JP2012113968A - 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低下させることなく、レーザ光の照射によりガラスフリットが溶解する際に電極が損傷する事態を防止しつつ、強固な封着強度を確保する。
【解決手段】本発明の電気素子パッケージは、電気素子が配置された素子基板と、素子基板の電気素子側の表面に間隔を置いて対向する封止基板と、電気素子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気密封着するガラスフリットを有する電気素子パッケージにおいて、素子基板とガラスフリットの間に配置され、且つガラスフリットを封着する際に照射されるレーザ光から電極を保護するための金属酸化物膜を有することを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の電気素子パッケージは、電気素子が配置された素子基板と、素子基板の電気素子側の表面に間隔を置いて対向する封止基板と、電気素子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気密封着するガラスフリットを有する電気素子パッケージにおいて、素子基板とガラスフリットの間に配置され、且つガラスフリットを封着する際に照射されるレーザ光から電極を保護するための金属酸化物膜を有することを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、電気素子パッケージに関し、具体的には周囲環境の酸素や水分等による劣化を防止すべく、有機ＥＬ素子等の周囲環境に過敏な電気素子を気密封着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、携帯電話等に使用される小型表示装置等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暴露されることで、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層を気密封着した状態で有機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及び長寿命化を図っている。
有機ＥＬ層を気密封着した有機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着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流動させることで、ガラスフリットを素子基板と封止基板に封着し、気密封着構造を形成する。
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、レーザ光の照射により有機ＥＬ層に外部から電力を供給する電極（例えば、ＩＴＯ電極）が損傷し、場合によっては断線するおそれがある。その原因として、レーザ光の照射により発生した熱及びガラスフリットとの接触の２点が考えられる。詳述すると、ガラスフリットの下部には、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。ガラスフリットにレーザ光が照射されると、ガラスフリットがその光エネルギーを吸収して、熱に変換する。そして、発生した熱がガラスフリットの下部にある電極に伝わり、更にはその熱によりガラスフリットが軟化流動し、軟化流動したガラスフリットが電極に接触する。これらにより、電極の損傷が生じると考えられる。
そこで、有機ＥＬ素子パッケージを製作する際には、レーザ光の照射により発生した熱を抑制しつつ、ガラスフリットと電極の接触を避ける対策が検討されている。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、金属層と金属酸化物層又は金属窒化物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封着することで、有機ＥＬ層が配置された基板と、それに対向する基板を封着することが開示されている。これにより、ガラスフリットを封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、レーザ光の照射により発生した熱が有機ＥＬ層に接続された電極まで伝わり難くなり、またガラスフリットと電極の接触を避けることができ、結果として電極や有機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、２のように、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着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等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低下させることなく、レーザ光の照射によりガラスフリットが溶解する際に電極が損傷する事態を防止しつつ、強固な封着強度を確保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、素子基板の電気素子側の表面に間隔を置いて対向する封止基板と、電気素子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気密封着するガラスフリットを有する電気素子パッケージにおいて、素子基板とガラスフリットの間に配置され、且つガラスフリットを封着する際に照射されるレーザ光から電極を保護するための金属酸化物膜を有することに特徴付けられる。
このような構成によれば、素子基板とガラスフリットの間に金属酸化物膜が形成されているため、ガラスフリットにレーザ光を照射して、ガラスフリットを溶解させる際、つまりレーザ封着の際に、レーザ光の照射により発生した熱を抑制しつつ、ガラスフリットと電極の接触を可及的に避けることが可能になる。
また、このような構成によれば、ガラスフリットとの接着力を高めるために、別途、改善層を設けなくても、強固な封着強度を得ることができる。また、金属酸化物層は、導電性を有さないので、別途、絶縁層を設けなくても、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になる。結果として、電気素子パッケージの設計の自由度が向上し、ひいては電気素子パッケージの製造コストの削減に繋がる。
上記構成において、金属酸化物膜の厚みは１０〜５００ｎｍであることが好ましい。このようにすれば、レーザ封着後にガラスフリットと金属酸化膜との間に生じる剥離を防止した上で、電極を確実に保護することが可能になる。
上記構成において、金属酸化物膜はＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５のいずれかが好ましい。これらの金属酸化物膜は、ガラスフリットとの接着性や絶縁性が特に優れている。
上記の構成において、金属酸化膜は、ガラスフリットに直接溶着されるか、或いは電気素子に接続された電極の上の直接形成されていることが好ましい。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ため、電気素子パッケージの製造効率が向上する。上記の通り、金属酸化膜は、ガラスフリットとの接着力に優れると共に、絶縁性に優れる。このため、ガラスフリットに金属酸化物膜を直接溶着したり、電気素子に接続された電極上に金属酸化物膜を直接形成することができる。
上記の構成において、ガラスフリットは、ＳｎＯ含有ガラス粉末を含む無機粉末 ８０〜９９．９５質量％と、顔料 ０．０５〜２０質量％とを含有することが好ましい。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、レーザ封着を短時間で完了できると共に、封着強度も高めることができる。
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％含有することが好ましい。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易くなる。
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低下させることなく、レーザ光の照射によりガラスフリットが溶解する際に電極が損傷する事態を防止しつつ、強固な封着強度を確保することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。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ＥＬ素子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着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０．０５〜２ｍｍのガラス板から構成されている。なお、封止基板４には、有機ＥＬ層２との接触を避けるため、或いは吸湿材を設置するために、一定厚みの掘りこみが形成される場合がある
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から有機ＥＬ素子パッケージ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、アルミニウム等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、軟化流動させて素子基板３と封止基板４を封着することにより、有機ＥＬ素子パッケージ１の気密封着構造が形成される。なお、レーザＬとしては、例えば近赤外半導体レーザ（波長８００〜１１００ｎｍ）が使用される。
ここで、ガラスフリット５のレーザ封着の際に、電極６，７が加熱されると、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、保護膜として機能する金属酸化物膜８を介在させ、レーザ光から、電極６，７を保護するようになっている。
この保護層して機能する金属酸化膜８は、ガラスフリット５及び電極６，７との接着性に優れ、且つ絶縁性を示すものが好ましい。これらの材質としては、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、及びＮｂ２Ｏ５が挙げられる。
この金属酸化膜８の膜厚は、５〜５００ｎｍ、１０〜３００ｎｍ、特に３０〜３００ｎｍが好ましい。金属酸化物膜８の厚みが５ｎｍより小さいと、電極６，７を保護する効果が小さくなる。逆に５００ｎｍより大きいと、ガラスフリット５と金属酸化物膜８との熱膨脹差に起因する応力量が大きくなり、レーザ封着後にガラスフリット５と金属酸化膜８との間で剥離が発生し易くなる。また、電気素子パッケージの製造コストを高騰させる一因になる。
ガラスフリット５として、ＳｎＯ含有ガラス粉末を含む無機粉末 ８０〜９９．９５質量％と、顔料 ０．０５〜２０質量％とを含有するガラスフリットが好適である。
ここで、無機粉末の含有量は９０〜９９．９５質量％、９５〜９９．９５質量％、特に９９〜９９．９５質量％が好ましい。無機粉末の含有量が少ないと、レーザ封着の際にガラスフリット５の軟化流動が乏しくなり、また封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９９．９５質量％よりも多いと、顔料の含有量が相対的に少なくなるため、ガラスフリット５のレーザ光の吸収性能が低下する。
また、顔料の含有量を０．０５質量％以上に規制すれば、ガラスフリットがレーザ光を吸収し易くなるため、レーザ封着の効率が向上し、電極や電気素子の熱損傷を防止し易くなる。一方、顔料の含有量を２０質量％以下に規制すれば、レーザ封着の際に、ガラスフリットが失透する事態を防止し易くなる。
ＳｎＯ含有ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０は１５μｍ未満、０．５〜１０μｍ、特に１〜５μｍ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易くなる。これにより、レーザ封着に要する時間が短縮されると共に、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の封着部分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、２０μｍ以下、特に１０μｍ以下が好ましい。ＳｎＯ含有ガラス粉末の最大粒子径Ｄｍａｘを３０μｍ以下に規制すると、上記の最大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易くなり、ガラスフリット５の封着部分にクラック等が発生し難くなる。ここで、「最大粒子径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含有ガラス粉末は、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。ＳｎＯの含有量は３５〜７０％、４０〜７０％、特に５０〜６８％が好ましい。なお、ＳｎＯの含有量が５０％以上であれば、レーザ封着の際に、ガラスフリット５が軟化流動し易くなる。ＳｎＯの含有量が３５％より少ないと、ガラスの粘性が高くなり過ぎて、所望のレーザ出力でレーザ封着し難くなる。一方、ＳｎＯの含有量が７０％より多いと、ガラス化が困難になる。
Ｐ２Ｏ５は、ガラス形成酸化物であり、ガラスの熱安定性を高める成分である。Ｐ２Ｏ５の含有量は１０〜３０％、１５〜２７％、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易くなる。一方、Ｐ２Ｏ５の含有量が３０％より多いと、ガラスの耐候性が低下し、電気素子パッケージ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。ＺｎＯの含有量は０〜３０％、１〜２０％、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易くなる。
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。また、Ｂ２Ｏ３は、ガラスの耐候性を高める成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は０〜２０％、１〜２０％、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過ぎて、所望のレーザ出力でレーザ封着し難くなる。
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。Ａｌ２Ｏ３の含有量は０〜１０％、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て、所望のレーザ出力でレーザ封着し難くなる。
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。ＳｉＯ２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て、所望のレーザ出力でレーザ封着し難くなる。
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て、所望のレーザ出力でレーザ封着し難くなり、またバッチコストが高騰する。
Ｌａ２Ｏ３は、ガラスの熱的安定性を高める成分であり、またガラスの耐候性を高める成分である。Ｌａ２Ｏ３の含有量は０〜１５％、０〜１０％、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て、所望のレーザ出力でレーザ封着し難くなる。
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て、所望のレーザ出力でレーザ封着し難くなる。
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易くなる。
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易くなる。
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易くなる。
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て、所望のレーザ出力でレーザ封着し難くなる。
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易くなる。
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易くなる。
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。
ＳｎＯ含有ガラス粉末は、実質的に遷移金属酸化物を含まないことが好ましい。このようにすれば、ガラスの熱的安定性が低下する事態を防止し易くなる。ここで、「実質的に遷移金属酸化物を含有しない」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。
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。
ＳｎＯ含有ガラス粉末の軟化点は４５０℃以下、４２０℃以下、特に４００℃以下が好ましい。軟化点が４５０℃より高いと、レーザ封着の効率が低下し易くなる。軟化点の下限は特に限定されないが、ＳｎＯ含有ガラス粉末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３に示す第四屈曲点の温度（Ｔｓ）を指す。
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）から選ばれる一種又は二種以上がより好ましく、特にカーボンが好ましい。カーボンとして、非晶質カーボン、グライファイトが好ましい。これらの顔料は、発色性に優れており、レーザ光の吸収性能が良好である。
顔料の一次粒子の平均粒子径Ｄ５０は１〜５０００ｎｍ、３〜１０００ｎｍ、５〜５００ｎｍ、特に１０〜１００ｎｍが好ましい。顔料の一次粒子が小さ過ぎると、顔料同士が凝集し易くなるため、ガラスフリット５中に顔料を均一に分散し難くなって、レーザ封着の際に、ガラスフリット５が局所的に軟化流動しないおそれがある。また、顔料の一次粒子が大き過ぎても、ガラスフリット５中に顔料を均一に分散し難くなり、レーザ封着の際に、ガラスフリット５が局所的に軟化流動しないおそれがある。
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。
ガラスフリット５は、更に耐火性フィラーを含むことが好ましい。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共に、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％、４０〜９９．９％：０．１〜６０％、４５〜９０％：１０〜５５％、５０〜８０％：２０〜５０％、５０〜７０％：３０〜５０％、特に５０〜６５％：３５〜５０％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、レーザ封着の効率が低下し易くなる。なお、耐火性フィラーの含有量が０．１体積％未満であると、耐火性フィラーによる効果を享受し難くなる。
耐火性フィラーとして、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２０μｍ以下、１５μｍ以下、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２０μｍより大きいと、封着部分において、３０μｍ以上の厚みを有する箇所が発生し易くなるため、有機ＥＬディスプレイにおいて、基板間のギャップが不均一になり、電気素子パッケージを薄型化し難くなる。また、耐火性フィラーの平均粒子径Ｄ５０を２０μｍ以下に規制すると、基板間のギャップを狭小化し易くなり、この場合、レーザ封着に要する時間が短縮されると共に、封止基板４とガラスフリット５の熱膨張係数に差があっても、封止基板４や封着部分にクラック等が発生し難くなる。
ガラスフリット５の熱膨張係数は７５×１０−７／℃以下、６５×１０−７／℃以下、５５×１０−７／℃以下、特に４９×１０−７／℃以下が好ましい。このようにすれば、封着部分の応力量が小さくなり、封着部分の応力破壊を防ぐことができる。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表示装置用ガラス板には、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。無アルカリガラスの熱膨張係数は、通常、４０×１０−７／℃以下である。一方、ガラスフリット５の熱膨張係数は、７６〜８３×１０−７／℃であることが多い。このため、ガラスフリット５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、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。従って、ＳｎＯ含有ガラス粉末を用いると、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。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。
ガラスフリット５は、ビークルと混練して、ペースト材料に加工して、使用することが好ましい。このようにすれば、塗布作業性等を高めることができる。なお、ビークルは、通常、樹脂バインダーと溶媒を含む。
樹脂バインダーとして、脂肪族ポリオレフィン系カーボネート、特にポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネートが好ましい。これらの樹脂バインダーは、脱バインダー又はレーザ封着の際にＳｎＯ含有ガラス粉末を変質させ難い特徴を有する。
溶媒として、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキサイド、炭酸ジメチル、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、カプロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンから選ばれる一種又は二種以上が好ましい。これらの溶媒は、脱バインダー又はレーザ封着の際にＳｎＯ含有ガラス粉末を変質させ難い特徴を有する。
ペーストを脱バインダーする場合、不活性雰囲気で行うことが好ましく、特にＮ２雰囲気で行うことが好ましい。このようにすれば、脱バインダーの際にＳｎＯ含有ガラス粉末が変質する事態を防止し易くなる。
また、レーザ封着する場合も、不活性雰囲気で行うことが好ましく、特にＮ２雰囲気で行うことが好ましい。このようにすれば、レーザ封着の際にＳｎＯ含有ガラス粉末が変質する事態を防止し易くなる。
次に、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に周縁部に、ペースト状のガラスフリット５を、例えばスクリーン印刷機にて、約約４０μｍの厚み、約０．６ｍｍ幅で塗布した後に、乾燥、焼成することで、ペースト中の樹脂成分及び溶剤成分を分解揮発した後、ガラスフリットを軟化流動させることで、封止基板４に強固に固着させる。焼成後のガラスフリット５の高さは、例えば、約１５μｍになる。レーザ封着の精度を高めるには、焼成後のガラスフリットの表面を平滑化する必要がある。具体的には、表面粗さＲａ値：０．７μｍ以下、ＲＭＳ値：１μｍ以下にすることが好ましい。
一方、素子基板３には、第１電極６を例えば１５０ｎｍの厚みで所定のパターンで成膜した後、ガラスフリット５が印刷、焼成された周縁部と対向する領域に、例えば１００ｎｍの厚みでＳｉＯ２膜８を成膜する。なお、ＳｉＯ２膜８は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法等により形成される。その後、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。
続いて、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ＳｉＯ２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を溶解、軟化流動させて、ガラスフリット５とＳｉＯ２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が外周に沿って接合されて、有機ＥＬ層２が気密封着される。
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、ＳｉＯ２膜８を第１電極６の上に形成する場合を説明したが、封止基板４側のガラスフリット５の上に形成してもよい。
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、ＦＴＯ及びＺｎＯ等の他の透明電極や、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ及びそれらの多層膜等の他の金属電極であってもよい。
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等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。
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は、単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜４）、比較例（試料Ｎｏ．５）を示している。
まず、粘度が約１５０Ｐａ・ｓ（２５℃、Ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ：４）になるように、ガラスフリットとビークルを混練した後、更に三本ロールミルで均一になるまで混錬し、ペースト化した。
ガラスフリットは、無機粉末 ９９．７５質量％と顔料 ０．２５質量％とを含むものを使用した。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％と含み、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％を含むものを使用した。また、このガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０は２μｍであり、最大粒子径Ｄｍａｘは５μｍであった。耐火性フィラーは、リン酸ジルコニウム粉末からなり、その平均粒子径Ｄ５０は１．５μｍであり、最大粒子径Ｄｍａｘは３．５μｍであった。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、一次粒子の平均粒子径Ｄ５０が約３０ｎｍのものを使用した。ビークルの樹脂成分としては、ポリエチレンカーボネート樹脂（ＭＷ：１２９０００）、溶剤成分としては、プロピレンカーボネートを用いた。なお、ガラスフリットの軟化点は４００℃、ガラスフリットの熱膨脹係数は４９×１０−７／℃（測定温度範囲３０〜３００℃）であった。ここで、軟化点はＤＴＡ装置、熱膨張係数はＴＭＡ装置で測定した値である。
次に、縦４０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み０．５ｍｍのガラス板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ）の周縁部に上記のように調整したペースト状のガラスフリットをスクリーン印刷により、厚み：約３０μｍ、幅：約０．６ｍｍになるように印刷した後、大気雰囲気下にて、１２０℃で３０分間の条件で乾燥し、窒素雰囲気下にて、４８０℃で１０分間の条件で焼成を行い、ペースト中の樹脂成分を分解揮発させると共に、ガラスフリットをガラス板へ固着させて、封止基板を作製した。焼成後のガラスフリットの厚みは、約１６μｍであった。焼成後のガラスフリットの表面粗さを測定したところ、Ｒａ値は０．５μｍ、ＲＭＳ値は０．８μｍであった。
一方、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み０．５ｍｍのガラス板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ）に、ＩＴＯからなる第１電極を厚み１５０ｎｍで成膜、パターニングを行った後、ガラスフリットが固着される範囲にＳｉＯ２膜を５０、１００、３００又は１０００ｎｍ厚になるように成膜した。ガラスフリットとＩＴＯ膜が接触しないように、約１ｍｍ幅でＳｉＯ２膜を成膜した。なお、試料Ｎｏ．５については、酸化物膜を成膜しなかった。その後、このガラス板に有機ＥＬ層及び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、素子基板を作製した。
続いて、窒素雰囲気下で封止基板と素子基板を対向配置させた状態で、封止基板側から波長８０８ｎｍのレーザ光をガラスフリットに沿って照射して、封止基板と素子基板を封着した。なお、レーザ光の照射条件は、表中に記載の通りである。
試料Ｎｏ．１〜５に対して、以下の評価を行った。
放射温度計を用いて、レーザ光の照射時のガラスフリットの温度を実測した。
レーザ光の照射前後において、ガラスフリット直下のＩＴＯ膜の電気抵抗を測定し、ＩＴＯ膜の熱劣化の有無を評価した。
レーザ封着後のガラスフリットに対して、高温高湿高圧試験：ＨＡＳＴ試験（Ｈｉｇｈｌｙ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｓｔｒｅｓｓ Ｔｅｓｔ）を行った後、ガラスフリットの剥離の有無を観察し、剥離がなかったものを「○」、剥離があったものを「×」として評価した。なお、ＨＡＳＴ試験の条件は、１２１℃、１００％ＲＨ、２ａｔｍ、２４時間とした。
表１から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜４は、レーザ光の照射前後で、ＩＴＯ膜の抵抗値に大きな変化がなかった。この事実は、ＳｉＯ２膜がＩＴＯ膜を的確に保護し、レーザ光の照射によるＩＴＯ膜の熱劣化を防止できたことを示している。特に、試料Ｎｏ．１〜３は、ＨＡＳＴ試験後に、剥離等の異常は観察されなかった。この事実は、ガラスフリットとＳｉＯ２膜が強固に接着していることを示している。
一方、試料Ｎｏ．５は、ＳｉＯ２膜が形成されていないため、レーザ光の照射後にＩＴＯ膜の抵抗値が上昇した。特に、レーザ光照射条件Ａ、Ｃでは、ＩＴＯ膜が激しく熱損傷を受けていたため、ＩＴＯ膜の抵抗値を測定できなかった。
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 金属酸化物膜（ＳｉＯ２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 金属酸化物膜（ＳｉＯ２膜）
Ｌ レーザ
Claims (7)
- 電気素子が配置された素子基板と、素子基板の電気素子側の表面に間隔を置いて対向する封止基板と、電気素子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気密封着するガラスフリットを有する電気素子パッケージにおいて、
素子基板とガラスフリットの間に配置され、且つガラスフリットを封着する際に照射されるレーザ光から電極を保護するための金属酸化物膜を有することを特徴とする電気素子パッケージ。 - 金属酸化物膜の厚みが１０〜５００ｎｍであ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。
- 金属酸化物膜が、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５のいずれかであ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。
- 金属酸化物膜が、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１〜３のいずれかに記載の電気素子パッケージ。
- 金属酸化物膜が、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１〜３のいずれかに記載の電気素子パッケージ。
- ガラスフリットが、ＳｎＯ含有ガラス粉末を含む無機粉末 ８０〜９９．９５質量％と、顔料 ０．０５〜２０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。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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