(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項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、請求項１記載の電気泳動インク表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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
【図１】
0003837948.tif 000002
【図２】
0003837948.tif 000003
【図３】
0003837948.tif 000004
【図４】
0003837948.tif 000005
【図５】
0003837948.tif 000006
【図６】
0003837948.tif 000007
【図７】
0003837948.tif 000008