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KR20180131639A - 전기 광학 디스플레이들을 위한 백플레인들 - Google Patents

전기 광학 디스플레이들을 위한 백플레인들 Download PDF

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Publication number
KR20180131639A
KR20180131639A KR1020187034578A KR20187034578A KR20180131639A KR 20180131639 A KR20180131639 A KR 20180131639A KR 1020187034578 A KR1020187034578 A KR 1020187034578A KR 20187034578 A KR20187034578 A KR 20187034578A KR 20180131639 A KR20180131639 A KR 20180131639A
Authority
KR
South Korea
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data line
pixel electrode
electro
display
pixel
Prior art date
Application number
KR1020187034578A
Other languages
English (en)
Inventor
칼 레이먼드 에이먼드슨
이 루
Original Assignee
이 잉크 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이 잉크 코포레이션 filed Critical 이 잉크 코포레이션
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Abstract

전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인은 데이터 라인, 트랜지스터, 및 트랜지스터를 통해 데이터 라인에 연결된 픽셀 전극을 포함하고, 픽셀 전극은 데이터 라인의 부분에 인접하게 포지셔닝되어 데이터 라인/픽셀 전극 커패시턴스를 생성한다. 백플레인은, 데이터 라인의 적어도 부분에 인접하게 배치되어 데이터 라인/픽셀 전극 커패시턴스를 감소시키는 쉴드 전극을 더 포함한다.

Description

전기 광학 디스플레이들을 위한 백플레인들
관련 출원들
본 출원은 2016년 5월 31일자로 출원되고 본 명세서에 참조로 전부 통합되는 미국 가출원 제62/343,551호를 우선권 주장한다.
본 발명은 전기 광학 디스플레이 장치들에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 박막 트랜지스터 어레이들을 포함하는 디스플레이 백플레인들에 관한 것이다.
본 발명은 전기 광학 디스플레이들을 위한 백플레인들과 관련된다. 더 구체적으로, 본 발명은, 픽셀 전극 크로스토크가 효과적으로 감소될 수도 있는 디스플레이 픽셀 설계들과 관련된다.
재료 또는 디스플레이에 적용되는 바와 같은 용어 "전기 광학" 은 적어도 하나의 광학 특성에 있어서 상이한 제 1 및 제 2 디스플레이 상태들을 갖는 재료를 지칭하도록 이미징 기술에서의 그 종래의 의미로 본 명세서에서 사용되고, 그 재료는 재료로의 전기장의 인가에 의해 그 제 1 디스플레이 상태로부터 그 제 2 디스플레이 상태로 변경된다. 비록 광학 특성이 통상적으로 인간 눈에서 인지가능한 컬러이더라도, 이는 광학 투과, 반사율, 발광 또는, 머신 판독을 위해 의도된 디스플레이들의 경우, 가시 범위 밖의 전자기 파장들의 반사율에서의 변화의 의미로의 의사-컬러와 같은 다른 광학 특성일 수도 있다.
용어 "그레이 상태 (gray state)" 는 픽셀의 2개의 극단적인 광학 상태들의 중간의 상태를 지칭하도록 이미징 기술에서의 그 종래의 의미로 본 명세서에서 사용되며, 이들 2개의 극단적인 상태들 사이의 흑색-백색 천이를 반드시 암시하지는 않는다. 예를 들어, 하기에서 언급되는 수개의 E Ink 특허들 및 공개된 출원들은, 극단적인 상태들이 백색 및 짙은 청색이어서 중간의 "그레이 상태" 는 실제로 옅은 청색일 것인 전기영동 디스플레이들을 기술한다. 실제로, 이미 언급된 바와 같이, 광학 상태에서의 변화는 컬러 변화가 전혀 아닐 수도 있다. 용어들 "흑색" 및 "백색" 은 디스플레이의 2개의 극단적인 광학 상태들을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용될 수도 있으며, 엄격히 흑색 및 백색이 아닌 극단적인 광학 상태들, 예를 들어, 전술된 백색 및 짙은 청색 상태들을 통상 포함하는 것으로서 이해되어야 한다. 용어 "모노크롬" 은, 오직 개재하는 그레이 상태들이 없는 그 2개의 극단적인 광학 상태들만으로 픽셀들을 구동하는 구동 방식을 표기하기 위해 이하 사용될 수도 있다.
용어들 "쌍안정성" 및 "쌍안정" 은 적어도 하나의 광학 특성에 있어서 상이한 제 1 및 제 2 디스플레이 상태들을 갖는 디스플레이 엘리먼트들을 포함하는 디스플레이들을 지칭하도록 그 종래의 의미로 본 명세서에서 사용되며, 그에 따라, 임의의 소정의 엘리먼트가 그 제 1 또는 제 2 디스플레이 상태 중 어느 하나를 가정하기 위해 유한한 지속기간의 어드레싱 펄스에 의해 구동된 이후, 어드레싱 펄스가 종료된 후, 그 상태는 디스플레이 엘리먼트의 상태를 변화시키기 위해 요구된 어드레싱 펄스의 최소 지속기간의 적어도 수배, 예를 들어, 적어도 4배 동안 지속될 것이다. 공개된 미국 특허출원 제2002/0180687호 (또한, 대응하는 국제출원공개 WO 02/079869 참조) 에 있어서, 그레이 스케일이 가능한 일부 입자 기반 전기영동 디스플레이들은 그 극단적인 흑색 및 백색 상태들에서 뿐 아니라 그 중간의 그레이 상태들에서도 안정적이고, 동일한 것이 일부 다른 타입들의 전기 광학 디스플레이들에도 마찬가지임이 나타나 있다. 이러한 타입의 디스플레이는 쌍안정성이라기 보다는 "멀티-안정성" 으로 적절히 지칭되지만, 편의상, 용어 "쌍안정성" 은 쌍안정성 및 멀티-안정성 디스플레이들 양자 모두를 커버하기 위해 본 명세서에서 사용될 수도 있다.
용어 "임펄스" 는 시간에 대한 전압의 적분의 그 종래의 의미로 본 명세서에서 사용된다. 하지만, 일부 쌍안정성 전기 광학 매체들은 전하 트랜스듀서들로서 작동하고, 그러한 매체들로, 임펄스의 대안적인 정의, 즉, 시간에 걸친 전류의 적분 (이는 인가된 총 전하와 동일함) 이 사용될 수도 있다. 매체가 전압-시간 임펄스 트랜스듀서로서 작동하는지 또는 전하 임펄스 트랜스듀서로서 작동하는지에 의존하여, 임펄스의 적절한 정의가 사용되어야 한다.
캡슐화된 전기영동 매체들을 기술하는, 매사추세츠 공과대학 (MIT) 및 E Ink Corporation 에 양도된 또는 그 명의로의 수개의 특허들 및 출원들이 최근 공개되었다. 그러한 캡슐화된 매체들은 수개의 소형 캡슐들을 포함하고, 그 각각은 자체가 액체 부유 매체에 부유된 전기영동식 이동성 입자들을 포함하는 내부상 (internal phase), 및 그 내부상을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함한다. 통상적으로, 캡슐들은, 그 자신들이 2 개의 전극들 사이에 포지셔닝되는 코히어런트 층을 형성하기 위해 폴리머 바인더 내에 유지된다. 이들 특허들 및 출원들에서 설명된 기술들은 다음을 포함한다:
(a) 전기영동 입자들, 유체들 및 유체 첨가물들; 예를 들어 미국특허들 7,002,728 및 7,679,814 참조;
(b) 캡슐들, 바인더들 및 캡슐화 프로세스들; 예를 들어 미국특허들 6,922,276 및 7,411,719 참조;
(c) 전기 광학 재료들을 포함한 필름들 및 서브-어셈블리들; 예를 들어 미국특허들 6,982,178 및 7,839,564 참조;
(d) 디스플레이들에서 사용되는 백플레인들, 접착제 층들 및 다른 보조 층들 및 방법들; 예를 들어 미국특허들 D485,294; 6,124,851; 6,130,773; 6,177,921; 6,232,950; 6,252,564; 6,312,304; 6,312,971; 6,376,828; 6,392,786; 6,413,790; 6,422,687; 6,445,374; 6,480,182; 6,498,114; 6,506,438; 6,518,949; 6,521,489; 6,535,197; 6,545,291; 6,639,578; 6,657,772; 6,664,944; 6,680,725; 6,683,333; 6,724,519; 6,750,473; 6,816,147; 6,819,471; 6,825,068; 6,831,769; 6,842,167; 6,842,279; 6,842,657; 6,865,010; 6,967,640; 6,980,196; 7,012,735; 7,030,412; 7,075,703; 7,106,296; 7,110,163; 7,116,318; 7,148,128; 7,167,155; 7,173,752; 7,176,880; 7,190,008; 7,206,119; 7,223,672; 7,230,751; 7,256,766; 7,259,744; 7,280,094; 7,327,511; 7,349,148; 7,352,353; 7,365,394; 7,365,733; 7,382,363; 7,388,572; 7,442,587; 7,492,497; 7,535,624; 7,551,346; 7,554,712; 7,583,427; 7,598,173; 7,605,799; 7,636,191; 7,649,674; 7,667,886; 7,672,040; 7,688,497; 7,733,335; 7,785,988; 7,843,626; 7,859,637; 7,893,435; 7,898,717; 7,957,053; 7,986,450; 8,009,344; 8,027,081; 8,049,947; 8,077,141; 8,089,453; 8,208,193; 8,373,211; 8,389,381; 8,498,042; 8,610,988; 8,728,266; 8,754,859; 8,830,560; 8,891,155; 8,969,886; 9,152,003; 및 9,152,004; 그리고 미국특허 출원공개 2002/0060321; 2004/0105036; 2005/0122306; 2005/0122563; 2007/0052757; 2007/0097489; 2007/0109219; 2009/0122389; 2009/0315044; 2011/0026101; 2011/0140744; 2011/0187683; 2011/0187689; 2011/0292319; 2013/0278900; 2014/0078024; 2014/0139501; 2014/0300837; 2015/0171112; 2015/0205178; 2015/0226986; 2015/0227018; 2015/0228666; 및 2015/0261057; 그리고 국제출원공개 WO 00/38000; 유럽특허들 1,099,207 B1 및 1,145,072 B1 참조;
(e) 컬러 형성 및 컬러 조정; 예를 들어 미국특허들 7,075,502 및 7,839,564 참조;
(f) 디스플레이들을 구동하기 위한 방법들; 예를 들어 미국특허들 5,930,026; 6,445,489; 6,504,524; 6,512,354; 6,531,997; 6,753,999; 6,825,970; 6,900,851; 6,995,550; 7,012,600; 7,023,420; 7,034,783; 7,116,466; 7,119,772; 7,193,625; 7,202,847; 7,259,744; 7,304,787; 7,312,794; 7,327,511; 7,453,445; 7,492,339; 7,528,822; 7,545,358; 7,583,251; 7,602,374; 7,612,760; 7,679,599; 7,688,297; 7,729,039; 7,733,311; 7,733,335; 7,787,169; 7,952,557; 7,956,841; 7,999,787; 8,077,141; 8,125,501; 8,139,050; 8,174,490; 8,289,250; 8,300,006; 8,305,341; 8,314,784; 8,373,649; 8,384,658; 8,558,783; 8,558,785; 8,593,396; 및 8,928,562; 그리고 미국특허 출원공개 2003/0102858; 2005/0253777; 2007/0091418; 2007/0103427; 2008/0024429; 2008/0024482; 2008/0136774; 2008/0291129; 2009/0174651; 2009/0179923; 2009/0195568; 2009/0322721; 2010/0220121; 2010/0265561; 2011/0193840; 2011/0193841; 2011/0199671; 2011/0285754; 2013/0063333; 2013/0194250; 2013/0321278; 2014/0009817; 2014/0085350; 2014/0240373; 2014/0253425; 2014/0292830; 2014/0333685; 2015/0070744; 2015/0109283; 2015/0213765; 2015/0221257; 및 2015/0262255 참조;
(g) 디스플레이들의 어플리케이션들; 예를 들어 미국특허들 6,118,426; 6,473,072; 6,704,133; 6,710,540; 6,738,050; 6,825,829; 7,030,854; 7,119,759; 7,312,784; 및 8,009,348; 7,705,824; 8,064,962; 및 8,553,012; 그리고 미국특허 출원공개 2002/0090980; 2004/0119681; 및 2007/0285385; 그리고 국제출원공개 WO 00/36560 참조; 및
(h) 미국특허들 6,241,921; 6,950,220; 7,420,549; 8,319,759; 및 8,994,705; 그리고 미국특허 출원공개 2012/0293858 에 기술된 바와 같은 비-전기영동 디스플레이들.
전술된 특허들 및 출원들 중 다수는, 캡슐화된 전기영동 매체에서의 개별 마이크로캡슐들을 둘러싼 벽들이 연속상에 의해 대체되고 따라서 전기영동 매체가 전기영동 유체의 복수의 개별 액적들 및 폴리머 재료의 연속상을 포함하는 소위 폴리머 분산형 전기영동 디스플레이를 제조할 수 있는 것, 및 그러한 폴리머 분산형 전기영동 디스플레이 내의 전기영동 유체의 개별 액적들은 개별 캡슐 멤브레인이 각각의 개별 액적과 연관되지 않더라도 캡슐들 또는 마이크로캡슐들로서 간주될 수도 있는 것을 인식한다: 예를 들어, 전술된 2002/0131147 참조. 이에 따라, 본 출원의 목적들을 위해, 그러한 폴리머 분산형 전기영동 매체들은 캡슐화된 전기영동 매체들의 하위종으로서 간주된다.
캡슐화된 전기영동 디스플레이는 통상적으로, 종래의 전기영동 디바이스들의 클러스터링 및 세틀링 실패 모드를 경험하지 않으며, 광범위한 가요성 및 강성 기판들 상에 디스플레이를 프린팅 또는 코팅하기 위한 능력과 같은 추가의 이점들을 제공한다. (단어 "프린팅" 의 사용은, 패치 다이 코팅, 슬롯 또는 압출 코팅, 슬라이드 또는 캐스케이드 코팅, 커튼 코팅과 같은 사전-계측된 코팅들; 나이프 오버 롤 코팅, 포워드 및 리버스 롤 코팅과 같은 롤 코팅; 그라비어 코팅; 딥 코팅; 스프레이 코팅; 메니스커스 코팅; 스핀 코팅; 브러시 코팅; 에어 나이프 코팅; 실크 스크린 프린팅 프로세스들; 정전 프린팅 프로세스들; 열 프린팅 프로세스들; 잉크젯 프린팅 프로세스들; 및 다른 유사한 기법들을 포함하지만 이에 한정없는 모든 형태들의 프린팅 및 코팅을 포함하도록 의도된다). 따라서, 결과적인 디스플레이는 가요성일 수 있다. 추가로, 디스플레이 매체가 (다양한 방법들을 사용하여) 프린팅될 수 있기 때문에, 디스플레이 자체는 저렴하게 제조될 수 있다.
관련 타입의 전기영동 디스플레이는 소위 "마이크로셀 전기영동 디스플레이" 이다. 마이크로셀 전기영동 디스플레이에 있어서, 하전된 입자 및 부유하는 유체는 마이크로캡슐들 내에 캡슐화되지 않지만, 대신 캐리어 매체, 통상, 폴리머 필름 내에 형성된 복수의 캐비티(cavity)들 내에 보유된다. 예를 들어, 양자가 Sipix Imaging, Inc. 에 양도된 국제출원공개 WO 02/01281, 및 공개된 미국출원 2002/0075556 참조.
전술된 타입들의 전기 광학 디스플레이들은 쌍안정성이고 통상적으로 반사형 모드에서 사용되지만, 전술된 특허들 및 출원들 중 특정 특허 및 출원에서 설명된 바와 같이, 그러한 디스플레이들은, 전기 광학 매체가 광의 투과를 조정하도록 사용되어 디스플레이가 투과형 모드에서 동작하는 "셔터 모드" 에서 동작될 수도 있다. 폴리머 분산형 액정들을 포함하는 액정들은 물론 또한 전기 광학 매체들이지만, 통상적으로 쌍안정성이 아니고 투과형 모드에서 동작한다. 하기에서 설명되는 본 발명의 특정 실시형태들은 반사형 디스플레이들과의 사용으로 한정되지만, 다른 실시형태들은 종래의 액정 디스플레이들을 포함하여 반사형 및 투과형 디스플레이들 양자 모두와 사용될 수도 있다.
디스플레이가 반사형인지 또는 투과형인지의 여부 및 사용된 전기 광학 매체가 쌍안정성인지 여부에 따라, 고해상도 디스플레이를 획득하기 위해, 디스플레이의 개별 픽셀들은 인접한 픽셀들로부터의 간섭없이 어드레싱가능해야 한다. 이러한 목적을 달성하기 위한 하나의 방법은, 트랜지스터들 또는 다이오드들과 같은 비선형 엘리먼트들의 어레이를 제공하는 것이며, 적어도 하나의 비선형 엘리먼트는 "액티브 매트릭스" 디스플레이를 생산하기 위해 각각의 픽셀과 연관된다. 하나의 픽셀을 어드레싱하는 어드레싱 또는 픽셀 전극은, 연관된 비선형 엘리먼트를 통해 적절한 전압 소스에 연결된다. 통상적으로, 비선형 엘리먼트가 트랜지스터일 경우, 픽셀 전극은 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 이러한 배열은 다음의 설명에서 가정될 것이지만, 이는 본질적으로 임의적이며, 픽셀 전극은 트랜지스터의 소스에 연결될 수 있다. 종래에, 고해상도 어레이들에 있어서, 픽셀들은 로우들 및 컬럼들의 2차원 어레이로 배열되어, 임의의 특정 픽셀은 하나의 명시된 로우와 하나의 명시된 컬럼의 교점에 의해 고유하게 정의된다. 각각의 컬럼에서의 모든 트랜지스터들의 소스들은 단일의 컬럼 전극에 연결되는 한편, 각각의 로우에서의 모든 트랜지스터들의 게이트들은 단일의 로우 전극에 연결되며; 다시, 소스들의 로우들로의 할당과 게이트들의 컬럼들로의 할당은 관습적이지만 본질적으로 임의적이고, 원한다면 반전될 수 있다. 로우 전극들은 로우 구동기에 연결되며, 이 로우 구동기는, 임의의 소정 순간에 오직 하나의 로우만이 선택되는 것, 즉 선택된 로우에서의 모든 트랜지스터들이 전도성임을 보장하게 하는 전압이, 선택된 로우 전극에 인가되는 한편 이들 비-선택된 로우들에서의 모든 트랜지스터들이 비-전도성을 유지함을 보장하게 하는 전압이 모든 다른 로우들에 인가되는 것을 본질적으로 보장한다. 컬럼 전극들은 컬럼 구동기들에 연결되며, 이 컬럼 구동기들은 선택된 로우에서의 픽셀들을 그들의 원하는 광학 상태들로 구동하도록 선택된 전압들을 다양한 컬럼 전극들 상에 배치한다. (전술된 전압들은 종래에 비선형 어레이로부터 전기 광학 매체의 반대측 상에 제공되고 전체 디스플레이에 걸쳐 확장하는 공통 정면 전극에 대한 것임.) "라인 어드레스 시간" 으로서 알려진 사전 선택된 인터벌 이후 선택된 로우는 선택해제되고, 다음 로우가 선택되며, 컬럼 구동기들 상의 전압들은 디스플레이의 다음 라인이 기록되는 전압으로 변경된다. 이러한 프로세스는 전체 디스플레이가 로우 단위 방식으로 기록되도록 반복된다.
액티브 매트릭스 디스플레이들을 제조하기 위한 프로세스들이 잘 확립되어 있다. 박막 트랜지스터들은, 예를 들어, 다양한 디포지션 및 포토리소그래피 기법들을 사용하여 제조될 수 있다. 트랜지스터는 게이트 전극, 절연 유전체층, 반도체층, 및 소스 및 드레인 전극들을 포함한다. 게이트 전극으로의 전압의 인가는 유전체층에 걸쳐 전기장을 제공하며, 이는 반도체층의 소스-대-드레인 전도성을 극적으로 증가시킨다. 이러한 변경은 소스 전극과 드레인 전극 간에 전기 전도를 허용한다. 통상적으로, 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극은 패터닝된다. 일반적으로, 반도체 층은 또한, 이웃한 회로 엘리먼트들 간에 표유 전도 (stray conduction) (즉, 크로스토크) 를 최소화하기 위하여 패터닝된다.
액정 디스플레이들은 일반적으로, 디스플레이 픽셀들을 위한 스위칭 디바이스들로서 비정질 실리콘 ("a-Si") 박막 트랜지스터들 ("TFT"들) 를 채용한다. 그러한 TFT들은 통상적으로 저부 게이트 (bottom-gate) 구성을 갖는다. 하나의 픽셀 내에서, 박막 커패시터는 통상적으로 스위칭 TFT 에 의해 이송된 전하를 유지한다. 전기영동 디스플레이들은 커패시터들을 갖는 유사한 TFT들을 사용할 수 있지만, 커패시터들의 기능은 액정 디스플레이들에서의 기능들과는 다소 상이하다; 전술된 공동계류 중인 출원 09/565,413 및 공개공보들 2002/0106847 및 2002/0060321 참조. 박막 트랜지스터들은 고성능을 제공하도록 제조될 수 있다. 하지만, 제조 프로세스들은 상당한 비용을 초래할 수 있다.
TFT 어드레싱 어레이들에 있어서, 픽셀 전극들은 라인 어드레스 시간 동안 TFT들을 통해 하전된다. 라인 어드레스 시간 동안, TFT 는, 인가된 게이트 전압을 변경함으로써 전도 상태로 스위칭된다. 예를 들어, n형 TFT 에 대해, 게이트 전압은, TFT 를 전도 상태로 스위칭하기 위해 "하이 (high)" 상태로 스위칭된다.
바람직하지 않게, 픽셀 전극은 통상적으로, 선택 라인 전압이 TFT 채널을 공핍으로 되도록 변경될 경우 전압 시프트를 나타낸다. 픽셀 전극 전압 시프트는 픽셀 전극과 TFT 게이트 전극 사이의 커패시턴스 때문에 발생한다. 전압 시프트는 다음과 같이 모델링될 수 있다:
Figure pct00001
여기서, Cgp 는 게이트-픽셀 커패시턴스이고, Cp 는 픽셀 커패시턴스이고, Cs 는 저장 커패시턴스이며, △ 는 TFT 가 효과적으로 공핍에 있을 때의 게이트 전압 시프트의 분수이다. 이러한 전압 시프트는 종종 "게이트 피드스루 (feedthrough)" 로서 지칭된다.
게이트 피드스루는 상부면 전압 (공통 정면 전극에 인가된 전압) 을 △Vp 양만큼 시프트시킴으로써 보상될 수 있다. 하지만, 픽셀 단위의 Cgp 의 변동들로 인해 △Vp 가 픽셀 단위로 변하기 때문에 복잡해진다. 따라서, 평균 픽셀 전압 시프트를 보상하기 위해 상부면이 시프트될 경우에도 전압 바이어스들이 지속될 수 있다. 전압 바이어스들은 픽셀들의 광학 상태들에서 에러들을 야기할 뿐만 아니라 전기 광학 매체를 저하시킬 수 있다.
Cgp 에서의 변동들은, 예를 들어, TFT 의 게이트 및 소스-드레인 레벨들을 형성하는데 사용되는 2개의 전도층들 사이의 오정렬; 게이트 유전체 두께에서의 변동들; 및 라인 에칭에서의 변동들, 즉, 라인 폭 에러들에 의해 야기된다.
더욱이, 추가적인 전압 시프트들이, 디스플레이 픽셀에 구동 파형들을 공급하는 데이터 라인과 픽셀 전극 사이에서 발생하는 크로스토크에 의해 야기될 수도 있다. 상기 설명된 전압 시프트와 유사하게, 데이터 라인과 픽셀 전극 사이의 크로스토크는, 디스플레이 픽셀이 어드레싱되고 있지 않을 경우에도 (예를 들어, 공핍에 있어서의 연관된 픽셀 TFT) 그 둘 사이에서 용량성 커플링에 의해 야기될 수 있다. 그러한 크로스토크는, 이미지 스트리킹 (image streaking) 과 같은 광학 아티팩트들을 유도할 수 있기 때문에 바람직하지 않은 전압 시프트들을 초래할 수 있다.
데이터 라인과 픽셀 전극 사이의 전압 시프트는, 픽셀 전극 및/또는 데이터 라인의 기하학적 치수들을 변경함으로써 감소될 수도 있다. 예를 들어, 픽셀 전극의 사이즈는, 그 전극과 데이터 라인 사이의 갭 공간을 확대하기 위해 감소될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에 있어서, 픽셀 전극과 데이터 라인 사이의 재료의 전기적 특성들은 크로스토크를 감소시키기 위해 변경될 수도 있다. 예를 들어, 하나는 용량성 커플링을 감소시키기 위해 픽셀 전극과 그 이웃한 데이터 라인들 사이의 절연 박막의 두께를 증가시킬 수도 있다. 하지만, 이들 방법들은 구현하기에 고가이고, 일부 예들에 있어서, 디바이스 치수 제한들과 같은 설계 제약들로 인해 불가능할 수 있다. 그에 따라, 구현하기에 용이하고 저가인 디스플레이 픽셀들에서의 크로스토크를 감소시키기 위한 필요성이 존재한다.
본 발명은, 현재 입수가능한 디스플레이 백플레인들에 편리하게 적용될 수 있는, 디스플레이 픽셀들에서의 크로스토크 및 전압 시프트들을 감소시키기 위한 수단을 제공한다.
본 발명은 전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인을 제공하고, 백플레인은 데이터 라인, 트랜지스터, 및 트랜지스터를 통해 데이터 라인에 연결된 픽셀 전극을 포함할 수도 있으며, 여기서, 픽셀 전극은 데이터 라인의 부분에 인접하게 포지셔닝되어 데이터 라인/픽셀 전극 커패시턴스를 생성할 수도 있다. 백플레인은, 데이터 라인의 적어도 부분에 인접하게 배치되어 데이터 라인/픽셀 전극 커패시턴스를 감소시키는 쉴드 전극을 더 포함할 수도 있다.
도 1a 는 본 명세서에 개시된 주제에 따른 디스플레이 픽셀의 상면도를 예시한다.
도 1b 는 본 명세서에 개시된 주제에 따른 도 1a 에 제시된 디스플레이 픽셀의 단면도를 예시한다.
도 2a 및 도 2b 는 본 명세서에 제시된 주제에 따른 쉴드 전극들을 갖는 디스플레이 픽셀을 예시한다.
도 3 은 본 명세서에 제시된 주제에 따른 디스플레이 픽셀의 다른 실시형태의 단면도를 예시한다.
도 4 는 본 명세서에 제시된 주제에 따른 디스플레이 픽셀의 또다른 실시형태의 상면도를 예시한다.
상기 나타낸 바와 같이, 본 발명은, 픽셀 전극들과 데이터 라인들 사이의 크로스토크가 감소되는 전기 광학 디스플레이들을 위한 디스플레이 백플레인을 제공한다. 그러한 백플레인들은, 용량성 커플링으로 인한 크로스토크가 추가의 쉴드 전극들에 의해 쉴딩될 수 있는 디스플레이 픽셀들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 쉴드 전극들은 데이터 라인들과 동일한 디바이스 층 상에 및/또는 픽셀 전극들과 데이터 라인들 사이의 갭 공간들에 포지셔닝될 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 백플레인들은, 백플레인 상에 배치된 전기 광학 매체의 층을 포함하고 픽셀 전극을 커버하는 전기 광학 디스플레이로 확장될 수도 있음이 인식되어야 한다. 그러한 전기 광학 디스플레이는 이전에 논의된 전기 광학 매체의 타입들 중 임의의 타입을 사용할 수도 있으며, 예를 들어, 전기 광학 매체는 액정, 회전 이색성 부재 또는 전기변색 매체, 또는 전기영동 매체, 바람직하게는, 캡슐화된 전기영동 매체일 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 전기영동 매체가 활용될 경우, 복수의 하전된 입자들은 전기장의 영향 하에서 부유 유체를 통해 이동할 수 있다. 그러한 전기영동 디스플레이들은, 액정 디스플레이들과 비교할 때, 양호한 명도 및 콘트라스트, 넓은 시야각, 상태 쌍안정, 및 낮은 전력 소비의 속성들을 가질 수 있다.
도 1a 는 스위칭을 위한 수단으로서 TFT 를 사용하는 디스플레이 픽셀 (100) 의 상면도를 예시한다. 픽셀 (100) 은, 디스플레이 픽셀에 대한 소스 라인으로서 기능하고 픽셀 전극 (104) 에 스위칭 신호들을 공급하도록 구성된 게이트 라인 (102) 을 포함할 수 있다. 데이터 라인 (106) 은, 픽셀 전극 (104) 에 구동 신호들 (예를 들어, 파형들) 을 공급하기 위해 픽셀 전극 (104) 및 게이트 라인 (102) 에 전기적으로 커플링될 수도 있다. 부가적으로, 다른 데이터 라인 (108) 은, 이웃한 픽셀 전극 (도시 안됨) 에 구동 파형들을 제공하기 위해 데이터 라인 (104) 으로부터 떨어진 반대측 상에 픽셀 전극 (104) 에 인접하게 포지셔닝될 수도 있다. 도 1a 에 예시된 상면도로부터, 데이터 라인들 (106 및 108) 은 각각 갭 공간들 (116 및 118) 에 의해 픽셀 전극 (104) 으로부터 분리된다. 이제, 도 1b 를 참조하면, 도 1b 는 도 1a 에 제시된 디스플레이 픽셀 (100) 의 단면도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 디스플레이 픽셀 (100) 은 3 이상의 디바이스 층들 (110, 112, 114) 을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 픽셀 전극 (104) 은 제 1 디바이스 층 (110) 상에 포지셔닝될 수도 있고, 데이터 라인들 (106, 108) 은 제 3 디바이스 층 (114) 상에 포지셔닝될 수도 있으며, 여기서, 제 1 디바이스 층 (110) 및 제 3 디바이스 층 (114) 은 제 2 디바이스 층 (112) 에 의해 절연된다. 제 2 디바이스 층 (112) 은, 제 1 및 제 3 디바이스 층들이 서로 전기적으로 절연되도록 실리콘 질화물 또는 다른 비슷한 유전체 재료와 같은 유전체 재료들을 포함할 수도 있다. 동작에 있어서, 예를 들어, 디스플레이 픽셀 (100) 이 어드레싱되고 있을 때 (즉, 전도에 있어서의 픽셀 TFT), 구동 전압 신호들 (즉, 파형들) 은 데이터 라인 (106) 으로부터 픽셀 전극 (104) 으로 이송된다. 하지만, 디스플레이 픽셀 (100) 이 어드레싱되고 있지 않고 (즉, 공핍에 있어서의 연관된 픽셀 TFT) 그리고 여전히 데이터 라인들 (106, 108) 과 픽셀 전극 (104) 사이의 용량성 커플링이 픽셀 전극 (104) 의 전압 값들이 아직 시프트하게 하고 있을 때, 문제들이 야기될 수 있다. 도 1b 에 도시된 바와 같이, 전기장들은 제 2 유전체 디바이스 층 (112) 을 통해 데이터 라인들 (106, 108) 과 픽셀 전극 (104) 사이에 커플링될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 데이터 라인들 (106, 108) 과 픽셀 전극 (104) 사이의 전기장들의 커플링은 바람직하지 않은 크로스토크를 생성하고, 그러한 크로스토크는 원치않은 광학 천이들을 유도할 수 있다. 그러한 크로스토크를 감소시키기 위한 그리고 하기에서 더 상세히 논의되는 하나의 방법은 데이터 라인들 (106, 108) 과 픽셀 전극 (104) 사이에 쉴드 전극들을 포지셔닝시키는 것이다.
도 2a 및 도 2b 는, 데이터 라인들 (202, 204) 과 픽셀 전극 (206) 사이의 용량성 커플링이 갭 공간들 (208 및 210) 에 하나 이상의 쉴드 전극들 (212, 214) 을 배치함으로써 감소될 수도 있는 TFT 픽셀 (200) 의 다른 실시형태를 예시한다.
이러한 구성에 있어서, 쉴드 전극들 (212, 214) 은 데이터 라인들 (202, 204) 바로 옆에 배치되고 전압 소스 (예를 들어, 접지) 에 연결될 수도 있으며, 여기서, 쉴드 전극들 (212, 214) 은 액티브 매트릭스 스캔들 동안 실질적으로 일정한 전압 값들을 유지할 수 있다. 도 2a 및 도 2b 에 예시된 바와 같이, 쉴드 전극들 (212, 214) 은 데이터 라인들 (202, 204) 근방에 그리고 데이터 라인들 (202, 204) 과 동일한 디바이스 레벨 상에 포지셔닝될 수도 있다. 더욱이, 쉴드 전극들 (212, 214) 이 실질적으로, 동일한 기하학적 형상이거나 또는 심지어 데이터 라인들 (202, 204) 에 대한 미러 이미지들일 수 있더라도, 크로스토크에서의 감소가 달성될 수 있는 한 다른 기하학적 형상들이 편리하게 채택될 수도 있다. 이러한 방식으로, 데이터 라인들 (202, 204) 은 픽셀 전극 (206) 보다 이웃한 쉴드 전극들 (212, 214) 에 더 가까이 포지셔닝되고, 데이터 라인들 (202, 204) 로부터의 전기장의 더 큰 부분이 대신 쉴드 전극들 (212, 214) 에 커플링될 것이다. 일부 실시형태들에 있어서, 전기장의 교란은 데이터 라인들 (202, 204) 과 쉴드 전극들 (212, 214) 사이의 더 적은 유전체 재료가 존재한다는 사신에 기인할 수도 있으며, 그에 따라, 전기장들은 데이터 라인들 (202, 204) 로부터, 픽셀 전극 (206) 보다는 쉴드 전극들 (212, 214) 로의 더 용이한 이동 경로들을 갖는다. 환언하면, 픽셀 전극 (206) 과 인근의 데이터 라인들 (202, 204) 사이의 상호 커패시턴스는 쉴드 전극들 (212, 214) 의 존재에 의해 감소된다. 그 결과는, 데이터 라인 전압이 시프트할 때, 인근의 픽셀 전극이 쉴드 전극들의 존재 때문에 용량성 커플링을 통한 더 적은 전압 변경을 경험할 것이라는 것이다.
쉴드 전극들의 배치 및 기하학적 치수들은, 픽셀 전극과 데이터 라인들 사이의 누설 커패시턴스가 감소되는 한, 변경될 수도 있음이 인식되어야 한다. 예를 들어, 쉴드 전극들 (212, 214) 의 부분들이 픽셀 전극 (206) 과 중첩하거나 그 아래에서 확장하는 도 2b 에 도시된 것과는 상이하게, 일부 실시형태들에 있어서, 쉴드 전극들은, 픽셀 전극과 데이터 라인들 사이에 어떠한 수직 중첩도 존재하지 않도록, 픽셀 전극과 이웃한 제어 데이터 라인들 사이의 갭 공간들에 전부 포지셔닝될 수도 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 쉴드 전극들은 데이터 라인들과는 상이한 디바이스 층에 포지셔닝될 수도 있다. 더욱이, 쉴드 전극들의 치수들은, 도 3 에 예시된 바와 같이, 수직 방향에서 픽셀 전극으로부터 데이터 라인들을 완전히 쉴딩하기 위해 충분히 클 (예를 들어, 데이터 라인들보다 더 넓을) 수도 있다. 도 3 은, 쉴드 전극들 (302, 304) 이 제 2 디바이스 레벨 (306) 상에 포지셔닝되어, 픽셀 전극 (314) 으로부터 제 3 디바이스 레벨 (312) 상에 아래로 데이터 라인들 (308, 310) 을 완전히 쉴딩하는 픽셀 전극 (300) 의 단면도를 예시한다.
도 4 에 도시된 또다른 실시형태에 있어서, 디스플레이 픽셀 (400) 은 게이트 라인 (406) 에 병렬로 포지셔닝된 추가의 데이터 라인들 (402, 404) 을 포함할 수도 있다. 추가의 데이터 라인들 (402, 404) 은 데이터 라인들 (408, 410) 과는 상이한 디바이스 층 상에 포지셔닝될 수도 있고, 하나 이상의 비아들 (412, 414) 을 통해 데이터 라인들 (408, 410) 에 연결될 수도 있다. 이 구성에 있어서, 쉴드 전극들 (도시 안됨) 은 추가의 데이터 라인들 (402, 404) 과 픽셀 전극 (416) 사이에 옵션적으로 배치되어 크로스토크를 감소시킬 수 있다.
비록 이전의 실시형태들에서 설명된 쉴드 전극들이 실질적으로 일정한 전압 값을 유지하기 위해 액티브 매트릭스 스캔 동안 고정된 전압 (예를 들어, 접지) 에 커플링될 수도 있더라도, 일부 다른 실시형태들에 있어서, 쉴드 전극들은 다른 실질적으로 고정된 전압 전극들에 대한 강한 용량성 커플링을 소유하도록 구성될 수도 있음이 인식되어야 한다. 이러한 방식으로, 쉴드 전극들은, 외부 전자기기들에 의해 능동적으로 구동되지 않는 동안에도, 여전히, 충분히 안정적인 전압을 유지하고 크로스토크에 대한 감소를 제공할 수 있을 것이다.
전술한 바로부터, 본 발명은 디스플레이 픽셀 전압 시프트들을 감소시키기 위한 백플레인을 제공할 수 있음을 볼 수 있을 것이다. 수개의 변경들 및 수정들이 본 발명의 범위로부터 일탈함없이 상기 설명된 본 발명의 특정 실시형태들에 대해 행해질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 이에 따라, 전술한 설명의 전부는 한정적인 의미가 아닌 예시적인 의미로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인으로서,
    데이터 라인;
    트랜지스터;
    상기 트랜지스터를 통해 상기 데이터 라인에 연결된 픽셀 전극으로서, 상기 픽셀 전극은 상기 데이터 라인의 부분에 인접하게 포지셔닝되어 데이터 라인/픽셀 전극 커패시턴스를 생성하는, 상기 픽셀 전극; 및
    상기 데이터 라인의 적어도 부분에 인접하게 배치되어 상기 데이터 라인/픽셀 전극 커패시턴스를 감소시키는 쉴드 전극을 포함하는, 전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉴드 전극은 상기 데이터 라인에 실질적으로 평행하게 확장하는, 전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉴드 전극은 상기 데이터 라인과 실질적으로 동일한 형상을 갖는, 전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉴드 전극은 상기 데이터 라인보다 더 넓은, 전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 라인 및 상기 쉴드 전극은 동일한 디바이스 층 상에 포지셔닝되는, 전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 라인 및 상기 쉴드 전극은 상이한 디바이스 층들 상에 포지셔닝되는, 전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉴드 전극의 부분은 상기 픽셀 전극 아래에서 확장하는, 전기 광학 디스플레이를 위한 백플레인.
  8. 전기 광학 디스플레이로서,
    제 1 항에 기재된 백플레인을 포함하고, 전기 광학 매체가 회전 이색성 부재 또는 전기변색 매체인, 전기 광학 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 광학 매체는 복수의 하전된 입자들을 포함하는 전기영동 매체이고, 상기 복수의 하전된 입자들은 유체에 있고 상기 전기 광학 매체로의 전기장의 인가 시 상기 유체를 통해 이동가능한, 전기 광학 디스플레이.
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