TW201423154A

TW201423154A - 顯示裝置及其製造方法

Info

Publication number: TW201423154A
Application number: TW102140152A
Authority: TW
Inventors: Jun Fujiyoshi; Naohisa Ando; Masataka Okamoto
Original assignee: Pixtronix Inc
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-06-16
Also published as: JP2014092740A; WO2014074515A1

Abstract

本發明之目的在於防止基板與內部之構造物接觸，進而防止填充於內部之液體44產生氣泡。本發明之顯示裝置包括：第1基板10；形成於第1基板10之快門14及與快門14連接之驅動部36；第2基板12，其以空開間隔而與第1基板10對向之方式配置；密封材料42，其保持第1基板10與第2基板12之間隔且密封空間；液體44，其填充於空間內；以及高度不同之第1間隔件46及第2間隔件48，其等以具有間隔方向之高度之方式配置於第1基板10與第2基板12之間。

Description

顯示裝置及其製造方法

本發明係關於一種顯示裝置及其製造方法。

MEMS顯示器(Micro Electro Mechanical System Display：微機電系統顯示器)係期待為取代液晶顯示器之顯示器(參照專利文獻1)。該顯示器係藉由利用與使用偏光之液晶快門方式不同之機械快門方式使光之透射窗開閉而顯示圖像。快門包含薄膜，構成1個像素之快門之縱橫尺寸為數百μm左右，厚度為數μm左右。藉由1個快門之開閉，可進行1個像素之開關(ON/OFF)動作。快門係藉由靜電引力而進行動作。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2008-197668號公報

快門配置於一對玻璃基板間被密封材料包圍之空間內，該空間被液體(油)所填滿。油防止用以驅動快門之彈簧之黏著，縮小與透光性基板之光折射率之差。又，藉由利用油提高介電常數，而使驅動快門所需之電壓降低。

根據該構造，若環境溫度變為冰點以下，則有因油之收縮致使玻璃基板向內側彎曲從而接觸內部構造物之虞。或者，若於內部設置間隔件來限制一對玻璃基板之間隔，則可防止玻璃基板彎曲，但該情形時存在油產生氣泡之問題。

本發明之目的在於防止基板接觸內部之構造物，進而防止填充於內部之液體產生氣泡。

(1)本發明之顯示裝置之特徵在於包括：第1基板；形成於上述第1基板之快門及與上述快門連接之驅動部；第2基板，其以空開間隔而與上述第1基板對向之方式配置；密封材料，其保持上述第1基板與上述第2基板之上述間隔且密封空間；液體，其填充於上述空間內；及高度不同之第1間隔件以及第2間隔件，其等以具有上述間隔方向之高度之方式配置於上述第1基板與上述第2基板之間。根據本發明，因藉由第1間隔件及第2間隔件限制第1基板及第2基板之彎曲，故可防止第1基板及第2基板接觸內部之構造物。又，因第1間隔件與第2間隔件之高度不同，因此較低之間隔件容許第1基板及第2基板略微彎曲，故可防止液體產生氣泡。

(2)如(1)之顯示裝置，其特徵亦可為，上述第1間隔件之上述高度與上述密封材料之高度相同，且高於上述第2間隔件之上述高度。

(3)如(1)或(2)之顯示裝置，其特徵亦可為，上述第1間隔件及上述第2間隔件之至少一者包含台座部及柱狀部。

(4)如(1)或(2)之顯示裝置，其特徵亦可為，上述第1間隔件及上述第2間隔件各自包含形成於上述第1基板之高度不同之台座部。

(5)如(1)或(2)之顯示裝置，其特徵亦可為，上述第1間隔件及上述第2間隔件各自包含形成於上述第2基板之高度不同之柱狀部。

(6)如(1)或(2)之顯示裝置，其特徵亦可為，上述第1間隔件包含形成於上述第1基板之第1台座部及形成於上述第2基板之第1柱狀部，上述第2間隔件包含形成於上述第1基板之第2台座部及形成於上述第2基板之第2柱狀部，上述第1台座部與上述第2台座部之高度不同，且上述第1柱狀部與上述第2柱狀部之高度相同。

(7)本發明之顯示裝置之製造方法之特徵在於包含如下步驟：準備第1基板；準備第2基板；及以空開間隔與上述第1基板對向之方式配置第2基板，且藉由密封材料保持上述第1基板與上述第2基板之上述間隔並密封液體；且於準備上述第1基板之步驟中，於上述第1基板上形成快門及與上述快門連接之驅動部，準備上述第1基板之步驟及準備上述第2基板之步驟之至少一者包含形成高度不同之第1間隔件及第2間隔件，於以與上述第1基板對向之方式配置上述第2基板之步驟中，於上述第1基板與上述第2基板之間，以具有上述間隔方向之高度之方式配置上述第1間隔件及上述第2間隔件。根據本發明，因藉由第1間隔件及第2間隔件限制第1基板及第2基板之彎曲，故可防止第1基板及第2基板接觸內部之構造物。又，因第1間隔件與第2間隔件之高度不同，因此較低之間隔件容許第1基板及第2基板略微彎曲，故可防止液體氣泡發生。

(8)如(7)之顯示裝置之製造方法，其特徵亦可為，於準備上述第1基板之步驟中，於形成上述快門之同時，形成上述第1間隔件及上述第2間隔件之至少一部分。

10‧‧‧第1基板

12‧‧‧第2基板

14‧‧‧快門

16‧‧‧驅動開口

18‧‧‧凹部

20‧‧‧背光源

22‧‧‧第1彈簧

24‧‧‧第1錨定部

26‧‧‧第1部

28‧‧‧第2部

30‧‧‧第3部

32‧‧‧第2錨定部

34‧‧‧第2彈簧

36‧‧‧驅動部

38‧‧‧遮光膜

40‧‧‧固定開口

42‧‧‧密封材料

44‧‧‧液體

46‧‧‧第1間隔件

48‧‧‧第2間隔件

50‧‧‧台座部

52‧‧‧柱狀部

54‧‧‧第1光阻層

56‧‧‧第1上表面

58‧‧‧第2光阻層

60‧‧‧第2上表面

62‧‧‧樹脂層

64‧‧‧第1側面

66‧‧‧第2側面

68‧‧‧膜

70‧‧‧第1膜

72‧‧‧第2膜

74‧‧‧蝕刻阻劑

146‧‧‧第1間隔件

148‧‧‧第2間隔件

210‧‧‧第1基板

212‧‧‧第2基板

214‧‧‧快門

246‧‧‧第1間隔件

248‧‧‧第2間隔件

268‧‧‧膜

270‧‧‧第1膜

272‧‧‧第2膜

276‧‧‧第1台座部

278‧‧‧第1柱狀部

280‧‧‧第2台座部

282‧‧‧第2柱狀部

284‧‧‧半導體膜

286‧‧‧第1絕緣膜

288‧‧‧第1導電膜

290‧‧‧第2絕緣膜

292‧‧‧第2導電膜

294‧‧‧第3導電膜

296‧‧‧第3絕緣膜

310‧‧‧第1基板

314‧‧‧快門

336‧‧‧驅動部

346‧‧‧第1間隔件

348‧‧‧第2間隔件

362‧‧‧樹脂層

362L‧‧‧樹脂層下層

362U‧‧‧樹脂層上層

368‧‧‧膜

370‧‧‧第1膜

372‧‧‧第2膜

376‧‧‧第1台座部

376L‧‧‧第1台座部下層部

376U‧‧‧第1台座部上層部

380‧‧‧第2台座部

380L‧‧‧第2台座部下層部

380U‧‧‧第2台座部上層部

394‧‧‧導電膜

圖1係本發明之實施形態之顯示裝置之概略剖面圖。

圖2係快門及其驅動部之立體圖。

圖3係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖4係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖5係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖6係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖7係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖8係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖9係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖10係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖11係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖12係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖13係說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法之圖。

圖14係顯示本發明之實施形態之變化例1之顯示裝置之概略剖面圖。

圖15係顯示本發明之實施形態之變化例2之顯示裝置之概略剖面圖。

圖16係顯示本發明之實施形態之變化例3之顯示裝置之概略剖面圖。

以下，參照圖式對本發明之實施形態進行說明。

圖1係本發明之實施形態之顯示裝置之概略剖面圖。顯示裝置包括透光性之第1基板10(例如玻璃基板)、及透光性之第2基板12(例如玻璃基板)。第1基板10及第2基板12以空開間隔對向之方式配置。第1基板10係形成有未圖示之薄膜電晶體或配線等之電路基板或TFT(Thin Film Transistor：薄膜電晶體)基板。於第1基板10設置有複數個(多個)快門14。快門14係設置於未圖示之薄膜電晶體或配線等上。

圖2係快門及其驅動部之立體圖。快門14包含無機材料。快門14係具有驅動開口16之板。又，雖然為提高強度而於快門14形成有凹部18，但該凹部18未貫通。光通過驅動開口16，並由驅動開口16以外之部分遮斷光。驅動開口16呈一方向較長之形狀。再者，光由重疊於第2基板12之背光源20供給。

快門14受支撐於第1彈簧22且自第1基板10上浮。藉由複數個(圖2中為4個)第1彈簧22支撐快門14。第1彈簧22以第1錨定部24固定於第1基板10。

第1彈簧22包含可彈性變形之材料。第1彈簧22呈厚度較薄之板狀，且厚度方向朝向橫向(平行於第1基板10之板面之方向)、寬度方向朝向上下方向(垂直於第1基板10之板面之方向)而配置。藉此，第1彈簧22可於其厚度方向即橫向上變形。

第1彈簧22具有：第1部26，其朝遠離快門14之方向(與驅動開口16之長度方向交叉(例如正交)之方向)延伸；第2部28，其為沿驅動開口16之長度方向之方向且自驅動開口16之長度方向之中央朝外方向延伸；及第3部30，其進而朝遠離快門14之方向(與驅動開口16之長度方向交叉(例如正交)之方向)延伸。且，快門14如圖2之箭頭所示，以可於與驅動開口16之長度方向交叉(例如正交)之方向移動之方式支撐於第1彈簧22。

於第1基板10設置有被支撐於第2錨定部32之第2彈簧34。第2彈簧34亦包含可彈性變形之材料。第2彈簧34呈厚度較薄之板狀，且厚度方向朝向橫向(平行於第1基板10之板面之方向)、寬度方向朝向上下方向(垂直於第1基板10之板面之方向)而配置。藉此，第2彈簧34可於其厚度方向即橫向上變形。又，第2彈簧34呈環狀，自第2錨定部32延伸之帶狀部被彎曲折回，並返回至同一第2錨定部32。

第2彈簧34在較第1彈簧22之第2部28距離快門14更遠之側與該第2部28對向。對第2錨定部32施加電壓，藉由因與第1彈簧22之第2部28之電位差所產生之靜電引力而使第2部28被第2彈簧34牽引。若第2部28被牽引，則快門14亦經由與第2部28一體之第1部26而受牽引。即，第1彈簧22及第2彈簧34係用以構成用以機械性驅動快門14之驅動部36者。驅動部36由與快門14之至少一部分相同之材料形成。

如圖1所示，於第2基板12形成有遮光膜38。於遮光膜38形成有固定開口40。快門14之上述驅動開口16與遮光膜38之固定開口40配置於對向之位置，若兩者連通則光通過，若藉由快門14之移動遮蔽遮光膜38之固定開口40，則光被遮斷。換言之，以控制光對遮光膜38之固定開口40之通過及遮斷之方式機械性驅動快門14。1個快門14對應於1個像素，藉由多個像素而顯示圖像。因此，設置有複數個(多個)快門14。快門14及驅動部36配置於藉由通過驅動開口16及固定開口40之光之有無及強弱而顯示圖像之顯示區域。

第1基板10及第2基板12藉由圖1所示之密封材料42空開間隔而固定。密封材料42密著於第1基板10及第2基板12彼此之對向面。因密封材料42由相對較硬之樹脂等形成而不易變形，故密封材料42之高度不易變動。於第1基板10與第2基板12之間，藉由密封材料42密封空間。於空間內填充有液體44(例如聚矽氧油等油)。快門14及驅動部36配置於液體44內。藉由液體44可抑制因快門14及驅動部36之動作所引起之振動，亦可防止第1彈簧22與第2彈簧34之固著。於第1基板10及第2基板12由玻璃構成之情形時，若使用折射率與玻璃相近之液體44，則可藉由充滿液體44而減少光在第1基板10與第2基板12之界面反射。

於第1基板10與第2基板12間配置有複數個第1間隔件46及複數個第2間隔件48。第1間隔件46及第2間隔件48具有第1基板10與第2基板12之間隔方向之高度。第1間隔件46與第2間隔件48之高度不同。

第1間隔件46之高度與密封材料42之高度相同。第1間隔件46之高度高於第2間隔件48之高度。第1間隔件46包含設置於第1基板10之台座部50及設置於第2基板12之柱狀部52。與此相對，第2間隔件48僅包含設置於第2基板12之柱狀部52，且於與第1基板10之間形成有間隙。

根據本實施形態，若環境溫度變為低溫(例如冰點以下)，則液體 44收縮。然而，因密封材料42不易收縮，故第1基板10及第2基板12之至少一者朝內側彎曲。其結果，第1基板10與第2基板12之間隔變窄。然而，因藉由第1間隔件46及第2間隔件48限制第1基板10及第2基板12之彎曲，故可防止該等接觸內部之構造物。又，因第1間隔件46與第2間隔件48之高度不同，因此較低之第2間隔件48容許第1基板10及第2基板12略微彎曲，故可防止液體44產生氣泡。

其次，說明本發明之實施形態之顯示裝置之製造方法。

如圖3所示，準備第1基板10。於第1基板10上形成第1光阻層54。第1光阻層54為具有感光性之樹脂。第1光阻層54至少具有對應於上述快門14之上浮高度之厚度。即，第1光阻層54之厚度與快門14之上浮高度相同或為其以上。又，第1光阻層54至少具有對應於驅動部36之自第1基板10上浮之狀態之部分(例如第1彈簧22及第2彈簧34)之上浮高度之厚度。即，第1光阻層54之厚度與第1彈簧22及第2彈簧34之上浮高度相同或為其以上。

如圖4所示，藉由光微影技術將第1光阻層54圖案化。光微影技術包含曝光與顯影。於曝光中，介隔未圖示之遮罩對第1光阻層54局部性地照射光。藉此，第1光阻層54具有可溶解於顯影液之部分與不易溶解之部分。藉由進行顯影，第1光阻層54被圖案化。經圖案化之第1光阻層54具有第1上表面56。第1上表面56係用以形成自第1基板10上浮而配置之構件(例如快門14以及第1彈簧22及第2彈簧34)之面。因此，第1上表面56之高度位置(距離第1基板10之上表面之高度位置。以下相同)變為快門14之下端(最低面)以及第1彈簧22及第2彈簧34之下端之高度位置。再者，因第1光阻層54藉由硬化處理而收縮，故第1上表面56之高度位置略低於硬化處理前之高度位置。

如圖5所示，於經圖案化之第1光阻層54上形成第2光阻層58。第2光阻層58亦為具有感光性之樹脂前驅物。第2光阻層58至少具有對應於第1彈簧22及第2彈簧34之高度方向之寬度之厚度。即，第2光阻層58之厚度與第1彈簧22及第2彈簧34之高度方向之寬度相同或為其以上。又，於快門14形成凹部18時，第2光阻層58至少具有對應於凹部18之深度(準確而言係自向下突出之凹部18之突出下表面至凹部18之周圍部分之下表面之高度差)之厚度。即，第2光阻層58之厚度與凹部18之深度相同或為其以上。

如圖6所示，藉由光微影技術將第2光阻層58圖案化。光微影技術之詳情係如上所述。經圖案化之第2光阻層58具有第2上表面60。因第2光阻層58亦藉由硬化處理而收縮，故第2上表面60之高度位置略低於硬化處理前之高度位置。自第1上表面56至第2上表面60之高度相當於第1彈簧22及第2彈簧34之高度方向之寬度。又，自第1上表面56至第2上表面60之高度相當於快門14之凹部18之深度。

如此，由第1光阻層54及第2光阻層58形成樹脂層62。即，將經圖案化之樹脂層62形成於第1基板10。樹脂層62形成於快門14及驅動部36之形成區域。樹脂層62具有最低之第1上表面56。樹脂層62具有較第1上表面56高(最高)之第2上表面60。樹脂層62具有自第1上表面56下降至底面之第1側面64。樹脂層62具有自第1上表面56上升至第2上表面60之第2側面66。

如圖7所示，將膜68形成於樹脂層62上及第1基板10上。膜68由用以形成快門14及驅動部36之材料形成。再者，第1間隔件46之台座部50亦由膜68形成。膜68亦可由複數層形成。例如，形成包含非晶矽等半導體之第1膜70，且於其上形成包含鋁等金屬之第2膜72。

如圖8所示，於膜68上形成蝕刻阻劑(etching resist)74。

如圖9所示，將蝕刻阻劑74圖案化。該圖案化亦可應用微影技術。經圖案化之蝕刻阻劑74係覆蓋形成快門14及驅動部36以及成為第1間隔件46之一部分之台座部50之區域。

如圖10所示，應用濕式蝕刻對包含金屬之第2膜72進行蝕刻。自蝕刻阻劑74露出之第2膜72即使於橫向露出，亦藉由濕式蝕刻之等向性而被去除。

如圖11所示，應用乾式蝕刻對包含半導體之第1膜70進行蝕刻。雖然樹脂層62之上表面(第1上表面56及第2上表面60)之第1膜70藉由乾式蝕刻之異向性而被去除，但樹脂層62之側面(第2側面66)之第1膜70未被去除得以殘留。

如圖12所示，去除蝕刻阻劑74。又，去除自膜68露出之樹脂層62。去除時例如可應用灰化。亦可同時去除樹脂層62及蝕刻阻劑74。

於第1基板10形成第1間隔件46之台座部50、快門14、及用以機械性驅動快門14之驅動部36。根據本實施形態，在形成快門14之同時，形成第1間隔件46及第2間隔件48之至少一部分(例如第1間隔件46之台座部50)。

其次，如圖13所示，準備第2基板12。於第2基板12形成第1間隔件46之一部分(柱狀部52)。又，於第2基板12形成第2間隔件48(柱狀部52)。

接著，將第1基板10及第2基板12以空開間隔對向之方式配置。又，於第1基板10與第2基板12之間，如圖1所示，藉由密封材料42保持間隔且劃分空間。接著，於空間內填充液體44。於第1基板10與第2基板12之間，以具有間隔方向之高度之方式配置第1間隔件46及第2間隔件48。

根據本實施形態，因藉由第1間隔件46及第2間隔件48限制第1基板10及第2基板12之彎曲，故可防止該等接觸內部之構造物。又，因第1間隔件46與第2間隔件48之高度不同，因此較低之第2間隔件48容許第1基板10及第2基板12略微彎曲，故可防止液體44產生氣泡。

[變化例1]

圖14係顯示本發明之實施形態之變化例1之顯示裝置之概略剖面圖。該例中，第1間隔件146及第2間隔件148分別包含形成於第2基板12之高度不同之柱狀部。第2間隔件148形成為低於第1間隔件146，且於與第1基板10之間形成有間隙。第1間隔件146及第2間隔件148包含樹脂。於其製造過程中，可應用使用光阻劑之光微影技術。該情形時，為以不同高度統一形成第1間隔件146及第2間隔件148，亦可應用半色調曝光。如圖14所示之第2間隔件148係藉由半色調曝光而變為角形之例。其他詳情符合上述實施形態所說明之內容。

[變化例2]

圖15係顯示本發明之實施形態之變化例2之顯示裝置之概略剖面圖。該例中，第1間隔件246包含形成於第1基板210之第1台座部276及形成於第2基板212之第1柱狀部278。第1柱狀部278由光阻劑等樹脂形成。第1台座部276及第1柱狀部278係以對向之方式配置，兩者之合計高度為第1間隔件246之高度。第2間隔件248包含形成於第1基板210之第2台座部280、及形成於第2基板212之第2柱狀部282。第2柱狀部282由光阻劑等樹脂形成。第2台座部280及第2柱狀部282係以對向之方式配置，且兩者之合計高度為第2間隔件248之高度。

雖然第1柱狀部278與第2柱狀部282之高度相同，但第1台座部276與第2台座部280之高度不同。具體而言，第1台座部276低於第2台座部280。因此，於第1台座部276與第1柱狀部278之間形成有間隙。且，第1間隔件246與第2間隔件248之高度變得不同。

第1台座部276及第2台座部280各自具有積層構造，該積層構造包含：半導體膜284，其包含用以形成薄膜電晶體之半導體層之a-Si(amorphous silicon：非晶矽)等；第1絕緣膜286，其包含用以形成閘極絕緣膜之無機材料(SiO₂、SiN等)等；第1導電膜288，其包含用以形成閘極電極之Al等金屬；第2絕緣膜290，其包含無機材料(SiO₂、 SiN等)等；第2導電膜292，其用以形成汲極電極及源極電極；及第3絕緣膜296，其包含無機材料(SiO₂、SiN等)等。

進而，第2台座部280具有用以形成包含ITO(Indium Tin Oxide：氧化銦錫)等之配線之第3導電膜294、與用以形成快門214之膜268(包含a-Si等半導體之第1膜270及包含Al等金屬之第2膜272)之積層構造。第1台座部276由於無該構造，故低於第2台座部280。再者，藉由選擇要積層之膜及不積層之膜，可設計第1台座部276與第2台座部280各自之高度。

本變化例之顯示裝置之製造方法中，形成快門214之同時，形成第1間隔件246及第2間隔件248之至少一部分(例如作為第2台座部280之一部分之膜268)。又，第1間隔件246及第2間隔件248之一部分(例如第1台座部276及第2台座部280之一部分)係與第1基板210上之電路層(例如薄膜電晶體)之形成同時形成。其他詳情對應於上述實施形態所說明之內容。

[變化例3]

圖16係顯示本發明之實施形態之變化例3之顯示裝置之概略剖面圖。該例中，第1間隔件346及第2間隔件348各自僅包含形成於第1基板310之高度不同之第1台座部376及第2台座部380。

第1台座部376之下層部376L及第2台座部380之下層部380L具有與圖15所示之第1台座部276相同之積層構造。雖然於第2台座部380之下層部380L上，配置有用以形成包含ITO(Indium Tin Oxide：氧化銦錫)等之配線之導電膜394，但因第1台座部376不具有此膜，故低於第2台座部380。

第1台座部376之上層部376U及第2台座部380之上層部380U具有包含樹脂層362(下層362L及上層362U)、及覆蓋樹脂層362之膜368(第1膜370及第2膜372)之積層構造。第1膜370包含快門314之構成材料即 a-Si等半導體，第2膜372包含Al等金屬。樹脂層362為膜368(第1膜370及第2膜372)之基底層，雖然於形成快門314及驅動部336時自其下被去除，但於第1間隔件346及第2間隔件348之形成區域中作為構造物得以殘留。

本變化例之顯示裝置之製造方法中，形成快門314之同時，形成第1間隔件346及第2間隔件348之至少一部分(例如第1台座部376之上層部376U及第2台座部380之上層部380U)。又，第1間隔件346及第2間隔件348之一部分(例如第1台座部376之下層部376L以及第2台座部380之下層部380L及導電膜394)係與第1基板310上之電路層(例如薄膜電晶體)之形成同時形成。其他詳情符合上述實施形態所說明之內容。

本發明並不限定於上述實施形態而可進行多種變化。又，實施形態所說明之構成可由實質上相同之構成、發揮相同作用效果之構成、或可達成相同目的之構成置換。