JP5298016B2 - 電気泳動式表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動式表示装置に関する。

電気泳動式表示装置は、双安定表示技術の一例であり、この技術では、電場内での粒子の移動を利用することにより、光の散乱または吸収機能が選択的に提供される。

ある例では、白色粒子が吸収性液体中に分散され、電場を用いて、粒子が装置表面に移動される。この位置では、粒子は、光散乱機能を発揮し、ディスプレイは、白く見える。上部表面からの粒子の移動により、液体の色が、例えば黒色に視認されるようになる。別の例では、2種類の粒子が存在し、例えば黒色の負に帯電された粒子と、白色の正に帯電された粒子とが、透明液体中に分散される。多数の異なる可能な構成が存在する。

電気泳動式表示装置は、その双安定性（画像は、未電圧印加でも維持される）のため、低電力消費であり、これらの装置は、バックライトまたは偏光器が不要なため、薄型表示装置として形成され得ることが認識されている。またこれらの装置は、プラスチック材料で構成することができ、そのようなディスプレイを製造する際に、低コストのリールツーリール（reel-to-reel）プロセスを利用することが可能である。

コストをできる限り低く維持する場合、直接駆動アドレス方式が採用される。表示装置の最も単純な構成は、セグメント化反射ディスプレイであり、このタイプのディスプレイで十分な、多数の用途がある。セグメント化反射電気泳動式ディスプレイは、低電力消費であり、良好な輝度を有し、作動の際に双安定性を有し、ディスプレイがオフの場合であっても、情報が表示される。

しかしながら、改良された特性および汎用性は、マトリクスアドレス方式を使用することにより、提供される。通常、パッシブマトリクスアドレス方式を用いる電気泳動式ディスプレイは、下側電極層、表示媒体層、および上側電極層を有する。上側および／または下側電極層において、バイアス電圧が電極に選択的に印加され、このバイアス化された電極に対応する、表示媒体の部分の状態が制御される。

別の種類の電気泳動式表示装置では、いわゆる「面内スイッチ」が使用される。この種類の装置は、表示材料層に水平な方向の、粒子の選択的な移動に使用される。側面電極に向かって粒子が移動する際、粒子間に開口が現れ、この開口を介して、下側表面が視認される。粒子が無秩序に分散されている場合、これらの粒子が光の下側表面への通過を妨害するため、粒子の色が視認されるようになる。粒子が着色され、下側表面が黒色または白色であっても良く、あるいは、粒子が黒色もしくは白色で、下側表面が着色されていても良い。

面内スイッチの利点は、装置が透過動作、または半透過動作に適合され得ることである。特に、粒子の移動により、光の経路が形成され、材料を介して、反射動作および透過動作の両方が行われる。これにより、反射動作の代わりに、バックライトを用いた照射が可能となる。一つの基板上に、面内電極が提供されても、両方の基板に、電極が提供されても良い。

また、電気泳動ディスプレイには、アクティブマトリクスアドレス方式も使用され、これらは、通常、高解像度グレースケールの高輝度フルカラーディスプレイが要求される際に、必要となる。そのような装置は、信号標識、および広告掲示用途向け、ならびに電子窓の（画素化）光源および周囲照明用途として、開発されている。

カラーフィルタまたは着色反射器を用いて、カラー化が行われ、この場合、表示画素は、単なるグレースケール装置として機能する。しかしながら、カラーフィルタ処理では、輝度が犠牲になる。

国際公開第WO2005／093508号パンフレット 米国特許第6639580号明細書

この問題を解決するため、非散乱性シアン、マゼンタ、黄色、および黒の粒子の、面内制御可能な2つのスタックが使用され、これは、例えば国際公開第WO2005／093508号に記載されている。各画素は、各色を有するため、これにより、輝度を最大にすることが可能となる。しかしながら、この解決策では、高価なアクティブマトリクスが必要になり、フルカラー画素に、4つの別個のアクティブマトリクス薄膜トランジスタ（TFT）が必要になるという問題を有する。

パッシブマトリクスの使用により、低コスト対策が可能となり、実際に、前述のように、白黒パッシブマトリクス面内電気泳動式ディスプレイは、知られており、これは、例えば米国特許第6639580号に記載されている。この場合、各画素に対して、行電極、列電極および共通電極が必要となる。

また、パッシブマトリクスアドレス方式において、閾値応答を示す電気泳動式材料を使用することも知られている。マトリクスアドレス方式は、通常、各行にデータを書き込むステップを有し、これには列データラインが使用される。データが一つの行に書き込まれる際、アドレス方式では、列ラインのデータにより、前の行に既に記録されたデータが劣化しないようにする必要がある。アクティブマトリクス装置では、アクティブマトリクススイッチにより、列ラインからの記録された画素の必要な分離が提供される。パッシブマトリクスアドレス方式に、電気泳動式材料の閾値応答を使用することは、既に提案されており、これにより、画素データの独立した書き込みが可能になる。次に、アドレス方式では、行と列（および必要な場合、共通電極）に電圧が印加され、電気泳動式材料の閾値応答が利用される。

しかしながら、パッシブマトリクスをフルカーラーに拡張することは、難しい。

この場合も、一つの方法は、異なる色の4つの粒子を使用することであり、この際には、画素粒子の制御のため、4つの列電極、4つの行電極、および共通電極が提供される。この多数のアドレス導体は、製造処理プロセスを複雑化させるとともに、大きな画素空間を使用するため、これは、フルカラーパッシブマトリクスアドレス方式を得るという問題に対して、現実的な解決法にはならない。

本発明では、表示画素の行および列の配列を有する電気泳動式表示装置であって、
各画素は、第1および第2の行電極と、第1および第2の列電極とを有し、
前記第1の列電極は、前記第1の行電極と重複するブランチを有し、
前記第1の行電極は、前記第2の列電極と重複するブランチを有し、
前記第2の列電極は、前記第2の行電極と重複するブランチを有し、
前記第2の行電極は、前記第1の列電極と重複するブランチを有し、
前記4つのブランチ／電極の重複部の間には、各粒子リザーバが配置され、前記各ブランチ／電極組により、前記各粒子リザーバと対応する粒子の移動が制御されることを特徴とする電気泳動式表示装置が提供される。

従って、本発明では、パッシブマトリクスとして使用され得るディスプレイ構成が提供され、この場合、4つの粒子を有する単位画素当たり、2つの列電極および2つの行電極のみが必要となる。これにより、多くの接続部が有意に削減される。

各粒子リザーバに対応する粒子の移動は、閾値電圧挙動を示すことが好ましく、これにより、パッシブマトリクスアドレス方式の使用が可能となる。

リザーバは、画素視認領域の外側に領域を定め、画素の中央部は、視認領域を定めることが好ましい。各画素は、視認領域内に、第1および第2の粒子チャンバを有することが好ましく、第1および第2の粒子チャンバは、相互に積層される。この方法では、各チャンバは、2種類の異なる着色粒子を収容し、2つのチャンバを相互に使用することにより、フルカラー表示出力が得られる。

次に、一つの粒子チャンバは、2つのリザーバに接続され、他方の粒子チャンバは、他の2つのリザーバに接続される。粒子チャンバに対応する一つのリザーバ内の粒子は、正に帯電された粒子を有し、同じ粒子チャンバに対応する他のリザーバ内の粒子は、負に帯電された粒子を有することが好ましい。これにより、2つのリザーバから、独立した粒子移動の制御を行うことが可能となる。

前記第1および第2の行電極により、前記粒子チャンバの一つに対応する前記2つのリザーバの粒子の前記移動が制御され、前記第1および第2の列電極により、前記他の粒子チャンバと対応する前記2つのリザーバの粒子の前記移動が制御される。行電極は、ある面内にあり、列電極は、別の面内にあり、粒子チャンバは、両者の間に挟まれる。

前記第1および第2の行電極のブランチにより、閾値を用いて、前記他の粒子チャンバと対応する前記2つのリザーバ内の粒子の前記移動が制御され、前記第1および第2の列電極のブランチにより、閾値を用いて、前記一つの粒子チャンバに対応する前記2つのリザーバ内の粒子の前記移動が制御される。これにより、閾値電圧および異なる粒子極性を用いて、4つの異なる粒子の独立した制御が可能となる。

すなわち、このディスプレイでは、可視画素領域とリザーバ上部の間の、水平方向の面内移動のためではなく、粒子リザーバ内の粒子を制御するため、特に、粒子をリザーバの上下に縦方向に制御するため、閾値電圧が印加される。従って、縦方向の移動および閾値を用いて、ならびに閾値を使用しない水平方向の粒子移動を用いて、4つの粒子種の独立制御が可能となる。

閾値は、リザーバの基部と各電極ブランチ（branch）の間の層により、提供される。

リザーバと粒子チャンバの間の粒子の移動は、実質的に水平であることが好ましく、これにより、面内スイッチが提供され、リザーバでは、水平平面での粒子移動により粒子が保管される。これにより、リザーバとチャンバの間の粒子の拡散が抑制される。

粒子は、吸収粒子を有し、例えば、4つの各リザーバ内に、シアン、マゼンタ、黄色、および黒色の粒子の一つを有することが好ましい。

画素は、2つの行電極および2つの列電極により区画され、各画素は、2つの行電極ブランチと2つの列電極ブランチにより、実質的に区画される。

各行および列電極は、2つの隣接する画素の間で共有されても良く、これにより、接続の半数が使用され、短絡のリスクが軽減される。当然のことながら、この場合、解像度に僅かな損失が生じる。

また本発明では、電気泳動式表示装置を駆動する方法であって、
前記電気泳動式表示装置は、表示画素の行および列の配列を有し、各画素は、4つの異なる粒子種用の4つの粒子リザーバと、第1および第2の行導体と、第1および第2の列導体とを有し、
当該方法は、
全ての粒子種を各自のリザーバ内に駆動させることにより、前記表示画素をリセットするステップと、
前記第1の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバのアクセス表面に向かって移動させ、前記第2の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバのアクセス表面に向かって移動させるステップであって、前記粒子の移動は、画素に対して実施されるステップと、
前記第1および第2の粒子種の粒子を、第1のチャンバ内に分散させるステップであって、前記分散は、全ての画素に対して並列に実施され、前記リザーバの前記アクセス表面から、前記画素の視認領域への、粒子の水平移動が提供される、ステップと、
前記第3の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバのアクセス表面に向かって移動させ、前記第4の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバのアクセス表面に向かって移動させるステップであって、前記粒子の移動は、画素に対して実施されるステップと、
前記第3および第4の粒子種の粒子を、第2のチャンバ内に分散させるステップであって、前記分散は、全ての画素に対して並列に実施され、前記リザーバの前記アクセス表面から、前記画素の視認領域への、粒子の水平移動が提供される、ステップと、
を有する方法が提供される。

この方法では、2つのチャンバ内で、4つの粒子種の独立した制御が可能となる。行および列導体に、保持電圧を印加することにより、駆動サイクルが完遂する。

粒子を移動させるステップは、行および列導体に、電圧を印加するステップを有し、
選定画素のみにおいて、行および列導体組の間が閾値電圧を超え、前記リザーバの一つは、前記行および列導体組の間に配置されることが好ましい。閾値を超えたときのみ、粒子の移動が制御され、これにより、各画素内での、各粒子種の独立した制御が可能になる。

前記表示画素をリセットするステップは、
前記4つの粒子種の粒子を、前記画素の前記視認領域から、各自のリザーバの前記アクセス表面に向かって、水平に移動させるステップと、
前記各自のリザーバ内の前記第1および第2の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバの基部表面に向かって、移動させるステップと、
前記各自のリザーバ内の前記第3および第4の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバの基部表面に向かって移動させるステップと、
を有しても良い。

従って、当該方法では、視認領域からの水平方向の移動、および縦方向の移動を用いて、各リザーバに粒子が保管され、あるいは各リザーバから粒子が放出される。

本発明の画素配置を示す図である。 本発明の表示装置を製作するステップを示す図である。 本発明の表示装置を製作するステップを示す図である。 本発明の表示装置を製作するステップを示す図である。 本発明の表示装置を製作するステップを示す図である。 本発明の表示装置を製作するステップを示す図である。 本発明の完成後の表示装置の一画素を示す図である。 本発明の装置のリセットに使用されるステップを示す図である。 本発明の装置のリセットに使用されるステップを示す図である。 本発明の装置のリセットに使用されるステップを示す図である。 本発明の装置のリセットに使用されるステップを示す図である。 本発明の装置のリセットに使用されるステップを示す図である。 本発明の装置の駆動に使用されるステップを示す図である。 本発明の装置の駆動に使用されるステップを示す図である。 本発明の装置の駆動に使用されるステップを示す図である。 本発明の装置の駆動に使用されるステップを示す図である。 本発明の装置の駆動に使用されるステップを示す図である。 本発明の装置の駆動に使用されるステップを示す図である。 本発明の装置の駆動に使用されるステップを示す図である。 本発明の装置の駆動に使用されるステップを示す図である。 本発明の第2の実施例の表示装置を示す図である。 図10の装置における色の制御法を説明するために使用される図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の一例について詳細に説明する。

異なる図において、同じ層または部材を示す際には、同じ参照符号が使用され、この説明は、繰り返されない。

本発明では、電気泳動式ディスプレイの画素配置および駆動方法が提供され、このディスプレイは、パッシブマトリクスとして使用することができ、4つの粒子を有する画素当たり、2つの列電極と2つの行電極しか必要ない。第1および第2の行電極と、第1および第2の列電極とがあり、各電極は、ブランチ／スパー（spur）を有し、これにより、4つの独立の重複領域が定形され、各重複領域は、行と列の固有組の間にある。

図1には、一つの画素10の電極配置を示す。

ある面には、2つの行電極12a、12bがあり、別の平行な面には、2つの列電極14a、14bがある。各行および列電極は、垂直なブランチ12a’、12b’、14a’、14b’を有し、これにより4つの重複領域が定形され、重複領域は、各行／電極組に定形される。各4つのブランチ／電極重複部の間には、それぞれの粒子リザーバが配置され、各ブランチ／電極組は、それぞれの粒子リザーバに対応する粒子の移動を制御する。従って、固有の行／電極組は、各リザーバに対応し、これにより、特に、以降に詳細を示す閾値電圧応答を利用して、パッシブマトリクス方式による、4つの粒子種の独立した制御が可能となる。

画素は、相互に積層された、2つの粒子チャンバを定める。各粒子チャンバは、2つの粒子種を収容し、2つのリザーバと流体連通されている。従って、画素は、実質的に、2つの積層された独立画素として機能するが、単一の構造に統合されている。

図2乃至4を参照して、画素の製作方法の一例について、詳細に説明する。

画素の各表面は、1つのチャンバおよび2つのリザーバを定形する。この配置を形成するため、図2に示すような2つの同一のエンボスモールド20、22が、反対側からプラスチック透明基板上に押し付けられ、接続されない基板内に、2つの同一のチャンバが形成される。

各モールドは、主部24および深い側脚26を有し、これにより、主部24により定形される主チャンバの上下に延伸する、側面キャビティが定形される。

2つのモールド20、22は、同一であり、相互に90゜回転されている。別の技術により、チャンバを形成することも可能であり、例えば、研磨粉末機械加工処理、サンドブラスト処理、小型電気放電機械加工、レーザアブレーション処理、または射出成型処理がある。

上部チャンバ20は、基板の上側が開いており、さらに必要な場合、リザーバの領域における底部側が開いていても良い（モールドが開口される場合）。

図3には、得られる基板形状30を示す。

図4に示すように、2つのチャンバの端部の側面キャビティ内に、4つのインクリザーバが挿入され、図において、インクリザーバは、40a乃至40dで示されている。インクリザーバは、多孔質またはスポンジ状材料で構成され、この材料は、色素粒子が充填されたボイドを有する。色素粒子は、例えば、上部がシアンおよび黄色であり、底部がマゼンタおよび黒色であっても良く、非散乱吸収粒子であることが好ましい。図5には、リザーバ40a乃至40dの配置を示す。

リザーバの目的は、電場のない内側に、色素粒子を保持すること（すなわち拡散抑制）であり、帯電色素粒子は、十分に大きな電場が印加されたときのみ移動し、リザーバから放出することができる。多孔質材料は、高分子量高分子の局部的な重合化により形成されても良い。そのような高分子は、例えば米国特許出願公開第US2002／0180687号で知られており、「剪断薄膜」レオロジー効果を形成し、低剪断応力では（拡散の場合）、高い粘性を示し、高剪断応力では（泳動の場合）、低い粘性を示す。

この方法では、拡散が抑制されるものの、電場の影響下において、泳動は、依然として可能となる。あるいは、この抑制効果は、例えば可逆的な凝固または表面固着により、固有の双安定性を示す粒子を使用することにより、得られても良い。

次に、チャンバ（すなわち、主チャンバ領域および側面キャビティ）は、例えばドデカンまたはisopar−Gのような、透明絶縁オイルで充填され、電極板で被覆される。

図6には、上部および底部の電極板60、62を示す。示された例では、上部電極板60は、図1の列導体パターン14a、14bを有し、底部電極板62は、図1の行導体パターン12a、12bを有する。

列電極14a、14bは、上部チャンバに直接接続され、シアンおよび黄色のインクリザーバ40a、40bと重なり合う。リザーバの多孔質またはスポンジ状材料は、チャンバの内側に限定され、列電極と直接接触しないことが好ましい。

行電極12a、12bは、底部チャンバと接触しており、黒色およびマゼンタのリザーバと重複するが、この場合も、直接接触しないことが好ましい。

列電極の側部のブランチは、下側チャンバの黒色およびマゼンタのリザーバと重複（オーバーラップ）しており、行電極のブランチは、上部チャンバのシアンおよび黄色のリザーバと重複する。従って、各行／列の重複部は、異なるインクリザーバに対応する。

この好適例では、モールドは、貫通されておらず、電極のブランチ12a’、12b’、14a’、14b’は、インクリザーバと直接接触せず、基板材料の薄膜層により、分離される。電極とサスペンションの間のコーティングは、電気的な閾（しきい）を形成することが示されている。従って、基板の薄膜層は、そのようなコーティングとして機能しても良く、あるいは、多孔質またはスポンジ状材料の高分子により、この機能が提供されても良い。いずれの場合も、リザーバの内側の粒子は、対応する列電極と行電極の間に、十分に大きな電場が印加されたときにのみ、移動し始める。

電極の材料は、非透明導体であっても良く、黒色材料（例えば黒色クロム）であることが好ましい。この場合、視認者には、インクリザーバが見えなくなる。

最後に、底部側の、黒色およびマゼンタのインクリザーバを有するチャンバの近傍に、（任意で）外部反射器を有する電子ペーパディスプレイが完成される。

図7には、完成後の表示装置を示す。

以下、図8および9を参照して、ディスプレイの駆動方法について説明する。

単一画素の駆動方法について説明する。画素は、黒色およびマゼンタの粒子を有する底部チャンバと接する、2つの行電極で構成され、これらは、簡単のため、R1とR2で示されている。2つの列電極は、シアンおよび黄色の粒子を有する上部チャンバと接触しており、これらは、簡単のため、C1とC2で示されている。

チャンバの境界は、図8Aに示すように、長方形80で示されている。行電極を担持する底部層において、チャンバ境界80は、黒色およびマゼンタのリザーバとの接続部を有し、シアンおよび黄色のリザーバは、底部チャンバから分離されている。同様に、列電極を担持する上部層において、チャンバ境界80は、シアンおよび黄色のリザーバとの接続部を有し、黒色およびマゼンタのリザーバは、上部チャンバから分離されている。

以下の原理が維持される：
−リザーバ内の粒子は、電場がある閾値を超えないと、移動しない。この閾値は、例えば、R1＞＞C1（第1の行電圧は、第1の列電圧に比べて著しく大きい。特に10乃至20Vの電位差）で表される。
−底部チャンバの可視部分内の粒子は、第1および第2の行電極により生じる電場の影響のみを受け、上部チャンバの可視部分内の粒子は、第1および第2の列電極により生じる電場の影響のみを受ける。この理由は、サスペンション（すなわち、オイルと粒子と、帯電剤）は、基板材料の導電性に比べて、導電性が有意に大きいからであり、このため、電界線は、チャンバの内側に集中し、2つのチャンバの間の基板バリアには進入しない。

これらの2つの効果の組み合わせにより、行または列電極の組に、適正な電圧を印加することにより、面内で、チャンバの可視部分の粒子を制御することが可能となり、行および列電極の適当な組み合わせに、十分に大きな電圧を印加することにより、リザーバ内に粒子を保管することが可能となる。

この方法では、画素の可視部分は、シアン、マゼンタ、黄色、および黒の粒子のいかなる所望の組み合わせを充填しても、制御可能に駆動され、いかなる所望の色も、高輝度で形成することができる。

駆動操作手順は、リセット段階と、書き込み段階とで構成される。リセット段階の前に、画素は、制御され、保持状態にされる。この保持状態は、図8Aに示されており、この図には、リセット段階の前の配置が示されている。この保持状態では、画素は、4つの粒子種のいかなる組み合わせを有しても良い。図8Aに示すように、行および列は、いずれも同じ電圧（R1＝R2＝C1＝C2）で駆動される。他の全ての画素についても同様である。

リザーバは、図8および9において、B（黒色）、M（マゼンタ）、Y（黄色）およびC(シアン)で符号付けされている。

図8および9には、他の電極に印加される電圧も示されている。Coは、他の奇数の列電極（すなわち、他の全ての画素のC1導体）に印加される電圧を表し、Ceは、他の偶数の列電極（すなわち、全ての他の画素のC2導体）に印加される電圧を表す。Roは、他の奇数の行電極（すなわち、他の全ての画素のR1導体）に印加される電圧を表し、Reは、他の偶数の行電極（すなわち、全ての他の画素のR2導体）に印加される電圧を表す。

他の画素にも、駆動される画素と同じ駆動条件が適用される場合、共通の駆動段階を使用することができることがわかる。

リセット段階では、全ての粒子が対応するリザーバの方に駆動される。これは、最初に、図8Bに示すように、粒子の極性により、両方のチャンバ内に粒子を分離することにより行われる。

以下の説明では、マゼンタおよび黄色の粒子が負に帯電されており、黒色およびシアンの粒子が正に帯電されていると仮定する。

第1の行電極の電圧が、第2の行の電圧よりも正（貴）である（R2＜R1）場合、負に帯電されたマゼンタの粒子は、第1の行電極により引き寄せられ、一方、正に帯電された黒色の粒子は、第2の行電極により引き寄せられる。第2の列電極が、第1の列電極よりも正である（C1＜C2）場合、正のシアンの粒子は、第1の列電極により引き寄せられ、一方、第2の列電極は、負の黄色の粒子を引き寄せる。

この分離段階では、粒子の面内移動が生じる。

黒色およびマゼンタの粒子をそのリザーバ内に保管するため、図8Cに示すように、第2の行は、第1の列よりも正にされる。第2の行R2と第1の列C1（のブランチ）の間の黒色のリザーバ内には、大きな電場（閾値を超える）が存在するようになり、これにより、黒色の粒子が、上部層内の第1の列電極のブランチの方に引き寄せられる。従って、粒子は、電極ブランチが配置されたそのリザーバの基部に向かって、縦に横断的に移動する。第2の列のブランチが、第1の行に比べて、十分に正にされた場合、マゼンタの粒子においても同様のことが成り立つ。

第1の行電極の電圧は、第2の行の電圧よりも正に維持されているため、画素の可視部分の黒色とマゼンタの粒子には、依然として、面内において分離する力が存在する。論理的帰結により、第2の列の電圧は、第1の列の電圧よりも大きく、従って、黄色およびシアンの粒子は、依然として分離された状態のままである。別の論理的帰結により、第2の列電圧は、第2の行電圧よりも高く、これにより、黄色の粒子が黄色のリザーバの外側に維持される。同様のことは、シアンの粒子にも成立する。

その結果、図8Cにおいて、全ての粒子は、上部層に向かって収集される。

次に、シアンおよび黄色の粒子が、それらのリザーバに保管される。これは、第1の行を、第1の列に比べて十分に負にし、第2の行を、第2の列に対して十分に正にすることにより行われる。これは、図8Dに示されている。第2の列電圧は、第1の列電圧を超えるように維持され、シアンおよび黄色の粒子は、分離したままとなる。

論理的帰結により、第2の行電圧は、第1の行電圧よりも十分に大きくなる。これは、黒色およびマゼンタの粒子の位置を反転させる傾向にある。しかしながら、黒色およびマゼンタの粒子は、既にそれらのリザーバに保管されているため、これらの粒子は、横方向に自由に移動することはできず、行電圧の差は、影響を及ぼさない。別の論理的帰結では、第2の行電圧は、第1の列電圧よりも十分に大きく、これにより、黒色の粒子がそのリザーバに維持されたまま、上部層の平面の方に移動する。同様のことは、マゼンタの粒子でも成立する。

最後に、全ての電圧が相互に等しくされ（例えば全てゼロ）、全ての粒子種が、それらのリザーバ内に維持される（ブラウン運動がリザーバ内で抑制されるため）。画素の可視部分は、依然として透明なままである。この保持状態は、図8Eに示されている。

このように、図8には、リセットステップが示されており、このステップでは、全ての粒子が、それぞれのリザーバの基部に維持される。

書き込み段階の間、それぞれの化学種の粒子は、順次、その（不可視）リザーバから、画素の可視部分に向かって移動する。

粒子を常に、そのリザーバ内に維持することが望ましい場合は、対応するステップは、単純にスキップされ、あるいは少ない粒子が望ましい場合、ステップは、単純に、より短い時間だけ適用される。その結果、適当な量の粒子を混合することにより、いかなる任意の色を形成することも可能となる。

図9Aには、図8Eに対応する保持状態を示す。

図9Bには、第1の列電圧を、第2の行電圧に比べて十分に大きくすることにより、黒色の粒子をそのリザーバから移動させることを示す。また、第1の行および第2の列電圧は、第2の行電圧と等しくなるように選定される。次に、黒色の粒子は、そのリザーバから出て、底部層の第2の行電極側に収集され、すなわちリザーバのアクセス表面の近傍に収集される。

この段階では、R1＝R2のため、黒色の粒子の面内移動は、生じない。

黒色の粒子のシフトは、閾値により、選定された画素に限定される。選定画素では、C1＞＞R2であり、閾値電圧を超える。しかしながら、他の画素の同じ列では、R2は、大きく、これらの画素では、C1＞R2となる。他の画素の同じ列では、C1は、小さく、これらの画素では、C1＞R1となる。従って、C1が特に高くR2が特に低い、一つの画素においてのみ、閾値を超える（「＞＞」は、閾値を超えることを表し、「＞」は、閾値を超えないことを表す）。

またシアンの粒子は、そのリザーバ内で、電気的力を受けるが、この場合、シアンの粒子は、リザーバ内に維持されるように誘導される。また、列電極の間には、電場があるが、上部層の可視部分に粒子が存在しないため、これは、影響を及ぼさない。

図9Cには、第2の列電圧を第1の行電圧よりも十分に小さく設定することにより、マゼンタの粒子を、そのリザーバから移動させることが示されている。黄色の粒子も、力を受けるが、これは、そのリザーバ内に維持される。

また、マゼンタの粒子のシフトは、閾値により、選定された画素に制限される。選定画素では、R1＞＞C2であり、閾値電圧を超える。しかしながら、他の画素の同一の列では、R1は、小さく、これらの画素では、R1＞C2である。他の画素の同じ行では、C2は、高く、これらの画素では、R1＞C2である。従って、R1が特に大きくC2が特に小さい、一つの画素しか、閾値を超えない。

このように、図9Bおよび9Cには、全てのリザーバの粒子が底部層に向かって移動することが示されている。底部層に移動する黒色とマゼンタの粒子の量を制御することにより、色の制御ができる。

図9Dの後続ステップにおいて、黒色およびマゼンタの粒子は、底部層の可視部分に広がる。これは、第2の行電圧を第1の行電圧よりも幾分正にすることにより行われる。第1および第2の列電圧は、第1の行電圧と等しくなるように選定される。従って、全てのリザーバ内の電場は、閾値を超えず、前の2つのステップの際にリザーバから放出された、黒色およびマゼンタの粒子のみが分散して広がる。粒子が画素全体にわたって十分に広がると、駆動段階は、図9Eの次のステップへと続行される。

図9Eには、リザーバの基部から表面への、シアンの粒子の移動が示されている。第1の列電極は、第1の行電極（および他の電極）に比べて、十分に負（卑）にされる。次に、正に帯電されたシアンの粒子は、そのリザーバの外側に引き寄せられ、第1の列電極の方に向かう。両方の行電極は、電圧が等しくなっているため、黒色およびマゼンタの粒子は、妨害されない。また、黒色のリザーバ内の電場は、閾値を超えるが、それにより、いかなる黒色の粒子も放出されない。

また、シアンの粒子のシフトは、閾値により、選定画素に限定される。選定画素では、R1＞＞C1であり、閾値電圧を超える。しかしながら、他の画素の同じ列では、R1は低く、これらの画素では、R1＞C1である。他の画素の同じ行では、C1は高く、これらの画素では、R1＞C1である。従って、R1が特に大きくC1が特に小さい、一つの画素のみが、閾値を超える。

同様に、図9Fに示すように、第2の列電圧を第2の行電圧（および他の電極）に比べて十分に大きく設定することにより、黄色の粒子が書き込まれる。次に、負の黄色の粒子が、そのリザーバから、第2の列電極に向かって放出される。同時に、リザーバ内のマゼンタの粒子が力を受けるが、この粒子は、内部に留まる。

また、黄色の粒子のシフトは、閾値により、選定画素に限定される。選定画素では、C2＞＞R2となり、閾値電圧を超える。しかしながら、他の画素の同じ列では、R2が大きく、これらの画素では、C2＞R2となる。他の画素の同じ行では、C2が小さく、これらの画素では、C2＞R2となる。従って、C2が特に大きくR2が特に小さい、一つの画素のみが、閾値を超える。

最後に、図9Gに示すように、第2の列電圧を、第1の列電圧（および他の電圧）よりも幾分低く設定することにより、シアンおよび黄色の粒子が、上部層の可視部分に広がる。粒子が十分に広がると、図9Ｈの保持状態において、全ての電圧が相互に等しくされる。

前述の手順により、4つの粒子種を独立に制御することにより、個々の画素を制御することができる。

以上、単一の画素を構成し、これを駆動する方法について説明した。これは、単に、全ての構造を配列状に繰り返すことにより、複数の画素に拡張することができる。N×Mの画素の場合、2Nの列電極と2Mの行電極が必要となる。各単一画素をアドレス処理する、完全な柔軟性が補償される。

フル画素配列の書き込み段階は、ディスプレイ内の全ての画素において、黒色およびマゼンタのデータが書き込まれるように分割されることが好ましい。その後、全ての画素のこれらの2つの色に対して、単一の共通分散（spreading）段階が続く。次に、ディスプレイ内の全ての画素において、黄色およびシアンのデータが書き込まれ、その後、全ての画素のこれらの2つの色に対して、単一の共通分散段階が行われる。

特に、この場合、書き込み段階は、各画素に対して実施される必要があるのに対して、分散段階は、並列に実施され得る。これは、図8および9に示す「他の電極」の電圧条件から、明らかである。

前述の例では、画素の各行は、専用の行導体組を有し、画素の各列は、専用の列導体組を有する。

別の実施例では、隣接する画素の行および列電極は、図10に示すように共有されても良い。この図には、2×2画素の領域が示されている。

これは、N×Mの画素において、Nの列電極およびMの行電極のみが必要となる点で、有意である。これは、最小限の電極で行うことができる。また、平行に延在する行および列の間で、短絡のリスクが軽減される。

電極の共有化の結果、解像度が低下する。しかしながら、これは、単純に2分の1にはならない。なぜなら、異なる粒子種に対して、共有画素が異なるからである。4×4の画素配列の場合、共有行電極R1、R2、R3、および共有列電極C1、C2、C3が使用される。中間の2×2画素では、同じ黄色の強度が共有される。シアン、マゼンタおよび黒の場合、これは、2×2画素の異なる組となり、この構成は、概略的に図11に示されている。図11には、画素の色の四角形が示されており、これは、各色に対して、独立して駆動することはできない。適当な画像処理により、得られる見かけの解像度は、単一画素と2×2画素配列の中間となり、解像度の損失は、行および列導体の省略分よりも少なくなる。

前述のように、駆動手順は、「リセット」段階と、「書き込み」段階とで構成される。

画素の配列の場合、「リセット」段階は、全ての画素で同時に実施され、これは、図8から明らかであり、全ての他の画素の駆動条件は、リセットされる画素の条件と同様である。

「書き込み」段階は、行毎（または列毎）に行われる。

重大なステップは、選定位置においてのみ、適正な粒子種を、そのリザーバから放出することである。これは、他の3つとは大きく異なる（4つの関連電極の中から）適当な電極を設定することにより行われ、この場合、適当なリザーバ内で発生した電場は、閾値を超え、放出に有効な方向を有する。他の全ての行および列電極は、この閾値を超えない。

例えば、閾値電圧が10Vであると仮定する。画素のあるラインに、黒色の粒子を書き込むため、2つの隣接する行電極を、−6Vに設定し、他の全ての行電極を0Vにするとともに、全ての偶数（マゼンタ）の列を、−6Vに設定する。C1での駆動電圧は、＋6Vである。

従って、図9Bを参照すると、10Vの閾値を使用した場合、電圧は、C2＝R1＝R2＝−6V、C1＝6V、Re＝Ro＝Ce＝Co＝0Vとなる。

これらの奇数（黒色）の列では、＋6Vが設置され、選定ラインと交差する画素には、黒色が書き込まれる（その場所のみが10Vの閾値を超えるため）。他の奇数（黒色）の列には、0Vが設置され、書き込みは行われない。

次に、行R1およびR2を＋6Vに設置し、奇数（黒色）の列を＋6Vとし、偶数（マゼンタ）の列を所望の−6Vまたは0Vとすることにより、行毎に、これがマゼンタに対して繰り返される。この場合、図9Cを参照すると、C1＝R1＝R2＝6V、C2＝−6V、Re＝Ro＝Ce＝Co＝0Vとなる。

全ての所望の黒色およびマゼンタのリザーバが空になると、偶数の行を＋6Vに設定し、全ての他の電極を0Vにすることにより、黒色およびマゼンタの粒子は、全ての画素に対して、同時に広がる。この場合、図9Dを参照すると、R2＝Re＝6V、R1＝Ro＝C1=C2＝Co＝Ce＝0Vとなる。

その後、同様の方法により、行毎に、所望のシアンおよび黄色の粒子が、そのリザーバから放出されると同時に、これらが画素全体に広がる。

最後に、書き込み画像を維持するため、全ての行および列が0Vに設定され、この場合、いかなる電力損失も生じない。この場合、図9Hを参照すると、保持電圧は、R1＝R2＝C1=C2＝Re＝Ro＝Ce＝Co＝0Vとなる。

本発明では、高輝度のフルカラー低電力ディスプレイを形成することが可能となる。本発明は、特に、電子ペーパ、信号標識、および広告掲示用途に適しているが、本発明は、価格タグのような小型ディスプレイにも使用することができる。

当業者には、各種変更は明らかである。

Claims (20)

1. 表示画素の行および列の配列を有する電気泳動式表示装置であって、
   各画素は、第1および第2の行電極と、第1および第2の列電極とを有し、
   前記第1の列電極は、前記第1の行電極と重複するブランチを有し、
   前記第1の行電極は、前記第2の列電極と重複するブランチを有し、
   前記第2の列電極は、前記第2の行電極と重複するブランチを有し、
   前記第2の行電極は、前記第1の列電極と重複するブランチを有し、
   前記4つのブランチ／電極の重複部の間には、各粒子リザーバが配置され、前記各ブランチ／電極組により、前記各粒子リザーバと対応する粒子の移動が制御され、
   前記リザーバは、前記画素の視認領域の外側に領域を定め、
   各画素は、前記視認領域内に、第1および第2の粒子チャンバを有し、該第1および第2の粒子チャンバは、相互に積層され、
   一つの粒子チャンバは、前記リザーバの2つに接続され、他の粒子チャンバは、前記リザーバの他の2つに接続されることを特徴とする電気泳動式表示装置。
2. 各粒子リザーバに対応する前記粒子の前記移動は、閾値電圧挙動を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
3. 粒子チャンバと対応する前記リザーバの一つの中の前記粒子は、正に帯電された粒子を有し、
   同じ粒子チャンバに対応する他のリザーバ中の前記粒子は、負に帯電された粒子を有することを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
4. 前記第1および第2の行電極により、前記粒子チャンバの一つに対応する前記2つのリザーバの粒子の前記移動が制御され、
   前記第1および第2の列電極により、前記他の粒子チャンバと対応する前記2つのリザーバの粒子の前記移動が制御されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の装置。
5. 前記第1および第2の行電極のブランチにより、閾値を用いて、前記他の粒子チャンバと対応する前記2つのリザーバ内の粒子の前記移動が制御され、
   前記第1および第2の列電極のブランチにより、閾値を用いて、前記一つの粒子チャンバに対応する前記2つのリザーバ内の粒子の前記移動が制御されることを特徴とする請求項4に記載の装置。
6. 前記閾値は、前記リザーバの基部と前記各電極のブランチの間の層により提供されることを特徴とする請求項5に記載の装置。
7. リザーバと粒子チャンバの間の前記粒子の移動は、実質的に水平であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の装置。
8. 前記リザーバは、粒子移動の前記水平な平面からの粒子を保管することを特徴とする請求項7に記載の装置。
9. 前記粒子は、吸収性粒子を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載の装置。
10. 一つのリザーバに対応する前記粒子は、シアンの粒子を有し、別のリザーバに対応する前記粒子は、マゼンタの粒子を有し、別のリザーバに対応する前記粒子は、黄色の粒子を有し、前記他のリザーバに対応する前記粒子は、黒色の粒子を有することを特徴とする請求項9に記載の装置。
11. 各画素は、前記2つの行電極と、前記2つの列電極により区画されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載の装置。
12. 各画素は、前記2つの行電極のブランチと前記2つの列電極のブランチにより、実質的に区画されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一つに記載の装置。
13. 前記電極は、不透明であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の装置。
14. 前記電極は、黒色であることを特徴とする請求項13に記載の装置。
15. 各行および列電極は、2つの隣接する画素の間で共有されることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一つに記載の装置。
16. 電気泳動式表示装置を駆動する方法であって、
    前記電気泳動式表示装置は、表示画素の行および列の配列を有し、各画素は、4つの異なる粒子種用の4つの粒子リザーバと、第1および第2の行導体と、第1および第2の列導体とを有し、
    前記第1の列導体は、前記第1の行導体と重複するブランチを有し、
    前記第1の行導体は、前記第2の列導体と重複するブランチを有し、
    前記第2の列導体は、前記第2の行導体と重複するブランチを有し、
    前記第2の行導体は、前記第1の列導体と重複するブランチを有し、
    前記リザーバは、前記画素の視認領域の外側に領域を定め、
    各画素は、前記視認領域内に、第1および第2の粒子チャンバを有し、該第1および第2の粒子チャンバは、相互に積層され、
    一つの粒子チャンバは、前記リザーバの2つに接続され、他の粒子チャンバは、前記リザーバの他の2つに接続され、
    当該方法は、
    全ての粒子種を各自のリザーバ内に駆動させることにより、前記表示画素をリセットするステップと、
    前記第1の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバのアクセス表面に向かって移動させ、前記第2の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバのアクセス表面に向かって移動させるステップであって、前記粒子の移動は、画素に対して実施されるステップと、
    前記第1および第2の粒子種の粒子を、第1のチャンバ内に分散させるステップであって、前記分散は、全ての画素に対して並列に実施され、前記リザーバの前記アクセス表面から、前記画素の視認領域への、粒子の水平移動が提供される、ステップと、
    前記第3の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバのアクセス表面に向かって移動させ、前記第4の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバのアクセス表面に向かって移動させるステップであって、前記粒子の移動は、画素に対して実施されるステップと、
    前記第3および第4の粒子種の粒子を、第2のチャンバ内に分散させるステップであって、前記分散は、全ての画素に対して並列に実施され、前記リザーバの前記アクセス表面から、前記画素の視認領域への、粒子の水平移動が提供される、ステップと、
    を有する方法。
17. さらに、前記行および列導体に、保持電圧を印加するステップを有することを特徴とする請求項16に記載の方法。
18. 粒子を移動させるステップは、行および列導体に、電圧を印加するステップを有し、
    選定画素のみにおいて、行および列導体組の間が閾値電圧を超え、前記リザーバの一つは、前記行および列導体組の間に配置されることを特徴とする請求項16または17に記載の方法。
19. 前記表示画素をリセットするステップは、
    前記4つの粒子種の粒子を、前記画素の前記視認領域から、各自のリザーバの前記アクセス表面に向かって、水平に移動させるステップと、
    前記各自のリザーバ内の前記第1および第2の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバの基部表面に向かって、移動させるステップと、
    前記各自のリザーバ内の前記第3および第4の粒子種の粒子を、前記各自のリザーバの基部表面に向かって移動させるステップと、
    を有することを特徴とする請求項16乃至18のいずれか一つに記載の方法。
20. さらに、前記行および列導体に、保持電圧を印加するステップを有することを特徴とする請求項19に記載の方法。

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