JP2987794B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2987794B2
JP2987794B2 JP5033970A JP3397093A JP2987794B2 JP 2987794 B2 JP2987794 B2 JP 2987794B2 JP 5033970 A JP5033970 A JP 5033970A JP 3397093 A JP3397093 A JP 3397093A JP 2987794 B2 JP2987794 B2 JP 2987794B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜を一方の電極とし
た液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図9に、周辺駆動回路にCMOSインバ
ータ、画素電極のスイッチング素子にPMOSトランジ
スタを用いた従来の液晶表示装置の一例を示す。本図は
トランジスタ等半導体装置を組込んだ側の基板のみの断
面図である。図中61は支持基板、62は下地絶縁層、
63は素子分離酸化膜、64はNMOSトランジスタの
ソース領域、65はNMOSトランジスタのドレイン領
域、66はPMOSトランジスタのドレイン領域、67
はPMOSトランジスタのソース領域、68はゲート酸
化膜、69はゲート電極、70はNMOSトランジスタ
のチャネル領域、71はPMOSトランジスタのチャネ
ル領域、72はN型電界緩和領域、73はP型電界緩和
領域、74はAl(配線)電極、75はNMOSトラン
ジスタ、76、77はPMOSトランジスタ、78は保
持容量部、79がCMOSインバータ、80、81は層
間絶縁膜、82は共通電極、83は画素電極である。
【0003】上記のように構成した基板と、共通電極を
設けたもう一方の基板とをスペーサを介して対向配置
し、液晶を封入してパネルとする。
【0004】液晶表示装置は、反射型、透明型何れも光
が画像表示部を通過し得ることが必須条件である。従っ
て、従来は一枚の石英板が用いられている。
【0005】一方、トランジスタの活性層としてはSi
が一般的にも良く知られているが、活性層として最も望
ましい単結晶Siはその製造が極めて困難であり、石英
上に形成することが事実上できなかった。そのため、画
像表示部を構成している個々の画素部にトランジスタを
形成する場合、及び周辺の駆動回路と共に集積化する場
合には石英上でも形成可能な多結晶Siが用いられてき
た。
【0006】しかしながら、より高品質な画像要求に応
じて、画面をより高精細化し、高速駆動するためには多
結晶Siでは限界があり、単結晶Siを用いた半導体装
置を有する液晶表示装置の構成が望まれていた。
【0007】そこで、本発明者等は、半導体基板上に絶
縁層を介して単結晶Si薄膜を形成した後、上記基板の
画像表示部に対応する部分をくり抜き除去して画像表示
部の透明化を図り、高速動作を実現した液晶表示装置
を、まだ公知ではないが開発中である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図8に示すよ
うに、シリコンSOI基板6上のくり抜き面部10の上
側のメンブレン(Membrane)部7a、つまり投
光性になった領域表面の電子デバイスが組み込まれてい
る薄層(単結晶Si層、又は単結晶Si層と絶縁層)7
の中間領域は、その厚さが〜μm以下(〜3μm厚)で
あり、その強度が比較的低くなる。このため、透明電極
1、遮光層2、共通電極3により液晶シール領域4、4
間に封入されている液晶5の自重により、図示する如く
メンブレン部7が撓み、液晶ギャップ厚が変化するとい
う問題がある。これは上下色ムラ、リタデーション差
(色抜け)を生じ、画質が劣化する原因となるので極力
避けなければならない。
【0009】本発明は、このような欠点を除去し、液晶
ギャップ厚が変化しない液晶表示装置を提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、半導体基板を用いて薄膜を形成し、前記
薄膜に一方の電極を配置し、対向する基板電極との間に
液晶層を挟持する液晶表示装置において、前記薄膜裏面
と前記半導体基板を保持する透明基板との空隙に、液晶
ギャップ厚の変化を防止する光透過性物質を封入した構
成のものである(請求項1)。
【0011】この光透過性物質としては、樹脂や液晶又
は液晶と同じ比重の透光性液体が使用できる他、窒素、
ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスを主成分とする
不活性気体も利用できる(請求項2〜4)。
【0012】前記半導体基板は主成分が単結晶シリコン
であることが好ましい(請求項5)。前記薄膜は、前記
半導体基板を異方性エッチングにより部分的に除去して
形成することができ(請求項6)、この薄膜に、前記電
極だけでなく、液晶を駆動するための受動素子あるいは
能動素子をも配置し得る(請求項7)。
【0013】前記透明基板はプラスチック又はガラスで
あってよく(請求項8)、透明基板として光学素子を組
み込むこともできる(請求項9)。
【0014】
【作用】請求項1〜9において、薄膜裏面と前記半導体
基板を保持する透明基板との空隙に封入した光透過性物
質は、液晶ギャップ厚の変化を防止する。即ち、液晶の
内部圧力と同等の圧力を反対側から薄膜に作用させるた
め、液晶の自重による薄膜のメンブラン部の撓みが阻止
され、液晶のセルギャップ量の場所による差が生じな
い。また、薄膜に働く熱応力がないため、薄膜上の駆動
素子が受ける熱ストレスがなく、従って特性の変動も極
小であり、そのために液晶の表示品質が変化することは
ない。
【0015】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。
【0016】図1において、1は透明基板、2は画素ご
とに対応したカラーフィルタ層と画素間を遮光する遮光
層、3は液晶に電圧を印加するための共通電極、4は液
晶シール領域、5は液晶であり、シール領域4は液晶5
の層厚も規定する。6は画素領域がくり抜かれ透光性と
なったシリコンSOI基板、7は画素ごとに液晶に電圧
を印加する電極やトランジスタや駆動回路が設けられた
薄膜であり、くり抜き部10の上側に存する部分はメン
ブレン部7aである。
【0017】かかる構成のみでは、液晶5の自重により
メンブレン部7aが撓み、液晶ギャップ厚が変化するの
で、本実施例ではくり抜き部10に、光透過性物質とし
て、液晶と同じ比重の透光性液体8を充填し、透明基板
9でくり抜き部10を覆って液体8を封止する。この透
光性液体8により液晶層の内部圧力と同等もしくはそれ
以上の圧力を反対側から作用させることにより、メンブ
レン部7aを左右から押す力が各部分ごとに等しくな
り、また液晶5がメンブレン部7aを押す力が各部分ご
とに釣り合うので、メンブレン層7が撓まなくなる。本
液晶表示装置は、密封構造であるために、アルカリ等の
汚染物質が入らず、信頼性が向上する。尚、透明基板9
には、ガラス板等の水分を透過しない無機材料を使用し
て、耐温性を向上させることが有利である。
【0018】図2は、くり抜き部10内に、液晶セル内
の液晶5と同一の液晶11を同体積だけ充填し、メンブ
レン7を左右から押す力の均衡を図った例である。液晶
11を封止する透明基板9は、くり抜き部10内に一部
が入込む形で取り付けられることになる。この実施例の
場合、温度変化、気圧変化等の環境変化が生じても、各
部分ごとにメンブレン部7aを左右から押す力が全く等
しくできるので、メンブレン部7aは撓まない。
【0019】図3は、くり抜き部10に充填した同一自
重の液体8を循環流動させる実施例である。液晶5がメ
ンブレン部7aを押す力が各部ごとに釣り合っており、
かつ循環流動させることでパネル部で発生する熱を吸収
し、一定温度に保つ。このため、輝度が高く昇温が激し
いプロジェクションTVの如くの用途に適している。上
記実施例では、光透過性物質として、液晶と同じ比重の
透光性液体8及び同一の液晶11を設ける例を示した
が、他の物質を用いることもできる。
【0020】図4は、光透過性物質として、ポッティン
グ樹脂36をくり抜き部23に充填した実施例である。
【0021】この図4の製造方法を説明するに、半導体
基板であるSOI基板の単結晶シリコンを主成分とする
基板21上に薄膜22を形成する。薄膜22は前記SO
I基板21の絶縁層、並びに活性層と、後工程によって
形成された堆積層からなっており、この薄膜22中に液
晶を駆動するための駆動素子24及び電極25を形成す
る。次いで、対向電極29を有するガラス基板28をシ
ール材7によって接着し、その後、公知の方法によって
液晶26を前記両基板のギャップ間に注入,封止する。
【0022】液晶を表示する部分Aは、透明化を行う必
要があることから、前記SOI基板の単結晶シリコン部
分をアルカリ性エッチング液により薄膜部分22が露出
するまで異方的にエッチング、除去し、くり抜き部23
とする。その後に透明なポッティング樹脂36をくり抜
き部23に充填し補強する。ポッティング樹脂36に
は、例えば信越化学工業(株)製のKJR−9010等
のゲル型シリコーン樹脂を用いる。
【0023】その後、硬化させた後、水分を含まない半
導体グレードのドライエアー又は乾燥窒素中でガラス板
30を接着する。用いる接着剤は、実使用温度で硬化可
能なUV硬化型樹脂(エポキシ系、不飽和ポリエステル
系、アクリレート系、チオール、エン系等)、あるいは
二液混合型の瞬間接着剤である。
【0024】これによって、図4に示すように樹脂で充
填した液晶セルが得られる。樹脂の表面を平坦化するこ
とによって、光学的な散乱を防止し、視認性を向上し得
る。また、屈折率が薄膜と近い樹脂及び透明基板を使用
することによって、界面散乱を低下させ、透過率を向上
せしめ、明るい液晶表示装置を提供することが可能であ
る。
【0025】更に他の実施例として、図5に示すよう
に、前記パッケージの部材に、光学素子、例えばレンズ
31等を組み込んでもよい。これによって、液晶セルに
用いられる照明系あるいは視野側の光学系を簡略化する
ことが可能となり、系を小型化,低コスト化することが
可能となる。
【0026】また、図6に示すように、ポッティング樹
脂36以外の光透過性物質32として、窒素、ヘリウ
ム、ネオン、アルゴ等の希ガスを主成分とする不活性気
体又は液晶を、図4の場合と同様にして充填しても良
く、これによって同様にメンブレン部7aの撓みをなく
し、液晶ギャップ厚の変化を阻止することができる。ま
た、図7に示す如く、そのような不活性気体又は液晶か
ら成る光透過性物質32を凸レンズ33付のガラス板に
より封止してもよい。これらの場合に、封止部材は何も
ガラス板に限ることはなく、プラスチック板等、光を透
過するものでありさえすれば良い。
【0027】上記した実施例の構成によれば、次のよう
な作用効果が得られる。
【0028】(1)薄膜7、22に及ぼす熱応力がな
い。また液晶5、26の内部圧力と同等もしくはそれ以
上の圧力で常に薄膜に圧力が加わっているために、薄膜
7、22を撓ませることがなく、それ故液晶5、26の
セルギャップ量の場所による差が生じない。
【0029】(2)薄膜7、22に働く熱応力がないた
め、薄膜上の駆動素子24が受ける熱ストレスがなく、
従って特性の変動も極小であり、そのために液晶の表示
品質が変化することはない。
【0030】(3)光透過性物質である液晶や不活性気
体は、半導体グレードであるため、可動イオン混入によ
る駆動素子24の特性変動ということも生じない。同様
に透明基板31で光透過性物質の裏面を保持しており、
水分の混入の恐れはない。
【0031】(4)光学的な特性は、光透過性物質と透
明基板31を用いており、非常に優れている。
【0032】(5)透明基板にレンズ31、33を用い
ることにより、液晶セルに用いられる照明系あるいは視
野側の光学系を簡略化することが可能となり、液晶表示
装置を用いたシステムの小型化、低コスト化が可能とな
る。
【0033】本発明によって薄膜を一方の電極に用いた
液晶表自装置の信頼性は、大幅に向上する。また上述の
理由によって表示品質の低下は生ぜず、しかも製造歩留
の低下も防止できることから、製品の価格も低減するこ
とができる。又、他の光学素子も組み込みが可能である
ことから、システム全体の小型化、低コスト化も可能で
ある。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、液
晶の自重により、メンブレン部が撓んで液晶ギャップが
変化することが防止される。また、薄膜に働く熱応力が
ないため、薄膜上の駆動素子が受ける熱ストレスがな
く、従って特性の変動も極小であり、そのために液晶の
表示品質が変化することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る液晶表示装置の構成図
である。
【図2】本発明の他の実施例の構成図である。
【図3】本発明の他の実施例の構成図である。
【図4】本発明の他の実施例の構成図である。
【図5】本発明の他の実施例の構成図である。
【図6】本発明の他の実施例の構成図である。
【図7】本発明の他の実施例の構成図である。
【図8】先願に係る液晶表示装置の説明に供する図であ
る。
【図9】従来の液晶表示装置の部分断面図である。
【符号の説明】
1 透明基板 2 遮光層 3 共通電極 4 液晶シール領域 5 液晶 6 シリコンSOI基板 7 薄膜 7a メンブレン部 8 液晶と同じ比重の透光性液体(光透過性物質) 9 透明基板 10 くり抜き部 11 液晶(光透過性物質) 21 基板 22 薄膜 23 くり抜き部 24 駆動素子 25 電極 31 レンズ 32 光透過性物質 33 凸レンズ 36 ポッティング樹脂(光透過性物質)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1333 500 G02F 1/1333

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を用いて薄膜を形成し、前記
    薄膜に一方の電極を配置し、対向する基板電極との間に
    液晶層を挟持する液晶表示装置において、前記薄膜裏面
    と前記半導体基板を保持する透明基板との空隙に、液晶
    ギャップ厚の変化を防止する光透過性物質を封入したこ
    とを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記光透過性物質が樹脂であることを特
    徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記光透過性物質が液晶又は液晶と同じ
    比重の透光性液体であることを特徴とする請求項1記載
    の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記光透過性物質が、窒素、ヘリウム、
    ネオン、アルゴン等の希ガスを主成分とする不活性気体
    であることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 前記半導体基板は主成分が単結晶シリコ
    ンであることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装
    置。
  6. 【請求項6】 前記薄膜は、前記半導体基板を異方性エ
    ッチングにより部分的に除去して形成したものであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 前記薄膜に、前記電極だけでなく、前記
    液晶を駆動するための受動素子あるいは能動素子をも配
    置したことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 前記透明基板がプラスチック又はガラス
    であることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項9】 前記透明基板として光学素子が組み込ま
    れたことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
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