JP4744757B2 - アクティブマトリクス駆動電子ディスプレイの性能を高めるための蓄電キャパシタの使用 - Google Patents

アクティブマトリクス駆動電子ディスプレイの性能を高めるための蓄電キャパシタの使用 Download PDF

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    • G09G2320/0252—Improving the response speed

Description

【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、１９９９年７月２１日に出願された米国仮出願第６０／１４４、９１１号の利益を主張するものであり、この出願は、その全体が本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して電気ディスプレイをアドレス指定するシステムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、電気ディスプレイを駆動するために各画素電極においてキャパシタを使用する、アクティブマトリクスバックプレーン用の設計に関する。
【０００３】
（背景）
アクティブマトリクスディスプレイにおいて、画素をアドレス指定するためには、その画素用のゲートライン（または選択ライン）をアドレス指定し、その画素用のデータラインに電圧を印加することによって、電圧を画素に送達する。この画素は、対応するデータライン電圧に近似する電圧になるまで充電される。画素をアドレス指定後、電圧は、画素および画素に取り付けられた薄膜トランジスタを介して漏電することに起因して減衰する。したがって、画素は、アドレス指定イベントとアドレス指定イベントとの間の時間中ずっと、その厚さにわたる完全な電圧降下を経験しない。事実、画素間の電圧は、アドレス指定イベントとアドレス指定イベントとの間で、相当降下し得る。これは望ましくない。なぜなら、画素にわたる時間平均電圧が小さいとき、電気光学媒体の光学的応答が遅いからである。さらに、画素にわたる時間平均電圧が減少するとき光飽和は概して小さくなる。
【０００４】
（発明の要旨）
１局面において、本発明は、複数の画素を含む、カプセル化されたディスプレイ媒体を含む電気ディスプレイを特徴とする。電気ディスプレイは、データ電極、ゲート電極および画素電極を有し、ゲート電極を形成する導電材料の第１の層と、データおよび画素電極を形成する導電材料の第２の層との間に置かれる絶縁材料の層を備えるトランジスタを含む。データおよび画素電極は、トランジスタのソースおよびドレインを形成する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって、電源またはドレーンのいずれかが画素に接続され得るが、典型的に画素に接続されるのはトランジスタのソースである。トランジスタは、トランジスタ画素電極を介して、画素のうちの１つにアドレス電圧を印加する。電気ディスプレイは、導電材料の第１の層と、導電材料の第２の層との間に置かれる絶縁材料の層を含む蓄電キャパシタを含む。蓄電キャパシタは、画素間の電圧の減衰率を減少させるために、トランジスタによってアドレス指定される画素と電気的に連絡する。カプセル化されたディスプレイ媒体は、電気泳動粒子または流体で分散される針状物を含んでもよいし、２色球（ｂｉｃｈｒｏｍａｌ ｓｐｈｅｒｅ）であり得る。
【０００５】
１実施形態において、トランジスタを含む材料の層のうちの１つ、および蓄電キャパシタを含む材料の各層が、材料の連続層を含む。別の実施形態において、蓄電キャパシタを構成する伝導体のうちの１つが、蓄電キャパシタと関連する画素をアドレス指定するためには使用されないが、画素に隣接するゲートライン電極と電気的に連絡する。別の実施形態において、蓄電キャパシタは、ゲートラインまたはデータラインのいずれとも接続されない伝導体と電気的に連絡する。この伝導体は、固定電圧で維持されるか、ディスプレイの前電極（共通面）に電気的に接続され得る。
【０００６】
１実施形態において、蓄電キャパシタは、蓄電キャパシタ画素電極、画素電極に隣接して設けられた絶縁体、および絶縁体に隣接して設けられた蓄電キャパシタゲート電極を含む。絶縁体はパターンニングされ得る。あるいは、絶縁体はパターンニングされていない。
【０００７】
１実施形態において、蓄電キャパシタは、画素電極、画素電極に隣接して設けられた絶縁体、および絶縁体に隣接して設けられたゲート電極を含む。１実施形態において、蓄電キャパシタは、画素電極、画素電極に隣接して設けられた半導体、半導体に隣接して設けられた絶縁体、および絶縁体に隣接して設けられたゲート電極を含む。別の実施形態において、蓄電キャパシタは、画素電極、画素電極に隣接して設けられた絶縁体、および絶縁体に隣接して設けられた伝導体を含む。また別の実施形態において、絶縁体は、蓄電キャパシタおよびトランジスタの１部を形成する。
【０００８】
１実施形態において、蓄電キャパシタの電気容量は、画素の電気容量よりも大きい。別の実施形態において、画素間の電圧減衰の時間は、ほぼＲPと（ＣP＋ＣS）の積によって与えられ、ここでＲPは画素の抵抗であり、ＣPは画素の電気容量であり、ＣSは蓄電キャパシタの電気容量である。
【０００９】
別の実施形態において、トランジスタおよび蓄電キャパシタは、材料の複数の連続層を含む。
【００１０】
さらなる実施形態において、トランジスタおよび蓄電キャパシタはそれぞれ、導電材料の各第１層と、導電材料の各第２層との間に置かれる半導体材料の層をさらに含む。
【００１１】
別の局面において、本発明は、複数の画素を含むカプセル化されたディスプレイ媒体を含む電気ディスプレイに関し、画素のそれぞれは、流体で分散された粒子を含む少なくとも１つのカプセルを含む。電気ディスプレイは、導電材料の第１層と、導電材料の第２層との間に置かれる絶縁材料の層を含む蓄電キャパシタを含む。蓄電キャパシタは、画素間の電圧の減衰率を減少させるために、複数の画素のうちの１つと電気的に連絡する。
【００１２】
また別の実施形態において、本発明は、複数の画素および複数の蓄電キャパシタを含むディスプレイ媒体を有する電気ディスプレイをアドレス指定する方法に関し、複数の蓄電キャパシタのうちの少なくとも１つは、複数の画素のうちの対応する１つと電気的に連絡する。この方法は、キャパシタを充電し、対応画素のアドレス電圧になるまで電気パルスをキャパシタに印加する工程を含み、電気パルスの長さは、画素を充分に直接アドレス指定するには長さが不充分であり、これにより、画素がアドレス指定され、電圧パルス終了後に意図された表示が提示される。１実施形態において、複数の電気パルスが複数のキャパシタに連続的に印加され、各パルスは、対応する画素のアドレス電圧になるまで各キャパシタを充電する。この実施形態において、電気パルスの個々の長さは、画素を充分に直接アドレス指定するには長さが不充分であり、これにより、画素がアドレス指定され、電圧パルス終了後に、複数のパルスの長さの合計が電気ディスプレイのアドレス指定時間より短い、意図された画像が提示される。
【００１３】
本発明の目的および特徴は、以下に記載の図面を参照するときよりよく理解され得る。図面では、尺度が必ずしも考慮されているわけではなく、本発明の原理を説明する部位が概して強調されている。
（詳細な説明）
概して、画素にわたってできるだけ大きな時間平均電圧を有することが好適である。画素がアドレス指定されない間に、画素にわたってアドレスされた電圧降下を維持する方法によって、ディスプレイの高速なアドレス指定が可能になる。これは、画素がアドレス指定されない間でさえも、画素にわたる電圧が維持される場合には、所望の状態に向けて光学的に発展し続けるからである。したがって、ディスプレイにおける画素の、すべての行ではないにしても、多くの行が、印加された電圧が顕著に保持されるときに、同時に進化し続ける。この種のディスプレイは、リフレッシュサイクルの時間の間中ほとんど、画素の行間の電圧がほぼ０にまで減衰するディスプレイより、かなり速くアドレス指定され得る。
【００１４】
現在、蓄電キャパシタは、画素の電圧維持率（ｖｏｌｔａｇｅ ｈｏｌｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ）（ＶＨＲ）を増加させるために、アクティブマトリクス液晶ディスプレイにおいて使用される。ＶＨＲは、次のアドレス指定イベント寸前の画素間の電圧降下を、アドレス指定直後の画素間の電圧によって除算する率である（双方の電圧は、前面電圧（この場合０）を基準にする）。しかし、電気泳動的ディスプレイまたは回転ボールディスプレイにおけるキャパシタの使用にはいくつかの特徴がある。第１に、電気泳動的ディスプレイまたは回転ボールディスプレイにおける画素の電気容量は典型的には、同じ画素領域の液晶ディスプレイよりかなり小さい。これは、電気泳動的ディスプレイまたは回転ボールディスプレイにおける画素が典型的には、液晶ディスプレイより厚く（５ミクロンの桁で）、また誘電率が典型的には、液晶より低いからである。
【００１５】
第２に、電気泳動ディスプレイおよび回転ボールディスプレイは、液晶が印加された電圧の二乗に応答する（すなわち、電圧のサインからは独立する）液晶ディスプレイとは反対に電界のサインに依存する光学的状態に駆動される。口語的な用語では、電気泳動ディスプレイおよび回転ボールディスプレイは、「ＤＣ駆動」されるが、液晶ディスプレイは「ＡＣ駆動」される。これは、電気泳動ディスプレイまたは回転ボールディスプレイの前面の電圧を切り替えることが有用であることを意味し、蓄電キャパシタを用いる場合に考慮される。
【００１６】
第３に、２つの場合において、蓄電キャパシタの目的は異なり得る。液晶ディスプレイにおいては、蓄電キャパシタは、ピクセルがアドレスされない期間中、ピクセルにかけられた電圧をほぼ一定に保持し、これにより、グレースケール状態の正確なアドレスを可能にするために組み込まれる。電気泳動ディスプレイの場合、蓄電キャパシタは、ディスプレイのアドレス速度を高めるために組み込まれ得る。蓄電キャパシタは、蓄電キャパシタがない場合より長い時間、ピクセルにかけられた電圧を維持するので、アドレスの速度が向上する。これは、ピクセルのロウが、蓄電キャパシタがない場合と比較して、電界のもとで進化することを意味する。理想的な状況においては、電圧は、ロウアドレスイベントの間、実質的に維持されるので、ディスプレイ全体にわたる光学的状態が同時に進化する。
【００１７】
本発明は、電磁ディスプレイまたは回転ボールディスプレイの性能向上のための蓄電キャパシタの使用を特徴とする。蓄電キャパシタの使用によって、ピクセルにかけられた電圧の減衰率が大幅に低減され得る。これによって、ピクセルにかけられた時間平均電圧は、それ以外のものが等しいままで、増大し、電気光学材料の応答速度を速め、おそらく、逆にアドレスされる状態の間の光コントラストを強める。
【００１８】
さらに、「ＤＣ駆動」ディスプレイにおける蓄電キャパシタの使用によっても、ディスプレイがアドレスされるシステムおよび方法に利点が提供され得る。ピクセルの表示状態を変更するために粒子が特定の距離移動する必要のある電気泳動ディスプレイのようなディスプレイにおいて、アドレス信号（典型的には、電圧）は、粒子の横断時間に比例する時間、ピクセルに印加される必要がある。例えば、ピクセルの白から黒への（または、その反対の）の変更において、ピクセル内の粒子が移動するために必要な時間が、ミリ秒のオーダー（すなわち、１０００分の数秒）である場合、数十または数百マイクロ秒（すなわち、百万分の数秒）の単位で測定される持続時間の間続く、印加される電圧は、概して、ピクセルを横断させず、ピクセルの外観を大幅に変更しないような、小さい駆動動力しか加えない。しかし、ピクセルと、電気泳動ピクセルにかけられた電界が延長された時間の間維持されるように設計された蓄電キャパシタとに駆動励起が加えられる場合、キャパシタによって印加される電界は、マイクロ秒の持続時間の励起パルスが消えてから長いにも関わらず、何百ミリ秒も続く。
【００１９】
１ミリ秒は、１千マイクロ秒である。キャパシタへの印加について、１マイクロ秒の間隔を必要とするパルスは、１ミリセカンドの時間のうち１／１０００しか消耗しない。従って、１つの電源を用いて、１ミリ秒のオーダーの時間の間、１０００ロウのピクセルが首尾よくアクセスされ得る。
【００２０】
電源は、キャパシタの電荷Ｑが電圧Ｖ×キャパシタンスＣに等しい（また、時間についての電流の積分ｉ（ｔ）とも等しい）という周知の関係を用いて、ピクセルおよび蓄電キャパシタを所望の電圧状態まで充電するために充分な電圧パルスおよび電流を印加するように制御される。あるいは、電気工学における一般的な専門用語によって表すと、以下の通りである。
【００２１】
【数１】
Figure 0004744757
この例において、キャパシタンスＣは、ピクセルおよび蓄電キャパシタのキャパシタンスの合計と等しい。
【００２２】
蓄電キャパシタは、アクティブマトリクスパネルにおいて、ピクセル電極と他の電極との間で、形成されるか、または規定されるキャパシタである。ピクセル電極は、コンテキストよって、必要に応じて、トランジスタピクセル電極、および蓄電キャパシタ電極とも呼ばれる。例えば、考慮中のピクセルにアドレスするために用いられていないピクセル電極と隣接ゲートラインとの間の広い範囲のオーバーラップ（または、ピクセル電極と他の導電体との間のオーバーラップ）は、蓄電キャパシタを規定するように用いられ得る。例えば、図１を参照されたい。絶縁体材料は、これら２つの導電要素のこれらのオーバーラップ領域の間に位置する。この特定の実施形態を、図１の平面図に示す。この実施形態において、２つのゲートライン１０、１０’がある。ゲートライン１０は、ピクセル電極１４とオーバーラップする領域１２を有する。ピクセル電極１４は、ゲートライン１０’によってアドレスされ、ゲートライン１０によってアドレスされないピクセルに相当する。完全にするため、データライン２０も示されている。他の変形例が可能である。
【００２３】
例えば、ピクセル電極１４は、特定の電圧に結合された他の導電要素を部分的にオーバーラップし得る。いずれの場合においても、蓄電キャパシタンスが、少なくとも、ピクセルのキャパシタンスのオーダーであり、望ましくは、より大きいことが重要である。そのようにして、蓄電キャパシタンスは、ピクセルにかけられた電圧の降下における減衰を大幅に引き延ばすために充分な電荷を蓄積し得る。図１の上部に、ゲートライン１０’に対応する、領域１２’のオーバーラップによって規定される第２のキャパシタが、一部を示すピクセル電極１４’と共にある。１２’に対応する、このようなさらなるキャパシタ領域が、電気ディスプレイのデータラインそれぞれに沿って、ゲートライン／ピクセル電極の対のそれぞれについて、存在することが理解され得る。ピクセルのロウにおける第１のピクセルまたは最後のピクセルは、ゲートラインを必要とする「次の」ピクセルがないので、別個の導電要素を必要とし得る。このようなキャパシタのそれぞれのキャパシタンスは、オーバーラップの面積（従って、面積Ａ）、絶縁体の厚さ（従って、導電体間の距離ｄ）、および絶縁体が製造される材料（従って、選択された材料に相当する誘電率ε）を規定することによって、制御され得る。
【００２４】
図２Ａに、ゲート電極１０とピクセル電極１４との間の絶縁体３０を示す、蓄電キャパシタの断面を示す。蓄電キャパシタンスの値Ｃsは、以下の式によって求められる。
【００２５】
【数２】
Figure 0004744757
ただし、εは、絶縁体の誘電率であり、Ａは、電極のオーバーラップ面積であり、ｄは、導電体間の距離である。相対的に大きいキャパシタンスを得るために、蓄電キャパシタを形成するオーバーラップ電極間に薄い絶縁体層を用いて、距離ｄを短くすることが有用である。キャパシタンスの増加に役立つ他の選択肢として、絶縁体の誘電率を増加させ、面積Ａが大きいキャパシタを形成することがある。しかし、厚さｄの制御が、概して、キャパシタンスを制御する最も簡便な方法である。
【００２６】
蓄電キャパシタを製造する方法は、いくつかある。図２Ｂにおいて、ある特定の簡便な実施形態を部分的に示す。薄膜トランジスタの構築において、蓄電キャパシタにおける誘電体と同じ誘電体（または、絶縁体）層３０が用いられ得る。ピクセル電極１４およびゲート電極１０が、再度示される。
【００２７】
このようなキャパシタの構築には、ゲートライン１０および１０’の堆積、その後のパターニングされていない誘電体層３０の堆積が含まれる。その後、パターニングされていない半導体層４０ならびにデータラインおよびピクセル電極１４は、薄膜トランジスタを完成させるために堆積される。また、設計は、蓄電キャパシタを形成するためにピクセルをアドレスするように用いられていないピクセル電極１４と隣接ゲートライン１０との間のオーバーラップ１２を含む。この設計の利点は、誘電体層３０が、パターニングされる必要がなく、薄膜トランジスタおよび蓄電キャパシタの両方のための絶縁体として機能することである。
【００２８】
図２Ｃに、半導体または半導体接点材料４０を同様にパターニングしないことが所望される実施形態を示す。蓄電キャパシタが、上述したようなピクセル電極１４と隣接ゲートライン１０との間のオーバーラップ、ならびにその間の絶縁体３０およびアクティブ半導体層４０から製造されることが考えられ得る。このような方式で、半導体層４０を通じての漏れが、電気部品間の所望されないクロストークの原因とならないことが確実になる。
【００２９】
他の方式において、蓄電キャパシタのより低い電極にわたって、別個の絶縁体がパターニングされ得、その後、ピクセル電極は、その領域にわたってオーバーラップし、蓄電キャパシタを形成する。
【００３０】
図２Ｄに、例えば絶縁体３０が、ピクセル電極１４と、ディスプレイの前面電極と同じ電圧に接続され得る他の導電体１６との間に位置し、導電体１６が、面積Ａにわたって、ピクセル電極１４とオーバーラップする、実施形態を示す。
【００３１】
図３に、蓄電キャパシタの使用の２つの変形例の集中回路図を示す。図３Ａに示す、１つの実施形態において、蓄電キャパシタ９２’は、上述したように、考慮中のピクセルにアドレスするために用いられない、隣接ゲートライン１０に結合される。図３Ｂに示す他の実施形態において、キャパシタ９２’は、好ましくは、前面電圧に続く電圧に結合された別の導電ライン１６に結合される。ピクセル３５は、前面の電圧であるＶcomに結合された並列レジスタおよびキャパシタとして表される。これは、決して完全なモデルを意味しないが、蓄電キャパシタの利点を表すために有用である。電圧が時間０でピクセルに印加される場合、トランジスタは、素早く空乏になり、抵抗が無限になり（計算を容易にするため）、ピクセルの電圧が指数関数的に減衰する。蓄電キャパシタがない場合、減衰時間の特徴、すなわち、電圧が初期値の１／ｅになる時間は、ＲＣ時間定数、すなわち、ＲPＣPによって求められる。キャパシタンスＣSを有する蓄電キャパシタを追加することによって、電圧減衰時間は、約ＲP（ＣP＋ＣS）に増加する。
【００３２】
カプセル化された電気泳動ディスプレイにおいて用いられる、薄膜トランジスタおよび薄膜キャパシタの例示的な実施形態を、図４Ａの平面図に示す。図４Ａを参照すると、この例示的な実施形態は、データライン３０’および３２’、選択ライン３６’、ピクセル電極３４’、およびキャパシタ９２’を含む。各種の物理的な寸法を、ミクロンで示す。
【００３３】
図４Ａの実施形態の断面を図４Ｂに示すが、縮尺はこの通りではない。図４Ｂを参照すると、この実施形態は、ゲート電極５３’、ＳｉＮまたは他の誘電体材料であってもよい誘電体層５４’、アモルファスシリコンまたは他の半導体材料であってもよい半導体層５６’、アモルファスシリコンまたは他の半導体材料から製造されてもよい半導体接点５８’、ドレインおよびピクセル電極５９’を含む。キャパシタ９２’は、この例示的な実施形態において、誘電体層５４’、半導体層５６’、半導体接点５８’、ならびに電極層と共に示される。
【００３４】
図４Ａおよび図４Ｂの実施形態の動作特性を示すために、比較のため、マスクが２つのプロセス、好ましくは、マスクが３つのプロセスのサンプルが準備された。マスクが２つのプロセスにおいて、ＳｉＮ誘電体層５４’およびアモルファスシリコン層５６’は、パターニングされない。マスクが３つのプロセスにおいては、ＳｉＮ誘電体層５４’およびアモルファスシリコン層５６’はパターニングされる。これら２つのサンプルについて、物理的、かつ実験によって測定された、電気的特性を表１に示す。
【００３５】
【表１】
Figure 0004744757
パターニングされていないサンプルのこの漏れ電流およびオン／オフ比は、予想されるように、パターニングされたサンプルより劣っている。しかし、パターニングされていないサンプルは、多くのディスプレイ用途において、適切であり、かつ、好ましい。図５を参照すると、２つのマスクのサンプルのドレイン電流対ゲート電圧特性が示されている。ドレイン電流は、ゲート電圧を、０ボルトから３０ボルトまで変更することによって、５桁にわたって変動し得る。この大きい範囲によって、このトランジスタが、多くのディスプレイ用途において適切になる。電子ディスプレイ技術の当業者であれば理解するように、薄膜トランジスタアレイのさらなる代替的な実施形態が採用され得る。
【００３６】
上述したように、ディスプレイは、電気泳動ディスプレイであってもよい。電気泳動ディスプレイは、長年、懸命に研究され、開発される対象である。電気泳動ディスプレイは、液晶ディスプレイと比較すると、明るい輝度およびコントラスト、広い視聴角、状態双安定性、および低電力消費という特徴を有する。しかし、これらのディスプレイは、長期の画像品質に問題があるので、幅広く用いられることが阻まれている。例えば、このようなディスプレイを構成する粒子は、クラスタを形成し、沈下する傾向があり、その結果、これらのディスプレイの耐用年数が不十分な長さになる。
【００３７】
カプセル化された、電気泳動ディスプレイは、典型的には、従来の密集および沈下故障状態がなく、可撓性があり、堅い各種の基板上のディスプレイをプリントまたはコーティングする能力のようなさらなる利点を提供する。本明細書中で用いられる用語「プリント」は、全ての形態のプリントおよびコーティングを含むように意図される。これらの形態には、パッチダイコーティング、スロットまたは押出しコーティング、スライドまたはカスケードコーティング、カーテンコーティングのようなプリメータコーティング、ナイフオーバーロールコーティング、前方および逆ロールコーティングのようなロールコーティング、グラビアコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、メニスカスコーティング、スピンコーティング、ブラシコーティング、エアナイフコーティング、シルクスクリーン印刷プロセス、静電プリントプロセス、感熱プリントプロセス、および他の類似の技術が含まれるが、これらに限定されない。従って、得られるディスプレイは可撓性があり得る。さらに、ディスプレイ媒体が、（各種の方法を用いて）プリントされ得るので、ディスプレイ自体は安価に製造され得る。
【００３８】
大まかな概略において、本発明は、容易に製造され得、消費電力が低い（双安定ディスプレイの場合には、ある特定の状態においては、消費電力がない）可撓性のある、反射形ディスプレイを提供する、カプセル化された電気泳動ディスプレイ、およびその構築において有用な材料および方法に関する。従って、このようなディスプレイは、様々な用途に組み込まれ得る。このディスプレイは、電荷に応答して、移動する粒子から形成され、その粒子を含み得る。動作のこのモードは、電気泳動の分野において、典型的である。電荷によって命令される粒子が、ある特定の構成になるディスプレイは、多くの形態になり得る。電界が取り除かれた後、粒子は、概して安定（例えば、双安定）になり得る。さらに、後続の電荷を提供することは、粒子の以前の構成を変更し得る。カプセル化された電気泳動ディスプレイは、２つ異常の異なるタイプの粒子を含み得る。このようなディスプレイは、例えば、懸濁流体の中に複数の異方性粒子および複数の第２の粒子を含むディスプレイを含み得る。第１の電界の印加は、異方性粒子が特定の配向を取り、光学的性質を表す原因となり得る。その後、第２の電界の印加によって、複数の第２の粒子が変換する原因となり、そのことにより、異方性粒子の向きを変え、光学的性質を乱す。あるいは、異方性粒子の配向は、複数の第２の粒子のより容易な変換を可能にする。粒子は、懸濁流体の屈折率に実質的に適合する屈折率を有し得る。
【００３９】
カプセル化された電気泳動ディスプレイは、ディスプレイの光学的状態が、ある程度の時間安定するように構成され得る。ディスプレイがこの様な安定する状態を２つ有する場合、ディスプレイは、双安定である。ディスプレイが安定する状態が２つより多い場合、ディスプレイは、多安定である。本発明の目的に関しては、双安定という用語は、アドレシング電圧が取り除かれた後は、任意の光学的状態が固定されたままになるディスプレイを示す。しかし、双安定状態の定義は、ディスプレイの用途に依存する。ゆっくり減衰する光学的状態は、必要な視時間にわたって、光学的状態が実質的に変更されない場合、効率的に双安定になり得る。例えば、数分おきに更新されるディスプレイにおいて、何時間または何日間か安定するディスプレイ画像は、特定の用途について、効率的に双安定である。従って、本発明の目的に関しては、双安定という用語は、特定の用途について、効率的に双安定になるように、充分に長寿命の光学的状態を有するディスプレイをも示し得る。あるいは、ディスプレイのアドレス電圧が取り除かれた後、画像が素早く消える、カプセル化された電気泳動ディスプレイ（すなわち、ディスプレイは双安定または多安定ではない）を構成することが可能である。カプセル化された電気泳動ディスプレイが双安定であるかどうか、およびその双安定性の度合いは、電気泳動粒子、懸濁流体、カプセル、および結合材料の適切な化学的修飾によって制御され得る。
【００４０】
カプセル化された電気泳動ディスプレイは、多くの形態を取り得る。ディスプレイは、結合剤内に分散されるカプセルを含み得る。カプセルは、任意のサイズまたは形であり得る。例えば、カプセルは、カプセルは、例えば、球形であり得、ミリメートル範囲またはマイクロン範囲での直径は、好ましくは、約十〜約数百マイクロンである。カプセルは、カプセル化技術によって形成され得る。粒子は、カプセル内にカプセル化され得る。粒子は、２つ以上の異なるタイプの粒子である。粒子は、例えば、色を付けられてもよいし、発光してもよいし、光を吸収してもよいし、透明であってもよい。粒子は、例えば、ニート顔料、染色された（レーキ）顔料、または顔料／ポリマー複合体を含み得る。ディスプレイは、粒子が分散される懸濁流体をさらに含み得る。
【００４１】
概して、カプセル化された電気泳動ディスプレイは、光を吸収または散乱させ、流体中に懸濁する１つ以上の化学種の粒子を有するカプセルを含む。一例として、カプセルが、染色された懸濁流体中に分散する１つ以上の電気泳動運動粒子を含むシステムがある。他の例として、カプセルが、クリアな懸濁流体中に分散する２つの別の化学種の粒子を含むシステムがある。このシステムにおいて、粒子のうち１種類は、光を吸収し（黒）、他の化学種の粒子は、光を分散させる（白）。他の拡張（粒子が２つの化学種より多いもの、染料があるもの、染料がないものなど）もある。粒子は、一般的には、固形の顔料、染色された粒子、または顔料／ポリマー複合体である。
【００４２】
電気泳動ディスプレイにおいて、粒子は、カプセルに電界をかけることによって、配向または変換され得る、電界は、交流電界または直流電界を含み得る。電界は、カプセルを含むディスプレイに隣接して配置される少なくとも１対の電極によって供給され得る。
【００４３】
カプセル化された電気泳動ディスプレイの成功した構成は、これらの材料全てとプロセスとの適切な相互作用を必要とする。ポリマー結合剤のような材料（例えば、カプセルを基板に結合する）、電気泳動粒子、流体（例えば、電気泳動粒子を囲み、移動の媒体を提供する）、およびカプセル膜（例えば、電気泳動粒子および流体を封入する）は、全て化学適合性がある必要がある。カプセル膜は、表面の電気泳動粒子との有用な相互作用に用いられるか、または、流体と結合剤との間の不活性な物理的境界として機能を果たし得る。ポリマー結合剤は、カプセル膜と電極表面との間の接着剤として固められ得る。
【００４４】
電気泳動ディスプレイの作製において用いられる材料は、材料のタイプに関連する。材料のタイプには、ディスプレイの製造において用いられる、粒子、染料、懸濁流体および結合剤が含まれるが、これらに限定されない。ある実施形態において、分散粒子ディスプレイを製造するために用いられる粒子のタイプは、分散顔料、吸収顔料、および発光粒子を含む。また、このような粒子は、透明であってもよい。例示的な粒子には、１つまたは２つの層の金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム、または酸化シリコンでコーティングされる二酸化チタンが含まれる。このような粒子は、コーナーキューブとして構成され得る。発光粒子には、例えば、硫化亜鉛粒子が含まれ得る。硫化亜鉛粒子はまた、絶縁コーティングで、カプセル化されて、電気伝導を低減し得る。光を、ブロックするか、または吸収する粒子は、例えば、染料または顔料を含み得る。電気泳動ディスプレイにおいて用いられる染料のタイプは、当該技術において、一般的に公知である。有用な染料は、典型的には、懸濁流体において可溶性があり、ポリマー鎖のさらなる一部であり得る。染料は、熱で重合されてもよいし、光化学プロセスによってポリマー化されてもよいし、化学的拡散プロセスによって重合されてもよい。１つの染料、または染料の混合物はまた、用いられ得る。
【００４５】
懸濁（すなわち、電気泳動）流体は、高抵抗流体であり得る。懸濁流体は、１つの流体であってもよいし、または、２つ以上の流体の混合物であってもよい。懸濁流体は、１つの流体であるか、または流体の混合物であるかに関わらず、カプセル内の粒子の密度と実質的に適合する密度を有し得る。懸濁流体は、例えば、テトラクロロエチレンのようなハロゲン化炭化水素であり得る。また、ハロゲン化炭化水素は、低分子量ポリマーであり得る。このような低分子量ポリマーのうちの１つとして、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）がある。このポリマーの重合度は、約２〜約１０である。
【００４６】
さらに、カプセルは、結合剤中で形成されてもよいし、または、後で結合剤中に分散されてもよい。結合剤として用いられる材料には、水溶性ポリマー、水分散ポリマー、油溶性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、ならびに、紫外線硬化または放射線硬化ポリマーが含まれる。
【００４７】
いくつかの場合には、プロセスのうち別のカプセル化工程は不要である。電気泳動流体は直接分散されるか、またはバインダ（またはバインダ材料への前駆体）に乳化されて、「高分子分散型電気泳動ディスプレイ」と呼ばれ得るものを形成し得る。このようなディスプレイにおいては、カプセル膜が存在していなくとも、個々の電気泳動相はカプセルまたはマイクロカプセルと呼ばれ得る。このような高分子分散型電気泳動ディスプレイは、カプセル化電気泳動ディスプレイのサブセットであると考えられる。
【００４８】
カプセル化電気泳動ディスプレイにおいては、バインダ材料がカプセルを取り囲み、２つの境界電極を互いに分離する。このバインダ材料は、カプセルおよび境界電極と適合しなければならず、容易な印刷またはコーティングを可能にする特性を有していなければならない。バインダ材料はさらに、水、酸素、紫外光、電気泳動流体またはその他の材料に対するバリア特性を有し得る。さらに、バインダ材料は、界面活性剤および架橋剤を含み得、これらはコーティングまたは耐性を補助し得る。高分子分散型電気泳動ディスプレイは、乳化または相分離タイプであり得る。
【００４９】
図６Ａに、本発明の薄膜トランジスタアレイを採用した電気泳動ディスプレイの実施形態を示す。図６Ａは、電子インクを用いて構成された電気泳動ディスプレイ１３０の断面を示す。バインダ１３２は、少なくとも１つのカプセル１３４を含み、カプセル１３４は、複数の粒子１３６と染色された懸濁流体１３８とによって充填されている。一実施形態において、粒子１３６はチタニア粒子である。適切な極性を有する直流電界がカプセル１３４に印加されると、粒子１３６はディスプレイの視表面に移動して光を散乱させる。印加された電界が反転すると、粒子１３６はディスプレイの裏面に移動する。すると、ディスプレイの視表面は暗く見える。
【００５０】
図６Ｂは、電子インクを用いて構成された別の電気泳動ディスプレイ１４０の断面を示す。このディスプレイは、第１のセットの粒子１４２と第２のセットの粒子１４４とをカプセル１４１中に含む。第１のセットの粒子１４２および第２のセットの粒子１４４は、対照的な光学特性を有する。たとえば、第１のセットの粒子１４２および第２のセットの粒子１４４は、異なる電気泳動移動度を有し得る。さらに、第１のセットの粒子１４２および第２のセットの粒子１４４は、対照的な色を有し得る。たとえば、第１のセットの粒子１４２は白で第２のセットの粒子１４４は黒であるということがあり得る。カプセル１４１はさらに、実質的に透明な流体を含む。カプセル１４１は、電極１４６とそれに隣接する電極１４６’を有する。電極１４６および１４６’は、電源１４８に接続されており、電源１４８はカプセル１４１に電界を供給し得る。一実施形態においては、電極１４６および１４６’に電界が印加されると、第１のセットの粒子１４２は電極１４６’方向に移動し、第２のセットの粒子１４４は電極１４６方向に移動する。別の実施形態においては、電極１４６および１４６’に電界が印加されると、第１のセットの粒子１４２は電極１４６’方向に急速に移動し、第２のセットの粒子１４４は単にゆっくりと電極１４６方向に移動するか全く移動しない。その結果、第１のセットの粒子が優先的に、電極１４６’に隣接するマイクロカプセル表面に集まる。
【００５１】
図６Ｃは、懸濁粒子ディスプレイ１５０の断面図を示す。懸濁粒子ディスプレイ１５０は、透明な流体１５４中に針状粒子１５２を含む。粒子１５２は、電極１５６および１５６’に交流電界が印加されると、方向を変える。交流電界が印加されると、粒子１５２はディスプレイ表面に対して垂直に向き、ディスプレイは透明に見える。交流電界が除去されると、粒子１５２はランダムな方向に向き、ディスプレイ１５０は不透明に見える。
【００５２】
図６Ａ〜図６Ｃに示す電気泳動および懸濁粒子ディスプレイは、例としてのみ示されており、本発明によると他の電気泳動ディスプレイも用いられ得る。
【００５３】
別の詳細な実施形態においては、ディスプレイ媒体１０６は、図６Ｄに示す複数の二色の球を含み得る。二色の球１６０は典型的には、第１の色を有する正に帯電された半球１６２と、第２の色を有する負に帯電された半球１６４とを液体媒体１６６中に含む。１対の電極１６８および１６８’を介して球１６０に電界が印加されると、球１６０は回転して２つの半球１６２および１６４のうちの一方の色を表示する。
【００５４】
（均等物）
本発明を特定の好適な実施形態を参照して特に示し記載してきたが、請求の範囲に規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な形態および詳細の変更がなされ得ることが当業者には理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、画素をアドレス指定する際に使用される回路部の、本発明の原理による例示的な実施形態の平面図である。
【図２Ａ】 図２Ａは、本発明の多くの例示的な実施形態の立面図である。
【図２Ｂ】 図２Ｂは、本発明の多くの例示的な実施形態の立面図である。
【図２Ｃ】 図２Ｃは、本発明の多くの例示的な実施形態の立面図である。
【図２Ｄ】 図２Ｄは、本発明の多くの例示的な実施形態の立面図である。
【図３Ａ】 図３Ａは、本発明の種々の例示的な実施形態を示す回路図である。
【図３Ｂ】 図３Ｂは、本発明の種々の例示的な実施形態を示す回路図である。
【図４Ａ】 図４Ａは、薄膜トランジスタの１実施形態の平面図（または上面図）を示す。
【図４Ｂ】 図４Ｂは、図４Ａに示すトランジスタの実施形態に対応する、概略的な断面図を示す。
【図５】 図５は、図４Ａに示す２マスクトランジスタタイプのサンプルのドレーン電流対ゲート電圧のグラフを示す。
【図６Ａ】 図６Ａは、本発明の１実施形態による、電気ディスプレイの概略的な断面図を示す。
【図６Ｂ】 図６Ｂは、本発明の別の実施形態による、電気ディスプレイの概略的な断面図を示す。
【図６Ｃ】 図６Ｃは、本発明のさらなる実施形態による、電気ディスプレイの概略的な断面図を示す。
【図６Ｄ】 図６Ｄは、本発明のまた別の実施形態による、電気ディスプレイの概略的な断面図を示す。

Claims (5)

  1. 電子ディスプレイであって、
    前記電子ディスプレイは、
    流体内に分散された電気泳動粒子または２色球を含むカプセル化されたディスプレイ媒体と、
    複数のトランジスタであって、各トランジスタは、データ電極と、ゲート電極と、画素電極とを有し、前記トランジスタの伝導材料の第１の層であって、前記ゲート電極を形成する第１の層と、前記トランジスタの伝導材料の第２の層であって、前記データ電極および前記画素電極を形成する第２の層との間に配置された前記トランジスタの絶縁材料の層を備え、各トランジスタは、前記画素電極を介してアドレス電圧を前記ディスプレイ媒体に印加する、複数のトランジスタと、
    複数の蓄電キャパシタであって、各蓄電キャパシタは、各トランジスタに一対一で関連付けられており、各蓄電キャパシタは、その蓄電キャパシタの伝導材料の第１の層とその蓄電キャパシタの伝導材料の第２の層との間に配置されたその蓄電キャパシタの絶縁材料の層を備え、前記蓄電キャパシタはさらに、前記アドレス電圧が終わった後に画素の電圧降下率を低下させるために前記トランジスタによりアドレシングされた画素に電気接続され、各蓄電キャパシタの前記伝導材料の第１の層および前記絶縁材料の層は、関連付けられたトランジスタの前記画素電極の前記ディスプレイ媒体とは反対側に配置されている、複数の蓄電キャパシタと、
    複数のキャパシタラインであって、各キャパシタラインは、少なくとも１つの蓄電キャパシタの前記伝導材料の第１の層に電圧を印加するために前記少なくとも１つの蓄電キャパシタの前記伝導材料の第１の層に接続されており、前記キャパシタラインは、どのゲート電極にも接続されていない、複数のキャパシタラインと
    を備える、電子ディスプレイ。
  2. 前記ディスプレイ媒体の前記画素電極とは反対側に前面電極をさらに備え、前記キャパシタラインは、前記前面電極に接続されている、請求項１に記載の電子ディスプレイ。
  3. 前記ディスプレイ媒体は、流体媒体内に分散された複数の電気泳動粒子を含む少なくとも１つのカプセルを備える電気泳動ディスプレイ媒体を含む、請求項１に記載の電子ディスプレイ。
  4. 前記トランジスタの前記絶縁材料の層および前記蓄電キャパシタの前記絶縁材料の層は、絶縁材料の単一の連続する層の部分を構成する、請求項１に記載の電子ディスプレイ。
  5. 各蓄電キャパシタの前記伝導材料の第２の層は、関連付けられた蓄電キャパシタの画素電極の一部により形成される、請求項１に記載の電子ディスプレイ。
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