JP5016850B2

JP5016850B2 - 液晶表示装置及び液晶プロジェクター装置

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Publication number: JP5016850B2
Application number: JP2006149894A
Authority: JP
Inventors: 武史市川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: CN101082707A; US20070279570A1; JP2007322502A; US8068189B2; CN100590479C

Description

本発明は液晶を用いて画像、文字等を表示する液晶表示装置、液晶プロジェクター装置及びリアプロジェクション装置に関し、特に投影型の液晶表示装置、液晶プロジェクター装置及びリアプロジェクション装置に関する。

今日、世の中はマルチメディア時代に入り、画像情報でコミュニケーションを図る機器の重要性がますます高まりつつある。なかでも、液晶表示装置は、薄型で消費電力が小さいため注目され、半導体にならぶ基幹産業にまで成長している。
液晶表示装置は、現在、画面サイズの大型化にともない、製造装置が高価になるばかりでなく、大画面を駆動するためには、電気的に厳しい特性が要求される。このため、小型の液晶表示パネルを作製し、光学的に像を拡大して表示するプロジェクション（投影）方式が注目されている。これは、半導体の微細化にともない、性能やコストが良くなるスケーリング則と同様に、サイズを小さくして、特性を向上させ、同時に、低コスト化も図ることができるからである。
上記液晶パネルの実装方法は、一般にワイヤボンディングを用いたり、ＡＣＦ (Anisotropic Condactive Film) のような手法で外部システムと接続するのが一般的である。

また、液晶パネルに関しては、一般的な半導体回路の接続と異なる点として、対向するガラス基板等の光透過性基板上の電位を取る点がある。その方法としては、特許文献１に記述されるように、ガラスあるいは樹脂等の光透過性基板を用いた液晶パネルで、直接ガラス基板や樹脂基板上の電極にＡｇペースト等でフレキシブルプリント配線基板と接続する方法がある。また、特許文献２や特許文献３に記述されるように、導電物質によりシリコン基板側の配線と接続している方法がある。図９は特許文献３に示されている断面図を示したものである。図９に示すように、第１基板２０２に共通配線２０３、外部接続端子２０４が設けられ、第２期板２１２に対向電極２１１が設けられている。第１基板２０２と第２基板間には液晶２１５が封入される。２３３は外部接続領域で、２３２はＡｇペースト等の導電接続部３２である。
特開平５−７２５４５号公報特開２００１−２４９３４５号公報特開２００２−００６３３９号公報

しかしながら、特許文献１では液晶を挟む基板どうしの電気接続、特に液晶を挟む光透過性基板とシリコン基板との電気接続の記載はない。また光透過性基板上の電極から直接電位をとり、フレキシブルプリント配線板と接続し、外部と電気接続しているので、静電気対策が望まれる場合に、静電気対策をとることが容易でないという課題が生じてくる。

一方、特許文献２や特許文献３の方法では、液晶が封入されているギャップを決めているスペーサーの大きさよりも大きな導電粒子でないと導電粒子で光透過性基板上の電極と下地回路を接続することができない。そのため、液晶が封入されているギャップを制御しにくくなるといった課題や、液晶プロセス工程が複雑になるといった弊害が生じる。

（発明の目的）
本発明の目的は、液晶表示装置において、液晶が封入されているギャップを乱すことなく、静電気対策をとることが可能な構成を提供することにある。さらに、プロセスを複雑化することなく、そして歩留まりを劣化させるような局所的に力がかかることを抑制した形で光透過性基板の電極の電位をとる構造を実現することにある。

上記課題を解決するための本発明の液晶表示装置は、半導体基板に液晶変調用電極をマトリクス状に複数個配し、液晶を挟んで、透明電極を有する光透過性基板と前記半導体基板とを貼り合せた液晶表示装置において、前記半導体基板及び前記透明電極は外部と電気接続するフレキシブルプリント配線板と接続されており、前記半導体基板は、静電気対策保護回路を備え、前記透明電極が前記フレキシブルプリント配線板の配線に接続され、前記配線が前記静電気対策保護回路に接続されることで、前記透明電極と前記静電気対策保護回路とが電気接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、液晶が封入されているギャップを乱すことなく、光透過性基板と半導体基板との電気接続が可能となる。そして、半導体基板に静電気対策保護回路を設ければ静電気対策をとることが可能となる。さらに、プロセスを複雑化することなく、そして歩留まりを劣化させるような局所的に力がかかることを抑制した形で光透過性基板の電極の電位をとる構造を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

［実施形態１］
本発明の第１の実施形態を図１に基づいて詳細に説明する。

図１は液晶プロジェクター装置に用いられる本実施形態の液晶表示装置の概念を説明するための図であり、液晶表示装置の等価回路図の一例である。ここでは、簡易化のために２×２の画素を示している。

図１において、１，２は信号線、３〜６は画素のスイッチングトランジスタ、７〜１０は液晶、１１〜１４は画素の保持容量、１５，１６は駆動線（走査線）、１７は信号線１，２を走査する水平シフトレジスタである。また、１８は駆動線１５，１６を走査する垂直シフトレジスタ、１９はビデオ線、２０，２１はビデオ線１９から信号線１，２へのサンプリングスイッチ、２２は第二基板となるガラス基板（光透過性基板）上の対向電極（透明電極となる）を表す。水平シフトレジスタ１７、垂直シフトレジスタ１８、スイッチングトランジスタ３〜６、保持容量１１〜１４及びサンプリングスイッチ２０，２１は、第一基板となるシリコン基板等の半導体基板に形成される。

本実施形態の液晶表示装置の動作を簡単に説明する。図1では画素は２×２で表示し、説明しているが、これは説明の簡易化のためで、マトリクス状にX画素×Y画素（Ｘ，Ｙは２以上の自然数、例えばＳＸＧＡ＋の場合１４００画素×１０５０画素）存在する。

まず図１において、垂直シフトレジスタ１８により駆動線１５に、画素のスイッチトランジスタ３，４をオン状態にするべく信号が入力される。このオン状態時に、水平シフトレジスタ１７により順次サンプリングスイッチ２０，２１がオンし、ビデオ線１９から信号線１，２に信号を伝達する。具体的には、サンプリングスイッチ２０が開いて、信号線１にビデオ線１９の信号が書き込まれる。すると画素のスイッチトランジスタ３を通して保持容量１１に電荷が蓄積され、対向電極２２との間で液晶７に電圧を印加する。次いでサンプリングスイッチ２０が閉じた後にサンプリングスイッチ２１が開いてビデオ線１９の信号を信号線２に書き込み、画素部のスイッチトランジスタ４を通して保持容量１２に電荷が蓄積され、対向電極２２との間で液晶８に電圧を印加する。このシーケンスで駆動線１５に接続された画素に順次に信号が書き込まれていく（順次保持容量に電荷が蓄積され、信号が書き込まれていく）。駆動線１５に接続された全ての画素に信号が書き込まれた後に、駆動線１５がオフし、今度は駆動線１６が、スイッチトランジスタ５，６をオン状態にするべく信号が入力される。後は駆動線１５に接続される画素と同様の動作で駆動線１６に接続される画素に信号が書き込まれていく。パネルの全画素の書き込みが終了した後、再びこの動作が繰り返される。

対向電極２２に対向して設けられる画素電極（液晶変調用電極となる）への電圧は、焼きつき等の不良を起こすために交流電圧をかけることが一般的であり、例えば６Ｖの中心電圧に対して±５Ｖ、即ち１〜１１Ｖを書き込んでいくことになる。この中心電圧が対向電極２２の電圧である。

図２（ａ）、（ｂ）は電極取り出し部を含む液晶表示装置の断面図及び斜視図である。図２（ａ）、（ｂ）において、ガラス基板４７上のＩＴＯ電極等の透明電極である対向電極２３（対向電極２２に対応する）は、Ａｇペースト等の導電性ペースト部２４によりフレキシブルプリント配線板２５に接続される。さらに、フレキシブルプリント配線板２５の配線３８で引き回したのちに、フレキシブルプリント配線板２５のパッド（ＰＡＤ）部２６からシリコン基板（半導体基板）２８側にワイヤボンディング２７によりＳｉ基板２８のパッド部２９に接続される。

図３はパッド部の詳細図で、３０はパッド部２９に接続される静電気対策保護回路で、たとえばダイオード回路やパワーレールクランプ回路等の回路である。この図ではさらに、パッド部29は他の電極となる遮光層31に接続されている。遮光層３１は反射電極である画素電極３２の隙間から入射してくる光が下層のスイッチトランジスタ等に入射しないように抑制する層である。この遮光層３１は、対向電極２３（ＩＴＯ電極）との間に電圧がかからないように、ＩＴＯ電圧と同じ値にすることが好ましく、本実施形態では対向電極２２と電気接続されている。３５はポリシリコンで、スイッチトランジスタのドレイン３６に対向配置され画素の保持容量を構成する。３３はスイッチトランジスタのゲート、３４は信号線、３７はスイッチトランジスタのソースである。

図４は本実施形態の液晶表示装置の平面図である。３８はフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）２５上の配線である。ここでは導電性ペースト部２４からパッド部２６までの配線３８が形成されるフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）の「Ｌ」字状の部分は省略され、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）２５は四角状に示されている。

３９はパッド部２６から第１基板となるシリコン基板２８に入った配線の出口（又は入口）となる、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）２５のパッド部である。やはりシリコン基板２８とはワイヤボンディング２７で接続され、端子４０まで配線が伸びている形状である。こうすることで、端子４０から入力した静電気はガラス基板等の対向電極２３上の電極に到達する前にシリコン基板内の静電気対策保護回路３０で吸収される。

本実施形態の液晶表示装置はガラス基板上の対向電極に対しても通常の静電気対策を施せるため、マシンモデルでの１５０Ｖ以上の静電気に対して高い信頼性を得ることができた。さらに、実装工程の負荷も少なく、歩留まりの高い液晶表示装置が実現できた。また、ガラス基板とシリコン基板との間に挟み込む形で導通を取るわけではないので、ギャップにムラは少なく,良質な画像を提供できる。本実施形態ではシリコン基板とガラス基板を片側だけずらした形で張り合わせて作成したが、ガラスのほうが大きくてもよいし、特にかかる構成に限定されないことは言うまでも無い。また本実施形態内ではＡｇペーストでフレキシブルプリント配線板と接続したがこれに限定することは無く、ＡＣＦや通常のワイヤボンディング等の方法を用いても何ら問題は無い。

図５は本実施形態の液晶表示装置のフレキシブルプリント配線板に回路基板を接続した実装形態を示す平面図、図６はフレキシブルプリント配線板を湾曲した状態を示す断面図である。

図５及び図６において、３０１はガラス基板、３０２はシリコン基板、３０３はワイヤボンディング、３０４はフレキシブルプリント配線板であり、図１〜図４に示した反射型液晶表示装置と同様な構成である。３０５は回路基板で、３０６、３０７は液晶表示装置を駆動するための制御用のＩＣ、３０８はコネクタである。
なお、図２ではワイヤボンディングを行う側と反対側にガラス基板４７をずらし、ガラス基板とフレキシブルプリント配線板との接続を行った。しかし、図７に示すようにシリコン基板のパッド部（パッド部２９等）の並び方向と平行にガラス基板４７をずらし、ガラス基板とフレキシブルプリント配線板との接続を行ってもよい。

また、透明電極である対向電極２３に接続されるパッド部２９は、他の電極となる遮光層31に接続されている場合について説明した。しかし他の電極はこれに限られず、例えば保持容量を構成する電極（ここではドレイン電極３６）であってもよい。この場合はポリシリコン３５が画素電極３２と接続されることになる。このように、パッド部２９を遮光層３１や保持容量のポリシリコン３５と接続することで、遮光層３１や保持容量のポリシリコン３５の電位を取るためのパッド部を設ける必要がなくなり、パッド（ＰＡＤ）数を低減することができる。

［実施形態２］
本発明の第２の実施形態を図８に基づいて説明する。ガラス基板上のＩＴＯ電極等の対向電極からフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）に接続された配線３８はパッド部４１よりシリコン基板（半導体基板）２８のパッド部４２にはいる。パッド部４２には静電破壊対策回路４３が接続されている。パッド部４２はさらに隣のパッド部４４に接続され、ワイヤボンディングを通してフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）２５のパッド部２６に接続されている。本実施形態では端子４５からパッド部２６、４４、４２、４１を介してガラス基板上のＩＴＯ電極等の対向電極に接続されているが、シリコン基板に１度入り、パッド部に接続される静電破壊対策回路43で静電対策が施されている。実施形態１と比較してパッド数は多くなるが、静電対策が施された良質な液晶パネルを供給できる。

［実施形態３］
図９を用いて、上述した第１又は第２の本実施形態の液晶表示装置を用いた液晶プロジェクター装置について説明する。

図９は液晶プロジェクター装置の一例である。１０１はランプ、１０２はリフレクター、１０３はロッドインテグレーター、１０４はコリメーターレンズ、１０５は偏光変換系、１０６はリレーレンズ、１０７はダイクロイックミラーである。また、１０８は偏光ビームスプリッター、１０９はクロスプリズム、１１０は液晶パネル、１１１は投影レンズ、１１２は全反射ミラーである。１１０の液晶パネルは図５及び図６に示した液晶表示装置を用いたものである。

ランプ１０１から出た光束はリフレクター１０２で反射し、インテグレーター１０３の入り口に集光する。このリフレクター１０３は楕円リフレクターであり、発光部及びインテグレーター入り口にその焦点が存在する。インテグレーター１０３に入った光束はインテグレーター内部で0〜数回反射を繰り返し、インテグレーター出口で２次光源像を形成する。２次光源形成法としてはフライアイを用いた方法も有るが、ここでは省略する。２次光源からの光束はコリメーターレンズ１０４を通して、おおむね平行光とされ、偏光変換系の偏光ビームスプリッター１０５に入射する。P波は偏光ビームスプリッター１０５で反射し、λ/2板を通りS波となり、全てがS波となりリレーレンズ１０６に入射する。光束はリレーレンズ１０６により、パネルに集光される。パネルに集光される間に、色分解ダイクロイックミラー１０７、偏光板(不図示)、偏光ビームスプリッター１０８、クロスプリズム１０９等で色分解系が構成され、S波がそれぞれ３枚の液晶パネル１１０に入射する。液晶パネル１１０では液晶シャッターが、映像に合わせて画素ごとに電圧を制御する。液晶の作用によりS波を楕円偏光（もしくは直線偏光）に変調し、偏光ビームスプリッター１０８でP波成分を透過させ、クロスプリズム１０９で色合成した後投影レンズ１１１から投影する形態が一般的である。

本実施形態の液晶プロジェクター装置は、筐体内に設置され、壁や専用スクリーン等に画像光を投射する液晶プロジェクターを構成することができる。

また本実施形態の液晶プロジェクター装置はリアプロジェクションテレビ等のリアプロジェクション装置に用いることができる。すなわち、図１０に示すように、本実施形態の液晶プロジェクター装置を（ここでは投影レンズのみを示している）、反射ミラー３１０、スクリーンとなるフレネルレンズ３１１，レンチキュラーレンズ３１２とともに筐体内に配置することで、リアプロジェクションテレビ等のリアプロジェクション装置を構成することができる。

図１０に示すように、液晶プロジェクター装置の投影レンズ１１１からの光を反射ミラー３１０で反射させスクリーンの背面に投射し（反射ミラーを介さず投射してもよい）、フレネルレンズ３１１で平行光とし、レンチキュラーレンズ３１２を通して光を広角度に散乱させる。

したがって、本実施形態の液晶プロジェクター装置は、フロントプロジェクション方式（壁や専用スクリーン等に画像光を投射する方式）、リアプロジェクション方式（スクリーンの背面に画像光を投射してスクリーンの透過光を見る方式）のいずれにも用いることができる。

以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置は、ガラス基板等の光透過性基板上の透明電極に対しても静電気対策が施され故障を大きく減らすことができた。また、光透過性基板とシリコン基板等の半導体基板のギャップムラも少なく形成できるために、輝度ムラや色むらが少なく良質な画質の液晶プロジェクター装置を形成することが可能となった。

また、以上説明した各実施形態では対向電極は透明電極であるとして説明したが、対向電極のうち画像表示に影響のない部分は、金属電極等の不透明又は透明電極よりも透過率の低い電極であってもよい。例えば、導電性ペースト部２４と接続される部分を、透明電極部分と接続される金属電極等の電極で形成することができる。

また、以上説明した各実施形態では反射型液晶表示装置及び反射型液晶表示装置を用いた液晶プロジェクター装置について説明したが、本発明は透過型液晶表示装置及び透過型液晶表示装置を用いた液晶プロジェクター装置についても適用可能である。

本発明は液晶を用いて画像、文字等を表示する液晶表示装置、液晶プロジェクター装置及びリアプロジェクション装置に用いることができ、特に投影型の液晶表示装置、液晶プロジェクター装置、フロントプロジェクション装置及びリアプロジェクション装置に用いることができる。

本発明による液晶表示装置の透過回路図である。本発明による第１実施形態を説明する断面図及び斜視図である。本発明による第１実施形態を説明する断面図である。本発明による第１実施形態を説明する平面図である。本発明による第１実施形態の液晶表示装置のフレキシブルプリント配線板に回路基板を接続した実装形態を示す平面図である。フレキシブルプリント配線板を湾曲した状態を示す断面図である。本発明による第１実施形態の他の構成を説明する斜視図である。本発明による第２実施形態を説明する平面図である。本発明による液晶表示装置を用いた液晶プロジェクター装置の説明図である。本発明による液晶表示装置を用いたリアプロジェクション装置の説明図である。従来の液晶表示装置の例を表す図である。

符号の説明

１，２信号線
３-６画素部のスイッチングトランジスタ
７-１０液晶
１１-１４保持容量
１５,１６駆動線
１７水平シフトレジスタ
１８垂直シフトレジスタ
１９ビデオ
２０,２１サンプリングスイッチ
２２ＩＴＯ共通電極
２３透明電極
２４Ａｇペースト
２５ＦＰＣ接続部
２６ＦＰＣパッド（ＰＡＤ）部
２７ワイヤボンディング
２８基板
２９、３９、４２、４４基板上のパッド部
３０、４３静電気対策保護回路
３１遮光層
３２反射電極
３３ゲート
３４信号線
３５ドレイン
３６ソース
３７ＦＰＣ
３８配線
４０、４５端子部
１０１ランプ
１０２リフレクター
１０３ロッドインテグレーター
１０４コリメーターレンズ
１０５偏光変換系
１０６リレーレンズ
１０７ダイクロイックミラー
１０８偏光ビームスプリッター
１０９クロスプリズム
１１０液晶パネル
１１１投影レンズ
１１２全反射ミラー

Claims

半導体基板に液晶変調用電極をマトリクス状に複数個配し、液晶を挟んで、透明電極を有する光透過性基板と前記半導体基板とを貼り合せた液晶表示装置において、
前記半導体基板及び前記透明電極は外部と電気接続するフレキシブルプリント配線板と接続されており、
前記半導体基板は、静電気対策保護回路を備え、
前記透明電極が前記フレキシブルプリント配線板の配線に接続され、前記配線が前記静電気対策保護回路に接続されることで、前記透明電極と前記静電気対策保護回路とが電気接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
前記半導体基板は、前記液晶変調用電極に対して液晶配置側とは反対側に配置され前記液晶変調用電極に接続されたトランジスタ及び保持容量を有する画素がマトリクス状に複数配され、前記トランジスタと前記液晶変調用電極の間に遮光層が配置され、前記静電気対策保護回路と接続された第１のパッド部を備えており、
前記フレキシブルプリント配線板は、前記配線と接続された第２のパッド部と、前記第２のパッド部とは反対側で前記配線と接続された第３のパッド部と、を備えており、
前記透明電極が導電性ペーストを介して前記第３のパッド部に接続され、前記第２のパッド部と前記第３のパッド部とがワイヤボンディングにより接続されることで、前記配線を介して前記透明電極が前記静電気対策保護回路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記透明電極は前記配線を介して、前記液晶変調用電極とは別に前記半導体基板に配された他の電極と接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
前記他の電極は、前記遮光層であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
前記液晶変調用電極は反射電極であり、前記液晶表示装置は反射型液晶表示装置であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶表示装置を１枚以上使用した液晶プロジェクター装置。
請求項６に記載の液晶プロジェクター装置と、該液晶プロジェクター装置からの画像光を背面に投射するスクリーンとを備えたリアプロジェクション装置。