JP3934269B2 - Flat panel display - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気応力により可動子を位置変化させて光変調を行う光変調素子を用いた平面表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
入射光の振幅(強度)、位相又は進行方向などを制御して、画像やパターン化されたデータ等を処理・表示するものに、光変調素子がある。光変調素子は、光を透過させる物質の屈折率を物質に印加する外場によって変化させ、屈折、回折、吸収、散乱等などの光学現象を介して、最終的にこの物質を透過又は反射する光の強度を制御する。この光変調素子の一つには、液晶の電気光学効果を利用した液晶光変調素子がある。この液晶光変調素子は、薄型の平面表示装置である液晶表示装置に好適に用いられている。
【0003】
液晶表示装置は、一対の導電性透明膜を形成した基板間に、基板と平行に且つ両基板間で90°ねじれた状態にするように配向したネマティック液晶を入れて封止し、これを直交した偏光板で挟んだ構造を有する。この液晶表示装置による表示は、導電性透明膜に電圧を印加することで液晶分子の長軸方向が基板に対して垂直に配向され、バックライトからの光の透過率が変化することを利用して行われる。良好な動画像対応性を持たせるためには、TFT(薄膜トランジスタ)を用いたアクティブマトリクス液晶パネルが使用される。
【0004】
プラズマ表示装置は、ネオン、ヘリウム、キセノン等の希ガスを封入した二枚のガラス板の間に、放電電極に相当する規則的に配列した直交方向の電極を多数配置し、それぞれの対向電極の交点部を単位画素とした構造を有する。このプラズマ表示装置による表示は、画像情報に基づき、それぞれの交点部を特定する対向電極に、選択的に電圧を印加することにより、交点部を放電発光させ、発生した紫外線により蛍光体を励起発光させて行われる。
【0005】
FEDは、微小間隔を介して一対のパネルを対向配置し、これらパネルの周囲を封止する平板状の表示管としての構造を有する。表示面側のパネルの内面には、蛍光膜が設けられ、背面パネル上には個々の単位発光領域毎に電界放出陰極が配列される。代表的な電界放出陰極は、微小サイズのエミッタティプと称される錐状突起状の電界放出型マイクロカソードを有している。このFEDによる表示は、エミッタティプを用いて電子を取り出し、これを蛍光体に加速照射することで、蛍光体を励起させて行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の平面表示装置には、以下に述べる種々の問題があった。即ち、液晶表示装置では、バックライトからの光を、偏光板、透明電極、カラーフィルターの多数層に透過させるため、光利用効率が低下する問題があった。また、高品位型にはTFTが必要とされ、且つ二枚の基板間に液晶を封入し、配向させなければならないことも相まって、大面積化が困難とある欠点があった。更に、配向した液晶分子に光を透過させるため、視野角度が狭くなる欠点があった。
【0007】
プラズマ表示装置では、画素毎にプラズマを発生させるための隔壁形成により製造コストが高くなると共に、大重量となる欠点があった。また、放電電極に相当する多数の電極を、単位画素毎に規則的に配列しなければならない。このため、高精細になると放電効率が低下し、また真空紫外線励起による蛍光体の発光効率が低いために、高電力効率で高精細、高輝度の画像が得難い欠点があった。更に、駆動電圧が高く、駆動ICが高価な欠点もあった。
【0008】
FEDでは、放電を高効率且つ安定化させるために、パネル内を超高真空にする必要があり、プラズマ表示装置と同様に製造コストが高くなる欠点があった。また、電界放出した電子を加速して蛍光体へ照射するため、高電圧が必要となる不利もあった。
【0009】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、光利用効率が良く、高真空化が不要で、且つ安価なコストで大面積化が可能であり、しかも、高画質が得られると共に、駆動電圧が低い光変調素子を用いた平面表示装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項1の平面表示装置は、複数の走査信号電極を平行に配列すると共に、複数の画像信号電極を走査信号電極に直交させて平行に配列し、前記走査信号電極と前記画像信号電極の交差部にそれぞれ形成される1画素領域内へ光変調素子をそれぞれ配設したアレイ型光変調素子を用いる平面表示装置であって、前記光変調素子が、変調する光に対して透明な透明基板と、該透明基板に対向する平面上で所定間隔を空けて設けられ、一部が透明基板に支持された導電性を有する帯状の可動子と、前記各可動子に設けた第1遮光部と、前記透明基板上の可動子と重合する光変調領域に開口部を残して敷設され、導電性を有する第2遮光部と、前記可動子と前記第2遮光部とに電圧印加することで、前記可動子を静電気力により透明基板面に対して略平行に第2遮光部と重合する位置まで移動させる可動子移動手段と、を有し、前記1画素領域内に複数本の前記可動子がそれぞれ別体に形成され、前記画素領域内の光変調領域を通る光の透過率を変化させて光変調するものであり、前記画像信号電極に接続された可動子と前記走査信号電極に接続された可動子とが前記第2遮光膜を挟んで交互に配置され、前記可動子移動手段は、前記画像信号電極に接続された可動子に隣接する一方の第2遮光膜が前記走査信号電極に接続されると共に、他方の第2遮光膜が前記画像信号電極に接続され、前記走査信号電極に接続された可動子に隣接する一方の第2遮光膜が前記画像信号電極に接続されると共に、他方の第2遮光膜が前記走査信号電極に接続されることを特徴とする。
【0011】
この平面表示装置では、各可動子を静電気の作用によって透明基板に対して略平行に変位させ、透明基板の光変調領域に対する各可動子の相対位置を変化させる。これにより透明基板に入射する光を光変調する。即ち、各可動子を透明基板の光変調領域に重合する位置に移動させることにより、透明基板に導入された光を遮断する一方、各可動子を第2遮光膜に吸引移動させることにより、透明基板に導入された光を光変調領域から光変調素子の上側に出射することができる。また、可動子を複数設けることにより、可動子の変位量を少なくすることができ、可動子も小型軽量化できることから、低電圧で高速な光変調を安定して行うことができる。
そして、各可動子及び第2遮光膜が画像信号電極と走査信号電極に接続されることにより、可動子の動作時に、可動子が極性の異なる隣接する第2遮光膜に吸引されて移動することで光変調される。また、可動子の移動方向が一義的に決定されるため、安定した移動動作が行われる。
【0012】
請求項2の平面表示装置は、前記可動子が、前記透明基板との接合部で一定の変形方向に対してだけ他方向より小さな剛性となる弾性異方性を有していることを特徴とする。
【0013】
この平面表示装置では、可動子の弾性変形部となる接合部に、可動子を移動させる方向に対しては小さな剛性を持たせることで、可動子と第2遮光部との間に静電吸引力が作用したときに、可動子が透明基板に対して略平行に移動可能になる。
【0014】
請求項3の平面表示装置は、前記接合部が、前記可動子の移動方向の断面形状を、移動方向に対しては短く、移動方向の直交方向に対しては長く形成していることを特徴とする。
【0015】
この平面表示装置では、可動子の移動方向に剛性が小さくなるように弾性変形部における断面形状のアスペクト比を設定することで、簡便にして弾性異方性を得ることができる。
【0016】
請求項4の平面表示装置は、前記接合部が、弾性異方性を有する材料により形成し、前記可動部の移動方向に対しては弾性定数が小さい方向に、移動方向の直交方向に対しては弾性定数が大きい方向に合わせて設けていることを特徴とする。
【0017】
この平面表示装置では、弾性変形部を弾性異方性を有する材料で形成することにより、材料自体の弾性異方性で可動子の移動方向を規定でき、可動子の形状を単純化することができ、製造プロセスを簡便化してコストダウンを図ることができる。
【0018】
請求項5の平面表示装置は、前記可動子移動手段が、各可動子の非動作時には前記可動子及び第2遮光膜の電位を全て一致させる一方、各可動子の動作時には可動子と第2遮光膜とが異なる電位となるように電圧を印加することを特徴とする。
【0019】
この平面表示装置では、各可動子の非動作時には、各可動子と第2遮光膜との電位が一致しているために静電気力は作用せずにニュートラル位置で静止する。また、各可動子の動作時には、隣接する可動子と第2遮光膜とが異なる電位となり、可動子は発生する静電吸引力により移動する。この移動によって正確且つ安定して光変調が行われる。
【0020】
請求項6の平面表示装置は、前記アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源と、前記アレイ型光変調素子を挟み前記平面光源の反対側に設けた蛍光体と、を具備し、前記アレイ型光変調素子を透過した光によって前記蛍光体を発光表示させることを特徴とする。
【0021】
この平面表示装置では、静電吸引動作によって可動子が第2遮光膜に吸引されると、透明基板に導入された光が光変調領域から光変調素子の上側へ出射され、出射された光が蛍光体に照射されることで蛍光体が励起して、画像情報に基づいた画像の表示を可能にする。
【0022】
請求項7の平面表示装置は、前記光源から出射される光が、紫外光であることを特徴とする。
【0023】
この平面表示装置では、蛍光体を励起することによる発光表示が可能となる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る平面表示装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明に係る平面表示装置の光変調素子の一部分を切り欠いた斜視図、図2に図1に示した光変調素子の基本動作を示す要部断面図を示した。
【0025】
図1に示すように、絶縁性を有し変調しようとする光に対して透明な透明基板1上には、一定の間隔を隔てて複数の遮光膜3(第2遮光部)を形成してある。この遮光膜3は、透明基板下側から導入された光を遮光して上側への光出射を阻止している。また、透明基板1上には一対の平行な帯状のスペーサ5が形成され、このスペーサ5の上面には可撓性を有する薄膜状の格子体7が形成されている。格子体7は、透明基板1上で、隣接する遮光膜3の間に配置される帯状の可動子8を複数形成しており、これら可動子8の長手方向両端を格子体7の枠部に支持することによりスリット(細長の間隙)9を形成している。このため、透明基板1と可動子8とは、スペーサ3の厚み分の間隙を隔てて対向配置されている。可動子8は、可動子8の長手方向両端の透明基板1との接合部となる部分に、断面積の小さくなったくびれ部11が形成されており、このくびれ部11が脆弱部となって変形することで、可動子8が透明基板1に対して略平行方向に移動可能になっている。
【0026】
くびれ部11は、一定の変形方向にだけ、他方向より小さな弾性定数を有するように形成されている。この例では、図2に示すように、透明基板1に垂直な方向(Z方向)に対しては剛性が大きく、透明基板1に平行な方向(X方向)に対しては剛性が小さくなっている。従って、可動子7に透明基板1側へ吸引される方向の力が作用すると、くびれ部11は主にX方向に変位して、可動子15は透明基板1に対して略平行に移動し、図2の二点鎖線で示す位置へ移動する。
【0027】
このようなくびれ部11の弾性異方性は、例えば、くびれ部11の断面形状により簡便にして持たせることができる。即ち、くびれ部11のZ方向の寸法を大きく、X方向の寸法を小さくする。これにより、Z方向に大きな剛性を有し、X方向に小さな剛性を有する弾性異方性を有したくびれ部11を形成することができる。
【0028】
また、くびれ部11の弾性異方性は、くびれ部11の積層構造により持たせることができる。即ち、低弾性膜と剛性膜とを交互に積層する。これにより、積層方向の剛性を小さくし、積層方向に直交する方向の剛性を大きくしたくびれ部11を形成することができる。
【0029】
さらに、くびれ部11の弾性異方性は、構造的な手段によって実現するものであってもよい。即ち、くびれ部11を、不図示の摺動子と、この摺動子に低摩擦で接する傾斜部とによって構成する。これにより、摺動子を傾斜部に沿って移動させることにより、変形方向の異方性を有したくびれ部11を得ることができる。尚、くびれ部11の異方性は、上述した手段の他に、弾性定数に異方性を有する異方性弾性材料を用い、材質的に実現するものであってもよい。
【0030】
可動子8は、X方向の断面形状が方形状となっており、遮光性及び導電性を有する遮光性導電膜(第1遮光部)15を敷設して形成されているが、その構成は遮光性導電膜15に限らず、遮光膜と導電膜とを個別に形成するものであっても良い。遮光性導電膜15としては、例えば金属、金属化合物、高不純物ドープ半導体、導電性高分子等を用いることができる。また、可動子8を遮光性絶縁体で形成し、その周囲に導電膜を形成しても良い。
【0031】
尚、前述の遮光膜3は、スリット9と同一幅かそれ以上の幅に形成されている。また、隣接する遮光膜3同士の間は、遮光膜3の形成されていない光変調領域17が形成される。従って、図1における透明基板1の下側から導入された光は、スリット9に相当する位置では遮光膜3によって透過が阻止され、光変調領域17に相当する位置では可動子8の遮光性導電膜15によって透過が阻止され、結局、図1における光変調素子20の上側へは透過されないことになる。
【0032】
このように構成された光変調素子20は、図3に一例として示す単純マトリクス構成のアレイ型光変調素子23を形成することができる。アレイ型光変調素子23は、複数の走査信号電極25を平行に配列すると共に、複数の画像信号電極29を走査信号電極25に直交させて平行に配列している。勿論、この例に限らず、光変調素子を一次元に配列したアレイ型光変調素子としても良い。この走査信号電極25,画像信号電極29、及び、これらに出力する信号を制御する図示しない制御装置が可動子移動手段に相当する。ここにおいて、図3は単純マトリクスの構成図であるが、図4に示すようにTFT等の半導体スイッチ28を画素毎に設けたアクティブマトリクスや、図示は省略するが、接点部を有する可撓薄膜の静電気動作により動作させる電気機械スイッチを画素毎に設けたアクティブマトリクスの構成であっても良い。このようなアクティブマトリクス構成により、素子制御を簡略化できると共に表示画像のコントラストを向上させることができる。
【0033】
ここで、単純マトリクス構成における画素部について説明する。光変調素子20は、走査信号電極25と画像信号電極29の交差部にそれぞれ設けてある。図5はアレイ型光変調素子23内の各光変調素子20に対する配線を示している。図5によれば、走査信号ライン25又は画像信号ライン29のいずれか一方に接続される可動子8の遮光性導電膜15と、該可動子8に隣接し他方の信号ラインに接続される透明基板1上の遮光性導電膜3とが1つの組となって、それぞれ複数組が形成されるように各遮光性電電膜3,15が接続されている。これら各組がそれぞれ1つの光変調部を形成している。このような素子構成と電極接続により、走査信号電極25と画像信号電極29の電圧が共に0[V]のときは、図5 (a)に示すように可動子8はニュートラル状態である遮光状態となり、いずれか一方の電極電圧が駆動電圧Va[V]のときは、図5 (b)に示すように可動子8は静電気力により移動して光透過状態となる。
【0034】
次に、このように構成される光変調素子20,及びアレイ型光変調素子23の具体的な駆動方法を説明する。図6 (a)に示すように、走査信号電極25,画像信号電極29が同電位(0[V])である場合は、可動子8は光変調領域17の上方に重なって位置し、光変調領域17を通過した光の光変調素子20上側への出射を阻止する。
【0035】
一方、図6 (b)に示すように、走査時、画像信号電極29に画像信号電圧Vaが印加され、走査信号電極25に0[V]の電圧が印加された場合は、静電吸引力によって、異なる電極に接続された可動子8と遮光性導電膜15同が吸引されて、図中矢印で示すように透明基板1に対して平行に移動する。この結果、光変調領域17における可動子8による光の遮光がなくなり、透明基板1を通過した光が光変調領域17から出射され、2値の光変調が可能になる。この基本原理により、図3に示した単純マトリクス構造で2次元光変調アレイ素子を駆動することができる。この例では、走査信号電極25と画像信号電極29との電圧と、それによる可動子8の変位との関係がヒステリシス特性を有することを利用し、その特性に応じて適応な電圧を両電極25,29に印加することにより行われる。
【0036】
尚、上記第1実施形態において、印加電圧を全て0[V]としたニュートラル位置を図6 (a)に示す遮光位置に設定し、図6 (a)に示す遮光位置と図6 (b)に示す光透過位置との2値制御とすると、透明基板1及び可動子8の遮光領域を、セルフアライメントにより同時に且つ高精度で形成することが可能となる。
【0037】
次に、このセルフアライメントによる光変調素子の形成方法を具体的に説明する。図1の光変調素子は、主としてフォトリソグラフィーによるパターニング、エッチング、選択メッキ、印刷、転写等の種々の薄膜プロセス、厚膜プロセスにより形成することができる。これらの形成プロセスによれば、光変調部の高密度配列が可能となる。そこで、光変調素子の形成方法の一例として、フォトリソグラフィー及びエッチングによる方法を図7を用いて説明する。まず、図7 (a)において、変調する光に対して透明な基板、例えばガラス等の透明基板1上に犠牲層31としてレジスト膜を塗布により成膜する。レジストの他にも、可動子の材料によってはアルミ等の金属も使用できる。この犠牲層31は後に透明基板1と可動子8を分離する膜として用いられると同時に、図1に示すように可動子8と透明基板1とを支持するスペーサ5として用いられる。また、特に可動子8の絶縁膜として酸、及びアルカリに比較的強いポリイミド等の高分子を用いる場合には、犠牲層31としてアルミ等の金属も使用できる。そして、犠牲層31の上に可動子8の主構成となる絶縁膜32、例えばポリイミド等の高分子を成膜する。この高分子としては特に感光性高分子が好ましい。
【0038】
上記の絶縁膜をパターニングすることにより、図7 (b)に示すように可動子8となる絶縁体32aを形成する。このときのパターニング方法としては、絶縁膜32が感光性高分子の場合は通常のフォトリソ現像が用いられ、また、絶縁膜材料によってはフォトリソによるパターン形成の後、絶縁膜のエッチングを行うプロセスが用いられる。具体的には、酸、アルカリ溶液によるウェットエッチング、プラズマによるドライエッチング、RIE等の異方性ドライエッチング等が好適に用いられ、構成材料により適宜選択される。
【0039】
次に、図7 (c)に示すように犠牲層31を除去する。このときのエッチング法は、犠牲層31の材料及び可動子8を構成する材料によって好適に選択され、アセトン等の溶剤、アルカリ系溶剤、酸、アルカリ水溶液等によるウェットエッチング、又はプラズマによるアッシング等により除去される。但し、エッチング処理時間は最適に制御され、可動子8と透明基板1とを支持するスペーサ5を残すように処理される。
【0040】
最後に、図7 (d)に示すように、第1遮光部としての導電性遮光膜15、第2遮光部としての導電性遮光膜3を、例えばアルミ、クロム等の金属、又は金属化合物等を蒸着法等により成膜する。この後、電極を形成するために可動子以外の領域の導電性遮光膜をパターニングする。これにより、隣接する可動子8間の透明基板1上には導電性遮光膜3が形成されると共に、可動子8上には導電性遮光膜15が形成され、ニュートラル位置における可動子8と遮光膜3との隙間が殆どなくなり、漏れ光の極めて少ない遮光膜が形成でき、以て、高精度の露光アライメントが不要となる。尚、上記プロセスは一例であって、他のいずれの方法であっても良い。また、素子の構成も今までの例に限らない、即ち、遮光性を有する可動子8と透明基板1上の遮光膜との間に静電気力を発生させ、可動子8の移動に伴う素子の光透過率変化を利用する構成であれば良い。
【0041】
以上説明したように、本実施形態の光変調素子は、可動子8が隣接する光変調領域17に重合するまでの距離を、可動子8が平行移動して光変調を行うため、可動子8の変位量が小さくなり、応答速度をより高速にすることができる。さらに、プラズマ表示のように画素毎にプラズマを発生させるための隔壁形成やFEDのように超高真空化が不要となるので、簡単な構成により軽量化、且つ大面積化を容易とすることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【0042】
次に、上述の光変調素子を用いて平面表示装置を構成した第2実施形態を説明する。図8に本発明に係る平面表示装置40の断面図を示した。本実施形態の光変調素子としては、第1実施形態の光変調素子20を一例として用いている。本実施形態の平面表示装置40の構成では、光変調素子20の透明基板1の下面に紫外線出力部となる紫外線平面光源41を配設している。そして、光変調素子40の上方には前面板42が設けられ、該前面板42の光変調素子20側の面には蛍光体43a、43b、…が各光変調素子20毎に設けてある。また、各蛍光体の間にはブラックマトリクス45が設けられ、表示画像のコントラストを向上させている。
【0043】
このような平面表示装置40の構成により、平面光源41からの光は透明基板1内に進入し、光変調素子の光透過時においては、図8における透明基板1の上面に導かれる。そして、光変調素子20からの光が蛍光体43a,43bに照射されることで、蛍光体は励起して発光し、所望の画像が形成される。上記蛍光体としては、三原色(例えばR、G、B)の蛍光体を順次設けてカラー画像を表示可能にしても良く、単色の蛍光体だけで構成してモノクロ画像表示用としても良い。
【0044】
尚、平面表示装置40の光変調素子20は、透明基板1と前面板42との間を脱気した後、希ガスを封入して全体を封止し、外乱の影響を防止して安定化を図るものであっても良い。
【0045】
次に、このように構成された平面表示装置40の作用を説明する。走査信号電極25、画像信号電極29が同電位の場合、可動子8は、光変調領域17の上方に重なって位置し、平面光源41からの光は、可動子8と、遮光性導電膜3とで阻止され、透明基板1の上面側へは透過しない。
【0046】
走査時、画像信号電極29と走査信号電極25との間に十分な電圧が印加されると、静電吸引力によって、1画素領域内の各可動子8が透明基板1上の遮光性導電膜3に吸引されて一斉に移動する。この結果、可動子8による光の遮断がなくなり、透明基板1を通った光が光変調領域17から出射される。出射した光は、蛍光体43a、43bを励起して、画像情報に基づいた画像を表示する。
【0047】
この光変調素子が2値で制御される場合、1画面を表示するフィールド周期を複数のサブフィールドに分割し、各々のサブフィールドで独立に2値制御を行って多階調を得る駆動方法によってフルカラー表示が可能である。また、アクティブマトリクス駆動方法によれば様々な連続階調の光変調が可能で、フルカラー表示が可能となる。
【0048】
このように、上述の平面表示装置40によれば、透明基板1から出射された光が、直接蛍光体43a、43bを照射して励起するので、光利用効率を向上させることができる。また、蛍光体は散乱発光するので、液晶分子の配向により光を透過させる液晶表示装置に比べ、視野角度を広くすることができる。さらに、アレイ化が容易であるので、製造コストを安価にできる。そして、可動子8の材料に低弾性材料、例えばポリイミド等の高分子を用いたり、形状を最適化することにより、プラズマ表示装置等に比べて十分駆動電圧を低くすることができる。
【0049】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る表示装置によれば、各可動子を静電気の作用によって透明基板に対して略平行に変位させ、透明基板上の光変調領域との相互位置を変化させることにより、透明基板に導入される光を変調する。従って、光変調に要する可動子の必要変位量を小さくすることができ、優れた高速応答性を確保することができると共に、駆動電圧を低く抑えることができ駆動電力を低減することができる。また、可動子と透明基板上の第2遮光膜とを静電吸引するだけの簡単な原理により光変調が行えるため、光変調素子の構成を簡略化でき、製造プロセスが簡便化され、以て、コスト低減を図ることができる。また、光変調素子を一次元又は二次元のマトリクス状に配置して構成することで、一次元又は二次元の光変調を簡便にして行うことができる。そして、各可動子及び第2遮光膜が画像信号電極と走査信号電極に接続されることにより、可動子の動作時に、可動子が極性の異なる隣接する第2遮光膜に吸引されて移動することで光変調される。また、可動子の移動方向が一義的に決定されるため、安定した移動動作が行われる。さらに、本発明に係る表示装置は、透明基板から出射された光が、直接蛍光体を励起するので、光利用効率の低減を抑止しつつ、高輝度で視野角依存性の無い表示を行うことができる。さらに、プラズマ表示のように画素毎にプラズマを発生させるための隔壁形成や、FEDのように超高真空化が不要となるので、軽量化、且つ大画面化が容易となり、製造コストも安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る平面表示装置の光変調素子の一部分を切り欠いた斜視図である。
【図2】可動子の移動方向を示す図1のX断面図である。
【図3】図1の光変調素子を単純マトリクス構成として配列したアレイ型光変調素子の平面図である。
【図4】図1の光変調素子をアクティブマトリクス構成として配列したアレイ型光変調素子の平面図である。
【図5】光変調素子の走査信号ライン及び画像信号ラインとの結線状態を示す結線図である。
【図6】光変調素子の各動作状態を説明する要部断面図である。
【図7】光変調素子を形成するまでのプロセスの一例を説明する要部断面図である。
【図8】本発明に係る表示装置の要部断面図である。
【符号の説明】
1 透明基板
3 遮光性導電膜(第2遮光部)
8 可動子
9 スリット
11 くびれ部
15 遮光性導電膜(第2遮光部)
17 光変調領域
20 光変調素子
23 アレイ型光変調素子
25 走査信号電極
29 画像信号電極
40 表示装置
41 平面光源
43a,43b 蛍光体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flat display device using a light modulation element that performs light modulation by changing the position of a movable element by electrostatic stress.
[0002]
[Prior art]
There is a light modulation element that processes and displays an image and patterned data by controlling the amplitude (intensity), phase, or traveling direction of incident light. The light modulation element changes the refractive index of a substance that transmits light by an external field applied to the substance, and finally transmits or reflects this substance through optical phenomena such as refraction, diffraction, absorption, and scattering. Control the intensity of light. One of the light modulation elements is a liquid crystal light modulation element using the electro-optic effect of liquid crystal. This liquid crystal light modulation element is suitably used for a liquid crystal display device which is a thin flat display device.
[0003]
The liquid crystal display device is sealed by inserting nematic liquid crystal aligned so as to be twisted by 90 ° between the substrates in parallel and between the substrates on which the pair of conductive transparent films are formed. It has a structure sandwiched between polarizing plates. The display using this liquid crystal display device utilizes the fact that by applying a voltage to the conductive transparent film, the major axis direction of the liquid crystal molecules is aligned perpendicular to the substrate, and the transmittance of light from the backlight changes. Done. An active matrix liquid crystal panel using TFTs (thin film transistors) is used to provide good moving image compatibility.
[0004]
The plasma display device has a plurality of regularly arranged orthogonal electrodes corresponding to discharge electrodes arranged between two glass plates filled with a rare gas such as neon, helium, xenon, etc. Is a unit pixel. The display by this plasma display device is based on image information, by selectively applying a voltage to the counter electrode that identifies each intersection, causing the intersection to discharge light, and the generated ultraviolet light is excited and emitted. To be done.
[0005]
The FED has a structure as a flat display tube in which a pair of panels are arranged to face each other with a minute interval and the periphery of these panels is sealed. A fluorescent film is provided on the inner surface of the panel on the display surface side, and a field emission cathode is arranged for each unit light emitting region on the rear panel. A typical field emission cathode has a conical-projection field emission type microcathode called a micro-sized emitter tip. The display by the FED is performed by exciting the phosphor by taking out electrons using an emitter tip and irradiating the electrons with acceleration.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional flat display device has various problems described below. That is, the liquid crystal display device has a problem in that light utilization efficiency is lowered because light from the backlight is transmitted through multiple layers of a polarizing plate, a transparent electrode, and a color filter. In addition, the high-quality type requires a TFT, and liquid crystal must be sealed between two substrates to be aligned, which makes it difficult to increase the area. Further, since light is transmitted through the aligned liquid crystal molecules, there is a drawback that the viewing angle is narrowed.
[0007]
In the plasma display device, there is a disadvantage that the manufacturing cost is increased and the weight is increased due to the formation of the partition for generating plasma for each pixel. In addition, a large number of electrodes corresponding to the discharge electrodes must be regularly arranged for each unit pixel. For this reason, the discharge efficiency is reduced when the resolution is high, and the luminous efficiency of the phosphor by vacuum ultraviolet light excitation is low, so that there is a drawback that it is difficult to obtain a high-definition and high-brightness image with high power efficiency. Furthermore, there is a drawback that the drive voltage is high and the drive IC is expensive.
[0008]
In the FED, in order to stabilize the discharge with high efficiency, it is necessary to set the inside of the panel to an ultra-high vacuum, and there is a drawback that the manufacturing cost becomes high like the plasma display device. In addition, since the electrons emitted from the field are accelerated to irradiate the phosphor, there is a disadvantage that a high voltage is required.
[0009]
The present invention has been made in view of the above situation, and has a high light utilization efficiency, does not require a high vacuum, can be increased in area at a low cost, and can provide high image quality and a driving voltage. An object of the present invention is to provide a flat panel display device using a light modulation element having a low level.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a flat display device according to
[0011]
In this flat display device, each mover is displaced substantially parallel to the transparent substrate by the action of static electricity, and the relative position of each mover with respect to the light modulation region of the transparent substrate is changed. As a result, light incident on the transparent substrate is modulated. That is, by moving each mover to a position where it overlaps with the light modulation region of the transparent substrate, the light introduced into the transparent substrate is blocked, while each mover is moved to the second light-shielding film by suction. The light introduced into the substrate can be emitted from the light modulation region to the upper side of the light modulation element. Also, by providing a plurality of movers, the amount of displacement of the mover can be reduced, and the mover can also be reduced in size and weight, so that high-speed light modulation can be stably performed at a low voltage.
Each movable element and the second light shielding film are connected to the image signal electrode and the scanning signal electrode, so that the movable element is attracted and moved by the adjacent second light shielding film having different polarities when the movable element is operated. Is optically modulated. Further, since the moving direction of the mover is uniquely determined, a stable moving operation is performed.
[0012]
The flat display device according to claim 2, wherein the movable element has elastic anisotropy having rigidity smaller than other directions only in a certain deformation direction at a joint portion with the transparent substrate. To do.
[0013]
In this flat display device, the joint that is the elastically deforming portion of the mover is given a small rigidity in the direction in which the mover is moved, thereby electrostatically attracting between the mover and the second light shielding portion. When a force is applied, the mover can move substantially parallel to the transparent substrate.
[0014]
The flat display device according to
[0015]
In this flat display device, the elastic anisotropy can be easily obtained by setting the aspect ratio of the cross-sectional shape in the elastically deforming portion so that the rigidity is reduced in the moving direction of the mover.
[0016]
In the flat display device according to
[0017]
In this flat display device, by forming the elastically deforming portion with a material having elastic anisotropy, the moving direction of the mover can be defined by the elastic anisotropy of the material itself, and the shape of the mover can be simplified. The manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
[0018]
The flat display device according to
[0019]
In this flat display device, when each movable element is not in operation, the potential of each movable element and the second light-shielding film coincide with each other, so that the electrostatic force does not act and stops at the neutral position. Further, when each mover operates, the adjacent mover and the second light shielding film have different potentials, and the mover moves by the generated electrostatic attraction force. By this movement, light modulation is performed accurately and stably.
[0020]
Claim6The flat display device includes a flat light source disposed opposite to the array light modulation element, and a phosphor provided on the opposite side of the flat light source with the array light modulation element interposed therebetween, and the array light modulation The phosphor is caused to emit light by light transmitted through the element.
[0021]
In this flat display device, when the mover is attracted to the second light shielding film by the electrostatic attraction operation, the light introduced into the transparent substrate is emitted from the light modulation region to the upper side of the light modulation element, and the emitted light is By irradiating the phosphor, the phosphor is excited, and an image based on the image information can be displayed.
[0022]
Claim7This flat display device is characterized in that the light emitted from the light source is ultraviolet light.
[0023]
In this flat display device, light emission display can be performed by exciting the phosphor.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a flat display device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view in which a part of a light modulation element of a flat display device according to the present invention is cut out, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part showing the basic operation of the light modulation element shown in FIG.
[0025]
As shown in FIG. 1, a plurality of light-shielding films 3 (second light-shielding portions) are formed on a
[0026]
The
[0027]
Such elastic anisotropy of the
[0028]
Further, the elastic anisotropy of the
[0029]
Further, the elastic anisotropy of the
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
Here, the pixel portion in the simple matrix configuration will be described. The
[0034]
Next, a specific driving method of the
[0035]
On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the image signal voltage Va is applied to the
[0036]
In the first embodiment, the neutral position where the applied voltages are all 0 [V] is set to the light shielding position shown in FIG. 6A, and the light shielding position shown in FIG. 6A and FIG. If the binary control with respect to the light transmission position shown in FIG. 2 is performed, the light shielding regions of the
[0037]
Next, a method for forming a light modulation element by self-alignment will be specifically described. The light modulation element of FIG. 1 can be formed mainly by various thin film processes such as patterning by photolithography, etching, selective plating, printing, transfer, and thick film processes. According to these formation processes, it is possible to arrange the light modulation portions at high density. Therefore, as an example of a method for forming a light modulation element, a method using photolithography and etching will be described with reference to FIGS. First, in FIG. 7A, a resist film is formed as a
[0038]
By patterning the insulating film, an insulator 32a to be the
[0039]
Next, the
[0040]
Finally, as shown in FIG. 7 (d), the conductive light-shielding
[0041]
As described above, the light modulation element of the present embodiment performs the light modulation by moving the
[0042]
Next, a second embodiment in which a flat display device is configured using the above-described light modulation element will be described. FIG. 8 shows a cross-sectional view of a
[0043]
With such a configuration of the
[0044]
The
[0045]
Next, the operation of the
[0046]
When a sufficient voltage is applied between the
[0047]
When this light modulation element is controlled in binary, a field cycle for displaying one screen is divided into a plurality of subfields, and binary control is independently performed in each subfield to obtain a multi-gradation. Full color display is possible. Further, according to the active matrix driving method, light modulation of various continuous gradations is possible, and full color display is possible.
[0048]
Thus, according to the above-described
[0049]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the display device of the present invention, each movable element is displaced substantially parallel to the transparent substrate by the action of static electricity, and the mutual position with the light modulation region on the transparent substrate is changed. By doing so, the light introduced into the transparent substrate is modulated. Accordingly, it is possible to reduce the required displacement amount of the mover required for light modulation, to ensure excellent high-speed response, to suppress the driving voltage low, and to reduce the driving power. Further, since light modulation can be performed based on the simple principle of electrostatic attraction between the mover and the second light shielding film on the transparent substrate, the structure of the light modulation element can be simplified, and the manufacturing process is simplified. Cost reduction can be achieved. Further, by arranging the light modulation elements in a one-dimensional or two-dimensional matrix, one-dimensional or two-dimensional light modulation can be easily performed.Each movable element and the second light shielding film are connected to the image signal electrode and the scanning signal electrode, so that the movable element is attracted and moved by the adjacent second light shielding film having different polarities when the movable element is operated. Is optically modulated. Further, since the moving direction of the mover is uniquely determined, a stable moving operation is performed. furtherIn the display device according to the present invention, since the light emitted from the transparent substrate directly excites the phosphor, it is possible to perform display with high brightness and no viewing angle dependency while suppressing reduction in light utilization efficiency. it can. Furthermore, it is not necessary to form partition walls for generating plasma for each pixel as in plasma display, or to use ultra-high vacuum as in FED, making it easy to reduce weight and increase screen size, and reduce manufacturing costs. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view in which a part of a light modulation element of a flat display device according to the present invention is cut away.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line X in FIG. 1 showing the moving direction of the mover.
3 is a plan view of an array type light modulation element in which the light modulation elements in FIG. 1 are arranged in a simple matrix configuration.
4 is a plan view of an array type light modulation element in which the light modulation elements in FIG. 1 are arranged in an active matrix configuration. FIG.
FIG. 5 is a connection diagram illustrating a connection state between a scanning signal line and an image signal line of the light modulation element.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part for explaining each operation state of the light modulation element.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a principal part for explaining an example of a process until a light modulation element is formed.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a display device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Transparent substrate
3 Light-shielding conductive film (second light-shielding part)
8 Mover
9 Slit
11 Constriction
15 Light-shielding conductive film (second light-shielding part)
17 Light modulation area
20 Light modulation element
23 Array light modulator
25 Scanning signal electrode
29 Image signal electrode
40 Display device
41 Planar light source
43a, 43b phosphor
Claims (7)
前記光変調素子が、
変調する光に対して透明な透明基板と、
該透明基板に対向する平面上で所定間隔を空けて設けられ、一部が透明基板に支持された導電性を有する帯状の可動子と、
前記各可動子に設けた第1遮光部と、
前記透明基板上の可動子と重合する光変調領域に開口部を残して敷設され、導電性を有する第2遮光部と、
前記可動子と前記第2遮光部とに電圧印加することで、前記可動子を静電気力により透明基板面に対して略平行に第2遮光部と重合する位置まで移動させる可動子移動手段と、
を有し、
前記1画素領域内に複数本の前記可動子がそれぞれ別体に形成され、前記画素領域内の光変調領域を通る光の透過率を変化させて光変調するものであり、
前記画像信号電極に接続された可動子と前記走査信号電極に接続された可動子とが前記第2遮光膜を挟んで交互に配置され、
前記可動子移動手段は、前記画像信号電極に接続された可動子に隣接する一方の第2遮光膜が前記走査信号電極に接続されると共に、他方の第2遮光膜が前記画像信号電極に接続され、
前記走査信号電極に接続された可動子に隣接する一方の第2遮光膜が前記画像信号電極に接続されると共に、他方の第2遮光膜が前記走査信号電極に接続されることを特徴とする平面表示装置。 A plurality of scanning signal electrodes are arranged in parallel, and a plurality of image signal electrodes are arranged in parallel so as to be orthogonal to the scanning signal electrodes. A flat panel display device using an array type light modulation element in which the light modulation elements are arranged,
The light modulation element is
A transparent substrate transparent to the light to be modulated;
A conductive belt-like movable element provided at a predetermined interval on a plane facing the transparent substrate and having a part supported by the transparent substrate;
A first light shield provided on each of the movers;
A second light-shielding portion that is laid with leaving an opening in a light modulation region that overlaps with the mover on the transparent substrate, and has conductivity,
Movable element moving means for applying a voltage to the movable element and the second light shielding part to move the movable element to a position overlapping with the second light shielding part substantially parallel to the transparent substrate surface by electrostatic force;
Have
A plurality of the movable elements are formed separately in the one pixel area, and light modulation is performed by changing the transmittance of light passing through the light modulation area in the pixel area .
Movers connected to the image signal electrodes and movers connected to the scanning signal electrodes are alternately arranged with the second light shielding film interposed therebetween,
The mover moving means has one second light-shielding film adjacent to the mover connected to the image signal electrode connected to the scanning signal electrode and the other second light-shielding film connected to the image signal electrode. And
One of the second light shielding films adjacent to the movable element connected to the scanning signal electrode is connected to the image signal electrode, and the other second light shielding film is connected to the scanning signal electrode. Flat display device.
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