JP2005526268A - 保持電極を有する上下切替型電気泳動式ディスプレイ - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの保持電極（２４）を有する電気泳動式ディスプレイが示されている。ディスプレイは、誘電性溶液内に分散されている帯電された粒子が充満されている複数のセルを有する。上記セルそれぞれは、最上部電極層と最下部電極層との間に配置されている。最上部電極層は、１つ以上のセルの上に配置された少なくとも１つの駆動電極（２３）を有する。最下部電極層は、１つ以上のセルの下に配置された少なくとも１つの駆動電極（２５）を有する。ディスプレイは、また、最下部電極層に配置された保持電極（２４）を有する。ディスプレイは、さらに、最下部電極層の下に配置され、最下部電極層を介して視認される着色されたバックグラウンド（２９）を有する。

Description

発明の背景

電気泳動式ディスプレイ（ＥＰＤ）は、溶液内に懸濁している帯電された顔料粒子の電気泳動現象に基づく非放射型デバイスである。これらは、１９６９年に提唱されたものである。ディスプレイは、通常、スペーサを用いることによって離されて対向配置された、電極を備えた２つのプレートを有する。電極の一方は、通常、透明である。着色された溶液と帯電された顔料粒子から構成される懸濁液は、２つのプレートの間に閉じこめられている。２つの電極間に印加される電圧に差がある場合、電圧差の極性により、顔料粒子が一方に移動し、顔料の色または溶液の色のいずれかが見える。

いくつかの異なる型のＥＰＤが存在する。パーティション型ＥＰＤ（Ｍ．Ａ．Ｈｏｐｐｅｒ、Ｖ．Ｎｏｖｏｔｎｙ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｄｅｖ．，２６（８）：１１４８―１１５２（１９７９）参照。）は２つの電極の間にパーティションが存在し、パーティションは沈殿などの好ましくない粒子の移動がおこらないようにスペースを小さい複数のセルに分割する。マイクロカプセル型ＥＰＤ（米国特許第５，９６１，８０４号、第５，９３０，０２６号に記載された）は、誘電性流体と誘電性溶媒と視覚的に対称な帯電された顔料粒子の懸濁液の電気泳動構成物を内部に有する、実質的に二次元配列されたマイクロカプセルを有する。他の型のＥＰＤ（米国特許第３，６１２，７５８号参照。）は、平行線リザーバから形成された電気泳動セルを有する。溝状の電気泳動セルは、透明な伝導体によって覆われるとともに、電気的に接触している。透明なガラスの層が、見られるパネル側の透明な伝導体上に配置されている。

改良型ＥＰＤの技術は、同時継続出願された、２０００年３月３日に出願された米国出願番号０９／５１８，４８８（ＷＯ０１／６７１７０に対応）、２００１年１月１１日に出願された米国出願番号０９／７５９，２１２、２０００年６月２８日に出願された米国出願番号０９／６０６，６５４（ＷＯ０２／０１２８０に対応）、２００１年２月１５日に出願された米国出願番号０９／７８４，９７２に説明されており、これら全ては、本明細書に参照として組み込まれている。改良型ＥＰＤは、明確に定義された形状、サイズ、アスペクト比のマイクロカップから形成され、誘電性溶媒に分散されている帯電された顔料粒子が充填されている閉じたセルを有する。

これら全てのＥＰＤは、パッシブマトリクスシステムによって駆動される。一般的なパッシブマトリクスシステムの場合、セルの最上部側に行電極が、また、最下部側に列電極が存在する。最上部の行電極と最下部の列電極は、相互に直交している。しかしながら、パッシブマトリクスシステムによって駆動するＥＰＤにはよく知られたクロストークとクロスバイアスという２つの問題が存在する。クロストークは、あるセル内の粒子が隣接するセルの電場によってバイアスされたときに生じる。図１に例を示す。セルＡのバイアス電圧により、正に帯電された粒子がセルの最下部に向かって移動する。セルＢにはバイアス電圧が印加されていないため、セルＢ内の正に帯電された粒子は、セルの最上部に留まるはずである。ところが、２つのセルＡ、Ｂが接近しており、セルＢの最上部の電極の電圧が３０Ｖであり、また、セルＡの最下部の電極が０Ｖである場合、クロストーク電場が生じ、セルＢの粒子が下方向に移動する。隣接するセル間が大きく離れている場合、このような問題は回避される。しかし、離れていると、ディスプレイの解像度が低下する。

クロストークの問題は、セルが十分に高い閾値電圧を有する場合、小さくなる。本発明において、閾値電圧は、セルの対向する両側にある２つの電極間において粒子の移動が起こらない最大のセルに印加されるバイアス電圧に定義されている。セルが十分に高い閾値電圧を有する場合、クロストークの影響は、ディスプレイの解像度を犠牲にすることなく減少する。

しかしながら、通常の電気泳動材料や現在利用可能な技術を用いて作成されるＥＰＤのセルは、通常、好ましくない粒子の移動を防止するような十分に高い閾値電圧を有しない。その結果、これらの材料から構成されたＥＰＤは、通常、高い解像度を達成できない。

クロスバイアスは、パッシブマトリクス型ディスプレイにおいてよく知られた問題である。列電極に印加されている電圧は、走査行上のセルに対する駆動バイアスを供給するだけでなく、同一列電極上の走査されていないセルにバイアスの影響を与える。この好ましくないバイアスにより、走査されていないセルの粒子が反対の電極に移動する。この好ましくない粒子の移動により、目に見えて光学濃度が変化し、ディスプレイのコントラスト比が減少する。ゲート電極を有するシステムが米国特許第４，６５５，８９７号と第５，１７７，４７６号（Ｃｏｐｙｔｅｔｅ，Ｉｎｃに譲渡されている）に開示されており、これは、１つがゲート電極として機能する２つの層状電極を用いることによって相対的に高い駆動電圧でも高解像度能力を有するＥＰＤを提供するものである。ゲート電極を用いることによって閾値電圧を上昇させる方法はこれらの参考文献に説明されているが、２つの電極層を作製するコストは、構造が複雑で歩留まりが低いために極端に高くなる。加えて、この型のＥＰＤは、電極が溶液に曝されており、その結果、好ましくない電気メッキ効果が生じる。

多くの場合、メイン表示カラー以外の色や色合いを表示できる方が好ましい。例えば、メインカラーが白色や黒色である、電気泳動式ディスプレイなどのディスプレイにおいて、セルは白色状態と黒色状態の間で変化し、グレーの色合いを表示できるのが好ましい。これは、従来のグレー階調ディスプレイにもいえることである。

グレー階調ディスプレイを得る様々な方法が存在する。空間変調はデイザリングによってグレー階調を生じさせる。複数のピクセル（セル）の配列において、局所的な領域内の特定の割合のピクセルが第１の色で表示され、同局所的な領域内の残りのピクセルが第２の色である場合、第１の色と第２の色との間の色合いが視覚効果として見られる。例えば、グレーの色合いを得るために、局所的な領域内の１つおきのピクセルが白色にされ、残りが黒色にされる。明るいグレーの色合いを得るために、局所的な領域内の高割合のピクセルが白色にされる。暗いグレーの色合いを得るために、局所的な領域内の高割合のピクセルが黒色にされる。他の色合いや色は、２つまたはそれ以上の色にされたピクセルが組み合わさることによって表示するまたは近づける。グレー階調ディスプレイを得る他の方法には、目がピクセルをグレーと認識するように、１つまたはそれ以上のピクセルのオン／オフを素早く切り替えるフレーム速度を制御する方法がある。

グレー階調ディスプレイを得る上記の両方法は、通常、ツイストネマチック（ＴＮ）やスーパーツイスト寝間チック（ＳＴＮ）の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に使用されている。しかしながら、これらのシステムには、大きな欠陥が存在する。空間変調が、事実上、画像の解像度を低下させ、また、デイザリングドットの影響が視認される。特に、非常に明るいグレー領域（ハイライト領域と呼ばれている）のデイザリングされた領域において、目がドットまたはむらを認識する。フレーム速度の制御においては高い駆動周波数でピクセルのオン／オフを素早く切り替える必要があり、また、特定の色の領域が動いているように見える。

事実として、ＥＰＤセルは複数の安定状態の１つにすることができるため、ＥＰＤ技術はグレー階調ディスプレイの使用に非常に適する。図２Ａ〜２Ｄは、黒の溶液に分散されている白色の帯電された粒子を有するＥＰＤセルの側面を示している。図２Ａは、全ての白色粒子が最上部に移動している白色状態を示している。図２Ｂは、全ての白色粒子が最下部に移動している黒色状態を示している。図２Ｃは、約６０％の白色粒子が最上部から移動するとともに約４０％の白色粒子がセルの最上部に残っている６０％グレー状態を示している。図２Ｄは、約２５％の白色粒子がセルの最上部から移動している２５％グレー状態を示している。

当業者は、グレー階調ディスプレイとしてＥＰＤを駆動させる少なくとも３つの方法を認識している。
１．
電圧振幅変調：異なるＥＰＤセルに異なる振幅のバイアス電圧を印加することにより、セルそれぞれに印加されるバイアス電圧の振幅によって異なるが、ＥＰＤセル内の帯電された粒子が多様に分布し、種々のグレー濃度が認識される。
２．
パルス幅変調（ＰＷＭ）：異なるＥＰＤセルに異なるパルス幅の駆動パルスを加えることにより、帯電された粒子が多様に分布し、種々のグレー濃度が認識される。
３．
パルス繰り返し数変調：異なるＥＰＤセルに異なる数の駆動パルスを加えることにより、セルそれぞれに対して同一の有限の駆動期間において、帯電された粒子が多様に分布し、種々のグレー濃度が認識される

上記の３つの駆動パルス変調アルゴリズムが組み合わさることにより、最適なグレー階調品質を得ることができる。同一のグレー階調駆動アルゴリズムがカラーＥＰＤに適用することができ、ディスプレイのカラー品質が大きく向上する。

しかしながら、上記の変調アルゴリズムを一般的な、上下切替型（最上部電極と最下部電極との間で粒子が切替わる）や面内切替型（粒子が溶液内に分散されるまたは側面の電極に保持されるかで切替わる）のいずれかのパッシブマトリクスＥＰＤに適用した場合、上記クロスバイアスやクロストークの影響により、グレー濃度の制御が困難になる。十分に高い閾値電圧を有するセルを除いて、クロストークやクロスバイアスの影響により、好ましくない粒子の移動が生じ、グレー濃度が変化する。しかし、現在利用できる材料、プロセス、技術を用いて高い閾値電圧を得るのは困難である。

したがって、本質的に相対的に低い閾値電圧を有するセルが使用される場合、クロストークやクロスバイアスの影響によって表示性能が低下しない電気泳動式ディスプレイが必要とされる。加えて、クロストークやクロスバイアスによって性能が低下しないグレー階調ディスプレイの提供が必要とされる。

発明の概要

通常、ＥＰＤは最上部電極層を有し、１つの実施形態において１つまたはそれ以上の行電極と最下部電極層とを有し、また、１つの実施形態においては１つまたはそれ以上の列電極を有する。本明細書に記載されているような保持電極がない場合、１つの実施形態において、行電極と列電極とによって生じた電場により、行電極と列電極とが交差する位置の最上部電極層と最下部電極層との間に配置されているＥＰＤ内の帯電された粒子の上下方向の移動が制御される。このような電極構造は、クロストークやクロスバイアスに非常に敏感に影響される。少なくとも１つの保持電極を有する改良されたデザインが示されている。１つの実施形態において、保持電極は、最下部電極層内に存在し、列電極と平行である。保持電極と最上部の行電極とが、非走査サイクルの間、粒子を保持するために使用される。

１つの実施形態において、電気泳動式ディスプレイは、誘電性溶液に分散されている帯電された粒子が充満されている複数の電気泳動セルを有する。上記セルそれぞれは、最上部電極層と最下部電極層との間に配置されている。最上部電極層は、１つ以上のセル上に配置された少なくとも１つの駆動電極を有する。最下部電極層は、１つ以上のセルの下に配置された少なくとも１つの駆動電極を有する。ディスプレイは、また、最下部電極層に配置された保持電極を有する。

電気泳動式グレー階調ディスプレイが開示されている。１つの実施形態において、ディスプレイは誘電性溶液に分散された帯電された粒子が充満されている複数の電気泳動セルを有する。上記セルそれぞれは、最上部電極層と最下部電極層との間に配置されている。最上部電極層は、１つまたはそれ以上のセル上に配置された少なくとも１つの駆動電極を有する。最下部電極層は、１つまたはそれ以上のセルの下に配置された少なくとも１つの駆動電極を有する。ディスプレイは、また、最下部電極層に配置された保持電極を有する。ディスプレイは、さらに、最下部電極層の下に配置され、最下部電極層を介して視認される着色されたバックグラウンド層を有する。

１つの実施形態において、ＥＰＤセルは正に帯電された粒子を有し、保持電極と最上部の列電極に印加されている電圧が、非走査サイクル間に他の電極のいずれかに印加されている電圧より低い。それにより、これらの電極に引き寄せられている正に帯電された粒子が移動しない。

保持電極は、セル内の帯電された粒子の好ましくない移動を防止する保持効果を提供する。これにより、上記のクロストークやクロスバイアスの影響を回避する高い閾値電圧を有するセルが必要なくなる。加えて、本発明のデザインは、効率的な処理によって低コストの材料を用いて製造することができる。

本発明のこれらの特徴や他の特徴、利点は、以下の詳細な説明や本発明の原理を例示している添付の図面に詳細に説明される。

発明の詳細な説明

以下、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明が示されている。本発明は好ましい実施形態とともに説明されているが、本発明が１つの実施形態に限定されるわけではないのは理解すべきところである。逆に言うと、本発明の範囲は添付の請求項によって限定され、本発明は多数の代替物、変形物、同等物を含んでいる。例として、多数の特定の詳細が、発明の完全な理解を助けるために後述されている。本発明は、これらの特定の詳細の全てまたはいくつかがなくても、請求項によって実施することができる。明瞭化するために、本発明に関係する技術分野において知られた技術的な要素は、本発明を不必要にわかりにくいものとしないために、詳細に説明されていない。

Ｉ．様々な保持電極構造
少なくとも１つの保持電極を有する電気泳動式ディスプレイが示されている。図３Ａに示すような１つの実施形態において、ディスプレイは、少なくとも一方が透明である最上部電極層（２１）と最下部電極層（２２）（例えば、最上部電極層２１が透明である）と、２つの層の間に配置されたセル（２０）とを有する。最上部電極層（２１）は、行電極（２３）を有する。最下部電極層（２２）は、３つの列電極（２５）と２つの保持電極（２４）を有し、保持電極それぞれが２つの列電極の間に配置されている。ギャップ（２８）は、保持電極（２４）を隣接する列電極（２５）から離している。最上部の行電極と最下部の列電極は相互に直交している。バックグラウンド層（２９）は、最下部電極層（２２）の下に配置されている。ＥＰＤセル（２０）は、着色された誘電性溶液（２７）中に存在する帯電された粒子（２６）を有する。１つの実施形態において、バックグラウンド層（２９）と帯電された粒子（２６）の両方が、白色である。１つの実施形態において、粒子（２６）は、正に帯電されている。

図３Ｂに示される別の実施形態において、最上部電極層は、複数の行電極（２３）を有し、複数の電極それぞれが同一行のＥＰＤのセルと結合されている。更なるギャップ（２８）が、複数の行電極（２３）を相互に離している。１つの実施形態において、複数の行電極を離しているギャップは、保持電極を隣接する列電極から離しているギャップと異なる。

図３Ｃは、最下部電極層の２つの列電極（２５）の間に配置されている１つの保持電極（２４）を有する実施形態を示している。

図３Ａ〜３Ｃは、ごくわずかの典型的なデザインを示している。特定のＥＰＤの特別な要求に応じるために、保持電極の数、これらの配置場所や寸法が変更可能であり、また、このような変更全てが本発明の範囲内であるのは理解されるところである。

ＩＩ．保持電極を備えたパッシブ駆動マトリクス
一般的なパッシブ駆動マトリクスの場合、セルは一行ずつ走査され、粒子はディスプレイのそれぞれの電極に規定の電圧が印加されることによって所望の位置に移動される。パッシブマトリクスディスプレイにおいて「走査」行は、ディスプレイにおいてアップデートされる又はリフレッシュされる行である。「非走査」行は、アップデートされない又はリフレッシュされない行である。ディスプレイの特定のセルと結合されている電極それぞれに印加される電圧は、本明細書において、セルに印加される「バイアス条件」または「バイアス電圧」として表現される。「正バイアス」は、本明細書において、正に帯電された粒子が下方向に移動する（すなわち、上側の電極が下側の電極より高いポテンシャルを有する）バイアスを言う。「負バイアス」は、本明細書において、正に帯電された粒子が上方向に移動する（すなわち、下側の電極が上側の電極より高いポテンシャルを有する）バイアスを言う。走査行内のセルの場合、駆動電圧（すなわち、バイアス状態）は、粒子を所望の新しい位置に移動させるか、または、粒子を同位置で維持させるかのいずれかである。非走査行内のセルの場合、走査行内のセルの列電極が切り替えられた（すなわち、クロスバイアス状態を受ける）ことによって最下部の列電極の電圧（すなわち、このセルに結合されている列電極に印加されている電圧）が変化しても、駆動電圧は粒子を同位置に維持する。

上記の最上部電極や最下部電極、図３Ａ〜３Ｃの行電極（２３）や列電極（２５）などの駆動電圧が印加される電極は、帯電された粒子をセルの最上部、最上部電極またはその近傍の位置に移動させるか、または、セルの最下部、最下部電極またはその近傍の位置に移動させる。本明細書において、これらは、「駆動電極」と言う。

本明細書に記載されている電圧は、大きさにおいて、正、負、０で示される。本明細書では、第１の電圧のポテンシャルが第２の電圧のものより高い場合、第１の電圧は第２の電圧より「高い」と表現される。言い換えると、本明細書では、正に帯電された粒子が第１の電圧である領域から第２の電圧である領域に移動する場合、第１の電圧は第２の電圧より高いと表現される。この条件を用いると、４０Ｖの正の電圧は、２０Ｖの正の電圧より高い。同様に、４０Ｖの電圧は０Ｖの電圧より高く、また、―２０Ｖの電圧より高い。同様に、―２０Ｖの電圧は、―４０Ｖの電圧より高い。電圧の絶対値は後者の方が大きい。同様に、本明細書では、第１の電圧のポテンシャルが第２の電圧より高い場合、第１の電圧は第２の電圧より「大きい」と表現される。逆に、本明細書では、第１の電圧のポテンシャルが第２の電圧より低い場合、第１の電圧は第２の電圧より「低い」または「小さい」と表現される。

１つの実施形態において、電気泳動式ディスプレイは、走査行の複数のセルをアップデートするとともに非走査行内のセルを変化させないために、一行を同時にアップデートするディスプレイとして提供される。１つの実施形態において、走査行の全てのセルは、帯電された粒子が最上部電極またはその近傍に存在する状態に再配置（リセット）される。１つの実施形態において、このことは、最上部の行電極に０ボルトを印加し、最下部の列電極と保持電極の両方に３０ボルトを印加し、行内のセル全てに負バイアスを印加することによって達成される。帯電された粒子が最上部電極またはその近傍に存在する状態にリセットされると、走査行内の個々のセルは、（１）粒子が保持電極またはその近傍存在する状態にセルが移行するか、または、（２）セルをリセット状態（すなわち、粒子が最上部電極またはその近傍に存在する）で維持するためにバイアスされる。

例えば、図３Ａに示される構造が用いられるとともに粒子が白色で正に帯電されている１つの実施形態において、２段階の駆動サイクルを用いることにより、粒子は、最上部電極またはその近傍に存在する第１の状態から保持電極またはその近傍に存在する第２の状態に移行する。図４Ａは、粒子が最上部電極（２３）またはその近傍に存在する状態の走査行内のセルを示している。セルは、３０Ｖで正にバイアスされており、粒子は、０Ｖが印加されている最下部電極（２５）や保持電極（２４）に下方向に移動する。図４Ｂは、第２段階を示している。最上部電極（２３）と最下部電極（２５）に３０Ｖが印加されており、保持電極（２４）には０Ｖが印加されている。このようなバイアス状態では、粒子が保持電極（２４）またはその近傍の位置に移動する。この状態において、最下部の白色バックグラウンド（２９）が露出され、ディスプレイは白状態（溶液の色）である。

図５は、上記のように帯電された粒子が保持電極（２４）またはその近傍の位置に移動した、図４Ａと４Ｂに示される２段階の駆動シーケンスが走査サイクル間に完了した後の非走査サイクルを示している。非走査サイクルの間、この状態を維持するために、最上部電極（２３）と保持電極（２４）とに０Ｖが印加される。図５に示すセルのように同一の列上の走査行のセルの状態を変化させるまたは維持する必要がある場合に（例えば、走査行内のセルが図４Ｂのバイアス状態である場合）最下部電極（２５）に３０Ｖが印加されていても、全ての粒子が０Ｖの保持電極（２４）に保持される。

図６は、リセット状態、すなわち、粒子が最上部電極（２３）またはその近傍に存在する状態に維持されている走査行内のセルに対するバイアス状態を示している。図４Ａや４Ｂに示されるセルのように、走査サイクルの間、走査行内の全てのセル上に横たわる同一の行電極（２３）のようなトップの行電極（２３）には３０Ｖが印加されている。正に帯電された粒子の最下部電極（２５）や保持電極（２４）への移動を防止するために、セルが最下部の列電極（２５）に５０Ｖを印加されることによって負にバイアスされている。１つの実施形態において、保持電極（２４）には、上記のリセット動作の間を除いて、常に０Ｖが印加されている。最上部の行電極（２３）や最下部の列電極（２５）に選択されている電圧や、また同様に、列電極（２５）や保持電極（２４）の相対的な寸法は、保持電極（２４）に最上部の行電極（２３）より低い電圧が印加されている図６に示すような条件下でも、最上部電極（２３）に存在する帯電された粒子の大部分が保持電極（２４）に移動しないように選択されている。

図７Ａは、粒子を最上部電極（２３）またはその近傍で維持している、非走査サイクル状態である図６のセルを示している。図５に示す非走査行のセルのように、最上部の行電極（２３）には０Ｖが印加されている。他の非走査行内の保持電極に結合されている他のセルの状態を維持する必要がある場合、保持電極（２４）には０Ｖが印加されている。走査行を除く同一列電極上のセルに対する駆動シーケンスを完了させる必要がある場合、最下部の列電極（２５）には、例えば、図４Ｂに示すように３０Ｖが印加されている。図７Ｂは、リセット状態を維持している（すなわち、粒子が最上部電極に存在する）間の非走査サイクルにおける図６の他のセルを示している。この場合、最下部の列電極（２５）には５０Ｖが印加されており、１つの実施形態において、図６に関連して上記しているように、走査行を除く同一列のセルをリセット状態に維持する。最上部の電極（２３）に０ボルトが印加されることにより、図７Ａまたは図７Ｂのいずれかに示すバイアス状態でも、粒子は最上部電極（２３）で保持される。

上記で説明したように、本明細書に記載されている保持電極を使用することにより、クロストークやクロスバイアスを原因とするディスプレイのパフォーマンスの低下を阻止する高い閾値電圧を有するＥＰＤセルの必要がなくなる。クロスバイアス状態条件またはクロストーク状態であっても、「カラー」状態（すなわち、粒子が最下部に存在し、溶液の色が見えている）の非走査行内のセルにおいて、保持電極は、粒子をセルの最下部、保持電極またはその近傍で保持する。本明細書に記載されている保持電極を使用することにより、非走査行（図５や図７に示すような）において常に最上部の行電極に０Ｖを印加することが可能になる。理由は、クロスバイアスの影響に対抗する高い電圧を行電極に印加する必要がなくなるためである。これにより、セルに結合されている列電極に負でない電圧が印加されているにもかかわらず、正に帯電された粒子が最上部の行電極で保持され、粒子の白色が露出され、非走査行のセルが白色状態にされる。

図３Ａ（図４Ａ〜７参照）に示されている構造例のＥＰＤセルの状態を変化させる又は維持する、様々な状況下で加えられるバイアス状態に関して上記では述べているが、同一の技術を、図３Ｂや図３Ｃに示すような電極構造を有するセルにも適用させることが可能である。図３Ａ〜３Ｃに示されている典型的な構造全てにおいて、保持電極は、最下部の電極層に配置されている。各々の実施形態において、非走査行の場合、最上部の行電極と保持電極には、図５や図７に示すような、また、図５や図７について上記したような非走査サイクルの間、粒子を開始位置（以下で詳細に説明するように、最上部の行電極または最下部の保持電極のいずれか）で保持する駆動電圧の内の最小の電圧が印加されている。同様に、図４Ａ〜４Ｂや図６に示すような、また、図４Ａ〜４Ｂと図６について上記したような技術は、図３Ｂ〜３Ｃに示される構造にも適用できる。上記のように、図３Ａ〜３Ｃに示されている構造は極めてまれな例であり、ディスプレイのデザインによって、保持電極を用いる他の構造または異なる構造が同様に使用される。

本明細書に記載されている電極構造は、非常にシンプルである。ＥＰＤの最上部層と最下部層の両方に単一層の電極を必要とするだけであり、これは、保持電極が最下部の列電極と同一層に形成されることによる。このような電極層は、低コストの材料や方法を用いて作製される。別の利点は、クロストークやクロスバイアスの影響を回避するために非走査行に幅広い種々の電圧を印加する必要がないため、低コストのドライバを種々の電極に必要な電圧を印加するのに使用できることである。

ＩＩＩ．保持電極を有するグレー階調ＥＰＤ
上記では、帯電された粒子が最上部電極またはその近傍に存在する第１の状態と、全てまたはほとんどの帯電された粒子が最下部の電極層に配置されている保持電極またはその近傍に存在する第２の状態との間で、ＥＰＤセルの状態が変化される又は維持されることを中心に説明している。１つの実施形態において、上記のように、帯電された粒子は白色であり、セルが第１の状態であるとき、粒子の白色が見られる。セルが第２の状態であるとき、溶液の色が見られる。セルの最上部の電極または保持電極のいずれかに保持される粒子の量を制御することにより、粒子の色と溶液の色との間の種々のグレー階調濃度を得ることができる。

例えば、図３Ａ〜３Ｃに示すような保持電極構造は、ＥＰＤ型のグレー階調ディスプレイにも使用できる。１つの実施形態において、走査行のセルそれぞれは、上記のように、帯電された粒子が最上部の行電極またはその近傍に存在する状態にリセットされる。２段階駆動サイクルは、グレー階調ディスプレイを達成するのに必要である。

段階１：
図８Ａは、リセット後の粒子が最上部電極（２３）またはその近傍に配置されている状態の走査行内のセルの概略図である。最上部電極（２３）は規定のパルス幅Ｔ１間４０Ｖ印加され、一方、最下部電極（２５）と保持電極（２４）には同期間０Ｖが印加される。これらのバイアス状態では、全てではないいくつかの粒子が最下部の電極（２５）と保持電極（２４）に向かって下方向に移動する。パルス幅Ｔ１は、規定の割合の粒子が最上部電極（２３）から離れるように選択されている。この段階１において、最上部電極（２３）から離れたいくつかの粒子は最下部電極（２５）または保持電極（２４）のいずれかに到着し、他の粒子はセルの最上部と最下部との間の位置の溶液内に分散される。

段階２：
図８Ｂに示すように、グレー階調駆動動作の第２の段階の間、最上部電極（２３）は規定のパルス幅Ｔ２間４０ボルト印加され、一方、同期間、最下部電極（２５）には４０Ｖが印加され、また、保持電極（２４）には０Ｖが印加される。これらの条件下で、最下部電極（２５）にある粒子は保持電極（２４）に移動する。保持電極（２４）に印加されている電圧が低いために、分散中のほとんどの粒子が保持電極（２４）に移動する。最上部電極（２３）にあるほとんどの粒子は最上部電極（２３）に留まるが、少しの粒子は、保持電極（２４）に移動する。これは、最上部電極（２３）と保持電極（２４）の間の領域は粒子を最上部電極（２３）から引き離すには不十分の強さであり、最下部の列電極（２５）に印加されている電圧が高いことと、列電極（２５）と保持電極（２４）の相対寸法との原因による。

図９は、上記２段階グレー階調駆動シーケンスの駆動波形を示している。上記のように、慎重にパルス幅Ｔ１とＴ２とを選択することにより、規定量の粒子が、最上部電極（２３）と保持電極（２４）に移動して保持される。これにより、規定のグレー階調濃度が得られる。電圧振幅変調アルゴリズム、パルス繰り返し数変調アルゴリズム、これらを組み合わせた変調アルゴリズムなどの他の変調アルゴリズムをこの電極構造に適用しても類似の結果が得られる。本明細書内に記載され保持電極構造とともに用いられる、これら種々の変調技術もまた、本発明の範囲内である。

図１０は、上記の２段階グレー階調駆動シーケンス後の非走査サイクルを示している。２段階グレー階調駆動シーケンスによって得られたグレー階調状態のセルの状態を維持するために、最上部電極（２３）と保持電極（２４）には、非走査サイクルの間、０Ｖが印加される。それゆえ、２段階グレー階調駆動シーケンスの間、これら２つの電極に移動される粒子は、図１０に示すようなクロスバイアス状態にされており、そこにおいて、（例えば、走査行を除く同一列上のセルの状態を維持する又は変化させるために）最下部の列電極（２５）には４０Ｖが印加されている。

本発明によれば、シンプルなパッシブマトリクス電極構造を備えた高品質なグレー階調ディスプレイを得ることができる。保持電極や駆動電圧シーケンスによってクロストークやクロスバイアスの影響が排除され、また、それにより、高い閾値電圧を備えるセルを提供する必要性がなくなる。本発明の電極構造は極めてシンプルである。それは、ＥＰＤの最上部層と最下部層の両方に単一の電極層を必要とするだけである。このような電極層は低コストの材料やプロセスによって作製することができる。

本発明は、特定の実施形態を参照しながら説明されているが、本発明の意図や範囲から逸脱することなく変形可能で同等物と置き換え可能であることは当業者にも理解されるところである。特に、最上部の電極層に存在する１つまたはそれ以上の行電極と、最下部層に存在する１つまたはそれ以上の列電極とを有する上記に詳細に説明されている特定の実施形態とともに、他の電極配列を用いた他のディスプレイも本発明は含んでいる。例えば、最上部電極が列電極であって、また、最下部電極が行電極であるディスプレイも本発明の範囲内である。行や列の通常の配列以外に、他の駆動電極の配置を使用してもよい。加えて、本発明の目的、意図、範囲に対応する特定の状況や材料、構成、プロセス、プロセス工程または複数の工程を変更することも可能である。このような変更全ては、本明細書に添付されている請求の範囲内に含まれる。

それゆえ、添付の請求の範囲によって定義される本発明が、従来技術が許す限り幅広く、また、本明細書から幅広く考慮されることを望んでいる。

ＥＰＤのクロストーク現象を示している。 白（０％グレー階調）状態における粒子分布の概略図を示している。 黒（１００％グレー階調）状態における粒子分布の概略図を示している。 ６０％グレー階調状態における粒子分布の概略図を示している。 ２５％グレー階調状態における粒子分布の概略図を示している。 保持電極構造を示している。 保持電極構造を示している。 保持電極構造を示している。 セルを切り替える２段階駆動シーケンス間の粒子の移動を示している。 セルを切り替える２段階駆動シーケンス間の粒子の移動を示している。 非走査サイクル間のセル最下部における粒子に対する保持効果を示している。 走査行の非切り替えセルのバイアス状態を示している。 非走査サイクル間のセル最上部の粒子に対する保持の影響を示している。 非走査サイクル間のセル最上部の粒子に対する保持の影響を示している。 保持電極を有するグレー階調ＥＰＤの２段階駆動シーケンスを示している。 保持電極を有するグレー階調ＥＰＤの２段階駆動シーケンスを示している。 グレー階調ＥＰＤの２段階駆動シーケンスの駆動電圧波形を示している。 非走査行内のセルに対する２段階グレー階調駆動シーケンス後の保持の影響を示している。

Claims (30)

1. 電気泳動式ディスプレイであって、
   （ａ）誘電性溶液に分散されている帯電された粒子が充填されている複数の電気泳動セルであって、上記セルそれぞれが最上部電極層と最下部電極層との間に配置され、上記最上部電極層が１つ以上のセルの上に配置された少なくとも１つの駆動電極を有し、上記最下部電極層が１つ以上のセルの下に配置された少なくとも１つの駆動電極を有するものと、
   （ｂ）最下部電極層に配置されている保持電極とを有する電気泳動式ディスプレイ。
2. 上記最下部電極層が少なくとも２つの駆動電極を有しており、上記保持電極が最下部電極層の上記少なくとも２つの駆動電極の間に配置されている請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
3. 上記少なくとも１つの保持電極が最下部電極層の上記少なくとも１つの駆動電極に隣接して配置されている請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
4. 保持電極と、保持電極と隣接する最下部電極層の少なくとも１つの駆動電極との間にギャップを有する請求項３の電気泳動式ディスプレイ。
5. 最上部電極層の上記少なくとも１つの駆動電極が行電極である請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
6. 最下部電極層の上記少なくとも１つの駆動電極が列電極である請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
7. 上記帯電された粒子が正に帯電されており、
   上記保持電極が少なくとも１つの上記セルと結合しており、
   保持電極と結合された少なくとも１つの上記セルに対する非走査サイクルの間、保持電極と結合された少なくとも１つの上記セルと結合している他の電極のいずれかに印加されている最も低い電圧に対して同等または小さい電圧が保持電極に印加されることにより、保持電極と結合された少なくとも１つの上記セル内の帯電された粒子の保持電極または保持電極近傍の位置からの移動が防止される請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
8. 上記帯電された粒子が負に帯電されており、
   上記保持電極が少なくとも１つの上記セルと結合しており、
   保持電極と結合された少なくとも１つの上記セルに対する非走査サイクルの間、保持電極と結合された少なくとも１つの上記セルと結合している駆動電極のいずれかに印加されている最も高い電圧に対して同等または大きい電圧が保持電極に印加されることにより、保持電極と結合された少なくとも１つの上記セル内の帯電された粒子の保持電極または保持電極近傍の位置からの移動が防止される請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
9. 上記粒子が正に帯電されており、
   最上部電極層の少なくとも１つの駆動電極のそれぞれに、最上部電極層の駆動電極が上に配置されているそれぞれのセルに対する非走査サイクルの間、最上部電極層の駆動電極が上に配置されているそれぞれのセルのいずれかに結合している電極のいずれかに印加されている最も低い電圧に対して同等または小さい電圧が印加されることにより、
   それぞれのセル内の最上部電極層の駆動電極または駆動電極近傍の位置に存在する帯電された粒子の最上部電極層の駆動電極または駆動電極近傍の位置からの移動が防止される請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
10. 粒子が正に帯電されており、帯電された粒子を最上部電極層または最上部電極層近傍の第１の位置から最下部電極層または最下部電極層近傍の第２の位置に移動させるために、セルと結合している最下部電極層の駆動電極に第１の電圧が印加され、セルと結合している最上部電極層の駆動電極に第１の電圧より高い第２の電圧が印加され、セルと結合している保持電極に第１の電圧に対して同等または小さい電圧が印加されている請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
11. 粒子が正に帯電されており、帯電された粒子をセルと結合している最下部電極層の駆動電極または駆動電極近傍の第１の位置からセルと結合している保持電極または保持電極近傍の第２の位置に移動させるために、セルと結合している最下部の電極層の駆動電極に第１の電圧が印加され、セルと結合している最上部電極層の駆動電極に第１の電圧に対して同等または大きい第２の電圧が印加され、セルと結合している保持電極に第１の電圧より小さい電圧が印加されている請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
12. 粒子が正に帯電されており、ディスプレイが２段階の駆動プロセスによってセルの帯電された粒子を最上部電極層または最上部電極層近傍の第１の位置からセルと結合している１つまたはそれ以上の保持電極若しくは１つまたはそれ以上の保持電極近傍の第２の位置に移動させるように構成されており、
    第１の段階において、セルと結合している最下部電極層の駆動電極に第１の電圧が印加され、セルと結合している最上部電極層の駆動電極に第１の電圧より高い第２の電圧が印加され、セルと結合している１つまたはそれ以上の保持電極に第１の電圧に対して同等または小さい電圧が印加され、
    第１の段階に続く第２の段階において、セルと結合している最下部電極層の駆動電極に第３の電圧が印加され、セルと結合している最上部電極層の駆動電極に第３の電圧に対して同等または大きい第４の電圧が印加され、セルと結合している１つまたはそれ以上の保持電極に第３の電圧より小さい電圧が印加される請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
13. 粒子が正に帯電されており、最上部電極層の少なくとも１つの共通電極に結合されているセル群内の１つのセルの粒子を、セル群に対する走査サイクルの間、最上部電極層または最上部電極層近傍の位置に維持するために、セルと結合されている最上部電極層の駆動電極に第１の電圧が印加され、セルと結合されている最下部電極層の駆動電極に第１の電圧より大きい第２の電圧が印加され、セルと結合されている保持電極に第１の電圧に対して同等または小さい電圧が印加される請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
14. セル群がセルの行を有し、最上部電極層の少なくとも１つの共通電極が行電極である請求項１３の電気泳動式ディスプレイ。
15. 走査されていないセルに結合している最上部行電極層の駆動電極と走査されていない上記セルに結合している保持電極とに上記複数のセルに結合している駆動電極のいずれかに印加されている最も低い電圧に対して同等または小さい電圧が印加されることにより、粒子の（１）最上部電極層または最上部電極層近傍、または、（２）走査されていない上記セルそれぞれに結合されているそれぞれの保持電極又はそれぞれの保持電極近傍のいずれかの予め決められた位置からの移動を防止する請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
16. 電気泳動式ディスプレイであって、
    （ａ）誘電性溶液に分散されている帯電された粒子が充填されている複数の電気泳動セルであって、上記セルが最上部電極層と最下部電極層との間に配置され、上記最上部電極層が１つ以上のセルの上に配置された少なくとも１つの駆動電極を有し、上記最下部電極層１つ以上のセルの下に配置された少なくとも１つの駆動電極を有するものと、
    （ｂ）最下部電極層に配置された保持電極と、
    （ｃ）最下部電極層の下に配置され、最下部電極層を介して視認される着色されたバックグラウンド層とを有する電気泳動式ディスプレイ。
17. 帯電された粒子が正に帯電され、着色されたバックグラウンドと同一の色であり、
    誘電性溶液が着色されたバックグラウンドと異なる色に着色されており、
    １つのセルにおいて、粒子が最上部電極層または最上部電極層近傍の位置に再配置されている開始条件からバックグラウンドの色と誘電性溶液の色との間の所望のグレー階調濃度を得るために、セルと結合している最下部電極層の駆動電極に第１の電圧が期間Ｔ１の間印加され、セルと結合している最上部電極層の駆動電極に第１の電極より大きい第２の電圧が上記期間Ｔ１の間印加され、セルと結合している保持電極に第１の電圧に対して同等または小さい電圧が印加され、
    それにより、全てではない所望の割合の粒子が最上部電極層から移動する請求項１６の電気泳動式ディスプレイ。
18. 期間Ｔ１の長さが所望のグレー階調濃度を得るために選択される請求項１７の電気泳動式ディスプレイ。
19. 所望の割合の粒子が最上部電極層から移動した後、セルと結合している最上部電極層の駆動電極に第３の電圧が期間Ｔ２の間印加され、セルと結合している最下部電極層の駆動電極に第３の電圧に対して同等または小さい第４の電圧が上記期間Ｔ２の間印加され、セルと結合している保持電極に上記第４の電圧より小さい電圧が印加されて最上部電極層からセルに結合している保持電極又は保持電極近傍の位置に移動した粒子の大多数と最上部電極層から移動していない粒子の大多数とが最上部電極層または最上部電極層近傍の位置に維持されることにより、所望のグレー階調濃度が得られる請求項１７の電気泳動式ディスプレイ。
20. 第３の電圧が第２の電圧と同一である請求項１９の電気泳動式ディスプレイ。
21. 第４の電圧が第３の電圧と同一である請求項１９の電気泳動式ディスプレイ。
22. 非走査サイクルの間一定のグレー階調濃度を維持するために。セルと結合している最上部電極層の駆動電極とセルと結合している保持電極とにセルに結合している他の電極のいずれかに印加されている最低の電圧に対して同等または小さい電圧が印加されることにより、保持電極に移動した粒子の大多数が保持電極または保持電極近傍の位置に維持され、最上部電極層から移動していない粒子の大多数が最上部電極層または最上部電極層近傍の位置に維持される請求項１９の電気泳動式ディスプレイ。
23. 期間Ｔ１の長さと期間Ｔ２の長さとが所望のグレー階調濃度を得るために選択される請求項１９の電気泳動式ディスプレイ。
24. 帯電された粒子が正に帯電され、着色されたバックグラウンドと同一の色であり、
    誘電性溶液が着色されたバックグラウンドと異なる色に着色されており、
    １つのセルにおいて、粒子が最上部電極層または最上部電極層近傍の位置に再配置される開始条件からバックグラウンドの色と誘電性溶液の色との間の所望のグレー階調濃度を得るために、セルと結合している最下部電極層の駆動電極に第１の期間中パルス幅が等しいＮ１回の第１の電圧のパルスが印加され、セルと結合している最上部電極層の駆動電極に第１の期間中上記パルス幅が等しいＮ１回の第１の電圧より大きい第２の電圧のパルスが印加され、セルと結合している保持電極に第１の電圧に対して同等または小さい電圧が印加されることにより、全てではない所望の割合の粒子が最上部電極層から移動する請求項１６の電気泳動式ディスプレイ。
25. 回数Ｎ１が所望のグレー階調濃度を得るために選択されている請求項２４の電気泳動式ディスプレイ
26. 所望の割合の粒子が最上部電極層から移動した後、セルと結合している最上部電極層の駆動電極に第２の期間中パルス幅が等しいＮ２回の第３の電圧のパルスが印加され、セルと結合している最下部電極層の駆動電極に上記第２の期間中上記パルス幅が等しいＮ２回の上記第３の電圧パルスに対して同等または小さい第４の電圧のパルスが印加され、セルと結合している保持電極に上記第４の電圧より小さい電圧が印加されて、最上部電極層から移動した粒子の大多数がセルと結合されている保持電極または保持電極近傍の位置に移動し、最上部電極層から移動していない粒子の大多数が最上部電極層または最上部電極層近傍の位置に維持されることにより、所望のグレー階調濃度が得られる請求項２４の電気泳動式ディスプレイ。
27. 回数Ｎ１と回数Ｎ２とが所望のグレー階調濃度を得るために選択されている請求項２６の電気泳動式ディスプレイ。
28. 上記電気泳動セルがマイクロカップから作製されている請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
29. 上記電気泳動セルがマイクロチャンネルから作製されている請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
30. 上記電気泳動セルがマイクロカプセルから作製されている請求項１の電気泳動式ディスプレイ。
    

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