JP2007156256A - 電気光学装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の更なる低減を図ることが可能な電気光学装置を提供すること。
【解決手段】本発明の電気光学装置は、電気泳動パネル(200)と、電気泳動パネルの上面側に配置される液晶パネル(100)と、を備える。これらのパネルは、例えば、液晶パネルにより表示を行うときには電気泳動パネルの全面を明状態に制御され、電気泳動パネルにより表示を行うときには液晶パネルを透過状態に制御される。
【選択図】図７

Description

本発明は、各種情報の表示を行うための電気光学装置と、当該電気光学装置を備える電子機器に関する。

携帯電話機などの携帯型電子機器には、動作状況その他の表示を行うための表示部が備わっている場合が多い。一般に、携帯型電子機器の表示部は、液晶表示パネルやエレクトロルミネッセンス表示パネルなどの薄型表示パネルを用いて構成される。これらの表示パネルには、優れた視認性や高い表現能力（階調、色表現、解像度等）を備え、かつ低消費電力であることが求められる。このような要請に対して、液晶表示素子とエレクトロルミネッセンス表示素子とを１画素内に含ませるようにした電気光学装置が提案されている（特許文献１参照）。しかし、エレクトロルミネッセンス表示素子は電流駆動型の素子であるため、低消費電力化という点については更なる改良の余地が残されていた。

特開２００２−３２３８６７号公報

そこで、本発明は、消費電力の更なる低減を図ることが可能な電気光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる電気光学装置は、電気泳動パネルと、上記電気泳動パネルの一方面側に配置される液晶パネルと、を備える。ここで、上記電気泳動パネルは、例えば、互いの一方面が対向するように配置される第１基板及び第２基板と、上記第１基板の一方面上に設けられる第１電極と、上記第２基板の一方面上に設けられる第２電極と、上記第１基板と上記第２基板との間に介在する電気泳動層と、を含んで構成される。また、上記液晶パネルは、例えば、互いの一方面が対向するように配置される第１基板及び第２基板と、上記第１基板の一方面側に設けられる第１電極と、上記第２基板の一方面側に設けられる第２電極と、上記第１基板と上記第２基板との間に介在する液晶層と、上記第１基板の他方面側に配置される第１偏光板と、上記第２基板の他方面側に配置される第２偏光板と、を含んで構成される。

かかる構成によれば、画像表示に比較的に高い表現力を要求される場合等においては、液晶パネルを用いて画像表示を行いつつ、電気泳動パネルについては反射板として機能させることができる。また、定型的な表示や変化の少ない表示など、画像表示に表現力がさほど要求されない場合等においては、電気泳動パネルを用いて画像表示を行い、この画像を液晶パネルを介して（透過させて）視認することができる。液晶パネル、電気泳動パネルはともに消費電力が少なく、特に電気泳動パネルはメモリ性を有することから消費電力が極めて低いので、消費電力の更なる低減を図ることが可能な電気光学装置を提供することができる。

好ましくは、上記電気泳動パネル及び上記液晶パネルの各々の表示状態を制御する表示制御部を更に備える。この表示制御部は、上述したような液晶パネルと電気泳動パネルの各々の動作状態の切り替えなどを行う。例えば、上記表示制御部は、上記液晶パネルにより表示を行うときには上記電気泳動パネルの全面を明状態に制御し、上記電気泳動パネルにより表示を行うときには上記液晶パネルを透過状態に制御する。

これにより、液晶パネルを用いる場合と電気泳動パネルを用いる場合のいずれにおいてもより良質な表示が得られる。

好ましくは、上記液晶パネルの端部に配置されるフロントライトを更に備える。

これにより、外部からの光量が不足する場合にも、これを補って良好な表示が得られる。

好ましくは、上記液晶層は、ネマチック液晶を上記第１基板の一方面側から上記第２基板の一方面側までの間で略９０°回転させた配向状態（ＴＮ配向）を有する。そして、上記第１偏光板は、光学主軸を上記第１基板の一方面側における上記液晶層の配向方向と略一致させて配置され、上記第２偏光板は、光学主軸を上記第２基板の一方面側における上記液晶層の配向方向と略一致させて配置される。すなわち、各偏光板は、いわゆるノーマリーホワイトの態様に配置される。

これにより、液晶パネルを介して電気泳動パネルによる表示を行う場合に、液晶パネルを電圧無印加の初期状態とすればよいため、消費電力をより削減することが可能となる。

また、上述した電気光学装置を表示部として用いて電子機器を構成することも好ましい。ここで、「電子機器」は、上記電気光学装置を表示部として備えるあらゆる機器を含むもので、ディスプレイ装置、テレビジョン装置、電子ペーパ、時計、電卓、携帯電話、携帯情報端末等を含む。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態の電気光学装置の構造を概略的に示す模式断面図である。図１に示す電気光学装置１は、電気泳動パネル２００と、この電気泳動パネル２００の上面（一方面）側に配置される液晶パネル１００と、液晶パネル１００の上面（一方面）側であって当該液晶パネル１００の端部に配置されるフロントライト３００と、を含んで構成される。この電気光学装置１は、図示のように、例えば室内の蛍光灯などの外部光源から得られる光（外光）を利用し、或いは適宜フロントライト３００によって得られる光を利用して液晶パネル１００による表示を行う。すなわち、液晶パネル１００はいわゆる反射型液晶パネルとして用いられる。また、電気泳動パネル２００についても同様であり、液晶パネル１００を透過状態に制御しながら、外光又はフロントライト３００による光を利用して電気泳動パネル２００による表示を行う。

図２は、電気光学装置１の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の電気光学装置１は、上位装置５００から制御信号を受け取り、それに基づいて画像表示を行うものであり、上述した液晶パネル（ＬＣＤ）１００と、電気泳動パネル（ＥＰＤ）２００と、フロントライト３００と、液晶パネル１００及び電気泳動パネル２００と上位装置５００との間に設けられて当該液晶パネル１００及び電気泳動パネル２００の各々の表示状態を制御する表示制御部４００と、を含んで構成されている。

ここで、例えば本実施形態の電気光学装置１が搭載される電子機器が携帯電話機であるとすると、この携帯電話機の全体動作を制御するＣＰＵ等が上位装置５００に相当する。フロントライト３００は、上位装置５００から入力される制御信号に基づいて点灯／消灯が切り替わる。

表示制御部４００は、画像表示に必要な制御信号（画像データ等）を上位装置５００から受け取り、これに基づいて液晶パネル１００及び電気泳動パネル２００の動作制御を行う。具体的には、表示制御部４００は、液晶パネル１００により表示を行うときには電気泳動パネル２００の全面を明状態（例えば白色等の高輝度状態）に制御し、電気泳動パネル２００により表示を行うときには液晶パネル１００を透過状態に制御する。なお、各状態における表示画面の詳細については後述する。

図３は、液晶パネル１００の構造の一例を示す部分断面図である。図３に示す液晶パネル１００は、第１基板１０２、第２基板１０４、第１電極１０６、第２電極１０８、液晶層１１０、第１偏光板１１２、第２偏光板１１４、配向膜１１６、配向膜１１８、シール材１２０、スペーサ１２２、を含んで構成される。なお、図示を省略しているが、例えば第２基板１０４の一方面側にカラーフィルタが備わっていてもよい。

第１基板１０２及び第２基板１０４は、互いの一方面が対向するように配置される。これら第１基板１０２及び第２基板１０４としては、ガラス基板やプラスチック基板等の透明基板が用いられる。

第１電極１０６は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜により構成されており、第１基板１０２の一方面側に設けられている。同様に、第２電極１０８は、ＩＴＯ等の透明導電膜により構成されており、第２基板１０４の一方面側に設けられている。本例では、第１電極１０６は、第１基板１０２の一方面側の略全体に形成されており、共通電極として用いられる。また、第２電極１０８は、第２基板１０４の一方面側に、所定形状にパターニングして複数形成されており、画素電極として用いられる。

液晶層１１０は、第１基板１０２と第２基板１０４との間に介在する。この液晶層１１０は、例えばＴＮ（Twisted Nematic）型の液晶材料を用いて構成されており、各配向膜１１６、１１８によりその配向状態が制御されている。具体的には、液晶層１１０は、ネマチック液晶の分子の配向方向を第１基板１０２の一方面側から第２基板１０４の一方面側までの間で略９０°回転させた配向状態を有する。

第１偏光板１１２は、第１基板１０２の他方面側に配置されている。この第１偏光板１１２は、光学主軸を第１基板１０２の一方面側における液晶層１１０の配向方向と略一致させて配置されている。第２偏光板１１４は、第２基板１０４の他方面側に配置されている。この第２偏光板１１４は、光学主軸を第２基板１０４の一方面側における液晶層１１０の配向方向と略一致させて配置されるている。すなわち、本実施形態では、第１偏光板１１２及び第２偏光板１１４は、液晶増１１０の配向状態が初期状態（９０°回転した状態）において光透過状態となる条件（いわゆるノーマリーホワイト）にして配置されている。

配向膜１１６は、第１基板１０２の一方面側に上記第１電極１０６を覆うように設けられている。配向膜１１８は、第２基板１０４の一方面側に上記第２電極１０８を覆うように設けられている。配向膜１１６は、例えばポリイミド樹脂等を第１基板１０２の一方面上に成膜し、その後、一定方向にラビング処理を施して形成されている。配向膜１１８も同様である。このようにして形成される配向膜は、ラビング処理の方向に沿って液晶分子を配向させる規制力を発生する。

シール材１２０は、第１基板１０２と第２基板１０４の相互間であって、両基板の周縁部に設けられている。このシール材１２０は、例えばエポキシ樹脂等からなり、液晶層１１０を封止する機能を果たす。また、このシール材１２０には、微小な樹脂球などからなるスペーサ１２２が混入されている。このスペーサ１２２は、第１基板１０２と第２基板１０４の間隙を所定間隔（例えば、数μｍ程度）に保つ機能を果たす。

図４は、液晶パネル１００の回路構成を説明するブロック図である。図４に示すように、液晶パネル１００は、互いに直交して配置されるｍ本の走査線１４４及びｎ本のデータ線１４６と、走査線１４４及びデータ線１４６の各交点に接続された画素部１４８と、各走査線１４４に走査信号を供給する走査線駆動回路１４０と、各データ線１４６にデータ信号を供給するデータ線駆動回路１４２と、走査線駆動回路１４０及びデータ線駆動回路１４４に各種制御信号やクロック信号などを供給するコントローラ１５０と、を含んで構成されている。

各画素部１４８は、例えば上述した液晶層１１０と第１電極１０６及び第２電極１０８によって構成される液晶容量と、この液晶容量への電圧印加状態を制御する薄膜トランジスタ等のスイッチング素子と、を含んで構成される。薄膜トランジスタは、走査線１４０にゲートが接続され、データ線１４２にソースが接続され、第２電極１０８にドレインが接続される。各画素部１４８、走査線１４０、データ線１４２は、図３において図示を省略したが第１基板１０２上に形成されている。

走査線駆動回路１４０は、走査信号Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・Ｙｍを１行目、２行目、３行目、・・・ｍ行目の走査線１４４にそれぞれ供給する。例えば、走査信号Ｙ１が所定の高電位となったときに、１行目の走査線１４４に接続された薄膜トランジスタがオン状態（選択状態）となる。データ線駆動回路１４２は、選択状態となった走査線１４４に接続された画素部１４８に対して、その表示内容（階調）に応じたデータ信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・Ｘｎを１列目、２列目、３列目、・・・ｍ列目のデータ線１４６にそれぞれ供給する。

コントローラ１５０は、走査線駆動回路１４０及びデータ線駆動回路１４２のそれぞれに対して各種の制御信号やクロック信号などを供給する。上述した表示制御部４００からの制御信号はこのコントローラ１５０に入力される。

図５は、電気泳動パネル２００の構造の一例を示す部分断面図である。図５に示す電気泳動パネル２００は、第１基板２０２、第２基板２０４、薄膜半導体回路層２０６、接着層２０８、電気泳動層２１０、第１電極２１２、第２電極２１４、印刷配線回路（ＦＰＣ）基板２１６、接続電極２１８、異方性導電膜（ＡＣＦ）２２２、を含んで構成されている。

第１基板２０２及び第２基板２０４は、互いの一方面が対向するように配置される。これら第１基板２０２及び第２基板２０４としては、例えばポリカーボネート基板等の可撓性を有する基板が用いられる。

薄膜半導体回路層２０６は、ＵＶ（紫外線）硬化型接着剤等からなる接着層２０８を介して第１基板２０２に貼り合わされている。この薄膜半導体回路層１２は、行方向及び列方向にそれぞれ複数配列された配線群、画素電極群、画素駆動回路、接続端子、駆動画素を選択する行デコーダ及び列デコーダ（図２参照）、等を含んで構成されている。画素駆動回路は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の回路素子を含んで構成されている。このような可撓性の第１基板２０２上に薄膜半導体回路層２０６を形成する場合には、例えば、特開平１０−１２５９３１号公報、特開平１１−２６７３３号公報、特開２００４−３２７８３６号公報等で紹介されている薄膜素子転写技術を使用することができる。

第１電極２１２は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜により構成されており、第１基板２０２の一方面側に設けられている。同様に、第２電極２１４は、ＩＴＯ等の透明導電膜により構成されており、第２基板２０４の一方面側に設けられている。本例では、第１電極２１２は、第１基板２０２の一方面側に、所定形状にパターニングして複数形成されており、画素電極として用いられる。また、第２電極２１４は、第２基板２０４の一方面側の略全体に形成されており、共通電極として用いられる。

電気泳動層２１０は、第１基板２０２と第２基板２０４との間に介在する。この電気泳動層２１０は、バインダによって固定された多数のマイクロカプセルを含んで構成されている。マイクロカプセル内には電気泳動分散媒、電気泳動粒子が含まれている。電気泳動粒子は印加電圧に応じて電気泳動分散媒中を移動する性質を有し、一種類（一色）以上の電気泳動粒子が使用される。

可撓性印刷配線回路（ＦＰＣ）基板２１６は、外部回路との電気的接続を行うためのものであり、第１基板２０２の外周部に接続されている。この接続は、ＦＰＣ基板２１６の接続電極（接続端子）２１８と第１基板２０２の接続電極（接続端子）２２０とを異方性導電膜（ＡＣＦ）２２２を介して貼り合わせることによって行われている。

図６は、電気泳動パネル２００の回路構成を説明するブロック図である。図６に示すように、電気泳動パネル２００は、互いに直交して配置されるｍ本の走査線２４４及びｎ本のデータ線２４６と、走査線２４４及びデータ線２４６の各交点に接続された画素部２４８と、各走査線２４４に走査信号を供給する走査線駆動回路２４０と、各データ線１４６にデータ信号を供給するデータ線駆動回路２４２と、共通電極用配線２５０及び保持容量線２５２と、これらの共通電極用配線２５０及び保持容量線２５２を駆動する対向電極変調回路２５４と、走査線駆動回路２４０、データ線駆動回路２４２及び対向電極変調回路２５４に各種制御信号やクロック信号などを供給するコントローラ２５６と、を含んで構成されている。

各画素部２４８は、例えば上述した電気泳動層２１０と第１電極２１２及び第２電極２１４によって構成される電気泳動素子と、この電気泳動素子への電圧印加状態を制御する薄膜トランジスタ等のスイッチング素子と、を含んで構成される。薄膜トランジスタは、走査線２４４にゲートが接続され、データ線２４６にソースが接続され、第２電極２１２にドレインが接続される。各画素部２４８、走査線２４４、データ線２４６は、図５において図示を省略したが第１基板２０２上に形成されている。

走査線駆動回路２４０は、走査信号Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・Ｙｍを１行目、２行目、３行目、・・・ｍ行目の走査線２４４にそれぞれ供給する。例えば、走査信号Ｙ１が所定の高電位となったときに、１行目の走査線２４４に接続された薄膜トランジスタがオン状態（選択状態）となる。データ線駆動回路２４２は、選択状態となった走査線２４４に接続された画素部２４８に対して、その表示内容（階調）に応じたデータ信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・Ｘｎを１列目、２列目、３列目、・・・ｍ列目のデータ線２４６にそれぞれ供給する。

対向電極変調回路２５４は、画素部２４８の第１電極２１２及び保持容量の電極にそれぞれバイアス信号Ｖcom及び電源電圧Ｖsを供給する。例えば、正又は負の高レベルのバイアス信号Ｖcom（リセット信号）によって画像のリセットが設定される。リセット信号は、データ駆動回路２４２が画像データを出力する前の所定期間に出力される。リセットは、分散媒中を泳動している電気泳動粒子を画素電極又は共通電極に引き寄せ、空間的な状態を初期化するために用いられる。

コントローラ２５６は、走査線駆動回路１４０及びデータ線駆動回路１４２のそれぞれに対して各種の制御信号やクロック信号などを供給する。上述した表示制御部４００からの制御信号はこのコントローラ２５６に入力される。

図７は、本実施形態の電気光学装置１の表示状態を説明する模式図である。図７では、液晶パネル１００と電気泳動パネル２００のそれぞれの表示状態が模式的な斜視図によって表現されている。一例として、図８に示すように、本実施形態の電気光学装置を用いて携帯電話機１０００の表示部１００１が構成されている場合の表示例を考える。

図７（Ａ）は、上側に配置された液晶パネル１００には何も表示させず、下側の電気泳動パネル２００により文字表示を行った場合の表示例を示している。例えば、携帯電話機に対して、操作キーを用いての操作指示が何も与えられていない待機状態の場合にこのような表示モードが用いられる。具体的には、上述した表示制御部４００は、上位装置５００から操作指示の状況を示す制御信号を取得するとともに、表示画面を指示する画像信号を取得する。そして、表示制御部４００は、待機状態の表示モードとすべきであると判断した場合には、液晶パネル１００のコントローラ１５０に対して、表示が透過状態となるように制御信号を出力する。具体的には、本実施形態の液晶パネル１００はいわゆるノーマリーホワイトの構成態様を採用しているので、表示制御部４００は、コントローラ１５０に制御信号を出力し、液晶パネル１００が電圧無印加の初期状態となるように制御する。なお、光を通過させ得る状態であれば、液晶パネル１００における液晶層１１０に対する電圧の印加状態は必ずしも無印加（０ボルト）でなくともよい。また、表示制御部４００は、電気泳動パネル２００のコントローラ２５６に対して、表示画面を指示する画像信号を出力する。このとき、外部から入射する光が液晶パネル１００を通過して電気泳動パネル２００に到達し、さらに電気泳動パネル２００の表面で反射し、液晶パネル１００を通過して外部に出射することにより、図７（Ａ）に示すような表示画面が得られる。なお、適宜フロントライト３００を点灯させることにより入射光量の不足を補ってもよい。

図７（Ｂ）は、上側に配置された液晶パネル１００による表示を行い、下側の電気泳動パネル２００には何も表示しない場合の表示例を示している。例えば、携帯電話機に対して、操作キーを用いて何らかの操作指示（通話や電子メールの送受信等）が与えられている状態（操作状態）の場合にこのような表示モードが用いられる。具体的には、上述した表示制御部４００は、上位装置５００から操作指示の状況を示す制御信号を取得するとともに、表示画面を指示する画像信号を取得する。そして、表示制御部４００は、操作状態の表示モードとすべきであると判断した場合には、液晶パネル１００のコントローラ１５０に対して、表示画面を指示する画像信号を出力する。また、電気泳動パネル２００のコントローラ２５６に対しては、画面全体が白表示となるような表示画面を指示する画像信号を出力する。なお、電気泳動パネル２００の表示状態は、表面における反射率が高い状態（比較的高輝度の状態）となっていればよく、必ずしも全面白表示でなくともよい。このとき、外部から入射する光、あるいはフロントライト３００を点灯させた場合には当該フロントライト３００からの光は、液晶パネル１００を通過して電気泳動パネル２００に到達し、さらに電気泳動パネル２００の表面で反射し、液晶パネル１００を通過して外部に出射する。この表示モードでは、電気泳動パネル２００は反射板としての機能を果たす。これにより、図７（Ｂ）に示すような表示画面が得られる。なお、電気泳動パネル２００の表示状態を全面黒色又はこれに近い暗色とし、液晶パネル１００による表示状態を白抜きにするなどの表示バリエーションも考えられる。

以上のように本実施形態によれば、画像表示に比較的に高い表現力を要求される場合等においては、液晶パネル１００を用いて画像表示を行いつつ、電気泳動パネル２００については反射板として機能させることができる。また、定型的な表示や変化の少ない表示など、画像表示に表現力がさほど要求されない場合等においては、電気泳動パネル２００を用いて画像表示を行い、この画像を液晶パネル１００を介して（透過させて）視認することができる。液晶パネル１００、電気泳動パネル２００はともに消費電力が少なく、特に電気泳動パネルはメモリ性を有することから消費電力が極めて低いので、消費電力の更なる低減を図ることが可能な電気光学装置を提供することができる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、各偏光板はノーマリーブラックの態様で配置されていたが、一方の偏光板については液晶分子の配向方向と略直交して配置する、いわゆるノーマリーブラックの態様で配置されていてもよい。その場合には、電気泳動パネル２００による表示を行う際には、液晶パネル１００は全透過（最大透過率）となるように制御されることが望ましい。また、液晶層の配向状態は必ずしもＴＮ配向でなくてもよい。

一実施形態の電気光学装置の構造を概略的に示す模式断面図である。 電気光学装置の概略構成を示すブロック図である。 液晶パネルの構造の一例を示す部分断面図である。 液晶パネルの回路構成を説明するブロック図である。 電気泳動パネルの構造の一例を示す部分断面図である。 電気泳動パネルの回路構成を説明するブロック図である。 電気光学装置の表示状態を説明する模式図である。 電子機器の一例である携帯電話機を示す斜視図である。

符号の説明

１…電気光学装置、１００…液晶パネル、２００…電気泳動パネル、３００…フロントライト、４００…表示制御部、５００…上位装置、１０００…携帯電話機、１００１…表示部

Claims (8)

1. 電気泳動パネルと、
   前記電気泳動パネルの一方面側に配置される液晶パネルと、
   を備える、電気光学装置。
2. 前記電気泳動パネルは、
   互いの一方面が対向するように配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板の一方面上に設けられる第１電極と、
   前記第２基板の一方面上に設けられる第２電極と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に介在する電気泳動層と、
   を含む、請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記液晶パネルは、
   互いの一方面が対向するように配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板の一方面側に設けられる第１電極と、
   前記第２基板の一方面側に設けられる第２電極と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、
   前記第１基板の他方面側に配置される第１偏光板と、
   前記第２基板の他方面側に配置される第２偏光板と、
   を含む、請求項１に記載の電気光学装置。
4. 前記電気泳動パネル及び前記液晶パネルの各々の表示状態を制御する表示制御部を更に備える、請求項１に記載の電気光学装置。
5. 前記表示制御部は、前記液晶パネルにより表示を行うときには前記電気泳動パネルの全面を明状態に制御し、前記電気泳動パネルにより表示を行うときには前記液晶パネルを透過状態に制御する、請求項４に記載の電気光学装置。
6. 前記液晶パネルの端部に配置されるフロントライトを更に備える、請求項１に記載の電気光学装置。
7. 前記液晶層は、ネマチック液晶を前記第１基板の一方面側から前記第２基板の一方面側までの間で略９０°回転させた配向状態を有し、
   前記第１偏光板は、光学主軸を前記第１基板の一方面側における前記液晶層の配向方向と略一致させて配置され、
   前記第２偏光板は、光学主軸を前記第２基板の一方面側における前記液晶層の配向方向と略一致させて配置される、請求項３に記載の電気光学装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の電気光学装置を表示部として備える電子機器。
   
   

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