(57)【要約】      （修正有）【課題】液晶パネルは偏光板を用いるため外部光の５０％のロスを発生していた。従って特に反射型カラー表示装置は印刷物や写真とくらべて、特に明るさ、色の鮮やかさに劣っていた。液晶より効率の良いライトバルブを実現して、薄型、軽量で明るくフルカラーかつ低消費電力の電子表示装置を実現する。【解決手段】電極間に、微粒子を内包したカプセル粒子を挟み、表示面と平行方向の電界を印加して該微粒子のカプセル内での水平方向の分布状態を変化させて集積状態と分散状態を生成することによって垂直方向の光学的透過性を変化させることを特徴とした表示装置である。【選択図】図３ｂ
2007298894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間に、少なくとも１種類の光反射性ないし光吸収性微粒子を内包したカプセル粒子が挟まれており、表示面と平行方向の電界を印加して該微粒子のカプセル内での分布状態を変化させて集積状態と分散状態を生成することによって光学的透過性を変化させることを特徴とした表示装置。
【請求項２】
請求項１の表示装置においてカプセル粒子は各々透明フィルムからなる２枚の基板に挟まれており、一方の透明フィルムが白色紙ないし白色バックライトに貼付されて構成されていることを特徴とした表示装置。
【請求項３】
請求項１の表示装置において、カプセル粒子に内包された微粒子がそれぞれシアン色透過性、マゼンタ色透過性、イエロー色透過性であり、少なくともこれら３層が積層されており、各色の透過性を独立に制御できるように構成されていることを特徴としたカラー表示装置。
【請求項４】
請求項1〜３の表示装置においてカプセルに内包された微粒子はガス体ないし透明な液体に分散されていることを特徴とした表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４の表示装置において粒子を移動させるための電圧を供給する電極は互いに直交するＸ−Ｙマトリクス電極で構成されていることを特徴とした表示装置。
【請求項６】
請求項1〜５の表示装置において単色の透過性の変化はＴＦＴないしは非直線抵抗素子などのスイッチ素子群からなるアクティブマトリクスによってなされるように構成されていることを特徴とした表示装置。
【請求項７】
請求項１〜６の表示装置を製造するに当たり、少なくともロール状フィルム供給部、電極形成部、カプセル粒子供給部、フィルムパネル切断部を有し、フィルムパネルをロールツーロールで製造することを特徴とする表示装置製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６の表示装置を製造するに当たり、あらかじめフィルムを剛体基板に貼合しておき必要なプロセスを終えて後フィルムを剛体基板から剥離することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項９】
請求項５〜６の表示装置において、カプセル内の微粒子は黒色光吸収性であり、このカプセル粒子を光シャッターとして用いてＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルタの透過率を変化させて加色混合によってカラー像を表示するように構成したことを特徴としたカラー表示装置。
【請求項１０】
請求項１〜６および請求項９の表示装置において、表示装置はドライバ未実装であり、信号源に装填することで表示更新を果たした後、信号源から分離できるように構成された表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特願２００６−１０７９４９の関連出願であり、光線利用率を向上した表示装置に関しており、平板ＴＶやＰＣモニターはじめ、紙を媒体とした印刷物や写真に相当する単色、マルチカラーないしフルカラー画像を繰り返し電子的に形成することもできる電子ペーパ表示装置、その製造法ならびにこれを用いた表示システムに関するものである。                        
【背景技術】
【０００２】
従来の受動型フルカラー表示装置の代表は液晶表示装置であり、通常同一面上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色カラーフィルタが設けられて、各カラーフィルタの背後の液晶層を、透過率を変化させるシャッターとして動作させ、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の加色法によってフルカラーを実現している。背後に白色バックライトが設けられたものは透過型カラー液晶装置であり、液晶ＴＶ、パソコンモニター、携帯電話の表示装置などに広く利用されている。しかるに液晶表示装置の最大の難点は偏光板を用いていることによる光線利用ロスであり、偏光板によってバックライト光の５０％を無駄にしているのが現状である。従って反射型パネルでは印刷物や写真に匹敵する明るさと色調を再現することは不可能であった。
【０００３】
外部光の利用率を低下させる偏光板を用いないカラー液晶表示法として、Ｒ，Ｇ，Ｂ光を選択反射するカイラルネマチック液晶層を３層積層する加色法に基づく方式も実現されているが、偏光板やカラーフィルタを用いる必要がないとは言え、自然光の内、左（ないし右）円偏光を利用するにすぎないから光利用率は５０％を超えることは原理的に不可能で特に反射型では白色度に難点があった。
【０００４】
液晶以外の反射型表示装置として、透明な液体に分散された色と帯電極性の異なる微粒子分散系に電圧を印加し、１方の粒子で他方の粒子を隠蔽することによって反射色を変化させる電気泳動表示法があり、これの発展形態としてカプセル内に白色、黒色で各々帯電極性が異なる電気泳動粒子を閉じ込めたものをほぼ単層で敷き詰めたものや、電子粉流体と名づけられている、ガス体中に色と帯電極性の異なる微粒子が混在された媒体を隔壁で構成されたセル内に閉じ込め印加電圧の極性を変化させることによって反射明度や色を変化させるものなどが実用化されている。しかしこれらはいずれも反射色を変えるもので透過率を変化させるものに利用できなかった。これらの方法でフルカラー反射を実現するには大別して２つの方法があり、１つはＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを白、黒に変化させ得る媒体の前面に設けるもの。２つ目はカラーフィルタを用いない方式で、白とＲ，白とＧ，白とＢ（タイプＡ）、ないしはＣ（シアン）と黒、Ｍ（マゼンタ）と黒、Ｙ（イエロー）と黒（タイプＢ）に変化出来る媒体をストライプ状ないしドット状に同一面上に分離して設けて加色混合によってカラーを実現するものである。前者の方式は構成が簡単ではあるが、Ｒ，Ｇ，Ｂに塗り分けたカラーフィルタを用いるが故に白色度は３０％以下に低下してしまう致命的難点がある。後者ではタイプＡは白色度に関して相当向上できるが、純黒色が得にくく、タイプＢでは明るい白色が得にくいという難点を有していた。タイプＡ、タイプＢ共に電極線がモノクロ表示に比べて３倍になることによる開口率低下が避けられず有効白色度低下やコントラスト低下を引き起こし、また再現できる色純度が低下するという難点がある。
【０００５】
分散粒子を表示面に対して水平方向に移動集積させることによって光線透過性を変化させる横電界方式電気泳動表示法も提案されている。パネル構成としては表示面に対して平行な表示電極面を有するもので、粒子を局所に集積させるか面状に堆積させるかによって透過率を変化させるものである。画素内に電極を設けているゆえに開口率の低下（光線ロス）が避けられずまた透明電極を必要とする故に表示層を多層に積層した場合電極での光線ロスが避けられず満足な白色度が得られないことや、不均一電界中での電気泳動であるため透明電極に均一に粒子を堆積し難いことや、透明電極を設けることによるコストアップおよびフィルム上の透明電極はクラックや剥離を生じやすいなど機械的強度で難点を有するものであった。一方同一種類の粒子で異極性のものが混在しているとコントラストを低下させるため分散系は単一極性粒子のみになるように厳格な調整と管理を必要とした。
【特許文献１】特公昭５０−１５１１５公報
【特許文献２】特開昭４９−２４６９５公報
【特許文献３】ＵＳＰ5,745,094
【特許文献４】特開平９−２１１４９９
【特許文献５】ＵＳＰ5,930,026
【特許文献６】特開２００１−２０１７７０公報
【特許文献７】ＵＳＰ6,184,856
【特許文献８】特開2003-61899公報
【非特許文献１】ＳＩＤ２０００ダイジェスト２９頁「High Performance Electrophoretic Display」
【非特許文献２】ＳＩＤ２０００ダイジェスト２４頁「Development of in-Plane EPD」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は偏光板を用いることによる光線ロスを防ぎ、透明電極による光ロスも回避し、表示を切り替える時以外は電力を消耗しない低電力性のフルカラー電子表示を実現するものであり、電極間に、少なくとも１種類の光反射性ないし光吸収性微粒子を内包したカプセル粒子が挟まれており、表示面と平行方向の電界を印加して該微粒子のカプセル内での表示面に対して水平方向の分布状態を変化させて集積状態と分散状態を生成することによって光学的透過性を変化させることを特徴とした表示装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の表示装置は図１aに示す通り、透明な２枚の基板１，２間にカプセル粒子３が挟まれており、カプセル粒子３の内部には少なくとも１種類の光反射性ないし光吸収性の帯電微粒子５が分散された表示媒体７が充填されている。スペーサ９は２枚の基板間のカプセル粒子を押し潰すことなく一定のギャップを保つために設けられている。２枚の基板間のカプセル粒子間の隙間はバインダー樹脂８で埋められている。
スペーサ９の外面に設けられた電極６-1と６−２間にＤＣ電圧を印加すると微粒子５の帯電極性に対応して微粒子はクーロン力により引かれてたとえば電極６−１に向かって移動し、カプセルの内壁に堆積する。一方６−1、６−２間に逆極性のＤＣパルス電圧を印加するかＡＣ電圧を印加すればカプセル内壁に堆積していた微粒子はカプセル内に拡散分布する。カプセル内の表示媒体７はガス又は透明な液体中に微粒子５が分散されたものから成り液体の場合は粒子の移動は電気泳動となる。図１aの中央左側のセルを４−１、その右側のセルを４−２とすれば、微粒子のカプセル内での分布状態が水平方向で異なるため、たとえば微粒子５がカーボンなどのように黒色光吸収性であれば、４−１では光線が透過するが４−２では光線は分散状態の光吸収性微粒子５のため光透過は妨げられる。セルを白色基板の上に置くか基板２が白色であれば上から見た場合、４−１部は白色、４−２部は吸収の度合いに応じて灰色〜黒色に見えることになる。電極６−１（ないし６−２）近傍のカプセル内壁に堆積された微粒子の内どれだけの量を分散状態にするか（あるいは分散状態の粒子量をどれだけカプセル内壁に集積させて減じるか）を印加する逆極性電圧の値やパルス幅によって制御してセルの光線透過率を制御することが可能となり中間調が再現でき、粒子堆積状態も粒子分散状態も電圧を切って後もその状態が保持される特徴があるため表示はメモリ性を有する。表示媒体が微粒子を分散した液体分散系の場合は微粒子と液体の比重は出来るだけ近接していることが望ましい。
本発明で分散状態とはブラウン運動により比重差に拘わらず液体中に安定に微粒子が均一分散したコロイド状態は勿論、カプセル内壁に局在化されることなくカプセル内壁の広い領域に渡って一部のないし殆どの粒子がゆるく付着した状態を含むものである。また微粒子は１種類である必要はなく、光学的特性を最適化するため各種のものが混在していてもよく、帯電極性も同一である必要はない。異極性粒子は電界で逆方向に移動するがいずれも互いに反対側のカプセル内壁に密に堆積するからである。微粒子５は通常光吸収性のものが使用されるが、二酸化チタンのように白色反射性のものを用いることも可能であり、図１aのパネルをたとえば黒色紙の上に貼り付けて使用すれば反射型の白黒表示パネルとなる。微粒子分散状態では微粒子５が黒色紙を隠蔽して白色に見え、微粒子集積状態ではセルは透明であるから黒色に見えることになる。白色粒子の場合も散乱反射によって光透過性を制御できるから透過型表示パネルのライトバルブとして用いることは可能である。
図１aではセルが１個のカプセル粒子から成るとして説明したが、セルが多数のカプセル粒子から構成されていてもよく、またカプセル粒子は必ずしも単粒子層である必要はない。何故なら本願では光吸収性微粒子の水平方向の分布状態によって表示を見る方向の実質的な光線吸収断面積を変化させることに基づいており、微粒子間距離が密になった堆積状態の方が、粒子間距離がより離れた分散状態に較べてセル全体としては光線吸収断面積が減じて透明度が向上することによるからである。たとえば図１aで１０００：１のコントラストを得るためには微粒子が分散状態でのセルの透過率が０．１％以下になるようにカプセル粒子中の微粒子量を調整しておくとよい。粒子濃度をこれ以上に高めると集積粒子層の厚みが増し有効開口率が低下したり、媒体が液体の場合高濃度微粒子のため粘性が上昇して応答性が悪化するため適切な粒子濃度が選ばれるべきである。
【０００８】
図１bは電極を印刷やインクジェット描画法などで形成した場合のパネル横断面図である。導電性ペーストの印刷ないしインクジェット等の方式で基板２上に一対の点状ないし線状電極を形成してのち、対向する電極面部以外を覆うように絶縁物１２を同じく印刷やインクジェット技術で形成する。対向する電極間にカプセル粒子を設置して基板２で挟み込んで周辺を接着、封止してパネルが形成される。カプセル粒子中の微粒子を移動させる電極が互いに同一基板上に設けられた例である。
図１ｃには対向する電極がそれぞれ対向する基板に設けられた例を示す。図１ａ〜図１ｃのいずれにしてもカプセル内の微粒子の水平方向の分布状態が垂直方向の透過率変化を引き起こせばよく電極の構成は多様なものが利用できる。カプセル粒子の形状についても球形以外の種々のものが利用できもともと球形であっても両基板に挟み込んで変型させて利用するのも有効である。
図１ｄは元もとが球形のカプセル粒子を用いる場合でスペーサ９の高さがカプセル粒径より小さくカプセル粒子は変型を起こして断面形状はカドのない短形状になっている。図示はされていないが正面からもカドのない短形状になっているが本願ではこのような構成もより開口率が向上し得るので有効に利用できる。
【０００９】
図２はフルカラーを表示するための原理図であり、図１a〜図１dのセルを少なくとも３層積層することによって構成される。ただし３層の微粒子５は各々Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）色のものが用いられる。図２では３層積層パネルが白色基紙１０の上に透明接着剤１１で貼付けられた状態を示している。各層の微粒子の殆どが分散状態であるときそのセルは減法混色により黒色となり、殆どの微粒子が電極に堆積した状態では光透過性すなわち白色になる。Ｙ，Ｍ粒子が適度に分散状態にあり、Ｃ粒子が電極堆積状態にあれば、その部分は赤（Ｒ）色となる。Ｃ，Ｍ，Ｙパネルに加えて、より純黒色を表示するために白-黒に変調できる第４のパネルが追加され４層構成をとる場合もある。またセルの積層はＹ，Ｍ，Ｃの順に固定される必要はない。
図２の（Ｂ）は（Ａ）の１変型であり、基板の数が２枚少なくなっている。一方の基板の上に単色のカプセル粒子を敷き詰めたものを単層パネルとしてこれをバインダー樹脂８ないし透明接着剤１１を介して順次積層してゆくことで構成されている。最上層については表示面保護のために設けられた透明シートであり、保護のための樹脂層で置き換えてもよい。積層型カラーパネルで大切なことは画素サイズに較べて基板が厚い場合、好ましいカラー像が見える視角が制約を受けるから、広い視野角に渡って良好なカラー像を再現するには基板は出来るだけ薄くする必要がある。その点において（Ｂ）タイプは（Ａ）タイプに較べて視野角の点で有利になる。
【００１０】
図３はモノクロＸ−Ｙマトリクスパネルの製造工程を示すものである。蒸着、スパッタ、印刷、インクジェットなどで設けられ、必要に応じてフォトエッチなどで形成した平行帯状のＹ電極１４は基板２の上面に設けられている。ついでパネル周辺部でＹ電極の端子取り出し部を除いて絶縁層を設けてのち、Ｙ電極と同一方向に突起を有するＸ電極を形成する。ついでＸ電極を覆うように絶縁層を設ける。次に図３ではＹ電極の右エッジ部とＸ電極の突起の左エッジ部の絶縁膜をフォトエッチなどで取り除き、粒子に電界を印加するための対向電極を露出させる。こうして形成した対向電極を覆うようにカプセル粒子を敷き詰めて保護層を被せるか上基板を貼り付け、必要に応じて周辺にて両基板を接着してパネルが完成する。Ｘ電極１５に走査パルス、Ｙ電極１４に信号パルスを印加してあらかじめ微粒子をＹ電極１４（ないし電極１５ｂ）側のカプセル内壁に集積させておいた後（明状態）、線順次でＸ電極１５に走査パルスを印加するのに併せてＹ電極１４に逆極性の電圧パルスを印加して集積した粒子の１部ないしすべてをカプセル内に分散させることによってカプセル粒子からなるセルを光吸収性にしてＸ−Ｙマトリクス表示を実現する。図３はＸ−Ｙ電極がほぼ同一面上に設けた構成であるが、図１ｃと同様、Ｘ−Ｙ電極を各々の基板の内側に設けた構成も可能である。図３a、図３bでセルは１個のカプセル粒子からなる短型領域として描いているがこれに限られるものではなく円形やハニカム状構造体でもよくまた１セルに１個ないし複数のカプセル粒子が配置されていてもかまわない。本願ではセルを画素と同意語で用いている。
図３の場合はいわゆるパッシブマトリクスに相当し、電極に挟まれたカプセル粒子内の微粒子移動に閾値性を有していなければならない。堆積した粒子を逆電界によって分散させるのにカプセル内の媒体がガスであれ液体であれ多かれ少なかれ閾値性を有するが、多数のＸ電極を有する大容量表示をより高速で実現するにはアクティブマトリクス構成にする必要がある。すなわち各セルにＴＦＴ（Thin Film Transistor）や非直線抵抗素子のようなスイッチ素子を設ける必要がある。
【００１１】
図４ａに各画素にＴＦＴなどのスイッチ素子を導入したアクティブマトリクス構成の表示パネルを製造する１例を示す。まずフィルムなどの透明基板２に蒸着、スパッタ、印刷、インクジェットなどの方法で電極膜を形成し、フォトエッチング法などで（Ａ）のようにＹ電極１４を形成する。ついで表示領域に蒸着、スパッタ、印刷、塗布、フォトレジストフィルムの貼りつけなどの方法で第一絶縁膜１６を形成しフォトエッチングによりＹ電極１４とソース（Ｓ）電極１８を繋ぐための孔１７を設ける（Ｂ）。ついでＹ電極形成と同様の方法でＳ（ソース）電極１８、Ｄ（ドレイン）電極１９を形成する（Ｃ）。ドレイン電極の幅はＹ電極より狭く、Ｙ電極の右エッジと絶縁膜を介して重なるように形成されている。この上にa-Siなどの無機半導体あるいは有機半導体とゲート絶縁膜を相次いで設けて、必要ならエッチングで、ソース、ドレイン部の積層２０を残して取り除く（Ｄ）。次に第二絶縁膜を設け半導体部/ゲート絶縁膜部２０の絶縁膜を取り除きＹ電極形成と同様の方法でＸ電極１５およびゲート電極２４を形成する（Ｅ）。次に第三絶縁膜を設けＹ電極形成と同様の方法で共通電極２２を形成する（Ｆ）。共通電極２２の幅はＹ電極より狭く、左エッジがＹ電極の左エッジと絶縁層を介して重なるように構成されている。つぎに共通電極保護のために一様な絶縁膜を形成した場合はドレイン電極１９の右エッジ部、共通電極２２の左エッジ部の絶縁膜をフォトエッチ、サンドブラストなどで取り除いて露出させる。共通電極２２はパネル周辺部で互いに結合されている。ドレイン電極１９、共通電極２２の幅はＹ電極より少し狭くしてあるのは隣り合う他のセルに電界が作用するのを防ぐために絶縁層で覆うためである。互いに向かい合う側は絶縁層を被らずセル内で露出しているのは駆動電圧を低減するためである。周知のＭＩＭ（Metal
Insulator Metal）や酸化亜鉛を樹脂に分散したような非直線抵抗素子など２端子スイチイング素子をＴＦＴの代わりに使用する場合は半導体、ゲート絶縁膜を設ける工程で２端子素子をソースとドレイン電極間に形成すればよくこの場合Ｘ電極と繋がるゲート電極２４は不要である。
図４ｂは図４ａで形成したアクティブマトリクス基板にカプセル粒子を配置した図である。ドレイン電極１９の右エッジ部と共通電極２２の左エッジ部間がカプセル粒子中の微粒子を移動させる対向電極対となるから、これらを覆うようにカプセル粒子を所定位置に配置するためのスペーサを設けて後、図４ｂに示すようにカプセル粒子を敷き詰める。他の透明基板１を貼り付け、必要なら周辺部において接着剤で接着してパネルが完成する。
【００１２】
ＴＦＴや非直線素子を設けたマトリクスパネルの利点はクロストークを防止できることは勿論、粒子が十分に移動し得ない短い電圧パルスで走査されても、カプセル内に電圧が保持されることにより非選択期間にも粒子を移動させ得る点にあり、高速アクセスが可能になる。
粒子の移動速度が表示の応答性を決めるが、表示用途で用いられている微粒子の移動は空気などガス体でサブミリ秒、電気泳動で数ミリ秒から数百ミリ秒が実状である。もし応答１０ミリ秒のセルの場合走査線（Ｘ電極）が１０００本ならば表示の全面更新に１０秒かかってしまう。しかし走査は２０マイクロ秒で行ってもスイッチ素子により１０ミリ秒程度の電圧保持がなされれば、毎秒５０枚の画像更新が可能になり、ＴＶなどの動画表示も実現できる。ドレイン電極と共通電極間のセルの時定数が粒子移動時間より小さい場合は、ドレイン電極と共通電極間に並列容量を設けて時定数を増大すればよい。
【００１３】
透過は勿論、反射で使用するＸ−Ｙマトリクスパネルで特に重要なことは、良好なコントラスト、色純度を実現するには出来る限り開口率を高くすることである。図４aでスイッチ素子を敢えてＹ電極上に設けているのは少しでも開口率を高めるためである。ここで開口率とは全表示面積に対して濃度を変化できる面積の割合をいう。たとえばＸ−Ｙ電極の幅が２０μでセルピッチが５０μの場合セルの有効サイズは３０μ角になるから開口率は３６％（堆積粒子層の厚みやカプセル粒子間の隙間を無視した場合）になり、電極幅が１０μの場合に６４％、５μの場合８１％となる。開口率を１００％にすることは不可能であるから反射型パネルの場合は白色度を上げるため表示面側から見える電極はアルミや銀などのように反射性であることが望ましい。クロムや銅など反射率が低い電極を用いる場合は基板１とＹ電極の間に白色反射性の膜が設けられていることが望ましい。画素（セル）が縦横５０μピッチの場合５０８ｄｐｉの解像度になるからＡ４サイズ（２９７×２１０ｍｍ）の有効８０％に表示するとして約２０００万画素に相当し十分に高精細な表示装置に成り得る。電極幅一定の時、セルピッチを大きくすれば開口率は向上するが駆動電圧が高くなるか応答が遅くなるため用途に応じてセルピッチを決めるべきである。
Ｘ−Ｙマトリクスパネルで各マトリクス交点を１画素に相当させてもよいが、大型パネルでは複数の画素をまとめて１画素として十分な場合があり、駆動源を減じることができる。
【００１４】
本発明は微粒子の移動、集積によって表示を実現するもので、微粒子の表示面内での濃度均一性を維持するために微粒子をカプセルに閉じ込めている。微粒子をカプセルに閉じ込めることによる他の利点は、液状ないし流動性粉体としての微粒子分散系を固体化でき表示面への塗布、上下基板の貼り合わせ等における取り扱いの容易さである。またバインダーとなる樹脂にカプセル粒子を分散させたインキを電極を形成してある基板にスクリーン印刷法、インクジェット法、ドクターブレード法などで塗布、乾燥すれば上基板を用いなくても表示装置に成り得る点で薄型、軽量化に寄与できる。
【００１５】
図５に本発明の透過型カラーパネルの断面図を示す。現在の液晶カラーパネルのライトバルブとしての液晶を、パンクロマチックに透過率を変調できる黒色微粒子を内包したマイクロカプセルに置き替えることによって実現している。すなわちＸ−Ｙマトリクス構成のＴＦＴアレー１３cが形成された透明ガラス基板２とストライプ状あるいはドット状にＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルタ１３aが設けられた基板１との間にマイクロカプセル３が挟まれて構成されている。ここでは共通電極２２はカラーフィルタ側に設けており、ブラックマトリクス１３ｂの下に設けているが、ブラックマトリクスに導電性のものを用いれば共通電極２２とブラックマトリクスを兼用することは可能である。またカラーフィルタ１３aはＴＦＴアレー側に設けてあってもかまわない。図５のカラーパネルはＲ，Ｇ，Ｂ併置カラーフィルタを用いているためバックライト光の２／３をロスする欠点はあるが、現状確立しているＴＦＴアレーの量産プロセスと設備がほぼそのまま利用できる利点がある。
ＴＦＴアレーの電極構成は図４で述べたように液晶用の場合から若干変更すればよい。
液晶パネルの場合と違って、ＩＴＯ透明電極、配向膜、偏光板、配向処理プロセスなどは不要であり、プロセスの簡易化、部材の低減化に加えて、偏光板を用いないことによりバックライト光の５０％ロスや視角依存からも開放され明るく高視野角の表示が実現できる。
【００１６】
図６にはＲ，Ｇ，Ｂ併置カラーフィルタによる光線ロスをなくすために、図２と同様Ｃ，Ｍ，Ｙカプセル粒子を積層構造で用いたフルカラーパネルのほぼ２画素分の断面図を示す。ここでは１色分の１画素は３×３個の単層カプセル粒子から成るとして図示している。カプセル粒子径が２０μであればスペーサは約６０μの高さを必要とし、各々の色粒子を駆動するためのドレイン電極はスペーサ９内に内蔵されており、対向する共通電極２２と共にほぼ各色カプセル粒子層の中央部に位置している。共通電極は３色とも共通でよいから図６のスペーサ２２の左面に面状に形成されていてもよい。図６のような構成のアクティブマトリクスパネルを製造する方法として大きくは３つの方法が可能である。すなわち（１）Ｃ，Ｍ，Ｙカプセル粒子駆動用ＴＦＴはすべて基板１の、後にスペーサ９が形成される領域に形成されており、各色用ドレイン電極とこれに対向する共通電極は絶縁性スペーサの内部ないし表面を通して形成し、アレー基板とスペーサが形成された後にカプセル粒子を１層ずつ積み上げる。（２）Ｃ，Ｍ，Ｙカプセル粒子駆動用ＴＦＴはすべて基板２の、後にスペーサ９が形成される領域に形成されている点で（１）と同様であるが、各色用ドレイン電極、共通電極などの形成及び下部に形成されている対応する色用ドレイン電極との配線は各色カプセルを敷き詰めた後に追加してゆく。（３）１色目のアレーが形成された基板に１色目のカプセル粒子を敷き詰めて、表面を平坦化して後２色目のＴＦＴアレーを形成するというように、アレーとカプセル粒子層を順次形成してゆく。以上いずれの方法に於ても導体の積み上げには導体ペーストのインクジェット描画法やアディティブ法として広く用いられている無電解メッキ法などが利用される。いずれにしても最終カプセル粒子層が配置されて後は透明保護層を設けるか図６のように透明上基板を貼り付けて積層型カラーパネルが構成される。図示は省略されているが、カプセル粒子間の隙間は透過率を変調できずカプセル膜、バインダーなどは透明で光り抜けを生じるから、黒色表示の品位を上げる為に光り抜けを生じる領域はブラックマトリクスをたとえば基板１ないし基板２上に設けておくことが望ましい。
図６の構成はＲ，Ｇ，Ｂ併置カラーフィルタを用いていないからバックライトロスが生じず、偏光板も不要であるからまさに理想的なフルカラーパネルに成り得る。
【００１７】
図３〜図６の構成の電極、ＴＦＴ，非直線素子などの形成を印刷、インクジェットなどで形成しかつプロセスが低温であれば長尺フィルムを基板に使用でき生産性が上がり低コストでパネルを製造できメリットが大きい。印刷法、インクジェット法を多用すればロールツーロールでパネルを製造し易く高速で大量生産が可能になる。
【００１８】
図７にはロールツーロールでパネルを製造する構成例を示す。
ロール状フィルムが上基板用フィルム供給部から供給され洗浄、乾燥等を行い電極、必要に応じてアクティブ素子形成部を経て上基板１が形成される。別のロールから供給された下基板用フィルムも同様の方法で電極、必要に応じてアクティブ素子やスペーサが形成され、こうして形成された上下基板のいずれかにカプセル粒子を整然と塗布し両基板間を気泡が残らないように重ね合わせ接着固定する。両基板を重ね合わせる前に電極に電圧を供給する電極端子を露出するために上下フィルム基板の端子引き出し部はパンチングなどの方法で穴あけがなされている。こうして接着固定された上下シートはパンチングなどの方法で切断されて個別の表示パネルが出来上がる。ドライバＬＳＩをＦＰＣやＣＯＧなど周知の方法によって表示パネルの端子部に取り付けてモノクロ用表示パネルが完成する。図４で述べたように電極、スペーサ、アクティブ素子、カプセル粒子などをすべて片側基板にのみ形成して保護層を塗布するか、他方の基板を貼り合せる構成も可能である。上記方法で製造されたＣ，Ｍ，Ｙ用個別パネルを接着剤で張り合わせるか、個別パネルに切断するに先立って長尺状態で少なくとも３枚のパネルを接着剤で貼合わせた後切断し、ドライバＬＳＩを実装することによってフルカラーパネルが作られる。走査電極は３枚のパネルであらかじめパネル周辺部で接続しておくことで、Ｘドライバ数は１色分と同じ数に減じることができる。パネルを反射型で使用する場合紙などの白色基板に貼り付け、透過型で使用する場合は背面バックライトに貼り付けてパネルが完成する。
薄いフィルムシートは伸び縮みが激しいからＣ，Ｍ，Ｙの３枚のパネルを高精度に貼り合わせることは困難を伴う。レジストレーションが完全でない領域は解像度や色純度の低下をもたらす。
ＣＣＤ等で監視しつつ温度、張力などによって伸縮を調整して各層のセルが適切にレジストレーションされるよう出来る限り高精度に貼り合わせる必要がある。
【００１９】
本表示パネルを形成する他の方法としては、片側のフィルム基板をあらかじめガラスなどの剛体基板に単個取りあるいは多数個取りを想定したサイズで貼り付けておき、電極、スイッチ素子、スペーサ、カプセル粒子配列などの形成プロセスを実施して後、保護層を設けるか他方のフィルム基板を貼り付けてパネルを形成し、しかる後剛体基板からパネルをはがす方法をとれば、フィルムの薄さ、伸縮性から生じるプロセスの困難性は軽減する。Ｃ，Ｍ，Ｙの３枚のパネルを重ね合わせる際にも第１層目のパネルが剛体基板に貼り付いておれば２層、３層目のパネルをレジストレーション良く積層しやすい利点がある。
【００２０】
セルを多数積層する表示パネルにおいて特に注意すべきは、界面反射である。屈折率が異なる界面では必ず界面反射が生じる。図２ａの３層積層型のカラーパネルでは、モノクロパネル１層辺り多数の層（基板、カプセル膜、表示媒体、バインダー膜、接着層）から成るから各層は出来るだけ透明性が高いのは勿論、屈折率のできるだけ等しい材料で構成することが望ましいことは言うまでもない。
【００２１】
本発明に使用する材料について述べる。
本発明で使用するマイクロカプセルの製法は公知の種々の方法が適用できる。すなわち、（１）化学的方法として代表的な界面重合法やin-site重合法（界面反応法）  （２）物理化学的方法として代表的な液中乾燥法、コアセルベーション法、融解分散冷却法  （３）機械的方法として代表的な噴霧乾燥法、乾式混合、オリフィス法  などである。マイクロカプセルの膜材としてはゼラチン、アラビアゴム、メラミン樹脂、尿素樹脂、ホルマリン樹脂、ウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、アミノ酸樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂など多様な高分子材料が使用可能である。内部がガス体のマイクロカプセルは一般にマイクロバルーンと称される。微粒子を内蔵したマイクロバルーンの製法としては、微粒子の成分にたとえば紫外光照射で窒素ガス等を発生する成分を導入ないし表面に吸着させておき、微粒子群を高分子樹脂で覆ってカプセル化して後、紫外光を照射して内部にガスを発生して微粒子内蔵マイクロバルーンを製造することができる。表示媒体７がガス体のものは微粒子移動に抵抗が少ないから高速応答の表示パネルが可能になる。
【００２２】
フィルム基板としてはナイロン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポバール、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエーテルサルフォンなど各種のものが使用できる。通常紙の厚みは１００μ前後であるが、基板が各１０μ、各色セル厚約３０μのフルカラーパネルを構成して各セル間の接着剤厚を考慮しても基紙に多少薄いものを用いれば０．２ｍｍ程度の厚みに収まる。
【００２３】
微粒子としては白黒用にはカーボンブラック、ピグメントブラック、黒鉛などまたはこれらが樹脂に埋め込まれたいわゆるトナーが使用でき、Ｃ，Ｍ，Ｙ微粒子としては印刷インキ、カラー複写機用トナー、インクジェット用インキなどに用いられているアゾ系、フタロシアニン系、ニトロ系、ニトロソ系など各種有機顔料や酸化鉄、カドミウムエロー、カドミウムレッドなどの無機顔料など多様なものを用いることが出来、粒径は通常０．０１μ〜５μ程度のものが用いられる。Ｙ色微粒子としてはハンザイエロー、ベンジジンイエロー、キノリンイエローなど、Ｍ色微粒子としてはピグメントレッド、ローダミンＢ、ローズベンガル、ジメチルキナクリドンなど、Ｃ色微粒子としてはアニリンブルー、フタロシアニンブルー、ピグメントブルーＫなど、黒色微粒子としてはカーボンブラック、ピグメントブラック、アニリンブラックやＣ，Ｍ，Ｙ微粒子を混合して用いられる。微粒子は単体ばかりではなく帯電性や色調を最適化するため染料、顔料およびいくつかの色材を樹脂や液体と共に内包したカプセルとした微粒子を使用してもよい。粒子の形状は球形はじめ針状、鱗片状など異方形状のものは分散状態では光線吸収能が高く、積み重なった集積状態で吸収断面積が減じるものは本願で用いるのにふさわしいものである。
【００２４】
媒体が液体の場合シリコン系、石油系やハロゲン化炭化水素など多種類の高絶縁性溶媒が利用できる。媒体として液晶を用いると電界によって分子配列状態が変化し、併せてカプセル内での流体の流れが影響を受けるから、微粒子として２色性色素や先に述べた針状や鱗片状のような異方形粒子を分散しておくと、集積状態と分散状態での吸収断面積比を向上させる効果が期待できる。
【００２５】
非直線素子材料としてはＴａ，Ａｌなどの薄膜を陽極酸化して他方の金属で挟み込んだＭＩＭや、カルコゲナイト系、酸化亜鉛などの半導体が利用でき、ＴＦＴ材料としてはa−Ｓｉやa-InGaZnOなどの無機半導体またペンタセン、ポリフルオレン、ポリフェキシルチオフェンなどの低分子や高分子の有機半導体が用いられ、特に有機ＴＦＴは処理温度が低くフィルム上に形成できる利点があり特に有望である。
【００２６】
表示パネルが高精細であればドライバＬＳＩを多数個搭載する必要があり、高価になる上にペーパライク性が失われる。本発明の表示パネルはメモリ性を有するから一旦表示を更新すればドライバを切り離しても表示は維持される。従ってパネル電極端子部を露出しておき、表示を更新する時のみ信号供給源に接続する方法をとることも可能でありシステム構成を図８に示す。ＬＳＩを実装していない表示シートがたとえば図６のような３枚積層型Ｘ−Ｙマトリクスフルカラーパネルの場合図８に示すようにＣ，Ｍ，ＹパネルのＹ電極を３段に分離して、共通電極端子と共に露出しておく。Ｘ電極もＣ，Ｍ，Ｙパネルの対応する各Ｘ電極を互いに接続して共通化したＸ電極を右辺に露出しておき、表示更新時のみ図８に示す信号源の表示シート挿入口に装填し、信号源に設けられたＹ，Ｘ電極および共通電極用端子と対応するパネルの電極端子を押し圧などで接触させてパネルを駆動する。表示更新された表示シートをたとえば左辺に設けられたパンチ孔で複数枚のシートをファイルとして綴じるという使い方も可能になる。信号源とシート電極端子との接触給電は端子が狭ピッチの場合高精度の位置合わせを必要とするが、シートにあらかじめ設けられた合わせマークを信号源に内蔵されたＣＣＤセンサーなどで検出して高精度位置合わせを達成することは可能である。微妙な位置合わせは表示観察窓を通して確認することも有用である。信号源にＰＣ機能、バッテリ、無線ＬＡＮ機能、ＴＶ受信機能などが内蔵されていれば、図８の信号源はそれ自体が超薄型、軽量のポータブルＰＣおよびＴＶとして機能し得る。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は次のような効果を奏する。
請求項１に記載されている発明は表示面に平行な電界の作用で微粒子を局所に堆積させるかランダムに分布させて光線透過性を変化させるものであり光線シャッタとして有用なものである。偏光板を用いる従来の液晶シャッタのような光線ロスが回避できるゆえ、明るい表示が可能となり、Ｒ，Ｇ，Ｂカラーフィルタと併用した加色混合法でフルカラー表示が可能であるばかりか、構成は複雑化するがＣ，Ｍ，Ｙパネルを積層することによってより明るいフルカラー表示が実現できるものであり、表示内容を随時書き替えでき紙のように取り扱うことができるフルカラー電子ペーパも実現できるものである。勿論紙状基板に貼り付けるのではなく白色バックライトに貼り付ければ暗い所で観賞できる表示装置として使用でき、非点燈時に白色反射のバックライトを背面に設けておれば反射、透過両用で使用できる多用途ディスプレイになり得るものである。
【００２８】
従来のＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルタを並置して設けた偏光板利用液晶等の加色混合型カラーディスプレイに対して偏光板を使用していない分で２倍明るく、Ｃ，Ｍ，Ｙ積層型にすればＲ，Ｇ，Ｂ並置カラーフィルタで生じる２／３の光線ロスを回避できるゆえ合計６倍明るいか、ないしバックライトに関しては１／６の電力消費ですむメリットが生じる。
【００２９】
対向する１対の透明電極を用いる従来型の反射型パネルでは媒体が１層でも入射光線は４回透明電極を通過することになるから白色光の透過率が１層当たり９０％としても６６％(=0.9＾4 =0.656)しか反射できないことになってしまう。カラーで３層積層すると透明電極は６層になり、反射で使用すると入射光は１２回透明電極を通過することになり、同じく１層の透過率が９０％としても２８％(=0.9^12)の反射率に低下してしまい反射型表示装置としては致命的な明るさになってしまう。本発明の構成では表示面内に透明電極を用いていないから積層カラーパネルでも光線透過ロスを極めて低減できて明るい反射および透過表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１ａ】〜
【図１ｃ】は本発明の表示原理を説明するためのパネル横断面図である。
【図２ａ】、
【図２ｂ】は本発明のカラーパネルの表示原理を説明するための横断面図である。
【図３ａ】、
【図３ｂ】は本発明のパッシブマトリクス構成のＸ−Ｙマトリクスパネルの斜視図である。
【図４ａ】は本発明のアクティブマトリクス構成のＸ−Ｙマトリクスパネルの製造工程図である。
【図４ｂ】はアクティブマトリクスとスペーサが形成された
【図４ａ】の最終基板にカプセル粒子を所定位置に配置した図である。
【図５】は本発明のカラーフィルタ付きフルカラーパネルの横断面図である。
【図６】は本発明のアクティブマトリクス型積層フルカラーパネルの横断面図である。
【図７】は本発明のパネルをロールツーロールで製造するための構成図である。
【図８】は本発明のパネルを信号源と分離可能とした表示システム構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  透明上基板
２  透明下基板
３  カプセル粒子
４  セル
５  微粒子
６−１，６−２  電極
７  表示媒体
８  バインダー
９  スペーサ  
１０  白色基紙
１１  接着剤
１２  絶縁物
１３ａ  カラーフィルタ
１３ｂ  ブラックマトリクス
１３ｃ  Ｘ−ＹマトリクスＴＦＴアレー
１４  Ｙ電極
１５  Ｘ電極
１６  第一絶縁層
１７  孔
１８  ソース電極
１９  ドレイン電極
２０  半導体と絶縁層の積層
２１  第二絶縁層
２２  共通電極
２３  第三絶縁層
２４  ゲート電極
【図５】
2007298894.tif 000003
【図８】
2007298894.tif 000004
【図１ａ】
2007298894.tif 000005
【図１ｂ】
2007298894.tif 000006
【図１ｃ】
2007298894.tif 000007
【図１ｄ】
2007298894.tif 000008
【図２】
2007298894.tif 000009
【図３ａ】
2007298894.tif 000010
【図３ｂ】
2007298894.tif 000011
【図４ａ】
2007298894.tif 000012
【図４ｂ】
2007298894.tif 000013
【図６】
2007298894.tif 000014
【図７】
2007298894.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月23日(2006.5.23)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
【図１ａ】は本発明の表示原理を説明するためのパネル横断面図である。
【図１ｂ】本発明の表示原理を説明するための他のパネル横断面図である。
【図１ｃ】本発明の表示原理を説明するための他のパネル横断面図である。
【図１ｄ】本発明の表示原理を説明するための他のパネル横断面図である。
【図２】は本発明のカラーパネルの表示原理を説明するための横断面図である。
【図３ａ】、
【図３ｂ】は本発明のパッシブマトリクス構成のＸ−Ｙマトリクスパネルの斜視図である。
【図４ａ】は本発明のアクティブマトリクス構成のＸ−Ｙマトリクスパネルの製造工程図である。
【図４ｂ】はアクティブマトリクスとスペーサが形成された
【図４ａ】の最終基板にカプセル粒子を所定位置に配置した図である。
【図５】は本発明のカラーフィルタ付きフルカラーパネルの横断面図である。
【図６】は本発明の積層型フルカラーパネルの横断面図である。
【図７】は本発明のパネルをロールツーロールで製造するための構成図である。
【図８】は本発明のパネルを信号源と分離可能とした表示システム構成図である。
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月20日(2006.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
分散粒子を表示面に対して水平方向に移動集積させることによって光線透過性を変化させる横電界方式電気泳動表示法も提案されている。パネル構成としては表示面に対して平行な表示電極面を有するもので、粒子を局所に集積させるか面状に堆積させるかによって透過率を変化させるものである。画素内に電極を設けているゆえに開口率の低下（光線ロス）が避けられずまた透明電極を必要とする故に表示層を多層に積層した場合電極での光線ロスが避けられず満足な白色度が得られないことや、不均一電界中での電気泳動であるため透明電極に均一に粒子を堆積し難いことや、透明電極を設けることによるコストアップおよびフィルム上の透明電極はクラックや剥離を生じやすいなど機械的強度で難点を有するものであった。一方同一種類の粒子で異極性のものが混在しているとコントラストを低下させるため分散系は単一極性粒子のみになるように厳格な調整と管理を必要とした。
【特許文献１】特公昭５０−１５１１５公報
【特許文献２】特開昭４９−２４６９５公報
【特許文献３】ＵＳＰ5,745,094
【特許文献４】特開平９−２１１４９９
【特許文献５】ＵＳＰ5,930,026
【特許文献６】特開２００１−２０１７７０公報
【特許文献７】ＵＳＰ6,184,856
【特許文献８】特開２００４−３１７５２６公報
【非特許文献１】ＳＩＤ２０００ダイジェスト２９頁「HighPerformance Electroph    oretic Display」
【非特許文献２】ＳＩＤ２０００ダイジェスト２４頁「Developmentof in-Plane EP    D」