JP6388195B2 - 反射型表示装置の駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子ペーパー等に応用されている反射型表示装置の駆動方法に関する。
反射型表示装置として、最近、表示媒体に含まれる電気応答性材料として電気泳動体を用いた電気泳動表示装置が広く用いられている。電気泳動表示装置とは、空気中または溶媒中の電気泳動体(通常は電気泳動する粒子)の電気的な泳動、すなわち粒子移動を利用して情報を表示する装置である。通常、2枚の基板間に電界を与えることで電気的な泳動の状態が制御され、それによって所望の表示が実現されるように構成される。電気泳動体としては、荷電粒子の他、荷電粉体をも利用され得る。その場合、当該荷電粉体は気体中を電気的に泳動する。
電気泳動表示装置は、近年では特に、電子ペーパーとしての応用が注目されている。電子ペーパーとして応用する場合には、印刷物レベルの視認性(目にやさしい)、情報書き換えの容易性、低消費電力、軽量といった利点を享受できる。
より詳細に説明すれば、電子ペーパーの表示素子として、電位状態についてメモリー性を有する表示素子を利用できるため、電圧などのエネルギーを供給し続けなくても、画像データに応じた表示状態を維持できる。一般的には、電子ペーパーの表示素子として、気中移動型、電気泳動粒子型、2色回転粒子型が知られている。これらは、電圧を付与することでセル内の電荷粒子の状態を変化させ、そのことによって表示状態を可変とすることができる。一方、電圧の付与を止めても、その表示状態を長時間に亘って維持できる。
これらの方式では、電圧を印加して電荷粒子を電気的に動かすことで、電荷粒子の位置や向きを変えている。従って、原理的に電場に対する応答性が極めて高く、すなわち、外部環境に非常に敏感である。
そこで、センサを表示装置に搭載して外部環境の情報を取得し、それに応じて駆動信号を直接的に補正することが提案されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3)。
特許第4196615号 特開2010−256516号公報 特開2004− 85606号公報
センサの取得温度に基づいて駆動信号を補正する場合、予め補正の方法(プログラム)を決定しておく必要がある。しかしながら、応答性に影響する要因が複雑に相関しているような場合、そのような方法(プログラム)を特定することが困難で、必ずしも期待した効果が得られない場合がある。また、例えば表示装置を製造してから1週間以内の初期状態と3年以上が経過した状態とでは、補正の方法(プログラム)が異なるため、補正の方法(プログラム)を変更する作業が必要で面倒である。
また、装置周辺の温度を測定するセンサを搭載している場合には、センサの個体差やセンサの経時劣化といった問題にも対処する必要がある。
本件発明者は、センサの取得温度に基づいて駆動信号を補正するという発想から離れ、如何なる環境温度においても共通に使用可能な基準駆動信号が見出せないか、鋭意検討を重ねてきた。
本発明は、このような事情に基づいて行われたものであり、その目的は、如何なる環境温度においても基準駆動信号を補正することなく共通に使用できるような反射型表示装置の駆動方法を提供することにある。また、本発明の目的は、そのような駆動方法に対応できる反射型表示装置を提供することにある。
本発明は、少なくとも一方が透光性を有しており各々電極が形成されている対向する2枚の基板間に少なくとも1種以上の電気応答性材料を含む表示媒体が封入されていて、前記2枚の基板間に所定の電界が与えられる際に所望の表示をする、反射型表示装置を駆動する方法であって、一方の基板の電極と他方の基板の電極との間に、所望の表示の内容に応じて電圧を印加して表示を書き換える表示書き換え工程と、前記表示書き換え工程において書き換えられた表示を保持する表示保持工程と、を備え、前記表示書き換え工程では、−35℃〜0℃という範囲内のいずれかの所定温度で表示書き換えを実現する基準駆動信号が、前記所定温度以上の如何なる環境温度においても共通に印加されることを特徴とする方法である。
本件発明者によれば、このような基準駆動信号を採用することで、広い温度範囲で当該基準駆動信号を共通に使用することができる。このため、温度センサ及び温度センサに付随する制御装置等を必要とすることなく、広い温度範囲で所望の表示書き換え動作を実現することができる。
具体的には、例えば、前記基準駆動信号は、−35℃〜0℃という範囲内のいずれかの所定温度で表示書き換えを実現する長さの時間長だけ電圧を印加する信号である。また、この場合、一般的には、前記時間長は、20℃という常温環境に合わせていたら設定されたであろう時間長と比較して、1.5倍〜10倍の範囲である。
あるいは、例えば、前記基準駆動信号は、−35℃〜0℃という範囲内のいずれかの所定温度で表示書き換えを実現する大きさの電圧を印加する信号である。
また、本発明は、前記のような駆動方法に対応できる反射型表示装置である。すなわち、少なくとも一方が透光性を有しており各々電極が形成されている対向する2枚の基板間に少なくとも1種以上の電気応答性材料を含む表示媒体が封入されていて、前記2枚の基板間に所定の電界が与えられる際に所望の表示をする、反射型表示装置であって、−35℃〜0℃という範囲内のいずれかの所定温度で表示書き換えを実現する基準駆動信号を生成する信号生成部と、前記所定温度以上の如何なる環境温度においても、一方の基板の電極と他方の基板の電極との間に、前記信号生成部で生成された基準駆動信号を印加する印加制御部と、を備えたことを特徴とする反射型表示装置である。
本発明によれば、広い温度範囲で前記基準駆動信号を共通に使用することができる。このため、温度センサ及び温度センサに付随する制御装置等を必要とすることなく、広い温度範囲で所望の表示書き換え動作を実現することができる。
本発明によれば、−35℃〜0℃という範囲内のいずれかの所定温度で表示書き換えを実現する基準駆動信号を採用することで、広い温度範囲で当該基準駆動信号を共通に使用することができる。このため、温度センサ及び温度センサに付随する制御装置等を必要とすることなく、広い温度範囲で所望の表示書き換え動作を実現することができる。
本発明の一実施の形態による反射型表示装置の構成を概略的に示す断面図である。 図1に示す反射型表示装置の画素配置の一例を概略的に示す図である。 図1に示す反射型表示装置の4つの画素のうち、2つの画素を書き換える場合の電圧波形図である。 本発明の一実施の形態による表示書き換え処理を示すフロー図である。
図1は、本発明の一実施の形態による反射型表示装置の構成を概略的に示す断面図である。本実施の形態による反射型表示装置は、少なくとも一方が透光性を有しており各々電極111,161が形成されている対向する2枚の基板間11,16に、少なくとも1種以上の電気応答性材料を含む表示媒体13が封入されていて、2枚の基板11,16間に所定の電界が与えられる際に表示媒体13が所望の表示をするようになっている。ここで、本件の明細書及び特許請求の範囲において「透光性」とは、光を透過する性質、という程度の意味である。本実施の形態においては、視認側に配置される基板(一方の基板11)は、全光透過率が50%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上となるような透光性を有している。
本実施の形態においては、一方の基板11と他方の基板16との間に、少なくとも表示領域を覆う共通電極111と、表示媒体13が配置された表示媒体層15と、マトリクス状に配列された複数の電極161とが、一方の基板11の側から他方の基板16の側に向かう方向に見て当該順序で設けられている。ここで、本件の明細書及び特許請求の範囲において「表示領域」とは、反射型表示装置において所望の表示に利用される領域、という意味である。
本実施の形態では、一方の基板11が視認側に配置され、他方の基板16が非視認側に配置される。
一方の基板11としては、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の透光性フィルムや透光性ガラスに、共通電極111として、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等の透光性電極を付したものが、典型的に用いられ得る。
共通電極111は、塗工法やスパッタリング、真空蒸着法、CVD法等によって、少なくとも一方の基板11の表示領域を覆うように形成される。共通電極111は、必ずしもパターンが形成されている必要は無く、基板全面が電極であってもよい。
一方の基板11の厚みは、10μm〜1mmが好適である。10μmよりも薄いと、パネルとしての強度を得ることができず、破損に至る危険度が増す一方、1mmよりも厚いと、パネル重量が重くなり過ぎて取り扱いが不便になるし、コストも高くなるからである。破損しにくく取り扱いが容易である好適な厚みの範囲は、50μm〜300μm程度である。
一方の基板11は、ロール状でもシート状でもどちらでも適用可能である。
他方の基板16としては、樹脂フィルム、樹脂板、ガラス、エポキシガラス(ガラエポ)等の表示媒体側の面に金属等の導電性材料によって画素電極161が形成されたものが用いられ得る。本実施の形態の画素電極161は、いわゆるセグメント電極である。
また他方の基板16は、透光性を有する基材が用いられてもよい。さらに透光性を有しているが不透明な基材であってもよく、電極面とは異なるもう一方の面を粗面化した不透明なガラス基材、樹脂フィルム、樹脂板、ガラス、エポキシガラス(ガラエポ)等が用いられ得る。本実施の形態では、他方の基板16は、視認側と反対側の位置に配置されるため、透光性を有している必然性はない。しかし、熱膨張特性など一方の基板11と同じ物性が必要とされる場合は、一方の基板11と同様の透光性の部材が使用され得る。
他方の基板16の厚みも、一方の基板11の厚みと同様に、10μm〜1mmが好適である。10μmよりも薄いと、パネルとしての強度を得ることができず、破損に至る危険度が増す一方、1mmよりも厚いと、パネル重量が重くなり過ぎて取り扱いが不便になるし、コストも高くなるからである。破損しにくく取り扱いが容易である好適な厚みの範囲は、50μm〜300μm程度である。
他方の基板16も、ロール状でもシート状でもどちらでも適用可能である。
そして、本実施の形態では、図2に示すように、いわゆる7セグメント表示とその背景表示に対応する8個のセグメント電極161(a〜h)が、他方の基板16の表示領域を網羅するように配置されている。もっとも、m×n個の画素に個別に対応するm×n個のセグメント電極161の配置や、他の所定の表示パターンを提供する他の配置も、採用され得る。
そして、本実施の形態の各セグメント電極161(a〜h)は、図2に示すように、本発明の印加制御部として機能する信号線ドライバを介して、予め設定された基準駆動信号を生成する信号生成部に接続されている。基準駆動信号とは、表示書き換え工程において電極に印加される信号であって、基準となる信号である。
信号生成部が、各セグメント電極161への電圧印加の要/不要と、要の場合の符号と、を判別し、電圧印加が要であって正であるセグメント電極161に対しては、信号生成部の命令に従って信号線ドライバで生成された正の基準駆動信号が印加されるようになっており、電圧印加が要であって負であるセグメント電極161に対しては、信号生成部の命令に従って信号線ドライバで生成された負の基準駆動信号が印加されるようになっている。また、電圧印加が不要であるセグメント電極161に対しては、GND電位の印加が継続されるようになっている。もっとも、本実施の形態において電圧印加を不要としGND電位の印加が継続されるとしたセグメント電極161については、GND電位とは異なる他の共通電位の印加が継続されてもよい。その場合には、正の基準駆動信号/負の基準駆動信号ではなく、当該共通電位に対してより高い電位の基準駆動信号/より低い電位の基準駆動信号が適用され得る。
図3には、第1画素に印加される正の基準駆動信号の例が示されている。正の基準駆動信号とは、相対的にGND電位よりも高い電圧による基準駆動信号である。図3に示す正の基準駆動信号によれば、相対的にGND電位よりも高い第1電位+a(V)の信号が所所定時間t1だけ印加される。
ここで、第1電位+a(V)及び所定時間t1が、−35℃〜0℃、例えば−30℃という低温環境で表示書き換えを実現するように予め設定されていることが、本実施の形態の特徴である。一般的な冷凍庫の設定温度が−30℃であり、冷蔵庫の設定温度が−5℃であり、温度ドリフトが±5℃であると考えたものである。−30℃という低温環境では、表示媒体13の粘度が高く、すなわち、電気応答性材料の移動(電気泳動)の抵抗が大きく、結果的に電界変化に対する応答速度が遅いため、例えば20℃という常温環境と比較した場合、電圧を印加する時間を相対的に長くしておくか、電圧の絶対値を大きくしておく必要がある。具体的には、20℃という常温環境に合わせていたら設定されたであろう所定時間(時間長)300msと比較して、1.5倍〜10倍の範囲(450ms〜3000ms)から選択されている。
ここで、1.5倍〜10倍という範囲について説明する。表示媒体13の粘度には、温度依存性があり、温度が下がるにつれて上昇する。具体的には、温度が1度低下すると、粘度は数〜10%増加する。そして、表示媒体13の粘度が上昇すると、反射型表示装置の応答速度が低下する。従って、例えば0℃の状態を20℃の状態と比較した場合、少なくとも50%以上粘度が増加していると考えられ、これに応じて応答速度も50%以上遅くなると考えられる。この影響を相殺するべく、前記範囲の下限は1.5倍とされている。一方、範囲の上限を10倍としたのは、電圧印加時間がそれ以上に長すぎると、焼き付きによって表示寿命期間が短くなるためである。
なお、時間長とは、1回の波形の場合には高電圧維持時間であり、複数のパルス波形の場合には、合計の高電圧維持時間である。
一方、図3には、第2画素に印加される負の基準駆動信号の例も示されている。負の基準駆動信号とは、相対的にGND電位よりも低い電圧による基準駆動信号である。図3に示す負の基準駆動信号によれば、相対的にGND電位よりも低い第2電位−b(V)の信号が所定時間t2だけ印加される。
ここで、第2電位−b(V)及び所定時間t2が−30℃という低温環境で表示書き換えを実現するように予め設定されていることが、本実施の形態の特徴である。−30℃という低温環境では、表示媒体13の粘度が高く、すなわち、電気応答性材料の移動(電気泳動)の抵抗が大きく、結果的に電界変化に対する応答速度が遅いため、例えば20℃という常温環境と比較した場合、電圧を印加する時間を相対的に長くしておくか、電圧の絶対値を大きくしておく必要がある。具体的には、20℃という常温環境に合わせていたら設定されたであろう所定時間(時間長)300msと比較して、1.5倍〜10倍の範囲(450ms〜3000ms)から選択されている。1.5倍〜10倍という範囲の根拠については、第1電位+a(V)及び所定時間t1について説明したのと同じである。
図1に戻って、本実施の形態の表示媒体層15は、一方の基板11と他方の基板16との間において複数のセルを区画する隔壁12を有している。ここで、「セル」とは、電気応答性材料の沈降や偏在に起因して表示の不良、特にコントラストの低下を防止するべく上下の電極基板11,16間において分割された、電気泳動する電気応答性材料の微小な泳動空間、すなわち移動空間を意味する。なお、当該移動空間は、マイクロカプセル等、他の構造物によって分割されてもよい。また、電気応答性材料の沈降や偏在の虞が低い場合には、上下の電極基板11,16間の空間は、このような構造物によって分割されていなくてもよい。
隔壁12は、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、常温硬化樹脂等によって構成可能であり、隔壁12の形成方法は、フォトリソグラフィ法の他、エンボス加工などの型転写方法も採用され得る。さらに、所望のパターンの構造物を隔壁として製造しておいて、それを一方の基板11に貼り付けるという方法も採用され得る。開口率は、70%以上が好ましく、特に90%以上が好ましい。高開口率であるほど、表示可能エリアが広くなるため、高コントラストを得ることができる。
隔壁12の単位パターンの形状は、円、格子、六角形、その他の多角形など、基本的に任意である。また、セルのサイズ(ピッチ)は、表示パネルの大きさにもよるが、0.05mm〜1mmピッチ、好ましくは0.1mm〜0.5mmピッチである。ここで、ピッチとは、隣接するセルの中心点の距離を意味している。
もっとも、隔壁12で形成されるセルの形状は、必ずしも全てのセルで同じでなくてもよい。例えば、ランダムな形状の複数の多角形からなるパターンも採用され得る。
隔壁12の高さは、5〜50μm、好ましくは10〜50μmである。5μm以下では、充填するインキ量が少なく、十分な表示特性、特にコントラストが得られない一方、50μm以上では、パネルの厚みが厚すぎて、駆動電圧が上昇し過ぎてしまう。低駆動電圧で良好な表示特性が得られるという観点から、10〜50μmの範囲の高さが好適である。
隔壁12の頂面と、他方の基板16上の画素電極161または他方の基板16上の他の要素または他方の基板16と、の間には、隔壁12の頂面と、他方の基板16上の画素電極161または他方の基板16上の他の要素または他方の基板16と、を接着させるための接着層(不図示)が設けられていてもよい。
接着層は、例えば転写法や印刷法により、ポリエステル系熱可塑性接着剤のような熱可塑性樹脂が、1μm〜100μmの厚みで形成される。好ましくは、1μm〜50μmの厚みで形成され、特に好ましくは、1μm〜20μmの厚みで形成される。
接着層を形成するための接着剤としては、熱可塑性材料を用いた接着剤が好ましく、加熱により軟化して、冷却すると固化する性質を有し、冷却と加熱を繰り返した場合に、塑性が可逆的に保たれる材料である。
具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタンなどの熱可塑性ベースポリマーや、天然ゴム、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン共重合体などの熱可塑性エラストマーを主成分とし、粘着性付与樹脂や可塑剤を配合した樹脂が主に使用される。
隔壁12と接着剤との密着性を上げるために、隔壁12に紫外線照射やプラズマ処理などにより表面処理が施されてもよいし、プライマーが形成されてもよい。あるいは、接着剤221の方にシランカップリング剤が添加されてもよい。
表示媒体13は、少なくとも1種以上の電気応答性材料を含んでいる。電気応答性材料としては、電荷粒子材料、液晶材料があり、電荷粒子材料には白や黒、カラーなどの色づけされた粒子が電場に応答して移動するいわゆる電気泳動材料、または、粒子が二色に色分けされ電場により回転するツイストボールに代表される材料、または、電場により移動するナノ粒子材料等がある。一方、液晶材料は、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)で知られる透過と散乱を電気的に制御する材料や、液晶に色素を混合した材料、コレステリック液晶材料などがある。
本実施の形態においては、表示媒体13は、白の電気応答性材料と黒の電気応答性材料を含んでおり、白の電気応答性材料は、負に帯電されており、黒の電気応答性材料は、正に帯電されている。これにより、セグメント電極161に共通電極111よりも低い電位が印加されると、負に帯電した白の電気応答性材料が共通電極111の側に引き寄せられ、表示媒体13中の正に帯電した黒の電気応答性材料がセグメント電極161の側に引き寄せられるようになっている。また、セグメント電極161に共通電極111よりも高い電位が印加されると、負に帯電した白の電気応答性材料がセグメント電極161の側に引き寄せられ、表示媒体13中の正に帯電した黒の電気応答性材料が共通電極111の側に引き寄せられるようになっている。
図4は、本発明の一実施の形態による表示書き換え処理を示すフロー図である。所望の表示の内容に応じて、個々のセグメント電極の印加制御を実現する制御信号に基づいて、不図示の信号線ドライバが、各セグメント電極への電圧印加の要/不要と、要の場合の符号と、を区別し、電圧印加が要であって正であるセグメント電極に対しては、不図示の信号生成部で生成された正の基準駆動信号(図3参照)を印加し、電圧印加が要であって負であるセグメント電極に対しては、信号生成部で生成された負の基準駆動信号(図3参照)を印加する。また、電圧印加が不要であるセグメント電極に対しては、GND電位の印加が継続される。
正の基準駆動信号が印加されることで、表示媒体13中の負に帯電した白の電気応答性材料がセグメント電極161の側に引き寄せられ、表示媒体13中の正に帯電した黒の電気応答性材料が視認側の共通電極111の側に引き寄せられる。これにより、所望の黒表示を効果的に実現することができる。
あるいは、負の基準駆動信号が印加されることで、表示媒体13中の負に帯電した白の電気応答性材料が視認側の共通電極111の側に効果的に引き寄せられ、表示媒体13中の正に帯電した黒の電気応答性材料がセグメント電極161の側に効果的に引き寄せられる。これにより、所望の白表示を効果的に実現することができる。
ここで、正の基準駆動信号の第1電位+a(V)及び所定時間t1、及び、負の基準駆動信号の第2電位−b(V)及び所定時間t2が、それぞれ−30℃という低温環境で表示書き換えを実現するように予め設定されていることにより、−30℃という低温環境において好適な黒表示及び白表示を実現できることは明らかである。本件発明者は、これに加えて、20℃という常温環境においても、更に40℃という高温環境においても、本実施の形態による正の基準駆動信号及び負の基準駆動信号を採用した反射型表示装置が好適な黒表示及び白表示を実現することを確認した。具体的には、本実施の形態の反射型表示装置を恒温恒湿層内に設置し、−30℃、20℃、40℃の各環境温度を実現した上で、黒表示及び白表示の反射率Yをコニカミノルタ社製分光測色計「CM-700d」を用いてそれぞれ測定した所、いずれの環境温度においてもコントラスト比10以上を実現していることが確認された。
これに対して、正の基準駆動信号の第1電位+a(V)及び所定時間t1、及び、負の基準駆動信号の第2電位−b(V)及び所定時間t2が、それぞれ20℃という常温環境に合わせて予め設定されている従来の反射型表示装置の場合には、20℃という常温環境において好適な黒表示及び白表示を実現できることは明らかである。しかしながら、そのような従来の反射型表示装置を恒温恒湿層内に設置し、−30℃と40℃の各環境温度を実現した上で、黒表示及び白表示の反射率Yをコニカミノルタ社製分光測色計「CM-700d」を用いてそれぞれ測定した所、40℃の環境温度においてはコントラスト比10以上を実現していたが、−30℃の環境温度においてはコントラスト比5未満であった。すなわち、従来の反射型表示装置の場合には、−30℃の環境温度においては好適な黒表示及び白表示を実現できないことが確認された。
以上の通り、本実施の形態によれば、−30℃という低温環境で表示書き換えを実現するように予め設定された基準駆動信号を採用することで、−30℃〜40℃という広い温度範囲で当該基準駆動信号を共通に使用することができる。このため、温度センサ及び温度センサに付随する制御装置等を必要とすることなく、広い温度範囲で所望の表示書き換え動作を実現することができる。
11 一方の基板
111 共通電極
12 隔壁
13 インキ(表示媒体)
16 他方の基板
161 セグメント電極

Claims (2)

  1. 少なくとも一方が透光性を有しており各々電極が形成されている対向する2枚の基板間に少なくとも1種以上の電気応答性材料を含む表示媒体が封入されていて、前記2枚の基板間に所定の電界が与えられる際に所望の表示をする、反射型表示装置を駆動する方法であって、
    一方の基板の電極と他方の基板の電極との間に、所望の表示の内容に応じて電圧を印加して表示を書き換える表示書き換え工程と、
    前記表示書き換え工程において書き換えられた表示を保持する表示保持工程と、
    を備え、
    前記表示書き換え工程では、電圧を20℃という常温環境に合わせていたら設定されたであろう時間長と比較して1.5倍〜10倍の時間長だけ印加する基準駆動信号が、−30℃以上の如何なる環境温度においても共通に印加される
    ことを特徴とする方法。
  2. 少なくとも一方が透光性を有しており各々電極が形成されている対向する2枚の基板間に少なくとも1種以上の電気応答性材料を含む表示媒体が封入されていて、前記2枚の基板間に所定の電界が与えられる際に所望の表示をする、反射型表示装置であって、
    電圧を20℃という常温環境に合わせていたら設定されたであろう時間長と比較して1.5倍〜10倍の時間長だけ印加する基準駆動信号を生成する信号生成部と、
    −30℃以上の如何なる環境温度においても、一方の基板の電極と他方の基板の電極との間に、前記信号生成部で生成された基準駆動信号を印加する印加制御部と、
    を備えたことを特徴とする反射型表示装置。
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