JP3760624B2 - 液晶表示装置およびそれを利用した電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶物質を電気的に制御する金属配線パターンが形成される基板と、この基板および前記金属配線パターンの間に介在する金属酸化膜と、前記金属配線パターンを介して前記液晶物質を駆動する半導体素子とを備えた液晶表示装置、およびそれを利用した電子機器に関する。
【0002】
【背景技術】
従来より、携帯電話やパソコン等の電子機器では、液晶パネルを用いた液晶表示装置が利用され、液晶表示装置を用いれば、画像、文字等の表示部分を軽量、薄型化することができるので、電子機器の小型化、軽量化を図ることができる。このような液晶表示装置に用いられる液晶パネルは、所定の隙間を設けて対向配置される一対の透明なガラス基板と、このガラス基板に挟まれた間隙に密閉封入される液晶物質とを含んで構成される。
【0003】
一対のガラス基板の相対向する面の少なくとも一方の面には、画素単位で液晶物質に電圧を印加して画面制御を行うために、金属配線パターンが形成される。例えば、TFT(Thin Film Transistor)型の液晶パネルであれば、金属配線パターンは、一方のガラス基板上に格子状に配置される走査線およびデータ線と、走査線およびデータ線により区画される画素単位に形成される薄膜トランジスタとを備え、この薄膜トランジスタをスイッチング素子として、液晶物質が電気的に制御される。
【0004】
また、TFD(Thin Film Diode)型の液晶パネルであれば、金属配線パターンは、一方のガラス基板の対向面に複数本平行配置されるデータ線と、他方のガラス基板の対向面にデータ線と直交する方向に複数本平行配置される走査線と、データ線および走査線により区画される画素単位に形成されるダイオードとを備え、このダイオードをスイッチング素子として、液晶物質が電気的に制御される。
【0005】
そして、これらTFT、TFD型の液晶パネルの金属配線パターンは、タンタル(Ta)等の金属により構成され、ガラス基板とこの金属配線パターンとの間には、金属酸化物の下地膜、タンタルであれば、タンタルの酸化膜(TaOx)が介在し、両者の接着性を確保している。
【0006】
一方、上述したTFT、TFD型の液晶パネルの画面制御を行う場合、前記走査線、データ線のそれぞれに半導体素子となるドライバICの端子を物理的かつ電気的に接続する必要がある。従って、液晶パネルには、少なくとも一方の基板の一部を他方の基板からはみ出させ、走査線またはデータ線を露出させた半導体素子接続部が設けられ、この半導体素子接続部でドライバICの各端子と走査線、データ線とが接続される。ここで、走査線、データ線は、微細なピッチで多数配置されているので、その接続には、通常、異方性導電フィルム(ACF)と呼ばれる接着剤が用いられる。このACFは、熱硬化性または熱可塑性の樹脂フィルムの中に導電性の粒子を分散配置したものであり、樹脂としては、例えば、エポキシ系のものが用いられる。そして、各走査線またはデータ線とドライバICの端子とを接続する場合、当該部分を熱圧着等すると、エポキシ樹脂により接着すなわち物理的接続が達成されるとともに、走査線(データ線)およびドライバICの端子の間に導電粒子が挟まれて、これらの電気的接続をも確保することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属配線パターンの下部に形成されるTaOx膜は、上述したACFを構成するエポキシ系等の樹脂に濡れにくく、液晶パネルとドライバICとを強固に接着することが困難であるという問題がある。
【0008】
このため、従来は、TaOx膜の表面をO2プラズマ処理で活性化し、ACFによりドライバICを接続する、という方法が採用されていた。
【0009】
しかしながら、このようなO2プラズマ処理をすれば、両者を強固に接着することができるのだが、処理後、約2時間もすると、TaOx膜の濡れ性が再び悪くなってしまう。従って、液晶表示装置の製造工程において、O2プラズマ処理後、
直ちにACFによる接着工程を行わなければならず、製造管理が複雑化するという問題がある。
【0010】
本発明の目的は、製造管理容易であり、かつ半導体素子と液晶パネルとを強固に接着することのできる液晶表示装置およびそれを利用した電子機器を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、金属配線パターンが形成される基板と、この基板および前記金属配線パターンの間に介在するタンタルの酸化物(TaOx)と、前記金属配線パターンを介して液晶物質を駆動する半導体素子とを備えた液晶表示装置であって、前記半導体素子は、異方性導電接着剤を介して前記基板の半導体素子接続部と接着されると共に前記金属配線パターンと電気的に接続されており、平面的に見て前記半導体素子と電気的に接続される前記金属配線パターンの周縁には前記タンタルの酸化物(TaOx)を残し、かつ前記半導体素子接続部では、前記タンタルの酸化物(TaOx)が除去されて前記基板の表面が露出していることを特徴とする。
また金属配線パターンが形成される基板と、この基板および前記金属配線パターンの間に介在するタンタルの酸化物(TaOx)と、前記金属配線パターンを介して液晶物質を駆動する半導体素子とを備えた液晶表示装置であって、前記半導体素子はフレキシブル配線板に接続されてなり、前記フレキシブル配線板の端子部は、異方性導電接着剤を介して前記基板の半導体素子接続部と接着されると共に前記金属配線パターンと電気的に接続されており、平面的に見て前記フレキシブル配線板の端子部と電気的に接続される前記金属配線パターンの周縁には前記タンタルの酸化物(TaOx)を残し、かつ前記半導体素子接続部では、前記タンタルの酸化物(TaOx)が除去されて前記基板の表面が露出していることを特徴とする。
【0012】
ここで、金属配線パターンを構成する金属としては、例えば、タンタル(Ta)が考えられ、このタンタル層と透明基板との接着を確保する金属酸化膜としては、タンタルの酸化物(TaOx)が考えられる。
【0013】
また、液晶パネルを構成する基板と半導体素子とがCOG(Chip On Glass)またはCOP(Chip On Plastic)により接続される場合、FPC(Flexible Printed Circuit)を介して接続されている場合、いずれであっても、本発明を採用することができる。
【0014】
このような本発明によれば、半導体素子接続部では金属酸化膜が除去されて基板表面が露出しているので、当該半導体素子接続部の接着剤に対する濡れ性は、基板の材質に依存することとなる。従って、金属酸化膜の性状によらず、液晶パネルを構成する基板と半導体素子とを強固に接着することができる。また、基板表面を露出させることにより、O2プラズマ処理等を行うことなく強固な接着を確保でき、液晶表示装置の製造管理の容易化が図られる。
【0015】
以上において、上述した半導体素子が異方性導電接着剤、例えば、背景技術で説明したACFにより接続されている場合に本発明を採用するのが好ましい。
【0016】
すなわち、背景技術で説明した問題は、異方性導電接着剤であるACFにより液晶パネルを構成する基板と半導体素子とを接続する場合に顕著であり、本発明を採用することの有用性は高い。
【0017】
そして、本発明に係る電子機器は、上述した液晶表示装置と、この液晶表示装置が収納される筐体とを備えていることを特徴とするものであり、例えば、携帯電話、腕時計、ノートパソコン等である。
【0018】
このような電子機器では、前記液晶表示装置を採用し、液晶パネルを構成する基板と半導体素子との強固な物理的かつ電気的接続が達成されるので、液晶表示装置を含む電子機器の不良品の発生率を低減できて製造コストを低減することができるうえ、液晶表示装置の製造工程を含む電子機器の製造工程を簡単化することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
図1には、第1実施形態に係るTFD型の液晶パネル10の分解斜視図が示されている。
【0021】
この液晶パネル10は、所定の隙間を設けて対向配置される一対の透明なガラス基板11、12と、この一対のガラス基板11、12に挟まれた間隙に密閉封入される液晶物質13と、前記一対のガラス基板11、12の外側に配置され、互いに偏光方向を直交させた偏光板14、15とを含んで構成される。
【0022】
そして、バックライト等からの白色光Wは、図1中の下側の偏光板14、ガラス基板11を介して液晶物質13内に進入し、当該液晶物質13の配向状態に応じてねじ曲げられて、上側のガラス基板12、偏光板15を介して出射される。上側のガラス基板12と対向する下側のガラス基板11の対向面上には、液晶物質13の配向状態を変化させるために、後述するTFD素子部32を含む金属配線パターン30が形成されている。
【0023】
この金属配線パターン30は、図2に示すように、ガラス基板11上に複数本平行配置されるデータ線31と、このデータ線31からの信号に応じてスイッチ動作するTFD素子部32と、このTFD素子部32のスイッチ動作に応じて前記液晶物質13に電圧を印加するITO膜からなる画素電極33とを含んで構成される。
【0024】
TFD素子部32は、図3の断面詳細図に示すように、金属配線となるTa層321、このTa層321の上に形成されるTa2O5層322、このTa2O5層322の上に形成されるCr層323からなる急峻な閾値特性を有する双方向ダイオードであり、Cr層323は、前記画素電極33と電気的に接続されている。
【0025】
そして、このTFD素子部32のTa層321とガラス基板11との間には、金属酸化膜となるTa2O5膜34が介在し、このTa2O5膜34により、Ta層321とガラス基板11との接着性が確保されている。
【0026】
一方、下側のガラス基板11と対向する上側のガラス基板12の対向面上には、図1に示すように、ガラス基板12上にCrをスパッタして形成される格子状のブラックマスク41と、このブラックマスク41により区画された画素単位に配置されるR、G、Bのカラーフィルタ42と、これらブラックマスク41、カラーフィルタ42を覆うように配置され、下側のガラス基板11上のデータ線31と直交する方向に複数本平行配置されるITO膜からなる走査線43とを含んで構成される。
【0027】
そして、上述した構造のガラス基板11、12は、金属配線パターン30およびカラーフィルタ42の面を互いに対向させ、所定の隙間を設けて配置され、その間隙に液晶物質13をシール材により密閉封入することにより、液晶パネル10は構成される。
【0028】
このようなTFD型構造の液晶パネル10には、図4に示すように、データ線31、走査線43に信号を出力し液晶物質13を制御するために、半導体素子であるドライバIC50、80が実装されて液晶表示装置60が構成される。
【0029】
液晶表示装置60は、上述した液晶パネル10と、液晶パネル10の表示部分10A以外のガラス基板11、12の端部実装辺11A、12A上に直接実装されるドライバIC50、80とを含んで構成される。これらのドライバIC50、80は、前記端部実装辺11A、12Aのエッジ部分に形成される接続線51、81と接続され、この接続線51、81のエッジ部分でFPC52と接続され、このFPC52を介してドライバIC50、80に制御信号を送ったり、電源を供給することができる。ドライバIC50、80の各端子は、ガラス基板11、12上に形成される複数本のデータ線31、走査線43、接続線51、81のそれぞれと電気的に接続される。
【0030】
すなわち、図5の平面図、図6の垂直断面図に示すように、ドライバIC50は、ガラス基板11上の半導体素子接続部となる領域A部分にACF91により物理的に接続され、ドライバIC50の下面に設けられる金バンプからなる端子501、502が、データ線31および接続線51の位置に対応配置されて電気的接続が達成される。
【0031】
データ線31は、図6に示すように、上述したTFD素子部32と同様に、接着性を向上する下地Ta2O5膜34上に形成されるTa層311と、このTa層311を陽極酸化して形成されるTa2O5層312と、このTa2O5層312上にスパッタ法により形成されるCr層313と、このCr層313上に形成されるITO層314とを含んで形成される。接続線51も同様に、Ta層511、Ta2O5層512、Cr層513、ITO層514とを備えている。尚、データ線31、接続線51をTa/Crの2層としたのは、データ線31、接続線51の低抵抗性を確保するためであり、ITO層314、514を設けたのは、接触部分における電気的導通の安定性を確保するためである。
【0032】
ACF91は、接着層および絶縁層として機能するエポキシ樹脂層911と、このエポキシ樹脂層911内に分散配置される導電粒子912とから構成される。尚、図6では図示を略したが、導電粒子912は、球状の樹脂粒子表面に金属メッキを施し、この金属メッキ層の表面をさらにアクリルスチレンからなる絶縁処理層で覆ったものである。
【0033】
ここで、ドライバIC50が接着される領域Aの部分では、下地膜となる
Ta2O5膜34が除去されて、ガラス基板11の表面が露出し、ACF91のエポキシ樹脂層911が接触している。従って、ガラス基板11とドライバIC50の物理的接続の強さは、主として、エポキシ樹脂層911のガラス基板11に対する濡れ性によって決定される。
【0034】
次に、このような液晶表示装置60の製造方法について説明する。
【0035】
(1) ガラス基板11の洗浄後、スパッタ法により金属酸化膜となるTa2O5膜34をガラス基板11の上に形成する。
【0036】
(2) さらに、スパッタ法により金属配線を構成するTa層321をこのTa2O5膜34の上に形成する。
【0037】
(3) フォトリソグラフィ法により、ガラス基板11上に金属配線パターン30を構成するTa層311、321をフォトレジストで覆い、エッチングにより他の部分のTa層を除去する。尚、図4に示すように、この金属配線パターン30の形成と同時に、端部実装辺11A上にTa層からなる位置決めマーク71を形成する。この位置決めマーク71は、ドライバIC50を端部実装辺11A上の半導体素子接続部Aに対して高精度で位置合わせするものである。
【0038】
(4) 陽極酸化法により、Ta層311、321、511の表面にTa2O5層321、322、512を形成する。
【0039】
(5) 上述した領域A以外の部分にマスキング処理を行った後、エッチングにより領域Aの部分のTa2O5膜34を除去する。尚、この際、位置決めマーク71の外周縁の境界を明瞭にするために、当該位置決めマーク71の周縁近傍の
Ta2O5膜34も同時にエッチング除去する。
【0040】
(6) Ta2O5層312、322、512上にCr層313、323、513、ITO層33、314、514を順次形成する。尚、ガラス基板12の製造工程では、ブラックマスク41、カラーフィルタ42の形成工程が付加されることとなるが、Ta2O5膜34の除去、位置決めマーク71の形成についての工程は、大差ないので、その説明は省略する。
【0041】
(7) ガラス基板11、12を所定の隙間を設けて配置し、表示部分10Aを囲むように配置されるシール材(図示略)により、ガラス基板11、12を貼り合わせるとともに、表示部分10Aに液晶物質13を注入して密閉封入して、液晶パネル10が完成する。
【0042】
(8) 液晶パネル10の端部実装辺11Aの領域AにACF91を介してドライバIC50を貼り付け、熱圧着する。ガラス基板11およびドライバIC50の位置合わせに際しては、前記位置決めマーク71を利用して、走査線31、データ線43の配置に応じて精度よく実装する必要がある。尚、ガラス基板12とドライバIC80との接続も同様である。
【0043】
(9) また、ACF91と同様の構成のACF92を用いて、接続線51のエッジ部分にFPC52を接続する。
【0044】
このような液晶表示装置60は、各種の電子機器の筐体に組み込まれ、情報、画像等の表示部分として利用され、例えば、図6に示す携帯電話400の筐体401に組み込まれたり、図7に示すノートパソコン600の筐体601に組み込まれる。
【0045】
以上のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
【0046】
▲1▼ すなわち、端部実装辺11Aの半導体接続部となる領域AではTa2O5膜34が除去されているので、当該領域AのACF91に対する濡れ性は、基板の材質に依存することとなる。従って、ACF91を構成するエポキシ樹脂層911が濡れやすいガラス基板11、12を採用することにより、ガラス基板11、12上にドライバIC50、80を強固に接着することができる。
【0047】
また、ガラス基板11、12の表面を露出させることにより、O2プラズマ処理等を行うことなく強固な接着を確保できる。
【0048】
このことを確認するために、ガラス基板11に対するACF91の濡れ性、
Ta2O5膜34に対するACF91の濡れ性を、純水を用いて接触角を測定することにより、評価したところ、図9のグラフに示されるような結果となった。
【0049】
ここで、グラフG1はガラス基板11の場合の接触角の変化、グラフG2は
Ta2O5膜34の場合の接触角の変化を表している。また、O2プラズマ処理は、
1torr、500W、10分の条件で行っている。尚、純水の濡れ性は、上述したACF(ソニーケミカル社製CP8620)91の濡れ性と相関性があり、純水の接触角が35度よりも大きくなると、ACF91の接着性が極めて悪くなることが実験により確認されている。
【0050】
従って、O2プラズマ処理を行っても、Ta2O5膜34の場合、図9のグラフG2に示されるように処理後約2時間経過すると、接触角が略35度となり、ACF91の接着不良が生じる可能性が高くなる。
【0051】
一方、ガラス基板11の場合、図9のグラフG1に示されるように、無処理の状態であっても、接触角は35度よりも小さく、ACF91の接着性が良好であることが判る。よって、ガラス基板11を接着面とすれば、O2プラズマ処理を行うことなく強固な接着を確保することができ、O2プラズマ処理工程を省くことにより、液晶表示装置60の製造工程の簡素化、製造管理の容易化を図ることができる。
【0052】
▲2▼ さらに、上述したように、このような接着性に関する問題は、ACF91によりガラス基板11およびドライバIC50を接続する場合に顕著であり、本発明を採用することの有用性は高い。
【0053】
▲3▼ 前述の液晶表示装置60を採用した携帯電話400、パソコン500によれば、ガラス基板11、12とドライバIC50、80の強固な物理的かつ電気的接続が達成されるので、液晶表示装置60を含む電子機器400、500の不良品の発生率を低減することができ、電子機器400、500の製造コストを低減することができる。
【0054】
尚、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、次に示すような変形をも含むものである。
【0055】
すなわち、前述の実施形態では、液晶表示装置60は、ガラス基板11、12上にドライバIC50、80が直接実装されたCOG型の液晶表示装置であったが本発明はこれに限られない。例えば、図10に示すように、液晶パネル10を構成するガラス基板11の端部実装辺11AにFPC152を介してドライバIC150が接続される液晶表示装置160であっても、本発明を利用することができ、前述の実施形態と同様の効果を享受することができる。
【0056】
また、前述の実施形態では、液晶パネル10は、TFD型のものであったが、これに限られず、TFT型の液晶パネル、STN型の液晶パネルに本発明を利用してもよい。
【0057】
さらに、前述の実施形態では、金属配線パターン30を構成する金属としてTa層311を採用し、Ta層311とガラス基板11との付着性向上のために、Ta2O5膜34を介在させていたが、それ以外の金属を配線材として採用する場合であっても、本発明を利用することができる。尚、この場合、ガラス基板および金属酸化膜のACFに対する濡れ性を考慮しながら、金属酸化膜を除去する部分を適宜決定すればよい。
【0058】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【0059】
【発明の効果】
前述のように本発明の液晶表示装置によれば、半導体素子接続部で金属酸化膜が除去されて基板表面が露出しているので、金属酸化膜の性状によらず、液晶パネルを構成する基板と半導体素子とを強固に接着することができる。また、このような液晶表示装置を備えた電子機器によれば、基板と半導体素子とが強固な物理的接続が達成されているので、液晶表示装置を含む電子機器の不良品の発生率を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る液晶パネルの構造を表す分解斜視図である。
【図2】前記実施形態における金属配線パターンの構造を表す平面図である。
【図3】前記実施形態におけるTFD素子部の構造を表す断面図である。
【図4】前記実施形態における液晶パネルにドライバICを実装した液晶表示装置を表す平面図である。
【図5】前記実施形態における半導体素子接続部の詳細を表す平面図である。
【図6】前記実施形態における半導体素子接続部の詳細を表す垂直断面図である。
【図7】前記実施形態の液晶パネルを含む液晶表示装置が用いられた携帯用電子機器を表す概略斜視図である。
【図8】前記実施形態の液晶パネルを含む液晶表示装置が用いられた他の携帯用電子機器を表す概略斜視図である。
【図9】前記実施形態の効果を説明するためのグラフである。
【図10】前記実施形態の変形となる液晶表示装置を表す概略斜視図である。
【符号の説明】
11、12 基板
13 液晶物質
30 金属配線パターン
34 金属酸化膜(Ta2O5膜)
50、150 半導体素子
60、160 液晶表示装置
91 異方性導電接着剤(ACF)
400、600 電子機器
Claims (4)
- 金属配線パターンが形成される基板と、この基板および前記金属配線パターンの間に介在するタンタルの酸化物(TaOx)と、前記金属配線パターンを介して液晶物質を駆動する半導体素子とを備えた液晶表示装置であって、
前記半導体素子は、異方性導電接着剤を介して前記基板の半導体素子接続部と接着されると共に前記金属配線パターンと電気的に接続されており、
平面的に見て前記半導体素子と電気的に接続される前記金属配線パターンの周縁には前記タンタルの酸化物(TaOx)を残し、かつ前記半導体素子接続部では、前記タンタルの酸化物(TaOx)が除去されて前記基板の表面が露出していることを特徴とする液晶表示装置。 - 金属配線パターンが形成される基板と、この基板および前記金属配線パターンの間に介在するタンタルの酸化物(TaOx)と、前記金属配線パターンを介して液晶物質を駆動する半導体素子とを備えた液晶表示装置であって、
前記半導体素子はフレキシブル配線板に接続されてなり、
前記フレキシブル配線板の端子部は、異方性導電接着剤を介して前記基板の半導体素子接続部と接着されると共に前記金属配線パターンと電気的に接続されており、
平面的に見て前記フレキシブル配線板の端子部と電気的に接続される前記金属配線パターンの周縁には前記タンタルの酸化物(TaOx)を残し、かつ前記半導体素子接続部では、前記タンタルの酸化物(TaOx)が除去されて前記基板の表面が露出していることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1又は2に記載の液晶表示装置において、
前記金属配線パターンを構成する金属は、タンタル(Ta)により構成されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の液晶表示装置と、この液晶表示装置が収納される筐体とを備えていることを特徴とする電子機器。
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