JP4243583B2 - シリコン液晶表示装置及びセルギャップ調整方法 - Google Patents

Description

本発明はディスプレー装置に関する。なかでも、シリコンウェハ上に画素を構成しているシリコン液晶表示装置に関する。

マルチメディア時代になるにつれ、大型ディスプレーに対する消費者の要求が増大されつつあり、様々な方式の大型ディスプレー装置が続々と開発されている。既存ＣＲＴプロジェクタには解像度および輝度向上にその限界があるが、最近のＬＣＤ方式プロジェクトや新たな方式のＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）プロジェクトなどの場合は解像度および輝度の限界を克服しつつある。

最近、ＣＲＴ方式に比べて鮮明度、解像度および輝度が高く、バラツキのない改善された画質を提供するＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ：以下、ＬＣＯＳと称する）方式のディスプレー装置が提案された。

ＬＣＯＳディスプレー装置とＬＣＤとを比較すると、既存のＬＣＤはパターニング（Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）されているガラス基板との間に液晶を入れ封止し、ランプからの光をガラス基板に透過させる方式である一方、ＬＣＯＳ方式は画素電極の構成をシリコン基板上に構成しランプからの光を反射する方式である。透過型ＬＣＤは、画素電極を駆動するためにアドレスライン（Ａｄｄｒｅｓｓ Ｌｉｎｅ）を必要とするが、これは光透過率を低下させる要因になり、グリッド模様が現れ画質の低下にも繋がる。反面、反射型のＬＣＯＳ方式ディスプレーは、画素駆動電極が光を遮断しないので光効率が高められ明るいシステムを具現することができる。また、ＬＣＯＳ方式ディスプレーは、半導体工程を用いてシリコン基板上に画素が製造されるので高い解像度が具現でき、収率も高いため大量生産にも容易である。なお、半導体工程が使用されるため製品生産のため別の設備投資が要求されないことで値段の競争力を持つことができる。

一方、ＬＣＤおよびＬＣＯＳのような液晶を用いるディスプレー装置は画質低下を防止するために液晶が位置している２つの基板との間のセルギャップが一定に保たれなければならない。即ち、液晶セルが有する特性の中で応答速度（ＢｌａｃｋとＷｈｉｔｅとの間の転換速度）、コントラスト比、視野角、輝度などが液晶層の厚さと密接に関連しているので、それを考えてセルギャップを一定に保つべきである。もし、セルギャップが一定でなければ、その部分を通過する光の透過度が異なってしまい、その明るさが不均等となる。係る問題は液晶を用いたディスプレー装置のサイズが次第に大型化されることによりその重要性が高くなっている。一般に駆動される画面部に一定のサイズや形態を有するスペーサを配置することでその解決を図っている。

図１はスペーサを介して均一なセルギャップを形成したＬＣＯＳの断面図である。ＬＣＯＳは、ウェハ１０、ガラス２０、ガラス２０とウェハ１０の両断部に液晶を保護するための密封剤２３を満たした壁２２、そして画素が存する画面部に一定のギャップを有するよう設けられたスペーサ２５を含む。

前述のような構造でスペーサ２５はセルギャップを保つために最も重要な役割をする。もしスペーサを挿入しない場合には、図２ａまたは図２ｂに示したようなウェハ１０とガラス２０との間のセルギャップが不均一になる恐れがある。このようにセルギャップが変形される理由としては、ガラス２０とウェハ１０とのボンディング過程で生じた熱による各物質の熱膨張率が挙げられる。即ち、高温度でボンディングされた後、温度が常温になるにつれガラス２０とウェハ１０のそれぞれは収縮する量が異なるので、ガラス２０とウェハ１０は相異なる曲率を有しながら硬化されセルギャップが均一性を失ってしまう。さらに、製造の直後には一定のセルギャップが保たれたとしても製品の使用中に生じる熱によりセルギャップが変形されて画質の低下を招いてしまう。

従って、ＬＣＯＳを製造する場合、セルギャップの不均一問題を解決するための従来のスペーサ２５の挿入は必ず行なうべき工程である。ところが、ＬＣＯＳを製造するに当たって、セルギャップを保つための従来のスペーサ挿入は。液晶によっては好ましくない影響をもたらす場合がある。即ち、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式の液晶ではスペーサ挿入ができる一方、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式液晶ではＴＮ方式よりコントラストがはるかに優れているものの、スペーサを設置すると配向不良の問題が生じる。

結局、従来のＬＣＯＳ製造において、スペーサの挿入が難しい場合には前述のように画質の低下を招いてしまうので、それに係る対案が求められている。

本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、スペーサの挿入なしに製品の製造時だけでなく、製品を利用するときに生じるセルギャップの不均一を処理できるシリコン液晶表示装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明のシリコン液晶表示装置は、ウェハと、ガラスと、前記ガラスと前記ウェハとの間にセルギャップを有するよう形成された壁と、前記ウェハの一面に付着され、伸縮及び／または収縮可能な圧電体と、外部電源の供給を受けることにより、前記圧電体を収縮または伸張のいずれかの状態にさせるように形成された電極と、を含む。

なお、前記圧電体は前記ウェハの上面または下面のいずれかに付着することができるが、製造工程および配線上の便宜のため、半導体を中心にしてガラスに反対される下面に付着することがよい。

さらに、シリコン液晶表示装置は、前記圧電体の変形により生じた電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部から検出された電圧に応じて前記圧電体の変形を補償するフィードバック制御部と、を更に含むことができる。このように形成すれば、ボンディング後に生じたセルギャップの不均一性を、電圧により圧電体を収縮または伸長させることで調整することができる。また、製品の使用中の温度変化によるセルギャップの変化を、圧電体の変形によって発生する電圧として検出し、セルギャップを調整することができる。

前記壁は、前記ウェハ上面の両端部に形成されていると好適である。

ウェハの一面に付着した圧電体を有するシリコンディスプレー装置上の液晶のセルギャップを調整する方法として、前記圧電体自身の変形により生じた電圧を検出するステップと、検出された前記電圧に応じて圧電体に連結された電極にフィードバック電圧を供給するステップと、を含むことが好ましい。

本発明によると、ＬＣＯＳは、ガラスとウェハのボンディング後にウェハに取り付けられた圧電素子に電圧サイズのみを調節し加えることによりセルギャップを均一化することができる。従って、ウェハ上の位置により変形形態が変わってくるセルギャップについて同一工程でセルギャップを調節することができ、収率が高められる。また、製品の使用中に熱などによりウェハが変形された場合にもその補償が行なわれるので画質の安定化を図ると同時に、製品の寿命も延ばせる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施例を詳述する。

図３は本発明に係る画像液晶表示装置ＬＣＯＳの断面構造を示した図である。同図においてＬＣＯＳは、ウェハ１１０、ガラス１２０、密封剤を充填し形成された壁１２２、そして薄膜圧電体１３０を示している。なお、図示していないが薄膜圧電体１３０を外部電源と連結する電極（図示せず）を更に含む。

薄膜圧電体１３０は、圧力が加えられれば電荷を発生させる。反対に電圧が加えられればそれにより収縮／伸張（膨張）される。係る薄膜圧電体１３０はインクジェットプリンタなどで微細なインク噴射などに使われており、ＬＣＯＳにても使用可能である。

図３のＬＣＯＳはウェハレベルで製造され、ウェハ１１０の下面に薄膜圧電体１３０を付着し、ウェハ１１０とガラス１２０の両端部に所定のセルギャップを有するよう密封剤１２３が充填された壁１２２を形成し、ウェハ１１０とガラス１２０をボンディングすることにより製造される。

前述の工程を介して製造されたＬＣＯＳは、ウェハ１１０とガラス１２０のボンディング過程においてウェハ１１０とガラス１２０とが熱によって異なる膨張率で膨張した後、常温に冷めていく過程で異なる曲率を有しながらそれぞれ収縮される。ウェハ１１０とガラス１２０が相異なる曲率で収縮されれば、セルギャップを一定に保つためウェハ１１０の下面に付着された薄膜圧電体１３０へ電圧を加えて膨張／収縮させる。即ち、圧電体が平面方向に収縮／膨張されれば、ウェハ１１０の曲率が変化されセルギャップの均一性を図れる。

図４ａおよび図４ｂは、ガラスとウェハのセルギャップが小さくなった状態でセルギャップを調整する方法を説明するための図である。まず、ボンディング工程の後、図４ａに示したようにセルギャップが小さくなった場合、ウェハ１１０の下面に付着された薄膜圧電体１３０が収縮されるように電極を介して外部電源を供給する。これによって、薄膜圧電体１３０が平面方向へと収縮され、ウェハ１１０の曲率半径が大になりウェハがやや伸びるようになる。そして、ウェハ１１０の曲率半径の増加は、ボンディングされた全システムに渡ってその影響を与えガラス１２０の曲率も変化させる。ガラス１２０は圧電体による全体システムのベンディング効果により曲率変化がより発生する。結果的にはガラス１２０は、図４ｂに示したように、一定のセルギャップ有する状態となる。ガラス１２０とウェハ１１９のセルギャップが大になる場合には薄膜圧電体１３０を伸張（膨張）させることでセルギャップを均一に調節する。

一方、前述のようなＬＣＯＳは、製品の使用中の温度上昇によるセルギャップの変化も調節できる。即ち、製品の使用中にウェハ１１０が熱や他の原因により変形された場合、薄膜圧電体１３０がウェハ１１０と共に変形が生じるので薄膜圧電体１３０の変形によって発生する電圧を検出し、それに係る補償を行なう。このためＬＣＯＳは、薄膜圧電体１３０から生じる電圧を検出する電圧検出回路１４０および電圧検出回路１４０から検出された電圧に応じて薄膜圧電体１３０に連結された電極にフィードバック電圧を供給するフィードバック制御回路１５０を更に含む。

前述のようなＬＣＯＳ製造において、ウェハ１１０に付着される薄膜圧電体１３０を必ずしも平らな形状にする必要はなく、ウェハ１１０の曲率をよりやさしく調節するため凸凹形態に付着することも可能である。さらに、異なる板状で付着することができ、例えば、画面部の一部分に部分的に付着して用いることができる。

以上、図面を参照して本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

従来のスペーサを用いて均一なセルギャップを保つＬＣＯＳの断面図である。 従来のＬＣＯＳにてスペーサがない時、セルギャップの変形状態を示した断面図である。 従来のＬＣＯＳにてスペーサがない時、セルギャップの変形状態を示した断面図である。 本発明に係るＬＣＯＳの断面図である。 図３のＬＣＯＳにおいてセルギャップを調節する過程を説明するための図である。 図３のＬＣＯＳにおいてセルギャップを調節する過程を説明するための図である。

符号の説明

１０、１１０ ウェハ
２０、１２０ ガラス
２２、１２２ 壁
２３、１２３ 密封剤
２５ スペーサ
１３０ 薄膜圧電体

Claims (5)

1. ウェハと、
   ガラスと、
   前記ガラスと前記ウェハとの間にセルギャップを有するように形成された壁と、
   前記ウェハの一面に付着され、伸縮及び／または収縮可能な圧電体と、
   外部電源の供給を受けることにより、前記圧電体を収縮または伸張のいずれかの状態にさせるように形成された電極と、
   を含むことを特徴とするシリコン液晶表示装置。
2. 前記圧電体は前記ウェハの下面に付着されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン液晶表示装置。
3. 前記圧電体の変形により生じた電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部から検出された電圧に応じて前記圧電体の変形を補償するフィードバック制御部と、
   を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコン液晶表示装置。
4. 前記壁は前記ウェハ上面の両端部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のシリコン液晶表示装置。
5. ウェハの一面に付着した圧電体を有するシリコンディスプレー装置上の液晶のセルギャップを調整するセルギャップ調整方法であって、
   前記圧電体自身の変形により生じた電圧を検出するステップと、
   検出された前記電圧に応じて圧電体に連結された電極にフィードバック電圧を供給するステップと、
   を含むことを特徴とするセルギャップ調整方法。

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