JPS61183152A - ガラス基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガラス基板に係り、特に表面に厚膜状の導体パ
ターンを形成したガラス基板に関する。

［従来の技術］ 近年、液晶表示装置やエレクトロクロミンク表示装置あ
るいはエレクトロクロミック物質等を用いた調光窓、調
光鏡、更には蛍光表示管やプラズマディスプレイ等の幅
広い技術分野に於て、表面に膜状の導体パターンを形成
したガラス基板が用いられている。

例えば液晶表示装置に於ては、第２図にその一例の断面
図を示す様に、電極１を形成した二枚のガラス基板２を
対向させて周辺をシール材３で封止しセルを形成し、該
セル中に液晶物質４を注入し、必要に応じて該セルの外
側に該セルを挟むようにして二枚の偏光板（不図示）を
設置し、表示装置として構成してガラス基板２を用いて
いる。この際、前記二枚のガラス基板２の少なくとも一
方をセル外部に延長させ、該延長部分上に導体パターン
５を形成し、ポリイミド等の基板６上に銅箔等から回路
パターン７を形成し例えばフラットパッケージ状のＩＣ
チップ８等を搭載した外部回路基板を、該導体パターン
５上に半田９で半田付けして外部回路から液晶表示装置
に給電する方法が行われている。なお、ガラス基板２と
ポリイミド基板６との半田付部は封止樹脂１０により封
止され、ポリイミド基板６上の回路パターン７上には、
半田付ｔす部を除き、ポリイミド等から成る保護被膜１
１が施され酸化等の防止が計られている。

一方、近年高密度の表示画像が要求されるようになり、
この要求に応える為には多数の同体パターン５をガラス
基板２上に形成しなければならず、これに対応してポリ
イミド基板６上の回路パターン７も微細化するようにな
った。この場合に、回路パターン７のパターン幅が例え
ば０．１５ｍｍないし０．２＋ｅｍ程度までに微細化し
てくるとポリイミド回路基板６の幅方向の累積誤差が大
きくなり、例えば１０ｃｍ幅以上程度の基板では累積ピ
ッチ誤差は２００４　ｔｘ程度となって、導体パターン
５と回路パターン７がズしてしまいガラス基板２とポリ
イミド基板６との電気的接続不良が発生してしまう場合
が−あり１回路パターン７のある程度以上の微細化は不
可能である。

また、導体パターン５及び回路パターン７のピッチが微
細化して来ると、ガラス基板２とポリイミド基板６との
接続の際の位置合せが難しくなり、生産工程上で歩留り
が低下しコスト高となるという欠点もある。

更に、高密度画面が要求される反面、他方では表示画面
自体の大型化も要求され、液晶パネルが大型化するに伴
い、ポリイミド基板のコストが液晶表示装置全体のコス
トに占める割合が大きくなり、液晶表示装置のコストダ
ウンが難しい原因ともなっている。

このことは、第２図の様にポリイミド基板６をガラス基
板２に直接半田付けする代りに、ゼブラコネクタやビン
コネクタ等の各種コネクタで両基板を接続する場合も事
情は同じであり、表示画面の高密度化に伴い接続端子数
が増加し、信頼性、コスト面で問題となる。

このため、第３図に断面図を示す様に、セル外に延長さ
せたガラス基板２上に導体ツクターン５を形成し、該導
体パターン５にフラットパッケージＩＣやフリップチッ
プ等の駆動用ＩＣチップ８やその他の回路素子を直接半
田９で半田付けし外部電子回路の一部をガラス基板２上
に移設して、外部回路との接続端子数を削減したいわゆ
るチップ・オン・グラス（以下「ＣＯＧ」と略記する）
タイプの液晶表示装置が検討されている。

［発明の解決しようとする問題点］ ＣＯＧタイプの液晶表示装置のガラス基板上への導体パ
ターンの形成方法としては、第３図に示した様に、電極
１上へ導体パターン５を形成する方法と電極ｌをセル内
に限定してガラス基板２上に直接導体パターン５を形成
し°セル内の電極ｌと接続する方法が検討されている。

第１の電極１上へ導体パターン５を形成する方法は、電
極ｌと導体パターン５との位置合わせが難しく、特に双
方のパターンが微細化して来るとこの困難度は急激に増
加し、生産の妻止りは急激に低下してコストアー２ブの
要因となってしまう、また、液晶表示装置では電極ｌと
しては通常インジウムΦティン・オキサイド（工Ｔｏ）
が用いられるが、ＩＴＯと導体パターン５との接着強度
は、ガラス基板２と導体パターン５との接着強度よりも
弱くこの面でも問題となる。

第２のガラス基板２上に直接導体パターン５を形成する
方法には二種類の方法がある。その１は、メッキ法ある
いはスパッタ法、蒸着法等により導体パターン５を薄膜
で形成する方法であり、その２は、導体をペースト状に
してスクリーン印刷等の方法により厚膜で導体パターン
５を形成する方法である。

薄膜で導体パターン５を形成した場合には、ＩＣ等の回
路部品の装着、取り換え時等に半田ゴテの熱により導体
パターンを形成する金属が溶融して半田中に拡散してし
まい電気的に接触不良状態となるいわゆる半田喰れ現象
が発生し、十分な信頼性が得られないという欠点を有し
ている。

そのため、厚膜で導体パターン５を形成するのが望まし
いのであるが、基板がガラスである場合には、ガラスの
融解を防ぐため、導体ペーストを高温（５５０℃以上）
で焼成することが不可能であり、低温焼成用の導体ペー
ストが開発されていないこと、ガラス基板２と導体ペー
ストとの接着強度が必ずしも十分なものが得られていな
いこと等の理由により実現されていない。

なお、以上の説明では液晶表示装置を例にとって説明し
て来たが、上述のガラス基板上へ厚膜の導体パターンを
形成する事が望ましく、かつ、上述の理由のため実現で
きないでいる事情は、液晶表示装置以外のエレクトロク
ロミック物質を用いた装置や蛍光表示管やプラズマディ
スプレイ等に用いられるガラス基板でも同様であり、今
後の記述においても主にＣＯＧタイプの液晶表示装置を
例にとって説明するが、その他の装置においても同様で
ある。

本発明は上述したような従来のガラス基板の欠点を解消
するためになされたものであり、製造工程丘の困難さを
回避して基板表面上に強固な接着力で形成された厚膜状
の導体パターンを有するガラス基板を提供することを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明になるガラス基板は、少なくとも一表面に厚膜状
の導体パターンを形成したガラス基板において、該ガラ
ス基板の表面と前記導体パターンとの間に、酸化アルミ
ニュウム又は酸化ベリリウム又は酸化ニッケル又は酸化
ケイ素の各酸化物の少なくとも一種をガラスフリフト中
に分散せしめた誘電体層を介在せしめて成ることを特徴
とするものである。

以下、ＣＯＧタイプの液晶表示装置を例にとって本発明
の詳細な説明する。

第１図は本発明によるガラス基板を用いて液晶装置を構
成した一例を示す断面図である。

図において、ガラス基板２の液晶表示セル形成部分の少
なくとも一表面にはＴＴＯ等の電極ｌが形成されている
。なお１図示しないポリイミド等から成る配向膜が該電
極ｌ上に必要に応じて形成される。該ガラス基板２の電
極１が形成された表面のセル形成部分外に延長された基
板表面上にはほぼ全面に渡って誘電体Ｎ１２が形成され
、該誘電体層１２上に厚膜状の導体パターン５が形成さ
れる。該導体パターン５の一端はセル形成部分内に形成
された電極１の一端に重ね合わされ電気的に接続される
。更に、半田付は部分とセル形成部分内に入り込む部分
を除いて、導体パターン５の上面には保護被膜１１が形
成される。

かようにして電極ｌと導体パターン５を形成したガラス
基板２は、電極ｌと必要に応じて導体パターン５を形成
した他のガラス基板２と電極ｌ形成面を対向させ、周辺
部をシール材３で封止して液晶表示セルを形成し、液晶
物質４をセル内に注入して液晶表示装置とされる。

この後導体パターン５上にＩＣチップ８等の外付は部品
を半田付けして液晶表示装置が完成される。なお、図示
の例では、ＩＣチップ８としてはフリップチップが用い
られており、半田９はフリップチップの半田バンプであ
る。更に外付は部品は図示の様に封止樹脂１０で封止す
れば、外気による酸化や衝撃等の外部の影響から該外付
は部品を保護できる。

電極１は、前述したように通常はＩＴＯが用いられるが
、酸化インジウムあるいは酸化錫単体でも良いし、透明
度が要求されなければ銅等の金属箔など通常用いられる
電極で良い。

ガラス基板２上への電極１の形成法は、ＩＴＯや酸化錫
単体などの場合には蒸着法やスパッタ法あるいはメッキ
法等の通常用いられる方法で形成すれば良いし、金属箔
などの場合には接着材等で接着して形成しても良い。

ガラス基板２としては通常のソーダライムガラスを用い
れば良い、なおソーダライムガラスを用いる場合には、
導体パターン５の焼成時にガス状のナトリウムが発成す
るのを防止するためにガラスの表面上にシリカ等の薄膜
を塗布する場合がある（いわゆるアンダーコート膜）が
、本発明のガラス基板ではガラス基板２と導体パターン
５との間に誘電体層１２を介在せしめるため、該誘電体
層１２がナトリウムガスの発生を防止しアンダーコート
が不要となる。なお、ガラス基板２としてはソーダライ
ムガラスに限定されないことは勿論であり、ホウケイ酸
ガラス等他の種類のガラスで良い。

シール材３はエポキシ樹脂等が用いられる。

液晶物質４は、通常のツイストネマティック型の液晶や
ゲスト・ホスト型の液晶等どの様な種類の液晶であって
も良い。

誘電体層１２は、ガラスの粉末であるガラスフリットヲ
有機バインダーでペースト状にしたものに、酸化アルミ
ニュウム又は酸化ベリリウム又は酸化ニッケル又は酸化
ケイ素の酸化物のうちの一種又は複数種の酸化物の粉末
を混合し、この誘電体ペーストをガラス基板２の表面の
少なくとも導体パターン５を形成する部分に塗布焼成し
て形成する。この際ガラスフリットとしてガラス基板２
より低融点のものを用いれば、ガラス基板２の融点より
も低い温度で焼成できる。このような低融点ガラスフリ
ットとしてハ、鉛含有系（例エバＰｂ０−Ｂｚ０３−Ｓ
ｉＯｚ）（７）ガラスフリットを用いれば良い、その代
表例の組成を次に示す。

（数値は重量パーセント） 上表の組成■のガラスフリットの軟化点は４５０℃であ
り、組成■のガラスフリットの軟化点は５３０℃である
０組成■と■とを比較して見れば明らかな様に、酸化鉛
（ｐｂｏ）の含有量を増加すれば軟化点が低下する。

有機バインダーとしては、バイオレイン又はテルピネオ
ール系の油にエチルセルロース等の増粘剤にロジン、ア
マニ油等の分散材を加えたものなどが用いられる。

このようにして例えば５００℃程度の低温で焼成した誘
電体層１２は、焼成時に前記有機バインダーが気化し蒸
発すると同時にガラスフリットが溶融し該ガラスフリッ
ト中に前記酸化物粒子が分散して固化した状態となる。

この時の誘電体層１２の厚さは例えば３〜１０ｐ脂程度
となる。

なお、前記誘電体ペーストに線膨張係数がガラス基板２
の線膨張係数と等しいジルコン、コージェライト等の添
加剤を加えれば、焼成した誘電体層１２中に該添加剤が
残留して誘電体層１２とガラス基板２とが同一の線膨張
係数で膨張、収縮を行うので、ガラス基板２と誘電体層
１２との接着状態がより確実に保持される。

導体パターン５は、銀の微粒子又は銀とパラジウムの微
粒子等の導電性を有する微粒子と前述の低融点ガラスフ
リットを有機バインダー中に分散させ増粘剤１分散剤を
加えてペースト状にしたものを、前記誘電体層１２上に
スクリーン印刷等の方法で塗布し、ガラス基板２の融点
以下の温度で焼成して形成する。この導体パターン５の
厚さも例えば３〜１０Ｂｍ程度に形成される。なお、前
記導体ペースト中にもジルコン。

コージェライト等の添加剤を導電率が大幅に低下しない
程度に加えれば、導体パターン５と前記誘電体層１２と
の接着はより確実に保持される。

このようにして形成された導体パターン５の端部を、第
１図に示す様に、液晶セルのシール材３の位置で前記電
極ｌの端部に重ね合わせシール材３で押圧するようにす
れば導体パターン５と電極ｌとの接続がより確実に行わ
れる。

保護被膜１１は、ポリイミド等の有機物などを前記導体
パターン５の半田付は部具外の部分に塗布・加熱して形
成される。この保護被膜１１は半田９の流出を防止する
半田ダムの作用をも果す。

以後ＩＣチップ８等の外付は部品は、従来のＣＯＧと同
様に半田９で半田付けし、封止樹脂ｌＯで封止してガラ
ス基板２上に実装される。

なお、ＩＣチップ８として、第１図に示すように、フリ
ップチップ等のフラットパッケージＩＣを用いれば、Ｉ
Ｃチップ８のガラス基板２上に占める面積が小さくなり
微細な回路パターンを要求されるＣＯＧには有利である
。

［作用］ 本発明のガラス基板においては、第１図の例で言えば、
ガラス基板２と誘電体層１２との接着は、誘電体層１２
中のガラスフリフトとガラス基板２とのガラス結合及び
誘電体層１２中の酸化物とガラス基板２との酸化物によ
る結合の二重結合によってその接着が強化される。また
、誘電体層１２と導体パターン５との間の結合は、誘電
体層１２中のガラスフリットと導体パターン５中のガラ
スフリット間のガラス結合と誘電体層１２中の酸化物と
導体パターン５との酸化物結合の二重の結合によってそ
の結合が強化される。従って、本発明のガラス基板２と
誘電体層１２及び該誘電体層１２と導体パターン５との
いずれの間の接着も、ガラス結合と酸化物結合の二重の
結合により接着されるので、導体パターン５はガラス基
板２上に強固に接着されるのである。

このことは、第４図に示す様に、誘電体層Ｉ２中の酸化
物（本例の場合はアルミナ）の量によって導体パターン
５の接着強度が異なることによっても実験的に検証し得
る。即ち、誘電体層１２中に順次アルミナ成分を増加さ
せていくと、ガラス結合に酸化物による結合が付加され
て接着強度が増加する。なお、一定量以上アルミナ成分
を増加すると接着強度は逆に減少するが、これは誘電体
層１２の表面にアルミナ成分が集中し始めガラス結合に
よる強度が減少するためである。従って、誘電体層１２
中の酸化物成分は所定量であることが望ましく２本実験
例の場合では３％ないし２０％、更に望ましくは６％な
いし１４％アルミナを含有する事が望ましい。

なお、誘電体層１２のガラス基板２と導体パターン５へ
の接着強度の増加は、その表面粗さも寄与する。第６図
ないし第８図は誘電体層１２の表面粗さの測定例を示す
データであり、酸化物（本例の場合にはアルミナ）の含
有量が多い程表面粗さは増大する。即ち、第６図、第７
図、第８ｒＸＪは、それぞれアルミナを７％。

１７％、３４％含有する誘電体層１２の表面粗さを示す
測定図であり、各図から明らかな様にアルミナ含有量が
増加するに従って誘電体Ｍ１２の表面粗さが増加する。

但しアルミナの含有量が極端に増大した場合には、第５
図のアルミナ分９６％のセラミックス基板の測定図から
も分る様に、表面粗さの程度はかえって減少する。

誘電体層１２の表面が適度の粗さを有している場合にＬ
±、柁驕雷体層１２の凹部を埋めるようにガラス基板２
と導体パターン５が該誘電体層１２と接着され、いわゆ
るアンカー効果によって相互の接着が強化される。従っ
てガラスフリット中にアルミナ等の金属の酸化物を分散
せしめた誘電体層１２をガラス基板２と導体パターン５
との間に介在せしめることは、この面からも該導体パタ
ーン５のガラス基板２への接着を強化せしめる効果が得
られる。

［実施例］ ソーダライムガラスのセル形成部の表面に■ＴＯを蒸着
形成したガラス基板のセル形成部以外の表面に誘電体ペ
ーストを８ル■の厚さに塗布した。該誘電体ペーストは
前掲した表の組成■のガラスフリットとジルコンを容量
比で２：１に混合したものを７０重量％含み、この混合
粉末にアルミナ粉末を１０重量％添加したものを２０重
量％のビヒクルでペースト状に混練したものである。ビ
ヒクルはパインオレイン８５重量％の溶剤に増粘剤とし
て５重量％のエチルセルロースと分散剤として１０重量
％のロジンを加えたものである。

この様にセル部分の表面にＩＴＯ２それ以外の部分の表
面に誘電体ペーストを塗布したガラス基板を４８０°Ｃ
で焼成し誘電体ペーストを固化した。

次に銀８０重量％に前記誘電体ペーストに用いたものと
同一組成のガラスフリットを１０重量％で混合し、この
混合粉末を前記誘電体ペーストに用いたものと同一の組
成のビヒクル１０重量％でペースト状とした導体ペース
トを作成した。

この導体ペーストをスクリーン印刷法で前記誘電体層上
とＩＴＯの端部上に８鉢層厚に塗布し、　４８０℃で焼
成して導体パターンを形成した。

この導体パターンの接着強度を測定した所２゜６ｋｇ重
の接着強度が得られ、ガラス基板上に直接導体パターン
を形成した場合の約２．５倍の接着強度が得られた。

次に、導体パターンの半田付部以外にポリイミドの保護
被膜を形成した後、ＩＴＯを蒸着したもう一枚のガラス
基板と上述のガラス基°板のＩＴＯ面を対向させ、周辺
部をシール材でシールしセルを形成し、内部にＴＮ型の
液晶を注入して、ＩＣチップ等の外付は部品を前記導体
パターンに半田付けし偏向板をセル両外側に設けて液晶
表示装置を作成した。

［発明の効果］ 本発明のガラス基板は、基板表面と導体パターンとの間
に誘電体層を介在させて導体パターンを形成するように
したので、ガラス基板の表面に導体パターンが強固な接
着強度で接着したガラス基板が得られる。更に、導体パ
ターンが微細パターンとなっても、導体パターンが厚膜
であるために半田喰れ等の現象もなく、信頼性に優れ、
回路パターンの位置合わせも不要であるために生産上の
歩留りも良く、また、スクリーン印刷法で導体パターン
を形成できるので製造コストも安くできる。更に、液晶
表示セル等を形成する場合には、セルのシール材部で表
示電極と導体パターンとを重ね合わせるように形成する
ことにより接続部の信頼性の高い液晶表示セルを形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガラス基板で液晶表示装置を形成した
場合の一例を示す断面図、第２図は従来の液晶表示装置
とフレキシブル基板との接続状態の例を示す断面図、第
３図はＣＯＧの一例を示す断面図、第４図は本発明のガ
ラス基板の導体パターンの接着強度例を示すグラフ、第
５図ないし第８図は誘電体層の表面状態を示す図である
。 １−−一電極、２−一一ガラス基板、３−ｍ−シール材
、４−ｍ＝液晶物質、５−ｍ＝導体パターン、８−−−
ＩＣチップ、９−−一半田、　１１−ｍ−保護被膜、　
１２−ｍ−誘電体層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一表面に厚膜状の導体パターンを形成
   したガラス基板において、該ガラス基板の表面と前記導
   体パターンとの間に、酸化アルミニュウム又は酸化ベリ
   リウム又は酸化ニッケル又は酸化ケイ素の各酸化物の少
   なくとも一種をガラスフリット中に分散せしめた誘電体
   層を介在せしめて成ることを特徴とするガラス基板。
2. （２）導体パターンは少なくとも銀をガラスフリット中
   に分散せしめて形成されている特許請求の範囲第１項記
   載のガラス基板。