JP2005215092A - 電気泳動表示装置及び電気泳動表示装置の駆動方法 - Google Patents

電気泳動表示装置及び電気泳動表示装置の駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 安定した表示を繰り返し行うことができる電気泳動表示装置及び電気泳動表示装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】 表示用電極７により、第１基板１及び第２基板２により形成された閉空間内に分散された泳動粒子５，６の分布状態を変化させて表示を行うと共に、泳動粒子５，６を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子とし、表示用電極７に所定の極性の表示電圧と、所定の極性の表示電圧と逆極性の表示電圧を交互に印加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、泳動粒子を移動させることに基づき表示を行う電気泳動表示装置及び電気泳動表示装置の駆動方法に関する。
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おこなわれており、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。特に、最近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。
ところで、このようなディスプレイの候補として、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形成する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）。
なお、このような電気泳動表示装置においては、染料などの着色剤を分散媒中に混入することに起因して、表示装置としての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。そこで、分散媒を着色する必要がなく、透明な分散媒中に分散された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って画像を形成する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）。
米国特許第３６１２７５８号明細書 特開平１１−２０２８０４号公報 特開平１１−３５７３６９号公報
ところで、このような従来の電気泳動表示装置においては、泳動粒子を電界によって移動させるため、表示書き換え時にＤＣ電圧が表示素子に印加されるが、このような表示書き換えを何度も繰り返す場合には、結果的に長時間のＤＣ電圧が表示素子に印加される場合がある。
そして、このようにＤＣ電圧が長時間表示素子に印加される場合、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、残留ＤＣ成分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しまい、所定の階調光学レベルが得られないという表示焼付きの問題が発生してしまう。
そこで、本発明は、このような現状に鑑みて為されたものであり、安定した表示を繰り返し行うことができる電気泳動表示装置及び電気泳動表示装置の駆動方法を提供することを目的とするものである。
本発明は、所定間隙を設けた状態に配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板により形成された閉空間内に分散された泳動粒子と備え、前記泳動粒子の分布状態を前記閉空間内で変化させることにより表示を行う電気泳動表示装置において、前記泳動粒子を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子としたことを特徴とするものである。
また本発明は、前記表示を行うため前記泳動粒子の分布状態を変化させる表示用電極を備えると共に、前記表示用電極に所定の極性の表示電圧と、前記所定の極性の表示電圧とは逆極性の表示電圧を交互に印加し、前記泳動粒子の分布状態を変化させることを特徴とするものである。
また本発明は、前記表示をリセットするために前記泳動粒子の分布状態を変化させる第１及び第２リセット電極を備えると共に、前記第１及び第２リセット電極に所定の極性のリセット電圧と、前記所定の極性のリセット電圧とは逆極性のリセット電圧を交互に印加するようにしたことを特徴とするものである。
また本発明は、前記第１基板及び第２基板の間隔を一定に保持する隔壁を設けると共に、前記表示用電極を前記第１基板又は前記第２基板に設け、前記第１及び第２リセット電極を前記隔壁に対向して設けたことを特徴とするものである。
前記表示用電極を前記第１基板及び前記第２基板の一方に設け、前記第１及び第２リセット電極を前記第１基板及び前記第２基板の他方に設けたことを特徴とするものである。
また本発明は、前記表示用電極を共通電極とし、前記所定の極性の表示電圧は、該共通電極と前記第１及び第２リセット電極の一方との間の相対電位差であり、前記所定の極性とは逆極性の表示電圧は、該共通電極と前記第１及び第２リセット電極の他方との間の相対電位差であることを特徴とするものである。
また本発明は、所定間隙を設けた状態に配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板により形成された閉空間内に分散された泳動粒子と備え、前記泳動粒子の分布状態を前記閉空間内で変化させることにより表示を行う電気泳動表示装置において、前記表示を行うため前記泳動粒子の分布状態を変化させる表示用電極と、前記閉空間内に充填され、前記泳動粒子が分散されると共に、該泳動粒子と異なる比誘電率を有する分散媒を備える一方、前記泳動粒子を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子とし、前記表示用電極に所定の極性の表示電圧と、前記所定の極性の電圧とは逆極性の表示電圧を交互に印加するようにしたことを特徴とするものである。
また本発明は、前記表示をリセットするために前記泳動粒子の分布状態を変化させるリセット電極を備え、前記表示用電極及び前記リセット電極を該表示用電極及びリセット電極との間で不均一電界分布が形成されるように配置し、かつ前記表示をリセットする際、前記表示用電極に交流電圧を印加するようにしたことを特徴とするものである。
また本発明は、前記第１基板及び第２基板の間隔を一定に保持する隔壁を設けると共に、前記表示用電極を前記第１基板又は前記第２基板に設け、前記リセット電極を前記隔壁に対向して設けたことを特徴とするものである。
また本発明は、前記泳動粒子の比誘電率＞前記分散媒の比誘電率の関係を満たす場合には、前記泳動粒子を前記不均一電界分布の強電界領域に移動させる動作を前記リセット動作とし、前記泳動粒子の比誘電率＜前記分散媒の比誘電率の関係を満たす場合には、前記泳動粒子を前記不均一電界分布の弱電界領域に移動させる動作を前記リセット動作とすることを特徴とするものである。
また本発明は、前記閉空間が、前記第１基板と第２基板の間隙に配置されたマイクロカプセルによって形成されることを特徴とするものである。
また本発明は、所定間隙を設けた状態に配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板により形成された閉空間内に分散された泳動粒子と備え、前記泳動粒子の分布状態を前記閉空間内で変化させることにより表示を行う電気泳動表示装置の駆動方法において、前記表示を行うため前記泳動粒子の分布状態を変化させる表示用電極と、前記表示をリセットするために前記泳動粒子の分布状態を変化させる第１及び第２リセット電極とを備えると共に、前記泳動粒子を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子とし、かつ前記第１及び第２リセット電極に所定の極性のリセット電圧を印加してリセットを行う第１のリセット動作と、前記表示用電極に所定の極性の表示電圧を印加して表示を行う第１の表示動作と、前記第１及び第２リセット電極に前記所定の極性のリセット電圧とは逆極性のリセット電圧を印加してリセットを行う第２のリセット動作と、前記表示用電極に前記所定の極性の表示電圧とは逆極性の表示電圧を印加して表示を行う第２の表示動作を繰り返すことを特徴とするものである。
また本発明は、所定間隙を設けた状態に配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板により形成された閉空間内に分散された泳動粒子と備え、前記泳動粒子の分布状態を前記閉空間内で変化させることにより表示を行う電気泳動表示装置の駆動方法において、前記表示を行うため前記泳動粒子の分布状態を変化させる表示用電極と、前記表示をリセットするために前記泳動粒子の分布状態を変化させるリセット電極と、前記泳動粒子が分散されると共に、該泳動粒子と異なる比誘電率を有する分散媒を備え、かつ前記泳動粒子を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子とする一方、前記表示用電極及び前記リセット電極を該表示用電極及びリセット電極との間で不均一電界分布が形成されるように配置し、かつ前記表示用電極に所定の極性の表示電圧を印加して表示を行う第１の表示動作と、前記表示用電極に交流電圧を印加してリセットを行うリセット動作と、前記表示用電極に前記所定の極性の表示電圧とは逆極性の表示電圧を印加して表示を行う第２の表示動作を繰り返すことを特徴とするものである。
本発明のように、泳動粒子を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子とすることにより、交流による駆動が可能となった。さらに、泳動粒子の分布状態を変化させて表示を行う表示用電極に所定の極性の表示電圧と、所定の極性の表示電圧と逆極性の表示電圧を交互に印加することにより、表示、或は表示書き換えを繰り返す場合においても、残留ＤＣ成分の蓄積を防ぐことができ、安定した表示を繰り返し行うことができる。
以下、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詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電気泳動表示装置に設けられた電気泳動表示素子の概略構成を示す図であり、同図において、１は第１基板、２は第１基板１に対して所定間隔を設けた状態で表示側に配置される第２基板である。
３は、第１基板１及び第２基板２の間隔を一定に保持するために配置された隔壁、４は第１基板１、第２基板２及び隔壁４とにより形成される閉空間内に充填された分散媒であり、この分散媒中に２種類の泳動粒子（第１粒子５及び第２粒子６）が分散されている。なお、この２種類の泳動粒子５，６は、互いに異なる帯電極性を有した同一着色のものである。
７は第１基板１上に形成された第１電極、８、９は第１基板上でかつ隔壁４の側壁面に沿って形成された第１リセット電極及び第２リセット電極である第２電極及び第３電極である。そして、これら第１電極７、第２電極８及び第３電極９に電圧を印加することにより、第１基板１、第２基板２及び隔壁４で形成される画素に対応した閉空間内に電界を形成し、この電界により２種類の泳動粒子５，６を選択的に移動させ、表示を行うようにしている。なお、第１電極７は、第２電極８と第３電極９に比べて面積が大きく形成されている。また、この第１電極７は所定の色に着色されている。
ところで、このような構成の電気泳動表示素子では、第１電極７に所定の極性の表示電圧を印加して表示、或いは表示書き換えを行う第１の表示動作と、第１電極７に第１の表示動作とは逆極性の所定の表示電圧を印加して表示、或いは表示書き換えを行う第２の表示動作とを交互に行うようにしている。
また、この第１の表示動作と第２の表示動作の前に第２及び第３電極８，９に所定の極性のリセット電圧を印加して表示をリセットする第１のリセット動作と、第１のリセット動作とは逆極性の所定のリセット電圧を印加して表示のリセットを行う第２のリセット動作を行うようにしている。
次に、このような電気泳動表示素子の表示動作について説明する。なお、本実施の形態においては、第１粒子５をプラス帯電された黒色粒子、第２粒子６をマイナス帯電された黒色粒子とし、第１電極７が白色に着色されているものとする。
まず、第１の表示動作について説明する。
この場合、まず図１の（ａ）に示すように、第１電極７に０Ｖ、所定の極性のリセット電圧として第２電極８に−１０Ｖ、第３電極９に＋１０Ｖを印加して、プラス帯電した第１粒子５を第２電極側に、マイナス帯電した第２粒子６を第３電極側に移動させることで粒子位置のリセット（第１リセット動作）を行う。このとき、第１電極７の上方には第１及び第２粒子５，６は存在しないので、白色の第１電極７が露出することとなり白色表示となる。
次に、図１の（ｂ）に示すように、所定の極性の表示電圧として第１電極７に＋１０Ｖを印加すると共に、第２電極８に０Ｖ、第３電極９に０Ｖを印加して、マイナス帯電した第２粒子６を第１電極上に移動させる。このとき、第１電極７が黒色の第２粒子６によって覆われるため黒表示書き換えとなる。なお、中間調の表示書き換えを行う場合は、例えば第１電極７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第１電極７に移動させる第２粒子６の量を変えることにより行う。
次に、第２の表示動作について図２を用いて説明する。
この場合は、まず図２の（ａ）に示すように、第１電極７に０Ｖ、第１リセット動作とは逆極性のリセット電圧として第２電極８に＋１０Ｖ、第３電極９に−１０Ｖを印加して、プラス帯電した第１粒子５を第３電極側に、マイナス帯電した第２粒子６を第２電極側に移動させることで粒子位置のリセット（第２リセット動作）を行う。このとき、白色の第１電極７が露出することとなり白色表示となる。
次に、図２の（ｂ）に示すように、逆極性の所定の表示電圧として第１電極７に−１０Ｖ、第２電極８に０Ｖ、第３電極９に０Ｖを印加して、プラス帯電した第１粒子５を第１電極上に移動させる。このとき第１電極７が黒色の第１粒子５によって覆われるため黒表示書き換えとなる。なお、中間調の表示書き換えを行う場合は、第１電極７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第１電極７に移動させる第１粒子５の量を変えることにより行う。
ここで、第１の表示動作と、第２の表示動作はどちらも黒表示（中間調）書き換えであるが、第１電極７に印加される表示電圧は逆極性の電圧となっている。つまり、本実施の形態においては、帯電極性が逆極性であって且つ同一着色である２種類の粒子５，６を用いることにより、第１電極７に極性の異なる電圧を交互に印加すれば、第１の表示動作と第２の表示動作を交互に行うことができる。
そして、このように第１電極７に極性の異なる電圧を交互に印加して第１の表示動作と第２の表示動作を交互に行うことにより、表示書き換えを繰り返す場合においても、第１電極７における実効電圧を平均的にゼロに近くすることができる。これにより、残留ＤＣ成分の蓄積を防ぎ、表示焼付きを抑制した安定な表示書き換えを行うことができる。
一般的に電気泳動表示装置は表示状態のメモリ性を有するため、上記表示動作の後に表示保持動作をおこなってもよい。ここで、表示書き換え後に、その表示状態の表示を続ける場合、上記のような表示動作を行う必要はなく、表示保持動作を行えばよい。なお、表示保持動作は泳動粒子の位置を保持することが目的であり、一般的に各電極に０Ｖの電圧を印加しておけばよい。
また、他の表示保持動作として、泳動粒子を押さえつける微小な電圧を印加する、又は、定期的に泳動粒子の位置を補正するパルス電圧を印加する、などの方法がある。電気泳動表示装置はメモリ性を有するために、消費電力を小さくすることができる。また言うまでもないが、動画のように表示状態を次々に切り替える場合は、上記の第１の表示動作と第２の表示動作を交互に繰り返し続けることになる。
ここで、本実施の形態においては、互いに異なる帯電極性を有した同色の第１粒子と第２粒子を用いるようにしており、これにより電極に逆極性の電圧を印加した場合においても同一の階調表示を行うことが可能となった。
なお、この逆極性の電圧は、完全に対象電圧である必要は必ずしもない。また、２種類の泳動粒子５，６の色は特に限定されるものではなく、黒色以外でも、白色、赤色、緑色、青色、マゼンタ色、シアン色、イエロー色など適宜選ぶことができる。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図３は、本実施の形態に係る電気泳動表示装置に設けられた電気泳動表示素子の概略構成を示す図である。なお、同図において、図１と同一符号は、同一又は相当分を示している。
同図において、４１は第１基板１、第２基板２及び隔壁３により形成された閉空間に充填された分散媒であり、本実施の形態において、この分散媒４１は着色されている。なお、本実施の形態においては、第２基板上に第１電極７、第１基板上に第２電極８及び第３電極９が配置されている。
ここで、本実施の形態においても、この電気泳動表示素子は、第１の表示動作と、第２の表示動作を交互に行うようにしている。
次に、このような電気泳動表示素子の表示動作について説明する。なお、本実施の形態においては、第１粒子５をプラス帯電された白色粒子、第２粒子６をマイナス帯電された白色粒子とし、分散媒４１が黒色に着色されているものとする。また、第１電極７は全ての画素において同じ電圧が印加される共通電極とし、０Ｖの電圧が印加されているものとする。
まず、第１の表示動作について図３を用いて説明する。
この場合、まず図３の（ａ）に示すように、所定の極性のリセット電圧として第２電極８に−１０Ｖ、第３電極９に＋１０Ｖを印加して、プラス帯電した第１粒子５を第２電極側に、マイナス帯電した第２粒子６を第３電極側に移動させることで粒子位置のリセット（第１リセット動作）を行う。このとき、第２基板側の観察者からは黒色の分散媒４１が観察されることとなり黒色表示となる。
次に、図３の（ｂ）に示すように、共通電極である第１電極７と第２電極８との間に所定の極性の表示電圧に応じた電位差を生じさせるため第２電極８に−１０Ｖを印加すると共に、第３電極９に−１０Ｖを印加し、マイナス帯電した第２粒子６を第１電極上に移動させる。このとき第２基板側の観察者からは白色の第２粒子６が観察されることとなり白表示書き換えとなる。なお、中間調の表示書き換えを行う場合は、例えば第２及び第３電極７，８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第１電極７に移動させる第２粒子６の量を変えることにより行う。
次に、第２の表示動作について説明する。
この場合は、まず図４の（ａ）に示すように、第１リセット動作とは逆極性のリセット電圧として第２電極８に＋１０Ｖ、第３電極９に−１０Ｖを印加して、プラス帯電した第１粒子５を第３電極側に、マイナス帯電した第２粒子６を第２電極側に移動させることで粒子位置のリセット（第２リセット動作）を行う。なお、このとき第２基板側の観察者からは黒色の分散媒４１が観察されることとなり黒色表示となる。
次に、図４の（ｂ）に示すように、第２電極８に＋１０Ｖ、共通電極である第１電極７と第３電極９との間に、第１の表示動作の表示電圧の極性とは逆の極性の表示電圧に応じた電位差を生じさせるため第３電極９に＋１０Ｖを印加して、プラス帯電した第１粒子５を第１電極上に移動させる。このとき第２基板側の観察者からは白色の第１粒子５が観察されることとなり白表示書き換えとなる。なお、中間調の表示書き換えを行う場合は、第２及び第３電極８，９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第１電極７に移動させる第１粒子５の量を変えることにより行う。
ここで、第１の表示動作と第２の表示動作は、どちらも白表示（中間調）書き換えであるが、第２及び第３電極８，９との間に印加される電圧は逆極性の電圧となっている。また、この第１の表示動作と第２の表示動作を交互に行うことにより、既述した第１の実施の形態と同様、表示書き換えを繰り返す場合においても、第２及び第３電極８，９に逆極性の電圧が交互に印加されることとなり、平均的に実効電圧をゼロに近くすることができる。これにより、残留ＤＣ成分の蓄積を防ぎ、表示焼付きを抑制した安定な表示書き換えを行うことができる。
ところで、これまで述べた第１及び第２の実施の形態においては、電気泳動力を用いて表示書き換えを行う場合について述べてきたが、本発明は、これに限らず、誘電泳動力を利用することによって表示書き換えを行うことができる。
ここで、誘電泳動力は電気泳動力と明確に区別された電解中の粒子に働く力であり、以下の式で与えられる（静電気の事典 上田實 編集 朝倉書店（１９９１年））。
Ｆ＝２πｒ３ε１ε０｛（ε２−ε１）／（ε２＋２ε１）｝ｇｒａｄ Ｅ２ …（１）
Ｆ：誘電泳動力
ｒ：粒子半径
ε０：真空の誘電率
ε１：分散媒の比誘電率
ε２：粒子の比誘電率
Ｅ：外部電界
この式（１）からもわかるように、閉空間内に不均一電界が形成されている場合には、泳動粒子の比誘電率が周囲の分散媒の比誘電率より大きいときには、泳動粒子は電界の強い領域に移動する。また逆に、泳動粒子の比誘電率が周囲の分散媒の比誘電率よりも小さいときには、泳動粒子は電界の弱い領域に移動することになる。このような誘電泳動力は、ＤＣ電圧印加時でも働くが、この場合は、一般的に電気泳動力が誘電泳動力を上回るため、誘電泳動力の影響は少ない。
しかし、ＡＣ電圧を印加した場合は、低い周波数のＡＣ電圧では、振動的な電気泳動力が発生するが、周波数を高めるとしだいに泳動粒子の動きが追従できなくなると共に、電気泳動力は減衰するようになり、この結果、誘電泳動力が支配的に働くようになる。
なお、式（１）から分かるように、泳動粒子と分散媒の比誘電率に差がない場合、誘電泳動力は消失してしまう。そのため、泳動粒子と分散媒が異なる比誘電率を有することが必要である。
また、閉空間内での所定の不均一電界（電界勾配）分布は、部材の誘電率差や電極の配置及び形状によって形成することができる。例えば、２つの電極面の距離が一定ではなく、極大値と極小値を持つように電極を配置することで、閉空間内に不均一分布を形成することができる。この場合、電極面間の距離が極小となる領域に不均一電界の強電界領域が形成され、電極面間の距離が極大となる領域に弱電界領域が形成される。
また、式（１）から分かるように、誘電泳動力の働く方向は、泳動粒子と分散媒の比誘電率の大小関係さえ決まれば、泳動粒子の帯電極性に関係なく一方向に決まる。よって、誘電泳動力を利用することによって、帯電極性の異なる第１粒子と第２粒子を同一領域に移動させることができる。なお、泳動粒子と分散媒の比誘電率差Δεとしては、５＜Δε＜５０が好ましく。さらに好ましくは、８＜Δε＜２０がよい。
なお、誘電泳動力が小さいと当然、応答速度が遅くなってしまうが、逆に誘電泳動力が大きすぎると、ＤＣ電圧を印加した場合においても泳動粒子が強電界領域（又は弱電界領域）から出てこれなくなり駆動不良となる。
また、ＡＣ電圧の周波数については特に限定されるものではなく、誘電泳動力が支配的となる周波数以上で、泳動粒子の移動速度や駆動ドライバーの制約等から選べばよい。例えば、電極配置（不均一電界分布）や粒子サイズ、粒子と分散媒の比誘電率差、粒子の帯電量等によって異なるが、通常は数百Ｈｚ以上が好ましい。また言うまでもなく、ＡＣ電圧の波形についても特に限定されるものではなく、矩形波やＳｉｎ波、三角波などを選ぶことができる。
図５は、このように誘電泳動力を利用することによって表示書き換えを行うようにした本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動表示装置に設けられた電気泳動表示素子の概略構成を示す図である。なお、同図において、図１と同一符号は、同一又は相当分を示している。
同図において、７１は第１基板上に形成された第１電極、８１は隔壁３に形成されたリセット電極である第２電極であり、この第２電極８１は隔壁表面又は内部に形成されており、隔壁沿いに第１基板１に近づくにつれて第１電極７１に近接するように、即ち第１電極面と第２電極面との距離が、画素側面の隔壁部において極小となるよう形成されている。
そして、このように第１電極面と第２電極面の距離が画素側面の隔壁部において極小となるように電極７１，８１を配置することにより、画素内に不均一電界分布が形成され、特に第１電極面と第２電極面の距離が最も近い、同図において、符号Ａで示す領域に強電界領域を形成することができる。
次に、このような電気泳動表示素子の表示動作について説明する。なお、本実施の形態においては、第１粒子５をプラス帯電された黒色粒子、第２粒子６をマイナス帯電された黒色粒子とし、第１電極７１が白色に着色されているものとする。また、「泳動粒子の比誘電率＞分散媒の比誘電率」の関係を満たすものとする。さらに、第２電極８１は全ての画素において同じ電圧が印加される共通電極として０Ｖの電圧が印加されているものとする。
まず、第１の表示動作について図５を用いて説明する。
この場合、図５の（ａ）に示すように、第１電極７１に±２０ＶのＡＣ（交流）電圧を印加して、第１粒子５と第２粒子６共に画素内の強電界領域（領域Ａ）に移動させることで粒子位置のリセット（第１リセット動作）を行う。なお、このとき白色の第１電極７１が露出することとなり白色表示となる。
次に、図５の（ｂ）に示すように、所定の極性の表示電圧として第１電極７１に＋１０Ｖを印加すると、マイナス帯電した第２粒子６が第１電極上に移動する。このとき第１電極７１が黒色の第２粒子６によって覆われるため黒色表示となる。なお、中間調の表示書き換えを行う場合は、例えば第１電極７１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第１電極７１に移動させる第２粒子６の量を変えることにより行う。
次に第２の表示動作について説明する。
この場合、まず図６の（ａ）に示すように、第１電極７１に±２０ＶのＡＣ電圧を印加して、第１粒子５と第２粒子６共に画素内の強電界領域（領域Ａ）に移動させることで粒子位置のリセット（第２リセット動作）を行う。なお、このとき白色の第１電極７１が露出することとなり白色表示となる。
次に、図６の（ｂ）に示すように、逆極性の所定の表示電圧として第１電極７１に−１０Ｖを印加してプラス帯電した第１粒子５を第１電極上に移動させる。なお、このとき第１電極７１が黒色の第１粒子５によって覆われるため黒色表示となる。なお、中間調の表示書き換えを行う場合は、第１電極７１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第１電極７１に移動させる第１粒子５の量を変えることにより行う。
ここで、第１の表示動作と第２の表示動作はどちらも黒表示（中間調）書き換えであるが、第１電極７１に印加される電圧は逆極性の電圧である。そして、本実施の形態においても、既述した第１及び第２の実施の形態と同様、第１の表示動作と第２の表示動作を交互に行うことにより、表示書き換えを繰り返す場合においても、第１電極７に逆極性の電圧が交互に印加されることとなり、平均的に実効電圧をゼロに近くすることができる。そのため、残留ＤＣ成分の蓄積を防ぎ、表示焼付きを抑制した安定な表示書き換えを行うことができる。
なお、本実施の形態においては、誘電泳動力を利用したＡＣ電圧リセットを行うことによって、帯電極性の異なる２種類の粒子を同一方向に移動させることが可能となり、後述する図９に示すように電極数を減らすことができる。
なお、これまでの説明においては、第１基板１と第２基板２の間隙に形成される閉空間に粒子５，６及び分散媒４を充填させた構成について述べてきたが、粒子５，６及び分散媒４をマイクロカプセルに包み、このマイクロカプセルを画素に対応する空間に収納するようにしても良い。
次に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本実施例では、以下の作製方法により、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係る電気泳動表示素子を備えた電気泳動表示装置を作製する。なお、本実施例において、電気泳動表示素子として６００×１８００のマトリクスパネルを用いると共に、図７に示すように、画素の平面形状を長方形とし、画素サイズを横４０μｍ×縦１２０μｍとする。
まず、第１基板１として１．１ｍｍ厚のガラス基板を使用し、この第１基板上に薄型トランジスタ（不図示）や、その他駆動に必要な配線やＩＣ（不図示）を形成し、この後、基板全面に絶縁層としてＳｉ３Ｎ膜４を形成する。次に、Ａｌを成膜し、パターニングを行うことで第１電極７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型トランジスタと第１電極７とが導通される。
次に、このようにして第１電極７を形成した後、白色の着色層を全面に覆うように塗布する。なお、この着色層は、酸化チタンやアルミナなどの白色顔料を分散させたアクリル樹脂にて形成する。
次に、電界メッキ法によって、隔壁３の一部を構成する第２電極８と第３電極９を高さ１０μｍ、幅５μｍで形成する。なお、第２電極８と第３電極９は、図７に示すように、各画素の共通電極として形成される。この後、すでに形成した第２電極８と第３電極９による隔壁の上に、厚膜レジストによってさらに高さ７μｍ、幅５μｍの隔壁を形成し、隔壁３の高さを全体で１７μｍとする。
次に、各画素に黒色の２種類の泳動粒子（第１粒子と第２粒子）と分散媒を充填する。ここで、分散媒４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。さらにイソパラフィンに荷電制御剤を含有させることにより、第１粒子はプラス帯電を、第２粒子はマイナス帯電を示す。最後に、第２基板２を隔壁上に配置して密封し、電気泳動表示素子を完成させる。
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既述した第１の表示動作及び第２の表示動作を検証する。
まず、第１の表示動作について図１を用いて説明する。
この場合、まず薄膜トランジスタを介して第１電極７を０Ｖとして、全画素の共通電極である第２電極８と第３電極９にそれぞれ−１０Ｖと＋１０Ｖを印加して、パネル全面の画素を白状態にリセットする。
次に、第２電極８と第３電極９を０Ｖとして、薄膜トランジスタを介して第１電極７に所定の階調レベルに対応したプラス極性の電圧を印加する。例えば黒表示の場合は、＋１０Ｖを印加することで、マイナス帯電の第２粒子をすべて第１電極全面に広げる。なお、階調表示の場合は、０Ｖ、＋２Ｖ、＋４Ｖ、＋６Ｖ、＋８Ｖというように電圧変調を行い、第１電極上に移動する第２粒子の量を変える。
次に、第２の表示動作について図２を用いて説明する。
この場合、まず、薄膜トランジスタを介して第１電極を０Ｖとし、第２電極８と第３電極９にそれぞれ＋１０Ｖと−１０Ｖを印加して、パネル全面の画素を白状態にリセットする。
次に、第２電極８と第３電極９を０Ｖとして、薄膜トランジスタを介して第１電極７に所定の階調レベルに対応したマイナス極性の電圧を印加する。例えば黒表示の場合は、−１０Ｖを印加することで、プラス帯電の第１粒子をすべて第１電極全面に広げる。なお、階調表示の場合は、０Ｖ、−２Ｖ、−４Ｖ、−６Ｖ、−８Ｖというように電圧変調を行い、第１電極上に移動する第１粒子の量を変える。
検証するマトリクスパネルの駆動方法について、図８を用いて説明する。なお、説明の便宜上８×８マトリクスパネルの簡略図を用いる。ここで、同図の（ａ）及び（ｂ）に示す、マス目は画素に対応しており、マス目の中に記載された丸数字１、２の記号については、丸数字１は第１の表示動作、丸数字２は第２の表示動作をその画素において行うことを示している。
そして、本実施例においては、（ａ）→（ｂ）→（ａ）→（ｂ）→…というように表示書き換えを繰り返していく。つまり、フレーム全面で第１の表示動作と第２の表示動作を、その間に第１及び第２のリセット動作を交えながら、交互に繰り返すことになる。この駆動方法では、画素内に印加される電圧の極性がフレームごとに反転していることから、フレーム反転駆動法と呼ぶ。
本実施例の電気泳動表示装置は、表示状態のメモリ性を有しているため、表示書き換えの後にその表示状態の表示を続ける場合には、各電極に０Ｖを印加する表示保持動作を行う。また、動画のように表示状態を次々に切り替える場合には、上記のフレーム反転駆動を繰り返す。
以上の駆動方法（フレーム反転駆動法）によって、表示書き換えを繰り返した場合においても、各電極に逆極性の電圧が交互に印加されることとなり、平均的に実効電圧をゼロに近くすることができる。そのため、残留ＤＣ成分の蓄積を防ぎ、表示焼付きを抑制した安定な表示書き換えを行うことができる。
［実施例２］
本実施例では、以下の作製方法により、図５に示す電気泳動表示素子を備えた電気泳動表示装置を作製する。なお、本実施例において、電気泳動表示素子として６００×１８００のマトリクスパネルを用いると共に、図９に示すように、画素の平面形状を長方形とし、画素サイズを横４０μｍ×縦１２０μｍとする。なお、この構成では、電極は、既述したように第１及び第２電極７１，８１の２つである。
第１基板として１．１ｍｍ厚のガラス基板を使用し、この第１基板上には薄型トランジスタ（不図示）や、その他駆動に必要な配線やＩＣ（不図示）を形成し、この後、基板全面に絶縁層としてＳｉ３Ｎ膜４を形成する。その後、Ａｌを成膜し、パターニングを行うことで第１電極７１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型トランジスタと第１電極７１とが導通される。また第１電極表面に凹凸を形成することで、入射光が乱反射されて白色を呈するようにする。
次に、電界メッキ法によって、隔壁３を兼ねる第２電極８１を高さ１０μｍ、幅５μｍで形成する。なお、この第２電極８１は図９に示すように、各画素の共通電極として形成される。その後、すでに形成した第２電極８１による隔壁の上に、厚膜レジストによってさらに高さ７μｍ、幅５μｍの隔壁を形成する。隔壁の高さは全体で１７μｍとする。
次に、各画素に黒色の２種類の泳動粒子（第１粒子と第２粒子）と分散媒を充填する。ここで、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。さらに、イソパラフィンに荷電制御剤を含有させることにより、第１粒子はプラス帯電し、第２粒子はマイナス帯電を示す。また、泳動粒子と分散媒の比誘電率を「泳動粒子の比誘電率＞分散媒の比誘電率」として、さらに誘電率差を８以上とする。最後に、第２基板を隔壁上に配置して密封し、電気泳動表示素子を完成させる。
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既述した第１の表示動作及び第２の表示動作を検証する。
まず、第１の表示動作について図５を用いて説明する。なお、この場合、全画素の共通電極である第２電極８１には０Ｖの電圧が印加されている。
まず、薄膜トランジスタを介して第１電極７１にＡＣ電圧として±１５Ｖ、周波数１ｋＨｚのＳｉｎ波を印加して、画素を白状態にリセットする。次に、薄膜トランジスタを介して第１電極７１に所定の階調レベルに対応したプラス極性の電圧を印加する。例えば黒表示の場合は、＋１０Ｖを印加することで、マイナス帯電の第２粒子をすべて第１電極全面に広げる。なお、階調表示の場合は、０Ｖ、＋２Ｖ、＋４Ｖ、＋６Ｖ、＋８Ｖというように電圧変調を行い、第１電極上に移動する第２粒子の量を変える。
次に、第２の表示動作について図６を用いて説明する。なお、この場合、全画素の共通電極である第２電極には０Ｖの電圧が印加されている。
まず、薄膜トランジスタを介して第１電極にＡＣ電圧として±１５Ｖ、周波数１ｋＨｚのＳｉｎ波を印加して、画素を白状態にリセットする。次に、薄膜トランジスタを介して第１電極に所定の階調レベルに対応したマイナス極性の電圧を印加する。例えば黒表示の場合は、−１０Ｖを印加することで、プラス帯電の第１粒子をすべて第１電極全面に広げる。なお、階調表示の場合は、０Ｖ、−２Ｖ、−４Ｖ、−６Ｖ、−８Ｖというように電圧変調を行い、第１電極上に移動する第１粒子の量を変える。
次に、検証したマトリクスパネルの駆動方法について、図１０を用いて説明する。なお、本実施例においては、（ａ）→（ｂ）→（ａ）→（ｂ）→…というように表示書き換えを繰り返していく。つまり、本実施例においては、隣接する横ライン（走査ライン）ごとに第１の表示動作と第２の表示動作を、その間にリセット動作を交えながら、交互に繰り返すことになる。この駆動方法では、画素内に印加される電圧の極性が走査ラインごとに反転していることから、ライン反転駆動法と呼ぶ。
本実施例の電気泳動表示装置は、表示状態のメモリ性を有しているため、表示書き換えの後にその表示状態の表示を続ける場合には、各電極に０Ｖを印加する表示保持動作を行った。また、動画のように表示状態を次々に切り替える場合には、上記のライン反転駆動を繰り返す。
以上の駆動方法（ライン反転駆動法）によって、表示書き換えを繰り返した場合においても、第１電極７１に逆極性の電圧が交互に印加されることとなり、平均的に実効電圧をゼロに近くすることができる。そのため、残留ＤＣ成分の蓄積を防ぎ、表示焼付きを抑制した安定な表示書き換えを行うことができる。
［実施例３］
本実施例では、検証したマトリクスパネルの駆動方法以外は実施例２と同様であるため、製造方法などの説明は省略する。
検証するマトリクスパネルの駆動方法について、図１１を用いて説明する。ここで、本実施例においては、同図に示すように（ａ）→（ｂ）→（ａ）→（ｂ）→…というように表示書き換えを繰り返していく。つまり、隣接する画素ごとに第１の表示動作と第２の表示動作を、その間にリセット動作を交えながら、交互に繰り返すことになる。この駆動方法では、画素内に印加される電圧の極性が隣接する画素ごとに反転していることから、ドット反転駆動法と呼ぶ。
本実施例の電気泳動表示装置は、表示状態のメモリ性を有しているため、表示書き換えの後にその表示状態の表示を続ける場合には、各電極に０Ｖを印加する表示保持動作を行った。また、動画のように表示状態を次々に切り替える場合には、上記のドット反転駆動を繰り返す。
以上の駆動方法（ドット反転駆動法）によって、表示書き換えを繰り返した場合においても、第１電極７１に逆極性の電圧が交互に印加されることとなり、平均的に実効電圧をゼロに近くすることができる。そのため、残留ＤＣ成分の蓄積を防ぎ、表示焼付きを抑制した安定な表示書き換えを行うことができる。
本発明の第１の実施の形態に係る電気泳動表示装置に設けられた電気泳動表示素子の概略構成を示す図。 上記電気泳動表示素子の表示動作を説明する図。 本発明の第２の実施の形態に係る電気泳動表示装置に設けられた電気泳動表示素子の概略構成を示す図。 上記電気泳動表示素子の表示動作を説明する図。 本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動表示装置に設けられた電気泳動表示素子の概略構成を示す図。 上記電気泳動表示素子の表示動作を説明する図。 上記本発明の第１の実施の形態に係る電気泳動表示素子の実施例における画素の平面形状を示す図。 上記実施例に係る電気泳動表示素子の駆動方法を説明する図。 上記本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動表示素子の実施例における画素の平面形状を示す図。 上記実施例に係る電気泳動表示素子の駆動方法を説明する図。 上記実施例に係る電気泳動表示素子の他の駆動方法を説明する図。
符号の説明
１ 第１基板
２ 分散媒
３ 第２基板
４ 分散媒
５ 第１粒子
６ 第２粒子
７ 第１電極
８ 第２電極
９ 第３電極
７１ 第１電極
８１ 第２電極
Ａ 強電界領域

Claims (13)

  1. 所定間隙を設けた状態に配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板により形成された閉空間内に分散された泳動粒子と備え、前記泳動粒子の分布状態を前記閉空間内で変化させることにより表示を行う電気泳動表示装置において、
    前記泳動粒子を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子としたことを特徴とする電気泳動表示装置。
  2. 前記表示を行うため前記泳動粒子の分布状態を変化させる表示用電極を備えると共に、前記表示用電極に所定の極性の表示電圧と、前記所定の極性の表示電圧とは逆極性の表示電圧を交互に印加し、前記泳動粒子の分布状態を変化させることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装置。
  3. 前記表示をリセットするために前記泳動粒子の分布状態を変化させる第１及び第２リセット電極を備えると共に、前記第１及び第２リセット電極に所定の極性のリセット電圧と、前記所定の極性のリセット電圧とは逆極性のリセット電圧を交互に印加するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の電気泳動表示装置。
  4. 前記第１基板及び第２基板の間隔を一定に保持する隔壁を設けると共に、前記表示用電極を前記第１基板又は前記第２基板に設け、前記第１及び第２リセット電極を前記隔壁に対向して設けたことを特徴とする請求項３記載の電気泳動表示装置。
  5. 前記表示用電極を前記第１基板及び前記第２基板の一方に設け、前記第１及び第２リセット電極を前記第１基板及び前記第２基板の他方に設けたことを特徴とする請求項３記載の電気泳動表示装置。
  6. 前記表示用電極を共通電極とし、前記所定の極性の表示電圧は、該共通電極と前記第１及び第２リセット電極の一方との間の相対電位差であり、前記所定の極性とは逆極性の表示電圧は、該共通電極と前記第１及び第２リセット電極の他方との間の相対電位差であることを特徴とする請求項５記載の電気泳動表示装置。
  7. 所定間隙を設けた状態に配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板により形成された閉空間内に分散された泳動粒子と備え、前記泳動粒子の分布状態を前記閉空間内で変化させることにより表示を行う電気泳動表示装置において、
    前記表示を行うため前記泳動粒子の分布状態を変化させる表示用電極と、前記閉空間内に充填され、前記泳動粒子が分散されると共に、該泳動粒子と異なる比誘電率を有する分散媒を備える一方、前記泳動粒子を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子とし、前記表示用電極に所定の極性の表示電圧と、前記所定の極性の電圧とは逆極性の表示電圧を交互に印加するようにしたことを特徴とする電気泳動表示装置。
  8. 前記表示をリセットするために前記泳動粒子の分布状態を変化させるリセット電極を備え、前記表示用電極及び前記リセット電極を該表示用電極及びリセット電極との間で不均一電界分布が形成されるように配置し、かつ前記表示をリセットする際、前記表示用電極に交流電圧を印加するようにしたことを特徴とする電気泳動表示装置。
  9. 前記第１基板及び第２基板の間隔を一定に保持する隔壁を設けると共に、前記表示用電極を前記第１基板又は前記第２基板に設け、前記リセット電極を前記隔壁に対向して設けたことを特徴とする請求項８記載の電気泳動表示装置。
  10. 前記泳動粒子の比誘電率＞前記分散媒の比誘電率の関係を満たす場合には、前記泳動粒子を前記不均一電界分布の強電界領域に移動させる動作を前記リセット動作とし、前記泳動粒子の比誘電率＜前記分散媒の比誘電率の関係を満たす場合には、前記泳動粒子を前記不均一電界分布の弱電界領域に移動させる動作を前記リセット動作とすることを特徴とする請求項８又は９記載の電気泳動表示装置。
  11. 前記閉空間が、前記第１基板と第２基板の間隙に配置されたマイクロカプセルによって形成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電気泳動表示装置。
  12. 所定間隙を設けた状態に配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板により形成された閉空間内に分散された泳動粒子と備え、前記泳動粒子の分布状態を前記閉空間内で変化させることにより表示を行う電気泳動表示装置の駆動方法において、
    前記表示を行うため前記泳動粒子の分布状態を変化させる表示用電極と、前記表示をリセットするために前記泳動粒子の分布状態を変化させる第１及び第２リセット電極とを備えると共に、前記泳動粒子を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子とし、かつ前記第１及び第２リセット電極に所定の極性のリセット電圧を印加してリセットを行う第１のリセット動作と、前記表示用電極に所定の極性の表示電圧を印加して表示を行う第１の表示動作と、前記第１及び第２リセット電極に前記所定の極性のリセット電圧とは逆極性のリセット電圧を印加してリセットを行う第２のリセット動作と、前記表示用電極に前記所定の極性の表示電圧とは逆極性の表示電圧を印加して表示を行う第２の表示動作を繰り返すことを特徴とする電気泳動表示装置の駆動方法。
  13. 所定間隙を設けた状態に配置される第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板により形成された閉空間内に分散された泳動粒子と備え、前記泳動粒子の分布状態を前記閉空間内で変化させることにより表示を行う電気泳動表示装置の駆動方法において、
    前記表示を行うため前記泳動粒子の分布状態を変化させる表示用電極と、前記表示をリセットするために前記泳動粒子の分布状態を変化させるリセット電極と、前記泳動粒子が分散されると共に、該泳動粒子と異なる比誘電率を有する分散媒を備え、かつ前記泳動粒子を、互いに異なる帯電極性を有する同一着色の泳動粒子とする一方、前記表示用電極及び前記リセット電極を該表示用電極及びリセット電極との間で不均一電界分布が形成されるように配置し、かつ前記表示用電極に所定の極性の表示電圧を印加して表示を行う第１の表示動作と、前記表示用電極に交流電圧を印加してリセットを行うリセット動作と、前記表示用電極に前記所定の極性の表示電圧とは逆極性の表示電圧を印加して表示を行う第２の表示動作を繰り返すことを特徴とする電気泳動表示装置の駆動方法。
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