JP4287310B2 - 電気泳動表示素子の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動表示素子の駆動方法に関する。

低消費電力化、あるいは目への負担軽減などの観点から反射型表示装置への期待が高まっている。これまでに、反射型表示素子の一つとして電気泳動表示素子が知られている。この電気泳動表示素子は、荷電を有する電気泳動粒子と絶縁性液体からなる電気泳動層とこの電気泳動層を挟んで対峙する一組の電極からなり、この電極を介して電気泳動層に電場を印加することによって、電気泳動粒子をその荷電と反対極性の電極上に移動させて表示を行うものである。電気泳動粒子の対比色は、色素を溶解させた前述の絶縁性液体が担っている。より詳細には、電気泳動粒子が観測者に近い第１の電極の表面に付着する場合は、電気泳動粒子の色が観測され、一方、電気泳動粒子が観測者から遠い第２の電極の表面に付着する場合は、電気泳動粒子の色は絶縁性液体に隠蔽されるとともに絶縁性液体の対比色が観測されるというものである。電気泳動表示素子は、広視野角、高コントラスト、低消費電力という利点を備えているものの、絶縁性液体に溶解させた色素の電気泳動粒子への吸着、及び電気泳動粒子が吸着した電極表面と電気泳動粒子間への絶縁性液体の侵入などにより、高い反射率、すなわち明るさと、高いコントラストを両立させることは困難であるという大きな問題があった。

この問題を解決する試みの一つとして、絶縁性液体に色素などを溶解させることなく透明な状態で用い、電気泳動粒子を遮蔽層により隠蔽することで透明状態を、観測者が視認できる領域にある電極上に電気泳動粒子を吸着させることで着色状態を得ることが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、着色状態で電気泳動粒子が電極上に均一には吸着されない場合があり、そのような場合には着色時の透過率が上昇し、結果としてコントラストが低下するという問題があった。

この問題を解決する試みの一つとして、透過型電気泳動表示素子に限定しているものの、交流電圧が印加されることで表示素子の着色状態を得ることが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、交流電圧を印加し続ける場合、消費電力が上昇するという問題が生じ、低消費電力を狙う反射型表示素子としては好ましくない。また、特許文献２中には交流電圧を印加後に電源を切るあるいは直流電圧を印加して電極に付着させることにも言及しているが、電源を切る場合には、外部の影響を受けやすくなり均一分散状態を安定に維持しにくくなる、また、直流電圧を印加して電極へ付着させる場合には、電圧の大きさの設定によっては電極への付着が不十分であり、最終的に不均一分散してしまうことが判明した。すなわち、安定な高コントラストを得るという課題は、現在でも残されている。さらにまた、交流電圧を印加して着色状態を得る場合、透明状態から着色状態への移行、および、着色状態から透明状態へ移行ともに、応答速度が従来方式である直流電圧を印加する場合より遅くなるという問題があった。さらに、特許文献２では、複数の画素から構成される表示素子をマトリックス駆動することには触れていない。
特開平９−２１１４９９号公報 特開平３−９１７２２号公報

以上のように、安定な高いコントラストおよび低消費電力を備えた電気泳動表示素子を実現することは困難であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、低消費電力であってかつ安定した高いコントラストを得ることのできる電気泳動表示素子の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、対向して配置された第１および第２の基板と、これらの基板間に封入され所定の電荷を帯びた泳動粒子とこれらの泳動粒子を分散する絶縁性流体とを有する電気泳動層と、を備える電気泳動表示素子の駆動方法であって、前記泳動粒子の色が視認される状態である前記電気泳動層の着色状態を得る際に、前記電気泳動層に交流電圧を印加し、前記交流電圧の振幅およびオフセット電圧の少なくとも一方を前記着色状態の期間中に変化させることを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、対向して配置された第１および第２の基板と、これらの基板間に封入され所定の電荷を帯びた泳動粒子とこれらの泳動粒子を分散する絶縁性流体とを有する電気泳動層と、を備える電気泳動表示素子の駆動方法であって、前記泳動粒子の色が視認される状態である前記電気泳動層の着色状態を得る際に、前記電気泳動層に最初に直流電圧を印加し、その後、交流電圧を印加し、前記直流電圧の印加時間が、前記交流電圧の１／２周期より長いことを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、対向して配置された第１および第２の基板と、これらの基板間に封入され所定の電荷を帯びた泳動粒子とこれらの泳動粒子を分散する絶縁性流体とを有する電気泳動層と、を備える電気泳動表示素子の駆動方法であって、前記泳動粒子の色が視認される状態である前記電気泳動層の着色状態を得る際に、前記電気泳動層に最初に交流電圧を印加し、その後、前記交流電圧の振幅より大きな直流電圧を印加することを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、対向して配置された第１および第２の基板と、前記第１および第２の基板間に形成されてマトリクス状に配置され、それぞれが画素電極と前記第１および第２の基板間に封入された所定の電荷を帯びた泳動粒子とこれらの泳動粒子を分散する絶縁性流体とを有する電気泳動層を含む画素と、を備えた電気泳動表示素子の駆動方法であって、各画素の前記電気泳動層に交流電圧または直流電圧を印加し、前記交流電圧の高電圧および低電圧の印加時間、または前記直流電圧の印加時間が、ｍ、ｎを自然数としたときフレーム周期のｍ/ｎ倍であることを特徴とする。

本発明によれば、低消費電力を実現できるとともに安定した高いコントラストを得ることができる。

本発明の一実施形態による電気泳動表示素子の駆動方法を説明する。

本実施形態において、電気泳動層の「着色状態」とは電気泳動粒子が担う色を観測者が視認する状態を言う。電気泳動粒子には有彩色のものを一般的に用いるが、白色のものを利用する場合は、着色状態は白色となる。一方、電気泳動層の透過状態において観測者が視認するのは、観測者から見て電気泳動層の後方に位置する物質からの反射光、あるいは、後方からの透過光である。例えば、観測者から見て表示素子の後方に対比色を担う層を設けた場合は、電気泳動層が透過状態では観測者は対比色を視認する。さらに、対比色を担う層は電気泳動層の後部に設けられていればいいのであって、表示素子中に内蔵することが可能である。例えば、観測者から見て遠くに存在する基板自体が対比色を担う層となる、あるいは、その基板上の電極表面に対比色となる層を形成するなどが考えられる。このように本実施形態による駆動方法は、透過型、反射型の両方の電気泳動表示素子に適用できる。

本実施形態において、交流の電圧振幅とは変動する電圧の１／２を言う。交流の電圧は、電圧振幅と直流成分であるオフセット電圧により規定できる。オフセット電圧は、交流に含まれる直流成分の電圧とする。

本実施形態による電気泳動表示素子の駆動方法を、図１乃至図６を参照して説明する。図１乃至図３は本実施形態による駆動方法に用いられる電気泳動表示素子の駆動波形を示す波形図であり、図４乃至図６は本実施形態による駆動方法に用いられる電気泳動表示素子の一つの画素の状態を示す断面図である。この画素は、対向して配置された２枚の基板１、２と、基板１、２を所定の距離に保つスペーサ３と、基板１、２間に電荷を帯びた電気泳動粒子４ａが封入された電気泳動層４と、電極６、７とを備えている。電極６は基板１とスペーサ３との間に設けられ、電極７は基板２上に設けられている。電気泳動粒子４ａは着色しておりかつ負の電荷を有している。電気泳動層４は、電気泳動粒子４ａと、絶縁性流体４ｂを備えている。図１乃至図３に示す駆動波形は電極６を基準にとった場合の電極７の電位変化を示している。図１は、第１の交流電圧を印加し、その後に第１の交流電圧よりも振幅の小さな第２の交流電圧を印加する駆動波形を示している。図２は、最初に直流電圧を印加し、その後に上記直流電圧よりも振幅の小さな交流電圧を印加する駆動波形を示している。図３は、交流電圧を印加し、その後に交流電圧よりも振幅の大きな直流電圧を印加する駆動波形を示している。

図６は電気泳動層４の透過状態を表しており、電気泳動粒子４ａが電極６に付着している。この状態で図１に示す駆動波形で駆動させると、電圧振幅の大きい交流によって電気泳動粒子４ａは電極６と電極７の間を行き来することになり、図４に示すような電気泳動層４の均一な着色状態を得ることができる。一旦、均一な分散状態を得られれば、消費電力を抑制するために電圧振幅の小さい交流にしても図４で示した均一な分散状態を安定に維持させることができる。すなわち、高いコントラストと低消費電力を実現できる。

次に、図６に示す透過状態に対して、図２に示す駆動波形で駆動させると、初期の直流電圧により電気泳動粒子４ａは電極６から電極７に向かって高速に移動を開始する。始めから交流電圧を印加する場合に比べ、電気泳動粒子４ａが電極６へ戻されるクーロン力が働かないために、その速度はより大きい。このまま直流電圧を印加し続けた場合、電気泳動粒子４ａは電極７への不均一な付着あるいは不均一な分散状態となり良好な着色状態を得ることができない。そこで直流から交流へ駆動を切り替えることで図４に示すような均一な分散状態を得ることができる。すなわち、高いコントラストと高速応答を実現できる。さらに、前述のように、均一分散後に交流の電圧振幅を小さくすれば低消費電力化も可能である。

次に、図６の透過状態に対して、図３に示す駆動波形で駆動させると、初期の交流電圧により電気泳動粒子４ａは電極６と電極７を行き来することになり図４に示すような均一な着色状態を得ることができる。続いて交流の電圧振幅より高い電圧の直流を印加すると図５に示すように電気泳動粒子４ａが電極７に均一に付着した着色状態を安定に実現できる。すなわち、低消費電力で、高いコントラストを実現できる。また、前述のように着色状態へ移行させる際に、交流の１／２周期より長く、かつ電気泳動粒子４ａの応答時間以下の時間、直流電圧を印加すれば均一な着色状態の実現と応答の高速化の両立が可能である。

本実施形態による駆動方法が適用される電気泳動表示素子の構成の一例を図７に示す。この表示素子は、マトリックス状に配置された画素群１１と、信号線の駆動回路１２と、走査線の駆動回路１３と、駆動信号発生器１４とを備えている。画素群１１を構成する各画素は基板間に封入された電気泳動層４を有している。

画素群１１を構成する各画素が薄膜トランジスタを有する場合の一具体例を図８に示す。各画素は、信号線２１と、走査線２２と、画素電極２３と、薄膜トランジスタ２４と、補助容量電極２６と、補助容量線２７とを備えている。補助容量電極２６は、画素電極２３より紙面の奥側のガラス基板上に形成されている。補助容量の大きさは、保持期間中における画素電極２３の電位の低下をできるだけ小さく抑えることができる大きさであることが望ましい。透過型電気泳動表示素子として用いる場合には、より高い開口率を確保するために、補助容量電極２６は透明電極材料を用いることが好ましい。

図８に示す切断線６０で1つの画素を切断したときの断面を、図９および図１０に示す。図９は、共通電極２５の面積が画素電極２３のそれより小さい一例を示す図である。図１０は共通電極２５の面積が画素電極２３のそれより大きく、かつ図８において画素電極２３が走査線方向に長い場合の一例を示す図である。図９、図１０に示す表示素子は共に反射型電気泳動表示素子の場合であり、画素電極２３上に電気泳動粒子４ａの対比色を担う対比色層４１が形成されている。共通電極２５は全ての画素に同じ電位を与える。なお、基板２上に補助容量電極２６が形成され、この補助容量電極２６を覆うように絶縁膜４０が形成され、この絶縁膜４０上に画素電極２３が形成されている。観測者は、共通電極２５が形成された基板１側から表示素子を見ることになる。補助容量電極２６は、共通電極２５と同じ電位に設定されている。

次に、図７に示すマトリックス状に配置された画素群１１から構成され、画素の断面が図９で表される電気泳動表示素子に印加する駆動波形の例を、図１３乃至図１８を参照してより詳細に説明する。

電気泳動粒子４ａは負に帯電し、黒色に着色しているとする。対比色層４１は、対比色として白色であるとする。観測者は、基板１側から観測する。Ｖcomは共通電極２５の電位、Ｖsigは信号線２１の電位、Ｖgは走査線２２の電位、Ｖsig-cは信号線２１の中心電位、Ｖcom-cは共通電極２５の電位を変化させる場合の共通電極２５の中心電位である。補助容量線２７には共通電極と同電位が与えられている。画素電極２３には、薄膜トランジスタ２４を介して信号線２１の電位Ｖsigが与えられる。

図１３、図１５、図１７では、ＶcomがＶsig-cより低く設定されているが、薄膜トランジスタ２４のフィードスルー電圧のみを考慮した場合であり、オフセット電圧を有する交流をＶsigとして与える場合などはこの限りではなく、電気泳動層、電極間距離などに応じてＶcomを設定する。走査線２２の電位Ｖgは、他の電極電位に対してより低い期間が長く、その影響をできるだけ排除して良好な表示特性を得るためには、電気泳動粒子４ａを負に帯電させる方が好ましい。

図１４は全画面が白表示、図１３は全画面が黒表示の書き込みをした場合の駆動波形の一例を示す波形図である。白表示の際は、図１４に示すように、各フレームでＶgが高電圧となる際に薄膜トランジスタ２４がＯＮとなり、Ｖcomより低いＶsigの電位が画素電極２３に対して与えられ、その後、薄膜トランジスタ２４がＯＦＦの期間、すなわち保持期間において画素電極２３の電位は電気泳動層４の抵抗値、容量、および補助容量線２７の補助容量から決まる時定数で漸減することを繰り返して、画素電極２３の電位は信号線２１の電位Ｖsigに漸近する。この時、電気泳動粒子４ａは共通電極２５に付着し、観測者は対比色層４１の白色を観測することになる。黒表示の際は、図１３に示すように、各フレームで、信号線２１の電位ＶsigをＶcomに対して変化させながら、薄膜トランジスタ２４がＯＮとなる際に、画素電極２３に対して電位Ｖsigを書き込んでいく。保持期間中の画素電極２３の電位変化は前述のとおりである。この時、電気泳動粒子４ａは電気泳動層４内に均一分散され、観測者は電気泳動粒子４ａの黒色を観測する。

図１６は全画面が白表示、図１５は全画面が黒表示の書き込みをした場合の駆動波形の他の例を示す波形図である。共通電極２５の電位Ｖcomを信号線２１の電位Ｖsigと同期して変化させることで、駆動電圧が比較的高い電気泳動素子４ａの低電圧駆動を実現できる。ただし、図１６から分かるように、白表示の際に、共通電極２５と信号線２１との電位差（Ｖcom−Ｖsig）が小さくなるフレームにおいて、電気泳動粒子４ａが共通電極２５に保持されにくくなるため、電気泳動粒子４ａが共通電極２５に保持されようなメモリ性を有していることがより好ましい。

図１８は全画面が白表示、図１７は全画面が黒表示の書き込みをした場合の駆動波形の他の例を示す波形図である。図１３に示す場合と異なり、２フレームごと、すなわちフレーム周期の２倍で信号線２１の電位Ｖsigを変化させて黒表示を行う。前述のとおり、画素電極２３の電位は電気泳動層４の抵抗値、容量と、補助容量線２７の補助容量から決まる時定数で漸減する。その漸減量は、電気泳動表示素子の場合、液晶表示素子に比較して大きく、補助容量電極２６の面積を大きくすることや絶縁層４０の誘電率を高くすることなどで補助容量を大きくしても漸減量を抑制することが難しい場合も多い。そこで、ｍ、ｎを自然数としたとき、フレーム周期毎に信号線２１の電位Ｖsigを変化させるのではなくｍ／ｎ周期ごとに変化させて、画素電極２３の電位が信号線２１の電位Ｖsigに十分漸近するような条件で駆動するのが好ましい。

なお、着色状態にある画素に着目した場合、共通電極２５の電位Ｖcomに対する極性が、フレームで反転するフレーム反転に限らず、走査線２２と平行方向の画素ラインごとに反転する行反転、信号線２１と平行方向の画素ラインごとに反転する列反転で、駆動しても構わない。共通電極２５の電位Ｖcomを変化させる場合は、フレーム反転あるいは行反転と併用できる。フリッカおよびクロストークの軽減の観点から、適切な反転方法を選択する。

図１０は、画素電極２３の面積が共通電極２５のそれより小さい場合の例を示す断面図である。この場合、画素電極２３に電気泳動粒子４ａを集めて、電気泳動層４の透過状態を実現する。したがって、共通電極２５に対して画素電極２３が正となるような直流電位を信号線に印加すればよい。保持期間中の画素電極２３の電位の変動および、電気泳動粒子４ａが負に帯電していることが望ましいのは先ほどの図９での説明と同様である。

本実施形態の駆動方法に用いられる電気泳動粒子４ａは、流体に安定に分散され、単一の極性を有するとともに、その粒径分布が小さいことが、表示素子の寿命、コントラスト、解像度などの観点から望ましい。また、応答速度の観点から、その粒径は０．１μｍから５μｍが好ましい。電気泳動粒子４ａの材料としては、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化アルミニウム、セレン化カドミウム、カーボンブラック、硫酸バリウム、クロム酸鉛、硫化亜鉛、硫化カドミウムなどの無機顔料、あるいはフタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエロー、ウオッチングレッド、ダイアリーライドイエローなどの有機顔料を用いることができる。

本実施形態において、前述の電気泳動粒子４ａを分散させる流体４ｂとしては、電気泳動粒子４ａに対する溶解能が小さく電気泳動粒子４ａを安定に分散でき、イオンを含まずかつ電圧印加によりイオンを生じない絶縁性のものが望ましい。さらに、電気泳動粒子４ａの浮沈防止のためには電気泳動粒子４ａと比重がほぼ等しく、電圧印加時における電気泳動粒子４ａの移動度の面からは粘性の低いものが好ましい。比較的多くの電気泳動粒子４ａの材料に対して用いることのできる絶縁性液体としては例えば、ヘキサン、デカン、ヘキサデカン、ケロセン、トルエン、キシレン、オリーブ油、リン酸トリクレシル、イソプロパノール、トリクロロトリフルオロエタン、ジブロモテトラフルオロエタン、テトラクロロエチレンなどを挙げることができる。なお、電気泳動粒子４ａの浮沈防止のために電気泳動粒子４ａとの比重整合を行う場合などは混合流体の利用も可能である。また、流体として、気体を用いることもできる。気体としては例えば、空気、窒素、アルゴンなどを挙げることができる。

本実施形態において、電気泳動粒子４ａの電気泳動層４における混合重量率は、電気泳動粒子４ａの電気泳動性が阻害されず、かつ分散層の反射制御が十分に行える限り特に限定されるものではないが、例えば１重量％から２０重量％が好ましい。

本実施形態において、電気泳動粒子４ａの電荷を増加させるため、あるいは同一極性にするために、必要に応じて、前述の流体に、樹脂、界面活性剤等の添加剤を加える、あるいは電気泳動粒子４ａを予め添加剤で処理することができる。

本実施形態において、電気泳動層４の厚さは電気泳動粒子４ａの径より大きく、電気泳動粒子４ａの運動を妨げない限り特に限定されるものではないが、電圧印加時の速い応答速度のためには、できるだけ薄いことが望ましい。このような観点から、電気泳動層４の好ましい厚さは、５μｍから２００μｍである。

本実施形態において、交流電圧の振幅および直流電圧の大きさは基板間のギャップや電極間の距離に応じて−５０Ｖ〜＋５０Ｖの間で適当な値を選べばよい。電圧振幅の大きい交流は電気泳動粒子４ａを均一分散させるに十分な電圧振幅であればよく、電圧振幅の小さい交流はその分散状態を維持できる電圧振幅であればよく、電気泳動層４の特性や基板間のギャップや電極間の距離などにより適宜選択される。また、電圧振幅の大きい交流の印加時間は、電気泳動粒子４ａが均一に分散するに十分な時間であって、基板間のギャップや電極間の距離などに応じて０．１秒〜５秒の間で適宜選ばれる。

本実施形態において、交流の電圧振幅を周期的に変化させる場合は、電圧振幅の小さい交流において分散状態の維持が困難になる前に電圧振幅の大きい交流に変化させればよい。変化させる周期は、基板間のギャップや電極間の距離などに応じて５秒〜数分の間で適宜選ばれる。

本実施形態において、図１に示す駆動波形は交流電圧の振幅を変化させているが、交流のオフセット電圧を変化させてもよい。この場合は、電気泳動粒子４ａの分散状態が維持されるように、基板間のギャップ、電極間距離に応じてその変化量や周期を設定すればよい。また、交流電圧の振幅およびオフセット電圧の少なくとも一方を周期的に変化させてもよい。

本実施形態において、交流の波形は、矩形波を原則とするが、場合によっては正弦波や三角波を用いてもよい。

本実施形態において、図２に示す駆動波形を用いる場合は、電気泳動層４ａの着色状態を得る際に最初に印加する直流電圧の大きさは、十分な応答速度が得られる程度であればよく、その印加時間は、その後の交流の１／２周期より長く設定する。印加時間の上限は、電気泳動粒子４ａの応答時間である。なお、図２に示す駆動波形の交流電圧の印加後に、再び直流電圧を印加しても良いし、直流電圧と交流電圧を周期的に印加しても良い。

本実施形態において、図３に示すように、最初に交流電圧を印加した後、交流電圧の振幅より大きい直流電圧を印加する場合、電気泳動粒子４ａが電極上に安定に付着するに足る電圧であればよく、基板間のギャップや電極間の距離に応じて−５０Ｖ〜＋５０Ｖの間で適当な値を選べばよい。

本実施形態において、交流と直流を周期的に変化させる場合には、分散状態の維持が困難になる前に交流駆動にすればよく、基板間のギャップ、電極間距離に応じて周期を決めればよい。

本実施形態において、交流電圧の高電圧の印加時間と低電圧の印加時間が異なる、すなわち、デューティ比を１：１以外の値に設定された交流電圧を用いてもよい。この場合は、電気泳動粒子の分散状態が最も安定に維持できるように設定すればよく、電気泳動粒子の電極間の応答速度が、着色状態→透過状態と透過状態→着色状態で等しくなるように、基板間のギャップや電極間の距離などに応じて、またオフセット電圧に応じて、１：９から９：１の間で適宜選ばれる。図１１に、デューティ比が１：１ではない交流波形の一例を示す。

本実施形態において、交流のオフセット電圧は、泳動粒子の分散状態が最も安定に維持できるように設定すればよく、電気泳動粒子の電極間の応答速度が、着色状態→透過状態と透過状態→着色状態で等しくなるように、基板間のギャップや電極間の距離などに応じて、また、前述のデューティ比も考慮して、−５０Ｖ〜＋５０Ｖの間で設定される。図１２に、オフセット電圧を有する、すなわちオフセット電圧が０Ｖでない交流波形の一例を示す。

本実施形態において、マトリックス状の複数の画素から構成される電気泳動表示素子は、単純マトリックス駆動でもよいし、各画素に薄膜トランジスタや薄膜ダイオードを設置してアクティブマトリックス駆動によって動作させることができる。フレーム周期とは、画面を書き換える周期であり、フリッカが視認されない範囲で設定すればよい。フレーム周期の逆数はフレーム周波数であるが、フレーム周波数として、例えば０．０１Ｈｚ〜１２０Ｈｚで設定する。ｍ、ｎを自然数としたとき、各画素における交流電圧の高電圧および低電圧の印加時間、および、直流電圧の印加時間が、フレーム周期のｍ/ｎ倍にする場合、画素電極の電位が設定した電位に少なくとも５０％以上、好ましくは８０％以上となるようにｍおよびｎを設定する。

本実施形態において、共通電極の電位をフレーム周期のｍ/ｎ倍で変化させると、高い駆動電圧を要求する電気泳動表示素子の場合でも駆動することが可能となる。自然数ｍ、ｎの設定は、前述の各画素における交流電圧の高電圧および低電圧の印加時間、および、直流電圧の印加時間を考慮して行う。共通電極の電位をフレーム周期のｍ/ｎ倍で変化させる場合、その電位変化量は着色状態を得る交流の電位変化量、すなわち電圧振幅の２倍以下に設定することが好ましい。透過状態を得る画素に注目すると、その画素の電気泳動層には、オフセット電圧を有する交流電圧が印加されることになる。したがって、より安定な透過状態を実現するためには、電気泳動表示素子が、メモリ性を有することが望ましい。

以下、本発明の実施例を説明する。

（第１実施例）
まず、一画素分が図４に示す構造と同様の構造を有する電気泳動表示素子において、各部材の選択、形成、及び設定を以下のようにして行った。基板１、２として厚０．７ｍｍの透明なガラス板を用いた。スパッタ成膜後、リソグラフィの定法のとおり基板１に井桁形状のＩＴＯからなる電極６を形成した。電極６の高さは約０．１μｍ、幅１０μｍとした。一方、基板２へも同様にＩＴＯからなる電極７を形成した。電極７の高さは約０．１μｍで、一辺が１２０μｍの四角形とした。電極７を形成した基板２に対して、例えばネガ型レジストからなる井桁形状のスペーサ３を形成した。スペーサ３の高さは３０μｍに設定した。

電気泳動層４は、以下の通り準備した。まず、電気泳動粒子４ａとして黒色樹脂トナー（粒径１μｍ）を、また流体４ｂとしてイソプロパノールを用い、両者を電気泳動粒子４ａの混合重量率が１０％となるように混合し、さらに分散安定性の向上のために微量の界面活性剤を添加し、電気泳動層４を準備した。この場合、電気泳動粒子４ａは表面が負に帯電している。

最後に、電気泳動層４を封入するとともに、スペーサ３と電極６が一致するように張り合わせた。

このようにして得られた電気泳動表示素子に対して、まず、電極６が電気泳動粒子４ａの極性と逆極性となるように、電極６と電極７間に１０Ｖの直流電圧を印加して図６に示す透過状態を得た。続いて図１に示す駆動波形により着色状態を実現した。すなわち、電極６と電極７間に電圧１０Ｖで周波数３０Ｈｚの矩形波を３秒間印加して、図４に示す着色状態を得た。続いて、電圧０．５Ｖで周波数３０Ｈｚの矩形波を印加することで図４に示す着色状態を維持した。

表示素子の評価は、透過状態および着色状態において、透過率および消費電流を測定することで行った。本実施例の駆動方法では着色状態の透過率は３０％、消費電流は１０Ｖの場合、平均５μＡ、０．５Ｖの場合、平均０．２μＡであった。また透過状態の透過率は７０％であった。

以下においては、透明状態から着色状態への応答時間を透過率の変化率が０％から９０％になる時間τで定義する。本実施例の応答時間τは１．５秒であった。

（比較例１）
比較例として、第１実施例で説明した電気泳動表示素子に対して電圧１０Ｖで直流駆動を行った。この比較例の場合、透過状態の透過率は７０％、着色状態の透過率は４０％であった。

これにより、本実施例の場合、比較例に比べて高いコントラストを実現できることが確認できた。

（比較例２）
また、特許文献２（特開平３−９１７２２号公報）に記載された駆動方法のように常時１０Ｖで交流駆動を行う比較例２の場合に比べ、本実施例の駆動方法は、前述のとおり明らかに低消費電力を実現できた。なお、特許文献２（特開平３−９１７２２号公報）には、交流駆動後に電源を切る記載もあるが、その場合電気泳動粒子４ａの分布が次第に不均一となり、高いコントラストの維持が本実施例に対して劣った。また、特許文献２には、直流電圧を印加して電気泳動粒子を電極に付着させ、着色状態を維持する記載もあるが、直流電圧の設定によってはその維持が不十分であり、やはり高いコントラストの長時間維持の点で本実施例に対して劣った。なお、この比較例２の応答時間τは１．５秒であった。

（第２実施例）
次に、第２実施例の駆動方法を説明する。

まず、第１実施例で説明したと同様にして電気泳動表示素子を得る。このようにして得られた電気泳動表示素子に対して、まず、電極６が電気泳動粒子４ａの極性と逆極性となるように、電極６と電極７間に１０Ｖの直流電圧を印加して図６に示す透明状態を得た。続いて図２に示す駆動波形により着色状態を実現した。すなわち、電極６が電気泳動粒子４ａの極性と逆極性となるように、電極６と電極７間に１０Ｖの直流電圧を印加して電気泳動粒子４ａを電極６から電極７へ向けて放出させる。直流電圧の時間は１秒とした。引き続き、電極６と電極７間に電圧１０Ｖで周波数３０Ｈｚの矩形波を印加することで図４に示す着色状態を得た。

表示素子の評価は第１の実施形態と同様に行った。本実施例の場合、第１実施例と同様に、着色状態における透過率は、第１実施例の比較例１の場合の４０％に対して３０％となり、結果として高いコントラストを実現できた。また、本実施例の応答時間は、τ＝０．７秒であった。

一方、特許文献２（特開平３−９１７２２号公報）に記載された駆動方法の場合、本実施例と同様に着色時の透過率は３０％であるが、応答時間τが１．５秒と本実施例に比べて遅い。すなわち、本実施例の場合、高いコントラストと高速応答を実現できることが確認できた。

（第３実施例）
まず、第１実施例で説明したと同様にして電気泳動表示素子を得た。このようにして得られた電気泳動表示素子に対して、まず、電極６が電気泳動粒子４ａの極性と逆極性となるように、電極６と電極７間に１０Ｖの直流電圧を印加して図６に示す透明状態を得た。続いて図３に示す駆動波形により着色状態を実現した。すなわち、電極６と電極７間に電圧１０Ｖで周波数３０Ｈｚの矩形波を３秒間印加して、図４に示す着色状態を得た。続いて、電圧４０Ｖの直流電圧を印加することで図５に示す着色状態を維持した。

表示素子の評価は第１実施例と同様に行った。本実施例の駆動方法における着色状態の透過率は３１％であり、第１実施例で説明した、電圧１０Ｖで直流駆動を行う比較例１の駆動方法の４０％に比べて低い透過率に抑えることができた。また、着色状態を安定に維持できることを確認できた。

すなわち、本実施例の場合、安定な高いコントラストを実現できることを確認できた。なお、本実施例の応答時間τは１．５秒であった。

（第４実施例）
各画素が薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有し、横が１０２４個、縦が７６８個のマトリックス状に配列された画素群からなるＴＦＴアレイ電極基板２（０．７ｍｍ厚）と井桁状の電極基板１（０．７ｍｍ厚）を用いて、一つの画素の断面が図９に示された構造を有する電気泳動表示素子を作製した。井桁状の共通電極２５は幅１５μｍのクロム／酸化クロム電極であり、井桁スペーサ３の高さは２０μｍ、幅８μｍとした。対比色層４１としては、二酸化チタンを用いた。一つの画素の大きさは一辺が１２７μｍの四角形とした。電気泳動層４は、以下の通り準備した。まず、電気泳動粒子４ａとして黒色樹脂トナー（粒径１μｍ）を、また流体４ｂとしてイソプロパノールを用い、両者を電気泳動粒子４ａの混合重量率が１０％となるように混合し、さらに分散安定性の向上のために微量の界面活性剤を添加し、電気泳動層４を準備した。この場合、電気泳動粒子４ａは表面が負に帯電している。

図１８に示す駆動波形で全面白表示を行って反射率を測定したところ、反射率７５％であり、図１７に示す駆動波形で全面黒表示を行って反射率を測地したところ、反射率７％であった。なお、走査線２２の電位Ｖgの低電位値を−９Ｖ、高電位値を＋２０Ｖ、信号線２１の電位Ｖsigの低電位値を＋１Ｖ、高電位値を＋１０Ｖ、共通電極２５の電位Ｖｃｏｍを＋４．５Ｖ、フレーム周期を１６．７ｍｓ（フレーム周波数６０Ｈｚ）とした。

本実施例の駆動方法により、安定な高いコントラストと低消費電力を実現することができる。

本発明の一実施形態による駆動方法の駆動波形の一例を示す波形図。 本発明の一実施形態による駆動方法の駆動波形の一例を示す波形図。 本発明の一実施形態による駆動方法の駆動波形の一例を示す波形図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられ電気泳動表示素子の一画素の電気泳動層の着色状態を示す断面図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられ電気泳動表示素子の一画素の電気泳動層の着色状態を示す断面図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられ電気泳動表示素子の一画素の電気泳動層の透過状態を示す断面図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられるマトリックス状に配置された画素を有する電気泳動表示素子の構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられる表示素子の、薄膜トランジスタを有する画素の構成を示す図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられる電気泳動表示素子の構成を示す断面図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられる電気泳動表示素子の構成を示す断面図。 高電圧と低電圧で印加時間が異なるデューティ比が１：１でない交流波形の一例を示す波形図。 オフセット電圧を有する交流波形の一例を示す波形図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられるマトリックス駆動波形の一例を示す波形図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられるマトリックス駆動波形の一例を示す波形図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられるマトリックス駆動波形の一例を示す波形図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられるマトリックス駆動波形の一例を示す波形図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられるマトリックス駆動波形の一例を示す波形図。 本発明の一実施形態による駆動方法に用いられるマトリックス駆動波形の一例を示す波形図。

符号の説明

１ 基板
２ 基板
３ スペーサ
４ 電気泳動層
４ａ 電気泳動粒子
４ｂ 絶縁性流体
６ 電極
７ 電極
１１ 画素群
１２ 信号線駆動回路
１３ 走査線駆動回路
１４ 駆動信号発生回路
２１ 信号線
２２ 走査線
２３ 画素電極
２４ 薄膜トランジスタ
２５ 共通電極
２６ 補助容量電極
２７ 補助容量線
４０ 絶縁膜
４１ 対比色層
６０ 切断線

Claims (9)

1. 対向して配置された第１および第２の基板と、これらの基板間に封入され所定の電荷を帯びた有色の泳動粒子とこれらの泳動粒子を分散する透明な絶縁性流体とを有する電気泳動層と、前記第１および第２の基板にそれぞれ設けられた第１および第２の電極と、を備え、前記泳動粒子を前記絶縁性流体中に均一に分散させるかまたは前記泳動粒子を前記第１の電極に均一に付着させることにより前記泳動粒子の色が視認される状態である前記電気泳動層の着色状態を得、前記泳動粒子を前記第２の電極に付着させることにより前記泳動粒子の色が視認されない状態である前記電気泳動層の透過状態を得る電気泳動表示素子の駆動方法であって、
   前記電気泳動層の着色状態を得る際に、前記電気泳動層に交流電圧を印加し、前記交流電圧の振幅およびオフセット電圧の少なくとも一方を前記着色状態の期間中に小さくなるように変化させることを特徴とする電気泳動表示素子の駆動方法。
2. 対向して配置された第１および第２の基板と、これらの基板間に封入され所定の電荷を帯びた有色の泳動粒子とこれらの泳動粒子を分散する透明な絶縁性流体とを有する電気泳動層と、前記第１および第２の基板にそれぞれ設けられた第１および第２の電極と、を備え、前記泳動粒子を前記絶縁性流体中に均一に分散させるかまたは前記泳動粒子を前記第１の電極に均一に付着させることにより前記泳動粒子の色が視認される状態である前記電気泳動層の着色状態を得、前記泳動粒子を前記第２の電極に付着させることにより前記泳動粒子の色が視認されない状態である前記電気泳動層の透過状態を得る電気泳動表示素子の駆動方法であって、
   前記電気泳動層の着色状態を得る際に、前記電気泳動層に最初に直流電圧を印加し、その後、交流電圧を印加し、前記直流電圧の印加時間が、前記交流電圧の１／２周期より長いことを特徴とする電気泳動表示素子の駆動方法。
3. 前記交流電圧の印加は、第１の交流電圧を印加後、前記第１の交流電圧より小さい振幅の第２の交流電圧を印加する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素子の駆動方法。
4. 前記交流電圧の印加は、振幅およびオフセット電圧の少なくとも一方を周期的に変化させる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素子の駆動方法。
5. 前記交流電圧を印加後、再び直流電圧を印加することを特徴とする請求項２記載の電気泳動表示素子の駆動方法。
6. 前記交流電圧の印加後に印加する前記直流電圧の大きさが、前記交流電圧の振幅より大きいことを特徴とする請求項５記載の電気泳動表示素子の駆動方法。
7. 前記交流電圧の印加後、直流電圧と交流電圧を周期的に印加することを特徴とする請求項２記載の電気泳動表示素子の駆動方法。
8. 対向して配置された第１および第２の基板と、これらの基板間に封入され所定の電荷を帯びた有色の泳動粒子とこれらの泳動粒子を分散する透明な絶縁性流体とを有する電気泳動層と、前記第１および第２の基板にそれぞれ設けられた第１および第２の電極と、を備え、前記泳動粒子を前記絶縁性流体中に均一に分散させるかまたは前記泳動粒子を前記第１の電極に均一に付着させることにより前記泳動粒子の色が視認される状態である前記電気泳動層の着色状態を得、前記泳動粒子を前記第２の電極に付着させることにより前記泳動粒子の色が視認されない状態である前記電気泳動層の透過状態を得る電気泳動表示素子の駆動方法であって、
   前記電気泳動層の着色状態を得る際に、前記電気泳動層に最初に交流電圧を印加し、その後、前記交流電圧の振幅より大きな直流電圧を印加することを特徴とする電気泳動表示素子の駆動方法。
9. 前記交流電圧はオフセット電圧を有するかまたは高電圧の印加時間と低電圧の印加時間が異なることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電気泳動表示素子の駆動方法。

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