JP3592184B2 - 電気泳動表示装置およびその駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電泳動粒子を移動させて表示を行う電気泳動型表示装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達に伴い、各種情報のデータ量は拡大の一途をたどり、情報の出力も様々な形態を用いてなされている。一般に、情報の出力は、ブラウン管や液晶などを用いたディスプレイ表示とプリンタなどによる紙へのハードコピー表示とに大別できる。ディスプレイ表示においては、低消費電力且つ薄型の表示装置のニーズが増しており、中でも液晶表示装置は、こうしたニーズに対応できる表示装置として活発な開発が行われ商品化さてれいる。しかしながら、現在の液晶表示装置には、画面を見る角度や、反射光により、画面上の文字が見ずらく、また光源のちらつき・低輝度等から生じる視覚への負担が、未だ十分に解決されていない。またブラウン管を用いたディスプレイ表示では、コントラストや輝度は液晶表示と比較して十分あるものの、ちらつきが発生するなど後述するハードコピー表示と比較して十分な表示品位があるとはいえない。また装置が大きく重いため携帯性が極めて低い。
【０００３】
一方、ハードコピー表示は情報の電子化により不要になるものと考えられていたが、実際には依然膨大な量のハードコピー出力が行われている。その理由として、情報をディスプレイ表示した場合、前述した表示品位に係わる問題点に加えて、その解像度も一般的には最大でも１２０ｄｐｉ程度と紙へのプリント・アウト（通常３００ｄｐｉ以上）と比較して相当に低い。従って、ディスプレイ表示ではハードコピー表示と比較して視覚への負担が大きくなる。その結果、ディスプレイ上で確認可能であっても、一旦ハードコピー出力することがしばしば行われることになる。また、ハードコピーされた情報は、ディスプレイ表示のように表示領域がディスプレイのサイズに制限されることなく多数並べたり、また複雑な機器操作を行わずに並べ替えたり、順に確認していくことができることも、ディスプレイ表示可能であってもハードコピー表示が併用される大きな理由である。さらには、ハードコピー表示は、表示を保持するためのエネルギーは不要であり、情報量が極端に大きくない限り、何時でもどこでも情報を確認することが可能であるという優れた携帯性を有する。
【０００４】
このように動画表示や頻繁な書き換えなどが要求されない限り、ハードコピー表示はディスプレイ表示と異なる様々な利点を有するが、紙を大量に消費するという欠点がある。そこで、近年においては、リライタブル記録媒体（視認性の高い画像の記録・消去サイクルが多数回可能で、表示の保持にエネルギーを必要としない記録媒体）の開発が盛んに進められている。こうしたハードコピーの持つ特性を継承した書き換え可能な第３の表示方式をペーパーライクディスプレイと呼ぶことにする。
【０００５】
ペーパーライクディスプレイの必要条件は、書き換え可能であること、表示の保持にエネルギーを要さないか若しくは十分に小さいこと（メモリー性）、携帯性に優れること、表示品位が優れていることなどである。現在、ペーパーライクディスプレイとみなせる表示方式としては、例えば、サーマルプリンターヘッドで記録・消去する有機低分子・高分子樹脂マトリックス系（例えば、特開昭５５−１５４１９８号公報、特開昭５７−８２０８６号公報）を用いた可逆表示媒体を挙げることができる。この系は一部プリペイドカードの表示部分として利用されているが、コントラストが余り高くないことや、記録・消去の繰り返し回数が１５０〜５００回程度と比較的少ないなどの課題を有している。
【０００６】
また、別のペーパーライクディスプレイとして利用可能な表示方式として、Ｈａｒｏｌｄ Ｄ．Ｌｅｅｓ等により発明された電気泳動表示装置（米国特許第３６１２７５８号明細書）が知られている。他にも、特開平９−１８５０８７号公報に電気泳動表示装置が開示されている。
【０００７】
この表示装置は、絶縁性液体中に着色帯電泳動粒子を分散させてなる分散系と、この分散系を挟んで対峙する一対の電極からなっている。電極を介して分散系に電圧を印加することにより、着色帯電泳動粒子の電気泳動性を利用して、該着色帯電泳動粒子を粒子自身が持つ電荷と反対極性の電極側にクーロン力により吸着させるものである。表示は、この着色帯電泳動粒子の色と染色された絶縁性液体の色の違いを利用して行われる。つまり、着色帯電泳動粒子が観測者に近い光透過性の第１の電極表面に吸着させた場合には着色帯電泳動粒子の色が観察され、逆に観測者から遠い第２の電極表面に吸着させた場合には、着色帯電泳動粒子と光学的特性が異なるように染色された絶縁性液体の色が観察される。
【０００８】
しかしながら、このような電気泳動装置では、絶縁性液体に染料やイオンなどの発色材を混合しなくてはならず、このような発色材の存在は、新たな電荷の授受をもたらすために電気泳動動作において不安定要因として作用しやすく、表示装置としての性能や寿命、安定性を低下させる場合があった。
【０００９】
係る問題を解決するために、第１表示電極及び第２表示電極からなる電極対を同一基板上に配置し、観察者から見て着色帯電泳動粒子を水平に移動させる表示装置が、特開昭４９−５５９８号公報及び特開平１１−２０２８０４号公報において提案された。電気泳動特性を利用して、透明な絶縁性液体中で着色帯電泳動粒子を電圧印加により、第１表示電極面及び第２電極面間を、基板面と水平に移動させることによって表示を行うものである。
【００１０】
水平移動型電気泳動表示装置においては、絶縁性液体は透明である場合が多く、観察者側から見て、第１表示電極と第２表示電極が異なる着色を呈し、いずれか一方の色を泳動粒子の色と一致させてある。例えば第１表示電極の色を黒色、第２表示電極の色を白色、泳動粒子の色を黒色とすると、泳動粒子が第１電極上に分布する場合には、第２表示電極が露出し白色を呈し、泳動粒子が第２表示電極上に分布する場合には泳動粒子色である黒色を呈す。
【００１１】
ところで、画素がマトリックス状に配置された表示装置を、電気的にアドレスする方式としては大別して、アクティブマトリックス方式と単純マトリックス方式の２つがある。
【００１２】
アクティブマトリックス方式では、各画素それぞれに対して薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子を形成し、各画素に印加する電圧を画素ごとに独立に制御する。この方式を用いれば、水平移動型電気泳動表示装置を、高い表示コントラストで駆動することが可能である。しかしながら一方で、アクティブマトリックス方式はプロセスコストが高い、薄膜トランジスタのプロセス温度が高くポリマー基板上への形成が困難である、といった問題を抱える。この問題は、低コストでフレキシブルなディスプレイを目指すペーパーライクディスプレイにおいては特に重要である。これらの問題を解決するために、印刷プロセスが適用可能なポリマー材料による薄膜トランジスタの形成プロセスが提案されているが、実用化の可能性は未だ未知数である。
【００１３】
単純マトリックス方式は、アドレスのために必要な構成要素がＸ−Ｙ電極ラインのみであるから低コストであリポリマー基板上への形成も容易である。選択画素に対して書き込み電圧を印加する場合は、選択画素を交点とするＸ電極ラインとＹ電極ラインに対して、書き込み電圧に相当する電圧を印加すればよい。ところが、水平移動型電気泳動表示装置を単純マトリックス方式により駆動しようとすると、選択された画素の周辺画素まで一部書き込まれてしまう、いわゆるクロストーク現象が発生し、表示コントラストが著しく劣化してしまう。これは水平移動型電気泳動表示装置が、書き込み電圧に対して明確な閾値特性を持たないために必然的に発生する問題である。
【００１４】
係る問題に対して、原理的に閾値を持たない電気泳動表示において、表示電極に加えて制御電極を導入し、３電極構造によって単純マトリックス駆動を実現する提案がなされている。３電極構造に関する提案は殆どが上下電極型電気泳動表示に関してなされたものであり、例えば特開昭５４−０８５６９９号公報（米国特許第４２０３１０６号明細書）がある。
【００１５】
水平移動型電気泳動表示装置における３電極構造の提案は唯一、特表平８−５０７１５４号公報（米国特許第５３４５２５１号明細書）においてなされている。但し特表平８−５０７１５４号公報においては、分散液は透明ではなく着色されていると考えられ、前述の特開昭４９−５５９８号公報及び特開平１１−２０２８０４号公報及び本発明が対象とする、分散液が透明であることを特徴とする水平移動型電気泳動表示装置とは異なるものである。
【００１６】
特表平８−５０７１５４号公報では制御電極の配置に関して２つの構成が開示されている（図２４）。第１の構成（図２４（ａ））は水平移動型電気泳動装置の第２基板２側に第３の電極として制御電極５ａが配置されるタイプであり、第２の構成（図２４（ｂ））は第１基板１側の第１表示電極４と第２表示電極３との間に第３の電極として制御電極５ａが配置されるタイプである。
【００１７】
第１構成、第２構成いずれのタイプにおいても、一画素内には、複数のライン電極が集合したフォーク状第１表示電極と、第１表示電極の各ライン間に配置された複数のライン電極が集合したフォーク状第２表示電極がフェースプレートである第１基板上に配置される。第１表示電極３上にはクロム厚膜が付与され、その結果第１表示電極４と第２表示電極３の境界に約０．３μｍの段差２２が形成されている。第１構成においては制御電極５ａは、第１基板１に対して２５〜１１６μｍの間隔で対向配置された第２基板２上の画素内全面に形成され、第２構成においては制御電極５ａは、第１基板上の、第１表示電極４と第２表示電極３の各ライン間に配置される。図２４においては説明の便宜上、第１表示電極、第２表示電極ともに１ラインで構成される場合について示してある。
【００１８】
次に、図２５および図２６を用いて特表平８−５０７１５４号公報における書き込み動作について説明する。図２５に泳動粒子の動作状態、図２６に印加パルス及び反射率変化について示す。セル構成は図２４（ａ）と同じ（但し１画素）である。
【００１９】
尚、以下の説明で述べる印加電圧値は我々が実際に行なった実験によって求められた条件であり、必ずしも特表平８−５０７１５４号公報記載の条件とは一致していない。これは主に使用する泳動粒子の帯電極性、帯電量などの物性値によるところが大きい。以下の説明では、後に述べる本発明の動作説明との比較を容易にするため、我々が使用した泳動粒子での実験結果における印加電圧値を記載する。
【００２０】
また特表平８−５０７１５４号公報においては、絶縁性液体として着色液体を使用していると考えられるが、以下の説明では後に述べる本発明の動作説明との比較を容易にするため透明な絶縁液体を用い、表示コントラストの発現方法についても泳動粒子を黒色、第１表示電極を黒色、第２表示電極を白色とする本発明の実施形態と同様の方式の構成について説明を行なう。
【００２１】
泳動粒子６の帯電極性を正、第２表示電極３をコモン電極とし、第２表示電極３の接地電位を基準にして第１表示電極４に駆動電圧Ｖｄ、制御電極５ａに制御電圧Ｖｃを印加するものとする。
【００２２】
期間Ｔａは白表示保持状態である。図２５中、矢印はセル内の電界ベクトルの概要を示す。第１表示電極４上に集められた泳動粒子６は、第１表示電極４と第２表示電極３間に設けられた段差２２によって第２表示電極３側への移動を抑制され、かつ第１表示電極４と制御電極５ａ間に印加される保持電圧Ｖｃ＝＋２５０Ｖによって表示電極側に押え込まれることによって安定し、反射率（Ｒ）７０％程度の白表示状態が保持される。保持状態において印加されるＶｄ＝５Ｖは、黒表示状態において、段差近傍の泳動粒子が第１表示電極側へ移動しやすくなる傾向を抑制する役割を果たしている。
【００２３】
書き込み期間Ｔｂにおいては、Ｖｄ＝＋５０ｖ、Ｖｃ＝＋５０Ｖを印加する。第１表示電極４と制御電極５ａとは同電位に設定されるため制御電圧による押え込みは解除され、全ての泳動粒子６は表示電極面に沿って段差を乗り越えて第２表示電極側に水平移動し、反射率Ｒは急激に減少する。
【００２４】
黒表示保持状態である期間Ｔｃでは、保持電圧Ｖｃ＝＋２５０Ｖによって表示電極側に押し付けられ、反射率５％程度の黒表示状態が保持される。
【００２５】
続いて、特表平８−５０７１５４号公報において開示された単純マトリックス駆動方法について図２７および図２８を用いながら説明する。Ｘ方向にｍ列、Ｙ方向にｎ行の画素が配列したｍ×ｎマトリックスを有する水平移動型電気泳動表示装置を考える。画素配列に沿って、ｍ本の信号電極線が列方向に、ｎ本の信号電極線が行方向に、互いに直交するように配列されており、各交点において信号電極線は各画素の制御電極５ａに、走査電極線は各画素内の第１表示電極４に配線されている。第２表示電極３はコモン電極とし接地電位に固定する。
【００２６】
まず全ての走査ラインにＶｄ＝−５０Ｖ、全ての信号ラインにＶｃ＝０Ｖを印加し、全ての泳動粒子６を第１表示電極上に集める（図２７（ａ）、全面消去）。次にＹ方向に上から順番に走査ラインを選択し書き込みを行なう。選択期間（書き込み期間）では、走査ラインにＶｄ＝＋５０Ｖを印加し、選択画素に相当する信号ラインにＶｃ＝＋５０Ｖ、非選択画素に相当するラインにＶｃ＝＋２５０Ｖを印加する。選択画素では表示電極間に印加される駆動電圧Ｖｄ＝＋５０Ｖによって、泳動粒子が段差を乗り越え第２表示電極側に移動し書き込みが行なわれる（図２７（ｂ））。非選択画素においても駆動電圧Ｖｄ＝＋５０Ｖが印加されているが、第１の構成においては、泳動粒子はＶｃ＝＋２５０Ｖの制御電圧によって第１表示電極に押し付けられ移動（書き込み）が阻止される（図２７（ｃ））。
【００２７】
一方、非選択期間においては走査ラインにＶｄ＝＋５Ｖが印加され、信号ラインにはＶｃ＝＋５０Ｖまたは＋２５０Ｖが印加される（図２８（ｄ）〜（ｇ））。いずれの場合も、泳動粒子は制御電圧によって表示電極面に押し付けられており表示状態は変化しない。
【００２８】
このようにして、閾値特性を持たない水平移動型電気泳動装置において、単純マトリックス駆動法を用いた表示書き込みが実現される。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特表平８−５０７１５４号公報で開示された水平移動型電気泳動装置は次のような問題点を抱えていた。
【００３０】
第１の構成においては、段差をあまり高く設定できない、という制限がある。段差を高くしすぎると、選択期間における帯電泳動粒子の移動において、一部の泳動粒子が段差を越えられずに段差底部に残留してしまい、表示コントラストが低下する（図２９（ａ））。段差底部への残留を引き起こさないためには、段差の高さを泳動粒子径前後に制限する必要がある。
【００３１】
段差の高さが制限されるため、段差による泳動粒子の移動抑制効果は不十分である。このため、選択期間に駆動電圧Ｖｄが印加された状態で、非選択画素において制御電圧Ｖｃを印加し泳動粒子の移動を押え込む場合（図２７（ｃ））において、段差が低いために一部の泳動粒子が段差を越えて移動していまい、結果としてクロストーク現象を引き起こし表示コントラストが劣化するという重要な問題が発生する（図２９（ｂ））。
【００３２】
制御電圧Ｖｃを十分に大きくすれば、ある程度泳動粒子を押え込むことは可能であるが、この場合は印加電圧が上昇してしまうという弊害とともに、素子内の絶縁部材中に高電圧によって注入された電荷が電圧解除後も残留し、この残留電荷のもたらす意図せぬ電界によって泳動粒子の動作状態が不安定になる、という新たな問題が発生する。
【００３３】
段差の高さが制限される弊害は他にもある。段差の高さが十分でないため、第１表示電極と第２表示電極との間の面積差をあまり大きく設定できない。面積差を大きく設定すると、面積の小さい電極面上に泳動粒子を集めようとしても泳動粒子が溢れ出てしまうからである（図２９（ｃ））。表示コントラストは、第１表示電極と第２表示電極の面積比で決定されるため、結果として表示コントラストが制限されてしまう。
【００３４】
さらに、第１の構成においては、段差による移動抑制効果は下段側から上段側への方向に限定され、上段側から下段側への移動はむしろ加速される。従って、書き込み方向は一方向のみに限られ、まず最初に全画面の泳動粒子を下段側に集め全面リセットしたのち、一方向への書き込みを行なうという駆動法に限定されてしまう。書き込みを双方向に対して行なうことはできず、画面の一部のみを選択的に書き換えるような駆動はできない。
【００３５】
一方、第２の構成においては、選択期間においては、非選択画素に対しては表示電極と制御電極間に電圧を印加することによって泳動粒子の移動を双方向に対して阻止することが可能であり、また選択画素に対しては表示電極と制御電極間の電圧を０Ｖにすることによって泳動粒子の移動をスムーズに行なうことができる。この場合は段差は必ずしも必須な構成要素ではない、と考えられる。また第２の構成においては制御電極を含めた駆動に関係する全ての構成要素を単一基板上に配置することができる、という重要な特徴を有する。これにより、上下基板貼り合わせ工程での位置合わせ精度が不要となり、特に位置合わせ精度を高めることが原理的に困難なプラステック基板を用いて解像度の高い表示を実現することができるようになるという大きな利点が得られる。
【００３６】
しかしながら第２の構成において、制御電極が阻止することができるのは、あくまで表示電極間の移動のみであって表示電極面内での移動については制御不能である。このため非選択期間において表示電極と制御電極間に印加される制御電圧によって、表示電極面内に均一に分散していた泳動粒子は制御電極から反発する方向に移動し、表示電極面内において図３０（ａ），（ｂ）に示すような分布の偏りが発生し表示コントラストが著しく低下してしまう、という問題がある。
【００３７】
また、泳動粒子の一部が、制御電極に印加された制御電圧による反発力によって対向基板側に移動し貼りついてしまう場合があり、一度対向基板側に貼りつき吸着した泳動粒子に対しては有効な移動電圧を印加する手段がないため制御不能に陥るという深刻な問題を有する（図３０（ａ），（ｂ））。
【００３８】
本発明は、この様な従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、クロストークの発生を抑え、良好な表示コントラストが得られる単純マトリックス駆動が可能で、また着色帯電泳動粒子の保持に要する制御電圧を大幅に低減することが可能な水平移動型電気泳動表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００３９】
また、本発明は、第１表示電極と第２表示電極との面積比を従来より大きく設定でき、コントラストの向上を実現した電気泳動表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００４０】
また、本発明は、双方向の書き込み駆動ができ、また表示画面の一部分のみを書き換える部分書き換えが可能な電気泳動表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては以下に記載する新規な構成及び駆動方法について提案し、上記問題点を解決する。
【００４２】
本発明の構成に関する第１の特徴は、第１基板と、第１基板上に配置される第１表示電極及び第２表示電極と、前記第１基板に対向して配置される第２基板と、各電極に所望の電圧を印加する手段と、前記第１基板及び第２基板間に充填された透明絶縁性液体と、該透明絶縁性液体中に分散された複数の着色帯電泳動微粒子とを備え、該着色帯電泳動粒子を第１および第２表示電極間で移動させることによって表示の切り換えを行なう電気泳動表示装置において、前記第１基板上の前記第１表示電極と第２表示電極との境界部に壁構造または段差構造が設けられ、前記壁構造または段差構造の上部の第１および第２表示電極面より高い位置に前記帯電泳動粒子の移動を制御する制御電極が配置され、表示保持期間に、前記制御電極に、帯電泳動粒子を第１および第２表示電極側に押し付ける電圧が印加され、書き込み期間に、前記制御電極に、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極の近傍に移動させ続いて他方の表示電極側に移動させる電圧が印加されて、前記帯電泳動粒子の移動が制御されることにある。
【００４３】
より具体的には、前記第１基板上の前記第１表示電極と第２表示電極との境界部に、壁構造または段差構造よりなる構造障壁が配置され、前記制御電極は、該構造障壁の上方部に配置されることを特徴とする。
【００４４】
また、好ましい構成としては、前記段差に隣接し、上段側に位置する表示電極面の下側に、前記帯電泳動粒子が入出可能であって、表示面観察者からは視認不可能な遮蔽空間が形成されてなることを特徴とする。
【００４５】
本発明の構成に関する第２の特徴は、第１基板と、第１基板上に配置される第１表示電極及び第２表示電極と、前記第１基板に対向して配置される第２基板と、各電極に所望の電圧を印加する手段と、前記第１基板及び第２基板間に充填された透明絶縁性液体と、該透明絶縁性液体中に分散された複数の着色帯電泳動微粒子と、前記第１基板上の前記第１表示電極と第２表示電極との境界部に設けられた壁構造または段差構造と、前記壁構造または段差構造の上部の第１および第２表示電極面に対して高い位置に配置され前記帯電泳動粒子の移動を制御する制御電極とを有する電気泳動表示装置の駆動方法であって、書き込み期間が、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極近傍に移動する第１の過程と、第１の過程に続いて帯電泳動粒子を制御電極から前記壁構造または段差構造を越えて他方の表示電極側に移動する第２の過程とからなることにある。
【００４６】
より具体的には、前記泳動粒子の移動を引き起こすために、
正帯電の泳動粒子の場合には、
「移動先でない表示電極の電位≧制御電極の電位＞移動先である表示電極の電位」の関係を満たし、
負帯電の泳動粒子の揚合には、
「移動先でない表示電極の電位≦制御電極の電位＜移動先である表示電極の電位」の関係を満たす、
期間が含まれるように、前記第１表示電極、第２表示電極及び制御電極に電圧を印加することを特徴とし、また更に具体的には、前記２つの過程からなる泳動粒子の移動を引き起こすために、
正帯電の泳動粒子の場合には、
前記第１の過程において「両表示電極の電位＞制御電極の電位」、
前記第２の過程において「移動前の表示電極の電位≧制御電極の電位＞移動先の表示電極の電位」の関係を満たし、
負帯電の泳動粒子の場合には、
前記第１の過程において「両表示電極の電位＜制御電極の電位」、
前記第２の過程において「移動前の表示電極の電位≦制御電極の電位＜移動先の表示電極の電位」の関係を満たすように、
前記第１表示電極、第２表示電極及び制御電極に電圧を印加することを特徴とする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について順に説明する。
（代表的な実施態様の構成及び動作）
図１に本発明の代表的な断面構成図の一例を示す。図１では説明の便宜上２画素からなる構成を示している。第１基板１上には第１表示電極４と第２表示電極３とが配置され、また隔壁１０を介して第２基板２が対向配置される。第１基板上の第１表示電極４と第２表示電極３との境界部には、壁または段差からなる構造障壁１１と構造障壁の上方に配置される制御電極５とを備える。図１においては構造障壁１１として壁構造が形成される。両基板と隔壁によって形成される空間内には、透明な絶縁性液体７が充填され、絶縁液体中には着色された帯電泳動粒子６が分散されている。
【００４８】
表示電極の平面形状に特に限定はなく、代表的なストライプ形状（図２（ａ））のほか、方形（図２（ｂ））、円形などの閉ループ形状など、任意の形状が適用可能である。いずれの形状においても、制御電極５は第１表示電極４と第２表示電極３との境界領域に形成される。
【００４９】
本発明の構成上の顕著な特徴は、泳動粒子の移動を抑制する手段として、物理的バリヤとなる構造障壁１１と、電気的バリヤを発生する制御電極５とを併せ持つことにあり、物理的バリヤと電気的バリアとの相乗効果によって、比較的低い制御電圧で泳動粒子の移動を効果的に抑制することができる。また制御電極５を構造障壁１１上に形成し表示電極面に対して高い位置に配置することによって、表示電極面に垂直な保持電圧成分が十分に発生するため、保持電圧の印加時に特表平８−５０７１５４号公報の第２構成において問題となる表示電極面内での泳動粒子の偏りや、上基板側への貼りつき（図３０（ａ），（ｂ））を効果的に抑制することが可能となる。また表示電極の面積が小さい場合でも泳動粒子を溢れ出ることなく保持することができるため、第１表示電極と第２表示電極間に大きな面積差を設定でき、表示コントラストを大幅に向上できる。
【００５０】
図１の構成の具体的なサイズとしては、例えば画素サイズ１００μｍ×１００μｍに対して、泳動粒子径０．５〜１０μｍ、第１基板と第２基板との間隔１０〜１００μｍ、構造障壁１１の高さ５〜５０μｍ程度が好適であり、また各電極の全画素面積に対する面積比については、例えば第１表示電極１０〜３０％、第２表示面積８５〜６５％、制御電極５〜１０％程度が好適である。
【００５１】
セル構成部材の配色は任意の組み合わせが可能であり、例えば泳動粒子６を黒、第１表示電極４を黒、第２表示電極３を白、制御電極５を白とした場合、白表示と黒表示の切り換えが行なえる。第２表示電極３及び制御電極５の着色がＲＧＢである画素を並べることによってカラー化表示を行なうことも可能である。
【００５２】
次に図３および図４を用いて本発明の特徴のひとつである書き込み動作について説明する。図３に各過程における泳動粒子の動作状態、図４に各過程ごとの印加パルス及び反射率変化について示す。セル構成は図１と同じ（但し１画素）である。
【００５３】
以下の説明では泳動粒子６の帯電極性を正とし、第１表示電極４に駆動電圧Ｖｄ１、第２表示電極３に駆動電圧Ｖｄ２、制御電極５に制御電圧Ｖｃを印加するものとする。
【００５４】
期間Ｔａは白表示保持状態である。図３中、薄い矢印はセル内の電界ベクトルの概要を示す。全ての泳動粒子６は第１表示電極４と構造障壁１１及び隔壁１０で囲まれた空間内に収納されており、かつ第１表示電極４と制御電極５の間に印加される保持電圧によって表示電極側に押し付けられ、反射率８０％程度の白表示状態が安定に保持される。
【００５５】
本発明においては、構造障壁１１による物理的バリヤと制御電極５による電気的バリヤとの複合効果により、泳動粒子の第２表示電極３側への直接的な水平移動を禁止するため、特表平８−５０７１５４号公報の構成に比べて、泳動粒子の移動を禁止し保持するための保持電圧を大幅に小さくすることが可能である。図３では保持電圧をＶｃ＝＋１００Ｖとした。
【００５６】
期間Ｔｂにおいて書き込みを行う。泳動粒子の移動を禁止する高い構造障壁１１が存在する本発明の構成においては、構造障壁１１上に配置された制御電極５と第１表示電極４及び第２表示電極３にＶｄ１＜Ｖｃ＜Ｖｄ２の条件を満たす書き込み電圧を印加することによって書き込みが達成される。例えばＶｄ１＝＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝−５０Ｖ、Ｖｃ＝０Ｖを印加することによって、第１表示電極４上の泳動粒子６は、図４に示す電界ベクトル分布に従って、まず制御電極５側に向かって移動し、次に構造障壁１１を乗り越え第２表示電極側へと移動する。
【００５７】
期間Ｔｃは黒表示保持状態であり、第２表示電極側に移動した泳動粒子６が、制御電圧Ｖｃ＝＋１００Ｖによって表示電極側に押し付けられ、反射率１０％程度の黒表示状態が安定に保持される。
【００５８】
図１１および図１２に、本発明における他の書き込み方法を示す。書き込みは期間Ｔｂ１、Ｔｂ２において行なわれる。まず期間Ｔｂ１においてＶｄ１＝Ｖｄ２＝０Ｖ、Ｖｃ＝−５０Ｖを印加し、泳動粒子６を制御電極側に移動する。次に期間Ｔｂ２においてＶｄ１＝＋１００Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ、Ｖｃ＝＋５０Ｖを印加し、泳動粒子６の移動方向を制御電極方向から第２表示電極側ヘと反転させる。この時、第１表示電極４には制御電極５に対して＋５０Ｖのバイアスが印加されているため、全ての泳動粒子６は、第１表示電極側に戻ることなく、構造障壁１１を越え第２表示電極側へと移動し、反射率Ｒは急激に減少する。
【００５９】
この書き込み方法の場合、期間Ｔｂ１においては全ての電界ベクトルが制御電極５に向いているため、構造障壁１１が極端に高い場合であっても泳動粒子６は構造障壁１１に衝突することなく制御電極１１に移動することができる。従って書き込みの信頼性が向上するとともに、構造障壁の高さ等構造の自由度が高くなるという利点を有する。
【００６０】
期間Ｔｃは黒表示保持状態であり、第２表示電極側に移動した泳動粒子６が、制御電圧Ｖｃ＝＋５０Ｖによって表示電極側に押し付けられ、反射率１０％程度の黒表示状態が安定に保持される。
【００６１】
（単純マトリックス駆動方法）
以下、本発明における実施態様の単純マトリックス駆動法について説明する。Ｘ方向にｍ列、Ｙ方向にｎ行の画素が配列したｍ×ｎマトリックスを有する水平移動型電気泳動表示装置を考える。画素配列に沿って、ｍ本の信号電極線が列方向に、ｎ本の信号電極線が行方向に、互いに直交するように配列される。
【００６２】
書き込み方法については複数のバリエーションが考えられる。まず、各電極との配線方式に関しては、各画素の制御電極が走査電極線に、表示電極が信号電極線に配線される場合と、各画素の制御電極が信号電極線に、表示電極が走査電極線に配線される場合との２通りがある。また、書き込み方向については、各走査ラインごとに白状態・黒状態の双方向に対して書き込みを行う場合と、最初に画面全体を一方の状態にリセットしたのち各走査ラインごとに、書き換えが必要な画素についてのみ一方向の書き込みを行う場合とがある。
【００６３】
一例として、各交点において第１信号電極線が各画素の第１表示電極に、第２信号電極線が各画素の第２表示電極に、走査電極線が各画素内の制御電極にそれぞれ配線され、書き込みが双方向に対して行われる場合の駆動方法について図５および図６を用いて説明する。双方向書き込みは、特表平８−５０７１５４号公報で開示された第１の構成では困難であって、障壁の構造が対称である本発明の特徴の一つである。
【００６４】
書き込みはＹ方向に上から順番に走査ラインを選択しながら行なう。選択期間においては、走査ラインに書き込み許可電圧としてＶｃ＝０Ｖを印加し、表示したい画像データに相当する信号を各信号ラインに印加する。即ち、黒状態を書き込みたい画素（図５（ａ））に相当する第１信号ラインにＶｄ１＝＋５０Ｖを、第２信号ラインにＶｄ２＝−５０Ｖを印加し、また白状態を書き込みたい画素（図５（ｂ））に相当する第１信号ラインにＶｄ１＝−５０Ｖを、第２信号ラインにＶｄ２＝＋５０Ｖを印加する。書き込み動作の詳細な説明については図３および図４の説明と同様なので省略する。以上のようにして、期間Ｔｂにおいて黒・白双方向への書き込みが同時に行なわれる。
【００６５】
一方、非選択期間においては走査ラインに書き込み禁止電圧（保持電圧）としてＶｃ＝＋１００Ｖが印加される。本発明においては制御電極５を構造障壁１１上に形成し表示電極面に対して高い位置に配置することによって、表示電極面に垂直な保持電圧成分が発生し、泳動粒子を表示電極面上に十分に押し付けることができる。各信号ラインに黒書き込み信号が印加された状態（図６（ｃ），（ｅ））、または白書き込み信号が印加された状態（図６（ｄ），（ｆ））においても、特表平８−５０７１５４号公報の第２の構成で問題であったような表示電極面内での泳動粒子の偏りや、上基板側への貼りつきを効果的に抑制することが可能となる。
【００６６】
駆動方法の他の一例として、書き込み方向が一方向の場合について図７〜図１０を用いて説明する。図７および図８においては電極の配線方式は図５および図６と同じく走査電極線を制御電極、信号電極線を表示電極に配線する。また図９および図１０においては、電極の配線方式は図５および図６とは異なり走査電極線を表示電極、信号電極線を制御電極に配線する。いずれの場合も、書き込み方向が一方向の場合は各画素には２ラインの信号電極線は不要であり、第２表示電極は共通電極として接地電位に短絡される。
【００６７】
以下図７および図８の駆動方法について説明する。まず最初に、全ての走査電極線にＶｃ＝−５０Ｖ、全ての信号電極線にＶｄ１＝−１００Ｖを印加し、画面全体を白状態にリセットする（図７（ａ））。
【００６８】
書き込みはＹ方向に上から順番に走査ラインを選択しながら行なう。選択期間においては、走査ラインに書き込み許可電圧としてＶｃ＝＋５０Ｖを印加し、表示したい画像データに相当する信号を各信号ラインに印加する。即ち、黒状態を書き込みたい画素（図７（ｂ））に相当する信号ラインにＶｄ１＝＋１００Ｖを印加することによって黒状態への書き込みが行われ、また白状態を書き込みたい画素（図７（ｃ））に相当する信号ラインにＶｄ１＝０Ｖを印加することによって白状態が維持される。以上のようにして、選択期間において所望の画素に対してのみ黒状態への一方向書き込みが行なわれる。
【００６９】
一方、非選択期間においては走査ラインに書き込み禁止電圧（保持電圧）としてＶｃ＝＋１５０Ｖが印加され、各信号ラインに黒書き込み信号が印加された状態（図８（ｄ），（ｆ））、または黒書き込み信号が印加されない状態（図８（ｅ），（ｇ））のそれぞれにおいて、図５および図６の場合と同様に表示状態が良好に保持される。
【００７０】
以下図９および図１０の駆動方法について説明する。まず最初に、全ての走査電極線にＶｄ１＝−１００Ｖ、全ての信号電極線にＶｃ＝−５０Ｖを印加し、画面全体を白状態にリセットする（図９（ａ））。
【００７１】
書き込みはＹ方向に上から順番に走査ラインを選択しながら行なう。選択期間においては、走査ラインに黒書き込み電圧としてＶｄ１＝＋１００Ｖを印加し、表示したい画像データに相当する信号を各信号ラインに印加する。即ち、黒状態を書き込みたい画素（図９（ｂ））に相当する信号ラインに書き込み許可信号としてＶｃ＝＋５０Ｖを印加することによって黒状態への書き込みが行われ、また白状態を保持したい画素（図９（ｃ））に相当する信号ラインに書き込み禁止信号としてＶｃ＝＋１５０Ｖを印加することによって白状態が維持される。以上のようにして、選択期間において所望の画素に対してのみ黒状態への一方向書き込みが行なわれる。
【００７２】
一方、非選択期間においては走査ラインに書き込み信号は印加されずＶｄ１＝０Ｖとし、各信号ラインに書き込み許可信号が印加された状態（図１０（ｄ），（ｆ））、または書き込み禁止信号が印加された状態（図１０（ｅ），（ｇ））のそれぞれにおいて、図５および図６の場合と同様に表示状態が良好に保持される。
【００７３】
続いて駆動方法の他の一例として、書き込み期間が２分割された書き込み方式（図１１および図１２）による駆動方法について図１３〜１５を用いて説明する。走査ラインを制御電極、第１信号ラインを第１表示電極、第２信号ラインを第２表示電極にそれぞれ配線し、書き込みは各ライン毎に双方向に対して行なう。この場合、初期全面リセットは不要である。
【００７４】
選択期間においては、第１走査ラインにＶｃ＝−５０Ｖ（期間Ｔｂ１）／０Ｖ（期間Ｔｂ２）を印加する。同時に、黒表示書き込みを行なう画素（図１３（ａ））に相当する第１信号ラインにＶｄ１＝０Ｖ／＋５０Ｖを、第２信号ラインにＶｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖを印加する。また、白表示書き込みを行なう画素（図１３（ｂ））に相当する第１信号ラインにＶｄ１＝０Ｖ／−５０Ｖを、第２信号ラインにＶｄ２＝０Ｖ／＋５０Ｖを印加する。書き込みの動作については図１１および図１２において説明ずみであるので省略する。
【００７５】
一方、非選択期間においては走査ラインにＶｃ＝＋５０Ｖ／＋１００Ｖが印加される。信号ラインに関しては、選択期間と同様に、黒表示書き込み信号として第１信号ラインにＶｄ１＝０Ｖ／＋５０Ｖが、第２信号ラインにＶｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖが印加される（図１４（ｄ），（ｅ））。また、白表示書き込み信号として第１信号ラインにＶｄ１＝０Ｖ／−５０Ｖが、第２信号ラインにＶｄ２＝０Ｖ／＋５０Ｖが印加される（図１５（ｆ），（ｇ））。いずれの場合においても、表示電極面に垂直な保持電圧成分が発生し、泳動粒子６を表示電極面上に十分に押し付けることができるため表示状態が安定に保持される。
【００７６】
（構成のバリエーション）
本発明の構成は、図１のタイプに限定されるものではない。例えば構造障壁１１の断面形状は長方形に限定される訳ではなく、三角形、台形など任意の形状が適用可能であるのはいうまでもない。また制御電極５の位置は必ずしも構造障壁１１の最上部に配置される必要はなく、表示電極面に対して上方であれば障壁の中間部に埋設されてもよく、また障壁の側壁に形成されてもよい。以下本発明において有効な構成について図を用いながら更に説明する。
【００７７】
図１６（ａ）に、障壁が段差であるタイプを示す。制御電極５は段差のエッジ部に配置される。駆動方法は図１と同様であるが、書き込み方法は一方向書き込みに限定される。段差１２の高さは泳動粒子径の数倍〜数十倍と大きく、制御電極への保持電圧印加によって表示電極面に垂直な保持電圧成分が発生し、泳動粒子を表示電極面上に十分に押し付けることができる。特表平８−５０７１５４号公報において提案された段差とは、高さ及び機能が異なるものである。
【００７８】
図１６（ｂ）に、図１の変形として、面積の大きい第２表示電極面３を第１表示電極面４よりも高い位置に配置する構成を示す。図１の構成において表示電極面を斜めから観察する場合、構造障壁１１が視界を遮る領域が表示電極面上に発生する。これは第２制御電圧の配置された構造障壁１１の先端部と泳動粒子６の充填面上端との距離が大きい第２表示電極面３において特に顕著であり、構造障壁１１と第２制御電極を透明部材で構成してもやや表示視野角特性に影響を与える場合がある。面積の大きい第２表示電極面３を第１表示電極面４よりも高い位置に配置することによって、第２表示電極面３における充填面上端と障壁先端間の距離を第１表示電極と同程度に揃えることが可能となる。この構成ではさらに、第１表示電極面４と第２表示電極面３の最表面にある泳動粒子６の、水平方向への移動抑制効果が等しくなるという利点もある。
【００７９】
図１７に、図１６（ａ）で示した段差タイプのバリエーションを示す。上段側に位置する第２表示電極面３の下側の段差壁面部に、表示面観察者からは視認不可能な、遮蔽空間１５を形成することによって、第１表示電極面上の泳動粒子充填体積を増やすと同時に、第１表示電極４と第２表示電極３との実効的な面積比を、見かけ上大きくして表示コントラストを向上させることができる。例えば段差断面を逆テーパ形状にする構成（図１７（ａ））、オーバーハング形状にする構成（図１７（ｂ））によって、遮蔽空間１５を形成することができる。
【００８０】
以上の記述においては説明の便宜上、第１表示電極と第２表示電極が一画素内に一対配置された構成について示してきたが、本発明においては一画素内の電極数について特に限定はなく、複数の表示電極対が配置される構成が可能であることはいうまでもない。図１８に図１のタイプにおいて一画素内に電極対が２組配置される構成について示す。構造障壁１１及び制御電極５は、第１表示電極と第２表示電極の全ての境界に形成される。
【００８１】
（構成部材の材料・製造方法）
以下、本実施態様の表示装置の製造方法について、図１を用いて説明する。
まず第１基板１上に、第１表示電極４及び第２表示電極３を形成しパターンニングする。基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等のボリマーフィルム或いはガラス、石英等の無機材料を使用することができる。表示電極材料は、パターニング可能な導電性材料ならどのようなものを用いてもよく、第１制御電極材料としては、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）などの透明電極を用いる。
【００８２】
次に表示電極上に絶縁層を形成する。絶縁層の材料としては薄膜でピンホールが形成しづらく、かつ誘電率の低い材料が好ましく、例えば、アモルファスフッ素樹脂、高透明ポリイミド、ＰＥＴ、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等を使用できる。絶縁層の膜厚としては、１００ｎｍ〜１μｍ程度が好適である。
【００８３】
次に構造障壁１１を形成する。障壁用厚膜、制御電極膜、レジスト膜を順次全面に形成した後、最上面のレジスト膜をパターンニングし、制御電極膜、段差用厚膜を順次ドライエッチングまたはウエットエッチングすればよい。図１６、図１７に示すような段差１２の場合には、段差用厚膜を形成後、第２制御電極膜及び制御電極膜を成膜・パターンニングし、次にレジスト膜を新たに形成・パターンニングし、段差用厚膜をドライエッチングまたはウエットエッチングすればよい。また、エッチング方式及び条件を調整することによって、図１７に示すような、逆テーパー形状（図１７（ａ））、或いはオーバーハング形状（図１７（ｂ））の断面を持つ段差を形成することができる。障壁または段差材料としてはポリマー樹脂を使用する。制御電極膜または第２表示電極膜材料は、パターニング可能な導電性材料ならどのようなものを用いてもよく、金属薄膜の成膜の他、マグネトロンスパッタ法によってＩＴＯを低温成膜してもいいし、ポリアニリンなどの有機導電性材料を印刷法によって成膜してもよい。必要に応じて制御電極５上に絶縁層を形成してもよい。
【００８４】
制御電極５の色は透明でもよいが、第１表示電極か第２表示電極のいずれか一方に一致させてもよい。表示電極面３、４及び制御電極面５の着色は、電極材料、あるいは電極材料の上に形成される絶縁層材料そのものの色を利用してもよく、又は所望の色の材料層を電極上、絶縁層上、基板面上に形成してもよい。また、絶縁層などに着色材料を混ぜ込んでもよい。
【００８５】
次に、第２基板上に絶縁層９及び隔壁１０を形成する。絶緑層の材料、膜厚については前述のとうりである。隔壁１０の配置に制限はないが、画素間で泳動粒子６が移動しないように、各画素の周囲を取り囲むように配置するのがよい。隔壁材料としてはポリマー樹脂を使用する。隔壁形成はどのような方法を用いてもよい。例えば、光感光性樹脂層を塗布した後露光及びウエット現像を行う方法、又は別に作製した障壁を接着する方法、印刷法によって形成する方法、或いは光透過性の第１基板表面にモールドによって形成しておく方法等を用いることができる。
【００８６】
次に隔壁で囲まれた各画素空間に透明な絶縁性液体７及び着色帯電泳動粒子６を充填する。絶縁性液体７としては、シリコーンオイル、トルエン、キシレン、高純度石油等の無色透明液体を使用する。黒色帯電泳動粒子６としては、絶縁性液体中で良好な帯電特性を示す材料を用いる。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂にカーボンなどを混ぜたものを使用する。泳動粒子６の粒径に制限はないが、通常は平均粒子径０．５μｍ〜２０μｍ位、好ましくは１μｍ〜５μｍのものを使用する。
【００８７】
最後に、第１基板１の第２基板２との接合面に接着層を形成した後、第１基板及び第２基板の位置合わせを行い、熱をかけて接着する。これに、電圧印加手段を接続して表示装置が完成する。
【００８８】
【実施例】
以下、実施例に従って本発明を更に詳しく説明する。
【００８９】
実施例１
本実施例では、図１に示すセル構成で、３×３マトリックス表示セルを作成し、双方向書き込みによる単純マトリックス駆動を行なった。図１の構成においては、泳動粒子の水平方向への移動を双方向に対して禁止することができ、従って黒状態と白状態の双方向に対して書き込みを行なうことができる。双方向書き込み駆動は、特表平８−５０７１５４号公報で開示された第１の構成では困難であって、障壁の構造が対称である本発明の特徴の一つである。
【００９０】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図１９に示す。一画素サイズは２００μｍ×２００μｍ、第１表示電極、第２制御電極、第２表示電極の面積比は２０：５：７５とした。
【００９１】
以下、図１及び図１９を見ながら、セルの製造方法について簡単に説明する。厚さ２００μｍのＰＥＴフィルムからなる第１基板１上に、まずアルミナなどの白色顔料を分散させたアクリル樹脂からなる絶縁着色層を全面に形成した。次に第２表示電極３としてＩＴＯを低温成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより図１９に示す形状にパターニングした。次に第１表示電極４として暗黒色の炭化チタン膜を成膜し、同様にしてパターニングした。
【００９２】
次にエボキシ樹脂を３０μｍの膜厚で塗布し、続いて制御電極膜として暗黒色の炭化チタン膜を成膜し、続いてレジスト膜を塗布・露光・現像し図１９に示すような形状にパターンニング、最後にＣＦ４ 及びＯ２ガスによる反応性ドライエッチングを行ない、高さ３０μｍの障壁１１上に炭化チタンからなる制御電極５が配置された構造体を形成した。次に、全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層８を２００ｎｍ形成した。
【００９３】
続いて、ＰＥＴフィルムからなる第２基板２の全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層９を２００ｎｍの厚さに形成した。この上に、隔壁１０を形成した。隔壁１０は、光感光性エポキシ樹脂を塗布した後、露光及びウエット現像を行うことによって形成し、７０μｍの高さとした。形成された隔壁内に絶縁性液体７及び黒色帯電泳動粒子６を充填した。
【００９４】
絶縁性液体１としては、シリコーンオイルを使用した。黒色帯電泳動粒子６としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、平均粒径５μｍのものを使用した。シリコーンオイル中での泳動粒子６の極性は正帯電を示した。次に、第１基板１の第２基板２との接着面に熱融着性の接着層パターンを形成し、第２基板２の隔壁上に、位置合わせを行ないながら第１基板１を置き、熱をかけて張り合わせシート状の表示パネルを完成した。この表示パネルに不図示の電圧印加回路を接続して駆動特性を評価した。
【００９５】
以下、本実施例における駆動方法の説明を行なう。
制御電極を走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）、第１表示電極を第１信号ライン（Ｉ１１〜Ｉ１３）、第２表示電極を第２信号ライン（Ｉ２１〜Ｉ２３）とした。
【００９６】
図２０（ａ）に、各走査ライン及び信号ラインに印加した駆動パルスのタイムチャート図を、図２０（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。各期間は５０ｍｓｅｃである。
【００９７】
本実施例においては双方向への書き込みが可能であるので、初期動作として全面リセットをする必要はない。初期表示パターンとして期間Ｔ０に示すパターンを与え、全画素を各走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）ごとに反転表示することとする。尚、本実施例においては図５および図６で説明した駆動方法によって書き込みを行なった。書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については、図５および図６と同様であるので説明を省略する。
【００９８】
以下、タイムチャート図に従って駆動方法を順に説明する。期間Ｔ１おいて選択走査ラインであるＳ１に対してＶｃ＝０Ｖ、非選択走査ラインであるＳ２、Ｓ３に対してＶｃ＝＋１００Ｖを印加し、画素（１，１）（１，３）に相当する第１信号ラインＩ１１，Ｉ１３及び第２信号ラインＩ２１，Ｉ２３にそれぞれに白表示書き込みパルスとして、Ｖｄ１＝−５０Ｖ、Ｖｄ２＝＋５０Ｖを印加し、また画素（１，２）に相当する第１信号ラインＩ１２及び第２信号ラインＩ２２にそれぞれに黒表示書き込みパルスとして、Ｖｄ１＝＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝−５０Ｖを印加した。その結果、選択走査ラインＳ１の全ての画素が書き換えられ反転表示され、また非選択走査ラインＳ２，Ｓ３における各画素では初期表示状態が保持された。
【００９９】
以下、期間Ｔ２、Ｔ３において同様の駆動を行なった結果、目的の反転表示パターンが良好なコントラストで得られた。得られた表示には、クロストーク現象、及び泳動粒子の移動不良、保持不良によるコントラストの劣化は一切認められず、白表示と黒表示の平均的なコントラストは１０：１程度の高い値を示した。
【０１００】
実施例２
本実施例では、図１６（ａ）に示す段差を有するセル構成で、３×３マトリックス表示セルを作成し、一方向書き込みによる単純マトリックス駆動を行なった。
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図２１に示す。一画素サイズは２００μｍ×２００μｍ、第１表示電極、制御電極、第２表示電極の面積比は２０：５：７５とした。
【０１０１】
以下、図２１及び図１６（ａ）を見ながら、セルの製造方法について概略を説明する。厚さ２００μｍのＰＥＴフィルムからなる第１基板１上に、まずアルミナなどの白色顔料を分散させたアクリル樹脂からなる絶縁着色層を全面に形成した。次に第１表示電極４として暗黒色の炭化チタン膜を成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより図に示す形状にパターニングした。
【０１０２】
次にエポキシ樹脂を３０μｍの膜厚で塗布、続いてレジスト膜を塗布・露光・現像し第２表示電極のネガパターンを形成、続いてＩＴＯ薄膜をマグネトロンスパッタ法よって低温成膜したのちレジスト膜をリフトオフし、第２表示電極３をパターンニングした。さらにアクリル樹脂からなる絶縁層を１μｍ成膜し、続いて制御電極膜として暗黒色の炭化チタン膜を成膜、第２表示電極３と同様にして制御電極５をパターニングした。続いてレジスト膜によって段差および配線パターンを形成し、最後にＣＦ４ 及びＯ２ガスによる反応性ドライエッチングを行ない、高さ３０μｍの段差上に第２表示電極３及び制御電極５が配置された構造体を形成した。次に、全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層８を２００ｎｍ形成した。
【０１０３】
その後、実施例１と全く同様のプロセスによって、シート状の表示パネルを完成した。この表示パネルに不図示の電圧印加回路を接続して駆動特性を評価した。
【０１０４】
以下、本実施例における駆動方法の説明を行なう。
第１表示電極を走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）、制御電極を信号ライン（Ｉ１〜Ｉ３）とし、第２表示電極を共通電極として接地電位に短絡した。
【０１０５】
図２２（ａ）に、各走査ライン及び信号ラインに印加した駆動パルスのタイムチャート図を、図２２（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。１走査ライン選択期間（ＴＲ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を５０ｍｓｅｃに設定した。
【０１０６】
駆動は、まず最初に全面を白表示にリセットし次に走査ライン毎に、設定した表示パターンに対応する選択画素（１，２），（２，１），（２，３），（３，２）に対して、一方向（白表示→黒表示）への書き込みを行なった。書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については、図９および図１０と同様であるので説明を省略する。
【０１０７】
以下、タイムチャート図に従って駆動方法を順に説明する。まず期間ＴＲにおいて、全ての走査ラインＳ１〜Ｓ３に対してＶｄ１＝−１００Ｖ、全ての信号ラインＩ１〜Ｉ３に対してＶｃ＝−５０Ｖを印加し、全画素を白表示状態にリセットした。
【０１０８】
次に期間Ｔ１において選択走査ラインであるＳ１に対してＶｄ１＝＋１００Ｖ、非選択走査ラインであるＳ２、Ｓ３に対してＶｄ１＝０Ｖ、黒書き込みを行う選択画素化（１，２）に相当する信号ラインＩ２にＶｃ＝＋５０Ｖ、白状態を保持する非選択画素（１，１），（１，３）に相当する第１信号ラインＩ１，Ｉ３にＶｃ＝＋１５０Ｖをそれぞれ印加した。その結果、選択走査ライン上の選択画素（１，２）のみが黒表示に書き換えられ、非選択画素（１，１），（１，３）、及び非選択走査ライン上の各画素では白表示が保持された。
【０１０９】
以下、期間Ｔ２、Ｔ３において選択画素パターンに従って同様の駆動を行なった結果、目的の表示パターンが良好なコントラストで得られた。得られた表示には、クロストーク現象、及び泳動粒子の移動不良、保持不良によるコントラストの劣化は一切認められず、白表示と黒表示の平均的なコントラストは１０：１程度の高い値を示した。
【０１１０】
実施例３
本実施例では、図１に示すセル構成で、３×３マトリックス表示セルを作成し、図１１〜図１５に示す２つの書き込み期間からなる双方向書き込みによる単純マトリックス駆動を行なう。
【０１１１】
駆動特性の評価は、実施例１で作成した表示セルに不図示の電圧印加回路を接続して行なった。以下、本実施例における駆動方法について説明する。
制御電極を走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）、第１表示電極を第１信号ライン（Ｉ１１〜Ｉ１３）、第２表示電極を第２信号ライン（Ｉ２１〜Ｉ２３）とした（図１９）。
【０１１２】
図２３（ａ）に、各走査ライン及び信号ラインに印加した駆動パルスのタイムチャート図を、図２３（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。本実施例においては、図１１〜図１５において説明した駆動方法によって書き込みを行なった。一走査ラインあたりの選択期間は、期間前半３０ｍｓｅｃ、期間後半３０ｍｓｅｃとした。書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については、図１１〜図１５と同様であるので説明を省略する。
【０１１３】
本実施例においては双方向への書き込みが可能であるので、初期動作として全面リセットをする必要はない。そこで初期表示パターンとして期間Ｔ０に示すパターンを与え、全画素を各走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）ごとに反転表示することとする。
【０１１４】
以下、タイムチャート図に従って駆動方法を順に説明する。期間Ｔ１において選択走査ラインであるＳ１に対してＶｃ＝−５０Ｖ（期間前半Ｔ１１）／０Ｖ（期間後半Ｔ１２）、非選択走査ラインであるＳ２、Ｓ３に対してＶｃ＝＋５０／＋１００Ｖを印加し、同時に画素（１，１）（１，３）に相当する第１信号ラインＩ１１，Ｉ１３及び第２信号ラインＩ２１，Ｉ２３にそれぞれに白表示書き込みパルスとして、Ｖｄ１＝０Ｖ／−５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ／＋５０Ｖを印加し、また画素（１，２）に相当する第１信号ラインＩ１２及び第２信号ラインＩ２２にそれぞれに黒表示書き込みパルスとして、Ｖｄ１＝０Ｖ／＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖを印加した。その結果、選択された一行目の走査ライン上の全ての画素が書き換えられ反転表示された。また２、３行目の非選択走査ライン上の各画素では初期表示状態が保持された。
【０１１５】
以下、期間Ｔ２、Ｔ３において同様の駆動を行なった結果、目的の反転表示パターンが良好なコントラストで得られた。得られた表示には、クロストーク現象、及び泳動粒子の移動不良、保持不良によるコントラストの劣化は一切認められず、白表示と黒表示の平均的なコントラストは１０：１程度の高い値を示した。
【０１１６】
比較例１
比較例１として、特表平８−５０７１５４号公報において開示された図２４（ａ）に示すセル構成で、３×３マトリックス表示セルを作成し、一方向書き込みによる単純マトリックス駆動を行なった。
【０１１７】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図３１に示す。一画素サイズは２００μｍ×２００μｍ、第１表示電極と第２表示電極の面積比３５：６５、第１基板と第２基板間の間隔７０μｍ、段差高０．３μｍとし、平均粒子径１μｍの正帯電泳動粒子を用いた。表示電極と泳動粒子の配色は図１と同様である。
【０１１８】
以下、図２４（ａ）及び図３１を見ながら、セルの製造方法について簡単に説明する。厚さ２００μｍのＰＥＴフィルムからなる第１基板１上に、まずアルミナなどの白色顔料を分散させたアクリル樹脂からなる絶縁着色層を全面に形成した。次に第１表示電極４として暗黒色の炭化チタン膜を成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより図に示す形状にパターニングした。
【０１１９】
次にエポキシ樹脂を０．３μｍの膜厚で塗布し、続いて第２表示電極としてＩＴＯ薄膜をマグネトロンスパッタ法よって低温成膜した。続いてレジスト膜を塗布し、図３１に示すような形状にパターンニング、最後にＣＦ４ 及びＯ２ ガスによる反応性ドライエッチングを行ない、高さ０．３μｍのステップ上にＩＴＯからなる第２表示電極が配置された構造体を形成した。次に、全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層８を２００ｎｍ形成した。
【０１２０】
続いて、ＰＥＴフィルムからなる第２基板２上に制御電極５としてＩＴＯを低温成膜したのち、図３１に示す形状にパターニングし、次に全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層９を２００ｎｍ形成した。この上に、隔壁１０を形成した。隔壁１０は、光感光性エポキシ樹脂を塗布した後、露光及びウエット現像を行うことによって形成し、７０μｍの高さとした。形成された隔壁内に絶縁性液体７及び黒色帯電泳動粒子６を充填した。
【０１２１】
絶縁性液体１としては、シリコーンオイルを使用した。黒色帯電泳動粒子６は、実施例１と同じくポリスチレンとカーボンの混合物で、平均粒径１μｍ位のものを使用した。シリコーンオイル中での泳動粒子６は正帯電極性を示した。次に、第１基板１の第２基板２との接着面に熱融着性の接着層パターンを形成し、第２基板２の隔壁上に、位置合わせを行ないながら第１基板１を置き、熱をかけて張り合わせた。これに不図示の電圧印加回路を接続して表示装置とした。
【０１２２】
以下駆動方法について説明する。
第１表示電極を走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）、制御電極を信号ライン（Ｉ１〜Ｉ３）とし、第２表示電極をコモン電極として接地電位に固定した。
【０１２３】
図３２（ａ）に、各走査ライン及び信号ラインに印加した駆動パルスのタイムチャート図を、図３２（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。１走査ライン選択期間（ＴＲ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）は５０ｍｓｅｃに設定した。
【０１２４】
駆動は、まず最初に全面を白表示にリセットし次に走査ライン毎に、設定した表示パターンに対応する選択画素（１，２），（２，１），（２，３），（３，２）に対して、一方向（白表示→黒表示）への書き込みを行なった。尚、本実施例においては図２５〜図２８で説明した駆動方法によって書き込みを行なった。書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については、図２５〜図２８と同様であるので説明を省略する。
【０１２５】
以下、タイムチャート図に従って駆動方法を順に説明する。期間ＴＲにおいては、全走査ラインＳ１〜Ｓ３に対してＶｄ＝−５０Ｖ、全信号ライン１１〜１３に対してＶｃ＝０Ｖを印加し、全画素を白表示にリセットした。
【０１２６】
次に期間Ｔ１において選択走査ラインであるＳ１に対してＶｄ＝＋５０Ｖ、非選択走査ラインであるＳ２、Ｓ３に対してＶｄ＝＋５Ｖを印加し、選択画素（１，２）に相当する信号ライン１２にＶｃ＝＋５０Ｖを、非選択画素（１，１），（１，３）に相当する信号ラインＩ１，Ｉ３にはＶｃ＝＋２５０Ｖを印加した。その結果、選択走査ラインＳ１の選択画素（１，２）のみが黒表示に書き換えられ、非選択画素（１，１），（１，３）、及び非選択走査ラインＳ２，Ｓ３における各画素では白表示が保持された。但し、非選択画素（１，１），（１，３）においては制御電圧Ｖｃ＝＋２５０Ｖによる泳動粒子の押え込みは不十分であり、図２７（ｃ）に示したように一部の泳動粒子が第２表示電極側に移動してしまい、図３２（ｂ）に示すような灰色がかった表示になってしまった。
【０１２７】
以下、期間Ｔ２、Ｔ３において選択画素パターンに従って同様の駆動を行なった結果、目的の表示パターンが得られたが、白表示が全体的に灰色がかっており表示コントラストは劣悪であった。白表示と黒表示の平均的なコントラストは３：１程度であった。また、本比較例で用いた制御電圧は＋２５０Ｖであったが、まだ不十分であり更に増大させる必要があった。
【０１２８】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明によって次のような効果が得られた。
第１に、水平移動型電気泳動装置においてクロストーク現象の見られない、良好な表示コントラストが得られる単純マトリックス駆動が実現された。これは新規な構成と駆動方法によって、従来問題であった、非選択画素内の泳動粒子のホールド不良によるクロストークの発生を、ほぼ完全に抑えこめたことによる。
第２に、構造障壁による物理バリアと、構造障壁の上方に形成される制御電極による電気バリアとの相乗効果によって、泳動粒子の保持に要する制御電圧を大幅に低減できるようになった。
【０１２９】
第３に、制御電極を含めた駆動に関係する全ての構成要素を単一基板上に配置することができる。これにより、上下基板貼り合わせ工程での位置合わせ精度が不要となり、特に位置合わせ精度を高めることが原理的に困難なプラステック基板を用いて解像度の高い表示を実現することができるようになるという大きな利点が得られる。
【０１３０】
第４に、高い障壁または段差を導入する構成においては、第１表示電極と第２表示電極との面積比を従来より大きく設定できるようになった。これによって、クロストーク抑制とは別の理由による、更なるコントラストの向上が実現された。
第５に、双方向の書き込み駆動ができるようになった。このため、初期全面リセットの必要がなく、また表示画面の一部分のみを書き換える部分書き換え駆動ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の代表的な一例を示す断面図である。
【図２】本発明の表示装置の代表的な一例を示す平面図である。
【図３】本発明の表示装置の駆動方法及び動作状態の代表的な一例を示す図である。
【図４】図３の表示装置の駆動方法及び動作状態の他の部分を示す図である。
【図５】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の代表的な一例を示す図である。
【図６】図５の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図７】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の代表的な他の例を示す図である。
【図８】図７の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図９】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の代表的な他の例を示す図である。
【図１０】図９の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図１１】本発明の表示装置の駆動方法及び動作状態の代表的な他の一例を示す図である。
【図１２】図１１の表示装置の駆動方法及び動作状態の他の部分を示す図である。
【図１３】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の代表的な他の例を示す図である。
【図１４】図１３の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図１５】図１３の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図１６】本発明の表示装置の代表的な他の例を示す断面図である。
【図１７】本発明の表示装置の代表的な他の例を示す断面図である。
【図１８】本発明の表示装置の代表的な他の例を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施例１において作成した３×３マトリックスを示す平面構成図である。
【図２０】本発明の実施例１で行なった駆動のタイムチャート及び表示パターンを示す図である。
【図２１】本発明の実施例２において作成した３×３マトリックスを示す平面構成図である。
【図２２】本発明の実施例２で行なった駆動のタイムチャート及び表示パターンを示す図である。
【図２３】本発明の実施例３で行なった駆動のタイムチャート及び表示パターンを示す図である。
【図２４】従来例における表示装置を示す断面図である。
【図２５】従来例における表示装置の駆動方法及び動作状態を示す図である。
【図２６】図２５の表示装置の駆動方法及び動作状態の他の部分を示す図である。
【図２７】従来例における表示装置の単純マトリックス駆動法を示す図である。
【図２８】図２７の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図２９】従来例における表示装置の問題点を示す説明図である。
【図３０】従来例における表示装置の他の問題点を示す説明図である。
【図３１】比較例１で作成した３×３マトリックスを示す平面構成図である。
【図３２】比較例１で行なった駆動のタイムチャート及び表示パターンを示す図である。
【符号の説明】
１ 第１基板
２ 第２基板
３ 第２表示電極
４ 第１表示電極
５ 制御電極
５ａ 制御電極
６ 泳動粒子
７ 透明絶縁性液体
８、９ 絶緑膜
１０ 隔壁
１１ 構造障壁
１２ 段差
１５ 遮蔽空間
２２ 段差
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電泳動粒子を移動させて表示を行う電気泳動型表示装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達に伴い、各種情報のデータ量は拡大の一途をたどり、情報の出力も様々な形態を用いてなされている。一般に、情報の出力は、ブラウン管や液晶などを用いたディスプレイ表示とプリンタなどによる紙へのハードコピー表示とに大別できる。ディスプレイ表示においては、低消費電力且つ薄型の表示装置のニーズが増しており、中でも液晶表示装置は、こうしたニーズに対応できる表示装置として活発な開発が行われ商品化さてれいる。しかしながら、現在の液晶表示装置には、画面を見る角度や、反射光により、画面上の文字が見ずらく、また光源のちらつき・低輝度等から生じる視覚への負担が、未だ十分に解決されていない。またブラウン管を用いたディスプレイ表示では、コントラストや輝度は液晶表示と比較して十分あるものの、ちらつきが発生するなど後述するハードコピー表示と比較して十分な表示品位があるとはいえない。また装置が大きく重いため携帯性が極めて低い。
【０００３】
一方、ハードコピー表示は情報の電子化により不要になるものと考えられていたが、実際には依然膨大な量のハードコピー出力が行われている。その理由として、情報をディスプレイ表示した場合、前述した表示品位に係わる問題点に加えて、その解像度も一般的には最大でも１２０ｄｐｉ程度と紙へのプリント・アウト（通常３００ｄｐｉ以上）と比較して相当に低い。従って、ディスプレイ表示ではハードコピー表示と比較して視覚への負担が大きくなる。その結果、ディスプレイ上で確認可能であっても、一旦ハードコピー出力することがしばしば行われることになる。また、ハードコピーされた情報は、ディスプレイ表示のように表示領域がディスプレイのサイズに制限されることなく多数並べたり、また複雑な機器操作を行わずに並べ替えたり、順に確認していくことができることも、ディスプレイ表示可能であってもハードコピー表示が併用される大きな理由である。さらには、ハードコピー表示は、表示を保持するためのエネルギーは不要であり、情報量が極端に大きくない限り、何時でもどこでも情報を確認することが可能であるという優れた携帯性を有する。
【０００４】
このように動画表示や頻繁な書き換えなどが要求されない限り、ハードコピー表示はディスプレイ表示と異なる様々な利点を有するが、紙を大量に消費するという欠点がある。そこで、近年においては、リライタブル記録媒体（視認性の高い画像の記録・消去サイクルが多数回可能で、表示の保持にエネルギーを必要としない記録媒体）の開発が盛んに進められている。こうしたハードコピーの持つ特性を継承した書き換え可能な第３の表示方式をペーパーライクディスプレイと呼ぶことにする。
【０００５】
ペーパーライクディスプレイの必要条件は、書き換え可能であること、表示の保持にエネルギーを要さないか若しくは十分に小さいこと（メモリー性）、携帯性に優れること、表示品位が優れていることなどである。現在、ペーパーライクディスプレイとみなせる表示方式としては、例えば、サーマルプリンターヘッドで記録・消去する有機低分子・高分子樹脂マトリックス系（例えば、特開昭５５−１５４１９８号公報、特開昭５７−８２０８６号公報）を用いた可逆表示媒体を挙げることができる。この系は一部プリペイドカードの表示部分として利用されているが、コントラストが余り高くないことや、記録・消去の繰り返し回数が１５０〜５００回程度と比較的少ないなどの課題を有している。
【０００６】
また、別のペーパーライクディスプレイとして利用可能な表示方式として、Ｈａｒｏｌｄ Ｄ．Ｌｅｅｓ等により発明された電気泳動表示装置（米国特許第３６１２７５８号明細書）が知られている。他にも、特開平９−１８５０８７号公報に電気泳動表示装置が開示されている。
【０００７】
この表示装置は、絶縁性液体中に着色帯電泳動粒子を分散させてなる分散系と、この分散系を挟んで対峙する一対の電極からなっている。電極を介して分散系に電圧を印加することにより、着色帯電泳動粒子の電気泳動性を利用して、該着色帯電泳動粒子を粒子自身が持つ電荷と反対極性の電極側にクーロン力により吸着させるものである。表示は、この着色帯電泳動粒子の色と染色された絶縁性液体の色の違いを利用して行われる。つまり、着色帯電泳動粒子が観測者に近い光透過性の第１の電極表面に吸着させた場合には着色帯電泳動粒子の色が観察され、逆に観測者から遠い第２の電極表面に吸着させた場合には、着色帯電泳動粒子と光学的特性が異なるように染色された絶縁性液体の色が観察される。
【０００８】
しかしながら、このような電気泳動装置では、絶縁性液体に染料やイオンなどの発色材を混合しなくてはならず、このような発色材の存在は、新たな電荷の授受をもたらすために電気泳動動作において不安定要因として作用しやすく、表示装置としての性能や寿命、安定性を低下させる場合があった。
【０００９】
係る問題を解決するために、第１表示電極及び第２表示電極からなる電極対を同一基板上に配置し、観察者から見て着色帯電泳動粒子を水平に移動させる表示装置が、特開昭４９−５５９８号公報及び特開平１１−２０２８０４号公報において提案された。電気泳動特性を利用して、透明な絶縁性液体中で着色帯電泳動粒子を電圧印加により、第１表示電極面及び第２電極面間を、基板面と水平に移動させることによって表示を行うものである。
【００１０】
水平移動型電気泳動表示装置においては、絶縁性液体は透明である場合が多く、観察者側から見て、第１表示電極と第２表示電極が異なる着色を呈し、いずれか一方の色を泳動粒子の色と一致させてある。例えば第１表示電極の色を黒色、第２表示電極の色を白色、泳動粒子の色を黒色とすると、泳動粒子が第１電極上に分布する場合には、第２表示電極が露出し白色を呈し、泳動粒子が第２表示電極上に分布する場合には泳動粒子色である黒色を呈す。
【００１１】
ところで、画素がマトリックス状に配置された表示装置を、電気的にアドレスする方式としては大別して、アクティブマトリックス方式と単純マトリックス方式の２つがある。
【００１２】
アクティブマトリックス方式では、各画素それぞれに対して薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子を形成し、各画素に印加する電圧を画素ごとに独立に制御する。この方式を用いれば、水平移動型電気泳動表示装置を、高い表示コントラストで駆動することが可能である。しかしながら一方で、アクティブマトリックス方式はプロセスコストが高い、薄膜トランジスタのプロセス温度が高くポリマー基板上への形成が困難である、といった問題を抱える。この問題は、低コストでフレキシブルなディスプレイを目指すペーパーライクディスプレイにおいては特に重要である。これらの問題を解決するために、印刷プロセスが適用可能なポリマー材料による薄膜トランジスタの形成プロセスが提案されているが、実用化の可能性は未だ未知数である。
【００１３】
単純マトリックス方式は、アドレスのために必要な構成要素がＸ−Ｙ電極ラインのみであるから低コストであリポリマー基板上への形成も容易である。選択画素に対して書き込み電圧を印加する場合は、選択画素を交点とするＸ電極ラインとＹ電極ラインに対して、書き込み電圧に相当する電圧を印加すればよい。ところが、水平移動型電気泳動表示装置を単純マトリックス方式により駆動しようとすると、選択された画素の周辺画素まで一部書き込まれてしまう、いわゆるクロストーク現象が発生し、表示コントラストが著しく劣化してしまう。これは水平移動型電気泳動表示装置が、書き込み電圧に対して明確な閾値特性を持たないために必然的に発生する問題である。
【００１４】
係る問題に対して、原理的に閾値を持たない電気泳動表示において、表示電極に加えて制御電極を導入し、３電極構造によって単純マトリックス駆動を実現する提案がなされている。３電極構造に関する提案は殆どが上下電極型電気泳動表示に関してなされたものであり、例えば特開昭５４−０８５６９９号公報（米国特許第４２０３１０６号明細書）がある。
【００１５】
水平移動型電気泳動表示装置における３電極構造の提案は唯一、特表平８−５０７１５４号公報（米国特許第５３４５２５１号明細書）においてなされている。但し特表平８−５０７１５４号公報においては、分散液は透明ではなく着色されていると考えられ、前述の特開昭４９−５５９８号公報及び特開平１１−２０２８０４号公報及び本発明が対象とする、分散液が透明であることを特徴とする水平移動型電気泳動表示装置とは異なるものである。
【００１６】
特表平８−５０７１５４号公報では制御電極の配置に関して２つの構成が開示されている（図２４）。第１の構成（図２４（ａ））は水平移動型電気泳動装置の第２基板２側に第３の電極として制御電極５ａが配置されるタイプであり、第２の構成（図２４（ｂ））は第１基板１側の第１表示電極４と第２表示電極３との間に第３の電極として制御電極５ａが配置されるタイプである。
【００１７】
第１構成、第２構成いずれのタイプにおいても、一画素内には、複数のライン電極が集合したフォーク状第１表示電極と、第１表示電極の各ライン間に配置された複数のライン電極が集合したフォーク状第２表示電極がフェースプレートである第１基板上に配置される。第１表示電極３上にはクロム厚膜が付与され、その結果第１表示電極４と第２表示電極３の境界に約０．３μｍの段差２２が形成されている。第１構成においては制御電極５ａは、第１基板１に対して２５〜１１６μｍの間隔で対向配置された第２基板２上の画素内全面に形成され、第２構成においては制御電極５ａは、第１基板上の、第１表示電極４と第２表示電極３の各ライン間に配置される。図２４においては説明の便宜上、第１表示電極、第２表示電極ともに１ラインで構成される場合について示してある。
【００１８】
次に、図２５および図２６を用いて特表平８−５０７１５４号公報における書き込み動作について説明する。図２５に泳動粒子の動作状態、図２６に印加パルス及び反射率変化について示す。セル構成は図２４（ａ）と同じ（但し１画素）である。
【００１９】
尚、以下の説明で述べる印加電圧値は我々が実際に行なった実験によって求められた条件であり、必ずしも特表平８−５０７１５４号公報記載の条件とは一致していない。これは主に使用する泳動粒子の帯電極性、帯電量などの物性値によるところが大きい。以下の説明では、後に述べる本発明の動作説明との比較を容易にするため、我々が使用した泳動粒子での実験結果における印加電圧値を記載する。
【００２０】
また特表平８−５０７１５４号公報においては、絶縁性液体として着色液体を使用していると考えられるが、以下の説明では後に述べる本発明の動作説明との比較を容易にするため透明な絶縁液体を用い、表示コントラストの発現方法についても泳動粒子を黒色、第１表示電極を黒色、第２表示電極を白色とする本発明の実施形態と同様の方式の構成について説明を行なう。
【００２１】
泳動粒子６の帯電極性を正、第２表示電極３をコモン電極とし、第２表示電極３の接地電位を基準にして第１表示電極４に駆動電圧Ｖｄ、制御電極５ａに制御電圧Ｖｃを印加するものとする。
【００２２】
期間Ｔａは白表示保持状態である。図２５中、矢印はセル内の電界ベクトルの概要を示す。第１表示電極４上に集められた泳動粒子６は、第１表示電極４と第２表示電極３間に設けられた段差２２によって第２表示電極３側への移動を抑制され、かつ第１表示電極４と制御電極５ａ間に印加される保持電圧Ｖｃ＝＋２５０Ｖによって表示電極側に押え込まれることによって安定し、反射率（Ｒ）７０％程度の白表示状態が保持される。保持状態において印加されるＶｄ＝５Ｖは、黒表示状態において、段差近傍の泳動粒子が第１表示電極側へ移動しやすくなる傾向を抑制する役割を果たしている。
【００２３】
書き込み期間Ｔｂにおいては、Ｖｄ＝＋５０ｖ、Ｖｃ＝＋５０Ｖを印加する。第１表示電極４と制御電極５ａとは同電位に設定されるため制御電圧による押え込みは解除され、全ての泳動粒子６は表示電極面に沿って段差を乗り越えて第２表示電極側に水平移動し、反射率Ｒは急激に減少する。
【００２４】
黒表示保持状態である期間Ｔｃでは、保持電圧Ｖｃ＝＋２５０Ｖによって表示電極側に押し付けられ、反射率５％程度の黒表示状態が保持される。
【００２５】
続いて、特表平８−５０７１５４号公報において開示された単純マトリックス駆動方法について図２７および図２８を用いながら説明する。Ｘ方向にｍ列、Ｙ方向にｎ行の画素が配列したｍ×ｎマトリックスを有する水平移動型電気泳動表示装置を考える。画素配列に沿って、ｍ本の信号電極線が列方向に、ｎ本の信号電極線が行方向に、互いに直交するように配列されており、各交点において信号電極線は各画素の制御電極５ａに、走査電極線は各画素内の第１表示電極４に配線されている。第２表示電極３はコモン電極とし接地電位に固定する。
【００２６】
まず全ての走査ラインにＶｄ＝−５０Ｖ、全ての信号ラインにＶｃ＝０Ｖを印加し、全ての泳動粒子６を第１表示電極上に集める（図２７（ａ）、全面消去）。次にＹ方向に上から順番に走査ラインを選択し書き込みを行なう。選択期間（書き込み期間）では、走査ラインにＶｄ＝＋５０Ｖを印加し、選択画素に相当する信号ラインにＶｃ＝＋５０Ｖ、非選択画素に相当するラインにＶｃ＝＋２５０Ｖを印加する。選択画素では表示電極間に印加される駆動電圧Ｖｄ＝＋５０Ｖによって、泳動粒子が段差を乗り越え第２表示電極側に移動し書き込みが行なわれる（図２７（ｂ））。非選択画素においても駆動電圧Ｖｄ＝＋５０Ｖが印加されているが、第１の構成においては、泳動粒子はＶｃ＝＋２５０Ｖの制御電圧によって第１表示電極に押し付けられ移動（書き込み）が阻止される（図２７（ｃ））。
【００２７】
一方、非選択期間においては走査ラインにＶｄ＝＋５Ｖが印加され、信号ラインにはＶｃ＝＋５０Ｖまたは＋２５０Ｖが印加される（図２８（ｄ）〜（ｇ））。いずれの場合も、泳動粒子は制御電圧によって表示電極面に押し付けられており表示状態は変化しない。
【００２８】
このようにして、閾値特性を持たない水平移動型電気泳動装置において、単純マトリックス駆動法を用いた表示書き込みが実現される。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特表平８−５０７１５４号公報で開示された水平移動型電気泳動装置は次のような問題点を抱えていた。
【００３０】
第１の構成においては、段差をあまり高く設定できない、という制限がある。段差を高くしすぎると、選択期間における帯電泳動粒子の移動において、一部の泳動粒子が段差を越えられずに段差底部に残留してしまい、表示コントラストが低下する（図２９（ａ））。段差底部への残留を引き起こさないためには、段差の高さを泳動粒子径前後に制限する必要がある。
【００３１】
段差の高さが制限されるため、段差による泳動粒子の移動抑制効果は不十分である。このため、選択期間に駆動電圧Ｖｄが印加された状態で、非選択画素において制御電圧Ｖｃを印加し泳動粒子の移動を押え込む場合（図２７（ｃ））において、段差が低いために一部の泳動粒子が段差を越えて移動していまい、結果としてクロストーク現象を引き起こし表示コントラストが劣化するという重要な問題が発生する（図２９（ｂ））。
【００３２】
制御電圧Ｖｃを十分に大きくすれば、ある程度泳動粒子を押え込むことは可能であるが、この場合は印加電圧が上昇してしまうという弊害とともに、素子内の絶縁部材中に高電圧によって注入された電荷が電圧解除後も残留し、この残留電荷のもたらす意図せぬ電界によって泳動粒子の動作状態が不安定になる、という新たな問題が発生する。
【００３３】
段差の高さが制限される弊害は他にもある。段差の高さが十分でないため、第１表示電極と第２表示電極との間の面積差をあまり大きく設定できない。面積差を大きく設定すると、面積の小さい電極面上に泳動粒子を集めようとしても泳動粒子が溢れ出てしまうからである（図２９（ｃ））。表示コントラストは、第１表示電極と第２表示電極の面積比で決定されるため、結果として表示コントラストが制限されてしまう。
【００３４】
さらに、第１の構成においては、段差による移動抑制効果は下段側から上段側への方向に限定され、上段側から下段側への移動はむしろ加速される。従って、書き込み方向は一方向のみに限られ、まず最初に全画面の泳動粒子を下段側に集め全面リセットしたのち、一方向への書き込みを行なうという駆動法に限定されてしまう。書き込みを双方向に対して行なうことはできず、画面の一部のみを選択的に書き換えるような駆動はできない。
【００３５】
一方、第２の構成においては、選択期間においては、非選択画素に対しては表示電極と制御電極間に電圧を印加することによって泳動粒子の移動を双方向に対して阻止することが可能であり、また選択画素に対しては表示電極と制御電極間の電圧を０Ｖにすることによって泳動粒子の移動をスムーズに行なうことができる。この場合は段差は必ずしも必須な構成要素ではない、と考えられる。また第２の構成においては制御電極を含めた駆動に関係する全ての構成要素を単一基板上に配置することができる、という重要な特徴を有する。これにより、上下基板貼り合わせ工程での位置合わせ精度が不要となり、特に位置合わせ精度を高めることが原理的に困難なプラステック基板を用いて解像度の高い表示を実現することができるようになるという大きな利点が得られる。
【００３６】
しかしながら第２の構成において、制御電極が阻止することができるのは、あくまで表示電極間の移動のみであって表示電極面内での移動については制御不能である。このため非選択期間において表示電極と制御電極間に印加される制御電圧によって、表示電極面内に均一に分散していた泳動粒子は制御電極から反発する方向に移動し、表示電極面内において図３０（ａ），（ｂ）に示すような分布の偏りが発生し表示コントラストが著しく低下してしまう、という問題がある。
【００３７】
また、泳動粒子の一部が、制御電極に印加された制御電圧による反発力によって対向基板側に移動し貼りついてしまう場合があり、一度対向基板側に貼りつき吸着した泳動粒子に対しては有効な移動電圧を印加する手段がないため制御不能に陥るという深刻な問題を有する（図３０（ａ），（ｂ））。
【００３８】
本発明は、この様な従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、クロストークの発生を抑え、良好な表示コントラストが得られる単純マトリックス駆動が可能で、また着色帯電泳動粒子の保持に要する制御電圧を大幅に低減することが可能な水平移動型電気泳動表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００３９】
また、本発明は、第１表示電極と第２表示電極との面積比を従来より大きく設定でき、コントラストの向上を実現した電気泳動表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００４０】
また、本発明は、双方向の書き込み駆動ができ、また表示画面の一部分のみを書き換える部分書き換えが可能な電気泳動表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては以下に記載する新規な構成及び駆動方法について提案し、上記問題点を解決する。
【００４２】
本発明の構成に関する第１の特徴は、第１基板と、第１基板上に配置される第１表示電極及び第２表示電極と、前記第１基板に対向して配置される第２基板と、各電極に所望の電圧を印加する手段と、前記第１基板及び第２基板間に充填された透明絶縁性液体と、該透明絶縁性液体中に分散された複数の着色帯電泳動微粒子とを備え、該着色帯電泳動粒子を第１および第２表示電極間で移動させることによって表示の切り換えを行なう電気泳動表示装置において、前記第１基板上の前記第１表示電極と第２表示電極との境界部に壁構造または段差構造が設けられ、前記壁構造または段差構造の上部の第１および第２表示電極面より高い位置に前記帯電泳動粒子の移動を制御する制御電極が配置され、表示保持期間に、前記制御電極に、帯電泳動粒子を第１および第２表示電極側に押し付ける電圧が印加され、書き込み期間に、前記制御電極に、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極の近傍に移動させ続いて他方の表示電極側に移動させる電圧が印加されて、前記帯電泳動粒子の移動が制御されることにある。
【００４３】
より具体的には、前記第１基板上の前記第１表示電極と第２表示電極との境界部に、壁構造または段差構造よりなる構造障壁が配置され、前記制御電極は、該構造障壁の上方部に配置されることを特徴とする。
【００４４】
また、好ましい構成としては、前記段差に隣接し、上段側に位置する表示電極面の下側に、前記帯電泳動粒子が入出可能であって、表示面観察者からは視認不可能な遮蔽空間が形成されてなることを特徴とする。
【００４５】
本発明の構成に関する第２の特徴は、第１基板と、第１基板上に配置される第１表示電極及び第２表示電極と、前記第１基板に対向して配置される第２基板と、各電極に所望の電圧を印加する手段と、前記第１基板及び第２基板間に充填された透明絶縁性液体と、該透明絶縁性液体中に分散された複数の着色帯電泳動微粒子と、前記第１基板上の前記第１表示電極と第２表示電極との境界部に設けられた壁構造または段差構造と、前記壁構造または段差構造の上部の第１および第２表示電極面に対して高い位置に配置され前記帯電泳動粒子の移動を制御する制御電極とを有する電気泳動表示装置の駆動方法であって、書き込み期間が、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極近傍に移動する第１の過程と、第１の過程に続いて帯電泳動粒子を制御電極から前記壁構造または段差構造を越えて他方の表示電極側に移動する第２の過程とからなることにある。
【００４６】
より具体的には、前記泳動粒子の移動を引き起こすために、
正帯電の泳動粒子の場合には、
「移動先でない表示電極の電位≧制御電極の電位＞移動先である表示電極の電位」の関係を満たし、
負帯電の泳動粒子の揚合には、
「移動先でない表示電極の電位≦制御電極の電位＜移動先である表示電極の電位」の関係を満たす、
期間が含まれるように、前記第１表示電極、第２表示電極及び制御電極に電圧を印加することを特徴とし、また更に具体的には、前記２つの過程からなる泳動粒子の移動を引き起こすために、
正帯電の泳動粒子の場合には、
前記第１の過程において「両表示電極の電位＞制御電極の電位」、
前記第２の過程において「移動前の表示電極の電位≧制御電極の電位＞移動先の表示電極の電位」の関係を満たし、
負帯電の泳動粒子の場合には、
前記第１の過程において「両表示電極の電位＜制御電極の電位」、
前記第２の過程において「移動前の表示電極の電位≦制御電極の電位＜移動先の表示電極の電位」の関係を満たすように、
前記第１表示電極、第２表示電極及び制御電極に電圧を印加することを特徴とする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について順に説明する。
（代表的な実施態様の構成及び動作）
図１に本発明の代表的な断面構成図の一例を示す。図１では説明の便宜上２画素からなる構成を示している。第１基板１上には第１表示電極４と第２表示電極３とが配置され、また隔壁１０を介して第２基板２が対向配置される。第１基板上の第１表示電極４と第２表示電極３との境界部には、壁または段差からなる構造障壁１１と構造障壁の上方に配置される制御電極５とを備える。図１においては構造障壁１１として壁構造が形成される。両基板と隔壁によって形成される空間内には、透明な絶縁性液体７が充填され、絶縁液体中には着色された帯電泳動粒子６が分散されている。
【００４８】
表示電極の平面形状に特に限定はなく、代表的なストライプ形状（図２（ａ））のほか、方形（図２（ｂ））、円形などの閉ループ形状など、任意の形状が適用可能である。いずれの形状においても、制御電極５は第１表示電極４と第２表示電極３との境界領域に形成される。
【００４９】
本発明の構成上の顕著な特徴は、泳動粒子の移動を抑制する手段として、物理的バリヤとなる構造障壁１１と、電気的バリヤを発生する制御電極５とを併せ持つことにあり、物理的バリヤと電気的バリアとの相乗効果によって、比較的低い制御電圧で泳動粒子の移動を効果的に抑制することができる。また制御電極５を構造障壁１１上に形成し表示電極面に対して高い位置に配置することによって、表示電極面に垂直な保持電圧成分が十分に発生するため、保持電圧の印加時に特表平８−５０７１５４号公報の第２構成において問題となる表示電極面内での泳動粒子の偏りや、上基板側への貼りつき（図３０（ａ），（ｂ））を効果的に抑制することが可能となる。また表示電極の面積が小さい場合でも泳動粒子を溢れ出ることなく保持することができるため、第１表示電極と第２表示電極間に大きな面積差を設定でき、表示コントラストを大幅に向上できる。
【００５０】
図１の構成の具体的なサイズとしては、例えば画素サイズ１００μｍ×１００μｍに対して、泳動粒子径０．５〜１０μｍ、第１基板と第２基板との間隔１０〜１００μｍ、構造障壁１１の高さ５〜５０μｍ程度が好適であり、また各電極の全画素面積に対する面積比については、例えば第１表示電極１０〜３０％、第２表示面積８５〜６５％、制御電極５〜１０％程度が好適である。
【００５１】
セル構成部材の配色は任意の組み合わせが可能であり、例えば泳動粒子６を黒、第１表示電極４を黒、第２表示電極３を白、制御電極５を白とした場合、白表示と黒表示の切り換えが行なえる。第２表示電極３及び制御電極５の着色がＲＧＢである画素を並べることによってカラー化表示を行なうことも可能である。
【００５２】
次に図３および図４を用いて本発明の特徴のひとつである書き込み動作について説明する。図３に各過程における泳動粒子の動作状態、図４に各過程ごとの印加パルス及び反射率変化について示す。セル構成は図１と同じ（但し１画素）である。
【００５３】
以下の説明では泳動粒子６の帯電極性を正とし、第１表示電極４に駆動電圧Ｖｄ１、第２表示電極３に駆動電圧Ｖｄ２、制御電極５に制御電圧Ｖｃを印加するものとする。
【００５４】
期間Ｔａは白表示保持状態である。図３中、薄い矢印はセル内の電界ベクトルの概要を示す。全ての泳動粒子６は第１表示電極４と構造障壁１１及び隔壁１０で囲まれた空間内に収納されており、かつ第１表示電極４と制御電極５の間に印加される保持電圧によって表示電極側に押し付けられ、反射率８０％程度の白表示状態が安定に保持される。
【００５５】
本発明においては、構造障壁１１による物理的バリヤと制御電極５による電気的バリヤとの複合効果により、泳動粒子の第２表示電極３側への直接的な水平移動を禁止するため、特表平８−５０７１５４号公報の構成に比べて、泳動粒子の移動を禁止し保持するための保持電圧を大幅に小さくすることが可能である。図３では保持電圧をＶｃ＝＋１００Ｖとした。
【００５６】
期間Ｔｂにおいて書き込みを行う。泳動粒子の移動を禁止する高い構造障壁１１が存在する本発明の構成においては、構造障壁１１上に配置された制御電極５と第１表示電極４及び第２表示電極３にＶｄ１＜Ｖｃ＜Ｖｄ２の条件を満たす書き込み電圧を印加することによって書き込みが達成される。例えばＶｄ１＝＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝−５０Ｖ、Ｖｃ＝０Ｖを印加することによって、第１表示電極４上の泳動粒子６は、図４に示す電界ベクトル分布に従って、まず制御電極５側に向かって移動し、次に構造障壁１１を乗り越え第２表示電極側へと移動する。
【００５７】
期間Ｔｃは黒表示保持状態であり、第２表示電極側に移動した泳動粒子６が、制御電圧Ｖｃ＝＋１００Ｖによって表示電極側に押し付けられ、反射率１０％程度の黒表示状態が安定に保持される。
【００５８】
図１１および図１２に、本発明における他の書き込み方法を示す。書き込みは期間Ｔｂ１、Ｔｂ２において行なわれる。まず期間Ｔｂ１においてＶｄ１＝Ｖｄ２＝０Ｖ、Ｖｃ＝−５０Ｖを印加し、泳動粒子６を制御電極側に移動する。次に期間Ｔｂ２においてＶｄ１＝＋１００Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ、Ｖｃ＝＋５０Ｖを印加し、泳動粒子６の移動方向を制御電極方向から第２表示電極側ヘと反転させる。この時、第１表示電極４には制御電極５に対して＋５０Ｖのバイアスが印加されているため、全ての泳動粒子６は、第１表示電極側に戻ることなく、構造障壁１１を越え第２表示電極側へと移動し、反射率Ｒは急激に減少する。
【００５９】
この書き込み方法の場合、期間Ｔｂ１においては全ての電界ベクトルが制御電極５に向いているため、構造障壁１１が極端に高い場合であっても泳動粒子６は構造障壁１１に衝突することなく制御電極１１に移動することができる。従って書き込みの信頼性が向上するとともに、構造障壁の高さ等構造の自由度が高くなるという利点を有する。
【００６０】
期間Ｔｃは黒表示保持状態であり、第２表示電極側に移動した泳動粒子６が、制御電圧Ｖｃ＝＋５０Ｖによって表示電極側に押し付けられ、反射率１０％程度の黒表示状態が安定に保持される。
【００６１】
（単純マトリックス駆動方法）
以下、本発明における実施態様の単純マトリックス駆動法について説明する。Ｘ方向にｍ列、Ｙ方向にｎ行の画素が配列したｍ×ｎマトリックスを有する水平移動型電気泳動表示装置を考える。画素配列に沿って、ｍ本の信号電極線が列方向に、ｎ本の信号電極線が行方向に、互いに直交するように配列される。
【００６２】
書き込み方法については複数のバリエーションが考えられる。まず、各電極との配線方式に関しては、各画素の制御電極が走査電極線に、表示電極が信号電極線に配線される場合と、各画素の制御電極が信号電極線に、表示電極が走査電極線に配線される場合との２通りがある。また、書き込み方向については、各走査ラインごとに白状態・黒状態の双方向に対して書き込みを行う場合と、最初に画面全体を一方の状態にリセットしたのち各走査ラインごとに、書き換えが必要な画素についてのみ一方向の書き込みを行う場合とがある。
【００６３】
一例として、各交点において第１信号電極線が各画素の第１表示電極に、第２信号電極線が各画素の第２表示電極に、走査電極線が各画素内の制御電極にそれぞれ配線され、書き込みが双方向に対して行われる場合の駆動方法について図５および図６を用いて説明する。双方向書き込みは、特表平８−５０７１５４号公報で開示された第１の構成では困難であって、障壁の構造が対称である本発明の特徴の一つである。
【００６４】
書き込みはＹ方向に上から順番に走査ラインを選択しながら行なう。選択期間においては、走査ラインに書き込み許可電圧としてＶｃ＝０Ｖを印加し、表示したい画像データに相当する信号を各信号ラインに印加する。即ち、黒状態を書き込みたい画素（図５（ａ））に相当する第１信号ラインにＶｄ１＝＋５０Ｖを、第２信号ラインにＶｄ２＝−５０Ｖを印加し、また白状態を書き込みたい画素（図５（ｂ））に相当する第１信号ラインにＶｄ１＝−５０Ｖを、第２信号ラインにＶｄ２＝＋５０Ｖを印加する。書き込み動作の詳細な説明については図３および図４の説明と同様なので省略する。以上のようにして、期間Ｔｂにおいて黒・白双方向への書き込みが同時に行なわれる。
【００６５】
一方、非選択期間においては走査ラインに書き込み禁止電圧（保持電圧）としてＶｃ＝＋１００Ｖが印加される。本発明においては制御電極５を構造障壁１１上に形成し表示電極面に対して高い位置に配置することによって、表示電極面に垂直な保持電圧成分が発生し、泳動粒子を表示電極面上に十分に押し付けることができる。各信号ラインに黒書き込み信号が印加された状態（図６（ｃ），（ｅ））、または白書き込み信号が印加された状態（図６（ｄ），（ｆ））においても、特表平８−５０７１５４号公報の第２の構成で問題であったような表示電極面内での泳動粒子の偏りや、上基板側への貼りつきを効果的に抑制することが可能となる。
【００６６】
駆動方法の他の一例として、書き込み方向が一方向の場合について図７〜図１０を用いて説明する。図７および図８においては電極の配線方式は図５および図６と同じく走査電極線を制御電極、信号電極線を表示電極に配線する。また図９および図１０においては、電極の配線方式は図５および図６とは異なり走査電極線を表示電極、信号電極線を制御電極に配線する。いずれの場合も、書き込み方向が一方向の場合は各画素には２ラインの信号電極線は不要であり、第２表示電極は共通電極として接地電位に短絡される。
【００６７】
以下図７および図８の駆動方法について説明する。まず最初に、全ての走査電極線にＶｃ＝−５０Ｖ、全ての信号電極線にＶｄ１＝−１００Ｖを印加し、画面全体を白状態にリセットする（図７（ａ））。
【００６８】
書き込みはＹ方向に上から順番に走査ラインを選択しながら行なう。選択期間においては、走査ラインに書き込み許可電圧としてＶｃ＝＋５０Ｖを印加し、表示したい画像データに相当する信号を各信号ラインに印加する。即ち、黒状態を書き込みたい画素（図７（ｂ））に相当する信号ラインにＶｄ１＝＋１００Ｖを印加することによって黒状態への書き込みが行われ、また白状態を書き込みたい画素（図７（ｃ））に相当する信号ラインにＶｄ１＝０Ｖを印加することによって白状態が維持される。以上のようにして、選択期間において所望の画素に対してのみ黒状態への一方向書き込みが行なわれる。
【００６９】
一方、非選択期間においては走査ラインに書き込み禁止電圧（保持電圧）としてＶｃ＝＋１５０Ｖが印加され、各信号ラインに黒書き込み信号が印加された状態（図８（ｄ），（ｆ））、または黒書き込み信号が印加されない状態（図８（ｅ），（ｇ））のそれぞれにおいて、図５および図６の場合と同様に表示状態が良好に保持される。
【００７０】
以下図９および図１０の駆動方法について説明する。まず最初に、全ての走査電極線にＶｄ１＝−１００Ｖ、全ての信号電極線にＶｃ＝−５０Ｖを印加し、画面全体を白状態にリセットする（図９（ａ））。
【００７１】
書き込みはＹ方向に上から順番に走査ラインを選択しながら行なう。選択期間においては、走査ラインに黒書き込み電圧としてＶｄ１＝＋１００Ｖを印加し、表示したい画像データに相当する信号を各信号ラインに印加する。即ち、黒状態を書き込みたい画素（図９（ｂ））に相当する信号ラインに書き込み許可信号としてＶｃ＝＋５０Ｖを印加することによって黒状態への書き込みが行われ、また白状態を保持したい画素（図９（ｃ））に相当する信号ラインに書き込み禁止信号としてＶｃ＝＋１５０Ｖを印加することによって白状態が維持される。以上のようにして、選択期間において所望の画素に対してのみ黒状態への一方向書き込みが行なわれる。
【００７２】
一方、非選択期間においては走査ラインに書き込み信号は印加されずＶｄ１＝０Ｖとし、各信号ラインに書き込み許可信号が印加された状態（図１０（ｄ），（ｆ））、または書き込み禁止信号が印加された状態（図１０（ｅ），（ｇ））のそれぞれにおいて、図５および図６の場合と同様に表示状態が良好に保持される。
【００７３】
続いて駆動方法の他の一例として、書き込み期間が２分割された書き込み方式（図１１および図１２）による駆動方法について図１３〜１５を用いて説明する。走査ラインを制御電極、第１信号ラインを第１表示電極、第２信号ラインを第２表示電極にそれぞれ配線し、書き込みは各ライン毎に双方向に対して行なう。この場合、初期全面リセットは不要である。
【００７４】
選択期間においては、第１走査ラインにＶｃ＝−５０Ｖ（期間Ｔｂ１）／０Ｖ（期間Ｔｂ２）を印加する。同時に、黒表示書き込みを行なう画素（図１３（ａ））に相当する第１信号ラインにＶｄ１＝０Ｖ／＋５０Ｖを、第２信号ラインにＶｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖを印加する。また、白表示書き込みを行なう画素（図１３（ｂ））に相当する第１信号ラインにＶｄ１＝０Ｖ／−５０Ｖを、第２信号ラインにＶｄ２＝０Ｖ／＋５０Ｖを印加する。書き込みの動作については図１１および図１２において説明ずみであるので省略する。
【００７５】
一方、非選択期間においては走査ラインにＶｃ＝＋５０Ｖ／＋１００Ｖが印加される。信号ラインに関しては、選択期間と同様に、黒表示書き込み信号として第１信号ラインにＶｄ１＝０Ｖ／＋５０Ｖが、第２信号ラインにＶｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖが印加される（図１４（ｄ），（ｅ））。また、白表示書き込み信号として第１信号ラインにＶｄ１＝０Ｖ／−５０Ｖが、第２信号ラインにＶｄ２＝０Ｖ／＋５０Ｖが印加される（図１５（ｆ），（ｇ））。いずれの場合においても、表示電極面に垂直な保持電圧成分が発生し、泳動粒子６を表示電極面上に十分に押し付けることができるため表示状態が安定に保持される。
【００７６】
（構成のバリエーション）
本発明の構成は、図１のタイプに限定されるものではない。例えば構造障壁１１の断面形状は長方形に限定される訳ではなく、三角形、台形など任意の形状が適用可能であるのはいうまでもない。また制御電極５の位置は必ずしも構造障壁１１の最上部に配置される必要はなく、表示電極面に対して上方であれば障壁の中間部に埋設されてもよく、また障壁の側壁に形成されてもよい。以下本発明において有効な構成について図を用いながら更に説明する。
【００７７】
図１６（ａ）に、障壁が段差であるタイプを示す。制御電極５は段差のエッジ部に配置される。駆動方法は図１と同様であるが、書き込み方法は一方向書き込みに限定される。段差１２の高さは泳動粒子径の数倍〜数十倍と大きく、制御電極への保持電圧印加によって表示電極面に垂直な保持電圧成分が発生し、泳動粒子を表示電極面上に十分に押し付けることができる。特表平８−５０７１５４号公報において提案された段差とは、高さ及び機能が異なるものである。
【００７８】
図１６（ｂ）に、図１の変形として、面積の大きい第２表示電極面３を第１表示電極面４よりも高い位置に配置する構成を示す。図１の構成において表示電極面を斜めから観察する場合、構造障壁１１が視界を遮る領域が表示電極面上に発生する。これは第２制御電圧の配置された構造障壁１１の先端部と泳動粒子６の充填面上端との距離が大きい第２表示電極面３において特に顕著であり、構造障壁１１と第２制御電極を透明部材で構成してもやや表示視野角特性に影響を与える場合がある。面積の大きい第２表示電極面３を第１表示電極面４よりも高い位置に配置することによって、第２表示電極面３における充填面上端と障壁先端間の距離を第１表示電極と同程度に揃えることが可能となる。この構成ではさらに、第１表示電極面４と第２表示電極面３の最表面にある泳動粒子６の、水平方向への移動抑制効果が等しくなるという利点もある。
【００７９】
図１７に、図１６（ａ）で示した段差タイプのバリエーションを示す。上段側に位置する第２表示電極面３の下側の段差壁面部に、表示面観察者からは視認不可能な、遮蔽空間１５を形成することによって、第１表示電極面上の泳動粒子充填体積を増やすと同時に、第１表示電極４と第２表示電極３との実効的な面積比を、見かけ上大きくして表示コントラストを向上させることができる。例えば段差断面を逆テーパ形状にする構成（図１７（ａ））、オーバーハング形状にする構成（図１７（ｂ））によって、遮蔽空間１５を形成することができる。
【００８０】
以上の記述においては説明の便宜上、第１表示電極と第２表示電極が一画素内に一対配置された構成について示してきたが、本発明においては一画素内の電極数について特に限定はなく、複数の表示電極対が配置される構成が可能であることはいうまでもない。図１８に図１のタイプにおいて一画素内に電極対が２組配置される構成について示す。構造障壁１１及び制御電極５は、第１表示電極と第２表示電極の全ての境界に形成される。
【００８１】
（構成部材の材料・製造方法）
以下、本実施態様の表示装置の製造方法について、図１を用いて説明する。
まず第１基板１上に、第１表示電極４及び第２表示電極３を形成しパターンニングする。基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等のボリマーフィルム或いはガラス、石英等の無機材料を使用することができる。表示電極材料は、パターニング可能な導電性材料ならどのようなものを用いてもよく、第１制御電極材料としては、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）などの透明電極を用いる。
【００８２】
次に表示電極上に絶縁層を形成する。絶縁層の材料としては薄膜でピンホールが形成しづらく、かつ誘電率の低い材料が好ましく、例えば、アモルファスフッ素樹脂、高透明ポリイミド、ＰＥＴ、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等を使用できる。絶縁層の膜厚としては、１００ｎｍ〜１μｍ程度が好適である。
【００８３】
次に構造障壁１１を形成する。障壁用厚膜、制御電極膜、レジスト膜を順次全面に形成した後、最上面のレジスト膜をパターンニングし、制御電極膜、段差用厚膜を順次ドライエッチングまたはウエットエッチングすればよい。図１６、図１７に示すような段差１２の場合には、段差用厚膜を形成後、第２制御電極膜及び制御電極膜を成膜・パターンニングし、次にレジスト膜を新たに形成・パターンニングし、段差用厚膜をドライエッチングまたはウエットエッチングすればよい。また、エッチング方式及び条件を調整することによって、図１７に示すような、逆テーパー形状（図１７（ａ））、或いはオーバーハング形状（図１７（ｂ））の断面を持つ段差を形成することができる。障壁または段差材料としてはポリマー樹脂を使用する。制御電極膜または第２表示電極膜材料は、パターニング可能な導電性材料ならどのようなものを用いてもよく、金属薄膜の成膜の他、マグネトロンスパッタ法によってＩＴＯを低温成膜してもいいし、ポリアニリンなどの有機導電性材料を印刷法によって成膜してもよい。必要に応じて制御電極５上に絶縁層を形成してもよい。
【００８４】
制御電極５の色は透明でもよいが、第１表示電極か第２表示電極のいずれか一方に一致させてもよい。表示電極面３、４及び制御電極面５の着色は、電極材料、あるいは電極材料の上に形成される絶縁層材料そのものの色を利用してもよく、又は所望の色の材料層を電極上、絶縁層上、基板面上に形成してもよい。また、絶縁層などに着色材料を混ぜ込んでもよい。
【００８５】
次に、第２基板上に絶縁層９及び隔壁１０を形成する。絶緑層の材料、膜厚については前述のとうりである。隔壁１０の配置に制限はないが、画素間で泳動粒子６が移動しないように、各画素の周囲を取り囲むように配置するのがよい。隔壁材料としてはポリマー樹脂を使用する。隔壁形成はどのような方法を用いてもよい。例えば、光感光性樹脂層を塗布した後露光及びウエット現像を行う方法、又は別に作製した障壁を接着する方法、印刷法によって形成する方法、或いは光透過性の第１基板表面にモールドによって形成しておく方法等を用いることができる。
【００８６】
次に隔壁で囲まれた各画素空間に透明な絶縁性液体７及び着色帯電泳動粒子６を充填する。絶縁性液体７としては、シリコーンオイル、トルエン、キシレン、高純度石油等の無色透明液体を使用する。黒色帯電泳動粒子６としては、絶縁性液体中で良好な帯電特性を示す材料を用いる。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂にカーボンなどを混ぜたものを使用する。泳動粒子６の粒径に制限はないが、通常は平均粒子径０．５μｍ〜２０μｍ位、好ましくは１μｍ〜５μｍのものを使用する。
【００８７】
最後に、第１基板１の第２基板２との接合面に接着層を形成した後、第１基板及び第２基板の位置合わせを行い、熱をかけて接着する。これに、電圧印加手段を接続して表示装置が完成する。
【００８８】
【実施例】
以下、実施例に従って本発明を更に詳しく説明する。
【００８９】
実施例１
本実施例では、図１に示すセル構成で、３×３マトリックス表示セルを作成し、双方向書き込みによる単純マトリックス駆動を行なった。図１の構成においては、泳動粒子の水平方向への移動を双方向に対して禁止することができ、従って黒状態と白状態の双方向に対して書き込みを行なうことができる。双方向書き込み駆動は、特表平８−５０７１５４号公報で開示された第１の構成では困難であって、障壁の構造が対称である本発明の特徴の一つである。
【００９０】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図１９に示す。一画素サイズは２００μｍ×２００μｍ、第１表示電極、第２制御電極、第２表示電極の面積比は２０：５：７５とした。
【００９１】
以下、図１及び図１９を見ながら、セルの製造方法について簡単に説明する。厚さ２００μｍのＰＥＴフィルムからなる第１基板１上に、まずアルミナなどの白色顔料を分散させたアクリル樹脂からなる絶縁着色層を全面に形成した。次に第２表示電極３としてＩＴＯを低温成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより図１９に示す形状にパターニングした。次に第１表示電極４として暗黒色の炭化チタン膜を成膜し、同様にしてパターニングした。
【００９２】
次にエボキシ樹脂を３０μｍの膜厚で塗布し、続いて制御電極膜として暗黒色の炭化チタン膜を成膜し、続いてレジスト膜を塗布・露光・現像し図１９に示すような形状にパターンニング、最後にＣＦ４ 及びＯ２ガスによる反応性ドライエッチングを行ない、高さ３０μｍの障壁１１上に炭化チタンからなる制御電極５が配置された構造体を形成した。次に、全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層８を２００ｎｍ形成した。
【００９３】
続いて、ＰＥＴフィルムからなる第２基板２の全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層９を２００ｎｍの厚さに形成した。この上に、隔壁１０を形成した。隔壁１０は、光感光性エポキシ樹脂を塗布した後、露光及びウエット現像を行うことによって形成し、７０μｍの高さとした。形成された隔壁内に絶縁性液体７及び黒色帯電泳動粒子６を充填した。
【００９４】
絶縁性液体１としては、シリコーンオイルを使用した。黒色帯電泳動粒子６としては、ポリスチレンとカーボンの混合物で、平均粒径５μｍのものを使用した。シリコーンオイル中での泳動粒子６の極性は正帯電を示した。次に、第１基板１の第２基板２との接着面に熱融着性の接着層パターンを形成し、第２基板２の隔壁上に、位置合わせを行ないながら第１基板１を置き、熱をかけて張り合わせシート状の表示パネルを完成した。この表示パネルに不図示の電圧印加回路を接続して駆動特性を評価した。
【００９５】
以下、本実施例における駆動方法の説明を行なう。
制御電極を走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）、第１表示電極を第１信号ライン（Ｉ１１〜Ｉ１３）、第２表示電極を第２信号ライン（Ｉ２１〜Ｉ２３）とした。
【００９６】
図２０（ａ）に、各走査ライン及び信号ラインに印加した駆動パルスのタイムチャート図を、図２０（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。各期間は５０ｍｓｅｃである。
【００９７】
本実施例においては双方向への書き込みが可能であるので、初期動作として全面リセットをする必要はない。初期表示パターンとして期間Ｔ０に示すパターンを与え、全画素を各走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）ごとに反転表示することとする。尚、本実施例においては図５および図６で説明した駆動方法によって書き込みを行なった。書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については、図５および図６と同様であるので説明を省略する。
【００９８】
以下、タイムチャート図に従って駆動方法を順に説明する。期間Ｔ１おいて選択走査ラインであるＳ１に対してＶｃ＝０Ｖ、非選択走査ラインであるＳ２、Ｓ３に対してＶｃ＝＋１００Ｖを印加し、画素（１，１）（１，３）に相当する第１信号ラインＩ１１，Ｉ１３及び第２信号ラインＩ２１，Ｉ２３にそれぞれに白表示書き込みパルスとして、Ｖｄ１＝−５０Ｖ、Ｖｄ２＝＋５０Ｖを印加し、また画素（１，２）に相当する第１信号ラインＩ１２及び第２信号ラインＩ２２にそれぞれに黒表示書き込みパルスとして、Ｖｄ１＝＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝−５０Ｖを印加した。その結果、選択走査ラインＳ１の全ての画素が書き換えられ反転表示され、また非選択走査ラインＳ２，Ｓ３における各画素では初期表示状態が保持された。
【００９９】
以下、期間Ｔ２、Ｔ３において同様の駆動を行なった結果、目的の反転表示パターンが良好なコントラストで得られた。得られた表示には、クロストーク現象、及び泳動粒子の移動不良、保持不良によるコントラストの劣化は一切認められず、白表示と黒表示の平均的なコントラストは１０：１程度の高い値を示した。
【０１００】
実施例２
本実施例では、図１６（ａ）に示す段差を有するセル構成で、３×３マトリックス表示セルを作成し、一方向書き込みによる単純マトリックス駆動を行なった。
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図２１に示す。一画素サイズは２００μｍ×２００μｍ、第１表示電極、制御電極、第２表示電極の面積比は２０：５：７５とした。
【０１０１】
以下、図２１及び図１６（ａ）を見ながら、セルの製造方法について概略を説明する。厚さ２００μｍのＰＥＴフィルムからなる第１基板１上に、まずアルミナなどの白色顔料を分散させたアクリル樹脂からなる絶縁着色層を全面に形成した。次に第１表示電極４として暗黒色の炭化チタン膜を成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより図に示す形状にパターニングした。
【０１０２】
次にエポキシ樹脂を３０μｍの膜厚で塗布、続いてレジスト膜を塗布・露光・現像し第２表示電極のネガパターンを形成、続いてＩＴＯ薄膜をマグネトロンスパッタ法よって低温成膜したのちレジスト膜をリフトオフし、第２表示電極３をパターンニングした。さらにアクリル樹脂からなる絶縁層を１μｍ成膜し、続いて制御電極膜として暗黒色の炭化チタン膜を成膜、第２表示電極３と同様にして制御電極５をパターニングした。続いてレジスト膜によって段差および配線パターンを形成し、最後にＣＦ４ 及びＯ２ガスによる反応性ドライエッチングを行ない、高さ３０μｍの段差上に第２表示電極３及び制御電極５が配置された構造体を形成した。次に、全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層８を２００ｎｍ形成した。
【０１０３】
その後、実施例１と全く同様のプロセスによって、シート状の表示パネルを完成した。この表示パネルに不図示の電圧印加回路を接続して駆動特性を評価した。
【０１０４】
以下、本実施例における駆動方法の説明を行なう。
第１表示電極を走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）、制御電極を信号ライン（Ｉ１〜Ｉ３）とし、第２表示電極を共通電極として接地電位に短絡した。
【０１０５】
図２２（ａ）に、各走査ライン及び信号ラインに印加した駆動パルスのタイムチャート図を、図２２（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。１走査ライン選択期間（ＴＲ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を５０ｍｓｅｃに設定した。
【０１０６】
駆動は、まず最初に全面を白表示にリセットし次に走査ライン毎に、設定した表示パターンに対応する選択画素（１，２），（２，１），（２，３），（３，２）に対して、一方向（白表示→黒表示）への書き込みを行なった。書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については、図９および図１０と同様であるので説明を省略する。
【０１０７】
以下、タイムチャート図に従って駆動方法を順に説明する。まず期間ＴＲにおいて、全ての走査ラインＳ１〜Ｓ３に対してＶｄ１＝−１００Ｖ、全ての信号ラインＩ１〜Ｉ３に対してＶｃ＝−５０Ｖを印加し、全画素を白表示状態にリセットした。
【０１０８】
次に期間Ｔ１において選択走査ラインであるＳ１に対してＶｄ１＝＋１００Ｖ、非選択走査ラインであるＳ２、Ｓ３に対してＶｄ１＝０Ｖ、黒書き込みを行う選択画素化（１，２）に相当する信号ラインＩ２にＶｃ＝＋５０Ｖ、白状態を保持する非選択画素（１，１），（１，３）に相当する第１信号ラインＩ１，Ｉ３にＶｃ＝＋１５０Ｖをそれぞれ印加した。その結果、選択走査ライン上の選択画素（１，２）のみが黒表示に書き換えられ、非選択画素（１，１），（１，３）、及び非選択走査ライン上の各画素では白表示が保持された。
【０１０９】
以下、期間Ｔ２、Ｔ３において選択画素パターンに従って同様の駆動を行なった結果、目的の表示パターンが良好なコントラストで得られた。得られた表示には、クロストーク現象、及び泳動粒子の移動不良、保持不良によるコントラストの劣化は一切認められず、白表示と黒表示の平均的なコントラストは１０：１程度の高い値を示した。
【０１１０】
実施例３
本実施例では、図１に示すセル構成で、３×３マトリックス表示セルを作成し、図１１〜図１５に示す２つの書き込み期間からなる双方向書き込みによる単純マトリックス駆動を行なう。
【０１１１】
駆動特性の評価は、実施例１で作成した表示セルに不図示の電圧印加回路を接続して行なった。以下、本実施例における駆動方法について説明する。
制御電極を走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）、第１表示電極を第１信号ライン（Ｉ１１〜Ｉ１３）、第２表示電極を第２信号ライン（Ｉ２１〜Ｉ２３）とした（図１９）。
【０１１２】
図２３（ａ）に、各走査ライン及び信号ラインに印加した駆動パルスのタイムチャート図を、図２３（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。本実施例においては、図１１〜図１５において説明した駆動方法によって書き込みを行なった。一走査ラインあたりの選択期間は、期間前半３０ｍｓｅｃ、期間後半３０ｍｓｅｃとした。書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については、図１１〜図１５と同様であるので説明を省略する。
【０１１３】
本実施例においては双方向への書き込みが可能であるので、初期動作として全面リセットをする必要はない。そこで初期表示パターンとして期間Ｔ０に示すパターンを与え、全画素を各走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）ごとに反転表示することとする。
【０１１４】
以下、タイムチャート図に従って駆動方法を順に説明する。期間Ｔ１において選択走査ラインであるＳ１に対してＶｃ＝−５０Ｖ（期間前半Ｔ１１）／０Ｖ（期間後半Ｔ１２）、非選択走査ラインであるＳ２、Ｓ３に対してＶｃ＝＋５０／＋１００Ｖを印加し、同時に画素（１，１）（１，３）に相当する第１信号ラインＩ１１，Ｉ１３及び第２信号ラインＩ２１，Ｉ２３にそれぞれに白表示書き込みパルスとして、Ｖｄ１＝０Ｖ／−５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ／＋５０Ｖを印加し、また画素（１，２）に相当する第１信号ラインＩ１２及び第２信号ラインＩ２２にそれぞれに黒表示書き込みパルスとして、Ｖｄ１＝０Ｖ／＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖを印加した。その結果、選択された一行目の走査ライン上の全ての画素が書き換えられ反転表示された。また２、３行目の非選択走査ライン上の各画素では初期表示状態が保持された。
【０１１５】
以下、期間Ｔ２、Ｔ３において同様の駆動を行なった結果、目的の反転表示パターンが良好なコントラストで得られた。得られた表示には、クロストーク現象、及び泳動粒子の移動不良、保持不良によるコントラストの劣化は一切認められず、白表示と黒表示の平均的なコントラストは１０：１程度の高い値を示した。
【０１１６】
比較例１
比較例１として、特表平８−５０７１５４号公報において開示された図２４（ａ）に示すセル構成で、３×３マトリックス表示セルを作成し、一方向書き込みによる単純マトリックス駆動を行なった。
【０１１７】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図３１に示す。一画素サイズは２００μｍ×２００μｍ、第１表示電極と第２表示電極の面積比３５：６５、第１基板と第２基板間の間隔７０μｍ、段差高０．３μｍとし、平均粒子径１μｍの正帯電泳動粒子を用いた。表示電極と泳動粒子の配色は図１と同様である。
【０１１８】
以下、図２４（ａ）及び図３１を見ながら、セルの製造方法について簡単に説明する。厚さ２００μｍのＰＥＴフィルムからなる第１基板１上に、まずアルミナなどの白色顔料を分散させたアクリル樹脂からなる絶縁着色層を全面に形成した。次に第１表示電極４として暗黒色の炭化チタン膜を成膜し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより図に示す形状にパターニングした。
【０１１９】
次にエポキシ樹脂を０．３μｍの膜厚で塗布し、続いて第２表示電極としてＩＴＯ薄膜をマグネトロンスパッタ法よって低温成膜した。続いてレジスト膜を塗布し、図３１に示すような形状にパターンニング、最後にＣＦ４ 及びＯ２ ガスによる反応性ドライエッチングを行ない、高さ０．３μｍのステップ上にＩＴＯからなる第２表示電極が配置された構造体を形成した。次に、全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層８を２００ｎｍ形成した。
【０１２０】
続いて、ＰＥＴフィルムからなる第２基板２上に制御電極５としてＩＴＯを低温成膜したのち、図３１に示す形状にパターニングし、次に全面にアモルファスフッ素樹脂からなる絶縁層９を２００ｎｍ形成した。この上に、隔壁１０を形成した。隔壁１０は、光感光性エポキシ樹脂を塗布した後、露光及びウエット現像を行うことによって形成し、７０μｍの高さとした。形成された隔壁内に絶縁性液体７及び黒色帯電泳動粒子６を充填した。
【０１２１】
絶縁性液体１としては、シリコーンオイルを使用した。黒色帯電泳動粒子６は、実施例１と同じくポリスチレンとカーボンの混合物で、平均粒径１μｍ位のものを使用した。シリコーンオイル中での泳動粒子６は正帯電極性を示した。次に、第１基板１の第２基板２との接着面に熱融着性の接着層パターンを形成し、第２基板２の隔壁上に、位置合わせを行ないながら第１基板１を置き、熱をかけて張り合わせた。これに不図示の電圧印加回路を接続して表示装置とした。
【０１２２】
以下駆動方法について説明する。
第１表示電極を走査ライン（Ｓ１〜Ｓ３）、制御電極を信号ライン（Ｉ１〜Ｉ３）とし、第２表示電極をコモン電極として接地電位に固定した。
【０１２３】
図３２（ａ）に、各走査ライン及び信号ラインに印加した駆動パルスのタイムチャート図を、図３２（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。１走査ライン選択期間（ＴＲ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）は５０ｍｓｅｃに設定した。
【０１２４】
駆動は、まず最初に全面を白表示にリセットし次に走査ライン毎に、設定した表示パターンに対応する選択画素（１，２），（２，１），（２，３），（３，２）に対して、一方向（白表示→黒表示）への書き込みを行なった。尚、本実施例においては図２５〜図２８で説明した駆動方法によって書き込みを行なった。書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については、図２５〜図２８と同様であるので説明を省略する。
【０１２５】
以下、タイムチャート図に従って駆動方法を順に説明する。期間ＴＲにおいては、全走査ラインＳ１〜Ｓ３に対してＶｄ＝−５０Ｖ、全信号ライン１１〜１３に対してＶｃ＝０Ｖを印加し、全画素を白表示にリセットした。
【０１２６】
次に期間Ｔ１において選択走査ラインであるＳ１に対してＶｄ＝＋５０Ｖ、非選択走査ラインであるＳ２、Ｓ３に対してＶｄ＝＋５Ｖを印加し、選択画素（１，２）に相当する信号ライン１２にＶｃ＝＋５０Ｖを、非選択画素（１，１），（１，３）に相当する信号ラインＩ１，Ｉ３にはＶｃ＝＋２５０Ｖを印加した。その結果、選択走査ラインＳ１の選択画素（１，２）のみが黒表示に書き換えられ、非選択画素（１，１），（１，３）、及び非選択走査ラインＳ２，Ｓ３における各画素では白表示が保持された。但し、非選択画素（１，１），（１，３）においては制御電圧Ｖｃ＝＋２５０Ｖによる泳動粒子の押え込みは不十分であり、図２７（ｃ）に示したように一部の泳動粒子が第２表示電極側に移動してしまい、図３２（ｂ）に示すような灰色がかった表示になってしまった。
【０１２７】
以下、期間Ｔ２、Ｔ３において選択画素パターンに従って同様の駆動を行なった結果、目的の表示パターンが得られたが、白表示が全体的に灰色がかっており表示コントラストは劣悪であった。白表示と黒表示の平均的なコントラストは３：１程度であった。また、本比較例で用いた制御電圧は＋２５０Ｖであったが、まだ不十分であり更に増大させる必要があった。
【０１２８】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明によって次のような効果が得られた。
第１に、水平移動型電気泳動装置においてクロストーク現象の見られない、良好な表示コントラストが得られる単純マトリックス駆動が実現された。これは新規な構成と駆動方法によって、従来問題であった、非選択画素内の泳動粒子のホールド不良によるクロストークの発生を、ほぼ完全に抑えこめたことによる。
第２に、構造障壁による物理バリアと、構造障壁の上方に形成される制御電極による電気バリアとの相乗効果によって、泳動粒子の保持に要する制御電圧を大幅に低減できるようになった。
【０１２９】
第３に、制御電極を含めた駆動に関係する全ての構成要素を単一基板上に配置することができる。これにより、上下基板貼り合わせ工程での位置合わせ精度が不要となり、特に位置合わせ精度を高めることが原理的に困難なプラステック基板を用いて解像度の高い表示を実現することができるようになるという大きな利点が得られる。
【０１３０】
第４に、高い障壁または段差を導入する構成においては、第１表示電極と第２表示電極との面積比を従来より大きく設定できるようになった。これによって、クロストーク抑制とは別の理由による、更なるコントラストの向上が実現された。
第５に、双方向の書き込み駆動ができるようになった。このため、初期全面リセットの必要がなく、また表示画面の一部分のみを書き換える部分書き換え駆動ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の代表的な一例を示す断面図である。
【図２】本発明の表示装置の代表的な一例を示す平面図である。
【図３】本発明の表示装置の駆動方法及び動作状態の代表的な一例を示す図である。
【図４】図３の表示装置の駆動方法及び動作状態の他の部分を示す図である。
【図５】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の代表的な一例を示す図である。
【図６】図５の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図７】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の代表的な他の例を示す図である。
【図８】図７の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図９】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の代表的な他の例を示す図である。
【図１０】図９の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図１１】本発明の表示装置の駆動方法及び動作状態の代表的な他の一例を示す図である。
【図１２】図１１の表示装置の駆動方法及び動作状態の他の部分を示す図である。
【図１３】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の代表的な他の例を示す図である。
【図１４】図１３の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図１５】図１３の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図１６】本発明の表示装置の代表的な他の例を示す断面図である。
【図１７】本発明の表示装置の代表的な他の例を示す断面図である。
【図１８】本発明の表示装置の代表的な他の例を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施例１において作成した３×３マトリックスを示す平面構成図である。
【図２０】本発明の実施例１で行なった駆動のタイムチャート及び表示パターンを示す図である。
【図２１】本発明の実施例２において作成した３×３マトリックスを示す平面構成図である。
【図２２】本発明の実施例２で行なった駆動のタイムチャート及び表示パターンを示す図である。
【図２３】本発明の実施例３で行なった駆動のタイムチャート及び表示パターンを示す図である。
【図２４】従来例における表示装置を示す断面図である。
【図２５】従来例における表示装置の駆動方法及び動作状態を示す図である。
【図２６】図２５の表示装置の駆動方法及び動作状態の他の部分を示す図である。
【図２７】従来例における表示装置の単純マトリックス駆動法を示す図である。
【図２８】図２７の表示装置の単純マトリックス駆動法の他の部分を示す図である。
【図２９】従来例における表示装置の問題点を示す説明図である。
【図３０】従来例における表示装置の他の問題点を示す説明図である。
【図３１】比較例１で作成した３×３マトリックスを示す平面構成図である。
【図３２】比較例１で行なった駆動のタイムチャート及び表示パターンを示す図である。
【符号の説明】
１ 第１基板
２ 第２基板
３ 第２表示電極
４ 第１表示電極
５ 制御電極
５ａ 制御電極
６ 泳動粒子
７ 透明絶縁性液体
８、９ 絶緑膜
１０ 隔壁
１１ 構造障壁
１２ 段差
１５ 遮蔽空間
２２ 段差
Claims (8)
- 第１基板と、第１基板上に配置される第１表示電極及び第２表示電極と、前記第１基板に対向して配置される第２基板と、各電極に所望の電圧を印加する手段と、前記第１基板及び第２基板間に充填された透明絶縁性液体と、該透明絶縁性液体中に分散された複数の着色帯電泳動微粒子とを備え、該着色帯電泳動粒子を第１および第２表示電極間で移動させることによって表示の切り換えを行なう電気泳動表示装置において、前記第１基板上の前記第１表示電極と第２表示電極との境界部に壁構造または段差構造が設けられ、前記壁構造または段差構造の上部の第１および第２表示電極面より高い位置に前記帯電泳動粒子の移動を制御する制御電極が配置され、表示保持期間に、前記制御電極に、帯電泳動粒子を第１および第２表示電極側に押し付ける電圧が印加され、書き込み期間に、前記制御電極に、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極の近傍に移動させ続いて他方の表示電極側に移動させる電圧が印加されて、前記帯電泳動粒子の移動が制御されることを特徴とする電気泳動表示装置。
- 前記制御電極が，表示保持期間において泳動粒子の水平方向への移動を双方向に対して禁止し、書き込み期間において黒状態と白状態の双方向の書き込みを可能にする電極である請求項１記載の電気泳動表示装置。
- 全画素面積に対する電極の面積比が、第１表示電極は１０〜３０％、第２表示電極は８５〜６５％、制御電極は５〜１０％である請求項１記載の電気泳動表示装置。
- 第２表示電極及び制御電極をＲＧＢに着色した画素が並べられてカラー化表示を行なう請求項１記載の電気泳動表示装置。
- 制御電極を走査電極、第１および第２表示電極をそれぞれ第１信号電極線および第２信号電極線とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気泳動表示装置。
- 第１基板と、第１基板上に配置される第１表示電極及び第２表示電極と、前記第１基板に対向して配置される第２基板と、各電極に所望の電圧を印加する手段と、前記第１基板及び第２基板間に充填された透明絶縁性液体と、該透明絶縁性液体中に分散された複数の着色帯電泳動微粒子と、前記第１基板上の前記第１表示電極と第２表示電極との境界部に設けられた壁構造または段差構造と、前記壁構造または段差構造の上部の第１および第２表示電極面に対して高い位置に配置され前記帯電泳動粒子の移動を制御する制御電極とを有する電気泳動表示装置の駆動方法であって、書き込み期間が、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極近傍に移動する第１の過程と、第１の過程に続いて帯電泳動粒子を制御電極から前記壁構造または段差構造を越えて他方の表示電極側に移動する第２の過程とからなることを特徴とする電気泳動表示装置の駆動方法。
- 前記泳動粒子の移動を引き起こすために、
正帯電の泳動粒子の場合には、
「移動先でない表示電極の電位≧制御電極の電位＞移動先である表示電極の電位」の関係を満たし、
負帯電の泳動粒子の揚合には、
「移動先でない表示電極の電位≦制御電極の電位＜移動先である表示電極の電位」の関係を満たす、
期間が含まれるように、前記第１表示電極、第２表示電極及び制御電極に電圧を印加することを特徴とする請求項６記載の電気泳動表示装置の駆動方法。 - 前記２つの過程からなる泳動粒子の移動を引き起こすために、
正帯電の泳動粒子の場合には、
前記第１の過程において「両表示電極の電位＞制御電極の電位」、
前記第２の過程において「移動前の表示電極の電位≧制御電極の電位＞移動先の表示電極の電位」の関係を満たし、
負帯電の泳動粒子の場合には、
前記第１の過程において「両表示電極の電位＜制御電極の電位」、
前記第２の過程において「移動前の表示電極の電位≦制御電極の電位＜移動先の表示電極の電位」の関係を満たすように、
前記第１表示電極、第２表示電極及び制御電極に電圧を印加することを特徴とする請求項６記載の電気泳動表示装置の駆動方法。
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