(57)【要約】【課題】乾式で応答性能が速く、単純な構造で安価かつ、安定性に優れる画像表示装置において、表示した画像の画像表示状態を読み出すことのできる画像表示装置を提供する。【解決手段】少なくとも一方が透明な２枚の基板（１、２）の間に色および帯電特性の異なる２種類以上の粒子（５、６）を封入し、前記基板の一方または双方に設けた電極からなる電極対から前記粒子に電界を与えて、前記粒子を飛翔移動させて画像を表示する画像表示板を具備する画像表示装置であって、画素内の粒子の飛翔移動の際に発生する飛翔移動電流を検出することにより画像表示状態を読み出す。具体的には、画像表示状態の読み出しを、表示されている画像に対し、全面黒色または白色の画像を書き込み、その書き込みの際、各画素に流れた飛翔移動電流の積分値から各画素の表示濃度を求めることで行うよう構成する。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明な２枚の基板の間に色および帯電特性の異なる２種類以上の粒子を封入し、前記基板の一方または双方に設けた電極からなる電極対から前記粒子に電界を与えて、前記粒子を飛翔移動させて画像を表示する画像表示板を具備する画像表示装置であって、画素内の粒子の飛翔移動の際に発生する飛翔移動電流を検出することにより画像表示状態を読み出すことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記画像表示状態の読み出しを、表示されている画像に対し、全面黒色または白色の画像を書き込み、その書き込みの際、各画素に流れた飛翔移動電流の積分値から各画素の表示濃度を求めることで行うよう構成した請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記飛翔移動電流を検出する飛翔移動電流検出部と、前記飛翔移動電流を積分する積分器を具備する請求項１または２記載の画像表示装置。
【請求項４】
画像書き込みの際に用いる電極を使用して、前記飛翔移動電流を検出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
読み出された表示画像情報をもとに、再書き込みする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
粒子の平均粒子径が０．１〜５０μｍである請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
キャリヤを用いてブローオフ法により測定した粒子の表面電荷密度が絶対値で５μＣ／ｍ２以上１５０μＣ／ｍ２以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
粒子が、その表面と１ｍｍの間隔をもって配置されたコロナ放電器に、８ＫＶの電圧を印加してコロナ放電を発生させて表面を帯電させた場合に、０．３秒後における表面電位の最大値が３００Ｖより大きい粒子である請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項９】
粒子の色が白色及び黒色である請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記画像表示板が、複数の走査電極と、それにほぼ直行するデータ電極で構成されるマトリックス電極を具備する請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クーロン力を利用した粒子の飛翔移動に伴い、画像を繰り返し表示、消去できる画像表示板を具備する画像表示装置に関し、特に画像表示メモリ性を利用した画像表示状態検出機能を有する画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶（ＬＣＤ）に代わる画像表示装置として、電気泳動方式、エレクトロクロミック方式、サーマル方式、２色粒子回転方式などの技術を用いた画像表示装置が提案されている。
【０００３】
これら従来の技術は、ＬＣＤに比べて、通常の印刷物に近い広い視野角が得られる、消費電力が小さい、メモリ機能を有している等のメリットから、次世代の安価な画像表示装置に使用できる技術として考えられ、携帯端末用画像表示、電子ペーパー等への展開が期待されている。特に最近では、分散粒子と着色溶液からなる分散液をマイクロカプセル化し、これを対向する基板間に配置する電気泳動方式が提案され期待が寄せられている。
【０００４】
しかしながら、電気泳動方式では、液中を粒子が泳動するために液の粘性抵抗により応答速度が遅いという問題がある。更に、低比重の溶液中に酸化チタン等の高比重の粒子を分散させているために沈降しやすく、分散状態の安定性維持が難しく、画像繰り返し安定性に欠けるという問題を抱えている。マイクロカプセル化にしても、セルサイズをマイクロカプセルレベルにし、見かけ上、上述した欠点が現れにくくしているだけであって、本質的な問題は何ら解決されていない。
【０００５】
一方、溶液中での挙動を利用した電気泳動方式に対し、溶液を使わず、導電性粒子と電荷輸送層を基板の一部に組み入れた方式も提案され始めている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、電荷輸送層、更には電荷発生層を配置するために構造が複雑になると共に、導電性粒子に電荷を一定に注入することは難しく、安定性に欠けるという問題もある。
【０００６】
【非特許文献１】
趙　国来、外３名、“新しいトナーディスプレイデバイス（Ｉ）”、１９９９年７月２１日、日本画像学会年次大会（通算８３回）“Ｊａｐａｎ　Ｈａｒｄｃｏｐｙ’９９”、ｐ．２４９−２５２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した種々の問題を解決するための一方法として、少なくとも一方が透明な２枚の基板の間に色および帯電特性の異なる２種類以上の粒子を封入し、基板に設けた電極からなる電極対から粒子に電界を与えて、クーロン力などにより粒子を飛翔移動させて画像を表示する画像表示板を具備する画像表示装置が知られている。
【０００８】
この画像表示装置は、一度書き込み操作により画像を形成してしまえば、駆動電圧を取り去っても画像表示状態を保持するという特徴がある。そのため、従来方式の画像表示装置にはないメリットが生じ、大画面高精細ディスプレイ、電子ペーパーなどへの応用が期待されている。
【０００９】
上記画像表示メモリ性をさらに有効に活用する方法として、保持している画像表示状態を読み出すことができるなら、この画像表示装置を情報記憶装置として用いることが考えられる。特に大画面高精細ディスプレイや電子ペーパーなど表示画素数が極端に多い場合は、半導体素子による画像メモリを併設する方法に比べて、コストや小型化などの面でメリットが大きい。
【００１０】
また、光センサーなどを用いて光学的に画像表示状態を読み出す方法は、光センサー付加のためのコストアップや、取り付けスペースのための画像表示装置の大型化などの問題が生じる。さらに、電気的に読み出すことができれば上記問題は回避できるが、上記粒子の飛翔移動により画像を表示する画像表示装置では、粒子に電界を与えて画像を表示した後、すべての表示状態において電極間の抵抗値や静電容量の差がなく、これらの電気的特性値を利用して画像表示状態を読み出すことができないという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、乾式で応答性能が速く、単純な構造で安価かつ、安定性に優れる画像表示装置において、表示した画像の画像表示状態を読み出すことのできる画像表示状態検出機能を有する画像表示装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像表示装置は、少なくとも一方が透明な２枚の基板の間に色および帯電特性の異なる２種類以上の粒子を封入し、前記基板の一方または双方に設けた電極からなる電極対から前記粒子に電界を与えて、前記粒子を飛翔移動させて画像を表示する画像表示板を具備する画像表示装置であって、画素内の粒子の飛翔移動の際に発生する飛翔移動電流を検出することにより画像表示状態を読み出すことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明における画像表示装置は、粒子が電極間を飛翔移動する際、飛翔移動電流が流れる。飛翔移動電流の積分値は飛翔移動した粒子の電荷の総和であるので、あらかじめ粒子の平均電荷量を測定しておけば、どれだけの量の粒子が移動したかがわかる。この移動粒子の量を電極面積で割れば面積当たりの粒子密度が計算できる。このときの表示濃度は粒子面積密度から光学計算で求めてもよいし、実測してもよい。このようにして実際に用いる電極面積における表示濃度と飛翔移動電流積分値との関係をあらかじめマップ化しておき、飛翔移動電流積分値を検出することで表示濃度すなわち画像表示状態を検出することができる。
【００１４】
本発明では、実際の画像表示状態の読み出しを、表示されている画像に対し、全面黒色または白色の画像を書き込み、その書き込みの際各画素に流れた飛翔移動電流の積分値から各画素の表示濃度を求めることで行うよう構成すると、本発明をより効果的に実施できるため、好ましい。また、飛翔移動電流を検出する飛翔移動電流検出部と、飛翔移動電流を積分する積分器を具備するよう構成すること、画像書き込みの際に用いる電極を使用して、飛翔移動電流を検出すること、及び、読み出された表示画像情報をもとに、再書き込みすることは、いずれも好ましい態様となる。
【００１５】
さらに、本発明の画像表示装置における粒子としては、粒子の平均粒子径が０．１〜５０μｍであることが好ましい。また、キャリヤを用いてブローオフ法により測定した粒子の表面電荷密度が絶対値で５μＣ／ｍ２以上１５０μＣ／ｍ２以下であることが好ましい。さらに、粒子が、その表面と１ｍｍの間隔をもって配置されたコロナ放電器に、８ＫＶの電圧を印加してコロナ放電を発生させて表面を帯電させた場合に、０．３秒後における表面電位の最大値が３００Ｖより大きい粒子であることが好ましい。さらにまた、粒子の色が白色及び黒色であることが好ましい。また、画像表示板が、複数の走査電極と、それにほぼ直行するデータ電極で構成されるマトリックス電極を具備することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の画像表示装置を構成する画像表示板の画像表示素子の一例とその表示駆動原理を示す図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示す例において、１は透明基板、２は対向基板、３は表示電極（透明電極）、４は対向電極、５は負帯電性粒子、６は正帯電性粒子、７は隔壁である。
【００１７】
図１（ａ）は対向する基板（透明基板１と対向基板２）の間に負帯電性粒子５及び正帯電性粒子６を配置した状態を示す。この状態のものに、表示電極３側が低電位、対向電極４側が高電位となるように電圧を印加すると、図１（ｂ）に示すように、クーロン力などによって、正帯電性粒子６は表示電極３側飛翔移動し、負帯電性粒子５は対向電極４側に飛翔移動する。この場合、透明基板１側から見る表示面は正帯電性粒子６の色に見える。次に、電位を切り換えて、表示電極３側が高電位、対向電極４側が低電位となるように電圧を印加すると、図１（ｃ）に示すように、クーロン力などによって、負帯電性粒子５は表示電極３側に飛翔移動し、正帯電性粒子６は対向電極４側に飛翔移動する。この場合、透明基板１側から見る表示面は負帯電性粒子６の色に見える。
【００１８】
図１（ｂ）と図１（ｃ）の間は電源の電位を反転するだけで繰り返し表示することができ、このように電源の電位を反転することで可逆的に色を変化させることができる。粒子の色は、随意に選定できる。例えば、負帯電性粒子５を白色とし、正帯電性粒子６を黒色とするか、負帯電性粒子５を黒色とし、正帯電性粒子６を白色とすると、表示は白色と黒色間の可逆表示となる。この方式では、各粒子は一度電極に鏡像力により貼り付いた状態にあるので、電源を切った後も表示画像は長期に保持され、メモリ保持性が良い。
【００１９】
本発明では、各帯電粒子は気体中を飛翔するため、画像表示の応答速度が速く、応答速度を１ｍｓｅｃ以下にすることができる。また、液晶表示素子のように配向膜や偏光板等が不要で、構造が単純で、低コストかつ大面積が可能である。温度変化に対しても安定で、低温から高温まで使用可能である。さらに、視野角がなく、高反射率、反射型で明るいところでも見易く、低消費電力である。メモリ性もあり、画像保持する場合に電力を消費しない。
【００２０】
本発明の画像表示装置は、上記画像表示素子がマトリックス状に配置された画像表示板から構成される。図２（ａ）、（ｂ）にその模式図の一例を示す。この例では説明の都合上３×３のマトリックスを示す。各電極の数をｎ個とすることで、任意のｎ×ｎのマトリックスを構成することができる。
【００２１】
図２（ａ）、（ｂ）に示す例において、ほぼ平行に配置した表示電極（走査電極）３−１〜３−３と同じくほぼ平行に配置した対向電極（データ電極）４−１〜４−３とは、互いにほぼ直交した状態で、透明基板１上および対向基板２上に設けられている。表示電極３−１〜３−３のそれぞれには、ロウドライバ回路８が接続されている。同様に、対向電極４−１〜４−３のそれぞれには、カラムドライバ回路９を介してフレームバッファ１０が接続されている。各カラムドライバ回路９は、図２（ｂ）に示すように、電圧発生回路１１、電流／電圧変換回路１２、反転電流検出器１３、積分器１４、比較器１５を具備して成る。このカラムドライバ回路９は、電極間に印加する階調電圧の電圧値を調整する、単純な構造かつ安価な調整回路となる。
【００２２】
表示電極側に接続されロウドライバ回路８は、表示電極３−１〜３−３を順次走査するための走査信号を発生する機能を有している。また、対向電極側に接続されたフレームバッファ１０は、選択された対向電極上の階調指示電圧をカラムドライバ回路９に出力する機能を有しており、カラムドライバ回路９は、入力された階調指示電圧に対応する階調電圧を当該対向電極に出力する機能および後に詳述する飛翔移動電流補正機能を有している。これらロウドライバ回路８、カラムドライバ回路９、フレームバッファ１０の全体がマトリックスドライブ回路を構成する。なお、本例では、隔壁７によりお互いを隔離して３×３個の画像表示素子を構成しているが、この隔壁７は必須ではなく、省くこともできる。
【００２３】
上述した表示電極３−１〜３−３と対向電極４−１〜４−３とからなるマトリックス電極に対する駆動制御では、表示しようとする画像に応じて、図示しないシーケンサの制御によりロウドライバ回路８、カラムドライバ回路９およびフレームバッファ１０の動作を制御して、３×３個の画像表示素子を順に表示させる動作が実行される。この動作は、基本的には、従来から知られているものとほぼ同一の画像表示動作であるが、本発明では、この動作に加えて、後に詳細に説明する、中間調表示（階調表示）のための動作を行う。
【００２４】
マトリックス電極を構成する各電極は、透明基板上に設ける表示電極の場合には、透明かつパターン形成可能である導電材料で形成される。このような導電材料としては、アルミニウム、銀、ニッケル、銅、金等の金属やＩＴＯ、導電性酸化スズ、導電性酸化亜鉛等の透明導電金属酸化物をスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、塗布法等で薄膜状に形成したもの、あるいは、導電剤を溶媒あるいは合成樹脂バインダーに混合して塗布したものが用いられる。
【００２５】
導電剤としては、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムパークロレート等のカチオン性高分子電解質、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩等のアニオン性高分子電解質や導電性の酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム微粉末等が用いられる。なお、電極の厚みは、導電性が確保でき光透過性に支障がなければどのような厚さでも良いが、３〜１０００ｎｍ、好ましくは５〜４００ｎｍが好適である。対向基板上には、上記表示電極と同様に透明電極材料を使用することもできるが、アルミニウム、銀、ニッケル、銅、金等の非透明電極材料も使用できる。
【００２６】
各電極には、帯電した粒子の電荷が逃げないように絶縁性のコート層を形成することが好ましい。コート層は、負帯電性粒子に対しては正帯電性の樹脂を、正帯電性粒子に対しては負帯電性の樹脂を用いると、粒子の電荷が逃げ難いので特に好ましい。
【００２７】
以下、本発明の画像表示装置で用いる基板について述べる。基板の少なくとも一方は装置外側から粒子の色が確認できる透明基板であり、可視光の透過率が高くかつ耐熱性の良い材料が好適である。可撓性の有無は用途により適宜選択され、例えば、電子ペーパー等の用途には可撓性のある材料が好適であり、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコン類の携帯機器の表示装置等の用途には可撓性のない材料が好適である。
【００２８】
基板の材料を例示すると、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、アクリル等のポリマーシートや、ガラス、石英等の無機シートが挙げられる。対向基板は透明でも不透明でもかまわない。基板の厚みは、２〜５０００μｍが好ましく、特に５〜１０００μｍが好適である。厚みが薄すぎると、強度、基板間の間隔均一性を保ちにくくなり、厚みが厚すぎると、表示機能としての鮮明さ、コントラストの低下が発生し、特に、電子ペーパー用途の場合にはフレキシビリティー性に欠ける。
【００２９】
また、図２（ａ）に示すように、隔壁７を各表示素子の四周に設けるのが好ましい。隔壁を平行する２方向に設けることもできる。これにより、基板平行方向の余分な粒子移動を阻止し、耐久繰り返し性、メモリ保持性を介助するとともに、基板間の間隔を均一にかつ補強し、画像表示板の強度を上げることもできる。隔壁の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、スクリーン版を用いて所定の位置にペーストを重ね塗りするスクリーン印刷法や、基板上に所望の厚さの隔壁材をベタ塗りし、隔壁として残したい部分のみレジストパターンを隔壁材上に被覆した後、ブラスト材を噴射して隔壁部以外の隔壁材を切削除去するサンドブラスト法や、基板上に感光性樹脂を用いてレジストパターンを形成し、レジスト凹部へペーストを埋め込んだ後レジストを除去するリフトオフ法（アディティブ法）や、基板上に隔壁材料を含有した感光性樹脂組成物を塗布し、露光・現像により所望のパターンを得る感光性ペースト法や、基板上に隔壁材料を含有するペーストを塗布した後、凹凸を有する金型等を圧着・加圧成形して隔壁形成する鋳型成形法等、種々の方法が採用される。さらに、鋳型成形法を応用し、鋳型として感光性樹脂組成物により設けたレリーフパターンを使用する、レリーフ型押し法も採用される。
【００３０】
以下、本発明の画像表示装置で用いる粒子について述べる。本発明では、表示のための粒子は負帯電性または正帯電性の着色粒子で、クーロン力などにより飛翔移動するものであればいずれでも良いが、特に、帯電性に優れ、球形で比重の小さい粒子が好適である。粒子の平均粒子径は０．１〜５０μｍが好ましく、特に１〜３０μｍが好ましい。粒子径がこの範囲より小さいと、粒子の電荷密度が大きすぎて電極や基板への鏡像力が強すぎ、メモリ性はよいが、電界を反転した場合の追随性が悪くなる。反対に粒子径がこの範囲より大きいと、追随性は良いが、メモリ性が悪くなる。
【００３１】
粒子を負または正に帯電させる方法は、特に限定されないが、コロナ放電法、電極注入法、摩擦法等の粒子を帯電する方法が用いられる。キャリヤを用いてブローオフ法により測定した粒子の表面電荷密度が絶対値で５μＣ／ｍ２以上１５０μＣ／ｍ２以下であることが好ましい。表面電荷密度がこの範囲より低いと、電界の変化に対する応答速度が遅くなり、メモリ性も低くなる。表面電荷密度がこの範囲より高いと、電極や基板への鏡像力が強すぎ、メモリ性はよいが、電界を反転した場合の追随性が悪くなる。
【００３２】
本発明において用いた、表面電荷密度を求めるのに必要な、帯電量の測定および粒子比重の測定は以下によって行った。
＜ブローオフ測定原理及び方法＞
ブローオフ法においては、両端に網を張った円筒容器中に粉体とキャリヤの混合体を入れ、一端から高圧ガスを吹き込んで粉体とキャリヤとを分離し、網の目開きから粉体のみをブローオフ（吹き飛ばし）する。この時、粉体が容器外に持ち去った帯電量と等量で逆の帯電量がキャリヤに残る。そして、この電荷による電束の全てはファラデーケージで集められ、この分だけコンデンサーは充電される。そこでコンデンサー両端の電位を測定することにより粉体の電荷量Ｑは、
Ｑ＝ＣＶ　　　　（Ｃ：コンデンサー容量、Ｖ：コンデンサー両端の電圧）
として求められる。
ブローオフ粉体帯電量測定装置としては東芝ケミカル社製のＴＢ−２００を用いた。本発明ではキャリヤとして正帯電性・負帯電性の２種類のものを用い、それぞれの場合の単位面積あたり電荷密度（単位：μＣ／ｍ２）を測定した。すなわち、正帯電性キャリヤ（相手を正に帯電させ自らは負になりやすいキャリヤ）としてはパウダーテック社製のＦ９６３−２５３５を、負帯電性キャリヤ（相手を負に帯電させ自らは正に帯電しやすいキャリヤ）としてはパウダーテック社製のＦ９２１−２５３５を用いた。
＜粒子比重測定方法＞
粒子比重は、株式会社島津製作所製比重計、マルチボリウム密度計Ｈ１３０５にて測定した。
【００３３】
粒子はその帯電電荷を保持する必要があるので、体積固有抵抗が１×１０１０Ω・ｃｍ以上の絶縁性粒子が好ましく、特に体積固有抵抗が１×１０１２Ω・ｃｍ以上の絶縁性粒子が好ましい。また、以下に述べる方法で評価した電荷減衰性の遅い粒子がさらに好ましい。
【００３４】
すなわち、粒子を、別途、プレス、加熱溶融、キャスト等により、厚み５〜１００μｍのフィルム状にする。そして、そのフィルム表面と１ｍｍの間隔をもって配置されたコロナ放電器に、８ＫＶの電圧を印加してコロナ放電を発生させて表面を帯電させ、その表面電位の変化を測定し判定する。この場合、０．３秒後における表面電位の最大値が３００Ｖより大きく、好ましくは４００Ｖより大きくなるように、粒子構成材料を選択、作製することが肝要である。
【００３５】
なお、上記表面電位の測定は、例えば図３に示した装置（ＱＥＡ社製ＣＲＴ２０００）により行うことができる。この装置の場合は、前述したフィルムを表面に配置したロールのシャフト両端部をチャック２１にて保持し、小型のスコロトロン放電器２２と表面電位計２３とを所定間隔離して併設した計測ユニットを上記フィルムの表面と１ｍｍの間隔を持って対向配置し、上記フィルムを静止した状態のまま、上記計測ユニットをフィルムの一端から他端まで一定速度で移動させることにより、表面電荷を与えつつその表面電位を測定する方法が好適に採用される。なお、測定環境は温度２５±３℃、湿度５５±５ＲＨ％とする。
【００３６】
粒子は、帯電性能等が満たされれば、いずれの材料から構成されても良い。例えば、樹脂、荷電制御剤、着色剤、無機添加剤等から、あるいは、着色剤単独等で形成することができる。
【００３７】
樹脂の例としては、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、アクリルフッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられ、２種以上混合することもできる。特に、基板との付着力を制御する観点から、アクリルウレタン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、アクリルフッ素樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂が好適である。
【００３８】
荷電制御剤としては、特に制限はないが、負荷電制御剤としては例えば、サリチル酸金属錯体、含金属アゾ染料、含金属（金属イオンや金属原子を含む）の油溶性染料、４級アンモニウム塩系化合物、カリックスアレン化合物、含ホウ素化合物（ベンジル酸ホウ素錯体）、ニトロイミダゾール誘導体等が挙げられる。正荷電制御剤としては例えば、ニグロシン染料、トリフェニルメタン系化合物、４級アンモニウム塩系化合物、ポリアミン樹脂、イミダゾール誘導体等が挙げられる。その他、超微粒子シリカ、超微粒子酸化チタン、超微粒子アルミナ等の金属酸化物、ピリジン等の含窒素環状化合物及びその誘導体や塩、各種有機顔料、フッ素、塩素、窒素等を含んだ樹脂等も荷電制御剤として用いることもできる。
【００３９】
着色剤としては、以下に例示するような、有機または無機の各種、各色の顔料、染料が使用可能である。
【００４０】
黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭等がある。黄色顔料としては、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキ等がある。橙色顔料としては、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダスレンブリリアントオレンジＧＫ等がある。赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、カドミウム、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッド、カルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂ等がある。
【００４１】
紫色顔料としては、マンガン紫、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ等がある。青色顔料としては、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファストスカイブルー、インダスレンブルーＢＣ等がある。緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンＧ等がある。白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等がある。
【００４２】
体質顔料としては、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等がある。また、塩基性、酸性、分散、直接染料等の各種染料として、ニグロシン、メチレンブルー、ローズベンガル、キノリンイエロー、ウルトラマリンブルー等がある。これらの着色剤は、単独或いは複数組み合わせて用いることができる。特に黒色着色剤としてカーボンブラックが、白色着色剤として酸化チタンが好ましい。
【００４３】
粒子の製造方法については特に限定されないが、例えば、電子写真のトナーを製造する場合に準じた粉砕法および重合法が使用出来る。また、無機または有機顔料の粉体の表面に樹脂や荷電制御剤等をコートする方法も用いられる。
【００４４】
透明基板と対向基板の間隔は、粒子が飛翔移動でき、コントラストを維持できれば良いが、通常１０〜５０００μｍ、好ましくは３０〜５００μｍに調整される。粒子充填量は、基板間の空間体積に対して、１０〜８０％、好ましくは１０〜７０％を占める体積になるように充填するのが良い。
【００４５】
本発明の画像表示装置に用いる表示板においては、上記の表示素子を複数使用してマトリックス状に配置して表示を行う。白黒の場合は、１つの表示素子が１つの画素となる。白黒以外の任意の色表示をする場合は、粒子の色の組み合わせを適宜行えばよい。フルカラーの場合は、３種の表示素子、すなわち、各々Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の色の粒子を持ちかつ各々黒色の粒子を持つ表示素子を１組とし、それらを複数組配置して表示板とするのが好ましい。
【００４６】
本発明の画像表示装置は、ノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話等のモバイル機器の画像表示部、電子ブック、電子新聞等の電子ペーパー、看板、ポスター、黒板等の掲示板、電卓、家電製品、自動車用品等の画像表示部等に用いられる。
【００４７】
以上、本発明の画像表示装置の構成について説明した。以下、この構成の画像表示装置における画像書き込み方法及び画像読み出し方法について、順に説明する。まず、画像書き込み方法の一例は以下の通りである。
【００４８】
まず、本発明の画像表示装置において実行される中間調表示（階調表示）動作およびその動作に用いる階調指示電圧について説明する。本実施形態の画像表示装置においては、粒子が表示電極３および対向電極４間を飛翔移動する際に飛翔移動電流が流れることに着目して、実際に飛翔移動した粒子の総電荷量に対応する飛翔移動電流の積分値が求まれば、この積分値を予め測定しておいた粒子の平均電荷量と比較することによりどれだけの量の粒子が移動したかが求まり、この移動した粒子の量を当該電極面積で除算することにより単位面積当たりの粒子密度が求まるので、この粒子密度に基づく光学計算により表示濃度が求まる。なお、表示濃度は、光学計算ではなく実測して求めてもよい。
【００４９】
上記に鑑み、本実施形態の画像表示装置では、実際に使用する電極面積における表示濃度と飛翔移動電流の積分値との関係を予めマップ化したデータを図２（ｂ）に示すフレームバッファ１０内に格納しておく。このマップ化したデータとしては、粒子の飛翔移動の際に発生する飛翔移動電流の積分値が目標とする階調レベルの表示濃度に対応する値となるように予め設定された階調指示電圧データを用いるものとする。
【００５０】
したがって、本実施形態の画像表示装置において中間調表示を行う際には、フレームバッファ１０からカラムドライバ回路９の電圧発生回路１１に、表示しようとする画素の階調レベルに対応する階調指示電圧を出力し、この階調指示電圧に応じて電圧発生回路１１で階調電圧を発生させ、この階調電圧を電流／電圧変換回路１２で電流に変換したものを当該電極に出力することにより、飛翔移動電流の積分値が目標とする階調レベルに対応する表示濃度値となるようにしたから、所望の中間調濃度を再現性良く表示することが可能になる。
【００５１】
また、その際、図２（ｂ）に示すカラムドライバ回路９内では、電流／電圧変換回路１２から出力される飛翔移動電流を反転電流検出器１３で検出した後に積分器１４で積分し、得られた積分値を、比較器１５でフレームバッファ１０から入力される階調指示電圧と比較するフィードバック制御を行うから、飛翔移動電流の積分値と前記階調レベルに対応する階調指示電圧との間のずれが補正されることになり、画素表示時の再現性がさらに向上する。
【００５２】
次に、本発明の画像表示装置において実行される、中間調表示（階調表示）における飛翔移動電流の補正方法について、図４（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
【００５３】
図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１実施形態の画像表示装置において中間調表示を行う際の飛翔移動電流の補正方法を説明するための図である。本実施形態では、画像表示装置の画像表示板の電極間に電圧を印加したときには、粒子の飛翔移動に伴い流れる飛翔移動電流のみならず、電極間の静電容量を充電する充電電流も流れることを考慮して、まず、電極間に電圧を印加したときに流れる電流を単純に観測し、それにより上記飛翔移動電流および上記充電電流の和である観測電流を得る。
【００５４】
上記充電電流は、電極間距離や電極間に充填した気体や粒子の誘電率等を用いた演算により予め求まるので、このような演算値を用いて観測電流値から飛翔移動電流波形を求めるようにしてもよいが、このような演算値をそのまま用いると、パネル面内のセルギャップのばらつき等により充電電流波形自体にばらつきが生じている等の場合には、表示濃度のばらつきを補正することができない。
【００５５】
そこで、本実施形態では、表示対象とする画素またはその画素に隣接する画素に対し、図４（ａ）に示すように粒子が飛翔移動するしきい値電圧未満の電圧Ａを印加した場合に発生する充電電流である第１の電流波形（図４（ｂ）の左側の電流波形）および前記しきい値電圧以上の電圧Ｂを印加した場合に発生する観測電流である第２の電流波形（図４（ｂ）の右側の電流波形）を観測し、上記充電電流波形に基づいて上記観測電流波形を補正する。具体的には、上記電圧Ｂとして実際に表示する所望の中間調に対応する印加電圧を用いて、（飛翔移動電流）＝（観測電流）−（充電電流×Ｂ／Ａ）の演算を行うことにより、補正した飛翔移動電流を求める。この場合、粒子飛翔移動電流の積分値に基づいて補正が行われることになる。
【００５６】
したがって、本発明の画像表示装置において中間調表示を行う際には、飛翔移動電流の演算に用いる電流波形が最適化されるので、表示濃度のばらつきが補正されることになる。
【００５７】
なお、上述した例では、電極間に印加する電圧の電圧値を調整することにより中間調表示を実現するようにしているが、この電圧値の調整に代えて、あるいはこの電圧値の調整に加えて、電極間に印加する電圧の波形、印加時間、印加回数の何れか１つまたは２つ以上の調整を行うようにしてもよい。
【００５８】
次に、以上の様にして形成された画像を読み出す本発明の最大の特徴について説明する。図５は本発明の画像表示装置における画像表示状態の読み出しを説明するための図である。なお、図５に示す例では、上述した書き込みの例とは異なり、ｎ×ｎのマトリックスの例を示している。図５に示す例において、３１はカラムドライバ回路、３２は電圧発生回路、３３は電流−電圧変換回路、３４は反転電流検出器、３５は積分器、３６はＡ／Ｄ変換回路、３７はロウドライバ回路、３８はフレームバッファ、３９は走査電極、４０はデータ電極である。走査電極３９とデータ電極４０の構成は、上述した書き込みの例と対応している。
【００５９】
図５に示すようにマトリックス電極を構成し、データ電極４０はカラムドライバ回路３１に加えて飛翔移動電流を検出するための電流−電圧変換回路３３に接続されている。検出された飛翔移動電流は積分器３５で積分され、Ａ／Ｄ変換回路３６でデジタル値に変換されて図示しないＣＰＵに送られる。本例では、一例として、図２（ａ）に示すように隔壁７で画成された各画素領域に白・黒粒子を封入し、すでに画像形成過程により画像が形成済みであり、表示メモリ性によって形成された画像を保持している。そのような状態の本発明の画像表示装置において、表示画像情報を読み出す手順は以下の通りである。
【００６０】
まず、黒べた（全面黒）画像を書き込む。パッシブマトリックス駆動法は従来と同じで構成できる。このとき、各画素を形成する際にカラムドライバ回路３１からデータ電極１０に注入した電流を積分した値を、ロウドライバ回路３７が各走査電極を走査するタイミング（クロック）に併せてＡ／Ｄ変換回路３６でＡ／Ｄ変換することによりデジタル化し、これを一画面分走査電極３９が走査される間繰り返す。この書き込み操作の際、各画素に黒を書き込んだとき流れた飛翔移動電流の積分値は各画素の「黒くなさ」すなわち「白さ」に対応しており、従って、デジタル値として各画素ごとの表示濃度を画面全体にわたり読み出すことが可能となる。
【００６１】
さらに、白べた（全面白）画像について上記同様の操作を行えば、「白くなさ」すなわち各画素の「黒さ」を読み出すことができる。原理的には白べた画像もしくは黒べた画像どちらか一方の書き込みで表示画面状態を読み出すことが可能であるが、両画像について同様な手順を行い、得られた値を比較することにより読み出しデータを補正することで、より再現性の高い表示画像状態読み出しの手法を実現することができる。なお、これら読み出し操作により表示画像は黒べたまたは白べたとなるので、必要に応じて、先に読み出された表示画像状態に基づいて画像形成を行う。
【００６２】
なお、上述した書き込みの時と同様に、以下の態様を考慮することが好ましい。まず、上述した読み出し操作により変化が生じてしまった表示画像状態は、読み出された情報をもとに再び書き込みことにより復元することができる。この際、必ずしも読み出された表示画像状態と同じ状態に書き戻す必要はなく、例えば、表示画像状態が経時的に劣化していくことがあらかじめ分かっていれば、これを補正した表示画像状態に書き戻してもよい。
【００６３】
また、画像表示板の電極間に電圧を印加した際に流れる電流は、粒子の飛翔移動に伴い流れる飛翔電流のみではなく、電極間の静電容量を充電する充電電流も流れる。よって電極に電圧を印加した際に流れる電流を単純に観測すると飛翔移動電流と充電電流の和が得られる。充電電流の波形は、電極間距離や電極間に充填した気体や粒子の誘電率などを用いてあらかじめ計算できるので、この計算値を用いて観測された電流値から飛翔移動電流波形を算出してもよい。
【００６４】
しかし、パネル面内のセルギャップのばらつきなどにより充電電流波形そのものにばらつきが生じている場合などは、この方法では表示濃度のばらつきを完全に補正することができない。これを改善するために、対象とする画素そのもの、もしくは対象とする画素に隣接した画素に大して、粒子飛翔が起こるしきい値以下の電圧を印加し、このときに流れる電流を充電電流とみなし、（測定電流）−Ａ×（充電電流）＝（飛翔移動電流）（ここで、Ａは充電電流のみを観測するときに用いた印加電圧と実際に中間調表示を行う際に用いる印加電圧の比）の式から飛翔移動電流を算出する方法が考えられる。
【００６５】
以上詳細に説明した本発明の画像表示装置では、各画素に中間調の濃度の表示をさせるとともに、その中間調の濃度を読み取るメモリ性を有している。これにより、例えば０〜２５５の中間調を表示可能に構成すれば、各画素を１バイトのメモリとして機能させることができる。また、上述した例では画像表示装置がメモリ性を有するものとして説明したが、メモリ性のみを利用して情報規則装置を構成することもできる。その場合は、透明基板を使用する必要はない。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、画素内の粒子の飛翔移動の際に発生する飛翔移動電流を検出することにより画像表示状態を読み出しているため、具体的には、画像表示状態の読み出しを、表示されている画像に対し、全面黒色または白色の画像を書き込み、その書き込みの際各画素に流れた飛翔移動電流の積分値から各画素の表示濃度を求めることで行うよう構成したため、画像の表示濃度を読み取ることが可能となり、画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の画像表示装置に用いる画像表示板の表示素子の一例およびその表示駆動原理を説明するための図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の画像表示装置の画像表示板を例示する模式図である。
【図３】本発明の画像表示装置に用いる粒子の表面電位の測定要領を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の画像表示装置において中間調表示を行う際の飛翔移動電流の補正方法を説明するための図である。
【図５】本発明の画像表示装置における画像読み取りの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１　透明基板
２　対向基板
３、３９　表示電極（走査電極）
４、４０　対向電極（データ電極）
５　負帯電性粒子
６　正帯電性粒子
７　隔壁
８、３７　ロウドライバ回路
９、３１　カラムドライバ回路
１０、３８　フレームバッファ
１１、３２　電圧発生回路
１２、３３　電流／電圧変換回路
１３、３４　反転電流検出器
１４、３５　積分器
１５　比較器
２１　チャック
２２　スコロトロン放電器
２３　表面電位計
３６　Ａ／Ｄ変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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