JP2014178559A

JP2014178559A - 表示装置

Info

Publication number: JP2014178559A
Application number: JP2013053203A
Authority: JP
Inventors: Takeomi Morita; 壮臣森田; Toshihiko Itoga; 敏彦糸賀; Hideki Nakagawa; 英樹中川
Original assignee: Pixtronix Inc
Current assignee: Pixtronix Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-25
Also published as: WO2014144362A1; TW201443477A

Abstract

【課題】画素に設けたシャッタが動作しなくなる不良を抑制し、画素欠陥のない表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】シャッタ駆動部にシャッタ板に接続する第１バネと、第１バネを片持ちする第１アンカー部と、第１バネとの間で静電力が作用するように少なくとも一端が第１バネに近接して配置された第２バネと、第２バネを保持する第２アンカー部と、第１アンカー部に所定の電位を与える第１配線と、第２アンカー部に所定の電位を与える第２配線とを有し、第１アンカー部と第１配線との間および第２アンカー部と第２配線との間には接続層を設ける。接続層は、酸化しても導電性を有する材料、またはシリコンと非整流接触する導電性材料、あるいはシリコンと反応してシリサイドを形成する材料で形成する。
【選択図】図５

Description

本発明はメカニカルシャッタを備えた表示装置に関する。

各画素に対応する位置に光源からの光を通過させる開口部が設けられた反射板と、この反射板の開口部に対応する位置にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用したメカニカルシャッタ（以下、単に「シャッタ」ともいう。）が設けられ、そのシャッタの機械的な開閉動作によって各画素の明暗を制御して画像を表示する表示装置が開発されている（特許文献１参照）。

この表示装置において、各画素に設けられるシャッタは、シャッタ駆動部に与えられた信号によって静電力が作用して駆動される。画素は、シャッタがバックライトの光を通過させる位置にあるとき「明」となり、光を遮断する位置にあるとき「暗」となる。この明と暗の状態を各画素で制御することにより静止画ばかりでなく動画を表示することも可能である。

特表２００８−５３３５１０号公報

画素にシャッタ機構を設け、シャッタの開閉動作により画素の明るさを制御して画像を表示する表示装置では、映像信号に応じてシャッタを適切に動作させる必要がある。しかし、構造的には欠陥が見当たらないものの、信号を与えてもシャッタが動作しない不良画素の存在が確認されることがある。シャッタが動作しない不良画素は点欠陥パネルとなり、表示装置における表示品位を落としてしまうこととなる。

そこで本発明の一態様は、画素に設けたシャッタが動作しなくなる不良を抑制し、画素欠陥のない表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によると、板状に成形されたシャッタ板と、前記シャッタ板に接続する第１バネと、前記第１バネを片持ちする第１アンカー部と、前記第１バネとの間で静電力が作用するように少なくとも一端が前記第１バネに近接して配置された第２バネと、前記第２バネを保持する第２アンカー部と、前記第１アンカー部に所定の電位を与える第１配線と、前記第２アンカー部に所定の電位を与える第２配線と、前記第１アンカー部と前記第１配線との間および前記第２アンカー部と前記第２配線との間に設けられた接続層と、を有し、前記シャッタ板を静電力により駆動するシャッタ駆動部と、とを有する画素を備えた表示装置が提供される。

この表示装置によれば、第１アンカー部と第１配線との間および第２アンカー部と第２配線との間に接続層を設けることにより、当該アンカー部と配線との間の接触抵抗を下げることができる。

この表示装置の別の態様として、第１アンカー部と第２アンカー部はシリコンで形成されていることが好ましい。また、接続層として、酸化しても導電性を有する材料、またはシリコンと非整流接触する導電性材料、あるいはシリコンと反応してシリサイドを形成する材料で形成されていることが好ましい。接続層としてこのような導電性材料を用いることで、当該アンカー部と配線との間の接触抵抗を下げることができる。

本発明の一実施形態によれば、シャッタ機構におけるアンカー部とこれに接続する配線との間に接続層を設けることで電気的な接続が確保され、シャッタが動作しなくなる不良を抑制し、画素欠陥のない表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る表示装置の構成を説明する平面図および断面図である。本発明の一実施形態に係る表示装置の構成を説明するブロック図である。本発明の一実施形態に係る表示装置に用いるシャッタ機構の構成を説明する斜視図である。本発明の一実施形態に係る表示装置に用いるシャッタ機構の構成を説明する平面図である。本発明の一実施形態に係る表示装置に用いるシャッタ機構の構成を説明する断面図である。アンカー部（ｎ型ａ―Ｓｉ）と配線（ＩＴＯ）の接触抵抗の分布を示すグラフである（◆：接続層がある場合、●：接続層が無い場合）。

以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置１００の構成を示す。図１（Ａ）は、表示装置１００の構成を示す平面図であり、図中に示すＡ−Ｂ切断線に対応する断面構造を同図（Ｂ）に示す。本実施の形態に係る表示装置１００は、スイッチング素子とシャッタ機構で画素が形成されている素子基板１０２と、素子基板１０２に対向して設けられる対向基板１０４を有している。図１（Ｂ）において光源として用いるバックライト１０６は素子基板１０２の側に設けられているが、他の構成として対向基板１０４の側に設ける場合もある。

図１（Ａ）において、表示部１０８は複数の画素が配列されている。画素はスイッチング素子と保持容量を含む回路部分と、機械的な動作をするシャッタ機構を含んで構成される。表示部１０８の外側には、走査信号を表示部１０８へ出力するゲートドライバ１１０と、映像信号を表示部１０８へ出力するデータドライバ１１２、および外部機器から信号を入力する端子部１１４が設けられている。なお、図１（Ａ）で示す例は、ゲートドライバ１１０が表示部１０８の両側に設けられているが、これに限定されるわけではない。

図２は、表示装置１００の回路ブロック図の一例を示す。素子基板１０２には表示制御回路１１６から走査信号がゲートドライバ１１０に与えられ映像信号がデータドライバ１１２に与えられる。バックライト１０６は発光制御回路１１８により発光するタイミングが制御される。システム制御回路１２０は表示制御回路１１６および発光制御回路１１８の統括的な制御を行う。

表示部１０８は、マトリクス状に配置された画素１２２が設けられている。画素１２２は、スイッチング素子１２４、保持容量１２６およびシャッタ機構１２８を有し、これらが相互に作用してシャッタを動作させている。表示制御回路１１６から映像信号が与えられるデータドライバ１１２は、スイッチング素子１２４へデータ線（Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｍ）を介してデータ信号を供給する。表示制御回路１１６から走査信号が与えられるゲートドライバ１１０は、スイッチング素子１２４へゲート線（Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎ）を介してゲート信号を供給する。スイッチング素子１２４は、データ線（Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｍ）から供給されるデータ信号に基づきシャッタ機構１２８を駆動する。例えば、ゲート線Ｇ１によって選択された画素１２２は、スイッチング素子１２４のゲートがオンとなりデータ線Ｄ１から映像信号が入力される。そして入力された映像信号に基づいてシャッタ機構１２８が動作する。

図３は、素子基板１０２における画素１２２におけるシャッタ機構１２８の詳細を示す斜視図である。画素１２２は光透過性のガラス基板１３０の上に形成され、ガラス基板１３０上にスイッチング素子１２４、保持容量１２６、ゲート線およびデータ線を含んで形成される素子形成部１３２と、素子形成部１３２の上に設けられるシャッタ機構１２８を有している。

シャッタ機構１２８は、光源（バックライト）からの光を通過または遮断する板状に成形されたシャッタ１３４と、そのシャッタ１３４を駆動する第１シャッタ駆動部１３６と第２シャッタ駆動部とを有している。第１シャッタ駆動部１３６は、シャッタ１３４を素子基板１０２から浮かせた状態で支持する第１バネ１４０と、この第１バネ１４０と電気的に接続される第１アンカー部１４２と、第２バネ１４４と、この第２バネ１４４と電気的に接続される第２アンカー部１４８を含んで構成されている。図３で示すシャッタ機構１２８の例では、第１シャッタ駆動部１３６において第１バネ１４０と第１アンカー部１４２および第２バネ１４４と第２アンカー部１４８が、シャッタ１３４の中心線から見て左右対称となるように配設されている場合を示している。このような構成は第２シャッタ駆動部１３８においても同様である。

シャッタ１３４は非透光性の部材で形成され、そのシャッタ開口部１３５と素子基板１０２または対向基板１０４に設けられる反射板の開口部とが略重なったとき光源（バックライト）の光が通過し、シャッタ１３４の部分が当該開口部と略重なるときバックライトの光は遮断されることになる。シャッタ１３４にシャッタ開口部１３５が設けられていることにより、光の通過または遮断をするのに必要な動作長が短くてもすむように工夫されている。

図４は、図３で示すシャッタ機構１２８の平面図を示す。シャッタ機構１２８はシャッタ１３４に対して第１シャッタ駆動部１３６と第２シャッタ駆動部１３８が対象となるように配置されている。第１アンカー部１４２は第１バネ１４０と電気的に接続されており、第１アンカー部１４２にバイアス電位が供給されると第１バネ１４０も略同電位となる。第２バネ１４４は第２アンカー部１４８に電気的に接続されており、第２アンカー部１４８はグランド電位となっているため第２バネ１４４もグランド電位となる。

第１バネ１４０に所定のバイアス電位が供給され第２バネ１４４がグランド電位となると、この両者の電位差により第１バネ１４０と第２バネ１４４との間に静電力が働き互いが引き寄せあうように作用する。第１バネ１４０と第２バネ１４４は塑性を有するので、この静電力によって引き寄せられ、あるいは反発しあってシャッタ１３４を一方向にスライドさせる。この動作を第１シャッタ駆動部１３６と第２シャッタ駆動部１３８においてそれぞれ行うことにより、シャッタ１３４を一方向、または一方向とは反対の方向にスライドさせて開閉動作を行う。したがって、シャッタ１３４の動作をスムーズに行うには確実に、第１アンカー部１４２と第２アンカー部１４８に所定の電位が与えられる必要がある。例えば、第１アンカー部１４２に制御信号に基づくバイアス電位が与えられ、第２アンカー部１４８ではグランド電位が与えられる。

図５は、シャッタ１３４、第１バネ１４０、第２バネ１４４および第１アンカー部１４２の断面構造を示し、図４のＡ−Ｂ切断線に対応する部分を示す。図５で示されるように、シャッタ１３４、第１バネ１４０、第２バネ１４４及び第１アンカー部１４２は、導電性を有し機械的強度も有する材料で形成されるメカニカル層１５０によって構造体が形成される。メカニカル層１５０の外側は、電気的な絶縁性を確保するための絶縁層１５２で覆われている。導電性を有しつつ機械的な強度も担保され得る材料としてはアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ネオジム（Ｎｄ）等の金属又は合金、ダイヤモンド状炭素、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）、カドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）などの半導体材料又はその合金が挙げられる。この中でも、加工のしやすさ、耐熱性、形状安定性の観点からシリコンに代表される半導体材料を用いることが好ましい。例えば、シリコンを用いる場合には導電性を高めるためリン（Ｐ）などのｎ型不純物またはホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物が添加されたアモルファスシリコンまたはポリシリコンを用いることが好ましい。

第１アンカー部１４２は、バイアス電位を与えるために素子形成部１３２から延びる配線１５４と電気的に接続される。配線１５４は、画素においてスイッチング素子１２４と第１アンカー部１４２とを電気的に接続するために、導電性の高い材料によって形成される。配線１５４を形成する材料としては、集積回路の配線材料として使われるようなＡｌまたはＡｌ合金、またはＣｕなどの金属材料の他に、液晶パネルで使用されるようなインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの酸化物導電性材料が適用される。

配線１５４と第１アンカー部１４２との間には接続層１５６が設けられている。接続層１５６は配線１５４と第１アンカー部１４２の両方に接触しており、配線とアンカー部の接触抵抗あるいは配線とアンカー部との間に高抵抗の領域ができてしまうことを防いでいる。シャッタ１３４を駆動するには導電性材料で形成されるアンカー部の電位を適切に制御しなければならないが、配線とアンカー部との接触抵抗が高いとアンカー部の電位を制御できなくなってしまう。そこで本発明の一形態では、第１アンカー部１４２と配線１５４との間に接続層１５６を設けることで、かかる不具合を解消するようにしている。なお、第２アンカー部とこれに接続される配線との間にも同様の接続層を設けることが好ましい。

接続層１５６は酸化しても導電性を有する材料で形成することが好ましい。酸化しても導電性を有する材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）などの金属元素またはこれら金属元素の合金若しくは化合物を適用することができる。また、上記の金属元素の窒化物を用いてもよい。更にはＩＴＯやＩＺＯなどを用いてもよい。これらの金属材料は酸化しても導電性を有するのでアンカー部と配線の間に接続層として用いることで、接触抵抗を低減することができる。

また、接続層１５６はシリコンと非整流接触（オーム接触）する材料で形成することが好ましい。例えば、ｎ型シリコンの電子親和力をχとした時、接続層１５６を形成する材料の仕事関数φｍが当該電子親和力χよりも小さい材料（φｍ＜χ）を選択することが好ましい。例えば、タングステン（Ｗ）やチタン（Ｔｉ）を用いることができる。また、金属と半導体が接触したときに生じ得るショットキー障壁を低くするために、接続層として高濃度に不純物元素が添加されて縮退した半導体材料を適用してもよい。

また、接続層１５６はシリコンと反応してシリサイドを形成する材料で形成することが好ましい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）などであり、その他にも同様にシリサイドを形成し得る遷移金属元素を適用することができる。シリサイドは低抵抗な材料であり、熱的にも安定であるのでアンカー部と配線との間を接続するための材料として適したものといえる。

ここで、図５を参照して説明すると、第１アンカー部１４２をｎ型のシリコン半導体で形成した場合、配線１５４を形成する金属材料の種類によっては整流接触（ショットキー接触）することがある。そうするとバイアス電位を印加する方向によっては接触抵抗が増大してしまうので、上記のような材料で形成される接続層１５６を設けることが好ましい。例えば、接続層１５６をタングステン（Ｗ）やチタン（Ｔｉ）で形成すれば非整流接触（オーム接触）とすることができる。また、シリサイドで接続層１５６を形成してもよい。

第１アンカー部１４２をｎ型のアモルファスシリコン半導体で形成した場合には、欠陥密度が比較的高いことにもより配線１５４としてアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）などを用いてもオーム性の接触を得ることができる場合がある。しかしながら、配線１５４としてインジウム・スズ酸化物のような金属酸化物を用いたときには、シリコンと金属酸化物と間に酸化シリコンの層が形成されてしまい、接触抵抗が増大してしまう。かかる場合、酸化しても導電性を有する材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）などの金属元素またはこれら金属元素の合金若しくは化合物で接続層１５６を形成することで、第１アンカー部１４２と配線１５４の接触抵抗を低減することができる。

第１アンカー部１４２がシリコン半導体で形成されていれば、配線１５４との間にシリサイドが形成されるようにしてもよい。この場合、図５で示すように、意図的にシリサイドでなる接続層１５６を設けてもよいし、配線１５４自体あるいは配線１５４の最上層を上記したようなシリサイドを形成し得る金属材料で形成してもよい。

このように、第１アンカー部１４２と配線１５４との間の抵抗を低減するために設ける接続層１５６の厚さは１００ｎｍ未満であればよく、好ましくは３０ｎｍから６０ｎｍ、より好ましくは３５ｎｍから４０ｎｍ程度とすればよい。すなわち、接続層１５６自体の抵抗値が問題にならない限り厚く形成することに問題はなく、接続層１５６を３０ｎｍ未満の厚さとすると、上記の各種材料の特性を発揮し得なくなり抵抗が増加することが予想されるので、接続層１５６は３０ｎｍ以上の厚さとすることが好ましい。

なお、図５では第１アンカー部１４２の構成に着目して説明したが、同様な構成は第２アンカー部についても適用することができる。

図６はアンカー部を形成する材料としてｎ型アモルファスシリコンを、配線としてインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）を用いた場合における抵抗値の分布を示す。図６のグラフは抵抗値の標準偏差について、接続層としてモリブデン・タングステン（ＭｏＷ）を用いた場合（◆のプロット）について実施例として示す。また、比較例として接続層を用いない場合（●のプロット）についての結果も同時に示す。接続層を用いた場合では、抵抗値が１ＭΩ程度でありばらつきも少ないが、接続層を用いない場合には１ＧΩから１ＴΩ以上にまで抵抗値が増加し、そのばらつきも大きいことがわかる。

図６の結果は、アンカー部と配線との接続において接続層が無い場合には接触抵抗が増大し、電気的な接続がうまくなされないことを示唆している。アンカー部と配線が電気的に接続されずにアンカー部の電位を制御できないと、シャッタを動作させることができないので、表示部の中に非動作の不良画素ができてしまうことになる。これに対して、接続層を設けた場合には、接触抵抗が低減され、その接触抵抗のばらつきも小さくなるので、欠陥画素を生じさせることがなく、その動作電圧も均一に保つことができる。

このように、本発明の一実施形態によれば、シャッタ機構におけるアンカー部と、これに接続する配線との間に接続層を設けることで、シャッタが動作しなくなる不良を抑制し、画素欠陥のない表示装置を提供することができる。

なお、図３乃至図５で例示するシャッタ機構１２８は、表示装置１００に用いることのできるシャッタ機構の一例に過ぎず、スイッチング素子で駆動することができるシャッタであれば如何なる態様のものでも用いることができる。

１００表示装置
１０２素子基板
１０４対向基板
１０６バックライト
１０８表示部
１１０ゲートドライバ
１１２データドライバ
１１４端子部
１１６表示制御回路
１１８発光制御回路
１２０システム制御回路
１２２画素
１２４スイッチング素子
１２６保持容量
１２８シャッタ機構
１３０ガラス基板
１３２素子形成部
１３４シャッタ
１３５シャッタ開口部
１３６第１シャッタ駆動部
１３８第２シャッタ駆動部
１４０第１バネ
１４２第１アンカー部
１４４第２バネ
１４８第２アンカー部
１５０メカニカル層
１５２絶縁層
１５４配線
１５６接続層

Claims

板状に成形されたシャッタ板と、
前記シャッタ板に接続する第１バネと、前記第１バネを片持ちする第１アンカー部と、前記第１バネとの間で静電力が作用するように少なくとも一端が前記第１バネに近接して配置された第２バネと、前記第２バネを保持する第２アンカー部と、前記第１アンカー部に所定の電位を与える第１配線と、前記第２アンカー部に所定の電位を与える第２配線と、前記第１アンカー部と前記第１配線との間および前記第２アンカー部と前記第２配線との間に設けられた接続層と、を有し、前記シャッタ板を静電力により駆動するシャッタ駆動部と、
を有する画素を備えたことを特徴とする表示装置。
前記第１アンカー部と前記第２アンカー部はシリコンで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記接続層が酸化しても導電性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
前記接続層がシリコンと非整流接触する導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
前記接続層がシリコンと反応してシリサイドを形成する材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
前記接続層が金属窒化物で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。