JP2006206833A - 異方導電性接着剤及びこれを用いた接続構造、接続方法 - Google Patents

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大樹郎 高野
Hikari Fujita
光 藤田
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Abstract

【課題】 接続する電極表面に凹凸が形成されている場合にも、凸部と凹部の双方において電極と導電粒子の接続状態を良好な状態に保ち、接続抵抗の上昇を防ぐ。
【解決手段】 接着剤中に導電粒子が分散されてなる異方導電性接着剤である。導電粒子は、導電性を有する硬質粒子と、硬質粒子を覆って形成される樹脂層と、樹脂層を覆って形成される導電層とから構成される。硬質粒子は、Ni粒子等の金属粒子である。また、硬質粒子の粒径は、導電粒子の粒径の1/3以下である。
【選択図】 図4

Description

本発明は、例えば液晶表示装置のパネル電極にフレキシブル配線基板を接続する際に使用される異方導電性接着剤に関するものであり、さらには、係る異方導電性接着剤を用いた電極の接続構造、及び接続方法に関する。
例えば液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力等の優れた特徴を有する平面表示装置であることから、いわゆるPDA(Personal Digital Assistance)や携帯電話等のようなモバイル機器や、パーソナルコンピュータの表示部等、広範な用途に用いられている。
前記液晶表示装置は、液晶層が一対の表示パネル基板、すなわちアレイ基板及び対向基板間に挟持された構造の液晶表示パネルを有しており、前記アレイ基板と対向基板の間に画素毎に選択的に電圧を印加することで液晶層が制御され、画像の表示が行われる。ここで、例えばアクティブマトリクス型液晶表示パネルでは、アレイ基板に、アモルファスシリコンやポリシリコン半導体を用いて薄膜トランジスタ(TFT)がスイッチング素子として形成されるとともに、このスイッチング素子と接続される画素電極、走査線、信号線等が形成される。一方、対向基板には、酸化錫インジウム(ITO)等からなる対向電極やカラーフィルター等が形成される。
前述のような構造の液晶表示装置では、表示信号を供給する外部制御回路は液晶表示パネルから独立した回路基板上に配置され、例えばフレキシブル配線基板等をリード線として利用し、前記外部制御回路と液晶表示パネルに形成された回路との間を電気的に接続するのが一般的である。この場合、フレキシブル配線基板上に形成された電極を液晶表示パネル上に形成されたパネル電極と電気的、及び機械的に接続する必要があり、前記接続のために異方導電性接着剤が広く用いられている。
また、前記液晶表示装置では、軽量薄型化等を目的として走査線駆動回路並びに信号線駆動回路をアレイ基板に内蔵することが行われている。特に、信号線駆動回路については、走査線駆動回路に比べて高速に動作しなくてはならないため、例えばICチップとして形成され、COG(Chip On Glass)技術によりアレイ基板上に実装されている。前記ICチップは、アレイ基板の外縁に配置されるパネル電極上にバンプ接続することにより実装され、外部制御回路からの信号が入力されるとともに、アレイ基板の走査線や信号線に画像制御信号を出力する。このようなICチップの実装の際にも、接続のために異方導電性接着剤が用いられている。
異方導電性接着剤は、接着剤中に導電粒子を分散したものであり、加圧により前記導電粒子が電極間で潰れ、これにより電極間の電気的な導通が図られる。この場合、導電粒子としては、樹脂粒子に金属メッキを施した粒子等が用いられている(例えば、特許文献1等を参照)。
特許文献1記載の発明は、電気光学装置に関するものであり、部品取付部の上に異方導電性接着剤を介して取り付けられた駆動回路チップ及びフィルム回路基板を備えた電気光学装置が開示されている。異方導電性接着剤は、弾性を有する導電性粒子を含んでおり、この弾性を有する導電性粒子は、弾性変形が可能な樹脂粒子と、この樹脂粒子の表面にメッキされた導電性金属の被膜とから構成されている。
特開平10−274778号公報
ところで、前記異方導電性接着剤を用いて電極間の接続を行う場合、接続する電極の対向面が平坦である場合には、接続状態に問題が生ずることはないが、例えばいずれかの電極の表面に凹凸が形成されていると、必ずしも十分な接続が行われず、接続抵抗の上昇が発生する等の問題が生ずる可能性がある。特に、前記凹凸が大きい場合の前記問題が発生し易い。これは、凸部の下にある導電粒子には圧力が加わるが、凹部の下にある導電粒子には圧力が加わり難いことによる。このような圧力の差により、導電粒子が強く潰れる部分(凸部)と弱く潰れる部分(凹部)が発生し、弱く潰れる部分では十分な反発力が得られず、電極に対する接触状態が悪くなり接続抵抗の上昇が発生する。これを解決するためには、凹部においても十分な加圧力が加わるように押し付ければよいものと考えられるが、この場合には、凸部の下にある導電粒子が過剰な加圧力により破壊され、この部分で十分な導通が取れなくなるおそれがある。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、接続する電極表面に凹凸が形成されている場合に、凸部と凹部の双方において電極と導電粒子の接続状態が良好に保たれ、接続抵抗の上昇を招くことのない異方導電性接着剤を提供することを目的とし、これにより、電極間において、接続抵抗の低い信頼性に優れた接続を実現することが可能な接続構造及び接続方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明に係る異方導電性接着剤は、接着剤中に導電粒子が分散されてなる異方導電性接着剤であって、前記導電粒子が、導電性を有する硬質粒子と、前記硬質粒子を覆って形成される樹脂層と、前記樹脂層を覆って形成される導電層とから構成されていることを特徴とする。また、本発明に係る接続構造は、電極間が接着剤中に導電粒子が分散されてなる異方導電性接着剤によって電気的に接続されてなる接続構造であって、前記導電粒子が、導電性を有する硬質粒子と、前記硬質粒子を覆って形成される樹脂層と、前記樹脂層を覆って形成される導電層とから構成されていることを特徴とする。さらに、本発明の接続方法は、前記異方導電性接着剤を用い、この異方導電性接着剤を電極間に介在させ、加圧した後、接着剤を硬化させることを特徴とする。
本発明の異方導電性接着剤においては、導電粒子が、核となる硬質粒子と、その周囲を覆う樹脂層と、さらにその外側(表面)を覆う導電層の3重構造を有することが大きな特徴点である。このような導電粒子を含む異方導電性接着剤を介在させて凹凸を有する電極間の接続を行うと、凹部と凸部のいずれにおいても導電粒子が確実に電気的接続に寄与し、接続抵抗の上昇が抑えられる。
これは、次のような理由による。先ず、本発明の異方導電性接着剤を用いて凹凸を有する電極間の接続を行う場合、凹部において導電粒子に十分な加圧力が加わるように押し付ける。これにより、凹部の下にある導電粒子が所定の圧力で潰され、適正な反発力が付与されて電極との接触状態が良好なものとなり、この部分(凹部)での接続抵抗の上昇が抑えられる。
一方、このような押し付けを行った場合、凸部の下の導電粒子には、過剰な圧力が加わって、導電粒子は樹脂層部分が圧壊状態となるが、硬質粒子は形状が維持される。したがって、凸部においては、この導電性を有する硬質粒子によって電極間の電気的接続が図られる。これらにより、凹部と凸部のいずれにおいても導電粒子による電気的接続が行われ、接続抵抗の上昇が抑えられる。
また、前記硬質粒子は、スペーサとしての機能も果たし、前記凹部の下の導電粒子の圧壊を防止する。なお、同様の機能(スペーサとしての機能)は、例えば特許文献1に記載されるように、ギャップ材を混入することによっても実現可能であるが、導電粒子の他にギャップ材を混入すると、導電粒子の混入量を減らさざるを得ず、接続の信頼性を低下する原因となる。
本発明によれば、接続対象となる電極表面に凹凸が形成されている場合にも、凸部と凹部の双方において電極と導電粒子の接続状態を良好に保つことができ、接続抵抗の上昇を招くことなく信頼性の高い接続状態を得ることが可能である。
以下、本発明を適用した異方導電性接着剤、及びこれを用いた接続構造、接続方法、さらには液晶表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。
先ず、本発明の異方導電性接着剤は、通常の異方導電性接着剤と同様、接着剤中に導電粒子を分散してなるものである。接着剤は、この種の異方導電性接着剤に用いられる接着剤のいずれもが使用可能であり、特に限定されるものではない。
本発明の異方導電性接着剤において特徴的なのは、分散される導電粒子の構成である。図1は、本発明の異方導電性接着剤に用いられる導電粒子の構成例を示すものである。この導電粒子1は、中心に核となる硬質粒子2を有し、その周囲が樹脂層3に覆われ、さらにその外側(最外周)が導電層4によって被覆されてなるものである。
ここで、前記硬質粒子2は、導電性を有することが必要であり、例えば金属の粒子や、硬質樹脂粒子の表面に金属メッキ被膜を形成したもの等を使用することができる。また、硬質粒子2は、スペーサとしての機能を考えた場合、所定の硬さを有することが必要である。具体的には、前記樹脂層3よりも硬く、接続対象となる電極を構成する材料よりも硬いことが好ましい。したがって、硬質粒子2として金属の粒子を用いる場合には、はんだ粒子等のように軟質な金属粒子よりも、例えばNi粒子のような硬質な金属粒子を用いることが好ましい。
前記硬質粒子2は、その大きさも適正に設定することが好ましい。硬質粒子2の大きさが導電粒子1全体の大きさに比べて大きすぎると、前記構造を採用した効果が十分に発揮されなくなるおそれがある。具体的には、前記硬質粒子2の大きさが大きすぎると、導電粒子1の潰れが不十分となり、電極の凹部における導電粒子1と電極の接触が不十分になるおそれがある。このような観点から、前記硬質粒子2の大きさ(粒径D2)は、導電粒子1全体の大きさ(粒径D1)の1/3以下とすることが好ましい。下限は特に制約されないが、硬質粒子2の機能を考えると、あまり小さすぎても不都合が生ずるおそれがあり、導電粒子1全体の大きさ(粒径D1)の1/5以上とすることが現実的である。
前記硬質粒子2の周囲に形成される樹脂層3は、任意の樹脂材料により形成することができるが、適度な弾性を有する樹脂材料が好ましい。この樹脂層3が加圧に応じて変形し、導電粒子1の電極に対する接触面積が拡大することで、電気的な接続状態が良好なものとなり、接触抵抗も低減される。
導電層4は、金属の被膜等、導電性を有する被膜であれば如何なるものであってもよい。形成のし易さ等を考えると、金属メッキ被膜が好適である。この導電層(金属メッキ被膜)4は、0.5μm以下程度、例えば0.1μmの膜厚で形成すればよい。
以上の構成を有する導電粒子1は、その大きさ(粒径)は、通常の異方導電性接着剤に用いられる導電粒子と同程度にすればよく、例えば3μm〜6μm程度に設定すればよい。前記導電粒子1は、扁平率が30%〜70%となるように加圧変形することで、導電層4により良好な接続状態が得られる。また、接着剤に対する導電粒子の混合割合についても、通常の異方導電性接着剤の場合と同様である。
次に、本発明の異方導電性接着剤を用いた接続方法、接続構造について説明する。図2乃至図4は、異方導電性接着剤を用いた接続状態を説明する図であり、図2及び図3は、従来構成の異方導電性接着剤を用いた場合の接続状態を示し、図4は、本発明の異方導電性接着剤を用いた場合の接続状態を示している。なお、これら各図において、導電粒子は接着剤中に分散されているが、接着剤については図示は省略してあり、導電粒子のみが描かれている。
先ず、図2は、従来構成の異方導電性接着剤を用いて段差の小さい電極間を接続した場合の接続状態を示すものである。従来構成の異方導電性接着剤は、樹脂粒子12の外側に金属メッキ層13を形成した導電粒子11が用いられており、これら導電粒子11が電極14,15間に挟み込まれ、図2(b)に示すように加圧により変形することで、電極14,15間の電気的接続が図られる。図2に示すように、電極15の接続面の凸部15aの高さt1が小さい場合には、凸部15aにおいても凹部(前記凸部15a以外の部分)においても導電粒子11が変形し、所定の反発力をもって電極14,15に接触し、良好な接続状態が得られる。例えば、導電粒子11の粒径が5μm、前記電極15の表面に形成される凸部15aの高さt1が1μmの場合、前記凸部15aと電極14との間隔が2.5μm程度となるように加圧すれば、前記良好な接続状態が得られる。
これに対して、電極15の接続面に形成される凸部15aの高さt2が高い場合(例えばt2=3μm)には、図3に示すように、先の図2に示す場合と同様の加圧では、凹部において導電粒子11が電極15と接触せず、接続抵抗が上昇する。これを解消するためには、電極14と凸部15aの間隔T1がより小さくなるように加圧すればよいものと考えられるが、この場合には、凸部15aの下の導電粒子11が圧壊されて導電粒子としての機能を十分に果たさなくなり、やはり接続抵抗が上昇する。
一方、本発明の異方導電性接着剤を用いた場合、図4に示すように、電極15の接続面の凸部15aの高さが図3の場合と同様に高くても、凸部15a、凹部のいずれにおいても良好な接続状態が得られる。具体的には、本発明の異方導電性接着剤を用いた場合には、導電粒子1を構成する硬質粒子2の粒径まで凸部15aと電極14の間の間隔T2を狭めることができる。例えば、硬質粒子2の粒径が1.5μmであれば、前記間隔T2も1.5μmになるまで加圧することができる。
このような状態では、凹部における間隔も狭められるので、凹部において導電粒子1は電極14と電極15の間で加圧されて変形し、所定の反発力をもって電極14,15と接触し、良好な接続状態が得られる。また、凸部15a下の導電粒子1は、樹脂層3や導電層4が圧壊され、前記導電層4による接続が十分に行われない可能性があるが、この凸部15aと電極14の間は、導電性を有する硬質粒子2によって電気的に接続される。これらにより、本発明の異方導電性接着剤を用いた場合、電極15の接続面に形成された凸部15aの高さが高くても、凸部15a及び凹部のいずれにおいても良好な接続状態が得られ、接続抵抗の上昇を抑えることが可能である。
本発明の異方導電性接着剤による接続は、液晶表示装置に適用して好適である。以下、液晶表示装置の構成について説明する。図5は、液晶表示装置の液晶表示パネルの一例を概略的に示すものであり、図6は図5に示す液晶表示装置の概略的な回路構造を示す。
この液晶表示装置は、液晶表示パネル21及びこの液晶表示パネル21を制御する外部制御回路22を備える。液晶表示パネル21は、液晶層LQが一対の表示パネル基板、すなわちアレイ基板AR及び対向基板CT間に保持される構造を有し、外部制御回路22は液晶表示パネル21から独立した回路基板上に配置され、フレキシブル基板23により液晶表示パネル21の内部回路と接続されている。
アレイ基板ARは、マトリクス状に配置されるm×n個の画素電極PE、複数の画素電極PEの行に沿って形成されるm本の走査線Y(Y1〜Ym)、それぞれの画素電極PEの列に沿って形成されるn本の信号線X(X1〜Xn)、信号線X1〜Xn及び走査線Y1〜Ymの交差位置近傍にそれぞれ配置され例えばNチャネルポリシリコン薄膜トランジスタからなるm×n個の画素スイッチ24、走査線Y1〜Ymに平行に配置され各々対応行の画素電極PEに容量結合した補助容量線CS、走査線Y1〜Ymを駆動する走査線駆動回路25、並びに信号線X1〜Xnを駆動する信号線駆動回路を構成するICチップ26、および外部制御回路22及びアレイ基板AR間の接続に用いられる複数の外部接続パッドOLBを含む。
対向基板CTは、m×n個の画素電極PEに対向して配置されコモン電位Vcomに設定される単一の対向電極CEを含む。このコモン電位Vcomは例えば補助容量線CSにも印加される。
外部制御回路22は、モバイル機器の処理回路から供給されるデジタル映像信号および同期信号を受取り、画素表示信号Vpix、垂直走査制御信号YCTおよび水平走査制御信号XCTを発生する。垂直走査制御信号YCTは走査線駆動回路25に供給され、水平走査制御信号XCTは表示信号Vpixと共に信号線駆動回路を構成するICチップ26に供給される。走査線駆動回路25は走査信号を1垂直走査(フレーム)期間毎に走査線Y1〜Ymに順次供給するよう垂直走査制御信号YCTによって制御される。ICチップ26に内蔵される信号線駆動回路は各走査線Yは、走査信号により駆動される1水平走査期間(1H)において入力されるデジタル映像信号を直並列変換し、さらにデジタル・アナログ変換した表示信号Vpixをアナログ形式で信号線X1〜Xnにそれぞれ供給するように水平走査制御信号XCTによって制御される。
この液晶表示装置では、液晶層LQがm×n個の画素電極PEにそれぞれ対応してm×n個の表示画素PXに区画され、各表示画素PXが2本の隣接走査線Yと2本の隣接信号線Xとの間にほぼ規定される。表示画面はこれらm×n個の表示画素PXにより構成される。走査線駆動回路14及び信号線駆動回路を内蔵したICチップ26は、図5及び図6に示すように、m×n個の表示画素PXの外側に配置され、複数の外部接続パッドOLBはアレイ基板ARの周縁に配置される。信号線駆動回路を内蔵したICチップ26は、これら外部接続パッドOLBよりも内側に配置される。各画素スイッチ24は対応走査線Yからの走査信号に応答して対応信号線Xからの表示信号Vpixをサンプリングして対応画素電極PEに印加し、この画素電極PEの電位と対向電極CEの電位との電位差に基づいて対応表示画素PXの光透過率を制御する。
前述の構造の液晶表示装置において、フレキシブル基板23の液晶表示パネル21のパネル電極への接続や、部品であるICチップ26の実装に本発明の異方導電性接着剤を用いることで、良好な接続状態を得ることができる。
本発明の異方導電性接着剤に用いられる導電粒子の構造例を示す断面図である。 電極接続面の段差が小さい場合で且つ従来の異方導電性接着剤を用いた場合の接続状態を示す図であり、(a)は圧着前の状態、(b)は圧着後の状態を示す。 電極接続面の段差が大きい場合で且つ従来の異方導電性接着剤を用いた場合の接続状態を示す図であり、(a)は圧着前の状態、(b)は圧着後の状態を示す。 電極接続面の段差が大きい場合で且つ本発明の異方導電性接着剤を用いた場合の接続状態を示す図であり、(a)は圧着前の状態、(b)は圧着後の状態を示す。 液晶表示パネルの一例を示す概略斜視図である。 液晶表示装置の回路構成の一例を示す図である。
符号の説明
1 導電粒子、2 硬質粒子、3 樹脂層、4 導電層、21 液晶表示パネル、22 外部制御回路、23 フレキシブル基板、24 画素スイッチ、25 走査線駆動回路、26 ICチップ

Claims (9)

  1. 接着剤中に導電粒子が分散されてなる異方導電性接着剤であって、
    前記導電粒子が、導電性を有する硬質粒子と、前記硬質粒子を覆って形成される樹脂層と、前記樹脂層を覆って形成される導電層とから構成されていることを特徴とする異方導電性接着剤。
  2. 前記硬質粒子が金属粒子であることを特徴とする請求項1記載の異方導電性接着剤。
  3. 前記硬質粒子がNi粒子であることを特徴とする請求項2記載の異方導電性接着剤。
  4. 前記硬質粒子の粒径が導電粒子の粒径の1/3以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の異方導電性接着剤。
  5. 電極間が接着剤中に導電粒子が分散されてなる異方導電性接着剤によって電気的に接続されてなる接続構造であって、
    前記導電粒子が、導電性を有する硬質粒子と、前記硬質粒子を覆って形成される樹脂層と、前記樹脂層を覆って形成される導電層とから構成されていることを特徴とする接続構造。
  6. 前記接続される電極の少なくとも一方が、接続面に凹凸を有することを特徴とする請求項5記載の接続構造。
  7. 請求項5または6記載の接続構造を有する液晶表示装置。
  8. 接着剤中に導電粒子が分散されてなる異方導電性接着剤であって、前記導電粒子が、導電性を有する硬質粒子と、前記硬質粒子を覆って形成される樹脂層と、前記樹脂層を覆って形成される導電層とから構成されている異方導電性接着剤を用い、
    前記異方導電性接着剤を電極間に介在させ、加圧した後、接着剤を硬化させることを特徴とする接続方法。
  9. 前記接続される電極の少なくとも一方が、接続面に凹凸を有することを特徴とする請求項8記載の接続方法。
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