JP5504632B2 - 電気泳動装置、電気泳動装置の駆動方法、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動粒子を含有する電気泳動層（分散系）を備える電気泳動装置及びその駆動技術並びに当該電気泳動装置を備えた電子機器に関する。

従来、電気泳動装置の階調を制御する方法として、パルス状の電圧を印加し、その際に当該パルスの長さを調整するという方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法ではきわめて短いパルスの長さを精密に制御する必要があり、多階調を表現することは困難であった。また、それを改善するために電気泳動粒子の特性に意図的にばらつきを持たせておくという方法が知られているが、その場合でも、たとえば１０階調を制御するためには１ｍｓ以下の精度でパルス長を制御する必要があった。これはさまざまな温度湿度等の環境の変化による、粒子の挙動や制御基板の特性の変動によって、階調を高精度に制御することは困難であった。

特開２００２−１１６７３３号公報

本発明に係る具体的態様は、電気泳動装置の階調制御を容易かつ精度良く行うことを可能とする技術を提供することを一つの目的とする。

本発明に係る一態様の電気泳動装置は、マイナスに帯電した第１の色の複数の第１粒子と、プラスに帯電した第２の色の複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置であって、前記第１粒子は前記第２粒子よりも移動度が大きく設定され、前記制御手段は、（ａ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第１粒子を移動させる第１の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第２の粒子を移動する前記第１の色から前記第２の色方向への階調制御と、（ｂ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第２粒子を移動させる第２の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる前記第１のパルス幅よりも狭い第２のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第１の粒子を移動する前記第２の色から前記第１の色方向への階調制御と、を行う。
参考例に係る一態様の電気泳動装置は、（ａ）相対的に移動度が大きく、マイナスに帯電した複数の第１粒子と、相対的に移動度が小さく、プラスに帯電した複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、（ｂ）前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、（ｃ）前記第１電極と前記第２電極の間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加し、次いで前記第１電極と前記第２電極の間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となるパルス状の第２電圧を間欠的に複数回印加する制御手段と、を含み、前記制御手段によって複数回印加される前記第２電圧の各々は略同一のパルス幅及び略同一の電圧値を有しており、かつ当該第２電圧の印加回数が階調に応じて設定される、電気泳動装置である。

本発明に係る他の態様の電気泳動装置は、プラスに帯電した第１の色の複数の第１粒子と、マイナスに帯電した第２の色の複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置であって、前記第１の粒子は前記第２の粒子よりも移動度が大きく設定され、前記制御手段は、（ａ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第１粒子を移動させる第１の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第２の粒子を移動する前記第１の色から前記第２の色方向への階調制御と、（ｂ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第２粒子を移動させる第２の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる前記第１のパルス幅よりも狭い第２のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第１の粒子を移動する前記第２の色から前記第１の色方向への階調制御と、を行う。
参考例に係る他の態様の電気泳動装置は、（ａ）相対的に移動度が大きく、プラスに帯電した複数の第１粒子と、相対的に移動度が小さく、マイナスに帯電した複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、（ｂ）前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、（ｃ）前記第１電極と前記第２電極の間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加し、次いで前記第１電極と前記第２電極の間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となるパルス状の第２電圧を間欠的に複数回印加する制御手段と、を含み、前記制御手段によって複数回印加される前記第２電圧の各々は略同一のパルス幅及び略同一の電圧値を有しており、かつ当該第２電圧の印加回数が階調に応じて設定される、電気泳動装置である。

このような本発明に係る電気泳動装置によれば、電気泳動層中での移動度の異なる２種の粒子（電気泳動粒子）を用いており、まず上述の第１電圧を第１電極と第２電極の間に印加することによって初期設定を行った後、上述のパルス状の第２電圧を第１電極と第２電極の間に複数回印加しており、その印加回数によって階調を制御することが可能となる。これにより、高精度のパルス長制御が不要となる。

好ましくは、前記制御手段は、前記第１電極に基準電位を与え、前記第２電極に前記基準電位よりも低い電位又は前記基準電位よりも高い電位の何れかを与えることによって前記第１電圧及び前記第２電圧を設定する。

第１電極の電位を基準電位（例えば、接地電位）に固定することにより、電圧生成に要する回路等の簡素化が可能となる。

好ましくは、前記第１電極側が表示面に設定される。ここで「表示面」とは、利用者によって画像を視認されるべき面をいう。

好ましくは、前記第１電圧と前記第２電圧は各々の絶対値が等しい。

これにより、電圧生成に要する回路等をより簡素化することが可能となる。

本発明に係る一態様の電気泳動装置の駆動方法は、マイナスに帯電した第１の色の複数の第１粒子と、プラスに帯電した第２の色の複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置の駆動方法であって、前記第１粒子は前記第２粒子よりも移動度が大きく設定され、前記制御手段により、（ａ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第１粒子を移動させる第１の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第２の粒子を移動する前記第１の色から前記第２の色方向への階調制御をすること、（ｂ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第２粒子を移動させる第２の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる前記第１のパルス幅よりも狭い第２のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第１の粒子を移動する前記第２の色から前記第１の色方向への階調制御をすること、を含む。
参考例に係る一態様の電気泳動装置の駆動方法は、相対的に移動度が大きく、マイナスに帯電した複数の第１粒子と、相対的に移動度が小さく、プラスに帯電した複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置の駆動方法であって、（ａ）前記制御手段により、前記第１電極と前記第２電極の間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加することにより、前記複数の第１粒子を前記第１電極に近い側に分布させること、（ｂ）前記制御手段により、前記第１電極と前記第２電極の間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となるパルス状の第２電圧を間欠的に複数回印加することにより、前記第１電極に近い側に分布していた前記複数の第１粒子の一部を前記第２電極に近い側へ移動させること、を含み、前記（ｂ）において、複数回印加される前記第２電圧の各々は略同一のパルス幅及び略同一の電圧値を有しており、かつ当該第２電圧の印加回数が階調に応じて設定される。

本発明に係る他の態様の電気泳動装置の駆動方法は、プラスに帯電した第１の色の複数の第１粒子と、マイナスに帯電した第２の色の複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置の駆動方法であって、前記第１の粒子は前記第２の粒子よりも移動度が大きく設定され、前記制御手段により、（ａ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第１粒子を移動させる第１の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第２の粒子を移動する前記第１の色から前記第２の色方向への階調制御をすること、（ｂ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第２粒子を移動させる第２の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる前記第１のパルス幅よりも狭い第２のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第１の粒子を移動する前記第２の色から前記第１の色方向への階調制御をすること、を含む。
参考例に係る他の態様の電気泳動装置の駆動方法は、相対的に移動度が大きく、プラスに帯電した複数の第１粒子と、相対的に移動度が小さく、マイナスに帯電した複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置の駆動方法であって、（ａ）前記制御手段により、前記第１電極と前記第２電極の間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加することにより、前記複数の第１粒子を前記第１電極に近い側に分布させること、（ｂ）前記制御手段により、前記第１電極と前記第２電極の間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となるパルス状の第２電圧を間欠的に複数回印加することにより、前記第１電極に近い側に分布していた前記複数の第１粒子の一部を前記第２電極に近い側へ移動させること、を含み、前記（ｂ）において、複数回印加される前記第２電圧の各々は略同一のパルス幅及び略同一の電圧値を有しており、かつ当該第２電圧の印加回数が階調に応じて設定される。

このような本発明に係る電気泳動装置の駆動方法によれば、電気泳動層中での移動度の異なる２種の粒子（電気泳動粒子）を用いており、まず上述の第１電圧を第１電極と第２電極の間に印加することによって初期設定を行った後、上述のパルス状の第２電圧を第１電極と第２電極の間に複数回印加しており、その印加回数によって階調を制御することが可能となる。これにより、高精度のパルス長制御が不要となる。

好ましくは、前記(ａ)において、前記複数の第２粒子は前記第１電極と前記第２電極との間に分散して分布している。

好ましくは、前記制御手段は、前記第１電極に基準電位を与え、前記第２電極に前記基準電位よりも低い電位又は前記基準電位よりも高い電位の何れかを与えることによって前記第１電圧及び前記第２電圧を設定する。更に好ましくは、前記第１電圧と前記第２電圧は各々の絶対値が等しい。

これにより、電圧生成に必要な回路等をより簡素化することが可能となる。

また、本発明に係る電子機器は、上述した電気泳動装置を備える。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。

電気泳動装置の構成を模式的に示す回路図である。 電気泳動素子の駆動原理について説明する波形図である。 電気泳動素子の駆動原理について説明する波形図である。 電気泳動粒子の分布状態について説明する図である。 電気泳動装置の階調制御の一例について説明するためのタイミングチャートである。 電気泳動装置の階調制御の一例について説明するためのタイミングチャートである。 図５及び図６に示すタイミングチャートに対応した電気泳動素子の階調変化を模式的に示す図である。 電気泳動装置の階調制御の他の一例について説明するためのタイミングチャートである。 図５に示すタイミングチャートに対応した電気泳動素子の階調変化を模式的に示す図である。 移動度の差異を評価する１つの指標として、画素部の反射率を用いて間接的に規定する方法について説明する図である。 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。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る電気泳動装置の構成を模式的に示す回路図である。本実施形態における電気泳動装置は、マトリクス状に配置された複数の画素部１００を有する。各画素部１００に含まれる電気泳動素子１０５の状態を制御することにより、各画素部１００における外部光の反射率を多段階に階調制御することができる。これにより、外部から視認できる画像が形成される。図１に基づいて電気泳動装置の構成について更に説明する。本実施形態に係る電気泳動装置は、複数の走査線１０１と、これらの走査線１０１と交差して配置された複数のデータ線１０２と、これらの走査線１０１及びデータ線１０２の各交点に対応付けてそれぞれ配置された複数のトランジスタ（スイッチング素子）１０３と、各々がいずれかのトランジスタ１０３と接続された複数の容量素子１０４及び複数の電気泳動素子１０５と、各走査線１０１と接続されたスキャンドライバ（走査線駆動回路）１３０と、各データ線１０２と接続されたデータドライバ（データ線駆動回路）１４０と、を備える。なお、本実施形態においてはスキャンドライバ１３０及びデータドライバ１４０が本発明における「制御手段」に相当する。

各画素部１００は、それぞれトランジスタ１０３、容量素子１０４、電気泳動素子１０５を含んで構成されている。トランジスタ１０３は、ゲートに接続された走査線１０１を通じてスキャンドライバ１３０から走査信号の供給を受け、ソースに接続されたデータ線１０２を通じてデータドライバからデータ信号の供給を受ける。容量素子１０４は、一方端子がトランジスタ１０３のドレインと接続され、他方端子が基準電位（本実施形態においては接地電位）に接続されている。

電気泳動素子１０５は、一方端子としての個別電極がトランジスタ１０３のドレインと接続され、他方端子としての共通電極が基準電位と接続されている。ここで、図４を用いて各電気泳動素子１０５の構成を説明する。電気泳動素子１０５は、共通電極１１０と、個別電極（画素電極）１１１と、共通電極１１０及び画素電極１１１の間に挟まれた電気泳動層１１２と、を備える。共通電極１１０は、各画素部１００に対応する各電気泳動素子１０５に渡って形成されており、これらの間で共有される。

電気泳動層１１２は、多数の黒色粒子（第１粒子）１１３及び白色粒子（第２粒子）１１４を含有する。本実施形態においては、黒色粒子１１３と白色粒子１１４のサイズ（粒径）はほぼ同じに設定されており、各粒子の帯電量を変えることにより、黒色粒子１１３の移動度が白色粒子１１４の移動度よりも３倍高められている。すなわち、黒色粒子１１３の移動度が相対的に大きく、白色粒子１１４の移動度が相対的に小さい。また、本実施形態においては、黒色粒子１１３がマイナスに帯電し、白色粒子１１４がプラスに帯電している。本実施形態においては、共通電極１１０の側から視認し得るよう画像形成が行われるものとする。すなわち、画素電極１１１が相対的に高い電位となるような電圧を印加すると白表示となり、画素電極１１１が相対的に低い電位となるような電圧を印加すると黒表示となる。電気泳動層１１２の分散媒や電気泳動粒子などについては、公知技術（例えば特開２００７−２１３０１４号公報参照）を採用して実現可能である。なお、各粒子の色調をどのようにするかは任意であり、本実施形態における黒色と白色の組み合わせは一例に過ぎない。

図２及び図３は、本実施形態における各電気泳動素子の駆動原理について説明する波形図である。各図は、横軸が時間（単位；秒）に対応し、左側縦軸が印加電圧（単位；Ｖ）、右側縦軸が反射率（任意単位）に対応している。反射率が高い状態が白表示に対応し、反射率が低い場合が黒表示に対応している。なお、共通電極１１０の電位（基準電位）よりも画素電極１１１の電位が高い場合を「印加電圧が正」とし、逆の場合を「印加電圧が負」としている。

図２は、電気泳動粒子の分布が「黒表示」に対応する状態（共通電極側における反射率が低い状態）であった電気泳動素子１０５に対し、その画素電極１１１に正電位（例えば、＋１２Ｖ）の短いパルスを複数回印加した場合において、共通電極１１０の側で観測される反射率の変化を示している。各パルスのパルス幅は２０ｍｓであり、入力間隔（周波数）は１Ｈｚである。正電位のパルスを小刻みに複数回に渡って印加することにより、その印加回数に応じて反射率が段階的に高くなることが分かる。すなわち、印加される短パルスの数に応じて、黒表示から中間調、そして白表示へと階調を制御することが可能となっている。

図３は、電気泳動粒子の分布が「白表示」に対応する状態（共通電極側における反射率が高い状態）であった電気泳動素子１０５に対し、その画素電極１１１に負電位（例えば、−１２Ｖ）の短いパルスを複数回印加した場合において、共通電極１１０の側で観測される反射率の変化を示している。各パルスのパルス幅は２０ｍｓであり、入力間隔（周波数）は１Ｈｚである。負電位のパルスを小刻みに複数回に渡って印加することにより、その印加回数に応じて反射率が段階的に低くなることが分かる。すなわち、印加される短パルスの数に応じて、白表示から中間調、そして黒表示へと階調を制御することが可能となっている。

図２及び図３に示したように、同じパルス幅、周期及び電圧（絶対値）という条件で電気泳動素子１０５を駆動した場合においては、黒表示から白表示へ向かう階調制御を行う場合（図２）よりも、白表示から黒表示へ向かう場合（図３）のほうがパルス数に対する反射率の変化がより早い傾向にある。図２に示したように、黒表示から白表示へ移行するときの１パルスあたりの反射率変化はより小さいため、何回パルスを入力するかによって精度よく階調を制御することができるのに対し、図３に示したように、白表示から黒表示へ移行するときの１パルスあたりの反射率変化はより大きいため、階調を細かく制御することが相対的に難しいことになる。したがって、より細かく階調を制御するためには、いったん各電気泳動素子１０５の電気泳動粒子の分布を「黒表示」に対応する状態とした後に、所望する階調（輝度）に応じた回数の正電位のパルスを画素電極１１１へ印加することが有効であることが分かる。ただし、白表示から黒表示へ向かう場合においても、パルス幅をより短くすれば階調制御をより細かく行うことが可能となる。

なお、本実施形態では各電気泳動素子１０５を共通電極１１０の側から視認することを前提としているが、逆に各画素電極１１１の側から視認する場合には、画素電極１１１の側から見たときに黒表示に対応するようにしておき、その後に各画素電極１１に負電位のパルスを複数回に渡って印加すればよい。それにより、制御性よく階調を表現できるようになる。

図４は、電気泳動粒子の分布状態の一例について説明する図である。本実施形態の電気泳動装置における電気泳動粒子の分布状態は以下のようになっていると考えられる。図４（Ａ）は、画素電極１１１の電位を相対的に低く、共通電極１１０の電位を相対的に高くした場合における電気泳動粒子の分布状態を示す。本実施形態においては、黒色粒子１１３は、相対的に移動度が高く電界に対する応答性が良いため、黒色粒子１１３の大多数は共通電極１１０に近い側へ集まっている状態となる。一方、白色粒子１１４は、相対的に移動度が低く電界に対する応答性が低いため、電気泳動層１１２中において広く分散した状態となる。図４（Ｂ）は、画素電極１１１に正電位のパルスを１回印加した場合における電気泳動粒子の分布状態を示す。電界に対する応答性の高い黒色粒子１１３はそのいくつかが画素電極１１１の側に引き寄せられ、画素電極１１１の表面に移動する。ただし、パルス幅が短いため全ての黒色粒子１１３が移動するわけではなく、重なって分布していた黒色粒子１１３のうち、画素電極に近いものが先に移動する。図４（Ｃ）は、画素電極１１１に正電位のパルスを更に１回印加した場合における電気泳動粒子の分布状態を示す。再度のパルス印加により、黒色粒子１１３はそのいくつかが画素電極１１１の側に引き寄せられ、画素電極１１１の表面に移動する。ただし、ここでもパルス幅が短いため全ての黒色粒子１１３が移動するわけではなく、重なって分布していた黒色粒子１１３のうち、画素電極に近いものが先に移動する。

上述の図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を見れば分かるように、黒色粒子１１３の動きが白色粒子１１４の動きよりも速いことによって、黒表示から白表示への変化（図４では共通電極１１０側）は遅く、白表示から黒表示への変化（図４では画素電極１１１側）は早くなることが分かる。この場合、初期状態を黒表示に対応させておき、パルス状電圧を数回に渡って印加していくことによって電気泳動粒子の分布状態を白表示に対応させていくほうが、その逆の場合よりも制御性よく階調を表現できることが分かる。以上は黒色粒子１１３の移動度が白色粒子１１４の移動度よりも大きいことに起因している。したがって、白色粒子１１４の移動度が黒色粒子１１３の移動度よりも大きい場合には、上記とは逆に、いったん白表示に対応するよう電気泳動粒子の分布を制御しておいてから、複数回に渡るパルス状電圧の印加により徐々に黒表示に対応させていくことにより、精度よく階調を制御できる。以下に、黒色粒子１１３の移動度が白色粒子１１４の移動度よりも大きい場合と、白色粒子１１４の移動度が黒色粒子１１３の移動度よりも大きい場合と、のそれぞれにおける階調制御についてより詳細に説明する。

図５及び図６は、本実施形態に係る電気泳動装置の階調制御の一例について説明するためのタイミングチャートである。本例は、黒色粒子１１３の移動度が白色粒子１１４の移動度よりも大きい場合に対応している。図５及び図６は、上述した図１に示したｍ行ｎ列に配列された電気泳動素子１０５に対応したタイミングチャートであり、Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｎが各走査線１０１に供給される走査信号を示し、Ｄ１、Ｄ２、・・・Ｄｎが各データ線１０２に供給されるデータ信号を示している。図５が「第１電圧」を印加する際の制御を示し、図６が「第２電圧」を印加する際の制御を示している。また、図７は、図５及び図６に示すタイミングチャートに対応した電気泳動素子の共通電極側から視認した場合の階調変化を模式的に示す図である。３回の走査（スキャン）で黒表示状態から白表示状態まで変化する場合の各画素ごとの階調が模式的に示されている。

まず、図５に示すように、スキャンドライバ１３０から各走査線に対して供給される走査信号Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｍの電位がすべて高電位（選択状態）とされる。それにより各走査線１０１に接続されたトランジスタ１０３がオン状態となる。またこのとき、データドライバ１４０から出力され、各データ線１０２を通じて各トランジスタ１０３に供給されるデータ信号をすべて低電位にする。それにより、各画素電極１１１に与えられる電位（低電位）に対して共通電極１１０の電位（基準電位）が相対的に高電位となる第１電圧が印加されることになり、複数の黒色粒子１１３を共通電極１１０に近い側に分布させることができる。

次いで、図６に示すように、スキャンドライバ１３０から各走査線１０１に対して供給される走査信号Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｍの電位が順次、高電位（選択状態）とされる。それにより各走査線１０１に接続されたトランジスタ１０３が順次、オン状態となり、データドライバ１４０から出力されたデータ信号が各データ線１０２を通じて各トランジスタ１０３に供給され、各画素電極１１１に入力される。例えば、２行２列目の画素部１００の電気泳動素子１０５には、走査信号Ｓ２、データ信号Ｄ２が供給される。図７に示す例では、１スキャン目と２スキャン目において走査信号Ｓ２が高電位のとき（選択時）にデータ信号が高電位となり、３スキャン目においては走査信号Ｓ２が高電位のときにデータ信号が低電位となっている。すなわち、この電気泳動素子１０５には、３回のスキャン中においてプラス（正電位）のパルス状電圧が２回印加されたことになる。それにより、共通電極１１０に近い側に分布していた複数の黒色粒子１１３の一部を段階的に画素電極１１１に近い側へ移動させることが可能となるので、３回のスキャンの終了後におけるこの電気泳動素子１０５の階調は薄いグレーとなる。同様に、各選択時において適宜、データ信号を高電位又は低電位にすることにより、３回のスキャンによって各電気泳動素子に対して、０回〜３回の任意の回数だけパルス状の第２電圧を与えることができる。それにより、３回のスキャンで４階調を表現することができる。なお、スキャン回数は任意であり、更に多くのスキャン回数を設定できる。

図８は、電気泳動装置の階調制御の他の一例について説明するためのタイミングチャートである。本例は、白色粒子１１４の移動度が黒色粒子１１３の移動度よりも大きい場合に対応している。図８は、上述した図１に示したｍ行ｎ列に配列された電気泳動素子１０５に対応したタイミングチャートであり、Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｎが各走査線１０１に供給される走査信号を示し、Ｄ１、Ｄ２、・・・Ｄｎが各データ線１０２に供給されるデータ信号を示している。また、図９は、図８に示すタイミングチャートに対応した電気泳動素子の共通電極側から視認した場合の階調変化を模式的に示す図である。３回の走査（スキャン）で白表示状態から黒表示状態まで変化する場合の各画素ごとの階調を模式的に示されている。

まず、上記図５と同様にして「第１電圧」の印加がなされる。ただし、ここではデータ信号をすべて高電位にすることにより、各画素電極１１１に与えられる電位に対して共通電極１１０の電位（基準電位）が相対的に低電位となる第１電圧が印加される。それにより、複数の白色粒子１１４を共通電極１１０に近い側に分布させることができる。次いで、図８に示すように、スキャンドライバ１３０から各走査線１０１に対して供給される走査信号Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｍの電位が順次、高電位（選択状態）とされる。それにより各走査線１０１に接続されたトランジスタ１０３が順次、オン状態となり、データドライバ１４０から出力されたデータ信号が各データ線１０２を通じて各トランジスタ１０３に供給され、各画素電極１１１に入力される。例えば、２行２列目の画素部１００の電気泳動素子１０５には、走査信号Ｓ２、データ信号Ｄ２が供給される。図８に示す例では、１スキャン目と２スキャン目において走査信号Ｓ２が高電位のとき（選択時）にデータ信号が低電位となり、３スキャン目においては走査信号Ｓ２が高電位のときにデータ信号が高電位となっている。すなわち、この電気泳動素子１０５には、３回のスキャン中においてマイナス（負電位）のパルス状電圧が２回印加されたことになる。それにより、共通電極１１０に近い側に分布していた複数の白色粒子１１４の一部を段階的に画素電極１１１に近い側へ移動させることが可能となるので、３回のスキャンの終了後におけるこの電気泳動素子１０５の階調は濃いグレーとなる。同様に、各選択時において適宜、データ信号を高電位又は低電位にすることにより、３回のスキャンによって各電気泳動素子に対して、０回〜３回の任意の回数だけパルス状の第２電圧を与えることができる。それにより、３回のスキャンで４階調を表現することができる。なお、スキャン回数は任意であり、更に多くのスキャン回数を設定できる。

次に、本実施形態における電気泳動粒子の移動度、帯電量について詳細に説明する。
電気泳動粒子の移動度は次の式（１）で表すことができる。
ｕ＝（ε₀ε_r /η）ζ （１）

ここで、ｕは電気泳動移動度（（粒子の泳動速度）／（電界））、ε₀は真空の誘電率、ε_rは溶媒の比誘電率、ηは溶媒の粘度、ζはゼータ電位である。式（１）より、電気泳動粒子の移動度は各粒子の帯電量（ゼータ電位）に比例することが分かる。一例として、本実施形態における電気泳動粒子の帯電量（ゼータ電位）を示すと、黒色粒子１１３が−１０５ｅＶ、白色粒子が３７ｅＶである。より厳密な議論をすると電気泳動粒子の移動度は各粒子のサイズにも依存すると考えられるが、一般的に用いられる電気泳動粒子を同じ溶媒に含有させた場合においては粒子径の違いは移動度にほとんど影響を与えない。このため、粒子径の違いを無視することにより、電気泳動粒子の移動度は上記式（１）のように近似することができる。本実施形態では、黒色粒子１１３と白色粒子１１４の移動度の違いが概ね３倍程度であるが、例えばこれが２倍程度であってもよい。

図１０は、移動度の差異を評価する１つの指標として、画素部の反射率を用いて間接的に規定する方法について説明する図である。画素部１００の白表示のときの反射率をR_W、黒表示のときの反射率をR_Bとして、反射率がR_WからR_W-(R_W-R_B)/2＝（R_W+R_B）/2（白と黒のちょうど中間のグレー）になるパルスの時間をT、電圧をVとする。このときに、黒表示時に時間Tだけ、-Vのパルスを印加したときの反射率がR_B+(R_W-R_B)/3＝（R_W+2R_B）/3以下となること、と規定することができる。白色粒子の応答が黒色粒子よりも遅い場合（白色粒子の移動度が相対的に低い場合）を想定している。すなわち、ある一定の時間Ｔだけ電圧をかけたときの反射率の変化が、同じ時間Ｔで反対の極性の電圧をかけたときの変化率の2/3以下であるということである。なお、「2/3」という係数は一例であり、「3/4」くらいまでの範囲で大きくしてもよい。

図１１は、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１１（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１１（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１１（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、電気泳動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。

以上のような本実施形態によれば、電気泳動層中での移動度の異なる２種の粒子（電気泳動粒子）を用いており、まず上述の第１電圧を第１電極と第２電極の間に印加することによって初期設定を行った後、上述のパルス状の第２電圧を第１電極と第２電極の間に複数回印加しており、その印加回数によって階調を制御することが可能となる。これにより、高精度のパルス長制御が不要となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実施形態においてはいわゆるアクティブマトリクス型表示装置として構成された電気泳動装置に本発明を適用した場合を例示していたが、セグメント型表示装置として構成された電気泳動装置についても同様に本発明を適用可能である。また、電気泳動層の構造についても特に限定はなく、セル構造型やマイクロカプセル構造型などいずれでもよい。また、上述した実施形態では、移動度の大きい電気泳動粒子が負に帯電し、移動度の小さい電気泳動粒子が正に帯電していたが、この帯電状態が逆であってもよい。その場合には、共通電極と画素電極の間に印加する電圧の極性を上述した実施形態とは逆にすればよい。

また、上述した実施形態においては、階調制御を容易かつ精度よく行うという観点から本発明の実施の形態を説明していたが、本発明は、階調を制御する必要がない２値表示の電気泳動装置に適用しても効果的である。この場合には、移動度のより高い電気泳動粒子を書き込んでいくほうが早く濃い表示を得ることができる。上述した実施形態に対応させて説明すると、最初に全画素部を白表示状態にしておいて、必要な画素部にだけ黒表示状態に制御することにより、その逆よりも早く表示できる。すなわち、本発明は、階調表示タイプの電気泳動装置にも２値表示タイプの電気泳動装置にも適用可能である。

１００…画素部、１０１…走査線、１０２…データ線、１０３…トランジスタ、１０４…容量素子、１０５…電気泳動素子、１１０…共通電極、１１１…個別電極（画素電極）、１１２…電気泳動層、１１３…黒色粒子（第１粒子）、１１４…白色粒子（第２粒子）、１３０…スキャンドライバ（走査線駆動回路）、１４０…データドライバ（データ線駆動回路）

Claims (5)

1. マイナスに帯電した第１の色の複数の第１粒子と、プラスに帯電した第２の色の複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、
   前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置であって、
   前記第１粒子は前記第２粒子よりも移動度が大きく設定され、
   前記制御手段は、
   （ａ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第１粒子を移動させる第１の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第２の粒子を移動する前記第１の色から前記第２の色方向への階調制御と、
   （ｂ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第２粒子を移動させる第２の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる前記第１のパルス幅よりも狭い第２のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第１の粒子を移動する前記第２の色から前記第１の色方向への階調制御と、を行う、
   電気泳動装置。
2. プラスに帯電した第１の色の複数の第１粒子と、マイナスに帯電した第２の色の複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、
   前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置であって、
   前記第１の粒子は前記第２の粒子よりも移動度が大きく設定され、
   前記制御手段は、
   （ａ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第１粒子を移動させる第１の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第２の粒子を移動する前記第１の色から前記第２の色方向への階調制御と、
   （ｂ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第２粒子を移動させる第２の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる前記第１のパルス幅よりも狭い第２のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第１の粒子を移動する前記第２の色から前記第１の色方向への階調制御と、を行う、
   電気泳動装置。
3. マイナスに帯電した第１の色の複数の第１粒子と、プラスに帯電した第２の色の複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、
   前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置の駆動方法であって、
   前記第１粒子は前記第２粒子よりも移動度が大きく設定され、
   前記制御手段により、
   （ａ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第１粒子を移動させる第１の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第２の粒子を移動する前記第１の色から前記第２の色方向への階調制御をすること、
   （ｂ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第２粒子を移動させる第２の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる前記第１のパルス幅よりも狭い第２のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第１の粒子を移動する前記第２の色から前記第１の色方向への階調制御をすること、
   を含む電気泳動装置の駆動方法。
4. プラスに帯電した第１の色の複数の第１粒子と、マイナスに帯電した第２の色の複数の第２粒子と、を含有する電気泳動層と、
   前記電気泳動層を挟んで対向配置された第１電極及び第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧を制御する制御手段と、を備える電気泳動装置の駆動方法であって、
   前記第１の粒子は前記第２の粒子よりも移動度が大きく設定され、
   前記制御手段により、
   （ａ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第１粒子を移動させる第１の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第２の粒子を移動する前記第１の色から前記第２の色方向への階調制御をすること、
   （ｂ）第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に高電位となる第１電圧を印加して前記第１電極側に前記第２粒子を移動させる第２の色への初期設定と、次いで第１電極及び第２電極間に前記第１電極が前記第２電極よりも相対的に低電位となる前記第１のパルス幅よりも狭い第２のパルス幅の第２電圧を階調に応じて複数回印加して前記第１の粒子を移動する前記第２の色から前記第１の色方向への階調制御をすること、
   を含む電気泳動装置の駆動方法。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の電気泳動装置を備える電子機器。