JPH0261428B2 - - Google Patents

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ツク表
示装置あるいはエレクトロクロミツク物質等を用
いた調光窓、調光鏡、更には蛍光表示管やプラズ
マデイ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ツトパツケージ状のICチ
ツプ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、半田付け部を除
き、ポリイミド等から成る保護被膜１１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導体パタ
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つた。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0.2mm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ツチ
誤差は200μm程度となつて、導体パターン５と回
路パターン７がズレ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、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のピツ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ワが難しい原因と
もなつている。 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
コネクタやピ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上に導体パターン５を
形成し、該導体パターン５にフラツトパツケージ
ICやフリツプチツプ等の駆動用ICチツプ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ツプ・
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１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１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１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、生産の歩止りは急激
に低下してコストアツプの要因となつてしまう。
また、液晶表示装置では電極１としては通常イン
ジウム・テイン・オキサイド（ITO）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、メツキ法あるいはスパツタ法、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つ
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ツク物質を用い
た装置や蛍光表示管やプラズマデイスプレイ等の
表示装置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つて説明するが、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
程上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、酸化アルミニユウム又は酸化ベリリウ
ム又は酸化ニツ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ツト中に分散せしめ
た誘電体ペーストを焼成して形成した誘電体層を
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つ
て本発明の構成を説明する。 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ITO等の電極１が形
成されている。なお、図示しないポリイミド等か
ら成る配向膜が該電極１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ほぼ
全面に渡つて誘電体層１２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、半田付け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１と導体パターン５を形成し
たガラス基板２は、電極１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１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チツプ８等の外
付け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チツプ８としては
フリツプチツプが用いられており、半田９はフリ
ツプチツプの半田バンプである。更に外付け部品
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け部品
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ツタ法あ
るいはメツ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イツク型
の液晶やゲスト・ホスト型の液晶等どの様な種類
の液晶であつても良い。 誘電体層１２は、ガラスの粉末であるガラスフ
リツトを有機バインダーでペースト状にしたもの
に、酸化アルミニユウム又は酸化ベリリウム又は
酸化ニツ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。この際ガラスフリツ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
点ガラスフリツトとしては、鉛含有系（例えば
PbO―B₂O₃―SiO₂）のガラスフリツトを用いれ
ば良い。その代表例の組成を次に示す。

【表】 上表の組成のガラスフリツトの軟化点は450
℃であり、組成のガラスフリツトの軟化点は
530℃である。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、パイオレイン又はテ
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ツトが溶
融し該ガラスフリツ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３〜10μm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、コージエライト等
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
低融点ガラスフリツトを有機バインダー中に分散
させ増粘剤、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３〜10μm程度に形成される。なお、前記
導体パターン中にもジルコン、コージエライト等
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１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
１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の半田付け部以外の部分に塗
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チツプ８等の外付け部品は、従来の
COGと同様に半田９で半田付けし、封止樹脂１
０で封止してガラス基板２上に実装される。 なお、ICチツプ８として、第１図に示すよう
に、フリツプチツプ等のフラツトパツケージIC
を用いれば、ICチツプ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のガラスフリツトとガラス基板
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
よつてその接着が強化される。また。誘電体層１
２と導体パターン５との間の結合は、誘電体層１
２中のガラスフリツトと導体パターン５中のガラ
スフリツ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
合によつてその結合が強化される。従つて、本発
明ガラス基板２と誘電体層１２及び該誘電体層１
２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１２
中の酸化物（本例の場合はアルミナ）の量によつ
て導体パターン５の接着強度が異なることによつ
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。従つて、
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、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８図
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
に従つて誘電体層１２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％のセラミツクス基板の測
定図からも分る様に、表面粗さの程度はかえつて
減少する。 誘電体層１２の表面が適度の粗さを有している
場合には、該誘電体層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つて相互
の接着が強化される。従つてガラスフリツト中に
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。 上記においては、酸化物として酸化アルミニユ
ウムを例に説明したが、酸化ベリリウム、酸化ニ
ツケル、酸化ケイ素についても、酸化アルミニユ
ウムと同様にガラス基板と導体パターンとの接着
強度の増加に寄与する。 特に、酸化ベリリウムは線膨張係数が9.0×
10^-6／℃であり、酸化アルミニユウムの線膨張係
数8.8×10^-6／℃と同等であり、導体の接着強度
等との特性は酸化アルミニユウムと類似した挙動
を示し、さらに熱伝導率が370W／ｍ・Ｋと酸化
アルミニユウムよりも桁違いに大きく、ガラス基
板上に搭載した外付け部品の発熱の熱放散性が大
きく向上し、このガラス基板を用いた表示装置等
の長期信頼性を向上させる。 ［実施例］ ソーダライムガラスのセル形成部の表面にITO
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8μm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
リツ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ITO、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℃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ツトを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8μm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2.6
Kg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チツプ
等の外付け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。 誘電体ペーストに混入するアルミナ粉末を酸化
ベリリウム粉末、酸化ニツケル粉末、酸化ケイ素
粉末に替え、それらを夫々別々にアルミナ粉末と
同様に10重量％添加したガラスフリツトを用いた
ガラス基板も同様にして製造した。 この導体パターンの接着強度を測定したとこ
ろ、いずれも2.0Kg重以上の接着強度が得られた。 さらに、アルミナ粉末を用いた場合と同様に
ICチツプ等の外付け部品を半田付けして液晶表
示装置を作成した。これらのICチツプ等の外付
け部品を半田付けして作成した液晶表示装置の信
頼性も良いものであつた。 ［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
ンとなつても、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に
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…電極、２…ガラス基板、３…シール材、４
…液晶物質、５…導体パターン、８…ICチツプ、
９…半田、１１…保護被膜、１２…誘電体層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、酸化アルミニユ
   ウム又は酸化ベリリウム又は酸化ニツケル又は酸
   化ケイ素の各酸化物の少なくとも一種をガラスフ
   リツト中に分散せしめた誘電体ペーストを焼成し
   て形成し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 導体パターンは少なくとも銀をガラスフリツ
   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。