表示装置及びその製造方法

【課題】表示装置の基板と駆動ＩＣチップ接続に使用する導電性粒子の凝集により、画素電極間や駆動ＩＣチップのバンプ間でショートが発生し、消費電流の増大や表示不良および素子劣化の原因となっている。
【解決手段】絶縁膜のパターニングプロセスで形成させた突起と、突起上に成膜された電極メタル層を備えることにより、電極メタルと駆動ＩＣバンプの電気導通を取る。導電性微粒子を使用しないため、消費電流の増大や表示不良をなくし、および素子劣化の信頼性を向上させることが可能になる。また材料費のコストダウン、ＣＯＧ工程の工数削減になる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置のＴＦＴアレイの配線を外部と接続するための実装用電極と、ＴＦＴアレイへ信号や電源を供給するドライバＩＣを接続する際に用いられる接続方法に関するものである。薄型で低消費電力であるＴＦＴ型液晶表示装置は、パーソナルコンピューターなどのＯＡ機器、電子手帳や携帯電話などの携帯機器、テレビやオーディオなどのＡＶ機器、カーナビゲーションなどの車載機器、などの電子機器に広く用いられている。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置において、高画質、高精細、広視角範囲、動画などの高速な応答速度のディスプレイとして、画素単位で選択駆動するためのスイッチング素子を有する液晶表示素子を用いたＴＦＴ型液晶表示装置が知られている。
【０００３】
ＴＦＴ型液晶表示装置を構成する液晶表示素子では、液晶層を介して互いに対向配置したガラスからなる一対の透明基板の一方の基板の液晶層側の面に、ｙ方向に並設されるゲート線（走査信号線）と、このゲート線と絶縁されて、ｘ方向に並設されるソース線（データ線）とが形成されている。ゲート線とソース線で囲まれた各領域がそれぞれ画素領域となり、この画素領域にスイッチング素子としてＴＦＴと透明画素電極とが形成されている。ゲート線に走査信号が供給されることにより、ＴＦＴがオンされ、このオンされたＴＦＴを介してソース線からの信号が画素電極に供給される。これらのゲート線とソース線には、駆動ＩＣチップ（半導体集積回路）から信号が入力される。この接続には、一般的に導電性微粒子が分散された異方性導電膜により導通接続される。駆動ＩＣチップはＣＯＧ接続により、液晶表示素子のＴＦＴアレイ基板上に実装される。近年、液晶表示装置の高精細化にともないＣＯＧ接続端子数の増加と、駆動ＩＣチップの小型化から、液晶表示素子の高密度実装化が進められている。
【０００４】
図３は従来のＣＯＧ接続を説明する図で、液晶素子と駆動ＩＣチップの断面図である。透明基板１の上に、絶縁膜２、ゲート線やソース線のメタル配線４、電極メタル５が成膜されている。駆動ＩＣチップ８には、接続用のバンプ７が形成され、熱硬化性樹脂６と導電性微粒子９が分散された異方性導電膜により、電極メタル５とバンプ７が電気導通される。
【０００５】
図４は図３で示した従来のＣＯＧ接続の工程を説明する図である。図４（ａ）で透明基板１はガラスからなり、この上にクロム、モリブデン、アルミのメタルからなるゲート線やソース線のメタル配線４が成膜される（図４ｂ）。メタル配線４には通常異なる金属が積層される。次に酸化ケイ素などの無機膜や有機膜からなる絶縁膜２が成膜される（図４ｃ）。この絶縁膜２に接続用の開口部が形成される（図４ｄ）。次に、ＩＴＯからなる電極メタル５が成膜される（図４ｅ）。以上、図４（ａ）から図４（ｅ）がＴＦＴアレイ基板の製造プロセスである。
【０００６】
次に駆動ＩＣチップの接続について説明する。電極メタル５上に、熱硬化性樹脂６に導電性微粒子９が分散された異方性導電膜が貼り付けられる（図４ｆ）。導電性微粒子９は直径２から４μｍの樹脂粒子の球表面に金やニッケルが成膜された構成である。また、導電性微粒子の直径精度は、分散が０．１μｍ以下に制御され、安定した電気導通がとれるようになっている。駆動ＩＣチップ８のバンプ７が絶縁膜の開口部に位置合わせされた状態で、駆動ＩＣチップ８が熱圧着され、バンプ７が導電性微粒子９によりＴＦＴアレイ基板に電気的に接続される（図４ｇ）。
【０００７】
図５は、図３で示した従来のＣＯＧ接続状態をＴＦＴアレイ基板上方から見た模式図である。図中５は電極メタル、４はメタル配線、１０は接続用の開口部、１１は接続用の開口部の底面、９’は電気導通がとられていない導電性微粒子、９は電気導通がとられている導電性微粒子である。
【０００８】
図６に図５中の線Ａ−Ａ’での断面を示す。透明基板１にメタル配線４が形成され、駆動ＩＣチップ８との接続部を除いて絶縁膜２が成膜される。さらに駆動ＩＣチップとの接続部には電極メタル５が成膜され、ＴＦＴアレイ基板が形成される。対向側はバンプ７を設けた駆動ＩＣチップ８が配置される。熱硬化性樹脂６中には導電性微粒子（９’は導通の取れていない導電性微粒子、９は導通の取れている導電性微粒子）が分散され、導電性微粒子９によりＴＦＴアレイ基板と駆動ＩＣが接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２−２２６６１０号公報（第１図）
【特許文献２】特開平７−３１６５１９号公報（第１図）
【特許文献３】特開平１１−３０５２０８号公報（第１図、第２９図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、液晶表示装置の高精細化にともないＣＯＧ接続端子数の増加と、駆動ＩＣチップの小型化から、液晶表示素子の高密度実装化が進められている。図５の構成より駆動ＩＣチップのバンプピッチを狭くするために、電極メタルのパッド電極を千鳥状に形成して実装密度を高めた構成を図７に模式的に示す。ここで、パッド電極はＣＯＧ実装における駆動ＩＣチップとの接続部分である。図中、導電性微粒子の集まり（凝集）９９が、電極メタル間に存在し、これにより短絡が発生している状態を示している。
【００１１】
図８は、図７の線Ｂ−Ｂ’の断面図を示す。電極メタル５と５’は、導電性微粒子の凝集９９により電気導通してしまう。これにより消費電流の増大や表示不良、および素子劣化の原因となっていた。導電性粒子が凝集しないようにするためには、熱硬化樹脂中の分散性を高めることが必要になるが、例えば粒子の数を少なくすると電極メタルと駆動ＩＣバンプ間の接続抵抗が高くなり、表示品質の低下、非表示の原因となってしまう。また、分散を高めるために導電性微粒子の直径を小さくすると、接続抵抗が高くなるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、導電性微粒子の凝集が原因となる短絡を解消し、消費電流の増大や表示不良をなくし、および素子劣化の信頼性を向上させた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による表示装置は、金属配線が形成された基板と、金属配線の一部が開口部から露出するように基板上に設けられた絶縁膜と、絶縁膜の開口部に成膜された電極メタルを備えている。開口部には突起が設けられ、電極メタルはこの突起を覆うように成膜されている。ＩＣチップのバンプと突起の電極メタルが接触することにより、ＩＣチップが金属配線に電気的に接続される。すなわち、導電性微粒子を使用せず、開口部の突起上に成膜された電極メタル層とＩＣチップのバンプが導通することにより、基板にＩＣチップが電気的に接続される。このような構成により、高密度実装においても短絡することなく電極メタルと駆動ＩＣバンプの電気導通を取ることができる。
【００１４】
このとき、開口部の一つあたりに突起を３個以上１２個以下設けることとした。あるいは、突起の形状を、直径が４μｍ以上５μｍ以下の円柱または半球形状とした。
【００１５】
さらに、開口部に設けられる突起の上面の総面積を、開口部の底面積の２〜２０％の範囲とした。また、絶縁膜として１μｍ以上４μｍ以下の有機膜を用いた。この有機膜は、有機膜と無機膜の積層構造でもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液晶表示装置によれば、導電性微粒子を使用しないため、消費電流の増大や表示不良をなくし、および素子劣化の信頼性を向上させることが可能になる。また導電性粒子を使用しないため材料費のコストダウンになり、また熱硬化樹脂テープを貼る工程の位置精度も低くなるためＣＯＧ工程の工数削減にもなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の製造プロセスを模式的に示す断面図である。
【図３】従来の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】従来の液晶表示装置の製造プロセスを模式的に示す断面図である。
【図５】従来の液晶表示装置のＣＯＧ接続部分を表す俯瞰図である。
【図６】従来の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】従来の液晶表示装置のＣＯＧ接続部分を表す俯瞰図である。
【図８】従来の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の液晶表示装置のＣＯＧ接続部分を表す俯瞰図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置のＣＯＧ接続部分を表す俯瞰図である。
【図１２】本発明の液晶表示装置のＣＯＧ接続部分を表す俯瞰図である。
【図１３】本発明の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の表示装置は、ＩＣチップが実装された基板を用いて構成された表示素子を備えている。表示素子を構成する基板には金属配線が形成されており、この金属配線の一部が開口部から露出するように基板上に絶縁膜が形成されている。絶縁膜の開口部には電極メタルが成膜されている。開口部には突起が設けられ、電極メタルはこの突起を覆うように成膜されている。ＩＣチップのバンプと突起の電極メタルが接触することにより、ＩＣチップと金属配線が電気的に接続されることとなる。図１に表示素子の基板にＩＣチップが実装された断面状態を模式的に示す。基板１の上にメタル配線４が作製され、この基板上に絶縁膜２が設けられている。絶縁膜２にはメタル配線４の一部が露出するように開口部が設けられており、開口部を覆うように電極メタル５が成膜されている。突起３の上面にも電極メタル５が設けられている。ＩＣチップ８には接続用のバンプ７が形成され、熱硬化性樹脂６により、基板１とＩＣチップ８が接着され、電極メタル５とバンプ７が電気導通する。
【００１９】
ここで、突起を絶縁膜と同一の材料により形成することにより、突起形成工程を追加する必要がない。
【００２０】
また、本発明の表示装置の製造方法は、基板上に金属配線を形成する工程と、前記基板上に前記金属配線を覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記金属配線の一部が露出するように前記絶縁膜に開口部を設け、前記開口部に突起を形成する工程と、前記開口部の表面に電極メタルを成膜し、前記突起の表面に前記電極メタルを形成する工程と、前記開口部にＩＣチップのバンプを位置合わせし、前記バンプと前記突起の電極メタルを接触させることにより、前記ＩＣチップと前記金属配線を電気的に接続する工程と、前記ＩＣチップが実装された基板を用いて表示素子を作製する工程を含んでいる。そして、突起を、絶縁膜をエッチング処理して開口部を形成する際に、同時に形成することとした。
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
本実施例の液晶表示装置は、絶縁膜のパターニングプロセスで形成させた突起と、突起表面に電極メタルを設けた構造である。すなわち、本実施例の液晶表示装置は、金属配線が形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に成膜された絶縁膜と、絶縁膜に形成された開口部を成膜する電極メタルと、ＴＦＴ基板と電気的に接続する駆動用ＩＣを備えている。さらに、駆動用ＩＣとの接続部となる開口部には、絶縁膜と同一の材料により形成された突起が設けられ、この突起は電極メタルにより成膜される。この突起に設けられた電極メタルと駆動用ＩＣのバンプとが導通することにより、ＴＦＴ基板に駆動用ＩＣが電気的に接続され、本発明の液晶表示装置が構成される。
【００２３】
本実施例では、液晶表示装置に用いられる液晶表示素子のアレイ基板製造、特に実装部分の製造過程と、ＣＯＧ接続について図２に基づいて説明する。図２Ａで示したガラスからなる透明基板１の上に、ゲート線やソース線のメタル配線４が成膜される。メタル配線はクロム、モリブデン、アルミなどの異なる金属が積層される（図２Ｂ）。次に、この基板上に絶縁膜２が成膜される（図２Ｃ）。この絶縁膜２に接続用の開口部が形成される。この時、フォトマスクを用いたドライエッチングにより開口部が形成されるが、フォトマスクのパターンにより突起形状に絶縁膜（突起３）が残るようにする（図２Ｄ）。次に、ＩＴＯからなる電極メタル５を成膜する（図２Ｅ）。電極メタル５は突起３の表面にも成膜する。以上、図２Ａから図２ＥがＴＦＴアレイ基板の実装部分である電極パッドの製造プロセスである。
【００２４】
次に駆動ＩＣチップとの接続について説明する。電極メタル５上に、熱硬化性樹脂６を貼り付ける（図２Ｆ）。駆動ＩＣチップ８が熱圧着されると突起３が形状変形して潰れ、バンプ７と突起３が電極メタル５を介して接触し、電気導通される。そして、熱硬化接着剤６によりＴＦＴアレイ基板と駆動ＩＣチップ８が固着される。
【００２５】
突起３は電極メタル５上に柱状に形成する。密度は、駆動ＩＣチップ８の圧着時にバンプ７での潰れ易さを考え、突起３の上面の総面積が電極パッドの底面積の２〜２０パーセントになるように設定した。絶縁膜２はアクリル系樹脂をスピンナーで塗布後、紫外線と加熱により成膜している。成膜後は透明薄膜である。絶縁膜２の厚さは１から４μｍである。電極メタル５の厚さは、０．０５〜０．２μｍである。熱硬化性樹脂６はテープ状であり厚さは２０μｍである。
【実施例２】
【００２６】
図９は、実施例１で説明したＣＯＧ接続をＴＦＴアレイ基板上から見た図で、駆動ＩＣチップのバンプピッチが狭い場合を表している。図中５は電極メタル、４はメタル配線、１０は接続用の開口部、１１は接続用の開口部の底面、３は絶縁膜をエッチング処理し形成した突起で表面は電極メタル５で覆われている。
【００２７】
図１０に図９中の線Ｃ−Ｃ’の断面図を示す。透明基板１の上にメタル配線４が形成され、絶縁膜２の開口部に突起３が形成され、電極メタル５が絶縁膜の開口部を覆うように成膜されている。突起３は直径５μｍの円柱で先端は丸くなっており突起は半球形状である。さらに、突起３の表面は電極メタル５で覆われている。駆動ＩＣチップ８には、接続用のバンプ７が形成され、熱硬化性樹脂６により、ＴＦＴアレイ基板と駆動ＩＣチップ８が接着、固定されている。メタル配線４、電極メタル５、駆動ＩＣチップのバンプ７は電気導通がとれている。本実施例では、駆動ＩＣチップのバンプピッチが狭いが、図８で発生した導電性微粒子３３の凝集は発生しないので、電極メタル間での短絡は発生しない。
【実施例３】
【００２８】
図１１は、電極あるいはバンプが細長い矩形形状で千鳥配列された駆動ＩＣチップをＣＯＧ実装する場合の、ＴＦＴアレイ基板中の電極パッドを部分的に表す模式図である。図中５は電極メタル、４はメタル配線、１０は接続用の開口部、１１は接続用の開口部の底面、３は絶縁膜をエッチング処理し形成された突起で表面は電極メタルで覆われている。Ｌ１は絶縁膜中の開口部の底面の縦方向寸法で８５μｍ、Ｗ１は横方向寸法で１６μｍであり、駆動ＩＣチップのバンプサイズと同じである。Ｗ２は隣り合う電極メタル間距離で４μｍである。突起３は直径４μｍの半円球状である。図は一つの電極パッドあたり５個の突起であるが、３個以上１０個以下であれば、駆動ＩＣバンプと電極メタルの導通抵抗は安定して得られる。
【実施例４】
【００２９】
図１２は、本実施例のＴＦＴアレイ基板中の電極パッド部分の模式図であり、駆動ＩＣドライバの入力部分である。図中５は電極メタル、４はメタル配線、１０は接続用の開口部、１１は接続用の開口部の底面、３は絶縁膜をエッチング処理しできた突起で表面は電極メタルで覆われている。Ｌ２は絶縁膜中の開口部の底面の縦方向寸法で５０μｍ、Ｗ３は横方向寸法で５０μｍであり、駆動ＩＣチップのバンプサイズと同じである。Ｗ４は隣り合う電極メタル間距離で４μｍである。突起３は直径４μｍの半円球状である。図は一つの電極パッドあたり１２個の突起であるが、５個以上１２個以下であれば、駆動ＩＣバンプと電極メタルの導通抵抗は安定して得られた。図１１中の突起３と図１２中の突起３は、サイズと形は同一にする必要はない。特にメタル配線の膜厚に違いがある場合には、突起３の高さを変えることによりメタル配線の厚さ違い分を吸収し、導通抵抗を安定させることができる。
【実施例５】
【００３０】
図１３は液晶表示素子のＴＦＴアレイ基板に駆動ＩＣチップが実装された状態の断面図である。透明基板１の上に、無機絶縁膜２ｂと有機絶縁膜２ａが成膜されている。突起３は無機絶縁膜２ｂと有機絶縁膜２ａの積層構造である。透明基板１には、ゲート線やソース線のメタル配線４、電極メタル５が成膜され、液晶表示素子のＴＦＴアレイ基板の実装部分が構成されている。駆動ＩＣチップ８には、接続用のバンプ７が形成され、熱硬化性樹脂６により、ＴＦＴアレイ基板と駆動ＩＣチップが接着され、電極メタル５とバンプ７が電気導通される。無機絶縁膜２ｂは厚さが０．１から０．８μｍのシリコン膜か多結晶シリコン膜である。無機膜のみで突起３を形成すると、駆動ＩＣチップのバンプがＴＦＴアレイへ圧着される際、突起が潰れにくくなり、導通不良の原因になってしまう。無機膜上に有機膜を成膜すると、無機膜より有機膜の硬度が低いため、突起中の有機膜が潰れ、導通が取りやすくなる。また突起を形成するために絶縁膜は１μｍ以上の厚さが必要であるが、無機膜はスパッタ法で成膜されるため、１μｍの厚さに成膜するためにはコストがアップしてしまう。さらに無機膜と有機膜の積層構造とすることにより絶縁膜としての絶縁特性を高めることができる。図１３の様に無機膜と有機膜を積層させる構成により、導通抵抗を安定させることができる。
【実施例６】
【００３１】
図１４は液晶表示素子のＴＦＴアレイ基板に駆動ＩＣチップが実装された状態の断面図である。透明基板１の上に、有機絶縁膜２ａが成膜されている。３は突起である。ゲート線やソース線のメタル配線４、電極メタル５が成膜され、液晶表示素子のＴＦＴアレイ基板の実装部分が構成されている。駆動ＩＣチップ８には、接続用のバンプ７が形成されている。ＴＦＴアレイ基板と駆動ＩＣチップが接着剤１２により接着される。これにより電極メタル５とバンプ７が電気導通される。接着剤１２はエポキシ系あるいはシリコン系熱硬化タイプでも紫外線硬化タイプでも駆動ＩＣチップとＴＦＴアレイ基板が固定されればどちらでもよい。図１４の様に簡単な構成により、導通抵抗を安定させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
導電性微粒子を使用しないＣＯＧ実装方法なので、バンプピッチの小さな駆動ＩＣチップ実装において、歩留りなどの生産性改善、材料費のコストダウンに効果があり、あらゆる液晶表示装置に適応できる。
【符号の説明】
【００３３】
１透明基板
２絶縁膜
３突起
４メタル配線
５電極メタル
６熱硬化性樹脂
７バンプ
８駆動ＩＣチップ
９導電性微粒子
１０接続用の開口部
１１接続用の開口部の底面
１２接着剤

【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示素子を構成するとともに、金属配線が形成された基板と、
前記金属配線の一部が開口部から露出するように前記基板上に成膜された絶縁膜と、
前記絶縁膜の開口部に成膜された電極メタルと、
前記開口部の電極メタルと接続するバンプを有するＩＣチップと、を備え、
前記開口部には突起が設けられ、前記電極メタルは前記突起を覆うように成膜され、
前記バンプと前記突起の電極メタルが接触することにより、前記ＩＣチップが前記金属配線に電気的に接続されることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記突起が前記絶縁膜と同一の材料により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記開口部の一つあたりに前記突起が３個以上１２個以下設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記突起は、直径が４μｍ以上５μｍ以下の円柱または半球形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項５】
前記開口部に設けられる前記突起の上面の総面積は、前記開口部の底面積の２〜２０％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記絶縁膜は１μｍ以上４μｍ以下の有機膜であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記有機膜は、有機膜と無機膜の積層構造であることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
基板上に金属配線を形成する工程と、
前記基板上に前記金属配線を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記金属配線の一部が露出するように前記絶縁膜に開口部を設け、前記開口部に突起を形成する工程と、
前記開口部の表面に電極メタルを成膜し、前記突起の表面に前記電極メタルを形成する工程と、
前記開口部にＩＣチップのバンプを位置合わせし、前記バンプと前記突起の電極メタルを接触させることにより、前記ＩＣチップと前記金属配線を電気的に接続する工程と、
前記ＩＣチップが実装された基板を用いて表示素子を作製する工程と、を含む表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記突起は、前記絶縁膜をエッチング処理することにより、前記開口部と同時に形成されることを特徴とする請求項８に記載の表示装置の製造方法。

【図１】