JP4530167B2 - 電気泳動装置、電子機器、および電気泳動装置の駆動方法 - Google Patents

電気泳動装置、電子機器、および電気泳動装置の駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は、電気泳動装置、電子機器、および電気泳動装置の駆動方法に関するものである。
電気泳動装置は、少なくとも一方が透明な一組の対向電極板間に、1つ又は複数の種類の電気泳動粒子と電気泳動分散媒とを含む電気泳動分散液を封止することにより構成される。2つの電極間に電圧を印加することにより電気泳動粒子が電気泳動分散媒中を移動し、その分布が変わることにより光学的反射特性が変化して情報の表示が可能となる。
電気泳動装置では、電気泳動粒子を可逆的に移動させる必要があるため、2つの電極間には、両極性の電圧を印加する必要がある。しかし、電気泳動装置の駆動に用いられるトランジスタは単極性である。
この問題を解決するための技術として、例えば特許文献1に開示された技術がある。これは、電気泳動表示パネルにおいて、複数のセグメント電極に分割された画素電極の電位を2つの異なる電位V1、V2(V1<V2)のいずれかに保持し、対向する共通電極には、V1とV2の間で変化するパルス電圧を印加するというものである。
これにより、共通電極の電位がV2の時には、電位V1の画素電極の領域では共通電極から画素電極へ向かう方向の電界が生じ、一方、電位V2の画素電極の領域では電界が生じない。よって、仮に電気泳動粒子が正に帯電していれば、電位V1の画素電極の領域では、電気泳動粒子が画素電極の方向へ向かって泳動し、電位V2の画素電極の領域では粒子は泳動しない。逆に、共通電極の電位がV1の時には、電位V2の画素電極の領域では画素電極から共通電極へ向かう方向の電界が生じ、一方、電位V1の画素電極の領域では電界が生じない。よって、正帯電の電気泳動粒子は、電位V2の画素電極の領域では共通電極の方向へ向かって泳動し、電位V1の画素電極の領域では粒子は泳動しない。
このように、共通電極の電位をV1とV2の間で少なくとも1サイクル以上変化させることにより、それぞれの画素電極の領域において電気泳動粒子が交互に移動し、結果的にそれぞれの領域の電気泳動粒子を所望の方向へ泳動させることができる。この方法によれば、共通電極に印加する電圧はV1、V2だけなので、単極性のトランジスタを用いても可能である。
特開昭52−70791号公報
しかし、上記の方法では、配線抵抗による電圧降下やリークなどの原因により画素電極に印加される電圧がシフトすることにより、表示が乱れてしまうという問題があった。すなわち、画素電極には実際にはV1、V2ではなく、配線抵抗や配線容量、リークなどの影響によりV1、V2からシフトした電位であるV3、V4が現れる。ここで、V3はV1よりわずかに高く、V4はV2よりわずかに低いとして説明する。一般に画素密度を高めるために画素電極側の配線はできるだけ微細に形成するため、配線抵抗による電圧降下やリークによる電圧シフトが起こりやすい。一方、共通電極側の配線は比較的疎であり、太い配線が可能であることから、配線抵抗による電圧降下やリークによる電圧シフトは起こりにくい。
このような場合、共通電極の電位がV2の時には、電位V3の画素電極の領域ではV3<V2であることから画素電極の方向へ向かう電界が生じ、仮に電気泳動粒子が正に帯電していれば、泳動粒子は画素電極の方向へ向かって泳動する。一方、電位V4の画素電極の領域においてもV4<V2であることから、わずかながら画素電極方向への電界が生じてしまう。
また、共通電極の電位がV1の時には、電位V4の画素電極の領域ではV4>V1であることから共通電極の方向へ向かう電界が生じ、正に帯電した電気泳動粒子は共通電極の方向へ向かって泳動する。一方、電位V3の画素電極の領域においてもV3>V1であることから、わずかながら共通電極方向への電界が生じてしまう。電気泳動装置は閾値特性を持たないので、このようなわずかな電界にも反応して電気泳動粒子が泳動してしまい、表示品質の劣化の原因となる。
そこで本発明の目的は、画素電極の電圧を一定に保持して共通電極の電圧を変化させることにより電気泳動粒子を泳動させる電気泳動装置において、画素電極の電圧降下の影響による表示品質の劣化を防止することである。
本発明の電気泳動装置は、一面に複数の画素電極が形成された第1の基板と、一面に共通電極が形成され、その共通電極が前記画素電極に対向するように配置された第2の基板と、前記画素電極と前記共通電極の間に配置された電気泳動層とを備え、各々の画素電極の電位を一定に保持し、前記共通電極に印加する電圧を変動させることによって電気泳動粒子を泳動させる電気泳動装置であって、上記画素電極への電圧供給手段に最小電圧V1を供給したとき上記画素電極に現れる電位がV3となり、上記電圧供給手段に最大電圧V2を供給したとき上記画素電極に現れる電位がV4となる場合に、上記共通電極に、最小電圧がV3以上かつ最大電圧がV4以下である電圧を供給する電圧制御手段を有するものである。
また、上記第1の基板はさらに薄膜半導体回路層を含んでいてもよい。
これにより、配線抵抗等によって画素電極の電位がシフトすることにより、電気泳動粒子が泳動してしまい、表示品質が劣化することを防ぐことができる。
また、本発明の電子機器は、上述した電気泳動装置を表示部として備える。ここで、電子機器は、電気泳動材料による表示を利用する表示部を備えるあらゆる機器を含むもので、ディスプレイ装置、テレビジョン装置、電子ペーパー、時計、電卓、携帯電話、携帯情報端末等を含む。また、「機器」という概念からはずれるもの、例えば可撓性のある紙状/フィルム状の物体、これら物体が貼り付けられた壁面等の不動産に属するもの、車両、飛行体、船舶等の移動体に属するものも含む。
本発明の電気泳動装置の駆動方法は、一面に複数の画素電極が形成された第1の基板と、一面に共通電極が形成され、その共通電極が前記画素電極に対向するように配置された第2の基板と、前記画素電極と前記共通電極の間に配置された電気泳動層とを備え、各々の画素電極の電位を一定に保持し、前記共通電極に印加する電圧を変動させることによって電気泳動粒子を泳動させる電気泳動装置の駆動方法であって、上記画素電極への電圧供給手段に最小電圧V1を供給したとき上記画素電極に現れる電位はV3となり、上記電圧供給手段に最大電圧V2を供給したとき上記画素電極に現れる電位はV4となる場合に、上記共通電極に、最小電圧がV3以上かつ最大電圧がV4以下である電圧を供給するものである。
これにより、配線抵抗等によって画素電極の電位がシフトすることにより、電気泳動粒子が泳動してしまい、表示品質が劣化することを防ぐことができる。
なお、上記共通電極には、50%のデューティ比のパルス電圧を与えるのが好ましい。これにより、電圧が均等に印加され、表示ムラや電気泳動分散液の劣化を防止することができる。
また、上記共通電極に与える電圧は、50〜1000ミリ秒のパルス周期で変化させることが望ましい。50ms未満では電気泳動粒子が十分に応答できず、1000msより大きいと、表示切り替え時間が長くなりすぎてしまうからである。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明による電気泳動装置の一例である電気泳動表示装置1の断面を示す図である。図に示されるように、電気泳動表示装置1は、大別して第1基板10、電気泳動層20、第2基板30、によって構成される。
第1基板10は、電気回路を形成する絶縁性下地基板としての可撓性基板11上に薄膜半導体回路層12が形成されている。第1基板10の厚さは、例えば、薄膜回路形成の際の基板の物理的強度の点から25μm以上あることが望ましく、基板の可撓性(フレキシビリティ)確保の点からは200μm以下であることが望ましい。
可撓性基板11は、例えば、膜厚200μmのポリカーボネート基板である。この可撓性基板11上に、例えば、UV(紫外線)硬化型接着剤からなる接着層11aを介して半導体回路層12が積層(貼り合わせ)されている。可撓性基板11としては、軽量性、可撓性、弾性などに優れた樹脂材料を用いることができる。
薄膜半導体回路層12は、行方向及び列方向にそれぞれ複数配列された配線群、画素電極群、画素駆動回路、接続端子、駆動画素を選択する行デコーダ51及び列デコーダ(図示せず)、等を含んで構成されている。画素駆動回路は、薄膜トランジスタ(TFT)等の回路素子を含んで構成されている。
画素電極群は、マトリクス状に配列された複数の画素電極13aを含んでおり、画像(2次元情報)表示領域を形成する。各画素電極13aには個別の電圧が印加できるようにアクティブマトリクス回路が形成されている。
接続電極14は、第2基板30の透明電極層32と第1基板10の回路配線とを電気的に接続するためのものであり、薄膜半導体回路層12の外周部に形成されている。
電気泳動層20は、画素電極13a上及びその外周領域に渡って形成されている。この電気泳動層20は、バインダ22によって固定された多数のマイクロカプセル21を含んで構成されている。マイクロカプセル21内には電気泳動分散媒、電気泳動粒子が含まれている。電気泳動粒子は印加電圧に応じて電気泳動分散媒中を移動する性質を有し、一種類以上の電気泳動粒子が使用される。電気泳動層20の厚さは、例えば30μm〜75μm程度である。電気泳動層20は、上述のマイクロカプセル21をバインダ22中に所望の誘電率調節剤とともに混合し、得られた樹脂組成物(エマルジョンあるいは有機溶媒溶液)を基材上にロールコーターを用いる方法やロールラミネータを用いる方法、スクリーン印刷による方法、スプレー法等の公知のコーティング法を用いて形成することができる。さらに、マイクロカプセル21を確実に画素電極13aに密着させるために、電気泳動層20に接着剤を含めても良い。
ここで、電気泳動分散媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、オクタノール、メチルセルソルブ等のアルコール系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等の各種エステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ペンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素、カルボン酸塩又はその他の種々の油類等の単独又はこれらの混合物に界面活性剤等を配合したものを用いることができる。
電気泳動粒子は、前述したように、電気泳動分散媒中で電位差による電気泳動を行って所望の電極側に移動する性質を有する粒子(高分子あるいはコロイド)である。例えば、アニリンブラックやカーボンブラック等の黒色顔料、二酸化チタンや亜鉛華、三酸化アンチモン、酸化アルミニウム等の白色顔料、モノアゾやジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、イソインドリノンや黄鉛、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、チタンイエロー、アンチモン等の黄色顔料、キナクリドンレッドやクロムバーミリオン等の赤色顔料、フタロシアニンブルーやインダスレンブルー、アントラキノン系染料、紺青、群青、コバルトブルー等の青色顔料、フタロシアニングリーン等の緑色顔料等である。此等の粒子は単独で使用しても良いし、或いは二種類以上を共に用いても良い。さらにこれらの顔料には必要に応じて電解質や界面活性剤、金属石鹸、樹脂、ゴム、油、ワニス、コンパウンド等の粒子からなる荷電制御剤、或いはチタンカップリング剤等の分散剤、潤滑剤、安定化剤等を添加することができる。
マイクロカプセル21を構成する材料としては、アラビアゴム・ゼラチン系の化合物やウレタン系の化合物等の柔軟性を有するものを用いるのが好ましい。マイクロカプセル21は界面重合法や不溶化反応法、相分離法或いは界面沈殿法等の公知のマイクロカプセル化手法を用いて形成できる。またマイクロカプセル21は、大きさがほぼ均一であることが優れた表示機能を発揮せしめる上で好ましい。大きさがほぼ均一なマイクロカプセル21は、例えば、濾過又は比重差分級等を用いて得ることができる。マイクロカプセル21の大きさは通常30〜60μm程度である。
バインダ22としては、マイクロカプセル21と親和性が良好で電極との密着性に優れ、かつ絶縁性を有するものであれば特に制限はない。
第2基板30は、下面に透明電極層(共通電極)32が形成された薄膜フィルム(透明な絶縁性合成樹脂基材)31からなり、電気泳動層20上を覆うように形成されている。第2基板30の厚さは、10〜200μmが望ましく、より好ましくは25〜75μmである。
薄膜フィルム31は、電気泳動層20の封止及び保護の役割を担うものであり、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用いて構成される。薄膜フィルム31としては絶縁性の透明材であれば、上述した可撓性基板11と同様に種々の材料を用いることができる。薄膜フィルム31の厚みは可撓性基板11の厚みよりも薄い方がよい。より好ましくは可撓性基板11の厚みの半分以下程度である。
透明電極層32は、例えば、錫がドープされた酸化インジウム膜(ITO膜)などの透明導電膜を用いて構成されている。第1基板10の回路配線と第2基板30の透明電極層32とは、電気泳動層20の形成領域の外側にて接続されている。具体的には、透明電極層32と薄膜半導体回路層12の接続電極14とが導電性接続体23を介して接続される。
透明電極層32を構成する透明導電膜としては、例えば、上述したITO膜の他に、フッ素がドープされた酸化スズ膜(FTO膜)、アンチモンがドープされた酸化亜鉛膜、インジウムがドープされた酸化亜鉛膜、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛膜等を例示することができる。薄膜フィルム31上に透明電極層32を形成する方法には特に制限はないが、例えば、スパッタ法、電子ビーム法、イオンプレーティング法、真空蒸着法又は化学的気相成長法(CVD法)等を採用することができる。
次に、電気泳動表示装置1の駆動方法について説明する。
図2は、電気泳動表示装置1の回路構成を概略的に説明する図である。
コントローラ(電圧制御手段)52は、画像表示領域55に表示させる画像を示す画像信号、画像書き換え時のリセットを行うためのリセットデータ、その他各種信号(クロック信号等)を生成し、走査線駆動回路53又はデータ線駆動回路54へ出力する。
表示領域55は、X方向に沿って平行に配列された複数本のデータ線(電圧供給手段)と、Y方向に沿って平行に配列された複数本の走査線と、これらのデータ線と走査線の各交点に配置される画素駆動回路とを備えている。
図3は、各画素駆動回路の構成を説明する図である。画素駆動回路では、トランジスタ61のゲートが走査線64に接続され、ソースがデータ線65に接続され、ドレインが画素電極13aに接続されている。保持容量63は、電気泳動素子と並列に接続されている。データ線65は、各画素駆動回路に含まれる画素電極13aと透明電極層32に電圧を供給することによって電気泳動層20の電気泳動粒子を泳動させ、画像表示を行う。
走査線駆動回路53は、表示領域55の各走査線と接続されており、これらの走査線のいずれかを選択して、当該選択した走査線に所定の走査線信号Y1、Y2、…、Ymを供給する。この走査線信号Y1、Y2、…、Ymは、アクティブ期間(Hレベル期間)が順次シフトする信号となっており、各走査線に出力されることにより、各走査線に接続された画素駆動回路が順次オン状態とされる。
データ線駆動回路54は、表示領域55の各データ線と接続されており、走査線駆動回路53によって選択された各画素駆動回路に対してデータ信号X1、X2、…、Xnを供給する。
図4(A)は、コントローラ52からデータ線65を介して、電気泳動表示装置1の画素電極13a、透明電極層32に印加される電圧を模式的に示した図である。ここで、コントローラ52からデータ線65を介して画素電極13a−1、13a−2にそれぞれV1、V2が供給されるが、途中の配線抵抗による電圧降下やリークによる電圧変動などの原因により、実際に画素電極13a−1、13a−2に現れる電圧は、V1、V2からV3、V4にシフトしている。ここでは、V3はV1よりわずかに高く、V4はV2よりわずかに低いものとして説明する。さらに、コントローラ52は、透明電極層32に、電位V5、V6の2値のパルス電圧を印加する。
ここで、画素電極に電圧を印加する手段と、共通電極に電圧を印加する手段は分離しても良い。
図4(B)にV1〜V6の関係を示す。V5、V6は、それぞれV5≧V3、V6≦V4になるように、画素電極13a側の配線抵抗などを考慮して決定する。具体的には、電気泳動層20を形成する前の状態、すなわち画素電極13aが露出している状態のときに画素電極13aにV1、V2を印加し、このとき実際に画素電極13aに現れる電位V3、V4を計測しておいてもよい。あるいは、配線パターンの面積抵抗値、長さ、幅、厚さなどを求められる配線抵抗や配線容量を用いてV3、V4を算出してもよい。
以上のように、透明電極層32に電位V5、V6の2値のパルス電圧を印加することにより、画素電極13a−1、13a−2の電位がV3、V4にシフトすることによる所望の方向と逆方向の電界の発生を防ぐことができる。
すなわち、透明電極層32の電位がV6の時には、電位V3の画素電極13a−1の領域ではV6>V3であることから画素電極13aの方向へ向かう電界が生じ、仮に電気泳動粒子が正に帯電していれば、泳動粒子は画素電極13a−1の方向へ向かって泳動する。一方、電位V4の画素電極13a−2の領域においてはV6≦V4であることから、電界が生じないか、あるいは、生じたとしても透明電極層32方向への電界であるため電気泳動粒子は透明電極層32の方向へ向かって泳動する。
また、透明電極層32の電位がV5の時には、電位V4の画素電極13a−2の領域ではV4>V5であることから透明電極層32の方向へ向かう電界が生じ、正に帯電した電気泳動粒子は透明電極層32の方向へ向かって泳動する。一方、電位V3の画素電極13a−1の領域においてはV5≧V3であることから、電界が生じないか、あるいは、生じたとしても画素電極方向への電界であるため電気泳動粒子は画素電極13a−1に向かって泳動する。
このように、電気泳動粒子が所望の方向と逆の方向へ泳動してしまうようなことは生じないのである。
なお、透明電極層32に印加するパルス電圧の実質的なデューティ比は50%であることが望ましい。これにより両極性が均等に印加され、表示ムラや分散液の劣化を防止することができる。
また、共通電極に印加するパルスの周期は50〜1000msであることが望ましい。50ms未満では電気泳動粒子が十分に応答できない。1000msより大きいと、表示切り替え時間が長くなりすぎてしまう。
上記の説明では仮にV3はV1よりわずかに高く、V4はV2よりわずかに低いものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、V1とV3、V4とV2の上下関係に関わらず、V5、V6をそれぞれV5≧V3、V6≦V4になるように設定すれば本発明の目的を達成することが出来る。
なお、実施の形態1では、電気泳動表示装置1の電気泳動層20は複数のマイクロカプセル21を含んでいるが、電気泳動層20はマイクロカプセル21を含まなくても、電気泳動粒子を含む電気泳動分散液によって形成される層であればよい。
また、実施の形態1では、画素電極群はマトリクス状に配置され、アクティブマトリクス回路を形成しているが、画素電極群の配置はこれに限られない。
電子機器
図5は、本発明の電気泳動装置を適用した電子機器の具体例を説明する斜視図である。図5(A)は、電子機器の一例である電子ブックを示す斜視図である。この電子ブック1000は、ブック形状のフレーム1001と、このフレーム1001に対して回動自在に設けられた(開閉可能な)カバー1002と、操作部1003と、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部1004と、を備えている。
図5(B)は、電子機器の一例である腕時計を示す斜視図である。この腕時計1100は、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部1101を備えている。
図5(C)は、電子機器の一例である電子ペーパーを示す斜視図である。この電子ペーパー1200は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体部1201と、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部1202と、を備えている。なお、電気泳動装置を適用可能な電子機器の範囲はこれに限定されず、帯電粒子の移動に伴う視覚上の色調の変化を利用した装置を広く含むものである。例えば、上記のような装置の他、電気泳動フィルムが貼り合わせられた壁面等の不動産に属するもの、車両、飛行体、船舶等の移動体に属するものも該当する。
本発明による電気泳動装置の断面を示す図である。 電気泳動表示装置の回路構成を概略的に説明する図である。 各画素駆動回路の構成を説明する図である。 図4(A)は電気泳動表示装置の画素電極、透明電極に印加される電圧を模式的に示した図、図4(B)は図4(A)に示す各電圧の関係を示した図である。 図5(A)〜図5(C)は本発明の電気泳動装置を適用した電子機器の具体例を説明する図である。
符号の説明
1 電気泳動表示装置、10 第1基板、11 可撓性基板、11a 接着剤層、12 薄膜半導体回路層、13a 画素電極、14 接続電極、20 電気泳動表示層、21 マイクロカプセル、22 バインダ、23 導電性接続部材、30 第2基板、31 薄膜フィルム、32 透明電極層(共通電極)、51 行デコーダ、52 コントローラ(電圧制御手段)、53 走査線駆動回路、54 データ線駆動回路、55 画像表示領域、61 トランジスタ、63 保持容量、64 走査線、65 データ線(電圧供給手段)

Claims (5)

  1. 一面に複数の画素電極が形成された第1の基板と、
    一面に共通電極が形成され、前記共通電極が前記複数の画素電極に対向するように配置された第2の基板と、
    前記共通電極に電圧を供給する電圧制御手段と、
    前記画素電極と前記共通電極の間に配置された電気泳動層とを備え、
    前記共通電極に印加する電圧を変動させ、前記共通電極と前記画素電極との間の電圧によって電気泳動粒子を泳動させる電気泳動装置であって、
    前記画素電極への電圧供給手段に最小電圧V1を供給したとき前記画素電極に現れる電位V3、前記電圧供給手段に最大電圧V2を供給したとき前記画素電極に現れる電位V4とし、前記電圧制御手段から前記共通電極に供給される電圧の最小値をV5、最大値をV6とすると、V5≧V3、かつV6≦V4であり、
    前記電圧制御手段は、50〜1000ミリ秒のパルス周期で変化する電圧を前記共通電極に印加することを特徴とする電気泳動装置。
  2. 前記第1の基板がさらに薄膜半導体回路層を含む請求項1に記載の電気泳動装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の電気泳動装置を備えた電子機器。
  4. 一面に複数の画素電極が形成された第1の基板と、
    一面に共通電極が形成され、前記共通電極が前記複数の画素電極に対向するように配置された透光性の第2の基板と、
    前記画素電極と前記共通電極の間に配置された電気泳動層とを備え、
    前記共通電極に印加する電圧を変動させ、前記共通電極と前記画素電極との間の電圧によって電気泳動粒子を泳動させる電気泳動装置の駆動方法であって、
    前記画素電極への電圧供給手段に最小電圧V1を供給したとき前記画素電極に現れる電位V3、前記電圧供給手段に最大電圧V2を供給したとき前記画素電極に現れる電位V4とし、前記共通電極に供給される電圧の最小値をV5、最大値をV6とすると、V5≧V3、かつV6≦V4であり、
    前記共通電極に印加する電圧は、50〜1000ミリ秒のパルス周期で変化させることを特徴とする電気泳動装置の駆動方法。
  5. 前記共通電極に印加する電圧は、50%のデューティ比のパルス電圧であることを特徴とする請求項4に記載の電気泳動装置の駆動方法。
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