JP2011059330A - 電気泳動表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

電気泳動表示装置及びその駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】帯電微粒子の凝集によって発生する電気泳動表示素子の表示を改善する。
【解決手段】本発明の一態様において、電気泳動表示装置の駆動方法は、コモン電圧を基準として画素電極に正のパルスと負のパルスを交互に印加するプレパルス動作と、本電気泳動表示装置に希望の画像を表示させるため画素電極に電圧を印加する書込み動作と、書込み動作の終了後に画素電極に印加している電圧を徐々に減少させる書込み終了動作とを含む。プレパルス動作により、帯電微粒子に往復運動をする様に力が加えられ、プレパルス動作前に凝集していた帯電微粒子は解きほぐされる。その結果、本電気泳動表示装置は、異なる色の帯電微粒子の凝集によって起こる表示コントラストの低下を防ぐことができる。また、書込み終了動作により、凝集している微粒子が互いに回り込み発生する色の変化の速度が低下する。このため、本電気泳動表示装置は、観察者にとって違和感のあるちらつきを覚えにくい表示ができる。
【選択図】図4

Description

本発明は電気泳動表示装置及びその駆動方法に関する。
電気泳動表示素子は、電子ブック、携帯電話、電子棚札、時計等の分野で活用され始めている。電気泳動表示素子は、紙に近い反射率・コントラスト・視野角が得られ、目にやさしい表示が可能である。また、電気泳動表示素子は、メモリ性を有し、電力を消費するのは表示書換時のみである。従って、電気泳動表示装置においては、一度画像を表示させた後は電力を必要としない。このため、低消費電力な表示素子である。また、電気泳動表示素子の構造は、液晶表示素子や有機EL表示素子の構造に比べてシンプルである。このため、表示素子のフレキシブル化が期待されている。
電気泳動表示素子として、例えば特許文献1に開示されているマイクロカプセル構造電気泳動方式が知られている。特許文献1に開示されている電気泳動表示素子では、溶媒と帯電白微粒子とこの帯電白微粒子に対して逆極性に帯電させた逆帯電黒微粒子を封入したマイクロカプセルが用いられている。この電気泳動表示素子は、前記マイクロカプセルを電極で挟んだ構成を有している。そして、特許文献1は、前記電極により発生させる電場により、前記マイクロカプセル中の微粒子を泳動させ、該表示素子に黒表示又は白表示させる技術を開示している。
特表2007−507737号公報
前記特許文献1に開示されている電気泳動表示素子の技術の様に、帯電微粒子と逆帯電微粒子とを用いる場合、これら微粒子の間に引力が働く。このため、帯電微粒子と逆帯電微粒子とが凝集を起こし易い。この様な微粒子の凝集は、帯電微粒子の色と逆帯電微粒子の色との混色を引き起こすことがある。この混色は、該電気泳動表示素子の表示される画像のコントラストを下げるため好ましくない。また、黒表示又は白表示の電気泳動表示素子に印加する電場を変化させたとき、凝集した微粒子の挙動が表示反射率の急激な変化を引き起こすことがある。この表示反射率の急激な変化は、観察者に違和感のあるちらつきを覚えさせることがある。
そこで本発明は、帯電微粒子と逆帯電微粒子との凝集によって発生する電気泳動表示素子の表示の不都合を改善し、良好な画質を表示する電気泳動表示装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
前記目的を果たすため、本発明の電気泳動表示装置の一態様は、第1の基板と、前記第1の基板と一定間隔の間隙を形成して対峙する第2の基板と、前記間隙に閉じた空間である画素空間を少なくとも1つ形成し、前記第1の基板と前記第2の基板と共に該画素空間の境界を構成する隔壁部と、前記画素空間中の前記第1の基板上に形成されている第1の電極と、前記画素空間中の前記第2の基板上に形成されている第2の電極と、前記画素空間に封入されている分散材と、前記分散材に懸濁され、正の電荷を有する正帯電微粒子と、前記分散材に懸濁され、負の電荷を有する負帯電微粒子と、前記第1の電極に信号電圧を印加する信号電圧印加部と、前記第2の電極にコモン電圧を印加するコモン電圧印加部とを具備し、前記信号電圧は、当該電気泳動表示装置に画像を表示させるための書込み信号電圧と、前記書込み信号電圧から当該電気泳動表示装置の表示状態を維持するための保持信号電圧へ段階的に電圧が変化する書込み後信号電圧とを含むことを特徴とする。
また、前記目的を果たすため、本発明の電気泳動表示装置の駆動方法の一態様は、閉じた空間である画素空間に封入されている分散材中の帯電粒子を電気泳動させて画像を表示する電気泳動表示装置の駆動方法であって、当該電気泳動表示装置に画像を表示させるための書込み信号電圧を前記電極に印加して、前記書込み信号電圧から前記電気泳動表示装置の表示状態を維持するための保持信号電圧へ段階的に電圧が変化する書込み後信号電圧を前記電極に印加することを含むことを特徴とする。
本発明によれば、帯電微粒子と逆帯電微粒子との凝集によって発生する電気泳動表示素子の表示の不都合を改善した、良好な画質を表示する電気泳動表示装置及びその駆動方法を提供できる。
本発明の一態様に係る電気泳動表示装置の構成の一例の概略を示す図。 本発明の一態様に係る電気泳動表示装置の構造の一例の概略を示す平面図。 本発明の一態様に係る電気泳動表示装置の構造の一例の概略を示す断面図。 本発明の一態様に係る電気泳動表示装置の表示原理を説明する図。 本発明の一態様に係る電気泳動表示装置のTFTの駆動のタイミングチャート。 プレパルス動作による黒色のプラス帯電微粒子及び白色のマイナス帯電微粒子の凝集の解消を示す模式図。 画素電圧印加停止前後の微粒子の挙動による黒さの変化を説明する図。 本発明の一態様の変形例に係る電気泳動表示装置の駆動のタイミングチャート。
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る電気泳動表示装置の構成の概略を示す図である。図1に示す様に、本電気泳動表示装置は、表示パネル100と、走査ドライバ420と、信号ドライバ440と、制御部460と、電源調整部480とを有している。表示パネル100は、画像データDに基づく画像を表示する部分である。この表示パネル100は、画素側基板110とCOM基板200との間に電気泳動層が狭持される構成の表示素子を含む。
画素側基板110には、複数の走査線140(G(j)(j=1、2、…、n))と複数の信号線150(S(i)(i=1、2、…、m))とがそれぞれ交差するように延伸配設されている。そして、走査線140と信号線150との各交点に対応した位置には画素電極120が配置されている。この画素電極120は、走査線140(G(j))と信号線150(S(i))とのそれぞれに、薄膜トランジスタ(TFT)130を介して電気的に接続されている。従って、各走査線にはm個の画素電極120が接続され、各信号線にはn個の画素電極120が接続されている。なお、図1には、簡単のためn=4、m=4の範囲を模式的に表してある。走査線140は走査ドライバ420と接続しており、信号線150は信号ドライバ440と接続している。走査ドライバ420及び信号ドライバ440は、それぞれ制御部460に接続している。また、COM基板200には電源調整部480が接続している。更に電源調整部480は、走査ドライバ420及び信号ドライバ440にも接続している。
本実施形態に係る表示パネル100の構造の一例について図2及び図3を参照して更に説明する。図2は表示パネル100の表示部分の平面図、図3は図2中A−A’線矢視断面図である。例えばガラス基板等である画素側基板110上には、例えば酸化インジウム錫(ITO)膜等で構成される画素電極120が形成されている。画素電極120は、図2及び図3に示す様に、1画素につき1パターンが対応するように形成されている。そして、それぞれの画素電極120は、スイッチング素子としてのTFT130のソース電極に各々接続されている。また、TFT130のゲート電極には走査線140が、ドレイン電極には信号線150がそれぞれ接続されている。前記の通り走査線140と信号線150とは交差している。また、図2及び図3では図示を省略しているが、画素側基板110とそれぞれの画素電極120との間には補助容量電極が形成されている。そして、それぞれの補助容量電極は補助容量線に接続されている。走査線140、信号線150、補助容量線、TFT130及び画素電極120の一部の上には、それぞれの画素電極120を囲み、画素電極120の上面を露出する様にマイクロリブ160が形成されている。
マイクロリブ160の上底にはCOM基板200が乗せられている。ここで、COM基板200は、ガラス基板等の透明性を有する透明基板210に、コモン電極220が形成されているものである。コモン電極220は、例えばITO膜等の透明導電膜である。コモン電極220は電源調整部480に接続している。画素側基板110と、COM基板200と、マイクロリブ160とに囲まれた画素区画には、図3に示す様に、溶媒310中に懸濁された黒色のプラス帯電微粒子320と白色のマイナス帯電微粒子330とが封入されている。
この様に、例えば画素側基板110は第1の基板として機能し、例えば画素電極120は第1の電極として機能し、例えばマイクロリブ160は隔壁部として機能し、例えば透明基板210は第2の基板として機能し、例えばコモン電極220は第2の電極として機能し、例えば溶媒310は分散材として機能し、例えば黒色のプラス帯電微粒子320は正帯電微粒子として機能し、例えば白色のマイナス帯電微粒子330は負帯電微粒子として機能し、例えば走査ドライバ420及び信号ドライバ440は信号電圧印加部として機能し、例えば電源調整部480はコモン電圧印加部として機能する。
次に本実施形態に係る電気泳動表示装置の動作を説明する。図1に示す走査ドライバ420は、制御部460の制御の下、電源調整部480から供給される電力を用いて、表示パネル100の走査線140(G(j))に走査信号を順次印加する。走査線140に走査信号のON電圧が印加されると、走査線140に接続されているTFT130がON状態になる。このとき、信号ドライバ440は、制御部460の制御の下、電源調整部480から供給される電力を用いて、信号線150(S(i))にデータ信号を印加する。信号線150(S(i))に印加されているデータ信号は、走査信号によりON状態にされたTFT130を介して、対応する画素電極120に印加される。このデータ信号によって画素電圧が発生する。
この様に、各走査線140に順に走査信号を印加し、それと同時に画素電圧を印加したい画素電極120が接続された信号線150にデータ信号を印加する。その結果、全画素電極のうち望みの画素電極120に画素電圧を印加できる。一方、コモン電極220は、電源調整部480によって一定電位、例えば0Vに維持されている。また、画素電極120下の補助容量電極も、電源調整部480によってコモン電極220と同電位に維持されている。従って、画素電極120及び補助容量電極によって蓄積容量が形成される。この蓄積容量は、画素電極120に供給されるデータ信号に基づく画素電圧を保持しておくためのものである。
本実施形態に係る電気泳動表示装置の表示原理を図4に示す。画素電極120を介して画素電圧が印加されると、画素電極120とコモン電極220との間に電場が生じる。すると、発生した電場に従って、黒色のプラス帯電微粒子320はマイナスの電極の方へ、白色のマイナス帯電微粒子330はプラスの電極の方へ、それぞれ溶媒310中を移動する。その結果、COM基板200側から図4中の黒矢印の向きに電気泳動表示素子を観察すると、COM基板200は透明なので、コモン電極220に黒色のプラス帯電微粒子320が集まっている画素、即ち画素電極120にプラスの電圧が印加されている画素は黒く見え(図4における真中の画素)、逆にコモン電極220に白色のマイナス帯電微粒子330が集まっている画素、即ち画素電極120にマイナスの電圧が印加されている画素は白く見える(図4における左右の画素)。即ち、画素毎に黒又は白を表示することができる。この様に黒又は白表示する画素をマトリクス状に配置することで、各画素が表示する黒又は白の組み合わせにより、2色で構成される希望の画像を表示することができる。
ここで、本実施形態に係る電気泳動表示装置の駆動方法について説明する。本電気泳動表示装置の駆動動作は4つのステップに分けられる。1つ目は、黒色のプラス帯電微粒子320と白色のマイナス帯電微粒子330との凝集を解消するためのプレパルス動作である。2つ目は、本電気泳動表示装置に希望の画像を表示させるための書込み動作である。3つ目は、前記書込み動作を終了させるための書込み終了動作である。4つ目は、前記書込み動作で本電気泳動表示装置に書込んだ希望の画像の表示を維持させるための保持動作である。本電気泳動表示装置のTFT130の駆動のタイミングチャートを図5に示す。図5において、上段はj番目の走査線140G(j)の電位を、下段はi番目の信号線150S(i)の電位を示す。
まず、プレパルス動作を行う。プレパルス動作では、黒色のプラス帯電微粒子320と白色のマイナス帯電微粒子330とが凝集したまま画素電極120とコモン電極220との間を移動することを防ぐ。このプレパルス動作においては、全画素に画素電圧を印加する。従って一走査線ごとに画素電圧を印加する必要はなく、全画素に一斉に画素電圧を印加する。そこで、全てのTFT130をONにするため、走査ドライバ420は、全ての走査線140に印加される走査信号を、ゲートオフレベルVglからゲートオンレベルVghに切り替える。そして、走査線140に印加される走査信号がゲートオンレベルVghである間、信号ドライバ440は、全ての信号線150に、コモン電圧を基準として所定の電圧+Vのパルスと電圧−Vのパルスとを交互に所定の回数印加する。
このプレパルス動作により、黒色のプラス帯電微粒子320と白色のマイナス帯電微粒子330とには、それぞれが逆方向に往復運動する様に力が加わる。その結果、図6左の模式図の様に、プレパルス動作前に凝集していた黒色のプラス帯電微粒子320及び白色のマイナス帯電微粒子330は、図6右の模式図の様にバラバラに解きほぐされる。
次に、書込み動作を行う。ここでは走査ドライバ420は、走査線140(G(j))に印加される走査信号を、ゲートオフレベルVglからゲートオンレベルVghに順次切り替える。各行(各走査線140(G(j)))にVghが印加される時間は1行分(1本の走査線分)のデータ信号を印加するための期間である1水平期間である。走査線140G(j)の電位がVghになると、該走査線140G(j)に接続されているTFT130がON状態になる。このとき、信号ドライバ440は、信号線150(S(i))にデータ信号を印加する。すると、信号線150(S(i))に印加されているデータ信号は、走査信号によりON状態となっているTFT130を介して、対応する画素電極120に印加される。この様に、各走査線140に順に走査信号を印加し、それと同時に画素電圧を印加したい信号線150にデータ信号を印加することによって、全画素電極のうち望みの画素電極120に、画素電圧を印加できる。一方、コモン電極220は一定電位に維持されている。この画素電極120とコモン電極220との電位差によって、黒色のプラス帯電微粒子320及び白色のマイナス帯電微粒子330は泳動される。しかし、1回の画素電圧の印加では、黒色のプラス帯電微粒子320及び白色のマイナス帯電微粒子330は十分に泳動されないことが考えられる。そこで、画素電圧の印加を、1フレーム時間ごとに所定の回数繰り返すことが好ましい。この時、画素電極120及び補助容量電極によって形成された蓄積容量は、走査信号及びデータ信号が印加されていない間の画素電極120の電位を保持することを補助する。黒色のプラス帯電微粒子320及び白色のマイナス帯電微粒子330の移動に伴い、蓄積容量に蓄積された電荷は消費されるので、補助容量電極はできるだけ大きくすることが望ましい。
ところで、書込み動作前にプレパルス動作を行っても、微粒子が解きほぐれずに残ったり、書込み動作中に再凝集したりする可能性がある。この場合、書込み動作時において、微粒子が凝集した状態のまま泳動されることがある。この様な場合の模式図を図7に示す。観察者がCOM基板200側から図7中の黒矢印の向きに電気泳動表示装置を観察すると、例えばプラスの画素電圧を印加している間は、電場によって微粒子は図7左に示す様にして画素空間内に配置される。その結果、当該画素では黒微粒子が観察され黒く見える。しかし、画素電圧の印加を停止すると、図7右に示す様に、凝集している微粒子は互いに回り込む可能性がある。この場合、観察者からは黒微粒子の中に僅か乍白微粒子が混ざり込んで見える。このため、画素電圧の印加を停止した時に、観察者には黒さが減少して見える。この様な黒さの変化が急激に起こると、観察者は表示に違和感のあるちらつきを覚える。
そこで本実施形態では、図4に示す様に、書込み動作の終了後、書込み終了動作として、画素電圧を徐々に減少させる。即ち、走査線140G(j)の電位がVghとなっている間に信号線150(S(i))によって印加するデータ信号の電位を、例えば1フレーム時間毎に徐々に保持動作の電位(COM電極200の電位)、例えば0Vに近づける。その結果、前記の様に凝集している微粒子が互いに回り込むことによって発生する色の変化の速度が低下する。この書込み終了動作による色変化速度の低下によって、本実施形態に係る電気泳動表示装置は、観察者にとって違和感のあるちらつきを覚えにくい表示が可能になる。
最後に保持状態では、走査信号及びデータ信号の印加を停止する。走査信号及びデータ信号の印加を停止しても、ファンデルワールス力等、微粒子と電極との間に働く引力のため、微粒子は電極上に留まり、書込んだ画像の表示は維持される。
この様に、例えばプレパルス動作は書込み前信号電圧の印加により実施され、例えば書込み動作は書込み信号電圧の印加により実施され、例えば書込み終了動作は書込み後信号電圧の印加により実施される。
本実施形態の説明では、プラスに帯電した黒色微粒子とマイナスに帯電した白色微粒子を各画素区画に封入した場合を例に挙げて説明した。しかし、黒色微粒子と白色微粒子の帯電状態は逆でも良い。また、微粒子の色は他の色でも構わない。
また、本実施形態の画素側基板は、ガラス基板、メタル基板、プラスチック基板、フィルム基板等の透明性を有さない基板でもよい。更にTFTは低温p−SiTFT、μc−SiTFT、酸化物(ZnO、InGaZnO等)TFT、有機TFT等でもよい。また、画素電極120は例えばITO膜等と説明した。しかし、液晶表示パネルなどの場合と違い電気泳動表示パネルの場合の表示は反射方式であるため、画素電極120が透明である必要はない。従って、画素電極120は不透明の電極を用いてもよい。
更に、電気泳動表示素子の特徴であるメモリ性、即ち、一度該表示素子に画像を表示させた後に電力を消費せずに表示を維持することを実現するためには、TFT130の漏れ電流をできるだけ小さくする必要がある。このため、スイッチング素子としてのTFTを2つ直列接続することで抵抗値を高めたデュアルゲート構造にしても良い。
本実施形態では、プレパルス動作で凝集している黒色のプラス帯電微粒子320及び白色のマイナス帯電微粒子330を解きほぐすことで、黒色と白色の混色によって起こる当該電気泳動表示装置の表示される画像のコントラストの低下を防ぐことができる。また、プレパルス動作を、全画素で一斉に行うと、1走査線ごとにプレパルス動作を行う場合よりも時間を短縮することができる。
また、本実施形態では、書込み動作の終了後、書込み終了動作として画素電圧を徐々に減少させる。この書込み終了動作により、書込み動作の終了後に凝集している微粒子が互いに回り込むことによって起こる色変化の速度を低下させる。その結果、当該電気泳動表示装置は、観察者にとって違和感のあるちらつきを覚えにくい表示を行うことができる。
次に、本実施形態の変形例について説明する。ここで本変形例の説明では、第1の実施形態との相違点に限定して説明する。第1の実施形態においては、TFT130を用いたアクティブマトリクス駆動方式の場合を例に挙げて説明したが、セグメント駆動方式を用いても良い。この場合、第1の実施形態と同様に、電気泳動表示装置のそれぞれのセグメントは、ドライバに接続した画素電極120及びコモン電極220と、マイクロリブ160とに囲まれた区画を有する。この区画には、溶媒310と黒色のプラス帯電微粒子320と白色のマイナス帯電微粒子330とが封入されている。この様な構成を有するセグメント駆動方式の電気泳動表示装置の場合、各セグメントの画素電極には、図8の様な電圧を印加する。
即ち、まず、プレパルス動作として、それぞれのセグメントにコモン電圧を基準として所定の電圧+Vのパルスと電圧−Vのパルスとを交互に所定の回数印加する。次に、書込み動作として、それぞれのセグメントに書込みのための電圧を印加する。そして、書込み終了動作として、書込み動作を行ったセグメントに印加されている電圧を徐々に減少させる。この時、電圧は図8の実線で示す様にステップ状に減少させても良いし、点線で示す様に漸減させても良い。最後に保持動作として、セグメントに印加している電圧を例えば0Vで維持する。
本変形例によっても各部の動作や帯電微粒子の挙動は前記第1の実施形態の場合と同等である。従って、前記第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。
100…表示パネル、110…画素側基板、120…画素電極、130…薄膜トランジスタ(TFT)、140…走査線、150…信号線、160…マイクロリブ、200…COM基板、210…透明基板、220…コモン電極、310…溶媒、320…黒色のプラス帯電微粒子、330…白色のマイナス帯電微粒子、420…走査ドライバ、440…信号ドライバ、460…制御部、480…電源調整部。

Claims (5)

  1. 第1の基板と、
    前記第1の基板と一定間隔の間隙を形成して対峙する第2の基板と、
    前記間隙に閉じた空間である画素空間を少なくとも1つ形成し、前記第1の基板と前記第2の基板と共に該画素空間の境界を構成する隔壁部と、
    前記画素空間中の前記第1の基板上に形成されている第1の電極と、
    前記画素空間中の前記第2の基板上に形成されている第2の電極と、
    前記画素空間に封入されている分散材と、
    前記分散材に懸濁され、正の電荷を有する正帯電微粒子と、
    前記分散材に懸濁され、負の電荷を有する負帯電微粒子と、
    前記第1の電極に信号電圧を印加する信号電圧印加部と、
    前記第2の電極にコモン電圧を印加するコモン電圧印加部と、
    を具備し、
    前記信号電圧は、
    当該電気泳動表示装置に画像を表示させるための書込み信号電圧と、
    前記書込み信号電圧から当該電気泳動表示装置の表示状態を維持するための保持信号電圧へ段階的に電圧が変化する書込み後信号電圧と、
    を含むことを特徴とする電気泳動表示装置。
  2. 前記信号電圧は、
    コモン電圧を基準として正電圧と負電圧が交互に複数回繰り返される書込み前信号電圧
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の電気泳動表示装置。
  3. 前記画素空間は複数形成され、
    前記書込み前信号電圧は、複数の前記第1の電極に一斉に印加されることを特徴とする請求項2に記載の電気泳動表示装置。
  4. 閉じた空間である画素空間に封入されている分散材中の帯電粒子を電気泳動させて画像を表示する電気泳動表示装置の駆動方法であって、
    当該電気泳動表示装置に画像を表示させるための書込み信号電圧を前記電極に印加して、
    前記書込み信号電圧から前記電気泳動表示装置の表示状態を維持するための保持信号電圧へ段階的に電圧が変化する書込み後信号電圧を前記電極に印加することを含む
    ことを特徴とする電気泳動表示装置の駆動方法。
  5. 前記信号電圧は、
    コモン電圧を基準として所定の正電圧と負電圧が交互に所定の回数繰り返される書込み前信号電圧を前記電極に印加することを含む
    ことを特徴とする請求項4に記載の電気泳動表示装置の駆動方法。
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