JP2013097174A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気泳動表示装置を効率的に加熱することができ、低温環境下においても電気泳動表示装置を正常動作することができる。
【解決手段】透明電極と、基板上に形成された画素電極５と、透明電極３と画素電極５と間に配置された電気泳動表示素子２とを有し、画素電極５に電圧を印加して、電気泳動表示素子２が表示を行う表示部１１を備えた表示装置であって、温度を検出する温度センサ１７と、透明電極を加熱するためのヒーター１２と、ヒーター１２に印加されるヒーター電圧を制御するヒーター駆動回路１６とを備え、透明電極を表示部１１のほぼ全域を覆うように配置し、ヒーター駆動回路１６は、温度センサ１７からの情報により決定したヒーター電圧をヒーター１２に印加し、ヒーター電圧の値により、画素電極５に印加される電圧が補正されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電気泳動により帯電した微粒子が移動することで動作する表示装置に関する。

近年、液晶表示装置に代わる表示装置として、帯電した微粒子を電場によって動作する電気泳動方式を用いた表示装置が開発されている。この表示装置は、少なくとも一方が透明な一対の基板間に、電圧の印加により移動する微粒子を封入した構造を有する。

この電圧により移動する微粒子は、マイクロカプセルに封入されている場合や、マイクロカプセルには封入されていない場合がある。この表示装置はメモリー性があり、また、明るい反射表示が得られ注目されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、このような電気泳動型の表示装置においては帯電粒子が分散媒中を移動する時間が必要であることから、表示切り替え速度が遅いという問題がある。特に低温環境下においては移動度が低下するため表示切り替え速度が遅く、とりわけ０℃以下では表示切り替えがほとんどできないという問題がある。

表示切り替え速度の改善には、電気泳動表示素子を含む電子機器内にヒーターを設置し機器全体を温める方法があり、電子機器内に表示装置と別体のヒーターを設置する方法が既に開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、電気泳動表示装置と別体のヒーターを設置する方法は簡便ではあるものの、電子機器の筐体全体が大型化するという問題がある。さらには電気泳動表示装置の外側からの加熱になるため、電気泳動表示装置が充分に温まるためには電気泳動表示装置全体が温まる必要があり、温まるまでの時間がかかるという問題があった。

また、電気泳動表示装置内にヒーターを組み込み、画素ごとに設置したヒーターで電気泳動表示装置を加温する方法も既に開示されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、この方法ではそれぞれの画素に設置されたヒーターを個々に制御するため、画素ごとに温度ばらつきが発生したり、高精細で画素数が大きい表示装置の場合に制御が困難になったりする問題があった。

特開２００３−２７０６７３（第６頁、図１） 特許第４７２０５８０号（第８頁、図２） 特開２０１０−２０４５１１（第６頁、図２）

本発明は、上記課題を解決するために、低温下においても表示の切り替え速度が速くかつ小型の電気泳動型の表示装置を提供することにある。

本発明による表示装置は、透明電極と、基板上に形成された画素電極と、透明電極と画素電極と間に配置された電気泳動表示素子とを有する表示部と、画素電極に電圧を印加して、電気泳動表示素子に表示を行わせる駆動回路を備えた表示装置であって、表示部の温度を検出する温度センサと、透明電極に接続されたヒーター電極と、このヒーター電極に
可変のヒーター電圧を印加するヒーター駆動回路と、を備え、ヒーター駆動回路は、温度センサからの情報により決定したヒーター電圧をヒーター電極に印加し、ヒーター電圧の値により、駆動回路が画素電極に印加する電圧が補正されることを特徴とする。

また、画素電極は、データ線と走査線との交差部に配置されているスイッチング素子に電気的に接続され、スイッチング素子に印加される電圧が、ヒーター電圧の値によって補正されることを特徴とする。さらに、２つのヒーター電極を透明電極の最外部に向かい合うように、かつ、データ線と平行方向に延在するように形成し、走査線が延在する方向に発生する電位勾配を打ち消すように、スイッチング素子に印加される電圧が補正されることを特徴とする。あるいは、２つのヒーター電極を走査線と平行方向に延在するように形成し、さらに、データ線が延在する方向に発生する電位勾配を打ち消すように、スイッチング素子に印加される電圧が補正されることを特徴とする。

本発明によれば、透明電極をヒーターとして使用するので表示部全体を均一かつ効率的に加熱することができ、さらに、最適な駆動電圧で駆動されるので、低温環境下においても電気泳動表示素子を有した表示装置を正常に、かつ良好に表示することができる。

本発明にかかる表示装置の全体構成である。 本発明にかかる表示装置の平面図である。 本発明にかかる表示装置の部分断面図である。 本発明にかかる表示装置のヒーター電圧印加による電位勾配について示す図である。 本発明にかかる表示装置の別の全体構成である。 本発明にかかる表示装置の別のヒーター電圧印加による電位勾配について示す。

以下、図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

まず、図１に本実施例の電気泳動表示素子を有した表示装置の全体構成を示す。表示装置１は、表示部１１と、ヒーター１２と、コントローラ１３と、データ駆動回路１４と、走査駆動回路１５と、ヒーター駆動回路１６と、温度センサ１７とを備えている。

表示部１１にはｍ×ｎ個の画素５がマトリックス状に配列されている。また、表示部１１にはｎ本のデータ線１８（即ち、データ線Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・、Ｘｎ）とｍ本の走査線１９（即ち、走査線Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・、Ｙｍ）とが互いに交差するように設けられている。具体的には、ｎ本のデータ線１８は、Ｙ方向に延在し、ｍ本の走査線１９はＸ方向に延在している。ｎ本のデータ線１８とｍ本の走査線１９との交差に対応して画素５が配置されている。具体的にはデータ線１８及び走査線１９は画素５内のスイッチング素子７に電気的に接続されている。また、各々のデータ線１８はデータ駆動回路１４に接続されており、各々の走査線１９は走査駆動回路１５に接続されている。スイッチング素子７は、データ駆動回路１４からデータ線１８を介して供給される電圧及び走査駆動回路１５から走査線１９を介して供給される走査信号に応じて駆動し、電気泳動表示素子を駆動する。

さらに本実施例における表示装置１は、コントローラ１３を有しており、コントローラ１３には、データ駆動回路１４、走査駆動回路１５、ヒーター駆動回路１６、及び温度セ
ンサ１７が電気的に接続されている。ヒーター１２はヒーター線２０を介してヒーター駆動回路１６及びアースと接続されており、ヒーター駆動回路１６からの電気信号によってヒーター電圧が印加される。後で詳細に説明をするように、ヒーター１２として透明電極３を使用する。図１では、ヒーター１２は表示部１１の下部のみにあるように示しているが、ヒーター１２である透明電極３は、表示部１１のほぼ全面を覆っている。電気的には、各々の画素５とヒーター１２とは図１のように接続されており、ヒーター１２を、隣り合うデータ線との間に同抵抗率の抵抗が直列配置した抵抗素子郡とみなした等価回路として図示した。本実施例では、ヒーター１２を走査線１９が延在する方向（即ちＸ方向）に配置している。

図２に、図１における表示部１１の平面図を示す。表示部１１には画素５が互いに直交したデータ線１８と走査線１９との交差に対応してマトリックス状に配置されている。なお、図２ではデータ線の数ｎ＝８、走査線の数ｍ＝８とし、画素数ｍ×ｎ＝８×８として示しているが、実際の表示装置では、例えばｍ×ｎ＝４８０×６４０個、あるいは２４０×３２０個の画素が存在する。

図３は、図２のＡ―Ａ’における断面図であり、マイクロカプセル型電気泳動表示素子を有した表示装置の断面図である。表示装置の表示部は、透明電極３とマイクロカプセル４を有した電気泳動表示素子２と、基板６上に複数形成された薄膜トランジスタなどのスイッチング素子７と、前記スイッチング素子７上に設けた層間絶縁膜８と、層間絶縁膜８に、個々のスイッチング素子に対応して形成したコンタクトホール９と、個々のコンタクトホール９を介して個々のスイッチング素子と電気的に接続した画素電極１０、とを有する画素５とから構成されている。マイクロカプセル４の内部には白の帯電粒子と黒の帯電粒子が分散媒とともに充填されている。

この電気泳動表示素子２を有した表示部では、画素５ごとに電圧を印加し、画素５直上のマイクロカプセル４内の帯電粒子に電界を作用させる。これにより帯電粒子が移動する。例えば白の帯電粒子が入射光側に、黒い粒子が入射光の逆側に移動することで入射光に対する反射率が変化する。その結果、反射光を制御し所望の情報を画素５ごとに表示することができる。

さらに、本発明では、透明電極３をヒーター１２として使用している。そこで、図１に図示したヒーター線２０と透明電極３とを接続するための構造を図２および図３により説明する。透明電極３の対向する２辺にヒーター電極２１が配置される。ヒーター電極２１の一端は透明電極３と電気的に接続される。他端は基板６上でヒーター線２０と電気的に接続される。ヒーター電極２１は層間絶縁膜８に設けたコンタクトホール９’を介して基板６上のヒーター線２０と電気的に接続し、ヒーター線２０を図１のヒーター駆動回路１６及びアースと接続することによって、ヒーター電圧を透明電極３へ供給する。この時、ヒーター線２０が走査線１９と干渉しないように、２つのヒーター電極２１を透明電極３の最外部、即ち、表示部１１の最外部に向かい合うように形成する。さらに、ヒーター電極２１はデータ線１８と平行方向（即ちＹ方向）に延在するように形成する。

このように、本発明では表示部１１の全面に配置されている透明電極３を加熱手段として用いており、表示部１１全体に対して一つの大きなヒーターを備えている構成となる。よって、表示部１１全体をムラなく、均一かつ効率的に加熱することができる。

しかしながら、図１に図示したように、ヒーター１２にヒーター電圧を印加すると、走査線１９が延在する方向（Ｘ方向）に電位勾配が発生してしまい、表示に影響を与える可能性が生じる。図４に、本実施形態において透明電極上に発生する電位勾配について示す。透明電極３に対して図４（ａ）のような配置でヒーター電極２１を形成し、ヒーター電
圧Ｖ_ｈｅａｔを印加すると、図４（ｂ）に示すように、図面左側のヒーター電極２１の一辺が０Ｖ、対向するもう一方のヒーター電極２１がＶ_ｈｅａｔの電位となるように、走査線１９の延在する方向（即ち、Ｘ方向）に電位勾配が発生する。

ここで、本実施形態の表示装置に印加するヒーター電圧Ｖ_ｈｅａｔの大きさについて考える。まず、比熱がｃ［Ｊ／ｇ・Ｋ］の物体ｍ［ｇ］の温度をＴ［℃］上昇させるのに必要な熱量Ｑ［Ｊ］は下記式となる。

また、電気抵抗Ｒ［Ω］の物体に、 Ｉ［Ａ］の電流をｔ秒間流したときに発生する熱量 Ｑ［Ｊ］は下記式となる。下記式においては、オームの法則を用いて熱量Ｑ［Ｊ］と物体に印加する電圧Ｖ_ｈｅａｔ［Ｖ］との関係も示した。

二つの上記式より、電気抵抗Ｒ［Ω］で比熱ｃ［Ｊ／ｇ・Ｋ］の物体ｍ［ｇ］の温度をｔ秒間でＴ［℃］上昇させるのに必要な電圧Ｖ_ｈｅａｔ［Ｖ］は、下記式となる。

この式について、大きさが対角１インチの表示部の透明電極に、一般的な酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：膜厚２００ｎｍ、電気抵抗１０Ω／ｃｍ^２）を採用し、このＩＴＯ透明電極の温度を１０秒間で１℃上昇させるのに必要な電圧Ｖ_ｈｅａｔ［Ｖ］を解くと、およそ２０ｍＶとなる。以上のように、図３の透明電極３にＩＴＯ透明電極を用いた場合は、２０ｍＶという大きさの電圧がヒーター電極間に印加されることになる。

また一般的な画像表示装置における画素数は、対角１インチの大きさの表示部中に４８０×６４０個、あるいは２４０×３２０個存在する。ここで例えば対角１インチ中に画素数ｍ×ｎ＝２４０×３２０個並んでいる表示部について考える。この場合、ひとつの画素の大きさはおよそ６０μｍ×６０μｍとなる。大きさ６０μｍ×６０μｍの画素が２４０×３２０個並んでいる表示部に対して、ヒーター電圧（２０ｍＶ）を表示部のＸ方向、即ちｎ＝３２０本のデータ線を横切る方向に印加すると、隣り合う画素同士の電位差は、２０ｍＶ／３２０個＝０．０６ｍＶとなる。

画素サイズが１００μｍ以下と小さいので１画素内の電位勾配は無視してよく、ｎ本目のデータ線に連なる画素における電位は（０．０６×ｎ）Ｖとなる。各データ線に対する電位が画像表示に影響を及ぼさないようにするためには、それぞれのスイッチング素子に印加する電圧を、各データ線及び走査線ごとに制御すれば良い。

つまり、電位勾配が画像表示に影響しないように、図１のコントローラ１３を介して電位勾配の影響を打ち消すようにスイッチング素子７を駆動する。即ち、ヒーター電圧の値をコントローラ１３で検知し、検知結果をデータ駆動回路１４及び走査駆動回路１５にフィードバックすることで、スイッチング素子７に印加する電圧を制御する。具体的には、図１に図示したコントローラ１３でヒーター電圧を検知し、その検知結果をデータ駆動回路１４及び走査駆動回路１５にフィードバックする。フィードバックされたヒーター電圧の情報を元に、データ駆動回路１４及び走査駆動回路１５から画素５内のスイッチング素子７へ送る電気信号を補正する。補正した電気信号を元に駆動したスイッチング素子７によって、画素５における電気泳動表示素子２を駆動する。これにより透明電極上の電位勾配に起因する表示不良を抑制する。更にコントローラ１３は温度センサ１７を介して表示装置１の温度を検知し、この検知結果をヒーター駆動回路１６にフィードバックしヒーター電圧を制御する。これにより、表示装置１を所望の温度に保つ。

上記のように表示装置駆動を行うことで、低温環境下において表示切り替えを行う際に、電気泳動表示素子２への加温動作を行うことができる。かかる加温動作において、透明電極３は電気泳動表示素子２の直上に配置されており、もっとも効率よく電気泳動表示素子２の温度を上昇させることができ、加温時の消費電力を小さくすることができる。また必要な電力量を小さくでき、装置全体の信頼性、耐久性を高めることができる。

更に、コントローラ１３によって、ヒーター電圧印加による電位勾配情報、すなわちヒーター電圧Ｖ_ｈｅａｔの情報をデータ駆動回路１４及び走査駆動回路１５にフィードバックし、データ駆動回路１４からデータ線１８を介してスイッチング素子７に供給される電圧、及び走査駆動回路１５から走査線１９を介してスイッチング素子７供給される走査信号を制御することで、ヒーター電圧印加による表示不良を抑制する。

図５に実施例２の電気泳動表示素子を有した表示装置の全体構成を示す。本実施形態は、ヒーター電圧をデータ線１８が延在する方向（即ちＹ方向）に印加する点が先の実施例と異なる。つまり、２つのヒーター電極２１を透明電極の最外部に向かい合うように、かつ、走査線１９と平行方向に延在するように形成する。このように、Ｙ方向にヒーター電
圧を印加すると、図６に図示するように、データ線１８が延在する方向（即ち、Ｙ方向）に電位勾配が発生する。この電位勾配が画像表示に影響しないように、先の実施例と同様に、コントローラ１３を介して電位勾配の影響を打ち消すようにスイッチング素子７を駆動する。即ち、ヒーター電圧の値をコントローラ１３で検知し、検知結果をデータ駆動回路１４及び走査駆動回路１５にフィードバックすることで、スイッチング素子７に印加する電圧を制御する。

以上、本構成のように表示装置を加温することで、低温環境下においても視認性の高い表示を充分速い速度で書き換えることが可能となる。さらに透明電極が発熱抵抗体を兼ねている為、別途発熱体を設ける必要がなく装置を小型化できる利点もある。

また電気泳動表示素子を用いた表示装置はメモリー性を有しており、一旦書き換えが終了すればその表示状態を保持できるため、加温動作は書き換え時のみでよい。

１ 表示装置
２ 電気泳動表示素子
３ 透明電極
４ マイクロカプセル
５ 画素
６ 基板
７ スイッチング素子
８ 層間絶縁膜
９ コンタクトホール
９’ コンタクトホール
１０ 画素電極
１１ 表示部
１２ ヒーター
１３ コントローラ
１４ データ駆動回路
１５ 走査駆動回路
１６ ヒーター駆動回路
１７ 温度センサ
１８ データ線
１９ 走査線
２０ ヒーター線
２１ ヒーター電極

Claims (4)

1. 透明電極と、基板上に形成された画素電極と、前記透明電極と前記画素電極と間に配置された電気泳動表示素子とを有する表示部と、前記画素電極に電圧を印加して、前記電気泳動表示素子に表示を行わせる駆動回路を備えた表示装置であって、
   前記表示部の温度を検出する温度センサと、前記透明電極に接続されたヒーター電極と、該ヒーター電極に可変のヒーター電圧を印加するヒーター駆動回路と、を備え、
   前記ヒーター駆動回路は、前記温度センサからの情報により決定した前記ヒーター電圧を前記ヒーター電極に印加し、
   前記ヒーター電圧の値により、前記駆動回路が前記画素電極に印加する電圧が補正されることを特徴とする表示装置。
2. 前記画素電極は、データ線と走査線との交差部に配置されているスイッチング素子に電気的に接続され、前記スイッチング素子に印加される電圧が、前記ヒーター電圧の値によって補正されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. ２つの前記ヒーター電極を前記透明電極の最外部に向かい合うように、かつ、前記データ線と平行方向に延在するように形成し、さらに、前記走査線が延在する方向に発生する電位勾配を打ち消すように、前記スイッチング素子に印加される電圧が補正されることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
4. ２つの前記ヒーター電極を前記透明電極の最外部に向かい合うように、かつ、前記走査線と平行方向に延在するように形成し、さらに、前記データ線が延在する方向に発生する電位勾配を打ち消すように、前記スイッチング素子に印加される電圧が補正されることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。

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