显示装置的制作方法

专利名称：显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示装置，特别涉及在各像素中具备使用MEMS (Micro ElectroMechanical System,微电子机械系统)技术形成的可动式快门的显示装置。
背景技术：
作为显示装置，被广泛使用的有等离子体显示装置、液晶显示装置、有机电致发光显示装置等各种显示装置。而作为新型的显示装置，例如日本国专利公开公报2008-197668号所公开的那样，提出了一种具备使用MEMS技术形成的可动式快门的显示装置(以下称为“MEMS显示装置”)。图6和7中表示了在透明基板(SUBl)上形成的可动式快门I的一例。图6是立体图，图7是俯视图。 快门(SH)是可动式快门I的构成元件之一，具有平板状的形状，并且具有使光透过的开口部(0P1)。此外，快门SH (即平板状快门)由配置在快门(SH)两侧的4个第一弹簧(SPU SP1’)支承。第一弹簧(SP1、SP1’)的基端由锚固部(AN1、ΑΝΓ)固定在基板(SUBl)上。该第一弹簧和快门被保持成从基板浮起的状态。此外，第二弹簧(SP2、SP2’)的基端由锚固部(AN2、AN2’)固定在基板(SUBl)上。该第二弹簧被保持成从基板浮起的状态。第一弹簧和第二弹簧由表面被绝缘膜覆盖的导电性材料构成。此外，各弹簧通过锚固部与配置在基板(SUBl)上的配线(未图示)导通。为了将可动式快门I在图7中箭头C的方向上驱动，在锚固部ANl与锚固部AN2之间施加电压。这样，在第一弹簧SPl与第二弹簧SP2中蓄积极性彼此不同的电荷，由此在两者之间产生静电力，两者接近，第一弹簧SPl沿箭头C的方向收缩。另一方面，使第一弹簧SP1’与第二弹簧SP2’之间为相同电位。这样，第一弹簧SP1’沿箭头C方向延伸。接着，当使锚固部ANl与锚固部AN2之间为相同电位时，因第一弹簧(SP1、SP1’)和第二弹簧(SP2、SP2’)的恢复力，快门SH沿图7的箭头D方向移动，返回原来的位置。此时，若在锚固部ΑΝΓ与锚固部AN2’之间施加电压，则快门SH更加迅速地沿箭头D方向移动。与形成有可动式快门I的透明基板(SUBl)相对地，配置有其它透明基板(未图示)。在其它透明基板的表面形成有透过光的窗口(aperture,开口)。通过由快门SH在箭头C-D方向上移动,而使形成在快门上的开口部(OPl)的位置与窗口的相对位置关系发生变化。例如，在形成有窗口的基板的背面一侧配置了背光源的情况下，当开口部(OPl)与窗口的位置重合时，背光源的光透过，而当两者的位置偏离时，背光源的光被快门SH遮挡。通过采用这样的方式来控制(切换)背光源的光的透过，能够显示图像。此外，在显示彩色图像的情况下，使用与三原色(RGB)对应的光源作为背光源。在各原色的光源依次反复闪烁的期间，与该闪烁同步地驱动各像素的快门SH，由此依次显示各原色的影像。
这样的MEMS显示装置中，因为不使用偏振板和彩色滤光片，所以光的利用效率高，与等离子体显示装置和液晶显示装置相比较，能够大幅省电。此外，MEMS显示装置的响应速度比液晶快，所以能够发挥较高的动态图像性能。而且，MEMS显示装置与有机电致发光显示装置相比较，能够实现高亮度化和长寿命化。MEMS显示装置中，需要使配置有可动式快门的透明基板(称为“第一基板”或“MEMS基板”)与形成有窗口的透明基板 (“第二基板”或“AP基板”)以规定的间隔高精度地配置。因此，现有的MEMS显示装置中，在AP基板上形成多个支柱，并在MEMS基板上形成承受该支柱的基座。图8是说明现有的MEMS显示装置的制造工艺的一部分的图。在第一基板(SUBl)上，如图8 (a)所示，与可动式快门的结构和基座的形状相应地，形成光致抗蚀剂图案REl和RE2。抗蚀剂图案REl的作用在于，形成用于与配置在第一基板(SUBl)上的配线导通用接触孔，并且使快门SH、第一和第二弹簧离开第一基板(SUBl)的表面。抗蚀剂图案RE2的作用在于，形成快门SH、第一弹簧(SPUSP1’)和第二弹簧(SP2、SP2’)等的垂直方向(图3的高度方向)上的形状。图8 (b)中，在抗蚀剂图案(RE1、RE2)的表面形成半导体等的导电膜(CL)以确保导电性，进而为了确保遮光性而层叠金属膜(ME1)。接着形成与快门SH、第一和第二弹簧等的平面形状对应的抗蚀剂图案RE3。使用抗蚀剂图案RE3进行蚀刻，形成快门SH、第一弹簧(SP1、SP1’)和第二弹簧(SP2、SP2’)等。之后，除去无用的抗蚀剂图案(REl RE3)，在残留的金属膜(MEl)和导电膜(CL)的表面如图8 (c)所示形成绝缘膜IN。设置在MEMS基板上的基座PE，通过与快门SH、第一弹簧(SP1、SP1’)、第二弹簧(SP2、SP2’)和锚固部ANl同样的制造工序形成。另一方面，在AP基板用的透明基板(SUB2 )上，形成作为遮光膜的金属膜(ME2 )，接着，为了形成与窗口对应的开口，利用光致抗蚀剂图案除去窗口部分的金属膜。然后，如图8 Cd)所示，在金属膜(ME2)上，通过烧结光致抗蚀剂而形成支柱(CO)。MEMS基板(SUBl)和AP基板(SUB2)，如图8 (e)所示，以快门SH与窗口接近并相对的方式相对配置。此时，AP基板的支柱(CO)的前端被MEMS基板的基座(PE)承受(支承)。MEMS基板与AP基板的贴合，是在根据形成于各基板上的对齐标记(未图示)而机械对齐的状态下进行的。因此，关于MEMS基板与AP基板的对齐精度，贴合装置的精度是极限。此外，形成在MEMS基板上的基座和形成在AP基板上的支柱，都利用抗蚀剂图案形成为在高度方向(图中的纵方向)上叠高一定厚度的形状。因而，当从外部受到碰撞时，碰撞不会被形成在MEMS基板一侧的基座自身的弹性吸收，而是会发生AP基板一侧的支柱刺入基座，导致基座的表面缺损、进而发生支柱与基座错位等问题。可以认为其原因在于，由于相对的2个基板上分别形成有凸部(支柱和基座)，因此存在同质材料的接触界面。本发明的目的在于提供一种显示装置，能够进行MEMS基板与AP基板的贴合作业中的自对齐，且对于外部碰撞具有高可靠性
发明内容
本发明中公开一种显示装置，包括在透明基板上具备可动式快门的第一基板；和与上述可动式快门对应地具备使光透过的窗口的第二基板，上述第一基板与上述第二基板隔着规定的间隔相对配置，在上述第二基板的与上述第一基板相对的面上形成有多个支柱，在上述第一基板上形成有用于插入上述支柱并保持上述支柱的接触孔。可动式快门可以包括形成有开口的平板状快门叶片，与上述平板状快门叶片连接的弹簧，和与上述弹簧的连接上述平板状快门叶片的端部的相反侧的端部连接的锚固部。并且，在上述透明基板上，可以形成有第一层薄膜和与上述第一层薄膜接触地层叠的第二层薄膜，上述接触孔可以形成在上述第一层薄膜与上述第二层薄膜层叠的部位。这种情况下，上述锚固部的至少一部分可以由上述第一层薄膜形成。此外，上述弹簧的至少一部分可以由上述第二层薄膜形成。另外，上述第一层薄膜和上述第二层薄膜，可以形成在抗蚀剂图案上。另外，上述第一层薄膜可以是金属膜，上述第二层薄膜可以是导电膜。上述第一层薄膜和上述第二层薄膜的露出到外部的面，可以被绝缘膜覆盖。接触孔的高度h可以为上述支柱的高度H的一半以上，上述接触孔的底面上的宽度可以设定为与上述支柱的宽度相同，并且上述接触孔的开口的宽度可以大于上述底面的 宽度。接触孔的数量可以比上述支柱的数量少，这种情况下，形成在上述接触孔的底面上的薄膜，可以与形成在上述第一基板上的、上述支柱与第一基板接触而不被上述接触孔保持的部位上的薄膜，由相同的材料形成。即，上述接触孔可以是通过与上述可动式快门相同的制造工艺同时形成的。接触孔可以是在上述透明基板上以上述抗蚀剂材料为材料而形成的筒状的孔。例如，接触孔可以是形成在上述透明基板上的圆筒。接触孔的底面上的内径，可以设定为与上述支柱的外径相同，上述接触孔的开口附近与上述接触孔的底面附近可以同轴，上述接触孔的开口处的内径可以大于上述支柱的外径。第二基板可以包括透明基板和与该透明基板的表面接触并且形成有上述窗口的不透明部件。本发明中公开一种显示装置的制造方法，其中上述显示装置包括在透明基板上具备可动式快门的第一基板，和与上述可动式快门对应地具备使光透过的窗口的第二基板，上述第一基板与上述第二基板隔着规定的间隔相对配置，上述显示装置的制造方法包括以下步骤在上述第二基板的与上述第一基板相对的面上，形成多个支柱，在上述第一基板的上述透明基板上，形成用于插入上述支柱并保持上述支柱的接触孔，将上述第二基板的上述多个支柱中与上述第一基板的接触孔对应的支柱插入该接触孔。为制造第一基板的可动式快门，例如可以进行以下步骤在透明基板上形成抗蚀剂图案，在该抗蚀剂图案上形成薄膜，对该薄膜实施蚀刻，由此形成构成上述可动式快门的形成有开口的平板状快门叶片，与上述平板状快门叶片连接的弹簧，和与上述弹簧的连接上述平板状快门叶片的端部的相反侧的端部连接的锚固部，之后，除去上述抗蚀剂图案。接触孔可以通过与上述可动式快门相同的制造工艺同时形成。例如，可以利用抗蚀剂图案形成构成上述接触孔的筒，在除去上述抗蚀剂图案时，使构成上述接触孔的抗蚀剂图案残留。这种情况下，可以在构成接触孔的抗蚀剂图案的表面，也形成上述薄膜。另外，可以在除去抗蚀剂图案后，使用绝缘膜覆盖上述薄膜的露出到外部的面。


图I (a)是实施方式的显示装置的立体图。图I (b)是实施方式的显示装置的俯视图。图2是表示MEMS基板上的电路结构的框图。图3是包括多个像素的MEMS快门的MEMS基板的俯视图。图4是AP基板的俯视图。
图5是说明MEMS基板和AP基板的制造工序的一部分的图。图6是各MEMS快门的立体图。图7是各MEMS快门的俯视图。图8是说明现有的MEMS基板和AP基板的制造工序的一部分的图。
具体实施例方式以下参照

实施本发明的实施方式。不过，本发明并不限定于以下说明的实施方式，在权利要求的范围内可以进行各种变更。图I表示本发明的一个实施方式的显示装置100。图I (a)是显示装置100的立体图，(b)是显示装置100的俯视图。该显示装置100具有相当于第一基板的MEMS基板101和相当于第二基板的AP基板109。MEMS基板101具有显示部101a，驱动电路101b、IOlc和IOld,以及端子部101e。MEMS基板101与AP基板109由后述的支柱CO和未图示的密封部件接合。图2是显示装置100的电路框图。对于显示装置100，从控制器121供给图像信号和控制信号。此外，对于显示装置100，从由控制器121控制的背光源122供给光。如图2所示，显示部IOla在与栅极线(G1、G2、……、Gn)和数据线(D1、D2、……、Dm)的交点分别对应的各位置上具有像素200，其具有可动式快门I、开关元件204和保持电容206。驱动电路101b、101c是数据驱动器，通过数据线(D1、D2、……、Dm)对开关元件204供给数据信号。驱动电路IOld是栅极驱动器，通过栅极线(G1、G2、……、Gn)对开关元件204供给栅极信号。开关元件204基于从数据线(D1、D2、……、Dm)供给的数据信号，驱动可动式快门I。图3是表示MEMS基板101上的包括4个像素200的部分的俯视图。MEMS基板101通过在玻璃等透明基板(SUBl)的表面与显示像素对应地形成、配置可动式快门I而构成。可动式快门I的结构与以上基于图6和图7说明的相同，因此援用其说明。不过，本实施方式的MEMS基板101中，在图8中形成基座(PE)的位置上，形成接触孔(CH)。图4是表示AP基板109上的包括4个像素200的部分的俯视图。AP基板109通过在玻璃等透明基板(第二基板，SUB2)的表面形成具有遮光性的金属膜(ME2)，并仅除去构成窗口的开口部(0P2)的金属膜而构成。不过，本实施方式的AP基板109中，在与图3所示的MEMS基板101中的接触孔CH对应的位置上，形成支柱CO。接着，使用图5说明本实施方式的接触孔(CH)的制造工艺。图5 (a) (e)分别表示制造工艺的各阶段中沿图3和图4所示的连接A与B的点划线的纵截面。如图5所示，接触孔(CH)通过与可动式快门I相同的制造工艺，利用与可动式快门I不同的抗蚀剂图案同时形成。以下说明其详情。图5(a)中，使用与用于形成构成可动式快门I的快门(SH)、第一弹簧(SP1、SP1’)、第二弹簧(SP2、SP2’)和锚固部(ANl、ANl，、AN2、AN2，)的基底相同的光致抗蚀剂图案(REl、RE2)，形成接触孔(CH)的底面侧部分(REl)和上部(RE2)。具体而言，首先，例如通过光刻而将抗蚀剂图案REl图案化为图5 (a)所示的形状。此时，形成了锚固部(AN1、AN1’、AN2、ΑΝ2’)的基底，并形成了用于承受支柱的接触孔。接着，例如通过光刻而将抗蚀剂图案(RE2)图案化为图5 (a)所示的形状。此时，形成了第一弹簧(SPUSP1’)和第二弹簧(SP2、SP2)的基底，并形成了比抗蚀剂图案REl上形成的接触孔(CH)大一圈且位于与该抗蚀剂图案(REl)的接触孔(CH)同心的位置上的、用于承受支柱(CO)的接触孔(CH)。图5 (b)中，在抗蚀剂图案(RE1、RE2)的表面，为了确保导电性而形成半导体等的导电膜(CL)，进而为了确保遮光性而层叠金属膜(ME1)。接着，形成与快门SH、第一和第二弹簧等的平面形状对应的抗蚀剂图案RE3。接着，使用抗蚀剂图案RE3进行蚀刻，形成快门(SH)、第一弹簧(SPI、SPI’)和第二弹簧(SP2、SP2’)等，之后，除去无用的抗蚀剂图案(REl RE3)，在残留的金属膜(MEl)和 导电膜(CL)的表面，如图5 (c)所示形成Al2O3或SiN等绝缘膜(IN)。图5 (C)所示的阶段中，根据与图5 (d)所示的AP基板一侧的支柱(CO)的形状(高度H、宽度Φ)的关系，接触孔(CH)的高度h是支柱(CO)的高度H的一半以上，接触孔(CH)的底面上的内径Φ2与支柱的外径Φ相同，并且接触孔(CH)的开口处的内径Φ1大于底面上的内径Φ2。在将MEMS基板101与AP基板109贴合时，优选接触孔(CH)在MEMS基板101 —侧的构成部分中最先与AP基板109 —侧的构成部分接触。为此，接触孔(CH)的顶部需要位于MEMS基板101的最高的位置。而且，为了在接触孔(CH)中保持插入的支柱(CO)使其不会滑出，优选将接触孔(CH)的高度h设定为支柱高度H的一半以上。例如，当支柱(CO)的高度H为12 μ m时，如果接触孔(CH)的高度h设定为8 μ m左右，则快门(SH)与窗口(金属膜(ME2)的开口部)的距离是约4μπι左右。MEMS基板101的接触孔(CH)中，底面上的内径(底径)Φ 2形成为与支柱(CO)的外径Φ相等。此外，接触孔(CH)的上端处的开口的内径Φ1，设定为考虑了贴合装置的对齐精度的误差的尺寸。例如在支柱的宽度是IOym,贴合装置的对齐精度是±3 μ m的情况下，接触孔(CH)的底面上的直径形成为10 μ m,上端处的开口的半径形成为至少8 μ m (从而Φ1=16 μm)。接着，如图5 (e)所示，MEMS基板101 (透明基板(SUBl))与AP基板109 (透明基板(SUB2))，在对齐的状态下以彼此相对的方式配置，然后使它们彼此接近。这样，支柱(CO)进入接触孔(CH)，在接触孔(CH)的底面附近部分，支柱(CO)被匹配地保持，所以MEMS基板101与AP基板109的贴合被以自对齐的方式实施。而且，由于支柱(CO)仅在AP基板109上形成，没有接缝(接头)，所以对外部碰撞的耐性高，从而也能够提高可靠性。在MEMS基板101与AP基板109之间，封入透明的液体作为工作流体(workingfluid)。工作流体优选光透过性高、具有绝缘性、介电常数高、具有与MEMS基板101的透明基板(SUBl)和AP基板109的透明基板(SUB2)的折射率接近的折射率，进而优选采用不妨碍快门(SH)和弹簧(SPl、SPI’、SP2、SP2’ )等可动部件的运动的油等。图3和图4表示了支柱(CO)的数量与接触孔(CH)的数量相同的例子，但接触孔(CH)的数量也可以设定为比支柱(CO)的数量少。这是因为，要想使所有的支柱(CO)都能够插入所有的接触孔(CH)，制造工序中要求非常高的精度。例如，可以将接触孔(CH)的数量设定为支柱(CO)数量的一半以下，更优选3分之I以下，在没有接触孔(CH)的部位，可以使支柱(CO)与MEMS基板101接触。该情况下，当MEMS基板101与AP基板109之间的距离，在插入接触孔(CH)的支柱(CO)的位置和与MEMS基板101接触的支柱(CO)的位置上不同时，对支柱(CH)施加的压力会产生不均，所以形成在接触孔(CH)的底面上的薄膜，和支柱(CO)与MEMS基板(第一基板)101接触、不被接触孔(CH)保持的部位上形成的薄膜，优选以相同膜厚和相同材料形成。在构成MEMS基板(第一基板)101的透明基板(SUBl)直接接触支柱(CO)的情况下，优选在接触孔(CH)的底面也使透明基板(SUBl)露出。此外，在该薄膜的厚度非常薄以致不会对MEMS基板101与AP基板109之间的距离的不均产生影响的情况下，也可以忽略该薄膜的存在。如上所述，根据本实施方式，可提供一种能够进行MEMS基板101与AP基板109贴合作业中的自对齐，且对于外部碰撞的可靠性高的显示装置。
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即，如本实施方式所述，如果在AP基板(第二基板)109的面上形成多个支柱(CO)，在MEMS基板(第一基板)101的面上形成用于插入该支柱(CO)并保持该支柱(CO)的接触孔(CH)，就可以仅通过将支柱(CO)插入接触孔(CH)，而容易地实现MEMS基板101与AP基板109贴合时的自对齐。而且，因为支柱(CH)形成在AP基板109上，所以不会产生如现有技术那样的支柱刺入基座的故障，可以提供耐外部碰撞的MEMS显示装置。
权利要求
1.一种显示装置，其特征在于，包括 在透明基板上具备可动式快门的第一基板；和 与所述可动式快门对应地具备使光透过的窗口的第二基板， 所述第一基板与所述第二基板隔着规定的间隔相对配置， 在所述第二基板的与所述第一基板相对的面上形成有多个支柱， 在所述第一基板上形成有用于插入所述支柱并保持所述支柱的接触孔。
2.如权利要求I所述的显示装置，其特征在于 所述接触孔是通过与所述可动式快门相同的制造工艺同时形成的。
3.如权利要求I所述的显示装置，其特征在于 所述可动式快门包括形成有开口的平板状快门叶片，与所述平板状快门叶片连接的弹簧，和与所述弹簧的连接所述平板状快门叶片的端部的相反侧的端部连接的锚固部，在所述透明基板上，形成有第一层薄膜和与所述第一层薄膜接触地层叠的第二层薄膜， 所述接触孔形成在所述第一层薄膜与所述第二层薄膜层叠的部位， 所述锚固部的至少一部分由所述第一层薄膜形成。
4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于 所述弹簧的至少一部分由所述第二层薄膜形成。
5.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于 所述第一层薄膜和所述第二层薄膜，形成在抗蚀剂图案上。
6.如权利要求I所述的显示装置，其特征在于 所述接触孔的高度h为所述支柱的高度H的一半以上，所述接触孔的底面上的宽度设定为与所述支柱的宽度相同，并且所述接触孔的开口的宽度大于所述底面的宽度。
7.如权利要求I所述的显示装置，其特征在于 所述接触孔的数量比所述支柱的数量少，形成在所述接触孔的底面上的薄膜，与形成在所述第一基板上的、所述支柱与第一基板接触而不被所述接触孔保持的部位上的薄膜，由相同的材料形成。
8.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于 所述接触孔是在所述透明基板上以所述抗蚀剂材料为材料而形成的筒状的孔。
9.如权利要求I所述的显示装置，其特征在于 所述接触孔是形成在所述透明基板上的圆筒。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于 所述接触孔的底面上的内径，设定为与所述支柱的外径相同，所述接触孔的开口附近与所述接触孔的底面附近同轴，所述接触孔的开口处的内径大于所述支柱的外径。
11.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于 所述第一层薄膜是金属膜。
12.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于 所述第二层薄膜是导电膜。
13.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于 所述第一层薄膜和所述第二层薄膜的露出到外部的面，被绝缘膜覆盖。
14.如权利要求I所述的显示装置，其特征在于 所述第二基板包括透明基板和与该透明基板的表面接触并且形成有所述窗口的不透明部件。
15.一种显示装置的制造方法，其中所述显示装置包括在透明基板上具备可动式快门的第一基板，和与所述可动式快门对应地具备使光透过的窗口的第二基板，所述第一基板与所述第二基板隔着规定的间隔相对配置，所述显示装置的制造方法的特征在于 在所述第二基板的与所述第一基板相对的面上，形成多个支柱， 在所述第一基板的所述透明基板上，形成用于插入所述支柱并保持所述支柱的接触孔， 将所述第二基板的所述多个支柱中与所述第一基板的接触孔对应的支柱插入该接触孔。
16.如权利要求15所述的显示装置的制造方法，其特征在于 所述接触孔通过与所述可动式快门相同的制造工艺同时形成。
17.如权利要求16所述的显示装置的制造方法，其特征在于 在所述透明基板上形成抗蚀剂图案， 在该抗蚀剂图案上形成薄膜， 对该薄膜实施蚀刻，由此形成构成所述可动式快门的形成有开口的平板状快门叶片，与所述平板状快门叶片连接的弹簧，和与所述弹簧的连接所述平板状快门叶片的端部的相反侧的端部连接的锚固部，之后， 除去所述抗蚀剂图案。
18.如权利要求17所述的显示装置的制造方法，其特征在于 利用所述抗蚀剂图案形成构成所述接触孔的筒， 在除去所述抗蚀剂图案时，使构成所述接触孔的抗蚀剂图案残留。
19.如权利要求18所述的显示装置的制造方法，其特征在于 在构成所述接触孔的抗蚀剂图案的表面，也形成所述薄膜。
20.如权利要求19所述的显示装置的制造方法，其特征在于 在除去所述抗蚀剂图案后，使用绝缘膜覆盖所述薄膜的露出到外部的面。
全文摘要
本发明提供一种显示装置。MEMS基板由透明基板和在该透明基板的表面上按每个像素设置的可动式快门构成。AP基板由另一个透明基板和具有与各快门对应的窗口且设置在该另一个透明基板上的遮光膜构成。在MEMS基板的透明基板的表面上，形成有多个支柱。在AP基板的透明基板上的与MEMS基板相对的面上，在与一部分支柱对应的位置上形成有多个具有与各支柱的外径相同的内径的筒状的接触孔。两个基板隔开规定的间隔以使各快门与窗口相对的方式配置，因此对于各接触孔，对应的支柱的前端插入被插入孔中，由此使两个基板彼此定位。
文档编号G02B26/02GK102809813SQ201210179290
公开日2012年12月5日 申请日期2012年6月1日 优先权日2011年6月3日
发明者木村泰一, 藤吉纯 申请人:株式会社日立显示器