JP2010072069A - 電気泳動装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電気泳動装置の多階調化を達成すること。
【解決手段】第１電極及び第２電極と、前記第１電極及び第２電極の間に印加された電界によって泳動する電気泳動素子を含有する分散系と、前記第１電極に接続された第１スイッチング素子と、第１の端子と第２の端子とを備え、前記第１の端子と前記第２の端子との間に電荷を蓄積し、前記第１の端子が前記第１電極に接続された容量素子と、を有し、第１の期間に前記第１電極と前記第２電極との間に所定の電位差を生じさせ、第２の期間に前記第１電極と前記第２電極との間に電位差がない状態とする、電気泳動装置である。
【選択図】図４

Description

本発明に係るいくつかの態様は、電気泳動粒子を含有する分散系を備える電気泳動装置とその駆動方法並びに当該電気泳動装置を用いた電子機器等に関する。

電気泳動現象を利用した電気泳動装置が知られており、非発光型の表示装置としての応用が期待されている。しかし、電気泳動装置は一般に階調表現性に乏しく、多階調化表示を実現し得る技術が求められている。

一般的な電気泳動素子は、明確な駆動電圧閾値を持たない。このため、電気泳動素子を用いた表示装置を駆動させるには、十分なコントラストが得られる電圧を用いたデジタル駆動が好適である。しかし、電圧のオン／オフのみを用いたデジタル駆動において中間階調を表示することは困難である。デジタル駆動において中間階調表示を実現する従来技術としては、例えば特開２００６−２４３３６４号公報（特許文献１）に記載された面積階調法が知られている。しかし、面積階調法を用いて多階調表示を実現するには、制御したい階調数をｍとすると１画素当たりに（ｍ−１）個の副画素が必要である。しかし、表示装置の高精細化が求められる中、１画素当たりの副画素数を増加させるには限界がある。このため、多階調表示を実現し得る他の技術を開発することも望まれている。

特開２００６−２４３３６４号公報

本発明に係る具体的態様は、電気泳動装置の多階調化を達成することが可能な技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の電気泳動装置は、第１電極及び第２電極と、前記第１電極及び第２電極の間に印加された電界によって泳動する電気泳動素子を含有する分散系と、前記第１電極に接続された第１スイッチング素子と、第１の端子と第２の端子とを備え、前記第１の端子と前記第２の端子との間に電荷を蓄積し、前記第１の端子が前記第１電極に接続された容量素子と、を有し、第１の期間に前記第１電極と前記第２電極との間に所定の電位差を生じさせ、第２の期間に前記第１電極と前記第２電極との間に電位差がない状態とする、電気泳動装置である。

上述した本発明に係る電気泳動装置においては、電気泳動素子の第１電極と第２電極間に所定の電位差を生じさせた状態とした後、これら第１電極と第２電極の間に電位差がない状態とすることにより、意図的にキックバック現象を発生させる。このキックバック現象を利用することにより、電気泳動素子を外部から視認して得られる階調にごくわずかな変化を生じさせることができる。このような本発明によれば、電気泳動装置の階調制御の幅をより拡げることが可能となる。

好ましくは、前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続された第２スイッチング素子を更に含み、前記第２の期間に前記第２スイッチング素子を介して前記第１の端子と前記第２の端子との間を短絡させることによって前記第１電極と前記第２電極との間に電位差がない状態とする。

好ましくは、前記第１の電極と所定電位との間の導通を制御する第２スイッチング素子を更に含む。

好ましくは、前記第２の期間に前記第２スイッチング素子を介して前記第１の電極と前記所定電位との間を短絡させることによって前記第１電極と前記第２電極との間に電位差がない状態とする。

容量素子の両端を短絡させて容量素子に蓄えられた電荷を放電させることにより、電気泳動素子の両電極間が電位差を有しない状態を実現することが容易になる。

また、本発明に係る電子機器は、上述した電気泳動装置を備える。ここで、「電子機器」は、電気泳動材料による表示を利用する表示部を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、電子ペーパー、時計、電卓、携帯電話、携帯情報端末等を含む。また、「機器」という概念からはずれるもの、例えば可撓性のある紙状／フィルム状の物体、これら物体が貼り付けられた壁面等の不動産に属するもの、車両、飛行体、船舶等の移動体に属するものも含む。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明するのは本発明を適用した実施形態の１つに過ぎず、本発明の適用範囲は以下の実施形態にのみ限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電気泳動装置の構成を模式的に示す回路図である。本実施形態における電気泳動装置は、マトリクス状に配置された複数の画素部１００を有する。各画素部１００に含まれる電気泳動素子１０５の状態を制御することにより、各画素部１００における外部光の反射率（換言すれば階調）を多段階に制御することができる。これにより、外部から視認できる画像が形成される。図１に基づいて電気泳動装置の構成について更に説明する。本実施形態に係る電気泳動装置は、複数の走査線１０１と、これらの走査線１０１と交差して配置された複数のデータ線１０２と、これらの走査線１０１及びデータ線１０２の各交点に対応付けてそれぞれ配置された画素部１００と、各走査線１０１を介して各画素部１００と接続された走査線ドライバ（走査線駆動回路）１３０と、各データ線１０２を介して各画素部１００と接続されたデータドライバ（データ線駆動回路）１４０と、を備える。

図２は、第１の実施形態に係る画素部１００の構成を示す回路図である。各画素部１００は、それぞれトランジスタ（第１スイッチング素子）１０３、容量素子１０４、電気泳動素子１０５、を含んで構成されている。トランジスタ１０３は、ゲートに接続された走査線１０１を通じて走査線ドライバ１３０から走査信号の供給を受け、ソースに接続されたデータ線１０２を通じてデータドライバからデータ信号の供給を受ける。容量素子１０４は、一方端子がトランジスタ１０３のドレインと接続され、他方端子が容量線１０６に接続されている。

電気泳動素子１０５は、共通電極１１０と、画素電極１１１と、共通電極１１０及び画素電極１１１の間に設けられた電気泳動層１１２と、を備える。一方端子としての画素電極（第１電極）１１１がトランジスタ１０３のドレインと接続され、他方端子としての共通電極（第２電極）１１０は図示しない電源回路と接続されている。なお、本実施形態では共通電極１１０と上述した容量線１０６には同電位が与えられる。共通電極１１０は、各画素部１００に対応する各電気泳動素子１０５に渡って形成されており、これらの間で共有される。電気泳動層１１２は、多数の黒色粒子（第１粒子）及び白色粒子（第２粒子）を含有する。本実施形態においては、黒色粒子がプラス（正）に帯電し、白色粒子がマイナス（負）に帯電している。なお、図示の例ではマイクロカプセル型の電気泳動層が示されているが、電気泳動層の実施態様はこれに限定されない。

図３は、第１の実施形態に係る電気泳動装置の断面構造を模式的に示した断面図である。本実施形態の電気泳動装置において、共通電極１１０および各画素電極１１１はそれぞれ基板上に設けられており、当該基板の相互間に電気泳動層１１２が設けられている。また、本実施形態においては、共通電極１１０の側から視認し得るよう画像形成が行われるものとする。共通電極１１０に対して画素電極１１１が相対的に高い電位となるような電圧を印加すると黒表示となり、共通電極１１０に対して画素電極１１１が相対的に低い電位となるような電圧を印加すると白表示となる。本実施形態では、各画素電極１１１には、高電位（ＨＩ；例えば＋３０Ｖ）または低電位（ＬＯ；例えば０Ｖ）のいずれかが印加され、共通電極１１０には例えば１／２（ＨＩ＋ＬＯ）Ｖの中間電位（例えば＋１５Ｖ）が印加される。なお、電気泳動層１１２の分散媒や電気泳動粒子などについては、公知技術（例えば特開２００７−２１３０１４号公報参照）を採用して実現可能である。なお、各粒子の色調をどのようにするかは任意であり、本実施形態における黒色と白色の組み合わせは一例に過ぎない。また、少なくとも１種類の電気泳動粒子が含まれていればよい。

図４は、第１の実施形態に係る電気泳動装置の駆動方法を説明するための模式図である。本実施形態では、電気泳動素子１０５に対して、まず画素電極１１１と共通電極１１０との間に所定の電位差を生じさせる電圧書き込み（第１電圧書き込み）が実行される（図４（Ａ））。例えば、図示のように画素電極１１１に＋３０Ｖ、共通電極に＋１５Ｖの電圧がそれぞれ印加される。具体的には、走査線ドライバ１３０によってトランジスタ１０３を導通状態（オン状態）に制御し、データドライバ１４０によって容量素子１０４に電圧を書き込む。この容量素子１０４に書き込まれた電圧により、画素電極１１１に電圧が書き込まれる。また、共通電極１１０の電圧は図示しない電源回路等によって制御される。それにより、プラスに帯電した黒色粒子が共通電極１１０側へ寄り、マイナスに帯電した白色粒子が画素電極１１１へ寄った状態に電気泳動層１１２の状態が制御される。このとき、電気泳動素子１０５を共通電極１１０側から視認すれば、反射率が極めて低い状態、すなわち黒表示となる。

このような第１電圧書き込みが実行された後、電気泳動素子１０５に対して、画素電極１１１と共通電極１１０との間に電位差がない状態とする電圧書き込み（第２電圧書き込み）が実行される。例えば、図示のように画素電極１１１、共通電極ともに＋１５Ｖの電圧がそれぞれ印加される。具体的には、走査線ドライバ１３０によってトランジスタ１０３を導通状態（オン状態）に制御し、データドライバ１４０によって容量素子１０４に電圧（＋１５Ｖ）を書き込む。この容量素子１０４に書き込まれた電圧により、画素電極１１１に電圧が書き込まれる。また、共通電極１１０の電圧は図示しない電源回路等によって制御される。このような第２電圧書き込みの実行により、直前の第１電圧書き込みによって共通電極１１０側へ寄って分布していた黒色粒子が剥がれ落ちる現象（キックバック現象）が生じる。これは、電圧印加によって電気泳動素子１０５内に蓄えられた電荷が、逆電界を発生させてしまうためであると考えられている。このように本実施形態では、薄いグレー表示（反射率の比較的高い状態）を得たい画素部１００について、第１電圧書き込みに次いで、画素電極１１１と共通電極１１０との間を無電界とする第２電圧書き込みを実行することにより、キックバック現象を誘発し、それを利用して電気泳動層１１２の状態が制御されている。このとき、電気泳動素子１０５を共通電極１１０側から視認すれば、反射率が比較的に高い状態、すなわち薄いグレー表示となる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る電気泳動装置の構成を模式的に示す回路図である。本実施形態における電気泳動装置は、基本的に上述した第１の実施形態に係る電気泳動装置と同様の構成を有しており、画素部１００ａの構成が一部異なる点と、これらの画素部１００ａと消去線１５１を介して接続された消去線ドライバ１５０が追加された点と、が相違している。なお、第１の実施形態における構成と共通する構成については同一の符号を用いており、それらについては詳細な説明を省略する。

図６は、第２の実施形態に係る画素部１００ａの構成を示す回路図である。各画素部１００ａは、それぞれトランジスタ（第１スイッチング素子）１０３、容量素子１０４、電気泳動素子１０５、消去トランジスタ（第２スイッチング素子）１５２を含んで構成されている。なお、第１の実施形態における構成と共通する構成については同一の符号を用いており、それらについては詳細な説明を省略する。消去トランジスタ１５２は、容量素子１０４と並列に接続されている。詳細には、消去トランジスタ１５２は、一方端子が容量素子１０４の一方端子及び画素電極１１１と接続されており、他方端子が容量素子１０４の他方端子及び容量線１０６と接続されている。この消去トランジスタ１５２は、ゲートに接続された消去線１５１を通じて消去線ドライバ１５０から消去信号の供給を受けて、容量素子１０４の一方端子と他方端子との間を短絡状態とし（トランジスタ；オン）、又は非短絡状態とする（トランジスタ；オフ）にする。

図７は、画素部１００ａにおける各部の電圧変化を模式的に示した図である。上記図６に示した画素部１００ａは、トランジスタ１０３をオン状態、消去トランジスタ１５２をオフ状態とし、トランジスタ１０３を介してデータ信号電圧が書き込まれるとこの電圧が容量素子１０４に保持され、この容量素子１０４によって電気泳動素子１０５への電圧が保たれる。図示のように本実施形態においては１スキャン期間（所定期間）ごとに電圧書き込みが行われる。このとき、図示のように、トランジスタ１０３がオフ状態となった時点（すなわち画素選択期間が終了した時点）からある程度の期間が経過したタイミングで消去トランジスタ１５２をオン状態（導通状態）とする。消去トランジスタ１５２をオン状態（導通状態）とするのは任意のタイミングで実行することができる。消去トランジスタ１５２が一定のオフ期間を経過してオン状態となることにより、容量素子１０４の一方端子と他方端子との間が短絡状態となる。それにより、容量素子１０４に蓄えられた電荷が放電され、電気泳動素子１０５の画素電極１１１と共通電極１１０の間が電位差を有しない状態となる。よって、この短絡の時点で電気泳動素子１０５への印加電圧が急激に消失し、キックバック現象が発生する。このキックバック現象を利用することにより、電気泳動層１１２の状態を制御することができる。このとき、電気泳動素子１０５を共通電極１１０側から視認すれば、反射率が比較的に高い状態、すなわち薄いグレー表示となる。本実施形態では、１スキャン期間という所定の期間内において第１電圧書き込みと第２電圧書き込みとを連続的に実行することが可能となる。

なお、各画素部１００の消去トランジスタ１５２をそれぞれ個別に制御することも好ましい。以下にそのような制御を実現する回路構成例を説明する。

図８は、第２の実施形態に係る電気泳動装置の変形構成例を模式的に示す回路図である。この電気泳動装置は、基本的には図１に示した電気泳動装置と同様の構成を有している。なお、上記図１に示した構成と共通する構成については同一の符号を用いており、それらについては詳細な説明を省略する。図８に示す電気泳動装置では、消去トランジスタ１５２のゲートに与える信号を制御するためのトランジスタ１６１及び容量素子１６３が追加されている。消去線１５１はこのトランジスタ１６１のゲートと接続されている。また、トランジスタ１６１のソースは、消去データ線１６２を介して消去データドライバ１６０と接続されている。このような構成によれば、各画素部１００ａのそれぞれ毎に消去トランジスタ１５２のオン／オフを制御することが可能となる。

（第３の実施形態）
図９は、電気泳動装置を適用した電子機器の具体例を説明する斜視図である。図９（Ａ）は、電子機器の一例である電子ブックを示す斜視図である。この電子ブック１０００は、ブック形状のフレーム１００１と、このフレーム１００１に対して回動自在に設けられた（開閉可能な）カバー１００２と、操作部１００３と、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部１００４と、を備えている。図９（Ｂ）は、電子機器の一例である腕時計を示す斜視図である。この腕時計１１００は、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部１１０１を備えている。図９（Ｃ）は、電子機器の一例である電子ペーパーを示す斜視図である。この電子ペーパー１２００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で構成される本体部１２０１と、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部１２０２と、を備えている。なお、電気泳動装置を適用可能な電子機器の範囲はこれに限定されず、電気泳動粒子の移動に伴う視覚上の色調の変化を利用した装置を広く含むものである。例えば、上記のような装置の他、電気泳動フィルムが貼り合わせられた壁面等の不動産に属するもの、車両、飛行体、船舶等の移動体に属するものも該当する。

第１の実施形態に係る電気泳動装置の構成を模式的に示す回路図である。 第１の実施形態に係る画素部の構成を示す回路図である。 第１の実施形態に係る電気泳動装置の断面構造を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係る電気泳動装置の駆動方法を説明するための模式図である。 第２の実施形態に係る電気泳動装置の構成を模式的に示す回路図である。 第２の実施形態に係る画素部の構成を示す回路図である。 第２の実施形態の画素部における各部の電圧変化を模式的に示した図である。 電気泳動装置の変形構成例を模式的に示す回路図である。 電気泳動装置を適用した電子機器の具体例を説明する斜視図である。

符号の説明

１００…画素部、１０１…走査線、１０２…データ線、１０３…トランジスタ（第１スイッチング素子）、１０４…容量素子、１０５…電気泳動素子、１０６…容量線、１１０…共通電極、１１１…画素電極（個別電極）、１１２…電気泳動層、１３０…走査線ドライバ、１４０…データドライバ、１５０…消去線ドライバ、１５１…消去線、１５２…消去トランジスタ（第２スイッチング素子）、１６０…消去データドライバ、１６１…トランジスタ、１６２…消去データ線

Claims (6)

1. 第１電極及び第２電極と、前記第１電極及び第２電極の間に印加された電界によって泳動する電気泳動素子を含有する分散系と、
   前記第１電極に接続された第１スイッチング素子と、
   第１の端子と第２の端子とを備え、前記第１の端子と前記第２の端子との間に電荷を蓄積し、前記第１の端子が前記第１電極に接続された容量素子と、
   を有し、
   第１の期間に前記第１電極と前記第２電極との間に所定の電位差を生じさせ、
   第２の期間に前記第１電極と前記第２電極との間に電位差がない状態とする、
   電気泳動装置。
2. 前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続された第２スイッチング素子を更に含み、
   前記第２の期間に前記第２スイッチング素子を介して前記第１の端子と前記第２の端子との間を短絡させることによって前記第１電極と前記第２電極との間に電位差がない状態とする、
   請求項１に記載の電気泳動装置。
3. 前記第１の電極と所定電位との間の導通を制御する第２スイッチング素子を更に含む、
   請求項１に記載の電気泳動装置。
4. 前記第２の期間に前記第２スイッチング素子を介して前記第１の電極と前記所定電位との間を短絡させることによって前記第１電極と前記第２電極との間に電位差がない状態とする、
   請求項３に記載の電気泳動装置。
5. 前記第２電極は前記所定電位に設定されていること、
   を特徴とする請求項４に記載の電気泳動装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電気泳動装置を備える電子機器。

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