JP4061863B2 - 画像表示装置及び表示駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置及び表示駆動方法に係り、特に、繰り返し書き換えが可能な画像表示装置及び表示駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、繰り返し書換え可能な表示媒体として、Twisting Ball Display（２色塗分け粒子回転表示）、電気泳動式表示媒体、磁気泳動式表示媒体、サーマルリライタブル表示媒体、メモリ性を有する液晶表示媒体などが提案されている。
【０００３】
前記表示媒体のうち、サーマルリライタブル表示媒体や、メモリ性を有する液晶表示媒体などは、画像のメモリ性には優れるが、バックグランド（背景）を紙のような十分な白さにすることができないため、画像を表示した場合に画像部と非画像部のコントラストが小さく、鮮明な表示を行うことが困難であった。
【０００４】
また、電気泳動及び磁気泳動を利用した表示媒体は、例えば電界あるいは磁界によって移動可能な着色粒子を白色液体中に分散させたものであり、画像部は着色粒子を表示面に付着させて着色粒子の色を表示し、非画像部では着色粒子を表示面から除去して、白色液体により白を表示することで画像を形成するものである。着色粒子の移動は電界あるいは磁界の作用がないと起こらないため、表示のメモリ性を有する。
【０００５】
しかしながら、これらの方式では、白色液体による白表示性は優れるものの、着色粒子の色を表示する場合は、着色粒子同士の隙間に白色液体が入り込むため、表示濃度が低下してしまう。従って、画像部と非画像部のコントラストが小さくなり、鮮明な表示を得ることが困難であった。また、これらの表示媒体の中には白色液体が封入されているため、表示媒体を画像表示装置から取り外して紙のようにラフに取り扱った場合、白色液体が表示媒体から漏出するおそれがある。
【０００６】
また、Twisting Ball Displayは、半面を白に、残りの反面を黒に塗分けた球状粒子を電界の作用によって回転駆動させ、例えば画像部は黒面を表示面側に、非画像部では白面を表示面側にするように電界を作用させて表示を行うものである。これによれば、電界の作用がない限り粒子は回転駆動を起こさないため、表示のメモリ性を有する。また、表示媒体の内部は、粒子周囲のキャビティにのみオイルが存在するが、ほとんど固体状態であるため、表示媒体のシート化なども比較的容易である。
【０００７】
しかしながら、この方式では、粒子の回転を完全に行うことが難しく、回転が完全に行われなかった粒子によってコントラストが低下してしまうため、鮮明な表示画像を形成することが困難である。また、仮に白く塗分けられた半球面を表示側に完全に揃えた場合でも、キャビティ部における光吸収や光散乱によって、紙のような白表示を行うことは難しく、結果的に鮮明な表示画像を得ることが困難であった。さらに、粒子サイズは画素サイズよりも小さいサイズであることが要求されるため、高解像度表示のためには色が塗り分けられた微細な球状粒子を製造しなければならず、高度な製造技術を要する、という問題もあった。
【０００８】
また、最近では完全固体型の表示媒体として、粉体トナーなどの着色粒子を一対の基板間に封入した構成の表示媒体が幾つか提案されている。例えば、Japan Hardcopy,'99論文集,p249-p252、Japan Hardcopy,'99 fall予稿集,p10-p13、特開2000−347483に記載されている表示媒体や、特開２００１−３３８３３号公報に記載されている表示媒体等である。
【０００９】
これらの表示媒体は、透明な表示基板と、これと微小間隙をもって対向する背面基板との間に、導電性の着色トナー（例えば黒トナー）と絶縁性の着色粒子（例えば白色粒子）を封入した構成となっている。表示基板及び背面基板には電極が形成されており、各基板の内面は一方の極性の電荷（例えば正孔）のみを輸送する電荷輸送材料でコートされている。
【００１０】
これらの基板間に電圧を印加すると、導電性の黒トナーのみに正孔が注入され、黒トナーは正に帯電して、基板間に形成された電界に応じて白色粒子を押し分けながら基板間を移動する。ここで、黒トナーを表示基板側に移動させると黒表示が行われ、黒トナーを背面基板側に移動させると、白色粒子による白表示が行われる。従って、画像情報に応じて基板間に電圧を印加し、黒トナーを任意に移動させることによって、白黒の画像表示を行うことができる。
【００１１】
これらの着色粒子を用いた表示媒体によれば、電界が作用しない限り粒子は移動しないため表示のメモリ性を有し、また、表示媒体が全て固体で構成されているため液漏れの問題も発生しない。そして、２種類の着色粒子（例えば白粒子と黒粒子）によるコントラストの高い画像表示を行うことが可能である。
【００１２】
また、本発明者等が提案した特願２０００−１６５１３８号に記載された表示媒体は、透明な表示基板と、これと微小間隙をもって対向する背面基板との間に、色及び帯電特性が異なる２種類の着色粒子群を封入した構成となっており、２種類の着色粒子群はそれぞれ逆の極性に帯電するような粒子を選択している。従って、この表示媒体の基板間に電界を形成すると、２種類の着色粒子群はそれぞれ別々の基板側に移動し、画像情報に応じて基板間に電圧を印加すれば、コントラストの高い鮮明な画像表示を行うことが可能である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したような着色粒子を一対の基板間に封入した構成の表示媒体では、画像表示を繰り返していくうちに粒子同士が徐々に付着凝集し、ドット状の表示欠陥が発生してしまう、という問題があった。
【００１４】
また、基板間の間隙を保持すると共に基板間を複数に区切られたセルに分割する間隙部材を設けた構成のものでは、粒子が間隙部材に徐々に付着してしまい、駆動可能な粒子の不足による表示コントラストの低下や、間隙部材に付着した粒子が表示欠陥を引起こしてしまう、という問題があった。
【００１５】
また、前記したような表示媒体を縦置きで使用した場合、着色粒子が基板間に形成された電界に応じて基板間を移動する際、重力の作用によって元にいた位置よりもわずかに下方向へ移動するため、表示切替えを繰り返し行うと着色粒子は徐々に下方向に落下してしまい、最終的には表示不能となってしまう、という大きな問題があった。
【００１６】
なお、基板間に間隙を保持すると共に基板間を複数に区切られたセルに分割する間隙部材を設けた構成のものでは、セルのサイズを小さくすれば、着色粒子の重力方向への移動を実質的に問題無いレベルに抑えることが可能であるが、セルのサイズを小さくすると表示面の実際の表示面積（着色粒子が封入されて実際に表示を行う部分の面積）に対する間隙部材の面積の比率が大きくなり、結果的に表示コントラストを低下させてしまう、という問題があった。
【００１７】
本発明は、上記事実に鑑みて成されたものであり、着色粒子を一対の基板間に封入した構成の表示媒体に対して、繰り返し表示を行っても着色粒子の凝集体の発生を防止することができ、セルを形成した表示媒体に対しては、着色粒子がセルを構成する間隙部材へ付着凝集するのを防止することが可能な画像表示装置及び表示駆動方法を提供することを第１の目的とする。
【００１８】
また、着色粒子を一対の基板間に形成したセルに封入した表示媒体を、重力方向に立てて使用する際に、基板間に形成したセルのサイズを従来の表示媒体のように小さくしなくても、着色粒子の落下を防止すると共に落下した場合でも復帰させることが可能であり、表示コントラストを高く維持することが可能な画像表示装置及び表示駆動方法を提供することを第２の目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられた一対の電極と、前記一対の基板間に形成された電界により前記一対の基板間を移動可能に気体と共に封入されると共に、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群と、を備え、且つ表示面が水平方向に対して平行となるように配置された画像表示媒体と、前記一対の電極に、前記複数種類の粒子群が移動可能な周波数が２０Ｈｚ以上でかつ２０ｋＨｚ以下の交番電圧であって、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも低い交番電圧を含み且つ前記粒子群の凝集及び付着を防止可能な交番電圧である初期化駆動電圧を印加した後、前記表示駆動電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
表示面が水平方向に対して平行となるように配置された画像表示媒体を構成する一対の基板の間には、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群が気体と共に封入されている。一対の基板の各々には、一対の電極が設けられている。この一対の電極は、一対の基板の対向面側に設けてもよいし、一対の基板の外側に設けてもよいし、基板の中に設けてもよい。この一対の基板間に電界を発生させることにより、粒子の帯電極性に応じて色の異なる粒子を基板間で移動させることができ、画像を表示させることができる。なお、一対の基板は、少なくとも一方が例えば透明、半透明、有色透明の何れかである絶縁性の樹脂等の誘電体で構成することができる。また、粒子は絶縁性の粒子の他、導電性、正孔輸送性、電子輸送性等の粒子を用いることができる。
【００２１】
粒子は粒子径や帯電量にばらつきがあり、これらに起因して粒子が基板間に形成された電界から受ける静電的な駆動力にばらつきが発生する。また、粒子と基板の付着状態や隣接粒子間の接触状態によっても、同一電界下における粒子の移動のしやすさが異なる。従って、基板間に電界を印加すると、動きやすい粒子は移動するが、動きにくい粒子は基板や隣接する粒子と付着したまま移動せず、表示を繰返すうちに動きにくい粒子が凝集体を形成してしまう。
【００２２】
そこで、電圧印加手段は、一対の電極に、複数種類の粒子群が移動可能な周波数が２０Ｈｚ以上でかつ２０ｋＨｚ以下の交番電圧であって、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも低い交番電圧を含み且つ前記粒子群の凝集及び付着を防止可能な交番電圧である初期化駆動電圧を印加した後、前記表示駆動電圧を印加する。この交番電圧の印加は、例えば画像表示を切り替える毎に初期化駆動として行う。
【００２３】
基板間に交番電界を形成すると、移動しやすい粒子は基板間を往復運動させられ、この粒子が動きにくい粒子に衝突することで、動きにくい粒子も基板との付着や隣接する粒子との付着から解離されて移動することができるようになり、その結果、粒子の凝集体の発生を防止することができる。また、粒子の凝集体が既にできてしまった後でも、凝集していない粒子が往復運動しながら凝集体に繰り返し衝突することによって凝集体を解離させることができる。
【００２４】
ここで重要なのは交番電界の切替え周波数であり、単純に交番電界を印加すれば前述したような効果が得られるわけではない。
【００２５】
そこで、前記周波数は、２０Ｈｚ以上でかつ２０ｋＨｚ以下とする。
【００２６】
交番電界の周波数が２０Ｈｚより低いと、粒子は電界によって対向基板に移動して基板に一度付着安定し、それから逆方向の電界によって対向基板への移動を再度開始する。これは表示の切替えを素早く繰り返している状態と同一であるため、逆に粒子の凝集を加速してしまい、表示欠陥の発生が顕著になってしまう。
【００２７】
また、交番電界の周波数が２０ｋＨｚより高いと、粒子の移動が電界の切替え速度に追従できなくなり、粒子の移動量が極端に低下してしまうため、粒子の衝突による前述したような粒子凝集防止効果が得られなくなり、さらには運動量を失った粒子が逆に凝集体を形成しやすくなってしまう。
【００２８】
従って、基板間に形成する交番電界の周波数は、粒子が基板間を連続して良好に往復運動させるように設定する必要があり、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの周波数に設定する。
【００２９】
基板間に交番電界を形成するための初期化駆動電圧を印加するタイミングとしては、画像表示を行う表示駆動電圧を印加する前でも、表示駆動電圧を印加した後でもよい。但し、表示駆動を行った後、長い時間表示を行わなかった場合は、表示駆動電圧を印加する前に初期化駆動を行うことが好ましい。これは、長い間表示を行わないと、粒子の種類によっては帯電量が若干低下するものもあり、表示駆動を行う前に初期化駆動を行うと、粒子同士あるいは粒子と基板との衝突による摩擦帯電によって粒子の帯電量を復帰させる効果が同時に得られるためである。
【００３０】
また、初期化駆動電圧は表示面全面に同時に印加してもよいし、各電極毎に印加してもよいが、前者のように表示面全面に同時に印加する方が望ましい。これは、画像表示媒体の一部の電極のみに交番電界を形成する電圧を印加すると、電圧が印加された電極部の粒子が往復運動しながら横方向にも移動してしまうため、画像表示媒体内で粒子の偏在が発生する恐れがあるためである。表示面全面に同時に初期化駆動を行うことによって表示面内で均一な初期化駆動を確実に行うことができる。
また、前記電圧印加手段は、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも低い交番電圧を含み且つ前記粒子群の凝集及び付着を防止可能な交番電圧を前記一対の電極に印加する。
これは、前述したように、初期化駆動が粒子の往復運動による機械的な衝突力を利用しており、これに起因する画像表示媒体の劣化が懸念されるためである。
初期化駆動時は、交番電界によって往復運動する粒子の機械的な衝突によって、粒子が移動しやすい状態を形成できるため、画像表示を行うための表示駆動電圧より低い電圧でも初期化駆動を良好に行うことができる。このように、画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも低い交番電圧を含み且つ粒子群の凝集及び付着を防止可能な交番電圧を一対の電極に印加することにより、初期化駆動時の粒子同士又は粒子と基板との衝突力を低減させることによって、初期化駆動による画像表示媒体の劣化をより低減することができる。
【００３１】
請求項３記載の発明は、前記画像表示媒体は、前記一対の基板の間隙を所定間隔に保持すると共に、前記一対の基板間を複数のセルに分割する間隙部材をさらに備え、前記電圧印加手段は、前記セル毎に前記交番電圧を印加することを特徴とする。
【００３２】
このように、間隙部材によって複数のセルに分割された構成の場合、間隙部材に粒子が付着してしまう場合があるが、前述したように、一対の電極に所定の交番電圧を印加することにより、高速に往復運動する粒子の機械的な衝突によって、粒子の凝集を防止することができると共に、間隙部材への粒子の付着を効果的に防止することができる。
【００３３】
なお、交番電界の切替え周波数が２０Ｈｚより低かったり、２０ｋＨｚを超えると、前述したのと同様に、粒子の衝突による粒子凝集防止効果が得られなくなり、セルを形成する間隙部材への粒子付着も逆に顕著になってしまう。
【００３４】
また、初期化駆動電圧は表示面全面に同時に印加してもよいし、各セル毎に印加してもよいし、各電極毎に印加してもよいが、少なくとも１つ以上のセル単位で初期化駆動を行うようにすることが望ましい。これは、例えば複数の電極が１つのセルに対応しているような場合、セル内の一部の電極のみに交番電界を形成する電圧を印加すると、前述したように電圧が印加された電極部の粒子が往復運動しながら横方向にも移動してしまうため、セル内で粒子の偏在が発生する恐れがあるためである。これに対し、少なくとも１つ以上のセル単位で初期化駆動を行うようにすれば、セル内で均一な初期化駆動を確実に行うことができ、表示面全面で均一な初期化駆動を確実に行うことができる。
【００３５】
さらに、一対の基板にそれぞれ形成された各電極が、表示画像を形成する際の個々の画素と対応し、さらに各画素に対応する各電極が各セルに対応しているような画像表示媒体を使用する場合、各セルに対応する画素電極毎に初期化駆動を行うようにすれば、初期化駆動電圧を表示駆動電圧と合わせて一つの駆動電圧とすることができ、特別に初期化駆動のシーケンスを設ける必要がなくなる。また表示の切替え時に、表示面全面に同時に初期化駆動電圧を印加した場合に観察される表示面のちらつきがなくなり、連続的に表示の切替えを行うことができる。
【００３６】
請求項２記載の発明は、一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられた一対の電極と、前記一対の基板間に形成された電界により前記一対の基板間を移動可能に気体と共に封入されると共に、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群と、を備え、且つ表示面が水平方向に対して傾くように配置された画像表示媒体と、前記一対の電極に、前記複数種類の粒子群が移動可能な周波数が５０Ｈｚ以上でかつ１０ｋＨｚ以下の交番電圧であって、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも高い交番電圧を含み且つ前記粒子群の落下を防止可能な交番電圧である初期化駆動電圧を印加した後、前記表示駆動電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３７】
本発明者は、画像表示媒体を傾けて、例えば縦置きで使用し、画像の繰り返し表示を行い、重力によって着色粒子が落下してしまった状態で、画像表示媒体に高周波の交番電界を印加すると、落下して底部に堆積した着色粒子が上方向に拡散され、ある一定の高さまで表示状態を復帰できることを確認した。また、前述した画像表示媒体を縦置きで繰り返し表示を行っている最中に、適当な間隔で高周波の交番電界を印加することによって、着色粒子の落下をある一定の高さで止め、この表示高さを維持できることを確認した。
【００３８】
ここで重要なのが、やはり交番電界の切替え周波数であり、前述したような粒子の拡散効果が得られるのは交番電界の周波数が２０Ｈｚから２０ｋＨｚであるが、有効な効果が得られるのは５０Ｈｚから１０ｋＨｚであり、特に１００Ｈｚから３ｋＨｚとすることがより好ましい。このとき、初期化駆動として高周波の交番電界を作用させたときの表示高さ（画像表示媒体の最下部から最上部にある粒子までの高さ）は、交番電界を作用させなかった場合の表示高さの数倍から十数倍の高さを達成することが可能である。従って、前記表示媒体の表示面を水平方向と傾けて使用する場合、この周波数範囲の交番電界を初期化駆動として印加することによって粒子の重力による偏りを効果的に防止することができる。
【００３９】
また、基板間に形成する各セルのサイズを、高周波の交番電界を印加することによって粒子を拡散できるサイズに設定すれば、画像表示媒体を縦置きで使用しても粒子の落下を完全に防止することができる。このとき、初期化駆動として高周波の交番電界を印加することによって、粒子を拡散できるセルのサイズを従来方式の数倍から数十倍にすることができるため、セルの微細化に伴う表示コントラストの低下がほとんどなく、画像表示媒体を縦置きで使用しても高い表示コントラストを達成することができる。
また、電圧印加手段は、前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも高い交番電圧を含み且つ前記粒子群の落下を防止可能な交番電圧を前記一対の電極に印加する。
すなわち、初期化駆動電圧を画像表示を行うための表示駆動電圧よりも高くすると、より大きな衝突力が得られるため、画像表示媒体を傾けて使用する場合には、表示駆動電圧よりも高い交番電圧を含み且つ粒子群の落下を防止可能な交番電圧を一対の電極に印加する。これにより、粒子をより上方へ拡散させることができるため、粒子が重力の作用により下方に堆積してしまうのをより効果的に防ぐことができる。
ただし、初期化駆動電圧を高くして粒子の衝突力を増大させた分、前述したように画像表示媒体の劣化を加速させる恐れがあるため、請求項４に記載したように、複数回の画像表示切り替え毎に初期化駆動を行うのが好ましい。
【００４０】
このように、初期化駆動で印加する電圧は、必ずしも画像表示切替え毎に印加する必要はなく、請求項４に記載したように、前記電圧印加手段は、前記画像表示媒体の画像切り替えを複数回行う毎に、前記一対の電極に前記交番電圧を印加するようにしてもよい。
【００４１】
すなわち、粒子の凝集体の形成や間隙部材への付着及び粒子の重力による落下等は表示駆動毎に徐々に進行し、数回から数十回の表示切替えであればこれらが表示欠陥として認識されないため、表示切り替えを例えば数回または数十回行う毎に交番電圧を印加する。このように、表示欠陥として認識される前に初期化駆動を行うことにより、表示欠陥が認識されるのを未然に防ぐことができる。
【００４２】
また、初期化駆動は、粒子の往復運動による機械的な衝突力を利用しているため、粒子同士あるいは粒子と基板との衝突により、粒子及び基板表面の変形や摩耗が進行する恐れがある。また、これらによる粒子や基板の機械的あるいは電気的な特性の変化及びそれらに起因した表示特性の劣化が懸念される。
【００４３】
従って、初期化駆動は必要最小限に抑えた方が好ましく、請求項４に記載したように複数回の画像表示切替え毎に初期化駆動を行うようにすれば、初期化駆動回数が低減されるため、画像表示媒体の劣化をより低減することができる。
【００５０】
また、請求項５に記載したように、前記電圧印加手段は、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも低い交番電圧及び前記表示駆動電圧よりも高い交番電圧を所定の割合で前記一対の電極に印加するようにしてもよい。
【００５１】
例えば、通常は表示駆動電圧よりも低い交番電圧で初期化駆動を行い、何回かに１回の割合で表示駆動電圧より高い交番電圧で初期化駆動を行うようにする。これにより、初期化駆動による画像表示媒体の劣化を極力抑えつつ、粒子の凝集体の発生防止や間隙部材への付着防止を効果的に行うことができ、画像表示媒体を縦置きで使用する場合のセルサイズの確保をより効果的に行うことができる。
【００５２】
また、請求項６に記載したように、前記電圧印加手段は、前記交番電圧に所定の直流電圧を重畳させた交番電圧を前記一対の基板に印加するようにしてもよい。
【００５３】
すなわち、粒子が材質や構成によって帯電量や基板との付着力などが異なり、粒子の種類によって動きやすさが異なるため、交番電圧に直流電圧を重畳させることにより印加する交番電圧の強度を使用する粒子各々の動きやすさに合わせる。これにより、より安定した初期化駆動が可能になる。
【００５４】
また、請求項７に記載したように、前記電圧印加手段は、前記交番電圧のデューティを変更する変更手段を含むようにしてもよい。
【００５５】
このように、デューティを粒子に合せて適宜変更することにより、請求項９と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
請求項８記載の発明は、一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられた一対の電極と、前記一対の基板間に形成された電界により前記一対の基板間を移動可能に気体と共に封入されると共に、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群と、を備え、且つ表示面が水平方向に対して平行となるように配置された画像表示媒体の表示駆動方法であって、前記一対の電極に、前記複数種類の粒子群が移動可能な周波数が２０Ｈｚ以上でかつ２０ｋＨｚ以下の交番電圧であって、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも低い交番電圧である初期化駆動電圧を印加した後、前記表示駆動電圧を印加することを特徴とする。
請求項９記載の発明は、一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられた一対の電極と、前記一対の基板間に形成された電界により前記一対の基板間を移動可能に気体と共に封入されると共に、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群と、を備え、且つ表示面が水平方向に対して傾くように配置された画像表示媒体の表示駆動方法であって、前記一対の電極に、前記複数種類の粒子群が移動可能な周波数が５０Ｈｚ以上でかつ１０ｋＨｚ以下の交番電圧であって、前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも高い交番電圧である初期化駆動電圧を印加した後、前記表示駆動電圧を印加することを特徴とする。
【００５７】
これにより、粒子の凝集を防止することができると共に、コントラストの高い表示を行うことが可能となる。
【００５８】
なお、コンピュータに、一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられた一対の電極と、前記一対の基板間に形成された電界により前記一対の基板間を移動可能に封入されると共に、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群と、を備えた画像表示媒体の前記一対の電極に、前記複数種類の粒子群が移動可能な周波数の交番電圧を印加する処理を実行させるプログラムにより、上記の処理を行うことができる。また、このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。
【００５９】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１には、画像表示装置１０の概略構成を示した。
【００６０】
画像表示装置１０は、画像表示媒体１２、電圧印加装置１４、及び制御装置１６で構成されている。画像表示媒体１２は、画像が表示される側の透明な表示基板１８と、これと微小間隙をもって対向する背面基板２０との間に、黒色粒子２２及び白色粒子２４とが封入された構成となっている。
【００６１】
表示基板１８は、基板２６、電極２８、及び表面コート層３０が積層された構成である。なお、電極２８は透明な電極材料で構成される。背面基板２０は、基板３２、電極３４、及び表面コート層３６が積層された構成である。
【００６２】
表示基板１８に形成された電極２８は電圧印加装置１４と接続され、背面基板２０に形成された電極３４は接地されている。電圧印加装置１４は、制御装置１６と接続されている。制御装置１６は、図示しないＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を含んで構成される。
【００６３】
なお、基板２６、３２は本発明の一対の基板に相当し、電極２６、３４は本発明の一対の電極に相当し、黒色粒子２２及び白色粒子２４は本発明の複数種類の粒子群に相当し、電圧印加装置１４は本発明の電圧印加手段に相当する。
【００６４】
電圧印加装置１４は、制御装置１６から指定された電圧値の直流電圧または指定された周波数及び電圧値の交番電圧を電極２８に印加する。
【００６５】
制御装置１６の指示により電圧印加装置１４が電極２８に所定の電圧を印加することにより黒色粒子２２及び白色粒子２４を表示基板１８側又は背面基板２０側に各々移動させることができる。電極２８及び電極３４を例えば単純マトリクス構造又はアクティブマトリクス構造の電極とし、表示させたい画像に応じて各部に電圧を印加することにより画像表示させることができる。また、画像表示媒体１２を１画素とし、これを複数固並べて配置し、画像に応じて各画像表示媒体を黒色表示又は白色表示させることにより画像表示させることもできる。
【００６６】
表示基板１８の基板２６及び電極２８として、一例として５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．１ｍｍ（縦×横×厚さ）の透明なＩＴＯ電極付き７０５９ガラス基板を採用することができる。ＩＴＯガラス基板の、粒子と接する側（ＩＴＯ電極側）の表面は、透明なポリカーボネート樹脂（三菱ガス化学社製、ＰＣ−Ｚ）を厚さ約５μｍに塗布することにより表面コート層３０を形成することができる。
【００６７】
また、背面基板２０の基板３２及び電極３４として、一例として５０mm×５０mm×３ｍｍ（縦×横×厚さ）のエポキシ基板に銅薄膜を形成したものを採用することができる。また、エポキシ基板の粒子と接する側（銅薄膜側）の表面は、ポリカーボネート樹脂を厚さ約５μmに塗布することにより表面コート層３６を形成することができる。
【００６８】
表示基板１８と背面基板２０との間は、所定間隔を維持するように間隙部材３８により規制されている。間隙部材３８は、一例として５０mm×５０mm×０．３mm（縦×横×厚さ）のシリコンゴムシートの中央部を４０mm×４０mmの正方形の形状に切り抜いて空間を形成したものを採用することができる。
【００６９】
黒色粒子２２は、一例としてアミノプロピルトリメトキシシラン処理したアエロジルＡ１３０微粉末を、重量比１００対０．２の割合で混合した体積平均粒径２０μmのカーボン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状黒色粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーＭＢＸ−ブラック）を使用し、白色粒子２４は、一例としてイソプロピルトリメトキシシラン処理したチタニアの微粉末を、重量比１００対０．１の割合で混合した体積平均粒径２０μmの酸化チタン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状白色粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーＭＢＸ−ホワイト）を使用することができ、これらを重量比１対２の割合で混合したものを使用することができる。この場合、黒色粒子２２及び白色粒子２４は摩擦によって帯電される。なお、これをチャージ・スペクトログラフ法で測定したところ、黒色粒子２２は約１５ｆＣ、白色粒子２４は約−１５ｆＣを中心に分布を持って帯電していた。すなわち、黒色粒子２２はプラスに、白色粒子２４はマイナスにそれぞれ帯電される。
【００７０】
また、この黒色粒子２２及び白色粒子２４の混合粒子約１００ｍｇを、背面基板２０上に配置した間隙部材３８により形成された正方形の空間内に、スクリーンを通して均一に振るい落としたときの、基板間の空隙体積（背面基板２０上に配置された間隙部材３８により形成された正方形状の空間部分の体積）に対する黒色粒子２２及び白色粒子２４の総体積比は、約１５％であった。そして、間隙部材３８が配置された背面基板２０に表示基板１８を重ね合わせ、両基板をダブルクリップで加圧保持して、間隙部材３８と両基板とを密着させることにより、画像表示媒体１２を形成することができる。
【００７１】
次に、画像表示媒体１２の表示駆動について説明する。
【００７２】
制御装置１６の指示により電圧印加装置１４により表示基板１８の電極２８に例えば直流電圧＋３００Ｖを印加すると、図２に示すように、マイナスに帯電された白色粒子２４が電界の作用により表示基板１８側へ移動し、プラスに帯電された黒色粒子２２は背面基板２０側へ移動し、良好な白色表示を行うことができる。この状態で表示基板１８に印加した電圧を０としても、表示基板１８に付着した白色粒子２４は落下せず、表示濃度に変化はない。これは、電界が消滅されても着色粒子は鏡像力とファンデルワース力によって基板側に保持されるためであると考えられる。
【００７３】
次に、制御装置１６の指示により電圧印加装置１４により表示基板１８の電極２８に例えば直流電圧−３００Ｖを印加すると、図３に示すように、表示基板１８に付着していた白色粒子２４は背面基板２０側へ移動し、背面基板２０側に付着していた黒色粒子２２は表示基板１８側へ移動し、良好な黒色表示を行うことができる。ここで、表示基板１８に印加した電圧を０としても、表示基板１８上の黒色粒子２２は上記と同様に落下せず、表示濃度に変化はない。
【００７４】
図４には、表示基板１８の電極２８に印加した電圧と表示濃度との関係を示した。ここで、表示濃度は、反射濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製、Ｘ−Ｒｉｔｅ４０４Ａ）で測定したものである。測定方法としては、まず画像表示媒体１２の表示基板１８の電極２８に＋４００Ｖのパルス電圧を３０ｍｓｅｃ印加し、表示基板１８側の面を白色表示させる。次いで、表示基板１８の電極２８に負のパルス電圧を３０ｍｓｅｃ印加し、表示基板面の濃度を反射濃度計で測定する。その後、表示基板１８の電極２８に再度＋４００Ｖの電圧を３０ｍｓｅｃ印加して表示基板１８側の面を再び白色表示させる。上記の処理を、印加する負のパルス電圧の電圧値を−４００Ｖから０Ｖの間で徐々に変えながら繰り返した。
【００７５】
また、上記と同様に、表示基板１８の電極２８に−４００Ｖの電圧を３０ｍｓｅｃ印加し、表示切替え前の表示基板１８側の面を黒色表示させる。次いで、表示基板１８の電極２８に正のパルス電圧を３０ｍｓｅｃ印加し、同様に表示基板１８側の面の濃度を反射濃度計で測定する。その後、表示基板１８の電極２８に再度−４００Ｖの電圧を３０ｍｓｅｃ印加して表示基板１８側の面を再び黒色表示させる。上記の処理を、印加する正のパルス電圧の電圧値を０Ｖから＋４００Ｖの間で徐々に変えながら繰り返した。
【００７６】
図４から明らかなように、印加電圧が±３００Ｖで黒色表示も白色表示も表示濃度がほぼ飽和していることがわかる。このときの表示濃度は、黒色表示が約１．６、白色表示が約０．３であり、コントラストの高い表示を行うことができることがわかる。
【００７７】
次に、画像表示媒体１２の表示基板１８の電極２８に、電圧が±３００Ｖで、印加時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を、図５に示したように０．５ｓｅｃ間隔で繰り返し交互に印加した。すると、繰り返し表示回数が数十回を超えたあたりから着色粒子の凝集体の発生が確認され、さらに表示切替えを繰返すと、図６に示したように、白色表示時に表示基板１８側から見た場合に、はっきりとしたドット状の表示欠陥が発生した。このとき、基板間の黒色粒子２２及び白色粒子２４の状態は、図７に示したようになり、粒子の凝集体が確認された。
【００７８】
この状態で、画像表示媒体１２の表示基板１８の電極２８に、±３００Ｖの交番電圧の周波数を徐々に変えながら印加し、凝集体の解離状態を確認した。すると、図８に示した結果から明らかなように、交番電圧の周波数が２０Ｈｚより低いときには、凝集体の解離は見られず、逆に凝集が進行してしまったが、交番電圧を２０Ｈｚ以上にすると、徐々に凝集体の解離が見られ、さらに周波数を５０Ｈｚまで上昇させると、凝集体の解離がかなり速やかに行われた。さらに周波数を上昇させると、２ｋＨｚ程度までは凝集体の解離が良好に行われたが、１０ｋＨｚまで上昇させると凝集体の解離効果はあるものの、その効果は低下した。そして２０ｋＨｚを超えると粒子はほとんど動かなくなって凝集体の解離ができなくなり、逆に別の場所に新たな粒子の凝集が発生した。これは、周波数が高すぎると、粒子の移動が電圧の切り換えに追従できなくなり、粒子がほぼ停止した状態になってしまうためである。
【００７９】
次に、画像表示媒体１２の表示基板１８の電極２８に、電圧が±３００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を印加して初期化駆動を行い、良好な表示状態を形成したあと、表示基板１８の電極２８に電圧が±３００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を、０．５ｓｅｃ間隔で繰り返し印加して表示の切替えを行うとともに、表示切替え毎に初期化駆動を行った。初期化駆動電圧は±３００Ｖで一定とし、交番電圧の周波数を徐々に変えていった。また、初期化駆動電圧の印加時間は、図９に示したように交番する電圧の切替え回数が１０回となるように各周波数毎に設定した。
【００８０】
図８に示すように、交番電圧の周波数が２０Ｈｚより低いときには、逆に粒子の凝集が顕著に発生した。交番電圧を２０Ｈｚ以上にしていくと、凝集体の発生が目立たなくなり、さらに周波数を５０Ｈｚまで上げると、凝集体の発生は見られなくなった。さらに周波数を上げていくと、２ｋＨｚ程度までは凝集体の発生が見られなかったが、１０ｋＨｚまで周波数を上げるとわずかに凝集体の発生が見られるようになった。そして２０ｋＨｚを超えると初期化駆動時に粒子はほとんど動かなくなって、凝集体の発生防止効果がほとんどなくなった。
【００８１】
一例として、初期化駆動を行わなかったときの繰り返し表示濃度特性、初期化駆動電圧として周波数が１０Ｈｚの交番電圧を印加した時の繰り返し表示濃度特性、初期化駆動電圧として周波数が１ｋＨｚの交番電圧を印加した時の繰り返し表示濃度特性を図１０に示した。
【００８２】
初期化駆動を行わなかった場合は、粒子の凝集体による表示欠陥が発生し、また、粒子の凝集体が増大するにつれて、表示のための粒子数が不足して表示コントラストが低下した。初期化駆動電圧として周波数が１０Ｈｚの交番電圧を印加した場合は、凝集体の発生がさらに顕著になり、表示コントラストの低下も著しかった。これらに対し、初期化駆動電圧として周波数が１ｋＨｚの交番電圧を印加した場合は、凝集体の発生が見られず、高い表示コントラストを維持することができた。
【００８３】
次に、制御装置１６で実行される制御プログラムについて図１１に示すフローチャートを参照して説明する。この制御プログラムは、制御装置１６の図示しないＲＯＭに予め記憶されている。
【００８４】
図１１のステップ１００では、画像表示媒体の初期化駆動を行う。具体的には、電圧印加装置１６に対して、所定周波数（例えば１ｋＨｚ）及び所定電圧（例えば±３００Ｖ）の交番電圧が電極２８に印加されるように電圧印加手段１４を制御する。これにより、電圧印加手段１４により指示された交番電圧が電極２８に印加され、粒子の凝集体の発生を抑制することができると共に、粒子の凝集体を解離させることができる。
【００８５】
次のステップ１０２では、表示駆動を行う。具体的には、画像に応じて電極２８に所定の直流電圧（例えば＋３００Ｖ又は−３００Ｖ）を印加する。これにより、粒子を移動させることができ、画像表示させることができる。このとき、画像表示の前に初期化駆動が行われ、粒子の凝集体の解離が行われているため、表示欠陥がなく高いコントラストの画像表示を行うことができる。
【００８６】
なお、上記の制御プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から読み込んで実行するようにしてもよい。
【００８７】
次に、本実施形態で使用可能な着色粒子及び基板について説明する。
【００８８】
まず、本実施の形態で使用可能な粒子としては、前記した粒子の他にもガラスビーズ、アルミナ、酸化チタン等の絶縁性の金属酸化物粒子や、熱可塑性若しくは熱硬化性樹脂粒子、これらの樹脂粒子の表面に着色剤を固定したもの、熱可塑性若しくは熱硬化性樹脂中に絶縁性の着色剤を含有する粒子等がある。
【００８９】
着色粒子の製造に使用される熱可塑性樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類の単独重合体あるいは共重合体がある。
【００９０】
また、粒子の製造に使用される熱硬化性樹脂としては、ジビニルベンゼンを主成分とする架橋共重合体や架橋ポリメチルメタクリレート等の架橋樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等がある。特に代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス等がある。
【００９１】
着色剤としては、有機若しくは無機の顔料や、油溶性染料等を使用することができ、マグネタイト、フェライト等の磁性紛、カーボンブラック、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、フタロシアニン銅系シアン色材、アゾ系イエロー色材、アゾ系マゼンタ色材、キナクリドン系マゼンタ色材、レッド色材、グリーン色材、ブルー色材等の公知の着色剤を用いることができる。具体的には、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド５７：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー９７、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー１５：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー１５：３等を用いることができる。また、空気を内包した多孔質のスポンジ状粒子や中空粒子は白色粒子として使用することができる。これらは２種類の粒子の色調が異なるように選択される。
【００９２】
着色粒子の形状は特に限定されないが、粒子と基板の物理的な付着力が小さく、粒子の流動性が良好な球状粒子が好ましい。球状の粒子を形成するには、懸濁重合、乳化重合、分散重合等を使用することができる。
【００９３】
着色粒子の一次粒子は、一般的には、１〜１０００μｍであり、好ましくは５〜５０μｍであるが、これに限定されない。高いコントラストを得るには、２種類の粒子の粒子径をほぼ同じにすることが好ましい。このようにすると、大きい粒子が小さい粒子に囲まれ、大きい粒子本来の色濃度が低下するという事態を回避することができる。
【００９４】
着色粒子の表面には、必要に応じて外添剤を付着させてもよい。外添剤を付着させることによって、着色粒子の帯電特性を制御したり、流動性を向上させることができる。外添剤の色は、粒子の色に影響を与えないように白か透明であることが好ましい。
【００９５】
外添剤としては、酸化ケイ素（シリカ）、酸化チタン、アルミナのような金属酸化物等の無機微粒子を用いることができる。微粒子の帯電性、流動性、及び環境依存性等を調整するために、これらをカップリング剤やシリコーンオイルで表面処理することができる。
【００９６】
カップリング剤には、アミノシラン系カップリング剤、アミノチタン系カップリング剤、ニトリル系カップリング剤等の正帯電性のものと、窒素原子を含まない（窒素以外の原子で構成される）シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、エポキシシランカップリング剤、アクリルシランカップリング剤等の負帯電性のものがある。同様に、シリコーンオイルには、アミノ変性シリコーンオイル等の正帯電性のものと、ジメチルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、α−メチルスルホン変性シリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル等の負帯電性のものが挙げられる。これらは外添剤の所望の抵抗に応じて選択される。
【００９７】
このような外添剤の中では、公知の疎水性シリカや疎水性酸化チタンを用いるのが好ましく、特に、特開平１０−３１７７号公報に記載のＴｉＯ（ＯＨ）₂と、シランカップリング剤のようなシラン化合物との反応で得られるチタン化合物が好適である。シラン化合物としてはクロロシラン、アルコキシシラン、シラザン、特殊シリル化剤のいずれのタイプを使用することも可能である。このチタン化合物は、湿式工程の中で作製されるＴｉＯ（ＯＨ）₂にシラン化合物あるいはシリコーンオイルを反応、乾燥させて作製される。数百度という焼成工程を通らないため、Ｔｉ同士の強い結合が形成されず、凝集が全くなく、微粒子はほぼ一次粒子の状態である。さらに、ＴｉＯ（ＯＨ）₂にシラン化合物あるいはシリコーンオイルを直接反応させるため、シラン化合物やシリコーンオイルの処理量を多くすることができ、シラン化合物の処理量等を調整することにより帯電特性を制御でき、帯電性能も従来の酸化チタンのそれより顕著に改善することができる。
【００９８】
外添剤の一次粒子は、一般的には５〜１００ｎｍであり、好ましくは１０〜５０ｎｍであるが、これに限定されない。
【００９９】
外添剤と粒子の配合比は粒子の粒径と外添剤の粒径の兼ね合いから適宜調整される。外添剤の添加量が多すぎると粒子表面から外添剤の一部が遊離し、これが他方の粒子の表面に付着して、所望の帯電特性が得られなくなることがある。一般的には、外添剤の量は、粒子１００重量部に対して、０．０１〜３重量部、より好ましくは０．０５〜１重量部である。
【０１００】
所望の帯電特性が得られるように、組み合わせる粒子の組成、粒子の混合比率、外添剤の有無、外添剤の組成等を選択する。
【０１０１】
外添剤は、２種類の粒子の一方にのみ添加してもよいし、両方の粒子に添加してもよい。両方の粒子に外添剤を添加する場合は異なる極性の外添剤を使用することが好ましい。また、両方の粒子の表面に外添剤を添加する場合は、粒子表面に外添剤を衝撃力で打込んだり、粒子表面を加熱して外添剤を粒子表面に強固に固着することが望ましい。これにより、外添剤が粒子から遊離し、異極性の外添剤が強固に凝集して、電界で解離させることが困難な外添剤の凝集体が形成されるのを防止することができ、ひいては画質劣化を防止することができる。
【０１０２】
コントラストは、２種類の粒子の粒子径に依存する他、これらの粒子の混合比にも依存する。高いコントラストを得るには、２種類の粒子の表面積が同じくらいになるように混合比率を決定することが望ましい。このような比率から大きくずれると比率の多い粒子の色が強調される。但し、２種類の粒子の色調を同系色の濃い色調と淡い色調にする場合や、２種類の粒子が混合して作り出す色を画像に利用する場合はこの限りではない。
【０１０３】
次に、本実施の形態で使用可能な基板としては、前記した基板の他にも一般的な支持基体及び電極から構成することができる。支持基体としては、ガラスや、プラスチック、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等がある。
【０１０４】
また、電極には、インジウム、スズ、カドミウム、アンチモン等の酸化物、ＩＴＯ等の複合酸化物、金、銀、銅、ニッケル等の金属、ポリピロールやポリチオフェン等の有機導電性材料等を使用することができる。これらは、単層膜、混合膜あるいは複合膜として使用でき、蒸着法、スパッタリング法、塗布法等で形成することができる。また、その厚さは、蒸着法、スパッタリング法によれば、通常１００〜２０００オングストロームである。電極は、従来の液晶表示素子あるいはプリント基板のエッチング等、従来公知の手段により、所望のパターン、例えば、マトリックス状等に形成することができる。
【０１０５】
また、電極を支持基体に埋め込んでもよく、この場合、支持基体の材料が後述の誘電体層の役割を兼ね、粒子の帯電特性や流動性に影響を及ぼすことがあるので、粒子の組成等に応じて適宜選択する。
【０１０６】
さらに、電極を基板と分離させて画像表示媒体１２の外部に配置してもよい。この場合、電極間に表示媒体が挟まれる構成となるため、電極間距離が大きくなって電界強度が小さくなるため、所望の電界強度が得られるように表示媒体の基板の厚みや基板間距離を小さくする等の工夫が必要である。
【０１０７】
電極が支持基体上に形成されている場合、電極の破損や粒子の固着を招く電極間のリークの発生を防止するため、必要に応じて電極上に誘電体膜を形成してもよい。誘電体膜としてはポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリイミド、エポキシ、ポリイソシアネート、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリブタジエン、ポリメチルメタクリレート、共重合ナイロン、紫外線硬化アクリル樹脂、フッ素樹脂等を用いることができる。
【０１０８】
また、上記した絶縁材料の他に、絶縁性材料中に電荷輸送物質を含有させたものも使用することができる。電荷輸送物質を含有させることにより、粒子への電荷注入による粒子帯電性の向上や、粒子の帯電量が極度に大きくなった場合に粒子の電荷を漏洩させ、粒子の帯電量を安定させるなどの効果を得ることができる。
【０１０９】
電荷輸送物質としては、例えば、正孔輸送物質であるヒドラゾン化合物、スチルベン化合物、ピラゾリン化合物、アリールアミン化合物等が挙げられる。また、電子輸送物質であるフルオレノン化合物、ジフェノキノン誘導体、ピラン化合物、酸化亜鉛等も使用できる。さらに、電荷輸送性を有する自己支持性の樹脂を用いることもできる。具体的には、ポリビニルカルバゾール、米国特許第４８０６４４３号に記載の特定のジヒドロキシアリールアミンとビスクロロホルメートとの重合によるポリカーボネート等を用いることができる。
【０１１０】
誘電体膜は、粒子の帯電特性や流動性に影響を及ぼすので、着色粒子の組成等に応じて適宜選択する。表示側の基板である表示基板１８は、光を透過する必要があるので、上記各材料のうち透明のものを使用することが好ましい。
【０１１１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【０１１２】
図１２には、第２実施形態に係る画像表示装置４０の概略構成を示した。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１１３】
画像表示装置４０は、画像表示媒体４２、電圧印加装置１４、及び制御装置１６で構成されている。
【０１１４】
画像表示媒体４２は、表示基板１８と、これと対向する背面基板２０との間の空間は、間隙部材３８により複数のセル４４に区切られている。このセル４４の中に黒色粒子２２及び白色粒子２４が各々封入された構成となっている。
【０１１５】
画像表示媒体４２の表示基板１８及び背面基板２０は、第１実施形態と同様のものを用いることができる。
【０１１６】
間隙部材３８は、ドライフィルム型フォトレジストを使用することができ、これを背面基板２０に重ねて、間隙部材３８を形成する部位にのみ紫外線を照射して硬化させたあと、不要なレジストを除去することにより形成することができる。間隙部材３８の高さ（基板間隙）は一例として０．２ｍｍ、幅は０．１ｍｍである。
【０１１７】
また、間隙部材３８によって区切られたセル４４の大きさは１ｍｍ×１ｍｍの正方形から、１５ｍｍ×１５ｍｍの正方形まで０．５ｍｍ刻みの大きさのものを作成した。なお、セル４４の形状は、本実施の形態では正方形としたが、これに限られるものではなく長方形や正六角形など任意の形状とすることができる。
【０１１８】
黒色粒子２２は、アミノプロピルトリメトキシシラン処理したアエロジルＡ１３０微粉末を、重量比１００対０．４の割合で混合した体積平均粒径１０μmのカーボン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状黒色粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーＭＢＸ−ブラック）を使用し、白色粒子２４は、イソプロピルトリメトキシシラン処理したチタニアの微粉末を、重量比１００対０．２の割合で混合した体積平均粒径１０μmの酸化チタン含有架橋ポリメチルメタクリレートの球状白色粒子（積水化成品工業（株）製テクポリマーＭＢＸ−ホワイト）を使用することができ、これらを重量比３対４の割合で混合したものを使用することができる。この場合、黒色粒子２２及び白色粒子２４は摩擦によって帯電される。なお、これをチャージ・スペクトログラフ法で測定したところ、黒色粒子２２は約１０ｆＣ、白色粒子２４は約−１１ｆＣであった。
【０１１９】
また、この黒色粒子２２及び白色粒子２４の混合粒子を、背面基板２０上に形成した正方形のセル４４内にスクリーンを通して均一に振るい落としたときの、セル４４の空間体積に対する黒色粒子２２及び白色粒子２４の総体積比は、約１２％であった。そして、この背面基板２０に表示基板１８を重ね合わせ、両基板をダブルクリップで加圧保持して画像表示媒体４２を形成することができる。
【０１２０】
図１３には、表示基板１８の電極２８に印加した電圧と表示濃度との関係を示した。ここで、表示濃度は、反射濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製、Ｘ−Ｒｉｔｅ４０４Ａ）で測定したものである。また、セル４４のサイズは５ｍｍ×５ｍｍのものを使用した。測定方法としては、まず画像表示媒体４２の表示基板１８の電極２８に＋３００Ｖのパルス電圧を３０ｍｓｅｃ印加し、表示基板１８側の面を白色表示させる。次いで、表示基板１８の電極２８に負のパルス電圧を３０ｍｓｅｃ印加し、表示基板１８側の面の濃度を反射濃度計で測定する。その後、表示基板１８の電極に再度＋３００Ｖの電圧を３０ｍｓｅｃ印加して表示基板１８側の面を再び白色表示させる。上記の処理を、印加する負のパルス電圧の電圧値を−３００Ｖから０Ｖの間で徐々に変えながら繰り返した。
【０１２１】
また、上記と同様に、表示基板１８の電極２８に−３００Ｖの電圧を３０ｍｓｅｃ印加し、表示切替え前の表示基板１８側の面を黒色表示させる。次いで、表示基板１８の電極２８に正のパルス電圧を３０ｍｓｅｃ印加し、同様に表示基板１８側の面の濃度を反射濃度計で測定する。その後、表示基板１８の電極２８に再度−３００Ｖの電圧を３０ｍｓｅｃ印加して表示基板１８側の面を再び黒色表示させる。上記の処理を、印加する正のパルス電圧の電圧値を０Ｖから＋３００Ｖの間で徐々に変えながら繰り返した。
【０１２２】
図１３から明らかなように、印加電圧が±２００Ｖで黒色表示も白色表示も表示濃度がほぼ飽和していることがわかる。このときの表示濃度は、黒色表示が約１．５、白色表示が約０．４であり、コントラストの高い表示を行うことができることがわかる。
【０１２３】
また、基板間が間隙部材３８により複数のセル４４に区切られているため、粒子の横方向への移動が防止され、粒子の偏在による表示濃度むらがなくなり、より均一な表示画像を得ることができる。
【０１２４】
次に、画像表示媒体１２の表示基板１８の電極２８に、電圧が±２００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を、０．５ｓｅｃ間隔で繰り返し印加した。すると、繰り返し表示回数が数十回を超えたあたりから着色粒子の凝集体の発生及び間隙部材３８への粒子付着が確認された。さらに表示切替えを繰返すと、はっきりとしたドット状の表示欠陥が発生し、間隙部材３８への粒子付着も顕著になった。
【０１２５】
この状態で、画像表示媒体４２の表示基板１８の電極２８に、±２００Ｖの交番電圧を、周波数を徐々に変えながら印加し、凝集体の解離状態を確認した。すると第１実施形態と同様に、交番電圧の周波数が２０Ｈｚより低いときには、凝集体の解離および間隙部材３８へ付着した粒子の剥離は見られず、逆に凝集および間隙部材３８への粒子付着が進行してしまった。交番電圧を２０Ｈｚ以上にしていくと、徐々に凝集体の解離および間隙部材３８へ付着した粒子の剥離が見られ、周波数を５０Ｈｚまで上げると、凝集体の解離および間隙部材３８へ付着した粒子の剥離が速やかに行われた。さらに周波数を上げていくと、３ｋＨｚ程度までは凝集体の解離および間隙部材３８へ付着した粒子の剥離が良好に行われたが、１０ｋＨｚまで上げると凝集体の解離および間隙部材３８へ付着した粒子の剥離が見られるものの効果は低下した。そして周波数が２０ｋＨｚを超えると、粒子はほとんど動かなくなって、逆に新たな粒子凝集体の発生や間隙部材３８への粒子付着が発生した。
【０１２６】
次に、画像表示媒体４２の表示基板１８の電極２８に、電圧が±２００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を印加して初期化駆動を行ったあと、表示基板１８の電極２８に電圧が±２００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を０．５ｓｅｃc間隔で繰り返し印加して表示の切替えを行い、図９に示したように表示切替え毎に初期化駆動を行った。初期化駆動電圧は±２００Ｖで一定とし、交番する電圧の切替え回数が１０回となるように各周波数毎に印加時間を設定して印加した。
【０１２７】
すると、交番電圧の周波数が２０Ｈｚより低いときには、粒子の凝集および間隙部材３８への粒子付着が逆に顕著に発生したが、交番電圧を２０Ｈｚ以上にしていくと、凝集体の発生および間隙部材３８への粒子付着が目立たなくなり、周波数を５０Ｈｚまで上げると、凝集体の発生および間隙部材３８への粒子付着はほとんど見られなくなった。さらに周波数を上げていくと、３ｋＨｚ程度までは全く問題なかったが、１０ｋＨｚまで周波数を上げるとわずかに凝集体の発生が見られるようになった。そして２０ｋＨｚを超えると初期化駆動時に粒子はほとんど動かなくなって、凝集体の発生防止効果および間隙部材３８への粒子付着防止効果がほとんどなくなった。
【０１２８】
ここで、図１２に示した画像表示媒体４２は、電極２８のパターンとセルが１対１で対応しているものであったが、電極のパターンとセルの関係は図１４に模式的に示したように、幾つかの組合せがある。図１４（Ａ）は図１２に示した画像表示媒体４２と同様に電極２８とセル４４が１対１で対応したものであり、図１４（Ｂ）は複数のセル４４で一つの電極２８に対応したものである。図１４（Ｂ）に示したものは、大画面の画像表示媒体を構成する場合など、表示画素が大きい場合に特に有効である。また、図１４（Ｃ）は、１つのセル４４の中に複数の電極２８が配置されたものであり、高解像度の表示媒体を構成する場合など、表示画素が小さい場合に特に有効である。
【０１２９】
この中で、セルのサイズが電極と同じサイズ、あるいは電極よりも小さいものは問題ないが、セルのサイズが電極よりも大きく、１つのセルの中に複数の電極が配置されたものは、初期化駆動電圧の印加方法に工夫が必要である。それは、セル内の一部の電極にのみに初期化駆動電圧として交番電界を形成する電圧を印加すると、電圧が印加された電極部の粒子は往復運動しながら横方向にも移動してしまうため、セル内で粒子の偏在が発生してしまい、セル内で均一な初期化を行うことが難しいためである。従って、図１４（Ｃ）に示したような１つのセルの中に複数の電極が配置された表示媒体を使用する場合には、セル毎に初期化駆動を行うように、セル内の電極全てに同時に初期化駆動電圧を印加することが好ましい。
【０１３０】
本実施形態では、１つのセルの中に複数の電極が配置された画像表示媒体を使用する場合、少なくとも１つ以上のセル毎に、セル内の電極全てに同時に初期化駆動電圧を印加するようにする。これにより、セル内の粒子が全て同時に往復運動させられ、セル内で粒子の偏在を発生させることなく良好に初期化駆動を行うことができる。なお、セル内の一部の電極に初期化駆動電圧を印加したり、セル内の各電極に順次に初期化駆動電圧を印加していったところ、セル内の電極全てに同時に初期化駆動電圧を印加したものに比べ、粒子の偏在による濃度むらや表示欠陥の発生が見られた。
【０１３１】
また、図１２や図１４（Ａ）に示したように、電極とセルが１対１で対応しているものを使用し、図９に示したように初期化駆動電圧を表示駆動電圧と合わせて一つの駆動電圧とすると、初期化駆動のシーケンスを別に設けなくても、粒子凝集体の発生や間隙部材３８への粒子付着を防止でき、良好な繰り返し表示駆動を行うことができる。また、表示の切替え時に、表示面全面に同時に初期化駆動電圧を印加した場合に観察される表示面のちらつきがなくなり、連続的に表示の切替えを行うことができる。
【０１３２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、画像表示媒体を傾けた状態、例えば縦置きで使用する場合について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３３】
画像表示媒体は、第２実施形態で説明した画像表示媒体４２を使用し、これを図１５に示したように重力方向に立てて使用する。ここで、図１５では、説明の簡単のため、間隙部材３８によって区切られた複数のセル４４のうちの１つを示した。画像表示媒体４２の初期の表示状態は、画像表示媒体４２の表示面を水平にした状態で初期化駆動及び画像表示を行うことにより形成されたものである。なお、本実施の形態で使用した画像表示媒体１２のセル４４のサイズは一例として１５ｍｍ×１５ｍｍである。
【０１３４】
この画像表示媒体１２の表示基板１８の電極２８に、電圧印加装置１４により、電圧が±２００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を、０．５秒間隔で繰り返し印加する。すると、繰り返し表示回数が数十回を超えたあたりから着色粒子の落下によってセル４４の上部の表示コントラストが低下し始め、さらに表示を繰返すとセル４４の上部は粒子がなくなって表示不能となった。そしてさらに表示を繰返すと、最終的には図１６に示したように、粒子が画像表示媒体４２の下部に堆積してしまい、表示不能となってしまった。
【０１３５】
これは、画像表示媒体を立てて使用すると、粒子が基板間に形成された電界に応じて基板間の空隙を移動する際に、重力の作用によって常に下向きの力を受けるため、図１７に表示切替え時の白色粒子２４の移動軌跡を模式的に示したように、表示駆動を繰り返し行うにつれて粒子が徐々に下方向に移動してしまうためである。
【０１３６】
ただし、このとき、基板間に封入した全ての粒子が画像表示媒体４２の下部に堆積して全く駆動できなくなるのではなく、粒子堆積部上面から約１ｍｍ程度の高さで、表示駆動電圧による粒子の駆動が行われていた。
【０１３７】
次に、図１６に示したように粒子が画像表示媒体４２の下部に堆積した状態で、画像表示媒体４２の表示基板１８の電極２８に、±２００Ｖの交番電圧の周波数を徐々に変えながら印加し、粒子の駆動状態を確認した。すると、交番電圧の周波数が２０Ｈｚより低いときには、粒子の駆動状態には何ら変化は見られなかったが、交番電圧を２０Ｈｚ以上にしていくと、徐々に粒子が上方向に拡散し始め、さらに周波数を上げると最大で粒子堆積部上面から約１０ｍｍ程度の高さまで粒子が拡散した。さらに周波数を上げていくと、３ｋＨｚ程度を超えたあたりから粒子の拡散高さが低くなり始め、２０ｋＨｚを超えると粒子はほとんど動かなくなって、上方向への拡散は見られなくなった。
【０１３８】
図１８に交番電圧の周波数と粒子の拡散高さ（粒子堆積部上面からの距離）との関係を示した。図１８から明らかなように、交番電圧の周波数が２０Ｈｚ以上でかつ２０ｋＨｚ以下の場合に、粒子の上方向への拡散効果がわずかにみられはじめ、５０Ｈｚ以上でかつ１０ｋＨｚ以下の場合に拡散効果が確実に得られることがわかる。特に、１００Ｈｚ以上でかつ３ｋＨｚ以下の場合により高い拡散効果が得られることがわかる。なお、粒子が上方向に拡散された状態で交番電界の印加を停止し、前記したような表示駆動電圧を印加すると、粒子が拡散された領域でコントラストの高い良好な表示を行うことができる。
【０１３９】
交番電圧の印加によって粒子が上方向へ拡散する現象は、交番電界によって粒子が基板間を高速に往復運動させられ、この最中に粒子同士が頻繁に衝突し、その反発力によって粒子が上方向に弾かれて起ったものと考えられる。
【０１４０】
次に、画像表示媒体４２の表示面を水平に配置した状態で、表示基板１８の電極２８に±２００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を印加して初期化駆動を行い、図１５に示したようにあらかじめ表示面全面を黒色表示させた。そして、この状態から、表示基板１８の電極２８に±２００Ｖの交番電圧の周波数を徐々に変えながら印加し、粒子の駆動状態を確認した。その結果、印加する交番電圧の周波数によって粒子の落下が停止する高さが異なり、その高さは図１８に示した粒子の拡散高さとほぼ同等であった。
【０１４１】
次に、画像表示媒体４２としてセル４４の大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍのものを使用し、画像表示媒体４２の表示面を水平にした状態で、表示基板１８の電極２８に±２００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を印加して初期化駆動を行い、図１５に示したように表示面全面を黒色表示させた。その後、画像表示媒体４２を垂直に立て、表示基板１８の電極２８に電圧が±２００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を０．５ｓｅｃ間隔で繰り返し印加して表示の切替えを行い、図９に示したように表示切替え毎に初期化駆動を行った。この初期化駆動は、画像表示媒体４２を立てたままで、表示基板１８の電極２８に±２００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を１０ｍｓｅｃ印加した。
【０１４２】
このときの繰り返し表示回数とセル中央部の反射濃度との関係を図１９に示した。図１９から明らかなように、画像表示媒体４２を立てて使用しても、初期化駆動を行うことによって重力による粒子の落下を防止することができ、コントラストの高い安定した繰り返し表示を行うことができるのがわかる。なお、初期化駆動を行わなかったときの繰り返し表示回数とセル中央部の反射濃度との関係も図１８に記載したが、初期化駆動を行わないと粒子の落下による表示コントラストの低下が著しく、２００回程度の繰り返し表示駆動で表示が不可能となってしまうのがわかる。
【０１４３】
また、画像表示媒体４２としてセル４４の大きさが１ｍｍ×１ｍｍのものを使用し、これを立てて使用すると、初期化駆動を行わなくても粒子の落下はほとんど見られない。但し、粒子の凝集体の発生及び間隙部材３８への粒子付着を防止するための初期化駆動は必要である。
【０１４４】
しかし、このときの表示状態は白色表示が全体的に青みを帯びてしまい、白色度が明らかに低下した。これは、１ｍｍ×１ｍｍのセルを幅０．１ｍｍの間隙部材３８で構成した場合、全表示面積に対する間隙部材３８の面積が約１８％にも達し、間隙部材３８の色味が表示色に影響を及ぼしてしまったためである。本実施形態では、間隙部材３８（フォトエッチング用のドライフィルム）は濃いブルーのものを用いているため、白色表示が特に影響を受け、青みを帯びてしまうが、仮に間隙部材３８の色を無彩色、例えば白色にした場合、白色表示は問題ないが黒色の表示濃度が低下してしまう。また、間隙部材３８の色を黒色にすると、白色表示がグレーになってしまい、間隙部材３８の色をグレーにしても結局表示コントラストの低下が生じてしまう。
【０１４５】
これに対し本実施形態では、１０ｍｍ×１０ｍｍのセル４４を使用しても粒子の落下を防止することが可能であり、このときの全表示面積に対する間隙部材３８の面積は約２％程度であるため、間隙部材３８による表示コントラストの低下や、表示の色味の変化はほとんど気にならないレベルとなる。
【０１４６】
なお、間隙部材３８の幅を狭くして間隙部材３８の色の影響を小さくすることも考えられるが、実際には間隙部材３８の強度の問題や、製造上の困難さ、及びそれに伴う製造コストのアップを考慮すると現実的ではない。
【０１４７】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。上記実施形態では、表示切替え毎に初期化駆動を行った場合について説明したが、本実施形態では、複数回の表示切替え毎に初期化駆動を行う場合について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１４８】
本実施形態に係る画像表示媒体は、第２実施形態で説明した画像表示媒体４２と同様であり、セル４４のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍのものである。
【０１４９】
まず、画像表示媒体４２の表示基板１８の電極２８に、電圧が±２００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を印加して初期化駆動を行い、良好な表示状態を形成する。その後、表示基板１８の電極２８に電圧が±２００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を０．５ｓｅｃ間隔で繰り返し印加して表示の切替えを行い、２０回の表示切替え毎に初期化駆動を行う。初期化駆動は、表示基板１８の電極２８に、電圧が±２００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を２０ｍｓｅｃ印加する。
【０１５０】
図２０には、繰り返し表示回数と表示濃度との関係を示した。また、図２０には、全く同じ条件の画像表示媒体４２を使用し、表示切替え毎に表示基板１８の電極２８に、電圧が±２００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を１０ｍｓｅｃ印加したときの結果も示した。図２０から明らかなように、初期化駆動を表示切替え毎に行った場合よりも、初期化駆動を複数回の表示切替え毎に行った方が、繰り返し表示特性が向上しているのがわかる。これは、初期化駆動が粒子の往復運動による機械的な衝突力を利用しているため、粒子同士あるいは粒子と基板との衝突により、粒子及び基板表面の変形や摩耗が少なからず進行し、これによる粒子や基板の劣化、及びこれに起因した表示特性の劣化が生じていると考えられる。従って、本実施形態のように、複数回の表示切替え毎に初期化駆動を行うことによって初期化駆動回数を低減した方が、表示媒体の劣化をより低減できると考えられる。
【０１５１】
なお、粒子の凝集や落下及び間隙部材３８への付着は、表示駆動毎にわずかずつ進行するため、数回から数十回の表示切替えであれば、これらが表示欠陥として認識されないレベルであり、少なくともこれらが表示欠陥として認識される前に初期化駆動を行うようにすれば、表示性能上は全く問題がない。
【０１５２】
また、初期化駆動電圧を印加する時間は、使用する着色粒子や基板、初期化駆動電圧の周波数及びどれくらいの表示切替え回数毎に初期化駆動を行うかによって、初期化に要する時間が異なるため、それらの条件に応じて適宜決められる。
【０１５３】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態では、初期化駆動時に印加する交番電圧の電圧値を変えた場合について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１５４】
本実施形態に係る画像表示媒体は、第２実施形態で説明した画像表示媒体４２と同様であり、セル４４のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍのものである。
【０１５５】
まず、画像表示媒体１２の表示基板１８の電極２８に電圧が±２００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を印加して初期化駆動を行い、良好な表示状態を形成する。その後、表示基板１８の電極２８に電圧が±２００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を１ｓｅｃ間隔で繰り返し印加して表示の切替えを行い、表示切替え毎に初期化駆動を行う。初期化駆動は、周波数を１ｋＨｚに固定した交番電圧を１０ｍｓｅｃ印加する。
【０１５６】
初期化駆動時の交番電圧の電圧値と、粒子凝集体の発生防止効果及び間隙部材３８への粒子付着防止効果との関係を図２１に示した。
【０１５７】
図２１から明らかなように、初期化駆動時の交番電圧値を変えていくと、交番電圧値が±１００Ｖ程度から粒子の凝集および間隙部材３８への粒子付着が軽減されはじめ、±１５０Ｖを超えるとそれらはほとんど発生しなくなることがわかる。従って、初期化駆動時の交番電圧値は必ずしも表示駆動時の電圧値と同じにする必要はなく、表示駆動電圧よりも低い電圧でも良好に初期化駆動を行うことができる。なお、さらに交番電圧を高くしていくと、±２５０Ｖから±３００Ｖでは粒子の凝集および間隙部材３８への粒子付着防止効果がさらに高まったが、±４００Ｖを超えたあたりから粒子の凝集が発生し始める。
【０１５８】
図２２に、初期化駆動時の交番電圧値が±１５０Ｖの場合、±２００Ｖの場合における繰り返し表示回数と表示濃度との関係を示した。図２２から明らかなように、初期化駆動時の交番電圧値が±１５０Ｖの場合の方が、交番電圧値が±２００Ｖの場合と比較して繰り返し表示特性が良好であるのがわかる。これは、初期化駆動電圧を低くした方が、初期化駆動時の粒子の機械的な衝突による粒子や基板の劣化が低減され、これに起因した表示媒体の劣化を低減できるためであると考えられる。
【０１５９】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態では、第３実施形態と同様に画像表示媒体を縦置きで使用し、初期化駆動時に印加する交番電圧の電圧値を変えた場合について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１６０】
本実施形態に係る画像表示媒体は、第２実施形態で説明した画像表示媒体４２と同様であり、セル４４のサイズが１５ｍｍ×１５ｍｍのものである。
【０１６１】
まず、画像表示媒体４２の表示面を水平にした状態で、表示基板１８の電極２８に±２００Ｖ、周波数が１ｋＨｚの交番電圧を印加して初期化駆動を行い、良好な表示状態を形成する。その後、画像表示媒体４２を垂直に立て、表示基板１８の電極２８に電圧が±２００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を１ｓｅｃ間隔で繰り返し印加して表示の切替えを行い、表示切替え毎に初期化駆動を行う。初期化駆動は、周波数を５００Ｈｚで固定した交番電圧を２０ｍｓｅｃ印加する。
【０１６２】
図２３に、初期化駆動時に印加した交番電圧の電圧値と、表示駆動を繰り返し行ったときに粒子の落下が停止し、安定した表示状態になったときの表示高さ（画像表示媒体の最下部から最上部にある粒子までの高さ：拡散高さ）との関係を示した。図２３から明らかなように、初期化駆動時の交番電圧が±１００Ｖを超えたあたりから表示高さがわずかに上昇し始め、交番電圧が高くなるに連れて表示高さが上昇していることがわかる。これは、交番電圧を高くすることによって粒子の速度及び衝突時の反発力が増加し、その効果によって粒子がより上方向に拡散したものと考えられる。
【０１６３】
従って、初期化駆動時の交番電圧を高くすることによって、表示駆動が可能な表示高さをより高くすることが可能であり、これによってセルサイズをより大きくすることができるため、よりコントラストの高い表示を行うことができる。
【０１６４】
ただし、駆動電圧を高くして粒子の衝突力を増大させた分、前記したように画像表示媒体の劣化を加速させる恐れがあるため、複数回の画像表示切り替え毎に初期化駆動を行うようにすることが望ましい。前記したように、粒子の落下は表示切替え毎に極わずかづつ発生し、数回から数十回程度であれば表示欠陥として認識されないレベルであるため、少なくとも表示欠陥として認識される前に初期化駆動を行えばよい。これにより、前述したような初期化駆動による画像表示媒体の劣化を極力抑えると共に、粒子の落下防止を効果的に行うことができる。
【０１６５】
また、初期化駆動電圧として表示駆動電圧以下の交番電圧と、表示駆動電圧よりも高い交番電圧の少なくとも２種類の交番電圧を用意し、初期化駆動電圧としてこれらのいずれかを適宜印加するようにしてもよい。一例として、通常は表示駆動電圧（±２００Ｖ）より低い交番電圧（±１５０Ｖ）で初期化駆動を行い、この初期化駆動の何回かに１回の割合で表示駆動電圧より高い交番電圧（例えば±２５０Ｖ）で初期化駆動を行うことによって、前述したような初期化駆動による画像表示媒体の劣化を極力抑えると共に、粒子の落下防止を効果的に行うことができる。
【０１６６】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態では、黒色粒子に代えてマゼンタ色の粒子を使用した場合について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１６７】
本実施形態では、着色粒子としてマゼンタ色の粒子を使用し、これを第２実施形態で使用した粒径が１０μｍの白色粒子と重量比で１対２（マゼンタ粒子対白粒子）になるように混合攪拌したものを用いる。なお、本実施の形態で使用するマゼンタ粒子は以下の手順により得ることができる。
【０１６８】
まず、ポリエステル樹脂１００重量部、C.I.ピグメントレッド５７を４重量部、酢酸エチル１１０重量部をボールミルで４８時間攪拌してＡ液とし、一方、カルボキシメチルセルロース２％水溶液を１００重量部調整しＢ液とする。次に、乳化器でＢ液１００重量部を攪拌し、その中にＡ液５０重量部をゆっくり投入して混合液を懸濁する。その後、減圧下で酢酸エチルを除去し、水洗、乾燥、分級することによって所望のマゼンタ粒子を得ることができる。そして、このマゼンタ粒子に、イソプロピルトリメトキシシラン処理したチタニアの微粉末を重量比１００対０．１の割合で混合する。このマゼンタ粒子の平均粒径は７μｍである。また、本実施形態で使用する白色粒子は、イソプロピルトリメトキシシラン処理したチタニアの微粉末を混合しないものを使用する。前記２種類の粒子を混合することにより、マゼンタ粒子は負に、白粒子は正に帯電する。
【０１６９】
そして、前述した混合粒子を第１実施形態で説明した画像表示媒体１２の基板間に、体積充填率（基板間の空隙体積に対する着色粒子の総体積比）が１４％となるように封入する。そして、この画像表示媒体１２の表示基板１８の電極２８に±４００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を０．５ｓｅｃ間隔で繰り返し印加した。これにより、最初の数回は白とマゼンタの繰り返し表示が良好に行われたが、繰り返し表示回数が十数回を超えたあたりから粒子の凝集体の発生が確認され、さらに表示切替えを繰返すとはっきりとしたドット状の表示欠陥が発生した。
【０１７０】
次に、このドット状の表示欠陥が発生した画像表示媒体１２に、初期化駆動電圧として±４００Ｖ、周波数１ｋＨｚの交番電圧を印加したが、粒子の凝集体の解離は見られず、逆に凝集が促進されてしまった。また、初期化駆動電圧の周波数を数Ｈｚから数十ｋＨｚまで変えると共に、電圧値を±３００Ｖから±５００Ｖまで変えてみたが、凝集体の解離効果は見られなかった。これは、各色粒子の帯電特性や基板との付着力及び粒子間付着力などの違いによって、印加電圧に対する移動特性が各色粒子によって異なり、交番電圧のみでは２種類の着色粒子をバランス良く駆動させることができなかったためと考えられる。
【０１７１】
次に、初期化駆動電圧として交番電圧に直流電圧を重畳させ、初期化駆動状態を観察した。表示基板１８の電極２８に±４００Ｖ、周波数１ｋＨｚの交番電圧を印加し、この交番電圧に直流電圧を徐々に変えながら重畳させていった。すると、直流電圧が＋２５Ｖ程度を超えたあたりから粒子の凝集体が解離し始め、直流電圧を＋５０Ｖ程度とすると粒子の凝集体の解離が速やかに行われた。さらに直流電圧を増加させていくと、表示基板１８にマゼンタ粒子が付着し始め、最終的にはマゼンタ粒子が表示面を覆って動かなくなった。また、交番電圧に負の直流電圧を重畳させると、粒子の凝集が進行すると共に表示基板１８に白粒子が固着し始め、初期化ができなかった。
【０１７２】
従って、交番電圧のみでは初期化できないような粒子の組合せを使用しても、本実施形態のように交番電圧に適当な直流電圧を重畳させることにより、良好な初期化駆動を行うことができる。
【０１７３】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態について説明する。本実施形態では、初期化駆動電圧としてデューティを変えた交番電圧を印加する場合について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１７４】
電圧印加装置１４は、印加する電圧のデューティを変更する機能を有しており、制御装置１６の指示により印加する電圧のデューティを変更する。
【０１７５】
本実施形態に係る画像表示媒体は、第７実施形態で説明したものと同様であり、初期化駆動電圧としてデューティを変えた交番電圧を印加して初期化駆動状態を観察した。なお、本実施形態では、図２４に示したように、デューティ値は、交番電圧の１サイクルの時間に対する正のパルス電圧の印加時間の割合とし、このデューティ値を１０％から９０％の間で５％刻みで変えた。
【０１７６】
まず、画像表示媒体の表示基板１８の電極２８に、±４００Ｖ、時間が３０ｍｓｅｃのパルス電圧を０．５ｓｅｃ間隔で繰り返し印加してドット状の表示欠陥を発生させた。次に、この表示基板１８の電極２８に±４００Ｖ、周波数１ｋＨｚの交番電圧を印加し、この交番電圧のデューティを変えていった。すると、デューティが１０％から５０％の間では粒子の凝集体の解離は見られず、逆に凝集が進行したり、表示基板１８に白色粒子が固着し始めて初期化ができなかったが、デューティを５５％にすると粒子の凝集体が解離し始め、デューティを６０％にすると粒子の凝集体の解離が速やかに行われた。さらにデューティを高くしていくと、表示基板１８にマゼンタ粒子が付着し始め、最終的にはマゼンタ粒子が表示面を覆って動かなくなった。
【０１７７】
従って、本実施形態によれば、第７実施形態で説明したのと同様に、デューティが５０％の交番電圧では初期化できないような粒子の組合せを使用しても、良好な初期化駆動を行うことができる。
【０１７８】
【発明の効果】
本発明によれば、繰り返し表示を行っても粒子の凝集体の発生を防止することができる、という優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図２】 画像表示媒体に白色表示させた状態を示す図である。
【図３】 画像表示媒体に黒色表示させた状態を示す図である。
【図４】 画像表示媒体に印加する印加電圧と反射濃度との関係を示す線図である。
【図５】 画像表示媒体に印加する印加電圧の印加方法について説明するための図である。
【図６】 ドット状欠陥について説明するための図である。
【図７】 画像表示媒体に粒子の凝集体が発生した状態を示す図である。
【図８】 画像表示媒体に印加する印加電圧の周波数と粒子の凝集体の発生及び解離効果について説明するための図である。
【図９】 画像表示媒体に印加する印加電圧の印加方法について説明するための図である。
【図１０】 画像表示媒体の繰り返し表示回数と表示濃度との関係を示す線図である。
【図１１】 制御装置で実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１２】 第２実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図１３】 画像表示媒体に印加する印加電圧と反射濃度との関係を示す線図である。
【図１４】 電極と間隙部財との配置関係について説明するための図である。
【図１５】 第２実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図１６】 画像表示媒体の下方に粒子が堆積した状態を示す図である。
【図１７】 粒子の移動について説明するための図である。
【図１８】 交番電圧と拡散高さとの関係について説明するための図である。
【図１９】 画像表示媒体の繰り返し表示回数と表示濃度との関係を示す線図である。
【図２０】 画像表示媒体の繰り返し表示回数と表示濃度との関係を示す線図である。
【図２１】 交番電圧と粒子凝集体の発生防止効果及び間隙部材への粒子付着防止効果について説明するための図である。
【図２２】 画像表示媒体の繰り返し表示回数と表示濃度との関係を示す線図である。
【図２３】 交番電圧と拡散高さとの関係について説明するための図である。
【図２４】 画像表示媒体に印加する印加電圧の印加方法について説明するための図である。
【符合の説明】
１０ 画像表示装置
１２、４２ 画像表示媒体
１４ 電圧印加装置
１６ 制御装置
１８ 表示基板
２０ 背面基板
２２ 黒色粒子
２４ 白色粒子
２６、３２ 基板
２８、３４ 電極
３０、３６ 表面コート層
３８ 間隙部材
４０ 画像表示装置
４４ セル

Claims (9)

1. 一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられた一対の電極と、前記一対の基板間に形成された電界により前記一対の基板間を移動可能に気体と共に封入されると共に、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群と、を備え、且つ表示面が水平方向に対して平行となるように配置された画像表示媒体と、
   前記一対の電極に、前記複数種類の粒子群が移動可能な周波数が２０Ｈｚ以上でかつ２０ｋＨｚ以下の交番電圧であって、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも低い交番電圧を含み且つ前記粒子群の凝集及び付着を防止可能な交番電圧である初期化駆動電圧を印加した後、前記表示駆動電圧を印加する電圧印加手段と、
   を備えた画像表示装置。
2. 一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられた一対の電極と、前記一対の基板間に形成された電界により前記一対の基板間を移動可能に気体と共に封入されると共に、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群と、を備え、且つ表示面が水平方向に対して傾くように配置された画像表示媒体と、
   前記一対の電極に、前記複数種類の粒子群が移動可能な周波数が５０Ｈｚ以上でかつ１０ｋＨｚ以下の交番電圧であって、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも高い交番電圧を含み且つ前記粒子群の落下を防止可能な交番電圧である初期化駆動電圧を印加した後、前記表示駆動電圧を印加する電圧印加手段と、
   を備えた画像表示装置。
3. 前記画像表示媒体は、前記一対の基板の間隙を所定間隔に保持すると共に、前記一対の基板間を複数のセルに分割する間隙部材をさらに備え、前記電圧印加手段は、前記セル毎に前記交番電圧を印加することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像表示装置。
4. 前記電圧印加手段は、前記画像表示媒体の画像切り替えを複数回行う毎に、前記一対の電極に前記交番電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記電圧印加手段は、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも低い交番電圧及び前記表示駆動電圧よりも高い交番電圧を所定の割合で前記一対の電極に印加することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記電圧印加手段は、前記交番電圧に所定の直流電圧を重畳させた交番電圧を前記一対の基板に印加することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記電圧印加手段は、前記交番電圧のデューティを変更する変更手段を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の画像表示装置。
8. 一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられた一対の電極と、前記一対の基板間に形成された電界により前記一対の基板間を移動可能に気体と共に封入されると共に、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群と、を備え、且つ表示面が水平方向に対して平行となるように配置された画像表示媒体の表示駆動方法であって、
   前記一対の電極に、前記複数種類の粒子群が移動可能な周波数が２０Ｈｚ以上でかつ２０ｋＨｚ以下の交番電圧であって、電圧値が前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも低い交番電圧を含み且つ前記粒子群の凝集及び付着を防止可能な交番電圧である初期化駆動電圧を印加した後、前記表示駆動電圧を印加する
   ことを特徴とする表示駆動方法。
9. 一対の基板と、前記一対の基板の各々に設けられた一対の電極と、前記一対の基板間に形成された電界により前記一対の基板間を移動可能に気体と共に封入されると共に、色及び帯電特性が異なる複数種類の粒子群と、を備え、且つ表示面が水平方向に対して傾くように配置された画像表示媒体の表示駆動方法であって、
   前記一対の電極に、前記複数種類の粒子群が移動可能な周波数が５０Ｈｚ以上でかつ１０ｋＨｚ以下の交番電圧であって、前記画像表示媒体へ画像を表示させるときの表示駆動電圧よりも高い交番電圧を含み且つ前記粒子群の落下を防止可能な交番電圧である初期化駆動電圧を印加した後、前記表示駆動電圧を印加する
   ことを特徴とする表示駆動方法。

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