(57)【要約】 【課題】  誘電泳動表示装置の表示性能の低下を防止するとともに良好な表示を得る。【解決手段】  誘電泳動表示装置は、第二の基板における第一の基板に対向する面に設けられた対向電極と、第一の基板における第二の基板に対向する面に設けられた着色光散乱絶縁層と、着色光散乱絶縁層上に配列された複数の画素電極部と、複数の画素電極部を個別に囲む隔壁と、誘電体からなる粒子が複数分散され隔壁に囲まれた領域に充填された媒体と、画素電極部に電圧を印加する電圧制御部とを備えている。画素電極部は、画素中央部に設置され電圧制御部により電圧が印加されることで媒体中の粒子を画素の両側部に集める第一の電極と、第一の電極を挟むように画素両側部に配置され電圧制御部により電圧が印加されることで媒体中の粒子を画素の中央部に集める第二の電極とを備えている。電圧制御部は第一の電極又は第二の電極に対して電圧を印加する際、高周波電圧を印加する。【選択図】        図１
2012212038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を有して互いに対向配置された第一の基板及び第二の基板と、
前記第二の基板における前記第一の基板に対向する面に設けられた対向電極と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に介在する隔壁と、
前記第一の基板における前記第二の基板に対向して前記隔壁に囲まれた面に配列された第一の電極と第二の電極とを含む画素電極部と、
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた領域に介在する誘電体からなる粒子と、
前記第一の電極又は前記第二の電極に電圧を印加することにより、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電界を発生させ、前記第一の電極と前記第二の電極との間で前記粒子を移動させる電圧制御部と、
を備えることを特徴とする誘電泳動表示装置。
【請求項２】
前記画素電極部の前記第一の電極は前記隔壁に囲まれた前記面の中央部に設置され、前記画素電極部の前記第二の電極は間隙を開けて前記第一の電極を挟むように前記隔壁に囲まれた前記面の両側部に設置され、
前記電圧制御部は前記電圧が前記第一の電極に印加されるときに前記粒子を前記第二の電極側に移動させ、前記電圧が前記第二の電極に印加されるときに前記粒子を前記第一の電極側に移動させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の誘電泳動表示装置。
【請求項３】
前記対向電極はグラウンドに接地され、
前記電圧制御部は前記電圧が印加されていない前記第一の電極又は前記第二の電極を電気的なフローティング状態とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘電泳動表示装置。
【請求項４】
前記第一の基板に設けられた着色散乱絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の誘電泳動表示装置。
【請求項５】
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた前記領域に充填された媒体をさらに備え、前記媒体の誘電率は前記隔壁の誘電率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
【請求項６】
前記電圧制御部は前記第二の電極に対して間欠的に前記電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
【請求項７】
前記第一の基板と前記第二の基板との前記間隔は前記第一の電極と前記第二の電極との前記間隙の７５％〜１００％の範囲内に収まるように設定されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
【請求項８】
前記電圧は、周波数が０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲に収まる交流電圧であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
【請求項９】
間隔を有して互いに対向配置された第一の基板及び第二の基板と、
前記第二の基板における前記第一の基板に対向する面に設けられた対向電極と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に介在する隔壁と、
前記第一の基板における前記第二の基板に対向して前記隔壁に囲まれた面に配列された第一の電極と第二の電極とを含む画素電極部と、
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた領域に介在する誘電体からなる粒子と、
前記第一の電極又は前記第二の電極に周波数が０．１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の範囲に収まる交流電圧を印加することにより、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電界を発生させ、前記第一の電極と前記第二の電極との間で前記粒子を移動させる電圧制御部と、
を備えることを特徴とする誘電泳動表示装置。
【請求項１０】
前記画素電極部の前記第一の電極は前記隔壁に囲まれた前記面の中央部に設置され、前記画素電極部の前記第二の電極は間隙を開けて前記第一の電極を挟むように前記隔壁に囲まれた前記面の両側部に設置され、
前記電圧制御部は前記交流電圧が前記第一の電極に印加されるときに前記粒子を前記第二の電極側に移動させ、前記交流電圧が前記第二の電極に印加されるときに前記粒子を前記第一の電極側に移動させる、
ことを特徴とする請求項９に記載の誘電泳動表示装置。
【請求項１１】
前記対向電極はグラウンドに接地され、
前記電圧制御部は前記交流電圧が印加されていない前記第一の電極又は前記第二の電極を電気的なフローティング状態とすることを特徴とする請求項９又は１０に記載の誘電泳動表示装置。
【請求項１２】
前記第一の基板に設けられた着色散乱絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の誘電泳動表示装置。
【請求項１３】
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた前記領域に充填された媒体をさらに備え、前記媒体の誘電率は前記隔壁の誘電率よりも大きいことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
【請求項１４】
前記電圧制御部は前記第二の電極に対して間欠的に前記交流電圧を印加することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
【請求項１５】
前記第一の基板と前記第二の基板との前記間隔は前記第一の電極と前記第二の電極との前記間隙の７５％〜１００％の範囲内に収まるように設定されていることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電泳動表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電泳動現象を用いて画像を表示する誘電泳動表示装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この誘電泳動表示装置は、間隔を開けて対向配置された一対の基板間の画素領域に媒体が充填されていて、この媒体中に誘電体からなる微粒子が分散されている。そして、一対の基板のうち、一方の基板における他方の基板に対向する面にはその媒体中に不均一な電場を形成できるようにパターニングされた画素電極を備えている。この画素電極に対して電圧を印加することで媒体中に発生した電場勾配による誘電泳動力によって微粒子が局所的に凝集して入射光を透過させ、電圧を印加しないことで微粒子が画素領域内の一面におしなべて分散して入射光を遮断する。これらの状態を画素毎に制御することで、画像の表示が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６４９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の電気泳動表示装置においては駆動電圧が直流であるために、元から媒体内に存在する水分や、基板からの吸湿によって媒体中に侵入した水分が電極反応を起こして水素を発生させてしまい、結果的に表示性能の低下や、電極の劣化を誘発するおそれがあった。
そこで、この電極反応を防止するために電極表面に絶縁膜を施すことなどが考えられるが、そうすることにより駆動電圧を高くする必要がある。さらには長期間にわたり直流高電圧が繰り返し印加された場合には、この絶縁膜や分散媒中に電子やイオンなどの偏った空間電荷分布が形成され、残留ＤＣ電圧として蓄積されてしまう。その結果、泳動粒子に印加される電圧が変動して画像輝度が得られないという、いわゆる焼き付けの問題が新たに発生してしまうおそれがあった。
このため、本発明の課題は表示性能の低下を防止するとともに良好な表示を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、本発明の第一の誘電泳動表示装置によれば、
間隔を有して互いに対向配置された第一の基板及び第二の基板と、
前記第二の基板における前記第一の基板に対向する面に設けられた対向電極と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に介在する隔壁と、
前記第一の基板における前記第二の基板に対向して前記隔壁に囲まれた面に配列された第一の電極と第二の電極とを含む画素電極部と、
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた領域に介在する誘電体からなる粒子と、
前記第一の電極又は前記第二の電極に電圧を印加することにより、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電界を発生させ、前記第一の電極と前記第二の電極との間で前記粒子を移動させる電圧制御部と、
を備えることを特徴とする。
また、以上の課題を解決するため、本発明の第二の誘電泳動表示装置によれば、
間隔を有して互いに対向配置された第一の基板及び第二の基板と、
前記第二の基板における前記第一の基板に対向する面に設けられた対向電極と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に介在する隔壁と、
前記第一の基板における前記第二の基板に対向して前記隔壁に囲まれた面に配列された第一の電極と第二の電極とを含む画素電極部と、
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた領域に介在する誘電体からなる粒子と、
前記第一の電極又は前記第二の電極に周波数が０．１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の範囲に収まる交流電圧を印加することにより、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電界を発生させ、前記第一の電極と前記第二の電極との間で前記粒子を移動させる電圧制御部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば表示性能の低下を防止するとともに良好な表示を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態の誘電泳動表示装置の要部構成を模式的に示した説明図である。
【図２】本実施形態の誘電泳動表示装置の１画素あたりの構成を示す正面図である。
【図３】本実施形態の誘電泳動表示装置の１画素あたりの構成を示す断面図である。
【図４】本実施形態の誘電泳動表示装置の画素内部の状態を示す断面図であり、（ａ）は黒表示時の状態、（ｂ）は白表示時の状態を示している。
【図５】本実施形態の誘電泳動表示装置における表示の一例を示す説明図である。
【図６】本実施形態に係る誘電泳動表示装置に印加される交流電圧の周波数に対するＣＭ因子の実数部の周波数特性を示すグラフである。
【図７】本実施形態に係る白表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は白表示時の電圧印加条件を示し、（ｂ）は白表示時の電位分布を示している。
【図８】本実施形態に係る白表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は白表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、（ｂ）は図７（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
【図９】本実施形態に係る黒色表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は黒表示時の電圧印加条件を示し、（ｂ）は黒表示時の電位分布を示している。
【図１０】本実施形態に係る黒色表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は黒表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、（ｂ）は図９（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
【図１１】比較例１における白表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は白表示時の電圧印加条件を示し、（ｂ）は白表示時の電位分布を示している。
【図１２】比較例１における白表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は白表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、（ｂ）は図１１（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
【図１３】比較例１における黒色表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は黒表示時の電圧印加条件を示し、（ｂ）は黒表示時の電位分布を示している。
【図１４】比較例１における黒色表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は黒表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、（ｂ）は図１３（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
【図１５】比較例２における白表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は白表示時の電圧印加条件を示し、（ｂ）は白表示時の電位分布を示している。
【図１６】比較例２における白表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は白表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、（ｂ）は図１５（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
【図１７】比較例２における黒色表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は黒表示時の電圧印加条件を示し、（ｂ）は黒表示時の電位分布を示している。
【図１８】比較例２における黒色表示時のシミュレーション結果を示す説明図であり、（ａ）は黒表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、（ｂ）は図１７（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
【図１９】白表示の際に、比較例１のようにして微粒子の集積・保持を行った場合の粒子の集積状態を実験により示した説明図である。
【図２０】白表示の際に、本実施形態のようにフローティング状態として微粒子の集積・保持を行った場合の粒子の集積状態を実験により示した説明図である。
【図２１】黒表示の際に、比較例１のようにして微粒子の集積・保持を行った場合の粒子の集積状態を実験により示した説明図である。
【図２２】黒表示の際に、本実施形態のようにフローティング状態として微粒子の集積・保持を行った場合の粒子の集積状態を実験により示した説明図である。
【図２３】本実施形態に係る隣接する画素において黒表示、白表示に応じた駆動電圧を印加したときの状態を示す説明図である。
【図２４】本実施形態に係る隣接する画素において黒表示、白表示に応じた駆動電圧を印加したときのシミュレーション結果を示す説明図である。
【図２５】本実施形態に係る電圧印加時による駆動波形の一例を示す説明図であり、（ａ）は白表示時の波形例、（ｂ）は黒表示時の波形例を示している。
【図２６】本実施形態に係る第一の電極と第二の電極との間隙を４０μｍ、６０μｍ、９０μｍとし、画素電極部と対向電極との間隔と表示切替時間との関係を間隙毎に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【０００９】
図１は本実施形態の誘電泳動表示装置の要部構成を模式的に示した説明図である。図２は誘電泳動表示装置の１画素あたりの構成を示す正面図である。図３は誘電泳動表示装置の１画素あたりの構成を示す断面図である。これら図１〜図３に示すように誘電泳動表示装置１には、第一の基板としての基板２と、第二の基板としての透明基板３とが設けられている。基板２と透明基板３とは、間隔を開けて対向配置されている。
【００１０】
基板２における透明基板３と対向する面には、例えば白色に着色された着色光散乱絶縁層４３が積層されている。着色光散乱絶縁層４３の上には複数の画素電極部４がマトリクス状に配列されている。画素電極部４は、画素Ｓの中央部に設置された透明な第一の電極４１と、第一の電極４１を挟むように画素Ｓの両側部に配置された第二の電極４２とを備えている。第一の電極４１と第二の電極４２とは所定の間隙を開けて配置されている。
図３では着色光散乱絶縁層４３を基板２と画素電極部４の間に配置しているが、着色光散乱絶縁層４３を基板２の画素電極部４が配列された面とは反対側の面に配置してもよい。
透明基板３は、例えばガラスから形成されている。透明基板３における基板２に対向する内面には対向電極３１が積層されている。
少なくとも第一の電極４１と対向電極３１は透明電極材料で形成されている。さらに、第一の電極４１、第二の電極４２及び対向電極３１は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；錫ドープ酸化インジウム）から形成されていることが好ましい。
【００１１】
基板２と透明基板３との間には、複数の画素電極部４をそれぞれ囲んで画素を形成するように隔壁５が形成されている。基板２、透明基板３及び隔壁５に囲まれた領域６には、媒体８が充填されていて、媒体８中には誘電体からなる粒子７が複数分散されている。
従って、画素電極部４の第一の電極４１は基板２における透明基板３と対向して隔壁５に囲まれた面の中央部に設置され、画素電極部４の第二の電極４２は間隙を開けて第一の電極４１を挟むように基板２における透明基板３と対向して隔壁５に囲まれた面の両側部に設置されている。
【００１２】
隔壁５は、例えばエポキシ系フォトレジスト等の一般的に低誘電率の有機剤によって形成されている。
粒子７には、媒体８の誘電率とは異なる誘電率を持った黒色微粒子が用いられている。黒色微粒子としては、例えば黒色に着色したポリスチレン粒子やミクロパールなどが挙げられる。
媒体８は、例えば水、メタノール又はこれらの混合液である。媒体８は、隔壁５の誘電率よりも大きい誘電率となっている。例えば、隔壁５がエポキシ系フォトレジストで形成され、媒体８が純水である場合には、隔壁５の誘電率が３となり、媒体８の誘電率が８０となる。
【００１３】
そして、各画素電極部４の第一の電極４１及び第二の電極４２のそれぞれには、これらに対して電圧を印加する電圧制御部９が電気的に接続されている。電圧制御部９は、高周波電圧を供給する交流電源９１を備えている。ここで高周波電圧とは、周波数が０１．ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲に収まる交流電圧のことであり、好ましくは０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲に収まる交流電圧のことである。本実施形態では、振幅±１０Ｖ、周波数１ＭＨｚの交流電圧としている。
また、電圧制御部９は、交流電源９１からの電力供給を、各画素電極部４の第一の電極４１及び第二の電極４２毎に個別に切り替えるスイッチング部９２が設けられている。スイッチング部９２は、第一の電極４１に対する電力供給の有無を切り替える中央用スイッチング素子９３と、第二の電極４２に対する電力供給の有無を切り替える側部用スイッチング素子９４とを備えている。中央用スイッチング素子９３及び側部用スイッチング素子９４は、電力供給時には交流電源９１に対して導通状態となり、電力供給停止時にはフローティング状態となる。ここでフローティング状態とは、第一の電極４１又は第二の電極４２がグラウンドから絶縁され、なおかつ交流電源９１とも絶縁された状態のことである。
そして、中央用スイッチング素子９３及び側部用スイッチング素子９４は、図示しない主制御部に電気的に接続されていて、主制御部からの画像形成信号に基づいて導通状態とフローティング状態とが切り替わるようになっている。
また、対向電極３１はグラウンドに接地されている。
【００１４】
そして、第二の電極４２に対して電圧制御部９により電圧が印加されると、第二の電極４２及び対向電極３１間に高周波電場が発生する。このとき、画素Ｓには基板２及び基板３に平行な横方向の電界成分が発生する。このような電場では、後述する負の誘電泳動力ＦDEPが粒子７に作用し、粒子７は電界強度の低い画素Ｓの中央部に向けて移動し、中央部に集まることになる。これにより、図４（ａ）に示すように粒子７が着色光散乱絶縁層４３を覆い隠すことになり、粒子７の表面色である黒色が表示される。
他方、第一の電極４１に対して電圧制御部９により電圧が印加されると、第一の電極４１及び対向電極３１間に高周波電場が発生する。このとき画素Ｓには先ほどと逆方向に、基板２及び基板３に平行な横方向の電界成分が発生し、粒子７は電界強度の低い画素Ｓの両側部に向けて移動し、両側部に集まることになる。これにより、図４（ｂ）に示すように粒子７が着色光散乱絶縁層４３を覆い隠すことがなくなり、着色光散乱絶縁層４３の表面色である白色が表示される。
【００１５】
例えば、図１に示す場合では、左上の画素Ｓ１及び右下の画素Ｓ４では第一の電極４１に対する電力供給が停止され、第二の電極４２に対する電力供給が行われているので、図４（ａ）の状態、すなわち黒表示となる。また、左下の画素Ｓ３及び右上の画素Ｓ２は、第一の電極４１に対する電力供給が行われ、第二の電極４２に対する電力供給が停止されているので、図４（ｂ）の状態、すなわち白表示となる。全体としては図５に示す表示内容となる。
【００１６】
次に、誘電泳動の原理について詳しく説明する。
分散媒（媒体８）中に存在する微粒子（粒子７）に、外部から電界を与えると分散媒と微粒子の界面に分極により分極電荷が誘起される。その生じる電荷量は分散媒と微粒子の分極率に依存しており、この相違により双極子が形成される。すなわち、分散媒より微粒子の分極率が大きい場合、分散媒-微粒子界面に於いて微粒子側により多くの電荷が蓄積される。その結果、電荷密度の差が生じ、電場と同じ向きの双極子が誘起される。一方、微粒子より分散媒の分極率が大きい場合、外部電界の方向と逆向きの双極子が形成される。
このような均一電場中に於ける双極子は微粒子に駆動力を与えない。それは微粒子を中心として両側の微粒子表面に形成される電界が均一であるため、両側で正反対の向きで同じ大きさの力が作用するからである。しかし、不均一な電界を印加した場合、この誘起双極子が重要な意味を持つ。不均一な電場にさらされた微粒子も先ほどと同様に分散媒と微粒子の分極率の相違により決定される向きを持つ双極子が生じる。不均一電場の場合、微粒子を挟んで左右に形成される電界強度に差が生じている。この差が、誘起双極子が及ぼす力の差となり、微粒子に力が作用する。
このように、誘電泳動とは不均一な電場内に置かれた微粒子に誘起された双極子と電界との相互作用により微粒子に力が働く現象のことである。
この誘電泳動力をＦDEPとすると、ＦDEPは次式で与えられる。
【００１７】
【数１】
2012212038.tif 000003
上記式（１）におけるＫ（ω）は、次式で定義される。
【００１８】
【数２】
2012212038.tif 000004
上記式（２）に示されるように、Ｋ（ω）は、微粒子の複素誘電率と、媒体の複素誘電率とによって決定される。上記式（２）中の各複素誘電率は、それぞれ次式で表される。
【００１９】
【数３】
2012212038.tif 000005
【数４】
2012212038.tif 000006
このＫ（ω）を、ＣＭ（Clausius-Mossotti）因子という。ＣＭ因子は、分極の程度を表す。
【００２０】
ここで、本実施形態では、粒子７の誘電率εpと、媒体８の誘電率εmとを比較すると、εp＜εmとなっているものとする。また、粒子７の導電率σpと、媒体８の導電率σmとを比較すると、σp＞σmとなっているものとする。
【００２１】
図６には、本実施形態に係る誘電泳動表示装置１におけるＣＭ因子の実数部、すなわちＲｅ［Ｋ（ω）］の、印加される交流電圧の周波数に対する周波数特性が示されている。図６に示されるように、出力周波数ｆ２を含む低い周波数帯域では、Ｒｅ［Ｋ（ω）］は正となる。また、出力周波数ｆ１を含む高い周波数帯域では、Ｒｅ［Ｋ（ω）］は負となる。
【００２２】
微粒子と分散媒の物性値を上記の関係に固定すると、Ｒｅ［Ｋ（ω）］が０となる交差周波数:ｆ０よりも低い周波数ｆ２の交流電圧が印加されている場合には「正の誘電泳動」となる。さらに、ｆ０よりも高い周波数ｆ１の交流電圧が印加されている場合には「負の誘電泳動」となる。
粒子の泳動現象だけをとらえると、低周波電圧における「正の誘電泳動」、高周波電圧における「負の誘電泳動」のいずれを採用しても問題はない。また、この特性によって駆動電圧の周波数の高低による微粒子の泳動方向の制御も可能である。しかし、発明者らの鋭意研究によって、溶液中に電極を浸し電極間に直流電圧や低周波電圧を印加すると、溶存した水分、基材の吸湿により分散媒に浸入した水分が電極反応を起こし、電極で水素が発生するとともに、電極を劣化させてしまう現象が発生する。
【００２３】
これを防止するために電極表面に絶縁膜を施すことが考えられるが、絶縁膜は分散媒に比べて高抵抗率であるために印加電圧は絶縁膜中に大きく分圧されてしまい、分散媒中に電界を発生させるためには電極間にこれを補う高電圧を印加する必要が出てくる。そして、長期間に渡りこの高電圧な直流電圧や高電圧な低周波電圧が長期間にわたり繰返し印加されると、この絶縁膜中に電子やイオンなどの偏った空間電荷分布が形成され、それが残留直流成分として絶縁膜中に蓄積されてしまう。その結果、泳動粒子に印加される電圧が変動して画像濃度が得られないと言う、いわゆる焼付きの問題が新たに発生する。
この電極反応は直流電圧や低周波電圧で発生する現象であり、高周波電圧では起こりにくい現象である。よって、本発明においては、誘電泳動現象を利用して表示装置を構成する場合には高周波電圧による制御を採用している。
【００２４】
以上のように本実施形態によれば、第一の電極４１若しくは第二の電極４２に対して電圧を印加する際、電圧制御部９が高周波電圧を印加しているので、水素の発生を抑制するとともに良好な表示を得ることが可能となる。
【００２５】
次いで、具体的に各数値を決めシミュレーションを行った。シミュレーションにおいては、図２及び図３に示すように、第一の電極４１の幅ｈ１を５０μｍ、第二の電極４２の幅ｈ２を１０μｍ、第一の電極４１と第二の電極４２との間隙ｈ３を４０μｍ、画素電極部４と対向電極３１との間隔ｈ４を４０μｍとし、隔壁５の幅ｈ５は１５μｍとした。また粒子７の粒径は５μｍとした。これらの値と上述した数式とを基にシミュレーションを行い、白表示時と黒表示時それぞれの電位分布及び電界強度分布を求めた。
【００２６】
図７及び図８は、白表示時のシミュレーション結果を示す図である。図７（ａ）は白表示時の電圧印加条件を示し、図７（ｂ）は白表示の電位分布を示している。図８（ａ）は白表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、図８（ｂ）は図７（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
等電位線の間隙が狭い所が電位勾配の大きな所、即ち強電界領域であり、逆に等電位線の間隙の広い所は電位勾配の緩い弱電界領域である。図７（ｂ）より、画素両端のフローティング状態の第二の電極４２の近傍が等電位線の間隙が広く弱電界領域になっているのが分かる。さらに、図８（ｂ）の電位曲線より画素両端のフローティング状態の第二の電極４２は静電誘導により約２Ｖの電位に帯電していることが分かる。このようにフローティング状態の第二の電極４２が静電誘導による帯電電位を持つことにより第二の電極４２近傍の電位の勾配が緩やかになり、弱電界領域が形成されることが分かる。
誘電泳動力の作用する方向は電界強度の等高線の法線方向であるから、図８（ａ）内に矢印で示したように湾曲しながら画素両端の弱電界領域に向かっていることが分かる。よって、分散媒中に分散している微粒子はこの力によって画素両端の弱電界領域に移動、集積され、その結果、微粒子によって遮蔽されていた着色光散乱絶縁層４３が露出され、白色表示状態となる。
【００２７】
図９及び図１０は、黒色表示時のシミュレーション結果を示す図である。図９（ａ）は黒表示時の電圧印加条件を示し、図９（ｂ）は黒表示時の電位分布を示している。図１０（ａ）は黒表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、図１０（ｂ）は図９（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
図９（ｂ）において、画素中央のフローティング状態の第一の電極４１の近傍が等電位線の間隔が広く弱電界領域になっているのが分かる。さらに、図１０（ｂ）の電位曲線よりフローティング状態の第一の電極４１は静電誘導により約１．２Ｖの電位に帯電していることが分かる。このようにフローティング状態の第一の電極４１が静電誘導による帯電電位を持つことにより第一の電極４１近傍の電位の勾配が緩やかになり、弱電界領域が形成されることが分かる。
誘電泳動力の作用する方向は電界強度の等高線の法線方向であるから、図１０（ａ）内に矢印で示したように湾曲しながら画素中央の弱電界領域に向かっていることが分かる。よって、分散媒中に分散している微粒子はこの力によって画素中央の弱電界領域に移動、集積され、その結果、微粒子によって着色光散乱絶縁層４３が遮蔽され、黒色表示状態となる。
【００２８】
ここで、フローティング状態にすることで微粒子の集積・保持をするのではなく、グラウンドに接続することで微粒子の集積・保持を実行した場合を比較例１とし、そのシミュレーション結果を図１１〜図１４に示す。
図１１及び図１２は、比較例１における白表示時のシミュレーション結果を示す図である。図１１（ａ）は白表示時の電圧印加条件を示し、図１１（ｂ）は白表示時の電位分布を示している。図１２（ａ）は白表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、図１２（ｂ）は図１１（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
また、図１３及び図１４は、比較例１における黒色表示時のシミュレーション結果を示す図である。図１３（ａ）は黒表示時の電圧印加条件を示し、図１３（ｂ）は黒表示時の電位分布を示している。図１４（ａ）は黒表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、図１４（ｂ）は図１３（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
【００２９】
白表示時においては、図１２（ｂ）に示すように、第二の電極４２の内側に電界強度分布の極大点が現れ、電界強度分布の勾配が反転する領域Ｓ１が発生している。この領域において発生する誘電泳動力の一部は図１２（ａ）に示すように第一の電極４１の方向に向かって作用する。従って、第二の電極４２と第一の電極４１の間に一部の粒子７が滞留する現象が発生し、背面の着色光散乱絶縁層４３を完全には露出させることができなくなり、コントラストの低下を招くことになる。
【００３０】
他方、黒表示時においては、図１４（ｂ）に示すように、第一の電極４１の両側に電界強度分布の極大点が現れ、電界強度分布の勾配が反転する領域Ｓ２が発生している。この領域Ｓ２において発生する誘電泳動力の一部は図１４（ａ）に示すように第二の電極４２の方向に向かって作用する。従って、第一の電極４１の両側で粒子７が第二の電極４２に移動する現象が発生し、この領域で背面の着色光散乱絶縁層４３が露出する部分が現れる。その結果、黒色の中に第一の電極４１の両側に沿うように、白色のストライプが現れ黒色のコントラストの低下を招くことになる。
【００３１】
また、フローティング状態にすることで微粒子の集積・保持をするのではなく、グラウンドと１０Ｖの中間電位である５Ｖの電圧を印加することで微粒子の集積・保持を実行した場合を比較例２とし、そのシミュレーション結果を図１５〜図１８に示す。
図１５及び図１６は、比較例２における白表示時のシミュレーション結果を示す図である。図１５（ａ）は白表示時の電圧印加条件を示し、図１５（ｂ）は白表示時の電位分布を示している。図１６（ａ）は白表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、図１６（ｂ）は図１５（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
また、図１７及び図１８は、比較例２における黒色表示時のシミュレーション結果を示す図である。図１７（ａ）は黒表示時の電圧印加条件を示し、図１７（ｂ）は黒表示時の電位分布を示している。図１８（ａ）は黒表示時の電界強度分布と、その等高線及び誘電泳動力の方向を示し、図１８（ｂ）は図１７（ａ）に示した底面近傍Ａ−Ａの電位分布と電界強度分布を示している。
【００３２】
白表示時においては、図１６（ｂ）に示すように、第二の電極４２と第一の電極４１との間に低電界となる領域Ｓ３がはっきりと形成される。この領域Ｓ３において発生する誘電泳動力は図１６（ａ）に示すようにこの低電界領域に向かって作用する。この場合においても、第二の電極４２と第一の電極４１との間に粒子７が滞留する現象が発生し、背面の着色光散乱絶縁層４３を完全には露出させることができなくなり、コントラストの低下を招いている。
【００３３】
他方、黒表示時においては、図１８（ｂ）に示すように、第二の電極４２と第一の電極４１との間に低電界領域が形成される。この領域において発生する誘電泳動力は図１８（ａ）に示すようにこの低電界領域に向かって作用する。この場合においても、第二の電極４２と第一の電極４１との間に粒子７が滞留し易くなり、第一の電極４１では背面の着色光散乱絶縁層４３が露出し易くなり、黒色のコントラストの低下を招くことになる。
【００３４】
これら比較例とは異なり、本実施形態のようにフローティング状態とした場合には、図８（ａ）、図１０（ａ）の電界曲線に示すようにフローティング状態の電極の直上近傍は電界強度が非常に小さく、その勾配も小さくほぼ平坦となっている。そのため電圧を印加し続けると微粒子はフローティング状態の電極に向かって集積し、そこに滞留することになる。
図１９は、白表示の際に、比較例１のようにして微粒子の集積・保持を行った場合の粒子の集積状態を実験により示した説明図であり、図２０は、本実施形態のようにフローティング状態として微粒子の集積・保持を行った場合の粒子の集積状態を実験により示した説明図である。図１９の場合は粒子７が第二の電極４２の上まで拡がりきれず、第二の電極４２と第一の電極４１との間に滞留しているが、図２０の場合は粒子７が第二の電極４２の上まで拡がっていることが分かる。
【００３５】
また、図２１は、黒表示の際に、比較例１のようにして微粒子の集積・保持を行った場合の粒子の集積状態を実験により示した説明図であり、図２２は、本実施形態のようにフローティング状態として微粒子の集積・保持を行った場合の粒子の集積状態を実験により示した説明図である。図２１の場合では、第一の電極４１上に粒子７が載っていない領域が発生しているが、図２２の場合では第一の電極４１上に粒子７が満遍なく載っていることがわかる。
以上より、微粒子を集積・保持する側の電極はグラウンドや中間電位などの固定電位に接続するよりもフローティング状態に制御する方がコントラストの高い表示が得られる。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、電圧が印加されていない第一の電極４１又は第二の電極４２を電気的なフローティング状態としているので、微粒子を電極４１，４２上に安定して集積・保持することが可能となる。これにより表示性能を高めることができる。
【００３７】
また、媒体８の誘電率が隔壁５の誘電率よりも大きいために、隣接画素間での電界クロストークを防止することができ、隣接画素の粒子７の泳動挙動への干渉を抑え、表示性能を高めることができる。
具体的に、隣接する画素において黒表示、白表示に応じた駆動電圧を印加したときのシミュレーションを行う。解析条件と解析領域を図２３に示すように、隣接する画素のうち、一方の画素を黒表示、他方の画素を白表示としている。
図２４はシミュレーション結果を示しており、黒表示、白表示に応じた電圧印加条件において最大振幅の１０Ｖが印加されたときの解析領域内での電界強度分布と電界ベクトルを示している。隔壁５より左側の解析領域である駆動電圧の印加された第二の電極４２に大きな電界ベクトルが発生しており、隔壁５よりも右側の解析領域である電気的にフローティング状態の第二の電極４２にはほとんど電界ベクトルの発生は見られない。このように、左側の画素の第二の電極４２に印加された電圧による電界は右側の画素内には入り込んでいないことが分かる。
これは、複数の誘電体層の両端にかかる電圧の各誘電体層での分圧比は誘電率の逆数に比例するために、隣接画素間の隔壁５によって隔てられる電極間の電圧は、誘電率の小さな隔壁５内部に大きく分圧され、誘電率の大きな分散媒内では非常に小さな分圧比となるからである。これにより、隣接画素間での電界クロストークを防止することができる。
【００３８】
また、黒表示の場合は全ての粒子７が第一の電極４１上に集積すると、第二の電極４２と第一の電極４１の間から白色に着色された着色光散乱絶縁層４３が露出し、黒表示時の輝度が低くなってしまうおそれがある。このため、電圧制御部９は、第二の電極４２に対しては間欠的に電圧を印加することが好ましい。図２５は、電圧印加時による駆動波形の一例を示しており、（ａ）は白表示時の波形例、（ｂ）は黒表示時の波形例を示している。
白表示の場合は図２５（ａ）に示すように粒子７が移動するのに必要な時間分、継続して電圧を第一の電極４１に印加し、粒子７をフローティング状態の第二の電極４２上に集積させる。
一方、黒表示の場合は電圧を掛け続け過ぎるとフローティング状態の第一の電極４１上に粒子が集積してしまう。そこで、図２５（ｂ）に示すように長めの電圧を第二の電極４２に印加して画素両端に集積している粒子７に画素中央に向けての移動の起動をかけ、その後短い幅で電圧を間欠的に印加し第一の電極４１上や、第二の電極４２との間の領域にも粒子を分布させる。これにより、着色光散乱絶縁層４３全体を覆い隠すことができ、黒表示時の輝度を低くすることができ、結果としてコントラストを高めることができる。なお、図２５に示す印加時間幅は一例であり、この値に限定するものではない。
【００３９】
また、画素電極部４と対向電極３１との間隔ｈ４は、第一の電極４１と第二の電極４２との間隙ｈ３の７５％〜１００％の範囲内に収まるように設定されていることが好ましい。例えば、第一の電極４１と第二の電極４２との間隙ｈ３を４０μｍ、６０μｍ、９０μｍとし、間隙ｈ３毎に、画素電極部４と対向電極３１との間隔ｈ４を変位させた場合の表示切替時間を求める。まず、上述した式（１）と、式（４）の粘性抵抗力に基づいて誘電泳動力と媒体８との粘性抵抗力が平衡するとして、粒子７の泳動速度Ｖを求め、この泳動速度Ｖと、間隙ｈ３とから表示切替時間を求める。
【００４０】
【数５】
2012212038.tif 000007
【００４１】
ここで、他の条件は、上記したものと同様に、第一の電極４１の幅ｈ１は５０μｍ、第二の電極４２の幅ｈ２は１０μｍ、隔壁５の幅ｈ５は１５μｍとした。このため、隔壁５の間の距離は、間隙ｈ３が４０μｍの場合は１５０μｍ、間隙ｈ３が６０μｍの場合は１９０μｍ、間隙ｈ３が９０μｍの場合は２５０μｍとなる。
その結果を図２６に示す。図２６は、第一の電極４１と第二の電極４２との間隙ｈ３を４０μｍ、６０μｍ、９０μｍとし、画素電極部４と対向電極３１との間隔ｈ４と表示切替時間との関係を各間隙ｈ３毎に示すグラフである。図２６中、間隙ｈ３の７５％〜１００％の範囲内に収まる間隔ｈ４の範囲をＲ１、Ｒ２、Ｒ３で示している。範囲Ｒ１は間隙ｈ３が４０μｍの場合に対応し、範囲Ｒ２は間隙ｈ３が６０μｍの場合に対応し、範囲Ｒ３は間隙ｈ３が９０μｍの場合に対応している。いずれの場合においても、範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に収まる部分で、表示切替時間が小さくなっていることが分かる。
【００４２】
本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、白−黒表示の場合を例示して説明したがその他の２色表示であっても適用可能である。また、複数の画素で異なる色を表現するようにすれば、カラー表示とすることも可能である。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲には特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
【００４４】
〔付記〕
［請求項１］
間隔を有して互いに対向配置された第一の基板及び第二の基板と、
前記第二の基板における前記第一の基板に対向する面に設けられた対向電極と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に介在する隔壁と、
前記第一の基板における前記第二の基板に対向して前記隔壁に囲まれた面に配列された第一の電極と第二の電極とを含む画素電極部と、
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた領域に介在する誘電体からなる粒子と、
前記第一の電極又は前記第二の電極に電圧を印加することにより、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電界を発生させ、前記第一の電極と前記第二の電極との間で前記粒子を移動させる電圧制御部と、
を備えることを特徴とする誘電泳動表示装置。
［請求項２］
前記画素電極部の前記第一の電極は前記隔壁に囲まれた前記面の中央部に設置され、前記画素電極部の前記第二の電極は間隙を開けて前記第一の電極を挟むように前記隔壁に囲まれた前記面の両側部に設置され、
前記電圧制御部は前記電圧が前記第一の電極に印加されるときに前記粒子を前記第二の電極側に移動させ、前記電圧が前記第二の電極に印加されるときに前記粒子を前記第一の電極側に移動させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の誘電泳動表示装置。
［請求項３］
前記対向電極はグラウンドに接地され、
前記電圧制御部は前記電圧が印加されていない前記第一の電極又は前記第二の電極を電気的なフローティング状態とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘電泳動表示装置。
［請求項４］
前記第一の基板に設けられた着色散乱絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の誘電泳動表示装置。
［請求項５］
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた前記領域に充填された媒体をさらに備え、前記媒体の誘電率は前記隔壁の誘電率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
［請求項６］
前記電圧制御部は前記第二の電極に対して間欠的に前記電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
［請求項７］
前記第一の基板と前記第二の基板との前記間隔は前記第一の電極と前記第二の電極との前記間隙の７５％〜１００％の範囲内に収まるように設定されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
［請求項８］
前記電圧は、周波数が０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲に収まる交流電圧であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
［請求項９］
間隔を有して互いに対向配置された第一の基板及び第二の基板と、
前記第二の基板における前記第一の基板に対向する面に設けられた対向電極と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に介在する隔壁と、
前記第一の基板における前記第二の基板に対向して前記隔壁に囲まれた面に配列された第一の電極と第二の電極とを含む画素電極部と、
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた領域に介在する誘電体からなる粒子と、
前記第一の電極又は前記第二の電極に周波数が０．１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の範囲に収まる交流電圧を印加することにより、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電界を発生させ、前記第一の電極と前記第二の電極との間で前記粒子を移動させる電圧制御部と、
を備えることを特徴とする誘電泳動表示装置。
［請求項１０］
前記画素電極部の前記第一の電極は前記隔壁に囲まれた前記面の中央部に設置され、前記画素電極部の前記第二の電極は間隙を開けて前記第一の電極を挟むように前記隔壁に囲まれた前記面の両側部に設置され、
前記電圧制御部は前記交流電圧が前記第一の電極に印加されるときに前記粒子を前記第二の電極側に移動させ、前記交流電圧が前記第二の電極に印加されるときに前記粒子を前記第一の電極側に移動させる、
ことを特徴とする請求項９に記載の誘電泳動表示装置。
［請求項１１］
前記対向電極はグラウンドに接地され、
前記電圧制御部は前記交流電圧が印加されていない前記第一の電極又は前記第二の電極を電気的なフローティング状態とすることを特徴とする請求項９又は１０に記載の誘電泳動表示装置。
［請求項１２］
前記第一の基板に設けられた着色散乱絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の誘電泳動表示装置。
［請求項１３］
前記隔壁と前記第一の基板と前記第二の基板とに囲まれた前記領域に充填された媒体をさらに備え、前記媒体の誘電率は前記隔壁の誘電率よりも大きいことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
［請求項１４］
前記電圧制御部は前記第二の電極に対して間欠的に前記交流電圧を印加することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
［請求項１５］
前記第一の基板と前記第二の基板との前記間隔は前記第一の電極と前記第二の電極との前記間隙の７５％〜１００％の範囲内に収まるように設定されていることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載の誘電泳動表示装置。
【符号の説明】
【００４５】
１      電気泳動表示装置
２      基板（第一の基板）
３      透明基板（第二の基板）
４      画素電極部
５      隔壁
６      領域
７      粒子
８      媒体
９      電圧制御部
３１      対向電極
４１      第一の電極
４２      第二の電極
４３      着色光散乱絶縁層
９１      交流電源
９２      スイッチング部
９３      中央用スイッチング素子
９４      側部用スイッチング素子
Ｓ      画素
【図１】
2012212038.tif 000008
【図２】
2012212038.tif 000009
【図３】
2012212038.tif 000010
【図４】
2012212038.tif 000011
【図５】
2012212038.tif 000012
【図６】
2012212038.tif 000013
【図２３】
2012212038.tif 000014
【図２５】
2012212038.tif 000015
【図２６】
2012212038.tif 000016
【図７】
2012212038.tif 000017
【図８】
2012212038.tif 000018
【図９】
2012212038.tif 000019
【図１０】
2012212038.tif 000020
【図１１】
2012212038.tif 000021
【図１２】
2012212038.tif 000022
【図１３】
2012212038.tif 000023
【図１４】
2012212038.tif 000024
【図１５】
2012212038.tif 000025
【図１６】
2012212038.tif 000026
【図１７】
2012212038.tif 000027
【図１８】
2012212038.tif 000028
【図１９】
2012212038.tif 000029
【図２０】
2012212038.tif 000030
【図２１】
2012212038.tif 000031
【図２２】
2012212038.tif 000032
【図２４】
2012212038.tif 000033