TWI454437B - 元件密封體及其製造方法 - Google Patents

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Description

元件密封體及其製造方法
本發明是有關於一種使用玻璃來將用於液晶顯示器或有機電激發光(Electroluminescence，EL)顯示器等的平板顯示器的元件進行密封的元件密封體。
自節省空間的觀點考慮，代替先前普及的陰極射線管(Cathode-ray tube，CRT)型顯示器，近年來正普及液晶顯示器、電漿顯示器、有機EL顯示器、場發射顯示器等的平板顯示器。作為大型化困難的行動電話等小型裝置的顯示器而普及的有機EL顯示器，與液晶顯示器相比響應速度較快，視角優良，且與電漿顯示器相比消耗電力較少，因此業界期望作為大畫面電視而批量生產，從而現狀為各公司正推進向大畫面化開發。
有機EL顯示器中所使用的發光體會因氧或水蒸氣等的氣體接觸而發生劣化。因此，對有機EL顯示器中所使用的基板要求高阻氣性，從而期待使用玻璃基板。然而，當於玻璃基板彼此接著時使用如下述專利文獻1所記載般的樹脂系的密封劑時，密封劑的阻氣性有可能不充分，此時會由於長期的使用，氧或水蒸氣等的氣體透過樹脂製的密封劑而侵入至內部，從而會產生發光元件經年劣化的問題。
為了解決上述問題，於下述專利文獻2中記載了於將玻璃基板彼此密封的情況下，藉由使用低熔點玻璃粉進行加熱處理而密封發光元件。下述專利文獻2中，以約700℃對粉組成物進行燒結，藉此進行元件的密封，上述粉組成物包括：包含SiO2 、B2 O3 、Al2 O3 的基礎成分，及包含至少1種吸收成分(CuO、Fe2 O3 、V2 O5 、TiO2 )的玻璃部分。
然而，因有機EL顯示器中所使用的發光元件對高熱較弱，故而於使用下述專利文獻2所記載的粉組成物時，有可能會因700℃的高溫燒結工序而破壞基板內的發光元件。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2001-207152號公報
[專利文獻2]日本專利特開2008-044839號公報
本發明是為了解決如上述般的先前技術的問題而完成的，其目的在於提供一種阻氣性優異、常溫下可密封的元件密封體及其製造方法。
技術方案1的發明是有關於一種元件密封體，其包括基板玻璃、載置於該基板玻璃上的元件、及將該元件密封的保護玻璃，其特徵在於：上述保護玻璃及上述基板玻璃的相互接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0 nm以下。
技術方案2的發明是有關於技術方案1所述之元件密封體，其中，上述保護玻璃與上述基板玻璃的30℃～380℃時的熱膨脹係數的差為5×10-7 /℃以內。
技術方案3的發明是有關於技術方案1或2所述之元件密封體，其中，上述基板玻璃及上述保護玻璃藉由溢流下拉法(overflow down draw)而成形。
技術方案4的發明是有關於技術方案1至3中任一技術方案所述之元件密封體，其中，上述基板玻璃及/或上述保護玻璃的厚度為300 μm以下。
技術方案5的發明是有關於技術方案1至4中任一技術方案所述之元件密封體，其中，上述元件的厚度為500 μm以下。
技術方案6的發明是有關於技術方案1至5中任一技術方案所述之元件密封體，其中，於上述基板玻璃及/或上述保護玻璃設置著凹部。
技術方案7的發明是有關於技術方案1至6中任一技術方案所述之元件密封體，其中，上述保護玻璃由包圍上述元件且具有大於等於上述元件的厚度的間隔玻璃、及覆蓋上述元件的蓋玻璃所構成，上述間隔玻璃的一表面與上述基板玻璃接觸，另一表面與上述蓋玻璃接觸，上述間隔玻璃的一表面及另一表面、及上述蓋玻璃的與上述間隔玻璃接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0 nm以下。
技術方案8的發明是有關於技術方案1至6中任一技術方案所述之元件密封體，其中，上述保護玻璃及上述基板玻璃的相互接觸一側的表面的GI值分別為1000 pcs/m2 以下。
技術方案9的發明是有關於技術方案7所述之元件密封體，其中，上述間隔玻璃的一表面及另一表面、及上述蓋玻璃的與上述間隔玻璃接觸一側的表面的GI值分別為1000 pcs/m2 以下。
技術方案10的發明是有關於一種元件密封體的製造方法，將元件載置於基板玻璃上，藉由保護玻璃來密封該元件，其特徵在於：上述基板玻璃及上述保護玻璃的相互接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0 nm以下。
技術方案11的發明是有關於技術方案10所述之元件密封體的製造方法，其中，上述保護玻璃及上述基板玻璃的相互接觸一側的表面的GI值分別為1000 pcs/m2 以下。
【發明的效果】
根據技術方案1的發明，是包括基板玻璃、載置於基板玻璃上的元件、及將元件密封的保護玻璃的元件密封體，保護玻璃及基板玻璃的相互接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0 nm以下，因此保護玻璃與基板玻璃的上述表面平滑而密接性優良，從而可藉由保護玻璃與基板玻璃將元件牢固穩定地密封。因未使用樹脂製密封劑而是藉由玻璃彼此的接著來進行密封，故而阻氣性優異、可防止因氧或水蒸氣等的氣體透過樹脂層而導致元件劣化。而且，因不需要玻璃粉的燒結工序，故而無需加熱元件，能夠以常溫進行密封，從而可防止元件因加熱工序而劣化。
另一方面，若表面粗糙度Ra超過2.0 nm，則密接性降低，若不利用接著劑或玻璃粉的燒結工序便無法將保護玻璃與基板玻璃牢固密封。
根據技術方案2的發明，由於保護玻璃與基板玻璃的30℃～380℃時的熱膨脹係數的差為5×10-7 /℃以內，因此可形成不易產生熱翹曲等的元件密封體。
根據技術方案3的發明，由於保護玻璃及基板玻璃藉由溢流下拉法而成形，因此無需研磨工序便可獲得表面精度極高的玻璃。藉此，可藉由保護玻璃與基板玻璃將元件更牢固地密封。
根據技術方案4的發明，上述基板玻璃及/或上述保護玻璃的厚度為300 μm以下，因此可藉由玻璃的可撓性以覆蓋元件的方式來進行密封。
根據技術方案5的發明，由於元件的厚度為500 μm以下，因此即便未於基板玻璃上設置嵌入元件的凹部，亦可藉由貼付保護玻璃來適當密封元件。
根據技術方案6的發明，由於於基板玻璃及/或保護玻璃設置著凹部，因此可避免元件的厚度，同時將基板玻璃與保護玻璃密封。
根據技術方案7的發明，由於保護玻璃由包圍元件且具有大於等於元件的厚度的間隔玻璃、及覆蓋元件的蓋玻璃所構成，從而可不受元件的厚度的限制而製作密封體。間隔玻璃的一表面與基板玻璃接觸，另一表面與上述蓋玻璃接觸，間隔玻璃的一表面及另一表面、及蓋玻璃的與間隔玻璃接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0 nm以下，因此接觸面平滑而密接性優良，從而可將元件牢固穩定地密封。
根據技術方案8、9的發明，由於玻璃彼此接觸的表面的GI值分別為1000 pcs/m2 以下，因此接觸面潔淨從而不會破壞表面的活性度，即便不使用接著劑亦可更牢固穩定地進行密封。
根據技術方案10的發明，是將元件載置於基板玻璃上並藉由保護玻璃來密封元件的元件密封體的製造方法，由於基板玻璃及保護玻璃的相互接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0 nm以下，因此能以常溫製作上述元件密封體。
根據技術方案11的發明，保護玻璃及基板玻璃的相互接觸一側的表面的GI值分別為1000 pcs/m2 以下，因此能以常溫製造得以更牢固穩定地密封的元件密封體。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
以下，一邊參照附圖一邊對本發明的元件密封體的較佳實施形態進行說明。
本發明的元件密封體(1)如圖1(a)～圖1(b)所示，以覆蓋載置於基板玻璃(3)上的元件(4)的方式設置著保護玻璃(2)，無需使用樹脂製接著劑或玻璃粉等便可保護玻璃(2)與基板玻璃(3)相互接著在一起，從而將元件(4)密封。
保護玻璃(2)使用矽酸鹽玻璃(silicate glass)，較佳為使用二氧化矽玻璃、硼矽酸玻璃，最佳為使用無鹼玻璃。若使用無鹼玻璃，則無需實施矽包覆(silica coating)，從而可削減工序數及成本。若保護玻璃(2)中含有鹼成分，則鹼成分會溶析，有可能使元件受損。另外，此處的無鹼玻璃，是指實質不包含鹼成分(鹼金屬氧化物)的玻璃，具體而言，是指鹼為1000 ppm以下的玻璃。本發明中的鹼成分的含量較佳為500 ppm以下，更佳為300 ppm以下。
保護玻璃(2)的厚度較佳為300 μm以下，更佳為1 μm～200 μm，最佳為1 μm～100 μm。其原因在於：藉此使保護玻璃(2)的厚度更薄，而可賦予適當的可撓性，且可自載置於基板玻璃(3)上的元件(4)上直接利用保護玻璃(2)進行覆蓋，從而可適當地進行密封。若保護玻璃(2)的厚度未滿1 μm，則保護玻璃(2)的強度容易不足，從而有可能因衝擊導致破損。
基板玻璃(3)與保護玻璃(2)同樣地，使用矽酸鹽玻璃、二氧化矽玻璃、硼矽酸玻璃、無鹼玻璃等。關於基板玻璃(3)，較佳為使用與保護玻璃(2)的30℃～380℃時的熱膨脹係數的差為5×10-7 /℃以內的玻璃。藉此，能夠形成可維持不易因膨脹率的差導致產生熱翹曲等的穩定密封狀態的元件密封體(1)。
保護玻璃(2)及基板玻璃(3)的相互接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0 nm以下。若表面粗糙度Ra超過2.0 nm，則密接性降低，無法藉由保護玻璃(2)與基板玻璃(3)而不利用接著劑或玻璃粉的燒結將元件(4)牢固密封。保護玻璃(2)及基板玻璃(3)的上述表面的表面粗糙度Ra較佳地分別為1.0 nm以下，更佳為0.5 nm以下，最佳為0.2 nm以下。
保護玻璃(2)及基板玻璃(3)的相互接觸一側的表面的GI值較佳地分別為1000 pcs/m2 以下。藉此，因保護玻璃(2)與基板玻璃(3)的接觸面潔淨故而不會破壞表面的活性度，即便不使用接著劑或玻璃粉的燒結亦可藉由保護玻璃(2)與基板玻璃(3)將元件(4)更牢固穩定地密封。本說明書中的GI值，是指1 m2 的區域內所存在的長徑為1 μm以上的不純粒子的個數(pcs)。保護玻璃(2)及基板玻璃(3)的上述表面的GI值更佳地分別為500 pcs/m2 以下，最佳為100 pcs/m2 以下。
本發明中所使用的保護玻璃(2)及基板玻璃(3)較佳為藉由下拉法而成形。這樣是為了使保護玻璃(2)及基板玻璃(3)的表面成形為更光滑。尤其圖2所示的溢流下拉法是成形時玻璃板的兩面不與成形構件接觸的成形法，從而在所獲得的玻璃板的兩面(透光面)不易產生損傷，即便不進行研磨亦可獲得高表面品質。藉此，能夠藉由保護玻璃(2)與基板玻璃(3)將元件(4)更牢固地密封。
自剖面為楔型的成形體(6)的下端部(61)流下後的玻璃帶(G)，寬度方向的收縮藉由冷卻輥(7)而受到限制，同時被朝下方拉伸而變薄至規定的厚度為止。其次，將達到上述規定厚度的玻璃帶(G)在緩冷爐(annealer)中緩慢冷卻，以除去玻璃帶(G)的熱應變，並將玻璃帶(G)切斷為規定尺寸。藉此，成形出由保護玻璃(2)或基板玻璃(3)構成的玻璃片材。
於保護玻璃(2)及基板玻璃(3)中的厚度較小的一玻璃的端邊未自另一玻璃的端邊突出的情況下，可防止基板玻璃(3)與保護玻璃(2)剝離。若厚度較小的一玻璃的端邊突出，則會因操作時稍微鉤掛到突出的部分，而保護玻璃(2)與基板玻璃(3)有可能剝離。既便於保護玻璃(2)與基板玻璃(3)為相同大小的情況下，不形成鉤掛部則可防止保護玻璃(2)與基板玻璃(3)剝離。
於保護玻璃(2)及基板玻璃(3)中的厚度較小的一玻璃的端邊自另一玻璃的端邊突出的情況下，在將元件(4)密封後可使基板玻璃(3)與保護玻璃(2)剝離。於使用了本發明的元件密封體(1)的電子裝置被廢棄時，可使元件與玻璃容易分離，從而容易進行玻璃的回收再利用。
密封的元件(4)並未受到特別限定，可使用包含熱轉換元件的各種微機電系統(microelectromechanical system，MEMS)裝置等。本發明的元件密封體(1)利用透光性優異的保護玻璃(2)來進行密封，因此可將受光元件或發光元件、光電轉換元件、觸摸面板等適當地密封。本發明的元件密封體(1)阻氣性優異，能以低溫進行密封，因此可將有機EL元件等的發光體元件尤為適當地密封。
較佳為元件(4)的厚度為500μm以下。其原因在於：藉此即便未於基板玻璃(3)上設置嵌入元件(4)的凹部，亦可利用保護玻璃(2)來進行覆蓋，藉此可將元件(4) 密封。於元件(4)的厚度超過500μm的情況下，如圖3(a)~圖3(b)所示，藉由蝕刻等而於基板玻璃(3)上製作與元件(4)的嵌合相符的凹部(41)，且在將元件(4)嵌入至凹部(41)後利用保護玻璃(2)進行覆蓋，藉此可進行密封。而且，較佳為僅以元件(4)的厚度進行基板玻璃(3)的蝕刻，以使得元件(4)的上表面與基板玻璃(3)的表面的高度一致。這樣是為了於利用保護玻璃(2)來覆蓋元件(4)時，防止形成凸起或凹陷。圖3(a)~圖3(b)中，於基板玻璃(3)形成凹部(41)，但並不限定於該形態，亦可於保護玻璃(2)上形成凹部(41)，還可於基板玻璃(3)與保護玻璃(2)此兩玻璃上形成凹部(41)。
基板玻璃(3)與保護玻璃(2)的接觸面積和基板玻璃(3)與元件(4)的接觸面積的比較佳為1：0.19~1：24.3，更佳為1：0.56~1：11.8，最佳為1：1.78~1：6.76。若基板玻璃(3)與保護玻璃(2)的接觸面積(接著面積)過少，則有可能無法充分進行密封，而且，若基板玻璃(3)與保護玻璃(2)的接觸面積(接著面積)過多，則有可能無法有效地配置元件(4)。
圖4(a)~圖4(b)是保護玻璃由間隔玻璃與蓋玻璃構成的形態的密封體的圖，圖4(a)是平面圖，圖4(b)是C-C線剖面圖。
本實施形態的元件密封體(1)中，保護玻璃(2)由間隔玻璃(21)與蓋玻璃(22)構成。較佳為間隔玻璃(21)、蓋玻璃(22)均利用溢流下拉法而成形。這樣是為了具有 高表面品質。間隔玻璃(21)較佳為具有大於等於元件(4)的厚度的厚度。間隔玻璃(21)藉由公知的雷射等而形成與元件(4)嵌合的孔。
於基板玻璃(3)上載置元件(4)，且以自周圍包圍該元件(4)的方式使間隔玻璃(21)與基板玻璃(3)接觸。其後，以自上方覆蓋元件(4)的方式使間隔玻璃(21)與蓋玻璃(22)接觸，從而進行密封。間隔玻璃(21)的一表面與基板玻璃(3)接觸，另一表面與蓋玻璃(22)接觸而進行接著，因此間隔玻璃(21)的一表面及另一表面、蓋玻璃(22)的與間隔玻璃(21)接觸一側的表面、基板玻璃(3)的與間隔玻璃(21)接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0nm以下，而且，該些表面的GI值較佳地分別為1000pcs/m2 以下。
圖5(a)~圖5(b)是於保護玻璃的緣部設置著固定層的形態的圖，圖5(a)是平面圖，圖5(b)是D-D線剖面圖。
本發明的元件密封體(1)與圖3(a)~圖3(b)所示的實施形態同樣地，於基板玻璃(3)上載置元件(4)，以覆蓋元件(4)的方式設置保護玻璃(2)後，如圖5(a)~圖5(b)所示，較佳為藉由固定層(5)來固定保護玻璃(2)的緣部。藉此，可防止剝離自保護玻璃(2)端部開始。
固定層(5)如圖5(a)~圖5(b)所示，以沿著保護玻璃(2)的緣部的方式設置於基板玻璃(3)上。較佳為 固定層(5)設為比保護玻璃(2)的厚度更高。這樣是為了防止剝離自保護玻璃(2)的緣部開始。而且，並不限於圖5(a)~圖5(b)所示的形態，亦能以覆蓋保護玻璃(2)的緣部的方式跨及基板玻璃(3)與保護玻璃(2)而設置。固定層(5)並非特別需要阻氣性，亦可僅專門用於保護玻璃(2)的固定的目的。因此，作為固定層(5)，可使用一般公知的樹脂等。而且，固定層(5)亦可作為肋狀的玻璃而預先藉由成形或加工工序設置於基板玻璃(3)上。
【實例1】
以下，根據實例對本發明的元件密封體進行詳細說明，但本發明並不限定於該些實例。
使用縱100mm、橫100mm、厚700μm的矩形狀的透明的玻璃板作為基板玻璃。作為層疊於基板玻璃上的保護玻璃，使用縱80mm、橫80mm、厚100μm的保護玻璃。基板玻璃與保護玻璃使用的是日本電氣硝子股份有限公司製造的無鹼玻璃(製品名：OA-10G，30℃~380℃時的熱膨脹係數：38×10-7 /℃)。將藉由溢流下拉法而成形的玻璃在未研磨的狀態下直接使用、或者適當控制研磨及化學蝕刻的量，藉此進行表面粗糙度Ra的控制。使用Veeco公司製造的原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM)(Nanoscope III a)，在掃描尺寸10μm、掃描頻率1Hz、抽樣線(sample line)512的條件下，測定基板玻璃及保護玻璃的接觸面側的表面粗糙度Ra。表面粗糙度Ra根據測定範圍10μm見方的測定值而算出。於測定後，在表1所示的試驗區對基板玻璃及保護玻璃的各個加以分類。
關於已進行分類的基板玻璃及保護玻璃，藉由控制清洗及室內的空調來進行水中及空氣中所包含的灰塵量的調節，並對附著於基板玻璃及保護玻璃的接觸面側的灰塵量進行調節，藉此進行GI值的控制。關於GI值，利用日立高科技電子工程股份有限公司製造的GI7000進行測定。
其後，依照分別示於表1中的分類，將一滴墨水滴在基板玻璃上的中央處，進而將保護玻璃覆蓋在其上，使基板玻璃與保護玻璃密接，藉此獲得實例1～8、比較例1～3的密封體。
關於所獲得的密封體，藉由有無漏出墨水來進行密封度的評估。將玻璃彼此未接著的密封體設為×，將即便密封體傾斜墨水亦不會漏出的密封體設為○，將即便按壓保護玻璃墨水亦完全不會漏出的密封體設為◎，藉此來進行封著性的判定。將結果示於表1中。
根據表1所示可知，關於保護玻璃與基板玻璃的表面粗糙度Ra均為2.0 nm以下的實例1～8，保護玻璃與基板玻璃具有充分的密接性，從而可進行密封。與此相對，關於雖然GI值較低而一玻璃或兩玻璃的表面粗糙度Ra為2.5 nm以上的比較例1～3，因接觸面粗糙故而保護玻璃與基板玻璃的密接性較低，從而未完全密封。
【產業上的可利用性】
本發明可較佳地用於有機EL等的發光元件的密封。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．元件密封體
2．．．保護玻璃
3．．．基板玻璃
4．．．元件
5．．．固定層
6．．．楔型的成形體
7．．．冷卻輥
21．．．間隔玻璃
22．．．蓋玻璃
41．．．凹部
61．．．下端部
G．．．玻璃帶
圖1(a)是本發明的元件密封體的平面圖。
圖1(b)是圖1(a)的A-A線剖面圖。
圖2是保護玻璃及基板玻璃的製造裝置的說明圖。
圖3(a)是於基板玻璃設置著凹部的平面圖。
圖3(b)是圖3(a)的B-B線剖面圖。
圖4(a)是保護玻璃由間隔玻璃與蓋玻璃所構成的形態的元件密封體的平面圖。
圖4(b)是圖4(a)的C-C線剖面圖。
圖5(a)是於保護玻璃的緣部設置著固定層的形態的平面圖。
圖5(b)是圖5(a)的D-D線剖面圖。
1‧‧‧元件密封體
2‧‧‧保護玻璃
3‧‧‧基板玻璃
4‧‧‧元件

Claims (11)

  1. 一種元件密封體，包括基板玻璃、載置於該基板玻璃上的元件、及將該元件密封的保護玻璃，其特徵在於：上述保護玻璃及上述基板玻璃的相互接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0nm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之元件密封體，其中上述保護玻璃與上述基板玻璃的30℃~380℃時的熱膨脹係數的差為5×10-7 /℃以內。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之元件密封體，其中上述基板玻璃及上述保護玻璃藉由溢流下拉法而成形。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之元件密封體，其中上述基板玻璃及/或上述保護玻璃的厚度為300μm以下。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之元件密封體，其中上述元件的厚度為500μm以下。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之元件密封體，其中於上述基板玻璃及/或上述保護玻璃設置著凹部。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之元件密封體，其中 上述保護玻璃由包圍上述元件且具有大於等於上述元件的厚度的間隔玻璃、及覆蓋上述元件的蓋玻璃所構成，上述間隔玻璃的一表面與上述基板玻璃接觸，另一表面與上述蓋玻璃接觸，上述間隔玻璃的一表面及另一表面、及上述蓋玻璃的與上述間隔玻璃接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0nm以下。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之元件密封體，其中上述保護玻璃及上述基板玻璃的相互接觸一側的表面的GI值分別為1000pcs/m2 以下。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之元件密封體，其中上述間隔玻璃的一表面及另一表面、及上述蓋玻璃的與上述間隔玻璃接觸一側的表面的GI值分別為1000pcs/m2 以下。
  10. 一種元件密封體的製造方法，將元件載置於基板玻璃上，藉由保護玻璃來密封該元件，其特徵在於：上述基板玻璃及上述保護玻璃的相互接觸一側的表面的表面粗糙度Ra分別為2.0nm以下。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之元件密封體的製造方法，其中上述保護玻璃及上述基板玻璃的相互接觸一側的表面的GI值分別為1000pcs/m2 以下。
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