JP2005519330A - 電気泳動表示装置 - Google Patents

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Abstract

電気泳動媒体を有する1つのピクセルと、電極(6、7)と、駆動手段(4)とを有し、前記駆動手段によって前記ピクセルがさまざまな異なる光学状態にされる電気泳動表示装置。ピクセルの明るさレベル(Rw、Rb)をセットするためのアドレッシングパルス(Paddress)を印加してから或る時間(thold)後に、ピクセルの明るさレベルをセットされたレベル(Rw、Rb)に復元するためにリストアパルス電圧(Prestore)が電極(6,7)間に印加される。リストアパルスは、ドリフトされた明るさレベルをよりスムーズに(すなわちより低い知覚可能性をもって)元の明るさレベルに戻すために、連続するパルスの組であってもよい。

Description

本発明は、電気泳動媒体を有する少なくとも1つのピクセルと、少なくとも2つの電極と、駆動手段とを有する電気泳動表示装置であって、ピクセルが駆動手段によってさまざまな異なる光学状態にされることができ、駆動手段が、電極間に電圧差を与えるアプリケータ手段を有する、電気泳動表示装置に関する。本願において、電極(又はスイッチング電極)について言及されているが、電極は、必要に応じて、外部的に又はスイッチング素子を介して1つの同じ電圧を供給される複数のサブ電極に分けられることが可能である。
電気泳動表示装置は、電界の影響下において異なる透過率又は反射率を有する2つの極端な状態の間の、帯電した、通常は着色された粒子の運動に基づく。これらの表示装置を用いる場合、暗い(着色された)キャラクタが、明るい(着色された)背景に像形成されることができ、又はその逆もあり得る。
従って、電気泳動表示装置は、「白色紙」アプリケーション(電子新聞、電子日記)と呼ばれ、紙の機能を取り入れた表示装置において特に使用される。
スイッチング電極間に電気泳動媒体を有する既知の電気泳動表示装置において、スイッチング電極は、駆動電圧を供給される。こうして、ピクセルは、特定の光学状態にされることができる。例えば、スイッチング電極の1つは、ディスプレイエレメントの上側に、2つの相互に接続された細い導電ストリップとして実現される。このスイッチング電極を横切って、ディスプレイエレメントの底面全体をおおう下部電極に対して正の電圧がある場合、(この例では負に帯電した)荷電粒子は、2つの相互に接続された細い導電ストリップによって規定される電位面に移動する。(負に)帯電した粒子は、ディスプレイエレメント(ピクセル)の前面にわたって広がり、これは荷電粒子の色を呈する。スイッチング電極を横切って、下部電極に対して負の電圧がある場合、(負に)帯電した粒子は、底面にわたって広がり、それによってディスプレイエレメント(ピクセル)は液体の色を呈する。代替例として、電気泳動媒体は、トランスペアレントな流体中に異なる電荷をもつ異なる色の粒子を有することができる。この状況において、ピクセルの色は、視認面から見える着色粒子の割合によって規定される。
中間の光学状態(グレー値と呼ばれる)の表示が行われることができる。
電気泳動ディスプレイの異なるタイプが知られており、最も特徴的なものとして、荷電粒子が垂直に(画素の平面に対して横方向に且つ2つの連続電極によって駆動されて)移動するタイプと、荷電粒子が水平(インプレーン)に移動するタイプとがある。
一般に、これらのディスプレイは適度に機能するが、電気泳動ディスプレイの最も重要な特性のうち、表示される画像の明るさ及びコントラストは、最適とまではいかない傾向がある。
本発明の目的は、ディスプレイ(表示)の明るさ及びコントラストを改善することである。
本発明による電気泳動表示装置において、アプリケータ手段は、ピクセルの明るさレベルをセットするためのアドレッシングパルスを印加したあとの或る時間に、単調な態様(manner)でピクセルの明るさレベルをセットされたレベルに復元(リストア)するために、電極間にリストアパルス電圧を印加するように構成される。
本発明は、電気泳動ディスプレイが本質的に双安定であり、すなわち、本願明細書においてスイッチングパルス電圧と呼ばれる、スイッチング電極を横切る電圧の大きい変化がある場合以外は、一旦セットされた明るさ又は色のレベルは変化しえないという認識に基づく。しかしながら、時間とともに、明るさのレベルはドリフトする傾向がある。すなわち、明るさ又は色のレベルをセットした直後に特定のセットされた明るさをもつピクセルは、時間とともによりグレーになり、白のピクセルは、白さが少なくなり、暗いピクセルは、暗さが少なくなる。本発明による装置において、比較的小さいパルスが、スイッチングパルス後の或る時間にスイッチング電極間に印加される。このパルス(以下、「トップアップ」パルスと呼ぶ)の印加は、ピクセルをアドレッシングしなおすことなく、明るさのドリフトを抑制し、ピクセルの明るさを元の値に復元する(又は少なくとも部分的に復元する)。「トップアップ」パルスは、アドレッシングパルスと同じ極性をもつが、一般に、元の画像が書かれるパルスよりかなり短い持続時間をもつ。
本発明は、明るさの損失が、電圧リーク、重力及び荷電粒子のブラウン運動を含む複数のファクタによって引き起こされるという洞察に基づく。これは、荷電粒子の意図された位置からの拡散を生じさせる。結局、非常に長い時間ののち、荷電粒子はある程度均一に分配され、こうしてグレーの画像をもたらす。復元又は「トップアップ」パルスは、荷電粒子をそれらの意図された位置に戻すように動かし、こうして意図された明るさ及び色を復元する。
周期的にピクセルをリセットすること、すなわち画像を空にし元の画像をリセットすることもまた、表示される画像の平均の明るさ及びコントラストを改善することに留意されたい。しかしながら、本願の発明者は、このような動作はリセット中に画像が消えるので人間の目に知覚できることを認識した。見る人は、その人が見ている画像又はテキストを見失い、画像の正しい部分を再び見つけなければならない。本発明による表示装置はこの問題を示さない。画像は、「トップアップ」パルスの印加中ずっと見えているままである。
好ましい実施例において、アプリケータ手段は、ピクセルの明るさレベルをセットするためのアドレッシングパルスを印加したのち、ピクセルのセットされた明るさレベルを復元するために、スイッチング電極間にリストアパルス電圧のシーケンスを印加するように構成される。
好ましい実施例において、セットされた明るさの復元は、1つの単一パルスではなく、パルスのシーケンスによって実施される。こうして、復元は、よりスムーズに実施され、目に対してより少ない知覚可能性をもつ。
好ましい実施例において、装置は、ディスプレイの明るさを手動で復元するために復元機能を有する。本実施例において、明るさを復元するのは見る人自身である。この機能は、物理的なノブであってもよく、この物理的なノブによって、「トップアップ」パルスが起動される。上述の機能は、代替例として、スクリーンの一部であってもよく、スクリーンの当該一部において、矢印が、コンピュータマウスによって動かされることができ、そののち「クリックされる」。
好ましい実施例において、装置は、周囲温度に依存して、アドレッシングパルスと(複数の)リストアパルスとの間に(複数の)時間間隔を設ける手段を有する。このような装置は、好適には温度センサを有する。
本発明のこれら及び他の見地は、以下の実施例から明らかになり、それらを参照して解明される。
図面は、概略的であり、一定の縮尺で描かれているわけではない。対応する部分は、概して、同じ参照数字によって示されている。
図1は、本発明が適用可能である表示装置1の一部の等価回路図を示す。これは、行又は選択電極7と列又はデータ電極6との交差のエリアにピクセル10のマトリックスを有する。行電極1乃至mは、列ドライバ4によって連続的に選択され、列電極1乃至nには、データレジスタ5を介してデータが与えられる。このため、入力データ2は、まず、必要に応じてプロセッサ3において処理される。列ドライバ4とデータレジスタ5と間の相互の同期は、駆動ライン8を介して行われる。
列ドライバ4及びデータレジスタ5からの駆動信号は、ピクセル10を選択する(パッシブドライブと呼ばれる)。既知の装置において、列電極6は、ピクセルが交差のエリアにおいて2つの極端な状態のうちの1つ(液体及び電気泳動粒子の色に依存して、例えば黒又はカラー)を呈するような、行電極7に対する電圧を得る。
望ましい場合には、列ドライバ4からの駆動信号は、薄膜トランジスタ(TFT)9を介してピクチャ電極を選択することができる。薄膜トランジスタ(TFT)9のゲート電極は、行電極7に電気的に接続され、ソース電極21は、列電極6に電気的に接続される(アクティブドライブと呼ばれる)。列電極6の信号は、TFTを介して、ドレイン電極に結合されたピクセル10のピクチャ電極に伝えられる。ピクセル10の他方のピクチャ電極は、例えば1つ(又は複数)の共通の反対電極によって、例えばグラウンドに接続される。図1の例において、このようなTFT9は、ただ1つのピクセル10に関して概略的に示されている。
本発明による表示装置において、それぞれのピクセルは更に、他の電極及び該他の電極に電圧を供給する駆動手段を備えることができる。これは図2に示されている。図2には、第3の電極6’を備えるこのようなピクセルの断面が図示されている。駆動手段は、例えば、データレジスタ5(及び可能性としてドライバの一部)及び別の列電極6’(及びアクティブドライブの場合には別のTFT)を有する。
ピクセル10(図2)は、スイッチング電極7を備える例えばガラス又は合成材料からなる第1の基板11と、スイッチング電極6を備える第2のトランスペアレントな基板12とを有する。ピクセルは、電気泳動媒体、例えばこの例では正に帯電した黒色の粒子14を含む白色のサスペンション(懸濁液)13で充填される。ピクセルは更に、第3の電極6’を横切る電圧を介して中間の光学状態を実現するために、第3の電極6’(及び必要に応じて、上述したような図2に示さない駆動手段)を備える。
例えば、図2Aにおいて、スイッチング電極7は、グラウンドに接続され、電極6、6’は双方とも、電圧+Vに接続される。黒色粒子14(この例では正に帯電している)は、最も低い電位の電極、この例では電極7に向かって移動する。視認方向15から見て、ピクセルは、液体13の色(この例では白色である)を有する。図2Bにおいて、スイッチング電極7は、グラウンドに接続され、電極6、6’の双方が、電圧−Vに接続される。正に帯電した黒色粒子14は、最も低い電位に向かって、この場合には、基板12と平行であり基板12の傍らの、電極6、6’によって規定される電位面に向かって移動する。視認方向15から見て、ピクセルは、黒色粒子14の色を有する。
図2Cにおいても、スイッチング電極7はグラウンドに接続される。電極6は、ここでも電圧−Vに接続される。しかしながら、第3の電極6’は、電極7と同様にグラウンドに接続される。正に帯電した黒色粒子14は、最も低い電位に向かって、この場合には、電極6の周囲のエリアに向かって移動する。これは、第3の電極6’が図2Dに示すように電圧+Vに接続される場合に一層強まる。視認方向15から見て、ピクセルは、もっぱら部分的に黒色粒子14の色を有し、部分的に白色の液体の色を有する。これによって、グレーの色相(hue)が得られる(図2Cの場合は暗いグレー、図2Dの場合は明るいグレーが得られる)。上述の実施例は、電気泳動装置の説明として与えられている。電気泳動装置のいくつかの異なるタイプが可能であり、荷電粒子が、上方及び下方に(すなわちディスプレイの平面に対して横方向に)移動するタイプ、又は水平方向に(すなわち表示装置の平面に対して水平方向に)移動するタイプがありうる。これらの他の実施例においては、2つの電極(6,7)のみが、ピクセルを動作させるために必要とされる。
電気泳動媒体は、多くの形態で存在しうる。本発明による表示装置は、電気泳動媒体が2つの基板間に存在する実施例を包含する。図2A乃至図2Cに示すように、それぞれの表示装置は、スイッチング電極を備え、基板の少なくとも1つが、他の電極を備える。荷電粒子は、基板間の液体中に存在することができるが、代替例として、電気泳動媒体がマイクロカプセルに存在することも可能である。前者の場合、ピクセルは、バリヤ(障壁)によって相互に隔てられることができる。
実施例において、電気泳動媒体は2つの基板間に存在し、基板のそれぞれが電極を備える。荷電粒子は、基板間の液体中に存在することができるが、代替例として、電気泳動媒体がマイクロカプセルに存在することも可能である。前者の場合、ピクセルは、バリヤ(障壁)によって相互に隔てられることができる。
実施例において、特に「Development of In-Plane EPD」(SID 2000 Digest, pp. 24-27)に記載されるような水平方向の効果が利用される場合には、電気泳動媒体が2つの基板間に存在し、基板の一方がスイッチング電極及び他の電極を有する。
実施例において、スイッチング電極は、櫛形及び交差指形であってもよく、他の(絶縁)電極の一部は、2つのスイッチング電極の指部の間に位置する。代替例として、電気泳動媒体は、「New Reflective Display Based on Total Internal Reflection in Prismatic Microstructures」(Proc. 20th IDRC conference, pp. 311-314 (2000))に記載されているようなプリズム構造に存在してもよい。
しかしながら、すべての電気泳動装置及び実施例において、現象の程度は、電気泳動表示装置の実際の設計に依存するが、理想の環境下であっても、双安定性は数分の時間にわたってドリフトする。表示装置において、(例えばキックバック効果のような駆動のすべての非理想の詳細から)残余の直流電圧が生じることは珍しくない。直流電圧が存在する場合、電気泳動ディスプレイの明るさは、時間とともに一層速くドリフトする。これは、反射Rが時間の関数として示されている図3に図示されている。この図において、t=0に、アドレッシングパルスPaddressによって反射レベルをセットした直後、反射はドリフトし始める。反射レベルは、白色のピクセルの場合はRw、黒色のピクセルの場合はRbである。ドリフトは、ディスプレイの明るさ及びコントラストを低減する。1つの方法は、ディスプレイ全体を黒に、それから白にし、ディスプレイ上に元のピクチャに戻すことによって、ディスプレイを周期的にリセットすることである。リセットパルスPresetによって概略的に示されるように、ピクセルを周期的にリセットすること、すなわち、画像を空にし元の画像をリセットすることもまた、この図において、表示される画像の平均の明るさ及びコントラストを改善する。しかしながら、本願の発明者は、画像がリセット中に消えるので、このような動作が人間の目に知覚できることを認識した。見る人は、自分が見ている画像又はテキストを見失い、画像の正しい部分を再び見つけなければならない。
本発明は、上述の不利益なくネガティブなドリフト現象を克服しようとするものである。
本発明による電気泳動表示装置において、アプリケータ手段は、ピクセルの明るさレベルをセットするためのアドレッシングパルスを印加したのち、単調な態様でピクセルのセットされた明るさレベルを復元するために、スイッチング電極間にリストアパルス電圧を印加するように構成される。
本発明による装置において、比較的小さいパルスPrestoreが、スイッチングパルスPaddressの後の或る時間にスイッチング電極6及び7(又は6、6’及び7)の間に印加される。このパルス(以後、「トップアップ」パルスと呼ぶ)の印加は、ピクセルをリセットすることなく、明るさのドリフトを抑制し、単調な態様でピクセルの明るさを元の値に復元する(又は少なくとも部分的に復元する)。「トップアップ」パルスは、アドレッシングパルスと同じ極性を有するが、一般に、元の画像が書かれたパルスよりはるかに短い持続時間をもつ。これは、図4に示されている。図4には、短い時間期間(リセット時間又はアドレッシング時間よりかなり短く、通常1秒よりはるかに短い)の間続く「トップアップ」パルスが図示されており、そののち、ピクセルはそれらの元の明るさを取り戻し、それは白色又は黒色でありうる。図3に示すような画像のリセットとは異なり、ピクセルは、それらの元の画像を消去させず、それらの明るさレベルを単調な態様で変更させる。すなわち、ドリフトされた明るさレベルは、元のセットされたレベル又はその近傍まで戻される。「単調な態様」という表現は、明るさレベルが、ドリフトされた値から、元のセットされたレベル又はその近傍までもっていかれることを意味し、これは、(わずかな)オーバーシュートが与えられる実施例を含む。このような「オーバーシュート」の実施例においては、ホールド時間が僅かに増加することがあり、これは有利でありうる。
本発明はさまざまな実施例において使用されることができ、そのいくつかについて以下に説明する。
画像の保持(残留、retention)を最小限にする実施例
黒及び白の状態は、電気泳動ピクセルのエンド状況(すべての粒子が可能な限り電極に近づく)を表すので、「トップアップ」方法は、黒/白(又は8色)ディスプレイに最も容易に適用される。この場合、「トップアップ」パルスの正確なタイミング(及び電圧)は、さほどクリティカルでない(パルスがあまりに長い場合、ピクセルは「白より白く」なりえない)。しかしながら、一般には、最も短い可能な「トップアップ」パルスを選ぶことが望ましい。これは、付加のドリフト又は画像の保持効果さえまねくことがある付加的な不所望の直流電圧の増加を回避するからである。
グレースケール/フルカラーディスプレイに関する実施例
更に、元の画像をリストアしようとする場合、オーバーシュートを回避するために、パルスの持続時間についてより詳細に知ることが必要とされるので、「トップアップ」方法をグレースケール(又はフルカラー)ディスプレイに適用することはより困難である。しかしながら、原則的に、ディスプレイにおける(データ依存の)DCと、「トップアップ」パルスに対する異なるグレースケールをもつ電気泳動ピクセルの応答と、の十分な知識が得られる場合、所与のディスプレイ内でこれを達成することは可能である。この情報は、ルックアップテーブルに記録される場合、「トップアップ」方法をグレースケールディスプレイに使用することを可能にする。ディスプレイ応答は、温度に強く依存するので、本発明の好ましい実施例は、温度センサと、「トップアップ」パルスの詳細を決定するために複数の温度依存のルックアップテーブルとを取り入れる。
一般に、「トップアップ」パルスは、グレーレベルがドリフトするレートに依存して、所与の時間期間ののち与えられる。多くの状況において、特にドリフトが漸進的な場合、画質の当惑する低下が知覚される前に、ユーザは明るさのかなりのドリフトを受け入れることが可能である。「トップアップ」レートは更に、例えば温度のような外的な詳細にも関連する。一般に、ドリフトは温度が高いほどより速く生じる。好ましい実施例において、ディスプレイの温度が増加するとともに、「トップアップ」レートが増加する(すなわち2つの「トップアップ」パルス間の双安定ホールド期間が短くなる)。このため、装置は、温度センサを備えることができ、温度センサの出力部は、「トップアップ」パルスを印加する手段に結合される。代替例として、「トップアップ」パルスを印加する回路は、「トップアップ」レートが決定されるサブ回路を有することができ、このサブ回路は、温度依存の構成要素(例えば抵抗値が温度依存である抵抗器)を有し、それによって「トップアップ」レートが温度に依存するようになる。「トップアップ」レートを周囲温度と関連づけるさまざまな異なる方法、態様及び実施例は、「グレースケールトップアップ方法」に関して上述した。しかしながら、これらの方法及び態様は、白黒のディスプレイにも適用可能である。
好ましい実施例において、セットされた明るさの復元は、1つの単一パルスではなく、パルスのシーケンスによって実施される。こうして、復元は、よりスムーズに実施され、目に対する知覚可能性はより少なくなる。「トップアップ」パルスのこのようなシーケンスは、図5に示されている。
「単調な態様」なる表現は、スムーズな態様で明るさレベルがドリフトされたレベルから元のレベルに戻されることとして本発明の範囲内で理解されるべきであることに留意されたい。一連のパルスの使用は、明るさレベルの復元のスムーズさ(滑らかさ)を高める。本発明の範囲内で、「単調な態様」なる表現は、一連のリストアパルスが印加される実施例にも関連することに留意されたい。このような一連のパルスが印加される実施例において、一連のパルスのうち2つのパルスの間には(ドリフトのため)明るさレベルのわずかな低下があり、この低下は、実際には、明るさレベルの「単調な」変化全体とは反対の方向にある。こうして、「単調な態様で」とは、本発明の範囲内で、ドリフトされたレベルから始まり元のレベルで又はその近傍で終わるスムーズな遷移全体をおおむね意味するものとして理解されるべきであり、純粋な数学的なものと誤解されてはならない。数学的な態様は過度に制限的であるからである。
ある状況において、ユーザは、(例えばデモンストレーションのように複数ユーザに画像を示すために)画像がその最適な状態に自在にリストア可能であることを望むことがある。この場合、ユーザ規定の「トップアップ」パルスが使用されることができる。本発明のディスプレイを取り入れた装置の好ましい実施例は、ユーザが画像をその最適状態に復元することを可能にするボタン(物理的なスイッチ又は可能性としてソフトウェアボタン)を取り入れる。
本発明の保護の範囲は、説明した実施例に限定されない。
本発明は、それぞれの及びあらゆる新しい特徴的なフィーチャと、特徴的なフィーチャのそれぞれの及びあらゆる組み合わせに存在する。特許請求の範囲において記載する参照数字は、それらの保護の範囲を限定するものではない。「有する」なる動詞及びその活用の使用は、特許請求の範囲に記載した構成要素以外のものの存在を排除するものではない。単数形で表現された構成要素は、そのような構成要素の複数の存在を排除するものではない。
要するに、本発明は次のように説明することができる。
電気泳動媒体を有する1つのピクセルと、電極(6、7)と、駆動手段(4)と、を有し、ピクセルが、前記駆動手段によって異なる光学状態にされる電気泳動表示装置。ピクセルの明るさレベル(Rw、Rb)をセットするためのアドレッシングパルス(Paddress)を印加してから或る時間(thold)後に、好適にはスムーズな態様で、ピクセルの明るさレベルをセットされたレベル(Rw、Rb)に復元するために、リストアパルス電圧(Prestore)が、電極(6、7)間に印加される。リストアパルスは、ドリフトされた明るさレベルをよりスムーズに(すなわちより少ない知覚可能性をもって)元の明るさレベルに戻すために、連続するパルスの組であってもよい。
表示装置を概略的に示す図。 さまざまな異なるグレー値(中間の光学状態)が実現される電気泳動表示装置のピクセルを示す図。 ピクセルのドリフト及びドリフトを補正する方法を示す図。 ピクセルのドリフト及び本発明によってドリフトを補正する方法を示す図。 ピクセルのドリフト及び本発明によってドリフトを補正する方法を示す図。

Claims (9)

  1. 電気泳動媒体を有する少なくとも1つのピクセルと、少なくとも2つの電極と、駆動手段と、を有し、前記ピクセルが、前記駆動手段によってさまざまな異なる光学状態にされることができ、前記駆動手段が、前記電極間に電圧差を与えるアプリケータ手段を有する、電気泳動表示装置であって、
    前記アプリケータ手段は、単調な態様でピクセルの明るさレベルをセットされたレベルに復元するために、前記ピクセルの前記明るさレベルをセットするためのアドレッシングパルスを印加したのちの或る時間に、前記電極間にリストアパルス電圧を印加するように構成されることを特徴とする、電気泳動表示装置。
  2. 前記アプリケータ手段が、前記ピクセルの前記明るさレベルをセットされたレベルに復元するために、前記ピクセルの前記明るさレベルをセットするための前記アドレッシングパルスを印加したのち、前記電極間にリストアパルス電圧のシーケンスを印加するように構成されることを特徴とする、請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  3. 表示の明るさを手動で復元するための復元機能を有することを特徴とする、請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  4. 前記アプリケータ手段が、前記アドレッシングパルスののちリストアパルスを印加するように構成され、前記リストアパルスと前記アドレッシングパルスとの間の時間期間が、周囲温度に依存することを特徴とする、請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  5. 前記周囲温度が増加するとともに、前記時間期間が減少することを特徴とする、請求項4に記載の電気泳動表示装置。
  6. 前記表示装置が温度センサを備え、前記温度センサの出力部が、リストアパルスを印加する前記アプリケータ手段に結合されることを特徴とする、請求項4又は請求項5に記載の電気泳動表示装置。
  7. 前記アプリケータ手段が、前記時間期間を決定するサブ回路を有し、前記サブ回路が、温度依存の構成要素を有し、それによって前記時間期間が温度依存とされることを特徴とする、請求項4又は請求項5に記載の電気泳動表示装置。
  8. 前記表示装置が温度センサを備え、前記アプリケータ手段が、前記温度を前記時間期間に関連付けるデータを有し、又は該データにアクセスできることを特徴とする、請求項4又は請求項5に記載の電気泳動表示装置。
  9. 前記データがテーブルに記憶されることを特徴とする、請求項8に記載の電気泳動表示装置。
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