JP5972566B2 - 表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置及びその製造方法、特に、メカニカルシャッターを用いた表示装置及びその製造方法に関する。
近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を応用したメカニカルシャッター(以下「MEMSシャッター」という。)を用いた表示装置が注目されている。MEMSシャッターを用いた表示装置(以下「MEMS表示装置」という。)とは、画素ごとに設けたMEMSシャッターを、薄膜トランジスタ(TFT)を用いて高速で開閉することによってシャッターを透過する光の量を制御し、画像の明暗の調整を行う表示装置である(例えば、特許文献1参照。)。MEMS表示装置においては時間階調方式を採用し、赤色、緑色及び青色のLEDバックライトからの光を順次切り替えることにより画像の表示を行うことが主流である。よって、MEMS表示装置は、表示装置に用いられる偏光フィルムやカラーフィルタなどを必要とせず、表示装置と比較してバックライトの光の利用効率は約10倍、消費電力は1/2以下になり、また、色再現性が優れている点に特徴がある。
特開2008−197668号公報
MEMS表示装置においては、MEMSシャッターを駆動するためのスイッチング素子、及びスイッチング素子を駆動するゲートドライバやデータドライバを構成するTFTが基板上に形成される。基板上にはTFTへ外部から信号を供給するための端子が同時に形成される。通常、MEMS表示装置においては、TFT及び端子が形成されたTFT基板上にTFT及び端子を覆うパッシベーション膜(絶縁膜)を形成し、そのパッシベーション膜上にMEMSシャッターを形成する。MEMSシャッターは、端子と電気的に接続される部分以外が絶縁膜で覆われる。このとき、MEMSシャッターの可動部が中空構造を有することから、可動部の側部及び下部にも絶縁膜を形成するために、MEMSシャッターを形成したTFT基板の全面にCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により絶縁膜を形成する。その後、TFT基板に対向基板を貼り合わせる。TFT基板に形成された端子には外部から信号を供給する必要があるため、対向基板が端子上部を覆わないようにTFT基板と対向基板とを張り合わせる。
図10は、従来のMEMS表示装置の画素の概略図である。TFT上にMEMSシャッターを持つ表示パネルの構造物は静電気により基板への付着、変形が生じる。MEMSシャッターを動かすために接続されたバネ8bは電気信号により伸縮し、前記MEMSシャッターの遮蔽部8aを動かす。TFTの給電部(或いは配線部)1b上にMEMSシャッターを有するパネルの製造工程には、MEMSシャッターを有する基板と窓を有する対向基板の間に、シリコーンオイル等の絶縁性の液体を封入する工程がある。これは、MEMSシャッターを持つTFT基板と窓部を持つ対向基板の間に、MEMSシャッターを動かすために接続されたバネ8bの付着を防止することを目的とする工程である。
しかし、前記の絶縁性の液体の封入時に液体の摩擦により静電気が発生するため、前記のMEMSシャッターは、正常な位置或いは、前記の絶縁性の液体中に浮かんだ状態を維持できず、基板への付着を起こす。
そこで、本発明は上述した問題を鑑みてなされたものであり、絶縁性の液体の封入の際に発生する摩擦による静電気を防止し、MEMSシャッターの遮蔽部8a及びバネ8bの基板への付着、変形を防止する表示装置及びその製造方法を提供する。
本発明の一実施形態によると、マトリックス状に配置された複数のMEMSシャッターを備える薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタへ外部から信号を供給するための端子が形成されたTFT基板と、該TFT基板に張り合わされる対向基板と、を備え、前記のTFT基板の縁部と対向基板の縁部には、前記のTFT基板と対向基板との間に絶縁性の液体を注入する注入口と、該注入口の内面の少なくとも一部を覆う接地電極が形成されていることを特徴とする、表示装置が提供される。
また、本発明の一実施形態によると、マトリックス状に配置された複数のMEMSシャッターを備える薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタへ外部から信号を供給するための端子とをTFT基板上に形成し、前記薄膜トランジスタ及び端子が形成されたTFT基板上にTFT及び端子を覆うパッシベーション膜を形成し、該パッシベーション膜上に前記のMEMSシャッターを形成し、前記TFT基板に対向基板を貼り合わせ、前記のTFT基板の縁部と対向基板の縁部に、前記のTFT基板と対向基板との間に絶縁性の液体を注入する注入口の少なくとも一部を覆う接地電極とを形成することを特徴とする、表示装置の製造方法が提供される。
本発明の表示装置及びその製造方法によると、簡易な方法でありながら、絶縁性の液体の封入の際に発生する摩擦による静電気を効果的に防止し、MEMSシャッターの基板への付着及び変形を効果的に防ぐことができる。
また、本発明の表示装置及びその製造方法によると、絶縁性の液体の封入の際に発生する静電気と既に発生している静電気が除電され、MEMSシャッターを正常な配置位置に戻すことができる。
本発明の第1の実施形態に係る表示装置100を示す図であり、(A)は、表示装置100の正面透視図であり、(B)は、図1(A)のB−B線断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る表示装置100の画素及びMEMSシャッターの概略構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態に係る表示装置100に絶縁性の液体を注入する工程を示す概略断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る表示装置100を示す図であり、(A)は、表示装置100の斜視図であり、(B)は、表示装置の平面図である。本発明の第1の実施形態に係る表示装置100の斜視図である 本発明の第1の実施形態に係る表示装置の回路ブロック図である。 本発明の第2の実施形態に係る表示装置100を示す図であり、(A)は、表示装置100の正面透視図であり、(B)は、図6(A)のB−B線断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る表示装置100を示す図であり、(A)は、表示装置100の正面透視図であり、(B)は、図7(A)のB−B線断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る表示装置100を示す図であり、(A)は、表示装置100の正面透視図であり、(B)は、図8(A)のB−B線断面図である。 本発明の表示装置に用いるMEMSシャッターの概略構成を示す図である。 MEMSシャッターを用いた従来のTFT基板の概略構成を示す斜視図である。
前記したように、本発明の表示装置は、MEMSシャッターが配置される領域内への絶縁性の液体の注入工程において発生する静電気を、前記絶縁性の液体の注入口と、該注入口の内面の少なくとも一部に形成された接地電極によって除去することを特徴としている。
前記の接地電極は、外部の接地電極と導通可能な形状及び構造を少なくとも備える必要がある。但し、静電気の除去機能を更に良好にするために、注入口の縁端周辺だけでなく、注入口から注入経路に至る領域を全体的に覆う形状であることが、好ましい。例えば、後述される図1、図6乃至図8に示されるように、注入口4と注入経路4aを含む領域からTFT基板1及び対向基板2の縁端領域に沿って、TFT基板1及び対向基板2の接合面上に接地電極7を配置することが好ましい。
また、前記のTFT基板及び対向基板の少なくとも一方に形成された接地電極は、前記の絶縁性の液体の注入工程において利用される手段を構成する金属部分或いは接地電極部分との導通性を有するように構成することが好ましい。例えば、後述される図3に示されるように、前記の接地電極7の一部をTFT基板1及び対向基板2の接合面から外部に露出することによって、導通部7aを設けることが好ましい。この導通部7aは、前記の注入工程において利用される手段或いは、前記のTFT基板1及び対向基板2を固定する手段のうち、接地された部分若しくは接地電位に維持された部分に接続される。
尚、前記のTFT基板及び対向基板に形成される接地電極、導通性を有する限りにおいて、材質を問わず、銅、アルミニウム等の金属、導電性ペースト、カーボンナノチューブ膜、ITO膜等の酸化物のいずれであっても使用できる。そこで、前記のTFT基板及び/又は対向基板に形成される接地電極は、TFT基板側ではITO膜形成時、対向基板側ではアルミニウム膜の形成時に、配線用のITO膜及びアルミニウム膜と同時に製作を行うことが好ましい。
ここで、図9を参照して、本発明に使用されるMEMSシャッターの構成について説明する。図9は、本発明の一実施形態に係る表示装置100に用いるMEMSシャッター202の構成を示す図である。説明の便宜上、図9には、一つのMEMSシャッター202を示すが、本発明の一実施形態に係る表示装置100には、基板101上に図9に示すMEMSシャッター202がマトリクス状に配置されている。
MEMSシャッター202は、シャッター210、第1バネ216、218、220、222、第2バネ224、226、228、230、及びアンカー部232、234、236、238、240、242を有している。シャッター210は開口部212、214を有しており、シャッター210本体は遮光部となる。また、図示していないが、対向基板109は、光を透過させる光透過部を有しており、シャッター210の開口部212、214と対向基板109の光透過部とが平面方向に概略重なり合うように配置され、シール材等を介して基板101に対向基板109が接合される。表示装置100は、対向基板109の背面から供給され対向基板109の光透過部を透過する光が、シャッター210の開口部212、214を透過し、人間の目に視認されるように構成される。なお、本実施形態に示すMEMSシャッター202は、本発明の表示装置100に用いることのできるMEMSシャッターの一例に過ぎず、スイッチング素子で駆動することのできるMEMSシャッターであれば図示した構成に限らず、如何なる態様のものでも用いることができる。
シャッター210の一方の側は、第1バネ216、218を介してアンカー部232、234に接続されている。アンカー部232、234は、第1バネ216、218とともに、シャッター210を基板101の表面から浮遊した状態に支持する機能を有する。アンカー部232は第1バネ216と電気的に接続されており、且つ、アンカー部234は第1バネ218と電気的に接続されている。アンカー部232、234には、スイッチング素子204からバイアス電位が供給され、第1バネ216、218にバイアス電位が供給される。また、第2バネ224、226は、アンカー部236に電気的に接続されている。アンカー部236は、第2バネ224、226を基板101の表面から浮遊した状態に支持する機能を有する。アンカー部236には、グランド電位が供給され、第2バネ224、226にグランド電位が供給される。尚、アンカー部236には、上記グランド電位の替りに所定の電位を供給する構成でもよい。(以下の説明でのグランド電位でも同様である。)
また、シャッター210の他方の側は、第1バネ220、222を介してアンカー部238、240に接続されている。アンカー部238、240は、第1バネ220、222とともに、シャッター210を基板101の表面から浮遊した状態に支持する機能を有する。アンカー部238は第1バネ220と電気的に接続されており、且つ、アンカー部240は第1バネ222と電気的に接続されている。アンカー部238、240には、スイッチング素子204からバイアス電位が供給され、第1バネ220、222にバイアス電位が供給される。また、第2バネ228、230は、アンカー部242に電気的に接続されている。アンカー部242は、第2バネ228、230を基板101の表面から浮遊した状態に支持する機能を有する。アンカー部242は第2バネ228、230と電気的に接続されている。アンカー部242には、グランド電位が供給され、第2バネ228、230にグランド電位が供給される。
上述したように、本実施形態においては、スイッチング素子204からアンカー部232、234にバイアス電位が供給され、第1バネ216、218にバイアス電位が供給され、且つ、アンカー部236には、グランド電位が供給され、第2バネ224、226にグランド電位が供給される。第1バネ216、218と第2バネ224、226との間の電位差により、第1バネ216と第2バネ224とが静電駆動され、互いが引き寄せあうように移動し、且つ、第1バネ218と第2バネ226とが静電駆動され、互いが引き寄せあうように移動し、シャッター210が移動する。
また、同様に、スイッチング素子204からアンカー部238、240にバイアス電位が供給され、第1バネ220、222にバイアス電位が供給され、且つ、アンカー部242には、グランド電位が供給され、第2バネ228、230にグランド電位が供給される。第1バネ220、222と第2バネ228、230との間の電位差により、第1バネ220と第2バネ228とが静電駆動され、互いが引き寄せあうように移動し、且つ、第1バネ222と第2バネ230とが静電駆動され、互いが引き寄せあうように移動し、シャッター210が移動する。
なお、本実施形態においては、シャッター210の両側に第1バネ、第2バネ及びアンカー部を接続し配置した例について説明したが、本発明の表示装置100はこの構成に限定されるものではない。例えば、シャッター210の一方側に第1バネ、第2バネ及びアンカー部を接続し配置し、シャッター210の他方側には第1バネ及びアンカー部のみを接続し配置し、他方側の第1バネ及びアンカー部はシャッターを基板から浮遊した状態に支持する機能を持たせ、シャッター210の一方側の第1バネ及び第2バネを静電駆動し、シャッター210を動作させるようにしてもよい。
以下、図面を参照しながら、本発明の表示装置の好ましい実施形態について説明する。なお、本発明の表示装置は、以下の実施形態に限定されることはなく、種々の変形を行ない実施することが可能である。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る表示装置100を示す図であり、(A)は、表示装置の正面透視図であり、(B)は、図1(A)のB−B線断面図である。図1において、TFT基板1は、その画素領域6の画素ごとにMEMSシャッター8がマトリックス状に配置されている。TFT基板1の背面には、図示しない赤色、緑色及び青色のLEDバックライトが設けられている。
図2は、TFT基板1の各画素の構成を示す拡大図である。各画素のMEMSシャッターは、LEDバックライトの光を遮蔽する中空構造の遮蔽部8aと、TFT基板1の配線部(或いは給電部)1bに固定されるバネ8bと、を備える。MEMSシャッターのバネ8bは、アンカー部8cで前記の配線部1bに固定されており、前記の配線部1bからの電気信号によって伸縮する。このときのバネ8bの伸縮動作によって、遮蔽部8aのスリット8dからの透過光の色を順次切り替えられ、表示装置に画像が表示される。A−A線で示されるように、各MEMSシャッターの前記のバネ8bは、配線部1b及びアンカー部8cを介して前記電極7との導通状態が確保されている。
TFT基板1と対向基板2とを貼り合わせる際、これらの基板1、2の間の前記の画素領域6には、シリコーンオイル等の絶縁性の液体を充填するための領域が形成される。尚、図2の符号10は、TFT基板1と対向基板2とを貼り合わせる際、絶縁性の液体が充填される領域を形成するために必要な、TFT基板1と対向基板2間のクリアランスを確保するための支柱である。また、TFT基板1と対向基板2との間には、注入された絶縁性の液体の漏出を防止するため、封止材3が挟み込まれている。
TFT基板1と対向基板2の少なくとも一方には、前記の絶縁性の液体を注入するための注入口4が形成されており、該注入口4の少なくとも一部の領域には、外部電極と導通する電極が形成されている。
図3に示されるように、互いに貼り合わせられたTFT基板1と対向基板2の左右両縁が治具20A及び20Bで挟持された状態で、前記の絶縁性の液体が前記の注入口4から注入され、符号Rで示されるように画素領域6内へ流れ込む。絶縁性の液体の流れRは、注入口4と、注入経路4a、MEMSシャッター8、TFT基板1等と接触して静電気を発生する。
本実施形態に係る表示装置では、所定幅の電極7が、注入口4と注入経路4aが形成される側の縁に沿って、画素領域6が形成されていないTFT基板1及び対向基板2の接合領域、すなわち、注入口4と注入経路4aの領域の左右両側において、TFT基板1及び対向基板2の接合部分に沿って形成されている。前記の電極7の一部は、前記のTFT基板1及び対向基板2の接合部分から外部に露出した部分を備える。この露出した部分である導通部7aは、前記の絶縁性の液体の注入工程において、治具20Aとの接触部分Tを介して接地電位に維持される。従って、前記の静電気は、導通部7aを介して治具20Aから接地部12へと流れるので、画素領域6内のMEMSシャッター8は、絶縁性の液体の注入工程においても前記のTFT基板1及び対向基板2への付着が防止される。
絶縁性の液体が前記の画素領域6内に十分に充填された後、エンドシール5を用いて注入口4を塞ぎ、前記の注入工程が完了する。尚、図3に示された電極7は、前記の露出した導通部7aを片側のみ備えており、治具20B側に露出された部分を備えていないが、電極7を治具20Bにも接触可能な程度の長さにすることも可能である。
図4(A)及び(B)に第1の実施形態に係る表示装置100の詳細な構造を示す。図4(A)は、表示装置の斜視図であり、(B)は、表示装置の平面図である。本実施形態に係る表示装置100は、基板101及び対向基板109を有している。基板101は、表示部101a、駆動回路101b、101c及び101d、並びに端子部101eを有している。基板101と対向基板109とは、シール材等を用いて接合される。
図5に第1の実施形態に係る表示装置100の回路ブロック図を示す。図5に示す本発明の一実施形態に係る表示装置100には、コントローラ120から画像信号及び制御信号が供給される。また、図5に示す本発明の一実施形態に係る表示装置100には、コントローラ120によって制御されるバックライト122から光が供給される。なお、コントローラ120及びバックライト122を含んで本発明の表示装置100を構成するようにしてもよい。
図5に示すとおり、表示部101aは、ゲート線(G1、G2、・・・、Gn)とデータ線(D1、D2、・・・、Dm)との交点に対応する位置に、マトリクス状に配置されたメカニカルシャッター(MEMSシャッター)202、スイッチング素子204、及び保持容量206を有する画素200を有している。駆動回路101b、101cは、データドライバであり、スイッチング素子204へデータ線(D1、D2、・・・、Dm)を介してデータ信号を供給する。駆動回路101dは、ゲートドライバであり、スイッチング素子204へゲート線(G1、G2、・・・、Gn)を介してゲート信号を供給する。なお、本実施形態においては、図4に示すように、データドライバである駆動回路101b、101cが、表示部101aを挟むように配置されているが、この構成に限定されるものではない。スイッチング素子204は、データ線(D1、D2、・・・、Dm)から供給されるデータ信号に基づきMEMSシャッター202を駆動する。
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態に係る表示装置100を示す図であり、(A)は、表示装置の正面透視図であり、(B)は、図6(A)のB−B線断面図である。
本実施形態は、電極7の構造に関し、第1の実施形態と相違する。すなわち、第1の実施形態の電極7は、注入口4と注入経路4aが形成された領域から左右両側に形成されているのに対して、第2の実施形態の電極7は、注入口4と注入経路4aが形成された領域から片側の方向にのみ延在している。
本実施形態の電極7の領域は、第1の実施形態の電極7に比べて短いが、前記の注入工程において発生する静電気の除去機能を十分に発揮することができる。また、電極が短く形成されるので、製品の歩留まりの向上を図る目的で適用することができる。
(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3の実施形態に係る表示装置100を示す図であり、(A)は、表示装置の正面透視図であり、(B)は、図7(A)のB−B線断面図である。
本実施形態は、電極7の構造に関し、第1及び第2の実施形態と相違する。すなわち、注入口4及び電極7が、前記の治具20Aまたは治具20Bに挟持される前記基板1及び2の縁部のうち、いずれか一方の近傍側にのみ形成されている。
本実施形態は、表示装置の構造を変更に伴って注入口4の形成位置を変更する場合、好適に適用することができる。また、本実施形態の電極7の領域は、第1及び2の実施形態の電極7に比べて短いが、前記の注入工程において発生する静電気の除去機能を十分に発揮することができる。また、電極が短く形成されるので、製品の歩留まりの向上を図る目的で適用することができる。
(第4の実施形態)
図8は、本発明の第3の実施形態に係る表示装置100を示す図であり、(A)は、表示装置の正面透視図であり、(B)は、図8(A)のB−B線断面図である。
本実施形態は、電極7が、TFT基板1及び該TFT基板1と貼り合わせる対向基板2の両側にそれぞれ形成され、対向する電極7が半田バンプ7bを介して電気的に接続されている構造を有する。尚、前記の対向する2つの電極7は、半田バンプ以外に、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の金属配線で接続することもできる。
本実施形態は、電極7がTFT基板1及び対向基板2の両側に設けられているので、静電気を外部へ放電する機能が高く、絶縁性の液体の封入の際に発生する摩擦による静電気を防止する効果において一層優れている。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
1 TFT基板
2 対向基板
3 封止材
4 注入口
4a 注入経路
5 エンドシール
6 画素領域
7 電極(接地電極)
8 MEMSシャッター
10 支柱
20A 治具
20B 治具
100 表示装置

Claims (7)

  1. マトリックス状に配置された複数のメカニカルシャッターを備える薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタへ外部から信号を供給するための端子が形成されたTFT基板と、
    該TFT基板に張り合わされる対向基板と、を備え、
    前記のTFT基板の縁部と対向基板の縁部には、前記のTFT基板と対向基板との間に絶縁性の液体を注入する注入口と、該注入口の内面の少なくとも一部を覆う接地電極が形成されていること、を特徴とする、表示装置。
  2. 前記の接地電極は、外部の接地電極に導通するように配置されたことを特徴とする、請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記の接地電極は、前記のTFT基板と対向基板との間に絶縁性の液体を注入する手段或いは前記のTFT基板と対向基板を固定する手段に接続可能であって、前記の接地電極と前記手段との接続部分は、接地電位に維持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。
  4. 膜トランジスタと、該薄膜トランジスタへ外部から信号を供給するための端子とをTFT基板上に形成し、
    前記薄膜トランジスタ及び端子が形成されたTFT基板上にTFT及び端子を覆うパッシベーション膜を形成し、
    該パッシベーション膜上にマトリックス状に配置された複数のメカニカルシャッターを形成し、
    前記のTFT基板の縁部と対向基板の縁部に、前記のTFT基板と対向基板との間に絶縁性の液体を注入する注入口の少なくとも一部を覆う接地電極とを形成し、
    前記TFT基板に対向基板を貼り合わせること、を含む、
    表示装置の製造方法。
  5. 前記の接地電極は、外部の接地電極に導通するように配置されたことを特徴とする、請求項4に記載の表示装置の製造方法。
  6. 前記の接地電極は、前記のTFT基板と対向基板との間に絶縁性の液体を注入する手段或いは前記のTFT基板と対向基板を固定する手段に接続可能にされており、前記の接地電極と前記手段との接続部分は、接地電位に維持されていることを特徴とする、請求項4または請求項5に記載の表示装置の製造方法。
  7. 前記の接地電極は、前記のTFT基板及び対向基板のそれぞれの配線膜の形成時に、前記の注入口を含む領域に形成されることを特徴とする、請求項4から6のいずれか一項に記載の表示装置の製造方法。
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