JP2005107311A - 電気泳動表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
応答速度が改善され、コントラストが向上された電気泳動表示装置を提供する。
【解決手段】
複数の画素を有する電気泳動表示装置において、互いに対向する基板1,2並びに画素空間を区画する隔壁5によって画素が規定されている。基板1には、制御電極セグメント3−1〜3−3から成る第1の電極群3が設けられ、基板2には、対向電極セグメント4から成る第2の電極群4が設けられている。画素空間には、着色帯電微粒子6A及びこの着色帯電微粒子6Aが分散された絶縁性6Bの液体が充填され、微粒子6Aが夫々第1及び第2の電極群3,4に集積されて異なる色が画素に表示される。ここで、ある制御電極セグメント3−2には、他の制御電極セグメント3−1,3−2に印加される電圧とは異なる電圧が印加されて制御電極セグメント3−1〜3−3に均一な移動速度で着色帯電微粒子6Aが集積される。
【選択図】図1

Description

この発明は、電気泳動表示装置及びこの電気泳動表示装置の駆動方法に係り、安定した表示が可能な電気泳動表示装置及びこの電気泳動表示装置の駆動方法に関する。
表示装置として種々のタイプがあるが、近年、低消費電力化、或いは、目への負担を軽減する要請等の観点から反射型タイプの表示装置への期待が高まっている。従来、反射型表示装置として、特許文献1に記載されているような電気泳動表示装置が知られている。この特許文献1に記載された電気泳動表示装置は、互いにギャップを介して対向されている一対の電極及びこの電極間のギャップに充填された分散液とから構成されている。ここで、分散液は、電荷を有する電気泳動粒子及び絶縁性液体とから構成されている。この電気泳動表示装置においては、電極間の分散液に電場が印加されない状態では、対比色の一方が表示され、電極を介して分散液に電場が印加される印加状態では、電気泳動粒子がその電荷と反対極性の電極上に移動されて対比色の他方が表示される。
電気泳動粒子の対比色の1つは、色素を溶解させた絶縁性液体の色に相当している。より詳細には、電気泳動粒子が観測者に近い側に設けられた透明な第1の電極の表面に付着する場合には、電気泳動粒子の色が観測され、一方、電気泳動粒子が観測者から遠い側に設けられた第2の電極の表面に付着する場合は、電気泳動粒子の色は、絶縁性液体に隠蔽され、透明な第1の電極を介して絶縁性液体の色が観測される。電気泳動装置は、非特許文献1に記載されているように、広視野角、高コントラスト、低消費電力という利点を備えている。
このような電気泳動表示装置においては、絶縁性液体に溶解した色素が電気泳動粒子に吸着され、或いは、電気泳動粒子が吸着された電極表面と電気泳動粒子と間に絶縁性液体が侵入する等の悪影響により、高い反射率、即ち、十分な明るさと高いコントラストとを両立させることができない問題がある。
この問題を解決するために、特許文献2、特許文献3、或いは、非特許文献2等においては、透明な絶縁性液体を用いる電気泳動表示装置が提案されている。この方式では、黒を表示させるには、画素サイズにほぼ等しい透明画素電極に着色粒子を泳動させ、白を表示させるには、非画素部、或いは、小面積の画素に着色粒子を集めて画素部を透過状態にしている。絶縁性液体に色素を溶解しないため分散液の安定性が高く、また反射電極の散乱特性を制御することで良好な白表示を実現することができる。
また、上述した記載では、2色を表示する表示装置について説明されているが、中間調表示を可能とする表示装置についても提案されている。例えば、非特許文献3に開示されるように駆動電圧のパルス幅を変調して各画素に中間調を表示することが提案されている。この非特許文献3では、分散液には、白色の電気泳動粒子と黒色の電気泳動粒子とが透明溶媒に分散され、白色粒子及び黒色粒子を含む分散液がマイクロカプセル内に封止されている。また、この非特許文献3に開示される表示装置では、透明な共通電極及びこの共通電極に空間を介して対向された複数の画素電極を備え、その空間に複数のマイクロカプセルが対応する画素電極に対向するように配置されている。中間調を表示する際には一度粒子が共通電極側に集められて画素電極に印加される駆動電圧のパルス幅が制御される。例えば、最初に観察者側の電極に黒色粒子が集められた状態で、パルス幅が0の駆動電圧が画素電極に印加される場合、即ち、駆動電圧が印加されない場合には、電極に黒色粒子が集められたままに維持されてカプセルが黒で表示される。観察者側の共通電極に黒色粒子が集められた状態において、十分なパルス幅を有する駆動電圧が画素電極に印加されると、黒色粒子が画素電極に向けて移動し、白色粒子が観察者側の共通電極に向けて集められ、その結果、白色が表示される。中間のパルス幅を有する駆動電圧が画素電極に印加される場合、カプセル内では、白色粒子及び黒色粒子は、そのカプセル内の途中で留まり、観察者側からは白色粒子、黒色粒子が混ざった状態が観察され、その結果、中間調が表示される。
更に、中間調表示が可能な表示装置が非特許文献4に開示されている。非特許文献4では、駆動電圧の電圧値が変調されて中間調が表示される。この表示装置では、表示部が画素に相当する行列の室に区画され、画素電極が各室の底部壁に埋め込まれ、各室の側壁には、周囲電極が設けられている。各室には、透明溶媒が充填され、黒色の電気泳動粒子がこの透明溶媒に分散されている。この表示装置では、黒色粒子は一旦周囲電極に集められ、画素電極に印加される駆動電圧の値に依存して黒色粒子が広がり、中間調が表示される。駆動電圧の値が0Vである場合には、黒色粒子は、周囲電極に引き付けられたままとなり、各室の底部への黒色粒子の移動が生じないことから、室の底部色である白が画素色として表示され、この白表示が継続される。また、十分に大きな駆動電圧が画素電極に印加されると、画素電極に黒色粒子が引き寄せられ、各室の底部に黒色粒子が移動されて、各室の底部に黒色粒子が充分に広がり、黒色の画素が表示される。その中間のレベルの駆動電圧が画素電極に印加されると、黒色粒子は、各室の底部の途中まで広がって止まり、画素として中間調が表示される。
米国特許3,668,106号 特開平9−211499公報 特開平11−202804公報 "Optical Characteristics of Electrophoretic Displays" Proc. SID, 18, 267(1977) S. A. Swanson, "High Performance Electrophoretic Displays.", SID'00 Digest, p.29 (2000). R. M. Webber, "Image Stability in Active-Matrix Microencapsulated Electrophoretic Displays", SID02' Digest, p126 (2002) Y. Matsuda, "Newly designed, high resolution, active-matrix addressing in-plane EPD", IDW'02, p.1341 (2002)
特許文献2、特許文献3、或いは、非特許文献2等に開示された表示装置においては、2種類の電極の面積が異なり、或いは、電極が対向されない配置が採用されていることから、電極間に発生する電界が均一でなく、強電界領域と弱電界領域が生じてしまう。従って、電極間に電圧を印加して粒子を電気泳動させる際に、強電界領域は、粒子が高速に移動するが、弱電界領域では、粒子の応答が悪くなる。その結果、粒子の総合的な応答速度が低下し、或いは、黒色表示における粒子の画素内への広がりが均一でなくなり、コントラストが低下してしまう問題が生じる。
また、非特許文献3に開示されるような中間調が表示される電気泳動表示装置においては、駆動電圧のパルス幅の変調或いは電圧値の変調で泳動粒子の泳動距離を制御しているが、泳動粒子の泳動特性のばらつきは大きく、安定な中間調表示が不可能である問題がある。
更に、非特許文献4に開示されている表示装置においては、電気泳動粒子の泳動特性のばらつきが大きく、駆動信号が変調されても泳動距離のばらつきが大きく、場所によって異なる中間調特性が生じてしまうという問題がある。
この発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、その目的は、改善された応答速度で良好なコントラストの表示が可能な電気泳動表示装置を提供するにある。
また、この発明の目的は、安定で、しかも、制御性に優れた中間調表示が可能な電気泳動表示装置を提供するにある。
この発明によれば、
第1の基板と、
この第1の基板に対向される第2の基板と、
前記第1の基板及び前記第2の基板の間に配置された絶縁性液体中に電気泳動粒子を分散した分散液と、
前記第1の基板上に設けられた第1及び第2の制御電極セグメントと、
前記第2の基板上に設けられた対向電極セグメントと、
前記制御電極セグメント及び前記対向電極セグメント間に電圧を印加する電圧印加回路であって、前記第1及び第2の制御電極セグメントに異なる電位変化を生じさせる電圧印加回路と、
を具備することを特徴とする電気泳動表示装置が提供される
また、この発明によれば、
第1の基板と、
この第1の基板に対向される第2の基板と、
前記第1の基板及び前記第2の基板の間に配置された絶縁性液体中に電気泳動粒子を分散した分散液と、
前記第1の基板上に設けられた第1及び第2の制御電極セグメントと、
前記第2の基板上に設けられた対向電極セグメントと、
前記第1及び第2の制御電極セグメントに接続され、異なるインピーダンスを有する第1及び第2のインピーダンス素子と、この第1及び第2のインピーダンス素子を介して前記第1及び第2の制御電極セグメントに共通接続された第1のスイッチング素子、このスイッチング素子を制御するスイッチング制御部及び前記スイッチング素子並びに前記第1及び第2のインピーダンス素子を介して前記第1及び第2の制御電極セグメントと前記対向電極セグメントとの間に電圧を印加する電圧源とを含む電圧印加回路であって、前記第1及び第2の制御電極セグメントに異なる電位変化を生じさせる電圧印加回路と、
を具備することを特徴とする電気泳動表示装置が提供される。
更に、この発明によれば、
第1の基板と、
この第1の基板に対向される第2の基板と、
前記第1の基板及び前記第2の基板の間に配置された絶縁性液体中に電気泳動粒子を分散した分散液と、
前記第1の基板上に設けられる第1及び第2の制御電極セグメントと、及び
前記第2の基板及び前記隔壁の一方に設けられた対向電極セグメントと、
を具備する電気泳動表示装置を駆動する方法において、
前記第1及び第2の制御電極セグメントに異なる電位変化を生じさせるように前記第1及び第2の制御電極セグメントと前記対向電極セグメントとの間に電圧を印加することを特徴とする電気泳動表示装置の駆動方法が提供される。
以上説明した如く、本発明の電気泳動表示装置では、各画素内で泳動粒子が付着する電極面積の変調を行うことが出来るので、安定性や再現性に優れた中間調表示が可能な表示媒体を提供することができる。
また、本発明によれば、画素内に発生する電界を簡便な手法で調整することで、応答速度が改善し、コントラストが向上した電気泳動表示装置を提供することができる。
以下、図面を参照してこの発明の電気泳動表示装置に係る実施形態を説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、この発明の第1の実施形態に係る電気泳動表示装置の代表的な構造を示している。
図1に示される電気泳動表示装置においては、帯電された表面電荷を有する着色微粒子6A及びこの微粒子6Aが分散されている透明な絶縁性液体6Bとから成る分散液6を備えている。この分散液6は、第1の基板1、この第1の基板1に対向される透明な第2の基板2及びこれら第1及び第2の基板1、2を支持する隔壁5によって区画され、1画素を定める空間に充填されている。第1の基板1上には、互いに独立した第1、第2及び第3制御電極セグメント3−1、3−2、3−3から成る第1の電極群3が設けられている。図面を簡素化する目的から、1画素の構造しか図1には、示されていないが、この画素が行及び列に平面的に配列されて平面表示装置が構成されることは明らかである。
尚、本発明では説明を簡単にするために、3つの制御電極セグメント3−1、3−2、3−3で第1の電極群3が構成される例を示しているが、第1の電極群3は、3つの制御電極セグメントに限定されるものではなく、2個又は3個以上の制御電極セグメントで構成されても良いことは明らかである。また、図1に示す制御電極セグメントの配置では、画素中央に対して対称に制御電極セグメントが配置されているが、制御電極セグメントは、対称に配置されるることは要求されず、様々な配置が可能である。
隔壁5には、制御電極セグメント3−1〜3−3よりも面積が小さな第1及び第2の対向電極セグメント4−1、4−2からなる第2の電極群4が設けられている。この第2の電極群4の総面積は、第1の電極群3の総面積より小さく定められている。第1の電極群3及び第2の電極群4上には、絶縁膜15が成膜される。絶縁膜15は、絶縁性液体6B中の微粒子6Aを電極セグメントに引き寄せる吸着力を調整するために設けられ、成膜することが望ましいが、必ずしも絶縁膜15が成膜されなくとも良い。また、図3に示されるように第2の電極群4は、第2の基板2上に設けられても良い。ここで、図3に示される第2の電極群4は、1つの電極セグメントから構成されている。
第1の電極群3の制御電極セグメント3−2及び第2の電極群4の対向電極セグメント4−1,4−2は、直接駆動電圧源10に接続され、第1の電極群3における第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3は、後に説明するようにキャパシタ11−1,11−3を介して駆動電圧源10に接続されている。駆動電圧源10から電極群3、4に印加される電圧が制御されることで絶縁性液体6B中の微粒子6Aの移動が制御される。即ち、絶縁性液体6Bへの電界の印加に応じて、絶縁性液体6B中の微粒子6Aは、適当な電極に移動される。電極群3に着色粒子が移動される場合には、透明な第2の基板2を介して着色粒子が観察され、電極群4に粒子が移動される場合には、透明な第2の基板2を介して基板1上の面が観察される。従って、基板1上に白反射体が設置されていれば、白が表示される。また、電極群3が反射性材料で作られれば、同様に白が表示される。
図1に示す配置では、第1の電極群3と第2の電極群4との距離は、均一でなく、両者間には、互いに近接する電極部分及び互いに離れている電極部分が生じる。従って、第1の電極群3及び第2の電極群4間に電圧を印加すると、第1の電極群3と第2の電極群4が互いに近接する電極部分では、相対的に電界強度が強いため粒子の移動速度は速く、いち早く粒子が電極に到達する。しかし、互いに離れている電極部分では、電界強度が弱く、粒子の移動は遅くなる。
そこで、図1に示すように、対向電極セグメント4−1,4−2との間で第2の制御電極セグメント3−2に比べて夫々比較的強い強度の電界が生じる第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3には、インピーダンス素子としてキャパシタ11−1,11−3が接続され、このキャパシタ11−1,11−3を介して電圧源10が接続されている。このような接続によれば、キャパシタ11−1,11−3の夫々で電圧降下が生じ、このキャパシタ11−1,11−3での電圧降下だけ第1及び第3制御電極セグメント3−1,3−3に印加される電圧が低下される。その結果、画素内全体における電界強度のばらつきは小さくなり、画素内で略均一な粒子の移動速度が実現される。また、微小粒子が強電界領域に集中することがなくなるため、黒表示においても光線の漏れがなく、高いコントラストでの表示が実現される。
また、図1に表示装置においては、第1及び第3の制御電極セグメント3−1、3−3及び第2の制御電極セグメント3−2に異なる電圧が印加される。従って、第1及び第3の制御電極セグメント3−1、3−3と第2の制御電極セグメント3−2との間にも電界が発生し、この電界が微粒子6Aの移動をさらに早めることができる。
尚、後に説明するように、第1の電極群3の各制御電極セグメント3−1、3−2、3−3に、夫々独立した電圧源から制御された電圧を印加しても良い。但し、複数の電圧源及び配線を用意する必要があり、構造が複雑になる。図1に示される接続によれば、電圧源及び各画素に対する配線は、特に変更を要せず、キャパシタを設けるだけで良く、簡易に制御電極セグメントに異なる電圧を印加する回路を実現することができる。
また、図1に示す配置では、制御電極セグメント3−1、3−2、3−3が互いに電気的に独立して平面的に配列されることから、その間には、間隙が生じている領域がある。着色表示状態では、この間隙領域に微粒子6Aが十分に集まらず、この領域が着色されずに光線がこの領域を透過する虞がある。このような領域が生じることに基づいて、コントラストが低下される虞があるが、電極セグメント間の領域で光線漏れを防ぐために、光遮蔽性材料が電極セグメント間の領域に配置されてこの領域に向けられる光線を遮蔽しても良い。電極セグメント間の領域に向けられる光線を遮蔽する光遮蔽性材料は、第1の基板1及び又は第2の基板2側に配置しても良い。また、着色粒子は、電極からややはみ出した範囲にも吸着するため、前記電極セグメント間の領域が十分に狭くされることで、実質的にこの領域に着色粒子を吸着させ、コントラストの低下を防止することができる。
更に、上述した表示装置を実現するにあたっては、各画素は、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子に接続されるアクティブマトリックス型の表示装置が良好なコントラストを実現し、良好な応答速度を実現できる点で好ましい。しかし、第1の基板側に別途配線を設けることで、単純マトリクス型の表示装置を実現することも容易に可能である。
図2(a)に示すように、第1及び第2の制御電極セグメント3−1,3−3は、一体化されて矩形枠状に形成されても良い。図1に示される構造では、第2の電極群4を構成する第1及び第2の対向電極セグメント4−1,4−2は、画素の周辺に配置されるため、画素の周辺部で電界強度が高くなる。従って、この一体化された矩形状の制御電極セグメント3−1,3−3は、画素の周辺に配置され、電圧源との間にキャパシタが接続される。制御電極セグメント3−2は、四角形状に形成され、枠状の制御電極セグメント3−1,3−3内に配置される。電極セグメント3−1,3−2,3−3は、直線状の内縁及び外縁を備える必要はなく、図2(b)に示すように曲線状の内縁及び外縁を備えても良い。
尚、図1に示される表示装置においては、第1及び第3の制御電極セグメント3−1、3−3にインピーダンス素子としてのキャパシタ11−1、11−2が接続されているが、実際の表示装置においては、第2の制御電極セグメント3−2に接続される線路にも浮遊容量等のインピーダンス、例えば、第2の制御電極セグメント3−2と対向電極4−1,4−2間の抵抗及び浮遊容量等のインピーダンスが与えられている。従って、第1及び第3の制御電極セグメント3−1にも、また、第2の制御電極セグメント3−2にもインピーダンス素子、例えば、キャパシタンスが接続され、それらのインピーダンス、例えば、キャパシタンスが異なるように定められていることとなる。以下の説明においても、特定の電極セグメントに図面に示される能動素子としての抵抗或いはキャパシタが接続されている場合においても、他の電極セグメントにも図示されていない線路抵抗或いは浮遊容量が与えられているものとする。
(第2の実施の形態)
図3は、この発明の第2の実施形態に係る表示装置を示している。
図3に示される表示装置においては、図1に示される装置と異なり、制御電極セグメント3−1〜3−3に比して小さい面積を有する1つの対向電極セグメントからなる第2の電極群4が基板1に対向して基板2上に設けられている。第2の電極群4は、図4(a)及び図4(b)に示すように、直線状に画素を横切るように延出されている。図3に示す構造では、第2の電極群4の対向電極セグメントは、画素中央を延出されているが、必ずしも中央を通過する必要はなく、画素周辺を通過しても良い。また、第2の電極群4の対向電極セグメントは、直線的に延出されるストライプ形状に限定されず、曲線、或いは、折れ曲げられて延出されても良い。
図3に示す構造では、第2の電極群4の直下領域において、電界強度が最も強い電界が生じている。従って、第2の電極群4の直下に配置される第2の制御電極セグメント3−2と電圧源10の間にキャパシタ11−2が接続されている。このキャパシタ11−2の接続によって、第2の制御電極セグメント3−2の電位を他の電極セグメントに比べて相対的に下げることが出来る。その結果、画素内の電界強度分布が均一になり、画素内で均一な粒子の移動速度が実現できる。第2の制御電極セグメント3−2に印加される電圧の最適値は、基板間のギャップ、画素面積などに依存して定められるが、制御電極セグメント3−1,3−3の電圧の60%乃至90%が望ましい。
図4(a)に示すように第2の電極群4の直下に直線状の第2の制御電極セグメント3−2が配置され、その両側に直線状の第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3が配置されても良く、図4(b)に示すように第2の電極群4の直下に湾曲したパターンを有する第2の制御電極セグメント3−2が配置され、その両側に第2の制御電極セグメント3−2に対応して湾曲されているパターンを有する第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3が配置されても良い。これら制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4は、曲線状のパターンに形成されても良く、或いは、折れ線状のパターンに形成されても良い。
(第3の実施の形態)
図5は、この発明の第3の実施形態に係る表示装置を示している。
図5に示す表示装置は、図1に示す表示装置と同様の構造を有しているが、第1の電極群3のうち、強電界領域に相当する第1及び第3の電極セグメント3−1,3−3と電圧源10の間に、キャパシタ11−1,11−3に代えて抵抗16−1,16−3が接続されている。この抵抗16−1,16−3は、線形・非線形いずれのタイプであっても良い。上述したように、図5に示される構造では、第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3が配置される領域は、電界強度が大きく、着色微粒子6Aが高速で移動し、且つ、画素内の微粒子6Aが早く集まる傾向がある。そこで、第1の電極群3に電圧が印加される場合には、抵抗16−1,16−3を介して第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3に電圧が印加される。従って、第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3の電位は、緩やかに上昇されて所定電位にある遅延時間を経過して達する。その結果、第1の電極群3に電圧が印加されると、第2の制御電極セグメント3−2の電位が早く立ち上がるため、画素内の微粒子6Aは、制御電極セグメント3−2に早く引き寄せられる。その後、第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3の電位が立ち上がるため、この第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3にも粒子が引き寄せられる。図5に示すように抵抗16−1,16−3が接続された第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3の領域は、電界強度が弱いため、電位変化に時間的な差が与えられて結果的に粒子の移動が画素全体で略均一化される。
抵抗16−1,16−3の抵抗値は、微粒子6Aの移動時間に応じて決定される。第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3と第2電極群4間の容量並びに抵抗及び抵抗16−1,16−3のとしての時定数τsが、微粒子6Aの移動時間の1%乃至1000%の範囲になるように設定することが望ましい。
(第4の実施の形態)
図6には、この発明の第4の実施形態に係る表示装置が示されている。
図6に示される表示装置は、図5に示す表示装置と同様の構造を有しているが、制御電極セグメント3−1、3−2、3−3には、夫々スイッチング素子12−1,12−2,12−3が接続されている。スイッチング素子12−1,12−2,12−3がオン・オフ制御されることによって、上述した第3の実施形態に係る表示装置におけると同様に、第2の制御電極セグメント3−2に対する第1及び第3の制御電極セグメント3−1,3−3は、その電位の立ち上がり時間が制御される。その結果、画素内の着色微粒子6Aの移動が画素全体で略均一となる。立ち上がり時間の制御は、電極3−2に接続されたスイッチング素子12−2のスイッチングのタイミングが他のスイッチング素子12−1,12−3に比べて僅かにずらされことによって容易に実現される。
以下、この発明の実施形態の表示装置に係る具体的な実施例1及び実施例2について説明する。尚、この発明がこれら実施例のみに限定されるものではないこととは明らかである。
(実施例1)
図1を参照しながら実施例1に係る表示装置について説明する。
ガラス基板上に配線及び薄膜トランジスタが形成された(図示せず)アクティブマトリクス基板1が用いた。各画素の薄膜トランジスタのソース電極と第1の電極群3とを電気的に接続するように、第1の電極群3としてITOを成膜し、画素電極形状にパターニングした。この際、第1及び第3の制御電極セグメント3−1、3−3と前記薄膜トランジスタの間にキャパシタ11−1,11−3を形成するため、ITO成膜前に、ソース電極と第1及び第3の制御電極セグメント3−1、3−3とが接続される箇所にSiOxで絶縁膜を形成、パターニングしておいた。SiOxの膜厚は、第1及び第3の制御電極セグメント3−1、3−3に印加される電圧が第2の電極セグメント3−2に印加される電圧の60乃至90%になるように決定した。
次に、感光性ポリイミドを用いて隔壁5を高さ10ミクロンに形成し、めっき処理により隔壁5の表面にニッケル膜を形成し、第2の電極群4とした。次に透明フッ素系樹脂をディップコートし、電極表面に絶縁膜15を0.2ミクロン形成した。
着色微粒子6Aを分散した絶縁性液体6Bは、以下の通り作製した。電気泳動微粒子6Aとして、粒経1ミクロンのカーボンブラックを、また絶縁性液体としてIsoparG(エクソンモービル製)を用い、両者を微粒子6Aの混合重量率が1%となるように混合し、分散安定性向上のため、微量の界面活性剤を添加した。
得られた分散性液体6を基板1上にディップコートして画素内に充填した後、基板2を基板1上に被せて圧着し、表示装置を得た。
基板1裏面に白色板を配置し、光学特性を評価した。第1の電極群3と第2の電極群4の間に10Vの直流電圧を印加した。着色微粒子6Aは、第2の電極群4から第1の電極群3に移動し、黒表示が得られた。第2の電極群4周辺の強電界領域に微粒子6Aが集まることなく、画素全体に均一に粒子が広がった。次に、直流電圧の極性を反転させ、微粒子6Aを第2の電極群4側に移動させた。第2の電極群4から遠い範囲に存在する微粒子6Aの応答も良好であった。得られた白反射率は60%、黒反射率は6%、コントラストは10であった。また、応答速度は、100ミリ秒であった。
(比較例1)
比較例として第1の電極群3が単一の平面電極からなる構造を作製した。具体的製法は、実施例1と同様であり、その詳細は省略する。この比較例に係る表示装置では、第1の電極群3は、その単一電極面であるので電圧が与えられると、その電極面上では同一の電位が与えられることとなる。
基板1裏面に白色板を配置し、光学特性を評価した。第1の電極群と第2の電極群の間に10Vの直流電圧を印加した。着色微粒子6Aは第2の電極群4から第1の電極群3に移動し、黒表示が得られた。第2の電極群4周辺の強電界領域に微粒子6Aが集まり、画素中央付近は、微粒子6A濃度が低くなった結果、光線が微粒子6Aに吸収されることなく装置外に漏れ出てしまった。画素中央付近まで微粒子6Aを移動させるためには、印加電圧を50Vまで高める必要があった。次に、直流電圧の極性を反転させ、微粒子6Aを第2の電極群側に移動させた。第2の電極群から遠い範囲に存在する微粒子6Aの応答が遅く、第2の電極群に到達するまで長時間を要した。得られた白反射率は50%、黒反射率は15%、コントラストは3であった。また応答速度は、黒から白への表示において800ミリ秒と低下した。
(実施例2)
図7を参照してこの発明の実施例2に係る表示装置を説明する。
図7に示す表示装置を製造する際には、ガラス基板上に配線及び薄膜トランジスタが形成された(図示せず)アクティブマトリクス基板1が用意された。各画素の薄膜トランジスタのソース電極と第1の電極群3とを電気的に接続するように、第1の電極群3としてITOを成膜し、画素電極形状にパターニングした。
次に、感光性ポリイミドを用いて隔壁5を高さ10ミクロンに形成し、めっき処理により隔壁5の表面にニッケル膜を形成し、第2の電極群4とした。
次に、インクジェット法により、各画素にポリイミド樹脂を微量滴下し、乾燥焼成して絶縁膜15を得た。絶縁膜15は乾燥焼成の過程で表面張力の効果により隔壁5近傍にメニスカス14が生じ、隔壁5近傍では絶縁膜15の厚さが厚くなり、ほぼ第2の電極群4を覆うことができた。画素中央付近の膜厚は、0.2ミクロン、画素周辺の膜厚は、0.8ミクロンであった。得られた基板をCF4ガスのプラズマに曝し、絶縁膜15表面を撥水処理した後、上述した分散性液体6を基板1上にディップコートして画素内に充填した後、基板2を基板1上に被せて圧着し、表示装置を得た。
尚、隔壁5近傍では絶縁膜15の厚さが厚くなり、特に、第1及び第2の電極群3,4が近接する領域では、絶縁膜15の厚さが厚くなり、第1及び第2の電極群3,4の距離が離れるに従って、隔壁5上の絶縁膜15が薄くなるように略第2の電極群4を覆っていることから、画素周辺の静電容量が画素中央付近の静電容量に比べて大きく、実質的に画素周辺にキャパシタ11−1,11−2が組み込まれている構造が実現されている。
基板1裏面に白色板を配置し、光学特性を評価した。第1の電極群3と第2の電極群の間に10Vの直流電圧を印加した。着色微粒子6Aは第2の電極群4から第1の電極群3に移動し、黒表示が得られた。第2の電極群4周辺の強電界領域に微粒子6Aが集まることなく、画素全体に均一に粒子が広がった。次に直流電圧の極性を反転させ、微粒子6Aを第2の電極群側に移動させた。第2の電極群4から遠い範囲に存在する微粒子6Aの応答も良好であった。第1の電極群上に設けた絶縁膜が電圧降下を起こし、画素内の電界強度は第2の電極群4周辺で相対的に弱くなり、微粒子6Aの均一な移動が実現できた。得られた白反射率は60%、黒反射率は4%、コントラストは15であった。また、応答速度は100ミリ秒であった。画素を分割する必要が無いため、開口率の損失が全くなく、良好な画質が得られた。
尚、ポリイミド樹脂の絶縁層15は、中央付近を単に薄くするだけでなく、その絶縁層が設けられなくとも良い。例えば、ポリイミド樹脂をパターニングして画素中央付近の樹脂を選択的に除去して基板1の中央領域に絶縁膜が設けられず、基板1の周辺領域のみに絶縁層15が設けられても良い。
本実施例2は、図3に示す構造にも適用可能である。即ち、電界強度の強い領域に相当する第1電極群3の中央領域上の絶縁膜厚を厚くすることで、実質的にこの領域にキャパシタ11−2が組み込まれた構造を実現でき、図3に示した構造に構造におけると同様の効果が達成される。
(第5の実施の形態)
図8は、この発明の第5の実施形態に係る電気泳動表示装置のセル断面を概略的に示している。
この図8に示される電気泳動表示装置は、既に述べたようにある帯電極性を有する電気泳動性微粒子6A及びこの微粒子6Aが分散された透明な絶縁性液体6Bとからなる分散液6を備えている。この分散液6は、背面側の第1の基板1、この第1の基板1に対向して観測側に配置される透明な第2の基板2、第1の基板1及び第2の基板2間に配置され、これらを支持する隔壁5によって区画されている空間内に充填されている。ここで、図8に示される表示装置においては、第1の基板1、第2の基板2及び隔壁5によって囲まれた最小単位の空間を画素と称している。この画素空間は、平面的には、行及び列に配列され、行列に配列された画素によって平面画像が表示装置に表示される。
第1の基板1の分散液側表面には、各画素内に第1の電極群3として複数制御電極セグメント、例えば、第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4が配列されている。第2の基板2の分散液側表面には、第2の電極群として不透明な対向電極セグメント4が設けられている。制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4及び対向電極セグメント4の表面には、誘電体層19,20が形成されて制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4及び対向電極セグメント4が分散液6に直接コンタクトされることが防止されている。ここで、誘電体層20は、観察側から画素内を観察可能に透明に形成される。また、誘電体層19は、透明或いは白色に形成される。誘電体層19が透明であれば、第1の基板1及び制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4は、白色に着色される。
第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4は、夫々抵抗層膜11−1,11−2,11−3,11−4を介してスイッチング素子12に接続されている。このスイッチング素子12は、駆動回路18に接続されてこの駆動回路18によってオン・オフ制御される。対向電極セグメント4もまた駆動回路18に接続され、対向電極セグメント4への電圧印加が制御される。
この発明の第5の実施形態に係る電気泳動表示装置によれば、下記に説明するように2次元状配列された画素に中間調を安定に表示することができる。
図9(a)及び(b)は、図8に示した電気泳動表示装置における各画素に黒及び白の2値を表示する方法を説明する概略図及び図10(a)及び(b)は、図8に示した電気泳動表示装置における各画素に中間調を表示する方法を説明する概略図である。ここで、電気泳動性微粒子6Aは、黒色に着色され、正極性に帯電され、絶縁性液体6Bは、無色透明の液体としている。また、誘電体層19は、透明或いは白色に形成される。第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4は、第1の基板2の片面において、各々抵抗率の異なる抵抗層膜11−1,11−2,11−3,11−4を介してスイッチング素子12に接続されている。
図8に示される画素に電気泳動性微粒子6Aの色である黒色を表示させる場合には、正極性である電気泳動性微粒子6Aが第1の基板1に移動される。観察側からは、透明な第2の基板2、誘電体層10及び絶縁性液体6Bを介して誘電体層9上に配列された黒色微粒子6Aが観測され、画素が黒色と認識される。
このような移動を生じさせるには、図9(a)に示すように第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4に負電位−25Vが印加され、対向電極セグメント4に正電位+25Vが印加される。このような電位が制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4及び対向電極セグメント4に与えられることによって、正極性に帯電された電気泳動性微粒子6Aが負電位に維持されている第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4に引き付けられ、第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4上の誘電体層19に配列される。
また、白色を表示させる際には、帯電電位が正極性である電気泳動性微粒子6Aが観測者側の第2基板2の側に移動されて対向電極セグメント4上の誘電体層20上に集められる。対向電極セグメント4が不透明であることから、この対向電極セグメント4によって対向電極セグメント4の背後に集められた黒色の微粒子6Aが観察側から遮蔽され、実質的に黒色の微粒子6Aが見えなくなる。従って、第1の基板1の色或いは第1基板1上の誘電体19の色が観察される。
このように白色を表示する場合には、図9(b)に示すように第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4に正電位+25Vが印加され、対向電極セグメント4に負電位−25Vが印加される。この時の第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4の値であるが、スイッチング素子12の出力側での値を示している。第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4は、夫々接続されている抵抗層膜11−1,11−2,11−3,11−4の値及び第1の電極と第2の電極間の静電容量或いは浮遊静電容量によって定まる時定数τ1に従いある時間経過してスイッチング素子から出力される出力電圧に到達する。既に説明したように第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4と対向電極セグメント4との間の夫々の時定数τ1〜τ4が異なり、従って、第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4の電圧値が飽和する時間は、異なっている。電気泳動性微粒子6Aは、大きな時定数を有する電界中で緩やかに移動され、小さな時定数を有する電界中で速やかに移動される。図8に示される表示装置においては、対向電極セグメント4の直下に配置され、対向電極セグメント4と間の距離が短い第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3との間の時定数τ2は、大きく、対向電極セグメント4と対向電極セグメントとの間の距離が比較的大きい第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4との間の時定数τ1は、小さく定められている。従って、電気泳動性微粒子6Aは、第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3から緩やかに対向電極セグメント4に向けて移動され、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4から応答性良く速やかに対向電極セグメント4に向けて移動される。通常、第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3に接続される抵抗層膜11−2,11−3は、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4に接続される抵抗層膜11−1,11−4よりも大きく設定されて上述した時定数τ2が与えられる。
次に、中間調を表示する動作について図10(a)、図10(b)並びに図11(a)〜図11(c)を参照して説明する。
図10(a)に示すように、初めに電気泳動性微粒子6Aを対向電極セグメント4へ集めるために第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4に正電位+25Vが印加され、対向電極セグメント4に零電位0Vが印加される。従って、電気泳動性微粒子6Aは、第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4から対向電極セグメント4に向けて移動を開始する。次に、図10(b)に示すように、対向電極セグメント4は、零電位0Vに維持されたままスイッチング素子12から出力側に負電位−25Vが出力される。ここで、スイッチング素子12から出力側に負電位−25Vが出力される期間が制御されることによって表示される中間調のレベルが制御される。
中間調表示における動作においては、図11(a)〜図11(c)に示されるような電位或いは電圧が各電極セグメントに与えられて中間調が表示される。ここで、図11(a)は、対向電極セグメント4の電位を示し、図11(b)は、スイッチング素子12から出力される電圧信号の変化を示し、図11(c)は、夫々第1及び第4(2)の制御電極セグメント3−1、3−2における電位の変化V1及びV2を示している。図11(a)〜図11(c)は、2周期に亘る中間調の表示動作が示されている。ここで、第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3は、既に説明したように電気回路の時定数τ2が大きく、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4は、時定数τ1が小さく設定されている。
図11(a)に示すように対向電極セグメント4は、第1及び第2周期においても零電位で一定に維持されている。第1周期において、図11(b)に示すように初めに時点t1においてスイッチング素子12がオンされて駆動制御回路18からこのスイッチング素子12及び抵抗層膜11−1,11−2,11−3,11−4を介して正電圧+25Vが第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4に印加される。次に、時点t2において、スイッチング素子12が切り替えられて駆動制御回路18からの供給電圧信号が正電圧+25Vから負電圧−25Vに反転され、駆動制御回路18からスイッチング素子12及び抵抗層膜11−1,11−2,11−3,11−4を介して負電圧−25Vが第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4に印加される。第1周期においては、この負電圧−25Vがある期間Tn間印加され続け、時点t3において、スイッチング素子12が切り替えられて第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4が零電圧に接続される。時点t1から時点t2の期間においては、図11(c)に示すように、第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の電位が次第に上昇され、時点t2において、正電位+25Vに達する。ここで、第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3は、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4に比べて時定数τ1が大きく設定されていることから、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4では、曲線Vaに示すように急速に電位が上昇されるに対して第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3では、曲線Vbに示すように緩やかに電位が上昇される。
第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の電位の上昇に伴い、図10(a)に示すように対向電極セグメント4には、第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4から対向電極セグメント4に向けて電気泳動性微粒子6Aが移動される。ここで、画素中で周辺に位置される第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4が比較的急速に電位が変化されることから、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4から対向電極セグメント4に応答性良く電気泳動性微粒子6Aが移動される。画素の中心に位置される第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3が比較的緩やかに電位が変化されることから、第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3から対向電極セグメント4に比較的緩やかに電気泳動性微粒子6Aが移動される。
時点t1から時点t2の期間に比べて短い時点t2から時点t3の期間Tnにおいては、画素中で周辺に位置される第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4は、時定数τ1が比較的小さいことから、曲線Vdに示すように急速に電位が負電位−25Vに低下される。これに対して画素の中心に位置される第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3は、時定数τ2が比較的大きいことから、曲線Vcに示すように緩やかに電位が低下され、時点t3では、負電位−25Vに達せず、負電位に達するにすぎない。従って、画素中で周辺に位置される第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4には、対向電極セグメント4から第2の電極から急速に電気泳動性微粒子6Aが移動されるに対して、対向電極セグメント4から画素の中心に位置される第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3に向けられる電気泳動性微粒子6Aは、対向電極セグメント4に留まり、或いは、絶縁性液体6Bに分散された状態となる。従って、画素を観察すると、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4に電気泳動性微粒子6Aが引き寄せられると共に画素中に電気泳動性微粒子6Aが分散された状態が観察され、結果として、期間Tnにおいては、ある中間調が表示されることとなる。また、時点t3から時点t4においては、第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4には、零電圧が印加され、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4は、急速に零電位に戻され、第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3は、緩やかに零電位に戻される。従って、絶縁性液体6Bに分散されたままに維持され、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4に引き寄せられた電気泳動性微粒子6Aは、絶縁性液体6Bに分散される。結果として、時点t3から時点t4においても、中間調の表示が維持されることとなる。
時点t4から始まる第2の周期においても、同様に図11(b)に示すように初めにスイッチング素子12が時点t4においてスイッチング素子12がオンされて駆動制御回路18から正電圧+25Vが第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4に印加される。次に、時点t5において、スイッチング素子12が切り替えられて駆動制御回路18から供給電圧信号が正電圧+25Vから負電圧−25Vに反転され、駆動制御回路18から負電圧−25Vが第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4に印加される。この第2周期においては、この負電圧−25Vが第1周期の期間Tnに比べて短い期間Tn+1間印加され続け、時点t6において、スイッチング素子12が切り替えられて第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4が零電圧に接続される。時点t1から時点t2の期間と同様に時点t4から時点t5においては、図11(c)に示すように第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4では、曲線Vaに示すように急速に電位が上昇されるに対して第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3では、曲線Vbに示すように緩やかに電位が上昇される。
ここで、画素中で周辺に位置される第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4が比較的急速に電位が変化されることから、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4から対向電極セグメント4に応答性良く電気泳動性微粒子6Aが移動される。また、画素の中心に位置される第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3が比較的緩やかに電位が変化されることから、第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3から対向電極セグメント4に比較的緩やかに電気泳動性微粒子6Aが移動される。
時点t4から時点t5の期間に比べて短い時点t5から時点t6の期間Tn+1においては、画素中で周辺に位置される第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4は、時定数τ1が比較的小さいことから、曲線Veに示すように急速に電位が負電位−25Vに向けて低下される。これに対して画素の中心に位置される第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3は、時定数τ2が比較的大きいことから、曲線Vfに示すように緩やかに電位が低下される。第2周期においては、時点4(t4)から時点t5の期間は、時点1(t1)から時点t2の期間に等しく、電気泳動性微粒子6Aは、第1周期におけると同様に移動される。これに対して、第2周期における期間Tn+1は、第2周期における期間Tnに比べて短く、時点t6では、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4は、負電位−25Vに達せず、負電位に達するにすぎない。また、画素の中心に位置される第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3は、零電位にも達せず、低い正電位に達するにすぎない。従って、画素中で周辺に位置される第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4には、対向電極セグメント4から第2の電極から急速に電気泳動性微粒子6Aが移動されるが第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4に達せず、絶縁性液体6Bに分散された状態となる。また、対向電極セグメント4から画素の中心に位置される第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3に向けられる電気泳動性微粒子6Aは、対向電極セグメント4に留まるままとなる。従って、画素を観察すると、画素中に一部の電気泳動性微粒子6Aが分散された状態が観察され、結果として、期間Tn+1においては、第1周期の期間Tnに比べて、より明るい中間調が表示されることとなる。
また、時点t6から時点t7においては、制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4には、零電圧が印加され、第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−4は、急速に零電位に戻され、第2及び第3の制御電極セグメント3−2、3−3は、緩やかに零電位に戻される。従って、絶縁性液体6Bに分散された絶縁性液体6Bに分散されたままに維持され、対向電極セグメント4に引き寄せられている電気泳動性微粒子6Aは、絶縁性液体6Bに分散される。結果として、時点t6から時点t7においても、より明るい中間調の表示が維持されることとなる。
以上のようにして、スイッチング素子12の切り替えを制御して期間Tn及びTn+1を調整することによって、電気泳動粒子6Bの泳動を制御することができ、この制御に応じて安定して種々の階調の中間調を表示することができる。
以下、この発明の表示装置における具体的な実施例を説明する。
(実施例3)
図8に示す電気泳動表示装置において、各部材の選択、形成、及び設定を以下のようにした。第1及び第2の基板1、2として厚み0.7mmの透明なガラス板を用いる。第1及び第2の基板1、2間の距離は約80μm、隔壁5同士の間隔は約80μmに設定した。
第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4およびスイッチング素子12と抵抗層膜11−1,11−2,11−3,11−4は周知のTFT製造工程で、駆動回路と共に第1の基板上に形成される。誘電体層19、20は第1〜第4の制御電極セグメント3−1〜3−4及び対向電極セグメント4への泳動粒子1の不可逆な吸着を防止する為に設けられる。各々の誘電体層は透明フッ素樹脂をディップコートに厚さ0.5μmで形成した。隔壁5は、第2の基板2上に絶縁層として80μmポリイミド膜を形成した後、エッチングを行い形成する。
また、分散液は、以下の通りに準備した。電気泳動性微粒子6Aとして、カーボンをポリエチレンでコートした黒色樹脂トナー(粒径1μm)を用いた。また絶縁性液体6Bとしてイソプロパノールを用いた。分散液6は、絶縁性液体6Bに電気泳動性微粒子6Aの混合重量率が10%になるように混合し、さらに分散安定性の向上のために微量の界面活性剤を添加し、分散液6を準備した。この場合、電気泳動性微粒子6Aは表面が正に帯電している。第1の基板1と第2の基板2とを位置合わせして接合した後に、分散液を注入して表示装置が完成する。
(第6の実施の形態)
図8に示す中間調を表示することができる表示装置では、対向電極セグメント4は、第2の基板2に設けられていたが、図1及び図12に示すように、画素を区画する隔壁5に設けられても良い。このような構造で、第1の電極セグメント、対向電極セグメントを第1の基板1上に集めることが出来るので、低コスト化が可能であり、かつ、第2の基板2を構成する材質の選択肢を広げることができる。
(第7の実施の形態)
図8に示す中間調を表示することができる表示装置では、各画素に1つのスイッチング素子12が接続されているが、図12或いは図13に示されるように複数のスイッチング素子12−1,12−2が各画素に接続されても良い。複数のスイッチング素子12−1,12−2が設けられることによって、中間調の表示制御をより微調整することができる。
第1のスイッチング素子12−1が第1及び第2の制御電極セグメント3−1、3−2に接続され、第2のスイッチング素子12−2が第3及び第4の制御電極セグメント3−3、3−4に接続されている図12或いは図13に示す接続配置では、第1及び第2のスイッチング素子12−1,12−2は、図14(a)〜図14(e)に示すように制御される。即ち、図14(a)に示すように対向電極セグメント4が零電圧に維持され、図14(b)及び図14(d)に示すように第1及び第2のスイッチング素子12−1、12−2を介して正電圧+25Vが第1〜第4の制御電極セグメント3−1〜3−4に印加されている状態において、図14(b)に示す時点t8において、第1のスイッチング素子12−1が最初にONされて第1のスイッチング素子12−1を介して負電圧−25Vが第1及び第2の制御電極セグメント3−1及び3−2に印加される。従って、第1及び第2の制御電極セグメント3−1、3−2は、図14(c)の曲線Vg、Viに示すようにその電位が負電位に低下される。ここで、第1の制御電極セグメント3−1に与えられる時定数τ1が第2の制御電極セグメント3−2に与えられる時定数τ2よりも小さく設定されていることから、第2の制御電極セグメント3−2に比べて第1の制御電極セグメント3−1の電位が急速に低下される。図14(b)に示す時点t9において、第1のスイッチング素子12−1がオフされて第1のスイッチング素子12−1を介して零電圧が第1及び第2の制御電極セグメント3−1及び3−2に印加されると同時に図14(d)に示すように第2のスイッチング素子12−2がオンされて第2のスイッチング素子12−2を介して負電圧−25Vが第3及び第4の制御電極セグメント3−3及び3−4に印加される。従って、第1及び第2の制御電極セグメント3−1、3−2は、図14(c)の曲線Vg、Viに示すようにその電位が零電位に戻されるに対して、図14(e)の曲線Vj、Vkに示すようにその電位が負電位に低下される。ここで、第3の制御電極セグメント3−3に与えられる時定数τ3が第4の制御電極セグメント3−4に与えられる時定数τ4よりも小さく設定されていることから、第4の制御電極セグメント3−4に比べて第3の制御電極セグメント3−3の電位が急速に低下される。その後、図14(d)に示す時点t10において、第2のスイッチング素子12−2がオフされて第1のスイッチング素子12−2を介して零電圧が第3及び第4の制御電極セグメント3−3及び3−4に印加され、第3及び第4の制御電極セグメント3−3、3−4は、図14(e)の曲線Vj、Vkに示すようにその電位が零電位に戻される。
図14(a)〜(e)に示される第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の駆動によれば、第1の制御電極セグメント3−1の電位が初めに零電位以下に低下され、次に第2の制御電極セグメント3−2が零電位以下に低下される。その後、時点t9以降において、第3の制御電極セグメント3−3の電位が零電位以下に低下され、更に、第4の制御電極セグメント3−4が零電位以下に低下される。即ち、第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の配列順序に従って、その電位が低下され、その配列順序に従って、電気泳動粒子6Aを引き付けることができる。この様に電気泳動粒子6Aを第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4毎に制御することができ、第1の電極セグメントの各々に集められる電気泳動粒子の数を均一化することが出来る。
(第8の実施の形態)
黒を画素内で均一に表示させる為には、図10(a)及び図10(b)を参照して説明したように第2の電極セグメント4に電気泳動粒子を集める動作、即ち、中間調を表示する際の初期化が迅速になされることが要求される。この迅速な初期化によって黒表示における濃度の一様性が向上される。この黒表示を実現するには、時定数τをアクティブに変更可能な回路が必要とされる。
図11を参照して説明したように、中間調表示時の初期化、即ち、第2の電極に電気泳動粒子を集める動作は、抵抗素子等によって定まる時定数τに依存し、初期化に必要とされる時間は、最も長い時定数τによって定まる。初期化時間は、中間調表示の為の書き込み時間と略同一である。従って、書き換え時間を短くすることが必要とされる表示では、全表示時間における、初期化時間が中間調を表示する時間に占める割合を減少することが必要とされる。
図15(a)〜(c)は、図11(a)〜(c)の夫々に対応する電位及び電圧波形を示し、図16(a)は、この電位及び電圧波形が印加される表示装置の構造を示し、図16(b)は、図16(a)に示される抵抗回路素子20−1〜20−4の回路構成を示している。図15(a)〜(c)及び図16(a)は、図11(a)〜(c)及び図8に示したと同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図15(a)は、対向電極セグメント4の電位を示し、図15(b)は、スイッチング素子12から出力される電圧信号の変化を示し、図15(d)は、夫々第1及び第4の制御電極セグメント3−1、3−2における電位の変化V1及びV2を示している。図15(a)〜図15(c)は、2周期に亘る中間調の表示動作が示されている。
図15(b)においては、正電圧+25Vが第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4に印加される時点t1と時点t2の初期化の期間が図11(b)におけるその初期化の期間に比べて短く設定されている。しかも、図11(c)との比較から明らかなようにこの時点t1と時点t2の初期化の期間においては、第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の電位は、殆ど遅れが生ぜずに正電位+25Vに急速に立ち上げられている。即ち、時点t1〜時点t2の初期化の期間においては、時定数τが実質零で図15(b)に示される正電圧+25Vの印加に応答して第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の電位が立ち上げられている。この初期化の後においては、図15(c)の時点t2〜時点t4に示すように時定数τの影響下で第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の電位が次第に減少し、再び次第に零に復帰されている。このように初期化の期間において、第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の電位が急速に立ち上げられることにより、第2の電極セグメント4に電気泳動粒子を迅速に集めることができ、結果として、初期化の期間を短縮することができる。
このような初期化を実現するには、図16(a)及び図17に示すように抵抗層11−1〜11−4に代えて抵抗回路素子20−1〜20−4が基板1中に組み込まれる。この抵抗回路素子20−1〜20−4は、夫々図16(b)及び図17に示すように抵抗層膜11に並列にTFT22又はダイオード24が接続され、正電圧+25Vの印加時には、このTFT22又はダイオード24がオンされて抵抗層膜11間が短絡され、その時定数が実質的に零に定められている。
このような抵抗回路素子20−1〜20−4によれば、スイッチング素子12−1〜12−4の出力が正電圧+25Vであれば、図17に示すように電流はダイオード24−1〜24−4を介して流れ、第1〜第4の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4は、瞬時に正電圧+25Vに急速に立ち上げられる。時点t2〜時点3或いは時点t3〜時点t4に示すようにスイッチング素子12−1〜12−4の出力が負電圧−25V或いは零電位である場合には、ダイオード22がオフされ、電圧は、夫々抵抗R1〜R4を有する抵抗層膜11−1〜11−4を介して各第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4に印加される。従って、図10(a)及び(b)を参照して説明したように抵抗R1〜R4で定まる時定数τに依存する時間遅れを伴って第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の電位が減少され、また、零電位に復帰される。また、図16(a)及び図17に示す回路によれば、黒を画素に表示する際には、制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4の電位が急激に変化されることから、画素内に黒粒子を均一に表示させることができる。
(第9の実施の形態)
図16(a)では、TFT22のゲートには、正電圧+25Vの印加に同期してゲート信号を印加する為の信号線26が別途設けられているが、回路を簡素化する為に図18に示すようにNチャネルのTFT22−1〜22−4のゲートがソースに接続されているような回路構成としても良い。この回路では、TFT22−1〜22−4は、スイッチング素子12から正電圧+25Vが印加されるとこのTFT22−1〜22−4が導通するダイオードに構成されている。スイッチング素子12の出力が負の時は、TFT22−1〜22−4は、オフのままに維持され、電流が流れず、抵抗層膜11−1〜11−4を介して各第1〜第4の制御電極セグメント3−1,3−2、3−3、3−4に電圧が印加される。この回路構成では、スイッチング素子12と同じ仕様のTFT22−1〜22−4をダイオードとして使うことが可能となる。また、抵抗11−1〜11−4は、特に回路中に接続せず、TFT22−1〜22−4のオフ抵抗を等価的に抵抗11−1〜11−4として用いることも可能となる。このように図18に示す回路構成では、製造上の観点から実質的に回路を簡素化することができる。
(第10の実施の形態)
黒を画素内で均一に表示することができる第10の実施例に係る表示装置について図19及び図20を参照して説明する
図11に示される駆動方法でスイッチング素子12のON時間を長くして黒を表示する場合、画素内で粒子6Aの濃度のむらが生じる可能性がある。この対策として、黒を表示する為には、制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4が瞬時に同電位にすることができる図19に示すような回路に構成されることが好ましい。
図19に示すようにスイッチング素子12と制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4の間に、TFT22−1〜22−4からなる整流素子と抵抗11−1〜11−4とが並列に接続されている。この並列回路における電圧−電流特性は図20に示すように、スイッチング素子12の出力電圧が正であれば、既に説明したように通常のダイオード特性D0となる。図19に示す回路では、スイッチング素子12と制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4の間に、TFT26−1〜26−4とキャパシタ28−1〜28−4とが並列に接続されている。従って、スイッチング素子12の出力電圧が負であれば、TFT26−1〜26−4のゲートと第1の電極11−1〜11−4の間に接続されたキャパシタ28−1〜28−4によって、TFT26−1〜26−4が即座にはオンされない。即ち、TFT26−1〜26−4のゲート・ソース間の電圧がキャパシタ28−1〜28−4とTFT26−1〜26−4のゲート・ソース間の容量で分圧され、TFT26−1〜26−4のゲート・ソース間の電圧がある電圧値V1以上にならないと、TFT26−1〜26−4には、電流が急激には流れない特性D1〜D4となっている。そして、図19に示す回路に電圧V2が印加される場合には、制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4に接続された各抵抗値11−1〜11−4に依存して図19に示す回路に流れる電流が決められる。
図19に示され回路を備える表示装置において、画素内で均一な黒を表示する際には、図20に示される信号電圧V1が制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4に同時に印加される。信号電圧V1の印加によってTFT26−1〜26−4に電流が急激に流れて電極セグメント3−1〜3−4が短期間で負電位に達して黒色微粒子6Aが電極セグメント3−1〜3−4に集められて画素に黒色が表示される。
また、図19に示され回路を備える表示装置において、図15を参照して説明したように時定数τを利用して中間調が表示される際には、初期化の後に、図19に示す回路に信号電圧V2が印加される。この信号電圧V2の印加によって、各特性D1〜D4に依存して電極セグメント3−1〜3−4の電位が低下し、黒色微粒子6Aの一部が電極セグメント3−1〜3−4に集められて全体として中間調が画素の表示される。各特性D1〜D4を適切に選択することによって電極セグメント3−1〜3−4の電位の変化を制御することができ、好適な表示で中間調を表示することができる。
(第11の実施の形態)
黒を画素内で均一に表示することができる第11の実施例に係る表示装置について図21及び図22を参照して説明する。
中間調の表示時に黒を均一に表示させる為には、図21に示すようにTFT22−1〜22−4及びTFT26−1〜26−4からなるダイオードが互いに逆方向に並列に接続され、一方のTFT26−1〜26−4のゲートには、夫々異なるキャパシタンスC1〜C4を有するキャパシタ28−1〜28−4が接続されている。この各回路における電流−電圧特性は、図22に示すように、スイッチング素子12の出力が負電圧の場合に、TFT26−1〜26−4に電流が急激に流れ始める電圧値V2〜V4がそれぞれ異なり、異なる電圧V1〜V4に応じてTFT26−1〜26−4が導通する特性D1〜D4となる。
黒を表示したい時には、スイッチング素子12の出力をV1にして、全ての制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4に電流が十分流れるようにして、同電位にさせる。
図21に示す回路においては、中間調が表示され場合には、図15に示されるようにON時間期間Tn或いはTn+1における信号電圧の振幅値が制御されて中間調が表示される。即ち、図22に示される電圧V2、V3、V4及び0Vのいずれかが選択されて夫々の制御電極セグメント3−1、3−2、3−3、3−4に供給される電流値が制御される。ここで、電流値に応じて制御電極セグメント3−1、3−2、3−3,3−4にスイッチング素子12から与えられる電圧値が瞬時に印加され、粒子が付着する電極面の面積を変えることができ、これにより中間調表示の制御が可能となる。
尚、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、本実施例では各画素に仕切る方法として、絶縁性樹脂層をエッチングで形成していたが、これに限るものではない。分散液を透明膜からなるカプセル内に封止し、このカプセルを基板上に並べても良い。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
この発明の第1の実施形態に係る電気泳動表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 (a)及び(b)は、図1に示された制御電極セグメントの種々の形状を概略的に示す平面図である。 この発明の第2の実施形態に係る電気泳動表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 (a)及び(b)は、図3に示された制御セグメントの種々の形状を概略的に示す平面図である。 この発明の第3の実施形態に係る電気泳動表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 この発明の第4の実施形態に係る電気泳動表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 この発明の実施例2に係る電気泳動表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 この発明の第5の実施形態に係る電気泳動表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 (a)及び(b)は、図8に示された表示装置における各画素に黒及び白の2値を表示する方法を説明する為の概略図である。 (a)及び(b)は、図8に示された表示装置における各画素に中間調を表示する方法を説明する為の概略図である。 (a)〜(c)は、図10(a)及び(b)に示す表示動作を実現する為に各電極セグメントに印加する電圧の波形及び電位変化を示す波形図である。 図8に示される電気泳動表示装置の変形実施例に係る構造を概略的に示す断面図である。 この発明の第7の実施形態に係る電気泳動表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 (a)〜(e)は、図13に示す表示装置における各電極セグメントに印加する電圧の波形及び電位変化を示す波形図である。 (a)〜(c)は、この発明の第7の実施形態に係る電気泳動表示装置において表示動作を実現する為に各電極セグメントに印加する電圧の波形及び電位変化を示す波形図である。 (a)及び(b)は、この発明の第8の実施形態に係る電気泳動表示装置の構造を概略的に示す断面図及びその内に組み込まれる抵抗回路素子を示す回路図である。 図16(a)に示される電気泳動表示装置に組み込まれる回路を概略的に示す回路図である。 この発明の第9の実施形態に係る電気泳動表示装置に組み込まれる回路を概略的に示す回路図である。 この発明の第10の実施形態に係る電気泳動表示装置に組み込まれる回路を概略的に示す回路図である。 図19に示される回路の特性を概略的に示すグラフである。 この発明の第11の実施形態に係る電気泳動表示装置に組み込まれる回路を概略的に示す回路図である。 図21に示される回路の特性を概略的に示すグラフである。
符号の説明
1 ・・・第1の基板
2 ・・・第2の基板
3 ・・・第1の電極群
3−1〜3−3 ・・・制御電極セグメント
4 ・・・第2の電極群
4−1,4−2・・・対向電極セグメント
5 ・・・隔壁
6・・・分散液
6A・・・着色帯電微粒子
6B ・・・絶縁性液体
11−1,11−2,11−3,11−4 ・・・抵抗素子
12 ・・・スイッチング素子
15 ・・・絶縁膜

Claims (21)

  1. 第1の基板と、
    この第1の基板に対向される第2の基板と、
    前記第1の基板及び前記第2の基板の間に配置された絶縁性液体中に電気泳動粒子を分散した分散液と、
    前記第1の基板上に設けられた第1及び第2の制御電極セグメントと、
    前記第2の基板上に設けられた対向電極セグメントと、
    前記制御電極セグメント及び前記対向電極セグメント間に電圧を印加する電圧印加回路であって、前記第1及び第2の制御電極セグメントに異なる電位変化を生じさせる電圧印加回路と、
    を具備することを特徴とする電気泳動表示装置。
  2. 前記対向電極セグメントは、不透明であって前記第2基板に設けられていることを特徴とする請求項1の電気泳動表示装置。
  3. 更に、第3の制御電極セグメントを具備し、前記第1及び第3の制御セグメント間に前記第2の制御電極セグメントが配置され、前記電圧印加回路が前記第2の制御電極セグメントに対して前記前記第1及び第3の制御セグメントとは異なる電位の変化を生じさせていることを特徴とする請求項1の電気泳動表示装置。
  4. 前記電圧印加回路は、前記第1の制御電極セグメントに接続され、インピーダンスを有する第1のインピーダンス素子、前記第2の制御電極セグメントに電圧を印加すると共に前記第1のインピーダンス素子を介して前記第1の制御電極セグメントに電圧を印加する電圧源とを含むことを特徴とする請求項1の電気泳動表示装置。
  5. 前記電圧印加回路は、前記第1及び第2の制御電極セグメントに接続され、異なるインピーダンスを有する第1及び第2のインピーダンス素子、この第1及び第2のインピーダンス素子を介して前記第1及び第2の制御電極セグメントに電圧を印加する電圧源とを含むことを特徴とする請求項1の電気泳動表示装置。
  6. 前記第2のインピーダンス素子は、前記第2の制御電極セグメントに電圧を印加する線路における浮遊容量或いは線路抵抗を含むことを特徴とする請求項1の電気泳動表示装置。
  7. 前記第1のインピーダンス素子は、前記第1の基板上に形成されていることを特徴とする請求項1の電気泳動表示装置。
  8. 前記対向電極により近接する前記第1及び第2の制御電極セグメントの一方に接続される前記第1及び第2のインピーダンス素子の一方は、前記第1及び第2のインピーダンス素子の他方に比べて大きなインピーダンスを有することを特徴とする請求項5の電気泳動表示装置。
  9. 前記電圧印加回路は、前記第1及び第2の制御電極セグメントに接続され、異なる抵抗値を有する第1及び第2の抵抗層、この第1及び第2の抵抗層を介して前記第1及び第2の制御電極セグメントに電圧を印加する電圧源とを含むことを特徴とする請求項1の電気泳動表示装置。
  10. 前記電圧印加回路は、前記第1及び第2の制御電極セグメントに接続され、異なるキャパシタンスを有する第1及び第2のキャパシタ層、この第1及び第2のキャパシタ層を介して前記第1及び第2の制御電極セグメントに電圧を印加する電圧源とを含むことを特徴とする請求項1の電気泳動表示装置。
  11. 前記第1及び第2のキャパシタ層は、前記第1及び第2の制御電極セグメントと前記対向電極セグメントとの間に設けられた共通の誘電体フイルムの第1及び第2領域に相当し、この第1及び第2領域は、異なる誘電体フイルム厚を有していることを特徴とする請求項10の電気泳動表示装置。
  12. 前記絶縁性液体が透明であることを特徴とする請求項1〜請求項11の電気泳動表示装置
  13. 第1の基板と、
    この第1の基板に対向される第2の基板と、
    前記第1の基板及び前記第2の基板の間に配置された絶縁性液体中に電気泳動粒子を分散した分散液と、
    前記第1の基板上に設けられた第1及び第2の制御電極セグメントと、
    前記第2の基板上に設けられた対向電極セグメントと、
    前記第1及び第2の制御電極セグメントに接続され、異なるインピーダンスを有する第1及び第2のインピーダンス素子と、この第1及び第2のインピーダンス素子を介して前記第1及び第2の制御電極セグメントに共通接続された第1のスイッチング素子、このスイッチング素子を制御するスイッチング制御部及び前記スイッチング素子並びに前記第1及び第2のインピーダンス素子を介して前記第1及び第2の制御電極セグメントと前記対向電極セグメントとの間に電圧を印加する電圧源とを含む電圧印加回路であって、前記第1及び第2の制御電極セグメントに異なる電位変化を生じさせる電圧印加回路と、
    を具備することを特徴とする電気泳動表示装置。
  14. 前記第1及び第2のインピーダンス素子は、そのインピーダンス値を制御する能動素子を含むことを特徴とする請求項13に記載の電気泳動表示装置。
  15. 前記第1及び第2のインピーダンス素子は、薄膜トランジスタを含むことを特徴とする請求項13記載の電気泳動表示装置。
  16. 前記第1及び第2の制御電極セグメントと前記対向電極セグメントとの間に設けられた共通の誘電体フイルムを更に具備し、この共通の誘電体フイルムが前記第1及び第2の制御電極セグメントと前記対向電極セグメントとの間に異なるインピーダンスを与えることを特徴とする請求項13の電気泳動表示装置。
  17. 前記共通の誘電体フイルムは、異なる膜厚を有する領域を備えることを特徴とする請求項16の電気泳動表示装置。
  18. 前記誘電体フイルムは、その誘電率が絶縁性液体の誘電率よりも小さく、且つ第1及び第2の膜厚を有する第1及び第2の領域を備え、第1の電極セグメントは、第2の電極セグメントよりも前記対向電極セグメントにより近くに配置され、前記第1の膜厚を有する第1の領域が前記第1の電極セグメントと前記対向電極セグメント間に配置され、前記第1の膜厚が第2の膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項16に記載の電気泳動表示装置。
  19. 前記スイッチング制御部は、表示する階調に応じて前記スイッチング素子を導通させるON時間期間を制御することを特徴とする請求項13に記載の電気泳動表示装置。
  20. 前記第1の基板上に設けられる第3及び第4の制御電極セグメントを更に具備し、
    前記電圧印加回路がこの第3及び第4の制御電極セグメントに共通接続される第2のスイッチング素子を含み、
    前記スイッチング制御部が前記第1及び第2のスイッチング素子を異なるタイミングで導通させることを特徴とする請求項13の電気泳動表示装置。
  21. 前記第1及び第2のインピーダンス素子は、ある極性の電圧で導通し、反対極性の電圧で夫々異なるインピーダンスが与えられて夫々異なる電流を第1及び第2の制御電極セグメントに供給することを特徴とする請求項13の電気泳動表示装置。
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