JP4120591B2

JP4120591B2 - 電気光学装置用基板、電気光学装置及び電気泳動表示装置

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Publication number: JP4120591B2
Application number: JP2004008978A
Authority: JP
Inventors: 壮一守谷; 健夫川瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: US7436465B2; US20050162366A1; JP2005202194A

Description

本発明は、電気光学装置用基板、電気光学装置用基板の製造方法、電気光学装置、及び電子機器に関する。

近年、シリコンに代表される無機材料を用いた薄膜電界効果型トランジスタから置き換えうるデバイスとして、有機半導体材料を用いた有機薄膜電界効果型トランジスタが注目されている。特に低コスト化が可能な高分子有機半導体層材料を用いた高分子有機薄膜トランジスタが挙げられる（例えば、非特許文献１、２参照。）。
当該文献においては、アクティブマトリクス素子としてポリマーＴＦＴ、表示体として高分子分散型液晶を組み合わせたディスプレイが提案されている。
川瀬建夫著、et al.著、「Thin Solid Films」 p279-287, vol438-439,2003 川瀬建夫著、「2000 International Electron Device Meeting technical digest」 p623-626

ところで、上記文献においては、画素部とアクティブマトリクス素子が別々に配置された構成を採用しており、ディスプレイの解像度は５ｐｐｉ程度であった。ここで、インクジェット法（液滴吐出法、湿式成膜法）によるパターニングを行う場合では、最小パターニング線幅が３０〜５０μｍであるために、アクティブマトリクス素子であるポリマーＴＦＴのサイズを更に微細化するのが困難であり、画素部の面積が小さくなり、開口率が低下するという問題を有していた。従って、高密度及び高精細なディスプレイを実現するのが難しいという問題があった。

本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、有機半導体をアクティブマトリクス素子に用いたディスプレイにおいて、高精細かつ高開口率の実現を可能とする電気光学装置用基板、電気光学装置及び電気泳動表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の電気光学装置用基板は、基板上に、スイッチング素子と、画素電極とを有する電気光学装置用基板であって、前記画素電極は、前記スイッチング素子に接続された第１画素電極と、他の第１画素電極に接続されたスイッチング素子を被覆する第２画素電極と、によって形成されていることを特徴としている。
より具体的には、基板と、前記基板上に位置する第１ソース電極と、前記基板上に位置する第１ドレイン電極と、前記第１ソース電極上及び前記第１ドレイン電極上に位置する第１半導体膜と、前記第１半導体膜上に位置する第１ゲート絶縁膜と、前記第１ゲート絶縁膜上に位置する第１ゲート電極と、前記第１ゲート電極上に位置する第１層間絶縁膜と、前記基板上に位置する第２ソース電極と、前記基板上に位置する第２ドレイン電極と、前記第２ソース電極上及び前記第２ドレイン電極上に位置する第２半導体膜と、前記第２半導体膜上に位置する第２ゲート絶縁膜と、前記第２ゲート絶縁膜上に位置する第２ゲート電極と、前記第２ゲート電極上に位置する第２層間絶縁膜と、前記第１ドレイン電極に接続し、前記第２層間絶縁膜上に位置し、前記第２層間絶縁膜を介して前記第２ゲート電極と保持容量を形成する第２画素電極と、を含む、ことが好ましい。
また、前記第１ゲート絶縁膜と前記第２ゲート絶縁膜とが離間し、かつ、前記第１ゲート絶縁膜と前記第２ゲート絶縁膜との間に前記第１ドレイン電極が位置し、前記第１ドレイン電極が第１画素電極として機能する、ことが好ましい。
また、前記第１層間絶縁膜と前記第２層間絶縁膜とが離間している、ことが好ましい。
また、複数のゲート線と、前記複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、を含み、前記第１ゲート電極が前記複数のゲート線のうちのひとつであり、前記第２ゲート電極が前記複数のゲート線のうちの他のひとつである、ことが好ましい。
また、複数のゲート線と、前記複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、を含み、前記第１ソース電極と前記第２ソース電極が前記複数のデータ線のうちの同一のデータ線に電気的に接続される、ことが好ましい。
また、前記第１ソース電極の前記第１ドレイン電極と向かい合う部分が櫛歯状に形成されている、ことが好ましい。
また、前記第１半導体膜が有機半導体材料を含む、ことが好ましい。
また、前記第１ドレイン電極の材料と前記第１画素電極の材料が同種である、ことが好ましい。
更に、上記の電気光学装置用基板と、対向基板と、前記電気光学装置用基板と前記対向基板との間に位置する電気光学層と、を備える電気光学装置を本発明に係る構成として挙げることができる。
更に、上記の電気光学装置用基板と、前記電気光学装置用基板上に位置する電気泳動層と、を備える電気泳動表示装置を本発明に係る構成として挙げることができる。

ここで、スイッチング素子とは、薄膜トランジスタや、当該薄膜トランジスタに信号や電流を供給する配線や、薄膜トランジスタの駆動状態を保持する保持容量等、また、薄膜トランジスタを駆動させる駆動回路を含む。
このようにすれば、第２画素電極が、他の第１画素電極に接続するスイッチング素子を被覆するように構成されるので、スイッチング素子の上方の形成領域に対して第２画素電極を形成することができる。従って、全体としての画素電極面積が大きくなり、従来技術のように開口率の低下を招くという問題を解決し、高開口率化を達成できる。従って、高密度及び高精細な電気光学装置（ディスプレイ）を実現することができる。
また、上記の構成を採用することにより、インクジェット法を用いたパターニングを行っても開口率が低下することがないので、ポリマーＴＦＴからなるアクティブマトリクス素子を容易に形成することができる。

また、本発明の電気光学装置用基板においては、前記第２画素電極と、前記他の第１画素電極に接続されたスイッチング素子との間には、保持容量が形成されていることを特徴としている。
このようにすれば、第２画素電極が単に画素電極として機能するだけでなく、保持容量としても機能するので、保持容量を形成するための配線や容量電極を基板上に別途設ける必要がなく、電気光学装置用基板の素子構成の簡素化を達成できる。

また、本発明の電気光学装置用基板においては、前記スイッチング素子は、有機薄膜トランジスタであることを特徴としている。
このようにすれば、湿式成膜法によって薄膜トランジスタを製造することができる。ここで、湿式成膜法においては、真空装置を用いずに大気圧雰囲気において成膜することが可能となるので、電気光学装置用基板の製造コストの削減を実現できる。

また、本発明の電気光学装置用基板の製造方法は、基板上に、スイッチング素子と、画素電極とを有する電気光学装置用基板の製造方法であって、前記画素電極は、前記スイッチング素子に接続する第１画素電極を形成する工程と、他の第１画素電極に接続されたスイッチング素子を被覆する第２画素電極を形成する工程と、を有することを特徴としている。
このようにすれば、第２画素電極が、他の第１画素電極に接続するスイッチング素子を被覆するように構成されるので、スイッチング素子の上方の形成領域に対して第２画素電極を形成することができる。従って、全体としての画素電極面積が大きくなり、従来技術のように開口率の低下を招くという問題を解決し、高開口率化を達成できる。従って、高密度及び高精細な電気光学装置（ディスプレイ）を実現することができる。

また、前記電気光学装置用基板の製造方法においては、湿式成膜法を用いることにより前記第２画素電極を形成することを特徴としている。
このようにすれば、ポリマーＴＦＴからなるアクティブマトリクス素子、即ち、薄膜トランジスタを容易に製造することができる。湿式成膜法は、真空装置を用いずに大気圧雰囲気において成膜することが可能となるので、電気光学装置用基板の製造コストの削減を実現できる。

また、本発明の電気光学装置は、先に記載の電気光学装置用基板と、当該電気光学装置用基板に対向配置された対向基板と、前記電気光学装置用基板と前記対向基板の間に設けられた電気光学層と、を具備することを特徴としている。
このようにすれば、高開口率化、及び高密度及び高精細化が実現され、低コストの電気光学装置となる。

また、本発明の電子機器は、上述の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
これにより、高開口率化、及び高密度及び高精細化が実現され、低コストの電子機器となる。

（電気光学装置用基板）
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に相当する電気光学装置用基板の構成を説明する。
なお、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図１に電気光学装置用基板の要部の平面図、図２に図１のＡ−Ａ’矢視の断面図を示す。
図１に示すように、電気光学装置用基板１０は、信号線ＳＬと、アクティブマトリクス素子（スイッチング素子）ＡＭと、第１画素電極２ａとを有している。
信号線ＳＬは、アクティブマトリクス素子ＡＭを駆動するための電流を供給する配線であり、データ線３と、ゲート線６とにより構成されている。
アクティブマトリクス素子ＡＭは、第１画素電極２ａ及び第２画素電極２ｂを駆動させるための薄膜トランジスタとして機能する部位であり、ソース電極３ａと、半導体層４と、ゲート絶縁膜５と、ゲート電極６ａとにより構成されている。また、後述の製造方法に詳細を記載するように、アクティブマトリクス素子ＡＭは、有機材料からなる有機薄膜トランジスタである。

また、ソース電極３ａ及び第１画素電極２ａは、櫛歯状に形成されており、アクティブマトリクス素子ＡＭを形成する際のアライメントを容易に行うことができるようになっている。
また、図１及び図２においては、データ線３とソース電極３ａ、ゲート線６とゲート電極６ａ、の各組は同一部材で形成されている。

また、図２に示すように、電気光学装置用基板１０は、基板１上に、第１画素電極２ａと、ソース電極３ａと、半導体層４と、ゲート絶縁膜５と、ゲート電極６ａと、層間絶縁膜７と、第２画素電極２ｂとが積層形成された構成を有している。
ここで、第１画素電極２ａは、半導体層４のドレイン領域に直接接続された構成となっている。当該構成においては、第１画素電極２ａが半導体層４のドレイン電極として機能するようになっている。
第２画素電極２ｂは、層間絶縁膜７の上面（形成領域）に形成されると共に、ゲート絶縁膜５の側部において、第１画素電極２ａに隣接している第１画素電極（他の第１画素電極）２ａ’と導通接続されている。また、当該第２画素電極２ｂは、インクジェット法に代表される液滴吐出法、あるいは湿式成膜法を用いて塗布された導電性塗布膜によって形成されている。
また、第２画素電極２ｂとゲート電極６ａは、層間絶縁膜７を介して保持容量ＣＡを構成しており、アクティブマトリクス素子ＡＭのスイッチング状態を保持する機能を有している。

このように構成された電気光学装置用基板１０においては、データ線３はアクティブマトリクス素子ＡＭのソース電極３ａに電気的に接続されており、画像信号はデータ線３に対して順次に供給されるか、あるいは互いに隣接する複数のデータ線３に対してグループ毎に供給されるようになっている。また、ゲート線６はアクティブマトリクス素子ＡＭのゲート電極６ａに電気的に接続されており、複数のゲート線６に対して走査信号が所定のタイミングでパルス的に線順次で供給されるようになっている。更に、第１画素電極２ａはアクティブマトリクス素子ＡＭのドレイン電極として機能し、ゲート電極６ａにパルス電圧を印加してアクティブマトリクス素子ＡＭを一定期間だけオンすることで、データ線３から供給される画像信号が所定のタイミングで書き込まれるようになっている。そして、第１画素電極２ａと第２画素電極２ｂは接続され、同電位であるので、画像信号の入力に応じて第１及び第２画素電極２ａ、２ｂに対応している画素領域毎に表示を行うようになっている。

次に、上記の同図を参照し、電気光学装置用基板１０の製造方法を説明する。
まず、基板１上に、第１画素電極２ａ、及びデータ線３、ソース電極３ａを形成する。
基板１の材料は、例えば、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリイミド（ＰＩ）等で構成されるプラスティック基板（樹脂基板）、石英基板、シリコン基板、金属基板、ガリウム砒素基板等を採用することができる。薄膜トランジスタに可撓性を付与する場合には、基板１には、プラスティック基板、或いは薄い金属基板が選択される。

また、第１画素電極２ａ、及びデータ線３、ソース電極３ａの材料は、公知の電極材料であれば、種類は特に限定されるものではない。具体的には、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｃｏ、等やそれらの金属を用いた合金等、公知のあらゆる金属材料、及びその合金、及びその金属酸化物等を採用することができる。また、金属微粒子を分散させた溶液、或いは、導電性粒子を含むポリマー混合物、或いは、導電性有機材料を電極層材料として採用してもよい。また、後述するポリマー有機半導体との組み合わせでは、ポリマー有機半導体はｐ型半導体であるので、電極材料の仕事関数が大きいものは、正孔（キャリア）を有機半導体に注入するためには適している。

次に、基板１上に、ソース電極３ａを覆うように半導体層４を形成する。
半導体材料としては、低分子系有機半導体材料、ポリマー有機半導体材料のいずれも使用することができる。
ポリマー有機半導体材料としては、ポリ（３−アルキルチオフェン）（ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）（ＰＴＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−メトキシフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン）（ＰＦＭＯ）、ポリ（９，９ジオクチルフルオレン−コ−ベンゾチアジアゾール）（ＢＴ）、フルオレン−トリアリルアミン共重合体、トリアリルアミン系ポリマー、フルオレンビチオフェン共重合体等が挙げられる。

低分子系有機半導体としては、例えば、Ｃ６０、或いは、金属フタロシアニン、或いは、それらの置換誘導体、或いは、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン等のアセン分子材料、或いは、α−オリゴチオフェン類、具体的にはクォーターチオフェン（４Ｔ）、セキシチオフェン（６Ｔ）、オクチチオフェン（８Ｔ）、ジヘキシルクォーターチオフェン（ＤＨ４Ｔ）、ジヘキルセキシチオフェン（ＤＨ６Ｔ）、等が挙げられる。

本実施形態においては、インクジェット法を用いて形成することが好ましく、この場合においては、半導体材料を各種溶剤に分散又は溶解し、当該液体材料を吐出し、所定のパターンを形成することができる。

次に、半導体層４、及び第１画素電極２ａを覆うようにゲート絶縁層５を形成する。
ゲート絶縁層５としては、公知のゲート絶縁体材料であれば、種類は特に限定されるものではない。有機材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリイソブチレンに代表されるポリオレフィン系ポリマー等が挙げられる。形成方法としては、例えば、スピンコート法、インクジェット法等の湿式法を用いて形成することができる。無機材料としては、シリカ、窒化珪素、酸化アルミ、酸化タンタル等の金属酸化物、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウムチタン酸鉛等の金属複合酸化物が挙げられ、形成方法としては、熱酸化法、ＣＶＤ法、ＳＯＧ法が挙げられる。或いは、原材料にポリシラザンを用いることで、シリカ、窒化珪素膜を湿式プロセスで成膜することが可能である。

次に、ゲート絶縁層５上に、ゲート電極６ａを形成する。
ゲート電極６ａとしては、公知の電極材料であれば、種類は特に限定されるものではない。具体的には、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｃｏ、等やそれらの金属を用いた合金等、公知のあらゆる金属材料、及びその合金、及びその金属酸化物等を採用することができる。また、金属微粒子を分散させた溶液、或いは、導電性粒子を含むポリマー混合物、或いは、導電性有機材料を電極層材料に採用させてもよい。

次に、ゲート絶縁層５上に、ゲート電極６ａを覆うように層間絶縁膜７を形成する。
層間絶縁膜７としては、前述のゲート絶縁膜５と同様の材料を用いることができる。

最後に、第２画素電極２ｂを形成する。
第２画素電極２ｂとしては、導電性塗布膜を採用することが好ましく、金属微粒子を分散させた溶液、或いは、導電性粒子を含むポリマー混合物、或いは、導電性有機材料を電極層材料に用いることができる。
また、第２画素電極２ｂと第１画素電極２ａの材料は、同種材料又は異種材料のいずれでもよいが、第２画素電極２ｂと第１画素電極２ａの間は、確実に導電性が得られるようにする必要があり、接触抵抗が生じにくくなる各種材料が好適に選択される。

上述したように、電気光学装置用基板１は、第１画素電極２ａと第２画素電極２ｂを備え、当該第２画素電極２ｂはアクティブマトリクス素子ＡＭの上方の形成領域に形成されているので、全体としての画素電極の面積が大きくなり、従来技術のように開口率の低下を招くという問題を解決し、高開口率化を達成できる。従って、高密度及び高精細な電気光学装置（ディスプレイ）を実現することができる。
また、インクジェット法を用いたパターニングを行っても開口率が低下することがないので、ポリマーＴＦＴからなるアクティブマトリクス素子を容易に形成することができる。

また、第２画素電極２ｂと、第１画素電極２ａ’に接続されたスイッチング素子との間には、保持容量ＣＡが形成されているので、第２画素電極２ｂが単に画素電極として機能するだけでなく、保持容量としても機能するので、保持容量ＣＡを形成するための配線や容量電極を基板上に別途設ける必要がなく、電気光学装置用基板１０の素子構成の簡素化を達成できる。

また、アクティブマトリクス素子ＡＭは、有機薄膜トランジスタであるので、湿式成膜法によって薄膜トランジスタを製造することができる。ここで、湿式成膜法においては、真空装置を用いずに大気圧雰囲気において成膜することが可能となるので、電気光学装置用基板の製造コストの削減を実現できる。また、第２画素電極２ｂの形成方法においても湿式成膜法が採用されるので、同様の効果を奏する。

（電気泳動表示装置）
次に、図３から図５を参照し、本発明の一実施形態に相当する電気光学装置を説明する。ここでは、電気光学装置として、有機ＴＦＴをアクティブマトリクス素子として用いた電気泳動ディスプレイについて説明する。
図３から図５の各々は、電気泳動表示装置の各実施形態の構成を示す断面図、部分平面図ある。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。また、先に記載した電気光学装置用基板１０と同一構成には同一符号を付して説明を簡略化している。

（電気泳動表示装置の第１実施形態）
図３に示すように、本実施形態の電気泳動装置ＥＰＤ１は、電気光学装置用基板１０と、対向基板２０と、電気泳動層（電気光学層）１５を備えて構成されている。
ここで、対向基板２０は、例えばガラス基板や樹脂フィルム基板等の透明性材料からなり、対向基板２０の電気泳動層１５が配置される側には共通電極３０が形成されている。また、電気泳動層１５は、電気光学装置用基板１０と対向基板２０の間に挟持されている。また、電気光学装置用基板１０と対向基板２０とは、表示領域の周囲を囲むように枠状に形成された封止部材（図示略）によって貼り合わされ、スペーサ（図示略）により一定に離間された状態で保持されている。そして、本実施形態の電気泳動表示装置ＥＰＤ１では、基板１０、２０と封止部材とにより形成された閉空間に、分散媒４１、電気泳動粒子４２等を有する電気泳動分散液４０が封入され、電気泳動層１５が形成されている。

次に、分散媒４１、電気泳動粒子４２を有する電気泳動分散液４０について説明する。
電気泳動分散液４０は、染料によって染色された分散媒４１中に電気泳動粒子４２を分散させた構成となっている。
電気泳動粒子４２は、無機酸化物又は無機水酸化物からなる直径０．０１μｍ〜１０μｍ程度の略球状の微粒子であり、上記分散媒４１と異なる色相（白色及び黒色を含む）を有している。このように酸化物又は水酸化物からなる電気泳動粒子４２には固有の表面等電点が存在し、分散媒４１の水素イオン指数ｐＨによってその表面電荷密度（帯電量）が変化する。

ここで、表面等電点とは、水溶液中における両性電解質の電荷の代数和がゼロとなる状態を水素イオン指数ｐＨによって示したものである。例えば、分散媒４１のｐＨが電気泳動粒子４２の表面等電点に等しい場合には、粒子の実効電荷はゼロとなり、粒子は外部電界に対して無反応な状態となる。また、分散媒４１のｐＨが粒子の表面等電点よりも低い場合には、粒子の表面は下式（１）によりプラスの電荷を帯びる。逆に、分散媒４１のｐＨが粒子の表面等電点よりも高い場合には、粒子の表面は下式（２）によりマイナスの電荷を帯びる。
ｐＨ低：Ｍ−ＯＨ＋Ｈ^＋（過剰）＋ＯＨ⁻→Ｍ−ＯＨ_２ ^＋＋ＯＨ⁻ ・・・（１）
ｐＨ高：Ｍ−ＯＨ＋Ｈ^＋＋ＯＨ⁻（過剰）→Ｍ−ＯＨ^―＋Ｈ^＋・・・（２）

なお、分散媒４１のｐＨと粒子の表面等電点との差を大きくしていった場合、反応式（１）又は（２）に従って粒子の帯電量は増加していくが、この差が所定値以上となると略飽和し、ｐＨをそれ以上変化させても帯電量は変化しない。この差の値は、粒子の種類、大きさ、形状等によって異なるものの、概ね１以上であればどのような粒子においても帯電量は略飽和すると考えられる。

上述の電気泳動粒子４２としては、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ベンガラ、酸化アルミニウム、黒色低次酸化チタン、酸化クロム、ベーマイト、ＦｅＯＯＨ、二酸化珪素、水酸化マグネシウム、水酸化ニッケル、酸化ジルコニウム、酸化銅等が用いられている。

また、このような電気泳動粒子４２は、単独の微粒子としてだけでなく、各種表面改質を施した状態でも用いることが可能である。このような表面改質の方法としては、例えば、粒子表面をアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等のポリマーでコーティング処理する方法や、シラン系、チタネート系、アルミニウム系、弗素系等のカップリング剤でカップリング処理する方法や、アクリル系モノマー、スチレンモノマー、エポキシ系モノマー、イソシアネート系モノマー等とグラフト重合処理する方法等があり、これらの処理を単独又は二種類以上組み合わせて行うことができる。

分散媒４１には、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エーテル等の非水系有機溶媒が用いられており、スピリトブラック、オイルイエロー、オイルブルー、オイルグリーン、バリファーストブルー、マクロレックスブルー、オイルブラウン、スーダンブラック、ファーストオレンジ等の染料によって染色されて、電気泳動粒子４２と異なる色相を呈している。

例えば、上述の炭化水素としては、ヘキサン等のアルカン、石油エーテル、石油ベンジン、石油ナフサ、リグロイン、ドデシルベンゼン等のアルキルベンゼン類、工業ガソリン、灯油、ソルベントナフサ、１−オクテン等の不飽和炭化水素類、ビフェニル誘導体、ビシクロヘキシル誘導体、デカリン誘導体、シクロヘキシルベンゼン誘導体、テトラリン誘導体等の各種誘導体等が用いられている。

また、ハロゲン化炭化水素としては、クロロホルム、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロプロパン、トリクロロプロパン、モノクロロアルカン類、クロロフルオロアルカン類、パーフルオロアルカン類、パーフルオロデカリン誘導体、パーフルオロアルキルベンゼン類等が用いられている。

エーテルとしては、ジヘキシルエーテル等のジアルキルエーテル類、フェネトール等のアルコキシベンゼン類、ジオキサン等の環状エーテル類、ジメトキシエタン等のエチレングリコール誘導体、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のジエチレングリコール誘導体、グリセリンエーテル類、アセタール類等が用いられている。

更に、上述の炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エーテルの他にも、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン等のケトン類、カルボン酸類、アルキルアミン類、ドデカメチルペンタシロキサン等のシロキサン類、ＤＭＦ、ＤＭＡ、ＮＭＰ、ＤＭＳＯ、シリコーンオイル、液晶化合物、液晶混合物等を用いることができる。
そして、分散媒４１には、上述の有機化合物を単独又は二種類以上混合したものが用いられている。

また、分散媒４１にはｐＨを調整するためのｐＨ調整剤が配合されており、分散媒４１のｐＨが電気泳動粒子４２の表面等電点と異なる値となるように調整されている。この際、分散媒４１のｐＨを７以上（即ち、分散媒４１がアルカリ性を示す状態）とすると、水酸化物の水酸基の持つ凝集作用により、粒子同士が凝集し易くなるため、分散媒４１のｐＨは７以下（即ち、分散媒４１が酸性を示す状態）とすることが望ましい。また、分散媒４１のｐＨは粒子の帯電量が飽和するように調整することが好ましく、例えば分散媒４１のｐＨと粒子の表面等電点との差が１以上となるようにすることで粒子の帯電量を飽和させることができる。

具体的には、電気泳動粒子４２として、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等の表面等電点が６以上の材料を用いる場合には、分散媒４１のｐＨが粒子の表面等電点よりも１以上低いことが好ましい条件となる。この場合、粒子は分散媒４１中でプラスに帯電した状態となる。一方、電気泳動粒子４２として、二酸化珪素等の表面等電点が６以下の材料を用いた場合には、分散媒４１のｐＨが粒子の表面等電点よりも１以上低いこと、或いは、ｐＨが粒子の表面等電点よりも１以上高く且つ７以下であることが好ましい条件となる。

上述のｐＨ調整剤としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等の有機モノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸等の有機ジカルボン酸、塩酸、硫酸等の無機酸等及びアンモニア水、メチルアミン等のアルキルアミン、アニリン、ジエチルアニリン、ヒドロキシルアミン類、水酸化ナトリウム等の無機塩基が用いられている。

また、この分散媒４１には高分子界面活性剤が添加されている。高分子界面活性剤は、電気泳動粒子４２に吸着して粒子表面に吸着層を形成し、浸透圧効果とエントロピー効果により、界面活性剤に低分子のものを用いた場合に比べて、粒子の分散安定化に大きく寄与すると考えられる。
このような高分子界面活性剤としては、以下に示すようなアニオン系、カチオン系、非イオン系の高分子界面活性剤を例として挙げることができる。

例えば、アニオン系高分子界面活性剤としては、スチレン無水マレイン酸共重合体等の含カルボン酸共重合体類、ポリアクリル酸等のポリカルボン酸類等が用いられている。また、カチオン系高分子界面活性剤としては、ポリエチレンイミン類、ポリビニルイミダゾリン類、ポリビニルピリジン類等が用いられている。更に、非イオン系界面活性剤としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ヒドロキシ脂肪酸のオリゴマー、ポリエチレングリコールジステアラート、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ポリスチレン、ポリ（１−ビニルピロリドン−ｃｏ−ビニルアセタート）等が用いられている。
そして、高分子界面活性剤には、上述の高分子材料を単独又は二種類以上混合したものが用いられている。

また、上述の高分子界面活性剤に、以下に示すようなアニオン系、カチオン系、非イオン系、弗素系の低分子界面活性剤を併用して用いてもよい。
例えば、アニオン系低分子界面活性剤としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩類、ラウリル酸ナトリウム等のカルボン酸塩類、ラウリル硫酸ナトリウム等の硫酸塩類、ラウリル燐酸ナトリウム等の燐酸塩類等が用いられている。また、カチオン系低分子界面活性剤としては、塩化セチルトリメチルアンモニウム等の四級アンモニウム塩類、ドデシルピリジニウムブロミド等のピリジニウム塩類、ラウリルアミン塩酸塩等のアミン塩類等が用いられている。非イオン系低分子界面活性剤としては、ソルビタントリオリエート等の多価アルコールの脂肪酸エステル類等が用いられている。更に、弗素系低分子界面活性剤としては、パーフルオロデカン酸ナトリウム等のパーフルオロカルボン酸塩、パーフルオロノニルアルコール等のパーフルオロアルコール類等が用いられている。
なお、重力による粒子の沈降を避けるために、分散媒４１の比重と粒子の比重とはほぼ等しく設定されることが好ましい。

上述したように、電気泳動表示装置ＥＰＤ１においては、上述の電気光学装置用基板１を備えているので、高開口率化、及び高密度及び高精細化が実現され、低コストの電気光学装置となる。

（電気泳動表示装置の第２実施形態）
図４に示すように、本実施形態の電気泳動表示装置ＥＰＤ２は、上記の電気泳動表示装置ＥＰＤ１の構成において、対向する電気光学装置用基板１０と対向基板２０との間に一定の厚みを有する平面視格子状の隔壁４３が設けられた構成となっている。また、隔壁４３、４３の間には、上述の電気泳動分散液４０が封入されている。そして、これ以外の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

このような電気泳動表示装置ＥＰＤ２でも、上記電気泳動表示装置ＥＰＤ１と同様の効果が得られる。

（電気泳動表示装置の第３実施形態）
図５に示すように、本実施形態の電気泳動表示装置ＥＰＤ３は、電気泳動分散液４０をカプセル状の樹脂皮膜で覆ってマイクロカプセル化し、マイクロカプセル６０を電気光学装置用基板１０と第２基板２との間に配置した構成となっている。また、マイクロカプセル６０の大きさは第１及び第２画素電極２ａ、２ｂを含む１画素の大きさと同程度とされ、表示領域全域を覆うように複数配置されている。また、マイクロカプセル６０は、実際には隣接するマイクロカプセル６０同士が密着するため、表示領域はマイクロカプセル６０によって隙間なく、覆われている。そして、これ以外の構成については、上記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

このような電気泳動表示装置ＥＰＤ３でも、上記電気泳動表示装置ＥＰＤ１、ＥＰＤ２と同様の効果が得られる。

（電子機器）
上述した本発明の電気泳動表示装置は、表示部を備えた様々な電子機器に適用される。以下、上述の電気泳動表示装置を備えた電子機器の例について説明する。

まず、本発明の電気泳動表示装置をモバイル型（ポータブル型）のパーソナルコンピュータに適用した例について説明する。
図６はこのパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図であり、パーソナルコンピュータ１２００は、本発明の電気泳動表示装置を表示部１２０１として備える。パーソナルコンピュータ１２００は、キーボード１２０３を備えた本体部１２０２を備えて構成されている。

次に、本発明の電気泳動表示装置を携帯電話に適用した例について説明する。
図７はこの携帯電話の構成を示す斜視図であり、携帯電話１３００は、本発明の電気泳動表示装置を小サイズの表示部１３０１として備える。携帯電話１３００は、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。

次に、本発明の電気泳動表示装置をフレキシブルな電子ペーパーに適用した例について説明する。
図８はこの電子ペーパーの構成を示す斜視図であり、電子ペーパー１４００は、本発明の電気泳動表示装置を表示部１４０１として備える。電子ペーパー１４００は、従来の紙と同様の質感及び柔軟性を有する書き換え可能なシートからなる本体１４０２を備えて構成されている。

また、図９は、電子ノートの構成を示す斜視図であり、電子ノート１５００は、図８で示した電子ペーパー１４００が複数枚束ねられ、カバー１５０１に挟まれているものである。カバー１５０１は、例えば外部の装置から送られる表示データを入力する不図示の表示データ入力手段を備える。これにより、その表示データに応じて、電子ペーパーが束ねられた状態のまま、表示内容を変更したり更新したりできる。

また、上述した例に加えて、他の例として、液晶テレビ、ビューファインダ型やモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。本発明に係るの電気光学装置は、こうした電子機器の表示部としても適用することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

発明者らは、本発明の電気光学装置用基板１０を実際に作製し、本発明の効果を実証した。
最初に、基板１上にＡｕ薄膜を公知のスパッタ法、メッキ法を用いて厚膜１０〜１０００ｎｍ程度形成した。成膜後にフォトリソグラフィ法を用いてパターニングを行って第１画素電極２ａ、データ線３を基板１上に形成した。或いは、インクジェット法を用いた印刷法により基板１上にＰＥＤＯＴを用いて直接形成することも可能である。メッキ法或いはインクジェット法を用いることで、真空装置を用いずに安価に製造することが可能である。

次に、インクジェット法を用いてポリマー半導体であるＦ２Ｔ２、ポリアリルアミンをポリマーＴＦＴのチャネル部となるソース電極３ａ、第１画素電極２ａの間に塗布して膜厚１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の半導体層４を形成した。
次に、インクジェット法を用いてゲート絶縁膜５を形成した。ここで、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）酢酸ブチル溶液、或いは、ポリイソブチレンシクロヘキサン溶液を塗布して加熱して溶媒を蒸発させた。

次に、半導体層４を覆うように膜厚１００ｎｍ〜５０００ｎｍ程度形成した。
次に、インクジェット法を用いてＰＥＤＯＴ水溶液、或いは、銀コロイド分散液をゲート絶縁膜５上に塗布してゲート電極６ａを形成した。
次に、インクジェット法を用いてポリシラザンキシレン溶液、或いは、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液を、ゲート電極６ａ（ゲート線６）を覆うように塗布して加熱することで膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の層間絶縁膜７を形成した。

次に、インクジェット法を用いてＰＥＤＯＴ水溶液、或いは、銀コロイドを用いた分散液を塗布し、溶媒を蒸発させることで導電性塗布膜を層間絶縁膜７上に形成し、第１画素電極２ａと導通するように膜厚１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の第２画素電極２ｂを形成した。このように第１画素電極２ａと導通した導電性塗布膜をアクティブマトリクス素子ＡＭ上に形成することで画素の有効面積が増えて開口率を大きくすることが可能である。更に、この導電性塗布膜をゲート電極６ａの前段上に形成することで、前段のゲート電極６ａと第２画素電極２ｂ間に保持容量ＣＡを有することとなり、アクティブマトリクス素子ＡＭが非選択時に第２画素電極２ｂに蓄積された電荷が保持される。その結果リークが減少し、コントラストが低下するのを防止することが可能である。

次に、ドライバ回路から背面基板に信号を送るために、信号線接続されたパッド部と、ドライバ回路と接続されたＦＰＣと、を導通させるために基板端でＡＣＦ実装を行った。
最後に、ＩＴＯ等の透明な対向電極上に予め電気泳動材料が塗布されたシートと貼り合わせることで電気泳動ディスプレイＥＰＤ３を作製した。

上述したように、従来では高解像度のディスプレイを実現しようとするとインクジェット法による最小線幅が３０〜５０μｍであったために画素の大部分を信号線やアクティブマトリクス素子ＡＭが占めてしまうために画素電極２の面積を十分に取ることができなかったが、上述したように、第２画素電極２ｂを形成することで、アクティブマトリクス素子ＡＭ上にも延長形成し、第１及び第２画素電極２ａ、２ｂの全面積を確保して開口率を向上させることが可能となる。また、この導電性塗布膜（第２画素電極２ｂ）をゲート電極６ａ（ゲート線６）の前段上に形成することで、前段のゲート電極６ａと第２画素電極２ｂの間に保持容量ＣＡを有することが可能になる。この保持容量ＣＡのためにアクティブマトリクス素子ＡＭが非選択時に第２画素電極２ｂに蓄積された電荷がリークするのを低減することが可能となり、コントラスト比の向上を達成できる。例えば、２００ｐｐｉ（１画素当り１２５μｍ角）のディスプレイを想定すると、従来の構造では、開口率は約３０〜４０％程度であるのに対して、本発明の構造では開口率は約７０〜８０％程度まで向上させることができる。
また、データ線３、第１画素電極２ａのみフォトリソグラフィ法でパターニングして形成し、残りのプロセスは湿式法による大気圧プロセスであるので、フレキシブルで大面積の基板に低コストでディスプレイを作製することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る電気光学装置用基板の要部を示す平面図。本発明の第１実施形態に係る電気光学装置用基板の要部を示す断面図。本発明の第１実施形態に係る電気光学装置の構成を示す断面図。本発明の第２実施形態に係る電気光学装置の構成を示す断面図。本発明の第３実施形態に係る電気光学装置の構成を示す断面図。本発明の電子機器の一例を示す図である。本発明の電子機器の一例を示す図である。本発明の電子機器の一例を示す図である。本発明の電子機器の一例を示す図である。

符号の説明

１…基板
２ａ…第１画素電極（画素電極）
２ｂ…第２画素電極（画素電極）
１０…電気光学装置用基板
１５…電気泳動層（電気光学層）
ＡＭ…アクティブマトリクス素子（スイッチング素子）
ＣＡ…保持容量
ＥＰＤ１、ＥＰＤ２、ＥＰＤ３…電気泳動表示装置（電気光学装置）

Claims

基板と、
前記基板上に位置する第１ソース電極と、
前記基板上に位置する第１ドレイン電極と、
前記第１ソース電極上及び前記第１ドレイン電極上に位置する第１半導体膜と、
前記第１半導体膜上に位置する第１ゲート絶縁膜と、
前記第１ゲート絶縁膜上に位置する第１ゲート電極と、
前記第１ゲート電極上に位置する第１層間絶縁膜と、
前記基板上に位置する第２ソース電極と、
前記基板上に位置する第２ドレイン電極と、
前記第２ソース電極上及び前記第２ドレイン電極上に位置する第２半導体膜と、
前記第２半導体膜上に位置する第２ゲート絶縁膜と、
前記第２ゲート絶縁膜上に位置する第２ゲート電極と、
前記第２ゲート電極上に位置する第２層間絶縁膜と、
前記第１ドレイン電極に接続し、前記第２層間絶縁膜上に位置し、前記第２層間絶縁膜を介して前記第２ゲート電極と保持容量を形成する第２画素電極と、を含む、
ことを特徴とする電気光学装置用基板。
請求項１に記載の電気光学装置用基板において、
前記第１ゲート絶縁膜と前記第２ゲート絶縁膜とが離間し、かつ、前記第１ゲート絶縁膜と前記第２ゲート絶縁膜との間に前記第１ドレイン電極が位置し、前記第１ドレイン電極が第１画素電極として機能する、
ことを特徴とする電気光学装置用基板。
請求項１又は２に記載の電気光学装置用基板において、
前記第１層間絶縁膜と前記第２層間絶縁膜とが離間している、
ことを特徴とする電気光学装置用基板。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板において、
複数のゲート線と、前記複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、を含み、
前記第１ゲート電極が前記複数のゲート線のうちのひとつであり、前記第２ゲート電極が前記複数のゲート線のうちの他のひとつである、
ことを特徴とする電気光学装置用基板。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板において、
複数のゲート線と、前記複数のゲート線に交差する複数のデータ線と、を含み、
前記第１ソース電極と前記第２ソース電極が前記複数のデータ線のうちの同一のデータ線に電気的に接続される、
ことを特徴とする電気光学装置用基板。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板において、
前記第１ソース電極の前記第１ドレイン電極と向かい合う部分が櫛歯状に形成されている、
ことを特徴とする電気光学装置用基板。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板において、
前記第１半導体膜が有機半導体材料を含む、
ことを特徴とする電気光学装置用基板。
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板において、
前記第１ドレイン電極の材料と前記第１画素電極の材料が同種である、
ことを特徴とする電気光学装置用基板。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板と、
対向基板と、
前記電気光学装置用基板と前記対向基板との間に位置する電気光学層と、を備える、
ことを特徴とする電気光学装置。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板と、
前記電気光学装置用基板上に位置する電気泳動層と、を備える、
ことを特徴とする電気泳動表示装置。