技術 貼合装置

0001

本発明は、表示素子および光学素子を貼り合わせた貼合装置に関する。

0002

一般に、陰極線管（ＣＲＴ）よりも小型で軽量なフラットパネルディスプレイデバイスとして、液晶表示装置が用いられ、大画面を表示するものとしては透過型液晶表示装置がある。

0003

この透過型液晶表示装置は、光源となるランプの光を液晶表示パネルに集光して入射させ、この液晶表示パネルを透過した透過光を投射レンズによりスクリーン上に投射して大画面サイズに画像を表示している。また、液晶表示パネルは、光の強度を二次元的に変調できるので、透過光を変調して光学系により拡大投射して大画面サイズの投射画像が得られる。

0004

また、近年、このような投射型液晶表示装置を内蔵したリヤ型液晶プロジェクタが開発され、リヤ型液晶プロジェクタは従来のＣＲＴ型のプロジェクタに比べて、小型、軽量で、高輝度かつ安価である。

0005

さらに、投射型液晶表示装置のカラー表示方式としては、赤色の波長範囲となる赤色、緑色の波長範囲となる緑色および青色の波長範囲となる青色に対応してそれぞれ１枚ずつ液晶表示パネルを対応させ、色分離合成をダイクロイックミラーでする３板式液晶プロジェクタと、画素毎に色吸収フィルタが設けられたいわゆるカラーフィルタを用いた単板式液晶プロジェクタが知られている。

0006

そして、３板式液晶プロジェクタは、色分離合成による効率の低下が少ないため高輝度の表示が可能となるものの構成が複雑になり、単板式液晶プロジェクタは液晶表示パネルが１枚であるため低コスト化を図ることができるものの高輝度表示できない。

0007

そこで、構造が簡単であるとともに高輝度表示が可能な液晶プロジェクタとして、たとえば図７および図８に示す構成が知られている。

0008

この図７および図８に示す液晶プロジェクタは、図７に示すように、液晶表示パネル１を備え、この液晶表示パネル１は液晶表示素子２を有し、１つの画素３を形成する赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色の画素部3R，3G，3Bが形成され、この液晶表示パネル１に対向して光学素子としてのマイクロレンズ基板４が接着剤にて貼り合わされ、このマイクロレンズ基板４には１つの画素３に対応したマイクロレンズ5aが複数形成されたマイクロレンズ群５が形成されている。

0009

また、マイクロレンズ基板４側には白色光の光源６が配設され、この光源６はランプ７とこのランプ７からの光を反射する反射鏡８およびこれらランプ７および反射鏡８からの光を平行光にするレンズ９を有している。

0010

そして、光源６およびマイクロレンズ基板４の間には、傾斜角度を異ならせた３つのダイクロイックミラー11R ，11G ，11B が配設され、これらダイクロイックミラー11R ，11G ，11B では光源６からの白色光をそれぞれ赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームに分光し、マイクロレンズ基板４に入射される。

0011

また、液晶表示パネル１の出射側には、集光用のフィールドレンズ12および投射レンズ13を介して、スクリーン14に映写されるように形成されている。

0012

そして、光源６からの白色光を３つのダイクロイックミラー11R ，11G ，11Bで、赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームに分光し、これら赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームを液晶表示パネル１に互いに異なる角度から入射させる。すなわち、これら赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームはマイクロレンズ5aに異なる角度で入射され、このマイクロレンズ5aで赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームをそれぞれ画素３の対応する画素部3R，3G，3Bに集束し、画素３を赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂに振り分けている。なお、波長により焦点距離の長さは青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒの順に長くなる。そして、この振り分けられた光は、フィールドレンズ12で集光され、投射レンズ13を透過して画面に拡大投影される。

0013

この構造により、カラーフィルタを用いない単板式によるカラー表示が可能になり、色分離合成にダイクロイックミラーを使用していることから、色分離時の効率の低下が少なく、単板式であるために構造が簡単でコストが安く、マイクロレンズによる集光効果で高輝度な液晶プロジェクタとなる。

0014

しかしながら、上述の構成の単板式液晶プロジェクタの場合、マイクロレンズ基板４のマイクロレンズ5aと液晶表示素子２の画素３との位置合わせが確実にできていないと、色ずれや光損失が生ずるため、高精度の位置決めが必要になる。

0015

そして、位置決めの際には液晶表示装置に位置決めマークをあらかじめ形成しておき、この位置決めマークに基づき液晶表示パネル１とマイクロレンズ基板４との位置合わせをしている。また、一般に液晶表示パネル１は画素３が形成されている表示部と、この表示部の周囲の画素３を有しないいわゆる額縁部とを有しており、より精度の高い位置合わせをするには画素３を有する表示部に近い位置に位置合わせマークが形成されている必要がある。

0016

ところが、表示部に位置合わせマークを形成してしまうと表示の際に黒点あるいは白点などが現れ、表示品位が低下してしまう問題を有している。

0017

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、表示品位を低下することなく確実な位置決めができる貼合装置を提供することを目的とする。

0018

本発明は、画素を有する表示領域、この表示領域の周辺に形成された駆動回路領域、および、前記表示領域および駆動回路領域の間に形成されダミー画素の位置合わせマークを有するダミー画素領域を有する表示素子と、この表示素子から光を集光するレンズ群を有する光学素子とを対向させ、光学素子のレンズ群を介して表示素子に照射して前記レンズ群により集光させて表示素子にスポットを形成させる第１の光源と、前記レンズ群により表示素子面に集光されたスポットおよび位置合わせマークとを比較して相対位置ずれを検出するＸＹ位置ずれ検出手段と、前記表示素子および前記光学素子により生ずるモアレ像を照明する第２の光源と、前記モアレ像に基づき回転相対位置ずれを検出する回転位置ずれ検出手段と、表示素子および光学素子を貼着する貼着手段とを具備したもので、表示領域および駆動回路領域の間に形成されたダミー画素領域のダミー画素の位置合わせマークを用い、第１の光源から光学素子のレンズ群を介して表示素子に照射してレンズ群により集光させて表示素子にスポットを形成させ、ＸＹ位置ずれ検出手段でスポットおよび位置合わせマークとを比較してＸＹ方向の相対位置ずれを検出し、第２の光源で表示素子および光学素子により生ずるモアレ像を照明し、回転位置ずれ検出手段でモアレ像に基づき回転相対位置ずれを検出し、貼着手段で表示素子および光学素子を貼着することにより、表示品位を低下させることなく、確実に位置合わせする。

0019

また、位置合わせマークは、３原色のダミー画素のいずれか一つに割り当てられたもので、容易に形成できる。

0020

さらに、表示素子および光学素子の貼着は、所定の波長領域で硬化する光硬化性接着剤を用い、貼着手段は、この光硬化性接着剤が硬化する所定の波長領域の光を発光する第３の光源を有するもので、第３の光源から光を照射しない状態では光硬化性接着剤は硬化しないため、第３の光源から光を照射するまでは位置合わせのために表示素子および光学素子を相対的に移動可能で、第３の光源から所定の波長領域の光を照射することにより、光硬化性接着剤は硬化し、表示素子および光学素子を位置合わせした状態で貼着する。

0021

またさらに、所定の波長領域は、紫外線で、光硬化性接着剤は、紫外線硬化接着剤であるもので、紫外線により紫外線硬化接着剤が硬化されるため、表示素子および光学素子を貼着する。

0022

また、第１の光源および第２の光源から照射される光は紫外線以外の光で、貼着手段は、表示素子および光学素子とＸＹ位置ずれ検出手段および回転位置ずれ検出手段との間に第１の光源および第２の光源の光は透過し、紫外線は反射するダイクロイックミラーを備え、第３の光源は表示素子および光学素子とＸＹ位置ずれ検出手段および回転位置ずれ検出手段との間以外に設けられ、第３の光源の照射光をダイクロイックミラーで反射して紫外線硬化性接着剤に照射するもので、第１の光源および第２の光源から光を照射しても紫外線硬化接着剤は硬化しないため、位置合わせのために第１の光源および第２の光源から光を照射しても表示素子と光学素子がはり合わされないため、位置合わせに悪影響を与えない。

0023

さらに、第１の光源は、光学素子を介して表示素子に集光するスポットを調整するスポット位置調整手段を有するもので、光学素子と表示素子との距離が製造上の誤差などで異なっていたり、マイクロレンズの歪みなどにより、スポットを調整可能になる。

0024

またさらに、スポット位置調整手段は、第１の光源の照射光の波長を可変するもので、波長を変化させることにより焦点距離が変わるため、簡単にスポットを合わせられる。

0025

そしてまた、第１の光源は、レーザ光を照射するもので、レーザ光のためにスポットを微小化でき、位置調整の精度をより向上する。

0026

以下、本発明の一実施の形態の貼合装置を図面を参照して説明する。なお、従来例で説明した部分には、同一符号を付して説明する。

0027

貼合対象となる液晶プロジェクタは、液晶表示パネル１を備え、この液晶表示パネル１は液晶表示素子２を有し、１つの画素３を形成する赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色の画素部3R，3G，3Bが形成され、この液晶表示パネル１に対向して光学素子としてのマイクロレンズ基板４が接着剤にて貼り合わされ、このマイクロレンズ基板４には１つの画素３に対応したマイクロレンズ5aが複数形成されたマイクロレンズ群５が形成されている。

0028

また、液晶表示素子２は、図３に示すマトリクスアレイ基板21と、このマトリクスアレイ基板21に対向する図示しない対向基板22とを有し、マトリクスアレイ基板21および対向基板22間に液晶が挟持されている。

0029

このマトリクスアレイ基板21は、図３に示すように、中央に表示面となる表示領域23が形成され、この表示領域23の周囲に表示に寄与しない駆動回路領域としての額縁領域24が形成され、これら表示領域23および額縁領域24間にはダミー画素領域25が形成され、ダミー画素領域25には位置決め領域26が形成されている。また、額縁領域24には、走査線駆動回路27および信号線駆動回路28が形成されている。さらに、表示領域23およびダミー画素領域25上に対応して、マイクロレンズ基板４が取り付けられている。

0030

そして、表示領域23およびダミー画素領域25は、図４に示すように形成され、表示領域23は図８に示す３つの画素部3R，3G，3Bでとなる画素３がマトリクス状に配設され、これら画素３にはそれぞれ画素３を駆動する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor）32が対応して設けられている。また、これら薄膜トランジスタ32は、走査線駆動回路27に接続された走査線33および信号線駆動回路28に接続された信号線34に接続されている。

0031

さらに、ダミー画素領域25は、画素３と同様に、マトリクス状に３原色に対応した３つのダミー画素部35で１つのダミー画素36が形成され、そのうちの一つのダミー画素部35には位置決めマーク37が形成され、他の残りの２つのダミー画素部35には位置決めマーク37が形成されたダミー画素部35とは区別を付けるため、位置決めマーク37とは異なる形状の識別マーク38が形成されている。

0032

また、図７に示すように、マイクロレンズ基板４側には白色光の光源６が配設され、この光源６はランプ７とこのランプ７からの光を反射する反射鏡８およびこれらランプ７および反射鏡８からの光を平行光にするレンズ９を有している。

0033

そして、光源６およびマイクロレンズ基板４の間には、傾斜角度を異ならせた３つのダイクロイックミラー11R ，11G ，11B が配設され、これらダイクロイックミラー11R ，11G ，11B では光源６からの白色光をそれぞれ赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームに分光し、マイクロレンズ基板４に入射される。

0034

また、液晶表示パネル１の出射側には、集光用のフィールドレンズ12および投射レンズ13を介して、スクリーン14に映写されるように形成されている。

0035

そして、光源６からの白色光を３つのダイクロイックミラー11R ，11G ，11Bで、赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームに分光し、これら赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームを液晶表示パネル１に互いに異なる角度から入射させる。すなわち、これら赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームはマイクロレンズ5aに異なる角度で入射され、このマイクロレンズ5aで赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂの３原色のビームをそれぞれ画素３の対応する画素部3R，3G，3Bに集束し、画素３を赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂに振り分けている。なお、波長により焦点距離の長さは青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒの順に長くなる。そして、この振り分けられた光は、フィールドレンズ12で集光され、投射レンズ13を透過して画面に拡大投影される。

0036

次に、液晶表示パネル１を製造する貼合装置51について、図１および図２を参照して説明する。

0037

この貼合装置51は、液晶表示素子２を真空チャックを有する固定用のテーブル52を有し、このテーブル52には液晶表示素子２が載置固定されている。この液晶表示素子２上には図示しない貼着用の未硬化の紫外線硬化接着剤を介してマイクロレンズ基板４が載置されており、このマイクロレンズ基板４は位置調整用のマイクロレンズ基板ホルダ53に保持され、このマイクロレンズ基板ホルダ53は０．１μｍピッチで移動可能なＸＹθ型のアライメントステージでマイクロレンズ基板ホルダ53を移動することができるとともに回転できる。

0038

また、テーブル52の上方には、第１の光源としてのレーザ光源55が配設され、このレーザ光源55からのレーザは、テーブル52の上方に設けられたハーフミラー56およびミラー57にてマイクロレンズ基板４に照射し、このマイクロレンズ基板４のマイクロレンズ4aで液晶表示素子２に集光させてスポットを形成させる。そして、レーザ光源55は、図２に示すように、波長領域の異なる赤色レーザ光源61R 、緑色レーザ光源61G および青色レーザ光源61B を有しており、これらの赤色レーザ光源61R 、緑色レーザ光源61G および青色レーザ光源61B はミラー62により切り換え照射できる。なお、このように固定波長の光を切り換え出力するものに限らず、連続的に調整可能な光源を用いてもよい。

0039

さらに、テーブル52の下面には、ＸＹ位置ずれ検出手段63がそれぞれハーフミラー56およびミラー57に対応して設けられている。このＸＹ位置ずれ検出手段63は、顕微鏡64，64を有し、これら顕微鏡64，64には、それぞれモニタテレビジョン65，65が取り付けられている。

0040

また、テーブル52の下面の液晶表示パネル１の表示領域23の背面側には、第２の光源としてのモアレ用光源71が設けられ、液晶表示パネル１の前面側には回転位置ずれ検出手段72が配設され、この回転位置ずれ検出手段72はＣＣＤカメラ73が液晶表示パネル１の表示領域23に対向して設けられ、このＣＣＤカメラ73にはモニタテレビジョン74が設けられている。

0041

さらに、テーブル52の上方には、貼着手段76が配設され、この貼着手段76はレーザ光源55と同様に、第３の光源としての紫外線照射装置77が設けられ、ＣＣＤカメラ73と液晶表示パネル１との間には、紫外線照射装置77から照射される紫外線の波長４００ｎｍ以下の光を反射し、モアレ用光源71の波長４００ｎｍを超える光を透過させるダイクロイックミラー78が設けられている。

0042

次に、この貼合装置51の位置決め貼り合わせ動作について説明する。

0043

まず、液晶表示素子２とマイクロレンズ基板４とのＸＹ方向の位置合わせについて説明する。

0044

液晶表示素子２をテーブル52上に載置して真空チャックで固定し、この液晶表示素子２上に貼着用の未硬化の紫外線硬化接着剤を塗布した後、マイクロレンズ基板４を載置する。

0045

そして、レーザ光源55からレーザ光を照射し、ハーフミラー56で一部のレーザ光を反射するとともに透過し、ミラー57でレーザ光を反射し、マイクロレンズ基板４で集光させて液晶表示素子２に集光させ、マトリクスアレイ基板21のダミー画素領域25の位置決めマーク37上にスポットを形成する。

0046

また、マイクロレンズ4aの焦点距離のばらつき、紫外線硬化接着剤層の厚さのばらつき、液晶表示素子２やマイクロレンズ基板４の反りなどの原因で位置決めマーク37上のスポットが合焦できずに不鮮明の場合には、ミラー62を切り換えて、赤色レーザ光源61R 、緑色レーザ光源61G および青色レーザ光源61B のいずれかに切り換え、スポットを合焦させ鮮明にする。

0047

そして、図６に示すようにモニタテレビジョン65に映し出され、スポットの位置と液晶表示素子２のスポットの位置とを顕微鏡64の映像を映したモニタテレビジョン65で比較しながら、マイクロレンズ基板ホルダ53でマイクロレンズ基板４をＸＹ方向に移動させ、図５に示すように、ダミー画素36のダミー画素部35の位置決めマーク37の間にスポットが位置すればＸＹ方向の位置合わせは完了する。

0048

次に、液晶表示素子２とマイクロレンズ基板４との回転方向の位置合わせについて説明する。

0049

液晶表示素子２やマイクロレンズ基板４のＸＹ方向の位置合わせをした状態で、モアレ用光源71により、液晶表示素子２の背面から照明し、液晶表示素子２およびマイクロレンズ基板４を介した後、ダイクロイックミラー78を透過し、ＣＣＤカメラ73でモアレ像を撮像する。このＣＣＤカメラ73で撮像されたモアレ像は、モニタテレビジョン74でスーパーインポーズされた基準線と比較しながら、マイクロレンズ基板ホルダ53でマイクロレンズ基板４を回転させ、基準線に合わせることにより回転方向の位置合わせは完了する。なお、モアレ像は、モアレ像の見える範囲の画素３の一部分を序々に位置をずらしてサンプリングした像であり、マイクロレンズ4aに歪があってもその影響は小さい。

0050

そして、液晶表示素子２およびマイクロレンズ基板４のＸＹ方向および回転方向の位置合わせが完了した状態で、紫外線照射装置77から紫外線を照射し、ダイクロイックミラー78で反射させて液晶表示素子２とマイクロレンズ基板４との間の未硬化の紫外線硬化樹脂を硬化させ、液晶表示素子２およびマイクロレンズ基板４を貼り合わせる。

0051

このように、ダイクロイックミラー78により紫外線を反射するとともに、モアレ用光源71の光を透過することにより、モアレ観察と紫外線照射のいずれをもマイクロレンズ基板４の上方から可能となり、装置構造を簡略化できる。

0052

なお、上述の装置で液晶表示素子２およびマイクロレンズ基板４の位置合わせをしたところ、回転の位置ずれは３０μｒａｄ以下、Ｘ方向位置ずれは平均０．６μｍ、Ｙ方向位置ずれは平均０．５μｍに納めることができ、高精度の位置合わせおよび貼り合わせできる。

0053

本発明によれば、ＸＹ位置ずれ検出手段でスポットおよび位置合わせマークとを比較してＸＹ方向の相対位置ずれを検出し、第２の光源で表示素子および光学素子により生ずるモアレ像を照明し、回転位置ずれ検出手段でモアレ像に基づき回転相対位置ずれを検出し、貼着手段で表示素子および光学素子を貼着することにより、表示品位を低下させることなく、確実に位置合わせできる。

0054

図１本発明の一実施の形態の貼付装置を示す説明図である。
図２同上レーザ光源を拡大して示す説明図である。
図３同上液晶表示装置を示す説明図である。
図４同上マトリクスアレイ基板の表示領域およびダミー画素領域を拡大して示す説明図である。
図５同上ＸＹ方向の位置合わせを示す説明図である。
図６同上位置合わせマークを映した状態を示す説明図である。
図７同上液晶プロジェクタを示す説明図である。
図８同上液晶プロジェクタの液晶表示パネルを示す説明図である。

0055

２液晶表示素子
４光学素子としてのマイクロレンズ基板
23 表示領域
24駆動回路領域としての額縁領域
25ダミー画素領域
55 第１の光源としてのレーザ光源
62スポット位置調整手段としてのミラー
63 ＸＹ位置ずれ検出手段
71 第２の光源としてのモアレ用光源
72回転位置ずれ検出手段
76 貼着手段
77 第３の光源としての紫外線照射装置
78 ダイクロイックミラー