JP2006523860A - ディスプレイ装置及びディスプレイ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ディスプレイ領域（２）の部分を形成する第１基板（４）を少なくとも含み、少なくとも１つの電気制御入力デバイス（３）を含むディスプレイ装置に関する。本発明によれば、前記ディスプレイ領域（２）を駆動するための第１導体パターン（８）と、前記電気制御入力デバイス（３）からの信号を伝送するための第２導体パターン（９）の両パターンを前記第１基板上に配置する。本発明は、このようなディスプレイ装置の製造方法にも関する。

Description

本発明はディスプレイ領域及び電気制御される入力デバイスを含むディスプレイ装置と、かかるディスプレイ装置の製造方法に関する。

様々なタイプのフラットディスプレイ装置が様々な用途で使用されることが多くなっている。かかる用途には、個人用の携帯情報端末（ＰＤＡ）や携帯電話、ディスプレイカード等の小さな携帯用デバイスが含まれる。これらの装置に共通することは、ディスプレイの他に、デバイスに情報を入力するための要素を１つ以上含むということである。かかる情報入力用の要素にはタッチパッド、ボタン等がある。タッチパッドは、例えばポインタの位置を検出し、テキストや図の入力に使用することができる。タッチパッドはディスプレイの側面やディスプレイ自体の上部に配置できる。ボタンを使用すれば、様々なメニューを起動したり選択したりすることができ、携帯電話の押しボタンのように情報を直接入力することもできる。また多くのデバイスは、タッチパッドとボタンの両方を備えるなど、情報入力要素を組み合せて備えており、多くのＰＤＡもそれと同様である。

ディスプレイ自体の上部にタッチパッドを備えるディスプレイ装置、すなわち装置のディスプレイ領域にタッチパッドを有するディスプレイ装置の場合、いくつかの方法が可能である。１つの選択肢は、ディスプレイの前方に別個のタッチパッドを配置することである。別の選択肢は、例えばスタイラスによって局所的な圧力をかけることでディスプレイ領域内のセルギャップの差を測定することに基づく。また別の選択肢は、例えばコイルのような集積回路を含むスタイラス状の物体を含み、ディスプレイ後方に位置する電子機器にその位置を判断させることができる。

しかし、上記ディスプレイ及び情報入力要素の構成には多くの欠点がある。

まず、ボタン、タッチパッド、ディスプレイ等の異なった要素間の接続はコネクタや可撓性のフォイルを含み、それらは非常に高価で製造も困難である。さらに、ディスプレイ自体の上にタッチパッドを配置する場合には、ディスプレイの光学性能を明白に低下させるという点で、さらに不利となる可能性もある。従って上記問題を克服する代替的な解決策が望まれる。

したがって、本発明の目的は、ディスプレイと情報入力要素を統合するデバイスと方法とを改良することにより、上記従来技術の不具合を克服することである。

上記及びその他の目的は、請求項１で定義する発明により、少なくとも部分的に達成される。ディスプレイ装置は、ディスプレイ領域の部分を形成する第１基板を少なくとも備えると共に、ユーザが前記ディスプレイ装置に入力を行うための電気制御の入力デバイスを少なくとも１つ備える。前記ディスプレイ領域を駆動するための第１導体パターンと、前記電気制御入力デバイスからの信号を伝送するための第２導体パターンの両パターンを、前記第１基板上に配置する。

両導体パターンを単一の基板上に配置することにより、例えばタッチパッド及びボタンの少なくとも一方を含む入力デバイスをディスプレイ領域自体においてディスプレイの形成に使用する基板と同じ基板に統合することができる。これにより、コンパクトで製造の容易な解決策が提供され、ディスプレイ領域と入力デバイスを相互接続する等の多くの組立工程を回避できる。

少なくとも１つの電気制御入力デバイスは、前記ディスプレイ装置にユーザが情報を入力するためのものとして構成することが適切である。情報はディスプレイの制御に使用することもあれば、ディスプレイに表示されることもある。前記第１導体パターン及び前記第２導体パターンは同じ導体材料から製造するのが好ましい。そのようにすることで製造が容易になる共に、１つの材料からなる導体から別の材料からなる導体へと信号を伝送する際の、内部コネクタの問題を回避できる。前記第１及び第２導体パターンはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような実質的に透明の導体材料で製造することが適切である。これで、デバイスのディスプレイ領域が適切に機能することが保証される。

さらに、ディスプレイ装置は前記第１基板と平行且つ第１基板から距離を置いて配置した第２基板を含むことがさらに好適である。この場合、液晶材料のような電子的光学活性体の層をディスプレイ領域内で前記基板の間に配置し、前記基板の少なくとも１つは可撓性材料から製造する。基板の１つを可撓性にすることで、入力デバイスの機械的圧力により基板間の距離を変更することが可能となる。このように距離を変更することで、押圧されたボタン及びタッチパッドの少なくとも一方を起動させることが可能である。

別の好適な実施形態では、前記基板間の距離より小さい直径を有する複数の導電粒子を前記入力デバイスの領域内で前記基板間に配置する。そのようにすると、より小さい力で入力デバイスを起動させることができる。この場合、代替的に両基板を比較的堅固にすることが可能である。導電粒子は、基板上で第２の導体パターンと接触することが好ましい。

さらに起動を容易にするために、下部領域より上部領域を大きくした外部構造を提供することがさらに好ましい。かかる構造は一般に基板の外面に固定する。

また本発明の目的は、上記のようなディスプレイ装置を製造する方法により、少なくとも部分的に達成される。この方法は第１基板を提供する工程と、前記第１基板の内面に導電性材料の層を形成する工程と、前記第１基板上にディスプレイ領域導体パターンと入力デバイス導体パターンとを生成するために前記導電性材料の層をパターン化する工程と、を含む。

上記と同じように、この方法によりディスプレイと入力デバイスの統合が可能になる。前記導電性材料の層をパターン化する工程はリソグラフィ等の単一の処理ステップで前記導電パターンを作製する工程を含むことが適切であり、そのことで製造がさらに容易になる。さらに適切には、ディスプレイ装置は外部からディスプレイ装置にアクセスするための外部電気接続を少なくとも１つ含む。前記外部電気接続からの信号を伝送するための導電パターンを前記単一の処理ステップで同時に形成するため、製造が容易になると共に、製造中に作製が必要となる接続の数を抑えることができる。

以下において、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態により本発明をより詳細に説明する。

本発明は、ディスプレイ領域と情報入力のための幾つかの手段との両方を含む、統合型ディスプレイモジュールを提案する。例えばかかる手段にはタッチパッドやボタンがあるが、ユーザがディスプレイ装置に情報を入力することができるようにそれらを構成することで情報が入力され、その入力された情報が、何らかの方法でディスプレイモジュールにより画像でディスプレイされることとなる。本発明により、画像をディスプレイするディスプレイ領域を駆動するための導体パターンと、情報入力手段用の導体パターンとを単一基板上に設けることにより、上記のような統合型ディスプレイモジュールを、単純且つ容易な方法で製造することができる。

以下に本発明の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。第１の実施形態は、例えばＰＤＡや他のディスプレイ装置として実現可能である。本文中で使用する「ディスプレイ装置」という用語は、ディスプレイを含む装置であると解釈されたい。この実施形態では、ディスプレイ領域２と電気制御入力デバイス３を有するディスプレイ装置１を示す。本例では、電気制御入力デバイス３はタッチパッド５と１組のボタン６を含み、ユーザはこれらによりディスプレイ装置に情報を入力することができる。この例では、ディスプレイ領域２と電気制御入力デバイス３はディスプレイ装置１上に並べて配置してあるため、重なり合ってはいない。さらにディスプレイ装置１は第１基板４と第２基板７の２つの基板を含み、それらは互いに並列に少し距離を置いて配置される。ディスプレイ領域では、第１基板４と第２基板７との間のわずかな距離を液晶材料等の光学活性体で充填する。電気制御入力デバイス３の領域では、基板４と基板７の間の距離は液晶材料等の材料で充填してもしなくてもよい。しかし本例では、基板４又は７の少なくとも１つに、指やスタイラス等のタッチ入力によって十分に変形する程度の可撓性を持たせるものとする。

本発明によれば、ディスプレイ装置１は第１基板４の内面４’に形成したディスプレイ領域導体パターン８と、同じく第１基板４の内面４’に形成した入力デバイス導体パターン９とを含み、本発明ではこれら２つの導体パターン８、９をほぼ同時に形成するようにして前記ディスプレイ装置を製造する。ディスプレイ領域導体パターン８は、ディスプレイ領域を制御して所望のディスプレイパターンを提供する際に使用するように構成し、入力デバイス導体パターン９は、入力デバイス３からプロセッサ１０へと入力情報を伝送するように、或いは表示されるディスプレイ領域２へと直接入力情報を伝送するように構成する。

入力デバイス導体パターン９は、例えばＩＴＯ等のディスプレイ領域導体パターン８に使用するものと同じ材料、すなわち透明な電極に適した透明な材料で構成するのが適切である。入力デバイス導体パターン９とディスプレイ領域導体パターン８を第１基板４の内面４’上に設け、リソグラフィによる単一の工程でパターン化する。導体パターン８、９は単一の工程で形成した単一の材料層により形成するのが適切である。

電気制御入力デバイス３については、図１で示すように例えばタッチパッド及び１つ以上のボタンの少なくとも一方とすることができる。どちらの場合にも、入力デバイス３を構成する選択領域に圧力をかけ、２つの基板の間に電気的接触を確立することで、情報が入力される。これは固有の基板による機械的動作によって行う。２つの基板４、７を物理的に接触させること（上述したように基板４又は７は、指やスタイラス等からのタッチ入力により変形する程度の可撓性を有する）、又は２つの基板間のスペース、すなわち入力デバイスの領域に導電粒子を配置する構成をとること、のいずれかによって電気的接触を生じさせる。後者の構成を図２で示す。この構成では本実施形態が電気的接触を得るために必要な基板の変形を制限しているため、基板が比較的硬い場合に適している。例えば導電粒子は、金でコーティングしたプラスチックの球体のように、導電性の材料によってコーティングした粒子等の導電性のスペーサの形態であり得る。

上記のように、入力デバイス３の領域における基板間の距離を液晶等の材料で充填してもよく、またはしなくてもよい。一般には、入力デバイス３の専用領域は液晶材料で充填する必要はなく、ディスプレイ装置を基板４、７によって実質的に定義される第１及び第２の空洞に再分割する。しかし、本発明の１つの実施形態では、前述の空洞を互いに連結して、ディスプレイ領域２と電気制御入力デバイス３との間に液晶材料を流すようにすることが有利である。従って本文中で使用する「空洞」とは限られた空間であって、この空間は周囲の大気と接触してもよく、またはしなくてもよいものと理解されたい。

入力デバイス３のボタンを押すと、あるいはスタイラスを使って入力デバイス３のタッチパッドに圧力をかけると、機械の動作が起こる。この機械の動作を使用して、入力デバイスの領域とディスプレイ領域との間で液晶を励起し、新たな情報をディスプレイ上に書き込む前にコレステリック液晶ディスプレイ（ＣＴＬＣ）等の双安定型液晶ディスプレイ上の画像を消去することができる。これはボタンからの信号により開始され、前記のような液晶の励起動作が行われる。ＣＴＬＣディスプレイの動作は既知であり、かかるディスプレイの一例は米国特許出願第２００３／００４３３１７号に開示されている。なお、この特許出願の内容を参照して本文の記載の一部としているため、本明細書中でさらなる詳細な説明は行わない。ディスプレイ領域２と２つのチャンバを備えるＣＴＬＣディスプレイの概略図を図４に示す。このチャンバからフローが発生し、入力デバイス３におけるボタンとして作用する。

さらに、ユーザによるボタン等の起動を容易にするために、外部構造により局所的な圧力を増大させて、第１基板４の外面４”上に圧力をかけるようにしてもよい。この外部構造は上端１１’と下端１１”を有し、上端１１’の領域を下端１１”の領域より大きくすることで、外部構造の上端１１”上にユーザが圧力をかけると、第１基板４上における局所的な圧力が増大する。本発明で使用する適切な外部構造の断面の例を図３に示す。

本発明は、タッチパネルのような入力デバイス３をディスプレイ領域２自体に統合したディスプレイ装置で使用してもよいことは明らかである。このようなディスプレイ装置のいくつかの例については上述してある。

代替的に、主にディスプレイあるいは入力デバイスの機能と接続しない他の導体パターンを同一基板上に形成してもよい。例えば、非閉導体ループを基板の周囲に備えてもよい。ディスプレイ装置とスタイラス等の外部入力デバイスとの間で電磁放射等のエネルギーを伝えるために、上記ループをコイルとして使用でき、これは特定の用途で有利である。他の誘導パターンを発明によって形成してもよい。

ディスプレイ装置とスタイラスのような外部入力デバイスとの連絡を確立すべく、静電結合のための導電面を設けるために本発明を使用することもできる。複数の異なった構成要素を単一の基板に統合できる点で本発明は有利である。

本発明によりディスプレイ装置を製造する方法について以下に記載する。この方法は第１基板４を準備する工程２０を含む。その後の工程２１で、ＩＴＯ等の導電材料の層を第１基板４の内面４’に設ける。その後、この方法は例えばリソグラフィにより前記層をパターン化し、ディスプレイ領域導体パターン８と入力デバイス導体パターン９の作製を達成する工程を含む。その後、製造プロセスは継続するが、これ自体は周知の方法である。すなわちスペーサを設け、第２基板を第１基板の上に配置し、液晶材料を少なくともディスプレイ装置のディスプレイ領域に注入する等である。

本発明の複数の適用実施例を以下に記載する。

第１の実施例では、プラスチックＣＴＬＣ装置、あるいはスマートカードに本発明を実装し、上述のようにディスプレイの特定の部分に機械的な力をかけることにより、情報を消去することができる。ディスプレイの前記特定の部分において、入力デバイスをボタンの形態で配置し、以下のようにボタンを統合する。ディスプレイを消去する機械的な力により、基板４、７をディスプレイのこの部分で互いに接触させる。この部分で、両基板４、７上、すなわち両基板が互いに面する表面上に導電層を設けて機械的な力をかけると、基板の間に電気的接触が生じる。この電気的な接触によりボタンが起動し、機械的に力をかけることをやめれば、ボタンは起動しなくなり、その後電気回路はディスプレイ上に新たな情報をディスプレイすることができる。より一般的には、上記発明を使用して、任意のディスプレイスマートカードのディスプレイとボタン機能を統合することもできる。

第２の実施例では、本発明をＰＤＡに実装する。ここでは、ディスプレイ装置のある部分を液晶で充填しないことにする。液晶で充填した部分にディスプレイを配置し、液晶で充填しない部分に上記発明によりタッチパネルと複数のボタンを統合する。この場合、基板４、７の１つを他方の基板より少なくとも１つの方向で延出させて、ディスプレイを駆動する集積回路とディスプレイを駆動する追加の手段とを収容し、これらを用いてボタンやタッチパネルからのユーザの入力を検出して、ディスプレイ上にこれに対応するものをディスプレイする。上述の統合化した駆動回路を第１基板４、すなわち導体パターン８、９を配置した基板に接続する。この接続は、チップオンプラスチック技術や可撓性のパターン線技術により行うことができる。

本発明の第３の実施例では、ねじれネマチック型又は超ねじれネマチック型の液晶ディスプレイ装置に本発明を実装する。このネマチック型液晶ディスプレイ装置は実質的には第１基板４と第２基板７とを含み、これら基板の間にネマチック型液晶材料の層が存在する構成となっている。基板間の距離が層基板を定義し、この寸法をディスプレイ装置のセルギャップと称する。上述の通り、導電粒子はセルギャップより小さいため、基板間に入り込むことができる。ディスプレイを押圧することで、上の基板がわずかに変形し、上の基板と下の基板とが電気的に接触することになる。この実施例では、導電粒子がディスプレイ装置のディスプレイ領域に分布しており、液晶の層の制御に使用するマトリクスを用いて、上記接触の位置を検出することができる。この実施例の１つの代案によれば、下に位置する基板をガラスの基板とし、上に位置する基板を、本発明によるインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の透明な導電パターンでコーティングした１２０ミクロンの厚みを有するポリカーボネート膜のようなプラスチック基板とすることができる。リソグラフィのスペーサによりセルギャップを４．７ミクロンに維持し、導電粒子の直径を４ミクロンとし、導電粒子を金でコーティングしたプラスチックビーズで構成してもよい。基板の内面を液晶のアラインメントのために従来のアラインメント層でコーティングするが、これ自体は周知の方法である。この実施例の第２の代案によれば、上下両方の基板をガラスで作製し、セルギャップを５ミクロンの直径を有するプラスチックビーズにより維持し、導電スペーサに４．５ミクロンの直径を有する金でコーティングしたプラスチックビーズを用いる。

上記発明の実施例については、発明を制限するものではなく、本発明の使用方法を例示したものであると理解されたい。添付の特許請求の範囲で定義するように、当業者は本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、本発明の多くの代替的な実施例を考案することができよう。

例えば、本発明はＬＣＤディスプレイに限定せず、実際には少なくとも１つの基板を備える任意の基板ベースのディスプレイ装置に用いてよい。しかし、本発明は特に２つの基板を含むディスプレイ装置に適しており、とりわけ、特定のセルギャップを有することでディスプレイの効果を２つの基板間に限定したセルベースの任意のディスプレイに適している。また本発明は、入力デバイスをディスプレイ領域とは一致しない専用の領域に配置する場合や、ディスプレイ領域と入力デバイス用の領域が部分的に又は完全に重なり合う場合にも同様に適用可能であることに留意されたい。

ディスプレイ領域の導体パターンに使用する材料の電気抵抗は、通常タッチパッドの導体パターンに使用する材料の電気抵抗よりもはるかに小さいことに留意されたい。タッチパッドに高い抵抗を有する材料を選択する１つの理由は、その感度を増大させることである。しかし本発明は、ディスプレイ領域とタッチパッド領域の両方に同じ材料を使用するという点で有利である。その場合には、全体的な抵抗を増大させるのに適した方法で材料層をパターン化することにより、抵抗を所望の程度増大させることができる。例えば、線を細くすれば高い抵抗が得られるであろう。

本発明を実施した装置の一例の概略斜視図。 本発明の入力デバイス領域の断面図。 本発明による入力デバイスに印加する局所的圧力を増大するために使用可能な２つの代替的な外部構造の側面図。 本発明を実施し得るＣＴＬＣディスプレイの断面図。 本発明の基本的な工程を示すフローチャート。

Claims (10)

1. ディスプレイ装置であって、ディスプレイ領域の部分を形成する第１基板を少なくとも含み、少なくとも１つの電気制御入力デバイスを含み、前記ディスプレイ領域を駆動するための第１導体パターンと、前記電気制御入力デバイスからの信号を伝送するための第２導体パターンの両パターンを前記第１基板上に配置したことを特徴とするディスプレイ装置。
2. 前記第１導体パターンと前記第２導体パターンを前記第１基板の片面に配置したことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
3. 前記装置がさらに第２基板を含み、前記第２基板を前記第１基板と平行且つ第１基板から距離を置いて配置し、前記基板の少なくとも１つを可撓性の材料で作製し、電子的光学活性体からなる層を前記ディスプレイ領域における前記基板の間に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ装置。
4. 前記基板の間の距離より小さい直径を有する複数の導電粒子を、前記入力デバイスの領域において前記基板の間に配置したことを特徴とする請求項３に記載のディスプレイ装置。
5. 導電粒子が前記基板上で前記第２導体パターンと接触することを特徴とする請求項４に記載のディスプレイ装置。
6. 前記第１導体パターンと前記第２導体パターンは前記同一の導体材料で作製されたことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
7. 前記第１導体パターン及び前記第２導体パターンを実質的に光学的に透明な導体材料で作製されたことを特徴とする求項１又は５に記載のディスプレイ装置。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載のディスプレイ装置を製造する方法であって、
   第１基板を準備する工程と、
   前記第１基板の内面に導電材料の層を形成する工程と、
   前記第１基板上にディスプレイ領域導体パターンと入力デバイス導体パターンを生成するために前記導電材料の層をパターン化する工程と、を含む、ディスプレイ装置の製造方法。
9. 前記導電材料の層をパターン化する工程が、例えばリソグラフィによる単一の処理工程で前記導電パターンを作製する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記ディスプレイ装置がさらに、外部から前記ディスプレイ装置にアクセスするための外部電気接続を少なくとも１つ含み、前記外部電気接続からの信号を伝送するための導電パターンを前記単一の処理工程で同時に形成することを特徴とする請求項８に記載の方法。

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