JP4393253B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板上にＬＳＩを実装するチップ・オン・グラス（ＣＯＧ）構造の液晶表示装置に関し、特に、ＬＳＩ制御用の信号配線間のマイグレーションに起因する誤動作を防止することのできる液晶表示装置とその製造方法に関する。

従来から、液晶表示パネルを駆動するチップあるいはＬＳＩを、ガラス基板上に実装するチップ・オン・グラス（ＣＯＧ）型液晶表示パネルが知られている（たとえば特許文献１参照）。ＣＯＧ型の液晶表示パネルでは、ガラス基板上に直接ＬＳＩを搭載するので、構造を簡略化できるとともに、コストダウンを図ることができる。

ＣＯＧ型液晶表示パネルでは、一般に、液晶表示領域の端部に沿って、制御配線（ゲート）駆動側と、信号配線（ドレイン）駆動側に複数のＬＳＩを配置する。そして、これらのＬＳＩを制御するための信号配線を、ガラス基板上に設けている。ＬＳＩに入力信号を供給する信号配線は、ＬＳＩとＬＳＩの間、あるいはＬＳＩとプリント配線板の間に、複数本が隣接して設けられる。

信号配線の材料としては、低抵抗、低コストのアルミニウム（Ａｌ）が一般に用いられ、ヒロックやホイスカーの発生を防止したアルミニウム配線構造も提案されている（たとえば特許文献２）。

図１に、ＣＯＧ型液晶表示パネル上に設けられた従来の信号配線パターンを示す。図示しない液晶表示領域の端部に沿って、ＬＳＩ１０１ａ、ＬＳＩ１０１ｂが配置され、これらを接続する信号配線１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが所定の間隔で形成されている。

このとき、隣接する２本の信号配線間に電位差があると、マイグレーションにより、２本の配線間が接触するという不都合がおきる。図１では、信号配線１０５ａと１０５ｂの間に、マイグレーション１０６が生じている。

マイグレーション現象とは、所定の条件下で金属配線に電流を流し続けたときに、金属配線を構成する金属が絶縁物上を移動（マイグレーション）し、配線間の絶縁抵抗が著しく低下して故障に到る現象である。故障の典型例として短絡がある。
特開平７−５４８７号公報 特開平５−３１５２８号公報

マイグレーションが起きると、信号配線１０５ａと１０５ｂが短絡し、それぞれの信号配線の電位が変化してしまう。図１の例では、マイグレーション１０６における電位は、信号配線１０５ａと信号配線１０５ｂの中間の電位となる。このため、正規の信号がＬＳＩに入力されなくなり、誤動作の原因となる。

配線間のマイグレーションを防止するため、従来は、隣接する２本の配線間の間隔を広くとることで、配線間の電界を小さくしていた。しかし、この方法では、配線部の面積が広くなり、液晶パネルを構成するガラス基板の外形サイズが大きくなる。結果として、液晶表示モジュール全体のサイズが増大する。

液晶表示パネルは、ノート型パソコンや携帯電話にも搭載されるため、できるだけ小型化することが望まれている。その一方で、２本の信号配線間でのマイグレーションを回避して、誤動作を防止する必要がある。

そこで本発明は、液晶表示装置を大型化することなく、金属配線間のマイグレーションが発生しても、機能上の不具合の発生を防止することのできる液晶表示装置を提供する。

また、そのような液晶表示装置の製造方法を提供する。

上記のような液晶表示装置を実現するために、ガラス基板上のＬＳＩに入力される隣接する信号配線間に、ＬＳＩの入力に接続しない導体パターンを配置する。隣接する信号配線間に導体パターンを挿入することによって、マイグレーションは直近の導体パターンに向かって発生する。隣接する一方の信号配線と導体パターンが短絡しても、他方の信号配線の信号電位の影響を受けない。また、マイグレーションが他方の信号配線の信号電位に影響を与えることがない。したがって、各信号配線で正規の制御信号がＬＳＩに入力される。

本発明のひとつの側面では、液晶表示装置は、
（ａ）ガラス基板と、
（ｂ）前記ガラス基板上の所定の領域に形成される液晶表示部と、
（ｃ）前記ガラス基板上に搭載されて前記液晶表示部を駆動するＬＳＩと、
（ｄ）前記ＬＳＩの入力に接続される２以上の信号配線と、
（ｅ）隣接する前記信号配線の間に、前記信号配線に沿って配置され、前記ＬＳＩの入力に接続しない導体パターンと
を備える。

導体パターンとしては、たとえば、両端がどこにも接続しない孤立パターン、隣接する信号配線間に延びる２以上の互いに並行な導体パターン、隣接する信号配線間で信号配線に沿って配置される複数の島状のパターンなど、ＬＳＩへの入力と分断される限り、任意の形状を採用することができる。

本発明の別の側面では、液晶表示装置の製造方法を提供する。液晶表示装置の製造方法は、
（ａ）ガラス基板上に、マトリクス状の薄膜トランジスタアレイを形成するとともに、前記ガラス基板上に、所定の位置まで延びる信号配線と、当該信号配線の隣接する２本の間に、前記信号配線に沿って前記所定の位置に到達しない導体パターンとを形成する工程と、
（ｂ）前記薄膜トランジスタアレイ上に液晶表示部を形成する工程と、
（ｃ）前記所定の位置にＬＳＩを搭載する工程と
を含む。

長時間の使用につれてＬＳＩ制御用の金属配線間にマイグレーションが発生したとしても、ＬＳＩの動作を適正に維持し、液晶表示パネルの機能上の不都合を回避することができる。

図２は、本発明が適用されるＣＯＧ型液晶表示パネルの概略平面図である。ＣＯＧ型液晶表示パネル１０は、ガラス基板上に薄型トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ（不図示）を配置したＴＦＴ基板１２と、液晶表示パネル１０の液晶表示（ＴＦＴ−ＬＣＤ）部１５において液晶層（不図示）を挟んでＴＦＴ基板１２と対向するカラーフィルタ（ＣＦ）基板１３と、液晶表示部１５の端部に沿って配置される複数のＬＳＩ１１とを含む。

ＬＳＩ１１は、信号配線１６により相互接続、あるいはプリント配線板へつながる接続端子に接続される。図２では、便宜上信号配線１６を単一のラインで図示してあるが、互いに隣接する複数本の金属配線で構成されている場合もある。また、図示はしていないが、各ＬＳＩ１１から、液晶表示部１５の液晶表示素子を構成するＴＦＴを駆動するために、ＴＦＴのドレインに接続するデータ線、あるいはＴＦＴのゲートに接続するゲート線が延びているものとする。

図３は、本発明の一実施形態に係る信号配線パターンの一例を示す図である。液晶表示素子の駆動回路であるＬＳＩ１１ａ、１１ｂの間に、これらのＬＳＩの入力に接続される信号配線２１、２２、２３が配置されている。また、外部回路（不図示）からＬＳＩ１１ｂの入力に接続される信号配線３１、３２、３３が設けられている。

信号配線２１と２２の間に、導体パターン２６が配置され、信号配線２２と２３の間に、導体パターン２７が配置される。導体パターン２６と２７は、両端がどこにも接続されない独立したパターンである。導体パターン２６、２７には電圧が供給されないため、フローティング状態となっている。

一方、信号配線３１と３２の間に、導体パターン３６が配置され、信号配線３２と３３の間に、導体パターン３７が配置されている。導体パターン３６と３７の一端側は、どこにも接続されずに途切れている。他端側は、たとえばプリント配線板等に接続されていてもよいし、フローティングになっていてもよい。

信号配線２１〜２３および信号配線３１〜３３は、液晶表示パネルにおける従来どおりの配線幅および配線間隔で形成されていればよく、本発明を適用するために特に設計変更する必要はない。

一例として、線幅はたとえば１００μｍであり、互いに１００μｍの間隔で配置される。導体パターン２６、２７、３６、３７は、たとえばパターン幅２０μｍで、隣接する２本の信号配線間に配置される。

隣接する信号配線間にこのような導体パターンを挿入することによって、従来の配線設計を変更することなく、また、液晶表示パネルを大型化することなく、マイグレーションに起因するＬＳＩの誤動作を防止することができる。これを、図４を参照して説明する。

図４は、図３の信号配線パターンにおけるマイグレーションを説明するための図である。液晶表示パネル１０の使用を続けるにうちに、信号配線を構成する金属原子の移動により、信号配線２１と導体パターン２６とが接触して、マイグレーション２８が発生する。信号配線２１に印加された電圧は、導体パターン２６に接続するが、導体パターン２６はＬＳＩ１１ａ、１１ｂからは分断されて、フローティング状態にある。したがって、導体パターン２６からＬＳＩ１１ａあるいは１１ｂにエラー信号が入力されることはない。

また、電気的には、信号配線２１にも、信号配線２２にも他の電圧が加わらないので、正規の信号のみがＬＳＩ１１ａ、１１ｂの対応端子に入力される。結果として、マイグレーションが発生したとしても、ＬＳＩ１１ａ、１１ｂの動作に影響を与えることなく、液晶表示パネル１０の信頼性を維持することができる。

図５（ａ）〜５（ｃ）は、図３のＡ−Ａ’断面図である。それぞれ、信号配線２１、２２と、これらの間に挿入される導体パターン２６の積層方向の配置例を示す。

図５（ａ）において、信号配線２１、２２と導体パターン２６のいずれも、ガラス基板４１上に形成される。信号配線２１、２２と導体パターン２６は、液晶表示（ＴＦＴ−ＬＣＤ）部１５で液晶表示素子を構成するＴＦＴのゲート電極（不図示）や、これに接続される制御信号線の形成と同じ工程で同時に形成される。信号配線２１，２２と導体パターンとして、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌ−Ｎｄ合金を、チタン（Ｔｉ）またはモリブデン（Ｍｏ）と積層にした構造、たとえばＡｌ／Ｔｉ積層やＡｌＮｄ／Ｍｏ積層を採用することができる。

信号配線２１、２２および導体パターン２６上は、絶縁膜４２、４２で覆われる。

一方、図５（ｂ）に示す例では、導体パターン２６は、信号配線２１、２２と異なる層に形成される。信号配線２１、２２は直接ガラス基板４１上に位置する。導体パターン２６は、信号配線２１、２２の間において、絶縁膜４２を介して信号配線２１、２２の上層に位置する。この場合、信号配線２１と導体パターン２６の間の距離が、信号配線２１、２２の配線間距離よりも短くなるように導体パターンのパターン幅を設定する。同様に、信号配線２２と導体パターン２６の間の距離も、信号配線２１、２２の配線間距離よりも短くなるように設定する。

図５（ｂ）の構成の場合、信号配線２１、２２は、液晶表示部１５のＴＦＴのゲート電極（不図示）や制御信号線と同じ工程で形成される。信号配線２１、２２を覆う絶縁膜４２は、液晶表示部１５でゲート電極上に形成されるゲート絶縁膜と同じ工程で形成される。導体パターン２６は、液晶表示部１５のＴＦＴのソース電極およびドレイン電極（不図示）や、ＴＦＴに走査信号を供給する信号線と同じ工程で形成される。

このような構成により、信号配線２１を構成する金属原子がマイグレーション効果により、絶縁膜４２中を移動して直近の導体パターン２６と接触しても、導体パターン２６はフローティング状態にあるので、ＬＳＩにエラー信号が入力されることはない。また、信号配線２１は、他の信号配線２２の電位の影響を受けないので、信号配線２１から対応するＬＳＩの入力端子には正規の信号が供給される。したがって、誤動作を防止することができる。

図５（ｃ）に示す例では、導体パターン２６が直接ガラス基板４１上に形成され、信号配線２１、２２が、導体パターン２６を挟んで、絶縁膜４２を介した上層に形成される。この配置例でも、信号配線２１と導体パターン２６の距離、あるいは信号配線２２と導体パターン２６の距離が、２本の信号配線２１、２２間の距離よりも短くなるように、導体パターンのパターン幅を設定する。

導体パターン２６は、液晶表示部１５のＴＦＴのゲート電極や制御信号線と同じ工程で形成される。導体パターン２６を覆う絶縁膜４２は、液晶表示部１５でゲート電極上に形成されるゲート絶縁膜と同じ工程で形成される。上層の信号配線２１、２２は、液晶表示部１５のＴＦＴのソース電極およびドレイン電極や、ＴＦＴに走査信号を供給する信号線と同じ工程で形成される。

このような構成により、図５（ａ）、図５（ｂ）に示した構成と同様の効果を達成することができる。

図６は、図３に示す導体パターンの変形例を示す。図６の変形例では、隣接する２本の信号配線間に、ＬＳＩの入力に接続しない導体パターンを、複数本配置する。たとえば、信号配線２１と２２の間に、それぞれ孤立した導体パターン５６ａ、５６ｂを配置し、信号配線２２と２３の間に、それぞれ独立した導体パターン５７ａ、５７ｂを配置する。同様に、信号配線３１、３２の間、および信号配線３２、３３の間で、ＬＳＩ１１ｂに接続しない導体パターン対６６ａ、６６ｂと、導体パターン対６７ａ、６７ｂが、互いに並行に延びている。

もっとも、すべての隣接する信号配線間に配置される導体パターンを複数本とする必要はなく、図４のように１本の導体パターンを挿入する例と組み合わせてもよい。

隣接する信号配線間に挿入される複数の導体パターン５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂ、６６ａ、６６ｂ、６７ａ、６７ｂは、同じ層に形成されてもよいし、異なる層に形成されてもよい。いずれの場合も、従来の信号配線の線幅や間隔等の配置構成を変更することなく、液晶表示部１５の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と同じ工程で形成される。

図６の導体パターンの構成例では、仮に、信号配線２１と２２の双方から、間にある導体パターンに向けてマイグレーション５８ａ、５８ｂが発生したとしても、これらのマイグレーションは、互いにフローティング状態で並行に延びる導体パターン５６ａ、５６ｂで止まる。したがって、ＬＳＩ１１に入力される信号配線２１、２２の接触をより効果的に防止することができる。結果として、信号配線を伝播する信号の電位変化を防止し、液晶表示パネルの動作の信頼性を向上できる。

同様のことが、信号配線２２と２３の間、信号配線３１と３２の間、信号配線３２と３３の間においても当てはまる。

図７は、図３に示す導体パターンのさらに別の変形例を示す。図７の変形例では、隣接する２本の信号配線間に、複数の島状の導体パターンが、信号配線の方向に沿って配置される。信号配線２１と２２の間には、島状の導体パターン７６が配置され、信号配線２２と２２の間には、島状の導体パターン７７が延びる。また、信号配線３１と３２の間には、島状の導体パターン８６が配置され、信号配線３２と３３の間には、島状の信号配線８７が配置される。

もっとも、すべての信号配線間の導体パターンを島状パターンで構成する必要はなく、図３に示す１本の導体パターン、あるいは図６に示す複数本の導体パターンと組み合わせてもよい。

図７の構成によれば、ＬＳＩ１１ａあるいは１１ｂに入力される任意の信号配線からマイグレーションが発生しても、直近の島状の導体パターンとの局所的な接触で留まり、隣接する信号配線への影響を防止できる。また隣接する信号配線２１、２２の双方から、それぞれ直近の島状の導体パターン７６に向かってマイグレーション７８ａ、７８ｂが発生したとしても、各導体パターン７６はフローティング状態で孤立するので、隣接する信号配線の信号電位に影響しない。

以上述べたように、隣接する信号配線間に、ＬＳＩの入力に接続しない導体パターンを挿入することによって、マイグレーションが発生したとしても誤動作等の機能不良を防止することができる。

最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
（付記１） ガラス基板と、
前記ガラス基板上の所定の領域に形成される液晶表示部と、
前記ガラス基板上に搭載されて、前記液晶表示部を駆動するＬＳＩと、
前記ＬＳＩの入力に接続される２以上の信号配線と、
隣接する前記信号配線の間に配置され、前記ＬＳＩの入力に接続しない導体パターンと
を備える液晶表示装置。
（付記２） 前記導体パターンは、両端がどこにも接続しない孤立したパターンであることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。
（付記３） 前記導体パターンは、前記隣接する信号配線間に延びる２以上の互いに並行な導体パターンで構成されることを特徴とする付記１または２に記載の液晶表示装置。
（付記４） 前記導体パターンは、前記隣接する信号配線間で、前記信号配線に沿って配置される複数の島状のパターンで構成されることを特徴とする付記１または２に記載の液晶表示装置。
（付記５） 前記導体パターンは、前記信号配線と同じ層に位置することを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
（付記６） 前記導体パターンは、前記信号配線と異なる層に位置することを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
（付記７） 前記導体パターンと隣接する信号配線との間の距離は、前記隣接する信号配線間の距離よりも小さく設定されることを特徴とする付記６に記載の液晶表示装置。
（付記８） ガラス基板上に、マトリクス状の薄膜トランジスタアレイを形成するとともに、前記ガラス基板上に、所定の位置まで延びる信号配線と、当該信号配線の隣接する２本の間に位置して前記所定の位置に到達しない導体パターンとを形成する工程と、
前記薄膜トランジスタアレイ上に液晶表示部を形成する工程と、
前記所定の位置にＬＳＩを搭載する工程と
を含む液晶表示装置の製造方法。
（付記９） 前記信号配線と、導体パターンの少なくとも一方を、前記薄膜トランジスタのゲート電極の形成と同じ工程で形成することを特徴とする付記８に記載の液晶表示装置の製造方法。
（付記１０） 前記導体パターンを、その両端がどこにも接続しない孤立パターンとして形成することを特徴とする付記８または９に記載の液晶表示装置の製造方法。

ＣＯＧ型液晶表示パネルの従来の信号配線パターンを示す図である。 本発明が適用されるＣＯＧ型液晶表示パネルの概略平面図である。 本発明の一実施形態に係るＣＯＧ型液晶表示パネル上の信号配線パターンを示す図である。 図３の信号配線パターンで発生し得るエレクトロマイグレーションを説明するための図である。 図３のＡ−Ａ’断面図であり、信号配線と、配線間の導体パターンとの配置例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＣＯＧ型液晶表示パネル上の信号配線パターンの変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＣＯＧ型液晶表示パネル上の信号配線パターンの別の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ 液晶表示パネル（液晶表示装置）
１１、１１ａ、１１ｂ ＬＳＩ
１２ ＴＦＴ基板
１３ ＣＦ基板
１５ ＴＦＴ−ＬＣＤ（液晶表示部）
１６ 信号配線
２１，２２，２３，３１，３２，３３ ＬＳＩの入力に接続する信号配線
２６，２７、３６，３７，５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂ、６６ａ、６６ｂ、６７ａ、６７ｂ、７６、７７、８６、８７ 配線間の導体パターン
２８、５８ａ、５８ｂ、７８ａ、７８ｂ マイグレーション
４１ ガラス基板

Claims (5)

1. ガラス基板と、
   前記ガラス基板上の所定の領域に形成される液晶表示部と、
   前記ガラス基板上に搭載されて、前記液晶表示部を駆動するＬＳＩと、
   前記ＬＳＩの入力に接続される２以上の信号配線と、
   隣接する前記信号配線の間に、前記信号配線に沿って配置され、前記ＬＳＩの入力に接続しない導体パターンと
   を備える液晶表示装置。
2. 前記導体パターンは、両端がどこにも接続しない孤立したパターン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. 前記導体パターンは、前記隣接する信号配線間に延びる２以上の互いに並行な導体パターンで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記導体パターンは、前記隣接する信号配線間で、前記信号配線に沿って配置される複数の島状のパターンで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
5. ガラス基板上に、マトリクス状の薄膜トランジスタアレイを形成するとともに、前記ガラス基板上に、所定の位置まで延びる信号配線と、当該信号配線の隣接する２本の間に、前記信号配線に沿って前記所定の位置に到達しない導体パターンとを形成する工程と、
   前記薄膜トランジスタアレイ上に液晶表示部を形成する工程と、
   前記所定の位置にＬＳＩを搭載する工程と
   を含む液晶表示装置の製造方法。

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