(57)【要約】【課題】  混色のない明るいカラー表示を実現できる粒子移動型表示装置を提供する。【解決手段】  所定間隙を開けた状態に配置された表示基板及び拡散反射層または光散乱層を含む後方基板と、光を透過し得る材料にて形成されると共にそれらの基板の間隙に配置された隔壁と、それらの基板の間隙に配置された絶縁性液体及び複数の帯電粒子と、絶縁性液体に近接するように配置された第１電極と、隔壁に接するように配置された第２電極と、を備えるようにする。そして隔壁部分に、拡散反射層または光散乱層を含む。【選択図】  図１
2007034037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隙を開けた状態に配置された表示基板及び、拡散反射層または光散乱層を含む後方基板と、それらの基板の間隙に配置された隔壁と、それらの基板の間隙に配置された絶縁性液体及び複数の帯電粒子と、前記絶縁性液体に近接するように配置された第１電極と、前記隔壁に接するように配置された第２電極と、を備え、それらの電極に電圧を印加して前記帯電粒子を移動させると共に前記表示基板の側から入射された光を前記後方基板の側にて反射させることに基づき表示を行う粒子移動型表示装置において、
前記隔壁部分に、拡散反射層または光散乱層を含むことを特徴とする粒子移動型表示装置。
【請求項２】
前記粒子移動型表示装置が、電気泳動表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項３】
前記帯電泳動粒子を水平に移動させることにより表示を行うことを特徴とする請求項１に記載の粒子移動型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性液体中の帯電粒子を移動させて表示を行う粒子移動型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、こうした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れている。しかしながら、現在の液晶表示装置には、画面を見る角度や、反射光により画面上の文字が見ずらく、また光源のちらつき・低輝度等から生じる視覚へ負担が重いという問題があり、この問題が未だ十分に解決されていない。このため、低消費電力、視覚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。
【０００３】
この反射型表示装置としては、絶縁性液体中の帯電粒子を移動させて表示を行う電気泳動表示装置がある。
【０００４】
この電気泳動表示装置は、一対の基板が所定間隙を開けた状態に配置されて構成されており、その基板間隙には絶縁性液体や帯電粒子が配置されている。そして、この絶縁性液体に近接するように一対の電極が配置されていて、これらの電極に電圧を印加することにより帯電粒子を移動するように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このような電気泳動表示装置では、表示品質の点から、帯電粒子が他の画素へ自由に移動しないようにする必要があり、画素境界部に隔壁を配置して帯電粒子の移動を防止するようにしたものが提案されている。
【特許文献１】特開平９−２１１４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のような電気泳動表示装置を、後方基板側にカラーフィルター層を配置してカラー反射型表示装置として用いた場合、混色してしまったり、視野角によっては暗い表示になってしまうという問題があった。
【０００７】
その原因として，隔壁が光学的に透明であるために，後方基板側のカラーフィルター層や拡散反射層を透過した光が隔壁内部まで侵入し，隣り合う画素毎に異なるカラーフィルターからの光が混色してしまうことによる。また隔壁がブラックマトリックスのような遮光性の部材で形成された場合には，反射光の一部が吸収されてしまうので，視野角方向によっては反射率が低下することによる。
【０００８】
そこで、本発明は、混色を防止し、広い視野角特性を保持したまま、明るいカラー表示を実現できる粒子移動型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】
【０００９】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、所定間隙を開けた状態に配置された表示基板及び、拡散反射層または光散乱層を含む後方基板と、それらの基板の間隙に配置された隔壁と、それらの基板の間隙に配置された絶縁性液体及び複数の帯電粒子と、前記絶縁性液体に近接するように配置された第１電極と、前記隔壁に接するように配置された第２電極と、を備え、それらの電極に電圧を印加して前記帯電粒子を移動させると共に前記表示基板の側から入射された光を前記後方基板の側にて反射させることに基づき表示を行う粒子移動型表示装置において、前記隔壁部分に、拡散反射層または光散乱層を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によると、混色のない明るいカラー表示の粒子移動表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１乃至図２を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
本発明に係る電気泳動表示装置は、図１に示すように、所定間隙を開けた状態に配置された表示基板１及び後方基板２を備えており、それらの基板１，２の間隙には隔壁３が配置されている。また、それらの基板１，２の間隙には絶縁性液体４や複数の帯電粒子５が配置されており、前記絶縁性液体４に近接するように第１電極６が配置され、前記隔壁３に接するように第２電極７が配置されている。
【００１３】
この電気泳動表示装置は、いわゆる反射型のものであって、表示基板１を透明にして光が入射されるように構成され、後方基板２においては入射された光が反射されるように構成されている。つまり、本明細書において表示基板１とは、観察者側に配置される方の基板を意味し、他方の基板を“後方基板”と称するものとする。つまり、本実施の形態に係る電気泳動表示装置では、電極６，７に電圧を印加して前記帯電粒子５を移動させると共に上述のように光を入射及び反射させることに基づき表示を行うように構成されている。
【００１４】
ところで、後方基板２で光を反射させる方法としては、
・  後方基板２の側に光散乱層又は拡散反射層（図１の符号１０参照）を設ける方法、
・  後方基板２の側に配置した第１電極６に拡散反射層を兼用させる方法、
を挙げることができる。
【００１５】
また、上述した隔壁３は、光を透過し得る材料にて形成されており、しかも、この第２電極７が配置された部分では光を遮蔽するように構成されている。かかる遮蔽は、表示のコントラストを向上させるためや、カラー表示の際の混色防止、スイッチング素子に対する遮光などの目的のために必要である。
【００１６】
ここで、第２電極７が配置された部分で光を遮蔽するための方法としては、
・  第２電極７を覆うように遮光層９を設ける方法、
・  第２電極７に遮光層を兼用させる方法、
を挙げることができる。
【００１７】
図１に示す電気泳動表示装置では、第１電極６は、第２電極７と同様に後方基板２に支持されている（すなわち、帯電粒子５が前記第１電極６と前記第２電極７との間を前記後方基板２に沿うように移動する“水平移動型”である）が、これに限られるものではなく、表示基板１に支持させて帯電粒子５が基板の法線方向に沿って移動するようにした“上下移動型”としても良い。なお、水平移動型の場合、第１電極６を配置した領域を白色にし、帯電粒子５を黒色とした場合、
・  帯電粒子５が第２電極７に引き寄せられた場合には白色表示がなされ、
・  帯電粒子５が第１電極６に引き寄せられた場合には黒色表示がなされる、
ことになる。
【００１８】
次に、本発明の効果を図３を用いて説明する。図３の(a)は、本発明で隔壁部３の表面に，光散乱層または拡散反射層１３を設けている。一方図３（ｂ）、（ｃ）は従来例であり，(ｂ)では隔壁部が透明部材で形成され，(Ｃ)では隔壁部の表面に遮光材料を用いている。
【００１９】
本発明の図３(a)では、外から入射した光が拡散反射層１０で反射され、カラーフィルター層２を透過した後，隔壁３の表面の反射層４で散乱され，ほとんどの光は上部に向かう。さらに一部の光は再びカラーフィルター層１２，反射層１０へ向かい・・・・といったことが繰り返される。
【００２０】
隣接する画素でも同様の現象が生じており，隣り合う画素，例えば図３(a)に示したように、Ｒ画素とＧ画素から上方に向かった反射光は，お互いに交じり合うことは少ないので混色を防ぐ効果がある。
【００２１】
一方、図３（ｂ）では、隔壁部材が透明であるために、隣り合う画素のＲ画素とＧ画素からそれぞれ上方に向かった反射光は交じり合ってしまい、混色が生じることがわかる。さらに図３（ｃ）では、隔壁部材が遮光性であるために，混色は生じにくいが，隔壁部表面での光吸収により反射光の一部が吸収されてしまうので、視野角方向によっては反射率が低下することになる。
【００２２】
本発明のように隔壁部に光散乱性を付与することによって，混色を防止し，明るいカラー表示を実現することができる。
【００２３】
以下、電気泳動表示装置の各構成部材について図１を用いて補足する。
【００２４】
隔壁３は、
・  画素を１つずつ仕切るように配置されたものであっても、
・  複数の画素を仕切るように配置されたものであっても、良い。その隔壁３には、屈折率がなるべく小さな材料で、エポキシ、ポリイミド、アクリルなどの感光性樹脂を用いると良い。
【００２５】
表示基板１や後方基板２には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート（ＰＣ）やポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等のプラスチックフィルムの他、ガラスや石英等を使用することができる。表示基板１には上述したように透明な材料を使用する必要があるが、後方基板２には、ポリイミド（ＰＩ）などの着色されているものを用いてもよい。
【００２６】
第１電極６には、パターニング可能な導電性材料ならどのようなものを用いてもよい。例えば、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属あるいはカーボンや銀ペースト、あるいは有機導電膜などが使用できる。第１電極を光反射層としても利用する場合は、銀（Ａｇ）あるいはＡｌ等の光反射率の高い材料を好適に使用することができる。
【００２７】
ところで、図１では、第２電極７は前記隔壁３と前記後方基板２との間に配置されているが、隔壁３と接する位置であれば、他の位置（例えば、隔壁３の内部）に配置されていても良い。この第２電極７には、真空蒸着法などにより形成された導電膜を使用することができるが、めっき法で形成された電極を使用する方が好ましい。
【００２８】
絶縁性液体４には、イソパラフィン、シリコーンオイル及びキシレン、トルエン等の非極性溶媒であって透明なものを使用すると良く、特に、屈折率の大きな液体と混合し屈折率を調整して使用すると良い。
【００２９】
帯電粒子５としては、着色されていて絶縁性液体中で正極性又は負極性の良好な帯電特性を示す材料を用いると良い。例えば、各種の無機顔料や有機顔料やカーボンブラック、或いは、それらを含有させた樹脂を使用すると良い。粒子の粒径は通常０．０１μｍ〜５０μｍ程度のものを使用できるが、好ましくは、０．１から１０μｍ程度のものを用いる。
【００３０】
なお、上述した絶縁性液体中や帯電粒子中には、帯電粒子の帯電を制御し安定化させるための荷電制御剤を添加しておくと良い。かかる荷電制御剤としては、モノアゾ染料の金属錯塩やサリチル酸や有機四級アンモニウム塩やニグロシン系化合物などを挙げることができる。
【００３１】
また、絶縁性液体中には、帯電粒子同士の凝集を防ぎ分散状態を維持するための分散剤を添加しておいてもよい。かかる分散剤としては、燐酸カルシウム、燐酸マグネシウム等の燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム等の炭酸塩、その他無機塩、無機酸化物、あるいは有機高分子材料などを用いることができる。
【００３２】
光散乱層または拡散反射層１０には、例えば酸化チタン、酸化アルミニウムなどの顔料を、ウレタン，フェノール、エポキシ，フッ素などの樹脂中に分散させたものを塗布して用いることができる。光散乱層の厚さは、絶縁性液体に印加される駆動電圧が大きくならない程度において特に限定されるものではないが、十分な光散乱特性を得るために好ましくは０．４〜２０μｍである。
【００３３】
また、拡散反射層としては、光を散乱させるため凹凸パターンを有しているものを用いることができる。基板あるいは隔壁部に被覆した感光性樹脂膜表面をフォトリソグラフィーで凹凸パターンに加工し、これを被覆するようにアルミニウムなどの金属膜を蒸着して成膜して用いることができる。第１電極６と兼用してもよい。
【００３４】
さらにまた、前方散乱層／鏡面反射層の構成とすることもできる。
前方散乱層は、たとえばアクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂などのベース基材中に、これとは屈折率の異なるSiO2やポリスチレンビーズなどからなる透明粒子を分散した構成となっている。
【００３５】
遮光層１１には、カーボンブラック、無機顔料、有機顔料などを樹脂中に分散させたものを用いることができる。遮光層の形成は，蒸着，印刷，塗布などの通常の方法で行える。膜厚は十分な光吸収性能を持たせるため、１μｍ程度が好ましい。
【００３６】
さらに、各画素にスイッチング素子９を配置し、該スイッチング素子９と上述した第１電極６とを電気的に接続しても良い。スイッチング素子９は第１電極６の底部に接続すると良く、各画素の第２電極７は、好ましくは互いに接続されて同一の信号が供給されるようにすると良い。
【００３７】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００３８】
本実施の形態によれば、混色を防止した粒子移動表示装置を実現できる。具体的には、隔壁部に光散乱性を付与することによって、明るいカラー表示の粒子移動表示装置を実現できる。
【００３９】
以上の説明において、電気泳動表示を一例として説明したが、特開２０００−３４７４８３などに記載されているトナーディスプレイと呼ばれている乾式の表示装置や、微粒子分散型表示装置など、粒子を移動させることができる構成を有する表示装置であれば広く用いることができる。
【００４０】
本発明で用いた反射率および反射率の視野角特性の測定には、自動変角光度計（村上色彩技術研究所社製）ＧＰ−２００  を用いた。図２に示したように、測定サンプルの表示面法線に対して３０°方向から平行光線を入射させ、視野角−９０°〜９０°の範囲での反射率を測定し、視野角０°での値を代表値として求めた。尚、反射率の値は標準白色板として硫酸バリウム板の値を１００％として算出した。
視野角範囲は、この装置で反射率の値が０より大きくなる角度範囲で示した。  
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００４１】
本実施例では図１に示す構造の電気泳動表示装置を作製した。電気泳動表示装置のサイズは５２ｍｍ×５２ｍｍとし、画素の数は１３０×４３個とし、１つの画素の大きさは７３μｍ×７３μｍとした。また、隔壁３は、各画素を仕切るように画素境界部に配置し、その幅を５μｍとし、高さを１７μｍとした。また、後方基板２には、スイッチング素子９や絶縁層８や第１電極６や光散乱層１０を配置し、第２電極７と隔壁３との間には遮光層１１を配置した。なお、第１電極６の一辺の長さは６８μｍとし、第２電極７の厚さは５０ｎｍとした。後方基板２には、厚さ０．２ｍｍのプラスチック基板を使用した。
【００４２】
次に、本実施例に係る電気泳動表示装置の製造方法について説明する。
【００４３】
まず、後方基板２にはスイッチング素子９を形成し、該スイッチング素子９を覆うように絶縁層８を形成した。この絶縁層８にはコンタクトホールを穿設し、該コンタクトホールを介してスイッチング素子９と電気的に接続されるように第１電極６を形成した。
【００４４】
拡散反射層と兼ねた第１電極６はアルミニウムにより形成した。まず、後方基板２に感光性樹脂（商品名：ＯＭＲ８３−２０Ｃｐ、東京応化製）を厚さ１.２μｍとなるように塗布し、フォトリソグラフィー及びウェット現像により、第１電極の領域は、１つの画素に対する感光性樹脂の割合が５０％になるように、パターニングした後、さらに、１２０℃で３０分熱処理した。次に、第１電極領域にアルミニウムを厚さ１５０ｎｍで成膜し、フォトリソグラフィー及びウェットエッチングによりパターニングして拡散反射層を兼ねた第１電極６を形成した。
【００４５】
さらに、拡散反射層６の上に６．５ｍｍ×６．５ｍｍの大きさの、画素エリア毎に色の異なるカラーフィルター層１２（商品名：ＦＵＪＩＦＩＬＭ（登録商標）  ＡＲＣＨ（株）製  赤：ＣＲ−８９６０Ｌ、緑：ＣＧ−８９６０Ｌ、青：ＣＢ−８９６０Ｌ）を形成した。このカラーフィルター層の厚みは１μｍとし、形成にはスピンコート法を用いた。
【００４６】
さらに、このカラーフィルター層１２の表面には、画素境界部に相当する部分にチタン製の第２電極７を形成し、その第２電極７の表面には遮光層１１を形成した。この遮光層１１には、カーボンブラックを含有する樹脂（商品名：ＣＦＰＲ（登録商標）  ＢＫシリーズ、Ｔｏｋｙｏ  Ｏｈｋａ  Ｋｏｇｙｏ（株）製）を使用し、その膜厚は１μｍとした。
【００４７】
また、この遮光層１１の上側にはパターニングにより隔壁３を形成した。この隔壁３には透明光感光性樹脂であるエポキシ樹脂を用いた。
【００４８】
この隔壁３の周辺を覆うようにスピンコート法により光散乱層１０を形成した。この光散乱層１０には、酸化チタン微粒子を含有するウレタン樹脂層を用い、その膜厚は０．５μｍとした。エッチングにより隔壁周辺以外の散乱層を取り除いた。
【００４９】
次に、隔壁３にて区画された凹部には絶縁性液体４及び帯電粒子５を充填した。絶縁性液体としての分散媒には、脂肪族炭化水素溶媒であるイソパラフィン（商品名：アイソパー（登録商標）Ｈ，エクソン社製）を１００重量部に、ブタジエン系共重合体であるスチレンブタジエン共重合体（旭化成（株）製、アサプレン（登録商標）１２０５）を０．８重量部、ロジンエステル（ハリマ化成（株）製、ネオトール（登録商標）１２５Ｈ）を２．５重量部、オクテン酸ジルコニウム（日本化学産業（株）製、ニッカ（登録商標）オクチックスジルコニウム）を０．０１２重量部、ポリエチレンワックス（トーメンプラスチック（株）製、ＡＣ６）を混合し、２４時間撹拌したものを用いた。
【００５０】
また、帯電粒子５としては平均粒径２μｍのカーボン１０重量％を含有するポリメチルメタクリレート粒子を使用した。上述の液体と帯電粒子を混合分散することによって電気泳動表示用分散液を得た。
【００５１】
その後、表示基板１と隔壁間を十分接触させ、気泡を取り除いた状態で両基板周囲を密封した。
【００５２】
次に、駆動方法について説明する。第１電極６に印加する電圧をＶｄ１、第２電極７に印加する電圧をＶｄ２とする。駆動電圧としてＶｄ１＝＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ、もしくはＶｄ１＝−５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ、電圧印加時間として１００ｍｓｅｃの条件で駆動したところ、帯電泳動粒子５は残ることなく移動した。また隣接する画素の駆動電圧等に影響されること無く、良好なコントラストをもった混色のないカラー表示を行うことができた。また、基板を曲げても隔壁等の破壊、或いは帯電粒子の隣接画素などへの移動を防止することができた。
【００５３】
次に、２２℃の温度下で表示装置の反射率（視野角０°での値）を測定したところ、８６％と高い値となり、また視野角範囲も−７０度〜８８度と広い視野角特性であった。
【００５４】
一方、隔壁３の周辺に光散乱層１０を形成しないで、その他の構成や製造方法は実施例１と同じにした表示装置を作成したものを比較例１とした。２２℃の温度下で表示装置の反射率（視野角０°での値）を測定したところ、６０％と低い値となり、視野角範囲も−８０度〜８７度であった。この表示装置を駆動してみたところ、文字パターン表示で表示ボケが発生した。カラー表示では混色が発生した。
【００５５】
さらに、拡散反射層と兼ねた第１電極６を形成するかわりにアルミニウムを蒸着により厚さ１５０ｎｍで鏡面反射性の第１電極を形成した以外のその他の構成や製造方法は実施例１と同じにした表示装置を作成したものを比較例２とした。２２℃の温度下で表示装置の反射率（視野角０°での値）を測定したところ、５０％であり、視野角範囲も１６度〜３４度と狭かった。第１電極を鏡面反射とするだけでは十分な反射率や視野角特性を得ることは出来なかった。
【実施例２】
【００５６】
本実施例では隔壁３の周辺を前方散乱層／鏡面反射層の構成にし、その他の構成や製造方法は実施例１と同様にした。
【００５７】
まず、隔壁３の周辺を覆うようにアルミニウムを蒸着により１５０ｎｍの厚さで形成した。さらにその上に感光性樹脂を塗布し、露光、現像、ウエットエッチングを行い、隔壁３表面のアルミニウムのみ保護し、それ以外のアルミニウムは露出するようにパターニングする。ウエットエッチングにより露出したアルミニウムを除去して、隔壁周辺部にアルミニウム鏡面反射層を形成した。次にスピンコート法により鏡面反射層の上に前方散乱層１０を形成した。この前方散乱層１０には、SiO2微粒子を含有するアクリル樹脂層を用い、その膜厚は１．０μｍとした。エッチングにより隔壁周辺以外の散乱層を取り除いた。
【００５８】
尚、前方散乱層の散乱特性は、表面の拡散反射特性に用いられる散乱分布関数Fの１種であるＨａｒｖｅｙ関数
F(θ)＝ｂ（ＡＢＳ（ｓｉｎ（θ）―ｓｉｎ（θin））^Ｓ    ［式１］
（θ:散乱角  θin：入射角）
において、２つの散乱パラメータが、ｂ＝３０、  Ｓ＝−０．９となるように調整したものを用いた。
【００５９】
このようにして作成した表示装置を駆動したところ、混色のない明るいカラー表示を行うことができた。
【００６０】
次に、２２℃の温度下で表示装置の反射率（視野角０°での値）を測定したところ、１１２％と高い値となり、また視野角範囲も−７０度〜７０度と広い視野角特性であった。
【００６１】
上述した実施例１、２を比較例１，２と共に下表にまとめた。
【００６２】
【表１】
2007034037.tif 000003
これらの結果より、実施例のように隔壁に光散乱性または拡散反射性を付与することによって、混色のない明るいカラー表示の粒子移動型表示装置を実現できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る粒子移動表示装置の構造の一例を示す断面図。
【図２】反射角等の測定の様子を説明するための模式図。
【図３】本発明の効果を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００６４】
１  表示基板
２  後方基板
３  隔壁
４  絶縁性液体
５  帯電粒子
６  第１電極
７  第２電極
８  絶縁層
９  スイッチング素子
１０  光散乱層または拡散反射層
１１  遮光層
１２  カラーフィルター層
１３  隔壁表面
【図１】
2007034037.tif 000004
【図２】
2007034037.tif 000005
【図３】
2007034037.tif 000006