JP5618939B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特にＩＰＳ方式の液晶表示装置における、対向基板に形成されたシールド用導電膜のアースの取り方に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。

ＩＰＳ方式では、画素電極および対向電極がいずれもＴＦＴ基板に形成され、対向基板の内側には電極が形成されていない。このような構造では、外部からの電界が液晶層に侵入し、ノイズとなって画質を劣化させる。

これを防止するために、「特許文献１」には、対向基板の外側に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等をスパッタリングすること等によって外部導電膜を形成し、これをアースすることによって液晶表示装置の内部をシールドする構成が記載されている。「特許文献１」には、外部導電膜のアースの取り方として、導電物質を介して金属製のフレームと接続する方法、ケーブルを介して周辺基板のアース端子に接続する等の方法が記載されている。「特許文献１」には、対応米国特許U.S. Patent No. 6034757が存在している。

特開平９−１０５９１８号公報

導電物質を介して直接金属製のフレームと接続する方法は、液晶表示装置をフレーム内に組み込む精度を考慮すると、外部導電膜と比較的広い接続面積を必要とする。しかし、対向基板の上には偏光板が配置されており、外部導電膜を外部のアース端子と接続するための面積を十分にとることは困難である。近年は、液晶表示装置の外形を所定の値に保ちながら、表示領域を大きくすることが要求されており、外部導電膜が偏光板によって覆われていない部分、すなわち、外部導電膜の露出面積がさらに小さくなっている。

一方、ケーブル等によって、対向基板の外部導電膜と配線基板等のアース端子とを接続する方法は、ケーブルと対向基板の外部導電膜との接続の信頼性を確保することが難しい。

本発明の課題は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、対向基板に形成された外部導電膜に対して高い信頼性を持ってアースを取ることである。

本発明は以上のような課題を解決するものであり、主な手段は次のとおりである。すなわち、画素電極と対向電極が形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタが形成された対向基板の間に液晶層が挟持され、前記対向基板の外面に透明電極による外部導電膜が形成され、前記外部導電膜の上に上偏光板が配置された液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板には、アースと接続するアースパッドが形成され、前記外部導電膜が上偏光板に覆われていない部分と前記アースパッドとを導電熱圧着テープで接続し、前記導電熱圧着テープが配置されている前記対向基板の辺と平行な方向を幅と定義したとき、前記導電熱圧着テープの幅をｗ１とし、前記導電熱圧着テープが前記外部導電膜と接着している幅をｗ２とし、前記導電熱圧着テープが前記アースパッドと接着している幅をｗ３としたとき、ｗ３＜ｗ２＜ｗ１であることを特徴とする液晶表示装置である。

さらに好ましくは、前記導電熱圧着テープの幅をｗ１とし、前記導電熱圧着テープが前記外部導電膜と接着している幅をｗ２とし、前記導電熱圧着テープが前記アースパッドと接着している幅をｗ３としたとき、１．２ｗ３≦ｗ２≦２．４ｗ３＜ｗ１であることを特徴とする液晶表示装置である。

本発明によれば、ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、対向基板に形成した外部導電膜に対して、高い信頼性を持ってアースに接続することが出来るので、信頼性が高く、画質の優れたＩＰＳ方式の液晶表示装置を実現することが出来る。

本発明が適用される液晶表示装置の平面図である。 図１のA-A断面図である。 本発明を示す平面図である。 導電熱圧着テープによる接続を示す断面図である。 本発明で使用される熱圧着ヘッドである。 導電熱圧着テープの形状を示す図である。 本発明の他の形態を示す平面図である。 比較例１を示す平面図である。 比較例１で使用される熱圧着ヘッドである。 比較例２を示す平面図である。 比較例２で使用される熱圧着ヘッドである。 比較例３を示す平面図である。 比較例２で使用される熱圧着ヘッドである。 比較例３の他の形態を示す平面図である。 ＩＰＳ液晶表示装置の表示領域の断面図である。

本発明の実施例を説明する前に、本発明が適用されるＩＰＳ方式の液晶表示装置の構造について説明する。図１５はＩＰＳ方式の液晶表示装置の表示領域における構造を示す断面図である。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極構造は種々のものが提案され、実用化されている。図１５の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極１１０が形成されている。そして、画素電極１１０と対向電極１０８の間の電圧によって液晶分子３０１を回転させることによって画素毎に液晶層３００の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。以下に図１５の構造を詳しく説明する。なお、本発明は、図１５の構成を例にとって説明するが、図１５以外のＩＰＳタイプの液晶表示装置にも適用することが出来る。

図１５において、ガラスで形成されるＴＦＴ基板１００の上に、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２がＳｉＮによって形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に、ゲート電極１０１と対向する位置に半導体層１０３がａ−Ｓｉ膜によって形成されている。ａ−Ｓｉ膜はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでａ−Ｓｉ膜上にソース電極１０４とドレイン電極１０５が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５とのオーミックコンタクトを取るためである。

ソース電極１０４は映像信号線が兼用し、ドレイン電極１０５は画素電極１１０と接続される。ソース電極１０４もドレイン電極１０５も同層で同時に形成される。ＴＦＴを覆って無機パッシベーション膜１０６がＳｉＮによって形成される。無機パッシベーション膜１０６はＴＦＴの、特にチャネル部を不純物４０１から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上には有機パッシベーション膜１０７が形成される。有機パッシベーション膜１０７はＴＦＴの保護と同時に表面を平坦化する役割も有するので、厚く形成される。厚さは１μｍから４μｍである。

有機パッシベーション膜１０７の上には対向電極１０８が形成される。対向電極１０８は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極１０８は面状に形成される。対向電極１０８を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極１１０とドレイン電極１０５を導通するためのスルーホール１１１部だけは対向電極１０８をエッチングによって除去する。

対向電極１０８を覆って上部絶縁膜１０９がＳｉＮによって形成される。上部絶縁膜１０９が形成された後、エッチングによってスルーホール１１１を形成する。この上部絶縁膜１０９をレジストにして無機パッシベーション膜１０６をエッチングしてスルーホール１１１を形成する。その後、上部絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆って画素電極１１０となるＩＴＯをスパッタリングによって形成する。スパッタリングしたＩＴＯをパターニングして画素電極１１０を形成する。

図１５において、画素電極１１０は櫛歯状の電極となっており、櫛歯状の電極と櫛歯状の電極の間は図１５に示すスリット１１２となっている。対向電極１０８には一定電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１５に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過が制御されるので、画像が形成されることになる。画素電極１１０の上には配向膜１１３が形成されている。

図１５において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が設置されている。対向基板２００の内側には、カラーフィルタ２０１が形成されている。カラーフィルタ２０１は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタ２０１が形成されており、カラー画像が形成される。カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０１の間にはブラックマトリクス２０２が形成され、画像のコントラストを向上させている。カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。オーバーコート膜２０３の上には、液晶の初期配向を決めるための配向膜１１３が形成されている。この配向膜１１３にも光配向処理が施されている。

以上説明したように、ＩＰＳ方式液晶表示装置では、画素電極１１０も対向電極１０８もＴＦＴ基板１００に形成されており、対向基板２００の内側には電極は形成されていない。したがって、この状態では、外部からの電界が液晶層３００あるいは画素電極１１０に侵入し、これがノイズとなって画質を劣化させる。

これを防止するために、ＩＰＳ方式液晶表示装置においては、対向基板２００の外側にＩＴＯ等の透明導電膜によって外部導電膜２１０を形成し、この外部導電膜２１０をアースすることによって液晶表示装置の内部をシールドしている。しかしながら、後で説明するように、対向基板２００の表面の大部分は上偏光板７０によって覆われており、外部導電膜２１０が露出している面積が小さい。したがって、外部導電膜２１０を高い信頼性を持ってアースと接続することが大きな課題となっている。

図１は本発明が適用される、例えば、携帯電話等に使用される液晶表示装置の平面図である。図１において、ＴＦＴ基板１００の上に対向基板２００が図示しないシール材を介して接着している。ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成されており、ＴＦＴ基板１００のみの部分は端子部１５０となっている。

対向基板２００の外側にはＩＴＯによる外部導電膜２１０が形成されている。ＩＴＯ上には、上偏光板７０が貼り付けられている。図１で示すように、上偏光板７０は、対向基板２００の大部分を覆っており、外部導電膜２１０が露出している面積は、周辺のわずかな幅の部分である。この周辺のわずかな部分からＴＦＴ基板１００側に形成されたアースパッド２０に接続してアースを取る必要がある。

本発明では、導電熱圧着テープ１０を用いて対向基板周辺に露出した外部導電膜２１０とＴＦＴ基板１００に形成されたアースパッド２０との接続を取っている。アースパッド２０はアース配線２１を介して、端子部１５０に接続しているフレキシブル配線基板５０のアース端子、あるいは、端子部１５０に形成されたＩＣドライバ４０のアース端子と接続している。

図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図２において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間に図示しない液晶層が挟持されている。ＴＦＴ基板１００の下側には下偏光板６０が接着している。対向基板２００の上側には外部導電膜２１０がＩＴＯによって形成されている。外部導電膜２１０の上に上偏光板７０が貼り付けられている。

液晶表示装置の内部をシールドするためには、外部導電膜２１０をアースしなければならない。アースパッド２０はＴＦＴ基板１００に形成されているので、導電熱圧着テープ１０を用いて対向基板２００の外部導電膜２１０とＴＦＴ基板１００のアースパッド２０を接続している。図２に示すように、対向基板２００の外部導電膜２１０とＴＦＴ基板１００のアースパッド２０とは、ＴＦＴ基板１００の厚さ分の段差を有している。このような形状での接続をするために、図４に示すような、先端が段差を有する熱圧着ヘッド３０を用いて導電熱圧着テープ１０を対向基板２００の外部導電膜２１０およびＴＦＴ基板１００のアースパッド２０に接続する。

このような接続構成において問題となるのは、対向基板２００の外部導電膜２１０が上偏光板７０によって覆われていない部分の幅ｄ１が０．９ｍｍ程度と小さいことである。さらに、導電熱圧着テープ１０は熱圧着ヘッド３０によって１２０℃〜１４０℃の温度で接続される。このような熱圧着ヘッド３０が上偏光板７０に接触すると上偏光板７０の端部が破壊されてしまう。したがって、上偏光板７０と導電熱圧着テープ１０との間隔ｄ２は所定の値、例えば、０．４ｍｍ程度を確保する必要がある。この０．４ｍｍの値は、作業裕度を考慮した値である。

このような構成においては、導電熱圧着テープ１０が対向基板２００の外部導電膜２１０と接続できる幅は０．５ｍｍ程度となる。したがって、特に、対向基板２００の外部導電膜２１０と導電熱圧着テープ１０との接続の信頼性が重要となる。

本発明では、図５に示すような熱圧着ヘッド３０を用いることによって対向基板２００における導電熱圧着テープ１０の導通面積および接着面積を大きくしている。図５（ａ）は熱圧着ヘッド３０の断面図であり、図５（ｂ）は熱圧着ヘッド３０の下面図である。図５（ｂ）において、対向基板２００の外部導電膜２１０に接続する部分の幅はｗ２は、ＴＦＴ基板１００のアースパッド２０に接続する部分の幅ｗ３よりも大きい。その分、外部導電膜２１０における接着面積を稼ぐことが出来る。

図３はこのようにして導電熱圧着テープ１０を接続した部分を示す平面図である。図３において、導電熱圧着テープ１０が対向基板２００の外部導電膜２１０とＴＦＴ基板１００のアースパッド２０を接続している。図３における導電熱圧着テープ１０は正方形であり、ｗ１、ｗ４とも例えば、３ｍｍである。当然ｗ１とｗ４は異なる場合もある。電気的な導通および接着は、導電熱圧着テープ全体でとるのではなく、熱圧着ヘッド３０で圧着した部分のみで行う。すなわち、図３における導通領域１５によって電気的な導通をとっている。

図３に示すように、導電熱圧着テープ１０の接着及び電気的な導通は、対向基板２００の外部導電膜２１０において幅ｗ２と広く、ＴＦＴ基板１００のアースパッド２０においては、幅ｗ３というように狭い。本実施例においては、ｗ２は２ｍｍ、ｗ３は１ｍｍである。このように、対向基板２００において接着力を大きくするためには、ｗ２はｗ３の１．２倍以上とすることが必要である。より好ましくは、ｗ２はｗ３の２倍以上である。

一方、接着部分あるいは導通部分から導電熱圧着テープ１０の端部までの距離ｇは０．３ｍｍ以上とる必要がある。熱圧着ヘッド３０による圧着作業の精度が±０．２ｍｍ程度であり、最低でも、熱圧着ヘッド３０の端部と導電熱圧着テープ１０の端部の距離ｇを０．１ｍｍ以上とるためである。ｗ１を３ｍｍとし、ｇを０．３ｍｍとった場合、ｗ２は２．４ｍｍとなる。このとき、ｗ３は１ｍｍであるから、ｗ２はｗ３の２．４倍になる。

図３において、ＴＦＴ基板１００における、導電熱圧着テープ１０はアースパッド２０と接続し、アースパッド２０はアース配線２１を介してフレキシブル配線基板５０等と接続する。また、図３において、対向基板２００の外部導電膜２１０の露出している幅ｄ１は０．９ｍｍであり、導電熱圧着テープ１０の端部と上偏光板７０の端部までの距離ｄ２は０．４ｍｍである。

図６は導電熱圧着テープ１０の例を示す詳細図である。図６における導電熱圧着テープ１０は、断面において、大きく３つに分かれている。すなわち、上から順に微粘着テープ１１（例えば、厚さ８５μｍ）、導電性粘着シート１２（例えば、厚さ４５μｍ）、両面粘着テープ１３（例えば、厚さ３０μｍ）である。これらの層のうち、熱圧着によって接着性および導電性を発揮するのは、導電性粘着シートの層１２である。

図６における両面粘着テープ１３は、導電熱圧着テープ１０を熱圧着する前に、ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００に導電熱圧着テープ１０を仮止めするためのものである。図６において、両面粘着テープ１３は幅ｗ５にわたって形成されており、ｗ５／ｗ１は図６において、１／３である。

熱圧着ヘッド３０が両面粘着テープ１３が形成されている領域に当たると、両面粘着テープ１３がつぶれて外側にはみ出す。図７は、本発明における熱圧着ヘッド３０を使用した場合に、両面粘着テープ１３がはみ出した領域１６が存在している状態を示す。両面粘着テープ１３がはみ出すと、熱圧着ヘッド３０に付着し、その後の作業の効率を下げたり、接着精度を低下させたりする場合がある。本発明の接続方法では、図７に示すように、両面粘着テープ１３がはみ出す量は非常に小さいので、作業効率の低下、接着精度の低下は極めて小さく抑えることが出来る。

＜比較例１＞
図８および図９は、本発明に対する比較例１である。図８は、液晶表示装置において、導電熱圧着テープ１０が配置されている部分の拡大図であり、実施例１の図３に対応する部分である。図８が図３と異なる点は、導電熱圧着テープ１０の対向基板２００の外部導電膜２１０に接着あるいは導通している部分の幅が導電熱圧着テープ１０の幅ｗ１と同じになっている点である。

図９は、図８に示す導電熱圧着テープ１０の接続をするための熱圧着ヘッド３０の形状である。図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は下面図である。図９が実施例で使用する熱圧着ヘッド３０と異なる点は、対向基板２００側に圧着するヘッド３０の幅が導電熱圧着テープ１０の幅ｗ１と同じになっている点である。

導電熱圧着テープ１０の外部導電膜２１０と接着している部分の幅が大きければ、対向基板２００と導電熱圧着テープ１０との接着の信頼性は高まるが、両面粘着テープ１３がはみ出す量が大きくなり、その分、粘着材が熱圧着ヘッド３０に付着する機会が増え、圧着作業の作業性、あるいは、圧着作業の作業精度が低下する。

＜比較例２＞
図１０および図１１は、本発明に対する比較例２である。図１０は、液晶表示装置において、導電熱圧着テープ１０が配置されている部分の拡大図であり、実施例１の図３に対応する部分である。図１０が図３と異なる点は、導電熱圧着テープ１０の全体に熱圧着ヘッド３０を圧着し、導電熱圧着テープ１０が対向基板２００の外部導電膜２１０およびＴＦＴ基板１００のアースパッド２０に接続している点である。

図１１は、図１０に示す導電熱圧着テープ１０の接続をするための熱圧着ヘッド３０の形状である。図１１（ａ）は断面図、図１１（ｂ）は下面図である。図１１（ｂ）において、熱圧着ヘッド３０下面の外形は導電熱圧着テープ１０の外形と同じになっている。

図１０において、導電熱圧着テープ１０全体が対向基板２００の外部導電膜２１０、あるいは、ＴＦＴ基板１００のアースパッド２０に接着しているので、接着、あるいは、導通の信頼性は高くなる。しかし、図１０に示すように、両面粘着テープ１３が導電熱圧着テープ１０から広くはみ出す。そうすると、熱圧着ヘッド３０に粘着材１３が付着し、熱圧着の作業性および熱圧着の作業精度を低下させる。

＜比較例３＞
図１２、図１３および図１４は、本発明に対する比較例３である。図１２は、液晶表示装置において、導電熱圧着テープ１０が配置されている部分の拡大図であり、実施例１の図３に対応する部分である。図１２が図３と異なる点は、導電熱圧着テープ１０の中央の一定の幅ｗ３をもって対向基板２００の外部導電膜２１０およびＴＦＴ基板１００のアースパッド２０に接続している点である。

図１３は、図１２に示す導電熱圧着テープ１０の接続をするための熱圧着ヘッド３０の形状である。図１３（ａ）は断面図、図１３（ｂ）は下面図である。図１３（ｂ）において、熱圧着ヘッド３０下面の外形はT字型ではなく、幅ｗ１の長方形となっている。本比較例では、この幅は例えば、１ｍｍである。

図１２において、導電熱圧着テープ１０は対向基板２００の外部導電膜２１０とは、幅ｗ１でしか接着していない。したがって、対向基板２００の外部導電膜２１０との接着強度および導通の信頼性は十分にとることが出来ない。図１４は、比較例３において、導電熱圧着テープ１０における両面粘着テープ１３の状態を示すものである。本比較例は、作業のばらつきを考慮しない場合は、導電熱圧着テープ１０の両面粘着テープ１３の部分は圧着しない構成となっている。したがって、両面粘着テープ１３が熱圧着ヘッド３０に付着して圧着作業の作業性あるいは圧着寸法の精度を害することは少ない。

１０…導電熱圧着テープ、 １１…微粘着テープ、 １２…導電性粘着シート、 １３…両面粘着テープ、 １５…導電領域、 １６…粘着材はみ出し領域、 ２０…アースパッド、 ２１…アース配線、 ３０…熱圧着ヘッド、 ４０…ICドライバ、 ５０…フレキシブル配線基板、 ６０…下偏光板、 ７０…上偏光板、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ソース電極、 １０５…ドレイン電極、 １０６…無機パッシベーション膜、 １０７…有機パッシベーション膜、 １０８…対向電極、 １０９…上部絶縁膜、 １１０…画素電極、 １１１…スルーホール、 １１２…スリット、 １１３…配向膜、 １５０…端子部、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子

Claims (3)

1. 画素電極と対向電極が形成されたＴＦＴ基板と前記ＴＦＴ基板と対向する対向基板の間に液晶層が挟持され、前記対向基板の外面に透明電極による外部導電膜が形成され、前記外部導電膜の上に上偏光板が配置された液晶表示装置であって、
   前記ＴＦＴ基板には、アースと接続するアースパッドが形成され、
   前記外部導電膜が上偏光板に覆われていない部分と前記アースパッドとを導電熱圧着テープで接続し、
   前記導電熱圧着テープが配置されている前記対向基板の辺と平行な方向を幅と定義したとき、
   前記導電熱圧着テープの幅をｗ１とし、前記導電熱圧着テープが前記外部導電膜と接着している幅をｗ２とし、前記導電熱圧着テープが前記アースパッドと接着している幅をｗ３としたとき、
   ｗ３＜ｗ２＜ｗ１
   であり、
   前記導電熱圧着テープには、その一部に仮止めのための両面粘着テープが形成されており、
   前記両面粘着テープは前記導電熱圧着テープと前記アースパッドの間に存在し、かつ、前記導電熱圧着テープと前記外部導電膜の間に存在し、
   少なくとも前記導電熱圧着テープと前記外部導電膜とが接着している第１部位と前記両面粘着テープとは重なっており、
   前記第１部位と前記両面粘着テープとが重なっている幅は、前記導電熱圧着テープと前記アースパッドとが接着している第２部位と前記両面粘着テープとが重なっている幅よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記導電熱圧着テープの幅をｗ１とし、前記導電熱圧着テープが前記外部導電膜と接着している幅をｗ２とし、前記導電熱圧着テープが前記アースパッドと接着している幅をｗ３としたとき、
   １．２ｗ３≦ｗ２≦２．４ｗ３＜ｗ１
   であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶表示装置はIPS方式であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。

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