JP3667242B2 - 電気泳動表示方法及び電気泳動表示装置 - Google Patents
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Description
【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方法及び電気泳動表示装置に関する。
【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、情報の出る力も様々な形態を持ってなされている。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。
【0003】
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、画面上の文字が見づらく、また光源のちらつき・低輝度等から生じる視覚へ負担が、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。
【0004】
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。
【0005】
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り、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の表示方式をぺーパーライクディスプレイと呼ぶことにする、
ぺ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、ぺ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】
また別のぺ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。この表示装置は、絶縁性液体中に帯電した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、帯電した泳動粒子の電気泳動性を利用して、該泳動粒子を粒子自身が持つ電荷と反対極性の電極側に静電力により吸着させるものである。表示は、この泳動粒子を着色して、そ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、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、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。
【0007】
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。
【0008】
係る問題を解決するために、第1駆動電極及び第2駆動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泳動粒子を電圧印加により、第1駆動電極面及び第2駆動電極面間を、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。
【0009】
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駆動電極と第2駆動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駆動電極の色を黒色、第2駆動電極の色を白色、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駆動電極が露出し白色を呈し、泳動粒子が第2駆動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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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り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、一般に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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
特表平8−507154号公報では2つの構成が開示されている(図17)。第1の構成(図17(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14が配置されるタイプであり、第2の構成(図17(b))は第1基板1側の第1駆動電極3と第2駆動電極4との間に第3の電極として制御電極14が配置されるタイプである。
【0016】
第1構成、第2構成いずれのタイプにおいても、1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駆動電極3と、第1駆動電極3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駆動電極4が第1基板上に配置される。第2駆動電極4はクロム厚膜によるステップ15上に配置され、その結果、第1駆動電極3と第2駆動電極4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14は、第1基板1に対して25μm〜116μmの間のいづれかの値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14は、第1基板上の、第1駆動電極3と第2駆動電極4の各ライン間に配置される。図17においては説明の便宜上、第1駆動電極3、第2駆動電極4ともに1ラインで構成される場合について示してある。
【0017】
図18および図19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18に泳動粒子の動作状態、図19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17(a)と同じ(但し1画素)である。
【0018】
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。
【0019】
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(駆動電極)を黒色、第2表示電極(駆動電極)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。
【0020】
泳動粒子6の帯電極性を正、第1駆動電極3をコモン電極とし、第2駆動電極4の接地電位を基準にして第1駆動電極3に駆動電圧Vd、制御電極14に制御電圧Vcを印加するものとする。
【0021】
期間Taは白表示保持状態である。図18中、矢印はセル内の電界ベクトルの概要を示す。第1駆動電極3上に集められた泳動粒子6は、第1駆動電極3と第2駆動電極4間に設けられた段差22によって第2駆動電極4側への移動を抑制され、かつ第1駆動電極3と制御電極14間に印加される制御電圧Vc=+250Vによって第1基板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駆動電圧Vd=+5Vは、黒表示状態において、段差近傍の泳動粒子が第1駆動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。
【0022】
書き込み期間Tbにおいては、駆動電圧Vd=+50V、制御電圧Vc=+50Vを印加する。第1駆動電極3と制御電極14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は駆動電極面に沿って段差を乗り越えて第2駆動電極側に水平移動し、反射率Rは急激に減少する。
【0023】
黒表示保持状態である期間Tcでは、制御電圧Vc=+250Vによって第1基板側に押し付けられ、反射率5%程度の黒表示状態が保持される。
【0024】
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20および図21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、制御電極14に配線されたm本のデータ信号電極ラインが列方向に、第1駆動電極3に配線されたn本の走査信号電極ラインが行方向に、互いに直交するように配列されている。第2駆動電極4はコモン電極とし接地電位に固定する。
【0025】
まず全ての走査信号電極ラインにVd=−50V、全てのデータ信号電極ラインにVc=0Vを印加し、全ての泳動粒子6を第1駆動電極上に集める(図20(a)、全面消去) 。次にY方向に上から順番に走査信号電極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、走査信号電極ラインにVd=+50Vを印加し、選択画素に相当するデータ信号電極ラインにVc=+50V、非選択画素に相当するデータ信号電極ラインにVc=+250Vを印加する。選択画素では第1駆動電極・第2駆動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駆動電極側に移動し書き込みが行なわれる(図20(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駆動電極3に押し付けられ移動(書き込み)が阻止される(図20(c))。
【0026】
一方、非選択期間においては走査信号電極ラインにVd=+5Vが印加され、データ信号電極ラインにはVc=+50Vまたは+250Vが印加される(図21(d)〜(g))。いずれの場合も、泳動粒子は制御電圧によって第1基板面に押し付けられており表示状態は変化しない。
【0027】
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。
【0029】
第1の構成においては、ステップ15による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6の移動において、一部の泳動粒子6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22(a))。段差底部への残留を引き起こさないためには、ステップ15の高さを泳動粒子径前後に制限する必要がある。
【0030】
ステップ15の高さが制限されるため、段差による泳動粒子6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6の移動を押え込む場合(図20(c))において、ステップ15が低いために一部の泳動粒子6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22(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6を押え込むことは可能であるが、この場合は印加電圧が高くなっ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6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】
ステップ15の高さが制限される弊害は他にもある。ステップ15の高さが十分でないため、第1駆動電極3と第2駆動電極4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6を集めようとしても泳動粒子6が溢れ出てしまうからである(図22(c))。表示コントラストは、第1駆動電極3と第2駆動電極4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6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方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制御電極14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制御電極14の電圧を0Vにすることによって泳動粒子6の移動をスムーズに行なうことができる。この場合はステップ15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14が阻止することができるのは、あくまで第1駆動電極・第2駆動電極間の移動のみであって駆動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制御電極14に印加される制御電圧によって、駆動電極面内に均一に分散していた泳動粒子6は制御電極14から反発する方向に移動し、駆動電極面内において図23(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】
【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表示方法と構成を提案する。
【0037】
本発明の電気泳動表示方法は、第1基板と、第1基板上に配置される第1駆動電極及び第2駆動電極と、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第3駆動電極と、第1基板と第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泳動粒子とを備えた電気泳動表示装置を用いた表示方法であって、前記泳動粒子が前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極間で移動する第1の過程と、前記泳動粒子が、前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極から、第2基板面の前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極とそれぞれ対向する部分に転写される第2の過程とを有して表示を行なうことを特徴とする。
【0038】
また、前記泳動粒子を前記第2基板上に配置された第3駆動電極に吸着させるために、正帯電の泳動粒子の場合には、
「第1駆動電極及び第2駆動電極の電位>第3駆動電極の電位」
の関係を満たし、負帯電の泳動粒子の場合には、
「第1駆動電極及び第2駆動電極の電位<第3駆動電極の電位」
の関係を満たす期間が含まれるように、前記第1駆動電極、第2駆動電極及び第3駆動電極に電圧を印加することを特徴とする。
【0039】
また、再び表示の書き込みを行う場合、第1段階として前記第3駆動電極に吸着した前記泳動粒子を離し、第2段階として該泳動粒子を前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極間で移動させ、第3段階として該第3駆動電極に該泳動粒子を吸着させて表示を行なうことを特徴とする。
【0040】
また、前記泳動粒子を前記第2基板上に配置された第3駆動電極から離すために、正帯電の泳動粒子の場合には、
「第1駆動電極及び第2駆動電極の電位<第3駆動電極の電位」
の関係を満たし、負帯電の泳動粒子の場合には、
「第1駆動電極及び第2駆動電極の電位>第3駆動電極の電位」
の関係を満たす期間が含まれるように、前記第1駆動電極、第2駆動電極及び第3駆動電極に電圧を印加することを特徴とする。
【0041】
また、再び表示の書き込みを行う場合、第1段階として前記第3駆動電極に吸着した前記泳動粒子を離すと同時に前記第1駆動電極上あるいは前記第2駆動電極上に移動させ、第2段階として該第2基板側に該泳動粒子を吸着させて表示を行なうことを特徴とする。
【0042】
本発明の電気泳動表示装置は、第1基板と、第1基板上に配置される第1駆動電極及び第2駆動電極と、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第3駆動電極と、第1基板と第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泳動粒子とを備えた電気泳動表示装置において、前記第2基板上に配置された第3駆動電極面に、前記第1駆動電極と前記第2駆動電極との境界部と対向して設置された障壁を有し、前記泳動粒子が前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極から、第2基板面の前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極とそれぞれ対向する部分に障壁を介して転写されることを特徴とする。
【0043】
また、本発明の電気泳動表示装置は、第1基板と、第1基板上に配置される第1駆動電極及び第2駆動電極と、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第3駆動電極と、第1基板と第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泳動粒子とを備えた電気泳動表示装置において、前記第2基板上に配置された第3駆動電極面に、該帯電泳動粒子と逆極性の表面電荷を定常的に帯電した荷電膜を有することを特徴とする。
【0044】
また、好ましくは、前記第1駆動電極、第2駆動電極及び第3駆動電極を被覆するように配置される絶縁層を有する。
また、好ましくは、前記第1駆動電極、第2駆動電極、第3駆動電極、第1基板、第2基板及び絶縁層の少なくとも1つが、前記泳動粒子と光学的特性が異なる色に着色されている。
【0045】
また、好ましくは、前記第1基板及び前記第2基板がポリマーフィルムである。
また、好ましくは、前記泳動粒子の平均粒径が0.1μm〜10μmである。
【0046】
また、好ましくは、前記第1基板及び前記第2基板の距離が500μm以下である。
また、好ましくは、前記第1基板及び前記第2基板の距離が100μm以下である。
また、好ましくは、前記第1基板及び前記第2基板の距離が前記泳動粒子の粒径以上である。
また、好ましくは、前記第1基板及び前記第2基板の距離が前記泳動粒子の粒径の2倍以上である。
また、好ましくは、前記第1基板及び前記第2基板の距離が前記泳動粒子の粒径の5倍以上である。
【0047】
また、好ましくは、前記第1駆動電極及び前記泳動粒子が黒色あるいは暗黒色である。
【0048】
上記の電気泳動表示方法、及び電気泳動表示装置によって、例えば特表平8−507154号公報に開示されるような従来の電気泳動表示装置の単純マトリックス駆動法における泳動粒子の移動を禁止し保持するための電圧を大幅に小さくすることが可能である。
【0049】
本発明は、特表平8−507154号公報に開示される高い制御電圧によって泳動粒子を押さえつけて移動を禁止するというような制御電極を使用した単純マトリックス駆動法とは全く異なるものであり、第2基板上に配置された第3駆動電極に表示パターンを転写することにより擬似的な閾値を付与するといった転写表示による新規な単純マトリックス駆動法である。
【0050】
この新規な方法では、第1基板上に配置される第1駆動電極及び第2駆動電極で泳動粒子を移動させ、表示パターンを形成した後、第2基板上の第3駆動電極に吸着させて表示パターンを転写することにより単純マトリックス駆動法を実現できる。
【0051】
その実現可能な理由としては、第1には、泳動粒子を第3駆動電極に印加する駆動電圧によって引き付け第3駆動電極に吸着させることによって第1駆動電極及び第2駆動電極の印加電圧から生じる電界による水平移動がし難くなるということ、そして第2に、第1駆動電極及び第2駆動電極と対向して距離を隔てている第2基板側では第1駆動電極及び第2駆動電極の印加電圧から生じる電界が弱くなるため、第1駆動電極及び第2駆動電極に印加される電圧を切り換えたとしても泳動粒子はその電界の影響から逃れることができるということの2つの事象が挙げられる。
【0052】
この2つの事象が効果的に作用するため、第3駆動電極に印加する電圧に高電圧を使用しなくてもよく、第3駆動電極に表示パターンを転写した状態では、第1駆動電極及び第2駆動電極に印加する電圧を切り換えても、泳動粒子は前の状態を保持して形成した表示パターンが変わることがない。よって、本発明では、泳動粒子が駆動電圧に対して明確な閾値特性を持たなくとも低電圧で泳動粒子の移動を禁止し保持することができ、単純マトリックス駆動法を用いた電気泳動表示装置の駆動を可能にするという非常に大きな利点を持つ。
【0053】
【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。
【0054】
(基本的な構成での動作)
図1に本発明で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。隔壁10を介して第1基板1と第2基板2が対向配置されており、第2基板2上には、第3駆動電極5が形成されている。両基板と隔壁10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、絶縁液体中には帯電した泳動粒子6が分散されている。
【0055】
第1駆動電極3及び第2駆動電極4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。
【0056】
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、泳動粒子の平均粒径1μm、第1基板と第2基板の間隔80μm、全画素面積に対する面積比として、第1駆動電極15%、第2駆動電極85%程度が好適である。
【0057】
セル構成部材の配色は任意の組み合わせが可能である。例えば泳動粒子6を黒に着色し、第2基板2を透明、第1駆動電極3を黒、第2駆動電極4を白、第3駆動電極5を透明というような組み合わせでは、観測者がセルを第2基板側から見たとき、白表示と黒表示の切り換えを行なうことができる。第2駆動電極4の着色がレッド、グリーン、ブルーの画素、あるいは第2駆動電極4が透明かつ第1基板1の着色がレッド、グリーン、ブルーの画素、あるいは図3(a)に示すように第2駆動電極4が透明かつ第1基板1上にレッド、グリーン、ブルーの着色絶縁層11を設けた画素を並べることによってカラー表示を行なうことも可能である。
【0058】
また、必ずしも観測者はセルを第2基板側から見る必要はなく、第1基板側から見る場合に、泳動粒子6を黒、第1基板1を透明、第1駆動電極3を黒、第2駆動電極4を透明、第3駆動電極5を白というような組み合わせによっても白表示と黒表示の切り換えを行なうことができる。この場合、第3駆動電極5の着色がレッド、グリーン、ブルーの画素、あるいは第3駆動電極5が透明かつ第2基板2の着色がレッド、グリーン、ブルーの画素、あるいは図3(b)に示すように第2駆動電極4が透明かつ第2基板2上にレッド、グリーン、ブルーの着色絶縁層11を設けた画素を並べることによってカラー表示を行なうことも可能である。
【0059】
次に図4および図5を用いて本発明の駆動方法の顕著な特徴について説明する。図4および図5に各過程における泳動粒子の動作状態を示し、その説明では泳動粒子6の帯電極性を正とし、部材の配色としては、泳動粒子6を黒、第1駆動電極3を黒、第2駆動電極4を白、第3駆動電極5を透明とする。図4および図5中の矢印はセル内の電界ベクトルの概要を示す。セル構成は図1と同じである。また、第1駆動電極3に駆動電圧Vd1、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2、第3駆動電極5に駆動電圧Vd3を印加するものとする。さらに、以下の説明で用いる電圧値においては、必ずしもその値を使用しなければいけないというわけではなく、本発明の表示方法を実現できるのならば任意に設定できるものとする。
【0060】
まず、第1駆動電極3と第2駆動電極4に駆動電圧を印加して泳動粒子6を水平移動させる(図4(a))。画素Aでは第1駆動電極3に駆動電圧Vd1=−30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=+30Vを印加して白表示状態とする。画素Bでは第1駆動電極3に駆動電圧Vd1=+30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=−30Vを印加して黒表示状態とする。このとき第3駆動電極5に駆動電圧Vd3=+60Vを印加する。
【0061】
それに続いて、第3駆動電極5に駆動電圧Vd3=−60Vを印加し、第3駆動電極5に該泳動粒子6を静電力で吸着させる。この時、図4(b)が示すように、画素Aでは該泳動粒子6は第2基板面の第1駆動電極3と対向する部分に転写する。画素Bでは該泳動粒子6は第2基板面の第2駆動電極4と対向する部分に転写する。そのため、画素Aでは白表示状態、画素Bでは黒表示状態のままである。
【0062】
この状態で第1駆動電極及び第2駆動電極に印加する駆動電圧の極性を反転させ、画素Aでは第1駆動電極3に駆動電圧Vd1=+30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=−30Vを印加し、画素Bでは第1駆動電極3に駆動電圧Vd1=−30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=+30Vを印加しても、表示状態は変化しない(図4(c))。
【0063】
第1駆動電極3に印加される電圧と第2駆動電極4に印加される電圧によって生じる電界は、第1基板側が強く、第1基板を離れ第2基板に近づくにつれて弱くなる。したがって、泳動粒子6を第3駆動電極5に印加される駆動電圧によって第3駆動電極5に吸着させることと、第2基板側では泳動粒子を水平移動させる電界が弱いということの2つの事象により、泳動粒子6の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電圧を大幅に小さくすることが可能であり、このことは本発明の最大の利点と言える。よって、駆動電圧に対して明確な閾値特性を持たない電気泳動表示装置を、単純マトリックス駆動法によって駆動するためには大変有効である。
【0064】
本発明では表示の書き換え方法として2つの駆動方法を提案する。
[書き換え方法1]
1つ目の表示の書き換え方法は、図5(d)にあるように、第1駆動電極3と第2駆動電極4に駆動電圧Vd1=Vd2=0V、第3駆動電極5に駆動電圧Vd3=+60Vを印加することで第2基板2から泳動粒子6を離して第1基板側に移動させる。その後、所望の表示を行うために、画素Aでは黒表示を行うとすると、第1駆動電極3に駆動電圧Vd3=+30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=−30V、画素Bでは白表示を行うとすると、第1駆動電極3に駆動電圧Vd1=−30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=+30Vを印加して泳動粒子を移動させる(図5(e))。そして、再び図4(b)のようにVd3=−60Vとして第2基板側に転写する。
【0065】
[書き換え方法2]
もう1つの書き換え方法を説明する。それは第3駆動電極5に駆動電圧Vd3=+60Vを印加して第2基板2から泳動粒子6を離して第1基板側に移動させると同時に、第1駆動電極3、および第2駆動電極4に駆動電圧を印加し書き込みを行う駆動である。
【0066】
図5(f)にあるように、第3駆動電極5に駆動電圧Vd3=+60Vを印加した瞬間に、画素Aでは黒表示を行うとすると、第1駆動電極3に駆動電圧Vd3=+30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=−30Vを印加し、画素Bでは白表示を行うとすると、第1駆動電極3に駆動電圧Vd1=−30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=+30Vを印加して第1駆動電極上あるいは第2駆動電極上に泳動粒子を移動させ、表示パターンを形成する。そして、再び図4(b)のようにVd3=−60Vとして第2基板側に転写する。この方法のほうが書き込み時間を短縮できるという利点がある。
【0067】
(単純マトリックス駆動方法)
続いて、図6〜図9を見ながら本発明における2つの単純マトリックス駆動方法について説明する。図6〜図9中の矢印はセル内の電界ベクトルの概要を示す。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、第1駆動電極3に配線されたm本の第1データ信号電極ラインと第2駆動電極4に配線されたm本の第2データ信号電極ラインが列方向に、第3駆動電極5に配線されたn本の走査信号電極ラインが行方向に、互いに直交するように配列されている。
【0068】
[単純マトリックス駆動方法1]
前記の[書き換え方法1]を用いて、Y方向に上から順番に走査信号電極ラインを選択し、書き込みを行なう。その選択された走査信号電極ライン、すなわち選択ラインで行う動作について説明する。書き込み前の表示状態としては、白表示を行う画素では黒表示(図6(a))、黒表示を行う画素では白表示(図6(b))とし、書き込みを行うことで反転表示をすることにする。
【0069】
選択ラインでは図6(c),(d)に示されるように、走査信号電極ラインに駆動電圧Vd3=+60Vを印加し、このとき第1データ信号電極ラインと第2データ信号電極ラインにはVd1=Vd2=0Vを印加し、泳動粒子6を第3駆動電極5から離して第1基板側に移動させる。そのあと、その選択ラインの画素のうち、白表示をする画素では第1データ信号電極ラインにVd1=−30V、第2データ信号電極ラインにVd2=+30Vを印加する(図6(e))。黒表示をする画素では、第1データ信号電極ラインにVd1=+30V、第2データ信号電極ラインにVd2=−30Vを印加する(図6(f))。この電圧印加により、泳動粒子6を第1駆動電極3上あるいは第2駆動電極4上に水平移動させて、所望の表示を行なう。
【0070】
泳動粒子6の水平移動が完了すると、その走査信号電極ラインにVd3=−60Vを印加し、泳動粒子6を第3駆動電極5に吸着させて、表示パターンを第2基板側に転写する(図6(g),(h))。以上で選択ラインで行う動作は終了であり、次のラインを選択ラインとして同様に書き込み動作を行う。
【0071】
また、図7(i)〜(n)に示されるように非選択ラインの走査信号電極ラインについては駆動電圧Vd3=−60Vを印加し続ける。第1データ信号電極ラインと第2データ信号電極ラインには、白表示・黒表示を行う時の−30Vあるいは+30V、そして泳動粒子6を第1基板側に移動させる場合の0Vが印加される。しかし、泳動粒子は第3駆動電極により第2基板側に吸着されているため、第1データ信号電極ラインと第2データ信号電極ラインの印加電圧が+30V・0V・−30Vと切り換わっても泳動粒子は水平移動することはなく、前の表示状態を安定に保持することができる。
【0072】
[単純マトリックス駆動方法2]
前記の[書き換え方法2]を用いて、Y方向に上から順番に走査信号電極ラインを選択し、書き込みを行なう。その選択された走査信号電極ライン、すなわち選択ラインで行う動作について説明する。[単純マトリックス駆動方法1]での説明と同様に、書き込み前の表示状態としては、白表示を行う画素では黒表示(図8(a))、黒表示を行う画素では白表示(図8(b))とし、書き込みを行うことで反転表示をさせる動作で説明する。
【0073】
選択ラインおいて、走査信号電極ラインに駆動電圧Vd3=+60Vを印加し、泳動粒子6を第1基板側に移動させる。この駆動電圧Vd3=+60Vを印加すると同時に、第1データ信号電極ライン、および第2データ信号電極ラインには所望の表示を行うための駆動電圧を印加して泳動粒子6を第1駆動電極3上あるいは第2駆動電極4上に移動させる。その選択ラインの画素において、白表示をする画素では、第1データ信号電極ラインにVd1=−30V、第2データ信号電極ラインにVd2=+30Vを印加する(図8(c))。黒表示をする画素では、第1データ信号電極ラインにVd1=+30V、第2データ信号電極ラインにVd2=−30Vを印加する(図8(d))。泳動粒子の移動が完了すると、その走査信号電極ラインにVd3=−60Vを印加し、泳動粒子6を第3駆動電極5に吸着させて表示パターンを第2基板側に転写する(図8(e),(f))。
【0074】
図9(g)〜(j)に示されるように非選択ラインの走査信号電極ラインについては駆動電圧Vd3=−60Vを印加し続ける。第1データ信号電極ラインと第2データ信号電極ラインには、白表示・黒表示を行う時の−30Vあるいは+30Vが印加される。しかし、泳動粒子は第3駆動電極により第2基板側に吸着されているため、第1データ信号電極ラインと第2データ信号電極ラインの印加電圧が+30V・−30Vと切り換わっても泳動粒子は水平移動することはなく、前の表示状態を安定に保持することができる。
【0075】
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。
【0076】
(構成のバリエーション)
本発明の特徴である駆動方法は、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。
【0077】
図10に第2基板上に配置された第3駆動電極面に障害物として障壁12を有する構成を示す。その障壁12は第1駆動電極3と前記第2駆動電極4との境界部と対向して設置されており、その高さは泳動粒子径の数倍〜数十倍と大きく、泳動粒子6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る。書き込み後、泳動粒子を第3駆動電極5に吸着させた時、駆動電圧を小さくして第2基板への吸着力を下げたとしても、この障壁12により泳動粒子の水平移動を防ぐことができるので、低電圧でコントラストの高い表示を行なう上では非常に有効な手段となる。
【0078】
図11に第2基板上に配置された第3駆動電極面に該帯電泳動粒子と逆極性の表面電荷を定常的に帯電した荷電膜13を配置した構成を示す。荷電膜13は強誘電体材料またはエレクトレット材料によって形成することが好適である。駆動電圧の静電力による第3駆動電極5への吸着だけではなく、この荷電膜13の表面電荷の静電力によっても泳動粒子を引き付けて水平移動を防ぐことができるので、第3駆動電極5への吸着させるための駆動電圧を下げたとしてもコントラストの高い表示を行なうことができる。
【0079】
第2基板2上の第3駆動電極5は必ずしも、画素全面に形成する必要はない。例えば図12に、図1の構成において、第1駆動電極3と第2駆動電極4との境界部と対面する部分に切れ目をいれた第3駆動電極5を配置する構成を示す。この配置においては、図4および図5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の移動による表示パターンの転写がより的確に行なわれるという利点がある。
【0080】
以上の記述においては説明の便宜上、第1駆動電極3と第2駆動電極4が1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1画素内の電極数について特に限定はなく、複数の駆動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13に1画素内に電極対が2組配置される構成について示す。図13(a)は図1のタイプ、図13(b)は図10のタイプに相当する。
【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駆動電極3及び第2駆動電極を形成しパターンニングする。同様に、第2基板2上に第3駆動電極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。駆動電極材料は、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、透明電極の材料としては、酸化インジウムすず(ITO)などを用いる。
【0082】
駆動電極面の着色は、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。
【0083】
次に、第1駆動電極上及び第2駆動電極上に絶縁層8、第3駆動電極上に絶縁層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しづらく、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。
【0084】
次に第2基板上に隔壁10を形成する。隔壁10の高さはフレキシブル性を損なわないためには500μm以下が望ましい。また第1基板1と第2基板2の距離が大きいと表示パターンの転写時間が長くなり駆動電圧も大きくする必要があるため、実用上100μm以下が好ましい。また、泳動粒子6の粒径を考慮すると、粒径以上が好ましく、さらに転写表示による第1駆動電極または第2駆動電極と第3駆動電極間の移動を考慮すると、粒径の2倍以上が好ましい。さらに非選択ラインにおいて第1駆動電極及び第2駆動電極の印加電圧による電界の影響を受け難くするには、粒径の5倍以上が好ましい。
【0085】
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10で囲まれた各画素空間に透明な絶縁性液体7及び泳動粒子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。黒色の泳動粒子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の粒径は隔壁10に高さを考慮して、通常は0.1μm〜10μm位のものを使用する。
【0087】
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1及び第2基板2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】
図10の第2基板2の障壁12の形成は、隔壁10の材料及び形成方法と同様にして行なうことができる。隔壁材料としてはポリマー樹脂を使用し、隔壁形成としては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2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。
【0089】
図11の第2基板の荷電膜は強誘電体材料またはエレクトレット材料によって形成することが可能である。
【0090】
強誘電体材料を用いる場合、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛(PLZT)、チタン酸バリウム等の無機化合物や、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体(PVDF/PTrFE)等の有機ポリマーが適当であり、ゾル−ゲル法、スパッタ法、CVD法(化学気相成長法)等で形成することができる。
【0091】
エレクトレット材料を用いる場合、優れた性能のものではテフロン(Teflon−FEP、Teflon−TFE)等のフッ素系樹脂があり、その他ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等も好適である。サーモ・エレクトレット法、エレクトロ・エレクトレット法、ラジオ・エレクトレット法、フォト・エレクトレット法、メカノ・エレクトレット法等で形成することができる。
【0092】
【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。
【0093】
実施例1
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製し、[単純マトリックス駆動方法1]によって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。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。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。
【0094】
作製した3×3マトリックス表示セルの平面図を図14に示す。1画素サイズは1mm×1mm、第1駆動電極と第2駆動電極の面積比20:80である。
【0095】
以下、図14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層8を全面に形成した。次に第2駆動電極4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に示す形状にパターニングした。次に第1駆動電極3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。
【0096】
続いて、PETフィルムからなる第2基板2上に第3駆動電極5としてITOを低温成膜したのち、図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。
【0097】
絶縁性液体7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。
【0098】
以下、本実施例における駆動方法の説明を行なう。
第1駆動電極を第1データ信号電極ライン(D11〜D13) と、第2駆動電極を第2データ信号電極ライン(D21〜D23)、第3駆動電極を走査信号電極ライン(S1〜S3)とした。
【0099】
図15(a)に、各走査電極ライン及び信号電極ラインに印加した駆動電圧のタイムチャートを、図15(b)に各期間における表示状態の変化を示した。図15における各期間(T1,T2,T3)は90msecである。また期間Aは泳動粒子が第3駆動電極から離れるための期間であり、30msec、期間Bは泳動粒子の水平移動期間であり、30msec、期間Cは表示を第3駆動電極に転写する期問であり、30msecとした。
【0100】
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、全画素を各走査信号電極ライン(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6,図7を用いて説明した[単純マトリックス駆動方法1]によって書き込みを行なったため、書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については[単純マトリックス駆動方法1]と同様であり説明を省略する。
【0101】
以下、図15(a)のタイムチャートに従って駆動方法を順に説明する。期間T1おいて、まず期間Aでは選択ラインでの走査信号電極ラインS1にVd3=+60V、非選択ラインでの走査信号電極ラインS2,S3にVd3=−60Vを印加し、全第1データ信号電極ライン(D11〜D13)と全第2データ信号電極ライン(D21〜D23)には0Vを印加する。
【0102】
次に期間Bに移り、白表示書き込み電圧として、画素(1,1)(1,3)に対応する第1データ信号電極ラインD11,D13にVd1=−30V、及び第2データ信号電極ラインD21,D23にVd2=+30Vを印加し、また、黒表示書き込み電圧として、画素(1,2)に対応する第1データ信号電極ラインD12にVd1=+30V、及び第2データ信号電極ラインD22にVd2=−30Vを印加した。その結果、選択ラインの走査電極ラインS1の全ての画素が書き換えられ反転表示された。
【0103】
続いて期間Cで選択ラインの走査信号電極ラインS1にVd3=−60Vを印加し、書き換えられた表示を第2基板に転写した。また、この間非選択ラインの走査信号電極ラインS2,S3における各画素では初期表示状態が保持された。
【0104】
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。
【0105】
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17(a)に示すセル構成で、3×3マトリックス表示セルを作製し、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。
【0106】
作製した3×3マトリックス表示セルの平面図を図24に示す。1画素サイズは1mm×1mm、第1駆動電極3と第2駆動電極4の面積比35:65、第1基板と第2基板間の間隔70μm、ステップ15の高さ0.3μmとし、平均粒子径1μmの正帯電泳動粒子を用いた。駆動電極と泳動粒子の配色は図1と同様である。
【0107】
以下、図24及び図17(a)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層8を全面に形成した。次に第1駆動電極3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。
【0108】
次にエポキシ樹脂を0.3μmの膜厚で塗布し、続いて第2駆動電極4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15上にITOからなる第2駆動電極4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の厚さに形成した。
【0109】
続いて、PETフィルムからなる第2基板2上に制御電極14としてITOを低温成膜したのち、図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。
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。
【0110】
以下、駆動方法について説明する。
第1駆動電極3を走査電極ライン(S1〜S3)、制御電極14をデータ信号電極ライン(D1〜D3)とし、第2駆動電極4をコモン電極として接地電位に固定した。
【0111】
図25(a)に、各走査電極ライン(走査信号電極ラインとも記す)及び信号電極ライン(データ信号電極ラインとも記す)に印加した駆動パルスのタイムチャートを、図25(b)に各期間における表示状態の変化を示した。図25における各期間は50msecである。
【0112】
駆動は、まず最初に全面を白表示にリセットし、次に走査電極ライン毎に、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、本比較例においては図18〜図21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18〜図21と同様であるので説明を省略する。
【0113】
以下、図25(a)のタイムチャートに従って駆動方法を順に説明する。期間TRにおいては、全走査電極ラインS1〜S3にVd=−50V、全データ信号電極ラインD1〜D3に対してVc=0Vを印加し、全画素を白表示にリセットした。
【0114】
次に期間T1において選択ラインの走査信号電極ラインであるS1に対してVd=+50V、非選択ラインの走査信号電極ラインである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D2に制御電圧Vc=+50Vを、非選択画素(1,1),(1,3)に相当する信号電極ラインD1,D3にはVc=+250Vを印加した。その結果、選択走査電極ライン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)、及び非選択走査電極ライン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Vc=+250Vによる泳動粒子の押え込みは不十分であり、図22(c)に示したように一部の泳動粒子が第2駆動電極側に移動してしまい、図25(b)に示すような灰色がかった表示になってしまった。
【0115】
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。
【0116】
実施例2
本実施例では、実施例1で使用した3×3マトリックス表示セルにおいて、[単純マトリックス駆動方法2]によって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。
【0117】
表示セルは実施例1で用いたもの(平面図は図14)と全く同様なので、セルの製造プロセスの説明は省略する。
以下、本実施例における駆動方法の説明を行なう。
【0118】
実施例1と同様、1データ信号電極ライン(D11〜D13)と第2駆動電極を第2データ信号電極ライン(D21〜D23)、第3駆動電極を走査信号電極ライン(S1〜S3)とした。
【0119】
図16(a)に、各走査電極ライン及び信号電極ラインに印加した駆動電圧のタイムチャートを、図16(b)に各期間における表示状態の変化を示した。図16における各期間(T1、T2、T3)は60msecである。また期間Aは泳動粒子が第3駆動電極から離れ、第1駆動電極上、及び第2駆動電極上に移動するための期間であり、30msec、期間Bは表示を第3駆動電極に転写する期間であり、30msecである。
【0120】
実施例1と同様に、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。初期表示パターンとして期間T0に示すパターンを与え、全画素を各走査電極ライン(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8および図9を用いて説明した[単純マトリックス駆動方法2]によって書き込みを行なったため、書き込み時の泳動粒子の詳しい動作については[単純マトリックス駆動方法2]と同様であり説明を省略する。
【0121】
以下、図16(a)のタイムチャートに従って駆動方法を順に説明する。期間T1おいて、まず期間前半Aでは選択走査電極ラインS1にVd3=+60V、非選択走査電極ラインS2,S3にVd3=−60Vを印加し、白表示書き込み電圧として、画素(1,1)(1,3)に対応する第1データ信号電極ラインD11,D13にVd1=−30V、及び第2データ信号電極ラインD21,D23にVd2=+30Vを印加し、また、黒表示書き込み電圧として、画素(1,2)に対応する第1データ信号電極ラインD12にVd1=+30V、及び第2データ信号電極ラインD22にVd2=−30Vを印加した。その結果、選択走査電極ラインS1の全ての画素が書き換えられ反転表示された。続いて期間後半Bで選択走査電極ラインS1にVd3=−60Vを印加し、書き換えられた表示を第3駆動電極5に転写した。また、この間非選択走査電極ラインS2,S3における各画素では初期表示状態が保持された。
【0122】
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、また実施例1より短時間で表示を行なうことができた。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。
【0123】
実施例3
本実施例では、第2基板上に配置された第3駆動電極面に障壁12を有する図10に示したセル構成で、3×3マトリックス表示セルを作製し、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。
【0124】
作製した3×3マトリックス表示セルの平面図は図14と同様である。実施例1と同様に1画素サイズは1mm×1mm、第1駆動電極3と第2駆動電極4の面積比20:80である。
【0125】
以下、図14及び図10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層8を全面に形成した。次に第2駆動電極4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に示す形状にパターニングした。次に第1駆動電極3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。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。
【0126】
続いて、PETフィルムからなる第2基板2上に第3駆動電極5としてITOを低温成膜したのち、図に示す形状にパターニングし、さら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の厚さに形成した。次に感光性エポキシ樹脂を塗布・露光・現像し、高さ30μmの障壁12を形成した。
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。
【0127】
実施例1と全く同様な駆動を行なったが、障壁12により、目的の表示パターンがより良好なコントラストで得られた。また、表示パターンを第3駆動電極に転写する駆動電圧をVd3=−45Vと低減することができた。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。
【0128】
実施例4
本実施例では、第2基板上に配置された第3駆動電極面に荷電膜を有する図11に示したセル構成で、3×3マトリックス表示セルを作製し、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。
【0129】
作製した3×3マトリックス表示セルの平面図は図14と同様である。実施例1と同様に1画素サイズは1mm×1mm、第1駆動電極3と第2駆動電極4の面積比20:80である。
【0130】
以下、図14及び図11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層8を全面に形成した。次に第2駆動電極4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に示す形状にパターニングした。次に第1駆動電極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。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及び黒色帯奄泳動粒子6を充填した。
【0131】
続いて、PETフィルムからなる第2基板2上に第3駆動電極5としてITOを低温成膜したのち、図に示す形状にパターニングし、さら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の厚さに形成した。
【0132】
次に荷電膜を形成した。荷電膜材料にはテフロン(Teflon)−FEPを使用し、高熱下でのコロナ放電によってエレクトレット化処理を行なった。絶縁層をArガスで5分間エッチングし、表面を粗すことによって表面の密着性を向上させた後、厚み5μmのテフロン(Teflon)−FEP透明シートを重ね合わせ、その上にガラス基板を介して加重した状態で、300℃に加熱しテフロン(Teflon)−FEP透明シートを溶融した後冷却することによって、電極上に厚み5μmのテフロン(Teflon)−FEP膜を形成した。エレクトレット化処理のために、XYZ変位駆動機構に取り付けられたナイフエッジ電極と、テフロン(Teflon)−FEP膜及び電極膜の形成された基板を恒温槽内に設置した。ナイフエッジ電極が空隙を介してテフロン(Teflon)−FEP膜表面と対向するように配置し、両者の距離を200μmに調整した。恒温層内を300℃に保持した状態で電極膜とナイフエッジ電極間に、ナイフエッジ電極側マイナスの方向に5kVの電圧を印加し、電極間にコロナ放電を発生させた。ナイフエッジ電極に取り付けられたXYZ変位駆動機構によって、ナイフエッジ電極を基板面と水平な方向に一定速度で往復変位させ、基板全面をコロナ放電で均一に照射しながら、ドライ窒素によって急冷し、エレクトレット化処理を終了した。得られた荷電膜は透明であり、表面電位を測定すると−20Vであった。
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。
【0133】
実施例1と全く同様な駆動を行なった結果、実施例1と同等の駆動時間で表示を行なうことができたことから荷電膜による吸着の駆動特性への影響は少ないことが確認され、そして、その荷電膜によって目的の表示パターンがより良好なコントラストで得られた。また、表示パターンを第3駆動電極に転写する駆動電圧をVd3=−40Vと低減することができた。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13:1程度の高い値を示した。
【0134】
実施例5
本実施例では、図3に示したセル構成において、第1基板1がレッド、グリーン、ブルーそれぞれに着色された画素を3つ組み合わせてカラー表示を行なった。尚、1画素サイズは1mm×1mm、第1駆動電極と第2駆動電極の面積比20:80である。
【0135】
以下、図3(a)を見ながら、レッド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、まずレッドの顔料を分散させたアクリル樹脂からなる着色絶縁層11を形成した。次に第1駆動電極3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。
【0136】
次にアモルファスフッ素樹脂を100nmの膜厚で塗布し、続いて第2駆動電極4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、ITOからなる第2駆動電極4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の厚さに形成した。
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。
【0137】
この製造したレッドセルによって図4および図5を用いた説明にあるように表示を行なった。まず、第1駆動電極3に駆動電圧Vd1=−30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=+30Vを印加し、泳動粒子を第1駆動電極3上に移動させた。それに続いて、第3駆動電極5に駆動電圧Vd3=−60Vを印加し、第3駆動電極5に該泳動粒子6を静電力で吸着させた。この時、第2基板側からは透明な第2駆動電極4の下部に形成されたレッドの着色絶縁層11が見えるため、レッド表示として見えた。
【0138】
次に、[書き換え方法1]により、再び表示を行なった。第1駆動電極3と第2駆動電極4に駆動電圧Vd1=Vd2=0V、第3駆動電極5に駆動電圧Vd3=+60Vを印加することで第2基板2から泳動粒子6を離して第1基板側に移動させた。その後、第1駆動電極3に駆動電圧Vd1=+30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=−30Vを印加して泳動粒子を第2駆動電極4上に移動させた。そして、再びVd3=−60Vとして第2基板側に転写した。この時、第2基板側からは泳動粒子6の黒色と第1駆動電極3の暗黒色が見えるため、黒表示として見えた。表示の書き換えは50msec以下で行なうことができた。
【0139】
次に、[書き換え方法2]により、再び表示を行なった。第3駆動電極5から泳動粒子6を離して第1基板側に移動させるために第3駆動電極5に駆動電圧Vd3=+60Vを印加すると同時に、第1駆動電極3に駆動電圧Vd1=−30V、第2駆動電極4に駆動電圧Vd2=+30Vを印加して第1駆動電極上に泳動粒子を移動させた。そして、それに続いて、第3駆動電極5に駆動電圧Vd3=−60Vを印加して第2基板側に転写した。この時、第2基板側からは透明な第2駆動電極4の下部に形成されたレッドの着色絶縁層11が見えるため、レッド表示として見えた。表示の書き換えは30msec以下で行なうことができ、[書き換え方法1]に比べて書き換えが速くなった。
【0140】
グリーンセルに関しては、PETフィルムからなる第1基板1上に、グリーンの顔料を分散させたアクリル樹脂からなる着色絶縁層11を形成し、その後のプロセスは、レッドセルと同様にして製造することができた。また、レッドセルと同様に表示を行ない、グリーン表示を行なうこともできた。
【0141】
ブルーセルに関しても、PETフィルムからなる第1基板1上に、ブルーの顔料を分散させたアクリル樹脂からなる着色絶縁層11を形成し、その後のプロセスは、レッドセルの製造方法と同様にして製造することができた。また、レッドセルと同様に表示を行ない、ブルー表示を行なうこともできた。
【0142】
この着色絶縁層11をレッド、グリーン、ブルーの各色とした画素を3つ組み合わせて形成したところ、カラー表示を行なうことができた。図3(a)の構成のレッド画素、グリーン画素、ブルー画素を隣接して配置して、3画素を組み合わせて1画素を構成することによりカラー表示を実現することができる。
【0143】
【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、非選択ラインでは、表示パターンを形成した泳動粒子を第3駆動電極に吸着させ、且つ泳動粒子は第1駆動電極及び第2駆動電極から遠ざかるため第1駆動電極及び第2駆動電極に印加された駆動電圧が切り換わったとしてもその電界変化の影響が受け難くなり、泳動粒子の移動による表示パターンの変化がなく、低電圧で泳動粒子の移動を禁止し保持することができるようになった。
【0144】
第2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。
【0145】
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。
第4に、障壁あるいは荷電膜を形成することで表示パターンを第3駆動電極へ転写した状態において泳動粒子の移動を禁止し保持するための駆動電圧をさらに低減でき、そしてコントラストが向上した。
第5に、表示のカラー化を実現することも可能であった。
【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代表的な他の例を示す断面図である。
【図4】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5】図4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6】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7】図6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8】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9】図8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10】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11】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12】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13】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14】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15】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16】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17】従来例における表示装置を示す断面図である。
【図18】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19】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20】従来例における表示装置の単純マトリックス駆動法の一部を示す図である。
【図21】図20の従来例における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22】従来例における問題点を示す図である。
【図23】他の従来例における問題点を示す図である。
【図24】比較例として作製した3×3マトリックスを示す平面構成図である。
【図25】比較例として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1駆動電極
4 第2駆動電極
5 第3駆動電極
6 泳動粒子
7 透明絶縁性液体
8,9 絶縁層
10 隔壁
11 着色絶縁層
12 障壁
13 荷電膜
14 制御電極
15 ステップ
22 段差
Claims (17)
- 第1基板と、第1基板上に配置される第1駆動電極及び第2駆動電極と、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第3駆動電極と、第1基板と第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泳動粒子とを備えた電気泳動表示装置を用いた表示方法であって、前記泳動粒子が前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極間で移動する第1の過程と、前記泳動粒子が、前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極から、第2基板面の前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極とそれぞれ対向する部分に転写される第2の過程とを有して表示を行なうことを特徴とする電気泳動表示方法。
- 前記泳動粒子を前記第2基板上に配置された第3駆動電極に吸着させるために、正帯電の泳動粒子の場合には、
「第1駆動電極及び第2駆動電極の電位>第3駆動電極の電位」
の関係を満たし、負帯電の泳動粒子の場合には、
「第1駆動電極及び第2駆動電極の電位<第3駆動電極の電位」
の関係を満たす期間が含まれるように、前記第1駆動電極、第2駆動電極及び第3駆動電極に電圧を印加することを特徴とする請求項1記載の電気泳動表示方法。 - 再び表示の書き込みを行う場合、第1段階として前記第3駆動電極に吸着した前記泳動粒子を離し、第2段階として該泳動粒子を前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極間で移動させ、第3段階として該第3駆動電極に該泳動粒子を吸着させて表示を行なうことを特徴とする請求項1または2記載の電気泳動表示方法。
- 前記泳動粒子を前記第2基板上に配置された第3駆動電極から離すために、正帯電の泳動粒子の場合には、
「第1駆動電極及び第2駆動電極の電位<第3駆動電極の電位」
の関係を満たし、負帯電の泳動粒子の場合には、
「第1駆動電極及び第2駆動電極の電位>第3駆動電極の電位」
の関係を満たす期間が含まれるように、前記第1駆動電極、第2駆動電極及び第3駆動電極に電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの項に記載の電気泳動表示方法。 - 再び表示の書き込みを行う場合、第1段階として前記第3駆動電極に吸着した前記泳動粒子を離すと同時に前記第1駆動電極上あるいは前記第2駆動電極上に移動させ、第2段階として該第2基板側に該泳動粒子を吸着させて表示を行なうことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの項に記載の電気泳動表示方法。
- 第1基板と、第1基板上に配置される第1駆動電極及び第2駆動電極と、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第3駆動電極と、第1基板と第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泳動粒子とを備えた電気泳動表示装置において、前記第2基板上に配置された第3駆動電極面に、前記第1駆動電極と前記第2駆動電極との境界部と対向して設置された障壁を有し、前記泳動粒子が前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極から、第2基板面の前記第1駆動電極及び前記第2駆動電極とそれぞれ対向する部分に障壁を介して転写されることを特徴とする電気泳動表示装置。
- 第1基板と、第1基板上に配置される第1駆動電極及び第2駆動電極と、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第3駆動電極と、第1基板と第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泳動粒子とを備えた電気泳動表示装置において、前記第2基板上に配置された第3駆動電極面に、該帯電泳動粒子と逆極性の表面電荷を定常的に帯電した荷電膜を有することを特徴とする電気泳動表示装置。
- 前記第1駆動電極、第2駆動電極及び第3駆動電極を被覆するように配置される絶縁層を有する請求項6または7に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第1駆動電極、第2駆動電極、第3駆動電極、第1基板、第2基板及び絶縁層の少なくとも1つが、前記泳動粒子と光学的特性が異なる色に着色されている請求項6乃至8のいずれかの項に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第1基板及び前記第2基板がポリマーフィルムである請求項6乃至9のいずれかの項に記載の電気泳動表示装置。
- 前記泳動粒子の平均粒径が0.1μm〜10μmである請求項6乃至10のいずれかの項に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第1基板及び前記第2基板の距離が500μm以下である請求項6乃至11のいずれかの項に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第1基板及び前記第2基板の距離が100μm以下である請求項6乃至12のいずれかの項に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第1基板及び前記第2基板の距離が前記泳動粒子の粒径以上である請求項6乃至11のいずれかの項に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第1基板及び前記第2基板の距離が前記泳動粒子の粒径の2倍以上である請求項6乃至11及び14のいずれかの項に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第1基板及び前記第2基板の距離が前記泳動粒子の粒径の5倍以上である請求項6乃至11及び14,15のいずれかの項に記載の電気泳動表示装置。
- 前記第1駆動電極及び前記泳動粒子が黒色あるいは暗黒色である請求項6乃至16のいずれかの項に記載の電気泳動表示装置。
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