JP4581451B2

JP4581451B2 - 記憶性表示装置

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Publication number: JP4581451B2
Application number: JP2004095609A
Authority: JP
Inventors: 和憲平松
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005283821A

Description

本発明は、電子ペーパー等に用いられる、複数の電気泳動素子の駆動により画像を表示する電気泳動表示装置等の記憶性表示装置に関する。

従来、下記の特許文献１に記載されたような、記憶性を有する表示素子を用いた記憶性表示装置では、当該複数の記憶性表示素子に、前記画像を表す画像データが、当該画像データの書き込みのための電圧を用いて書き込まれると、当該画像データは、保持され続け、他方で、前記電圧を平滑化するための平滑コンデンサに、前記電圧に対応する電荷が充電される。

特開２００２−７２９７６号

しかしながら、上記した従来の記憶性表示装置では、前記書き込みの後、つまり前記電圧の印加が終了する度に、当該平滑コンデンサに充電された前記電荷が放電する、即ち、電力が浪費されるという問題があった。

上記した課題を解決するために、本発明に係る記憶性表示装置は、画像を表示すべく、当該画像を表す画像データを第１の電圧により書き込まれ、当該書き込まれた画像データを保持する複数の記憶性表示素子と、電源装置により印加される電源電圧から前記第１の電圧を生成する第１の電源回路と、前記第１の電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、前記第１の電圧より低い第２の電圧を生成する第２の電源回路と、前記画像データの書き込みのとき前記第２の電源回路に前記電源装置から前記電源電圧を印加する第１の印加、及び前記画像データの保持のとき前記第２の電源回路に前記平滑コンデンサから前記第１の電圧を印加する第２の印加間での切り換えを選択的に行う切換回路とを含む。

本発明に係る記憶性表示装置によれば、前記切換回路が、前記画像データの書き込みのとき前記第１の印加を選択し、前記画像データの保持のとき前記第２の印加を選択することから、前記第２の印加のとき、従来利用されていなかった前記平滑コンデンサに蓄積された電力を有効に活用することができ、これにより、記憶性表示装置全体として消費電力を従来に比して低減することが可能となる。

上記した本発明に係る記憶性表示装置では、前記画像データを保持する場合であって、前記平滑コンデンサでの前記第１の電圧が、前記第２の電源回路が前記第２の電圧を生成するために必要な電圧より小さくなったとき、前記切換回路は、前記第２の印加から前記第１の印加へ切り換える。

上記した本発明に係る記憶性表示装置では、前記第２の電圧で動作する処理回路であって前記複数の記憶性表示素子の駆動に関連する処理を行う前記処理回路を更に含む。

本発明に係る記憶性表示装置の実施例について電気泳動表示装置を例に図面を参照して説明する。

図１は、実施例の電気泳動表示装置の構成を示す。実施例の電気泳動表示装置Ｄは、当該装置の外部に設けられた電源装置ＰＳから供給される電力で表示動作を行うべく、図１に示されるように、表示ユニット１と、当該表示ユニットの表示動作を制御する表示制御ユニット２と、当該表示制御ユニット２の制御動作を助成し又電気泳動表示装置Ｄの全体動作を制御する装置制御ユニット３と、表示制御ユニット２及び装置制御ユニット３に当該両ユニットの動作に必要な電力を供給する電源ユニット４とを含む。

図２は、表示ユニット、表示制御ユニット及び装置制御ユニットの構成を示す。表示ユニット１は、図２に示されるように、前記複数の電気泳動素子を有する表示部１０と、表示制御ユニット２の制御下で表示部１０のオン／オフを制御するためのゲートドライバ１１と、表示制御ユニット２の制御下で表示部１０に前記画像データを書き込むためのソースドライバ１２とからなる。

図３は、表示部の構成を示す。表示部１０は、図３に示されるように、複数のソース線（ソース電極）Ｓ１〜Ｓｍ（ｍは、２以上の任意の整数）と複数のゲート線（ゲート電極）Ｇ１〜Ｇｎ（ｎは、２以上の任意の整数）とがマトリックス状に交差する位置に、電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎと、保持容量ＨＣ１１〜ＨＣｍｎと、薄膜トランジスタＴＲ１１〜ＴＲｍｎとを有する。より詳細には、例えば、交差位置ＣＰ１１では、電気泳動素子Ｐ１１及び保持容量ＨＣ１１は、並列接続されており、電気泳動素子Ｐ１１の画素電極ＰＥ１１は、薄膜トランジスタＴＲ１１のドレイン電極に接続されており、電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎに共用される共通電極ＣＥは、接地電位に接続されており、薄膜トランジスタＴＲ１１のゲート電極は、ゲート線Ｇ１に接続されており、薄膜トランジスタＴＲ１１のソース電極は、ソース線Ｓ１に接続されている。

表示部１０は、例えば、従来知られた点順次駆動方式又は線順次駆動方式に基づき駆動され、例えば、電気泳動素子Ｐ１１については、図２に図示のゲートドライバ１１によりゲート線Ｇ１から印加されるゲート信号により、薄膜トランジスタＴＲ１１がオンに起動されると共に、図２に図示のソースドライバ１２によりソース線Ｓ１から印加される前記画像データの信号により、当該画像データが保持容量ＨＣ１１に蓄積され、保持容量ＨＣ１１に規定される画像データの電圧の大きさに従って、電気泳動素子Ｐ１１の状態が、前記画像データに対応する”白”又は”黒”に遷移する。

図４は、表示部の構造を示す。表示部１０は、図４に示されるような従来知られた構造を有しており、その裏面側（ユーザが視認することができない側）に設けられたＴＦＴ(Thin Film Transistor)基板１００上に、例えば、ゲート線Ｇ１に対応する画素電極ＰＥ１１、ＰＥ２１、ＰＥ３１．．．、ＰＥｍ１が一列に配置されいる。当該画素電極ＰＥ１１、ＰＥ２１、ＰＥ３１、、、ＰＥｍ１、及び他の画素電極ＰＥ１２〜ＰＥｍｎに対向する表面側（ユーザが視認することができる側）には、保護膜１０２により保護された共通電極ＣＥが形成されている。画素電極ＰＥ１１、ＰＥ２１、ＰＥ３１．．．、ＰＥｍ１及び共通電極ＣＥ間には、電気泳動素子Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、、、Ｐｍ１が、充填剤であるバインダ１０１により固定されて状態で設けられている。

図５は、電気泳動素子の構造及び状態を示し、詳細には、図５（Ａ）は、”黒”を表示する電気泳動素子の状態を示し、図５（Ｂ）は、”白”を表示する電気泳動素子の状態を示す。電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎは、図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、マイクロカプセル化されている。電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎは、より詳しくは、カプセル壁ＣＷとしてのポリマー膜内に、芯物質として、プラス（＋）に帯電した黒顔料粒子ＢＧ及びマイナス（−）に帯電した白顔料粒子ＷＧを有し、黒顔料粒子ＢＧ及び白顔料粒子ＷＧは、外部から与えられる電界により規定されるカプセル壁ＣＷ内での位置状態を、分散媒ＤＭにより安定的に維持される。

電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎは、”黒”を表示しようとするときには、図５（Ａ）に示されるように、共通電極ＣＥに駆動電圧−Ｖ_dispを印加されかつ画素電極ＰＥ１１〜ＰＥｍｎに零電圧を印加され、即ち書き込まれ、換言すれば、裏面側から表面側への電界Ｅ１を与えられ、これを契機に、プラス（＋）に帯電している黒顔料粒子ＢＧは、カプセル壁ＣＷ内において表面側に近付くように移動すると共に、マイナス（−）に帯電している白顔料粒子ＷＧは、カプセル壁ＣＷ内において裏面側に近付くように移動し、当該移動後の状態を維持する。このようにして、電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎは、表面側に”黒”を表示することから、ユーザは、”黒”を認識することができる。

他方で、電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎは、”白を”表示しようとするときには、図５（Ｂ）に示されるように、共通電極ＣＥに駆動電圧Ｖ_dispを印加されかつ画素電極ＰＥ１１〜ＰＥｍｎに零電圧を印加され、即ち書き込まれ、換言すれば、表面側から裏面側への電界Ｅ２を与えられ、これを契機として、白顔料粒子ＷＧは、表面側に近付くように移動すると共に、黒顔料粒子ＢＧは、裏面側に近付くように移動し、当該移動後の状態を維持する。このようにして、電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎは、表面側に”白”を表示することから、ユーザは、表面側に現れる”白”を認識することができる。

図２に戻り、表示制御ユニット２は、表示ユニット１の動作を制御すべく、図２に示されるように、信号処理回路２０と、階調制御回路２１と、共通電極駆動回路２２とを有する。

信号処理回路２０は、装置制御ユニット３から受け取る画像信号、クロック信号、周期信号等の各種の信号に基づき、表示ユニット１内のゲートドライバ１１及びソースドライバ１２が表示部１０に画像を表示させるために必要なゲート信号及び画像データについての処理を行い、当該ゲート信号をゲートドライバ１１へ出力すると共に、当該処理後の画像データをソースドライバ１２へ出力する。

階調制御回路２１は、装置制御ユニット３から受け取る画像データから、当該画像データの階調を修正又は変更するための階調信号を生成し、当該階調信号をソースドライバ１２へ出力する。

共通電極駆動回路２２は、図３に図示の共通電極ＣＥに印加すべき電圧の大きさを制御し、より詳細には、電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎを駆動する駆動方式の種類に応じて、例えば、接地電位に固定すること、又は任意の電位を印加することを行う。

装置制御ユニット３は、表示制御ユニット２による表示ユニット１の動作の制御のために必要な信号及びデータ、例えば、画像データを表示制御ユニット２に供給すべく、画像メモリ３０と、装置制御回路３１とを有する。画像メモリ３０は、表示ユニット１内の表示部１０に表示させるべき画像データを記憶する。装置制御回路３１は、電気泳動表示装置Ｄの動作を全体的に制御する機能を有し、具体的には、画像メモリ３０から当該画像メモリ３０に記憶されている画像データを読み出し、当該読み出した画像データを表示制御ユニット２内の信号処理回路２０及び階調制御回路２１に出力し、また、電気泳動素子Ｐ１１〜Ｐｍｎの駆動方式の種類に対応する制御信号を表示制御ユニット２内の共通電極駆動回路２２に出力し、共通電極駆動回路２２は、当該制御信号に従って、共通電極ＣＥに印加すべき電圧を規定する。

図６は、電源ユニットの構成を示す。電源ユニット４は、外部の電源装置ＰＳ又は内部の回路（高電圧レギュレータ４０、平滑コンデンサ４２）から供給される電源電圧Ｖ_psの電力を元に、表示制御ユニット２が表示ユニット１を駆動するために用いる駆動電圧Ｖ_disp、−Ｖ_disp、及び装置制御ユニット３が用いる論理電圧Ｖ_logを生成すべく、図６に示されるように、高電圧レギュレータ４０と、切換制御回路４１と、平滑コンデンサ４２と、切換回路４３と、低電圧レギュレータ４４とを有する。

高電圧レギュレータ４０は、電源装置ＰＳから供給される電源電圧Ｖ_ps（例えば、３Ｖ）の電力から、駆動電圧Ｖ_disp、−Ｖ_disp（例えば、４０Ｖ、−４０Ｖ）を生成すべく、従来知られた昇圧型の直流／直流変換回路からなる。

切換制御回路４１は、表示制御ユニット２から受け取る書込開始信号ＷＳ及び書込終了信号ＷＥに従って、高電圧レギュレータ４０の直流／直流変換の動作を継続させ又は停止させる制御、及び切換回路４３の選択的な切り換えの制御を行う。切換回路４３の切り換えについてより詳しくは、表示部１０に画像データを書き込むとき、電源装置ＰＳと低電圧レギュレータ４４を導通させる共に、高電圧レギュレータ４０と低電圧レギュレータ４４とを遮断し、対照的に、表示部１０に画像データを保持させるとき、高電圧レギュレータ４０と低電圧レギュレータ４４とを導通させると共に、電源装置ＰＳと低電圧レギュレータ４４とを遮断させる。

切換制御回路４１は、また、低電圧レギュレータ４４が論理電圧Ｖ_logを生成するために必要な、低電圧レギュレータ４４への入力電圧である閾値電圧Ｖ_thを与えられており、切換制御回路４１は、表示部１０が画像データを保持しているときである、平滑コンデンサ４２から低電圧レギュレータ４４へ駆動電圧Ｖ_dispの電力を供給しているとき、駆動電圧Ｖ_dispを閾値電圧Ｖ_thと比較し、駆動電圧Ｖ_dispが閾値電圧Ｖ_thを下回ったと判断すると、高電圧レギュレータ４０からの電力の供給を停止しかつ電源装置ＰＳからの電力を開始するように、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を切り換える。

平滑コンデンサ４２は、高電圧レギュレータ４０の出力端に設けられており、高電圧レギュレータ４０から出力される駆動電圧Ｖ_dispを平滑化させる機能を有し、駆動電圧Ｖ_dispにより規定される電荷を蓄積する。

切換回路４３は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を有する。スイッチＳＷ１の入力端は、高電圧レギュレータ４０に接続されており、スイッチＳＷ２の入力端は、電源装置ＰＳに接続されており、両スイッチＳＷ１、ＳＷ２の出力端は、相互に接続されておりかつ低電圧レギュレータ４４に接続されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、切換制御回路４１の制御下で、導通及び遮断を交互に逆相関係で設定され、より詳しくは、スイッチＳＷ１が導通状態であるとき、スイッチＳＷ２は遮断状態であり、他方、スイッチＳＷ１が遮断状態であるとき、スイッチＳＷ２は導通状態である。これにより、切換回路４３は、高電圧レギュレータ４０、即ち、平滑コンデンサ４２から供給される駆動電圧Ｖ_dispの電力及び電源装置ＰＳから供給される電源電圧Ｖ_psの電力の一方を選択的に低電圧レギュレータ４４に出力する。

低電圧レギュレータ４４は、切換回路４３経由で供給される電源電圧Ｖ_ps又は駆動電圧Ｖ_dispの電力を元に、装置制御ユニット３内で用いられる比較的低い電圧である論理電圧Ｖ_log（例えば、１．５Ｖ）を生成し、生成した論理電圧Ｖ_logを装置制御ユニット３に出力する。

図７、図８は、実施例の電気泳動表示装置の動作を示すフローチャート及びタイミングチャートである。実施例の電気泳動表示装置の動作を図７のフローチャート及び図８のタイミングチャートに沿って説明する。説明及び理解を容易にすべく、電源装置ＰＳ及び電気泳動表示装置Ｄの動作が停止状態にあることを想定する。

工程Ｓ１：図８に図示の時刻Ｔ１のとき、電源装置ＰＳのスイッチ（図示せず）がオンに切り換えられると、電源装置ＰＳは、電源電圧Ｖ_psの生成を開始する。

工程Ｓ２：時刻Ｔ２のとき、電気泳動表示装置Ｄ自身のスイッチ（図示せず）がオンに切り換えられると、切換制御回路４１は、切換回路４３内のスイッチＳＷ１を遮断し、他方で、切換回路４３内のスイッチＳＷ２を導通にする。

工程Ｓ３：スイッチＳＷ１の遮断及びスイッチＳＷ２の導通により、低電圧レギュレータ４４は、電源装置ＰＳから電源電圧Ｖ_psの電力の供給を受けることを開始する。

工程Ｓ４：時刻Ｔ３のとき、切換制御回路４１は、表示部１０への画像データの書込みＷ１に先立ち、表示制御ユニット２内の信号処理回路２０から書込開始信号ＷＳ１を受けることにより、書込みＷ１が開始されることを予知する。

工程Ｓ５：切換制御回路４１は、書込開始信号ＷＳ１に応答して、スイッチＳＷ１を遮断し、また、スイッチＳＷ２を導通にし、即ち、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を時刻Ｔ３以前の状態に維持する。

工程Ｓ６：スイッチＳＷ１の遮断及びスイッチＳＷ２の導通の両状態の持続により、低電圧レギュレータ４４は、電源装置ＰＳから電源電圧Ｖ_psの電力の供給を受け続ける。

工程Ｓ７：時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間の期間に亘って信号処理回路２０による表示部１０の書込Ｗ１が行われた後、時刻Ｔ４のとき、切換制御回路４１は、信号処理回路２０から、表示部１０への画像データの書き込みＷ１の終了を示す書込終了信号ＷＥ１を受けると、書込みＷ１が終了したと判断する。

工程Ｓ８：切換制御回路４１は、書込みＷ１の終了を認識すると、スイッチＳＷ１を導通にし、また、スイッチＳＷ２を遮断する。

工程Ｓ９：スイッチＳＷ１の導通への切り換え及びスイッチＳＷ２の遮断への切り換えにより、低電圧レギュレータ４４は、切換回路４３を介して平滑コンデンサ４２から、駆動電圧Ｖ_dispの電力の供給を受け始める。ここで、平滑コンデンサ４２から与えられる駆動電圧Ｖ_dispは、図６に示されるように、平滑コンデンサ４２に蓄積された電荷の減少に従って時間とともに漸減する。

工程Ｓ１０：工程Ｓ２での電気泳動表示装置Ｄとは対照的にそのスイッチがオフに切り換えられると、即ち、表示の停止の旨が指示されると、電気泳動表示装置Ｄは、表示動作を終了する。

以下、工程Ｓ１０で表示動作を終了することなく、工程Ｓ４に相当する工程Ｓ２４、工程Ｓ３４に戻る場合について説明する。

工程Ｓ２４：工程Ｓ１０で表示動作の終了が指示されることなく、工程Ｓ４に相当する工程Ｓ２４に戻った後、時刻Ｔ５のとき、切換制御回路４１は、信号処理回路２０から、表示部１０への２回めの画像データの書き込みＷ２の開始に先立つ書込開始信号ＷＳ２を受けることにより、書き込みＷ２が開始されることを予知する。以後、工程Ｓ５以下の工程と同様な動作を行う。

工程Ｓ３４：書き込みＷ２の処理を終えた後工程Ｓ１０で表示動作を終了することなく、工程Ｓ４に相当する工程Ｓ３４に戻った後、書き込みＷ３に引き続く新たな書込みが発生することなく、平滑コンデンサ４２からの駆動電圧Ｖ_dispが漸減し続ける。

工程Ｓ３５：駆動電圧Ｖ_dispが漸減し続ける結果、時刻Ｔ９のとき、切換制御回路４１は、駆動電圧Ｖ_dispが閾値電圧Ｖ_th以下に減少したことを認識する。

工程Ｓ３６：切換制御回路４１は、電圧Ｖ_dispが閾値電圧Ｖ_th以下であることを認識した結果として、スイッチＳＷ１を遮断し、また、スイッチＳＷ２を導通にする。

工程Ｓ３７：スイッチＳＷ１の遮断への切り換え及びスイッチＳＷ２の導通への切り換えにより、低電圧レギュレータ４４は、切換回路４３経由で電源装置ＰＳから電源電圧Ｖ_psの電力を受けることを開始する。以後、工程Ｓ１０を経由して工程Ｓ４に復帰する。

上記したように、実施例の電気泳動表示装置Ｄでは、低電圧レギュレータ４４は、切換回路４３の切換動作により、表示部１０に画像データを書き込むときには、電源装置ＰＳから電源電圧Ｖ_psの電力の供給を受け、他方で、表示部１０が画像データを保持するときには、平滑コンデンサ４２から駆動電圧Ｖ_dispの電力の供給を受けることから、換言すれば、表示部１０が画像データを保持するときには、電源装置ＰＳから電源電圧Ｖ_psの電力の供給を受けることなく、書込みのときに平滑コンデンサ４２に蓄積された電力の供給を受けることから、平滑コンデンサ４２に蓄積された電力が何ら利用されていなかった従来の電気泳動表示装置に比して、消費電力を低減することが可能となる。

上記した効果に加えて、切換制御回路４１は、高電圧レギュレータ４０からの駆動電圧Ｖ_dispが上記した閾値電圧Ｖ_thより小さくなったとき、低電圧レギュレータ４４が、平滑コンデンサ４２から駆動電圧Ｖ_dispの電力の供給を受けることに代えて、電源装置ＰＳから電源電圧Ｖ_psの電力の供給を受けるようにスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り換えを行う。これにより、低電圧レギュレータ４４が論理電圧Ｖ_logの生成を安定的に行うことを保証することが可能となる。

〈変形例〉
上記した電気泳動表示装置に代えて、コレステリック液晶を用いた記憶性液晶表示装置及びトナーを用いたトナー表示装置のような、他の記憶性を有する表示装置でも同様な効果を得ることができる。

実施例の電気泳動表示装置の構成を示すブロック図。実施例の表示ユニット、表示制御ユニット及び装置制御ユニットの構成を示すブロック図。実施例の表示部の構成を示す回路図。実施例の表示部の構造を示す断面図。実施例の電気泳動素子の構造及び状態を示す断面図。実施例の電源ユニットの構成を示す回路ブロック図。実施例の電気泳動表示装置の動作を示すフローチャート。実施例の電気泳動表示装置の動作を示すタイミングチャート。

符号の説明

４電源ユニット４０高電圧レギュレータ４１切換制御回路４２平滑コンデンサ４３切換回路４４低電圧レギュレータＳＷ１、ＳＷ２スイッチ。

Claims

画像を表示すべく、当該画像を表す画像データを第１の電圧により書き込まれ、当該書き込まれた画像データを保持する複数の記憶性表示素子と、
電源装置により印加される電源電圧から前記第１の電圧を生成する第１の電源回路と、
前記第１の電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、
前記第１の電圧より低い第２の電圧を生成する第２の電源回路と、
前記画像データの書き込みのとき前記第２の電源回路に前記電源装置から前記電源電圧を印加すると共に前記第１の電源回路と前記第２の電源回路とを遮断する第１の印加、及び前記画像データの保持のとき前記第２の電源回路に前記平滑コンデンサから前記第１の電圧を印加すると共に前記電源装置と前記第２の電源回路を遮断する第２の印加間での切り換えを選択的に行う切換回路とを含むことを特徴とする記憶性表示装置。
前記画像データを保持する場合であって、前記平滑コンデンサでの前記第１の電圧が、前記第２の電源回路が前記第２の電圧を生成するために必要な電圧より小さくなったとき、前記切換回路は、前記第２の印加から前記第１の印加へ切り換えることを特徴とする請求項１記載の記憶性表示装置。
前記第２の電源回路に接続され前記第２の電圧で動作する処理回路であって前記複数の記憶性表示素子の駆動に関連する処理を行う前記処理回路を更に含むことを特徴とする請求項１記載の記憶性表示装置。