JP2005234515A - 微小電子機械システムディスプレイセルおよびその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスプレイセルが「クローズ」状態にある場合、光漏洩を防止することができる光学干渉表示モードを用いる微小電子機械システムディスプレイセルを提供する。
【解決手段】微小電子機械システムディスプレイセルは、少なくとも基板、ブラックマトリックス膜、第一電極、第二電極および支持体を包含する。ブラックマトリックス膜は基板上に位置し、第一電極がブラックマトリックス間を架橋している。支持体はブラックマトリックス膜上に位置し、かつ２個の電極の間に位置する。このブラックマトリックス膜を使用し、光学干渉表示モードにより第二電極間および第一電極と第二電極との間からの光漏洩を防止する。
【選択図】図４

Description

（発明の分野）
本発明は微小電子機械システム（micro electro mechanical system）ディスプレイセルに関し、特に本発明は光学干渉表示モードを用いる微小電子機械システムディスプレイパネルに関する。

（発明の背景）
平面型ディスプレイは、携帯型ディスプレイデバイスおよび制限面積型ディスプレイ市場で格別の卓越性を有する。この理由は、これらが軽量で、また小型であることにある。現時点まで、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機電気発光ディスプレイ（ＯＬＣＤ）およびプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）に加え、光学干渉表示モードは、もう一種の平面型ディスプレイである。

平面型ディスプレイとして使用できる可視光の光学干渉ディスプレイセルアレイは開示されている（特許文献１参照）。図１を参照すると、図１は慣用の光学干渉型微小電子機械システムディスプレイセル１０８の横断面を例示している。いずれの光学干渉型ディスプレイセル１０８も、支持体１０６により支持されている第一電極１０２と第二電極１０４との間に形成されている空隙１１０を備えている。第一電極１０２と第二電極１０４との間の距離、すなわち空隙ｙ１１０の長さはＤである。第一電極１０２または第二電極１０４のどちらかは、可視光を部分的に吸収する吸収レートを有する半透過性／半反射性層であり、他方は、電圧が印加されると変形可能である光反射性層である。入射光が第一電極１０２または第二電極１０４を通過し、空隙１１０に入ると、入射光の全可視光領域の波長（．）中、式１．１に対応する波長．１を有する可視光のみが干渉による強め合い（constructive interference）を発生することができ、次いで発射することができる、すなわち
２Ｄ＝Ｎ． （１．１）
（式中、Ｎは自然数である）。

空隙１１０の長さＤがいずれかの自然数による倍数である波長の半分に等しい場合、干渉による強め合いが発生され、鋭い光波が発射される。他方、観察者が入射光の方向に従う場合、波長.1を有する反射光を見ることができる。従って、この光学干渉型ディスプレイセル１００は、「オープン」状態にある。

図２を参照すると、図２は図１の光学干渉型超小型電子機械式ディスプレイセルの横断面を示しており、この場合、「クローズ」状態にある。第二電極１０４は電圧により駆動しながら崩壊する変形可能な電極である。この時点で、空隙１１０の長さは変化する。干渉後の反射光は吸収されるか、または可視光になる。入射光の方向に従う観察者は可視光領域のいずれの反射光も見ることはできない。従って、この場合、このディスプレイセル１０８は「クローズ」状態にある。第二電極１０４が崩壊した場合、ディスプレイセル全体が理論的に「クローズ」状態にあることから、観察者はブラックディスプレイセルを見ることになると推定される。しかしながら、支持体１０６が透明である場合、入射光は依然として、支持体の底面１１６から反射させることができる。さらにまた、第二電極１０４は支持体１０６に対し閉鎖状態であることはできないことから、領域１１４における空隙１１０は依然として、反射される可視光を発射することができる有意の長さを有する。従って、ディスプレイセル１０８が「クローズ」状態にある場合でさえも、支持体１０６の底面１１６および領域１１４から光が依然として漏洩することから、このディスプレイセル１０８は完全に黒色ではない。
米国特許第５，８３５，２５５号明細書

（発明の要旨）
従って、本発明の課題は、ディスプレイセルが「クローズ」状態にある場合、光漏洩を防止することができる光学干渉表示モードを用いる微小電子機械システムディスプレイセルを提供することにある。
本発明のもう一つの課題は、ディスプレイセルが「クローズ」状態にある場合、光漏洩の発生を防止するために支持体の下にブラックマトリックス膜を備えた光学干渉表示モードを用いる微小電子機械システムディスプレイセルを提供することにある。
本発明のさらにもう一つの課題は、ディスプレイセルが「クローズ」状態にある場合、光漏洩の発生を防止するために支持体の下に備えられているブラックマトリックス膜を利用する光学干渉表示モードを用いる微小電子機械システムディスプレイセルを提供することにあり、これにより高品質の微小電子機械システムディスプレイセルを得ることができる。

上記本発明の課題に従い、本発明によって少なくとも基板、ブラックマトリックス膜、第一電極、第二電極および支持体を包含し、ブラックマトリックス膜は基板上に形成されている微小電子機械システムディスプレイセルが提供される。ブラックマトリックス膜間には平坦化層（planarization layer）を形成する。支持体はブラックマトリックス膜上に配置し；第一電極は平坦化層およびブラックマトリックス膜上に配置し；また各第一電極は２枚の支持体の間に配置する。第一電極および第二電極は支持体により支持されており、従ってその間に空隙が形成される。ブラックマトリックス膜は支持体下に位置し、これにより第二電極下に位置する支持体によって光漏洩が遮断される。ブラックマトリックス膜は支持体の下の場所から適切な周辺領域にまで展開させることができ、これにより第二電極間および第一電極と第二電極との間からの光漏洩が防止される。平坦化層はブラックマトリックス膜と基板との間の高さの差（これにより光漏洩が生じる）を補う。

ディスプレイセルのサイズ、空隙の長さ、第二電極の応力および支持体の幅は、当該ディスプレイセルが「クローズ」状態にある場合、支持体周辺の光漏洩の大きさに反映することから、ブラックマトリックス膜の上向きに伸びている長さは、微小電子機械システムディスプレイセルのデザインに依存する。代表的に、ブラックマトリックス膜の上方向に伸びている長さは、０〜５０マイクロメーター（好ましくは、０〜１０マイクロメーター）の範囲である。ブラックマトリックス膜の材料はクロム金属、酸化クロム、クロム金属／酸化クロム複合薄膜またはブラック樹脂であることができる。ブラックマトリックス膜の厚みは１０００〜５０００オングストローム（好ましくは、２０００〜３０００オングストローム）であり、これにより光漏洩が効果的に遮断される。ブラック樹脂を用いるブラックマトリックス膜はクロム金属ブラックマトリックス膜よりも厚くなければならない。

上記本発明の課題に従い、本発明の一態様によって、微小電子機械システムディスプレイセルの形成方法が提供される。この方法において、ブラックマトリックス膜および平坦化層を透明基板上に順に形成する。各ブラックマトリックスは２枚の平坦化層間であって、平坦化層と実質的に同一面に配置する。次いで、第一電極および犠牲層をブラックマトリックス膜および平坦化層上に順に形成し、次いで第一電極および犠牲層に開口部を形成する。この開口部はそれぞれ、そこに存在する支持体を形成するのに適しており、かつブラックマトリックス膜の一部が露呈されているように形成する。次いで、第一フォトレジスト層を上記開口部が満たされるまで犠牲層上にスピンコーティングする。このフォトレジスト層にホトリソグラフ法によってパターンを形成し、これにより支持体の輪郭を定める。

支持体を形成した後、第二電極を犠牲層および支持体上に形成する。最後に、犠性層を構造物放出エッチング法により分離する。これにより当該ディスプレイセルが「クローズ」状態にある場合、光漏洩の発生を防止するためのブラックマトリックス膜を備えた微小電子機械システムディスプレイセルが得られる。
上記方法によって形成された微小電子機械システムディスプレイセルは支持体の下にブラックマトリックス膜を備えており、これにより当該ディスプレイセルが「クローズ」状態にある場合、支持体の底面および周辺領域からの光漏洩の発生が遮断される。従って、本発明は前記方法および構造に従い、高解像力を有する微小電子機械システムディスプレイセルを提供することができる。

（図面の簡単な説明）
これらのおよびその他の特徴、ならびに本発明の利点は、添付図面を引用する下記好適態様の詳細な説明を読むことによってさらに充分に理解されるものと見なされる。

（好適態様の詳細な説明）
本発明によって提供される微小電子機械システムディスプレイセルをさらに明確に説明するために、各微小電子機械システムディスプレイセルの製造方法を好適態様の詳細な説明として記述する。

（例）
図３Ａ〜３Ｃは本発明の好適態様に従う微小電子機械システムディスプレイセルの製造方法を例示している。図３Ａを参照すると、ブラックマトリックス膜４０２および平坦化層４０４が透明基板４００上に順に形成されている。ブラックマトリックス膜４０２は、平坦化層４０４を形成する前、または形成後に形成することができる。この態様において、透明基板４００はガラス基板であることができ、またブラックマトリックス膜はクロム金属／酸化クロム複合薄膜から２０００〜３０００オングストロームの厚みで形成することができる。平坦化層４０４の形成に用いられる材料は絶縁性材料、誘電性材料、例えば酸化ケイ素または窒化ケイ素またはエポキシ、ポリアクリル、ポリイミドまたはポリアミドなどの感光性有機樹脂であることができる。平坦化層４０４の厚みは、ブラックマトリックス膜４０２の厚みと実質的に等しくするか、またはそれよりも薄くする。ブラックマトリックス膜４０２の形成方法を次に説明する。光遮断性材料層を電気メッキまたは蒸着によって透明基板４００上に形成した後、光遮断性材料層にホトリソグラフエッチング法によりパターンを形成し、ブラックマトリックス膜４０２を形成する。次いで、酸化ケイ素または窒化ケイ素などの誘電性材料の蒸着によりブラックマトリックス膜全体上に配置し、次いでブラックマトリックス膜４０２上に位置する誘電性材料を分離し、平坦化層４０４を形成する。

次いで、第一電極４０６および犠牲層４０８を順に形成する。ここで、第一電極４０６は少なくとも、例えば酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、インジウムをドープした酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺＯ）、酸化インジウム（ＩＯ）などの材料から形成された透明導電性膜を備えている。犠牲層４０８は透明材料、例えば誘電性材料、または不透明材料、例えば金属材料から形成することができる。

図３Ｂを参照すると、開口部４１０が第一電極４０６および犠牲層４０８にホトリソグラフエッチング処理により形成されており、開口部はそれぞれ、そこに支持体を形成するのに適するものである。次いで、犠牲層４０８上に、開口部４１０を満たして材料層を形成する。この材料層は支持体の形成に適するものであり、この材料層は一般に、ポジフォトレジストまたはネガフォトレジストなどの感光性材料、またはポリエステル、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの非感光性材料から形成することができる。この材料層の形成に非感光性材料を用いる場合、当該材料層に支持体領域の輪郭を限定するためのホトリソグラフエッチング処理が必要である。この態様において、材料層の形成に感光性材料を使用する。この場合、材料層にパターン形成するために、ホトリソグラフ処理が必要であるのみである。材料層にホトリソグラフ法によりパターンを形成し、これにより支持体４１２の輪郭が限定される。次いで、第二電極４１４を犠牲層４０８および支持体４１２上に形成する。第二電極４１４の材料は導電性材料、例えば銀、アルミニウム、クロム、銅、コバルトなどである。

図３Ｃを参照すると、図３Ｃに示されている犠牲層４０８が構造物放出エッチング処理により分離されており、第一電極４０６と第二電極４１４との間に空隙４１６が形成されている。これにより微小電子機械システムディスプレイセル４１８の製造は完了する。

図４を参照すると、図４は、「クローズ」状態にある図３Ｃの光学干渉型微小電子機械システムディスプレイセル４１８を示している。この微小電子機械システムディスプレイセル４１８は「クローズ」状態にある。支持体４１２は透明であるが、ブラックマトリックス膜４０２が支持体４１２の下に位置している。そこから反射される入射光は、支持体４１２の底面から反射されるのではなく、むしろこのブラックマトリックス膜４０２によって吸収される。

さらにまた、第二電極４１４が崩壊した後、第二電極１０４は支持体４１２に対し閉鎖状態のままであることはできず、領域４２０の空隙４１６は依然として格別の長さを有するが、第二電極４１４から反射された入射光は、第一電極４０６を通過して発射されるのではなく、むしろブラックマトリックス膜４０２によって吸収されるものと見なされる。従って、「クローズ」状態にあるこの微小電子機械システムディスプレイセル４１８の光漏洩は実質的に改良され、これにより当該微小電子機械システムディスプレイセル４１８の解像力は増大される。

当業者に理解されるように、前記本発明の好適態様は、本発明を制限するものではなく、むしろ本発明を説明するものである。種々の修正および類似配置が特許請求の範囲の精神および範囲内に包含されるものと解釈されるべきであり、特許請求の範囲はこのような修正および類似構造の全部を包含するものとして最も広く解釈されるべきである。

従来慣用の光学干渉型微小電子機械システムディスプレイセルの横断面図である。 「クローズ」状態にある図１の光学干渉型微小電子機械システムディスプレイセルの横断面図である。 本発明の好適態様に従う光学干渉型ディスプレイセルの製造方法を示す図解図である。 本発明の好適態様に従う光学干渉型ディスプレイセルの製造方法を示す図解図である。 本発明の好適態様に従う光学干渉型ディスプレイセルの製造方法を示す図解図である。 「クローズ」状態にある図３Ｃの光学干渉型微小電子機械システムディスプレイセルの横断面図である。

符号の説明

１００ 基板
１０２ 第一電極
１０４ 第二電極
１０６ 支持体
１０８ 従来技術の光学干渉型ディスプレイセル
１１０ 空隙
１１４ 第二電極
４００ 基板
４０２ ブラックマトリックス膜
４０４ 平坦化層
４０６ 第一電極
４０８ 犠牲層
４１０ 開口部
４１２ 支持体
４１４ 第二電極
４１８ 微小電子機械システムディスプレイセル
４２０ 領域

Claims (20)

1. 微小電子機械システムディスプレイセルであって、
   透明基板；
   透明基板上に存在する２枚のブラックマトリックス膜；
   ブラックマトリックス膜上に配置されており、その各々が各ブラックマトリックス膜の幅よりも狭い幅を有する２枚の支持体；
   支持体間であって、ブラックマトリックス膜上に形成されている第一電極；および
   支持体により支持されている第二電極；
   を包含し、第一電極と第二電極との間に、空隙が形成されている、前記微小電子機械システムディスプレイセル。
2. ブラックマトリックス膜間であって、第一電極の下に形成されている平坦化層をさらに備えている、請求項１に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
3. 平坦化層の厚みがブラックマトリックス膜の厚みに実質的に等しいか、またはブラックマトリックス膜の厚みよりも薄い、請求項２に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
4. 平坦化層の材料が絶縁性材料または誘電性材料である、請求項２に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
5. 平坦化層の材料が感光性有機樹脂、酸化ケイ素または窒化ケイ素である、請求項２に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
6. ブラックマトリックス膜がそれぞれ、各支持体に比較し０〜５０マイクロメーター広い、請求項１に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
7. ブラックマトリックス膜がそれぞれ、各支持体に比較し０〜１０マイクロメーター広い、請求項１に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
8. ブラックマトリックス膜の材料がクロム金属、酸化クロムまたはクロム金属／酸化クロム複合材料である、請求項１に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
9. 第一電極の材料が、酸化スズインジウム、インジウムドープした酸化亜鉛または酸化インジウムである、請求項１に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
10. 第二電極が上向き方向または下向き方向に変形可能な電極である、請求項１に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
11. 支持体の材料が、ポジフォトレジスト、ネガフォトレジスト、アクリル樹脂およびエポキシ樹脂からなる群から選択される、請求項１に記載の微小電子機械システムディスプレイセル。
12. 透明基板上に微小電子機械システムディスプレイセルを形成する方法であって、
    ブラックマトリックス膜および平坦化層が交互に配置されるように、２枚のマトリックス膜および平坦化層を形成すること、
    ブラックマトリックス膜および平坦化層上に第一電極を形成すること、
    第一電極上に犠牲層を形成すること、
    第一電極および犠牲層に少なくとも２つの開口部を形成すること、
    各開口部に支持体を形成すること、
    犠牲層および支持体上に第二電極を形成すること、および
    犠牲層を分離すること
    を包含する、前記形成方法。
13. 第二電極が上向き方向または下向き方向に変形可能な電極である、請求項１２に記載の微小電子機械システムディスプレイセルの形成方法。
14. 平坦化層の厚みがブラックマトリックス膜の厚みに実質的に等しいか、またはブラックマトリックス膜の厚みよりも薄い、請求項１２に記載の微小電子機械システムディスプレイセルの形成方法。
15. 平坦化層の材料が絶縁性材料または誘電性材料である、請求項１２に記載の微小電子機械システムディスプレイセルの形成方法。
16. 平坦化層の材料が感光性有機樹脂、酸化ケイ素または窒化ケイ素である、請求項１２に記載の微小電子機械システムディスプレイセルの形成方法。
17. ブラックマトリックス膜がそれぞれ、各支持体に比較し０〜５０マイクロメーター広い、請求項１２に記載の微小電子機械システムディスプレイセルの形成方法。
18. ブラックマトリックス膜がそれぞれ、各支持体に比較し０〜１０マイクロメーター広い、請求項１２に記載の微小電子機械システムディスプレイセルの形成方法。
19. 第二電極の材料が、銀、アルミニウム、クロム、銅およびコバルトからなる群から選択される、請求項１２に記載の微小電子機械システムディスプレイセルの形成方法。
20. 支持体の材料が、ポジフォトレジスト、ネガフォトレジスト、アクリル樹脂およびエポキシ樹脂からなる群から選択される、請求項１２に記載の微小電子機械システムディスプレイセルの形成方法。

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