JP5065283B2 - エレクトロウェッティングディスプレイ用の駆動手段 - Google Patents

Description

本発明は、画素を持っているエレクトロウェッティング(electrowetting)ディスプレイ装置用の駆動手段に関する。この駆動手段は、データ書き込み信号より先に、電圧信号を前記画素に印加するように構成される。

エレクトロウェッティングディスプレイは、主に高輝度、高コントラスト比、大きな視野角及び高速スイッチング速度の組み合わせにより、魅力を一層増大している。これら特性がビデオの用途に適したエレクトロウェッティングディスプレイを作成する。原則として、エレクトロウェッティングディスプレイは、透過型又は反射型で作成されることが可能である。反射型のエレクトロウェッティングディスプレイにはバックライトが必要とされないので、電力消費はかなり低くすることができる。

エレクトロウェッティングディスプレイは一般的に、密封されたエレクトロウェッティングセル、異なる光学特性を持ち、前記セルに含まれている極性及び非極性液体、例えば水及びオイル、前記セルに含まれる前記液体を制御するための多数の電極、前面層並びに背面反射層から構成される。混ざることのないこれら液体は、電極に電圧を印加することにより移動する。（電極に電圧が印加されていない）平衡状態において、極性及び非極性液体は、前記密封されたセルにおいて自然に層を形成し、これにより薄膜が作成される。この状態、つまり着色状態において、前記膜は反射領域を覆い、前記セル又は画素は、暗く又は黒色で表示される。前記電極に電圧を印加することにより、前記層を形成した着色状態は、もはやエネルギーの点からでも好適ではなく、画素の角の１つに向けて前記極性液体を移動させることにより、前記セル又は画素はそのエネルギーを低下させる。結果として、前記非極性液体が移動し、その下にある反射又は白色面が露出される。結果として、この状態、つまり白色状態において、前記セル又は画素は、白色又は明るく表示される。静電力と毛管力との相互作用は、前記非極性液体がどの程度側面に移動されたかを決める。このようにして、前記層を形成した構成要素の光学特性は、中間の着色状態、すなわち着色状態と白色状態との間にある状態が達成されるように調節される。

国際特許出願WO2005/036517 A1は、第１の透過な支持プレート上で互いに混ざることのない第１の液体及び第２の液体を少なくとも持っている画素を有するディスプレイ装置を開示し、前記第２の液体は導電性又は極性である。さらに、プレパルス(pre-pulse)を供給する、ディスプレイの駆動手段が開示されている。これらプレパルスは、前記ディスプレイ装置の画素をこれらプレパルスの電圧レベルに関連する電気光学状態にする。この形式のエレクトロウェッティングディスプレイ装置を駆動する場合、各行は、それに応じて２度（各フレームに対し２度）選択されなければならない。第１の選択信号は、印加される電圧レベルに関連する光学状態に前記画素を設定し、第２の選択信号は、データを前記画素に書き込む。上述した特許文書に開示される従来技術の問題点は、前記プレパルスが光応答(optical response)を作成することであり、これは、長いプレパルスが使用される場合、可視となることがある。

本発明の目的は、とりわけ従来技術におけるこの問題を解決することであり、この目的のために、添付される独立請求項１に述べたような駆動手段、及び独立請求項９に規定される方法を供給する。特定の実施例は、従属請求項に規定される。

本発明は、画素を所望の光学状態にして、その状態を維持するために使用される書き込み信号とは異なる電圧信号が前記画素に印加される場合、前記所望の光学状態は所望する期間中、良好に維持されることが分かっていて、この電圧信号は、前記電圧信号を印加している間、及び印加した後、前記光学状態が略維持されるような、電圧レベル及び期間を有する。特に、前記電圧信号はオイルの逆流(back flow)を防ぐ。

画素の光学状態は、その画素の光学的外観を意味する。例えば、グレイスケールディスプレイの画素は、極端な光学状態のどちらか一方、つまり黒色若しくは白色に達するか、又はそれら極端な光学状態の間にある異なる中間の光学状態、すなわち異なるグレイレベルに達するかである。理解されるように、画素の光学状態はさらに、異なる色レベル（カラーディスプレイの場合）、輝度レベル、反射率のレベル等を意味してもよい。

通常、画素は、エレクトロウェッティングセルのオイルが移動した開いた白色状態に切り替わる場合、オイルは、このオイルがエレクトロウェッティングセル全体にわたり層を作成する完全に閉じた着色状態にゆっくりと戻る。この状態において、画素は暗く表される。これはオイルの特徴に依存して、約０．５秒からコンマ数秒だけで得られる。この現象は逆流と呼ばれ、画素の充電により生じるようである。電圧信号の印加が画素の充電を減少させることが分かっている。電圧信号の期間は、前記信号が印加される場合、画素の光学状態が殆ど変化しないような期間である。これは、原則的に画素の光学状態が維持されることを含んでいる。画素が新しい光学状態に達するように、電圧信号によって前記光学状態がわずかに変更される場合、この新しい状態は好ましくは、前記信号が印加されたとき閲覧者が光学状態の如何なる実質的な変化も感じないように、前記画素が達した状態に近い。しかしながら、例えば画素に充電される電圧又は画素の静電容量のような画素の電気特性は、電圧信号が印加される場合、非常によく充電されている。

本発明の第１の実施例には駆動手段が設けられ、この手段は、複数のデータ書き込み信号がフレーム内の画素に印加されるように構成され、これによりディスプレイ装置のフレーム時間は減少する。

本発明の実施例において、前記駆動手段は、前記画素が第１のフレームの直後の第２のフレームにおいて同じ光学状態を持つように、第１のフレームにおける光学状態を持つ画素に前記電圧信号を印加するように構成される。それ故に、画素のグレイレベルは、長期にわたり及び数フレームにわたり有利に用いられる。

本発明の第１の実施例において、電圧信号の電圧レベルは零ボルト（０Ｖ）に設定される。有利なことに、零ボルトの電圧レベルは、画素に最小の電荷を供給する。データ書き込みシグナル電圧の６分の１よりも小さな電圧レベルが零ボルト信号を近似するのに使用される、すなわち前記駆動電圧が−３０Ｖである場合、近似値は−５Ｖから５Ｖである。

その上、前記電圧信号は、フレーム時間の２％から１５％の期間、より明確にはフレーム時間の約１０％の期間を有する。このフレーム時間はフレームの期間である。例えば５０Ｈｚのフレーム更新周波数にとって、フレーム時間は２０ｍｓである。上で特定したように短い期間の電圧信号を供給することの優位性は、画素の光学状態を変更せずに画素の電気特性を変更することを可能にすることである。

本発明の他の実施例において、前記駆動手段は、１つのフレーム内の各画素に対し少なくとも１つの電圧信号を印加するように構成される。このようにして、前記画素の均一な及び頻繁な放電が保証される。有利なことに、光学状態は、複数の画素に対し長期にわたり維持される。

その上、本発明の実施例による駆動手段を有するエレクトロウェッティングディスプレイ装置が供給される。本発明の他の実施例によるディスプレイ装置は、アクティブマトリックスディスプレイ装置を有する。添付の請求項及び後続する詳細な説明を検討する場合、本発明の他の特徴及び優位性が明らかとなるであろう。当業者は、本発明の異なる特徴が組み合わされて、以下に説明される実施例以外の実施例を作ることも分かっている。

図１ａにおいて、水１１、着色オイル１２、疎水性絶縁体１３、透明電極１４及び白色基板１５を有するエレクトロウェッティングセルが示される。このセルに電圧は印加されていない、すなわち画素はオフ状態であり、それ故にオイルは着色した均一なフィルムを形成する。黒色の矢印は前記画素が暗く見えることを示している。

図１ｂは、図１ａと同じセルを示しているが、このセルには電圧が印加されている、すなわち前記画素はオン状態であり、それ故に前記オイルフィルムは収縮されている。白色の矢印は前記画素が白色に（又は明るく）見えることを示している。

一般的に、上述したようなエレクトロウェッティングセルを持つディスプレイ装置は、アクティブマトリックス平面を有し、これは列及び行ドライバを用いてアドレッシングされる。列ドライバは前記画素の電圧レベルを設定し、行ドライバは前記列ドライバの電圧レベルが選択した画素を所望の状態に設定するように、特定の列を選択する（又は活性化させる）。データをディスプレイの画素に書き込む場合、前記列ドライバに印加される電圧レベルに従って前記画素が選択及び書き込まれるようにするために、画素の行が選択されなければならないと共に、適切な電圧レベルが画素の列ドライバに印加されなければならない。このアドレッシング技術は行列アドレッシングとして普通に知られている。

図２において、アクティブマトリックス・エレクトロウェッティングディスプレイの画素にかかる電圧Ｖを時間ｔの関数として説明する図を示す。この電圧の変化は、前記画素にかかる電圧が変化するにつれて、画素のキャパシタンスが変化するという事実の結果であると理解されるべきである。アクティブマトリックスアドレッシングを使用することにより、前記画素のコンデンサ上の電圧がサンプリングされる。前記画素内のキャパシタンスの変化によって、この画素にかかる電圧レベルは、その目標値には達しない。従って、同じ電圧レベルを持つ多数のフレーム時間の後、画素はその目標値に近づく。画素の応答時間は、既定の光学状態を示す電圧レベルを印加する実際の時間から前記既定の光学状態に達するまでに画素が要した時間と規定される。

図３を参照すると、画素の反射率Ｒは時間ｔの関数として表される。図３において、前記反射率はゆっくりと増大し、目標値に近づいていることが示される。

さらに、図４は、データのリセット及びデータを画素に印加することを説明する従来のタイミング図を示す。図４は、第１のフレームｆｒｍ１及び第２のフレームｆｒｍ２を示す。第１のフレームｆｒｍ１は、第１の行ＲＷ１のリセットｒｓｔで始まり、走査方向ＳＤに向かい最後の行ＲＷｎまで続く。これによりディスプレイ装置の全ての行をリセットする。最後の行をリセットした後、再び最初の行ＲＷ１が選択され、そのときデータｄｔがこの第１の行に書き込まれる。このようにして、第１のフレームｆｒｍ１におけるディスプレイ装置の全ての行にデータが書き込まれる。第１のフレームに続き、上述したようなデータのリセット及び書き込みを有する第２のフレームｆｒｍ２が存在する。記号ｔは時間を示す。リセット信号の目的は、データ書き込み信号を印加するための明確なスタート地点を得るために、前記リセット信号を印加する前に、画素の光学状態とは無関係であると共に、通常は異なっている既定の光学状態に前記画素を設定することである。このリセット信号は、画素のアドレッシングにおけるヒステリシス効果を抑制する。

図５において、本発明の実施例によるディスプレイ装置の電圧信号及びデータ書き込み信号のタイミングを示すタイミング図である。記号ｄｓ、ＲＷ１、ＲＷｎ、ＳＤ、ｄｔ、ｔ、ｆｒｍ１及びｆｒｍ２は、それぞれ電圧信号、第１の行、最後の行、走査方向、複数のデータ信号、時間、第１のフレーム及び第２のフレームを指す。各フレームは１つの電圧信号ｄｓ及び複数のデータ書き込み信号ｄｔを有する。電圧信号ｄｓの目的は、好ましくないオイルの逆流を防ぐことであり、従って図４におけるリセットパルスｒｓｔの目的とは異なる。その上、画素を異なる光学状態にする前記信号ｒｓｔとは異なり、電圧信号ｄｔは、この電圧信号ｄｔを印加する直前及び直後の光学状態は略同じである。如何なる理論にも縛られたくないのだが、発明者は、電圧信号ｄｓが画素に放電することを可能にすると信じ、故にこの電圧信号は放電信号とも呼ばれる。図５において、フレーム時間は２０ｍｓであり、従って電圧信号の適切な期間は２ｍｓである。

図６を参照すると、垂直軸Ｖは、画素をリフレッシュするために印加される電圧を示し、水平軸ｔは時間を示している概略図を示す。図６において多数のフレームＦＲＭが示されている。これらフレームＦＲＭは、電圧信号ＤＳを含んでいるが、全てのフレームが電圧信号を含んでいる必要はない。これら電圧レベルＶ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４は、例えば４つの異なるグレイレベルのような対応する光学状態が達成されるように画素に印加される電圧を示す。電圧信号ＤＳ及びデータ書き込み信号が前記フレーム内に伝達される順序は任意である、すなわち非同期放電が印加されるが、この順序はリセットの数を減少させ、データワイヤの本数を増大させるようにも構成される。これらデータワイヤは、フレームが例えば最初の行に対するデータワイヤで常に始まるようなフレーム周波数と同期される。

図７には、図６と同じ表記が使用された概略図を示す。この図は、本発明の実施例によるディスプレイ装置を駆動させる方法の他の実施例を説明している。本実施例において、各フレームＦＲＭは、電圧信号ＤＳで開始する（これにより各フレームは逆流を抑えるためのある電圧信号を有する）。このようにして、電圧信号ＤＳはフレームと同期される。

本発明が、本発明の特定の例示的な実施例を参照して説明されていたとしても、多くの異なる変更及び修正等が当業者には明らかとなるであろう。説明される実施例はこれにより、添付される特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲を制限することを意味しない。

着色状態の一般的なエレクトロウェッティングディスプレイの画素の側面図を示す。 白色状態の一般的なエレクトロウェッティングディスプレイの画素の側面図を示す。 画素にかかる電圧が時間の関数としてプロットされる図を示す。 画素の反射率を時間の関数としてプロットされる図を示す。 データをリセットする及び画素に書き込む既知の方法が描かれるタイミング図を示す。 本発明の実施例に従うディスプレイ装置の電圧信号及びデータ書き込み信号のタイミングを構成する方法を説明するタイミング図を示す。 本発明の実施例に従って目標の電圧レベルに達するための応答時間を減少させるために、複数のデータ書き込みを用いて画素を駆動させる方法の実施例からなる概略図。 本発明の他の実施例に従う非同期電圧信号を用いて前記目標の電圧レベルに達するための前記応答時間を減少させるために、複数のデータ書き込みを用いて画素を駆動させる方法の他の実施例からなる概略図。

Claims (15)

1. 画素を持っているエレクトロウェッティングディスプレイ装置のための駆動手段において、
   前記駆動手段はデータ書き込み信号より先に、電圧信号を前記画素に印加するように構成され、
   前記電圧信号を印加する直前、印加している間、印加した直後において前記画素が同じ光学状態を有するように、前記電圧信号は、フレームの２％から１５％である期間及び前記データ書き込み信号の電圧の６分の１よりも小さい電圧レベルを持ち、
   前記電圧信号は、前記電圧信号を印加する前の画素の光学状態とは独立していることを特徴とする駆動手段。
2. 前記駆動手段はさらに、複数のデータ書き込み信号をフレーム中に前記画素に印加するように構成される請求項１に記載の駆動手段。
3. 前記駆動手段はさらに、前記画素が第１のフレームの直後の第２のフレームにおいて同じ光学状態を持つように、前記第１のフレームにおける光学状態を持つ画素に前記電圧信号を印加するように構成される請求項１又は２に記載の駆動手段。
4. 前記電圧信号の前記電圧レベルは零ボルトに設定される請求項１に記載の駆動手段。
5. 前記電圧信号は、フレームの１０％である期間を持つ請求項１に記載の駆動手段。
6. 前記駆動手段は、前記フレーム内の前記画素の各々に対し少なくとも１つの電圧信号を印加するように構成される請求項２乃至５の何れか一項に記載の駆動手段。
7. 前記駆動手段は、前記画素に前記電圧信号を印加することにより前記フレームを開始させるように構成される請求項１に記載の駆動手段。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の駆動手段を有するエレクトロウェッティングディスプレイ装置。
9. 画素を持っているエレクトロウェッティングディスプレイ装置を駆動するための方法において、
   データ書き込み信号より先に、電圧信号を前記画素に印加するステップを有し、
   前記電圧信号を印加する直前、印加している間、印加した直後において前記画素が同じ光学状態を有するように、前記電圧信号は、フレームの２％から１５％である期間及び前記データ書き込み信号の電圧の６分の１よりも小さい電圧レベルを持ち、
   前記電圧信号は、前記電圧信号を印加する前の画素の光学状態とは独立していることを特徴とする方法。
10. 複数のデータ書き込み信号をフレーム中に前記画素に印加するステップをさらに有する請求項９に記載の方法。
11. 前記電圧信号を印加するステップはさらに、前記電圧信号を画素に印加するステップを有し、前記画素は第１のフレームの直後の第２のフレームにおいて同じ光学状態を持つように、前記第１のフレームにおける光学状態を持っている請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記電圧信号の前記電圧レベルは零ボルトである請求項９に記載の方法。
13. 前記電圧信号は、フレームの１０％である期間を持つ請求項９に記載の方法。
14. 前記電圧信号を印加するステップは、前記フレーム内の前記画素の各々に対し少なくとも１つの電圧信号を印加するステップを有する請求項９乃至１３の何れか一項に記載の方法。
15. 前記電圧信号を印加するステップは、前記フレームの最初に前記電圧信号を印加することにより行われる請求項９乃至１４の何れか一項に記載の方法。

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