JP2006227249A - 電気泳動装置とその駆動方法、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一対の基板と、これら基板に形成された複数の画素電極14と共通電極13と、帯電粒子を分散させてなる液状体と、画素電極14および共通電極13に電圧を印加することでこれら電極間に電界を発生させる駆動回路とを備えた電気泳動装置である。駆動回路は、表示内容の変更を行う際に、全ての画素電極14と共通電極13との間に第1の電界E1を発生させ、それまでの表示内容を表示領域全体に渡って一旦消去する。その後、新たな表示内容の書き込みを行う際には、表示に対応する画素電極14と共通電極13との間に第2の電界E2を発生させ、表示に対応する画素電極14以外の画素電極14と共通電極13との間には第3の電界E3を発生させるよう構成されている。
【選択図】 図5
Description
表示内容の変更を行う際に必要な電圧(電位差)は、マイクロカプセルの大きさ(直径)に依存し、1V/μm程度とされる。一般的なマイクロカプセルの直径は数十ミクロンであり、したがって、少なく見積もっても10V程度が必要となる。ここで、駆動電圧を10Vとし、液晶ディスプレイの代表的な駆動方法を電気泳動装置に応用する場合について考える。
しかし、画素電極に印加する電圧については、画素電極に接続されているTFTによってスイッチングするが、実際にこのような駆動を行おうとすると、駆動電圧が高すぎてTFTの信頼性確保が難しくなってしまう。しかも、前述の如く、20Vというのは少なく見積もった場合の値であり、30V以上を必要とする可能性が高い。その場合に、信頼性の確保が一層厳しくなってしまう。
例えば、ある画素の表示内容を書き換えるため、共通電極に10V、画素電極に0Vをそれぞれ印加すると仮定する。このとき、表示内容を書き換えない他の画素については、誤書き換えを防ぐために画素電極に10Vを印加しなければならない。ところが、各画素電極への電圧印加は、各画素トランジスタが順次選択されて行われるため、共通電極に電圧が印加されるタイミングと一致させることができず、遅れが生じてしまう。これにより誤書き換えが発生するおそれがある。また、仮に誤書き換えが生じる前に画素電極への電圧印加がなされたとしても、画素トランジスタのリークにより画素電極の電圧が徐々に低下して行く。これによっても、誤書き換えの発生する可能性がある。
すなわち、例えば複数の画素電極を全て同じ電位にしたうえで、共通電極と画素電極との間に電圧を印加することにより、それまで表示していた内容を表示領域全体に渡って一旦消去する。その後、新たな表示内容の書き換えを行うときには、前記共通電極の電位を前記画素電極の電位と同じ電位にするとともに、書き換えを行う部分の画素電極に所望の電位を与えることで行う。
このようにして駆動することにより、前述したような誤書き換えの発生を防止することができる。
図13(a)、(b)は、前記の表示装置の課題を説明するための図であり、図13(a)、(b)中符号1は第1の基板(図示せず)に設けられた複数の画素電極、2は第2の基板(図示せず)に設けられた共通電極である。これら画素電極1、共通電極2の間には、表示色である黒色に着色され、かつ正(+)に帯電した黒粒子3と、背景色である白色に着色され、かつ負(−)に帯電した白粒子4とを含有する液状体(図示せず)が、挟持され封入されている。また、この表示装置(電気泳動装置)においては、その表示面が共通電極2側となっている。なお、通常はこの液状体はマイクロカプセル化されて用いられるが、この例では、説明を簡略化するため、マイクロカプセルについての記載を省略している。
すなわち、複数の画素電極1を全て同じ電位(Vss)にしたうえで、共通電極2に別の電圧を印加し、電位(Vdd)(ただし、Vdd>Vss)とする。これにより、画素電極1と共通電極2との間に、共通電極2側から画素電極1側に向かう電界(図13中矢印で示す)が発生し、この電界によって、負に帯電した白粒子4が共通電極2側に移動(泳動)するとともに、正に帯電した黒粒子3が画素電極1側に移動(泳動)する。このように駆動することで、表示面となる共通電極2側が白粒子4によって背景色となるので、前に表示されていた内容が消去されることになる。
すなわち、表示に対応する画素電極1aに選択的に電圧を印加し、前記の電位(Vdd)に変更するとともに、前記共通電極2に別の電圧を印加してその電位を前記の電位(Vss)に変更する。これにより、表示に対応する画素電極1a上でのみ、電界の方向が逆になることにより、黒粒子3が共通電極2側に、また白粒子4が画素電極1a側に移動する。一方、表示に対応せず、そのまま背景となる画素電極1b側では、共通電極2と画素電極1bとが共に同じ電位(Vss)となり、したがって電界が消失することから、各粒子3、4は移動することなく、前記の画面消去時の位置をそのまま保持するようになる。
前記駆動回路は、表示内容の変更を行う際に、前記画素電極を全て共通な第1の電位にするとともに、前記共通電極を第2の電位にすることで前記画素電極と前記共通電極との間に第1の電界を発生させ、それまでの表示内容を表示領域全体に渡って一旦消去し、
その後、新たな表示内容の書き込みを行う際には、前記共通電極の電位を第3の電位に変更するとともに、表示に対応する画素電極の電位を前記第4の電位に変更し、前記表示に対応する画素電極以外の画素電極の電位を第5の電位に変更することにより、前記表示に対応する画素電極と前記共通電極との間に第2の電界を発生させ、前記表示に対応する画素電極以外の画素電極と前記共通電極との間に第3の電界を発生させるよう構成されてなり、
前記第1の電界と第2の電界との方向が逆であり、
前記第1の電界と第3の電界との方向が同じであり、
前記第2の電界の強度が第3の電界の強度より大きい
ことを特徴としている。
ここで、第1の電位は、具体的には図14(a)、(b)に示した電位(Vss’)となる。すなわち、本発明で言う第1の電位は、駆動回路から画素電極1(1a、1b)に印加したときの印加電圧ではなく、チャネル抵抗や配線抵抗による電圧降下、配線容量などの影響を受けた後の、実際の画素電極での電位(Vss’)を示している。また、特にこの電位(Vss’)は、各画素電極間で僅かながら変動していることが考えられる。その場合には、各画素電極間での平均値ではなく、最大値を、本発明では第1の電位(Vss’)と規定している。
また、表示に対応する画素電極1a側では、図14(b)に示した場合と同様に、電界によって各粒子が設計された電極側にそれぞれ移動し、所望の表示をなす。
なお、各電位(Vbias、Vss’、Vdd)が共に負である場合、各粒子の帯電した極性を図14(a)、(b)に示した例とは逆にすることで、各電位が共に正である場合と同じ作用が得られる。
第3の電界の強度 ≦(第2の電界の強度)/10 ……式(1)
を満たしていることが好ましい。
このようにすれば、第2の電界の強度が、第3の電界の強度より10倍以上大きくなっているので、特に画面消去から新画面書き込みに変更するよう駆動した際、その表示の切り換えが格段に速くなり、したがって表示特性が向上する。
なお、前記第3の電界の強度については、実質的にゼロであるのが好ましい。このようにすれば、第2の電界の強度を比較的小さくしても、第3の電界の強度に対して十分に大きいものとなる。
このようにすれば、帯電粒子としての顔料微粒子の凝集などによる電子インクについての信頼性の低下を防止し、表示の信頼性を向上することができる。
このようにすれば、帯電粒子を分散させる分散液について、これが例えば背景色になるように着色する必要がなくなり、したがって表示をより明瞭にすることが可能になる。
このようにすれば、得られた電気泳動装置は例えば電子ペーパーなどとして使用できるなど、その用途が拡大する。
表示内容の変更を行う際に、前記画素電極を全て共通な第1の電位にするとともに、前記共通電極を第2の電位にすることで前記画素電極と前記共通電極との間に第1の電界を発生させ、それまでの表示内容を表示領域全体に渡って一旦消去し、
その後、新たな表示内容の書き込みを行う際には、前記共通電極の電位を第3の電位に変更するとともに、表示に対応する画素電極の電位を前記第4の電位に変更し、前記表示に対応する画素電極以外の画素電極の電位を第5の電位に変更することにより、前記表示に対応する画素電極と前記共通電極との間に第2の電界を発生させ、前記表示に対応する画素電極以外の画素電極と前記共通電極との間に第3の電界を発生させるようにして前記駆動回路によって駆動するに際し、
前記第1の電界と第2の電界との方向が逆であり、
前記第1の電界と第3の電界との方向が同じであり、
前記第2の電界の強度が第3の電界の強度より大きい
ことを満たすようにして駆動することを特徴としている。
また、第2の電界の強度を第3の電界の強度より大きくしているので、特に画面消去から新画面書き込みに変更するよう駆動した際、その表示の切り換えを比較的速くすることができる。
この電子機器によれば、前述したように画像品質の低下が防止され、さらに、新画面書き込みの際の表示の切り換えが比較的速くなっている電気泳動装置を備えているので、この電子機器についても、前記電気泳動装置による表示部における信頼性が良好なものとなる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の電気泳動装置の第1の実施形態を示す図であり、図1中符号10は電気泳動装置である。この電気泳動装置10は、基板11上に対向基板12が貼着されて構成されたものである。対向基板12には、その内面側に共通電極13が形成されており、この共通電極13と前記基板11側に形成された画素電極14との間には、電気泳動粒子を封入したマイクロカプセル15からなるマイクロカプセル層15aが設けられている。
なお、このような電気泳動装置10にあっては、その表示面(観測面)がいずれか一方の基板側となる。そして、この表示面となる基板および電極については、光透過性が高いことが必要があり、特に透明であるのが好ましい。本実施形態では、対向基板12側が表示面になっているものとし、したがってこの対向基板12、および共通電極13が、透明材料からなっているものとする。
そして、前述したように表示面(観測面)となる対向基板12では、前述したように透明な材料のもの(光透過性が高いもの)が用いられ、具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリカーボネイト(PC)が好適に用いられる。一方、表示面とならない基板11については、透明である(光透過性が高い)必要はなく、したがって、前記の材料以外にも、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、アクリルあるいはポリアクリレート類等を用いることもできる。
また、一般のパネルのように電気泳動装置10にフレキシブル性(可撓性)が求められない場合には、各基板の材料として、ガラスや硬質の樹脂、さらには、シリコン等の半導体基板を用いることもできる。
このような電気泳動粒子3、4としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック、チタンブラック等の黒色顔料、二酸化チタン、亜鉛華、三酸化アンチモン等の白色顔料、モノアゾ、ジイスアゾン、ポリアゾ等のアゾ系顔料、イソインドリノン、黄鉛、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、チタンイエロー、アンチモン等の黄色顔料、モノアゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、キナクリドンレッド、クロムバーミリオン等の赤色顔料、フタロシアニンブルー、インダスレンブルー、アントラキノン系染料、紺青、群青、コバルトブルー等の青色顔料、フタロシアニングリーン等の緑色顔料等のうちから選択された2種類のものが用いられている。
なお、これら電気泳動粒子3、4の比重は、これらを分散させる液相分散媒5の比重とほぼ等しくなるように設定されている。
また、マイクロカプセル15の壁膜を形成する材料としては、アラビアゴム・ゼラチンの複合膜、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、尿素樹脂などの化合物が使用できる。
例えば、共通電極13側の電位が高く、画素電極14側の電位が低い場合、これら共通電極13と画素電極14との間には、図3(b)に示すように共通電極13側から画素電極14側に向かう電界(図13中矢印で示す)が発生する。すると、この電界によって、負に帯電した白粒子4が共通電極13側に移動(泳動)し、正に帯電した黒粒子3が画素電極14側に移動(泳動)する。これにより、表示面となる共通電極13側が白粒子4によって背景色となるので、表示面となる対向基板12には、実際の表示がなく、背景色のみが表示される。
図4(a)は、前記駆動回路を説明するための図であって、図4(a)中符号30は駆動回路である。この駆動回路30は、共通電極13に接続された共通電極側回路31と、画素電極14に接続された画素電極側回路32とから構成されたもので、これら共通電極側回路31および画素電極側回路32は、それぞれ3ステート・バッファ33を主構成要素として構成されたものである。
そこで、本発明では、特に新画面書き込み時に、実質的な表示をなす部分(表示に対応する画素電極14)でなく、背景となる画素電極14について、従来のように接地電位(0V)を印加するのに代えて、予めバイアス電圧設定回路34で設定したバイアス電圧(Vbias)を印加するようにしている。
すなわち、表示に対応する画素電極14に選択的に電圧を印加し、第4の電位(ここでは例としてVdd)に変更するとともに、前記共通電極13に別の電圧を印加してその電位を第3の電位(Vbias)に変更する。これにより、表示に対応する画素電極14と共通電極13との間に第2の電界E2が発生する。
また同時に、表示に対応しない画素電極14には第5の電位(ここでは例えばVss’)を印加する。これにより、表示に対応しない画素電極14と共通電極13との間に第3の電界E3が発生する。
・前記第1の電界E1と第2の電界E2との方向が逆である。
・前記第1の電界E1と第3の電界E3との方向が同じである。
・前記第2の電界E2の強度が第3の電界E3の強度より大きい。
なお、本実施形態においては、前記したように第1の電位(Vss’)が0.5Vであることから、この第3の電位(Vbias)については1Vとする。
したがって、従来のように各粒子3、4が前記の画面消去時の位置から僅かながら移動し、本来背景色である白色を表示しなくてはならないところが灰色がかった色となり、コントラストが低下して画像品質が低下する、といった不都合が防止されるのである。
第3の電界の強度E3≦(第2の電界の強度E2)/10 ……式(1)
なお、本実施形態では各電位(Vbias、Vss’、Vdd)が共に正であるものとしたが、各電位を負にした場合には、各粒子の帯電した極性を図5(a)、(b)に示した例とは逆にすることで、各電位が共に正である場合と同じ作用が得られる。
また、第2の電界E2の強度を、第3の電界E3の強度より大きくしているので、特に画面消去から新画面書き込みに変更するよう駆動した際、その表示の切り換えを比較的速くすることができる。
また、本発明の電気泳動装置の駆動方法にあっても、前記の電気泳動装置と同様の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の電気泳動装置の第2の実施形態について説明する。
ここで説明する第2の実施形態が、前記第1の実施形態と主に異なるところは、画素電極として、表示内容に対応したセグメント電極を用いるのに代えて、ドット状に配置された電極を用い、アクティブマトリクス駆動する点にある。
すなわち、この駆動回路30は、マイクロカプセル15内の電気泳動粒子3、4の移動(泳動)により、共通電極側で表示する内容の変更を行う際に、まず、表示内容を表示領域全体に渡って一旦消去し、その後、新たな表示内容の書き込むようにする。
これにより、表示に対応せず、そのまま背景となる画素電極側では、従来のような画素電極41側から共通電極側に向かう電界が発生せず、共通電極側から画素電極41側に向かう弱い電界(第3の電界E3)が発生するようになる。
したがって、従来のように各粒子3、4が前記の画面消去時の位置から僅かながら移動し、本来背景色である白色を表示しなくてはならないところが灰色がかった色となり、コントラストが低下して画像品質が低下する、といった不都合が防止されるのである。
なお、このようにして新しい画面を書き込み終わった後には、全ての走査線43を非選択状態とすることで、その表示状態を保持することができる。
また、第2の電界E2の強度を、第3の電界E3の強度より大きくしているので、特に画面消去から新画面書き込みに変更するよう駆動した際、その表示の切り換えを比較的速くすることができる。
また、この電気泳動装置の駆動方法にあっても、前記の電気泳動装置と同様の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の電気泳動装置の第3の実施形態について説明する。
ここで説明する第3の実施形態が、前記第2の実施形態と主に異なるところは、この第3の実施形態の電気泳動装置が、イン−プレイン(In−Plane)型である点にある。
そして、本実施形態の電気泳動装置50は、このような駆動回路30により、第1、第2の実施形態と同様に駆動される。
すなわち、この駆動回路30は、電気泳動粒子3の移動(泳動)によって表示する内容の変更を行う際に、まず、表示内容を表示領域全体に渡って一旦消去し、その後、新たな表示内容の書き込むようにする。
すなわち、前記第1の電界E1によって、負に帯電した黒粒子(電気泳動粒子)3が共通電極53側に移動(泳動)し、画素電極52側には黒粒子(電気泳動粒子)3が存在しなくなる。すると、前述したように共通電極53は画素電極52に対しその面積が十分に小さいことから、実際には共通電極53上の黒粒子(電気泳動粒子)3がほとんど視認されず、結果として実質的な表示がなされることなく、画素電極52による背景色のみが視認され、前に表示されていた内容が消去されることになるのである。
これにより、表示に対応せず、そのまま背景となる画素電極52bでは、画素電極52b側から共通電極53側に向かう電界が発生せず、共通電極53側から画素電極52b側に向かう弱い電界(第3の電界E3)が発生するようになる。
したがって、黒粒子(電気泳動粒子)3が前記の画面消去時の位置から僅かながら画素電極52b側に移動し、これによってこの黒粒子3が例えばすじ状に視認されてしまい、画像品質が低下する、といった不都合が防止される。
また、第2の電界E2の強度を、第3の電界E3の強度より大きくしているので、特に画面消去から新画面書き込みに変更するよう駆動した際、その表示の切り換えを比較的速くすることができる。
また、この電気泳動装置の駆動方法にあっても、前記の電気泳動装置と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、前記実施形態では、表示エリアが一つである場合について説明したが、複数の表示エリアが、それぞれ島状に独立して形成される場合にも、本発明を適用することができる。
以下、前記電気泳動装置を備えた電子機器の例について説明する。
まず、前記電気泳動装置を、モバイル型のパーソナルコンピュータに適用した例について説明する。図9、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ80は、図9に示すように、キーボード81を備えた本体部82と、前記電気泳動装置64を備えた表示ユニットとから構成されている。
次に、前記電気泳動装置を、携帯電話の表示部に適用した例について説明する。図10は、この携帯電話の構成を示す斜視図である。この携帯電話90は、図10に示すように、複数の操作ボタン91のほか、受話口92、送話口93とともに、前記電気泳動装置64を備えるものである。
次に、前記電気泳動装置を、電子ペーパーの表示部に適用した例について説明する。図11は、この電子ペーパーの構成を示す斜視図である。この電子ペーパー110は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートからなる本体111と、前記電気泳動装置64を備えた表示ユニットとから構成されている。
また、図12は、電子ノートの構成を示す斜視図である。この電子ノート120は、図12に示すように、図11に示した電子ペーパー110が複数枚束ねられ、それらの電子ペーパー110がカバー121に挟まれているものである。カバー121に表示データ入力手段を備えることにより、束ねられた状態で電子ペーパーの表示内容を変更することができるようになっている。
なお、前記の電子機器としては、図9のパーソナルコンピュータ、図10の携帯電話、図11の電子ペーパー、図12の電子ノート以外にも、例えば表示部に前記電気泳動装置を備え、さらに指紋検知センサ等を備えたICカードや、さらには、電子ブック、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等などを挙げることができる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前記の電気泳動装置が適用可能なのは言うまでもない。
13…共通電極、14…画素電極、15…マイクロカプセル、
15a…マイクロカプセル層、30…駆動回路、41…画素電極、51…基板、
52…画素電極、53…共通電極、
E1…第1の電界、E2…第2の電界、E3…第3の電界
Claims (8)
- 一対の基板と、これら基板に形成された複数の画素電極と共通電極と、前記一対の基板間に封入された帯電粒子を分散させてなる液状体と、前記画素電極および共通電極にそれぞれ電圧を印加することでこれら画素電極と共通電極との間に電界を発生させる駆動回路とを備え、前記印加電圧による電界によって前記帯電粒子を移動させ、表示を行う電気泳動装置において、
前記駆動回路は、表示内容の変更を行う際に、全ての前記画素電極と前記共通電極との間に第1の電界を発生させ、それまでの表示内容を表示領域全体に渡って一旦消去し、
その後、新たな表示内容の書き込みを行う際には、表示に対応する画素電極と前記共通電極との間に第2の電界を発生させ、前記表示に対応する画素電極以外の画素電極と前記共通電極との間に第3の電界を発生させるよう構成されてなり、
前記第1の電界と第2の電界との方向が逆であり、
前記第1の電界と第3の電界との方向が同じであり、
前記第2の電界の強度が第3の電界の強度より大きいことを特徴とする電気泳動装置。 - 前記第2の電界と第3の電界との関係が、さらに以下の式(1)
第3の電界の強度 ≦(第2の電界の強度)/10 ……式(1)
を満たしていることを特徴とする請求項1記載の電気泳動装置。 - 前記第3の電界の強度が実質的にゼロであることを特徴とする請求項1記載の電気泳動装置。
- 前記帯電粒子を分散させた液状体はマイクロカプセル中に充填されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気泳動装置。
- 前記帯電粒子は、第1の極性に帯電し第1の色を有する第1の電気泳動粒子と、第2の極性に帯電し第2の色を有する第2の電気泳動粒子からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電気泳動装置。
- 前記一対の基板がいずれもフレキシブル基板からなっていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電気泳動装置。
- 一対の基板と、これら基板に形成された複数の画素電極と共通電極と、前記一対の基板間に封入された帯電粒子を分散させてなる液状体と、前記画素電極および共通電極にそれぞれ電圧を印加することでこれら画素電極と共通電極との間に電界を発生させる駆動回路とを備え、前記印加電圧による電界によって前記帯電粒子を移動させ、表示を行う電気泳動装置の駆動方法であって、
表示内容の変更を行う際に、全ての前記画素電極と前記共通電極との間に第1の電界を発生させ、それまでの表示内容を表示領域全体に渡って一旦消去し、
その後、新たな表示内容の書き込みを行う際には、表示に対応する画素電極と前記共通電極との間に第2の電界を発生させ、前記表示に対応する画素電極以外の画素電極と前記共通電極との間に第3の電界を発生させるよう構成されてなり、
前記第1の電界と第2の電界との方向が逆であり、
前記第1の電界と第3の電界との方向が同じであり、
前記第2の電界の強度が第3の電界の強度より大きい、
ことを満たすようにして駆動することを特徴とする電気泳動装置の駆動方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の電気泳動装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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