JP3837948B2 - Electrophoretic ink display device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動インク表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気泳動インク表示装置としては、ＳＩＤ９８ダイジェスト１１３１乃至１１３４頁に所載の論文がある。該論文においては、電気泳動インクを用いたセグメントタイプの表示体の構成が開示されている。
【０００３】
この電気泳動インク表示装置は、電気泳動を利用した複数のマイクロカプセルにより、表示装置の各セグメントが構成されている。そして、目的のセグメントに電圧を印加することにより、そのセグメントの色が変わるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上に述べた電気泳動インク表示装置においては、電気泳動インクを用いた表示体の構成が開示されているものの、この表示素子を高密度で多数配置する方法や、高密度で配置した電気泳動インク表示素子を駆動する方法などは提案されていない。
【０００５】
本発明は上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高密度で多数配置された電気泳動インク表示素子を有する電気泳動インク表示装置を実現することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の電気泳動インク表示装置は、
（１）複数のゲート線、該ゲート線に直交する複数のデータ線、前記ゲート線及びデータ線の交点に配置された薄膜トランジスタを有し、前記薄膜トランジスタのソース・ドレインの一方は前記データ線へ接続され、前記薄膜トランジスタのソース・ドレインのもう一方は前記薄膜圧電トランスの入力側へ接続され、前記薄膜圧電トランスの出力側は電気泳動インク表示素子の電極に接続されることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、多数配置した電気泳動インク表示素子を薄膜トランジスタでアドレシングしながら、薄膜圧電トランスにより駆動することが可能となる。
【０００８】
（２）絶縁基板上に前記薄膜トランジスタ及び前記薄膜積層圧電トランスを設け、前記薄膜圧電トランスの最上部電極が前記電気泳動インク表示素子の下部電極を兼ね、更に前記電気泳動インク表示素子の上部電極となる対向電極を有する対向基板を設け、前記絶縁基板と対向基板の間に電気泳動インクを有して成る電気泳動インク表示装置において、前記薄膜圧電トランスの上部に柱状構造を設け、前記柱状構造を前記対向基板により圧迫することにより、前記薄膜圧電トランスを束縛することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、高密度で多数配置された電気泳動インク表示素子を、薄膜圧電トランスによりデータ信号を直流的に増幅して駆動することが可能となる。即ち、前記薄膜圧電トランスを駆動素子に用いて、高密度で多数配置された電気泳動インク表示素子を有する電気泳動インク装置を実現することが可能となる。
【００１０】
（３）絶縁基板上に前記薄膜トランジスタ及び前記薄膜圧電トランスを設け、該薄膜圧電トランスは前記薄膜トランジスタの上部で振動可能に接続されることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、振動動作の必要なローゼン型薄膜圧電トランスを、電気泳動インク表示素子の駆動に用いることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、電気泳動インク表示素子について説明を行う。図１は、電気泳動インク表示素子の構成を示した図であり、同図（ａ）は電気泳動インク表示素子の断面図、同図（ｂ）は電気泳動インク表示素子におけるマイクロカプセルの構成図、同図（ｃ）はマイクロカプセルにおける帯電粒子の構成図である。
【００１３】
この、電気泳動インク表示素子は、基板１０１上に形成された下電極１０２、及び光透過性を有するバインダ１０４と、このバインダ１０４中に均一に分散した状態で固定されている複数のマイクロカプセル１０３とで構成される電気泳動インク層、さらに対向基板１０５及び該対向基板上に形成される透明電極１０６により構成されている。
【００１４】
この、電気泳動インク表示素子は、帯電粒子の電気泳動を利用した表示パターンの書き換えや消去が可能な表示素子である。電気泳動インク層の厚み、即ち下電極１０２と透明電極１０６の間の距離は、マイクロカプセル１０３の外径の１．５〜２倍程度が望ましい。また、バインダ１０４としては、例えば、ポリビニルアルコール等を用いることができる。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、マイクロカプセル１０３は、中空の球状の光透過性を有するカプセル本体１０７を有している。このカプセル本体１０７内には、液体１０８が充填されており、この液体１０８中には負に帯電した複数の帯電粒子１０９が分散している。また、図１（ｃ）に示すように帯電粒子１０９は、核１１０とこの核を被覆する被覆層１１１とで構成されている。
【００１６】
帯電粒子１０９及び液体１０８の色は、互いに異なるように設定される。例えば、帯電粒子１０９の色は白色とされ、液体１０８の色は青色、赤色、緑色または黒色とされる。マイクロカプセル１０３に外部電場を印加すると、帯電粒子１０９はカプセル本体１０７内で、前記電界の方向と逆方向に移動する。例えば、図１（ａ）中透明電極１０６を正電位、下電極１０２をゼロ電位となるよう電圧を印加すると、透明電極１０６から下電極１０２に向かって電界が生じ、これによりマイクロカプセル１０３中の帯電粒子１０９はカプセル本体１０７中上側に移動する。従って、対向基板１０５側から見た色は、帯電粒子１０９の色が見えることとなり、白色となる。逆に、透明電極１０６を負電位、下電極１０２をゼロ電位となるよう電圧を印加すると、下電極１０２から透明電極１０６に向かって電界が生じ、これによりマイクロカプセル１０３中の帯電粒子１０９はカプセル本体１０７中下側に移動する。従って、対向基板１０５側から見た色は、液体１０８の色が見えることとなり、それは液体１０８の色が青色ならば、青色となる。
【００１７】
マイクロカプセル１０３においては、液体１０８と帯電粒子１０９の比重とが等しくなるように構成されている。これにより、帯電粒子１０９は、外部電界が消滅しても一定の位置に長時間位置することができる。即ち、電気泳動インク表示素子の表示は長時間保持される。なお、液体１０８の比重と帯電粒子１０９の比重を等しくするには、例えば、被覆層１１１の厚さ等を調整すればよい。マイクロカプセル１０３の外径は１８０μｍ以下が好ましく、１０〜２０μｍ程度がより好ましい。前記帯電粒子１０９の核１１０としては、例えばルチル構造のチタニア等を用いることができる。また、前記帯電粒子１０９の被覆層１１１としては、例えば、ポリエチレン等を用いることができる。また、前記液体１０８としては、例えば四塩化エチレンとイソパラフィンにアントラキノン系染料を溶解したもの等を用いることができる。
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施例１）
図２は、本発明の実施例における、薄膜圧電トランスを用いた電気泳動インク表示装置の構成を示した図である。同図において、２０１及び２０２はゲート線、２０３及び２０４はデータ線、２０５乃至２０７は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）、２０８乃至２１０は薄膜圧電トランス、２１１乃至２１３は電気泳動インク表示素子、２１４及び２１５はアナログスイッチ、２１６はデータ信号線、２１７及び２１８はそれぞれアナログスイッチ２１４及び２１５の開閉を制御する信号の入力端子である。アナログスイッチ２１４及び２１５は、ＴＦＴにより構成されてもよい。
【００２０】
図３は、本発明の実施例の電気泳動インク表示装置における、ＴＦＴ及びアナログスイッチの開閉を制御する電気信号のタイミング図である。同図において、３０１及び３０２は、それぞれゲート線２０１及び２０２に印加される電気信号であり、３０３及び３０４はそれぞれアナログスイッチの開閉制御信号入力端子２１７及び２１８に印加される電気信号である。ＴＦＴ及びアナログスイッチはこれらの電気信号が”ハイ”の時導通するようになっている。時刻ｔ１にゲート線２０１の電位が”ハイ”となり、ＴＦＴ２０５及び２０６が導通する。同時にアナログスイッチ２１４の開閉制御信号入力端子２１７の電位が”ハイ”となり、同アナログスイッチは導通する。従って、データ信号線２１６に供給されるデータ信号は、アナログスイッチ２１４及びＴＦＴ２０５を介して薄膜圧電トランス２０８へ入力される。そして、これから出力される電圧増幅されたデータ信号が、電気泳動インク表示素子２１１の電極に供給される。時刻ｔ２には、アナログスイッチ２１４の開閉制御信号入力端子２１７の電位が”ロー”になり、同アナログスイッチは非導通となる。同時にアナログスイッチ２１５の開閉制御信号入力端子２１８の電位が”ハイ”になり、同アナログスイッチは導通する。従って、データ信号線２１６に供給されるデータ信号は、アナログスイッチ２１５及びＴＦＴ２０６を介して薄膜圧電トランス２０９へ入力される。そして、これから出力される電圧増幅されたデータ信号が、電気泳動インク表示素子２１２の電極に供給される。時刻ｔ３には、アナログスイッチ２１５の開閉制御信号入力端子２１８の電位が”ロー”となり、同アナログスイッチは非導通となる。図２及び図３には示していないが、以上の動作をゲート線方向に繰り返し、更に時刻ｔ４にゲート線２０１の電位が”ロー”となり、ＴＦＴ２０５及び２０６は非導通となる。同時に、ゲート線２０２の電位が”ハイ”となり、アナログスイッチ２０７が導通し、時刻ｔ４乃至ｔ５の期間に電気泳動インク表示素子２１３へのデータ書き込みが行なわれる。
【００２１】
以上の構成により、多数配置した電気泳動インク表示素子をＴＦＴでアドレシングしながら、薄膜圧電トランスにより駆動することが可能となった。
【００２２】
図４は、本発明の実施例における、電気泳動インク表示装置の１画素の平面図である。ゲート線２０１及びデータ線２０３の交点に多結晶珪素薄膜によるチャネル部４０１、ゲート電極２０１、コンタクトホール４０２より成るＴＦＴが形成されている。薄膜圧電トランス２０８における第１の電極層４０３は、ＴＦＴのソース・ドレイン部からの取り出し電極も兼ねている。薄膜圧電トランス２０８における第２の電極層４０４は、ゲート線２０１に平行に引き出され、接地される。薄膜圧電トランス２０８の第３の電極層４０５は、そのまま電気泳動インク表示素子の画素電極となる。ここで、画素電極のサイズを１５０μｍ角としたとき、薄膜圧電トランス２０８に要する領域は１０μｍ角程度でよく、コンパクトな平面構成の電気泳動インク表示装置が得られる。
【００２３】
図５は、本発明の実施例における、電気泳動インク表示装置の断面図である。絶縁基板５０１上に多結晶珪素層４０１、ゲート絶縁膜５０２、ゲート電極５０３、層間絶縁膜５０４、ソース・ドレイン電極であり、薄膜積層圧電トランスの第１の電極層を兼ねる電極層４０３を形成し、ＴＦＴが構成される。更に第１の圧電薄膜層５１０、第２の電極層４０４、第２の圧電薄膜層５１１、第３の電極層４０５を形成し、薄膜積層圧電トランスが構成される。更に保護層５０５を形成する。これとは別に対向基板５０６上に透明電極５０７を形成し、更に柱状構造５０８を金属メッキ等で形成し、該柱状構造５０８を薄膜積層圧電トランスの上部を圧迫するように組み立て、電気泳動インク５０９を注入して、電気泳動インク表示装置が形成される。薄膜積層圧電トランスは、柱状構造５０８及び対向基板５０６により圧迫されるため束縛状態にあり、このため、直流的な電圧増幅を行うことが可能となる。本実施例の構成の薄膜積層圧電トランスは、立体的かつ平面的に小型で、また、出力側にも圧電薄膜による容量を用いているため、取り出し電荷量が大きい。また、静的な圧電効果による圧電薄膜への加圧を用いるため、直流的な電圧増幅が可能である。実際に、本発明者らは、圧電薄膜層５１０及び５１１に組成比ジルコン酸鉛５２モル％−チタン酸鉛４８モル％のチタン酸ジルコン酸鉛を用い、第１の圧電薄膜層５１０の厚みを２００ｎｍ、第２の圧電薄膜層５１１の厚みを２μｍとし、第１の電極層４０３と第２の電極層４０４の間に振幅１０Ｖのパルス波を入力した場合、第３の電極層４０５と第２の電極層４０４の間に振幅４５Ｖのパルス波を得ることができた。これにより、電気泳動インク表示素子の駆動を行うことが可能となった。
【００２４】
圧電薄膜層５１０及び５１１に用いる材料は、さらに大きな電気機械結合定数を持つ、マグネシウムニオブ酸鉛（以下、ＰＭＮと記す）を含んだＰＺＴなどの、ＰＺＴ系の圧電材料であってもよい。また、第１の圧電薄膜層１０３に大きな圧力を発生する材料、第２の圧電薄膜層１０５に印加圧力に対し大きな電圧を発生する材料を用いて、薄膜圧電トランスを構成してもよい。
【００２５】
（実施例２）
図６は、本発明の実施例における、ローゼン型薄膜圧電トランスを用いた電気泳動インク表示装置の１画素の平面図である。ゲート線２０１及びデータ線２０３の交点に多結晶珪素薄膜によるチャネル部４０１、ゲート電極２０１、コンタクトホール４０２より成るＴＦＴが形成されている。６０１は圧電薄膜層であり、その下部は振動可能なよう、空洞になっている。薄膜圧電トランスにおける共通電極層４０４は、ゲート線２０１に平行に引き出され、接地される。４０５は、電気泳動インク表示素子の画素電極である。
【００２６】
図７は、本発明の実施例における、ローゼン型薄膜圧電トランスを用いた電気泳動インク表示装置の断面図である。絶縁基板５０１上に多結晶珪素層４０１、ゲート絶縁膜５０２、ゲート電極５０３、層間絶縁膜５０４、ソース・ドレイン電極であり、電気泳動インク表示素子の下電極を兼ねる電極層７０１を形成し、ＴＦＴが構成される。更にバンプ層７０２を金属メッキにより形成する。７０３はローゼン型薄膜圧電トランスの入力側電極、７０４はローゼン型薄膜圧電トランスの出力側電極、７０５は圧電薄膜層、４０４はローゼン型薄膜圧電トランスの共通電極である。入力側電極７０３と共通電極４０４間に交流電圧を印加し、圧電薄膜層７０５が振動し、出力側電極７０４と共通電極４０４間に増幅された交流電圧が出力されるしくみになっている。このような構造は、あらかじめ別基板上に圧電薄膜層７０５や、電極層７０３、７０４、４０４等を形成しておき、バンプ層７０２と電極層７０３、７０４とを接合させ、その後別基板をうまく剥離させることにより形成することが可能である。更に保護層５０５を形成し、これとは別に対向基板５０６上に透明電極５０７を形成し、組み立て、電気泳動インク５０９を注入して、電気泳動インク表示装置が形成される。
【００２７】
圧電薄膜層７０５下には空洞が形成されるため、該圧電薄膜層は振動することができ、従って、ローゼン型薄膜圧電トランスとして動作することが可能となり、電圧増幅された交流信号を電気泳動インク表示素子の下電極７０１へ供給することができる。電極７０１へ供給される信号は交流であっても、その振幅の適当な位置で薄膜トランジスタをオフさせることにより、電極７０１の電位を一定に保持させることができるため、電気泳動インク表示素子を駆動することが可能となる。また、このローゼン型薄膜圧電トランスへ入力する電気信号は、矩形波であっても、該圧電トランスがその固有振動により変形するため、電圧増幅させることが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の薄膜圧電トランスを用いた電気泳動インク表示素子は、薄膜トランジスタでアドレシングしながら、小型の薄膜圧電トランスにより駆動することが可能となるため、高密度で多数配置された電気泳動インク表示素子を有する電気泳動インク表示装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気泳動インク表示素子の構成を示した図。同図（ａ）は電気泳動インク表示素子の断面図、同図（ｂ）は電気泳動インク表示素子におけるマイクロカプセルの構成図、同図（ｃ）はマイクロカプセルにおける帯電粒子の構成図。
【図２】本発明の実施例における、薄膜積層圧電トランスを用いた電気泳動インク表示装置の構成を示した図。
【図３】本発明の実施例の電気泳動インク表示装置における、ＴＦＴ及びアナログスイッチの開閉を制御する電気信号のタイミング図。
【図４】本発明の実施例における、電気泳動インク表示装置の１画素の平面図。
【図５】本発明の実施例における、電気泳動インク表示装置の断面図。
【図６】本発明の実施例における、ローゼン型薄膜圧電トランスを用いた電気泳動インク表示装置の１画素の平面図。
【図７】本発明の実施例における、ローゼン型薄膜圧電トランスを用いた電気泳動インク表示装置の断面図。
【符号の説明】
２０１乃至２０２ ゲート線
２０３乃至２０４ データ線
２０５乃至２０７ 薄膜トランジスタ
２０８乃至２１０ 薄膜圧電トランス
２１１乃至２１３ 電気泳動インク表示素子
２１４乃至２１５ アナログスイッチ
２１６ データ信号線
２１７乃至２１８ アナログスイッチ２１４及び２１５の開閉を制御する信号の入力端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophoretic ink display device.
[0002]
[Prior art]
As a conventional electrophoretic ink display device, there is a paper described on pages 1131 to 1134 of SID98 digest. In this paper, a configuration of a segment type display body using electrophoretic ink is disclosed.
[0003]
In this electrophoretic ink display device, each segment of the display device is composed of a plurality of microcapsules utilizing electrophoresis. Then, by applying a voltage to the target segment, the color of the segment changes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the electrophoretic ink display device described above, although the configuration of the display body using the electrophoretic ink is disclosed, a method of arranging a large number of display elements at high density, A method for driving the electrophoretic ink display element has not been proposed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems of the background art, and an object thereof is to realize an electrophoretic ink display device having a large number of electrophoretic ink display elements arranged at high density.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the electrophoretic ink display device of the present invention is
(1) A plurality of gate lines, a plurality of data lines orthogonal to the gate lines, and a thin film transistor disposed at an intersection of the gate line and the data line, and one of the source and drain of the thin film transistor is connected to the data line The other of the source and drain of the thin film transistor is connected to the input side of the thin film piezoelectric transformer, and the output side of the thin film piezoelectric transformer is connected to the electrode of the electrophoretic ink display element.
[0007]
According to the above configuration, a large number of electrophoretic ink display elements can be driven by a thin film piezoelectric transformer while being addressed by a thin film transistor.
[0008]
(2) The thin film transistor and the thin film laminated piezoelectric transformer are provided on an insulating substrate, and an uppermost electrode of the thin film piezoelectric transformer also serves as a lower electrode of the electrophoretic ink display element, and an upper electrode of the electrophoretic ink display element In the electrophoretic ink display device comprising an electrophoretic ink between the insulating substrate and the counter substrate, a columnar structure is provided on the thin film piezoelectric transformer, and the columnar structure is provided. The thin film piezoelectric transformer is constrained by being pressed by the counter substrate.
[0009]
According to the above configuration, it is possible to drive the electrophoretic ink display elements arranged in large numbers at high density by amplifying the data signal in a DC manner by the thin film piezoelectric transformer. That is, it is possible to realize an electrophoretic ink apparatus having electrophoretic ink display elements arranged in large numbers at a high density by using the thin film piezoelectric transformer as a driving element.
[0010]
(3) The thin film transistor and the thin film piezoelectric transformer are provided on an insulating substrate, and the thin film piezoelectric transformer is connected to be vibrated above the thin film transistor.
[0011]
According to the above configuration, it is possible to use a Rosen-type thin film piezoelectric transformer that requires vibration operation for driving the electrophoretic ink display element.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the electrophoretic ink display element will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electrophoretic ink display element. FIG. 1A is a cross-sectional view of the electrophoretic ink display element, and FIG. 1B is a configuration diagram of microcapsules in the electrophoretic ink display element. FIG. 4C is a configuration diagram of charged particles in the microcapsule.
[0013]
The electrophoretic ink display element includes a lower electrode 102 formed on a substrate 101, a light-transmitting binder 104, and a plurality of microcapsules 103 fixed in a state of being uniformly dispersed in the binder 104. And the counter substrate 105 and the transparent electrode 106 formed on the counter substrate.
[0014]
The electrophoretic ink display element is a display element that can rewrite and erase a display pattern using electrophoresis of charged particles. The thickness of the electrophoretic ink layer, that is, the distance between the lower electrode 102 and the transparent electrode 106 is preferably about 1.5 to 2 times the outer diameter of the microcapsule 103. Moreover, as the binder 104, polyvinyl alcohol etc. can be used, for example.
[0015]
As shown in FIG.1 (b), the microcapsule 103 has the capsule main body 107 which has a hollow spherical light transmittance. The capsule body 107 is filled with a liquid 108, and a plurality of negatively charged particles 109 are dispersed in the liquid 108. Further, as shown in FIG. 1C, the charged particle 109 is composed of a nucleus 110 and a coating layer 111 covering the nucleus.
[0016]
The colors of the charged particles 109 and the liquid 108 are set to be different from each other. For example, the color of the charged particles 109 is white, and the color of the liquid 108 is blue, red, green, or black. When an external electric field is applied to the microcapsule 103, the charged particles 109 move in the capsule body 107 in the direction opposite to the direction of the electric field. For example, when a voltage is applied so that the transparent electrode 106 has a positive potential and the lower electrode 102 has a zero potential in FIG. 1A, an electric field is generated from the transparent electrode 106 toward the lower electrode 102. The charged particles 109 move upward in the capsule body 107. Therefore, the color viewed from the counter substrate 105 side is the color of the charged particles 109 and becomes white. Conversely, when a voltage is applied so that the transparent electrode 106 is at a negative potential and the lower electrode 102 is at a zero potential, an electric field is generated from the lower electrode 102 toward the transparent electrode 106, whereby the charged particles 109 in the microcapsule 103 are encapsulated. It moves to the lower side in the main body 107. Therefore, the color viewed from the counter substrate 105 side is the color of the liquid 108, which is blue when the color of the liquid 108 is blue.
[0017]
The microcapsule 103 is configured such that the specific gravity of the liquid 108 and the charged particles 109 is equal. Thereby, the charged particles 109 can be positioned at a certain position for a long time even when the external electric field disappears. That is, the display of the electrophoretic ink display element is held for a long time. In order to make the specific gravity of the liquid 108 equal to the specific gravity of the charged particles 109, for example, the thickness of the coating layer 111 may be adjusted. The outer diameter of the microcapsule 103 is preferably 180 μm or less, and more preferably about 10 to 20 μm. As the core 110 of the charged particle 109, for example, rutile titania or the like can be used. Further, as the coating layer 111 of the charged particles 109, for example, polyethylene or the like can be used. As the liquid 108, for example, a solution in which an anthraquinone dye is dissolved in ethylene tetrachloride and isoparaffin can be used.
[0018]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
Example 1
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an electrophoretic ink display device using a thin film piezoelectric transformer in an embodiment of the present invention. In the figure, 201 and 202 are gate lines, 203 and 204 are data lines, 205 to 207 are thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs), 208 to 210 are thin film piezoelectric transformers, 211 to 213 are electrophoretic ink display elements, 214 And 215 are analog switches, 216 is a data signal line, 217 and 218 are input terminals for signals for controlling opening and closing of the analog switches 214 and 215, respectively. The analog switches 214 and 215 may be constituted by TFTs.
[0020]
FIG. 3 is a timing diagram of electric signals for controlling the opening and closing of the TFT and the analog switch in the electrophoretic ink display device according to the embodiment of the present invention. In the figure, 301 and 302 are electrical signals applied to the gate lines 201 and 202, respectively, and 303 and 304 are electrical signals applied to the open / close control signal input terminals 217 and 218 of the analog switch, respectively. The TFT and the analog switch are turned on when these electric signals are “high”. Potential "high" and the gate line 201 at time t 1, TFT 205 and 206 are conductive. At the same time, the potential of the open / close control signal input terminal 217 of the analog switch 214 becomes “high”, and the analog switch becomes conductive. Accordingly, the data signal supplied to the data signal line 216 is input to the thin film piezoelectric transformer 208 via the analog switch 214 and the TFT 205. Then, the voltage-amplified data signal output from this is supplied to the electrode of the electrophoretic ink display element 211. The time t 2, the potential of the switching control signal input terminal 217 of the analog switch 214 becomes "low", the analog switch becomes non-conductive. At the same time, the potential of the open / close control signal input terminal 218 of the analog switch 215 becomes “high”, and the analog switch becomes conductive. Therefore, the data signal supplied to the data signal line 216 is input to the thin film piezoelectric transformer 209 via the analog switch 215 and the TFT 206. Then, the voltage-amplified data signal output from this is supplied to the electrode of the electrophoretic ink display element 212. At time t 3, the switching control signal input potential of the terminal 218 is "low" and the analog switch 215, the analog switch becomes non-conductive. Although not shown in FIGS. 2 and 3, repeating the above operations in the gate line direction, further the potential of the gate line 201 at time t 4 is "low" and, TFT 205, and 206 becomes non-conductive. At the same time, the potential of the gate line 202 becomes “high”, the analog switch 207 is turned on, and data is written to the electrophoretic ink display element 213 during the period from time t 4 to t 5 .
[0021]
With the configuration described above, a large number of electrophoretic ink display elements can be driven by a thin film piezoelectric transformer while being addressed by a TFT.
[0022]
FIG. 4 is a plan view of one pixel of the electrophoretic ink display device in the embodiment of the present invention. A TFT composed of a channel portion 401, a gate electrode 201, and a contact hole 402 made of a polycrystalline silicon thin film is formed at the intersection of the gate line 201 and the data line 203. The first electrode layer 403 in the thin film piezoelectric transformer 208 also serves as an extraction electrode from the source / drain portion of the TFT. The second electrode layer 404 in the thin film piezoelectric transformer 208 is drawn out parallel to the gate line 201 and grounded. The third electrode layer 405 of the thin film piezoelectric transformer 208 becomes a pixel electrode of the electrophoretic ink display element as it is. Here, when the size of the pixel electrode is 150 μm square, the area required for the thin film piezoelectric transformer 208 may be about 10 μm square, and an electrophoretic ink display device having a compact planar configuration can be obtained.
[0023]
FIG. 5 is a cross-sectional view of an electrophoretic ink display device in an embodiment of the present invention. An electrode layer 403 which is a polycrystalline silicon layer 401, a gate insulating film 502, a gate electrode 503, an interlayer insulating film 504, and source / drain electrodes and also serving as a first electrode layer of a thin film laminated piezoelectric transformer is formed on an insulating substrate 501. TFT is configured. Further, a first piezoelectric thin film layer 510, a second electrode layer 404, a second piezoelectric thin film layer 511, and a third electrode layer 405 are formed to constitute a thin film laminated piezoelectric transformer. Further, a protective layer 505 is formed. Separately, a transparent electrode 507 is formed on the counter substrate 506, and a columnar structure 508 is formed by metal plating or the like. The columnar structure 508 is assembled so as to press the upper portion of the thin film laminated piezoelectric transformer, and electrophoretic ink 509 is formed. To form an electrophoretic ink display device. The thin film laminated piezoelectric transformer is in a constrained state because it is pressed by the columnar structure 508 and the counter substrate 506, and therefore, it is possible to perform DC voltage amplification. The thin film laminated piezoelectric transformer having the configuration of the present embodiment is small in size and three-dimensionally, and uses a capacitance of the piezoelectric thin film on the output side, so that a large amount of charge is taken out. In addition, since voltage is applied to the piezoelectric thin film by a static piezoelectric effect, DC voltage amplification is possible. Actually, the present inventors used lead zirconate titanate having a composition ratio of 52 mol% lead zirconate-48 mol% lead titanate for the piezoelectric thin film layers 510 and 511, and the thickness of the first piezoelectric thin film layer 510 was increased. When a pulse wave with an amplitude of 10 V is input between the first electrode layer 403 and the second electrode layer 404 when the thickness of the second piezoelectric thin film layer 511 is 200 nm and the thickness is 2 μm, the third electrode layer 405 and the second electrode layer 405 A pulse wave having an amplitude of 45 V could be obtained between the electrode layers 404. As a result, the electrophoretic ink display element can be driven.
[0024]
The material used for the piezoelectric thin film layers 510 and 511 may be a PZT-based piezoelectric material such as PZT containing lead magnesium niobate (hereinafter referred to as PMN) having a larger electromechanical coupling constant. The thin film piezoelectric transformer may be configured using a material that generates a large pressure in the first piezoelectric thin film layer 103 and a material that generates a large voltage with respect to the applied pressure in the second piezoelectric thin film layer 105.
[0025]
(Example 2)
FIG. 6 is a plan view of one pixel of an electrophoretic ink display device using a Rosen-type thin film piezoelectric transformer in an embodiment of the present invention. A TFT composed of a channel portion 401, a gate electrode 201, and a contact hole 402 made of a polycrystalline silicon thin film is formed at the intersection of the gate line 201 and the data line 203. Reference numeral 601 denotes a piezoelectric thin film layer, and a lower portion thereof is hollow so as to vibrate. The common electrode layer 404 in the thin film piezoelectric transformer is drawn out parallel to the gate line 201 and grounded. Reference numeral 405 denotes a pixel electrode of the electrophoretic ink display element.
[0026]
FIG. 7 is a sectional view of an electrophoretic ink display device using a Rosen-type thin film piezoelectric transformer in an embodiment of the present invention. An electrode layer 701 which is a polycrystalline silicon layer 401, a gate insulating film 502, a gate electrode 503, an interlayer insulating film 504, a source / drain electrode and also serves as a lower electrode of an electrophoretic ink display element is formed on an insulating substrate 501, and a TFT Is configured. Further, a bump layer 702 is formed by metal plating. Reference numeral 703 denotes an input side electrode of the Rosen type thin film piezoelectric transformer, 704 denotes an output side electrode of the Rosen type thin film piezoelectric transformer, 705 denotes a piezoelectric thin film layer, and 404 denotes a common electrode of the Rosen type thin film piezoelectric transformer. An AC voltage is applied between the input side electrode 703 and the common electrode 404, the piezoelectric thin film layer 705 vibrates, and an amplified AC voltage is output between the output side electrode 704 and the common electrode 404. In such a structure, the piezoelectric thin film layer 705 and the electrode layers 703, 704, 404, etc. are formed on another substrate in advance, and the bump layer 702 and the electrode layers 703, 704 are bonded together, and then the other substrate is successfully formed. It can be formed by peeling. Further, a protective layer 505 is formed. Separately, a transparent electrode 507 is formed on the counter substrate 506, assembled, and electrophoretic ink 509 is injected to form an electrophoretic ink display device.
[0027]
Since a cavity is formed under the piezoelectric thin film layer 705, the piezoelectric thin film layer can vibrate. Therefore, the piezoelectric thin film layer can operate as a Rosen-type thin film piezoelectric transformer. It can be supplied to the lower electrode 701 of the display element. Even if the signal supplied to the electrode 701 is alternating current, the electrophoretic ink display element is driven because the potential of the electrode 701 can be kept constant by turning off the thin film transistor at an appropriate position of the amplitude. It becomes possible. Further, even if the electrical signal input to the Rosen-type thin film piezoelectric transformer is a rectangular wave, the piezoelectric transformer is deformed by its natural vibration and can be amplified in voltage.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, the electrophoretic ink display element using the thin film piezoelectric transformer of the present invention can be driven by a small thin film piezoelectric transformer while being addressed by a thin film transistor. An electrophoretic ink display device having an electrophoretic ink display element is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electrophoretic ink display element. 2A is a cross-sectional view of an electrophoretic ink display element, FIG. 2B is a configuration diagram of microcapsules in the electrophoretic ink display element, and FIG. 3C is a configuration diagram of charged particles in the microcapsules.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an electrophoretic ink display device using a thin film laminated piezoelectric transformer in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a timing diagram of electric signals for controlling opening and closing of TFTs and analog switches in the electrophoretic ink display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of one pixel of an electrophoretic ink display device in an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an electrophoretic ink display device in an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of one pixel of an electrophoretic ink display device using a Rosen-type thin film piezoelectric transformer in an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an electrophoretic ink display device using a Rosen-type thin film piezoelectric transformer in an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
201 to 202 Gate lines 203 to 204 Data lines 205 to 207 Thin film transistors 208 to 210 Thin film piezoelectric transformers 211 to 213 Electrophoretic ink display elements 214 to 215 Analog switches 216 Data signal lines 217 to 218 Control the opening and closing of the analog switches 214 and 215 Signal input terminal

Claims (3)

複数のカプセルを備え、該カプセル内で帯電粒子が移動することにより表示色が変化する電気泳動インク表示素子を複数個備えた電気泳動インク表示装置において、
複数のゲート線、複数のデータ線、前記各ゲート線及び各データ線の交点に配置された薄膜トランジスタを有し、
前記薄膜トランジスタのソース・ドレインの一方は前記データ線へ接続され、
前記薄膜トランジスタのソース・ドレインのもう一方は薄膜圧電トランスの入力側へ接続され、
前記薄膜積層圧電トランスの出力側は前記電気泳動インク表示素子の電極に接続されてなり、
前記データ線から前記薄膜トランジスタを介して前記薄膜圧電トランスの入力側へデータ信号が供給されるとともに、前記薄膜圧電トランスを介して前記データ信号を電圧増幅された信号が前記電気泳動インク表示素子の電極に供給される
ことを特徴とする電気泳動インク表示装置。In an electrophoretic ink display device comprising a plurality of electrophoretic ink display elements that comprise a plurality of capsules and whose display color changes as the charged particles move within the capsules,
A plurality of gate lines, a plurality of data lines, each thin film transistor disposed at the intersection of each gate line and each data line;
One of the source and drain of the thin film transistor is connected to the data line,
The other of the source and drain of the thin film transistor is connected to the input side of the thin film piezoelectric transformer,
The output side of the thin film laminated piezoelectric transformer is connected to the electrode of the electrophoretic ink display element,
A data signal is supplied from the data line to the input side of the thin film piezoelectric transformer through the thin film transistor, and a signal obtained by voltage-amplifying the data signal through the thin film piezoelectric transformer is an electrode of the electrophoretic ink display element. An electrophoretic ink display device, comprising: 絶縁基板上に前記薄膜トランジスタ及び前記薄膜圧電トランスを設け、前記薄膜圧電トランスの最上部電極が前記電気泳動インク表示素子の下部電極を兼ね、更に前記電気泳動インク表示素子の上部電極となる対向電極を有する対向基板を設け、前記絶縁基板と対向基板の間に電気泳動インクを有して成る電気泳動インク表示装置において、前記薄膜圧電トランスの上部に柱状構造を設け、前記柱状構造を前記対向基板により圧迫することにより、前記圧電トランスを束縛することを特徴とする、請求項１記載の電気泳動インク表示装置。  The thin film transistor and the thin film piezoelectric transformer are provided on an insulating substrate, and the uppermost electrode of the thin film piezoelectric transformer also serves as a lower electrode of the electrophoretic ink display element, and further, a counter electrode serving as an upper electrode of the electrophoretic ink display element is provided. In the electrophoretic ink display device having an electrophoretic ink between the insulating substrate and the counter substrate, a columnar structure is provided on the thin film piezoelectric transformer, and the columnar structure is formed by the counter substrate. The electrophoretic ink display device according to claim 1, wherein the piezoelectric transformer is constrained by being compressed. 絶縁基板上に前記薄膜トランジスタ及び前記薄膜圧電トランスを設け、該薄膜圧電トランスは前記薄膜トランジスタの上部で振動可能に接続されることを特徴とする、請求項１記載の電気泳動インク表示装置。  2. The electrophoretic ink display device according to claim 1, wherein the thin film transistor and the thin film piezoelectric transformer are provided on an insulating substrate, and the thin film piezoelectric transformer is connected to be vibrated above the thin film transistor.
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