(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．ディスプレイ領域を定める画素電極のアレイが支持される支持面を有する第１の基板と、
ｂ．前記第１の基板の前記支持面と対向するカバー面を有する第２の基板であり、前記カバー面が、前記画素電極と対向配置される少なくとも一つの対抗電極を有する、第２の基板と、
ｃ．前記ディスプレイ領域内の分布した位置で前記第１の基板により支持される複数の第１のスペーサ素子であって、それぞれの平坦化された表面を前記画素電極から均一な距離の位置に有し、且つ非圧縮性材料からなる複数の第１のスペーサ素子と、
ｄ．前記ディスプレイ領域の外側の分布した位置に配置される複数の第２及び第３のスペーサ素子であって、当該第２のスペーサ素子は非圧縮性材料からなり、当該第３のスペーサ素子は圧縮性材料からなり、当該第２及び第３のスペーサ素子の各スペーサ素子が、
前記第１および第２の基板のうちの一方の基板に取り付けられ、且つ
前記少なくとも一つの対抗電極を前記第１のスペーサ素子の前記平坦化された表面と平行にし、それにより前記画素電極と前記少なくとも一つの対抗電極との間に均一なセルギャップをもたらすように前記第１の基板に対して前記第２の基板を支持する寸法にされた高さを有する、
複数の第２及び第３のスペーサ素子と、
ｅ．前記第１および第２の基板を、前記第２及び第３のスペーサ素子を前記第１および第２の基板と接触させて維持するよう互いに固定する接着剤と
を有する液晶ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記接着剤は、液晶収容チャンバを画定するため、前記ディスプレイ領域を取り囲むシールを形成する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第３のスペーサ素子は、前記均一なセルギャップがもたらされたとき、高さ方向に圧縮された状態にある、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記一方の基板に取り付けられる前記第２のスペーサ素子は、あらかじめ定められた高さを有し、前記第１および第２の基板のうちの他方の基板の平坦な表面上の正確に決定された高さを有する該他方の基板の表面に接触すべく位置決めされている、請求項３に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記正確に決定された高さはゼロである、請求項４に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記第１の基板の前記支持面上に、前記ディスプレイ領域から離れて置かれた、少なくとも一つの回路装置を含む、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記第２及び第３のスペーサ素子の分布の位置は、前記ディスプレイ領域を取り囲む、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項８】
前記第２のスペーサ素子の高さは、前記少なくとも一つの対抗電極が前記第１のスペーサ素子の前記平坦化された表面と接触するように前記第１の基板を支持する大きさとされる、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置及び、特に、そのような装置における均一な液晶セルギャップの達成に関する。
【０００２】
ＬＣＤ装置は、典型的には、ディスプレイ領域を定める回路素子（たとえば、半導体装置、画素電極、行および列導体）のアレイが蒸着される能動基板（ａｃｔｉｖｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と、このディスプレイ領域と向かい合って配置される、光学的に透明な部分を含む窓（ｗｉｎｄｏｗ）基板と、このディスプレイ領域を囲み、および液晶材料を収容するためこの２つの基板の間で圧縮されるシールとを含む。典型的には、能動基板はまた、このシールの外側に置かれる回路素子を含み、ここに、該回路素子はこのシールの中を通る導体を介してそのディスプレイ領域における回路素子に電気的に接続される。
【０００３】
このような装置は、たとえば、米国特許５６９１７９３号に記載されており、ここに、これは、本書中に取り入れられ参照される。その特許に述べられているように、ＬＣＤ装置の製造においては、対向する基板間のギャップができるだけ均一であるということが重要である。特に、異なる画素のための液晶セルを定める、２つの基板上の対向する電極の間のギャップは、均一でなければならない。これらのギャップにおけるバラつきは、表示される画像の質に不利に作用するだろう。この基板間のギャップを均一にさせる手段として、この５６９１７９３号特許は、ギャップ調整層（ｇａｐ−ａｄｊｕｓｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ  ）が、たけの低い回路素子上に、それらをたけの高い回路素子と同じ高さに増すために、蒸着されるということを提案する。
【０００４】
その取り組み法がギャップ均一性を達成するところの程度は、許容誤差の積み上げ量に依存する。言い換えれば、それぞれの組み合わせた回路素子における許容誤差は、その素子自体の許容誤差およびそのギャップ調整層の許容誤差の和である。それ自体が複数の層を含むいずれの組み合せ素子についても、許容誤差の積み上げは、改良された画質を有するＬＣＤに対して絶えず増大する要求を満足するために許容し得る誤差よりも大きなギャップ誤差を生じさせうる。
【０００５】
ギャップの均一性を達成するための他の既知の取り組み法は、あらかじめ決定された寸法を有するスペーサ素子を一の基板上に、他の基板を取り付けるのに先立って、散在させる方法である。この技術は、次のような事項、すなわち
・基板上にそのスペーサ素子を均等に分布させることの困難性、
・様々な高さを有する複数の回路素子を支持する能動基板上にスペーサ素子を選択的に分布させることの非実用性、
・そのスペーサ素子が表示画素に落ちて画像形成光の放射を与えるのをさえぎる可能性を含む、種々の問題を生ずる。
【０００６】
本発明の目的は、ディスプレイ領域における高度なギャップ均一性を有するＬＣＤ装置を提供することにある。
【０００７】
本発明によって、
・ディスプレイ領域を定める画素電極のアレイが支持される支持面を有する第１の基板と、
・前記第１の基板の前記支持面と対抗するカバー面にして、前記画素電極と向かい合って配置される少なくとも一つの対抗電極をもつカバー面を有する第２の基板と、
・前記ディスプレイ領域内の分布した位置で前記第１の基板に押される複数の第１のスペーサ素子であって、前記画素電極から均一な間隔でそれぞれ平坦化された表面を有する、複数の第１のスペーサ素子と、・前記ディスプレイ領域の外側で分布した位置に置かれる複数の第２のスペーサ素子であって、該第２のスペーサ素子のそれぞれが前記第１および第２の基板の一つに押されるとともに、前記第１の基板に関して前記第２の基板を支持する大きさの高さを有して、少なくとも一つの対抗電極が前記第１のスペーサ素子の前記平坦化された表面と平行となるようにし、斯くして前記画素電極と少なくとも一つの対抗電極との間の均一なセルギャップをもたらすようになす、複数の第２のスペーサ素子と、
・前記第１および第２の基板を、前記第２のスペーサ素子を第１および第２の基板と接触して維持するよう互いに締結する接着材と
を含む液晶ディスプレイ装置が提供される。
【０００８】
図１ａおよび１ｂは、本発明に従うＬＣＤ装置の実施例の立体図である。
図２は、図１ａおよび１ｂの実施例の上面図である。
どの図面も正確な縮尺ではない。
【０００９】
図１ａは、部分的に組み立てられたＬＣＤ装置を示し、該ＬＣＤ装置は、ＬＣＤデバイス１４及び多数の補助回路装置１６ａ−１６ｋを含む複数の回路装置を支持する平坦化された表面１２をもつ面を有する絶縁基板１０を含む。常套的には、この基板１０は、シリコンウエハのチップまたは光透過性のガラスであり、その表面１２は、たとえば「カウフマン（Ｋａｕｆｍａｎ）その他，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１３８巻，１１号，３４６０−３４６４ページ（１９９１）」に述べられているような研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ）技術−ここに、これは、本書に取り入れられ参照される−によって平坦化される。
【００１０】
図面の単純化のために、このＬＣＤデバイス１４は、たとえば画素電極、画素アドレス導体、スイッチングトランジスタ素子などの、典型的なＬＣＤ回路素子を含むところの範囲までは、詳細には示されていない。もっとも、それぞれの画素電極の表面が、液晶セルギャップの下側の境界を定める１つの共通する平面内に位置する、ということに注目することは重要である。この技術において良く知られているように、画素電極は、変調されようとする光放射に関して、反射性のものであるか、あるいは透過性のものである。
【００１１】
それぞれの補助回路装置１６ａ−１６ｋは、好適にはＬＣＤデバイスに近接して設置される回路、たとえば、行および列電極の選択回路や、画像信号をこのＬＣＤデバイスによって認識できる形式に変換するための回路を有する。典型的には、これらの回路装置１４および１６ａ−１６ｋは、多層の集積回路として形成され、表面１２上に配置された導電性のトラック（図示せず）によって相互接続される。
【００１２】
図１ａはまた、基板表面１２の平面より上のいずれの他の表面よりも高い１つの共通する平面内に位置する複数の平坦化された表面１８を示す。これらの表面は、集合的に、液晶セルギャップの上側の境界面を定める。これらは、スペーサの頂部を平坦化することによって形成され、ここに、該スペーサは、画素電極への光透過を実質上妨げないところの分配された位置でＬＣＤデバイス１４上にフォトリソグラフィ的に（ｐｈｏｔｏ−ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ）形成される。これらスペーサのそれぞれは、非圧縮性（ｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ）材料、たとえば、窒化シリコンまたは二酸化シリコンなどで形成される。一定の材料に関し、本書に使用される、“非圧縮性（ｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ）”との語は、その素材が製造の間に経験するところの圧力にさらされた場合に、その素材の厚みが、液晶セルギャップに対し望まれる許容誤差に関して、実質上変わらない、ということを意味することに留意すべきである。
【００１３】
図１ｂは、基板１０に、カバーする基板２０が取り付けられた後の、完成したＬＣＤ装置を示す。基板２０は、透明な部材、たとえば基板１０の部材と等しい膨張係数を有するガラスから形成され、基板１０の平坦化された表面１２と向かい合って配置されるところの、平坦化された下面（ｕｎｄｅｒｓｉｄｅ  ）２２（本書において、カバー面（ｃｏｖｅｒｉｎｇ  ｓｉｄｅ  ）と称する）を有する。単一の対抗画素電極（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｐｉｘｅｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ）（図示せず）−同様に、一般的に、対抗電極と称する−は、少なくともＬＣＤデバイス１４におけるディスプレイ領域、すなわち画素電極によって占められる領域を覆うように、このカバー面２２に配置される。ほかの方法として、対抗電極が、複数の対抗画素電極を含むのであれば、それぞれは、一つまたはそれ以上の画素電極に向かい合ってこのカバー面２２に配置される。対抗電極は、均一な厚さの導電性材料、たとえば、ＬＣＤにより変調される光放射を通すところのインジウム錫酸化物（ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ））の層から形成される。この対抗電極への電気的な接続を容易にするため、一つまたはそれ以上の導電性トラック（図示せず）が、このカバー面２２に蒸着され得て、たとえば、対抗電極から基板２０の端部に延びる。ほかの方法として、この対抗電極自体を、基板２０の端部の少なくとも一つに連続するものとさせることができる。基板２０の下面上の、そのような導電性トラック、またはそのような連続的な対抗電極への通路を設けるために、図１ｂの実施例において、基板２０は基板１０に対してずらされている。
【００１４】
この実施例においては、基板２０は、平坦化された表面１８上に、およびディスプレイ領域の外で分散した位置に置かれた複数のスペーサ２６上に、支持される。これらスペーサ２６のそれぞれは、該スペーサの上側および下側表面により接触されている基板１０および２０の対向する面のそれぞれの領域部分が、高度の精度でわかっているそれぞれの高さを有する、位置に置かれる。好ましくは、図１ｂに示されるように、これらは、スペーサ２６の表面が対向する基板のその平坦化された表面に直に接触する領域部分である。この場合において、それぞれのスペーサ２６の高さは、表面１２より高い、平坦化された表面１８により定まる平面の高さに等しくなるだろう。スペーサ２６を正確に位置決めをし、および組み立てる簡易な手法は、フォトリソグラフィ的に、それぞれのスペーサを、表面１２または２２の一方に必要な高さに蒸着された層内に形成することによるものである。これらの平坦化された表面の同一平面性（ｅｖｅｎｎｅｓｓ）のため、スペーサは、非圧縮性材料、たとえば、窒化シリコンまたは二酸化シリコンなどで形成される。単に蒸着の高さをコントロールすることによって達成しうる正確さの度合いよりも大きな正確さの度合いが、望まれるのなら、スペーサ２６のすべてが、意図する高さよりも大きく蒸着され得て、そして、それら自体が平坦化されうる。スペーサ２６のすべてが、表面１２上に蒸着されるのなら、それらスペーサの上側表面は、表面１８の平坦化と同時に平坦化されうる。
【００１５】
図１ａおよび１ｂは、さらに、アセンブリの間、基板１０および２０の対面する面の間にはさまれる接着剤（ａｄｈｅｓｉｖｅ）２８の層の位置決めを示す。この接着剤は、技術的に知られているように、基板が互いに押しつけられ、接着剤の硬化（ｃｕｒｉｎｇ）の間そのまま保持されるときに、接着剤が横方向に拡がることを許容しながら、ディスプレイ領域を覆うことがないよう、ＬＣＤデバイス１４を取り囲むようにどちらかの基板上に置かれる。この接着剤は、液晶材料を収納するシールされたチャンバをも（表面１２および２２とともに）構成し、２つの基板を互いに保持する。硬化の間に膨張しないという条件の下で、この目的のため一般的に使用されるいずれの接着剤も利用され得る。好適には、接着剤は、スペーサ２６が基板間にしっかりと押しつけられたままであることを確実にするために、硬化の間、わずかに縮むだろう。この目的のため推奨されるいくつかの接着剤は、紫外線硬化（ＵＶ−ｃｕｒａｂｌｅ）または熱硬化性のエポキシ接着剤、たとえば、それぞれ、ノーランド・オプティカル・エドヒーシブス（Ｎｏｌａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ）カンパニーおよびエイブルスティック（Ａｂｌｅｓｔｉｃｋ）カンパニーから入手可能なものである。
【００１６】
本発明によるこの実施例によれば、基板は、スペーサ２６のまだ押しつけられない表面が、接触のため特に位置を定められた表面と物理的に密着することを確実にするために、十分な力をもって圧縮装置の接触範囲で互いに押しつけられる。これは、たとえば、重要なディスプレイ領域が覆われないままとされ、基板２０の光を透過する領域が平坦化された表面１８と接触していることを確実にするため既知の干渉計技術を使用することによって、容易に確認されうる。
【００１７】
図１ａ，１ｂおよび２はまた、第２のタイプのスペーサ３０（破線で示される）を示し、ここに、該スペーサはタイプおよび位置においてスペーサ２６と異なったものである。とりわけ、スペーサ３０のそれぞれは、圧縮性の（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ）スペーサであり、ここに、該スペーサは、当該スペーサの下側および上側表面によって接触させられる基板１０および２０の対向する面のそれぞれの領域部分の高さが、十分に高い精度でわかっていないところの、位置に置かれる。この状況は、たとえば、表面１２の大部分の領域が回路素子および導体トラックによって占められ、スペーサの均一な分布がこれら占有領域を避けることなく与えられることのできない場合に生ずる。ディスプレイ領域の外側でのスペーサの分布は、接着剤の硬化の間の収縮によって引き起こされる、この領域の外側での基板２０のどのような下向きの動き−したがって、それはディスプレイ領域上での基板２０の上向きの曲がりを生じさせるだろう−をも防ぐために、十分に均一でなければならない。
【００１８】
スペーサ３０の高さは、平坦化された表面１８上に対抗電極の下側表面が平らに載っていて、平坦化された表面１２と２２とが等距離にあるときの、該スペーサの上側および下側表面が接触する表面間の最大間隔以上である。たとえば、回路素子１６ｄのそれぞれの表面の頂部に対して押しつけられた下部表面と、表面２２に直接に押された頂面とを有するように置かれたスペーサ３０は、要求される名目上の高さに、その名目上の高さより小さい該回路素子に生じ得る最大の許容誤差偏差を足し合わせた高さ以上の高さを有する。
【００１９】
スペーサ２６の場合におけるように、圧縮性スペーサ３０は、該圧縮性スペーサが接触し且つ離間させる２つの表面の一方の上に要求される高さに蒸着されたスペーサ材料をフォトリソグラフィ的に成形することによって、正確に位置決めされ且つ構築されうる。推奨される圧縮性材料は、硬化性のフォトトレジストおよび感光性ポリイミド、たとえばニッサン（Ｎｉｓｓａｎ）コーポレイションから入手可能なそれらのものである。非圧縮性スペーサ２６だけが用いられる場合におけるように、スペーサ２６および３０並びに接着剤を設けた後、２つの基板は、互いに押しつけられ、該接着剤の硬化の間、基板２０の光透過領域を平坦化された表面１８に接触させたまま保持される。スペーサ３０の圧縮性材料は、ディスプレイ領域におけるセル−ギャップ間隔を要求される許容誤差内で維持するのに十分に非弾力的（ｎｏｎ−ｒｅｓｉｌｅｎｔ）なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１ａおよび１ｂは、本発明に従うＬＣＤ装置の実施例の立体図である。
【図２】  図２は、図１ａおよび１ｂの実施例の上面図である。
【図１Ａ】
0004625880.tif 000002
【図１Ｂ】
0004625880.tif 000003
【図２】
0004625880.tif 000004