JP2013249210A - 複合封着材料 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガラス基板間のギャップ拡大が容易であり、そのギャップを均一化し易く、しかもガラス基板間を気密封着し得る材料を創案することにより、大型、薄型の有機ＥＬディスプレイや非シリコン型太陽電池等の信頼性を確保すること。
【解決手段】本発明の複合封着材料は、ガラスフィルムの何れかの表面に封着材料層が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合封着材料に関し、具体的にはレーザーによる封着処理（以下、レーザー封着）に好適な複合封着材料に関する。
近年、有機ＥＬディスプレイ等の有機ＥＬデバイスの開発が鋭意行われている。また、色素増感型太陽電池、薄膜化合物太陽電池等の非シリコン型太陽電池の開発も鋭意行われている。
有機ＥＬディスプレイは、直流電圧で駆動できるため駆動回路を簡略化できると共に、液晶ディスプレイとは異なり、視野角依存性がなく、また自己発光のため明るく、更には応答速度が速い等の利点がある。現在、有機ＥＬディスプレイは、主に携帯電話等の小型携帯機器に利用されているが、今後は超薄型テレビへの応用が期待されている。なお、有機ＥＬディスプレイは、液晶ディスプレイと同様にして、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のアクティブ素子を各画素に配置して、駆動させる方式が主流である。
有機ＥＬディスプレイは、２枚のガラス基板、金属等の陰電極、有機発光層、ＩＴＯ等の陽電極、接着材料等で構成される。従来、接着材料として、低温硬化性を有するエポキシ樹脂、或いは紫外線硬化樹脂等の有機樹脂系接着材料が使用されてきた。しかし、有機樹脂系接着材料では、気体の侵入を完全に遮断できない。このため、有機樹脂系接着材料を用いると、有機ＥＬディスプレイ内部の気密性を保持することができず、これに起因して、耐水性が低い有機発光層が劣化し易くなって、有機ＥＬディスプレイの表示特性が経時的に劣化するという不具合が生じていた。また、有機樹脂系接着材料は、ガラス基板同士を低温で接着できる利点を有するものの、耐水性が低いため、有機ＥＬディスプレイを長期に亘って使用した場合に、ディスプレイの信頼性が低下し易くなる。
また、色素増感型太陽電池は、透明導電膜が形成されたガラス基板と、このガラス基板に形成された多孔質酸化物半導体層（主にＴｉＯ２層）からなる多孔質酸化物半導体電極と、その多孔質酸化物半導体電極に吸着されたＲｕ色素等の色素と、ヨウ素を含むヨウ素電解液と、触媒膜と透明導電膜が形成されたガラス基板等により構成される。
従来の色素増感型太陽電池は、一対のガラス基板の外周縁を有機樹脂系接着材料で接着した構造を有している。しかし、有機樹脂系接着材料を用いると、有機樹脂系接着材料がヨウ素電解液に侵食されて、色素増感型太陽電池からヨウ素電解液が漏洩し、電池特性が大幅に低下する虞がある。
また、薄膜化合物太陽電池、例えばＣＩＧＳ系太陽電池では、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅからなるカルコパイライト型化合物半導体、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２が光電変換膜としてガラス基板上に形成される。これらの非シリコン型太陽電池は、一対のガラス基板に挟まれた構造を有している。
従来の薄膜化合物太陽電池は、一対のガラス基板の外周縁を有機樹脂系接着材料で接着した構造を有している。上記の通り、有機樹脂系接着材料では、気体の侵入を完全に遮断できない。このため、有機樹脂系接着材料を用いると、気体（Ｈ２Ｏ等）の侵入により、薄膜化合物太陽電池の長期信頼性が低下する虞がある。
一対のガラス基板の外周縁を無機系封着材料で気密封着すると、上記不具合を解消することが可能である。このような封着材料として、ガラス粉末と耐火性フィラーを含む封着材料が有望である。
この封着材料を用いて気密封着する場合、封着材料を熱処理して、軟化流動させる必要がある。
しかし、電気炉等により、軟化流動する温度域まで封着材料を熱処理すると、有機ＥＬデバイスや非シリコン型太陽電池の素子等の特性が熱劣化する虞がある。
特開２００８−１６６１９７号公報
上記事情に鑑み、近年、封着材料の封着方法として、レーザー封着が検討されている。レーザー封着によれば、封着すべき部分のみを局所加熱できるため、素子等の熱劣化を防止した上で、ガラス基板同士を気密封着することができる。
しかし、レーザー封着では、所望の封着強度を得ることが困難である。この原因は、封着部分の材料強度がガラス基板の強度よりも低く、またガラス基板と封着材料の熱膨張係数差により、レーザー封着後にガラス基板や封着部分に不当な応力が残留することによる。
ところで、有機ＥＬディスプレイや非シリコン型太陽電池は、大型化、薄型化が急速に進んでおり、これに伴い、ガラス基板の大型化、薄型化も急速に進んでいる。ガラス基板が大型化、薄型化すると、ガラス基板が撓み易くなるため、有機ＥＬディスプレイや非シリコン型太陽電池において、ガラス基板同士が接触して、素子等の損傷が生じる虞がある。ガラス基板同士の接触を防止するためには、ガラス基板間のギャップをある程度大きく必要があり、しかもそのギャップを均一に保つ必要がある。
しかし、上記の封着材料を用いる場合、ガラス基板同士のギャップを大きくすることが困難であり、その精度を高めることも困難である。そして、ガラス基板同士のギャップが大きい程、封着強度を確保することが困難になる。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、その技術的課題は、ガラス基板間のギャップ拡大が容易であり、そのギャップを均一化し易く、しかもガラス基板間を気密封着し得る材料を創案することにより、大型、薄型の有機ＥＬディスプレイや非シリコン型太陽電池等の信頼性を確保することである。
本発明者等は、鋭意検討の結果、大きなギャップを精度良く形成するために、ガラスフィルムの表面に封着材料層を形成することにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明の複合封着材料は、ガラスフィルムの何れかの表面に封着材料層が形成されていることを特徴とする。ここで、「ガラスフィルム」とは、厚み５〜５００μｍのガラスを指す。
このようにすれば、封着材料層により、ガラス基板同士を気密封着することが可能になり、またガラスフィルムにより、大きなギャップを確保し得ると共に、ギャップの寸法精度を高めることが可能になる。そして、ガラスフィルムにより、封着材料層の厚みを小さくすることが可能になり、結果として、封着部分の残留応力が小さくなり、所望の封着強度を確保し易くなる。
図１は、本発明の複合封着材料１の一例を説明するための断面概念図である。図１（ａ）は、本発明の複合封着材料１の一例を示す断面概念図である。ガラスフィルム１２の両表面には、それぞれ封着材料層１１が形成されている。図１（ｂ）は、２枚のガラス基板１３の間に、複合封着材料１を配置した状態を示す断面概略図である。なお、図１（ｂ）では、ガラス基板１３と封着材料層１１の間に間隔が設けられているが、実際の配置では、ガラス基板１３と封着材料層１１は接触している。図１（ｃ）は、図１（ｂ）の上方のガラス基板１３側からレーザーを照射して、２枚のガラス基板１３間を気密封着した後のガラスパッケージを示す断面概念図である。
第二に、本発明の複合封着材料は、ガラスフィルムの両表面に封着材料層が形成されていることが好ましい。このようにすれば、ガラス基板の表面に封着材料層を形成する必要がなくなり、デバイスの生産性が向上する。なお、ガラスフィルムの一方の表面のみに封着材料層を形成した場合は、デバイスの気密信頼性を確保するために、一方のガラス基板（ガラスフィルムに封着材料層が形成されていない側）の表面に、封着材料層を形成すればよい。
第三に、本発明の複合封着材料は、ガラスフィルムの厚みが、３００μｍ以下であることが好ましい。このようにすれば、デバイスの薄型化を達成し易くなる。
第四に、本発明の複合封着材料は、封着材料層の厚みが、２０μｍ以下であることが好ましい。このようにすれば、レーザー封着性が向上すると共に、封着部分の残留応力が小さくなり、所望の封着強度を確保し易くなる。
第五に、本発明の複合封着材料は、複合封着材料の厚みが、１０〜５００μｍであることが好ましい。このようにすれば、デバイスの大型化、薄型化を達成した上で、ガラス基板同士が接触して、素子等の損傷が生じる事態を防止し易くなる。
第六に、本発明の複合封着材料は、封着材料層が、封着材料を焼結させてなることが好ましい。このようにすれば、封着材料層の厚みを低減し易くなる。また、複合封着材料の表面精度が向上し、複合封着材料の厚みを均一化し易くなる。
第七に、本発明の複合封着材料は、封着材料が、ビスマス系ガラス粉末と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、封着部分の信頼性が向上すると共に、封着強度を高めることができる。なお、ビスマス系ガラスは、ガラス基板との反応性が良好である。
第八に、本発明の複合封着材料は、ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、下記酸化物換算で、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３ ２０〜６０％、Ｂ２Ｏ３ １０〜３５％、ＺｎＯ ５〜４０％、ＣｕＯ＋Ｆｅ２Ｏ３ ５〜３０％を含有することが好ましい。このようにすれば、ガラス粉末の軟化点が低下すると共に、封着材料層がレーザーエネルギーを直接吸収して、熱エネルギーに効率良く変換することができる。その結果、低温、且つ短時間でレーザー封着が完了すると共に、レーザー封着時に封着強度を高めることができる。
第九に、本発明の複合封着材料は、封着材料が、リン酸錫系ガラス粉末と顔料を含むことが好ましい。このようにすれば、レーザーの光を熱エネルギーに変換し易くなると共に、低温、且つ短時間でレーザー封着が完了する。
第十に、本発明の複合封着材料は、ガラスフィルムが、無アルカリガラスであることが好ましい。無アルカリガラスは、熱膨張係数が低いため、レーザー封着時に、ガラスフィルムに割れ等が発生し難くなる。更に、無アルカリガラスは、歪点が高く、熱収縮等が生じ難いため、熱処理工程を経ても、ガラスフィルムの寸法が変動し難く、その結果、ガラス基板間のギャップが変動し難くなる。
第十に、本発明の複合封着材料は、ガラスフィルムが、短冊形状であることが好ましい。このようにすれば、複合封着材料のハンドリングが容易になると共に、複合封着材料の配置（例えば、額縁状の配置）の自由度が向上する。
第十一に、本発明の複合封着材料は、ガラスフィルムが、額縁形状であることが好ましい。特に、額縁の外形寸法は、ガラス基板の外形寸法と略同等であることが好ましい。このようにすれば、ガラス基板と複合封着材料の位置合わせが容易になり、デバイスの製造効率が向上する。
第十二に、本発明の複合封着材料は、レーザー封着に用いることが好ましい。レーザー封着には、種々のレーザーを使用することができる。特に、半導体レーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー、エキシマレーザー、赤外レーザー等は、取扱いが容易な点で好ましい。
第十三に、本発明の複合封着材料は、有機ＥＬデバイス又は非シリコン型太陽電池の封着に用いることが好ましい。
本発明の複合封着材料の一例を説明するための断面概念図である。 マクロ型ＤＴＡ装置で測定したときの軟化点Ｔｓを示す模式図である。
本発明の複合封着材料において、複合封着材料の厚みは、好ましくは１０〜５００μｍ、５０〜４００μｍ、特に１００〜３００μｍである。複合封着材料の厚みが小さ過ぎると、ガラス基板同士が接触して、素子等の損傷が生じる事態を防止し難くなる。一方、複合封着材料の厚みが大き過ぎると、デバイスの大型化、薄型化を達成し難くなる。
本発明の複合封着材料において、（ガラスフィルムの厚み）／（封着材料層の厚み）の値は、好ましくは１以上、２以上、４以上、特に５以上である。このようにすれば、レーザーの照射後に、ガラスフィルム及び封着部分の残留応力が小さくなる。
本発明の複合封着材料において、ガラスフィルムの厚みは、５〜５００μｍであり、好ましくは１０〜３００μｍ、特に５０〜２００μｍである。このようにすれば、ガラス基板間のギャップを確保した上で、デバイスの薄型化を達成し易くなる。なお、ガラスフィルムの厚みが小さ過ぎると、ガラス基板間のギャップを確保し難くなる。
本発明の複合封着材料において、ガラスフィルムの形状は限定されず、短冊形状、額縁形状等であってもよい。その中でも、ガラスフィルムの形状として、額縁形状であることが好ましい。特に、額縁の外形寸法は、ガラス基板の外形寸法と略同等であることが好ましい。このようにすれば、ガラス基板と複合封着材料の位置合わせが容易になり、デバイスの製造効率が向上すると共に、レーザー封着の信頼性（例えば気密信頼性）を高めることができる。
ガラスフィルムの材質は、特に限定されず、無アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラス等が利用可能である。その中でも、上記理由により、無アルカリガラスが好ましい。また、ガラスフィルムの材質は、ガラス基板の材質と同じであることが好ましい。このようにすれば、封着部分の残留応力を低減することができる。
ガラスフィルムの熱膨張係数は、４０×１０−７〜９０×１０−７／℃が好ましい。このようにすれば、レーザー封着時にガラスフィルムが割れ難くなると共に、ガラス基板、ガラスフィルム及び封着部分に不当な残留応力が生じ難くなる。
ガラスフィルムは、公知の方法で作製可能である。例えば、フロート法、ダウンドロー法（リドロー法、スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法）、ロールアウト法等の方法で作製可能である。
その中でも、ダウンドロー法（リドロー法、スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法）が好ましい。このようにすれば、ガラスフィルムの表面精度が良好になり、またガラスフィルムの厚みを均一化し易くなる。
本発明の複合封着材料において、封着材料層は、上記理由により、封着材料を焼結させてなることが好ましく、粉末形状の封着材料を焼結させてなることが好ましい。このようにすれば、レーザー封着により、ガラス基板同士を気密封着し易くなる。
本発明に係る封着材料において、軟化点は４６０℃以下、４２０℃以下、特に４００℃以下が好ましい。軟化点が高過ぎると、レーザー封着性が低下し易くなる。軟化点の下限は特に限定されないが、ガラス粉末、特にＳｎＯ含有ガラス粉末の熱的安定性を考慮すれば、軟化点は３５０℃以上が好ましい。「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。そして、マクロ型ＤＴＡ装置で測定した軟化点は、図２に示す第四屈曲点の温度（Ｔｓ）を指す。
封着材料（封着材料層）の熱膨張係数は、４０×１０−７〜９０×１０−７／℃が好ましい。このようにすれば、ガラス基板、ガラスフィルム及び封着部分に不当な残留応力が生じ難くなる。
封着材料は、ガラス粉末を含有することが好ましい。このようにすれば、レーザー封着により、ガラス基板同士を気密封着することができる。
本発明に係るガラス粉末は、種々のガラス材質が使用可能である、例えばリン酸錫系ガラス、ビスマス系ガラス、バナジウム系ガラス等が使用可能である。なお、「〜系ガラス」とは、明示の成分を１０モル％以上含むガラスを指す。
ガラス粉末として、上記ガラス材質の内、ビスマス系ガラス粉末が好ましい。ビスマス系ガラスは、ガラス基板との反応性が良好である。また、ビスマス系ガラスは、低温で軟化流動するため、レーザー封着時に電極等の熱損傷を低減し易くなる。
ビスマス系ガラス粉末は、ガラス組成として、下記酸化物換算で、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３ ２０〜６０％、Ｂ２Ｏ３ １０〜３５％、ＺｎＯ ５〜４０％、ＣｕＯ＋Ｆｅ２Ｏ３ ５〜３０％を含有することが好ましい。上記のように各成分の含有量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。
Ｂｉ２Ｏ３は、軟化点を下げるための主要成分であり、その含有量は、好ましくは２０〜６０％、２５〜５５％、特に３０〜５５％である。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が２０％より少ないと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザーを照射しても、ガラスが軟化し難くなる。一方、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が６０％より多いと、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時又はレーザー封着時にガラスが失透し易くなる。
Ｂ２Ｏ３は、ビスマス系ガラスのガラスネットワークを形成する成分であり、その含有量は、好ましくは１０〜３５％、１５〜３０％、特に１５〜２８％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が１０％より少ないと、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時又はレーザー封着時にガラスが失透し易くなる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が３５％より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザーを照射しても、ガラスが軟化し難くなる。
ＺｎＯは、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制すると共に、熱膨張係数を低下させる成分であり、その含有量は、好ましくは５〜４０％、５〜３５％、特に５〜３３％である。ＺｎＯの含有量が５％より少ないと、上記効果を得難くなる。一方、ＺｎＯの含有量が４０％より多いと、ガラス組成内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。
ＣｕＯ＋Ｆｅ２Ｏ３は、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有するレーザーを照射すると、レーザーを吸収して、ガラスを軟化させ易くする成分である。また、ＣｕＯ＋Ｆｅ２Ｏ３は、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。ＣｕＯ＋Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、好ましくは５〜３０％、７〜２５％、特に１０〜２０％である。ＣｕＯ＋Ｆｅ２Ｏ３の含有量が５％より少ないと、光吸収特性が乏しくなり、レーザーを照射しても、ガラスが軟化し難くなる。一方、ＣｕＯ＋Ｆｅ２Ｏ３の含有量が３０％より多いと、ガラス組成内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。
ＣｕＯは、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有するレーザーを照射すると、レーザーを吸収して、ガラスを軟化させ易くする成分であると共に、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。ＣｕＯの含有量は、好ましくは０〜２５％、５〜２５％、１０〜２５％、特に１０〜２０％である。ＣｕＯの含有量が２５％より多いと、ガラス組成内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。なお、ＣｕＯの含有量を５％以上に規制すれば、光吸収特性が向上して、レーザー封着時にガラスが軟化し易くなる。
Ｆｅ２Ｏ３は、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有するレーザーを照射すると、レーザーを吸収して、ガラスを軟化させ易くする成分であると共に、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜１０％、０．１〜１０％、０．２〜１０％、特に０．５〜１０％である。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が１０％より多いと、ガラス組成内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。なお、Ｆｅ２Ｏ３の含有量を０．１％以上に規制すれば、光吸収特性が向上して、レーザー封着時にガラスが軟化し易くなる。
酸化鉄中のＦｅイオンは、Ｆｅ２＋又はＦｅ３＋の状態で存在する。本発明において、酸化鉄中のＦｅイオンは、Ｆｅ２＋又はＦｅ３＋の何れかに限定されるものではなく、何れであっても構わない。よって、本発明では、Ｆｅ２＋の場合でも、Ｆｅ２Ｏ３に換算した上で取り扱うこととする。特に、照射光として赤外レーザーを使用する場合、Ｆｅ２＋が赤外域に吸収ピークを有するため、Ｆｅ２＋の割合は大きい方が好ましく、例えば、酸化鉄中のＦｅ２＋／Ｆｅ３＋の割合を０．０３以上（望ましくは０．０８以上）に規制することが好ましい。
上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加してもよい。
ＳｉＯ２は、耐水性を高める成分である。ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは０〜１０％、特に０〜３％である。ＳｉＯ２の含有量が１０％より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザーを照射しても、ガラスが軟化し難くなる。
Ａｌ２Ｏ３は、耐水性を高める成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜５％、特に０〜２％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が５％より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザーを照射しても、ガラスが軟化し難くなる。
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量）は、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制する成分であり、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜２０％、特に０〜１５％である。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が２０％より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザーを照射しても、ガラスが軟化し難くなる。
ＭｇＯ、ＣａＯ及びＳｒＯは、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。各成分の含有量は、好ましくは０〜５％、特に０〜２％である。各成分の含有量が５％より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザーを照射しても、ガラスが軟化し難くなる。
ＢａＯは、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜１５％、特に０〜１０％である。ＢａＯの含有量が１５％より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザーを照射しても、ガラスが軟化し難くなる。
ＣｅＯ２及びＳｂ２Ｏ３は、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。各成分の含有量は、好ましくは０〜５％、０〜２％、特に０〜１％である。各成分の含有量が５％より多いと、ガラス組成内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。なお、熱的安定性を高める観点から、Ｓｂ２Ｏ３の微量添加が好ましく、具体的にはＳｂ２Ｏ３を０．０５％以上添加することが好ましい。
ＷＯ３は、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。ＷＯ３の含有量は、好ましくは０〜１０％、特に０〜２％である。ＷＯ３の含有量が１０％より多いと、ガラス組成内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。
Ｉｎ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３（Ｉｎ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３の合量）は、溶融時又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。Ｉｎ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜５％、特に０〜３％である。Ｉｎ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３の含有量が５％より多いと、バッチコストが高騰する。なお、Ｉｎ２Ｏ３の含有量は０〜１％がより好ましく、Ｇａ２Ｏ３の含有量は０〜０．５％がより好ましい。
Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ及びＣｓの酸化物は、軟化点を低下させる成分であるが、溶融時に失透を助長する作用を有するため、合量で１％未満に規制することが好ましい。
Ｐ２Ｏ５は、溶融時の失透を抑制する成分である。しかし、Ｐ２Ｏ５の含有量が１％より多いと、溶融時にガラスが分相し易くなる。
Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３は、溶融時の分相を抑制する成分であるが、これらの合量が３％より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザーを照射しても、ガラスが軟化し難くなる。
ＮｉＯ、Ｖ２Ｏ５、ＣｏＯ、ＭｏＯ３、ＴｉＯ２及びＭｎＯ２は、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有するレーザーを照射すると、レーザーを吸収して、ガラスを軟化させ易くする成分である。各成分の含有量は、好ましくは０〜７％、特に０〜３％である。各成分の含有量が７％より多いと、レーザー封着時にガラスが失透し易くなる。
上記以外の成分であっても、ガラス特性を損なわない範囲で、例えば５％まで添加してもよい。
ガラス粉末として、上記ガラス材質の内、リン酸錫系ガラス粉末も好ましい。リン酸錫系ガラスは、ビスマス系ガラスよりも低融点である。このため、レーザー封着時に電極等の熱損傷を更に低減し易くなる。
リン酸錫系ガラス粉末は、ガラス組成として、下記酸化物換算のモル表示％で、ＳｎＯ ３５〜７０％、Ｐ２Ｏ５ １０〜３０％を含有することが好ましい。上記のように各成分の含有量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り、その含有量は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、レーザー封着時に、ガラス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、所望のレーザー出力でレーザー封着し難くなる。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。その含有量は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、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、耐候性が低下し、有機ＥＬデバイス等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％、１〜２０％、特に１〜１５％が好ましい。ＺｎＯの含有量が３０％より多いと、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、耐候性を高める成分である。その含有量は０〜２５％、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、所望のレーザー出力でレーザー封着し難くなる。
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、熱膨張係数を低下させる成分である。その含有量は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、所望のレーザー出力でレーザー封着し難くなる。
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。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て、所望のレーザー出力でレーザー封着し難くなる。
Ｉｎ２Ｏ３は、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、所望のレーザー出力でレーザー封着し難くなる。
Ｌａ２Ｏ３は、熱的安定性を高める成分であり、また耐候性を高める成分である。その含有量は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、所望のレーザー出力でレーザー封着し難くなる。
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、所望のレーザー出力でレーザー封着し難くなる。
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、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、熱的安定性が低下し易くなる。
ＭｇＯは、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、所望のレーザー出力でレーザー封着し難くなる。
ＢａＯは、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、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、特に５％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。
顔料を添加する場合は、ガラス組成中に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、熱的安定性を高め易くなる。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）未満、好ましくは１０００ｐｐｍ（質量）未満の場合を指す。
ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０は１．０〜３．０μｍ、特に１．５〜２．５μｍが好ましい。ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０が小さ過ぎると、封着材料層の形成時にガラスが失透し易くなり、封着材料層の軟化流動が阻害される虞がある。また粉砕、分級の際に、ガラス粉末が凝集し易くなり、封着材料ペーストを混練した後に凝集物として残存し、スクリーン印刷の際にスクリーンメッシュの目詰まり原因になる虞がある。一方、ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０が大き過ぎると、スクリーン印刷の際に封着材料膜（ウェット膜）の凹凸が大きくなり過ぎて、封着材料層の表面平滑性が低下し易くなると共に、封着材料層の形成時に封着材料が軟化流動し難くなるため、焼成温度を上昇させる必要があり、この場合、被封着物の熱的損傷が大きくなり易く、コスト高の一因になり得る。「平均粒径Ｄ５０」は、レーザー回折法で測定した値を指し、レーザー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％である粒径を表す。
ガラス粉末の９０％粒径Ｄ９０は７．０μｍ以下、特に５．０μｍ以下が好ましい。このようにすれば、封着材料層の厚みを低減し易くなり、この場合、レーザー封着に要する時間が短縮されると共に、ガラス基板と封着材料の熱膨張係数に差があっても、ガラス基板や封着部分にクラック等が発生し難くなる。ここで、「９０％粒径Ｄ９０」は、レーザー回折法で測定した値を指し、レーザー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９０％である粒径を表す。
ガラス粉末の最大粒径Ｄ９９は１５μｍ以下、特に１０μｍ以下が好ましい。このようにすれば、封着材料層の厚みを低減し易くなり、この場合、レーザー封着に要する時間が短縮されると共に、ガラス基板と封着材料の熱膨張係数に差があっても、ガラス基板や封着部分にクラック等が発生し難くなる。ここで、「最大粒径Ｄ９９」は、レーザー回折法で測定した値を指し、レーザー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％である粒径を表す。
ガラス粉末は、環境的観点から、ガラス組成中に実質的に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）未満の場合を指す。
本発明に係る封着材料は、ガラス粉末以外に、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、封着材料層の熱膨張係数を低減し得ると共に、封着材料層（封着部分）の機械的強度を高めることができる。封着材料中の耐火性フィラーの含有量は５〜６０体積％、特に１０〜４５体積％が好ましい。耐火性フィラーの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなると共に、被封着物（例えばガラス基板）の熱膨張係数に整合し難くなるため、ガラス基板又は封着部分にクラック等が発生し易くなり、デバイスの気密性を確保し難くなる。一方、耐火性フィラーの含有量が多過ぎると、封着材料層の軟化流動が阻害されて、封着材料層の表面平滑性が低下し易くなる。その結果、レーザー封着性が低下し易くなる。
耐火性フィラーの平均粒径Ｄ５０は０．５〜２．０μｍ、特に０．５〜１．８μｍが好ましい。耐火性フィラーの平均粒径Ｄ５０が小さ過ぎると、封着材料層の形成時に耐火性フィラーがガラス中に溶け込み易くなり、封着材料層の軟化流動が阻害される虞がある。また粉砕、分級の際に、耐火性フィラーが凝集し易くなり、封着材料ペーストを混練した後に凝集物として残存し、スクリーン印刷の際に、スクリーンメッシュの目詰まり原因になる虞がある。一方、耐火性フィラーの平均粒径Ｄ５０が大き過ぎると、スクリーン印刷の際に封着材料膜の凹凸が大きくなり過ぎて、封着材料層の表面平滑性が低下し易くなる。
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。
本発明に係る封着材料は、ガラス粉末以外に、顔料を含むことが好ましい。このようにすれば、レーザーの光を熱エネルギーに変換し易くなり、レーザー封着性が向上する。
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。これらの顔料は、発色性に優れており、レーザーの吸収性が良好である。また、カーボンは、レーザー封着時にＳｎＯ含有ガラス粉末が変質する事態を防止する効果、つまりレーザー封着時にガラス組成中のＳｎＯがＳｎＯ２に酸化する事態を防止する効果も有する。カーボンとして、非晶質カーボン又はグライファイトが好ましい。これらのカーボンは、一次粒子の平均粒径Ｄ５０を１〜１００ｎｍに加工し易い性質を有している。
顔料の一次粒子の平均粒径Ｄ５０は１〜１００ｎｍ、３〜７０ｎｍ、５〜６０ｎｍ、特に１０〜５０ｎｍが好ましい。顔料の一次粒子の平均粒径Ｄ５０が小さ過ぎると、顔料同士が凝集し易くなるため、顔料が均一に分散し難くなって、レーザー封着時に封着材料層が局所的に軟化流動しない虞がある。一方、顔料の一次粒子の平均粒径Ｄ５０が大き過ぎても、顔料が均一に分散し難くなり、レーザー封着時に封着材料が局所的に軟化流動しない虞がある。
顔料の含有量は０．０５〜１質量％、特に０．１〜０．５質量％が好ましい。顔料の含有量が少な過ぎると、レーザーの光を熱エネルギーに変換し難くなる。一方、顔料の含有量が多過ぎると、レーザー封着時に封着材料層が軟化流動し難くなり、また封着強度を高めることが困難になる。
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）未満の場合を指す。
本発明の複合封着材料において、封着材料層の表面粗さＲａは０．６μｍ以下が好ましい。このようにすれば、ガラス基板間のギャップを均一化し易くなる。なお、「表面粗さＲａ」は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠した方法で測定した値を指す。
本発明の複合封着材料において、封着材料層の表面粗さＲＭＳは１．０μｍ以下が好ましい。このようにすれば、ガラス基板間のギャップを均一化し易くなる。ここで、「表面粗さＲａ」は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠した方法で測定した値を指す。なお、「表面粗さＲＭＳ」は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠した方法で測定した値を指す。
本発明に係る封着材料は、ビークルと混練した上で、封着材料ペーストに加工して、ガラスフィルムの表面に塗布した後、脱バインダー、焼成（焼結）することが好ましい。また、上記のようにして、複合封着材料を作製することが好ましい。このようにすれば、複合封着材料を効率良く作製することができる。
ビークルに用いる樹脂としては、アクリル酸エステル（アクリル樹脂）、エチルセルロース、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、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、メタクリル酸エステル等が使用可能である。
リン酸錫系ガラス粉末を用いる場合、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ー封着時に、ガラス粉末、特にリン酸錫系ガラス粉末を変質させ難い特徴を有する。
溶剤は、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、フェニルジグリコール（ＰｈＤＧ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、ベンジルグリコール（ＢｚＧ）、ベンジルジグリコール（ＢｚＤＧ）、フェニルグリコール（ＰｈＧ）から選ばれる一種又は二種以上が好ましい。これらの溶剤は、脱バインダー又はレーザー封着時に、ガラス粉末、特にＳｎＯ含有ガラス粉末を変質させ難い特徴を有する。特に、これらの溶剤の内、プロピレンカーボネート、フェニルジグリコール（ＰｈＤＧ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、ベンジルグリコール（ＢｚＧ）、ベンジルジグリコール（ＢｚＤＧ）、フェニルグリコール（ＰｈＧ）から選ばれる一種又は二種以上が好ましい。これらの溶剤は、沸点が２４０℃以上である。よって、これらの溶剤を使用すると、スクリーン印刷等の塗布作業の際に、溶剤の揮発を抑制し易くなり、結果として、封着材料ペーストを長期的に安定して使用することが可能になる。更に、フェニルジグリコール（ＰｈＤＧ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、ベンジルグリコール（ＢｚＧ）、ベンジルジグリコール（ＢｚＤＧ）、フェニルグリコール（ＰｈＧ）は、顔料との親和性が高い。このため、これらの溶剤の添加量が少量でも、封着材料ペースト中で顔料が分離する事態を抑制することができる。
封着材料ペーストがリン酸錫系ガラス粉末を含む場合、不活性雰囲気における脱バインダー処理に供されることが好ましく、特にＮ２雰囲気における脱バインダー処理に供されることが好ましい。このようにすれば、脱バインダーの際にリン酸錫系ガラス粉末が変質する事態を防止し易くなる。
本発明の複合封着材料において、封着材料層の厚みは、好ましくは２０μｍ以下、１５μｍ以下、特に１〜１０μｍである。封着材料層の厚みが小さい程、レーザー封着性が向上し、封着部分の残留応力が低減される。なお、封着材料層の厚みが小さ過ぎると、気密信頼性を確保し難くなる。
本発明の複合封着材料において、封着材料層をガラスフィルムの両表面に形成する場合、２つの封着材料層の材料構成（軟化点、光吸収特性等）が同じでもよいし、異なっていてもよい。また、２つの封着材料層の厚みが同じでもよいし、異なっていてもよい。例えば、レーザーが照射されないガラス基板側に、軟化点が低い方の封着材料層を配置すれば、一回のレーザー照射で封着作業を完了させ易くなる。また、レーザーが照射されないガラス基板側に、レーザー吸収特性が高い方（例えば、遷移金属元素及び／又は顔料の含有量が多い方）の封着材料層を配置すれば、一回のレーザー照射で封着作業を完了させ易くなる。また、レーザーが照射されないガラス基板側に、厚みが小さい方の封着材料層を配置すれば、一回のレーザー照射で封着作業を完了させ易くなる。
本発明の複合封着材料において、封着材料層とガラスフィルムの熱膨張係数差は、好ましくは５０×１０−７／℃以下、４０×１０−７／℃以下、特に５×１０−７〜３０×１０−７／℃である。このようにすれば、ガラスフィルムや封着部分に不当な残留応力が生じ難くなり、複合封着材料の機械的強度が向上し易くなる。
本発明の複合封着材料において、封着材料層は、ガラスフィルムの表面全体に形成されていてもよく、中心部に沿って、ガラスフィルムの表面の一部に形成されていてもよい。
本発明の複合封着材料の使用方法として、２枚のガラス基板の間に複合封着材料を配置した後、ガラス基板側から、封着材料層にレーザーを照射して、ガラス基板同士を封着することが好ましい。このようにすれば、ガラス基板間のギャップ拡大が容易になり、そのギャップを均一化し易くなる。結果として、大型、薄型のデバイスの信頼性を確保し易くなると共に、デバイスの生産性を大幅に高めることできる。
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。
以下のようにして、封着材料を作製した。まず所定のガラス組成（下記酸化物換算のモル％で、Ｂｉ２Ｏ３ ３７％、Ｂ２Ｏ３ ２６％、ＺｎＯ １７．５％、ＣｕＯ １４％、ＢaＯ ５％、Ｆｅ２Ｏ３ ０．５％）になるように、原料を調合した後、この調合原料を白金坩堝に入れて、大気雰囲気下において、１０００℃で１〜２時間溶融した。次に、得られた溶融ガラスを水冷ローラーによりフィルム状に成形した。続いて、ボールミルにより得られたフィルムを粉砕した後、分級し、ビスマス系ガラス粉末を得た。得られたビスマス系ガラス粉末の密度は、６．９９ｇ／ｃｍ３、平均粒径Ｄ５０：１．２μｍ、最大粒径Ｄ９９：２．９μｍであった。なお、粒度は、レーザー回折式粒度分布計で測定した値である（以下同様）。
上記のビスマス系ガラス粉末と耐火性フィラーを体積比７５：２５の割合で混合し、封着材料を作製した。耐火性フィラーには、コーディエライトを用いた。コーディエライトの密度は２．６３ｇ／ｃｍ３であり、粒度は、平均粒径Ｄ５０：１．０μｍ、最大粒径Ｄ９９：２．３μｍであった。
得られた封着材料の軟化点は４５０℃であった。軟化点は、マクロ型ＤＴＡ装置で測定した値である。なお、マクロ型ＤＴＡの条件は、測定雰囲気：大気雰囲気、昇温速度：１０℃／分、測定温度域：室温から６００℃であった。
得られた封着材料の熱膨張係数は７９×１０−７／℃であった。熱膨張係数は、押棒式ＴＭＡ装置を用いて、３０〜３００℃の温度範囲で測定した値である。なお、測定試料として、封着材料を緻密に焼結させたものを使用した。
続いて、４種類のガラスフィルム（厚み２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、１００μｍ）を用意した。ガラスフィルムの材質は、日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ（熱膨張係数：３８×１０−７／℃）とした。
次のようにして、複合封着材料を作製した。まず粘度が約７０Ｐａ・ｓ（２５℃、Ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ：４）になるように、封着材料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、封着材料ペーストを得た。ビークル中の樹脂成分として、エチルセルロースを用い、溶剤成分として、ブチルカルビトールアセテート（ＢＣＡ）及びα−ターピネオールを用いた。次に、得られた封着材料ペーストをガラスフィルムの表面にスクリーン印刷機で塗布した。なお、スクリーン印刷の際に、封着材料ペーストをガラスフィルムの中心部分に線状に塗布した。スクリーン印刷の後、１２０℃で３０分間乾燥した後、４９０℃１０分間焼成することにより、ガラスフィルムの両表面に、厚み：約５μｍ、幅：約０．６ｍｍの封着材料層を形成して、各複合封着材料を得た。封着材料層の表面粗さ（Ｒａ、ＲＭＳ）は、それぞれ０．０４μｍ、０．０９μｍであった。なお、封着材料層の厚みは、非接触型レーザー膜厚計で測定した平均値である。封着材料層の表面粗さ（Ｒａ、ＲＭＳ）は、表面粗さ計で測定した値である。
（実験Ｎｏ．１）
ガラス基板として、無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ）を用意した。次に、同サイズの２枚の無アルカリガラス基板の間に、無アルカリガラス基板の外周縁に沿って、額縁状に上記の複合封着材料（ガラスフィルムの厚み２０μｍ）を配置しつつ、２枚の無アルカリガラス基板を正確に重ね合わせた。次に、上方の無アルカリガラス基板側から、封着材料層に沿って、半導体レーザーを照射して、無アルカリガラス基板同士を封着した。なお、下方の無アルカリガラス基板から、レーザーを照射しなかった。
半導体レーザーの波長は８０８ｎｍ、レーザー出力は１２Ｗ、レーザーの走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
得られたガラスパッケージについて、レーザー封着性を評価した。レーザー封着性は、レーザー封着後のガラスパッケージの封着状態を観察すると共に、得られたガラスパッケージに対して、高温高湿高圧試験：ＨＡＳＴ試験（Ｈｉｇｈｌｙ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｓｔｒｅｓｓ ｔｅｓｔ）を行い、封着部分（上方の無アルカリガラス基板側と下方の無アルカリガラス基板側の双方）の剥離の有無を観察することで評価した。なお、ＨＡＳＴ試験の条件は、１２１℃、湿度１００％、２ａｔｍ、２４時間である。無アルカリガラス基板同士が気密封着されており、且つＨＡＳＴ試験後に封着部分が剥離していなかったものを「○」、無アルカリガラス基板同士が気密封着されていたが、ＨＡＳＴ試験後に封着部分が剥離していたものを「△」、無アルカリガラス基板同士が気密封着されていなかったものを「×」として評価した。その結果、レーザー封着性の評価が「○」であった。
（実験Ｎｏ．２）
ガラス基板として、無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ）を用意した。次に、同サイズの２枚の無アルカリガラス基板の間に、無アルカリガラス基板の外周縁に沿って、額縁状に上記の複合封着材料（ガラスフィルムの厚み３０μｍ）を配置しつつ、２枚の無アルカリガラス基板を正確に重ね合わせた。次に、上方の無アルカリガラス基板側から、封着材料層に沿って、半導体レーザーを照射して、無アルカリガラス基板同士を封着した。なお、下方の無アルカリガラス基板から、レーザーを照射しなかった。
半導体レーザーの波長は８０８ｎｍ、レーザー出力は１２Ｗ、レーザーの走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
得られたガラスパッケージについて、上記の通り、レーザー封着性を評価した。その結果、レーザー封着性の評価が「○」であった。
（実験Ｎｏ．３）
ガラス基板として、無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ）を用意した。次に、同サイズの２枚の無アルカリガラス基板の間に、無アルカリガラス基板の外周縁に沿って、額縁状に上記の複合封着材料（ガラスフィルムの厚み５０μｍ）を配置しつつ、２枚の無アルカリガラス基板を正確に重ね合わせた。次に、上方の無アルカリガラス基板側から、封着材料層に沿って、半導体レーザーを照射して、無アルカリガラス基板同士を封着した。なお、下方の無アルカリガラス基板から、レーザーを照射しなかった。
半導体レーザーの波長は８０８ｎｍ、レーザー出力は１２Ｗ、レーザーの走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
得られたガラスパッケージについて、上記の通り、レーザー封着性を評価した。その結果、レーザー封着性の評価が「○」であった。
（実験Ｎｏ．４）
ガラス基板として、無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ）を用意した。次に、同サイズの２枚の無アルカリガラス基板の間に、無アルカリガラス基板の外周縁に沿って、額縁状に上記の複合封着材料（ガラスフィルムの厚み１００μｍ）を配置しつつ、２枚の無アルカリガラス基板を正確に重ね合わせた。次に、上方の無アルカリガラス基板側から、封着材料層に沿って、半導体レーザーを照射して、無アルカリガラス基板同士を封着した。なお、下方の無アルカリガラス基板から、レーザーを照射しなかった。
半導体レーザーの波長は８０８ｎｍ、レーザー出力は１２Ｗ、レーザーの走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
得られたガラスパッケージについて、上記の通り、レーザー封着性を評価した。その結果、レーザー封着性の評価が「○」であった。
（実験Ｎｏ．５）
ガラス基板として、無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ）を用意した。次に、無アルカリガラス基板の外周縁に、上記の封着材料ペーストをスクリーン印刷で１０回塗布した。スクリーン印刷の後、１２０℃で３０分間乾燥した後、４９０℃１０分間焼成することにより、無アルカリガラス基板の表面に、厚み：約５０μｍ、幅：約０．６ｍｍの封着材料層を形成した。続いて、封着材料層付きの無アルカリガラス基板に対して、封着材料層と接するように、同サイズの無アルカリガラス基板を重ねた。更に、封着材料層が形成されていない無アルカリガラス基板側から、封着材料層に沿って、半導体レーザーを照射して、無アルカリガラス基板同士を封着した。半導体レーザーの照射直後に、無アルカリガラス基板及び封着部分を観察したところ、無数のクラックが発生していた。
半導体レーザーの波長は８０８ｎｍ、レーザー出力は１２Ｗ、レーザーの走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
得られたガラスパッケージについて、上記の通り、レーザー封着性を評価した。その結果、レーザー封着性の評価が「×」であり、封着部分が完全に剥離していた。
まず４種類のガラスフィルム（厚み２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、１００μｍ）を用意した。ガラスフィルムの材質は、日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ（熱膨張係数：３８×１０−７／℃）とした。
次のようにして、複合封着材料を作製した。まず粘度が約７０Ｐａ・ｓ（２５℃、Ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ：４）になるように、［実施例１］で作製した封着材料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、封着材料ペーストを得た。ビークル中の樹脂成分として、エチルセルロースを用い、溶剤成分として、ブチルカルビトールアセテート（ＢＣＡ）及びα−ターピネオールを用いた。次に、得られた封着材料ペーストをガラスフィルムの表面にスクリーン印刷機で塗布した。なお、スクリーン印刷の際に、封着材料ペーストをガラスフィルムの中心部分に線状に塗布した。スクリーン印刷の後、１２０℃で３０分間乾燥した後、４９０℃１０分間焼成することにより、ガラスフィルムの一方の表面に、厚み：約５μｍ、幅：約０．６ｍｍの封着材料層を形成して、各複合封着材料を得た。封着材料層の表面粗さ（Ｒａ、ＲＭＳ）は、それぞれ０．０４μｍ、０．０９μｍであった。なお、封着材料層の厚みは、非接触型レーザー膜厚計で測定した平均値である。封着材料層の表面粗さ（Ｒａ、ＲＭＳ）は、表面粗さ計で測定した値である。
続いて、封着材料層付き無アルカリガラス基板を作製した。まず粘度が約７０Ｐａ・ｓ（２５℃、Ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ：４）になるように、［実施例１］で作製した封着材料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、封着材料ペーストを得た。ビークル中の樹脂成分として、エチルセルロースを用い、溶剤成分として、ブチルカルビトールアセテート（ＢＣＡ）及びα−ターピネオールを用いた。次に、得られた封着材料ペーストを無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ）の一方の表面にスクリーン印刷機で塗布した。なお、スクリーン印刷の際に、封着材料ペーストを無アルカリガラス基板の外周縁部分に線状に塗布した。スクリーン印刷の後、１２０℃で３０分間乾燥した後、４９０℃１０分間焼成することにより、無アルカリガラス基板の一方の表面に、厚み：約５μｍ、幅：約０．６ｍｍの封着材料層を形成した。封着材料層の表面粗さ（Ｒａ、ＲＭＳ）は、それぞれ０．０４μｍ、０．０９μｍであった。なお、封着材料層の厚みは、非接触型レーザー膜厚計で測定した平均値である。封着材料層の表面粗さ（Ｒａ、ＲＭＳ）は、表面粗さ計で測定した値である。
（実験Ｎｏ．６）
封着材料層付き無アルカリガラス基板と同サイズの無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ、封着材料層が形成されていない無アルカリガラス基板）を用意した。更に、２枚の無アルカリガラス基板の間に、無アルカリガラス基板の外周縁に沿って、額縁状に上記の複合封着材料（ガラスフィルムの厚み２０μｍ）を配置しつつ、２枚の無アルカリガラス基板を正確に重ね合わせた。なお、封着材料層付き無アルカリガラス基板の封着材料層が、ガラスフィルムの表面に接するように配置した。更に、封着材料層が形成されていない無アルカリガラス基板側から、封着材料層に沿って、半導体レーザーを照射して、無アルカリガラス基板同士を封着した。なお、封着材料層付き無アルカリガラス基板側から、レーザーを照射しなかった。
半導体レーザーの波長は８０８ｎｍ、レーザー出力は１２Ｗ、レーザーの走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
得られたガラスパッケージについて、上記の通り、レーザー封着性を評価した。その結果、レーザー封着性の評価が「○」であった。
（実験Ｎｏ．７）
封着材料層付き無アルカリガラス基板と同サイズの無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ、封着材料層が形成されていない無アルカリガラス基板）を用意した。更に、２枚の無アルカリガラス基板の間に、無アルカリガラス基板の外周縁に沿って、額縁状に上記の複合封着材料（ガラスフィルムの厚み３０μｍ）を配置しつつ、２枚の無アルカリガラス基板を正確に重ね合わせた。なお、封着材料層付き無アルカリガラス基板の封着材料層が、ガラスフィルムの表面に接するように配置した。更に、封着材料層が形成されていない無アルカリガラス基板側から、封着材料層に沿って、半導体レーザーを照射して、無アルカリガラス基板同士を封着した。なお、封着材料層付き無アルカリガラス基板側から、レーザーを照射しなかった。
半導体レーザーの波長は８０８ｎｍ、レーザー出力は１２Ｗ、レーザーの走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
得られたガラスパッケージについて、上記の通り、レーザー封着性を評価した。その結果、レーザー封着性の評価が「○」であった。
（実験Ｎｏ．８）
封着材料層付き無アルカリガラス基板と同サイズの無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ、封着材料層が形成されていない無アルカリガラス基板）を用意した。更に、２枚の無アルカリガラス基板の間に、無アルカリガラス基板の外周縁に沿って、額縁状に上記の複合封着材料（ガラスフィルムの厚み５０μｍ）を配置しつつ、２枚の無アルカリガラス基板を正確に重ね合わせた。なお、封着材料層付き無アルカリガラス基板の封着材料層が、ガラスフィルムの表面に接するように配置した。更に、封着材料層が形成されていない無アルカリガラス基板側から、封着材料層に沿って、半導体レーザーを照射して、無アルカリガラス基板同士を封着した。なお、封着材料層付き無アルカリガラス基板側から、レーザーを照射しなかった。
半導体レーザーの波長は８０８ｎｍ、レーザー出力は１２Ｗ、レーザーの走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
得られたガラスパッケージについて、上記の通り、レーザー封着性を評価した。その結果、レーザー封着性の評価が「○」であった。
（実験Ｎｏ．９）
封着材料層付き無アルカリガラス基板と同サイズの無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ、熱膨張係数：３８×１０−７／℃、厚み：０．５ｍｍ、封着材料層が形成されていない無アルカリガラス基板）を用意した。更に、２枚の無アルカリガラス基板の間に、無アルカリガラス基板の外周縁に沿って、額縁状に上記の複合封着材料（ガラスフィルムの厚み１００μｍ）を配置しつつ、２枚の無アルカリガラス基板を正確に重ね合わせた。なお、封着材料層付き無アルカリガラス基板の封着材料層が、ガラスフィルムの表面に接するように配置した。更に、封着材料層が形成されていない無アルカリガラス基板側から、封着材料層に沿って、半導体レーザーを照射して、無アルカリガラス基板同士を封着した。なお、封着材料層付き無アルカリガラス基板側から、レーザーを照射しなかった。
半導体レーザーの波長は８０８ｎｍ、レーザー出力は１２Ｗ、レーザーの走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
得られたガラスパッケージについて、上記の通り、レーザー封着性を評価した。その結果、レーザー封着性の評価が「○」であった。
本発明の複合封着材料は、例えば、有機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬ照明、色素増感型太陽電池、薄膜化合物太陽電池等の非シリコン系太陽電池、リチウムイオン二次電池等のレーザー封着等に好適である。
１ 複合封着材料
１１ 封着材料層
１２ ガラスフィルム
１３ ガラス基板

Claims (14)

  1. ガラスフィルムの何れかの表面に封着材料層が形成されていることを特徴とする複合封着材料。
  2. ガラスフィルムの両表面に封着材料層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合封着材料。
  3. ガラスフィルムの厚みが、３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合封着材料。
  4. 封着材料層の厚みが、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか1項に記載の複合封着材料。
  5. 複合封着材料の厚みが、１０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れか1項に記載の複合封着材料。
  6. 封着材料層が、封着材料を焼結させてなることを特徴とする請求項１〜５の何れか1項に記載の複合封着材料。
  7. 封着材料が、ビスマス系ガラス粉末と耐火性フィラーを含むことを特徴とする請求項６に記載の複合封着材料。
  8. ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、下記酸化物換算で、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３ ２０〜６０％、Ｂ２Ｏ３ １０〜３５％、ＺｎＯ ５〜４０％、ＣｕＯ＋Ｆｅ２Ｏ３ ５〜３０％を含有することを特徴とする請求項７に記載の複合封着材料。
  9. 封着材料が、リン酸錫系ガラス粉末と顔料を含むことを特徴とする請求項８に記載の複合封着材料。
  10. ガラスフィルムが、無アルカリガラスであることを特徴とする請求項１〜９の何れか1項に記載の複合封着材料。
  11. ガラスフィルムが、短冊形状であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか1項に記載の複合封着材料。
  12. ガラスフィルムが、額縁形状であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか1項に記載の複合封着材料。
  13. レーザー封着に用いることを特徴とする請求項１〜１１の何れか1項に記載の複合封着材料。
  14. 有機ＥＬデバイス又は非シリコン型太陽電池の封着に用いることを特徴とする請求項１〜１２の何れか1項に記載の複合封着材料。
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