JP2012079550A - 電気素子パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】電気素子パッケージの設計の自由度を確保しつつ、ガラスフリットの溶着時に加えられるレーザ光の照射熱によって、電極や電気素子が損傷するという事態を可及的に低減する。
【解決手段】有機ＥＬ層２を内部空間に気密封止した有機ＥＬ素子パッケージ１であって、有機ＥＬ層２が配置された素子基板３と、素子基板３の有機ＥＬ層２側の表面に間隔を置いて対向する封止基板４と、有機ＥＬ層２の周囲を囲むように素子基板３と封止基板４との間の隙間を気密封止するガラスフリット５と、素子基板３とガラスフリット５の間に配置され且つガラスフリット５を溶着する際に照射されるレーザ光を反射する反射膜として機能する誘電体多層膜８とを有する。この誘電体多層膜８は、低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層とを交互に積層したものから形成される。
【選択図】図１
【解決手段】有機ＥＬ層２を内部空間に気密封止した有機ＥＬ素子パッケージ１であって、有機ＥＬ層２が配置された素子基板３と、素子基板３の有機ＥＬ層２側の表面に間隔を置いて対向する封止基板４と、有機ＥＬ層２の周囲を囲むように素子基板３と封止基板４との間の隙間を気密封止するガラスフリット５と、素子基板３とガラスフリット５の間に配置され且つガラスフリット５を溶着する際に照射されるレーザ光を反射する反射膜として機能する誘電体多層膜８とを有する。この誘電体多層膜８は、低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層とを交互に積層したものから形成される。
【選択図】図１
Description
本発明は、周囲環境の酸素や水分などによる劣化を防止すべく、有機ＥＬなどの周囲環境に過敏な電気素子を気密封止した電気素子パッケージに関する。
周知のように、有機ＥＬ表示装置（有機ＥＬディスプレイ）は、種々の研究・開発がなされており、携帯電話などに使用される小型表示装置などの一部分野では既に実用化されるに至っている。
この有機ＥＬ表示装置に使用される有機ＥＬ素子（有機ＥＬ層）は、周囲環境の酸素や水分に晒されることで、容易に劣化する敏感な素子である。そこで、実用化に際しては、有機ＥＬ層を気密封止した状態で有機ＥＬ表示装置に組み込むことで、当該装置の表示品位の維持および長寿命化を図っている。
有機ＥＬ層を気密封止した有機ＥＬ素子パッケージとしては、有機ＥＬ層が配置された素子基板の上に、間隔を置いて封止基板を対向配置させ、この状態で、素子基板に配置された有機ＥＬ層の周囲を囲むように素子基板と封止基板との間の隙間をガラスフリットで気密封止する構造のものが一般的である。この際、封止基板側からレーザ光を照射してガラスフリットを加熱して軟化させることで、ガラスフリットを素子基板と封止基板に溶着し、気密封止構造を形成する。
しかしながら、ガラスフリットにレーザ光を照射する場合には、レーザ光の照射熱で有機ＥＬ層に外部から電力を供給する電極（例えば、ＩＴＯ電極）や、有機ＥＬ層が損傷するおそれがある。これは、次のような理由による。すなわち、ガラスフリットの下部に、有機ＥＬ層に外部から電力を供給するための電極が配置されている。そのため、レーザ光の照射熱に対する熱対策が何ら講じられていなければ、ガラスフリットの下部に位置する電極がレーザ光の照射熱により不当に加熱されて熱損傷を来たし、場合によっては断線するおそれがある。また、このように電極が加熱されると、その熱が電極を通じて有機ＥＬ層に伝わり、有機ＥＬ層が熱損傷を来たすという事態を招くおそれもある。
そこで、有機ＥＬ素子パッケージを製作する際には、レーザ光の照射熱が、電極や有機ＥＬ層に伝わるのを防止する熱対策が種々講じられるのが通例である。
例えば、特許文献１，２には、有機ＥＬ素子が配置された基板側に、金属層と、金属酸化層又は金属窒化層とを重ねたものを配置し、金属酸化物層又は金属窒化物層にガラスフリットを溶着することで、有機ＥＬ層が配置された基板と、それに対向する基板を接合することが開示されている。これにより、ガラスフリットを溶着する際にレーザ光を照射しても、金属層でレーザ光を反射させることができる。そのため、レーザ光の照射熱が、有機ＥＬ層に接続された電極まで伝わり難くなり、電極や有機ＥＬ層の熱損傷を防止する効果が期待できる。
しかしながら、特許文献１及び２に開示のように、レーザ光を反射する反射膜として機能する金属層を使用した場合には、金属層に対してガラスフリットを直接溶着すると、両者の間の接着力を十分に維持することができない。そのため、金属層とガラスフリットの間に、接着力を改善するための改善層として金属酸化物層や金属窒化物層を介在させることが必要不可欠となる。また、金属層が、有機ＥＬ素子に接続されている電極と接触している場合には、金属層と電極が互いに導通するという問題が生じることから、金属層と電極の間に、絶縁層を介在させることも必要不可欠となる。したがって、有機ＥＬ素子パッケージの設計の自由度が低下するという問題が生じ得る。
なお、上記では、有機ＥＬ素子を例にとって説明したが、有機ＥＬ素子以外の電気素子であっても、外部環境の影響を受け易く、ガラスフリットで気密封止して使用するものであれば同様の問題が生じ得る。また、表示装置に限らず、照明装置や太陽電池などの他の分野においても、電気素子パッケージを用いる場合には同様の問題が生じ得る。
本発明は、以上の実情に鑑み、電気素子パッケージの設計の自由度を確保しつつ、ガラスフリットの溶着時に加えられるレーザ光の照射熱によって、電極や電気素子が損傷するという事態を可及的に低減することを技術的課題とする。
上記課題を解決するために創案された本発明は、電気素子が配置された素子基板と、該素子基板の前記電気素子側の表面に間隔を置いて対向する封止基板と、前記電気素子の周囲を囲むように前記素子基板と前記封止基板との間の隙間を気密封止するガラスフリットと、前記素子基板と前記ガラスフリットの間に配置され、前記ガラスフリットを溶着する際に照射されるレーザ光を反射する反射膜とを有する電気素子パッケージであって、前記反射膜が、低屈折率誘電体層と、高屈折率誘電体層とを交互に積層した誘電体多層膜からなることに特徴づけられる。
このような構成によれば、ガラスフリットを溶着する際に照射されるレーザ光を反射する反射膜が、低屈折率誘電体層と、高屈折率誘電体層とを交互に積層した誘電体多層膜から形成される。誘電体多層膜を構成する誘電体層は、ガラスフリットとの優れた接着性を有するため、誘電体多層膜に加えて、ガラスフリットとの接着力を高めるためだけに、別途新たな接着力改善層を設けなくてもガラスフリットとの接着力を良好に維持することが可能となる。また、誘電体多層膜を構成する誘電体層は、導電性を有さないので、絶縁層を別途設けなくても電気素子に接続された電極との間の電気的な絶縁を保つことが可能となる。したがって、ガラスフリットとの接着力を改善するための接着力改善層や、絶縁層を別途設けることが必須の条件とはならないので、電気素子パッケージの設計の自由度が確保される。
また、上記のような誘電体多層膜であれば、低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層のそれぞれの材料選択や膜厚を調整することで、使用するレーザ光の波長帯域において、高い反射率を容易に実現することが可能となる。そのため、フリットガラスの溶着時にレーザ光を照射すると、レーザ光が誘電体多層膜でフリットガラス側に確実に反射され、フリットガラスの加熱に有効に利用される。したがって、誘電体多層膜を透過して電極等に照射されるレーザ光は可及的に低減されることから、レーザ光によって電極や電気素子が不当に加熱され、熱損傷を来たすという事態を確実に防止することが可能となる。
上記の構成において、前記誘電体多層膜が、前記ガラスフリットに直接溶着されていてもよいし、前記誘電体多層膜が、前記電気素子に接続された電極の上に直接形成されていてもよい。
すなわち、誘電体多層膜は、既に述べたように、ガラスフリットとの接着力が高く、また絶縁性を有するので、ガラスフリットに直接溶着したり、電気素子に接続された電極の上に直接形成することができる。そして、このようにすれば、電気素子パッケージの構成が単純化されるので、製造が容易になる。
上記の構成において、前記低屈折率誘電体層の屈折率が、１．６以下であって、前記高屈折率誘電体層の屈折率が、１．７以上であることが好ましい。
このようにすれば、低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層の間の屈折率差が、適度に保たれ、レーザ光に対する反射率を良好に維持することができる。
上記の構成において、前記誘電体多層膜が、前記レーザ光に対する反射率が５０％以上であることが好ましい。
このようにすれば、ガラスフリットの溶着時に照射されるレーザ光の大部分を、ガラスフリット側に反射することができるので、レーザ光の照射熱で電極や、電気素子が損傷するという事態をより確実に防止することができる。
上記の構成において、前記ガラスフリットが、ＳｎＯ含有ガラス粉末を含む無機粉末 ８０〜９９．７質量％と、顔料 ０．３〜２０質量％とを含有するものであってもよい。ここで、「ＳｎＯ含有ガラス粉末」とは、ガラス組成として、ＳｎＯを２０モル％以上含むガラス粉末を意味する。また、「無機粉末」とは、顔料以外の無機材料粉末を意味し、通常、ガラス粉末と耐火性フィラーの混合物を意味する。
このようにすれば、ガラスフリットがＳｎＯ含有ガラス粉末を含むので、ガラス粉末の軟化点が低下し、ガラスフリット全体の軟化点も低下する。そして、このＳｎＯ含有ガラス粉末を含む無機粉末を上記数値範囲とすれば、ガラスフリットの軟化点が適度に低下するため、レーザ光による溶着（封着）を短時間で完了できるとともに、その溶着強度も高めることができる。なお、無機粉末の含有量が８０質量％よりも少ないと、レーザ光で溶着する際にガラスフリットの軟化流動が乏しくなり、高い溶着強度を維持することが困難になる。
また、ガラスフリットが、顔料を０．３〜２０質量％含有する。顔料の含有量を０．３質量％以上に規制すれば、ガラスフリットでレーザ光を吸収し易くなり、レーザ光の照射熱をガラスフリットに効率よく作用させることができる。そのため、ガラスフリットのうち、溶着すべき部位のみを局所加熱しやすくなり、電極や電気素子の熱損傷を防止することができる。一方、顔料の含有量を２０質量％以下に制御すれば、ガラスフリットをレーザ光の照射熱で溶着する際に、ガラスフリットが失透する事態を防止することができる。
この場合、ＳｎＯ含有ガラス粉末が、ガラス組成として、モル％で、ＳｎＯ ３５〜７０％、Ｐ2Ｏ5 １０〜３０％を含有するものであってもよい。
このようにすれば、ガラスフリットの低融点特性を維持した上で、ガラスフリットの耐水性を高めやすくなる。
以上のように本発明によれば、電気素子パッケージの設計の自由度を確保しつつ、ガラスフリットの溶着時に加えられるレーザ光の照射熱によって電極や電気素子が損傷するという事態を可及的に低減することができる。
以下、本発明の一実施形態を添付図面を参照して説明する。なお、以下では、電気素子パッケージとして、有機ＥＬ表示装置に組み込まれる有機素子ＥＬパッケージを例にとって説明する。
図１は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子パッケージの概略構成を示す縦断面図である。この有機ＥＬ素子パッケージ１は、有機ＥＬ層２が形成された素子基板３と、この素子基板３の有機ＥＬ層２側の表面に間隔を置いて対向する封止基板４と、有機ＥＬ層２の周囲を額縁状に囲みながら、素子基板３及び封止基板４の間の隙間を気密封止（シール）するガラスフリット５とを基本的な構成として備えている。
素子基板３及び封止基板４は、この実施形態では、例えば、板厚０．０５〜０．７ｍｍのガラス基板から構成されている。
素子基板３には、有機ＥＬ層２の表裏両側に接続された第１電極６及び第２電極７が配置されている。この電極６，７は、ガラスフリット５の下部を通って、有機ＥＬ層２からパッケージ１の外部へと誘導され、有機ＥＬ層２に電力を供給するようになっている。なお、この電極６，７は、図２に示すように、所定パターンに従って分岐している。また、有機ＥＬ層２の裏面側の第１電極６は、例えば、透明電極膜（ＩＴＯ膜）で形成され、有機ＥＬ層の表面側の第２電極７は、例えば、アルミウムなどの金属電極膜で形成される。なお、第１電極６と第２電極７は、双方ともに透明電極膜で形成されていてもよい。
そして、図１及び図２に示すように、レーザＬから出射されるレーザ光を封止基板４側からガラスフリット５に照射し、ガラスフリット５を加熱・軟化させて素子基板３と封止基板４に溶着することで、パッケージ１の気密封止構造が形成される。なお、レーザＬとしては、例えば、赤外線レーザ（波長７００〜２５００ｎｍ）が使用される。
ここで、ガラスフリット５の溶着時に、電極６，７がレーザ光の照射熱により加熱されると、電極６，７が熱損傷を来たすおそれがある。また、その熱が電極６，７を通じて有機ＥＬ層２へと伝わり、有機ＥＬ層２が熱損傷を来たすおそれもある。そこで、本実施形態では、ガラスフリット５と電極６，７との間に、反射膜として機能する誘電体多層膜８を介在させ、レーザ光を、電極６，７の反対側であるガラスフリット５側に反射するようになっている。
この誘電体多層膜８は、低屈折率誘電体層と、高屈折率誘電体層とを交互に積層したものからなり、使用するレーザ光の波長帯域（例えば、８０８ｎｍ）における反射率が５０％以上（好ましくは９０％以上）に設定されている。
詳細には、低屈折率誘電体層は、屈折率が１．６以下、好ましくは、屈折率が１．２〜１．６の材質で形成される。これらの材質としては、例えば、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、フッ化ランタン（ＬａＦ3）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、六フッ化アルミニウムナトリウム（Ｎａ3ＡｌＦ6）などが挙げられる。低屈折率誘電体層の屈折率をｎ１、厚みをｄ１、レーザ光の波長をλとしたときに、低屈折率誘電体層の光学膜厚（ｎ１×ｄ１）が、λ／４になるように設定される。
高屈折率誘電体層は、屈折率が１．７以上、好ましくは、屈折率が１．７〜２．５の材質で形成される。これらの材質としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）や、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）を主成分とし且つ酸化チタン（ＴｉＯ2）・酸化錫（ＳｎＯ）・酸化セリウム（ＣｅＯ2）などを少量添加させたものなどが挙げられる。高屈折率誘電体層の屈折率をｎ２、厚みをｄ２、レーザ光の波長をλとしたときに、高屈折率誘電体層の光学膜厚（ｎ２×ｄ２）が、λ／４になるように設定される。
なお、誘電体多層膜８は、低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層とを計４層以上積層することが好ましい。
また、誘電体多層膜８は、低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体とで、熱膨張係数を異ならせることが好ましい。このようにすれば、レーザ光の反射膜を単層で形成した場合に比べて、レーザ光による溶着時の熱膨張による応力が大幅に緩和され、膜にクラックが生じ難くなる。その結果、誘電体多層膜８部分から酸素や水分が侵入するという事態を確実に阻止することができる。これは、次のような理由による。すなわち、ガラスのような低熱膨張係数を有する基板上に多層膜を形成する場合には、内部応力が圧縮応力である層と引張応力である層とを交互に積み重ねた積層構造とし、多層膜全体の内部応力が小さくなるように構成することにより、信頼性の高い多層膜を形成できることが知られている。特に、無アルカリガラスのような低熱膨張係数（３７×１０-7／℃以下）を示す基板上に形成された多層膜の内部応力が、上述のような特性を示すことがよく知られている。具体例としては、低屈折率材料であるＳｉＯ2と高屈折率材料であるＴｉＯ2を無アルカリガラス基板の上に積層した場合、ＳｉＯ2膜の内部応力が圧縮応力となるとともに、ＴｉＯ2膜の内部応力が引張応力となり易く、ＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とで互いに内部応力が相殺され、多層膜全体として内部応力が小さくなる。
ここで、ガラスフリット５の材料としては、例えば、ＳｎＯ含有ガラス粉末を含む無機粉末 ８０〜９９．７質量％と、顔料 ０．３〜２０質量％とを含有するものが使用できる。
この場合、無機粉末の含有量は９０〜９９質量％であることが好ましく、９５〜９９質量％であることがより好ましく、特に９７〜９９質量％であることが好ましい。無機粉末の含有量が少ないと、溶着時にガラスフリット５の軟化流動が乏しくなり、また溶着強度を高めることが困難になる。一方、無機粉末の含有量が９９．９質量％よりも多いと、相対的な顔料の含有量が少なくなるため、ガラスフリット５自体でのレーザ光の吸収性能が低下する。一方、顔料の含有量が多すぎると、ガラスの熱的安定性が低下するおそれがある。
ＳｎＯ含有ガラス粉末の平均粒子径Ｄ50は１５μｍ未満であることが好ましく、０．５〜１０μｍであることがより好ましく、特に１〜５μｍであることが好ましい。ＳｎＯ含有ガラス粉末の平均粒子径Ｄ50を１５μｍ未満に規制すると、素子基板３と封止基板４の間のギャップを狭小化しやすくなる。これにより、レーザ溶着に要する時間が短縮されるとともに、素子基板３や封止基板４と、ガラスフリット５との間に熱膨張係数の差があっても、ガラスフリット５の溶着部位にクラック等が発生し難くなる。ここで、「平均粒子径Ｄ50」は、レーザ回折法で測定した値を指し、レーザ回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して５０％である粒子径を表す。
ＳｎＯ含有ガラス粉末の最大粒子径Ｄmaxは３０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、特に１０μｍ以下が好ましい。ＳｎＯ含有ガラス粉末の平均粒子径Ｄmaxを３０μｍ以下に規制すると、上記の平均粒子径を規制した場合と同様に、素子基板３と封止基板４の間のギャップを狭小化しやすくなり、ガラスフリット５の溶着部位にクラック等が発生し難くなる。ここで、「平均粒子径Ｄmax」は、レーザ回折法で測定した値を指し、レーザ回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して９９％である粒子径を表す。
ＳｎＯ含有ガラスは、ガラス組成として、ＳｎＯ ３５〜７０％、Ｐ2Ｏ5 １０〜３０％を含有することが好ましい。上記のようにガラス組成範囲を限定した理由を下記に示す。なお、ガラス組成範囲の説明において、％表示は、特に断りがある場合を除き、モル％を指す。
ＳｎＯは、ガラスを低融点化する成分である。その含有量は３５％以上であることが好ましく、３５〜７０％であることがより好ましく、更には４０〜７０％であることが好ましく、５０〜６８％であることが最も好ましい。特に、ＳｎＯの含有量が５０％以上であれば、レーザ溶着の際にガラスが軟化流動しやすくなる。ＳｎＯの含有量が３５％より少ないと、ガラスの粘性が高くなりすぎて、所望のレーザ出力でレーザ溶着し難くなる。一方、ＳｎＯの含有量が７０％より多いと、ガラス化が困難になる傾向がある。
Ｐ2Ｏ5は、ガラス形成酸化物であり、ガラスの熱的安定性を高める成分である。その含有量は１０〜３０％であることが好ましく、１５〜２７％であることがより好ましく、特に１５〜２５％が好ましい。Ｐ2Ｏ5の含有量が１０％より少ないと、ガラスの熱的安定性が低下しやすくなる。一方、Ｐ2Ｏ5の含有量が３０％より多いと、ガラスの耐侯性が低下し、有機ＥＬ素子パッケージ１の長期信頼性を確保し難くなる。
上記成分以外にも以下の成分を添加することができる。
ＺｎＯは、中間酸化物であり、ガラスを安定化させる成分である。その含有量は０〜３０％が好ましく、１〜２０％がより好ましく、特に１〜１５％が好ましい。ＺｎＯの含有量が３０％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下しやすくなる。
Ｂ2Ｏ3は、ガラス形成酸化物であり、ガラスを安定化させる成分であると同時に、ガラスの耐侯性を高める成分でもある。その含有量は０〜２０％が好ましく、１〜２０％がより好ましく、特に２〜１５％が好ましい。Ｂ2Ｏ3の含有量が２０％より多いと、ガラスの粘性が高くなりすぎて、所望のレーザ出力でレーザ溶着し難くなる。
Ａｌ2Ｏ3は、中間酸化物であり、ガラスを安定化させる成分である。また、Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの熱膨張係数を低下させる成分である。その含有量は０．１〜１０％、特に０．５〜５％が好ましい。Ａｌ2Ｏ3の含有量が１０％より多いと、ガラス粉末の軟化点が不当に上昇し、所望のレーザ出力でレーザ溶着し難くなる。
ＳｉＯ2は、ガラス形成酸化物であり、ガラスを安定化させる成分である。その含有量は０〜１５％、特に０〜５％が好ましい。ＳｉＯ2の含有量が１５％より多いと、ガラス粉末の軟化点が不当に上昇し、所望のレーザ出力でレーザ溶着し難くなる。
Ｉｎ2Ｏ3は、ガラスの熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％が好ましい。Ｉｎ2Ｏ3の含有量が５％より多いと、バッチコストが高騰する。
Ｔａ2Ｏ5は、ガラスの熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％が好ましい。Ｔａ2Ｏ5の含有量が５％より多いと、ガラス粉末の軟化点が不当に上昇し、所望のレーザ出力でレーザ溶着し難くなる。
Ｌａ2Ｏ3は、ガラスの熱的安定性を高める成分であり、またガラスの耐侯性を高める成分である。その含有量は０〜１５％が好ましく、０〜１０％がより好ましく、特に０〜５％が好ましい。Ｌａ2Ｏ3の含有量が１５％より多いと、バッチコストが高騰する。
ＭｏＯ3は、ガラスの熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％が好ましい。ＭｏＯ3の含有量が５％より多いと、ガラス粉末の軟化点が不当に上昇し、所望のレーザ出力でレーザ溶着し難くなる。
ＷＯ3は、ガラスの熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜５％が好ましい。ＷＯ3の含有量が５％より多いと、ガラス粉末の軟化点が不当に上昇し、所望のレーザ出力でレーザ溶着し難くなる。
Ｌｉ2Ｏは、ガラスを低融点化する成分であり、その含有量は０〜５％が好ましい。Ｌｉ2Ｏの含有量が５％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下しやすくなる。
Ｎａ2Ｏは、ガラスを低融点化する成分であり、その含有量は０〜１０％、特に０〜５％が好ましい。Ｎａ2Ｏの含有量が１０％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下しやすくなる。
Ｋ2Ｏは、ガラスを低融点化する成分であり、その含有量は０〜５％が好ましい。Ｋ2Ｏの含有量が５％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下しやすくなる。
ＭｇＯは、ガラスの熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜１５％が好ましい。ＭｇＯの含有量が１５％より多いと、ガラス粉末の軟化点が不当に上昇し、所望のレーザ出力でレーザ溶着し難くなる。
ＢａＯは、ガラスの熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜１０％が好ましい。ＢａＯの含有量が１０％より多いと、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆にガラスが失透しやすくなる。
Ｆ2は、ガラスを低融点化する成分であり、その含有量は０〜５％が好ましい。Ｆ2の含有量が５％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下しやすくなる。
熱的安定性と低融点特性を考慮すれば、Ｉｎ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｌａ2Ｏ3、ＭｏＯ3、ＷＯ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｆ2の合量は１０％以下が好ましい。
上記成分以外にも他の成分（ＣａＯ、ＳｒＯ等）を例えば１０％まで添加することができる。
なお、ＳｎＯ含有ガラス粉末において、バッチコストを低下させる観点に立てば、遷移金属酸化物の含有量は、１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、特に、実質的に零であることが好ましい。ここで、「実質的に零である」とは、ガラス組成中の遷移金属酸化物の含有量が３０００ｐｐｍ（質量）以下、好ましくは１０００ｐｐｍ（質量）以下の場合を指す。
また、ＳｎＯ含有ガラス粉末は、環境的観点から、実質的にＰｂＯを含有しないことが好ましい。ここで、「実質的にＰｂＯを含有しない」とは、ガラス組成中のＰｂＯの含有量が１０００ｐｐｍ（質量）以下の場合を指す。
一方、顔料は、無機顔料が好ましく、カーボン、Ｃｏ3Ｏ4、ＣｕＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ2、ＳｎＯ、ＴｉｎＯ2n-1（ｎは整数）から選ばれる一種または二種以上がより好ましく、カーボンが特に好ましい。これらの顔料は、発色性に優れており、レーザ光の吸収性が良好である。
顔料は、環境的観点から、実質的にＣｒ系酸化物を含有しないことが好ましい。ここで、「実質的にＣｒ系酸化物を含有しない」とは、顔料中のＣｒ系酸化物の含有量が１０００ｐｐｍ（質量）以下の場合を指す。
顔料の平均粒子径Ｄ50は０．１〜３μｍが好ましく、特に０．３〜ｌμｍが好ましい。また、顔料の最大粒子径Ｄmaxは０．５〜１０μｍが好ましく、特に１〜５μｍが好ましい。顔料の粒度が大きすぎると、ガラスフリット５中に顔料を均一に分散し難くなり、レーザ溶着の際に、ガラスが局所的に軟化流動しないおそれがある。顔料の粒度が小さすぎても、顔料同士が凝集しやすくなるため、レーザ溶着の際に、ガラスが局所的に軟化流動しないおそれがある。
また、ＳｎＯ含有ガラス粉末を含む無機粉末には、耐火性フィラーが含まれていることが好ましい。このようにすれば、ガラスフリット５の熱膨張係数を低下できるとともに、ガラスフリット５の機械的強度を高めることができる。無機粉末中のＳｎＯ含有ガラス粉末と耐火性フィラーの混合割合は、体積％で４０〜１００％：０〜６０％、特に５０〜９０％：１０〜５０％が好ましい。耐火性フィラーの含有量が６０体積％より多いと、ＳｎＯ含有ガラス粉末の割合が相対的に少なくなり、レーザ溶着の効率が低下しやすくなる。
耐火性フィラーとしては、ジルコン、ジルコニア、酸化錫、石英、β−スポジュメン、コーディエライト、ムライト、石英ガラス、β−ユークリプタイト、β−石英、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム、タングステン酸ジルコニウム、ＮｂＺｒ（ＰＯ4）3等の［ＡＢ2（ＭＯ4）3］の基本構造をもつ化合物、
Ａ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ等
Ｂ：Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ等
Ｍ：Ｐ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ等
若しくはこれらの固溶体が使用可能である。
Ａ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ等
Ｂ：Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ等
Ｍ：Ｐ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ等
若しくはこれらの固溶体が使用可能である。
耐火性フィラーの最大粒子径Ｄmaxは３０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましく、特に１０μｍ以下が好ましい。耐火性フィラーの最大粒子径Ｄmaxが３０μｍより大きいと、ガラスフリット５の溶着部位において、３０μｍ以上の厚みを有する箇所が発生するため、有機ＥＬ素子パッケージ１において、素子基板３と封止基板４との間のギャップが不均一になり、有機ＥＬ素子パッケージ１、すなわち有機ＥＬ表示装置を薄型化し難くなる。また、耐火性フィラーの平均粒子径Ｄmaxを３０μｍ以下に規制すると、素子基板３と封止基板４の間のギャップを狭小化しやすくなる。これにより、レーザ溶着に要する時間が短縮されるとともに、素子基板３や封止基板４と、ガラスフリット５との間に熱膨張係数の差があっても、ガラスフリット５の溶着部位にクラック等が発生し難くなる。
ガラスフリット５において、軟化点は４５０℃以下が好ましく、４２０℃以下がより好ましく、特に４００℃以下が好ましい。軟化点が４５０℃より高いと、レーザ溶着の効率が低下しやすくなる。軟化点の下限は特に限定されないが、ガラスの熱的安定性を考慮すれば、軟化点を３００℃以上に規制することが好ましい。ここで、「軟化点」とは、窒素雰囲気下において、マクロ型示差熱分析（ＤＴＡ）装置で測定した値を指し、ＤＴＡは室温から測定を開始し、昇温速度は１０℃／分とする。なお、マクロ型ＤＴＡ装置で測定した軟化点は、図８に示す第四屈曲点の温度（Ｔｓ）を指す。
現在、有機ＥＬ表示装置には、駆動方式として、ＴＦＴ等のアクティブ素子を各画素に配置して駆動させるアクティブマトリクス駆動が採用されている。この場合、有機ＥＬディスプレイ用ガラス基板には、無アルカリガラス（例えば、日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ）が使用される。通常、無アルカリガラスの熱膨張係数は、４０×１０-7／℃以下であるが、ガラスフリットの熱膨張係数は、７６〜８３×１０-7／℃であることが多い。そのため、ガラスフリットの熱膨張係数を無アルカリガラスの熱膨張係数に厳密に適合させることが困難であった。しかし、上記のＳｎＯ含有ガラス粉末は、低膨張の耐火性フィラー、特にＮｂＺｒ（ＰＯ4）3、リン酸ジルコニウムとの適合性が良好であるため、ガラスフリット５の熱膨張係数を顕著に低下させることが可能になる。したがって、これらの耐火性フィラーを用いれば、ガラスフリット５の熱膨張係数を７５×１０-7／℃以下とすることが容易となる。ここで、ガラスフリット５の熱膨張係数は、６５×１０-7／℃以下であることがより好ましく、更には５５×１０-7／℃以下であることが好ましく、特に４９×１０-7／℃以下が好ましい。このようにすれば、ガラスフリット５の溶着部位にかかる応力が小さくなり、溶着部位の応力破壊を防ぐことができる。ここで、「熱膨張係数」とは、押棒式熱膨張係数測定（ＴＭＡ）装置により、３０〜２５０℃の温度範囲で測定した平均値を指す。
次に、以上のように構成された有機ＥＬ素子パッケージ１の製造手順を説明する。
まず、封止基板４の周縁部に、ペースト状のガラスフリット５を、例えば１５μｍの厚みで塗布した後に仮焼成して、封止基板４上で一旦硬化させる。
一方、素子基板３には、第１電極６を例えば３００ｎｍの厚みで所定のパターンで成膜した後、有機ＥＬ層２を成膜し、その上に第２電極７を所定のパターンで成膜する。そして、更に素子基板３の周縁部に、電極６，７の上に跨るように、例えば、厚み１３９ｎｍのＳｉＯ2膜（低屈折率層）と、厚み１００．６ｎｍのＳｉ3Ｎ4膜（高屈折率層）とを交互に計９層成膜し、誘電体多層膜８を形成する。なお、誘電体多層膜８は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法などにより、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層することにより形成される。
その後、素子基板３と、封止基板４とを対向配置し、ガラスフリット５と誘電体多層膜８とを接触させた後、封止基板４側からガラスフリット５に対してレーザ光を照射してガラスフリット５を溶融し、ガラスフリット５と誘電体多層膜８を直接溶着する。これにより、素子基板３と封止基板４との外周部の全周が接合され、有機ＥＬ層２が気密封止される。
そして、以上のように構成された有機ＥＬ素子パッケージ１にすれば、次のような作用効果を享受できる。
すなわち、誘電体多層膜８を構成する各誘電体層は、金属層に比してガラスフリット５との接着力を良好に維持することができる。そのため、誘電体多層膜８に加えて、ガラスフリット５との接着力を高めるためだけに、別途新たな層を設けなくてもガラスフリット５との接着力を良好に維持できる。また、誘電体多層膜８を構成する各誘電体層は導電性を有さないので、絶縁層を別途設けなくても有機ＥＬ層２に接続された電極６，７との間の電気的な絶縁を保つことができる。したがって、ガラスフリット５との接着力を改善するための改善層や、絶縁層を別途設けることが必須の条件とはならないので、有機ＥＬ素子パッケージ１の設計の自由度を確保できる。
また、上記のような誘電体多層膜８であれば、低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層のそれぞれの材料選択や膜厚を調整することで、レーザＬから出射されるレーザ光の波長帯域において、優れた反射率を容易に実現することが可能となる。そのため、ガラスフリット５の溶着時に封止基板４側からガラスフリット５に対してレーザ光を照射すると、レーザ光が誘電体多層膜８でガラスフリット５側に確実に反射し、ガラスフリット５の加熱に有効に利用される。したがって、誘電体多層膜８を透過して電極６，７に照射されるレーザ光は可及的に低減されることから、レーザ光によって電極６，７や有機ＥＬ層２が不当に加熱され、熱損傷を来たすという事態を確実に防止できる。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。例えば、上記の実施形態では、誘電体多層膜８を電極６，７の上に直接形成する場合を説明したが、絶縁層を介在させてもよい。また、同様に、誘電体多層膜８をガラスフリット５に直接溶着する場合を説明したが、誘電体多層膜８とガラスフリット５との間に中間層を介在させてもよい。
また、上記の実施形態では、第１電極６や第２電極７として、ＩＴＯからなる透明電極や、Ａｌからなる金属電極を例示したが、ＩＺＯ、ＡＺＯなどの他の透明電極や、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏなどの他の金属電極などであってもよい。
また、上記の実施形態では、有機ＥＬ素子パッケージ（有機ＥＬ表示装置）を例にとって説明したが、有機ＥＬ照明装置や太陽電池などの他のデバイスに利用される電気素子パッケージにも同様に適用することができる。
さらに、上記に例示したガラスフリット以外にも種々のガラスフリットが使用可能である。具体的には、例えば、Ｖ2Ｏ5含有ガラス粉末とβ−ユークリプタイトを含むガラスフリットを使用してもよい。
＜反射率の周波数特性のシミュレーション＞
本発明に係る電気素子パッケージに使用する誘電体多層膜の実施例（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４）の膜構成の設計値を表１に示す。なお、表１において、比較例（Ｎｏ．１）として単層の誘電体膜を示す。
本発明に係る電気素子パッケージに使用する誘電体多層膜の実施例（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４）の膜構成の設計値を表１に示す。なお、表１において、比較例（Ｎｏ．１）として単層の誘電体膜を示す。
この表１のような膜構成の誘電体多層膜は、シミュレーションではあるが、図３に示すような反射率の波長特性を示す。同図に示すように、３層構成の実施例（Ｎｏ．２）に比べて、層数が増えるに連れて反射率の波長特性が良好になり、９層構成の実施例（Ｎｏ．５）において、最大反射率が約９０％にまで達する。そして、この実施例（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５）の設計では、波長８０８ｎｍの赤外線レーザ光に対する反射率が最大になるようになっている。
＜反射率の周波数特性の実測値＞
本発明に係る電気素子パッケージに使用する誘電体多層膜の実施例（Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８）の膜構成の実例を表２に示す。
本発明に係る電気素子パッケージに使用する誘電体多層膜の実施例（Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８）の膜構成の実例を表２に示す。
この実施例（Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８）の反射率の周波数特性は、図４に示す通りである。６層からなる実施例（Ｎｏ．７）と、８層からなる実施例（Ｎｏ．８）ともに、波長８０８ｎｍ近傍で反射率が最大となっており、８層からなる実施例（Ｎｏ．８）では、約７０％の最大反射率を実現している。
＜レーザ溶着時の電極の温度測定＞
縦４０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み０．５ｍｍのガラス基板の周縁部にペースト状のガラスフリットをスクリーン印刷により１５μｍの厚みで印刷した後、５００℃で１時間に亘って仮焼成を行い、ガラスフリットを一旦硬化させ、封止基板を製作した。
縦４０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み０．５ｍｍのガラス基板の周縁部にペースト状のガラスフリットをスクリーン印刷により１５μｍの厚みで印刷した後、５００℃で１時間に亘って仮焼成を行い、ガラスフリットを一旦硬化させ、封止基板を製作した。
ここで、ガラスフリットとしては、無機粉末 ９９質量％と、顔料 １質量％とを含有するものを使用した。このガラスフリットに含まれる無機粉末は、ＳｎＯ系ガラス粉末 ６０体積％と、耐火性フィラー ４０体積％とを含有する。ＳｎＯ系ガラス粉末は、ガラス組成として、モル％で、ＳｎＯ ５９％、Ｐ2Ｏ5 ２０％、ＺｎＯ ５％、Ｂ2Ｏ3 １５％、Ａｌ2Ｏ3 １％を含有する。また、このガラス粉末は、平均粒子径Ｄ50が２．５μｍで、最大粒子径Ｄmaxが７μｍである。耐火性フィラーは、リン酸ジルコニウム粉末からなり、平均粒子径Ｄ50が２μｍで、最大粒子径Ｄmaxが８μｍである。一方、ガラスフリットに含まれる顔料は、カーボン粉末からなり、平均粒子径Ｄ50が０．５μｍで、最大粒子径Ｄmaxが３μｍである。
一方、縦４０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み０．５ｍｍのガラス基板に、ＩＴＯからなる第１電極を厚み１５０ｎｍで成膜して・パターニングを行った後、そのガラス基板に有機ＥＬ層およびＡｌからなる第２電極を真空蒸着法によりそれぞれ成膜し、素子基板を製作した。
その後、素子基板と封止基板を窒素雰囲気下で対向配置した状態で、封止基板側から波長８０８ｎｍのレーザ光を照射してガラスフリットを溶着させ、気密封止を行った。なお、レーザ光の照射は、出力２０Ｗのレーザ光をガラス基板の周縁に、５ｍｍ／ｓで移動させながら行った。
そして、このレーザ溶着時の第１電極および第２電極の温度を、放射温度計により実測した。このレーザ溶着時の温度測定は、まずＩＴＯからなる第１電極に対して行った。詳細には、温度測定は、
（１）比較例として第１電極の上に誘電体多層膜を配置していないもの（Ｎｏ．９）、
（２）実施例として第１電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．６）と同様の構成の２層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１０）、および、
（３）第１電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．８）と同様の構成の８層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１１）
に対して行った。その結果を図５に示す。
（１）比較例として第１電極の上に誘電体多層膜を配置していないもの（Ｎｏ．９）、
（２）実施例として第１電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．６）と同様の構成の２層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１０）、および、
（３）第１電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．８）と同様の構成の８層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１１）
に対して行った。その結果を図５に示す。
図５から分かるように、誘電体多層膜を配置していない比較例（Ｎｏ．９）の第１電極（ＩＴＯ）の温度は、４００℃を超えているのに対し、誘電体多層膜を配置した実施例（Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１１）の第１電極の温度は、４００℃を下回っている。特に、８層の誘電体多層膜を用いた実施例（Ｎｏ．１１）では、第２電極の温度が約２２０℃まで低下していることから、第１電極の熱損傷を防止する上で十分な効果があることが認識できる。
そして、次に、Ａｌからなる第２電極に対してレーザ溶着時の温度測定を行った。詳細には、温度測定は、
（１）比較例として第２電極の上に誘電体多層膜を配置していないもの（Ｎｏ．１２）、
（２）実施例として第２電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．６）と同様の構成の２層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１３）、
（３）第２電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．７）と同様の構成の６層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１４）、および
（４）第２電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．８）と同様の構成の８層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１５）
に対して行った。その結果を図６に示す。
（１）比較例として第２電極の上に誘電体多層膜を配置していないもの（Ｎｏ．１２）、
（２）実施例として第２電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．６）と同様の構成の２層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１３）、
（３）第２電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．７）と同様の構成の６層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１４）、および
（４）第２電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．８）と同様の構成の８層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１５）
に対して行った。その結果を図６に示す。
図６から分かるように、誘電体多層膜を配置していない比較例（Ｎｏ．１２）の第２電極（Ａｌ）の温度は、約７００℃まで上昇しているのに対し、誘電体多層膜を配置した実施例（Ｎｏ．１３〜１５）の第２電極の温度は、これよりも低くなっている。特に、６層の誘電体多層膜を用いた実施例（Ｎｏ．１４）や、８層の誘電体多層膜を用いた実施例（Ｎｏ．１５）では、第２電極の温度が約１５０℃まで低下していることから、第２電極の熱損傷を防止する上で十分な効果があることが認識できる。
＜レーザ溶着時における電極の熱損傷の有無＞
レーザ溶着時に、出力１２Ｗのレーザ光をガラス基板の周縁に、３ｍｍ／ｓで移動させながら照射し、ガラスフリットを溶融させ、このときの電極の熱損傷の有無を検査した。詳細には、電極材料はＩＴＯとし、
（１）比較例として電極の上に誘電体多層膜を配置していないもの（Ｎｏ．１６）、
（２）実施例として電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．６）と同様の構成の２層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１７）、
（３）電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．８）と同様の構成の８層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１８）
に対して、電極の検査を行った。なお、電極が熱損傷を来たしているか否かの判断は、導通の有無で判断した。すなわち、電極が導通状態を維持している場合を熱損傷「なし」と、電極が非導通状態である場合を熱損傷「あり」とした。これは、電極が熱損傷を来たせば、線路の途中で断線するためである。その結果を表３に示す。
レーザ溶着時に、出力１２Ｗのレーザ光をガラス基板の周縁に、３ｍｍ／ｓで移動させながら照射し、ガラスフリットを溶融させ、このときの電極の熱損傷の有無を検査した。詳細には、電極材料はＩＴＯとし、
（１）比較例として電極の上に誘電体多層膜を配置していないもの（Ｎｏ．１６）、
（２）実施例として電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．６）と同様の構成の２層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１７）、
（３）電極の上に上記の実施例（Ｎｏ．８）と同様の構成の８層の誘電体多層膜を配置したもの（Ｎｏ．１８）
に対して、電極の検査を行った。なお、電極が熱損傷を来たしているか否かの判断は、導通の有無で判断した。すなわち、電極が導通状態を維持している場合を熱損傷「なし」と、電極が非導通状態である場合を熱損傷「あり」とした。これは、電極が熱損傷を来たせば、線路の途中で断線するためである。その結果を表３に示す。
また、この検査に合わせて、レーザ溶着時のフリットガラスの温度を検査した。その結果を図７に示す。
同図に示すように、電極の上に誘電体多層膜を設けていない比較例（Ｎｏ．１６）に比して、電極の上に誘電体多層膜を設けた実施例（Ｎｏ．１７〜Ｎｏ．１８）の方が、フリットガラスの温度が高くなっている。このことからも、実施例（Ｎｏ．１７〜Ｎｏ．１８）では、誘電体多層膜によってレーザ光がフリットガラス側に反射され、そのレーザ光がフリットガラスの加熱に有効に利用されていることが認識できる。
１ 有機ＥＬ素子パッケージ
２ 有機ＥＬ層
３ 素子基板
４ 封止基板
５ ガラスフリット
６ 第１電極
７ 第２電極
８ 誘電体多層膜
Ｌ レーザ
２ 有機ＥＬ層
３ 素子基板
４ 封止基板
５ ガラスフリット
６ 第１電極
７ 第２電極
８ 誘電体多層膜
Ｌ レーザ
Claims (7)
- 電気素子が配置された素子基板と、該素子基板の前記電気素子側の表面に間隔を置いて対向する封止基板と、前記電気素子の周囲を囲むように前記素子基板と前記封止基板との間の隙間を気密封止するガラスフリットと、前記素子基板と前記ガラスフリットの間に配置され、前記ガラスフリットを溶着する際に照射されるレーザ光を反射する反射膜とを有する電気素子パッケージであって、
前記反射膜が、低屈折率誘電体層と、高屈折率誘電体層とを交互に積層した誘電体多層膜からなることを特徴とする電気素子パッケージ。 - 前記誘電体多層膜が、前記ガラスフリットに直接溶着されていることを特徴とする請求項１に記載の電気素子パッケージ。
- 前記誘電体多層膜が、前記電気素子に接続された電極の上に直接形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気素子パッケージ。
- 前記低屈折率誘電体層の屈折率が、１．６以下であって、前記高屈折率誘電体層の屈折率が、１．７以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気素子パッケージ。
- 前記誘電体多層膜が、前記レーザ光に対する反射率が５０％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気素子パッケージ。
- 前記ガラスフリットが、ＳｎＯ含有ガラス粉末を含む無機粉末 ８０〜９９．７質量％と、顔料 ０．３〜２０質量％とを含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気素子パッケージ。
- ＳｎＯ含有ガラス粉末が、ガラス組成として、モル％で、ＳｎＯ ３５〜７０％、Ｐ2Ｏ5 １０〜３０％を含有することを特徴とする請求項６に記載の電気素子パッケージ。
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-
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