JP2007316347A - 粒子移動型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する３つの表示単位にＲＧＢ三原色の着色層を配置する画像表示装置よりも高精細なカラー画像表示が可能な電気泳動表示装置１００を提供する。
【解決手段】隣接する２つの表示単位２０Ａ、２０Ｂを用いてＲＧＢ三原色とそれぞれの加法混色とを表示させる。表示単位２０Ａには、着色層（Ｒ）１０、着色層（Ｇ）１１を配置する。表示単位２０Ｂには着色層（Ｂ）１２、着色層（Ｗ）１３を配置する。表示電極１に印加する電圧信号の電圧と印加時間とのパターンを異ならせて、表示電極１上の帯電粒子８による被覆状態を変化させることにより、観察基板４側から見た画素２０の色相が変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示電極に印加された電圧信号に応じて観察側から見た表示面の遮光状態を変化させる粒子移動型表示装置、詳しくは、１つの表示電極上で２以上のカラー表示が可能な表示単位の構造と制御とに関する。

近年、パソコンやモバイル機器である携帯電話やＰＤＡ等の情報機器の発達は著しく、それらのネットワーク環境の充実によってオフィスは勿論、家庭やアウトドア環境でも様々な形で情報機器の表示装置を利用することが多くなった。しかし、一方では、そうした表示装置の視認性や頻繁かつ長時間利用することによる目の疲労・ストレスといった問題によって、情報機器を介して入手した膨大な量の情報を一旦紙に出力し、暫くしてから破棄する行動が頻繁に行われている。これにより、紙の消費量が増加の一途を辿っている。

こうした背景から最近では、紙の消費量増加による環境破壊を防ぎ、視認性が良く長時間正視してもストレスが少なく、可搬性に優れた表示装置の普及が求められている。その１つとして電子ペーパー、ペーパーライクディスプレイといった新しい表示装置の研究開発が盛んに行われるようになった。最も代表的な表示方式としては、電気泳動によるモノクロの書き換えを行うものである。反射光による紙のような視認性の表示が行えるため、発光型表示装置と比較して目の疲労やストレスが少ないことが特徴である。

このように、画素ごとの表示電極に対する電圧信号の印加停止後もその遮光状態を保持する遮光媒体を用いた画素表示のメモリ性を有する各種の画像表示装置が実用化されている。分散液体に分散させた帯電粒子を遮光媒体として用いる電気泳動表示装置に関しても、その実用化に向けた研究開発がなされている。

特許文献１には、背面側基板に形成した隔壁構造で表示単位を仕切って移動空間を形成し、帯電粒子を分散させた分散液体を移動空間に充填した電気泳動表示装置が示される。ここでは、表示電極に印加する電圧信号の電圧と印加時間とを制御して、帯電粒子によって表示面が部分的に遮光された表示状態を形成して、画素の中間階調を表示している。

特許文献２には、観察側基板における分散液体との界面に透過型のカラーフィルタ層を配置して画素のカラー表示を行う電気泳動表示装置が示される。ここでは、隣接する３つの表示単位に光の三原色の赤、緑、青のカラーフィルタ層を配置し、３つの表示単位の階調バランスを調整して、１つの画素のフルカラー表示を行う。また、表示電極を拡散反射面として観察基板側からの入射光を折り返すことにより、反射型の画像表示装置を構成している。

このような画像表示装置によれば、屋外でも自然光の反射を利用して低消費電力でかつ長時間の表示を行うことが可能になる。自然光の反射を有効利用することは従来の生活に合った表示装置の理想の形であり、目にやさしい表示装置であると言える。

一方、近年の画像表示装置は、一般にカラー表示を行うために、ＲＧＢ等のカラーフィルタ層（着色層）を積層する。そのためには、モノクロ表示に利用していた１画素１表示単位ではカラー表示できず、３つの表示単位（サブピクセル）をＲＧＢ等に振り当てることによってカラー表示を得ている。

従って、画像表示装置全体に従来のモノクロ表示に用いていた画素数の３倍の表示単位を設置しなければ、従来のモノクロ表示と同様な精細度を得ることができない。プラズマ発光素子を用いた表示装置や、バックライトを用いた非自発光型である液晶表示装置もそうである。

液晶表示装置の中にはバックライトを３色繰り返し発光させることによって１画素でカラー表示を実現させるフィールドシーケンシャル技術もある。しかし、フィールドシーケンシャル技術は、ちらつきや目に負担がかかるためストレスを感じるという点や、バックライトの消費電力が大きいので、自然光を有効利用した目にやさしい画像表示装置とは言えない。

また、自然光を用いた反射型の液晶表示装置であっても、３つの表示単位にＲＧＢ等の各色を設けることで１つの画素のカラー表示を行っている。一般的な電気泳動表示装置においても同様である。最近、電気泳動表示装置の中には、着色した電気泳動粒子を用いて、１画素に例えばＲＧＢ色の電気泳動粒子を設けることでカラー表示する方法も検討されている。しかし、一般に染料や顔料は耐光性が充分でなく、例えば屋外で長時間直射日光に晒して使用すると退色するといった問題がある。結局、従来の有効なカラー表示を行う技術としては３画素に各ＲＧＢ色等を設け、３画素を任意に駆動させることでカラー表示させる以外にないのが現状であり、従来のモノクロ表示同等の精細度を得るには３倍の表示単位が必要である。

こうした背景の中で、画像表示させるデータ量の増加に伴ってよりいっそう表示の高精細化が進み、最近では精細度３００ｄｐｉ以上でカラー表示させることが望まれている。すなわち、目の疲労やストレスが少ない自然光を用いた反射型であって、視認性が良く、かつ消費電力の増加を防ぐと共に高精細化が容易になる画像表示装置が臨まれている。それらを満たすカラー画像表示装置が設置された情報機器を介して入手した膨大な量の情報を紙に出力することなく、紙の消費量を低減させることは大きな課題であり、大きなメリットとなる。

特開２００５−３５１９９３号公報 特開２００５−２６６６１３号公報

３つの表示単位を用いて１つの画素をカラー表示させる場合、１つの表示単位で１つの画素をモノクロ表示する場合に比較して画像の解像度は１／３になる。また、同じ画素数の画像表示を行うための薄膜トランジスタの個数、表示電極の配線パターンの本数は、ドライバ出力の端子数は、モノクロ表示する場合に比較して３倍となる。

携帯情報端末等の用途では高精細なディスプレイが要求されるが、カラー表示を行うからと言って表示単位の幅を単純に１／３とすることは容易ではない。電気泳動表示装置では、帯電粒子の自由な移動や積層が妨げられるほど小さな表示単位は物理的に不可能だからである。また、物理的な限界に達しないまでも、表示単位の縮小は、組立ての位置決め精度や部品の加工精度を高めて、製造歩留まりの低下や、製造コストの上昇を招いてしまう。

本発明は、１つの表示単位で複数の色相を表示して、３つの表示単位を１つの画素に割り当てる場合よりも少ない表示単位で高精細な画像表示を行える粒子移動型表示装置を提供することを目的としている。

本発明の粒子移動型表示装置は、表示単位ごとの表示面に配置された表示電極と、前記表示電極から平面位置をずらして前記表示単位に配置された反対電極と、前記表示電極と前記反対電極との間に印加された電圧信号の極性に応じて前記表示面を被覆する帯電粒子とを備える。そして、前記電圧信号の電圧と印加時間との少なくとも一方を制御して、前記帯電粒子による前記表示面の部分的な被覆状態を形成する制御手段と、１つの前記表示単位に前記部分的な被覆状態に対応させて配置された色相が異なる複数の着色層とを備える。

３つの表示単位で１つの画素を構成する場合、１つの表示単位は１つの色相しか表示できないが、本発明では１つの表示単位が２以上の色相を表示できる。従って、３つの表示単位で１つの画素を構成する場合に比較して、同一面積の表示領域を用いて、表示単位の数が少ない小さな画素を構成して高精細なカラー画像の表示が可能である。

１つの画素を駆動するための表示電極の数が減るので、画面全体に配置された多数の表示電極をそれぞれ駆動するためのスイッチング素子、配線、ドライバの端子数も削減される。

以下、本発明の粒子移動型表示装置の一実施形態である電気泳動表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の粒子移動型表示装置は、以下に説明する各実施形態の限定的な構成には限定されない。表示電極に印加された電圧信号に応じて観察側から見た表示面の遮光状態を変化させる限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。

本実施形態では、表示面を囲む隔壁構造の起立面全体に反対電極を形成しているが、隔壁構造の一部分に、あるいは表示電極と隣接させて表示面に反対電極を形成してもよい。

本実施形態では、表示単位の周辺側と中央側とに異なる着色層を配置したが、着色層の配置は、電極配置に応じてストライプ状等としてもよい。複数の着色層は、ＲＧＢの三原色以外の組み合わせでもよく、帯電粒子による被覆領域は、常に着色層の境界で位置決める必要はない。

なお、特許文献１、２に示される電気泳動表示装置の構成部材、材料、製造方法、駆動方法等については、繰り返しの煩雑を回避すべく一部図示を省略し、詳細な説明も省略する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の電気泳動表示装置の断面構成の説明図、図２は画素を構成する２つの表示単位の配置パターンの説明図、図３は表示単位の駆動回路の説明図である。図４は帯電粒子による表示面の部分的な被覆状態の説明図、図５は表示面の部分的な被覆状態を得るための電圧信号の説明図、図６は表示単位を用いた白表示の説明図である。図７は画素を構成する２つの表示単位の別の配置パターンの説明図である。

図１に示すように、隔壁１５は、背面側基板３と観察側基板４とを所定間隔に保ち、隣接する表示単位２０Ａ、２０Ｂを隔てる。隔壁１５は、構造体としての絶縁層１４の表面を覆って、表示面を囲む隔壁電極２が設けてある。背面側基板３および観察側基板４は、例えば透明ガラスや透明フィルムなどの光透過性材料で構成する。ここで、背面側基板３は、必ずしも透明である必要はなく、不透明なフィルム基板や金属基板等で構成してもよい。背面側基板３上には、薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）を用いた駆動素子５、絶縁膜６、白色散乱面を形成した反射膜７を設置してある。

背面側基板３と観察側基板４とに挟まれて隔壁１５で仕切られた表示単位２０Ａ、２０Ｂの移動空間には、帯電粒子８を分散させた分散液体９が充填されている。帯電粒子８は、表示電極１と隔壁電極２との間に形成された電界によって移動空間内を移動して、表示単位２０Ａ、２０Ｂの表示状態を変化させる。

帯電粒子８は、正に帯電するものや負に帯電するもののどちらでも良いが、第１実施形態では、正に帯電するものを用いている。また、帯電粒子８の色は、第１実施形態では黒色とする。表示電極１に負の電圧信号を印加すると、帯電粒子８は、引力により表示電極１側に集まって表示面（反射膜７の表面）を被覆する。一方、表示電極１に正の電圧信号を印加すると、帯電粒子８は、斥力により隔壁電極２の起立面に集まる。

図１中左側の表示単位２０Ａでは、表示電極１に正の電圧信号を印加して、帯電粒子８を隔壁電極２の起立面に寄せた状態が示される。このとき、観察側基板４より表示単位２０Ａに入射した外光は、分散液体９を通過して反射膜７で反射した後、再び分散液体９を通過して観察側基板４から射出する。これにより、着色層１０、１１を透過した光を観察することができる。

図１中右側の表示単位２０Ｂでは、表示電極１に負の電圧信号を印加して、帯電粒子８を表示電極１側に寄せている。このとき、黒色の帯電粒子８が表示面（反射膜７の表面）を被覆して反射膜７まで外光を透過させないので、観察側基板４を通じて光を観察できず、即ち黒い表示が形成される。

表示単位２０Ａの観察側基板４における背面側基板３との対向面、言い換えれば分散液体９との界面に透光性の着色層１０、１１が配置される。赤い着色層（Ｒ）１０と緑の着色層（Ｇ）１１が１つの表示単位２０Ａに割り当てられる。

表示単位２０Ａに隣接する表示単位２０Ｂには、青い着色層（Ｂ）１２と、透明または白色の着色層（Ｗ）１３が配置される。着色層１０、１１、１２は、着色層１０、１１、１２の材料の色濃度に依存して設置面積を調整できるが、帯電粒子８による表示制御を行うため、着色層１０、１１、１２の設置面積は均一である方が好ましい。

着色層１０、１１、１２は、透過性があって、所望の着色を呈するものであれば特に限定されないが、膜厚に色純度が影響することが考えられるため、熱などによって膜厚変化を生じないものが好ましい。

図２に電気泳動表示装置１００の平面構成を示す。図１に示すように電気泳動表示装置１００は、表示単位２０Ａ、２０Ｂごとの表示面に配置された表示電極１と、表示電極１から平面位置をずらして表示単位２０Ａ、２０Ｂに配置された隔壁電極２と、表示電極１と隔壁電極２との間に印加された電圧信号の極性に応じて表示面を被覆する帯電粒子８とを備える。電圧信号の電圧と印加時間との少なくとも一方を制御して、帯電粒子８による表示面の部分的な被覆状態を形成するパネルコントローラ３０と、１つの表示単位２０Ａ、２０Ｂに前記部分的な被覆状態に対応させて配置された色相が異なる複数の着色層１０、１１、１２とを備える。

電気泳動表示装置１００は、表示面の観察側に配置された観察側基板４と、観察側基板４に対向配置されて表示電極１が配置された背面側基板３とを備える。複数の着色層１０、１１、１２は、観察側基板４と背面側基板３との少なくとも一方における帯電粒子８の移動空間の界面に配置されている。

電気泳動表示装置１００は、表示単位２０Ａ、２０Ｂごとに前記移動空間を仕切る隔壁１５を備える。隔壁電極２は、表示面を囲んで隔壁１５の起立面に配置され、複数の着色層１０、１１、１２は、前記起立面から等距離を持たせた境界線で輪郭付けられている。

電気泳動表示装置１００における複数の着色層１０、１１、１２は、表示単位２０Ａ、２０Ｂに占めるそれぞれの面積が等しい。

電気泳動表示装置１００は、光の三原色のうち２色の着色層１０、１１を配置した表示単位２０Ａに隣接させて、残りの１色の着色層１２を配置した表示単位２０Ｂが配置されている。

電気泳動表示装置１００は、１色の着色層１２を配置した表示単位２０Ｂには、２色の着色層１０、１１と等しい配置で観察側から白色を観察させる別の着色層１３が配置されている。

図２に示すように、同心配置したほぼ正方形の升目を重ねた形状の着色層１０、１１、１２、１３は、カラーフィルタ形成のための通常のフォトグラフィ技術を用いて形成される。背面側基板３の全面に塗布した感光レジストの着色層１０の枡目部分を遮光して紫外線露光し、未硬化部分を現像除去して枡目の開口を形成する。そして、全体に着色層１１を塗布して枡目部分だけを露光して、未硬化部分を現像除去することにより、升目を重ねた形状の着色層１０、１１が形成される。

電気泳動表示装置１００の表示単位２０Ａと表示単位２０Ｂとは、列を揃えて飛び飛びの行に配置され、隣接する行の表示単位２０Ａと表示単位２０Ｂとによって画素２０が形成される。

図３に示すように、電気泳動表示装置１００の背面側基板３には多数の走査信号線３４と書き込み信号線３３とが立体交差して配置される。走査線駆動回路（ドライバ）３２は、多数の走査信号線３４に対して順番に走査信号を出力する。走査線信号が出力されている期間、その走査信号線３４に接続された駆動素子５がＯＮして、書き込み信号線３３を通じた表示電極１への電圧信号の入力が可能となる。

信号線駆動回路（ドライバ）３１は、走査線信号が出力されている期間に、多数の書き込み信号線３３に対して図５に示されるような種々のパターンの電圧信号を並列に出力する。パネルコントローラ３０は、表示画像データから走査線データを抽出して、多数の書き込み信号線３３に対する電圧信号のパターンを決定する。

パネルコントローラ３０は、走査線駆動回路３２と信号線駆動回路３１とを連繋動作させて、図１に示すように、表示単位２０Ａの表示電極１と表示単位２０Ｂの表示電極１とに印加する電圧信号を制御する。背面基板３上の表示単位２０Ａ、２０Ｂにおけるそれぞれの表示面の帯電粒子８による被覆状態を制御して、画素２０のカラー表示を行う。

観察側基板４より入射した外光が着色層１０、１１、１２、１３を通過して分散液体９に入射し、反射膜７を反射往復する。そして、再び着色層１０、１１、１２、１３を透過した光が観察基板４側から観察される。帯電粒子８が表示電極１に寄せられているときは、帯電粒子８によって反射膜７まで光が透過せず、反射光を観察することができない。従って、観察側基板４に設置された着色層１０、１１、１２、１３の有無によらず黒表示を形成する。このような着色層１０、１１、１２、１３の配置と、この配置に基づく電圧信号の制御（図５）とによって、２つの表示単位２０Ａ、２０Ｂの色相と階調とが制御される。

図４と図５とを参照して表示電極１と隔壁電極２との間に印加する電圧信号によって形成される表示例を詳細に示す。

図４の（ａ）に示すように、表示単位２０Ａは、帯電粒子８を表示電極１の中央領域に残して表示電極１の周辺領域から除去することで、着色層（Ｒ）１０による赤色表示となる。これは、図５の（ａ）に示すように、表示電極１に負の電圧を印加して帯電粒子８が表示電極１の全面を被覆した後に、印加した負の電圧の絶対値よりも少ない正の電圧を引き続き印加した場合の表示である。同じ駆動を表示単位２０Ｂで行うと、着色層１３（Ｗ）による白色表示となる。

図４の（ｂ）に示すように、表示単位２０Ａは、帯電粒子８を表示電極１の全体に被覆させることで、帯電粒子８の黒色表示となる。これは、図５の（ｂ）に示すように、帯電粒子８が表示電極１に負の電圧を印加した場合の表示である。同じ駆動を表示単位２０Ｂで行ってもやはり黒色表示である。

図４の（ｃ）に示すように、表示単位２０Ａは、表示電極１の周辺領域を帯電粒子で被覆して中央領域を露出させることで、着色層（Ｇ）１１による緑色表示となる。これは、図５の（ｃ）に示すように、表示電極１に正の電圧を印加して表示電極８の全面を露出させた後、印加した正の電圧の絶対値よりも少ない負の電圧を引き続き印加した場合の表示である。同じ駆動を表示単位２０Ｂで行うと、着色層（Ｂ）１２を用いた青色表示となる。

図４の（ｄ）に示すように、表示単位２０Ａは、表示電極１の全面を露出させることで、着色層（Ｒ）１０、着色層（Ｇ）を加法混色した黄色表示となる。これは、図５の（ｄ）に示すように、表示電極１に正の電圧を印加した場合の表示である。同じ駆動を表示単位２０Ｂで行うと、着色層（Ｂ）１２、着色層（Ｗ）１３を加法混色した水色表示となる。

そして、表示単位２０Ａの表示色と表示単位２０Ｂの表示色とを組み合わせた加法混色によって、画素２０を多数色にカラー表示できる。図１に示すように、隔壁電極２を共通電極として、表示電極１の電位を制御することにより、帯電粒子８の移動を制御して図４の（ａ）〜（ｄ）に示す各表示を実現できる。印加する電圧信号のパターンは、表示電極１や反射膜７、隔壁電極２、および絶縁層１４などにより、所望の帯電粒子８の移動量に合わせて電圧と印加時間とを組み合わせる。

しかし、電圧のみ、印加時間のみを制御して所望の帯電粒子８の移動量を設定してもよい。

帯電粒子８は、隔壁電極２の起立面と表示電極１との間の電界によって制御される。表示電極１の中央領域と隔壁電極２の観察側基板４寄り部分との間での移動は、表示電極１の周辺領域と隔壁電極２の背面側基板３寄り部分との間での移動に比べて移動距離が長くなる。従って、移動が遅くなる。これを利用することで図４に示す（ａ）〜（ｄ）の表示が可能となる。

言い換えれば、隔壁電極２と表示電極１とは平面的に位置をずらせて配置されているので、表示電極１に電圧信号を印加した際の分散液体９の界面における空間電位（ポテンシャル）の傾斜は場所によって異なる。隔壁電極２に近い位置では空間電位の傾斜が大きいので、帯電粒子８は大きな引力／斥力を受ける。しかし、隔壁電極２から遠い位置では、同じ電圧信号でも空間電位の傾斜が小さいので、帯電粒子８は小さな引力／斥力を受ける。そして、帯電粒子８は、物理的、電気的な親和力によって反射膜７の表面に拘束されているので、周辺領域ほど小さな電圧信号でも帯電粒子８が移動し易い。つまり、中央領域ほど大きな電圧信号を長時間印加しないと、帯電粒子８による被覆、帯電粒子８を追い払っての反射膜７の露出が困難である。このため、電圧信号の電圧と印加時間との少なくとも一方を異ならせた電圧信号パターンによって、中央領域と周辺領域とにおける帯電粒子８による被覆状態を制御できる。

図６に示すように、白表示部Ｗ１は、表示単位２０Ｂの中央領域を黒色表示として周辺領域を透過表示として、着色層（Ｗ）１３により画素を白色表示としている。隣接する表示単位２０Ａは全面黒色表示である。図６では着色層（Ｂ）１２がベタ黒に見えて（本来は青）、帯電粒子８で被覆された遮光表示との区別が容易でないが、表示単位２０Ｂの中央領域は透過表示となっている。

白表示部Ｗ２は、表示単位２０Ａと表示単位２０Ｂとの両方を全面透過表示としている。着色層（Ｒ）１０、着色層（Ｇ）１１、着色層（Ｂ）１２を用いた加法混色による白表示と、着色層（Ｗ）１３を用いた白表示とにより画素を明るい白表示とする。表示単位２０Ｂの中央領域は透過表示となっている。

白表示部Ｗ３は、白表示部Ｗ２と同様に、表示単位２０Ａと表示単位２０Ｂとの両方を全面透過表示のとしているが、表示単位２０Ａと表示単位２０Ｂとは隣接する別々の画素に属している。これにより、白表示部Ｗ２と白表示部Ｗ３とを組み合わせて、２つの画素による３つの白表示が実現され、画像の解像度が増す。

白表示部Ｗ４は、白表示部Ｗ１の着色層（Ｗ）１３を遮光表示として、画素が白表示部Ｗ１よりも光量の少ない暗い白色表示となっている。表示単位２０Ｂの中央領域は透過表示となっている。

これにより、縦・横・斜め方向のいずれであっても１〜２画素で白色表示させることができ、縦・横・斜め方向ともに白表示にかかる画素数は従来のＲＧＢ表示に表示単位を３つ割り当てるものと比較して１／３〜２／３となる。さらに、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）との混色や、青（Ｂ）と白色（Ｗ）との混色の表示にかかる画素数は、１画素で処理できるため、従来のＲＧＢ表示に表示単位を３つ割り当てるものと比較して画素数比１／２となる。また、画素数を増やすことなく、着色層に着色層（Ｗ）１３を設けることによって、明るさとコントラストとを向上できる。

なお、表示単位２０Ａと表示単位２０Ｂとの平面配置は、図２に示す配列には限定されない。図７に示す千鳥配列やその他の配置パターンを利用できる。

従来の方式のように３つの表示単位で１つの画素を構成する場合、１つの表示単位は１つの色相しか表示できない。これに対して本発明の第１実施形態では、１つの表示単位２０Ａが２以上の色相を表示できる。従って、３つの表示単位で１つの画素を構成する場合に比較して、同一面積の表示領域を用いて、表示単位２０Ａ、２０Ｂの数が少ない小さな画素２０を構成して高精細なカラー画像の表示が可能である。

１つの画素２０を駆動するための表示電極１の数が減るので、画面全体に配置された多数の表示電極１をそれぞれ駆動するための駆動素子３、配線、ドライバの端子数も削減される。

＜第２実施形態＞
図８は第２実施形態の電気泳動表示装置の断面構成の説明図、図９は帯電粒子による表示面の部分的な被覆状態の説明図、図１０は表示面の部分的な被覆状態を得るための電圧信号の説明図である。第２実施形態では、１つの表示単位２１Ａに三原色の着色層（Ｒ）１０、（Ｇ）１１、（Ｂ）１２を配置して１つの画素２１により三原色とその加法混色とを表示する。これ以外は第１実施形態の電気泳動表示装置１００と同様に構成されているので、図８中、図１と共通する構成には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。

図８に示すように、背面側基板３と観察側基板４とのうち、観察側基板４の背面側基板３に向いた面に設ける着色層に、着色層（Ｒ）１０、（Ｇ）１１、（Ｂ）１２を表示単位２１Ａ内に設けてある。第２実施形態では、各着色層１０、１１、１２の表示面積は均一とする。各着色層１０、１１、１２の設置面積は、各着色層１０、１１、１２の色濃度に依存して設置面積を制御できる。しかし、帯電粒子８による表示制御を行うため、各着色層１０、１１、１２の設置面積は均一である方が好ましい。

図１に示す第１実施形態は、表示単位２０Ａ（２１Ｂ）に設置する着色層１０、１１（１２、１３）を２つとした基本的な構成ではある。これに対して、第２実施形態では、光の三原色の着色層１０、１１、１２が１つの表示単位２１Ａに配置されている。

１つの表示単位２１Ａに設置する着色層を３つの着色層１０、１１、１２とした構成にすることによって、１つの表示単位２１Ａでカラー表示を行うことができる。従って、第２実施形態では、カラー表示にかかる表示単位の数は従来のＲＧＢ表示に３つの表示単位を割り当てるものと比較して１／３となる。表示単位２１Ａの遮光表示、透過表示の例を図９に示し、図９の各表示を得るための表示電極１に印加される電圧信号を図１０に示す。

図９の（ａ）に示すように、表示単位２１Ａは、帯電粒子８を表示電極１の中央領域に残して表示電極１の周辺領域から除去することで、着色層（Ｒ）１０による赤色表示となる。中間領域まで露出させた場合は、着色層（Ｒ）１０、着色層（Ｇ）１１の加法混色による黄色表示である。これは、図１０の（ａ）に示すように、表示電極１に負の電圧を印加して帯電粒子８が表示電極１の全面を被覆した後に、印加した負の電圧の絶対値よりも少ない正の電圧を引き続き印加した場合の表示である。

図９の（ｂ）に示すように、表示単位２１Ａは、帯電粒子８を表示電極１の全体に被覆させることで、帯電粒子８の黒色表示となる。これは、図１０の（ｂ）に示すように、帯電粒子８が表示電極１に負の電圧を印加した場合の表示である。

図９の（ｃ）に示すように、表示単位２１Ａは、表示電極１の周辺領域を帯電粒子８で被覆して中央領域を露出させることで、着色層（Ｇ）１１、着色層（Ｂ）１２の加法混色による青緑色表示となる。これは、図１０の（ｃ）に示すように、表示電極１に正の電圧を印加して表示電極８の全面を露出させた後、印加した正の電圧の絶対値よりも少ない負の電圧を引き続き印加した場合の表示である。

図９の（ｄ）に示すように、表示単位２１Ａは、表示電極１の全面を露出させることで、着色層（Ｒ）１０、着色層（Ｇ）１１、着色層（Ｂ）１２を加法混色した白色表示となる。これは、図１０の（ｄ）に示すように、表示電極１に正の電圧を印加した場合の表示である。

図９の（ｅ）に示すように、表示単位２１Ａは、表示電極１の中間領域を露出させることで、着色層（Ｇ）１１による緑色表示となる。これは、図１０の（ｅ）に示すように、表示電極１に負の電圧を印加して帯電粒子８を表示面の全体に被覆させた後に、この負の電圧よりも絶対値が小さな正の電圧を印加する。これにより、着色層（Ｒ）１０、着色層（Ｇ）１１の平面領域までを被覆し、その後、さらに絶対値が小さな負の電圧を印加する。これにより、着色層（Ｒ）１０の平面領域を再び帯電粒子８で被覆している。

図９の（ｆ）に示すように、表示単位２１Ａは、（ｅ）の場合と逆に、表示電極の中間領域を被覆して、着色層（Ｒ）１０、着色層（Ｂ）１２の加法混色による紫色表示となる。これは、図１０の（ｆ）に示すように、表示電極１に正の電圧を印加して全面を露出させた後に、絶対値がこれよりも小さな負の電圧を印加して周辺領域から中間領域までを被覆させる。そして、さらに絶対値が小さな正の電圧を表示電極１に印加して周辺領域を露出させている。

これら図１０の（ａ）〜（ｆ）に示す駆動によって図９の（ａ）〜（ｆ）に示す表示を形成することにより、第２実施形態では１つの表示単位２１に１つの表示電極、１つの駆動素子５のみで多様なカラー表示を行うことができる。

＜変形例＞
図１１は第２実施形態の電気泳動表示装置の変形例の説明図である。図１１中、（ａ）は観察側基板４に代えて背面側基板３に着色層１０、１１、１２を形成した変形例、（ｂ）は表示面に表示電極１と隣接させて共通電極を配置した変形例である。図１１中、図１、図８と機能上共通する構成には共通の符号を付して詳細な説明は省略する。

第１実施形態および第２実施形態では、観察側基板４にＲＧＢの着色層１０、１１、１２を配置したが、背面側基板４にＲＧＢの着色層を配置してもよい。

第１実施形態および第２実施形態では、反射膜７を設けて観察側基板４側からの入射光を折り返す反射型の構成とした。しかし、薄膜トランジスタ駆動される通常の液晶ディスプレイのように、背面側基板３側を透明に構成して、背面側基板３の後方にバックライトを配置する透過型の構成としてもよい。反射面とバックライトとを併用する半透過型としてもよい。

第１実施形態および第２実施形態では、観察側基板４側からの入射光を折り返すために、表示電極１上に反射膜７を配置したが、表示電極１それ自体を反射面としてもよい。例えば表示電極１を反射率の高いアルミニウム薄膜で形成し、その表面に微小な凹凸を形成して散乱反射面とすることができる。液晶表示装置で一般的な散乱反射電極上に絶縁を兼ねたＲＧＢカラーフィルタ層（着色層）を配置する構成を採用してもよい。

第１実施形態および第２実施形態では、表示面を囲む隔壁１５の起立面全体を共通電極（隔壁電極２）とした。これは、隔壁電極２を黒色に着色することで表示単位２０Ａ、２０Ｂのブラックマトリックスを形成して隔壁１５からの不要な出射光を遮断できるからである。また、表示電極１の各部と隔壁電極２との間の帯電粒子８の移動距離を短くして表示の応答速度を高めるためである。

しかし、隔壁電極２は隔壁１５の４つの起立面全部である必要は無い。隔壁１５の起立面の１つ（または対向する２つ）を隔壁電極に割り当ててもよい。ただし、この場合、表示電極１に印加される電圧信号と帯電粒子８の移動（遮光）パターンとの関係が違ってくるので、移動パターンに合わせて、ＲＧＢの着色層の配置を調整する必要がある。すなわち、第１実施形態、第２実施形態のような大小の升目を重ねた着色層の配置ではなく、ストライプ状や千鳥配列に着色層を配列した配置を採用する必要がある。

第１実施形態、第２実施形態では、平面形状が正方形の表示単位を使用したが、表示単位の平面形状は正方形の平面形状には限定されない。長方形、亀甲模様、円形、楕円形等の平面形状でもよい。

第１実施形態、第２実施形態では、反射表示とする着色層を切り替えて画素の色相表示を切り替える説明を専ら行った。しかし、従来の電気泳動表示装置と同様に、１つの着色層を露出させる割合（遮光する面積）を変化させて、同一の色相表示の中で濃度階調（明るさ）を調整してもよい。明るさを異ならせた原色の加法混色を行うことで、表示可能な色数はさらに増加する。

つまり、帯電粒子８による遮光パターンは、着色層の境界で遮光パターンの縁を位置決める必要はない。隣接する２つの着色層を同時に露出させるような帯電粒子８の遮光パターンを形成することによって、２つ以上の着色層の混色を１つの表示単位で形成することも可能である。

第１実施形態、第２実施形態では、分散液体９に帯電粒子８を分散させて用いる電気泳動方式の粒子移動型表示装置を説明したが、本発明は、トナーディスプレイ、マイクロカプセル表示装置等の他の粒子移動型表示装置で実施してもよい。１つの表示電極、１つの表示単位に２以上の着色層を割り当てて、１つの表示単位で複数の色相とその加法混色の表示を行うことができる。

図１１の（ａ）に示すように、変形例における画素２２は、１つの表示単位２２Ａを用いて三原色の各色と、それぞれの加法混色とを表示できる。散乱反射面を形成した表示電極１Ｂの上に、着色層（Ｒ）１０Ｂ、着色層（Ｇ）１１Ｂ、着色層（Ｂ）１２Ｂとが配置される。隔壁電極２は、図中左右の対向する隔壁１５Ｂに形成されて、図中紙面と垂直方向の前後の隔壁には形成されていない。従って、帯電粒子８を表示電極１Ｂ側へ移動させた際の着色層１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂの遮光（被覆）パターンは表示単位２２Ａを紙面と垂直方向に横切るストライプ状となる。従って、着色層１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂも遮光パターンに合わせたストライプ状となる。

図１１の（ｂ）に示すように、別の変形例における画素２３は、１つの表示単位２３Ａを用いて三原色の各色と、それぞれの加法混色とを表示できる。散乱反射面を形成した表示電極１Ｃの上に、着色層（Ｒ）１０Ｃ、着色層（Ｇ）１１Ｃ、着色層（Ｂ）１２Ｃとがストライプ状に配置される。また、着色層１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃの表面の帯電粒子８に対する拘束力（親和性、表示メモリ性）は、着色層１０Ｃ＜着色層１１Ｃ＜着色層１２Ｃとしてある。これにより、書き込み電圧によって遮光パターンの境界を着色層１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃの境界に位置決めし易くしている。

また、第２実施形態における隔壁電極２の代わりに、共通電極としてのコレクト電極２Ｃが配置されてもよい。この場合、表示電極１Ｃとコレクト電極２Ｃとの間に印加される電圧信号の電圧と印加時間とによって、着色層（Ｒ）１０Ｃ、着色層（Ｇ）１１Ｃ、着色層（Ｂ）１２Ｃの露出／被覆、露出面積の制御を行うことができる。

上述した第１実施形態、第２実施形態によれば、目の疲労やストレスがない自然光の反射を用いたカラー表示装置を形成できる。従来のカラー表示技術より少ない画素数でカラー表示を行うことで駆動消費電力の増加を防止し、かつ高精細・高コントラストなカラー表示を可能にしている。

部分的な遮光領域を形成し得る表示素子としては、上記実施形態で説明した電気泳動表示素子の他に、明（光透過状態）から暗（光遮断状態）への表示状態の変化がドメインの成長と拡大によって引き起こされるような液晶を用いることもできる。

双安定性の強誘電性液晶においては、明状態の液晶中に暗状態のドメインが発生してこれが拡がって、最終的に画素全体を覆うと完全な暗状態が得られる。このドメインの発生位置と拡大方向は、画素内に閾値の勾配を設けることによって制御できる。

第１実施形態の電気泳動表示装置の断面構成の説明図である。 画素を構成する２つの表示単位の配置パターンの説明図である。 表示単位の駆動回路の説明図である。 帯電粒子による表示面の部分的な被覆状態の説明図である。 表示面の部分的な被覆状態を得るための電圧信号の説明図である。 表示単位を用いた白表示の説明図である。 画素を構成する２つの表示単位の別の配置パターンの説明図である。 第２実施形態の電気泳動表示装置の断面構成の説明図である。 帯電粒子による表示面の部分的な被覆状態の説明図である。 表示面の部分的な被覆状態を得るための電圧信号の説明図である。 第２実施形態の電気泳動表示装置の変形例の説明図である。

符号の説明

１ 表示電極
２ 反対電極（隔壁電極）
３ 背面側基板
４ 観察側基板
５ 駆動素子（薄膜トランジスタ）
６ 絶縁膜
７ 反射膜
８ 帯電粒子
９ 分散液体
１０、１１、１２、１３ 着色層
１５ 隔壁
２０Ａ，２０Ｂ 表示単位
２０ 画素
１００ 粒子移動型表示装置（電気泳動表示装置）

Claims (8)

1. 表示単位ごとの表示面に配置された表示電極と、
   前記表示電極から平面位置をずらして前記表示単位に配置された反対電極と、
   前記表示電極と前記反対電極との間に印加された電圧信号の極性に応じて前記表示面を被覆する帯電粒子と、を備えた粒子移動型表示装置において、
   前記電圧信号の電圧と印加時間との少なくとも一方を制御して、前記帯電粒子による前記表示面の部分的な被覆状態を形成する制御手段と、
   １つの前記表示単位に前記部分的な被覆状態に対応させて配置された色相が異なる複数の着色層と、を備えたことを特徴とする粒子移動型表示装置。
2. 前記表示面の観察側に配置された観察側基板と、
   前記観察側基板に対向配置されて前記表示電極が配置された背面側基板と、を備え、
   前記複数の着色層は、前記観察側基板と前記背面側基板との少なくとも一方における前記帯電粒子の移動空間の界面に配置されていることを特徴とする請求項１記載の粒子移動型表示装置。
3. 前記表示単位ごとに前記移動空間を仕切る隔壁構造を備え、
   前記反対電極は、前記表示面を囲んで前記隔壁構造の起立面に配置され、
   前記複数の着色層は、前記起立面から等距離を持たせた境界線で輪郭付けられていることを特徴とする請求項２記載の粒子移動型表示装置。
4. 前記複数の着色層は、前記表示単位に占めるそれぞれの面積が等しいことを特徴とする請求項３記載の粒子移動型表示装置。
5. 光の三原色のうち２色の前記着色層を配置した前記表示単位に隣接させて、残りの１色の前記着色層を配置した前記表示単位が配置されていることを特徴とする請求項１記載の粒子移動型表示装置。
6. 前記１色の前記着色層を配置した前記表示単位には、前記２色の前記着色層と等しい配置で観察側から白色を観察させる別の着色層が配置されていることを特徴とする請求項１記載の粒子移動型表示装置。
7. 光の三原色の前記着色層が１つの前記表示単位に配置されていることを特徴とする請求項１記載の粒子移動型表示装置。
8. 表示単位ごとの表示面に配置された表示電極と、
   前記表示電極に印加された電圧信号に応じて観察側から見た前記表示面の遮光状態を変化させ、電圧信号の印加停止後も前記遮光状態を保持する遮光媒体と、を備えた画像表示装置のカラー画像表示方法において、
   それぞれ色相が異なる複数の着色層を１つの表示単位に位置をずらせて配置し、
   前記電圧信号の振幅と周期との少なくとも一方を制御して、前記遮光媒体による前記表示面の部分的な遮光領域を形成することにより、前記複数の着色層を用いた前記表示単位のカラー表示を行うことを特徴とするカラー画像表示方法。
   

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