JP2012505827A - アンチモンを含まないガラス、アンチモンを含まないフリット、およびフリットで緊密に封止されたガラスパッケージ - Google Patents

アンチモンを含まないガラス、アンチモンを含まないフリット、およびフリットで緊密に封止されたガラスパッケージ Download PDF

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Abstract

緊密に封止されたガラスパッケージを製造するためのフリットに使用するのに適した、アンチモンを含まないガラスについて記載される。ＯＬＥＤディスプレイ装置などの緊密に封止されたガラスパッケージは、第１のガラス基板プレートおよび第２のガラス基板プレートを提供し、アンチモンを含まないフリットを前記第１の基板プレート上に積層することによって製造される。ＯＬＥＤは、前記第２のガラス基板プレート上に積層されうる。次に、照射源（例えば、レーザー、赤外線）を用いて、第１のガラス基板プレートを第２のガラス基板プレートに接続し、ＯＬＥＤを保護するための緊密封止を溶融および形成するフリットを加熱する。アンチモンを含まないガラスは、優れた耐水性、良好な流れ、低いガラス転移温度および低い熱膨張率を有する。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００８年１０月２０日に出願した米国仮特許出願第６１／１０６，７３０号の米国特許法３５ Ｕ.Ｓ.Ｃ.§１１９（ｅ）に基づく利益を主張し、その内容は、参照することにより全体が本明細書に援用される。
本発明は、アンチモンを含まないガラス、そのガラスで作られたフリット、および周囲環境に感応性の薄膜デバイスの保護に適したフリットで封止された、緊密封止ガラスパッケージに関する。このようなデバイスの幾つかの例として、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、センサー、光起電装置および他の光学素子が挙げられる。本発明は、例としてＯＬＥＤディスプレイを用いて、例証される。
ＯＬＥＤは、非常にさまざまなエレクトロルミネセント素子における使用および使用可能性の理由から、ここ数年、高額研究の対象となっており、商品化に至っている。例えば、単一のＯＬＥＤは離散性の発光素子に使用することができ、あるいは、数多くのＯＬＥＤは照明用途またはフラットパネルディスプレイ用途（例えば、ＯＬＥＤディスプレイ）に使用ことができる。ＯＬＥＤディスプレイは非常に明るく、良好な色の対比および広視野角を有することが知られている。しかしながら、ＯＬＥＤディスプレイ、特に、そこに配置される電極および有機層は、周囲環境からＯＬＥＤディスプレイ内への酸素および水分の漏出との相互作用に起因する分解の影響を受けやすい。ＯＬＥＤディスプレイの寿命は、ＯＬＥＤディスプレイ内の電極および有機層が周囲環境から緊密に封止されている場合には、大幅に延長しうることは周知の事実である。残念ながら、これまで、ＯＬＥＤディスプレイを緊密に封止するための封止方法の開発は非常に困難であった。ＯＬＥＤディスプレイを適切に封止することを困難にする要因の一部を以下に簡潔に記載する：
・緊密封止は、酸素（１０-3ｃｃ／ｍ2／日）および水（１０-6ｇ／ｍ2／日）に対する障壁を提供しなければならない。
・緊密封止の寸法は、ＯＬＥＤディスプレイの寸法に悪影響を与えないように、最小（例えば＜２ｍｍ）でなければならない。
・封止工程の間に発生する温度は、ＯＬＥＤディスプレイ内の材料（例えば、電極および有機層）に損傷を与えてはならない。例えば、ＯＬＥＤディスプレイの封止から約１〜２ｍｍのところに位置しているＯＬＥＤの第１の画素は、 封止工程の間に１００℃より高温に加熱されるべきではない。
・封止工程の間に放出される気体は、ＯＬＥＤディスプレイ内の材料を汚染すべきではない。
・緊密封止は、ＯＬＥＤディスプレイに挿入される電気的接続（例えば、薄膜クロム）を可能にすべきである。
現在、ＯＬＥＤディスプレイを封止する方法の１つは、封止を形成するさまざまな種類のエポキシ、無機材料、および／または有機材料を、紫外線で硬化してから使用することである。例えば、一部の封止では、無機材料と有機材料が交互に重なった層を用いてＯＬＥＤディスプレイを封止することが可能な、複合材料系の方法を使用する。これらのタイプの封止は、通常、良好な機械的強度を提供するが、それらは非常に高価であり、ＯＬＥＤディスプレイ内への酸素および水分の拡散の防止に失敗した多くの事例が存在する。ＯＬＥＤディスプレイを封止する別の一般的な方法は、金属溶接またははんだ付けを利用することである。しかしながら、得られた封止は、ＯＬＥＤディスプレイにおけるガラスプレートと金属の熱膨張率（ＣＴＥ）が実質的に異なることから、幅広い温度において耐久性ではない。
最近は、封入される装置に優れた気密性を提供するガラスパッケージにおいて、ガラス基板プレートを封止するために、ガラス系のフリットが用いられている。しかし、これらのフリットの多くは、環境危険をもたらすアンチモンなどの有毒元素を含む。アンチモンを含まない、低い熱膨張率（ＣＴＥ）を有する、電子機器（例えばディスプレイ型の用途の）などのガラスパッケージを緊密に封止するための適切なガラス系のフリットが必要とされている。
本発明は、緊密に封止されたＯＬＥＤディスプレイおよび、緊密に封止されたＯＬＥＤディスプレイを製造する方法を含む。基本的に、緊密に封止されたＯＬＥＤディスプレイは、第１のガラス基板プレートと第２のガラス基板プレートを提供し、フリットを第２のガラス基板プレート上に積層することによって製造される。ＯＬＥＤの製造に用いられる材料などの有機材料を、第１の基板プレート上に積層して差し支えない。その後、照射源（例えば、レーザー、赤外線）を用いて、
第１のガラス基板プレートを第２のガラス基板プレートに接続し、ＯＬＥＤを保護するための緊密封止を溶融および形成するフリットを加熱する。フリットは、照射源がフリットを加熱する際にフリットを軟化して結合を形成するように、バナジウムおよび場合によりＣＴＥを低下させる充填剤を含み、かつ、アンチモンを含まないガラスである。これにより、フリットを溶融して緊密封止を形成することができるようになると共に、ＯＬＥＤに対する熱的損傷を回避する。リン酸バナジウムのフリットは、例えば、まさに記載したタイプのガラスパッケージ、特にアンチモンを含有するリン酸バナジウム・フリットのガラスパッケージを封止するのに特に適していることが証明されている。これらのフリットは非常に安定であり、高い光学吸収を表し、優れた機械的耐性および耐水性を有する。残念ながら、アンチモンは有毒元素であり、フリットの他の有益な特性に悪影響を及ぼさないアンチモンの代替物を見出すための努力がなされてきた。
最後には、酸化アンチモンを、流れおよびガラス転移温度（Ｔg）を維持するためのＺｎＯの微量添加を伴ったＦｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2の組合せで代替することによって、Ｓｂ−リン酸バナジウム・フリットの優れた耐水性能が、Ｓｂ2Ｏ3を用いずに維持された。Ｆｅ2Ｏ3の存在は、耐性の改善に最大の効果を有することが見出された。しかしながら、Ｆｅ2Ｏ3の存在はＴgを上昇させ、したがって、封止の間にフリットの流れを悪化させる。加えて、高いＦｅ2Ｏ3レベルを有するフリット（約２５モル％以上）は、酸化に不安定な傾向にあり、同一のスケジュール（４２５℃、Ｎ2中）で焼成した繰り返しサンプルは異なる色（茶または黒）を呈し、流れの程度に著しい差異を生じた。ＴｉＯ2単独では、実際、耐水性をある程度低下させたが、（Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2）の組合せは、高い耐水性および低いＴg（≦４００℃）の両方を有するレーザー封止可能なフリットをもたらすという観点において、理想的な組合せであることが判明した。
ガラスを９０℃の蒸留水に曝露するラボベンチ試験、ならびにレーザー封止したサンプルの８５℃／８５％の相対湿度（ＲＨ）環境チャンバ試験は、両方とも、Ｆｅ2Ｏ3−ＴｉＯ2−ＺｎＯ−Ｖ2Ｏ5−Ｐ2Ｏ5システムに基づいたフリットが、高い湿度条件に長時間（≧１０００時間）耐えるであろうレーザー封止の後に、緊密封止を形成することができることを示唆している。Ｓｂ2Ｏ3の（Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2）置換の結果は、予想外にも、Ｔgの微量の上昇（３５５℃から３７０℃へ）とともに、ベースフリットガラスのＣＴＥが、約半分に（７０〜８０×１０-7／℃から３５〜４５×１０-7／℃まで）低下した。典型的には、Ｔgが低いガラスおよびフリットは、１００〜１５０×１０-7／℃の範囲のＣＴＥ値を有する。４０×１０-7／℃に近いＣＴＥ値を有するフリットは、β−ユークリプタイトなどの充填剤を添加することで、溶融シリカおよび、Ｋｏｖａｒ（商標）などの他の低ＣＴＥ基板を封止する可能性を有する。
１つの実施の形態では、
Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
ＺｎＯ （０〜１０モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
ＴｉＯ2 （＞０％および＜２５モル％）
を含む、アンチモンを含まないガラスが開示され、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は２０モル％〜３５モル％の範囲にある。
別の実施の形態では、前記アンチモンを含まないガラスは、
Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
ＺｎＯ （５〜１０モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
ＴｉＯ2 （＞０％および＜２５モル％）
を含み、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は２０モル％〜３５モル％の範囲にある。
さらに別の実施の形態では、次の組成：
Ｖ2Ｏ5 （４０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （２０モル％）
ＺｎＯ （５モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
を有するアンチモンを含まないガラスが記載され、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は３５モル％である。
別の実施の形態では、
Ｖ2Ｏ5 （５０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （２０モル％）
ＺｎＯ （１０モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞１０モル％および≦１５モル％）
ＴｉＯ2 （＞５モル％および≦１０モル％）
を含む、アンチモンを含まないガラスが開示され、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は２０モル％である。
アンチモンを含まないガラスは、Ｔg≦４００℃および３５×１０-7／℃〜４５×１０-7／℃の範囲のＣＴＥを有することが好ましい。アンチモンを含まないガラスは、例えば、ガラス・フリットおよび、随意的に、β−ユークリプタイトなどのＣＴＥを低下させる充填剤を含んでいてもよい。
さらに別の実施の形態では、
Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
ＺｎＯ （０〜１０モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および≦２０モル％）
ＴｉＯ2 （＞０％および≦２０モル％）
からなる、アンチモンを含まないガラスが開示され、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は２０モル％〜３５モル％の範囲にある。
別の実施の形態では、
Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
ＺｎＯ （５〜１０モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および≦２０モル％）
ＴｉＯ2 （＞０ ％および≦２０モル％）
を含む、アンチモンを含まないガラスが開示され、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は２０モル％〜３５モル％の範囲にある。
さらに別の実施の形態では、ガラスパッケージは、
第１のガラスプレートと、
第２のガラスプレートと、
第１のガラスプレートを第２のガラスプレートに接続し、その間に緊密封止を形成するフリットと、
を備えており、
前記フリットはアンチモンを含まないガラスを含み、
前記アンチモンを含まないガラスは：
Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
ＺｎＯ （０〜１０モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
を含み、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は２０モル％〜３５モル％の範囲にある。
アンチモンを含まないガラス・フリットは、代わりに：
Ｖ2Ｏ5 （４０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （２０モル％）
ＺｎＯ （５モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
を含んでもよく、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は３５モル％である。
他の実施の形態では、アンチモンを含まないガラス・フリットは：
Ｖ2Ｏ5 （５０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （２０モル％）
ＺｎＯ （１０モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞１０モル％および≦１５モル％）
ＴｉＯ2 （＞５モル％および≦１０モル％）
を含んで差し支えなく、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は２０モル％である。
一部の実施の形態では、アンチモンを含まないガラス・フリットは：
Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
ＺｎＯ （５〜１０モル％）
Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
を含み、ここで、ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3は２０モル％〜３５モル％の範囲にある。
フリットを含むアンチモンを含まないガラスはＴg≦４００℃を有することが好ましい。アンチモンを含まないガラス・フリットは、３５×１０-7／℃〜４５×１０-7／℃の範囲のＣＴＥを有することが好ましい。フリットは、随意的に、ＣＴＥを低下させる充填剤を含んでいてもよい。
一部の実施の形態では、ガラスパッケージは、有機材料、例えば、第１のガラスプレートと第２のガラスプレートの間に積層された有機発光ダイオードを含む有機材料などを、さらに含みうる。
添付の図面に関連して、多少なりとも限定を暗示することなく与えられる、次の説明的記述の過程において、本発明がさらに容易に理解され、その他の目的、特徴、詳細および利点が、さらにはっきりと明らかになるであろう。これら追加のシステム、方法、特性、および利点のすべてが、本説明内に含まれ、本発明の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。
本発明の実施の形態に従ったフリットを使用した、典型的なＯＬＥＤ装置の封止の断面図。 モル％における、本発明の実施の形態に従ったＳｂを含有しないフリット中のＴｉＯ2のＦｅ2Ｏ3置換の関数としての熱膨張率（ＣＴＥ）のプロット。ここで、Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2は２０モル％〜３５モル％である。 加熱および冷却条件下における、本発明の実施の形態に従ったＳｂを含有しないフリットおよびＳｂを含有するフリットの温度の関数としてのＣＴＥを比較したプロット。
次の詳細な説明では、限定ではなく説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するため、具体的詳細を開示する例となる実施の形態が記載される。しかしながら、本開示の利益を有している当業者とって、本発明が、本明細書に開示される具体的詳細から逸脱することなく、他の実施の形態で実施されうることは明白であろう。さらには、周知の装置、方法、および材料についての記載は、本発明の説明が不明瞭にならないように、省かれる場合がある。最後に、適用可能な場合には、類似の参照番号は、類似の構成要素を指す。
図１は、緊密に封止されたＯＬＥＤディスプレイ１０の基本的構成要素の封止を例証する側面の断面図を表している。ＯＬＥＤディスプレイ１０は、第１のガラス基板プレート１２、１つ以上のＯＬＥＤ１４、フリット１６および第２のガラス基板プレート１８の多層の積み重ねを含む。ＯＬＥＤディスプレイ１０は、第１のガラス基板プレート１２と第２のガラス基板プレート１８の間に位置するＯＬＥＤ１４を保護する、フリット１６で形成された緊密封止２０を備えている。緊密封止２０は、典型的には、ＯＬＥＤディスプレイ１０の周囲に位置する。ＯＬＥＤ１４は、緊密封止２０の周囲の内側に位置する。フリット１６の組成、さらに具体的にはガラス・フリット１６の組成、ならびに、フリット１６から緊密封止２０を形成する方法について、以下にさらに詳細に記載する。
１つの実施の形態では、第１および第２の基板プレート１２および１８は、透明なガラスプレートである。フリット１６は、第２のガラス基板プレート１８のエッジに沿って積層される。例えば、フリット１６は、第２のガラス基板プレート１８の自由縁から約１ｍｍのところに位置していて差し支えない。好ましい実施の形態では、フリット１６は、フリットの光学的吸収を増進するためにバナジウムを含む、低温のアンチモンを含まないガラス・フリットである。フリット１６には、２枚のガラス基板プレート１２および１８のＣＴＥに適合または実質的に適合するように、フリットの熱膨張率（ＣＴＥ）を降下させるためのβ−ユークリプタイトなどの充填剤を含めてもよい。
ＯＬＥＤ１４および他の電気回路は、第２のガラス基板プレート１８上に積層される。典型的なＯＬＥＤ１４は、陽極電極、１つ以上の有機層、および陰極電極を備える。しかしながら、他の環境に敏感な構成要素も、第２のガラス基板プレート１８上に積層できることは、容易に認識されよう。
随意的に、フリット１６は、封止ガラス基板１２および１８を合わせる前に、第１のガラス基板プレート１２にあらかじめ焼結することができる。この目的達成のため、積層されたフリット１６を備えた第１の基板プレート１２を加熱炉またはオーブンで加熱して、第１のガラス基板プレート１２に付着するようにする。
次に、第１および第２のガラス基板プレート１２，１８を、フリット１６およびそれらの間に配置される１つ以上のＯＬＥＤと結合し、フリット１６が、第１の基板プレート１２を第２の基板プレート１８に接続させて結合する緊密封止２０を形成するように、フリット１６を、照射源２２（例えばレーザーまたは赤外線ランプ）で照射する。緊密封止１８は、周囲環境の酸素および水分がＯＬＥＤディスプレイ１０内に入るのを防ぐことにより、ＯＬＥＤ１４を保護する。
当然ながら、照射波長は、特定のフリット１６にとって高い吸収波長帯内にあるべきである。例えば、イッテルビウム（９００ｎｍ＜λ＜１２００ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧ（λ＝１０６４ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＬＯ（λ＝１.０８μｍ）、およびエルビウム（λ≒１．５μｍ）のＣＷレーザーを、特定のフリット１６およびガラス基板プレート１２，１８の光学的特性に応じて、使用することができる。
ＰｂＯフリットは良好な流れおよび接着性を有することから、最も一般的な低温の封止フリットはＰｂＯ系であることに留意されたい。しかしながら、本明細書に開示されるアンチモンを含まないフリットは、ＰｂＯ系のフリットより低いＣＴＥを有するのみならず、付着性に関して、従来のＰｂ系のフリットに匹敵する良好な耐水性も有する。
加えて、良好な封止フリットにおけるＰ2Ｏ5が果たす役割は重要であるが、Ｐ2Ｏ5は安定なガラスを形成可能にするため、レーザー封止および封止後性能の観点から、Ｓｂ2Ｏ3およびＶ2Ｏ5の影響は無視すべきではない。以前の試験では、Ｓｂを含まない、Ｚｎ系のリン酸バナジウム・フリットでできた封止は６０℃／４０％のＲＨの比較的穏やかな環境で耐えられるだけであるのに対し、Ｓｂ−Ｚｎ混合のリン酸バナジウム・フリットでできた封止は、壊れる前に、６０℃／８５％のＲＨに耐えた。逆に、Ｓｂ−リン酸バナジウム・フリットのみでできた封止は、８５℃／８５％のＲＨの曝露に耐えた。 しかしながら、Ｓｂ2Ｏ3が耐水性の改善に果たす役割にもかかわらず、潜在顧客からのフィードバックでは、Ｓｂ2Ｏ3の存在に関する懸念は一貫して上昇している。よって、最近は、有毒元素に留意した、環境にやさしい封止フリットに適したガラスの開発に重点が置かれている。
Ｓｂ2Ｏ3を含まない組成についての取り組みは、最初に、三成分系（２０モル％のＳｂ2Ｏ3−５０モル％のＶ2Ｏ5−３０モル％のＰ2Ｏ5）の基本的なＯＬＥＤ装置の封止フリット組成を表すことから開始し、組成を２成分のＳｂ2Ｏ3を含まないシステム（５０モル％Ｖ2Ｏ5 −３０Ｐ2Ｏ5、４５モル％Ｖ2Ｏ5−３０モル％Ｐ2Ｏ5、または４０モル％Ｖ2Ｏ5−２０モル％Ｐ2Ｏ5のいずれか）に単純化し、耐水性、流れ、ガラス転移温度（Ｔg）、およびレーザー封止性の観点から残る成分を特定した。候補となるフリット組成の耐水性、レーザー封止性、および流れは、Ｓｂ2Ｏ3含有対照サンプルと比較できることが必要とされたが、Ｔgの要件は緩和され、Ｔgが４００℃以下でなければならないという基準を有していた（Ｔg＞４００℃のフリットでは、その後の工程で取り扱い可能なＯＬＥＤフリットを予備焼結する工程の間に、十分に流動性である可能性が低い）。アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）の潜在的な代替物として次の酸化物を調査した：ＷＯ3、ＭｏＯ3、ＴｅＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、およびＴｉＯ2。ＺｎＯ−Ｖ2Ｏ5−Ｐ2Ｏ5のフリットで得られた耐性不良の結果を考慮すれば、ＺｎＯは、Ｔgを低下させ、流れを維持するための微量の構成要素（５〜１０％）に過ぎないと考えられたが、ＺｎＯについても調査した。選択されたさまざまな酸化物は、それらがＶ2Ｏ5を含む安定な二成分ガラスを形成したことから、選択された。
調査される組成物のすべてを溶融し、ガラスパテとして注ぎ、その後、ボールミルで粉砕して微粒子フリット（典型的にはｄ50＝３〜５μｍを有する）を形成した。さまざまな組成物をスクリーニングするための重要なベンチ試験は、さまざまなフリットのフローボタン（流動特性を測定するためのボタン形状の小片）を調製および焼成し、それらの耐水性を評価することであった。フローボタンは、４００〜４５０℃に至るまで（Ｔgおよび結晶化傾向に応じて決まる）Ｎ2下で焼成した。焼成後、フローボタンを９０℃の脱イオン水に４８時間浸漬し、それらの耐水性を評価した。ＯＬＥＤフリットの対照サンプル（Ｄ１のベースガラス、または、ベースガラスとβ−ユークリプタイト充填剤との７０：３０の混合物のいずれか）も各評価に含めた。調査したＳｂ2Ｏ3の代替可能性のうち（上記参照）、ＴｉＯ2およびＦｅ2Ｏ3のみが有望と思われた。
ＷＯ3、ＭｏＯ3、ＷＯ3＋ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3、およびＴｅＯ2を第３の成分として用いた、５０モル％Ｖ2Ｏ5−３０モル％Ｐ2Ｏ5の組成シリーズの結果を表１および２に記載する。標準ＯＬＥＤベースガラスであるＤ１のデータも、比較標準として示した。すべての組成（モル％で表す）を、注入成形したガラスの品質、ＤＳＣによるガラス転移温度（Ｔg）、手でペレットの形状に押圧し、４００℃で１時間、Ｎ2下で焼成した３μｍの粉末（「フローボタン」）の流れおよび易焼結性、および、上述の耐水性のベンチ試験における耐水性（焼成したフローボタン・サンプルの上澄みの色によって判断した；色が濃くなるほど、サンプルの耐性は低下する）について評価した。表１および２に記載される潜在的Ｓｂ2Ｏ3代替物のいずれも、Ｓｂ2Ｏ3含有対照が示すような許容されるレベルのガラス品質、Ｔg、流れ、および耐水性（９０℃の脱イオンＨ2Ｏで４８時間後、上澄みの外観によって判断した）を生じなかったことに注目されたい。
Figure 2012505827
Figure 2012505827
Ｓｂ2Ｏ3をＦｅ2Ｏ3および／またはＴｉＯ2で代替することによって、Ｓｂ2Ｏ3を含まないリン酸バナジウム・フリットについてのさらに肯定的な結果が得られた（表３および４参照）。すべての組成はモル％で表される。Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2の幾つかの組合せは、注入時に良好なガラスを生じた。Ｄ８などの高ＴｉＯ2ガラス（すなわち≧２５％）は、許容されるＴgおよび流動特性を有していたが、耐水性不良を示した。Ｄ７およびＤ１１などの高Ｆｅ2Ｏ3ガラス（すなわち≧２５または３０％）は、実質的な表面失透でも分かるように、注入時に不良なガラスを生じる傾向にあった。安定性が比較的乏しい（注入時にパテに形成された大量の表面失透によって示唆されている）これらのガラスは、結果として、フリットとしての流れが乏しくなる。それらはまた、酸化状態に関して不安定になる傾向があり、同一ロットの粉末から得られた焼成したフローボタンは、同一の焼成条件の後に、黒色（還元された）または赤色（酸化された）のいずれかが交互に現れた。比較的高いＦｅ2Ｏ3およびＴｉＯ2レベルを有するガラスＤ１４も表４に含まれているが、１０モル％のＺｎＯが、Ｆｅ2Ｏ3から期待されるＴgの上昇を低下させた。高いＦｅ2Ｏ3レベルを適合させるための第２の試みは、Ｖ2Ｏ5含量を増大させることであることに注目されたい。しかしながら、Ｄ９およびＤ１０に見られるように、より高いＶ2Ｏ5含量では、耐水性は不良であった。
Figure 2012505827
Figure 2012505827
２５モルパーセント以上のＰ2Ｏ5レベルを有する表３および４の試験サンプルは性能が悪かったが、２５モル％未満のＰ2Ｏ5レベルのものは上手く使用できると予測されることにも注目されたい。１０％のＺｎＯを用いたＦｅ2Ｏ3およびＴｉＯ2溶融物の第２のセットの結果を表５にまとめる。すべての組成はモル％で表されている。最初のシリーズに関しては、Ｆｅ2Ｏ3は優れた耐水性に寄与することから（高いＴgおよび４００℃におけるフリットの焼結の低下という代償を払ったが）、Ｆｅ2Ｏ3およびＴｉＯ2のいくつかの組合せは好ましく、ＴｉＯ2は、結果的に、より低いＴgおよび改善された流れを生じた（しかしながら、耐水性は犠牲になった）。
Figure 2012505827
ＺｎＯを５モル％に維持しつつ、追加の一連の溶融物を、より高レベルの［Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2］で製造した（下記表６および７参照）。すべての組成はモル％で表されている。高Ｆｅ2Ｏ3ガラスのより高いＴgを提供するために、流れを、以前に用いた４００℃ではなく、４２５℃で評価したことに留意されたい。
Figure 2012505827
Figure 2012505827
表１、２および３、４に示すこれまでの結果に見られるように、２０モル％よりそれほど高くないＦｅ2Ｏ3レベル（例えば約２５モル％）では、４００〜４２５℃での焼結の間に、高いＴg、乏しい安定性、および許容できない流れを有するフリットを生じる結果となった。同様に、２０モル％よりそれほど高くないＴｉＯ2（例えば約２５％）では、許容されるＴg、流れ、および安定性を有するが、許容できない耐水性を有するフリットを生じる結果となった。約１０〜２５モル％未満の範囲のＦｅ2Ｏ3レベル、および約１５〜２５モル％未満の範囲のＴｉＯ2レベル（５〜１０モル％のＺｎＯ）を有するフリットは、許容される流れ、Ｔg、およびガラス安定性と共に、優れた耐水性を兼ね備える。
（Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2＋ＺｎＯ）Ｓｂ2Ｏ3を含まないＶ2Ｏ5−Ｐ2Ｏ5 フリットの耐水性は、Ｓｂ2Ｏ3を含有する標準組成に匹敵するか、またはそれよりわずかに優れていることが分かった。Ｓｂ2Ｏ3を含まない実験における予想外の結果は、Ｆｅ2Ｏ3 レベルが高くなると、（Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2＋ＺｎＯ）フリットの熱膨張率（ＣＴＥ）が著しく低くなることである。添付の図２に示されているのは、表３、４および５に記載される組成を有する、焼結したフリットのＣＴＥデータである。データは、表３、４の２０モル％の（Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2）のシリーズ（曲線１２０）および表５の３５モル％の（Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2）のシリーズ（曲線１２２）のすべての焼結可能なフリットについて、提示されている。焼結したフリット・バーのＣＴＥデータは、Ｆｅ2Ｏ3レベルの関数としてプロットされており、各シリーズにおいて、最大２０モル％のＦｅ2Ｏ3は、良好な易焼結性および酸化安定性を有するフリットを達成するための明らかな上限値である。ＣＴＥ値は、０モル％Ｆｅ2Ｏ3／最大ＴｉＯ2（それぞれ２０および３５モル％）で最も高く、本質的にはＦｅ2Ｏ3レベルの上昇によらず６０〜６５×１０-7／℃で一定になり、Ｆｅ2Ｏ3＞１５モル％で実質的に低下し（それぞれ５モル％および２０モル％のＴｉＯ2）、１７．５〜２０モル％のＦｅ2Ｏ3で約４０×１０-7／℃の値に達することに注目されたい。比較すると、Ｓｂ2Ｏ3含有ベースフリットのＣＴＥは、約７０〜８０×１０-7／℃である。
Ｓｂ2Ｏ3を含むフリットとＳｂ2Ｏ3を含まないフリットのＣＴＥのさらなる直接比較を図３に示す。図３には、加熱および冷却条件下のＤ１のＣＴＥ曲線（それぞれ曲線１２４および１２６）および加熱および冷却条件下のＤ２９（Ｄ２４の再溶融、表７）のＣＴＥ曲線（それぞれ曲線１２８および１３０）がプロットされている。充填剤を含まない（unfilled）フリットの約４０×１０-7／℃のＣＴＥ値を用いて、このフリットのＣＴＥ値を、β−ユークリプタイトなどの充填剤の添加によって、溶融シリカのＣＴＥ値に近づくように低下させることができる。
Ｓｂを含まないフリットについての実験室規模の耐水性の結果は、レーザー封止したサンプルの８５℃／８５％のＲＨへの曝露を含む、大規模の封止試験において裏付けられた。標準ＯＬＥＤフリット（Ｄ１、表１；低ＣＴＥ充填剤β−ユークリプタイトと７０：３０で混合して使用）と、Ｓｂを含まないフリット（Ｄ２９、Ｄ２４の再溶融、表７；低ＣＴＥ充填剤β−水晶と８０：２０重量で混合して使用）の実験および比較の結果を表８に示す。各フリット混合物をペーストにして、数枚のＥＡＧＬＥXGディスプレイガラスに施し、予備焼結し（Ｓｂ含有標準、３２５℃で２時間、空気＋４００℃で１時間、Ｎ2；Ｓｂ非含有、３２５℃で２時間、空気＋４２５℃で１時間、Ｎ2）、ＥＡＧＬＥXGのシートに封止し、８５℃／８５％の相対湿度環境チャンバに入れ、次いで、封止の漏れおよびＣａ金属の破損の証拠について定期的に観察した。合計で、１枚あたり９列の封止したＣａ金属製タブを備えた、３枚のＳｂを含有する対照の組成および７枚のアンチモンを含まない組成が研究に含まれていた。表８に見られるように、Ｓｂ対照フリットおよびＳｂを含まないフリットの両方について、幾つかの列が、封止直後または８５℃／８５％のＲＨチャンバに入れて１００時間以内に破損した；これらの不具合は、おそらくは、各フリットに不規則に存在する汚染などの肉眼的（gross）欠陥に関するものであった。しかしながら、９６時間後、Ｓｂ対照フリットまたはＳｂ非含有フリットの封止には、さらなる欠陥は見られなかった。
Figure 2012505827
要約すれば、流れおよびガラス転移温度（Ｔg）を維持するためにＺｎＯを微量添加するとともに、Ｓｂ2Ｏ3を用いずに、酸化アンチモンをＦｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2の組合せと置換することによって、Ｓｂ−リン酸バナジウム・フリットの優れた耐水性能が維持された。Ｆｅ2Ｏ3の存在が、耐性の改善に最大の効果を有することが見出された。しかしながら、大量では、Ｔgを上昇させ、封止の間にフリットの流れを悪化させる。加えて、高いＦｅ2Ｏ3レベル（約２５モル％以上）を有するフリットは、酸化に不安定な傾向にあり、サンプルの同一のスケジュール（Ｎ2下、４２５℃）での繰り返し焼成によって異なる色（茶または黒）を示し、流れの程度に著しい差異を示した。ＴｉＯ2は、単独で添加した場合には、実際に、耐水性をある程度低下させたが、（Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2）の組合せは、高い耐水性および低いＴg（≦４００℃）の両方を有するレーザー封止可能なフリットをもたらすという観点からすれば、理想的な組合せのように見えた。
レーザー封止したサンプルの９０℃の蒸留水におけるラボベンチ試験ならびに８５℃／８５％の相対湿度（ＲＨ）環境チャンバ試験は、両方とも、Ｆｅ2Ｏ3−ＴｉＯ2−ＺｎＯ−Ｖ2Ｏ5−Ｐ2Ｏ5システムに基づいたフリットが、高い湿度条件に長時間（≧１０００時間）耐える、レーザー封止の後の緊密封止を形成することができることを示唆している。Ｓｂ2Ｏ3を（Ｆｅ2Ｏ3＋ＴｉＯ2）で置換することによる予想外の結果は、充填剤を用いない、Ｓｂを含まないフリットのＣＴＥが、Ｔgの少しの上昇（３５５℃から３７０℃まで）を伴って、約半分（７０〜８０×１０-7／℃から３５〜４５×１０-7／℃まで）に低下したことであった。４０×１０-7／℃に近いＣＴＥ値を有するフリットは、β−ユークリプタイトなどの充填剤の添加を用いて、溶融シリカ基板およびＫｏｖａｒ（商標）などの他の低いＣＴＥ基板を封止できる可能性を有する。
添付の図面および前述の詳細な説明において、幾つかの本発明の実施の形態を例証してきたが、本発明は、開示される実施の形態には限定されず、添付の特許請求の範囲に記載され、定義される本発明精神から逸脱することなく、多くの再配置、変更、および置換が可能であることが理解されるべきである。

Claims (10)

  1. アンチモンを含まないガラスであって、次の組成：
    Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
    Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
    ＺｎＯ （０〜１０モル％）
    Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
    ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
    を有し、
    ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3が２０モル％〜３５モル％の範囲にあることを特徴とする、ガラス。
  2. 前記ガラスが次の組成：
    Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
    Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
    ＺｎＯ （５〜１０モル％）
    Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
    ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
    を有し、
    ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3が２０モル％〜３５モル％の範囲にあることを特徴とする、請求項１記載のアンチモンを含まないガラス。
  3. 前記ガラスが次の組成：
    Ｖ2Ｏ5 （４０モル％）
    Ｐ2Ｏ5 （２０モル％）
    ＺｎＯ （５モル％）
    Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
    ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
    を有し、
    ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3が３５モル％であることを特徴とする、請求項１記載のアンチモンを含まないガラス。
  4. 前記ガラスが次の組成：
    Ｖ2Ｏ5 （５０モル％）
    Ｐ2Ｏ5 （２０モル％）
    ＺｎＯ （１０モル％）
    Ｆｅ2Ｏ3 （＞１０モル％および≦１５モル％）
    ＴｉＯ2 （＞５モル％および≦１０モル％）
    を有し、
    ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3が２０モル％であることを特徴とする、請求項１記載のアンチモンを含まないガラス。
  5. ガラス・フリットを含むことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のアンチモンを含まないガラス。
  6. 第１のガラスプレート、
    第２のガラスプレート、および
    前記第１のガラスプレートを前記第２のガラスプレートに接続し、それらの間に緊密封止を形成するフリット
    を備えた、ガラスパッケージであって、
    前記フリットが、アンチモンを含まないガラスを含み、
    前記アンチモンを含まないガラスが、
    Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
    Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
    ＺｎＯ （０〜１０モル％）
    Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
    ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
    を含み、
    ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3が２０モル％〜３５モル％の範囲にある、
    ガラスパッケージ。
  7. 前記アンチモンを含まないガラスが、
    Ｖ2Ｏ5 （４０モル％）
    Ｐ2Ｏ5 （２０モル％）
    ＺｎＯ （５モル％）
    Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
    ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
    を含み、
    ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3が３５モル％であることを特徴とする、請求項６記載のガラスパッケージ。
  8. 前記アンチモンを含まないガラスが、
    Ｖ2Ｏ5 （５０モル％）
    Ｐ2Ｏ5 （２０モル％）
    ＺｎＯ （１０モル％）
    Ｆｅ2Ｏ3 （＞１０モル％および≦１５モル％）
    ＴｉＯ2 （＞５モル％および≦１０モル％）
    を含み、
    ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3が２０モル％であることを特徴とする、請求項６記載のガラスパッケージ。
  9. 前記アンチモンを含まないガラスが、
    Ｖ2Ｏ5 （４０〜５０モル％）
    Ｐ2Ｏ5 （≧２０モル％および＜２５モル％）
    ＺｎＯ （５〜１０モル％）
    Ｆｅ2Ｏ3 （＞０モル％および＜２５モル％）
    ＴｉＯ2 （＞０モル％および＜２５モル％）
    を含み、
    ＴｉＯ2＋Ｆｅ2Ｏ3が２０モル％〜３５モル％の範囲にあることを特徴とする、請求項６記載のガラスパッケージ。
  10. 前記アンチモンを含まないガラスが、３５×１０-7／℃〜４５×１０-7／℃の範囲のＣＴＥを有することを特徴とする請求項６〜９いずれか１項記載のガラスパッケージ。
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