(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板に形成した共通電極と、第２基板に形成した駆動電極の対向間隙に液晶層を挟持してなる液晶パネルと、この液晶パネルを収容保持するキャビティ部を構成する枠状部材からなるパッケージ、および前記液晶パネルの１側辺で前記共通電極および駆動電極に接続して他端を遊端とした画像表示用の信号電圧を供給するフレキシブルプリント基板を有し、
前記液晶パネルを構成する第１基板の第２基板との接着面とは反対の面に、前記第１基板と第２基板よりも大きい遮光枠を貼り合わせると共に、この遮光枠の前記第１基板との貼り合わせ面の当該第１基板からはみ出た面を前記パッケージに接着してなり、前記液晶パネルの前記第１基板と第２基板は前記パッケージと機械的に直接接触しない構造としたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
第１基板に形成した共通電極と、第２基板に形成した駆動電極の対向間隙に液晶層を挟持してなる液晶パネルと、この液晶パネルを収容保持するキャビティ部を構成する枠状部材からなるパッケージ、および前記液晶パネルの１側辺で前記共通電極および駆動電極に接続して他端を遊端とした画像表示用の信号電圧を供給するフレキシブルプリント基板とから構成され、
前記液晶パネルを構成する第１基板の第２基板との接着面とは反対の面に、前記第１基板と第２基板よりも大きい遮光枠を貼り合わせると共に、この遮光枠の前記第１基板との貼り合わせ面の当該第１基板からはみ出た面を前記パッケージに接着してなり、前記パッケージのキャビティ内を前記遮光枠の接着面と反対側に接着した金属板で気密封止してなることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】
前記枠状部材の前記第１基板と前記パッケージとの接着面が前記キャビティ部の全周で切れ目のない同一面であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記フレキシブルプリント基板は前記キャビティ内の前記液晶パネルとの接合部近傍で湾曲させ、前記遊端側を前記パッケージの背面から外部に引き出してなることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記パッケージのキャビティ内の前記液晶パネルの第２基板と前記金属板の間に介在させた放熱シートを具備することを特徴とする請求項２、３または４に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子に係り、特に耐湿性と耐熱衝撃性を向上させた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビ受像機やパソコン等の情報機器のモニター、その他の各種画像表示装置用のデバイスとして液晶表示素子が広く用いられている。また、液晶表示素子を画像生成手段とした小型でかつ大画面を表示できる投射型表示装置も普及している。
【０００３】
液晶表示装置に用いる液晶表示素子は、共通電極を形成した一方の基板（第１基板）と、画素選択用の給電電極もしくはスイッチング素子の給電電極となる駆動電極を形成した他方の基板（第２基板）との各電極形成面を対向させて貼り合わせた間隙に液晶層を挟持して構成した液晶パネルで構成される。
【０００４】
直視型の液晶パネルでは上記第１と第２の基板として共にガラス等の透明板を用い、周縁および裏面に駆動回路基板およびバックライト（光源）を配置して液晶表示素子とし、その液晶パネルに形成した画像を第１基板の面上で観察する構成を採用している。
【０００５】
これに対し、投射型液晶表示装置に用いられる液晶表示素子は、小型の液晶パネルに生成した画像で透過光あるいは反射光を制御し、制御された光を投射光学系でスクリーン上に投射し、スクリーン上に投射された画像を観察する。
【０００６】
この種の投射型液晶表示装置は、その液晶パネルを構成する第１基板と第２基板を共に透明基板とした液晶モジュールを用いて、第２基板の背面から照明する形式と、第１基板を透明基板とし、第２基板として不透明のシリコン基板を用い、両者の貼り合わせ間隙に液晶層あるいは高分子分散型液晶層を挟持したものをパッケージに収納して液晶表示素子とし、第１基板側から照明光を照射する反射形式とが知られている。
【０００７】
また、上記投射型液晶表示装置では、その液晶表示素子を構成する液晶パネルへの駆動電圧等の供給をフレキシブルプリント基板を介して行うようにし、駆動回路装置、光源装置、および投射光学系等を筺体に組み込んで一体装置を構成している。
【０００８】
図７は投射型液晶表示装置などに用いられる従来の液晶表示素子の構造例の説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【０００９】
同図において、１は第１基板であり、透明ガラス板を好適とし、共通基板またはコモン基板とも称する。そして、２は第２基板で、駆動基板またはシリコン基板とも称する。これら第１基板１と第２基板２の間に液晶層３が挟持され、両基板の周囲をシール４で封止して液晶パネルを構成する。
【００１０】
７は液晶パネルを収容するキャビティを構成する枠状のパッケージで、接着剤６で第１基板１の第２基板２からはみ出た面をパッケージ７の内壁に形成した断部に接着する。
【００１１】
８は介挿部材で、放熱板である金属板１０と液晶パネルの第２基板の上端に介挿される。また、液晶パネルの背面と金属板１０の間には放熱シート９が挿入される。
【００１２】
１１はガラス板を好適とする遮光枠で、その下端と両側をパッケージ７を構成する枠状体の上面、および当該枠状体の上端に設置されたスペーサ１２にそれぞれ接着剤１４で接着される。このスペーサ１２は液晶パネルの第１基板の第１基板からはみ出た部分に形成されている電極に接続したフレキシブルプリント基板５を覆って設置される。なお、フレキシブルプリント基板５は接着剤６で液晶パネルの第１基板１と第２基板２の端縁に接着される。
【００１３】
この構造では、液晶パネルは第２基板２はパッケージ７に固定されることなく、第１基板１にのみ固定され、第１基板１は遮光枠１１を介してスペーサ１２に固定されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の液晶表示素子では、その液晶パネルを構成する第１基板１が第２基板２からはみ出た面をパッケージ７に接着している。このはみ出た面には透明電極の延長部が形成されている。
【００１５】
一方、パッケージ７として、熱膨係数が小さくガラス（熱膨張係数が３．８×１０-6／°Ｃ）に近い材料で成形したものを用いることが望ましく、その材料として、カーボンフィラを含有したＬＰＣ（液晶ポリマー、熱膨張係数が２×１０-6／°Ｃ）でモールド成形したものを使用したいとの要求がなされている。
【００１６】
このＬＰＣを用いたものでは、パッケージ７の表面にはファイバ状のカーボンフィラが微細な髭状に突き出ているため、パッケージ７と第１基板１の透明電極とが短絡して製品不良を起こしてしまうという問題があった。
【００１７】
また、パッケージの遮光枠１１を接着する面が同一平面でなく、パッケージ７の本体とスペーサ１２に分かれている。そのため、接着面が一様な面とならず、熱衝撃試験でパッケージ７の本体とスペーサ１２の境界に応力が集中し、接着剤のクラックや遮光枠１１あるいはパッケージの割れが発生するという問題があった。
【００１８】
さらに、上記従来の液晶表示素子では、遮光枠１１とパッケージ７の隙間（約０．２ｍｍ）に接着剤６を充填して気密封止を行っているが、シール部の透湿断面積が大きい上、接着剤６と被接着体である遮光枠１１とパッケージ７とのなじみが悪く、接着界面で透湿し易い。
【００１９】
そしてさらに、パッケージ７の背面に金属板１０をインサート成形しているため、液晶ポリマー（ＬＰＣ）との界面を通してパッケージ７のキャビティ内に湿気が侵入し、この部分を接着剤でシールする必要があり、製造工程が多くなる、等の問題があった。
【００２０】
その他、従来の液晶表示素子では、構成する部品点数が多く、組立て工程数を削減できず、コスト低減の妨げとなっていた。
【００２１】
本発明の目的は、上記従来技術の諸問題を解消して、耐衝撃性、耐湿性を向上して低コスト、かつ信頼性の高い液晶表示素子を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、液晶パネルをパッケージに搭載する構成として、当該液晶パネルを構成する第１基板をパッケージに接着する従来の仕様に代えて、先に遮光枠を液晶パネルに接着して遮光枠の第１基板あるいは第２基板からはみ出した部分をパッケージに接着する仕様とした。
【００２３】
これにより、液晶パネルを構成する第１基板とパッケージとが直接接触しない構造となり、カーボンフィラを含有したＬＣＰを材料としたパッケージを用いても第１基板に形成されている電極間の短絡がなく、したがって、パッケージのモールド材としてカーボンフィラ含有の液晶ポリマーを使用できる。
【００２４】
また、本発明は、フレキシブルプリント基板をパッケージの背面から引き出す構造としたことで、パッケージの遮光枠の接着面を一様な、切れ目のない面とすることができ、従来のようなパッケージに対する遮光枠、スペーサ等の境界部分に熱応力の集中が起こることがなく、当該部分の接着剤、遮光枠、パッケージの割れなどを回避できる。
【００２５】
さらに、本発明は、遮光枠とパッケージとの接着を行うための接着剤をパッケージまたは遮光枠の接着部に塗布し、遮光枠をパッケージに押し付けて固定する構造とすると共に、放熱板である金属板を放熱シートを介してパッケージの背面から押圧してパッケージに接着固定する構造とした。そして、従来はパッケージの上面とスペーサの間から引き出していたフレキシブルプリント基板をパッケージの背面で金属板との間から引き出す構造とした。なお、このフレキシブルプリント基板とパッケージおよび金属板の間も接着剤で接着する。
【００２６】
この構造としたことにより、カーボン含有ＬＣＰを用いたモールド成形のパッケージを使用できると共に、背面に設置する放熱板である金属板とパッケージとの間での透湿を防止できる。
【００２７】
本発明による液晶表示素子の代表的な構成を記述すれば、下記のとおりである。すなわち、
（１）第１基板に形成した共通電極と、第２基板に形成した駆動電極の対向間隙に液晶層を挟持してなる液晶パネルと、この液晶パネルを収容保持するキャビティ部を構成する枠状部材からなるパッケージ、および前記液晶パネルの１側辺で前記共通電極および駆動電極に接続して他端を遊端とした画像表示用の信号電圧を供給するフレキシブルプリント基板とから構成され、
前記液晶パネルを構成する第１基板の第２基板との接着面とは反対の面に、前記第１基板と第２基板よりも大きい遮光枠を貼り合わせると共に、この遮光枠の前記第１基板との貼り合わせ面の当該第１基板からはみ出た面を前記パッケージに接着してなり、前記液晶パネルの前記第１基板と第２基板は前記パッケージから機械的に直接接触しない構造としたことを特徴とする。
【００２８】
この構成により、カーボン含有ＬＣＰを用いたモールド成形のパッケージを使用でき、透湿を抑制し、熱衝撃試験での遮光枠、パッケージ、接着剤の割れが回避される。
【００２９】
（２）第１基板に形成した共通電極と、第２基板に形成した駆動電極の対向間隙に液晶層を挟持してなる液晶パネルと、この液晶パネルを収容保持するキャビティ部を構成する枠状部材からなるパッケージ、および前記液晶パネルの１側辺で前記共通電極および駆動電極に接続して他端を遊端とした画像表示用の信号電圧を供給するフレキシブルプリント基板とから構成され、
前記液晶パネルを構成する第１基板の第２基板との接着面とは反対の面に、前記第１基板と第２基板よりも大きい遮光枠を貼り合わせると共に、この遮光枠の前記第１基板との貼り合わせ面の当該第１基板からはみ出た面を前記パッケージに接着してなり、前記パッケージのキャビティ内を前記遮光枠の接着面と反対側に接着した金属板で気密封止したことを特徴とする。
【００３０】
この構成としたことで、上記（１）の効果に加えて、従来のように、フレキシブルプリント基板を引き出す部分にスペーサを要せず、部品数が削減され、低コスト化が可能となる。
【００３１】
（３）（１）または（２）において、前記枠状部材の前記第１基板と前記パッケージとの接着面が前記キャビティ部の全周で切れ目のない同一面としたことを特徴とする。
【００３２】
この構成により、上記（１）（２）の効果はもとより、接着面が均一となり、熱応力の集中が回避され、高い信頼性を確保できる。
【００３３】
（４）（１）または（２）において、前記フレキシブルプリント基板の前記１端側の近傍を前記キャビティ内で湾曲させ、前記遊端側を前記パッケージの背面から外部に引き出してなることを特徴とする。
【００３４】
この様な構成としたことで、上記（３）の効果に加え、フレキシブルプリント基板の引出し構造が簡素化でき、透湿防止と製造工程の簡略化が達成される。
【００３５】
（５）（２）、（３）または（４）においてて、前記パッケージのキャビティ内の前記液晶パネルの第２基板と前記金属板の間に介在させた放熱シートを具備したことを特徴とする。
【００３６】
この構成では、放熱シートとして熱伝動率が高く、弾性を有する材料を用いることで、液晶パネルの保持と液晶表示素子の過熱が防止される。
【００３７】
なお、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の偏光が可能であることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
図１は本発明による液晶表示素子の第１実施例の説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。また、図２は背面図、図３は図１（ａ）のＤ部分の拡大図である。
【００４０】
そして、図４は本発明による液晶表示素子の第１実施例の構成ををさらに説明する分解斜視図である。
【００４１】
図１〜図３において、液晶パネルは第１基板１と第２基板２の間に液晶層３を挟持し、シール４で封止して構成される。第１基板１は透明ガラス板で構成され、その内面に共通電極が形成されている。また、第２基板２は不透明なシリコン板から構成され、その内面に薄膜トランジスタ等のアクティブ素子および各種の電極が形成されている。これらの電極は対向基板からはみ出た部分に引き出されており、画像表示のための駆動信号の供給端子、および搭載された駆動ＩＣと接続される。
【００４２】
そして、第２基板２の第１基板１からはみ出た面内において、フレキシブルプリント基板５と異方性導電接着剤（ＡＣＦ）１５を介して接続される。第１基板に形成されているコモン電極との接続は、第１基板１と第２基板２の間の所要部分に設けた異方性導電接着を介して行われるか、あるいはフレキシブルプリント基板の導体を直接接続して行われる。ここでは、前者の構成としてある。
【００４３】
なお、図３における接着剤６はフレキシブルプリント基板５と液晶パネルとの接続部を補強する機能を有する。
【００４４】
液晶パネルの第１基板１の上面は遮光枠１１でカバーされる。この遮光枠１１は液晶パネルの有効領域（図中、点線で示す）の外周に不透明部分１１ａを有するガラス板で構成され、液晶パネルの周辺に搭載される駆動ＩＣ等の電子回路部を光から保護する光遮蔽を行う機能と共に、液晶パネルをパッケージ７に固定する機能を有する。
【００４５】
遮光枠１１を接着するパッケージ７の枠体の上面は当該遮光枠１１との当接面全面が切れ目のない一様な平面となっているため、熱衝撃試験における材料の構成膨張差に起因する応力が分散され、接着剤の割れや遮光枠、あるいはパッケージ７のクラック発生は起きない。
【００４６】
遮光枠１１は液晶パネルの第１基板１からはみ出す大きさを有し、このはみ出した面をパッケージ７の枠体の上面に接着剤１４で接着される。その後、液晶パネルの第１基板１は第２基板２の背面に介挿される放熱シート９を金属板（放熱板）１０と共に液晶パネルを押圧して遮光枠のガラス板内面に貼り合わされる。したがって、液晶パネルを構成する第１基板と第２基板は、共にパッケージとは直接接触する部分はない。
【００４７】
液晶パネルに接続されたフレキシブルプリント基板５は、当該液晶パネルとの接続部近傍でパッケージ７の背面側に湾曲されて枠状部の上部から外部に引き出される。このフレキシブルプリント基板５の遊端には画像信号源と接続するためのコネクタ部５ａを有している。
【００４８】
パッケージ７の背面に設置される金属板（放熱板）１０は、パッケージ７の上部枠状部にフレキシブルプリント基板５を介在させて下部枠状部および両側枠状部と共に接着剤１６で接着して固定される。このとき、パッケージ７の上部枠状部の接着面をフレキシブルプリント基板５の厚さ相当分だけ薄くしておくことで金属板１０を平面に固定することができる。また、金属板１０の当該フレキシブルプリント基板５の介在部分を外方に膨出させておいてもよい。
【００４９】
この金属板１０の固定により、上記したように、当該金属板１０の内側に介挿した放熱シート９が液晶パネルの第２基板２を遮光枠１１方向に押圧し、液晶パネルがパッケージ７のキャビティ内部に保持する。これにより、液晶パネルはパッケージ７と直接的に接触することがない。
【００５０】
これにより、液晶プロジェクタに組み込んで使用する場合でも上記したような構成部材の割れや液晶パネルの電極間の短絡は発生せず、透湿も回避され、高い信頼性を得るとができる。また、本実施例の液晶表示素子は、その構成部材の部品点数が少なく、低コストが達成される。
【００５１】
次に、本実施例の液晶表示素子に用いる液晶パネルの表示動作原理と、本実施例による液晶表示素子を組み込んだ液晶プロジェクタの一例について、その概要を説明する。
【００５２】
図５は高分子分散型液晶を用いた液晶パネルの表示動作の原理を説明する模式図であって、（ａ）は非表示状態を、（ｂ）は表示状態を示す。
【００５３】
図中、３は高分子マトリクス中に液晶分子３ａを分散した高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）で、印加電圧に応じて光を散乱する状態から透過する状態に変化する。
【００５４】
第２基板２にはスイッチング素子である薄膜トランジスタＴＦＴと反射画素電極２Ａが、第１基板１には共通電極である透明電極１Ａが形成されていて、（ａ）に示すように、第１基板１の透明電極１Ａと第２基板２の反射画素電極２Ａの間に電圧を印加してない（ａ）の状態では、液晶分子３ａはそれぞれ不規則な方向に配列しており、入射光Ｌinは液晶層３で散乱する。Ｌscは散乱光を示す。
【００５５】
一方、同図（ｂ）に示すように、第１基板１の透明電極１ａと第２基板２の反射画素電極２Ａの間に薄膜トランジスタＴＦＴの選択で電圧を印加した状態では、液晶分子３ａが一定方向に配向する。この状態で、入射光Ｌinは散乱せずに液晶層３を透過して反射画素電極２Ａに到達し、この反射画素電極２Ａで正反射して第１基板１からこの反射光が出射する。Ｌout はこの反射光を示す。
【００５６】
この動作原理を用い、反射画素電極２Ａをスイッチング素子である薄膜トランジスタＴＦＴで選択することにより、画像を表示する。
【００５７】
図６は図５で説明した液晶表示素子を用いた液晶プロジェクタの構成例を説明するための模式図である。筺体２０内に液晶表示素子２１、照明光源２２、照明レンズ系２３、反射鏡２４、結像レンズ系２５、光学絞り２６、および投射光学系２７等を収納してなる。
【００５８】
光源装置２２からの照射光は照明レンズ系２３と反射鏡２４により液晶表示素子２１を構成する液晶パネル２１Ａの表面に入射する。液晶パネル２１Ａの有効表示領域には画像信号に対応して入射光を透過、または不透過にする電子画像が生成されており、この電子画像によって液晶パネル２１Ａに入射した光が変調され、反射した光が結像レンズ系２５と光学絞り２６、投射光学系２７を介してスクリーン２８上に拡大投射される。なお、ここでは、分かり易くするために結像レンズ系２５と液晶表示素子とを分離して図示してある。
【００５９】
なお、上記の例では、高分子分散型液晶層を用いた反射型液晶表示素子について説明したが、本発明は、他の組成をもつ液晶層を用いた液晶表示素子にも同様に適用できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱膨張係数が小さく第１基板や第２基板、遮光枠等の液晶表示素子の構成材料と熱膨張係数が近似したカーボンフィラを含有した液晶ポリマー（ＬＣＰ）でモールド成形したパッケージを使用できるので、各構成材料の熱膨張差による当該構成材料の接着部分での応力が起きにくく、液晶パネルの液晶層のセルギャップ異常による表示不良が防止される。
【００６１】
また、パッケージの遮光枠接着面が切れ目のない一様な平面であるため、熱衝撃試験でも各構成材料の熱膨張差による当該構成材料の接着部分での応力集中が抑制され、接着部での各構成材料の割れや接着剤の割れが回避でき、製品不良の発生が防止され、信頼性の高い液晶表示素子を提供できる。
【００６２】
さらに、本発明によれば、パッケージの遮光枠接着面が切れ目がないため、遮光枠および金属板を接着する接着剤の量を少なくしても十分な接着が可能で、接着層が薄くすることができ、接着剤や接着界面を通してパッケージのキャビティ内に湿気が入り込み難く、製品の耐湿信頼性も大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示素子の第１実施例の説明図である。
【図２】本発明による液晶表示素子の第１実施例の背面図である。
【図３】図１（ａ）のＤ部分の拡大図である。
【図４】本発明による液晶表示素子の第１実施例の構成ををさらに説明する分解斜視図である。
【図５】高分子分散型液晶を用いた液晶パネルの表示動作の原理を説明する模式図である。
【図６】図５で説明した液晶表示素子を用いた液晶プロジェクタの構成例を説明するための模式図である。
【図７】投射型液晶表示装置などに用いられる従来の液晶表示素子の構造例の説明図である。
【符号の説明】
１  第１基板
２  第２基板
３  液晶層
４  シール
５  フレキシブルプリント基板
５ａ  コネクタ部
６，１６  接着剤
７  パッケージ
９  放熱シート
１０  金属板（放熱板）
１１  遮光枠
１１ａ  不透明部分
１５  異方性導電接着剤
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  取り付けねじ穴。
【図１】
0003873144.tif 000002
【図２】
0003873144.tif 000003
【図３】
0003873144.tif 000004
【図４】
0003873144.tif 000005
【図５】
0003873144.tif 000006
【図６】
0003873144.tif 000007
【図７】
0003873144.tif 000008