JP3610300B2 - 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号公報及び特願平１０−００５７２７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って、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号公報及び特願平１０−００５７２７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２つの構成が開示されている。図１９にその２つの構成の表示装置の断面図を示す。第１の構成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５が配置されるタイプであり（図１９（ａ）参照）、第２の構成は第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５が配置されるタイプである。（図１９（ｂ）参照）
【００１７】
第１構成、第２構成の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表示電極が第１基板上に配置される。第２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５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５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１９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２０および図２１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２０に泳動粒子の動作状態、図２１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１９（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本発明者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、本発明者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、本発明者らが独自に透明な絶縁液体を用い、また表示コントラストの発現方法についても、本発明者らが独自に泳動粒子を黒色、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行なったのでその説明を行なう。
【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５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２０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５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５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２２および図２３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５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２２（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２２（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２２（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２３（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。
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。
【００２８】
【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。以下にその問題点を図２４を参照しながら説明する。
【００２９】
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２４（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。
【００３０】
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２２（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２４（ｂ））。
【００３１】
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。
【００３２】
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２４（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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２５（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
以上述べた問題点を解決するために、本発明においては以下に記載する新規な構成の電気泳動表示装置及びその駆動方法を提案する。
【００４０】
本発明の第一の発明は、第１基板と、該第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、該第２基板上に配置された制御電極と、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、マトリクスに配列した画素の各々の前記制御電極を信号電極とし、前記第１表示電極と前記第２表示電極をそれぞれ第１走査電極と第２走査電極として、単純マトリクス駆動により該着色帯電泳動粒子を第１および第２表示電極間で水平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表示電極と第２表示電極間における前記帯電泳動粒子の直接的な水平移動を少なくとも一方向に対してほぼ禁止する機能を有する障壁を第１表示電極と第２表示電極との間に備え、選択期間に、前記所望の電圧を印加する手段が、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極側に移動させた後、帯電泳動粒子を制御電極側から前記障壁を越えて他方の表示電極側に移動する電圧を各電極に印加することを特徴とする電気泳動表示装置である。
【００４１】
前記障壁は、第１表示電極面及び第２表示電極面のうちの少なくとも一方の面より突出し、前記帯電泳動粒子径の数倍〜数十倍の高さを有する幾何学的な段差によって構成されることが好ましい。
前記障壁は、前記帯電泳動粒子に対して静電的な反発力を及ぼすバリア電極であることが好ましい。
前記障壁は、前記帯電泳動粒子に対して静電的な反発力を及ぼす帯電構造体であることが好ましい。
【００４２】
前記障壁の段差の、第１表示電極及び第２表示電極の一方の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が好ましい。
【００４３】
本発明の第二の発明は、第１基板と、該第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、該第２基板上に配置された制御電極と、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、該透明絶縁液体中に分散された複数の着色帯電泳動微粒子及び前記第１表示電極と第２表示電極との間に配置され、第１表示電極と第２表示電極間における前記帯電泳動粒子の直接的な水平移動を、少なくとも一方向に対してほぼ禁止する機能を有する障壁とを備え、マトリクスに配列した画素の各々の前記制御電極を信号電極とし、前記第１表示電極と前記第２表示電極をそれぞれ第１走査電極と第２走査電極として、単純マトリクス駆動により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の駆動方法において、
前記障壁によってほぼ禁止された方向への帯電泳動粒子の移動方法が、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極側に移動する第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側から前記障壁を越えて他方の表示電極側に移動する第２の過程とからなる間接的な移動によることを特徴とする電気泳動表示装置の駆動方法である。
【００４４】
前記帯電泳動粒子の間接的な移動を引き起こすために、（Ａ）正帯電の帯電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、（Ｂ）負帯電の帯電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が好ましい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気泳動表示装置（以下、表示装置と記す）の実施態様について順に説明する。
【００４６】
（基本的な構成と動作）
図１は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上に形成された第１表示電極４と第２表示電極３との間に本発明の特徴である障壁１１が配置されている。隔壁１０を介して第２基板２が対向配置されており、第２基板２上には、制御電極５が形成されている。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、透明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。２０は駆動ドライバーを示す。なお、本実施態様において、透明な絶縁性液体とは、例えば無色透明な絶縁性液体を用いることが好ましい。
【００４７】
表示電極の平面形状は特に限定はなく、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、障壁１１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。
【００４８】
本発明の構成上の顕著な特徴は、この障壁１１が泳動粒子径の数倍から数十倍程度、好ましくは３〜１０倍の高さを有することにある。十分に高い障壁を設けることによって、泳動粒子６が電極面に沿って両表示電極間を直接的に水平移動することをほぼ禁止することができる。また高い障壁によって、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。
【００４９】
着色された帯電泳動粒子６の粒子径は、０．１〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍが望ましい。
【００５０】
本発明における障壁は、幾何学的な段差によって構成されるが、具体的には幾何学的な段差とは例えば図１に示すような障壁１１、又は図９に示すような段差１２である。
【００５１】
第１表示電極４と第２表示電極３の面積比は大きいほど望ましいが、面積が小さい方の表示電極（図１の場合、第１表示電極４）と障壁１１、隔壁１０（または障壁）で囲まれる空間に画素内の全泳動粒子が収納されることが必要である。従って、障壁１１を高くするほど面積比を大きく、表示コントラストを大きくすることができる。
【００５２】
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５μｍ、第１基板と第２基板の間隔８０μｍ，障壁の高さ４０μｍ、全画素面積に対する面積比として、第１表示電極１５％、第２表示面積８０％、障壁５％程度が好適である。
【００５３】
セル構成部材の配色は任意の組み合わせが可能であり、例えば泳動動粒子６を黒、第１表示電極４を黒、第２表示電極３を白、障壁１１を透明、制御電極５を透明に組み合わせた場合、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。
【００５４】
次に、図３および図４を用いて本発明の駆動方法における顕著な特徴である、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。
【００５５】
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。
【００５６】
期間Ｔａは白表示保持状態である。図３中、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。
【００５７】
本発明においては、障壁１１によって、泳動粒子の第２表示電極３側への直接的な水平移動をほぼ完全に禁止しているため、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制御電圧を大幅に小さくすることが可能であり、本発明の利点の一つである。図３では制御電圧をＶｃ＝＋５０Ｖとした。
【００５８】
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。尚、図３−Ｔｂ１では泳動粒子６が制御電極５上に吸着しているが、重要なのは泳動粒子６を障壁先端よりも制御電極５側に移動することであって、必ずしも制御電極上にまで移動する必要はない。
【００５９】
次に、期間Ｔｂ２においてＶｄ１＝＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝−５０Ｖ、Ｖｃ＝０Ｖ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表示電極側へと反転させる。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表示電極側には戻ることなく、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。
【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】
図５および図６に、本発明における他の駆動方法を示す。図３および図４と共通する説明は省略する。図５および図６においては、図３および図４における期間Ｔｂ１が省略されており、書き込み期間Ｔｂ（図３および図４のＴｂ２に相当）において、Ｖｄ１＝＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝−５０Ｖ、Ｖｃ＝０Ｖを印加した状態で発生する電界プロファィルに従って泳動粒子６を移動する。
【００６２】
第１表示電極４上の泳動粒子６は、図５−Ｔｂ中に示した電界ベクトル分布に従って、まず制御電極側に向かって移動し、次に障壁１１を乗り越え第２表示電極側へと移動する。図５および図６の駆動法は、駆動波形が単純であり応答速度についても改善が期待できるという長所があるが、図３および図４の方法に比べて障壁の高さ等、構成の自由度が制限されるという面がある。
【００６３】
（単純マトリックス駆動方法）
続いて、図７および図８を見ながら本発明における単純マトリックス駆動方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ており、各交点において信号電極線は各画素の制御電極に、第１走査電極線は各画素内の第１表示電極に、第２走査電極線は各画素内の第２表示電極に配線されている。
【００６４】
まず図３および図４において説明した書き込み方法によって、全ての泳動粒子６を第１表示電極４上に集め全面白表示状態とする。但し、白表示書き込みの場合、期間Ｔｂ２においては全ての第１走査ラインにＶｄ１＝−５０Ｖ、全ての第２走査ラインにＶｄ２＝＋５０Ｖ、全ての信号ラインにＶｃ＝０Ｖを印加する（図７（ａ）、全面消去）。
【００６５】
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。選択期間においては、第１走査ラインにＶｄ１＝０Ｖ（期間Ｔｂ１）／＋５０Ｖ（期間Ｔｂ２）、第２走査ラインにＶｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖ、選択画素（図７（ｂ））に相当する信号ラインにＶｃ＝−５０Ｖ／０Ｖを、非選択画素（図７（ｃ））に相当する信号ラインにはＶｃ＝＋５０Ｖ／＋１００Ｖを印加する。選択画素（図７（ｂ））においては図３および図４で説明した動作によって黒表示書き込みが行なわれ、非選択画素（図７（ｃ））では、泳動粒子は期間Ｔｂ１、Ｔｂ２をとうして常に制御電圧によって第１表示電極側に押し付けられ白表示が安定に保持される。
【００６６】
一方、非選択期間においては、第１走査ラインにＶｄ１＝−１００Ｖ／−５０Ｖ、第２走査ラインにＶｄ２＝−１００Ｖ／−５０Ｖが印加され、信号ラインにはＶｃ＝−５０Ｖ／０Ｖ（図８（ｄ），（ｆ））または＋５０Ｖ／＋１００Ｖ（図８（ｅ），（ｇ））が印加される。いずれの場合も、泳動粒子は表示電極と制御電極間の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。
【００６７】
このようにして、本発明による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を行なうことによって、クロストークすることなくコントラストの高い表示を形成することができる。
【００６８】
（構成のバリエーション）
本発明の特徴である障壁の構成は、図１のタイプに限定されるものではない。
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順に説明する。
【００６９】
図９に、障壁が段差であるタイプを示す。第２表示電極３が段差１２上に形成されるタイプ（図９（ａ））と、段差１２の下に形成されるタイプ（図９（ｂ））が挙げられる。いずれの場合も、形成される段差１２の高さは、泳動粒子径の数倍〜数十倍、好ましくは３〜１０倍と大きく、泳動粒子の水平移動をほぼ禁止する機能を有していることが特徴であり、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。
【００７０】
図１０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、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、障壁１１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、水平方向への移動しにくさの程度を等しくするという効果もある。
【００７１】
第２基板上の制御電極は必ずしも、画素全面に形成する必要はない。例えば図１１に、図１の構成において制御電極５を障壁上方の近傍にのみ配置する構成を示す。この配置においては、図５および図６で示した駆動方法における書き込み動作において、泳動粒子６の移動がよりスムーズに行なわれるという利点がある。
【００７２】
図１２に、図９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１２（ａ））、オーバーハング形状にする構成（図１２（ｂ））によって、遮蔽空間１５を形成することができる。
【００７３】
本発明における障壁は、幾何学的な障壁に限定されるものではなく、表示電極間における泳動粒子の直接的な水平移動をほぼ禁止する機能を有するものであればよく、例えば電気的な障壁であってもよい。図１３（ａ）に、電気的な障壁としてバリア電極１３を配置する構成を示す。書き込み動作及びホールド状態において、バリア電極の電位を、泳動粒子に対して常に反発力を及ぼすように制御することによって幾何学的な障壁と同等の機能を果たすことが可能である。
【００７４】
また、図１３（ｂ）に、電気的な障壁として帯電構造体１４を用いる構成を示す。帯電構造体には、強誘電体やエレクトレットなど半永久的に電荷を保持可能な材料を用いる。帯電構造体に対して、泳動粒子と同極性の帯電電荷を形成することによって幾何学的な障壁と同等の機能を果たすことが可能である。
【００７５】
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１４に一画素内に電極対が２組配置される構成について示す。図１４（ａ）は図１のタイプ、図１４（ｂ）は図１２（ａ）のタイプに相当する。
【００７６】
（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。同様に、第２基板２上に制御電極５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）等のポ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、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。
【００７７】
表示電極面の着色は、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。
【００７８】
次に、表示電極上及び制御電極上に絶縁層８、９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されにくい、低誘電率の材料が好ましく、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。
【００７９】
次に、第１基板１上に障壁１１を形成する。障壁材料としてはポリマー樹脂を使用する。障壁の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。
【００８０】
次に第２基板上に隔壁１０を形成する。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好ましい。隔壁１０の形成は、障壁１１の材料及び形成方法と同様にして行なう。次に、隔壁で囲まれた各画素空間に透明な絶緑性液体７及び着色帯電泳動粒子６を充填する。透明絶縁性液体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０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍ位のものを使用する。
【００８１】
次に、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。
【００８２】
尚、図９、図１０、図１２に示すような段差形状についても、段差を障壁形成と同様の材料及び形成方法によって形成することができる。但し、図９（ｂ）を除いて、第２表示電極３は段差上面に形成する必要がある。この場合、例えば段差用厚膜、第２表示電極膜、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、第２表示電極膜、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。第２表示電極膜は、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形成してもよい。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１２に示すような、逆テーパー形状（図１２（ａ））、或いはオーバーハング形状（図１２（ｂ））の断面を持つ段差を形成することができる。
【００８３】
【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。
【００８４】
実施例１
本実施例では、図９（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。
【００８５】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図１５に示す。一画素サイズは１ｍｍ×１ｍｍ、第１表示電極と第２表示電極の面積比２０：８０である。
以下、図１５及び図９（ａ）を見ながら、セルの製造方法について簡単に説明する。
【００８６】
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１５に示す形状にパターニングした。
【００８７】
次にエポキシ樹脂を３０μｍ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１５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テングを行ない、高さ３０μｍ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。
【００８８】
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１５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透明絶縁性液体７及び黒色帯電泳動粒子６を充填した。
【００８９】
透明絶縁性液体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、熱をかけて貼り合わせた。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。
【００９０】
以下、本実施例における駆動方法の説明を行なう。
第１表示電極を第１走査ライン（Ｓ１１〜Ｓ１３）、第２表示電極を第２走査ライン（Ｓ２１〜Ｓ２３）、制御電極を信号ライン（Ｉ１〜Ｉ３）とした。
【００９１】
図１６（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１６（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。期間前半（ＴＲ１，Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１）を３０ｍｓｅｃ、期間後半（ＴＲ２，Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２）を３０ｍｓｅｃに設定した。
【００９２】
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３、図４および図７、図８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３、図４および図７、図８と同様であるので説明を省略する。
【００９３】
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、全ての第１走査ラインＳ１１〜Ｓ１３に対してＶｄ１＝０Ｖ（前半期間ＴＲ１以下略）／−５０Ｖ（後半期間ＴＲ２、以下略）、全ての第２走査ラインＳ２１〜Ｓ２３に対してＶｄ２＝０Ｖ／０Ｖ、全ての信号ライン１１〜１３に対してＶｃ＝−５０Ｖ／０Ｖを印加し、全画素を白表示にリセットした。
【００９４】
次に期間Ｔ１において選択走査ラインであるＳ１１、Ｓ２１に対してＶｄ１＝０ｖ／＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖ、非選択走査ラインであるＳ１２、Ｓ２２、Ｓ１３、Ｓ２３に対してＶｄ１＝−１００Ｖ／−５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖを印加し、選択画素（１，２）に相当する信号ラインＩ２にＶｃ＝−５０Ｖ／０Ｖ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＝＋５０Ｖ／＋１００Ｖを印加した。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。
【００９５】
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１２：１程度の高い値を示した。
【００９６】
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１９（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。
【００９７】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図２６に示す。一画素サイズは１ｍｍ×１ｍｍ、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、段差高さ５μｍとし、平均粒子径５μｍ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。製造プロセスは実施例１と全く同様であるので説明を省略する。
【００９８】
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。
【００９９】
図２７（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２７（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。
【０１００】
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）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２０、図２１および図２２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２０、図２１および図２２と同様であるので説明を省略する。
【０１０１】
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Ｉ１〜Ｉ３に対してＶｃ＝０Ｖを印加し、全画素を白表示にリセットした。
【０１０２】
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Ｉ２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２４（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２７（ｂ）に示すような灰色がかった表示になってしまった。
【０１０３】
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。
【０１０４】
実施例２
本実施例では、図１に示したセル構成で、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の構成を用いるため、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、従って黒表示→白表示及び白表示→黒表示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構成では困難であって、本発明ならではの特徴の一つである。
【０１０５】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図１７に示す。一画素サイズは１ｍｍ×１ｍｍ、第１表示電極と第２表示電極の面積比１８：７２である。
【０１０６】
以下、図１７及び図１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１７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。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の厚さに形成した。次に感光性エボキシ樹脂を塗布・露光・現像し、高さ３０μｍの障壁１１を形成した。
【０１０７】
以下のプロセスは実施例１と全く同様であるので説明を省略する。
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。
【０１０８】
図１８（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１８（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。
【０１０９】
双方向への書き込みが可能であるので、本実施例においては初期動作として全面リセットをする必要はない。本実施例では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及び図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及び図６と同様であるので説明を省略する。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
実施例３
本実施例では、段差断面がオーバーハング形状である図１２（ｂ）に示したセル構成で、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。
【０１１３】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図１５に示す。一画素サイズは１ｍｍ×１ｍｍ、第１表示電極と第２表示電極の（表示面観察者からの）実効的な面積比１０：９０、第１基板と第２基板間の間隔７０μｍ、段差高３０μｍとし、平均粒子径５μｍの正帯電泳動粒子を用いた。
【０１１４】
製造プロセスは実施例１とほぼ同様であるので説明を省略する。但し、第２表示電極及び段差のパターン形成時に行なう酸素プラズマよるドライエッチングを通常より長めに行ない、図１２（ｂ）に示すようなオーバーハング形状の断面を持つ段差を形成した。
【０１１５】
実施例１と全く同様な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１５：１程度の高い値を示した。
【０１１６】
【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。
【０１１７】
第２に、高い障壁を導入することによって第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。
【０１１８】
第３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。
【０１１９】
第４に、障壁または段差の高さを十分に高くし、制御電圧がなくとも泳動粒子の水平方向移動をほぼ禁止できるようになったことにより、制御電圧が従来に比べて大幅に低減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駆動方法及び動作状態の他の例を示す図である。
【図６】図５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７】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の一例を示す図である。
【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他の例を示す断面図である。
【図１０】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１２】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１３】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１４】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１５】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１６】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１７】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１８】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１９】従来例における表示装置を示す断面図である。
【図２０】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２１】図２１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２２】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２３】図２２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２４】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２５】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２６】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２７】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
６ 泳動粒子
７ 透明絶縁性液体
８、９ 絶縁膜
１０ 隔壁
１１ 障壁
１２ 段差
１３ バリア電極
１４ 帯電構造体
１５ 遮蔽空間
２０ 駆動ドライバー
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号公報及び特願平１０−００５７２７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って、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号公報及び特願平１０−００５７２７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２つの構成が開示されている。図１９にその２つの構成の表示装置の断面図を示す。第１の構成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５が配置されるタイプであり（図１９（ａ）参照）、第２の構成は第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５が配置されるタイプである。（図１９（ｂ）参照）
【００１７】
第１構成、第２構成の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表示電極が第１基板上に配置される。第２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５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５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１９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２０および図２１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２０に泳動粒子の動作状態、図２１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１９（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本発明者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、本発明者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、本発明者らが独自に透明な絶縁液体を用い、また表示コントラストの発現方法についても、本発明者らが独自に泳動粒子を黒色、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行なったのでその説明を行なう。
【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５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２０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５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５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２２および図２３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５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２２（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２２（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２２（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２３（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。
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。
【００２８】
【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。以下にその問題点を図２４を参照しながら説明する。
【００２９】
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２４（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。
【００３０】
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２２（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２４（ｂ））。
【００３１】
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。
【００３２】
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２４（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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２５（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
以上述べた問題点を解決するために、本発明においては以下に記載する新規な構成の電気泳動表示装置及びその駆動方法を提案する。
【００４０】
本発明の第一の発明は、第１基板と、該第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、該第２基板上に配置された制御電極と、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、マトリクスに配列した画素の各々の前記制御電極を信号電極とし、前記第１表示電極と前記第２表示電極をそれぞれ第１走査電極と第２走査電極として、単純マトリクス駆動により該着色帯電泳動粒子を第１および第２表示電極間で水平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表示電極と第２表示電極間における前記帯電泳動粒子の直接的な水平移動を少なくとも一方向に対してほぼ禁止する機能を有する障壁を第１表示電極と第２表示電極との間に備え、選択期間に、前記所望の電圧を印加する手段が、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極側に移動させた後、帯電泳動粒子を制御電極側から前記障壁を越えて他方の表示電極側に移動する電圧を各電極に印加することを特徴とする電気泳動表示装置である。
【００４１】
前記障壁は、第１表示電極面及び第２表示電極面のうちの少なくとも一方の面より突出し、前記帯電泳動粒子径の数倍〜数十倍の高さを有する幾何学的な段差によって構成されることが好ましい。
前記障壁は、前記帯電泳動粒子に対して静電的な反発力を及ぼすバリア電極であることが好ましい。
前記障壁は、前記帯電泳動粒子に対して静電的な反発力を及ぼす帯電構造体であることが好ましい。
【００４２】
前記障壁の段差の、第１表示電極及び第２表示電極の一方の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が好ましい。
【００４３】
本発明の第二の発明は、第１基板と、該第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、該第２基板上に配置された制御電極と、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、該透明絶縁液体中に分散された複数の着色帯電泳動微粒子及び前記第１表示電極と第２表示電極との間に配置され、第１表示電極と第２表示電極間における前記帯電泳動粒子の直接的な水平移動を、少なくとも一方向に対してほぼ禁止する機能を有する障壁とを備え、マトリクスに配列した画素の各々の前記制御電極を信号電極とし、前記第１表示電極と前記第２表示電極をそれぞれ第１走査電極と第２走査電極として、単純マトリクス駆動により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の駆動方法において、
前記障壁によってほぼ禁止された方向への帯電泳動粒子の移動方法が、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極側に移動する第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側から前記障壁を越えて他方の表示電極側に移動する第２の過程とからなる間接的な移動によることを特徴とする電気泳動表示装置の駆動方法である。
【００４４】
前記帯電泳動粒子の間接的な移動を引き起こすために、（Ａ）正帯電の帯電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、（Ｂ）負帯電の帯電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が好ましい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気泳動表示装置（以下、表示装置と記す）の実施態様について順に説明する。
【００４６】
（基本的な構成と動作）
図１は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上に形成された第１表示電極４と第２表示電極３との間に本発明の特徴である障壁１１が配置されている。隔壁１０を介して第２基板２が対向配置されており、第２基板２上には、制御電極５が形成されている。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、透明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。２０は駆動ドライバーを示す。なお、本実施態様において、透明な絶縁性液体とは、例えば無色透明な絶縁性液体を用いることが好ましい。
【００４７】
表示電極の平面形状は特に限定はなく、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、障壁１１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。
【００４８】
本発明の構成上の顕著な特徴は、この障壁１１が泳動粒子径の数倍から数十倍程度、好ましくは３〜１０倍の高さを有することにある。十分に高い障壁を設けることによって、泳動粒子６が電極面に沿って両表示電極間を直接的に水平移動することをほぼ禁止することができる。また高い障壁によって、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。
【００４９】
着色された帯電泳動粒子６の粒子径は、０．１〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍが望ましい。
【００５０】
本発明における障壁は、幾何学的な段差によって構成されるが、具体的には幾何学的な段差とは例えば図１に示すような障壁１１、又は図９に示すような段差１２である。
【００５１】
第１表示電極４と第２表示電極３の面積比は大きいほど望ましいが、面積が小さい方の表示電極（図１の場合、第１表示電極４）と障壁１１、隔壁１０（または障壁）で囲まれる空間に画素内の全泳動粒子が収納されることが必要である。従って、障壁１１を高くするほど面積比を大きく、表示コントラストを大きくすることができる。
【００５２】
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５μｍ、第１基板と第２基板の間隔８０μｍ，障壁の高さ４０μｍ、全画素面積に対する面積比として、第１表示電極１５％、第２表示面積８０％、障壁５％程度が好適である。
【００５３】
セル構成部材の配色は任意の組み合わせが可能であり、例えば泳動動粒子６を黒、第１表示電極４を黒、第２表示電極３を白、障壁１１を透明、制御電極５を透明に組み合わせた場合、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。
【００５４】
次に、図３および図４を用いて本発明の駆動方法における顕著な特徴である、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。
【００５５】
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。
【００５６】
期間Ｔａは白表示保持状態である。図３中、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。
【００５７】
本発明においては、障壁１１によって、泳動粒子の第２表示電極３側への直接的な水平移動をほぼ完全に禁止しているため、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制御電圧を大幅に小さくすることが可能であり、本発明の利点の一つである。図３では制御電圧をＶｃ＝＋５０Ｖとした。
【００５８】
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。尚、図３−Ｔｂ１では泳動粒子６が制御電極５上に吸着しているが、重要なのは泳動粒子６を障壁先端よりも制御電極５側に移動することであって、必ずしも制御電極上にまで移動する必要はない。
【００５９】
次に、期間Ｔｂ２においてＶｄ１＝＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝−５０Ｖ、Ｖｃ＝０Ｖ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表示電極側へと反転させる。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表示電極側には戻ることなく、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。
【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】
図５および図６に、本発明における他の駆動方法を示す。図３および図４と共通する説明は省略する。図５および図６においては、図３および図４における期間Ｔｂ１が省略されており、書き込み期間Ｔｂ（図３および図４のＴｂ２に相当）において、Ｖｄ１＝＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝−５０Ｖ、Ｖｃ＝０Ｖを印加した状態で発生する電界プロファィルに従って泳動粒子６を移動する。
【００６２】
第１表示電極４上の泳動粒子６は、図５−Ｔｂ中に示した電界ベクトル分布に従って、まず制御電極側に向かって移動し、次に障壁１１を乗り越え第２表示電極側へと移動する。図５および図６の駆動法は、駆動波形が単純であり応答速度についても改善が期待できるという長所があるが、図３および図４の方法に比べて障壁の高さ等、構成の自由度が制限されるという面がある。
【００６３】
（単純マトリックス駆動方法）
続いて、図７および図８を見ながら本発明における単純マトリックス駆動方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ており、各交点において信号電極線は各画素の制御電極に、第１走査電極線は各画素内の第１表示電極に、第２走査電極線は各画素内の第２表示電極に配線されている。
【００６４】
まず図３および図４において説明した書き込み方法によって、全ての泳動粒子６を第１表示電極４上に集め全面白表示状態とする。但し、白表示書き込みの場合、期間Ｔｂ２においては全ての第１走査ラインにＶｄ１＝−５０Ｖ、全ての第２走査ラインにＶｄ２＝＋５０Ｖ、全ての信号ラインにＶｃ＝０Ｖを印加する（図７（ａ）、全面消去）。
【００６５】
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。選択期間においては、第１走査ラインにＶｄ１＝０Ｖ（期間Ｔｂ１）／＋５０Ｖ（期間Ｔｂ２）、第２走査ラインにＶｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖ、選択画素（図７（ｂ））に相当する信号ラインにＶｃ＝−５０Ｖ／０Ｖを、非選択画素（図７（ｃ））に相当する信号ラインにはＶｃ＝＋５０Ｖ／＋１００Ｖを印加する。選択画素（図７（ｂ））においては図３および図４で説明した動作によって黒表示書き込みが行なわれ、非選択画素（図７（ｃ））では、泳動粒子は期間Ｔｂ１、Ｔｂ２をとうして常に制御電圧によって第１表示電極側に押し付けられ白表示が安定に保持される。
【００６６】
一方、非選択期間においては、第１走査ラインにＶｄ１＝−１００Ｖ／−５０Ｖ、第２走査ラインにＶｄ２＝−１００Ｖ／−５０Ｖが印加され、信号ラインにはＶｃ＝−５０Ｖ／０Ｖ（図８（ｄ），（ｆ））または＋５０Ｖ／＋１００Ｖ（図８（ｅ），（ｇ））が印加される。いずれの場合も、泳動粒子は表示電極と制御電極間の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。
【００６７】
このようにして、本発明による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を行なうことによって、クロストークすることなくコントラストの高い表示を形成することができる。
【００６８】
（構成のバリエーション）
本発明の特徴である障壁の構成は、図１のタイプに限定されるものではない。
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順に説明する。
【００６９】
図９に、障壁が段差であるタイプを示す。第２表示電極３が段差１２上に形成されるタイプ（図９（ａ））と、段差１２の下に形成されるタイプ（図９（ｂ））が挙げられる。いずれの場合も、形成される段差１２の高さは、泳動粒子径の数倍〜数十倍、好ましくは３〜１０倍と大きく、泳動粒子の水平移動をほぼ禁止する機能を有していることが特徴であり、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。
【００７０】
図１０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、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、障壁１１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、水平方向への移動しにくさの程度を等しくするという効果もある。
【００７１】
第２基板上の制御電極は必ずしも、画素全面に形成する必要はない。例えば図１１に、図１の構成において制御電極５を障壁上方の近傍にのみ配置する構成を示す。この配置においては、図５および図６で示した駆動方法における書き込み動作において、泳動粒子６の移動がよりスムーズに行なわれるという利点がある。
【００７２】
図１２に、図９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１２（ａ））、オーバーハング形状にする構成（図１２（ｂ））によって、遮蔽空間１５を形成することができる。
【００７３】
本発明における障壁は、幾何学的な障壁に限定されるものではなく、表示電極間における泳動粒子の直接的な水平移動をほぼ禁止する機能を有するものであればよく、例えば電気的な障壁であってもよい。図１３（ａ）に、電気的な障壁としてバリア電極１３を配置する構成を示す。書き込み動作及びホールド状態において、バリア電極の電位を、泳動粒子に対して常に反発力を及ぼすように制御することによって幾何学的な障壁と同等の機能を果たすことが可能である。
【００７４】
また、図１３（ｂ）に、電気的な障壁として帯電構造体１４を用いる構成を示す。帯電構造体には、強誘電体やエレクトレットなど半永久的に電荷を保持可能な材料を用いる。帯電構造体に対して、泳動粒子と同極性の帯電電荷を形成することによって幾何学的な障壁と同等の機能を果たすことが可能である。
【００７５】
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１４に一画素内に電極対が２組配置される構成について示す。図１４（ａ）は図１のタイプ、図１４（ｂ）は図１２（ａ）のタイプに相当する。
【００７６】
（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。同様に、第２基板２上に制御電極５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）等のポ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、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。
【００７７】
表示電極面の着色は、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。
【００７８】
次に、表示電極上及び制御電極上に絶縁層８、９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されにくい、低誘電率の材料が好ましく、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。
【００７９】
次に、第１基板１上に障壁１１を形成する。障壁材料としてはポリマー樹脂を使用する。障壁の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。
【００８０】
次に第２基板上に隔壁１０を形成する。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好ましい。隔壁１０の形成は、障壁１１の材料及び形成方法と同様にして行なう。次に、隔壁で囲まれた各画素空間に透明な絶緑性液体７及び着色帯電泳動粒子６を充填する。透明絶縁性液体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０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍ位のものを使用する。
【００８１】
次に、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。
【００８２】
尚、図９、図１０、図１２に示すような段差形状についても、段差を障壁形成と同様の材料及び形成方法によって形成することができる。但し、図９（ｂ）を除いて、第２表示電極３は段差上面に形成する必要がある。この場合、例えば段差用厚膜、第２表示電極膜、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、第２表示電極膜、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。第２表示電極膜は、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形成してもよい。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１２に示すような、逆テーパー形状（図１２（ａ））、或いはオーバーハング形状（図１２（ｂ））の断面を持つ段差を形成することができる。
【００８３】
【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。
【００８４】
実施例１
本実施例では、図９（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。
【００８５】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図１５に示す。一画素サイズは１ｍｍ×１ｍｍ、第１表示電極と第２表示電極の面積比２０：８０である。
以下、図１５及び図９（ａ）を見ながら、セルの製造方法について簡単に説明する。
【００８６】
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１５に示す形状にパターニングした。
【００８７】
次にエポキシ樹脂を３０μｍ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１５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テングを行ない、高さ３０μｍ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。
【００８８】
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１５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透明絶縁性液体７及び黒色帯電泳動粒子６を充填した。
【００８９】
透明絶縁性液体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、熱をかけて貼り合わせた。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。
【００９０】
以下、本実施例における駆動方法の説明を行なう。
第１表示電極を第１走査ライン（Ｓ１１〜Ｓ１３）、第２表示電極を第２走査ライン（Ｓ２１〜Ｓ２３）、制御電極を信号ライン（Ｉ１〜Ｉ３）とした。
【００９１】
図１６（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１６（ｂ）に各期間における表示状態の変化を示した。期間前半（ＴＲ１，Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１）を３０ｍｓｅｃ、期間後半（ＴＲ２，Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２）を３０ｍｓｅｃに設定した。
【００９２】
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３、図４および図７、図８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３、図４および図７、図８と同様であるので説明を省略する。
【００９３】
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、全ての第１走査ラインＳ１１〜Ｓ１３に対してＶｄ１＝０Ｖ（前半期間ＴＲ１以下略）／−５０Ｖ（後半期間ＴＲ２、以下略）、全ての第２走査ラインＳ２１〜Ｓ２３に対してＶｄ２＝０Ｖ／０Ｖ、全ての信号ライン１１〜１３に対してＶｃ＝−５０Ｖ／０Ｖを印加し、全画素を白表示にリセットした。
【００９４】
次に期間Ｔ１において選択走査ラインであるＳ１１、Ｓ２１に対してＶｄ１＝０ｖ／＋５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖ、非選択走査ラインであるＳ１２、Ｓ２２、Ｓ１３、Ｓ２３に対してＶｄ１＝−１００Ｖ／−５０Ｖ、Ｖｄ２＝０Ｖ／−５０Ｖを印加し、選択画素（１，２）に相当する信号ラインＩ２にＶｃ＝−５０Ｖ／０Ｖ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＝＋５０Ｖ／＋１００Ｖを印加した。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。
【００９５】
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１２：１程度の高い値を示した。
【００９６】
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１９（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。
【００９７】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図２６に示す。一画素サイズは１ｍｍ×１ｍｍ、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、段差高さ５μｍとし、平均粒子径５μｍ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。製造プロセスは実施例１と全く同様であるので説明を省略する。
【００９８】
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。
【００９９】
図２７（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２７（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。
【０１００】
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）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２０、図２１および図２２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２０、図２１および図２２と同様であるので説明を省略する。
【０１０１】
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Ｉ１〜Ｉ３に対してＶｃ＝０Ｖを印加し、全画素を白表示にリセットした。
【０１０２】
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Ｉ２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２４（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２７（ｂ）に示すような灰色がかった表示になってしまった。
【０１０３】
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。
【０１０４】
実施例２
本実施例では、図１に示したセル構成で、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の構成を用いるため、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、従って黒表示→白表示及び白表示→黒表示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構成では困難であって、本発明ならではの特徴の一つである。
【０１０５】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図１７に示す。一画素サイズは１ｍｍ×１ｍｍ、第１表示電極と第２表示電極の面積比１８：７２である。
【０１０６】
以下、図１７及び図１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１７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。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の厚さに形成した。次に感光性エボキシ樹脂を塗布・露光・現像し、高さ３０μｍの障壁１１を形成した。
【０１０７】
以下のプロセスは実施例１と全く同様であるので説明を省略する。
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。
【０１０８】
図１８（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１８（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。
【０１０９】
双方向への書き込みが可能であるので、本実施例においては初期動作として全面リセットをする必要はない。本実施例では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及び図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及び図６と同様であるので説明を省略する。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
実施例３
本実施例では、段差断面がオーバーハング形状である図１２（ｂ）に示したセル構成で、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。
【０１１３】
作成した３×３マトリックス表示セルの平面図を図１５に示す。一画素サイズは１ｍｍ×１ｍｍ、第１表示電極と第２表示電極の（表示面観察者からの）実効的な面積比１０：９０、第１基板と第２基板間の間隔７０μｍ、段差高３０μｍとし、平均粒子径５μｍの正帯電泳動粒子を用いた。
【０１１４】
製造プロセスは実施例１とほぼ同様であるので説明を省略する。但し、第２表示電極及び段差のパターン形成時に行なう酸素プラズマよるドライエッチングを通常より長めに行ない、図１２（ｂ）に示すようなオーバーハング形状の断面を持つ段差を形成した。
【０１１５】
実施例１と全く同様な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１５：１程度の高い値を示した。
【０１１６】
【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。
【０１１７】
第２に、高い障壁を導入することによって第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。
【０１１８】
第３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。
【０１１９】
第４に、障壁または段差の高さを十分に高くし、制御電圧がなくとも泳動粒子の水平方向移動をほぼ禁止できるようになったことにより、制御電圧が従来に比べて大幅に低減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駆動方法及び動作状態の他の例を示す図である。
【図６】図５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７】本発明の表示装置の単純マトリックス駆動法の一例を示す図である。
【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他の例を示す断面図である。
【図１０】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１２】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１３】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１４】本発明の表示装置の他の例を示す断面図である。
【図１５】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１６】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１７】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１８】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１９】従来例における表示装置を示す断面図である。
【図２０】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２１】図２１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２２】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２３】図２２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２４】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２５】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２６】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２７】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
６ 泳動粒子
７ 透明絶縁性液体
８、９ 絶縁膜
１０ 隔壁
１１ 障壁
１２ 段差
１３ バリア電極
１４ 帯電構造体
１５ 遮蔽空間
２０ 駆動ドライバー
２２ 段差
Claims (7)
- 第１基板と、該第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、該第２基板上に配置された制御電極と、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、マトリクスに配列した画素の各々の前記制御電極を信号電極とし、前記第１表示電極と前記第２表示電極をそれぞれ第１走査電極と第２走査電極として、単純マトリクス駆動により該着色帯電泳動粒子を第１および第２表示電極間で水平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表示電極と第２表示電極間における前記帯電泳動粒子の直接的な水平移動を少なくとも一方向に対してほぼ禁止する機能を有する障壁を第１表示電極と第２表示電極との間に備え、選択期間に、前記所望の電圧を印加する手段が、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極側に移動させた後、帯電泳動粒子を制御電極側から前記障壁を越えて他方の表示電極側に移動する電圧を各電極に印加することを特徴とする電気泳動表示装置。 - 前記障壁は、第１表示電極面及び第２表示電極面のうちの少なくとも一方の面より突出し、前記帯電泳動粒子径の数倍〜数十倍の高さを有する幾何学的な段差によって構成されることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装置。
- 前記障壁は、前記帯電泳動粒子に対して静電的な反発力を及ぼすバリア電極であることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装置。
- 前記障壁は、前記帯電泳動粒子に対して静電的な反発力を及ぼす帯電構造体であることを特徴とする請求項１記載の電気泳動表示装置。
- 前記障壁の段差の、第１表示電極及び第２表示電極の一方の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請求項１または２に記載の電気泳動表示装置。
- 第１基板と、該第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、該第２基板上に配置された制御電極と、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、該透明絶縁液体中に分散された複数の着色帯電泳動微粒子及び前記第１表示電極と第２表示電極との間に配置され、第１表示電極と第２表示電極間における前記帯電泳動粒子の直接的な水平移動を、少なくとも一方向に対してほぼ禁止する機能を有する障壁とを備え、マトリクスに配列した画素の各々の前記制御電極を信号電極とし、前記第１表示電極と前記第２表示電極をそれぞれ第１走査電極と第２走査電極として、単純マトリクス駆動により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の駆動方法において、
前記障壁によってほぼ禁止された方向への帯電泳動粒子の移動方法が、帯電泳動粒子を一方の表示電極から前記制御電極側に移動する第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側から前記障壁を越えて他方の表示電極側に移動する第２の過程とからなる間接的な移動によることを特徴とする電気泳動表示装置の駆動方法。 - 前記帯電泳動粒子の間接的な移動を引き起こすために、（Ａ）正帯電の帯電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、（Ｂ）負帯電の帯電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。
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