の一例としての着色帯電泳動粒子５と、添加剤からなる粒子分散液を備えている。
【００１８】
なお、この電気泳動表示素子は、基板上にマトリクス配置した画素を有するものであり、隔壁３は隣接する画素間での着色帯電泳動粒子５の移動を防止する機能を併せ持っている。
【００１９】
また、第２基板１上には第１電極６が、また隔壁３の内部や側面には、本実施の形態においては、隔壁３とほぼ同一に第１電極６と異なる電圧が印加される第２電極７が形成されており、これら第１及び第２電極６，７によって着色帯電泳動粒子５の空間分布を制御する電場を形成することにより、着色帯電泳動粒子５を第１電極６と第２電極７との間で水平方向に移動させることができる。そして、この第１電極６と第２電極７とは絶縁部材９により絶縁されている。
【００２０】
なお、図１では、この他の表示素子構成要素（例えば、電極間に電気信号を印加する電気信号印加手段や、各空間に対して配置した薄膜トランジスタＴＦＴなど）は省略している。
【００２１】
ところで、本実施の形態にかかる電気泳動表示素子は、着色帯電泳動粒子５の分布状態を表示状態に反映させるものであり、例えば着色帯電泳動粒子５をプラス帯電で黒色粒子とすると共に第１電極６を白色に着色し、かつ第２電極７を０Ｖに接地しているものとすると、第１電極６に−１０Ｖを印加した場合、図１の（ａ）に示すように、黒色の着色帯電泳動粒子５は第１電極上に移動する。この結果、第１電極６が黒色の着色帯電泳動粒子５により覆われることとなり、この状態を第１基板２側から観察すれば、この画素は、観察者には黒色に見える。
【００２２】
また第１電極６に＋１０Ｖを印加した場合、黒色の着色帯電泳動粒子５は図１の（ｂ）に示すように隔壁側面に移動する。この結果、白色の第１電極６が露出することになり、この状態の画素を第１基板２側から観察すれば、この画素は、観察者には白色に見える。なお、諧調表示は、第１電極６に印加する電圧の大きさや印加時間を変えることによって移動させる着色帯電泳動粒子５の量を変えることにより行なうことができる。
【００２３】
ところで、図１において、８は第１電極６、第２電極７及び絶縁部材９の、粒子分散液により構成される液層と接する界面に形成された界面部材であり、この界面部材８は、液層の体積抵抗率よりも小さい体積抵抗率を有するものである。
【００２４】
ここで、界面部材８としては、光透過性の材料で、ポリシラン、ポリシロキサン、ポリアセチレンなどの有機膜、もしくはそれの複合体、共重合体、またはカーボン含有膜、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などの無機膜、またはシリコンなどの半導体膜、または導電性のフィラ（充填物）、例えば金属粉、カーボン粒子等をエポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂等に配合して得る導電性樹脂膜を使用できる。さらに、界面部材８は、これらの膜の積層膜でも良い。なお、本実施の形態では、界面部材８の体積抵抗率は１０６Ωｃｍ〜１０１２Ωｃｍ、膜厚は１ｎｍ〜２００ｎｍが望ましい。
【００２５】
また、本実施の形態において、第１基板２や第２基板１には、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）、ポリカーボネート（ＰＣ）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。
【００２６】
また、第１電極６や第２電極７には、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などの導電性材料を使用することができる。さらに、第１電極６と第２電極７を絶縁する絶縁部材９には、アクリル樹脂を使用することができる。
【００２７】
また分散媒には、イソパラフィン、シリコーンオイル、トルエン、キシレン等の非極性溶媒を使用することができる。さらに着色される着色帯電泳動粒子としては、着色されて分散媒中で良好な帯電特性を示す材料を用いると良く、例えば各種の無機顔料や有機顔料、カーボンブラック、或いは、それらを含有させた樹脂を使用することができる。
【００２８】
なお、着色帯電泳動粒子５の粒径には特に制限はないが、通常は０．１μｍ〜１０μｍ程度のものを使用すると良い。また、上述した分散媒や着色帯電泳動粒子中には、着色帯電泳動粒子５の帯電を制御して安定化させるための荷電制御剤を添加しておくと良い。ここで、分散媒に着色帯電泳動粒子５と荷電制御剤等を混ぜ合わせた液層の体積抵抗率は、一般的に１０１１Ωｃｍ〜１０１４Ωｃｍ程度である。
【００２９】
ところで、この液層よりも体積抵抗率の小さな界面部材８は、図２の符号Ａで示す第１電極６の液層との界面に形成された不図示の第１界面部材と、第２電極７の液層との界面に形成された不図示の第２界面部材と、図２の符号Ｂで示す第１電極６及び第２電極７の電極間に位置する絶縁部材９の液層との界面に形成された不図示の第３界面部材により一体に構成されている。つまり、本実施の形態においては、これら第１界面部材、第２界面部材及び第３界面部材よりなる低抵抗な界面部材８が液層に接しながら電極間で繋がるように形成される。
【００３０】
図３は、このような構成の電気泳動表示素子の簡単な等価回路を示している。なお、説明の便宜上、界面部材８の膜厚を必要以上に厚くして描いてある。
【００３１】
ここで、液層と界面部材８の各層は、一般的に容量成分と抵抗成分との並列回路で記述することができる。なお、図３において、ＣＶ１は第１電極上の第１界面部材８ａの容量、ＲＶ１は第１電極上の第１界面部材８ａの抵抗、ＣＬは液層の容量、ＲＬは液層の抵抗、ＣＶ２は第２電極上の第２界面部材８ｂの容量、ＲＶ２は第２電極上の第２界面部材８ｂの抵抗、ＣＢＬは電気２重層の容量を表している。
【００３２】
そして、本実施の形態のように、低抵抗な界面部材８を液層に接するようにして二つの電極間で繋がるように形成することにより、第３界面部材８ｃにより、電荷が液層に接するようにして伝導する電気伝導パスが形成される。以下、この電気伝導パスをショートパスと言う。
【００３３】
ここで、このショートパスを等価回路として表すと、図３の（ｂ）に示すように、ショートパス抵抗（Ｒｓｐ）が液層の抵抗（ＲＬ）に対して並列に配置されることとなる。そして、このように低抵抗な界面部材８（第１及び第２界面部材８ａ，８ｂ）が電極上に配置されると共に、界面部材８（第３界面部材８ｃ）により液層と並列にショートパスが形成されることで、界面部材８への電荷の蓄積（残留ＤＣ）が抑制される。また、界面部材８に電荷が蓄積された場合でも、電荷がショートパスを介してキャンセルされることで、残留ＤＣ時定数の短縮化が可能となる。
【００３４】
界面部材８の体積抵抗が大きく、ショートパス抵抗（Ｒｓｐ）が液層の抵抗（ＲＬ）より大きいときは、液層と界面部材８の界面に蓄積した電荷は液層を通って放電するしかない。このときの時定数はＣＬＲＬである。
【００３５】
逆に、ショートパス抵抗（Ｒｓｐ）が液層の抵抗（ＲＬ）より小さくなるような材料で界面部材８を形成すると，電荷は界面部材を通って短い時定数ＣＬＲｓｐで放電する。なお、フレームごとに新しい電圧が印加されて泳動粒子の位置が変わるときは、前のフレームの電圧による電荷が次のフレームの電圧印加前には消えている必要が有り、そのとき上記時定数は１フレーム時間より短い。即ち、
１Ｆ（１フレーム期間）＞ＣＬＲｓｐ
であるから、これからショートパス抵抗（Ｒｓｐ）の上限の絶対値が定まる。
【００３６】
上記抵抗値に関する条件は、界面部材の膜厚、液層の寸法、第１電極/第２電極の形状によっても異なる。しかし、界面部材と液層の体積抵抗率を適宜選択すれば、上記の条件（Ｒｓｐ＜ＲＬ）を満たすように作ることができる。
【００３７】
一方、液層の抵抗値は分散媒の物性値のバラツキや、その温度変化によって変動を受けるが、図３の（ｂ）に示すようにショートパス抵抗（Ｒｓｐ）が液層の抵抗（ＲＬ）に対して並列に配置されることから、液層の実効的な抵抗はショートパス抵抗（Ｒｓｐ）で一義的に制御することが可能となる。これにより、分散媒の物性のバラツキやその温度変化によって液層の抵抗（ＲＬ）が変動をうけても、安定した駆動特性を実現することができる。
【００３８】
このように、界面部材８（第１界面部材８ａ、第２界面部材８ｂ及び第３界面部材８ｃ）を介した抵抗を、液層を介した抵抗よりも小さくすることにより、分散液と並列に導電性パスを形成することができ、界面部材８における電荷の蓄積（残留ＤＣ）が抑制される。また、蓄積された電荷がショートパスを介してキャンセルされることで、残留ＤＣ時定数を短縮化できる。これによって、所望の階調表示レベルが変動することがない安定した駆動が可能となる。
【００３９】
また、このように構成することにより、液層の実効的な抵抗（ＲＬ）がショートパス抵抗（Ｒｓｐ）で一義的に制御することが可能となり、液層（分散液）の物性値のバラツキや、その温度変化によって液層の抵抗（ＲＬ）が変動をうけても、安定した駆動特性を実現することができる。
【００４０】
なお、これまでの説明においては、図１においては第１界面部材８ａ、第２界面部材８ｂ及び第３界面部材８ｃよりなる界面部材８を一体膜として形成しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、液層の体積抵抗率よりも小さな体積抵抗率を有するものであれば、第１界面部材８ａ、第２界面部材８ｂ及び第３界面部材８ｃをそれぞれ別々に、また別の材料にて形成しても良い。
【００４１】
さらに、これまでの説明においては、表示状態を変化させる際、電気泳動力により着色帯電泳動粒子５を基板上で変位させるようにしたが、着色帯電泳動粒子５を変位させる方法としては、例えば誘電泳動力、分散媒の電気流体力学的な流動などを利用しても構わない。
【００４２】
また、これまでの説明においては、着色帯電泳動粒子５は黒色で、第１電極６の電極面を白色としたが、これに限定されるものではなく、例えば第１電極６の電極面を適宜赤・緑・青色等に着色するとカラー表示も可能である。
【００４３】
次に、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００４４】
本実施例では、電気泳動表示素子として図１に示す構成を有し、平面形状が長方形で画素サイズが横４０μｍ×縦１２０μｍの画素を６００×１８００だけ並べたマトリクスパネルを作製する。
【００４５】
また、第１基板として１．１ｍｍ厚のガラス基板を使用し、この第１基板上に不図示の薄型トランジスタや、その他駆動に必要な不図示の配線やＩＣを形成する。この後、基板全面に絶縁層としてＳｉ３Ｎ４膜を形成する。その後、Ａｌを成膜してパターニングを行なうことで第１電極を形成する。なお、このＡｌ成膜時において、予め形成しておいたコンタクトホールを通じて薄膜トランジスタと第１電極とが導通される。
【００４６】
次に、電界メッキ法によって、隔壁を兼ねる第２電極を高さ１５μｍ、幅５μｍで形成する。また、第１電極と第２電極は高さ１μｍのアクリル樹脂によって絶縁されるように形成されている。
【００４７】
次に、第１電極と第２電極の表面を覆うようにインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）膜を、厚さ５ｎｍの一体膜で形成する。なお、このとき体積抵抗率が５．０×１０１０Ωｃｍとなるように成膜条件を設定し、成膜した膜の体積抵抗率をインピータンスアナライザーＳＩ１２６０（英国ソーラトロン社製）により測定する。また第１電極と第２電極を端子とした抵抗値は、１.６×１０１３Ωである。
【００４８】
次に、各画素に着色帯電泳動粒子と分散媒、荷電制御剤からなる分散液を充填する。なお、着色帯電泳動粒子には粒径１〜２μｍ程度のカーボンブラックを含有したポリスチレン−ポリメチルメタクリレート共重合体樹脂を使用する。また、分散媒にはイソパラフィン（商品名：アイソパー、エクソン社製）を用いると共に、荷電制御剤を含有させることによって、着色帯電泳動粒子をプラス帯電とする。
【００４９】
なお、このとき体積抵抗率が２．２×１０１２Ωｃｍとなるように分散液を調合する。この後、分散媒に着色帯電泳動粒子と荷電制御剤を混ぜ合わせた分散液（液層）の体積抵抗率をインピータンスアナライザーＳＩ１２６０（英国ソーラトロン社製）により測定する。インジウム−スズ酸化物膜のないときの、第１電極と第２電極を端子とする分散液の抵抗は１.９×１０１９Ωである。したがって、本実施例において、Ｒｓｐ＜ＲＬの関係が成り立っている。
【００５０】
最後に、第２基板を配置して密封し、電気泳動表示素子を完成させる。
【００５１】
次に、このように作製した電気泳動表示素子を不図示の駆動ドライバーに接続して表示動作を行なわせる。本実施例では、第２電極を全画素の共通電極として０Ｖとし、薄膜トランジスタを介して第１電極に±１０Ｖを印加することで白黒書き換えを行なう。また階調表示の場合は、＋２Ｖ、＋４Ｖ、＋６Ｖ、＋８Ｖというように電圧変調を行なう。
【００５２】
そして、０℃から６０℃までの温度範囲で、以上の駆動方法による表示書き換えを繰り返す。この結果、所望の階調光学レベルが変動するような焼付き問題が発生することなく、安定した駆動特性を実現することができる。
【００５３】
次に、本発明の比較例について説明する。
【００５４】
まず、第１の比較例について説明する。図４は、本比較例に係る電気泳動表示素子の概略構成を示す図であり、図４において、８１は液層の体積抵抗率よりも大きな体積抵抗率を有する界面部材である。なお、８２は第１基板１に形成された絶縁部材を構成する絶縁膜である。
【００５５】
また、図５は、図４の簡単な等価回路である。ここで、一般的に電気泳動表示素子において、液層と電極６，７との間で電荷のやり取りは行われない。つまり、電極上に移動してきた泳動粒子は電気２重層を形成することとなり、一方で電極６，７から流れる電荷は液層と接する界面部材８１に蓄積されるため残留ＤＣ発生の要因となってしまう。
【００５６】
次に、本発明の第２の比較例について説明する。図６は、本比較例に係る電気泳動表示素子の概略構成を示す図であり、図６において、８３は液層の体積抵抗率よりも小さい体積抵抗率を有する低抵抗な界面部材である。
【００５７】
ここで、本比較例において、界面部材８３は第１電極６と第２電極７の表面、即ち既述した図２の領域Ａのみに形成されており、二つの電極間に位置する絶縁部材９の液層と接する界面、即ち図２の領域Ｂには形成されていない。つまり、２つの界面部材８３は二つの電極間で繋がることなく、途切れてしまっている。
【００５８】
このような構成では、電極間で電荷を液層に接するようにして伝導することができず、液層の伝導パス（ＲＬ）に対して並列となるショートパス（Ｒｓｐ）が形成されない。Ｒｓｐは実質的に無限大と考えることができて、Ｒｓｐ＞ＲＬである。なお、このような図６に示す構成は、界面部材８と絶縁部材９の濡れ性が悪い場合に、界面部材をスピンコーター等でコートした場合に作製される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態に係る粒子移動型表示装置に設けられる粒子移動型表示素子の一例である電気泳動表示装置に設けられる電気泳動表示素子の概略構成を示す図。
【図２】上記電気泳動表示素子の界面部材の配置を示す断面図。
【図３】上記電気泳動表示素子の等価回路を示す図。
【図４】本発明の第１の比較例に係る電気泳動表示素子の概略構成を示す図。
【図５】本発明の第１の比較例に係る電気泳動表示素子の等価回路を示す図。
【図６】本発明の第２の比較例に係る電気泳動表示素子の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００６０】
１    第２基板
２    第１基板
３    隔壁
４    分散媒
５    着色帯電泳動粒子
６    第１電極
７    第２電極
８    界面部材
８ａ  第１界面部材
８ｂ  第２界面部材
８ｃ  第３界面部材
９    絶縁部材
Ａ    電極の液層と接する界面
Ｂ    絶縁部材の液層と接する界面
【図１】
2007011127.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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