JP4878214B2 - 画像表示装置の駆動方法、および画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示電極に印加した書き込み電圧に応じて表示単位の表示状態が変化する画像表示装置、詳しくは交流電圧を印加して表示単位の元の表示状態をリセットする駆動方法に関する。

隔壁で仕切られた移動空間内で帯電粒子を移動させて表示単位（ピクセルまたはサブピクセル）の表示を行う画像表示装置が実用化されている。画像表示装置は、表示画面を構成する多数の表示単位のそれぞれの濃度階調を制御してモノクロ、複数色、またはカラーで画像を表示する。

一般的な画像表示装置は、表示単位ごとのスイッチング素子を制御して、走査線に沿った多数の表示電極にそれぞれ書き込み電圧を印加して走査線の画像を形成する。書き込み電圧を印加されたそれぞれの移動空間では、表示電極と共通電極との間に帯電粒子を駆動する電界が形成される。

帯電粒子を用いて表示メモリ性を実現した画像表示装置では、移動空間の界面に帯電粒子が凝集したり、書き込み電圧によって形成した帯電粒子の分布が以前の表示状態に影響されたりする。そこで、表示電極にリセット信号を入力して表示単位を一様な濃度階調に揃えた後に、表示電極に書き込み電圧を印加することが提案されている。

特許文献１には、隔壁の起立面に共通電極を配置し、表示電極を配置した表示面と隔壁の起立面との間で帯電粒子を移動させる電気泳動表示装置が示される。ここでは、背面側基板上に、多数の書き込み信号線と多数の走査信号線とを立体交差させて配置し、書き込み信号線と走査信号線との交差位置に表示単位ごとのスイッチング素子が配置される。スイッチング素子を通じて入力された書き込み電圧は、表示電極ごとの補助容量（コンデンサ）に保持される。すべての表示単位の補助容量の接地側端子は、共通に束ねて接地電位に接続される。すべての表示単位の共通電極もまた、共通に束ねて接地電位に接続されている。

特許文献２には、書き込み信号線からスイッチング素子を通じてリセット電圧を表示電極に印加する電気泳動表示装置が示される。ここでは、すべての表示単位を一括して表示リセットした後に、書き込み信号線からスイッチング素子を通じて個別の書き込み電圧を表示電極に印加する。これにより、走査信号を供給された走査信号線に対応する１走査線上の多数の表示単位にそれぞれの濃度階調が書き込まれる。

特許文献３には、帯電粒子を封入した多数のカプセルを上下に挟んで透明電極を配置した電気泳動表示装置が示される。ここでは、透明電極に書き込み電圧を印加する書き込みに先立たせて、書き込みとは反対極性の直流電圧を印加するリセットを行って、それ以前の表示状態の残像を残さない。そして、リセットおよび書き込みの電圧印加に先立たせて、高い周波数の交流電圧を上下の電極間に印加して、帯電粒子同士、または帯電粒子と表示面との間の凝集や拘束を確実に解除させている。

特開２００５−３５１９９３号公報 特開２００４−１６３５９６号公報 国際特許公開ＷＯ−２００３−１００７５７号公報

特許文献１に示される画像表示装置では、表示面から隔壁へ帯電粒子を集めた際に、隔壁の起立面における帯電粒子分布が元の表示面における帯電粒子分布に影響される可能性がある。その結果、画面全体を白表示とした際に、うっすらと元の画像が残ってしまう可能性がある。そして、元の階調に影響されたリセット階調から、表示電極に書き込み電圧を印加して新たな書き込みを行うと、同じ書き込み電圧に対する表示単位の書き込み階調がばらつく可能性がある。従って、表示画像の部分的な色調や輝度が画像データと少しずれて、画像品質が低下する可能性がある。

そこで、書き込み電圧の印加の直前に表示電極に交流電圧を印加して、元の表示階調の影響を除去したリセット階調を表示させる駆動方法が提案された。元の表示階調の影響を除去したリセット階調から、新たに表示電極に書き込み電圧を印加することで、書き込み電圧と表示された濃度階調との再現性を高めている。

表示電極と共通電極との間に交流電圧を印加する駆動方法としては、走査信号線の１走査ごとに書き込み信号線の書き込み電圧を反転させる方法がある。しかし、走査信号の走査周期でしか交流電圧を印加できないので、交流電圧の周期を表示単位の構造やリセット動作に最適化することが難しい。

また、走査線に沿ったスイッチング素子をオンさせた状態で書き込み信号線を通じて交流電圧を書き込み信号線に供給する方法もある。しかし、走査線ごとに交流電圧を印加するので膨大な時間がかかる。１０００本の走査線でそれぞれ２００ｍｓｅｃの交流電圧を印加すると、１画面のリセットに３分以上を要してしまう。

そこで、画面全体のすべてのスイッチング素子をオンさせた状態ですべての書き込み信号線に一斉に交流電圧を供給することが検討された。しかし、スイッチング素子を通じて補助容量に交流電圧を供給すると、スイッチング素子の電流負担が大きくなって、交流電圧の振幅を十分に確保できない。振幅を大きくすると、すべてのスイッチング素子が発熱状態となって背面側基板の温度が上昇するし、書き込み信号線に書き込み電圧（交流電圧）を供給するドライバの電流負担も大きい。スイッチング素子の発熱に費やされる電力の無駄も大きい。

本発明は、書き込み信号線に書き込み電圧を供給するドライバやスイッチング素子に負担をかけること無く、表示電極と共通電極との間に効率的に交流電圧を印加できる画像表示装置の駆動方法を提供することを目的としている。

請求項１に示す駆動方法を適用される画像表示装置は、表示単位ごとに配置されて書き込み電圧を印加される表示電極と、前記表示電極ごとに配置されて前記書き込み電圧の入力を制御するスイッチング素子と、接地側端子を複数の表示単位で共通に接続されて、前記スイッチング素子を通じて入力された前記書き込み電圧を保持する補助容量と、前記複数の表示単位で共通に接続されて、前記表示電極との間に前記書き込み電圧に応じた電界を形成する共通電極と、前記表示電極と前記共通電極との間を前記電界に応じて移動する帯電粒子とを備える。そして、前記スイッチング素子を遮断した状態で、前記接地側端子と前記共通電極との間に交流電圧を印加することにより、前記複数の表示単位における前記帯電粒子の表示状態を揃える画像表示装置の駆動方法である。

請求項１の画像表示装置の駆動方法は、特許文献１の電気泳動表示装置では一体に束ねて接地電位に接続されているに過ぎない補助容量の接地側端子と共通電極との間に交流電圧を印加する。スイッチング素子を遮断した状態で、表示電極と共通電極とが形成する容量と補助容量とを直列接続した回路に交流電圧を印加する。

従って、交流電圧の印加に伴ってスイッチング素子には電流が流れない。スイッチング素子を介して表示電極に書き込み電圧を印加する回路（書き込み信号線ドライバ）にも電流が流れない。

従って、大きな電圧を印加してもスイッチング素子や書き込み電圧を印加する回路の電力負担が発生しない。スイッチング素子や書き込み電圧を印加する回路は、表示リセットのような揃った表示を行うための変更や補強を要しない。接地側端子と共通電極との間に交流電圧を印加する回路の負担だけで、大きな電圧を印加して短時間でリセットを完了できる。発熱を伴わないので、接地側端子と共通電極との間に交流電圧を印加する回路の負担も、帯電粒子が表示電極と共通電極との間で交流電圧に応じて双方向移動する際のわずかな電力消費を大きくは越えないで済ませ得る。

ところで、補助容量の接地側端子と共通電極との間に交流電圧を印加する場合、共通電極と表示電極との間に形成される容量（キャパシタンス）が補助容量に比較して無視できる程度に小さいことが望ましい。表示単位の構造上、共通電極と表示電極との間に形成される容量が無視できない場合、接地側端子を接地電位に保って共通電極に交流電圧を印加したのでは表示電極と共通電極との間に十分な交流電圧を生じ得ない可能性がある。このような場合、共通電極に印加する交流電圧とは逆相の交流電圧を接地側端子に印加すれば、表示電極と共通電極との間に十分な振幅の交流電圧を確保できる。

共通電極に交流電圧を印加した際の表示電極の電位変動量ΔＶｐは、以下の式（１）で計算できる。表示電極と共通電極との間に形成される容量の値をＣｅｐ、補助容量の値をＣｓ、共通電極の電位変動量をΔＶｃｏｍとしている。

ΔＶｐ＝（Ｃｅｐ／（Ｃｓ＋Ｃｅｐ））×ΔＶｃｏｍ （１）

一方、補助容量の接地側端子に交流電圧を印加した際の表示電極の電位変動量ΔＶｐは以下の式（２）で与えられる。補助容量の接地側端子に交流電圧を印加した際の接地側端子の電位変動量をΔＶｃｓとしている。

ΔＶｐ＝（Ｃｓ／（Ｃｓ＋Ｃｅｐ））×ΔＶｃｓ （２）

ここで、表示電極の電位変動量ΔＶｐが０となるためには、式（１）と式（２）の和が０であればよく、式（３）の条件式が得られる。

ΔＶｃｓ＝−（Ｃｅｐ／Ｃｓ）×ΔＶｃｏｍ （３）

従って、式（３）に示される条件で補助容量の接地側端子に交流電圧を印加すれば、表示電極の電位変動を抑えて、共通電極に印加しただけの交流電圧を表示電極と共通電極との間に印加できる。これにより、接地側端子を接地電位に保って共通電極に交流電圧を印加した場合よりも小さい電圧振幅で表示電極と共通電極との間に必要な交流電圧を確保して、表示単位のリセット等を速やかに実行できる。

以下、本発明の画像表示装置の一実施形態である電気泳動表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の画像表示装置は、以下に説明する実施形態の限定的な構成には限定されない。表示電極に印加された書き込み電圧に応じて観察側から見た表示単位の濃度階調を変化させる限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。

本実施形態では、表示面を囲む隔壁構造の起立面全体に共通電極を形成しているが、隔壁構造の一部分に、あるいは表示電極と隣接させて表示面に共通電極を形成してもよい。

本実施形態では、観察側から入射した外光によって表示単位の照明を賄う反射型装置を説明するが、バックライトを用いる透過型装置、バックライトと外光とを併用する半透過型装置としてもよい。

本実施形態では、電気泳動表示装置の表示リセットについて説明するが、本実施形態のアクティブマトリックス基板の構成を用いて表示単位に印加される交流電圧は、表示リセット以外の他の用途にも利用可能である。

本実施形態では、電気泳動表示装置について説明するが、本発明の画像表示装置の構成は、トナーディスプレイ、液晶表示装置等、補助容量とスイッチング素子とを用いて走査線画像を表示するアクティブマトリックス方式の画像表示装置に遍く利用可能である。

なお、特許文献１〜３に示される電気泳動表示装置の構成部材、材料、製造方法、駆動方法等については、繰り返しの煩雑を回避すべく一部図示を省略し、詳細な説明も省略する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の電気泳動表示装置の断面構成の説明図、図２は電気泳動表示装置の駆動回路の説明図、図３は電気泳動表示装置の駆動信号の説明図である。

図１に示すように、第１実施形態の電気泳動表示装置１００は、表示画面に格子配列した多数の画素２０を用いて画像表示を行う。画素２０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの濃度階調バランスを変化させることによりフルカラー表示が可能である。

背面側基板１と観察側基板２との間に隔壁６を配置して、背面側基板１と観察側基板２との間隔を所定距離に保っている。隔壁６は、背面側基板１上の表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを仕切って、帯電粒子４を分散させた分散液体３をそれぞれの移動空間に閉じ込めている。観察側基板２は、例えば透明ガラスや透明樹脂フィルム等の光透過性板で構成してある。しかし、観察側基板１は、必ずしも透明である必要はなく、不透明な樹脂フィルム基板や金属基板等で構成してもよい。

表示電極１２は、観察側基板２から入射した外光を折り返す反射面を兼ねている。表示電極１２は、背面側基板１に形成した微細で緻密な凹凸１３の上に形成して、表面に凹凸パターンを形成している。凹凸１３としては、例えば、感光性樹脂を塗布した後、露光およびウェット現像を行うことで形成することができる。また、ガラスに微細な凹凸を作る方法でも良い。凹凸１３上に形成された表示電極１２の材料としては、アルミニウムや銀など、反射率の高い導電性材料が望ましい。

このような構成にすることによって、表示電極１２に、入射光を拡散反射させる機能を持たせている。凹凸１３の傾斜角度の分布を制御して、視野角を拡大させるとともに外光を効率良く反射させ、これにより、均一で明るい照明による良好な画像表示を得ている。

表示電極１２上には、赤、緑、青の着色層１０ａ、１０ｂ、１０ｃが形成されている。着色層１０ａ、１０ｂ、１０ｃとしては、それぞれ赤色、緑色、青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストで構成する。着色層１０ａ、１０ｂ、１０ｃの膜厚は、通常０．１μｍ〜４μｍ程度である。

隔壁６としては、一般に使用されているレジスト材料、或いは熱可塑性材料、紫外線硬化材料などを使用できる。隔壁６の厚さは通常５μｍ〜３０μｍ程度である。隔壁６の起立面には共通電極７が形成されている。共通電極７は、Ａｌ、Ｔｉと言った金属膜だけでなく、透明なＩＴＯ膜で構成しても良い。

隔壁６と表示電極１２とを覆うように表面コート層９が形成されている。表面コート層９としては、光透過性の材料で、アクリル樹脂などの有機絶縁膜、または、ＳｉＯ_２などの無機絶縁膜を採用できる。ポリシラン、ポリシロキサン、ポリアセチレンなどの有機膜、もしくはそれの複合体、共重合体、または、カーボン含有膜、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などの無機膜でもよい。さらに、シリコンなどの半導体膜、または導電性のフィラ（充填物）、例えば金属粉、カーボン粒子等をエポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂等に配合して得る導電性樹脂膜も利用できる。分散液体３との界面部材として、これらの膜の積層膜でもよい。

背面側基板１、観察側基板２、隔壁６で囲まれる移動空間には、帯電粒子４を分散させた分散液体３が封入されている。分散液体３としては、水、メタノール、エタノール、アセトン、ヘキサン、トルエン等を利用できる。長鎖アルキル基を有するベンゼン類等の芳香族炭化水素も利用できる。または、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利用してもよい。

帯電粒子４は、移動空間に形成された電界に応答して、分散液体３中を電気泳動により移動する性質を有する有機あるいは無機の粒子である。帯電粒子４としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック等の黒色顔料、二酸化チタン、三酸化アンチモン等の白色顔料、アゾ系顔料、その他着色顔料等の１種又は２種以上を用いることができる。

さらに、これらの顔料には、必要に応じて、電解質、界面活性剤、樹脂、ゴム、油等の粒子からなる荷電制御剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、シラン系カップリング剤等の分散剤、潤滑剤、安定化剤等を添加できる。

表示電極１２下の背面側基板１には、図２に示す走査信号線４１、書き込み信号線４２、薄膜トランジスタ素子４０、補助容量４６が形成されている。背面側基板１は、薄膜トランジスタ素子４０を通じて表示電極１２に書き込んだ書き込み電圧を補助容量４６で保持するアクティブマトリックス基板である。図２は、電気泳動表示素子を表示パネル３５として用いた電気泳動表示装置１００のシステム構成を示すブロック図である。

図２に示すように、パネルコントローラ３０は、入力される画像データに基づいて、フィールド同期信号、水平同期信号、データ取り込みクロックなどの制御信号、および表示データを生成する。書き込み信号線駆動回路３１、走査線信号駆動回路３２、補助容量線駆動回路３３、及び共通電極駆動回路３４は、パネルコントローラ３０より受信した制御信号および表示データに従って表示パネル３５にそれぞれの駆動電圧信号を出力する。表示パネル３５は、これらの駆動電圧信号に応じて表示を行う。

パネルコントローラ３０で形成された走査線画像データが書き込み信号線駆動回路３１で表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃごとの書き込み電圧に変換される。パネルコントローラ３０から走査線画像データに同期して送出される制御信号に応答して走査線信号駆動回路３２が該当する走査線上の表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの薄膜トランジスタ素子４０をオンさせる。

パネルコントローラ３０は、書き込み信号線駆動回路３１、走査線信号駆動回路３２を用いて表示電極１２に書き込み電圧を印加する直前に、補助容量線駆動回路３３と共通電極駆動回路３４とを作動させて表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを白リセットする。

表示パネル３５には、多数の走査信号線４１群が一定間隔で配線され、走査信号線４１群と立体交差させて多数の書き込み信号線４２群が一定間隔で配置される。図２の表示パネル３５中に記載されている等価回路は、表示単位２０Ｂの等価回路を示している。

走査信号線４１と書き込み信号線４２との交点に表示単位２０Ｂを制御する薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）４０が配置される。薄膜トランジスタ素子４０のソース電極が書き込み信号線４２に、ドレイン電極が表示電極１２および補助容量４６に、そして、ゲートが走査信号線４１にそれぞれ接続されている。

表示パネル３５上の全画素の補助容量４６の接地側端子４７は、補助容量線４４に束ねて、電圧Ｖｃｓである補助容量線駆動回路３３に接続される。表示パネル３５上の全画素の共通電極７は共通電極線４３に束ねて、電圧Ｖｃｏｍである共通電極駆動回路３４に接続される。

なお、薄膜トランジスタ素子４０は、ｎ型トランジスタとした。薄膜トランジスタ素子４０のドレイン電極には補助容量４６が補助容量線４４との間に形成されており、全画素の補助容量は、電圧Ｖｃｓに接続される。

次に、このように構成された電気泳動表示素子の動作について説明する。なお、以下の説明では、帯電粒子４が正に帯電している場合を例に挙げるが、負に帯電している場合でも、帯電粒子４の動く方向が逆になることを考慮すれば同様に説明できる。

図３に第１実施形態における表示単位２０Ｂの駆動波形を示す。波形Ｖｃｏｍ、Ｖｃｓ、Ｖｐ、Ｖｇａｔｅ、Ｖｓｉｇは、それぞれ、共通電極７電位、補助容量線４４電位、表示電極１２電位、走査信号線４１電位、書き込み信号線４２電位である。期間Ｔ１が以前の表示状態を消去して画素２０を白リセット（表示単位２０Ｂを緑の最高輝度表示）するための期間で、続く期間Ｔ２が所望の表示階調を得るための書込み期間である。

期間Ｔ１では、共通電極駆動回路３４のスイッチング素子３４Ｂを交流電源３３Ａ側に切り替えて、共通電極７に交流電圧を印加する。交流電圧の振幅と周波数とは素子構造、素子寸法、材料等によって調整されるが、一般的には１０〜１００Ｈｚ、１０〜２０Ｖである。交流電圧に応答して帯電粒子４が表示電極１２と共通電極７との間を往復移動することにより、以前の表示階調に依存しない白表示が実現される。

このとき、共通電極７の電位だけを変動させると、表示電極１２の電位も変動して所望の振幅の交流電圧が分散液体３に印加されなくなってしまう。そこで、補助容量線駆動回路３３のスイッチング素子３３Ｂを交流電源３３Ａ側に切り替えて、表示電極１２の電位の変動を打ち消すように補助容量線４４にも交流電圧を印加する。表示電極１２の電位変動を抑えるためには、共通電極線４３に供給する電位波形と補助容量線４４に供給する電位波形とが同期していることが重要である。

また、共通電極線４３に供給する交流電圧の振幅と補助容量線４４に供給する交流電圧の振幅は、前述した
ΔＶｃｓ＝−（Ｃｅｐ／Ｃｓ）×ΔＶｃｏｍ （３）
の関係に設定してある。式（３）に示される条件で補助容量線４４を駆動すれば表示電極１２の電位変動は抑えられるので、所望の電圧が分散液体３に印加されて、補助容量線４４を接地電位にした場合と比べて小さい共通電極線４３の電圧振幅で表示単位２０Ｂのリセットが可能になる。

期間Ｔ２は表示期間である。薄膜トランジスタ素子４０のゲート電極がオンになったときに、書き込み信号線４２の書き込み電圧が表示電極１２に書き込まれる。補助容量線駆動回路３３のスイッチング素子３３Ｂは、共通電極駆動回路３４のスイッチング素子３４Ｂとともに接地電位側に切り替えられる。共通電極４と接地側端子４７とを接地電位に接続した状態で、書き込み信号線駆動回路３１から書き込み信号線４２に書き込み電圧が出力される。書き込み電圧は、表示単位２０Ｂの表示内容によって、画素２０毎に異ならせてある。

電気泳動表示装置１００の帯電粒子４の応答速度は、一般的に１００ｍｓ〜１ｓと遅いので、表示単位２０Ｂの表示電極１２には、数回同じ書き込み電圧を書き込むことが通常行われる。その後、帯電粒子４の必要な移動が終了して、表示単位２０Ｂに画像データどおりの濃度階調が表示されると、分散液体３に書き込み電圧を印加する必要がなくなる。そこで、表示電極１２に０Ｖを書き込んで、一連の表示切替動作を完了する。

第１実施形態における駆動方法によれば、共通電極線４３のみならず、補助容量線４４にも交流電圧を印加して、表示電極１２と共通電極７との間に必要な振幅の交流電圧を印加することができる。このような駆動方法によれば、交流電界の印加によるリセットを行う際に、表示電極１２の電位変動を抑えることができる。従って、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ型電気泳動表示装置においても、所望の電圧が分散液体３に印加され、共通電極線４３のみに交流電圧を印加した場合よりも低い電圧でリセットを行うことができる。

また、共通電極７と補助容量線４４の変調だけで済むので、変調周波数は薄膜トランジスタ素子４０の駆動周波数に依存せず、交流電圧の印加に伴う濃度階調の変化が人間に視認できない周波数を設定することで、リセットが目立たなくなる。これにより、良好な表示切替特性を有する電気泳動表示装置１００が得られる。

さらに、補助容量線４４の変調電圧を大きくすることで、共通電極７の変調幅よりも大きい振幅の交流電圧を分散液体３に印加することも可能である。

＜第２実施形態＞
図４は第２実施形態の電気泳動表示装置の断面構成の説明図である。第２実施形態の電気泳動表示装置１１０は、表示単位２１Ｂの構成が部分的に異なる以外は第１実施形態と同様に構成され、同様なシステム構成を用いて同様に駆動制御される。従って、図２、図３を随時参照して説明を行い、図４中、図１と共通する構成には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。

図４に示すように、第２実施形態の電気泳動表示装置１１０は、赤、緑、青の表示単位２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの濃度階調バランスを変化させて、画素２１をフルカラー表示する。

隔壁６に形成された共通電極７の表面と、着色層１０ａ、１０ｂ、１０ｃの表面とを一体に覆って高い比抵抗の抵抗層９Ｂが形成されている。そして、表示単位２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの平面中央に配置したコンタクトホール１１によって、抵抗層９Ｂは表示電極１２に接続されている。

従って、図２に示す表示単位２０Ｂの等価回路表示において、表示電極１２と共通電極７との間には抵抗が接続される。また、図３に示す表示単位２０Ｂの駆動波形において、表示電極１２電位Ｖｐは、走査信号線４１の走査間隔において、抵抗を通じた漏れ電流による若干の電圧ダウンを伴う。

しかし、この場合も、補助容量線駆動回路３３、共通電極駆動回路３４を用いて補助容量線４４、共通電極線４３に交流電圧を印加すれば、表示電極１２と共通電極７との間に必要な振幅の交流電圧を印加できる。そして、補助容量線４４、共通電極線４３を接地電位に接続して表示単位２１Ｂに画像データに応じた濃度階調を書き込む前に交流電圧を用いた表示リセットを行うことができる。

ところで、図２に示す駆動回路は、パネルコントローラ３０にタイミングを制御されて、薄膜トランジスタ素子４０を用いることなく、表示電極１２と共通電極７との間に交流電圧を印加する回路である。従って、単に表示単位における濃度階調の書き込み前のリセットのみならず、別の用途での表示単位２０Ｂに対する交流電圧印加にも利用可能である。例えば、製造過程で帯電粒子と分散液体とを攪拌する用途や、長期放置や凍結／解凍で帯電粒子が凝集した際に帯電粒子を再分散させる用途にも利用できる。

また、薄膜トランジスタ素子４０を用いることなく、表示電極１２と共通電極７との間に交流電圧を印加する観点から見れば、電気泳動表示装置ではない画像表示装置でも利用できる。分散液体３中を帯電粒子４が移動して画素表示を行う電気泳動表示装置のみならず、同様なアクティブマトリクス基板を用いた種々の画像表示装置に利用可能である。

例えば、隔壁の起立面と表示単位の底面との間で帯電粒子を平面方向に移動させるＩｎ−ｐｌａｎｅ型以外の電気泳動表示装置にも利用できる。観察側基板に形成した透明な共通電極と背面側基板に形成した表示電極との間で表示単位の厚み方向に帯電粒子を移動させる電気泳動表示装置、トナーディスプレイ等でも利用できる。補助容量と薄膜トランジスタ素子とを用いて表示単位の濃度階調を書き込む画像表示装置において、薄膜トランジスタ素子やドライバ素子に負担を及ぼすことなく、表示電極と共通電極との間に交流電圧を印加できる。

対向する表示電極と共通電極との間に書き込み電圧に応じた電界を形成して、表示電極と共通電極との間に配置された変調媒体の光学的性質を変化させることにより画素表示を行う液晶表示装置でも利用できる。

＜比較例の電気泳動表示装置＞
非発光型の表示デバイスとして、電気泳動現象を利用した電気泳動表示装置が知られている。ここで、電気泳動とは、分散液体中（分散媒）に帯電粒子（荷電泳動粒子）を分散させたものに、電界を印加したときに帯電粒子がクーロン力により泳動する現象である。

図５は比較例の電気泳動表示装置における断面構成の説明図、図６は画素の駆動回路の等価回路図、図７は共通電極を表示電極にオーバーラップさせた電気泳動表示装置の構成の説明図である。

図５の（ａ）に示すように、電気泳動表示装置は、観察側基板１０１および背面側基板１０２を共通電極（隔壁）１０６で支持して所定間隙を開けた状態に配置する。観察側基板１０１と背面側基板１０２との間隙には、帯電粒子１０４を分散させた分散液体１０３が注入されている。分散液体１０３に近接するように、共通電極１０６と表示電極１０５とが配置され、表示電極１０５、共通電極１０６を覆うように絶縁層１０７、１０８を形成してある。このような構成の表示装置をＩｎ−ｐｌａｎｅ型電気泳動表示装置と称する。

表示電極１０５が形成された背面側基板１０２には、図２を参照して説明したように、走査信号線、書き込み信号線、補助容量線、共通電極線が配置される。スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ素子（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴと称する）も形成されている。

次に、表示電極１０５に電圧を印加した場合の作用について説明する。表示電極１０５と共通電極１０６間に適切な電圧を印加すると、帯電粒子１０４による表示電極１０５の被覆率を制御することができる。

図５の（ａ）に示すように、黒色の帯電粒子１０４を白色の表示電極１０５の広い面積に配置した場合、観察側基板１０１を通して画素は黒く観察される。しかし、図５の（ｂ）に示すように、黒色の帯電粒子１０４を共通電極（隔壁）１０６の起立面に集めて白色の表示電極１０５の全面を露出させると、観察側基板１０１を通して画素は白く観察される。そして、図５の（ｂ）に示す白色表示の状態から表示電極１０５に書き込み電圧を印加する。この書き込み電圧の電圧と印加時間とを制御することにより、表示電極１０５の周辺部を帯電粒子１０４で被覆した中間階調（グレースケール）も表示できる。つまり、図５の（ａ）に示す表示状態と帯電粒子１０４を狭い面積に集積させた図５の（ｂ）に示す表示状態との色の違いを利用して種々の表示を行う。中間調表示については表示電極１０５を覆う帯電粒子１０４量を調節することによって可能である。

一般的に帯電粒子１０４の分布状態は印加電圧の履歴に依存しやすく、前の表示状態が残るという欠点がある。この残像の問題については交流電界を印加することで改善されることが特許文献３に開示されている。特許文献３は、マイクロカプセル型の電気泳動表示装置の残像を軽減する駆動方法を開示しており、帯電粒子位置をリセットするための電圧パルスの前または後に交流電界を印加する。

図６に示すように、薄膜トランジスタ素子２００のドレイン電極は、表示電極２０５に接続され、ソース電極は書き込み信号線２０２に、ゲート電極は走査信号線２０１に接続されている。共通電極２０８と表示電極２０５の間には分散液体２０７が配置されている。また、補助容量線２０４と表示電極２０５との間には補助容量２０６が形成されている。

薄膜トランジスタ素子２００を使用して分散液体２０７に交流電界を印加する方法としては、共通電極２０８の電位を一定にして、走査信号線２０１を順次走査しながら各画素に書き込み信号線２０２の電圧を書き込む方法がある。この方法では、非走査の薄膜トランジスタ素子２００のソース・ドレイン間に電位差が生じることがあるため、高い交流電界を印加すると薄膜トランジスタ素子２００が劣化する可能性がある。また、交流電圧の周波数が走査線本数と走査期間とで決まってしまうため、交流電圧の周波数を高くできない。低い周波数の交流電圧の印加では、白表示と黒表示が交互に現れて、ちらついて見えてしまい、見栄えが著しく低下する。

これに対して、第１実施形態で説明したように、共通電極線２０３に交流電圧を印加する場合には、交流電圧の周波数を任意に設定できる。ただし、共通電極２０８と表示電極２０５が容量を形成するため、表示電極２０５の電位が変動し、所望の電圧が分散液体２０７に印加されないという懸念がある。

特許文献３に示されるマイクロカプセル型の電気泳動表示装置の場合、一般的に共通電極が観察側基板に設けられている。観察側基板と背面側基板との距離２００μｍ〜４００μｍで、液層の比誘電率は２である。表示電極のサイズを５０μ×１５０μｍとすると、表示電極と共通電極との間の容量は０．４４ｆＦとなる。薄膜トランジスタ素子が形成された背面側基板に搭載される補助容量の大きさは約２００ｆＦであることから、表示電極の電位変動量は共通電極の電位変動量の０．２％程度となり、ほとんど問題にならない。

これに対して、図７に示すように、背面側基板１０１上で共通電極１０７が表示電極１０５とオーバーラップしている場合、共通電極１０７と表示電極１０５との間に形成される容量が大きくなって交流電圧を印加する際の影響を無視できなくなる。

表示電極１０５は反射板としても機能し、高開口率を得るために共通電極１０７と絶縁層１０９との下に形成されている。そのため、共通電極１０７と表示電極１０５とは重畳し、フォトリソ工程時の合わせずれとパターン形成ばらつきを考慮すると約４μｍほど重畳させる必要がある。このような構成では、反射板を工夫して反射角を制御できるので、マイクロカプセル型電気泳動表示装置よりも２倍以上の反射率を得ることが可能である。

ここで、表示電極サイズを５０μ×１５０μｍ、絶縁層の膜厚を０．５μｍ、絶縁層１０９の比誘電率を４とすると、共通電極１０７と表示電極１０５間の容量は１１３ｆＦと計算される。補助容量を２００ｆＦとして式（１）に代入すると、表示電極１０５の電位変動量は共通電極１０７の電位変動量の３６．１％と計算される。従って、分散液体１０３には共通電極１０７に印加した交流電圧の６３．９％の電圧しか印加されないこととなり、前状態を消去して確実に残像を消すためには、図５の電気泳動表示装置よりも１．６倍の交流電圧が必要である。

＜発明との対応＞
第１実施形態の電気泳動表示装置１００は、表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃごとに配置されて書き込み電圧を印加される表示電極１２と、表示電極１２ごとに配置されて書き込み電圧の入力を制御する薄膜トランジスタ素子４０と、接地側端子４７を複数の表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃで共通に接続されて、薄膜トランジスタ素子４０を通じて入力された書き込み電圧を保持する補助容量４６と、複数の表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃで共通に接続されて、表示電極１２との間に書き込み電圧に応じた電界を形成する共通電極７と、表示電極１２と共通電極７との間を前記電界に応じて移動する帯電粒子４とを備える。そして、薄膜トランジスタ素子４０を遮断した状態で、接地側端子と共通電極７との間に交流電圧を印加することにより、複数の表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにおける帯電粒子４の表示状態を白リセット状態に揃える。

電気泳動表示装置１００は、特許文献１の電気泳動表示装置では一体に束ねて接地電位に接続されているに過ぎない補助容量（４６）の接地側端子（４７）と共通電極（７）との間に交流電圧を印加する。薄膜トランジスタ素子４０を遮断した状態で、表示電極１２と共通電極７とが形成する容量と補助容量４６とを直列接続した回路に交流電圧を印加する。

従って、交流電圧の印加に伴って薄膜トランジスタ素子４０には電流が流れない。薄膜トランジスタ素子４０を介して表示電極１２に書き込み電圧を印加する書き込み信号線駆動回路３１にも電流が流れない。

従って、大きな電圧を印加しても薄膜トランジスタ素子４０や書き込み信号線駆動回路３１の電力負担が発生しない。薄膜トランジスタ素子４０や書き込み信号線駆動回路３１は、表示リセットのような揃った表示を行うための変更や補強を要しない。接地側端子４７と共通電極７との間に交流電圧を印加する共通電極駆動回路３４、補助容量線駆動回路３３の負担だけで、大きな電圧を印加して短時間でリセットを完了できる。発熱を伴わないので、共通電極駆動回路３４、補助容量線駆動回路３３の負担も、帯電粒子４が表示電極１２と共通電極７との間で交流電圧に応じて双方向移動する際のわずかな電力消費を大きくは越えないで済ませ得る。

ところで、補助容量４６の接地側端子４７と共通電極７との間に交流電圧を印加する場合、共通電極７と表示電極１２との間に形成される容量（キャパシタンス）が補助容量４６に比較して無視できる程度に小さいことが望ましい。表示単位２０Ｂの構造上、共通電極７と表示電極１２との間に形成される容量が無視できない場合、接地側端子４７を接地電位に保って共通電極７に交流電圧を印加したのでは表示電極１２と共通電極７との間に十分な交流電圧を印加できない可能性がある。このような場合、共通電極７に印加する交流電圧とは逆相の交流電圧を接地側端子４７に印加すれば、表示電極１２と共通電極７との間に十分な振幅の交流電圧を確保できる。

共通電極７に交流電圧を印加した際の表示電極１２の電位変動量ΔＶｐは、以下の式（１）で計算できる。表示電極１２と共通電極７との間に形成される容量の値をＣｅｐ、補助容量４６の値をＣｓ、共通電極７の電位変動量をΔＶｃｏｍとしている。

ΔＶｐ＝（Ｃｅｐ／（Ｃｓ＋Ｃｅｐ））×ΔＶｃｏｍ （１）

一方、補助容量の接地側端子に交流電圧を印加した際の表示電極の電位変動量ΔＶｐは以下の式（２）で与えられる。補助容量４６の接地側端子４７に交流電圧を印加した際の接地側端子４７の電位変動量をΔＶｃｓとしている。

ΔＶｐ＝（Ｃｓ／（Ｃｓ＋Ｃｅｐ））×ΔＶｃｓ （２）

ここで、表示電極１２の電位変動量ΔＶｐが０となるためには、式（１）と式（２）の和が０であればよく、式（３）の条件式が得られる。

ΔＶｃｓ＝−（Ｃｅｐ／Ｃｓ）×ΔＶｃｏｍ （３）

従って、式（３）に示される条件で補助容量４６の接地側端子４７に交流電圧を印加すれば、表示電極１２の電位変動ΔＶｐを抑えて、共通電極７に印加しただけの交流電圧を表示電極１２と共通電極７との間に印加できる。これにより、接地側端子４７を接地電位に保って共通電極７に交流電圧を印加した場合よりも小さい電圧振幅で表示電極１２と共通電極７との間に必要な交流電圧を確保して、表示単位２０Ｂのリセット等を速やかに実行できる。

第１実施形態の電気泳動表示装置１００は、表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃごとに配置されて書き込み電圧を印加される表示電極１２と、接地側端子を複数の表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃで共通に接続されて、表示電極１２に印加された書き込み電圧を保持する補助容量４６と、複数の表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃで共通に接続されて、表示電極１２との間に書き込み電圧に応じた電界を形成する共通電極７と、表示電極１２と共通電極７との間に配置され、前記電界に応じて表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの表示階調を変化させる帯電粒子４とを備える。そして、共通電極７に接続して配置され、共通電極７を接地電位に接続可能であるとともに、接地電位から切り離して共通電極７へ交流電圧を出力可能な共通電極駆動回路３４を備える。

電気泳動表示装置１００は、表示電極１２ごとに配置されて書き込み電圧の入力を制御する薄膜トランジスタ素子４０と、薄膜トランジスタ素子４０と共通電極駆動回路３４とを連繋させて制御するパネルコントローラ３０とを備える。パネルコントローラ３０は、共通電極７を接地電位に接続させた状態で薄膜トランジスタ素子４０を通じて表示電極１２に書き込み電圧を印加させる。そして、書き込み電圧の印加に先立たせて、薄膜トランジスタ素子４０を遮断した状態で、共通電極駆動回路３４から共通電極７へ交流電圧を出力させる。

電気泳動表示装置１００は、接地側端子４７に接続して配置され、表示電極１２に書き込み電圧を印加する際には接地側端子４７を接地電位に接続し、共通電極７へ交流電圧を出力する際には接地側端子４７を接地電位から切り離して接地側端子４７へ交流電圧を出力する補助容量線駆動回路３３を備える。接地側端子４７へ出力される交流電圧は、共通電極７へ出力される交流電圧と同期して逆相である。

電気泳動表示装置１００の帯電粒子４は、前記電界に応じて前記表示電極１２と前記共通電極７との間を移動する。表示電極１２は、帯電粒子４の移動空間の底側を占めて配置され、共通電極７は、表示電極１２を囲む隔壁６の起立面に配置され、前記移動空間には、帯電粒子４を分散させた絶縁性液体が配置されている。

電気泳動表示装置１００は、背面側基板１上に立体交差させて配置された多数の走査信号線４１および書き込み信号線４２と、走査信号線４１と書き込み信号線４２との交点に対応して配置されて書き込み電圧を印加される表示電極１２と、表示電極１２ごとに配置されて書き込み電圧の入力を制御する薄膜トランジスタ素子４０と、接地側端子４７を複数の表示単位２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃで共通に接続されて、薄膜トランジスタ素子４０を通じて入力された書き込み電圧を保持する補助容量４６と、表示電極１２との間に書き込み電圧に応じた電界を形成する共通電極７と、電界に応答して光学的性質を変化させる帯電粒子４と、薄膜トランジスタ素子４０を制御して書き込み電圧を表示電極１２に印加させるパネルコントローラ３０、書き込み信号線駆動回路３１、走査線信号駆動回路３２とを備える。そして、共通電極７を接地電位に接続可能であるとともに、パネルコントローラ３０に制御されたタイミングで、交流電圧を共通電極７へ出力する共通電極駆動回路３４を備える。

電気泳動表示装置１００は、接地側端子４７を接地電位に接続可能であるとともに、パネルコントローラ３０に制御されたタイミングで、共通電極７の交流電圧と同期した逆相の交流電圧を接地側端子へ出力する補助容量線駆動回路３３を備える。

第１実施形態の電気泳動表示装置の断面構成の説明図である。 電気泳動表示装置の駆動回路の説明図である。 電気泳動表示装置の駆動信号の説明図である。 第２実施形態の電気泳動表示装置の断面構成の説明図である。 比較例の電気泳動表示装置における断面構成の説明図である。 画素の駆動回路の等価回路図である。 共通電極を表示電極にオーバーラップさせた電気泳動表示装置の構成の説明図である。

符号の説明

１ 背面側基板
２ 観察側基板
３ 分散液体
４ 変調媒体（帯電粒子）
６ 隔壁
７ 共通電極
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 着色層
１２ 表示電極
２０ 画素
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 表示単位
３０、３１、３２ 表示制御回路（パネルコントローラ、書き込み信号線駆動回路、走査線信号駆動回路）
３３ 接地側端子駆動回路（補助容量線駆動回路）
３３Ａ、３４Ａ 交流電源
３３Ｂ、３４Ｂ スイッチング素子
３４ 共通電極駆動回路
３５ 表示パネル
４０ スイッチング素子（薄膜トランジスタ素子）
４１ 走査信号線
４２ 書き込み信号線
４３ 共通電極線
４４ 補助容量線
４６ 補助容量
４７ 接地側端子
１００ 電気泳動表示装置

Claims (6)

1. 表示単位ごとに配置されて書き込み電圧を印加される表示電極と、
   前記表示電極ごとに配置されて前記書き込み電圧の入力を制御するスイッチング素子と、
   接地側端子を複数の表示単位で共通に接続されて、前記スイッチング素子を通じて入力された前記書き込み電圧を保持する補助容量と、
   前記複数の表示単位で共通に接続されて、前記表示電極との間に前記書き込み電圧に応じた電界を形成する共通電極と、
   前記表示電極と前記共通電極との間を前記電界に応じて移動する帯電粒子と、を備えた画像表示装置の駆動方法において、
   前記スイッチング素子を遮断した状態で、前記接地側端子と前記共通電極との間に交流電圧を印加することにより、前記複数の表示単位における前記帯電粒子の表示状態を揃えることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
2. 表示単位ごとに配置されて書き込み電圧を印加される表示電極と、
   接地側端子を複数の表示単位で共通に接続されて、前記表示電極に印加された前記書き込み電圧を保持する補助容量と、
   前記複数の表示単位で共通に接続されて、前記表示電極との間に前記書き込み電圧に応じた電界を形成する共通電極と、
   前記表示電極と前記共通電極との間に配置され、前記電界に応じて前記表示単位の表示階調を変化させる変調媒体と、を備えた画像表示装置において、
   前記共通電極に接続して配置され、前記共通電極を接地電位に接続可能であるとともに、接地電位から切り離して前記共通電極へ交流電圧を出力可能な共通電極駆動回路と、
   前記表示電極ごとに配置されて前記書き込み電圧の入力を制御するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子と前記共通電極駆動回路とを連繋させて制御する表示制御回路と、を備え、
   前記表示制御回路は、前記共通電極を接地電位に接続させた状態で前記スイッチング素子を通じて前記表示電極に前記書き込み電圧を印加し、前記書き込み電圧の印加に先立たせて、前記スイッチング素子を遮断して前記共通電極へ交流電圧を出力させることを特徴とする画像表示装置。
3. 前記接地側端子に接続して配置され、前記表示電極に前記書き込み電圧を印加する際には前記接地側端子を接地電位に接続し、前記共通電極へ交流電圧を出力する際には前記接地側端子を接地電位から切り離して前記接地側端子へ交流電圧を出力する接地側端子駆動回路を備え、
   前記接地側端子へ出力される交流電圧は、前記共通電極へ出力される交流電圧と同期して逆相であることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 表示単位ごとに配置されて書き込み電圧を印加される表示電極と、
   接地側端子を複数の表示単位で共通に接続されて、前記表示電極に印加された前記書き込み電圧を保持する補助容量と、
   前記複数の表示単位で共通に接続されて、前記表示電極との間に前記書き込み電圧に応じた電界を形成する共通電極と、
   前記表示電極と前記共通電極との間に配置され、前記電界に応じて前記表示単位の表示階調を変化させる変調媒体と、を備えた画像表示装置において、
   前記共通電極に接続して配置され、前記共通電極を接地電位に接続可能であるとともに、接地電位から切り離して前記共通電極へ交流電圧を出力可能な共通電極駆動回路と、
   前記接地側端子に接続して配置され、前記表示電極に前記書き込み電圧を印加する際には前記接地側端子を接地電位に接続し、前記共通電極へ交流電圧を出力する際には前記接地側端子を接地電位から切り離して前記接地側端子へ交流電圧を出力する接地側端子駆動回路と、を備え、
   前記接地側端子へ出力される交流電圧は、前記共通電極へ出力される交流電圧と同期して逆相であることを特徴とする画像表示装置。
5. 前記変調媒体は、前記電界に応じて前記表示電極と前記共通電極との間を移動する帯電粒子を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 表示単位ごとに配置されて書き込み電圧を印加される表示電極と、
   接地側端子を複数の表示単位で共通に接続されて、前記表示電極に印加された前記書き込み電圧を保持する補助容量と、
   前記複数の表示単位で共通に接続されて、前記表示電極との間に前記書き込み電圧に応じた電界を形成する共通電極と、
   前記表示電極と前記共通電極との間に配置され、前記電界に応じて前記表示単位の表示階調を変化させる変調媒体と、を備えた画像表示装置において、
   前記共通電極に接続して配置され、前記共通電極を接地電位に接続可能であるとともに、接地電位から切り離して前記共通電極へ交流電圧を出力可能な共通電極駆動回路を備え、
   前記変調媒体は、前記電界に応じて前記表示電極と前記共通電極との間を移動する帯電粒子を有し、
   前記表示電極は、前記帯電粒子の移動空間の底側を占めて配置され、
   前記共通電極は、前記表示電極を囲む隔壁の起立面に配置され、
   前記移動空間には、前記帯電粒子を分散させた絶縁性液体が配置されていることを特徴とする画像表示装置。

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