TW201443478A - 顯示裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目的係提供一種可防止快門板及彈簧固著於基板上之配線之顯示裝置。MEMS快門202係藉由光學微影術及乾蝕刻而形成於TFT基板101e上，且將快門板210、第1彈簧222及第1錨240設為構成要件。於TFT基板101e之表面，藉由金屬膜形成有配線243。於該配線243之表面之與快門板210及第1彈簧222重合之部位，形成有絕緣膜244。

Description

顯示裝置

本發明係關於一種使用應用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微機電系統)技術之機械快門(以下稱為「MEMS快門」)之顯示裝置。

近年來，使用MEMS快門及孔板之顯示裝置日益受關注。於此種顯示裝置(以下稱為「MEMS顯示裝置」)中，藉由於每個像素中，於孔板形成背光透過之開口部，且以覆蓋各開口之方式設置MEMS快門，使用電晶體高速開關該MEMS快門且調整該開關時間之比例，控制微小之每單位時間之光透過量，藉此，調整各像素之亮度值(專利文獻1、專利文獻2)。

圖11係此種MEMS顯示裝置之任意一個像素附近之剖面圖。如該圖11所示，MEMS顯示裝置500具有以設置於透明之TFT基板501上之快門板502為主要構成之MEMS基板510、及未圖示之孔板。

該快門板502係支持為與TFT基板501之上表面平行地於二位置間移動自如且自該TFT基板501之上表面離開約4μm。具體而言，於TFT基板501之上表面之各快門板502之移動範圍之外側4個部位，如圖11所示，形成有與如上述般受到支持之快門板502之上表面具有相同高度之錨部503。且，於快門板502與各錨部之間，分別搭有施加彼此接近之方向之賦能之彈簧504。另，各彈簧504所形成之賦能之矢量 方向與快門板502之移動方向平行。且，各彈簧係分別安裝於快門板502之移動方向上之各端緣之兩端附近。

於如以上之構成中，藉由通過各錨部503對各彈簧504選擇性施加電壓，可使快門板502與TFT基板501之表面平行地於二位置之間選擇性移動。由於如此般對各彈簧504選擇性施加電壓，故如圖11所示，於MEMS基板510之TFT基板501之表面上，敷設有用以對各快門板502供給驅動電壓之配線。

另一方面，未圖示之孔板係藉由於玻璃基板上形成於每片快門板502上開有開口之遮光膜而構成。另，各開口具有於與此對應之快門板502位於第1位置時被該快門板502封塞，但於快門板502位於第2位置時未被該快門板502封塞之形狀。

且，於MEMS顯示裝置之完成時，於MEMS基板510之TFT基板501與未圖示之孔板之間填充矽油。

於構成上述未圖示之孔板之玻璃基板之側端面或背面，安裝有未圖示之背光單元，自該背光單元，於每相位依序切換紅(R)、綠(G)及藍(B)之各原色之背光，並導入至該玻璃基板。且，各原色之背光藉由於玻璃基板內反復反射而遍及其全域，並通過各開口向MEMS基板510射出。其結果，若快門板502位於第2位置，則背光到達觀察者之眼，藉由由各快門板502選擇性遮斷或透過之背光，於該觀察者之視網膜上形成影像。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特表2008-197668號公報

[專利文獻2]日本特表2010-517072號公報

該等快門板係於形成為與其形狀對應之型狀之光阻劑上，藉由化學蒸鍍處理形成非晶矽，並藉由乾蝕刻切割該非晶矽，其後，去除殘留之光阻劑，藉此製造為處於中高浮起之狀態(以下稱為「中空狀態」)之構造物。因該等步驟中之靜電之影響，有時快門板502及彈簧504帶電(充電)。當進行此種帶電(充電)時，靜電力作用於快門板502及彈簧504與TFT基板501之間，其結果，如圖12所示，將快門板502及彈簧504引至TFT基板501。且，當快門板502及彈簧504與配線505接觸(或超越特定之界限而接近)時，於兩者間產生分子間力，藉此將兩者間固著。當產生此種固著後，以後無法驅動快門板502(固著不良)。且，此種固著不良之問題係選擇性產生於每片快門板502，使製造良率惡化，因此，使MEMS顯示裝置500之製造成本增大。

鑑於以上，本發明之課題在於提供一種顯示裝置，其係即便製造步驟中之處於中空狀態之快門及彈簧因某種外力之作用而與基板上之配線接觸，亦可防止於兩者間產生固著。

本發明之顯示裝置之特徵在於：其係具有於透明基板上設置有放射光之背光單元與藉由開關動作控制自上述背光單元放射之光量之MEMS快門之構造者，且包含：配線，其係於上述透明基板之表面上形成作為金屬層；與絕緣膜，其係至少形成於上述配線之表面之於與上述透明基板之表面正交之方向上與上述MEMS快門重合之部位。

絕緣膜既可遍及配線之表面之整個面而形成，亦可亦形成於側面，亦可完全被覆配線整體，再者，亦可以亦覆蓋透明基板之表面之方式形成。

又，MEMS快門亦可包含快門板及複數個彈簧，上述快門板藉由於二位置之間移動，而於第1位置上遮斷自上述背光單元放出之光，且於第2位置上使自上述背光單元放出之光透過；上述複數個彈簧將 上述快門板保持為可於上述二位置之間移動且自上述透明基板之表面離開之中空狀態。該情形時，絕緣膜較理想為亦形成於上述配線之表面之於與上述透明基板之表面正交之方向上與上述彈簧重合之部位。

根據如以上般構成之本發明之顯示裝置，由於藉由被覆於配線上之絕緣膜，可減少與快門或彈簧之間之分子間力，故可防止配線與快門或彈簧彼此固著。

100‧‧‧顯示裝置

101‧‧‧MEMS基板

101a‧‧‧顯示部

101b‧‧‧驅動電路

101c‧‧‧驅動電路

101d‧‧‧驅動電路

101e‧‧‧TFT基板(端子部)

109‧‧‧孔板

121‧‧‧控制器

122‧‧‧背光單元

200‧‧‧像素

202‧‧‧機械快門(MEMS快門)

204‧‧‧開關元件

206‧‧‧保持電容

210‧‧‧快門板

212‧‧‧開口部

214‧‧‧開口部

216‧‧‧第1彈簧

218‧‧‧第1彈簧

220‧‧‧第1彈簧

222‧‧‧第1彈簧

224‧‧‧第2彈簧

226‧‧‧第2彈簧

228‧‧‧第2彈簧

230‧‧‧第2彈簧

232‧‧‧第1錨部

234‧‧‧第1錨部

236‧‧‧第2錨部

238‧‧‧第1錨部

240‧‧‧第1錨部

242‧‧‧第2錨部

243‧‧‧配線(金屬層)

244‧‧‧絕緣膜

244a‧‧‧接觸孔

500‧‧‧MEMS顯示裝置

501‧‧‧TFT基板

502‧‧‧快門板

503‧‧‧錨部

504‧‧‧彈簧

510‧‧‧MEMS基板

D1~Dm‧‧‧資料線

G1~Gn‧‧‧閘極線

圖1係顯示第1實施形態之MEMS顯示裝置之圖，(a)係MEMS顯示裝置之立體圖，(b)係MEMS顯示裝置之俯視圖。

圖2係第1實施形態之顯示裝置之電路方塊圖。

圖3係顯示第1實施形態之顯示裝置所使用之MEMS快門之構成之立體圖。

圖4係第1實施形態之MEMS基板之俯視圖。

圖5係顯示沿著圖4之V-V線之MEMS基板之縱剖面之剖面圖。

圖6係顯示第1實施形態之MEMS基板之製造步驟之縱剖面圖。

圖7係顯示第1實施形態之MEMS基板之製造步驟之縱剖面圖。

圖8係第2實施形態之MEMS基板之縱剖面圖。

圖9係第3實施形態之MEMS基板之縱剖面圖。

圖10係第4實施形態之MEMS基板之縱剖面圖。

圖11係先前之MEMS顯示裝置之MEMS基板之縱剖面圖。

圖12係快門產生固著不良時之MEMS基板之縱剖面圖。

以下，基於圖式，說明用以實施本發明之MEMS顯示裝置之最佳形態。

(實施形態1)

<構成>

於圖1中顯示本發明之一實施形態之顯示裝置100。圖1(a)係顯示裝置之立體圖，(b)係顯示裝置之俯視圖。本實施形態之顯示裝置100具有MEMS基板101及孔板109。MEMS基板101係藉由於TFT(高溫多晶矽)基板上形成顯示部101a、驅動電路101b、101c及101d、以及端子部101e而構成。且，構成MEMS基板101之TFT基板與孔板109係使用未圖示之凸塊及密封材料而接合。

於圖2中顯示本發明之一實施形態之顯示裝置100之電路方塊圖。對圖2所示之本發明之一實施形態之顯示裝置100，自控制器121供給圖像信號及控制信號。又，對顯示裝置100，自藉由控制器121控制之背光單元122，週期性切換地供給紅(R)、綠(G)及藍(B)之各原色之背光。另，亦可以包含控制器121及背光122之方式構成本發明之顯示裝置100。

如圖2所示般，顯示部101a於對應於閘極線(G1、G2、…、Gn)與資料線(D1、D2、…、Dm)之交點之位置具有像素200，該像素200具有配置為矩陣狀之機械快門(MEMS快門)202、開關元件204、及保持電容206。驅動電路101b、101c係資料驅動器，經由資料線(D1、D2、…、Dm)對開關元件204供給資料信號。驅動電路101d係閘極驅動器，經由閘極線(G1、G2、…、Gn)對開關元件204供給閘極信號。另，於本實施形態中，如圖1所示，資料驅動器即驅動電路101b、101c雖配置為夾著顯示部101a，但並非限定於該構成者。開關元件204基於自資料線(D1、D2、…、Dm)供給之資料信號驅動MEMS快門202。

以下，參照圖3，對MEMS快門202之構成及動作進行說明。圖3係顯示本發明之一實施形態之顯示裝置100所使用之MEMS快門202之構成之立體圖。另，為方便說明，於圖3中，雖僅顯示一個MEMS快 門202，但於本發明之一實施形態之顯示裝置100中，於構成MEMS基板101之TFT基板上，如上述般，矩陣狀地配置有多數個MEMS快門202。

MEMS快門202具有快門板210、第1彈簧216、218、220、222、第2彈簧224、226、228、230、第1錨部232、234、238、240、及第2錨部236、242。於快門板210形成有一對矩形之開口部212、214，將其長軸相互朝向平行且排列於短軸方向，且快門板210之開口部212、214以外之部分(夾於兩開口部212、214間之部分、開口部212與鄰接於其之外緣之間之部分、及開口部214與鄰接於其之部分)成為具有與各開口部212、214相同寬度之遮光部。又，於孔板109之表面形成有遮光膜，於該遮光膜上，開有分別與各MEMS快門202之各開口部212、214對應之複數個開口部。且，以朝一側之位置移動之快門板210之開口部212、214與孔板109之各開口部於垂直於構成MEMS基板101之TFT基板101e(圖5)之表面之方向上大致重合之方式，使MEMS基板101與孔板109彼此定位。其結果，供給至孔板109內且透過其開口部之背光透過快門板210之開口部212、214而被觀察者之眼視認到。

快門板210之與各開口部212、214之長軸方向平行之外緣之一者經由一對第1彈簧216、218而連接於第1錨部232、234。第1錨部232、234具有與第1彈簧216、218一起將快門板210支持為自構成MEMS基板101之TFT基板之表面浮動之狀態之功能。第1錨部232與第1彈簧216電性連接，第1錨部234與第1彈簧218電性連接。對第1錨部232、234自形成於MEMS基板101之開關元件204施加偏壓電位之電壓，藉此對第1彈簧216、218施加偏壓電位之電壓。

又，第2彈簧224、226與第2錨部236電性連接。第2錨部236具有將第2彈簧224、226支持為自MEMS基板101之表面浮動之狀態之功 能。由於第2錨部236連接於接地電極，故第2彈簧224、226之電位成為接地電位。另，亦可為對第2錨部236施加特定電位之電壓之構成。

快門板210之與各開212、214之長軸方向平行之外緣之另一者經由一對第1彈簧220、222而連接於第1錨部238、240。第1錨部238、240具有與第1彈簧220、222一起將快門板210支持於自MEMS基板101之表面浮動之狀態之功能。第1錨部238與第1彈簧220電性連接，第1錨部240與第1彈簧222電性連接。對第1錨部238、240自形成於MEMS基板101之開關元件204施加偏壓電位之電壓，對第1彈簧220、222施加偏壓電位之電壓。

又，第2彈簧228、230係電性連接於第2錨部242。第2錨部242具有將第2彈簧228、230支持於自MEMS基板101之表面浮動之狀態之功能。由於第2錨部242連接於接地電極，故第2彈簧228、230之電位成為接地電位。

如此，藉由靜電力驅動快門板210，藉此可使快門板210高速動作。因此，顯示裝置100藉由高速驅動使快門板210之位置變化而控制透過開口部212、214之光量，藉此可實現灰階顯示。又，藉由將自背光122放射之光設為R、G、B三色之依序驅動(場序驅動)，亦可進行彩色顯示。該情形時，由於無需液晶顯示裝置中必需之偏光板或彩色濾光片，故亦可不使背光122之光衰減而加以利用。

又，於本實施形態中，雖就於快門板210之兩側連接配置第1彈簧、第2彈簧、第1錨部、及第2錨部之例進行說明，但本發明之顯示裝置100並非限定於該構成者。例如，亦可於快門板210之一側連接配置第1彈簧、第2彈簧、第1錨部、及第2錨部，於快門板210之另一側僅連接配置第1彈簧及第1錨部，使另一側之第1彈簧及第1錨部具有將快門板210支持於自基板浮動之狀態之功能，靜電驅動快門板210之一側之第1彈簧及第2彈簧，而使快門板210動作。

圖4係第1實施形態之MEMS快門202附近之MEMS基板101之俯視圖(其中，省略各第2彈簧224、226、228、230、及第2錨部236、242之圖示)，圖5係沿著圖4之V-V線之縱剖面圖。

如圖4及圖5所示，於構成MEMS基板101之TFT基板101e之表面(接近MEMS快門202之面)，敷設有用以對構成各MEMS快門202之錨部232、234、236、238、240、242施加電壓(或連接於接地電極)之多條配線(金屬層)243。且，配線(金屬層)243之一部分於與TFT基板101e之表面正交之方向上，與第1彈簧216、218、220、222及快門板210重合。

且，除了錨部232、234、236、238、240、242之形成部位以外，遍及TFT基板101e之表面之整個面形成有絕緣膜244。該絕緣膜於配線(金屬層)243之形成部位，亦被覆該配線(金屬層)243。作為該絕緣膜244之材料，只要為具有絕緣性之物質，無論為有機物還是無機物皆可。例如，作為無機物，列舉出SiO或SiN，作為有機物，列舉出抗蝕劑。

配線(金屬層)243及絕緣膜244之厚度之總和於圖5中雖描繪成占TFT基板101e與快門板210之間隔之一半，但實際上由於充分薄於兩者之間隔(4μm)，故不會干涉快門板210之動作。

以下參照圖5至圖7說明該等配線(金屬層)243及絕緣膜244之形成製程。該等圖6及圖7係顯示該形成製程中途之與圖5相同之剖面(沿著圖4之V-V線之剖面)之構造者。

於該形成製程中，首先，於TFT基板101e上，藉由濺鍍或金屬蒸鍍形成金屬層之薄膜，且藉由光學微影術將該金屬層之薄膜部分掩蔽，藉此如配線圖般進行蝕刻。圖6係顯示如此自金屬層形成有配線243之狀態之剖面圖。

接著，以針對每條配線243覆蓋TFT基板101e之表面之方式，藉 由CVD(化學氣相沈積)形成絕緣膜244，且藉由使用光學微影術之蝕刻，形成用以形成各錨部232、234、236、238、240、242之接觸孔244a。圖7係顯示如此形成絕緣膜244且開有接觸孔244a之狀態之剖面圖。

其後，與先前之MEMS快門之形成製程相同，於絕緣膜244上，形成成為各第1錨部232、234、236、238、240、242、各第1彈簧216、218、220、222及快門板210之型之光阻劑，且於該光阻劑上形成金屬膜，並藉由實施乾蝕刻，將該金屬膜削成如各第1錨部232、234、236、238、240、242、各第1彈簧216、218、220、222及快門板210之形狀般。圖5係顯示如此形成有第1錨部24、第1彈簧222及快門板210之狀態之剖面圖。

此時，因步驟中之靜電之影響，於第1彈簧222及快門板210中產生帶電，而有因與TFT基板101e之間之靜電力，將第1彈簧222及快門板210引至TFT基板101e，最終與配線243接觸之情形。然而，由於配線243整體由絕緣膜244被覆，故第1彈簧222及快門板210與配線243之間之分子間力降低。因此，第1彈簧222及快門板210與配線243之間不會彼此固著，而可使第1彈簧222及快門板210容易恢復為原本之中空狀態。

其後，與先前之MEMS快門之形成製程相同，以絕緣膜被覆各第1錨部232、234、236、238、240、242、各第1彈簧216、218、220、222及快門板210之整個面，藉此完成此等。另，於上述說明中雖省略，但通過上述過程，亦同時形成各第2彈簧224、226、228、230及各第2錨部236、242。最後，於各配線244上連接構成顯示部101a之各像素之開關元件204或接地電極，且於此等上連接周邊電路101a~d、121、122，藉此完成MEMS基板101。

其後，如上述般，介隔未圖示之凸塊及密封材料，將另外製作 之孔基板109連接於該MEMS基板101，且於其間隙填充矽油，並將背光單元122安裝於孔基板109之玻璃基板，藉此完成MEMS顯示裝置100。

(實施形態2)

圖8係第2實施形態之MEMS顯示裝置100之MEMS基板之縱剖面圖(顯示沿著圖4之V-V線之縱剖面之圖)。第2實施形態與上述第1實施形態相比較，僅絕緣膜244之形態不同，其他為共通。因此，對於絕緣膜244以外之構成，援用上述第1實施形態之說明，而省略其說明。

如圖8所示，本實施形態之絕緣膜244係與上述第1實施形態相同，被覆著配線243之表面及側面，故完全防止配線243露出，但於其以外之部位予以去除。因此，可獲得與上述第1實施形態相同之防止固著之效果，且因供給至孔板109內且透過其開口部及快門板210之開口部212、214之背光通過之光路上未存在絕緣膜244，故亦可獲得可防止背光之損失之效果。

(實施形態3)

圖9係第3實施形態之MEMS顯示裝置100之MEMS基板之縱剖面圖(顯示沿著圖4之V-V線之縱剖面之圖)。第3實施形態與上述第1實施形態相比較，僅絕緣膜244之形態不同，其他為共通。因此，對於絕緣膜244以外之構成，援用上述第1實施形態之說明，而省略其說明。

如圖9所示，本實施形態之絕緣膜244係與上述第2實施形態相同，雖被覆著配線243之表面及側面，但於其以外之部位予以去除。再者，本實施形態之絕緣膜244係於在與TFT基板101e之表面正交之方向上不與第1彈簧222及快門板210重合之部位，亦自配線243上被去除。其結果，配線243雖露出一部分，但配線243之表面之露出部分不與第1彈簧222及快門板210接觸，故配線243不會固著於第1彈簧222及快門板210，因此，不會產生如先前之固著不良之問題。又，根據本 實施形態，亦與上述第2實施形態相同，可獲得可防止背光之損失之效果。

(實施形態4)

圖10係第4實施形態之MEMS顯示裝置100之MEMS基板之縱剖面圖(顯示沿著圖4之V-V線之縱剖面之圖)。第4實施形態與上述第1實施形態相比較，僅絕緣膜244之形態不同，其他為共通。因此，對於絕緣膜244以外之構成，援用上述第1實施形態之說明，而省略其說明。

如圖10所示，本實施形態之絕緣膜244係與上述第2實施形態相同，雖被覆配線243之表面，但於其以外之部位予以去除。再者，本實施形態之絕緣膜244亦自配線243側面去除。其結果，配線243雖於其側面露出，但配線243之側面不與第1彈簧222及快門板210接觸，故配線243不會固著於第1彈簧222及快門板210，因此，不會產生如先前之固著不良之問題。又，根據本實施形態，亦與上述第2實施形態相同，可獲得可防止背光之損失之效果。

101‧‧‧MEMS基板

101e‧‧‧TFT基板(端子部)

202‧‧‧機械快門(MEMS快門)

210‧‧‧快門板

222‧‧‧第1彈簧

240‧‧‧第1錨部

243‧‧‧配線(金屬層)

244‧‧‧絕緣膜

Claims (7)

1. 一種顯示裝置，其特徵在於：其係具有於透明基板上設置有放射光之背光單元、與藉由開關動作控制自上述背光單元放射之光量之MEMS快門之構造者，且包含：配線，其係於上述透明基板上形成作為金屬層；及絕緣膜，其係至少形成於上述配線之表面之於與上述透明基板之表面正交之方向上與上述MEMS快門重合之部位。
2. 如請求項1之顯示裝置，其中上述MEMS快門包含快門板及複數個彈簧，上述快門板藉由於二位置之間移動，而於第1位置上遮斷自上述背光單元放出之光，且於第2位置上使自上述背光單元放出之光透過之；上述複數個彈簧將上述快門板保持為可於上述二位置之間移動且自上述透明基板之表面離開之中空狀態；且上述絕緣膜亦形成於上述配線之表面之於與上述透明基板之表面正交之方向上與上述彈簧重合之部位。
3. 如請求項1之顯示裝置，其中上述MEMS快門進而包含複數個錨，其等分別連接於一端連接於上述快門板之上述複數個彈簧之另一端。
4. 如請求項2或3之顯示裝置，其中上述MEMS快門係由非晶矽藉由乾蝕刻形成者。
5. 如請求項1或2之顯示裝置，其中上述絕緣膜僅形成於配線之表面。
6. 如請求項1或2之顯示裝置，其中上述絕緣膜形成於配線之表面及側面。
7. 如請求項6之顯示裝置，其中上述配線整體由上述絕緣膜被覆。