DE60031211T2

DE60031211T2 - Auf einem elektrooptischen Material basierende Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE60031211T2
Application number: DE60031211T
Authority: DE
Inventors: Ken A. Fremont Nishimura
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Wistron Corp
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: DE60031211D1; EP1079258A3; US20020054266A1; US6721029B2; EP1079258A2; JP2001125498A; EP1079258B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft im allgemeinen Video- und Graphikanzeigevorrichtungen und insbesondere Mikroanzeigen, die Flüssigkristall-Materialien auf Silizium verwenden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Verwendung von Flüssigkristall-Materialien in Mikroanzeigen ist eine relativ neue Technologie. Das Flüssigkristall-Material, das die optische Komponente der Mikroanzeige bildet, wird direkt auf einer integrierten Schaltung aus Silizium, oder einem Pixelarray, plaziert und die Signale zum Ein- und Ausschalten der einzelnen Bildelemente, oder Pixel, der Mikroanzeige werden auf der integrierten Schaltung aus Silizium erzeugt.
Der Begriff „Mikroanzeige" wird verwendet, da die Anzeige bei einer typischen Ausführung ein Array von 1024 × 768 Pixeln (die Größe eines einzelnen Pixels beträgt etwa 12 μ) hat und der Siliziumchip eine Fläche von etwa 1,3 cm × 1 cm hat.
Die Mikroanzeige arbeitet mit einer Beleuchtungseinrichtung, die unpolarisiertes Licht von einer gewöhnlichen Lichtquelle in einen auf die Mikroanzeige gerichteten Strahl aus polarisiertem Licht umwandelt. Die Mikroanzeige reflektiert das Licht derart, daß die Polarisationsebene des Lichts entweder gedreht oder nicht gedreht wird. Dann wird das Licht an die Beleuchtungseinrichtung zurückgegeben, die als Analysator fungiert und bewirkt, daß die Pixel entweder hell oder dunkel sind, je nachdem, ob die Polarisationsebene gedreht wurde. Über der Beleuchtungseinrichtung/dem Analysator befindet sich eine Betrachtungsoptik, die das Bild erzeugt.
Die Anwendungsmöglichkeiten für diese Mikroanzeigen werden immer zahlreicher. Bei einer Anwendung werden sie für Sucher von Digitalkameras oder Camcordern verwendet. Bei einer anderen Anwendung werden zwei Mikroanzeigen an einem Rahmen befestigt, beispielsweise bei Brillen, wodurch sie einem Benutzer ein virtuelles Bild eines virtuellen Computerbildschirms vermitteln, der ein geringes Gewicht hat und zudem viel Privatsphäre bietet.
Desweiteren kommen sie in Projektionsbildschirmen zum Einsatz, die in Konferenzräumen verwendet werden. Da die Mikroanzeige reflektierend ist, kann Licht von hoher Intensität zur Beleuchtung der Mikroanzeige verwendet werden, und durch Verwendung einer optischen Projektionseinrichtung kann ein Bild der Mikroanzeige auf einen großen Schirm projiziert werden.
Bei der Herstellung durchläuft der Siliziumchip, der die fertige Schaltungsanordnung enthält, die folgenden Schritte. Ein adhäsiver Dichtungsring, der das Flüssigkristall-Material einschließt, wird um das Pixelarray herum in einem Anzeigebereich plaziert. Direkt nach Anordnen des Rings wird ein Glas mit leitfähiger Beschichtung auf dem Ring plaziert, wodurch eine Kammer für das Flüssigkristall-Material gebildet wird. Die Beschichtung auf dem Glas ist für gewöhnlich Indiumzinnoxid (ITO = Indium Tin Oxide), da dieses bei Dicken besonders leitfähig ist, die es im sichtbaren Spektrum transparent machen. Die Beschichtung ist auf der Oberfläche des Glases mit dem Flüssigkristall-Material in Kontakt und bildet eine elektrisch leitfähige, aber transparente gemeinsame Elektrode. Die gemeinsame Elektrode bildet die elektrische Zelle, die das Bild zusammen mit dem Anzeigebereich und dem Flüssigkristall-Material erzeugt.
Nach Anhaften des beschichteten Glases auf dem Siliziumchip mittels des adhäsiven Dichtungsrings wird das Flüssigkristall-Material in den Raum zwischen dem Glas und dem Siliziumchip eingebracht. Danach wird ein mechanischer Kontakt mit der beschichteten Oberfläche des Glases hergestellt. Der mechanische Kontakt ist notwendig, um die Vorspannung der gemeinsamen Elektrode an das beschichtete Glas anzulegen. Das Glas und der Siliziumchip müssen physisch versetzt sein, so daß ein mechanischer Kontakt mit der beschichteten Oberfläche des Glases mittels eines mechanischen Clips hergestellt werden kam. Dies ist bei der Herstellung von Nachteil, da es somit schwierig ist, den Siliziumchip sauber zu ritzen und ihn von dem Siliziumwafer abzubrechen, auf dem die Mikroanzeigen in Masse gefertigt werden. Nachdem eine einzelne Mikroanzeigevorrichtung abgetrennt wurde, wird die Mikroanzeige in einer eine Anzeige verwendenden Vorrichtung plaziert und Bonddrähte werden mit den Bond-Pads von der eine Anzeige verwendenden Vorrichtung verbunden.
In jüngster Zeit wurden Mikroanzeigen hergestellt, bei denen Leuchtdioden anstelle des Flüssigkristall-Materials auf dem Pixelarray plaziert werden. Diese emissive Anzeige ist aber auch die Problematik einer erforderlichen transparenten gemeinsamen Elektrode verbunden. Da diese Mikroanzeigen in Massenproduktion hergestellt werden, führen selbst geringe Kostensenkungen zu der Einsparung erheblicher Geldsummen. Daher gibt es anhaltende Bemühungen, Kosten zu senken und die Herstellung zu vereinfachen.
In dem Dokument JP 11064874 ist eine LCD-Vorrichtung beschrieben, die ein Substrat und einen Anschluß für eine vertikale leitende Verbindung sowie eine Pad-Gruppe als Befestigungsanschluß zum Verbinden eines Treibers mit der LCD-Anzeige hat. Eine Vorspannung für die Anzeige muß von Treibereinrichtungen erzeugt werden, die nicht in der LCD-Vorrichtung enthalten sind.
Das Dokument JP 08062616 A offenbart eine LCD-Anzeige, die transparente Elektroden und Verbindungsanschlußpads zum Verbinden externer Schaltungen hat. Die LCD-Anzeige enthält keine Einrichtung zum Erzeugen einer Vorspannung für eine gemeinsame Elektrode.
Das Dokument JP 11084425 beschreibt eine LCD-Vorrichtung, die zwei Substrate und einen Bereich hat, in dem eines der Substrate vertieft ist. Treiber-ICs, die als Siliziumchips vorgesehen sind, sind mit einer Chip-auf-Glas-Technologie auf einem der Substrate befestigt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht eine Mikroanzeige nach Anspruch 1 vor.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Mikroanzeige vor, bei der die Schaltung auf dem Siliziumchip angeordnet ist, die erforderlich ist, um die Vorspannung für eine gemeinsame Elektrode zu erzeugen, um den elektrisch beschichteten Glasabschnitt der Mikroanzeige zu treiben. Somit muß der Vorspannungserzeuger für eine gemeinsame Elektrode nicht mehr auf oder in einer von der Mikroanzeige separaten Komponente vorgesehen sein. Dies führt zu einer höheren Integration bei der Mikroanzeige.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Mikroanzeige vor, bei der keine mechanischen Befestigungselemente und kein Glasüberhang erforderlich sind, der die Abtrennung des Siliziumchips von dem Silizumwafer beeinflußt, in dem er hergestellt wird.
Die oben genannten sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 (STAND DER TECHNIK) ist eine Draufsicht einer Mikroanzeige nach dem Stand der Technik;
2 (STAND DER TECHNIK) ist eine Querschnittsansicht der Mikroanzeige entlang der Linie 2-2 von 1 (STAND DER TECHNIK);
3 ist eine Draufsicht einer Mikroanzeige der vorliegenden Erfindung; und
4 ist eine Querschnittsansicht der Mikroanzeige entlang der Linie 4-4 von 3.
BESTER AUSFÜHRUNGSMODUS DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf 1 (STAND DER TECHNIK) und 2 (STAND DER TECHNIK) ist eine Mikroanzeige 10 gezeigt, die auf einem Siliziumchip 12 hergestellt wird. Über dem Siliziumchip 12 ist ein transparentes Glas 14 angeordnet. Ein Anzeigebereich 16 aus einem Pixelarray ist auf dem Siliziumchip 12 angeordnet und elektrisch mit Bond-Pads 18 verbunden. Der Anzeigebereich 16 ist von einem adhäsiven Dichtungselement, oder Ring 20, umgeben, der mit einer Öffnung 21 versehen ist.
Mit Bezug auf 2 (STAND DER TECHNIK) ist ein Querschnitt von 1 (STAND DER TECHNIK) entlang der Linie 2-2 gezeigt. Das Glas 14 ist mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 22 beschichtet, die Indiumzinnoxid (ITO) sein kann. Ein Material, das auf das lokale elektrische Feld anspricht, befindet sich in dem Raum, der durch den Siliziumchip 12 und das Glas 14 definiert ist und von dem Ring 20 begrenzt ist, um eine Kammer 23 zu bilden. Ein derartiges elektrisch ansprechendes Material ist ein Flüssigkristall-Material 24. Das Flüssigkristall-Material 24 wird durch einen zusätzlichen Kleber, der an der Öffnung 21 aufgebracht wird, in der Kammer 23 abgedichtet.
Gemäß der Darstellung befindet sich ein Kontaktclip 26 an der überhängenden Kante des Glases 14 in elektrischem Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 22. Der Kontaktclip 26 wird durch eine Federwirkung an dem Glas 14 gehalten und ist durch einen Draht 27 am oberer Ende mit einem Vorspannungserzeuger für eine gemeinsame Elektrode (nicht gezeigt) an oder in einer separaten elektrischen Komponente (nicht gezeigt) verbunden.
Ein Bonddraht 28 verbindet die Bond-Pads 18 mit einer eine Anzeige verwendenden Vorrichtung (nicht gezeigt), beispielsweise einer Digitalkamera, einem Camcorder, einer Vorrichtung für virtuelle Bilder, einem Projektionsbildschirm, etc.
Mit Bezug auf 3 und 4 ist die Mikroanzeige 30 der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei gleiche Elemente wie in 1 (STAND DER TECHNIK) und 2 (STAND DER TECHNIK) mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der Siliziumchip 12 hat eine transparente Abdeckung, wie beispielsweise Glas 15. Zusammen mit dem Anzeigebereich 16 auf dem Siliziumchip 12 ist ebenfalls ein Vorspannungserzeuger für eine gemeinsame Elektrode 32 vorgesehen, der elektrisch mit einem Kontakt-Pad 34 auf dem Siliziumchip 12 verbunden ist. Mit dem Aufbringen des Rings 20 auf dem Siliziumchip 12 wird auch ein flexibles leitfähiges Material 36 aufgebracht. Das flexible leitfähige Material 36 kann ein Kügel chen aus einem leitfähigen Haftmittel, Elastomer, Schmiermittel, etc. sein, das an die Dicke des Rings 20 angepaßt ist und einen flexiblen, zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen dem Siliziumchip 12 und der elektrisch leitfähigen Beschichtung 22 auf dem Glas 15 herstellt.
In der Vergangenheit wurden Silizium-Wafer (nicht gezeigt) unter Verwendung herkömmlicher Technologien zur Herstellung von Halbleiter-Wafern hergestellt, um mehrere Anzeigearrays zu erzeugen, wie beispielsweise den Anzeigebereich 16. Während des Halbleiter-Herstellungsprozesses wurde der Anzeigebereich 16 mit mehreren Bond-Pads 18 verbunden. Als Teil des Silizum-Wafers wurde der Ring 20 auf dem Siliziumchip 12 um den Anzeigebereich 16 herum mit einer Öffnung 21 an einer Seite plaziert. Das Glas 14 mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 22, die dem Anzeigebereich 16 gegenüberliegt, wurde über dem Ring 20 plaziert und an den Halbleiter-Wafer gebondet. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 22 besteht im allgemeinen aus Indiumzinnoxid (ITO), da dieses Material sowohl ein guter Leiter ist als auch mit einer Dicke aufgebracht werden kann, die optisch transparent ist.
Nachdem das Glas 14 an den Halbleiter-Wafer gebondet wurde, wurde der Halbleiter-Wafer geritzt und gebrochen, um den Siliziumchip 12 zu bilden, wobei jeder Siliziumchip 12 einen Anzeigebereich 16 hat.
Die Kammer 23 über dem Anzeigebereich 16 wurde dann durch die Öffnung 21 mit dem Flüssigkristall-Material 24 befüllt und die Öffnung 21 mit zusätzlichem Kleber abgedichtet.
Da sich der Vorspannungserzeuger für eine gemeinsame Elektrode (nicht gezeigt) auf oder in einem von der Mikroanzeige 10 getrennten elektrischen Bauteil befindet ist die Verwendung des Kontaktclips 26 notwendig, um eine elektrische Verbindung mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 22 herzustellen. Um diesen Kontaktclip 26 auf dem Glas 14 zu plazieren, mußte das Glas 14 über dem Siliziumchip 12 hervorstehen, d. h. nur die Seiten des Glases 14 sind mit den Seiten des Siliziumchips 12 bündig. Aufgrund dieses Überhangs war es schwierig, den Siliziumchip 12 zu ritzen und von dem Silizium-Wafer abzubrechen, so daß viele der Siliziumchips 12 an einer falschen Stelle gebrochen sind und aussortiert werden mußten.
Wenn die Mikroanzeige 10 in einer digitalen Kamera oder einem Camcorder plaziert wurde, wurden Bonddrähte 28 an den Bond-Pads 18 befestigt, um Signale für den Anzeigebereich 16 zu liefern.
Es ist zu beachten, daß es extrem schwierig ist, einen dauerhaften und zuverlässigen mechanischen Kontakt mit dem Glas 14 herzustellen, da das Glas 14 extrem dünn und klein für eine Mikroanzeige 10 mit etwa 1,3 cm × 1 cm ist. Da es schwierig ist, einen guten mechanischen Kontakt mit Glas herzustellen, hat der Clip 26 zu einem erheblichen Kostenanstieg für den abschließenden Zusammenbau des Endprodukts beigetragen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Halbleiter-Wafer-Herstellungsprozeß leicht modifiziert, um das zusätzliche Kontakt-Pad 34 hinzuzufügen. Das zusätzliche Kontakt-Pad 34 kann in demselben Schritt gebildet werden, in dem die Bond-Pads 18 aufgebracht werden. Zu diesem Zeitpunkt könnte das Kontakt-Pad 34 wirkungsmäßig mit einem der Bond-Pads 18 verbunden werden, so daß der Vorspannungserzeuger für eine gemeinsame Elektrode weiterhin verwendet werden kann. Dadurch würde die Mikroanzeige 30 die Mikroanzeige 10 ersetzen.
In der besten Ausführung wurde bestimmt, daß die Spannung oder das Signal, die bzw. das erforderlich ist, um die elektrisch leitfähige Beschichtung 22 in einen Betriebszustand zu versetzen, eine konstante Vorspannung ist. Dies erfordert keine komplizierte Schaltungsanordnung und kann durch einen Widerstandsteiler unter Verwendung der Spannungen erfolgen, die den Anzeigebereich 16 treiben. Wenn zur gleichen Zeit eine zeitlich variierende aber deterministische Vorspannung erwünscht ist, kann dies auch durch eine etwas komplexere integrierte Schaltungsanordnung bei erheblichen Kosteneinsparungen erreicht werden. Während des Halbleiter-Herstellungsprozesses auf Wafer-Niveau wird also der Vorspannungserzeuger für eine gemeinsame Elektrode 32 auf und/oder in dem Siliziumchip 12 gebildet und mit einem der Bond-Pads 18 und dem Kontakt-Pad 34 verbunden. Das bedeutet, daß der Vorspannungserzeuger für eine gemeinsame Elektrode nicht mehr auf einem von der Mikroanzeige getrennten Chip vorgesehen sein muß.
Nachdem der Halbleiter-Herstellungsprozeß auf Wafer-Niveau abgeschlossen ist, wird das flexible leitfähige Material 36 auf dem Kontakt-Pad 34 plaziert und der Ring 20 auf dem Siliziumchip 12 angeordnet. Das Glas 15 wird dann so plaziert, daß die elektrisch leitfähige Beschichtung 22 mit dem flexiblen leitfähigen Material 36 in Kontakt ist. Dieser Ansatz macht den Kontaktclip 26 überflüssig und ermöglicht, daß das Glas 15 mit der Ritz- und Bruchlinie des Siliziumchips 12 bündig ist.
Die nachfolgenden Herstellungsschritte sehen folgendes vor: das Glas 15 wird gebondet, die Kammer 23 wird mit dem Flüssigkristall-Material 24 befüllt, und der Ring 20 wird mit zusätzlichem Klebstoff abgedichtet. In den Siliziumchip 12 und das Glas 15 werden Linien geritzt, entlang derer sie in einem Vereinzelungsprozeß gebrochen werden sollen. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Linien so vorgesehen, daß die Seiten und wenigstens eine Kante des Glases 15 mit den Seiten und wenigstens einer Kante des Siliziumchips 12 nach der Vereinzelung bündig sind, wie es in 4 gezeigt ist. Die Mikroanzeige 30 ist dann soweit fertig, daß die Bonddrähte 28 gebondet werden können, um sie in einer gewünschten Anwendung einzusetzen.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem spezifischen besten Ausführungsmodus beschrieben, aber es ist ersichtlich, daß einem Fachmann viele Alternativen, Modifikationen und Variationen anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich werden. Beispielsweise können anstelle eines Flüssigkristallanzeige-Materials andere elektrisch ansprechende Materialien verwendet werden, zum Beispiel lichtemittierende Materialien. Dementsprechend sollen alle Alternativen, Modifikationen und Variationen eingeschlossen sein, die innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche liegen. Die obige Beschreibung sowie die beiliegenden Zeichnungen sollen rein beispielhaft sein und nicht als einschränkend verstanden werden.

Claims

Anzeigevorrichtung, die auf einem elektrooptischen Material basiert und folgendes umfaßt: ein Halbleitersubstrat (12), welches einen elektrischen Anzeigebereich (16) umfaßt, ein erstes Bond-Pad (18), welches mit dem elektrischen Anzeigebereich (16) verbunden ist, ein zweites Bond-Pad (18) und ein Kontakt-Pad (34), welches operativ mit dem zweiten Bond-Pad (18) verbunden ist; eine transparente Abdeckung (15), auf der eine elektrisch leitfähige Beschichtung (22) angeordnet ist; ein elektrisch ansprechbares Material (24), welches zwischen dem Halbleitersubstrat (12) und der transparenten Abdeckung (15) über dem elektrischen Anzeigebereich (16) angeordnet ist; und ein leitfähiges Material (36), welches zwischen dem Kontakt-Pad (34) und der transparenten Abdeckung (15) in leitendem Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung (22) angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen Vorspannungserzeuger (32) für eine gemeinsame Elektrode, der zwischen dem zweiten Bond-Pad (18) und dem Kontakt-Pad (34) angeordnet ist und während des Halbleiter-Herstellungsprozesses auf Wafer-Niveau ausgebildet ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, die ein Haftmittel (20) umfaßt, welches zwischen dem Halbleitersubstrat (12) und der transparenten Abdeckung (15) angeordnet ist und das elektrisch ansprechbare Material (24) einschließt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das leitende Material (36) flexibel ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die transparente Abdeckung (15) Seiten und zumindest einen Rand hat, die bündig mit den Seiten und mindestens einem Rand des Halbleitersubstrats (12) sind.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Schaltung (32) umfaßt, die in der genannten operativen Verbindung zwischen dem Kontakt-Pad (34) und dem Bond-Pad (18) angeordnet ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Schaltung (32) die Spannung von dem Bond-Pad (18) zum Kontakt-Pad (34) ändert.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine ein Display verwendende Vorrichtung und Leiter (28) umfaßt, die das Bond-Pad (18) mit der ein Display verwendenden Vorrichtung verbinden.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das elektrisch ansprechbare Material (24) ein Flüssigkristall-Material ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das elektrisch ansprechbare Material (24) Material für eine lichtemittierende Diode umfaßt.