JP4380558B2 - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、帯電した微粒子（以下「電気泳動粒子」という）など各種の電気光学物質に電圧を印加することによってその挙動を制御する技術に関する。

この種の電気光学物質を利用した電気光学装置は種々の電子機器の表示デバイスとして従来から提案されている。例えば特許文献１や特許文献２には、図１９に示されるように、相互に対向する第１基板１０と第２基板２０との間隙に電気光学層５０を介在させた電気光学装置が開示されている。この電気光学層５０は、正に帯電した黒色の電気泳動粒子と負に帯電した白色の電気泳動粒子とを流体状の分散媒に分散させた層である（何れも図示略）。

背面側に位置する第１基板１０のうち電気光学層５０と対向する表面上には多数の画素電極１５（１５ａや１５ｂ）が相互に間隔をあけてマトリクス状に配列される。一方、観察側に位置する第２基板２０のうち電気光学層５０と対向する表面上にはその全域にわたって対向電極２１が形成される。この構成のもと、対向電極２１の電位を基準として正極性の電位ＶHが何れかの画素電極１５に供給されると、白色の電気泳動粒子が第１基板１０側に接近するとともに黒色の電気泳動粒子が第２基板２０に接近するから、この画素電極１５に対応する部分は黒色の階調となる。このように黒色および白色の電気泳動粒子の分散の状態を画素電極１５ごとに制御することによって所望の画像が表示される。
特開２００４−４７１４号公報（段落０１０３および図１） 特開２００３−８４３１４号公報（段落０００３および図９）

ところで、この構成においては、第２基板２０側に泳動した電気泳動粒子が画素電極１５よりも広い範囲にわたって分布することになる。例えばいま、図１９に示されるように、ひとつの画素電極１５ａに電位ＶHが印加されるとともにこれに隣接する画素電極１５ｂに対して電位ＶHよりも低い電位ＶLが印加された場合（すなわち画素電極１５ａによって黒色を表示するとともに画素電極１５ｂによって白色を表示する場合）を想定する。このときに画素電極１５ａの中央部から対向電極２１に至る電気力線Ｌ1は画素電極１５ａの表面と略垂直な方向に延在する。しかしながら、画素電極１５ａの周縁部を基端とする電気力線Ｌ2は、図１９に示されるように、画素電極１５ｂに印加された電位ＶLの影響によって当該画素電極１５ｂ側に湾曲する。この結果、第２基板２０側に接近する黒色の電気泳動粒子は、領域Ｒよりも広い範囲Ｒbにわたって分布するのである。したがって、例えば白色を背景として表示される黒色の直線が、黒色を背景として表示される白色の直線よりも幅広となるといった具合に、高精細な表示が阻害されるという問題があった。なお、ここでは特に電気泳動粒子を利用した電気光学装置に言及したが、液晶など他の電気光学物質を利用した電気光学装置においても同様の問題が生じ得る。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、相互に隣接する各画素電極に別個の電位が供給された場合であっても所期の画像を精緻に表示するという課題の解決を目的としている。

この課題を解決するために、本発明に係る電気光学装置は、マトリクス状に配列された複数の画素電極と、前記複数の画素電極上、及び隣り合う前記画素電極の間の領域上に配置され、複数の帯電した粒子を有する電気光学層と、前記電気光学層上に配置され、前記複数の画素電極、及び隣り合う前記画素電極の間の領域に対向するように配置された対向電極と、を備え、隣り合う前記画素電極の間隔は、前記対向電極と前記画素電極との間隙の１／１０以上かつ３／１０以下であることを特徴とする。
上記電気光学装置において、前記電気光学層は、前記画素電極に対して第１電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が第１の階調となり、前記画素電極に対して前記第１電位とは異なる第２電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が前記第１の階調とは異なる第２の階調となり、前記複数の画素電極のうち一の前記画素電極に対する前記第１電位の印加によって前記第１の階調となる領域と、前記一の画素電極に隣り合う他の前記画素電極に対する前記第２電位の印加によって前記第２の階調となる領域との境界線が、前記一の画素電極に対する前記第２電位の印加によって前記第２の階調となる領域と、前記他の画素電極に対する前記第１電位の印加によって前記第１の階調となる領域との境界線と略一致することが好ましい。
上記電気光学装置において、前記電気光学層は、帯電した粒子を分散媒に分散してなることが好ましい。
また、電気光学装置の他の態様としては、以下のようなものが挙げられる。
本発明に係る電気光学装置の第１の特徴は、各々が配列される平面を同形状にて隙間なく区画した単位領域ごとに相互に間隔をあけて形成された複数の画素電極と、各画素電極に対向する電気光学層であって、各画素電極に対して第１電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が第１の階調となり、各画素電極に対して第１電位とは異なる第２電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が第１の階調とは異なる第２の階調となる電気光学層とを具備し、複数の画素電極のうち一の画素電極に対する第１電位の印加によって第１の階調となる領域と、一の画素電極に隣接する他の画素電極に対する第２電位の印加によって第２の階調となる領域との境界線が、一の画素電極が形成された単位領域と他の画素電極が形成された単位領域との境界線と略一致するように（第１実施形態において第１の条件として詳述される）、各画素電極の間隔が選定されていることにある。

この構成によれば、一の画素電極に対する第１電位の印加によって第１の階調となる領域とこれに隣接する他の画素電極に対する第２電位の印加によって第２の階調となる領域との境界線が、一の画素電極が形成された単位領域と他の画素電極が形成された単位領域との境界線と略一致するように、各画素電極の間隔が選定されているから、画素電極の電位に応じた電気力線がこれに隣接する画素電極側に湾曲しているような場合であっても、各単位領域を最小の単位として精緻な画像を表示することが可能となる。また、各画素電極に印加される電位の制御や電気光学層の特性の調整といった他の方法によって本発明の目的を達成する場合と比較して、画素電極の間隔を適宜に選定するという極めて簡素な構成によって以上の効果が奏されるという利点もある。

なお、本発明において、第１の階調の領域と第２の階調の領域との境界線が各単位領域の境界線と「略一致する」とは、本発明の電気光学装置によって表示された画像を視認する観察者によって、第１の階調の領域および第２の階調の領域の各々が単位領域と同様に同形状にて隙間なく配置されていると知覚される程度に近似または一致している（実質的に一致している）ことを意味し、厳密な意味で完全に一致している必要は必ずしもない。

また、本発明に係る電気光学装置の第２の特徴は、相互に間隔をあけて面状に配列された複数の画素電極と、各画素電極に対向する電気光学層であって、各画素電極に対して第１電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が第１の階調となり、各画素電極に対して第１電位とは異なる第２電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が第１の階調とは異なる第２の階調となる電気光学層とを具備し、複数の画素電極のうち一の画素電極に対する第１電位の印加によって第１の階調となる領域と、一の画素電極に隣接する他の画素電極に対する第２電位の印加によって第２の階調となる領域との境界線が、一の画素電極に対する第２電位の印加によって第２の階調となる領域と、他の画素電極に対する第１電位の印加によって第１の階調となる領域との境界線と略一致するように（第１実施形態において第２の条件として詳述される）、各画素電極の間隔が選定されていることにある。

この構成によれば、一の画素電極に対する第１電位の印加によって第１の階調となる領域とこれに隣接する他の画素電極に対する第２電位の印加によって第２の階調となる領域との境界線が、一の画素電極に対する第２電位の印加によって第２の階調となる領域と他の画素電極に対する第１電位の印加によって第１の階調となる領域との境界線と略一致するように、各画素電極の間隔が選定されているから、画素電極の電位に応じた電気力線がこれに隣接する画素電極側に湾曲しているような場合であっても、各画素電極の間隔を選定するという極めて簡素な構成によって、各単位領域を最小の単位として精緻が画像を表示することが可能となる。なお、第２の特徴に係る構成の「略一致する」という文言の意義は第１の特徴に係る構成と同様である。

さらに、本発明に係る電気光学装置の第３の特徴は、相互に間隔をあけて面状に配列された所定数の画素電極を各々が含む複数の単位電極群と、各画素電極に対向する電気光学層であって、各画素電極に対して第１電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が第１の階調となり、各画素電極に対して第１電位とは異なる第２電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が第１の階調とは異なる第２の階調となる電気光学層とを具備し、各単位電極群を構成する所定数の画素電極のうち当該単位電極群に指定された階調値に応じた個数の画素電極に第１電位を印加するとともに当該単位電極群の残りの画素電極に第１電位とは異なる第２電位を印加することにより第１の階調および第２の階調とその中間調とを単位電極群ごとに表示する電気光学装置であって、複数の単位電極群のうち一の単位電極群について特定の階調値が指定されたときに当該一の単位電極群の各画素電極と各々の間隙とを含む全体が第１の階調となり、かつ、当該一の単位電極群に対応する領域のうち第１の階調となる領域の総面積と第２の階調となる領域の総面積との比（図１５に示される反射率）が当該一の単位電極群に指定される階調値と比例するように（第２実施形態において第３の条件として詳述される）、各画素電極の間隔が選定されていることにある。

この構成によれば、一の単位電極群について特定の階調値が指定されたときにこれに含まれる各画素電極と各々の間隙とを含む全体が第１の階調となり、かつ、一の画素電極群に対応する領域のうち第１の階調となる領域の総面積と第２の階調となる領域の総面積との比（第２実施形態における反射率）が階調値と比例するように、各画素電極の間隔が選定されているから、画素電極の電位に応じた電気力線がこれに隣接する画素電極側に湾曲しているような場合であっても、各画素電極の間隔を選定するという極めて簡素な構成によって、階調の相違を観察者に明確に知覚させることができ、かつ、観察者が実際に知覚する階調を階調値に応じて自然に変化させることができる。

本発明における電気光学層とは、画素電極に印加される電位に応じて透過率や反射率といった光学的な特性が変化する性質をもった層である。電気泳動粒子が分散された電気泳動分散液や液晶といった種々の電気光学物質からなる層が本発明にいう電気光学層に該当する。ただし、電気泳動分散液を利用した電気光学装置（いわゆる電気泳動表示装置）においては、電気泳動粒子が分散媒中を自在に泳動するという構成に起因して、第１の階調の領域と第２の階調の領域との境界線が斜め方向の電界によって変動するという問題が特に顕著となる。したがって、本発明は、帯電した粒子を分散媒に分散してなる電気光学層を備えた電気泳動表示装置に特に好適であると言える。

本発明に係る電気光学装置は様々な電子機器の表示デバイスとして採用される。このような電子機器としては、例えば電子書籍や携帯電話機がある。本発明を適用した電気泳動表示装置は、電子書籍や電子ペーパーに特に好適である。

＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電気光学装置の電気的な構成を示すブロック図である。同図に示されるように、この電気光学装置Ｄは、表示領域Ａdに画像を表示する電気光学パネル１００と、この電気光学パネル１００を駆動するための走査線駆動回路６１およびデータ線駆動回路６２とを有する。電気光学パネル１００は、Ｘ方向に延在して走査線駆動回路６１に接続された複数の走査線１１と、Ｘ方向と直交するＹ方向に延在してデータ線駆動回路６２に接続された複数のデータ線１３と、所定の電位Ｖssが印加される電源線１４とを有する。各走査線１１と各データ線１３との交差には画素Ｐが配置される。したがって、これらの画素ＰはＸ方向およびＹ方向にわたって表示領域Ａd内にマトリクス状に配列する。電源線１４は総ての画素Ｐに対して共通に接続されて各々に電位Ｖssを給電する。

図２は、ひとつの画素Ｐの構成を示す回路図である。同図に示されるように、ひとつの画素Ｐは、ゲート電極が走査線１１に接続されるとともにドレイン電極がデータ線１３に接続されたｎチャネル型のトランジスタ（例えば薄膜トランジスタ）３０と、このトランジスタ３０のソース電極と電源線１４との間に介挿された保持容量４１と、トランジスタ３０のソース電極に接続された電気光学素子４３とを有する。電気光学素子４３は、相互に対向する画素電極１５と対向電極２１との間隙に電気光学層５０を介在させた要素である。画素電極１５は画素Ｐごとに独立して形成され、対向電極２１は複数の画素Ｐについて共通に形成される。対向電極２１には所定の電位（以下「コモン電位」という）Ｖcomが印加される。

走査線駆動回路６１は、複数の走査線１１の各々を順次に選択し、この選択した走査線１１に対してトランジスタ３０をオン状態とする電位を印加する。データ線駆動回路６２は、走査線駆動回路６１が選択している走査線１１に接続された１行分の画素Ｐの各々に対し、各画素Ｐの階調に応じた電位（以下「データ電位」という）を各データ線１３から供給する。各画素Ｐの階調は画像データＤgによって指定される。この画像データＤgは、白色に相当する階調と黒色に相当する階調との何れかを画素Ｐごとに指定する２値のデータであり、電気光学装置Ｄが搭載される電子機器のＣＰＵ（Central Processing Unit）など各種の上位装置からデータ線駆動回路６２に供給される。データ線駆動回路６２は、ひとつの画素Ｐの画像データＤgが黒色の階調を指定する場合には電位ＶHをデータ電位としてデータ線１３に供給し、この画像データＤgが白色の階調を指定する場合には電位ＶLをデータ電位としてデータ線１３に供給する。電位ＶHは電位ＶLよりも高位である。以上の構成のもと、走査線駆動回路６１によってトランジスタ３０がオン状態とされているときにデータ線１３に印加されたデータ電位は、このトランジスタ３０を介して保持容量４１に保持されるとともに画素電極１５に印加される。そして、走査線駆動回路６１による選択が終了してトランジスタ３０がオフ状態に遷移した後においても、画素電極１５には保持容量４１に保持されたデータ電位が印加され続ける。画素電極１５と対向電極２１との間隙に介在する電気光学層５０は両電極の電位差に応じた階調となる。

次に、図３は、電気光学装置Ｄの構造を示す断面図である。同図に示されるように、この電気光学装置Ｄは、相互に対向する姿勢に貼り合わされた第１基板１０と第２基板２０とを有する。第１基板１０および第２基板２０は、ガラスなどからなる硬質の板材または樹脂材料などからなる可撓性を有する板材である。本実施形態においては、第２基板２０を挟んで第１基板１０とは反対側が観察側（すなわち電気光学パネル１００によって表示された画像を視認する観察者が位置する側）とされる。したがって、第２基板２０は光透過性を有する材料からなる。第２基板２０のうち第１基板１０に対向する表面にはその全域にわたって対向電極２１が形成される。この対向電極２１は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの光透過性を有する導電性材料からなる膜体である。

第１基板１０と第２基板２０との間隙には電気光学層５０が配置される。本実施形態における電気光学層５０は、多数のマイクロカプセル５１とその各々の位置を固定するためのバインダ材５２とを有する。各マイクロカプセル５１には、正に帯電した黒色の電気泳動粒子５１１bと負に帯電した白色の電気泳動粒子５１１wとを流体状の分散媒５１２に分散させた電気泳動分散液が封入されている。各電気泳動粒子５１１（５１１b，５１１w）は分散媒５１２中を自在に泳動することができる。

図３に示すように、各画素電極１５は、第１基板１０のうち第２基板２０に対向する表面上に形成された略矩形状の電極である。この画素電極１５は、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電性材料によって形成されてもよいし、アルミニウムや銀またはこれらを主成分とする合金といった光反射性を有する導電性材料によって形成されてもよい。図４は、第１基板１０の表面上に画素電極１５が配列された様子を示す平面図（すなわち第１基板１０を第２基板２０側からみた構成を示す平面図）である。同図に示されるように、第１基板１０の表面は、Ｘ方向に延在する直線ＬxとＹ方向に延在する直線Ｌyとを境界として多数の矩形の領域（以下「単位領域」という）Ｕに区画される。各単位領域ＵはＸ方向およびＹ方向にわたって隙間なくマトリクス状に配列する同形状（本実施形態では正方形）の領域である。各画素電極１５はＸ方向およびＹ方向に相互に間隔ｄをあけて単位領域Ｕごとに形成される。

図５は、第１基板１０の表面上の要素の具体的な構成を示す断面図である。同図のうち第１基板１０および画素電極１５以外の要素については図３において図示が省略されている。図５に示されるように、第１基板１０のうち第２基板２０に対向する表面はその全域にわたり絶縁層１０１によって覆われる。この絶縁層１０１は例えば酸化シリコンなどからなる絶縁性の膜体である。絶縁層の表面上には図２に示したトランジスタ３０が形成される。トランジスタ３０は、ドレイン領域３１dとソース領域３１sとの間にゲート領域３１gが形成された半導体層３１と、この半導体層３１を覆うゲート絶縁層３２と、ゲート絶縁層３２を挟んでゲート領域３１gに対向するゲート電極３３とを有する。このゲート電極３３は図１に示した走査線１１から分岐した部分である。ゲート絶縁層３２を挟んでソース領域３１sと対向する部位には電極４１１が形成される。この電極４１１と半導体層３１と両者間に介在するゲート絶縁層３２とによって図２に示した保持容量４１が構成される。

トランジスタ３０および電極４１１が形成された第１基板１０の表面は第１層間絶縁層５１によって覆われる。第１層間絶縁層５１の表面上に形成されたドレイン電極３５は、図１に示したデータ線１３から分岐した部分であり、第１層間絶縁層５１とゲート絶縁層３２とを貫通するコンタクトホールを介して半導体層３１のドレイン領域３１dに導通する。一方、第１層間絶縁層５１の表面上に形成されたソース電極３６は、この第１層間絶縁層５１とゲート絶縁層３２とを貫通するコンタクトホールを介して半導体層３１のソース領域３１sに導通する。これらの要素が形成された第１基板１０の表面は、第１層５２１と第２層５２２とからなる第２層間絶縁層５２によって覆われる。このうち第２層５２２はトランジスタ３０の形状に応じた第１層５２１の段差を平坦化するための膜体である。各画素電極１５は、この第２層５２２の表面上に形成され、第１層５２１と第２層５２２とを貫通するコンタクトホールを介してソース電極３６に導通する。以上の各要素によって図２に示した画素Ｐが構成される。

次に、電気光学装置Ｄの動作を説明する。本実施形態における電気光学装置Ｄは、各電気泳動粒子５１１の分散の状態を初期化するためのリセット動作と、各電気泳動粒子５１１の分散の状態を画像データＤgに応じた状態に変化させるための書込動作（すなわち画像データＤgに応じた画像を表示するための動作）とを実行する。図６は、リセット動作に際して各画素電極１５と対向電極２１とに印加される電位を模式的に示す図であり、図７は、表示動作に際して各画素電極１５と対向電極２１とに印加される電位を模式的に示す図である。

図６に示すように、リセット動作においては、総ての画素電極１５に対して電位ＶLがデータ電位として印加されるとともに対向電極２１のコモン電位Ｖcomは電位ＶHとされる。したがって、各マイクロカプセル５１の電気泳動粒子５１１のうち負に帯電した白色の電気泳動粒子５１１wは対向電極２１に接近し、正に帯電した黒色の電気泳動粒子５１１bは画素電極１５に接近する。したがって、表示領域Ａdに表示される画像はその全域にわたって白色の階調となる。

一方、表示動作においては、対向電極２１のコモン電位Ｖcomが電位ＶLとされる一方、画像データＤgに応じて画素Ｐごとに選択された電位ＶHまたは電位ＶLがデータ電位として各画素電極１５に印加される。図７に示されるように、電位ＶHが印加された画素電極１５には負に帯電した白色の電気泳動粒子５１１wが接近し、対向電極２１のうちこの画素電極１５に対向する部分には正に帯電した黒色の電気泳動粒子５１１bが接近する。したがって、表示領域Ａdのうち電位ＶHが印加された各画素電極１５に対応した領域（以下「黒色領域」という）Ｒbは黒色の階調となる。一方、電位ＶLが印加された画素電極１５には正に帯電した黒色の電気泳動粒子５１１bが接近し、対向電極２１のうちこの画素電極１５に対向する部分には負に帯電した白色の電気泳動粒子５１１wが接近する。したがって、表示領域Ａdのうち電位ＶLが印加された各画素電極１５に対応した領域（以下「白色領域」という）Ｒwは白色の階調となる。このように各電気泳動粒子５１１の分布の状態を画素電極１５ごとに制御することによって表示領域Ａdには画像データＤgに応じた所望の画像が表示される。

この表示動作において、図１９に示したようにひとつの画素電極１５ａに電位ＶHが印加されるとともにこれと隣接する画素電極１５ｂに電位ＶLが印加されると、画素電極１５の中央部においては電気力線Ｌ1が画素電極１５ａと垂直な方向に延在して対向電極２１に到達するが、この画素電極１５ａの周縁部においては電気力線Ｌ2が画素電極１５ｂ側に広がる。この電気力線Ｌ2の広がりに起因して、黒色の電気泳動粒子５１１bが分布する黒色領域Ｒbは、画素電極１５ａと重なり合う範囲Ｒよりも広い範囲となる。本実施形態においては、この黒色領域Ｒbが単位領域Ｕと完全に合致するように各画素電極１５の間隔ｄが選定されている。間隔ｄと黒色領域Ｒbとの関係を詳述すると以下の通りである。

図８ないし図１０は、各画素電極１５の間隔ｄと黒色領域Ｒbとの関係を示す平面図である。これらの各図においては、説明の便宜のために、ひとつの画素Ｐに黒色および白色の一方の階調を表示させるとともにこの画素Ｐに対してＸ方向およびＹ方向に隣接する各画素Ｐに黒色および白色の他方の階調を表示させる場合（すなわちＸ方向およびＹ方向に隣接する画素Ｐごとに交互に白色および黒色となる市松模様を表示させる場合）を想定する。

図８は、各画素電極１５の間隔ｄが小さい場合に表示領域Ａdに実際に表示される画像の態様を示す平面図である。同図に示されるように、この場合には黒色領域Ｒbが単位領域Ｕよりも広い範囲にわたって分布する。したがって、本来ならば表示領域Ａdのうち黒色領域Ｒbの総面積と白色領域Ｒwの総面積とが略同一の画像（市松模様）が表示されるべきであるにも拘わらず、実際に表示される画像は黒色領域Ｒbの総面積が白色領域Ｒwの総面積よりも大きい画像となる。同様の理由により、例えばＸ方向に配列する１行分の各画素電極１５に電位ＶHを印加することによって表示される黒色の直線は所期の寸法（単位領域Ｕの寸法）よりも幅広となり、これよりも狭小な黒色の直線を表示することはできない。また、Ｘ方向に配列する１行分の各画素電極１５に電位ＶLを印加するとともにこれ以外の各画素電極１５に電位ＶHを印加することにより黒色を背景として表示される白色の直線の線幅は単位領域Ｕよりも狭小となり、その視認性を充分に確保することができないという問題もある。

また、図９は、各画素電極１５の間隔ｄが大きい場合に表示領域Ａdに実際に表示される画像の態様を示す平面図である。同図に示されるように、この場合には黒色領域Ｒbを単位領域Ｕよりも狭い範囲にしか分布させることができないから、各黒色領域Ｒbは相互に間隔をあけて配列することになる。したがって、表示領域Ａdに実際に表示される画像は白色領域Ｒwの総面積が黒色領域Ｒbの総面積よりも広い画像となる。また、例えば、Ｘ方向に延在する１行分の各画素電極１５に電位ＶLを印加するとともにこれ以外の各画素電極１５に電位ＶHを印加することによって白色の背景に黒色の直線を表示させようとしても、実際に表示される画像は各黒色領域Ｒbが間隔をあけて配列した（すなわち画素Ｐごとに分離した）破線になるという問題がある。

これらの問題を解消するために、本実施形態においては、図１０に示されるように、黒色領域Ｒbが単位領域Ｕと完全に重なり合うように（以下ではこの条件を「第１の条件」という）、各画素電極１５の間隔ｄが選定されている。すなわち、電位ＶHが印加された画素電極１５ａに対応する黒色領域Ｒbとこれに隣接する画素電極１５ｂに対応する白色領域Ｒwとの境界線は、画素電極１５ａが形成された単位領域Ｕと画素電極１５ｂが形成された単位領域Ｕとの境界線と一致する。さらに詳述すると、本実施形態のように各画素電極１５と対向電極２１との電圧の最大値が１０Ｖ程度である場合には、各画素電極１５の間隔ｄは５μｍ以上かつ１５μｍ以下に選定され、より望ましくは約１０μｍとされる。また、画素電極１５と対向電極２１との間隙の寸法（以下「ギャップ」という）Ｇに着目すると、各画素電極１５の間隔ｄはギャップＧの「１／１０」以上の寸法で「３／１０」以下の寸法に選定され、より望ましくはギャップＧの「１／５」程度の寸法とされる。以上の条件を満たすように間隔ｄを選定することによって、図８や図９に示した場合のような問題を解消して所期の画像を精緻に表示することが可能となる。

各画素電極１５の間隔ｄが満たすべき条件は以下のような観点からも把握することができる。図１１の部分（ａ）は、間隔ｄが適正値よりも大きい寸法とされた構成のもとで画素電極１５ａに電位ＶHを印加するとともにこれに隣接する画素電極１５ｂに電位ＶLを印加したときの黒色領域Ｒbと白色領域Ｒwとの関係を示す平面図である。また、図１１の部分（ｂ）は、同じく間隔ｄが適正値よりも大きい寸法とされた構成のもとで画素電極１５ａに電位ＶLを印加するとともに画素電極１５ｂに電位ＶHを印加したときの黒色領域Ｒbと白色領域Ｒwとの関係を示す平面図である。間隔ｄが適正値よりも大きい場合には、同図の部分（ａ）の場合の黒色領域Ｒbと白色領域Ｒwとの境界線Ｂ1と、同図の部分（ｂ）の場合の黒色領域Ｒbと白色領域Ｒwとの境界線Ｂ2とが「Δ」だけ相違する。間隔ｄが適正値と比較して小さい場合も同様である。

一方、図１２の部分（ａ）は、各画素電極１５の間隔ｄが適正値とされた構成のもとで画素電極１５ａに電位ＶHを印加するとともに画素電極１５ｂに電位ＶLを印加したときの黒色領域Ｒbと白色領域Ｒwとの関係を示す平面図であり、同図の部分（ｂ）は、これとは逆に画素電極１５ａに電位ＶLを印加するとともに画素電極１５ｂに電位ＶLを印加したときの黒色領域Ｒbと白色領域Ｒwとの関係を示す平面図である。間隔ｄが適正値に設定された場合には、同図の部分（ａ）の場合の黒色領域Ｒbと白色領域Ｒwとの境界線Ｂ1と、部分（ｂ）の場合の黒色領域Ｒbと白色領域Ｒwとの境界線Ｂ2とが略一致する。すなわち、本実施形態においては、画素電極１５ａに対する電位ＶHの印加によって発生した黒色領域Ｒbと画素電極１５ｂに対する電位ＶLの印加によって発生した白色領域Ｒwとの境界線Ｂ1が、画素電極１５ａに対する電位ＶLの印加によって発生した白色領域Ｒwと画素電極１５ｂに対する電位ＶHの印加によって発生した黒色領域Ｒwとの境界線Ｂ2と略一致するように（以下ではこの条件を「第２の条件」という）、画素電極１５ａと画素電極１５ｂとの間隔ｄが選定されていると言うこともできる。

＜Ｂ：第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第１実施形態においてはひとつの画素Ｐを表示の単位として黒色または白色という２種類の階調を表示する構成を例示した。これに対し、本実施形態においては、複数の画素Ｐの集合を表示の単位とした面積階調法によって黒色および白色のほかその中間の階調も表示できる構成となっている。なお、本実施形態のうち第１実施形態と機能および作用が同様である要素については共通の符号を付してその説明を適宜に省略する。

図１３は、本実施形態における各画素電極１５の配列の様子を示す平面図である。同図に示されるように、本実施形態においては、縦２行×横２列の合計４個の画素電極１５の集合（以下「単位電極群」という）Ｇrを単位とした面積階調法によって５段階の階調を表示する。したがって、本実施形態における画像データＤgは、黒色に相当する「０」から白色に相当する「４」までの何れかの階調値を単位電極群Ｇrごとに指定するデータである。

この構成においては、ひとつの単位電極群Ｇrを構成する４個の画素電極１５のうち画像データＤgによって指定された階調値に応じた個数の画素電極１５に電位ＶHを印加するとともにその残余の各画素電極１５に電位ＶLを印加することによって所望の階調が表示される。例えば、単位電極群Ｇrの総ての画素電極１５に電位ＶHを印加した場合には階調値「０」に相当する階調が表示され、ひとつの画素電極１５に電位ＶHを印加するとともに残り３個の画素電極１５に電位ＶLを印加した場合には階調値「１」に相当する階調が表示され、２個の画素電極１５に電位ＶHを印加するとともに残りの２個の画素電極１５に電位ＶLを印加した場合には階調値「２」に相当する階調が表示されるといった具合である。

図１４は、画像データＤgによって指定される階調値ごとに黒色領域Ｒbと白色領域Ｒwとの配列の態様を示す平面図である。同図の部分（ａ）は各画素電極１５の間隔ｄが狭い場合、部分（ｂ）は間隔ｄが広い場合、部分（ｃ）は間隔ｄが適正値とされた場合をそれぞれ示している。また、図１５は、これらの各場合における階調値と反射率との関係を示すグラフである。同図のグラフにおいて縦軸に示される反射率とは、ひとつの単位電極群Ｇrにおける白色領域の面積と黒色領域の面積との相対比（白色領域Ｒwの総面積／黒色領域Ｒbの総面積）である。図１５の特性Ｆaは各画素電極１５の間隔ｄが狭い場合（図１４の部分（ａ））の特性を示し、特性Ｆbは各画素電極１５の間隔ｄが広い場合（図１４の部分（ｂ））の特性を示し、特性Ｆcは各画素電極１５の間隔ｄが適正値である場合（図１４の部分（ｃ））の特性を示している。

各画素電極１５の間隔ｄが狭い場合には、第１実施形態にて説明したように黒色領域Ｒbが単位領域Ｕよりも広い範囲にわたって分布する。したがって、図１４の部分（ａ）および図１５の特性Ｆaに示されるように、ひとつの単位電極群Ｇrの反射率は、画像データＤgによって指定される階調値の変化に伴なって非線形に増減する。例えば、階調値が「３」から「４」に変化したときの反射率の増加量は、階調値が「０」から「１」に変化したときの反射率の増加量よりも大きい。このような特性をもって表示された画像は観察者によって不自然な画像と知覚される場合がある。特に、階調値として「１」が指定された場合の画像は、図１４の部分（ａ）に示されるように白色領域Ｒwの面積が極めて小さい画像となるから、階調値が「１」である場合の反射率と階調値が「０」である場合の反射率とが観察者によって明確には区別されない可能性がある。

また、各画素電極１５の間隔ｄが広い場合には、第１実施形態にて説明したように黒色領域Ｒbが単位領域Ｕよりも狭い範囲にしか分布しない。このため、図１４の部分（ｂ）および図１５の特性Ｆbに示されるように、階調値が「０」である場合にも各黒色領域Ｒbの周辺に白色の領域が分布し、階調値が「０」である場合の反射率と階調値が「４」である場合の反射率との相違が小さくなる。したがって、表示領域Ａdに実際に表示された画像は全体的に白みを帯びて明暗の相違に乏しい画像となる。

これに対し、本実施形態においては、第１実施形態と同様に、黒色領域Ｒbが単位領域Ｕと一致するように各画素電極１５の間隔ｄが選定されている。したがって、図１４の部分（ｃ）および図１５の特性Ｆcに示されるように、階調値が「０」である場合には反射率が「０」となり、かつ、階調値の変化に正比例して反射率が増減する。したがって、明暗の相違が明確で階調が自然に変化する高品位の画像を表示領域Ａdに表示することが可能となる。図１４の部分（ｃ）と図１５の特性Ｆcに着目すると、本実施形態においては、ひとつの単位電極群Ｇrについて階調値「０」が指定されたときに当該単位電極群Ｇrの４個の画素電極１５とその各々の間隙とを含む全体が黒色の階調となり、かつ、画像データＤgによって指定される階調値に対して当該単位電極群Ｇrの反射率が比例するように（以下ではこの条件を「第３の条件」という）、この単位電極群Ｇrを構成する各画素電極１５の間隔ｄが選定されていると捉えることができる。なお、ここではひとつの単位電極群Ｇrを構成する各画素電極１５の間隔ｄについて言及したが、ひとつの単位電極群Ｇrの各画素電極１５とこれに隣接する単位電極群Ｇrの各画素電極１５との間隔も同様の条件を満たすように選定される。

＜Ｃ：変形例＞
各実施形態に対しては種々の変形を加えることができる。具体的な変形の態様を例示すれば以下の通りである。なお、以下に示す各態様を適宜に組み合わせてもよい。

（１）変形例１
各実施形態においては電気泳動分散液（電気泳動粒子５１１が混入された分散媒５１２）がマイクロカプセル５１に封入された構成を例示したが、図１６に示されるように電気泳動分散液が第１基板１０と第２基板２０との間隙に直接に封止された構成としてもよいし、第１基板１０と第２基板２０との間隙を多数の微細な空間に仕切る隔壁（図示略）を形成するとともにこの隔壁によって仕切られた各空間に電気泳動分散液を封止する構成としてもよい。また、各実施形態においては相互に色彩の異なる２種類の電気泳動粒子５１１を分散媒５１２に分散させた構成を例示したが、特定色に着色された分散媒５１２にこれとは異なる色彩の１種類の電気泳動粒子５１１のみを分散させた構成としてもよい。この構成においては、電気泳動粒子５１１が第２基板２０側に接近した場合にはこの電気泳動粒子５１１の色彩に応じた階調が表示され、電気泳動粒子５１１が第１基板１０側に接近した場合には分散媒５１２の色彩に応じた階調が表示されることになる。また、各電気泳動粒子５１１の色彩や極性は適宜に変更される。例えば、黒色や白色以外の色彩の電気泳動粒子５１１を利用してもよいし、各実施形態とは逆に黒色の電気泳動粒子５１１bが負に帯電するとともに白色の電気泳動粒子５１１wが正に帯電した構成としてもよい。以上に説明したように、本発明を電気泳動装置に適用した態様においては、正または負に帯電した少なくとも１色の粒子を流体状の分散媒５１２に分散してなる電気泳動分散液を備えていれば足りる。

（２）変形例２
各実施形態においてはＸ方向に隣接する画素電極１５の間隔ｄとＹ方向に隣接する画素電極１５の間隔ｄとが等しい場合を例示したが、Ｘ方向とＹ方向とで各画素電極１５の間隔が相違していてもよい。また、本発明においては、Ｘ方向に隣接する各画素電極１５の間隔とＹ方向に隣接する各画素電極１５の間隔との少なくとも一方が第１ないし第３の条件を満たしていればよい。

（３）変形例３
各画素Ｐの構成は任意である。例えば、各実施形態においては画素電極１５に印加される電圧を制御するためのスイッチング素子を備えたアクティブマトリクス方式の電気光学装置Ｄを例示したが、このようなスイッチング素子を持たないパッシブマトリクス方式の電気光学装置にも本発明は適用される。また、各実施形態においては電気光学層５０よりも観察側に対向電極２１が配置されるとともに背面側に各画素電極１５が配置された構成を例示したが、これとは逆に、観察側に各画素電極１５が配置されるとともに背面側に対向電極２１が配置された構成も採用される。この構成においては、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料によって各画素電極１５が形成される。さらに、各画素電極１５や対向電極２１に印加される電位も任意に変更される。例えば、対向電極２１に印加されるコモン電位Ｖcomをリセット動作および書込動作の双方において定電位に維持する一方、このコモン電位Ｖcomの高位側の電位および低位側の電位の何れかを選択して各画素電極１５に印加するといった構成（すなわち３種類の電位を使用する構成）も採用される。

（４）変形例４
第２実施形態においては、互いに同形状である４個の画素電極１５によってひとつの単位電極群Ｇrが構成される場合を例示したが、ひとつの単位電極群Ｇrに含まれる画素電極１５の個数や各々の形状は任意に変更される。例えば、図１７に示されるように、各々の面積が相違する複数の画素電極１５（１５１，１５２，１５３）によってひとつの単位電極群Ｇrを構成してもよい。この構成における各画素電極１５は２のべき乗に相当する重み値で重み付けされた面積（したがって各々の面積比は図１７に付記されているように「１：２：４」）となっている。この構成においては、単位領域Ｕの形状は画素電極１５ごとに相違することになるが、第１実施形態に示した第２の条件または第２実施形態に示した第３の条件を満たすように各画素電極１５の間隔を選定すれば、各実施形態と同様の作用および効果が奏される。

また、面積階調法以外の方法によって階調が表現される構成としてもよい。例えば、電位ＶHおよび電位ＶLの中間の電位を画素電極１５に印加することによって中間調を表示する構成も採用される。このように、本発明において第１電位および第２電位のみが特定されているとは言っても、これ以外の電位が画素電極１５に印加される構成を除外する趣旨ではない。

（５）変形例５
各実施形態においては電気泳動粒子５１１の泳動によって明暗を表示する電気光学装置Ｄを例示したが、本発明における電気光学層の構成はこれに限られない。例えば、液晶を利用した液晶装置や、極性が相違する領域ごとに別の色に着色されたツイストボールを利用した表示装置、あるいは少なくとも１色のトナーを利用した表示装置など様々な電気光学装置に本発明を適用することができる。すなわち、本発明における電気光学層とは、各画素電極の電位に応じて光学的な特性（透過率や反射率）が変化する電気光学物質を含んだ層であればよい。

＜Ｄ：電子機器＞
次に、本発明に係る電気光学装置を利用した電子機器について説明する。

図１８は、各実施形態に係る電気光学装置Ｄを適用した電子書籍の構成を示す斜視図である。同図に示されるように、電子書籍Ｄ1は、各実施形態に係る電気光学装置Ｄと、利用者の操作を受け付ける複数のスイッチ７１とを有する。可搬型の半導体メモリや光ディスクといった記録媒体をスロット７２に挿入すると、この記録媒体に記録された書籍の画像データＤgが読み出されて電気光学装置Ｄの表示領域Ａdに第１ページが表示される。利用者は、スイッチ７１を適宜に操作することによって表示領域Ａdに表示されるページを変更することができる。電気泳動粒子５１１は電界が印加されなければ泳動しないから、スイッチ７１の操作によってページの変更が指示された場合に限って書込動作を実行する（すなわち画像が変化しない場合には給電を停止する）という駆動の方法を採用した場合であっても、表示領域Ａdに表示された画像は維持される。したがって、液晶装置など他の電気光学装置と比較して消費電力を大幅に削減することができる。

本発明に係る電気光学装置が適用される電子機器としては、以上に例示した電子書籍のほか、可搬型のパーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯型情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、プリンタ、スキャナ、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。

第１実施形態に係る電気光学装置の電気的な構成を示すブロック図である。 ひとつの画素の構成を示す回路図である。 電気光学装置の構造を示す断面図である。 画素電極が配列された様子を示す平面図である。 第１基板上の要素の詳細な構成を示す断面図である。 リセット動作を説明するための断面図である。 表示動作を説明するための断面図である。 各画素電極の間隔が大きいときに表示される画像を示す平面図である。 各画素電極の間隔が小さいときに表示される画像を示す平面図である。 各画素電極の間隔が適正値であるときに表示される画像を示す平面図である。 各画素電極の間隔の条件について説明するための平面図である。 各画素電極の間隔の条件について説明するための平面図である。 第２実施形態に係る電気光学装置の各画素電極を示す平面図である。 黒色領域と白色領域との配列の態様を階調値ごとに示す平面図である。 階調値と単位電極群の反射率との関係を各画素電極の間隔ごとに示すグラフである。 変形例に係る電気光学装置の構成を示す断面図である。 変形例に係る電気光学装置の単位電極群の構成を示す平面図である。 本発明に係る電子機器の一例である電子書籍の構成を示す斜視図である。 電気光学装置の各画素電極の近傍の電気力線を示す断面図である。

符号の説明

Ｄ……電気光学装置、Ｐ……画素、１００……電気光学パネル、１０……第１基板、２０……第２基板、２１……対向電極、１５……画素電極、５０……電気光学層、５１……マイクロカプセル、５１１（５１１b，５１１w）……電気泳動粒子、５１２……分散媒、Ｕ……単位領域、Ｇr……単位電極群。

Claims (4)

1. マトリクス状に配列された複数の画素電極と、
   前記複数の画素電極上、及び隣り合う前記画素電極の間の領域上に配置され、複数の帯電した粒子を有する電気光学層と、
   前記電気光学層上に配置され、前記複数の画素電極、及び隣り合う前記画素電極の間の領域に対向するように配置された対向電極と、を備え、
   隣り合う前記画素電極の間隔は、前記対向電極と前記画素電極との間隙の１／１０以上かつ３／１０以下であることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記電気光学層は、前記画素電極に対して第１電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が第１の階調となり、前記画素電極に対して前記第１電位とは異なる第２電位が印加されたときに当該画素電極に対応する領域が前記第１の階調とは異なる第２の階調となり、
   前記複数の画素電極のうち一の前記画素電極に対する前記第１電位の印加によって前記第１の階調となる領域と、前記一の画素電極に隣り合う他の前記画素電極に対する前記第２電位の印加によって前記第２の階調となる領域との境界線が、前記一の画素電極に対する前記第２電位の印加によって前記第２の階調となる領域と、前記他の画素電極に対する前記第１電位の印加によって前記第１の階調となる領域との境界線と略一致することを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記電気光学層は、帯電した粒子を分散媒に分散してなる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気光学装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の電気光学装置を具備する電子機器。

Images