(57)【要約】 【課題】表示品位の良好な表示装置を提供する。【解決手段】白色光を出射する光源と、前記光源から入射した光を光出射面に向けて出射する導光体と、を備えた照明装置と、マトリクス状に配置された複数の開口を含む反射層と、前記開口に配置されたカラーフィルタ層と、を備え、前記照明装置の光出射面と対向するように配置された第１基板と、前記反射層の開口を開閉するシャッタと、その一端が前記シャッタに接続するとともに他端が固定されたアームと、前記アームの近傍に配置され、印加される電圧により生じる磁界によって前記アームを引き寄せる電極と、を含む機械的光変調器を備え、前記第１基板と対向するように配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された流体層と、を備えた表示装置。【選択図】図２
2014126853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を出射する光源と、前記光源から入射した光を光出射面に向けて出射する導光体と、を備えた照明装置と、
マトリクス状に配置された複数の開口を含む反射層と、前記開口に配置されたカラーフィルタ層と、を備え、前記照明装置の光出射面と対向するように配置された第１基板と、
前記反射層の開口を開閉するシャッタと、その一端が前記シャッタに接続するとともに他端が固定されたアームと、前記アームの近傍に配置され、印加される電圧により生じる磁界によって前記アームを引き寄せる電極と、を含む機械的光変調器を備え、前記第１基板と対向するように配置された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置された流体層と、を備えた表示装置。
【請求項２】
白色光を出射する光源と、前記光源から入射した光を光出射面に向けて出射する導光体と、を備えた照明装置と、
マトリクス状に配置された複数の開口を含む反射層と、前記開口を開閉するシャッタ、その一端が前記シャッタに接続するとともに他端が固定されたアーム、前記アームの近傍に配置され、および、印加される電圧により生じる磁界によって前記アームを引き寄せる電極、を含む機械的光変調器を備え、前記照明装置の光出射面と対向するように配置された第２基板と、
前記開口と対向するように配置されたカラーフィルタ層を備え、前記第２基板と対向するように配置された第１基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置された流体層と、を備えた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小な機械的構造を基板上に作りこむ技術の進歩に伴いＭＥＭＳ（micro electrode mechanical system）表示装置が提案されている。
【０００３】
例えばＭＥＭＳ表示装置の一例として、各表示画素に機械的光変調器としてのＭＥＭＳシャッタが設けられた表示装置が提案されている。このＭＥＭＳシャッタを用いた表示装置は、フィールドシーケンシャル方式のバックライトと組み合わせて使用することにより、高透過率のカラー表示装置を実現することができるため、高輝度で低消費電力である表示装置として期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３２６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、フィールドシーケンシャルバックライトと機械的光変調器を用いた表示装置とを組み合わせて用いる場合、色割れが発生して表示品位が低下することがあった。
【０００６】
本発明の実施形態は表示品位の良好な表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、白色光を出射する光源と、前記光源から入射した光を光出射面に向けて出射する導光体と、を備えた照明装置と、マトリクス状に配置された複数の開口を含む反射層と、前記開口に配置されたカラーフィルタ層と、を備え、前記照明装置の光出射面と対向するように配置された第１基板と、前記反射層の開口を開閉するシャッタと、その一端が前記シャッタに接続するとともに他端が固定されたアームと、前記アームの近傍に配置され、印加される電圧により生じる磁界によって前記アームを引き寄せる電極と、を含む機械的光変調器を備え、前記第１基板と対向するように配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された流体層と、を備えた表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態の表示装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、実施形態の表示装置の断面の一例を概略的に示す図である。
【図３】図３は、ＭＥＭＳシャッタの一構成例を概略的に示す図である。
【図４】図４は、図３に示す線ＩＶ−ＩＶにおける第１基板の断面の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態の表示装置の断面の他の例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の表示装置について、図面を参照して説明する。  
図１は、本実施形態の表示装置の一構成例を概略的に示す図である。本実施形態の表示装置は各表示画素に配置された機械的光変調器を備えた表示装置である。
【００１０】
本実施形態の表示装置は、第１基板１０と、第２基板２０と、バックライトＢＬと、を有している。バックライトＢＬの上に第１基板１０が配置され、第１基板１０の上に第２基板２０が配置されている。
【００１１】
図２は、本実施形態の表示装置の断面の一例を概略的に示す図である。
【００１２】
バックライトＢＬは、光源ＬＳと導光体ＬＧとを有している。  
光源ＬＳは、例えば冷陰極管や白色ＬＥＤ等を有している。光源ＬＳは、導光体ＬＧの一側面に向けて発光するように配置されている。
【００１３】
導光体ＬＧは、光源ＬＳから入射した光を第１基板１０側の光出射面へ出射する。導光体ＬＧは、光出射面と対向する主面に設けられ、入射した光を光出射面側へ導くための凹部ＬＧＡを有している。さらに、導光体ＬＧの背面側には反射シート４０が配置され、導光体ＬＧの背面側から外部に出射した光は、反射シート４０で反射して再び導光体ＬＧに入射する。
【００１４】
第１基板１０は、透明絶縁基板ＳＢ１と、反射層１２と、カラーフィルタＣＦと、を備えている。第１基板１０は、バックライトＢＬ側が高反射率であって、第２基板２０側が低反射率となるように形成されている。
【００１５】
透明絶縁基板ＳＢ１は、光透過性の絶縁材料、例えばガラスや樹脂により形成されている。
【００１６】
反射層１２は、透明絶縁基板ＳＢ１上に格子状に配置されている。換言すると、反射層１２は、マトリクス状に配置された開口を有している。反射層１２は、例えばアルミニウム等の高反射率の材料で形成されている。
【００１７】
カラーフィルタＣＦは、例えば、赤色カラーフィルタＲと緑色カラーフィルタＧと青色カラーフィルタＢとを有している。反射層１２の開口の各列には、同色のカラーフィルタが配置されている。反射層１２の開口の各行には、３色のカラーフィルタが所定の周期で並んで配置されている。赤色カラーフィルタＲは赤色の主波長の光を透過する。緑色カラーフィルタＧは緑色の主波長の光を透過する。青色カラーフィルタＢは青色の主波長の光を透過する。カラーフィルタＣＦは、例えば各色に着色された樹脂材料により形成されている。
【００１８】
バックライトＢＬから第１基板１０へ入射した光の一部はカラーフィルタＣＦを透過して第２基板２０側へ出射される。バックライトＢＬから第１基板１０へ入射し、反射層１２で反射された光は、第１基板１０のバックライトＢＬ側の主面、導光体ＬＧ、あるいは反射シート４０のいずれか、あるいは、これらの複数で反射してカラーフィルタＣＦを介して第２基板２０側へ出射し、再利用される。
【００１９】
第２基板２０は、透明絶縁基板ＳＢ２と、機械的光変調器としてのＭＥＭＳシャッタ２００と、を備えている。
【００２０】
透明絶縁基板ＳＢ２は、光透過性の絶縁材料、例えばガラスや樹脂により形成されている。
【００２１】
ＭＥＭＳシャッタ２００は、反射層１２の開口と対向する領域を開閉するように配置されている。ＭＥＭＳシャッタ２００は、透明絶縁基板ＳＢ２上に配置された複数の導電層Ｌ１、Ｌ２、および、層間絶縁膜により形成されている。
【００２２】
第１基板１０と第２基板２０との間には流体層としてオイル層３０が保持されている。オイル層３０は、ＭＥＭＳシャッタ２００の潤滑油となることが望ましく、所定の粘度未満となることが望ましい。また、オイル層３０は、所定の屈折率未満となることが望ましい。
【００２３】
オイル層３０は、例えば、脱イオン水、メタノール、エタノール、シリコン油、フッ素化シリコン油、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、およびジエチルベンゼン等の流体層である。
【００２４】
シール材ＳＬは、オイル層３０を囲むように配置している。シール材ＳＬは、第１基板１０と第２基板２０との間でオイル層３０を封止するとともに、第１基板１０と第２基板２０とが所定の間隙を置いて対向するように固定する。
【００２５】
図３は、ＭＥＭＳシャッタ２００の一構成例を概略的に示す図である。  
ＭＥＭＳシャッタ２００は、シャッタ２０２と、第１アーム２０４と、第１アンカ２０６と、第２アーム２０８と、第２アンカ２１０と、第１電極２１２と、第２電極２１４と、を備えている。
【００２６】
シャッタ２０２は、略矩形状の平板であって、主面が第２透明絶縁基板と略平行となるように配置されている。シャッタ２０２は、略矩形状の開口ＯＰを有している。
【００２７】
第１アーム２０４は、その一端がシャッタ２０２と接続し（あるいは一体に形成され）、他端は第１アンカ２０６と接続している（あるいは一体に形成されている）。第１アーム２０４の一端は、線ＩＶ−ＩＶと略直交する方向（第１方向Ｄ１）に延びたシャッタ２０２の端辺の略中央部に接続している。第１アーム２０４の一端は、第１方向Ｄ１に延びたシャッタ２０２の端辺から第１方向Ｄ１と略直交する方向（第２方向Ｄ２）に沿って延び、第１方向Ｄ１に沿って上方向または下方向に湾曲して第１アンカ２０６へ延びている。
【００２８】
なお、第１方向Ｄ１は例えば反射層１２の開口１２Ｏが配列する列方向であって、第２方向Ｄ２は例えば反射層１２の開口１２Ｏが配列する行方向である。
【００２９】
第１アンカ２０６は、第１方向Ｄ１におけるシャッタ２０２の端部の脇に配置されている。第１アンカ２０６は透明絶縁基板ＳＢ２に固定されている。
【００３０】
第１電極２１２は、第１方向Ｄ１において第１アンカ２０６および第１アーム２０４の間に配置されている。第１電極２１２は、第１方向Ｄ１の中央部から第１アーム２０４と第１アンカ２０６の接続部分近傍まで上方向および下方向に延びている。
【００３１】
第１電極２１２は、図示しない開信号配線と電気的に接続され、開信号配線から供給される電圧により生じる磁界によって第１アーム２０４を引き寄せてシャッタ２０２の開口ＯＰにより反射層１２の開口１２Ｏを露出する。第１アーム２０４は、第１電極２１２に所定の電圧が印加されていないときには、第１電極２１２と逆方向に移動して所定の位置に戻る。このように第１アーム２０４は、第１電極２１２に近付いたり離れたりすることが可能な弾性を有する材料により形成される。
【００３２】
第２アーム２０８は、その一端がシャッタ２０２と接続し（あるいは一体に形成され）、他端は第２アンカ２１０と接続している（あるいは一体に形成されている）。第２アーム２０８の一端は、第１方向Ｄ１に延びたシャッタ２０２の端辺の略中央部に接続している。第２アーム２０８の一端は、第１方向Ｄ１に延びたシャッタ２０２の端辺から第２方向Ｄ２に沿って延び、第１方向Ｄ１に沿って上方向または下方向に湾曲して第２アンカ２１０へ延びている。
【００３３】
第２アンカ２１０は、第１方向Ｄ１におけるシャッタ２０２の端部の脇に配置されている。第２アンカ２１０は透明絶縁基板ＳＢ２に固定されている。
【００３４】
第２電極２１４は、第１方向Ｄ１において第２アンカ２１０および第２アーム２０８の間に配置されている。第２電極２１４は、第１方向Ｄ１の中央部から第２アーム２０８と第２アンカ２１０の接続部分近傍まで上方向および下方向に延びている。
【００３５】
第２電極２１４は、図示しない閉信号配線と電気的に接続され、閉信号配線から供給される電圧により生じる磁界によって第２アーム２０８を引き寄せてシャッタ２０２により反射層１２の開口１２Ｏを閉じる。第２アーム２０８は、第２電極２１４に所定の電圧が印加されていないときには、第２電極２１４と逆方向に移動して所定の位置に戻る。このように第２アーム２０８は、第２電極２１４に近付いたり離れたりすることが可能な弾性を有する材料により形成される。
【００３６】
図４は、図３に示す線ＩＶ−ＩＶにおける第１基板１０の断面の一例を示す図である。  
ＭＥＭＳシャッタ２００は、第２透明絶縁基板ＳＢ２上に配置されている。第２透明絶縁基板ＳＢ２は支持基板として複数のＭＥＭＳシャッタ２００に共有されている。
【００３７】
第２透明絶縁基板ＳＢ２上には複数の導電層Ｌ１と導電層Ｌ２と絶縁層とが形成されている。例えば、導電層Ｌ１には第２方向Ｄ２に延びた配線が形成され、導電層Ｌ２には第１方向Ｄ１に延びた配線が形成されている。第１電極２１２および第２電極２１４に電圧を印加する開信号配線および閉信号配線は例えば導電層Ｌ２により形成されている。導電層Ｌ２の上層にＭＥＭＳシャッタ２００が配置されている。
【００３８】
開信号配線および閉信号配線は、第１方向Ｄ１に並んだＭＥＭＳシャッタ２００に共有され、第２透明絶縁基板ＳＢ２上に形成されたスイッチング素子（図示せず）を介して各ＭＥＭＳシャッタ２００と接続して。スイッチング素子は例えば薄膜トランジスタである。スイッチング素子のゲート電極電位は、例えば導電層Ｌ１に形成された制御配線により制御される。制御配線は、第２方向Ｄ２に並んだ複数のＭＥＭＳシャッタ２００に対応する複数のスイッチング素子に共有される。開信号配線および閉信号配線に印加される電圧信号およびスイッチング素子のオン／オフ信号は、表示装置の外部に設けられた外部信号源から供給される。
【００３９】
第２基板２０に形成される、ダイオード、トランジスタ、キャパシタ等の素子は、導電層Ｌ１、Ｌ２およびＭＥＭＳシャッタ２００と同層においてパターニングされてもよく、別途設けられた導電層を用いて形成されてもよい。
【００４０】
ここで、例えば、機械的光変調器としてのＭＥＭＳシャッタを有する表示装置と、フィールドシーケンシャル方式のバックライトとを組み合わせてカラー表示を行う場合、各画素から所望の色の光のみを透過させることが困難であり、色割れが生じることがあった。
【００４１】
これに対し、本実施形態の表示装置では、機械的光変調器としてのＭＥＭＳシャッタ２００とカラーフィルタＣＦとを用いて、白色光を出射するバックライトＢＬと組み合わせてカラー表示を行っている。このことにより、各画素を透過する光は、各色のカラーフィルタＣＦを透過した後に出射することとなり、各画素から所望の色の光のみを透過させることが容易であり、色割れが生じることを回避することができる。
【００４２】
また、フィールドシーケンシャル方式のバックライトと組み合わせた表示装置では、ＭＥＭＳシャッタ２００の開口率は約１２％である。さらに、バックライトにおいて光を反射してリサイクルすることにより光の利用効率は約５倍となるため、表示装置の開口率は約６０％に相当することとなる。
【００４３】
一方、本実施形態の表示装置では、フィールドシーケンシャル方式のバックライトと組み合わせる場合に対して画素数が３倍となるため、各画素の開口率が約１／３となる。更に、カラーフィルタＣＦを透過する光の透過率は約２５％である。したがって、本実施形態の表示装置は、フィールドシーケンシャル方式のバックライトを用いる場合と比較して約１／１２の透過率であり、約５％に相当する。この透過率は、液晶表示装置等の透過率と略同等の透過率であり、実用に十分耐え得る透過率である。
【００４４】
図５は、実施形態の表示装置の断面の他の例を概略的に示す図である。  
なお、以下の説明において上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
図５に示す例では、バックライトＢＬ上に第２基板２０が配置され、第２基板２０上に第１基板１０が配置されている。
【００４６】
第２基板２０は、例えば導電層Ｌ１に形成された反射層２２を有している。反射層２２は、マトリクス状に配置された開口２２Ｏを有している。導電層Ｌ１および導電層Ｌ２の上層にはＭＥＭＳシャッタ２００が配置され、シャッタ２０２の開口ＯＰは、反射層２２の開口２２Ｏを開閉するように配置される。
【００４７】
第１基板１０は、カラーフィルタＣＦを備える。カラーフィルタＣＦは、例えば、赤色カラーフィルタＲと、緑色カラーフィルタＧと、青色カラーフィルタＢとを含み、各色カラーフィルタが、開口２２Ｏと対向するように配置されている。なお、各色カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂ間の領域には反射層が配置されてもよく、黒色の着色樹脂等により遮光されてもよい。
【００４８】
上記の構成以外は、上述の実施形態と同様である。すなわち、図５に示す表示装置の例では、ＭＥＭＳシャッタ２００とカラーフィルタＣＦとを組み合わせて用いることにより、各画素から所望の色の光のみを透過させることが容易となり、色割れが生じることを回避することができる。また、図５に示す表示装置の例では、液晶表示装置等の透過率と略同等の透過率、すなわち、実用に十分耐え得る透過率を得ることができる。
【００４９】
すなわち、本実施形態の表示装置によれば、表示品位の良好な表示装置を提供することができる。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
ＢＬ…バックライト、ＬＳ…光源、ＬＧ…導光体、ＣＦ…カラーフィルタ、Ｒ…赤色カラーフィルタ、Ｇ…緑色カラーフィルタ、Ｂ…青色カラーフィルタ、ＯＰ、１２Ｏ、２２Ｏ…開口、Ｄ１…第１方向（列方向）、Ｄ２…第２方向（行方向）、１０…第１基板、１２…反射層、２０…第２基板、２２…反射層、３０…オイル層（流体層）、２００…ＭＥＭＳシャッタ（機械的光変調器）、２０２…シャッタ、２０４…第１アーム、２０６…第１アンカ、２０８…第２アーム、２１０…第２アンカ、２１２…第１電極、２１４…第２電極。
【図１】
2014126853.tif 000003
【図２】
2014126853.tif 000004
【図３】
2014126853.tif 000005
【図４】
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【図５】
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