JP5053438B2 - 電気回路構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、回路基板に接続されたフレキシブル基板に、回路素子が搭載された液晶表示装置などの電気回路構造体に関し、特に、フレキシブル基板上に搭載された回路素子による振動ノイズを低減した電気回路構造体に関する。
液晶パネルなどの平板型画像表示素子を構成するパネル基板は、その内側表面に、画素として機能する電極や金属配線などの電気回路素子が形成された回路基板となっている。特に、より高精細で応答性の高い画像を表示するために用いられるアクティブマトリクス基板には、TFTなどのスイッチング素子が形成されるとともに、駆動回路の一部をパネル上に形成するCOG(Chip On Glass)技術などが採用されている。
液晶パネルのパネル基板には、外部接続用の電極端子が設けられていて、この電極端子に接続されるフレキシブル基板によって、液晶パネル以外の周辺回路基板などから画像表示のための各種信号や、パネル基板が回路基板として動作するための電源電圧が供給される。また、液晶パネルと周辺回路基板、さらにバックライトなどが、ベゼルと称される有底枠状の機構部材に収められ、電気回路構造体としての液晶表示装置が構成される。
フレキシブル基板は、一方の端部の接続端子がパネル基板の電極端子と接合されるとともに、他端部が、液晶パネルが収容されているベゼルの側面に沿うようにしてベゼルの背面側に折り返されて、ベゼルの背面に固着される。また、フレキシブル基板上には、必要に応じて硬質の樹脂基板を介して、コンデンサなどの回路素子が搭載される(例えば特許文献1参照)。
特開2004−020703号公報
上記した従来の液晶表示装置では、フレキシブル基板上に搭載された回路素子が、液晶表示装置の動作時に振動して雑音が発生することがある。特にフレキシブル基板上に、電解コンデンサが搭載された場合には、液晶表示装置の動作に伴ってコンデンサが充放電される際に、コンデンサ内部の積層された箔電極が振動し、この振動がコンデンサの容器からコンデンサが搭載されている硬質の樹脂基板に伝わり、さらには液晶表示装置の機構部材に伝達することで、ユーザーが感知できるような大きな音ノイズとなる、音鳴りと呼ばれる現象が発生する。
そこで、本発明は、上記の課題を鑑み、回路基板に接続されたフレキシブル基板上に搭載された、回路素子の振動が原因となる音鳴りの発生を抑えた電気回路構造体、および、回路基板が、対向基板と液晶パネルを構成するパネル基板である液晶表示装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の電気回路構造体は、有底枠状の機構部材と、前記機構部材内に収容される、表面に電気回路素子が形成された回路基板と、一端部に形成された接続端子が、前記回路基板上に形成された電極端子に接続されるとともに、折り返されて、前記一端部とは反対側の他端部が前記機構部材の背面に固着されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の、前記機構部材の背面に折り返された部分に搭載された回路素子とを備え、前記フレキシブル基板が、前記機構部材の背面に、不織布を基材とする不織布接着テープを介して固着され、前記不織布接着テープと前記フレキシブル基板との間に、シリコン樹脂層が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、動作時に生じる、フレキシブル基板上に搭載された回路素子の振動を吸収・低減し、ユーザーが音ノイズとして感知する音鳴りの発生を効果的に防止することができる電気回路構造体を得ることができる。
図1は、本発明の実施形態にかかる液晶表示装置の構成を示す斜視図である。 図2は、本発明の実施形態にかかる液晶表示装置の背面を示す平面図である。 図3は、本発明の実施形態にかかる液晶表示装置の、フレキシブル基板の固着構成の第一の例を示す断面構成図である。 図4は、本発明の実施形態にかかる液晶表示装置の、フレキシブル基板の固着構成の第二の例を示す断面構成図であり、図4(a)は、フレキシブル基板にわずかな反りが生じている場合を示し、図4(b)は、フレキシブル基板に比較的大きな反りが生じている場合を示す。
本発明にかかる電気回路構造体は、有底枠状の機構部材と、前記機構部材内に収容される、表面に電気回路素子が形成された回路基板と、一端部に形成された接続端子が、前記回路基板上に形成された電極端子に接続されるとともに、折り返されて、前記一端部とは反対側の他端部が前記機構部材の背面に固着されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の、前記機構部材の背面に折り返された部分に搭載された回路素子とを備え、前記フレキシブル基板が、前記機構部材の背面に、不織布を基材とする不織布接着テープを介して固着されている。
この構成により、電気回路構造体の動作時に、フレキシブル基板上に搭載された回路素子に振動が生じた場合でも、フレキシブル基板を機構部材に固着するテープの基材である不織布がこの振動を吸収・低減する。このため、フレキシブル基板上に搭載された回路素子の振動が機構部材に伝わって大きな振動となり、ユーザーがこの振動を音ノイズとして感知する音鳴りの発生を効果的に防止することができる。
上記構成の電気回路構造体においては、前記回路素子が、前記フレキシブル基板に積層された、硬質の樹脂基板上に搭載されていることが望ましい。このようにすることで、回路素子を確実に搭載することができる。
また、前記回路素子がコンデンサであることが好ましい。
さらに、前記不織布接着テープと、前記フレキシブル基板との間に、シリコン樹脂層が形成されていることが好ましい。このようにすることで、フレキシブル基板が湾曲している場合でも、フレキシブル基板と不織布接着テープとを隙間無く固着することができる。
また、前記電気回路構造体が液晶表示装置であり、前記回路基板が、液晶層を挟んで所定間隔を隔てて固着された対向基板と液晶パネルを構成するパネル基板であることが好ましい。この構成とすることで、フレキシブル基板に搭載された回路素子の振動を効果的に低減して、音鳴り現象の生じない液晶表示装置を得ることができる。
また、上記構成において、前記回路基板が、アクティブマトリクス基板であることが好ましい。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、以下本発明の実施形態の説明では、本発明にかかる電気回路構造体を、携帯電話やモバイル機器のディスプレイとして用いられる液晶表示装置として実施する場合の構成例を示す。しかし、以下の説明は、本発明にかかる電気回路構造体の用途を限定するものではない。本発明の電気回路構造体は、このような液晶表示装置に限られものではなく、有機または無機のELディスプレイや電界放出型の冷陰極表示装置といった各種の平板型表示装置に広く適用できる。さらに、本発明の電気回路構造体は、上記した表示装置モジュールに限らず、音響装置や情報処理装置の駆動回路など、回路素子が搭載されたフレキシブル基板が電極端子に接続された回路基板を備え、その回路基板が機構部材に収容されて一体化された各種の回路モジュールに適用することができる。また、液晶表示装置として用いられる場合であっても、その用途は携帯電話やモバイル機器用のディスプレイに限られるものではなく、パソコンやテレビジョンなどの各種モニタとして使用することもできる。
なお、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明にかかる表示装置は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備えることができる。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
図1は、本発明の実施形態にかかる液晶表示装置の斜視図である。
本実施形態の液晶表示装置100は、回路基板であるパネル基板1と、これと所定間隔を隔てて対向して配置された対向基板2とが構成する液晶パネル3を有している。液晶パネル3の両外面、すなわち、パネル基板1と対向基板2のそれぞれの外側の面には、一対の偏光板4が貼着されている。
パネル基板1は、アクティブマトリクス基板であり、パネル基板1上の対向基板2と対向する面には、複数の行および複数の列を形成してマトリクス状に配置された図示しない画素電極が配置されていて、この画素電極が、液晶パネル3において画像を表示する表示領域5を形成している。パネル基板1の表示領域5には、画素電極の行方向に配置された複数のゲート線、列方向に配置された複数のソース線、さらに、直交するゲート線とソース線との交点近傍に配置され、それぞれの画素電極に接続されたTFTが形成されている。なお、これらゲート線、ソース線、TFTの図示も省略する。
また、パネル基板1と対向する対向基板2とを固着する封着材や、パネル基板1と対向基板2との間に挟持された液晶層についても、図示を省略する。
パネル基板1は、対向基板2よりも少し大きな表面積を持っていて、その表面が露出している実装領域6を有している。実装領域6には、パネル基板1表面に形成されたゲート線やソース線などの各種配線や、TFTなどの電気回路素子に所定の電圧や信号を印加するための電極端子7が形成されている。また、COG(Chip On Glass)技術が採用される場合には、この実装領域6に、液晶パネル3を駆動するための駆動用半導体素子などが搭載されることになる。
液晶パネル3の背面には、液晶パネル3で画像を表示するために必要な照射光を照射するバックライト8が配置される。図1では詳細の図示を省略するが、本実施形態の液晶表示装置100のバックライト8は、例えばサイドライト型またはエッジライト型と呼ばれるタイプであり、平板状の導光体と、その側面に設けられた冷陰極蛍光管または発光ダイオードなどの光源から構成されている。導光体の側面から入射した光源からの照射光が、導光体内部で反射を繰り返して拡散伝搬され、液晶パネル3に対向する側の導光体の主面から均一光として照射される。
なお、本発明の液晶表示装置のバックライト8としては、上記したサイドライト型に限られるものではなく、直下型と呼ばれる、液晶パネル3の背面に、液晶パネル3側に光を照射するように光源を平面的に配置して、光源からの照射光が集光シートや拡散シートなどの光学シートを介して液晶パネルに照射されるタイプを用いてもよい。また、光源も、冷陰極蛍光管や発光ダイオードに限られず、熱陰極蛍光管やEL発光体など各種のものを用いることができる。さらに、液晶パネル3としても、バックライト8からの照射光を画像表示に用いる透過型または半透過型と呼ばれるものに限らず、液晶パネル3の対向基板2を透過して入射する外光を、パネル基板1に形成された反射電極で反射させて画像表示に用いる反射型の液晶パネル3を用いることができ、この場合にはバックライト8自体が不要となる。
液晶パネル3とバックライト8とは、有底枠状の機構部材であるベゼル9の内部に収容されている。ベゼル9は、軽量であって、かつ、一定の強度が確保されることが要求されるため、アルミニウムなどの金属またはプラスチックなどの樹脂からなっている。
なお、ベゼル9の側壁内部には、内部に収容される液晶パネル3やバックライト8を保持するための図示しない突起などが形成されることがあり、また、液晶パネル3の画像表示面側、すなわち、図1における上側端部には、ベゼル9を携帯電話やモバイル機器といった機器の画像表示部枠体に固着するための突起や、凹部が設けられることがある。さらに、ベゼル8の側壁部や底部には、内部に収容されるバックライト8や各種回路部品から発生する熱を外部に放出するためや、ベゼル9自体の軽量化のために、開口が形成されることがある。
パネル基板1の実装領域6に形成された電極端子7には、液晶パネル3を動作させるための信号や電圧を印加するためのフレキシブル基板10が接続される。このフレキシブル基板10は、FPC(Flexible Print Circuit)とも呼ばれ、銅箔などからなる微細配線を可撓性の樹脂フィルムで挟んだ三層構造となっている。そして、フレキシブル基板10の一端部10aには、パネル基板1の実装領域6に形成された電極端子7の配置位置に対応した位置に、内部の銅箔がむき出しとなっている図示しない接続部が形成されていて、電極端子7と接続部との位置を合わせて固着されることで電気的導通を得ている。なお、パネル基板1の電極端子7と、フレキシブル基板10の接続部とを物理的に固着して、同時に電気的導通を得るために、異方性導電樹脂(ACF:Anisotropic Conductive Film)と呼ばれる、導電性の粒子を含んだフィルム材が用いられる。
液晶表示装置100は、外部から所定の電源と信号を入力するだけで、画像表示を行うことができるひとまとまりの電気回路構造体であるモジュールとして作成されていて、液晶表示装置100全体の制御を行うための半導体集積回路が形成される制御部11を有している。
次に、本実施形態の液晶表示装置100における、フレキシブル基板10上への回路素子の搭載と、フレキシブル基板10のベゼル9への固着方法について説明する。
図2は、本実施形態の液晶表示装置100を背面、すなわち画像表示面の裏側から見た場合の平面図である。
図2に示すように、液晶表示装置100の画像表示面側で、その一端部10aがパネル基板1に接続されたフレキシブル基板10は、ベゼル9の側面に沿って背面側に折り返されている。フレキシブル基板10の一端部10aとは反対側の他端部10bは、ベゼル9の一部を覆うような形状となっていて、この他端部10bでベゼル9の背面に固着されている。なお、液晶表示装置100の外形を小さくし、かつ、モジュールとしての液晶表示装置100を携帯電話やモバイル機器といった機器の画像表示部枠体に固着する際に、フレキシブル基板10がこすれて損傷し、銅箔の断線などが生じることを防ぐためには、フレキシブル基板10が、ベゼル9の側面に密着されていることが好ましい。
ベゼル9の背面には、液晶パネル3で表示される画像信号を処理する信号回路や、ベゼル9に内蔵されるバックライト8の駆動回路などが搭載された、背面回路基板12が配置されていて、フレキシブル基板10の他端部10bに形成された突起部10cが接続されている。
フレキシブル基板10の他端部10bには、ポリカーボネート製などの硬質の樹脂を基材とする樹脂基板13を介して、回路素子としてのコンデンサ14が搭載されている。また、フレキシブル基板10の一部が、制御部11に繋がっている。
次に、図3を用いて、フレキシブル基板10の他端部10bと、ベゼル9の背面との固着部分について説明する。
図3は、図2中のA−A線矢視断面を示す断面構成図であり、フレキシブル基板10の他端部10bとベゼル9の背面との固着部分であって、フレキシブル基板10上に樹脂基板13を介してコンデンサ14が搭載された部分の構成の一例を示す。
図3に示すように、フレキシブル基板10に硬質の樹脂基板13が積層され、樹脂基板13上に回路素子としてのコンデンサ14が搭載されている。
樹脂基板13は、その上面側には、搭載されたコンデンサ14およびその他の回路素子に対応するための回路パターンが形成され、下面側にはフレキシブル基板10の配線パターンと対応する回路パターンが形成されている。樹脂基板13としては、例えばMCM(マルチ チップ モジュール)基板が使用できる。また、樹脂基板13は、回路基板としての一般的材料であるポリカーボネートなどの基材の両面に配線パターンを形成したもの、または、複数枚の基板を積層したものなどを用いることができる。
樹脂基板13とコンデンサ14およびその他の回路素子は、通常の半田を用いて固着することができる。また、樹脂基板13とフレキシブル基板10とは、それぞれの表面に形成された電極パターン同士の位置あわせを行って、半田バンプなどを用いたはんだ接続を利用して固着することができる。
樹脂基板13を介してコンデンサ14などの回路素子が搭載されたフレキシブル基板10は、不織布(「不繊布」とも称される)を基材とする不織布接着テープ15を介してベゼル9の背面に接着される。この不織布接着テープ15は、厚さ0.145mmのポリプロピレンやポリエステルなどの合成繊維の不織布に接着材を浸透させて両面テープとしたものである。
なお、図3では、ベゼル9内部のバックライト8までを示し、バックライト8の下側に配置される液晶パネル3の図示は省略する。
本実施形態の液晶表示装置100では、樹脂基板13を介してコンデンサ14などの回路素子が固着されているフレキシブル基板10が、柔らかい不織布を基材とする不織布接着テープ15でベゼル9の背面に固着されている。このため、印加される電気信号のオン/オフが原因となって、その電界方向にコンデンサ14の電極が変形して振動が生じた場合でも、この振動がフレキシブル基板10からベゼル9に伝達されずに吸収される。特に、パネル基板1がアクティブマトリクス基板であり、液晶パネル3がアクティブマトリクス駆動される場合に、その駆動回路の制御電圧がコンデンサ14に印加される場合には、コンデンサ14の振動がベゼル9で共振して大きな音となり、ユーザーに認識されてしまう音鳴り現象が生じ易いが、本実施形態の液晶表示装置100では、この音鳴りの発生を効果的に防止することができる。
具体的に、上記実施形態として説明した、フレキシブル基板10をベゼル9に固着する接着テープ15として、厚さ0.145mmの不織布を基材とする不織布接着テープを用いた実施例の場合と、通常のポリエチレンテレフタレート(PET)を基材とした接着テープを用いた比較例の場合について、0Hz〜20Hzの周期で電源のオンオフを繰り返したときに生じるノイズを比較した。その結果、n=16のサンプルの平均値において、実施例である不織布を基材とする不織布接着テープ15の場合には、振動のピーク値が3.85dBVr.であったのに対し、比較例のPETを基材とする接着テープの場合には15.80dBVr.の音ノイズが観測された。不織布を基材とする不織布接着テープ15を用いることで、ノイズのレベルを12.34dBVr.低減し、比較例の場合の3分の1以下にすることができた。
本実施形態に示した不織布接着テープ15としては、例えば大日本インキ化学工業株式会社製の不織布基材タイプ両面接着テープ「#8800CH(W)」(商品名)の厚さ0.145mmのものや、株式会社寺岡製作所製の強力タイプ不織布両面テープ「No.7566」(製品番号)の厚さ0.160mmのものなどを使用することができる。また、これらに限られず、例えばケミカルボンド製法で製造された不織布に、アクリル酸エステル共重合体の粘着剤を含浸させたものなどが好適に使用できる。
また、本実施形態で用いた不織布を基材としてこれに接着剤を含浸させた不織布接着テープ15は、両面テープであるため、フレキシブル基板10のベゼル9への接着を極めて簡易に行うことができる。具体的には、ベゼル9底面のフレキシブル基板10を固着する領域にまず不織布接着テープ15を貼り付けておき、この上からフレキシブル基板10を重ねて、300g〜900g程度の押圧力でフレキシブル基板10を押さえつけることで、実用上十分な接着強度が得られる。なお、フレキシブル基板10を押さえつける押圧力は、フレキシブル基板10に固着された硬質の回路基板13の大きさ(面積)や、搭載されているコンデンサ14などの回路素子の大きさ、重さや個数、配置の密度などを勘案して適宜定めればよい。また、あらかじめフレキシブル回路基板10の裏面に不織布接着テープ15を貼り付け、その後、ベゼル9の背面にこれを所定圧力で押圧して固着することもできる。
次に、図4を用いて、フレキシブル基板10の他端部10bとベゼル9の背面との固着部分の構成についての他の例を説明する。
図4(a)、図4(b)は、いずれもフレキシブル基板10とベゼル9との固着部分を示す断面構成図であり、図3と同じくフレキシブル基板10上に樹脂基板13を介してコンデンサ14が搭載された部分、すなわち、図2のA−A線矢視部分の構成を示している。また、図4(a)および図4(b)は、フレキシブル基板10上の、コンデンサ14の搭載状態と、ベゼル9内部の構成は同じであるため、図3と同じ符号を付して、その詳細の説明は省略する。
図4(a)は、フレキシブル基板10が、その表面に固着されている樹脂基板13の湾曲に沿って湾曲している状態を示す。
硬質の樹脂基板13には、コンデンサ14やその他の回路素子が搭載されるが、回路素子の電気的導通を確保して、かつ、固着する手段としては、半田が用いられている。このとき、樹脂基板13上にコンデンサ14などの回路素子を搭載固着する際には、樹脂基板13の表面にクリーム半田を印刷した後、所定の場所にコンデンサ14などの回路素子を搭載し、赤外線リフロー炉に入れてクリーム半田を溶かして、一度に固着する方法が効率がよい。しかし、リフロー炉内の温度は、200℃以上になるため、樹脂基板13の表裏で、配線パターンや搭載部品などの熱膨張係数が異なるために反りが生じやすく、この反りは、室温に戻った場合にも残留する。また、上記した赤外線リフロー炉を用いる方法ではなくても、半田で回路素子を基板上に固着するには、一旦はんだを溶かしてその後冷却するという熱サイクルを経るために、回路素子や基板材料の熱膨張の差による、樹脂基板13の反りを完全に回避することは困難である。
フレキシブル基板10上に固着された樹脂基板13に反りが生じていると、柔らかいフレキシブル基板10は、樹脂基板13との固着部分で、樹脂基板13の形状に沿うように変形する。このように、フレキシブル基板10に反りが生じ、ベゼル9と固着する接着テープとの間に空隙が生じると、搭載される回路素子であるコンデンサ14の振動がベゼル9に大きな音として伝わりやすくなる。
しかし、本実施形態にかかる液晶表示装置100では、フレキシブル基板10とベゼル9との固着を、不織布を基材とする不織布接着テープ15で行っているため、不織布接着テープ15自体が柔らかく、図4(a)に示すように、フレキシブル基板10に若干の反りが生じていても容易に追従することができ、空隙が生じない。このため、本実施形態にかかる液晶表示装置100では、樹脂基板13に若干の反りが生じていても、回路素子であるコンデンサ14の振動が原因となる音鳴りを効果的に防止することができる。
図4(b)は、図4(a)と比較して、さらに大きな反りが樹脂基板13に生じた場合の例を示す断面構成図である。上記したように、本実施形態の液晶表示装置100では、フレキシブル基板10とベゼル9との固着に、不織布を基材とする不織布接着テープ15を用いているが、その基材の厚さには限界があるため、例えばこれを超えるような大きな反りが樹脂基板13に生じている場合には、フレキシブル基板10と接着テープとの間の空隙を完全に埋めることはできない。このように、樹脂基板13に比較的大きな反りが生じていて、フレキシブル基板10が大きく反っている場合には、図4(b)に示すように、不織布接着テープ15とフレキシブル基板10との間に、シリコン樹脂16の層を塗布形成することがより好ましい。
このように、シリコン樹脂16を塗布することで、フレキシブル基板10と不織布接着テープ15との間に空隙が生じることを防止できるため、樹脂基板13が大きく反っている場合でも、音鳴りの発生を効果的に防止することができる。
また、フレキシブル基板10と、不織布接着テープ15との間にシリコン樹脂16を塗布することで、特にベゼル9が金属製である場合には、フレキシブル回路基板10とベゼル9との間の絶縁や、電気的なシールド効果を向上させることができる。また、液晶表示装置100に対して、繰り返し熱サイクルが加わるような使用方法がされた場合でも、シリコン樹脂16を塗布することによって、不織布接着テープ15の接着性が低下して、フレキシブル回路基板10がベゼル9から剥がれやすくなってしまうことを、効果的に防止することができる。
なお、本実施形態の液晶表示装置の説明において、フレキシブル基板10にコンデンサ14などの回路素子を搭載する場合に、硬質の樹脂基板13を介する例についてのみ説明したが、本発明はこれに限られず、回路素子を直接フレキシブル基板10上に設けるTCP(Tape Carrier Package)技術を採用することもできる。この場合でも、フレキシブル基板10とベゼル9とを、不織布を基材とする不織布接着テープ15で固着することで、コンデンサ14の振動がベゼル9に伝わって音ノイズとなる音鳴りを、効果的に防止することができる。
本発明は、回路基板に接続されたフレキシブル基板に、回路素子が搭載された電気回路構造体として、液晶表示装置をはじめ各種用途に産業上利用可能である。

Claims (5)

  1. 有底枠状の機構部材と、
    前記機構部材内に収容される、表面に電気回路素子が形成された回路基板と、
    一端部に形成された接続端子が、前記回路基板上に形成された電極端子に接続されるとともに、折り返されて、前記一端部とは反対側の他端部が前記機構部材の背面に固着されたフレキシブル基板と、
    前記フレキシブル基板の、前記機構部材の背面に折り返された部分に搭載された回路素子とを備え、
    前記フレキシブル基板が、前記機構部材の背面に、不織布を基材とする不織布接着テープを介して固着され
    前記不織布接着テープと前記フレキシブル基板との間に、シリコン樹脂層が形成されていることを特徴とする電気回路構造体。
  2. 前記回路素子が、前記フレキシブル基板に積層された、硬質の樹脂基板上に搭載されている請求項1記載の電気回路構造体。
  3. 前記回路素子がコンデンサである請求項1または2に記載の電気回路構造体。
  4. 前記電気回路構造体が液晶表示装置であり、
    前記回路基板が、液晶層を挟んで所定間隔を隔てて固着された対向基板と液晶パネルを構成するパネル基板である、請求項1からのいずれか1項に記載の電気回路構造体。
  5. 前記パネル基板が、アクティブマトリクス基板である請求項記載の電気回路構造体。
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