JP2007171363A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明基板と半導体素子の熱膨張係数の差などによって生ずる透明基板の反りの発生を抑制できる液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる液晶表示装置は、矩形状の第１の透明基板１１と、内面を第１の透明基板１１の内面に対向して設けられた矩形状の第２の透明基板２１と、第１の透明基板１１の一辺側に第２の透明基板２１の端面よりも延出して設けられた半導体素子実装部１１ａと、第２の透明基板２１の外周縁に沿って形成され、第１および第２の透明基板１１、２１を接合するシール枠３０と、第１および第２の透明基板１１、２１のシール枠３０に囲われた空間に設けられた液晶層５０とを有する。また、第１の透明基板１１の一辺側のシール枠３０ａの幅は、第１の透明基板１１の一辺の対辺側のシール枠３０ｂの幅の１．８倍〜４．０倍である。
【選択図】図１

Description

この発明は、液晶表示装置に関し、特に、液晶表示装置を構成する基板上に、半導体素子が実装される液晶表示装置に関する。

近年、携帯電話機、携帯情報端末、電子手帳、携帯型テレビ等の多くの電子機器に、液晶表示装置等の表示装置が組み込まれるようになった。
液晶表示装置は、一般に、ガラスなどからなる一対の透明基板を、電極が形成された内面を互いに対向して配置し、一対の透明基板間の周縁部で枠状に設けられたシール材により一対の透明基板を貼り合せ、シール材の一部に設けられた液晶注入口から一対の透明基板間のシール材に囲われた空間に液晶を注入し、液晶注入口を封止して構成される。

また、かかる液晶表示装置では、一対の透明基板のうち、一方の透明基板が他方の透明基板よりも延出された延出領域を有する。そして、この延出領域には、各透明基板の電極へ電圧を供給するための配線パターンが形成されており、この配線パターンに接続されるように、半導体素子がＣＯＧ（Chip on Glass）実装されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−９８５４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、半導体素子を一方の透明基板上に設けられた延出領域にＣＯＧ実装するのに、半導体素子に約２００℃以上の高熱を加えて行うが、半導体素子と透明基板の熱膨張係数の違いや半導体素子および透明基板の間の温度勾配を要因として、ＣＯＧ実装後の半導体素子と透明基板との間に応力が残留し、残留歪が生じ、透明基板に反りが生じるという問題が発生した。また、このような透明基板の反りによって、半導体素子近傍で液晶層の厚さが変動し、光透過率や色調が不均一になるなど表示品質を低下させてしまう問題が生じた。

例えば、透明基板の材料に熱膨張係数８０×１０^−７（／℃）のソーダガラスを用い、半導体素子には熱膨張係数約４０×１０^−７（／℃）のものを用いた場合、この熱膨張係数差により生じる残留応力・残留歪によって、透明基板の半導体素子実装領域の近傍に、半導体素子の実装面側を凸、半導体素子の実装面と反対面側を凹とする湾曲状の反りが生じていた。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、基板と半導体素子の熱膨張係数の差などによって生ずる基板の反りの発生を抑制できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、矩形状に形成され、内面に第１の電極が形成された第１の基板と、矩形状に形成され、第２の電極が形成された内面を第１の基板の内面に対向して設けられた第２の基板と、上記第１の基板および上記第２の基板の外側に配設された一対の偏光板と、第１の基板の一辺側に第２の基板の端面よりも延出して設けられた半導体素子実装部と、第２の基板の外周縁に沿って形成され、第１および第２の基板を接合するシール枠と、第１および第２の基板の間であってシール枠に囲われて設けられた液晶層とを有する液晶表示装置であって、第１の基板の一辺側のシール枠の幅は、第１の基板の一辺の対辺側のシール枠の幅の１．８倍〜４．０倍であることを特徴とするものである。
このように構成したことにより、基板と半導体素子の熱膨張係数の差などによって生ずる基板の反りの発生を抑制できる。

このとき、液晶表示装置はＳＴＮ型液晶表示装置であると効果的である。また、液晶表示装置はノーマリーブラックモードであってもよい。また、第１および第２の電極間に電圧を印加しないとき、一対の偏光板および液晶層を通過する光透過率は１％以下であってもよい。

本発明により、基板と半導体素子の熱膨張係数の差などによって生ずる基板の反りの発生を抑制できる。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示す図であって、図１（ａ）は液晶表示装置の正面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の断面を示す図であり、特に図１（ａ）のＡ−Ａ切断線の拡大断面を示す図である。

図１（ａ）、図１（ｂ）および図２に示されるように、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１は、第１の透明基板１１と第２の透明基板２１とを互いに対向して構成されている。
図２に示されるように、第１の透明基板１１の内面上には、複数の第１の透明電極１２がストライプ状に形成されている。また、第２の透明基板２１の内面上には、複数の第２の透明電極２２がストライプ状に形成されている。複数の第２の透明電極２２は、複数の第１の透明電極１２に対して直交して交差するように形成されている。第１および第２の透明基板１１、２１は、例えば光透過性のガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂等により矩形状に形成されている。

また、第１および第２の透明電極１２、２２上には、配向膜（不図示）が積層されている。第１および第２の透明電極１２、２２の間に電圧を印加することにより、両電極１２、２２間に設けられた液晶層５０内の液晶分子の配列を変化させて、第１および第２の透明基板１１、２１の間の光の透過を制御する。
また、図１（ａ）、図１（ｂ）および図２に示されるように、第１の透明基板１１の一辺側は第２の透明基板２１の端面よりも延出して形成されており、この延出された部分には、半導体素子１４を実装するための半導体素子実装部１１ａが設けられている。半導体素子実装部１１ａ上には、複数の端子１３が形成され、駆動回路などが組み込まれた半導体素子１４がＣＯＧ実装されている。

また、半導体素子実装部１１ａ上には、半導体素子１４を介して第１および第２の透明電極１２、２２へ電圧を供給するための配線パターン（不図示）が形成されている。半導体素子１４は、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電フィルム）（不図示）を介して、第１の透明基板１１の半導体素子実装部１１ａ上に形成された配線パターン（不図示）に電気的に接続される。なお、複数の端子１３には外部の電気回路基板（不図示）に接続されるフレキシブルプリント基板（不図示）が接続される。また、第１および第２の透明基板１１、２１の外側には、一対の偏光板１５、２３が貼着されている

第１および第２の透明基板１１、２１の間は、第２の透明基板２１の外周縁に沿って設けられたシール枠３０により接合されている。また、第１および第２の透明基板１１、２１の間であってシール枠３０に囲われた空間に液晶注入口６０から液晶が注入された後、液晶注入口６０が封止部７０により封止されることにより、液晶層５０が第１および第２の透明基板１１、２１間のシール枠３０に囲われた空間に設けられる。図１（ａ）に示されるように、シール枠３０の内周縁に沿って、表示領域１ａが設定されている。なお、シール枠３０の詳細な構成については後述する。

また、第１および第２の透明基板１１、２１の間であってシール枠３０に囲われた空間には、第１および第２の透明基板１１、２１の間の間隙を調整するための球状のスペーサ４０が均一に散布されている。スペーサ４０は、第１または第２の透明基板１１、２１の内面、すなわち第１または第２の透明電極１２、２２が形成された面上に散布される。なお、スペーサ４０は、例えばガラス粒子やシリカ粒子や樹脂粒子の硬質な材料により形成されている。

次に、シール枠３０の構成について、詳細に説明する。
図１（ａ）に示されるように、シール枠３０は、第１の透明基板１１のうち、半導体素子実装部１１ａが設けられた一辺側のシール枠３０ａの幅が、半導体素子実装部１１ａが設けられた側の一辺の対辺側におけるシール枠３０ｂの幅の１．８倍〜４．０倍になるように形成されている。なお、シール枠３０の最小幅は、製品品質上の関係から、少なくとも０．４ｍｍ以上に形成するのが好ましい。
このような構成にしたことにより、半導体素子１４を第１の透明基板１１上にＣＯＧ実装した後に、半導体素子１４と第１および第２の透明基板１１、１２の熱膨張係数の違いなどによって生じる第１および第２の透明基板１１、２１の反りの発生を抑制することができる。

すなわち、このような構成にしたことにより、特に、液晶表示装置１の半導体素子実装部１１ａ側の剛性を高めることができる。この結果、半導体素子１４を半導体素子実装部１１ａにＣＯＧ実装する際に半導体素子１４に加えられる高熱（約２００℃以上）による半導体素子１４および第１・第２の透明基板１１、２１の熱膨張差や、半導体素子１４をＣＯＧ実装した後の常温冷却による半導体素子１４および第１・第２の透明基板１１、２１の熱収縮差によって生じる残留応力・残留歪を低減でき、第１および第２の透明基板１１、２１の反りの発生を抑制することができる。そして、第１および第２の透明基板１１、２１の反りを抑制できたことから、半導体素子１４近傍における液晶層５０の厚さの変動を抑制でき、高い表示品質を得ることができた。

ここで、第１の透明基板１１のうち、半導体素子実装部１１ａが設けられた一辺側のシール枠３０ａの幅を、半導体素子実装部１１ａが設けられた側の一辺の対辺側におけるシール枠３０ｂの幅の１．８倍以上としたのは、半導体素子１４や第１の透明基板１１の熱膨張・熱収縮による残留応力や残留歪を効果的に抑えることができる程度に、液晶表示装置１の半導体素子実装部１１ａ側の剛性を十分に確保するためである。一方、第１の透明基板１１のうち、半導体素子実装部１１ａが設けられた一辺側のシール枠３０ａの幅を、半導体素子実装部１１ａが設けられた側の一辺の対辺側におけるシール枠３０ｂの幅の４．０倍以下としたのは、シール枠３０ａの幅をあまりに大きくすると、当該シール枠３０ａ近傍における第１および第２の透明基板１１、１２間の距離（セルギャップ）の制御が困難になるためである。

なお、第１および第２の透明基板１１、２１に反りが生じたとき、ノーマリーホワイトモードの液晶表示装置に比較して、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置の方が、表示むらが目立つ。すなわち、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置の場合、第１および第２の透明電極１２、２２の間に電圧を印加しない状態では、透過光が遮断されるため、液晶表示装置１の表示領域１ａ内が黒表示となる。そして、第１の透明基板１１に反りが生じた場合、反りが生じている領域を中心に、視覚的に目立つ白い表示むらが生じてしまう。このように、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置では、透明基板の反りによる表示むらが特に見立つので、本発明をノーマリーブラックモードの液晶表示装置に適用することにより、より高い効果が得られる。なお、ノーマリーブラックモードは、公知技術により、液晶層５０と一対の偏光板１５、２３により設定される。

また、ツイスト角が１８０°〜２４０°のＳＴＮ型液晶表示装置のように、電圧無印加時に、一対の偏光板１５、２３と液晶層５０を通過する光透過率（以下、光透過率と略称することもある）が小さい場合、わずかにリタデーションが変動しただけで、表示むらが悪化する傾向にある。このため、本発明をＳＴＮ型液晶表示装置に適用することにより、より高い効果が得られる。ここで、電圧無印加時の光透過率は１％以下の場合、リタデーションの変動により表示むらが著しく悪化する。従って、本発明を電圧無印加時の光透過率は１％以下の液晶表示装置に適用することにより、更に高い効果を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法について、図に基づいて説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造フローを示す図である。
図１、図２および図３に示されるように、まず一対の透明基板１１、２１を、例えば光透過性のガラスなどの矩形状の平板により形成する（ステップ（ＳＴＥＰ：以下、ＳＴと称する）３０１）。

次に、一対の透明基板１１、２１の内面上に、透明電極１２、２２をストライプ状に、例えばフォトリソグラフィ法を用いてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により形成する（ＳＴ３０２）。なお、第１の透明電極１２の各々と第１の透明電極２２の各々とが、互いに直交するように、第１および第２の透明電極１２、２２を形成する。
次に、第１および第２の透明電極１２、２２上に、配向膜（不図示）を例えば高分子材料であるポリイミド（Polyimide）薄膜等の有機薄膜で形成する（ＳＴ３０３）。そして、この配向膜に対して、液晶層５０との接触面に一方向にミクロな傷をつける配向処理（ラビング処理）を施す（ＳＴ３０３）。

次に、第１の透明基板１１の内面、すなわち第１の透明電極１２が形成された面上にスペーサ４０を均一に散布する（ＳＴ３０４）。なお、スペーサ４０を、第２の透明基板２１の内面、すなわち第２の透明電極２２が形成された面上に、散布してもよい。
次に、第２の透明基板２１の外周縁に、液晶注入口６０となる一部を除いてシール材を塗布して、シール枠３０を形成する（ＳＴ３０５）。

そして、第１および第２の透明基板１１、２１を、第１および第２の透明電極１２、２２が形成された面を互いに対向させた状態で、シール材により貼り合わせて、第１および第２の透明基板１１、２１の間を接合する（ＳＴ３０６）。このとき、図１（ａ）に示されるように、第１の透明基板１１のうち、半導体素子実装部１１ａが設けられた一辺側のシール枠３０ａの幅が、半導体素子実装部１１ａが設けられた側の一辺の対辺側におけるシール枠３０ｂの幅の１．８倍〜４．０倍になるように、シール枠３０を形成する。

次に、一対の透明基板１１、２１の間であってシール枠３０により囲われた空間に、液晶を注入する。具体的には、液晶注入口６０を液晶に浸漬して、一対の透明基板１１、２１とシール材３０により囲われた空間に、毛細管現象により液晶を注入する（汲み上げ方式またはディップ式）。なお、この汲み上げ方式のほかに、液晶注入口６０に液晶を滴下して、一対の透明基板１１、２１とシール材３０により囲われた閉空間に、液晶を注入することもできる（滴下式またはディスペンサ式）。そして、液晶注入口６０を封止材７０により封止して、封止材７０を硬化させることにより液晶を、閉空間内に密封することにより、液晶層５０を形成する（ＳＴ３０７）。そして、一対の透明基板１１、２１の外側に、一対の偏光板１５、２３を貼着する（ＳＴ３０８）。

次に、半導体素子１４を第１の透明基板１１の半導体素子実装部１１ａ上にＣＯＧ実装する（ＳＴ３０９）。具体的には、半導体素子実装部１１ａ上にＡＣＦを介して半導体素子１４を配置する。そして、約２００℃以上に加熱された圧着ヘッドを用いて、半導体素子１４の上面に高熱を加えながら第１の透明基板１１側に押圧することにより、半導体素子１４を半導体素子実装部１１ａにＣＯＧ実装する。以上のＳＴ３０１〜ＳＴ３０９のステップを経て、液晶表示装置１を得る。

以下に、本発明に係る液晶表示装置の実施例と、従来例とを比較する。
まず、実施例１、２および従来例ともに、ＳＴＮ型の液晶表示装置を用いた。具体的には、液晶のツイスト角を２４０°（左ツイスト）、液晶層のリタデーションΔｎｄを８５０ｎｍ、液晶の透明点Ｔｃを１０５℃にした。また、液晶表示パネルの前面上には、側鎖方液晶性高分子層からなる位相差板付偏光板（楕円偏光板）を貼り付け、液晶表示パネルの背面上には、偏光板として株式会社ポラテクノ製ＳＫＮ−１８２４３Ｔを貼り付けた。位相差板には、液晶性高分子層からなる株式会社ポラテクノ製ツイスター（登録商標）を用いた。この位相差板は、液晶のツイスト角＝２４０°（右ツイスト）、透明点Ｔｃ＝１０５℃、ガラス転移点Ｔｇ＝２５℃、位相差値８３０ｎｍとなるように調整されたものを用いた。

実施例１．
図１（ａ）に示される第１の透明基板１１のうち、半導体素子実装部１１ａが設けられた側の一辺の対辺側のシール枠３０ｂの幅を０．８５ｍｍとし、半導体素子実装部１１ａが設けられた一辺側のシール枠３０ａの幅を、０．８５ｍｍの約２．０倍の１．７ｍｍとした。
そして、半導体素子１４の実装温度を２２０℃に設定して、半導体素子１４を半導体素子実装部１１ａにＣＯＧ実装したところ、当該半導体素子実装部１１ａ近傍の光透過率や色調が不均一になることはなく、高い表示品質が得られた。

実施例２．
図１（ａ）に示される第１の透明基板１１のうち、半導体素子実装部１１ａが設けられた側の一辺の対辺側のシール枠３０ｂの幅を０．６ｍｍとし、半導体素子実装部１１ａが設けられた一辺側のシール枠３０ａの幅を、０．６ｍｍの３．０倍の１．８ｍｍとした。
そして、半導体素子１４の実装温度を２２０℃に設定して、半導体素子１４を半導体素子実装部１１ａにＣＯＧ実装したところ、当該半導体素子実装部１１ａ近傍の光透過率や色調が不均一になることはなく、高い表示品質が得られた。

従来例．
図１（ａ）に示される第１の透明基板１１のうち、半導体素子実装部１１ａが設けられた側の一辺の対辺側のシール枠３０ｂの幅を０．８５ｍｍとし、半導体素子実装部１１ａが設けられた一辺側のシール枠３０ａの幅を、０．８５ｍｍとした。
そして、半導体素子１４の実装温度を２２０℃に設定して、半導体素子１４を半導体素子実装部１１ａにＣＯＧ実装したところ、当該半導体素子実装部１１ａ近傍の光透過率や色調が不均一になり、表示品質は低かった。

以上の説明は、本発明を実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。
上記実施の形態の説明ではパッシブ型の液晶表示装置を用いて例示したが、これに限らず、本実施の形態に係る発明を、アクティブ型の液晶表示装置等の他の種類の液晶表示装置などにも採用できる。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示す図であって、図１（ａ）は液晶表示装置の正面図であり、図１（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の断面を示す図であり、特に図１（ａ）のＡ−Ａ切断線の拡大断面を示す図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造フローを示す図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
１１ 第１の透明基板
１１ａ 半導体素子実装部
１２ 第１の透明電極
１３ 端子
１４ 半導体素子
１５ 偏光板
２１ 第２の透明基板
２２ 第２の透明電極
２３ 偏光板
３０ シール枠
３０ａ 第１の透明基板の一辺側（半導体素子実装部側）のシール枠
３０ｂ 第１の透明基板の一辺の対辺側のシール枠
４０ スペーサ
５０ 液晶層
６０ 液晶注入口
７０ 封止部

Claims (4)

1. 矩形状に形成され、内面に第１の電極が形成された第１の基板と、矩形状に形成され、第２の電極が形成された内面を上記第１の基板の内面に対向して設けられた第２の基板と、上記第１の基板および上記第２の基板の外側に配設された一対の偏光板と、上記第１の基板の一辺側に上記第２の基板の端面よりも延出して設けられた半導体素子実装部と、上記第２の基板の外周縁に沿って形成され、上記第１および第２の基板を接合するシール枠と、上記第１および第２の基板の間であって上記シール枠に囲われて設けられた液晶層とを有する液晶表示装置であって、
   上記第１の基板の上記一辺側の上記シール枠の幅は、上記第１の基板の上記一辺の対辺側の上記シール枠の幅の１．８倍〜４．０倍であることを特徴とする液晶表示装置。
2. ＳＴＮ型液晶表示装置である、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. ノーマリーブラックモードである、請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 上記第１および第２の電極間に電圧を印加しないとき、上記一対の偏光板および上記液晶層を通過する光透過率は１％以下である、請求項１に記載の液晶表示装置。

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