JP2008505352A - 可撓性基板を有するアクティブマトリクスアレー装置 - Google Patents

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Abstract

アクティブマトリクスアレー装置は、行列状の装置素子の配列を有する。各行導体（10）は、細長い行ライン（10a）と、該行ラインから延伸する複数の突出部（10b）とを有し、各突出部（10b）は、それぞれの装置素子の薄膜トランジスタ（11）のゲート導体を定形する部分を有する。装置は、少なくとも前記行ライン（10a）と平行な軸の周囲で変形できるように適合され、各ゲート突出部の前記部分は、前記行ライン方向に対して非垂直な方向に延伸する。この非垂直な方向により、装置の変形によって生じるTFT特性の変化が抑制される。

Description

本発明は、プラスチック基板のような可撓性基板への、例えばアクティブマトリクスディスプレイ装置のような電子アレー装置の製造に関する。
アクティブマトリクスディスプレイの最も一般的な型式は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ（AMLCD）である。一般にAMLCDは、通常、厚さが0.7mmの大きなガラス基板上に形成される。セルには2枚の板が必要であり、完成後のディスプレイは、ちょうど1.4mm強の厚さとなる。携帯電話製造メーカ、およびあるラップトップコンピュータの製造メーカは、さらに薄くて軽いディスプレイを必要としており、完成後のセルは、HF（フッ酸）溶液中でさらに薄膜化され、通常の場合、約0.8mmの厚さにされる。携帯電話製造メーカは、さらに薄いディスプレイを得ることを理想としているが、この方法で製作された0.8mm未満のセルは、極めて脆いことが示されている。
HF薄膜化技術は、安全かつ経済的に廃棄することが難しい有害な化学物質を使用する不経済的な処理プロセスであるため、魅力的な技術ではない。また、エッチング処理プロセスの際に、ガラスのピッティングによる、ある程度の歩留まりの低下が生じる。
長い間、軽量で丈夫な薄いプラスチックAMLCDが魅力ある代替材として認識されてきている。近年、プラスチックディスプレイの関心は、さらに高まってきており、最近、プラスチック基板上の、AMLCD電気泳動ディスプレイおよび有機発光ダイオード（OLED）ディスプレイについての多くの研究がなされている。また、リールツーリール（reel-to-reel）処理が利用できるという処理プロセスの観点からは、プラスチック基板または金属薄膜のような他の可撓性基板への、直接製造法も魅力的である。さらに、可撓性ディスプレイは、非可撓性キャリアによって支持された可撓性基板層上にディスプレイを製作処理し、その後層を取り外したり、別の可撓性基板上に層を移動させたりして製作することも可能である。
また、寸法および重量についての長所のため、可撓性基板の使用により、新たな製品設計の実施が可能となる。例えば、ディスプレイを、曲面表面に巻き回して装着したり、あるいは使用する場合には引き延ばし、保管時には巻き取っておくことも可能となる。例えば、ディスプレイは、引き出し式アクセサリー装置として提供され、その使用後に、これを回収することもできる。このような方法でディスプレイ装置を巻き付けることを可能にするため、例えば米国特許出願第2002／139981A1号に示されているように、基板の適切な方向に、脆弱領域を設置することが知られている。
米国特許出願第2002／139981A1号明細書
本発明は、特に、製造後にこのように変形することを目的とするディスプレイ装置に関し、例えば、展開と収納の両位置の間で変形するディスプレイ、または曲面状のもしくは共形状のディスプレイが形成される。
このような種類の装置の変形では、装置特性に局部的な変化が生じることは避けられず、これにより、出力画像の画質の劣化が生じる。この画質の劣化は、ディスプレイを観ているときであって、そのディスプレイが完全に平坦ではない場合に生じるが、ディスプレイを平坦位置で観ているときであっても、特性の恒久的な変化によって生じる場合がある。
本発明では、
行および列に配置された装置素子の配列を担持する基板であって、各装置素子は、薄膜トランジスタを有するところの基板と、
複数の行導体および複数の列導体と、
を有するアクティブマトリクスアレー装置であって、
各行導体は、細長い行ラインと、該行ラインから延伸する複数の突出部とを有し、各突出部は、それぞれの装置素子の前記薄膜トランジスタのゲート導体を定形する部分を有し、
当該アクティブマトリクスアレー装置は、少なくとも前記行ラインと平行な軸の周囲で変形できるように適合され、
各ゲート突出部の前記部分は、前記行ライン方向に対して非垂直な方向に延伸する細長いゲート導体を有することを特徴とするアクティブマトリクスアレー装置が提供される。
本発明の装置では、各画素の薄膜トランジスタのゲート導体が、ディスプレイがその周囲で変形する軸に対して、非垂直な方向に延伸するように配置される。この配置では、装置の変形によって生じるTFT特性の変化が低減することが見出されている。また、行に対して平行な軸の周囲での装置の変形による行導体の特性の変化は、最小限に抑制される。通常の場合、行に提供される信号は、行の全てのTFTゲートを作動するようになっており、RC時定数が重要となるため、行抵抗は、最小値に維持する必要がある。
基板は、プラスチックまたは金属の基板を有することが好ましい。
通常の場合、装置は、ディスプレイ装置であり、またはサンプル及びホールド回路を使用する他のいかなる装置であっても良く、例えば、画素の配列を支持する基板に取り付けられた、別の可撓性基板を有するアクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置であって、両基板の間に液晶材料が設置された、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置であっても良い。TFTは、a−SiおよびLTPS（低温ポリSi）、有機TFT、CMOS結晶質Si、GaAs等のような、いかなる従来の技術で製作加工されても良い。
各突出部の部分は、行ラインから、該行ライン方向に20度乃至70度の角度で延伸しても良い。この傾斜角度範囲では、TFT特性に及ぼす曲げの影響が十分に抑制されることが把握されているが、さらに、画素配置が実質的に変化しないようにすることも可能である。
基板は、脆弱領域を有し、行ラインと平行な軸の周囲での基板の優先変形が助長される。
ある実施例では、各突出部は、前記行ライン方向に対して垂直に延伸する第1の部分と、該第1の部分の端部から、前記行ライン方向と平行な方向に延伸する前記ゲート導体を定形する部分とを有する。これにより、列ラインに「Ｌ」状の突出部が定形される。この場合、TFTに必要な領域をあまり増加させずに、行ラインと平行に、ゲート導体を延伸させることが可能となる。
さらに、各画素は、第2の薄膜トランジスタを有し、第2の薄膜トランジスタのゲート導体は、行から垂直に延伸する第2の突出部によって定形される。また、第1のTFTのゲート導体を定形する第1の薄膜トランジスタの突出部は、行ライン方向に平行に延伸する。この方法では、ダブルTFT画素構造は、2つの直交するTFT用のゲート導体を有し、これにより、いかなる方向の変形に対しても、装置の特性があまり変化しないようにすることが可能となる。
また、装置は、少なくとも2つの軸の周囲で変形可能となるように適合させることも可能である。一つの軸は、行ラインに平行であり、一つの軸は、列ラインに平行である。あるいは、装置は、いかなる特定の方向においても優先変形性を有さず、いかなる軸の周囲でも変形することができるようにしても良い。
以下、添付図面を用いて、本発明の一例を詳細に説明する。
本発明では、可撓性アクティブマトリクスディスプレイ装置が提供され、当該装置では、各画素のTFTは、ゲート導体を有し、このゲート導体は、装置がその周囲で変形する軸に対して、非垂直な方向に延伸する。これにより、TFTの作動特性に及ぼす変形の影響が抑制されることが確認されている。
図1には、アクティブマトリクス液晶ディスプレイの従来の画素配置を示す。これは、サンプル及びホールド回路として知られている種類の回路の一例であって、この例は、以下の本発明を説明するために使用される。ディスプレイは、行列状の画素配列として配置される。画素の各行は、共通の行導体10を共有し、画素の各列は、共通の列導体12を共有している。各画素は、列導体12と共通電極18の間に直列に配置された、薄膜トランジスタ14および液晶セル16を有する。トランジスタ14は、行導体10に提供される信号によってオンオフされる。従って、行導体10は、画素の行に対応した各トランジスタ14のゲート14aに接続されている。さらに各画素は、記憶キャパシタ20を有し、このキャパシタは、一端22が、隣接する行電極、前段の行電極または個別のキャパシタ電極に接続されている。このキャパシタ20は、駆動電圧を蓄えることに利用され、これによりトランジスタ14がオフになった後も、信号が液晶セル16に維持される。
液晶セル16を所望の電圧で駆動して、必要なグレーレベルを確保するため、行導体10への行アドレスパルスと同期するように、列導体12に適切な信号が提供される。この行アドレスパルスは、薄膜トランジスタ14をオンにし、これにより、列導体12が、液晶セル16を所望の電圧に充電するとともに、記憶キャパシタ20が同じ電圧に充電される。行アドレスパルスの完了後に、トランジスタ14はオフにされ、他の行がアドレス処理される際に、記憶キャパシタ20の働きによって、セル16の電圧が維持される。記憶キャパシタ20は、液晶のリークの影響を低減し、液晶セルキャパシタンスの電圧依存性によって生じる画素キャパシタンスの百分率変化を抑制する。
行は、順次アドレス処理されて、1フレーム期間内に全ての行がアドレス処理され、これらの行は、後続のフレーム期間内にリフレッシュされる。
図2に示すように、行アドレス信号は、行駆動回路30によって表示画素の配列34に提供され、画素駆動信号は、列アドレス回路32によって表示画素の配列34に提供される。
可撓性高分子基板に、図1に示すような画素回路が提供される可撓性ディスプレイに対する関心は、次第に高まっている。これは、ディスプレイ装置の新しい可能性のある用途領域を開拓するものであるが、さらに、異なる処理プロセス技術に使用することも可能である。図2には、脆弱部35のディスプレイ領域ラインの内部を概略的に示す。この脆弱部は、基板の一部を構成し、それらの軸の周囲での変形を助長するため、ディスプレイは、行方向に平行な軸の周囲で湾曲させたり、巻き回したりすることができる。
しかしながら、製作されたディスプレイの変形は、画素回路の特性に影響を及ぼす。
図3には、従来の画素回路の形状配置を概略的に示す。行導体10は、垂直突出部11を有し、この突出部は、TFT14のゲート導体を定形する。底部ゲート構造の場合、ゲート誘電体層が、行金属上に設置され、トランジスタの半導体本体は、ゲート誘電体層の上部に島として設置される。さらに上部の金属層は、列導体12を定形するとともに、ソース電極（列導体とソース電極は、相互に接続されている）およびドレイン電極を定形する。画素電極40は、ドレインに接続され、反射型ディスプレイでは、この画素電極は、同様の金属層で形成され、また透過型ディスプレイでは、ITOのような別の透明層で形成される。
本発明は、変形方向の違いは、画素回路特性に異なる影響を及ぼすという認識に基づくものである。特に、ゲート導体および行導体の変形は、画素回路特性に最も大きな影響を与える。ゲート導体の変形は、TFTの作動特性、および特にそのリーク電流に影響を及ぼし、行導体のRC時定数は、利用可能な時間内でアドレス処理される行の、全ての画素の特性に影響を及ぼすため、行抵抗は、特に重要である。
図3の例では、矢印42で概略的に示されているように、ディスプレイは、行と平行な軸の周囲で変形される。これは、ディスプレイが上部から底部に向かって曲げられることを意味する。この変形によって、特に、行方向に対して垂直に延伸するように設置された導体、すなわち、ゲート導体11および列導体12での機械的応力が増大する。列導体に対する抵抗の変化は、行導体に対する抵抗変化に比べて危機的ではない。列導体は、一度に、単一の画素にしか信号を伝送しないためである。
可撓性基板上の回路の機械的応力に対する影響度を抑制するため、本発明では、トランジスタのゲートのための配置構成が提供され、トランジスタのゲートが低減された応力を受けるように、これらのゲートは、基板の巻回方向に対して、ある方向に設置される。また、巻回方向は、選択された導体ラインに及ぼす変形の影響が抑制されるように選定される。
図4には、本発明の第1の実施例を示す。
この場合も、装置は、行導体の軸の周囲で、巻回方向42に沿って変形するように配置される。前述のように、この配向では、変形の影響が行ラインの抵抗に対して最も小さくなるようにすることを意図しており、行ラインの時定数は、できる限り小さく維持されることが好ましい。
TFTのゲート電極11は、垂直方向に対して、ある角度で配置される。この配置によって、半導体層上のゲート金属に生じる応力が抑制され、曲げの結果生じるTFT特性の変化が抑制される。
従って、行導体10は、細長い行ライン10aと、薄膜トランジスタ14のゲート導体11を定形する突出部10bとを有する。突出部10bは、行ライン10aの方向に対して非垂直な方向に延伸している。突出部10bは、行ラインから、該行ライン方向に対して20度乃至70度の角度で延伸しており、この角度は、30乃至60度であることがより好ましい。
TFT特性に及ぼす曲げの影響を抑制するには、これらの角度範囲で十分であるが、さらに、画素配置が実質的に変化しないようにすることも可能である。
図5には、第2の実施例を示すが、この実施例では、ゲート導体を形成する突出部は、「Ｌ」型に設置される。すなわち、突出部10bは、行ライン方向に対して垂直に延伸する第1の部分50と、ゲート導体を定形する部分52とを有し、後者の部分52は、第1の部分50の端部から、行ライン10aの方向と平行な方向に延伸している。
この配置では、ゲート導体は、行方向と平行に延伸し、半導体層上のゲート金属によって生じる応力が最小限に抑制される。
前述の実施例では、一つの方向に曲げることの可能なディスプレイに対して、TFTと行金属ラインの両方の応力が抑制される。
本発明のさらに別の実施例では、いかなる任意の方向にも、ディスプレイを巻き回したり曲げたりすることが可能である（行導体と平行な軸の周囲での回転を含む）。
図6には、ダブルTFT構造が提供された実施例を示す。第1のTFT14aは、図5と同様の方法で配置され、ゲート導体は、行に対して平行に延伸する。第2のTFT14bは、図3に示すような従来の方法で配置され、ゲート導体は、行方向に対して垂直に延伸する。2つのTFT14a、14bは、相互に直交する方向に配向されたゲート導体を有しており、一つのTFTに対する応力が最大となったとき、他方のTFTの応力は、最小となる。
この方法では、少なくとも一つのTFTが低リーク電流に維持されるため、必要なサンプル及びホールド回路の動作は、ディスプレイが巻回／屈曲される方向とは無関係に、正確に実行される。
図6のディスプレイは、行または列のいずれかの方向に丸めることができるように設計されているが、いかなる方向の巻回も可能となるように設計されても良い。
一つの特定の巻回方向のみが許容される場合、他の導体ラインは、巻き回しが生じる軸に対して平行に配置されるように選定されても良い。例えば、異なる画素配置では、電力ラインを行または列方向にすることができ、また、特定の画素構成を選定して、導体ラインの同数が巻回軸、すなわち前述の行方向と平行に延伸するようにしても良い。また、追加の制御ラインを備えるより複雑な画素配置も可能であり、これらの制御ラインは、その後、同じ方向に延伸するように設計されても良い。
前述のように、アクティブマトリクスLCDの標準的な画素回路用の配置に関して、本発明を説明したが、本発明を、サンプル及びホールド回路を使用する、電気泳動式ディスプレイ、エレクトロウェッティングディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイのようなアクティブマトリクスディスプレイ、および可動式または回転式薄膜系のディスプレイのような、MEMS系のディスプレイに適用することも有意である。ただし、同様のサンプル及びホールド回路は、データ駆動出力ステージの基部、またはアクティブマトリクス高分子LED表示画素回路のメモリ部を構成しても良い。これらの回路では、TFTのリーク電流をできる限り低く維持することが特に重要である。従来技術型のTFTが機械的応力を受けた場合、リーク電流は、増大することが知られている。
液晶ディスプレイの製造または他のアクティブマトリクス装置の製造の際に含まれる詳細な処理プロセスについては、ここでは詳しく説明しない。また、所与の方法で基板を変形する異なる可能な方法についても、詳細については説明しない。本発明では、変形方向を基準として、基板上の導体を配置変更することが可能であり、従来より使用されている処理ステップ、あるいは従来の実際の駆動方式は、変更されない。従って、これらの従来の処理ステップおよび方法は、詳しく示していない。
当業者には、各種変更が可能である。
アクティブマトリクスディスプレイ用の従来の画素回路を示す図である。 アクティブマトリクスディスプレイ装置を示す図である。 アクティブマトリクスディスプレイの従来の画素配置を示す図である。 本発明のアクティブマトリクスディスプレイの第1の画素配置を示す図である。 本発明のアクティブマトリクスディスプレイの第2の画素配置を示す図である。 本発明のアクティブマトリクスディスプレイの第3の画素配置を示す図である。

Claims (20)

  1. 行および列に配置された装置素子の配列を担持する基板であって、各装置素子は、薄膜トランジスタを有するところの基板と、
    複数の行導体および複数の列導体と、
    を有するアクティブマトリクスアレー装置であって、
    各行導体は、細長い行ラインと、該行ラインから延伸する複数の突出部とを有し、各突出部は、それぞれの装置素子の前記薄膜トランジスタのゲート導体を定形する部分を有し、
    当該アクティブマトリクスアレー装置は、少なくとも前記行ラインと平行な軸の周囲で変形できるように適合され、
    各突出部の前記部分は、前記行ライン方向に対して非垂直な方向に延伸する細長いゲート導体を有することを特徴とするアクティブマトリクスアレー装置。
  2. 前記基板は、高分子材料を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
  3. 前記基板は、金属薄膜を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
  4. 各突出部の前記部分は、前記行ラインから、該行ライン方向に対して20度乃至70度の角度で延伸していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の装置。
  5. 前記基板は、前記行ラインと平行な前記軸の周囲で、前記基板の好ましい変形が助長される脆弱領域を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の装置。
  6. 各突出部は、前記行ライン方向に対して実質的に垂直に延伸する第1の部分と、該第1の部分の端部から、前記行ライン方向と実質的に平行な方向に延伸する前記ゲート導体を定形する部分とを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の装置。
  7. 各装置素子は、前記薄膜トランジスタと直列の第2のトランジスタを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の装置。
  8. 前記薄膜トランジスタは、第1の薄膜トランジスタを有し、各画素は、さらに第2の薄膜トランジスタを有し、
    前記第2の薄膜トランジスタの前記ゲート導体は、前記行ラインから、実質的に垂直に延伸する第2の突出部によって定形されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の装置。
  9. 第1の薄膜トランジスタの各突出部は、前記行ライン方向に対して実質的に垂直に延伸する部分を有し、該部分は、前記第1の部分の端部から、前記行ライン方向に対して実質的に平行に延伸する前記ゲート導体を定形することを特徴とする請求項8に記載の装置。
  10. 当該装置は、少なくとも2つの軸の周囲で変形することができるように適合されており、一つは、前記行ラインと平行であり、一つは、前記列導体と平行であることを特徴とする請求項9に記載の装置。
  11. 前記ゲート導体を定形する前記突出部は、幅の少なくとも2倍の全長を有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載の装置。
  12. 各装置素子は、サンプル及びホールド回路を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一つに記載の装置。
  13. ディスプレイ装置を有し、
    前記装置素子は、表示画素を有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の装置。
  14. 表示画素の配列に設置される、ディスプレイ装置用のアクティブマトリクス面を有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の装置。
  15. 電気泳動式ディスプレイ用のアクティブマトリクス面を有することを特徴とする請求項14に記載の装置。
  16. 駆動出力ステージを有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の装置。
  17. メモリ回路を有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の装置。
  18. 前記メモリ回路は、有機発光ダイオード回路用であることを特徴とする請求項17に記載の装置。
  19. アクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置を有し、該アクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置は、前記画素の配列を担持する前記基板に取り付けられた、別の可撓性基板を有し、両基板の間には、液晶材料が設置されることを特徴とする請求項13に記載の装置。
  20. 前記表示画素は、電気泳動式、エレクトロウェッティング式、MEMS式またはエレクトロクロミック式の表示画素を有することを特徴とする請求項13に記載の装置。
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