JP2005516242A - ライトガイドを有する表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、互いに間隔をあけた関係で実質的に平行に延在するライトガイド２とプレート４とを有する表示装置であり、ライトガイドに対して間隔をあけた関係でライトガイドとプレートとの間に配された可動素子３と、可動素子をライトガイドに局所的に接触させる選択手段５，６と、それぞれ、ライトガイド又はプレートに配され、可動素子とライトガイド及びプレートとの間のスペースを維持する幾つかのスペーシング素子１３とを更に有する表示装置であって、前記スペーシング素子が前記可動素子の一体化された部分を形成していることを特徴とする表示装置に関するものである。本発明は、また、本発明に係る表示装置の製造方法に関するものである。

Description

本発明は、互いに間隔をあけた関係で実質的に平行に延在するライトガイドとプレートとを有する表示装置であり、ライトガイドに対して間隔をあけた関係でライトガイドとプレートとの間に配された可動素子と、可動素子をライトガイドに局所的に接触させる選択手段と、それぞれ、ライトガイド又はプレートに配され、可動素子とライトガイド及びプレートとの間のスペースを維持する幾つかのスペーシング素子とを更に有する表示装置に関する。

そのような表示装置は米国特許第４，１１３，３６０号公報から知られている。この特許公報では、動作中、光が生成され、トラップされる蛍光材料の第１のプレート（そのため、このプレートはライトガイドを形成する。）と、第１のプレートから幾らか離れて位置する第２のプレートと、これら２つのプレート間のメンブランの形態の可動素子とを有する表示装置が説明されている。第１及び第２のプレート上のアドレス可能な電極と可動素子上の電極とに電圧を印加することにより、可動素子が第１のプレートに局所的に接触するか、又は上記接触が遮断される。接触面には、透明な接触液が存在している。可動素子が第１のプレートと接触している場所において、上記第１のプレートから光が分離される。これは、画像が表されることを可能にする。可動素子は、ライトガイドと接触していない場合には第２のプレートと接触している。

表示装置が適切に機能するためには、一方では、正確かつ信頼性の高いやり方でライドガイドと可動素子との接触がもたらされ、遮断され得るが、他方では、デザインが単純であり、動作するためにそれほど多くのエネルギーを要しないことが重要である。

既知の表示装置は、その製造がかなり多数の工程を必要とし、従って複雑であるという欠点を有している。

本発明の目的は、正確であり、信頼性が高く、耐久性があるが、最少の処理工程数において製造され得る、序文において述べられているような表示装置を提供することにある。

従って、本発明による表示装置は、スペーシング素子が可動素子の一体化された（integral）部分を形成していることを特徴としている。

上記表示装置の好ましい形態では、上記可動素子がストライプ部に分割され、上記スペーシング素子が上記ストライプ部の一体化された部分を形成している。メンブランを分離することは、各ストライプ部の隣接するもの（neighbour）の数がストライプ部の位置に依存して１つ又は２つの隣接するものに減少するために、「クロストーク」又は「クロスカップリング」として当該分野において知られている影響を著しく低減する。有利なことに、選択手段又はドライバの数を減らすことが可能である。すなわち、ｘ個のストライプに分割されたフォイルに関して、（行）ドライバの数が１／ｘに低減され得る。

他の好ましい形態によれば、幾つかの上記ストライプ部がサブストライプ部に分割されている。サブストライプ部は、例えば隣接するスペーシング素子のペア及び間に延在する部分を有する「ブリッジ」の形をとり得る。各ブリッジ部は、選択手段によりライトガイドに別個に接触させられ得る。結果として生じる接触領域の大きさは、非常に小さくなり、同等に小さい大きさの画素を作成する可能性を与える。また、これらのメンブランのブリッジは、２つの対向するサイドにのみ付与されており、これは、ライトガイドとの光学的な接触を確立するために必要な力の低減、及び従って表示装置を動作させるために必要な電力の低減をもたらす。ブリッジは別個のものであるので、この特徴によりクロストークの影響が除去される。従って、表示装置の正確さ及び信頼性は、大いに改善される。

更に好ましい形態では、幾つかの上記サブストライプ部がその一端部において１つのスペーシング素子を有し、上記サブストライプ部の対向する端部が自由に移動可能である。この場合、これらのメンブランの「駆動基板（driving board）」は１つのサイドにのみ付与されるので、ライトガイドとの光学的な接触を確立するために必要な力は更に最小化され、表示装置を動作させるために必要な電力のより一層の最小化を直接的にもたらす。

内部応力を低減するために、上記サブストライプ部は１つ又はそれ以上の切り取り部を有していてもよい。これに対する代替として、上記サブストライプ部は異なる可撓性の度合いを持つ領域を有していてもよい。

更に他の好ましい形態では、上記スペーシング素子が上記ストライプ部の長手方向に対して実質的に垂直な方向に延在する。この形態では、スペーシング素子が最短であり、従って可動素子がより自由に動くことを可能にする。その結果、有利なことに、上述した力及びその結果として動作電力も大きく低減する。また、この形態は、ストライプ部の上部における選択手段の行パターンの規定を可能にする。

他の好ましい形態によれば、上記選択手段は上記可動素子上に配された電極を有し、上記電極が反射性の材料を有している。反射性の材料は、ディスプレイの１つのサイドへの光の反射を確実にし、従ってルーメン効率（lumen efficacy）を増大させる。ルーメン効率は、表示装置に通常存在するカラーフィルタを可動素子、例えばストライプ部に一体化することにより更に改善され得る。

代替の好ましい形態では、上記スペーシング素子が上記プレートに配されるとともに、当該表示装置が、上記ライトガイド上に配され、上記可動素子と上記ライトガイドとの間のスペースを維持する幾つかの支持体を更に有する。この場合、望ましくない吸収が有利に低減される。また、この取合わせでは、可動素子の光学的な接触面はアクセスしやすく、硬さ及び粗さのような重要なパラメータが処理され、従ってこれは表示装置の最も重要な（critical）部分の微調整を可能にする。

本発明は、また、本発明による表示装置を最少の工程数で製造する方法に関する。上記方法は、（基板に）第１の電極のセットを配するステップと、上記電極を絶縁材料の層により被覆するステップと、上記絶縁層上に上記可動素子のためのパターンを規定する犠牲材料の層を配するステップと、上記絶縁層及び上記犠牲層上に上記可動素子用の材料の層を配するステップと、上記可動素子層を構築するステップと、上記可動素子層上に第２の電極のセットを配するステップと、上記犠牲層を除去するステップとを含んでいる。有利なことに、上記第２の電極のセットと上記可動素子層とを１つのステップにおいて同時に構築することにより、方法の工程数が更に減少する。

本発明は、添付の図面を用いて更に説明されるであろう。

全ての図において、同一の構成要素を表すために同一の参照符号が用いられている。図１は、本発明による表示装置１０の第１の好ましい実施の形態の模式的な平面図である。図２はラインＡに沿った表示装置１０の断面図であり、図３はラインＢに沿った表示装置１０の断面図である。

表示装置１０は、ライトガイド２、可動素子３及び第２のプレート４を有している。ライトガイド２の可動素子３と対向する面及び可動素子３の上記第２のプレートと対向する面には、電極システム５，６がそれぞれ設けられている。

上記第２のプレートの表面は共通電極７を備えている。この共通電極７は、導電層を有していることが好ましい。このような導電層は、半透明のアルミニウム層のような半透明の金属層、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）のような透明な導電性のコーティングの層又は金属トラックのメッシュであり得る。（図７に示されているように）スペーサに一体化されたカラーフィルタを有する実施の形態では、行電極が反射性であるため、共通電極が透明である必要はないことに注意されたい。本実施の形態においては、銅のような標準的な導電材料が用いられ得る。

この例では、ライトガイドは導光板２により形成されている。ライトガイドはガラスから作製されている。上記可動素子は、その非弾性変形を防止するために少なくとも表示装置の動作温度のガラス遷移温度を有する透明ポリマから作製されている。実際には、表示装置の動作温度は約０℃と７０℃との間の範囲である。好適な透明ポリマは、例えば９０℃のガラス遷移温度を有するポリレンである。

電極５及び電極６は、好ましくは９０°の角度で互いに交差する２つの電極のセットを形成している。動作中に電極及び可動素子３に電圧を印加することによって電極５，６と可動素子３との間の電位差を局所的に発生させることにより、可動素子に力が作用し、この力がライトガイド２に対して又は第２のプレート４に対して可動素子を引っ張る。

上記表示装置は、光源９及び反射器１を更に有している。ライトガイド２は光入射部１１を備えており、光入射部１１において、光源９により生成された光がライトガイド２に結合される。上記光源は、装置に依存して白色光又は任意の色の光を発する。２つ以上の光源が存在することも可能であり、例えば装置の２つのサイド又は各サイドに光源が存在することも可能である。また、順次異なる色の光源を用いて白色光の表示を形成することも可能である。

可動素子３は、スペーサ１３を用いてライトガイド２と第２のプレート４との間に配置されている。電極５及び共通電極７は、可動素子３と電極との直接の電気的な接続を防止するためにそれぞれ絶縁層１２，１４により覆われている。上記各電極及び可動素子に電圧を印加することにより、ライトガイド２上の電極５に対して可動素子を引っ張る電気力が発生する。電極５は透明である。上記可動素子とライトガイドとの接触は、光がライトガイドを通過し、接触の場所において可動素子に入射するようにする。可動素子内において、光が散乱し、その一部は透明な電極５及びライトガイド２を通って表示装置を通過し、一部は第２のプレート４を通り抜ける。もう一方が反射性である透明な電極の１つのセットを使用することも可能であり、これはある方向における光の出力を増大させる。

本発明によれば、スペーシング素子１３が可動素子３の一体化された部分を形成している。図１及び図３から分かるように、可動素子３はストライプ部３´に分割されており、ストライプ部３´もまたサブストライプ部２３に分割されている。上記スペーサ１３は、サブストライプ部２３の２つの対向するサイドに配されており、サブストライプ部２３が矩形形状を有する場合には最も短いサイドに配されていることが好ましい。このように、各サブストライプ部２３は「ブリッジ」を形成している。各サブストライプ部２３は表示装置の一画素に対応するので、画素の大きさが効果的に低減する。

動作中、光はライトガイド内部に進み、図３に示されているような状況が存在しない限り、内部反射のためにライトガイドから逃げない。図３は、ライトガイド２に対して位置する可動素子２３を示している。この状態では、光の一部が可動素子に入射する。この可動素子は光を散乱させ、光は表示装置を通過する。光は両方のサイド又は１つのサイドにおいて出射することが可能である。このことは、図３において矢印によって示されている。

５０％の光学的な接触領域に関して、ブリッジをライトガイドに接続するためには標準電位差のおおよそ１０％が必要とされ（これは７．５ボルトになる。）、駆動基板をライトガイドに接続するためには更にその３分の１よりも小さい電位差（約２ボルト）が必要とされることが計算され得る。

一般に、スペーシング素子１３は、上記ストライプ部の方向に対して実質的に垂直な方向（Ｂ）に実質的に平行に延在する。

図４は、表示装置１０に関するアドレス方式の一例を示している。パッシブプレートが共通参照電極を有し、フォイル電極が行電極として用いられるので、ロバストアドレス法が用いられ得る。この技術の詳細な説明は、同一出願人のより早い特許出願である欧州特許出願ＰＨＮＬ００００５９においてなされている。このロバストアドレス法は、構造体に作用する単一の力によりブリッジのオン・オフスイッチングを可能にするので、非常に魅力的である。これは、釣り合った２つの逆の力がフォイルのスイッチング挙動の変化を増幅するので、必要とされるアドレス電圧に対する画素の広がりの影響を最小限にする。図４は、第１のアドレス状態「ロバストオン（Robust on）」８０、第２のアドレス状態「双安定により何も起こらない」８１及び第３のアドレス状態「ロバストオフ」８２の３つのアドレス状態を示している。３つのラインは、列電極５、行電極６及び共通電極７の電圧を示している。スイッチング中、１つの力のみが画素に作用することが分かる。

図５は、可動素子３の代替の実施の形態を模式的に示している。上記ブリッジの代替として、幾つかのサブストライプ部がその一端部において１つのスペーサ１３を有しており、サブストライプ部３３の反対側の端部は自由に動くことが可能である。このように、各サブストライプ部３３は「駆動基板」を形成している。各サブストライプ部３３が表示装置の一画素に対応するので、この場合も画素の大きさが効果的に低減する。５０％の光学的な接触領域に関して、駆動基板のために標準電位差の３０％よりも少ない電位差が必要とされ、これは約２ボルトになる。

図６は、可動素子に関する他の代替の実施の形態の平面図である。図６には、切り取り部２４を備えた２つのサブストライプ部２３´の代替の実施の形態が示されている。切り取り部２４は、主に曲げ剛性により決定されるブリッジの剛性を更に減少させる。この例では、サブストライプ部がブリッジ２３´であるが、切り取り部が上述の駆動基板にも適用され得ることは当業者であれば明らかであろう。図５において駆動基板の場所により示されているように、駆動基板は内部応力により反ってしまう可能性がある。上記切り取り部の代替として、サブストライプ部が弾性部を有していてもよく、このサブストライプ部の異なる領域に関するヤング率は異なる。例えば、剛性が必要とされるある領域ではヤング率がより低く、より高い曲げ、伸びが必要とされる他の領域ではヤング率がより高い。

図７は、本発明による表示装置４０の第４の好ましい実施の形態の断面図である。行電極４６が反射性の材料を有している。好適な反射性の材料の幾つかの例は、アルミニウム又は銀である。反射電極は、通常はディスプレイのパッシブサイドから逃げる光を反射し、これによりルーメン効率が２倍に増大する。

それに加えて、表示装置４０は、ブリッジ又は駆動基板のいずれか一方であり得る可動素子３、より具体的には（サブ）ストライプ部４３の一部を形成する幾つかの色決定素子４８を有している。上記色決定素子は、例えば特定の色の光（赤、緑、青など）が通過することを可能にするカラーフィルタ素子であり得る。カラーフィルタ素子は、入射光の所望の色のスペクトル帯域幅に関して少なくとも２０％の透明度を有し、入射光の他の色に関して０％と２％との間の範囲の透明度を有している。サブストライプ部及びカラーフィルタの両方が通常の厚さのほぼ半分のみの厚さを有していることが好ましいことに注意されたい。

代替の実施の形態では、行電極がＩＴＯを有し、カラーフィルタの材料が上記プレートに塗布されている。この代替の実施の形態は、光の５０％のみが使用されるためにより少なく効果的であるが、色光の生成及びロバストアドレス法の使用を可能にする。可動素子上の電極が透明であるべきであることは明らかであろう。

他の代替案として、ライトガイドを通過し、蛍光素子に入射する紫外光をライドガイドに供給するために紫外線ランプが用いられ得る。紫外光により励起される上記蛍光素子は、色光を発する。紫外光及び蛍光素子の使用は、表示装置の効率を高める。更に他の実施の形態では、青色光を発する光源が用いられ得る。青色光は、ライトガイドに供給され、ライトガイドを通過し、青色光を赤色及び緑色光に変換する蛍光素子に入射する。このやり方では、利用される光の非常に効率の良い変換が得られる。

図８は、本発明による表示装置５０の第５の好ましい実施の形態の断面図である。この表示装置５０では、プレート４にスペーサ６３が配されている。それに加えて、表示装置５０は、可動素子３とライトガイド２との間のスペースを保持する、ライドガイド２上に配された幾つかの支持体を更に有している。

上記第５の実施の形態では、ライトガイドから光を取り出すためにサブストライプ部５３の上面が用いられる。スペーサ６３がライトガイドに接触しないので、望ましくない光の吸収が減少する。更に、このコンセプトはサブストライプ部の表面の処理を可能にする。この場合、サブストライプ部の最も重要な部分の粗さ及び硬さのような特徴は微調整され得る。

本発明による表示装置の製造方法を以下に説明する。本発明による方法は、以下の基本ステップを含んでおり、図１０Ａ，Ｂ及びＣの実施の形態６０により示されている。

ステップａ）第１の電極のセットを配設
一般に、適切な基板に電気伝導材料、好ましくは酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）の層が塗布され、電気伝導層に電極の形状を規定するパターンが設けられる。本明細書及び図面では、第１の電極のセットを列電極５と言う。このステップを行うための技術は、当該技術分野において知られている。

ステップｂ）電極を絶縁材料の層により被覆
好ましくは実質的に１μｍの厚さを有するＳｉＯ_２のような適切な誘電材料が用いられることが好ましい。図では、結果として生じる絶縁層は１２とされている。

ステップｃ）絶縁層上に犠牲材料の層を配設
犠牲層８は、可動素子に関するパターンを規定するために役割を果たす。より具体的には、犠牲層は、静止状態の可動素子とライトガイド上の接触領域との間のスペースを規定する。犠牲層用の好適な材料の例は、アルミニウム、銅及び／又はグルコースのような容易にエッチング可能な材料のほぼ全てである。この犠牲層は、実質的に１μｍの厚さを有することが好ましい。上記パターンは、既知の技術を用いて規定される。

ステップｄ）可動素子用の材料の層を配設
このステップでは、絶縁層及び犠牲層の上に、可動素子３用の材料（フォイル材料とも言う。）の層が設けられる。上記フォイル材料は、犠牲層の上及び周囲に設けられ、その結果、可動素子を支持するスペーシング素子１３が可動素子の一体化された部分を形成する。フォイル層用の好適な材料の例は、当該技術分野において知られており、例えばＷＯ９９／２８８９０公報のような同一出願人のより早い特許出願において説明されている。上記ＷＯ９９／２８８９０公報は、参照することにより本明細書に組み込まれるものとする。ポリイミド−ＴｉＯ_２又はポリレン−ＴｉＯ_２のような分散している粒子を有するポリマ材料が用いられることが好ましい。スピニング技術のようなこのステップに関する技術は、当該技術分野において利用可能である。

ステップｅ）可動素子層を構築
ポリイミド−ＴｉＯ_２を構築するためのフォトリソグラフィ又はポリレン−ＴｉＯ_２を構築するためのドライエッチングのような既知の構築技術により、フォイル層が構築される。このステップでは、可動素子がストライプ部に任意に分割され得る。

ステップｆ）可動素子上に第２の電極のセットを配設
このステップは、上述したステップａ）に類似している。本明細書及び図面では、第２の電極のセットを行電極６と言う。

ステップｇ）犠牲層を除去
ここでは、エッチング技術のような既知の技術により犠牲層８が除去される。

図１１は、本発明による方法の好ましい実施の形態からもたらされる表示装置７０の断面図である。この好ましい実施の形態によれば、第２の電極のセット及び可動素子が
１つのステップで同時に構築される。従って、図１１に示されているように、フォイル３のレイアウト（すなわち、それぞれがスペーサのセット１３ａ，１３ｂを有するブリッジ２３のようなサブストライプ部へのストライプ部の分割）と行電極６のレイアウトとが等しい。この実施の形態については、上述したロバストアドレスの技術が有利に用いられ得る。

上述した方法は、駆動基板を有する表示装置を製造するためにも用いられ得る。他の好ましい実施の形態によれば、同時に構築するステップは、フォイル３及び行電極６がラインｃではなくラインｄに沿ってサブ分割されるように行われる。その場合には、結果として生じるサブストライプ部は駆動基板であり、駆動基板のそれぞれは、ほとんどが隣接するスペーサ１３ａ及び１３ｂからなる１つのスペーサ１３のみを有する。

サブストライプ部、より具体的には駆動基板の曲げ応力を最小限にするために、追加のステップにおいて大きな曲げ応力の領域の（フォイル及び電極の）材料が除去され得る。代替として、ある領域のヤング率が低くされ得る。この目的のため、（例えば、ファン・デル・ワールスの付着を防止するために）より高い硬度が有用な領域においてサブストライプ部の選択的な光重合が適用され得る。曲げ、伸びが最大であるべき他の領域においては、ｘ個のリンク（x-linking）をやめるべきである。

上述したカラーフィルタは、当該技術分野においてそれ自体は知られている技術を用いてフォイルに一体化され得る。

本明細書全体を通して、「列」と「行」とが交換可能であることに注意されたい。

また、本発明は、勿論説明された又は図示されている実施の形態に限定されるものではない。代替として、行電極はパッシブプレート上に設けられることが可能であり、その場合には、フォイル電極がサブセットを形成するように接続され得る。これは、行ドライバを減らすことを可能にする。

このように、前述の説明及び図面に鑑みて分かるように、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲内の任意の実施の形態に広く適用される。

本発明に係る表示装置の第１の好ましい実施の形態の一部の模式的な平面図である。 図１の実施の形態のラインＡに沿った断面図である。 図１の実施の形態のラインＢに沿った断面図である。 第１の好ましい実施の形態に関するアドレス方式の一例を示している。 本発明に係る表示装置の第２の好ましい実施の形態の一部を形成する可動素子に関する代替の実施の形態の側面図である。 本発明に係る表示装置の第３の好ましい実施の形態の一部を形成する可動素子に関する他の代替の実施の形態の上面図である。 本発明に係る表示装置の第４の好ましい実施の形態の断面図である。 本発明に係る表示装置の第５の好ましい実施の形態の断面図である。 本発明に係る方法の各ステップを示す流れ図である。 本発明に係る方法に従う基本ステップを平面図で模式的に示している。 図１０Ａの基本ステップをラインＡに沿った断面図で示している。 図１０Ａの基本ステップをラインＢに沿った断面図で示している。 本発明に係る方法の好ましい実施の形態からもたらされる表示装置を断面図で模式的に示している。

Claims (13)

1. 互いに間隔をあけた関係で実質的に平行に延在するライトガイドとプレートとを有する表示装置であり、前記ライトガイドに対して間隔をあけた関係で前記ライトガイドと前記プレートとの間に配された可動素子と、前記可動素子を前記ライトガイドに局所的に接触させる選択手段と、それぞれ、前記ライトガイド又は前記プレートに配され、前記可動素子と前記ライトガイド及び前記プレートとの間のスペースを維持する幾つかのスペーシング素子とを更に有する表示装置であって、
   前記スペーシング素子が前記可動素子の一体化された部分を形成していることを特徴とする表示装置。
2. 前記可動素子がストライプ部に分割され、前記スペーシング素子が前記ストライプ部の一体化された部分を形成している請求項１記載の表示装置。
3. 幾つかの前記ストライプ部がサブストライプ部に分割された請求項１又は２記載の表示装置。
4. 幾つかの前記サブストライプ部が、隣接するスペーシング素子のペア及び間に延在する部分を有する請求項３記載の表示装置。
5. 幾つかの前記サブストライプ部がその一端部において１つのスペーシング素子を有し、前記サブストライプ部の対向する端部が自由に移動可能である請求項３又は４記載の表示装置。
6. 前記サブストライプ部が１つ又はそれ以上の切り取り部を有する請求項３ないし５のいずれか一項に記載の表示装置。
7. 前記サブストライプ部が異なる可撓性の度合いを持つ領域を有する請求項３ないし５のいずれか一項に記載の表示装置。
8. 前記スペーシング素子が前記ストライプ部の長手方向に対して実質的に垂直な方向に延在する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の表示装置。
9. 前記選択手段が前記可動素子上に配された電極を有し、前記電極が反射性の材料を有する請求項１ないし８のいずれか一項に記載の表示装置。
10. 前記可動素子の一部を形成する幾つかのカラーフィルタを有する請求項１ないし９のいずれか一項に記載の表示装置。
11. 前記スペーシング素子が前記プレートに配されるとともに、当該表示装置が、前記ライトガイド上に配され、前記可動素子と前記ライトガイドとの間のスペースを維持する幾つかの支持体を更に有する請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の表示装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の表示装置を製造する方法であって、
    ａ）基板に第１の電極のセットを配するステップと、
    ｂ）前記電極を絶縁材料の層により被覆するステップと、
    ｃ）前記絶縁層上に前記可動素子のためのパターンを規定する犠牲材料の層を配するステップと、
    ｄ）前記絶縁層及び前記犠牲層上に前記可動素子用の材料の層を配するステップと、
    ｅ）前記可動素子層を構築するステップと、
    ｆ）前記可動素子層上に第２の電極のセットを配するステップと、
    ｇ）前記犠牲層を除去するステップと
    を含む方法。
13. 前記第２の電極のセットと前記可動素子層とが１つのステップにおいて同時に構築される請求項１２記載の方法。