(57)【要約】  ガラスパネルで電子素子部を封止した電子デバイスにおいて、耐湿性や耐候性等を向上させつつ、外部からの衝撃等に対する信頼性を高めることを可能にした電子デバイスを提供する。  電子デバイス１は、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とこれらガラス基板２、３間に設けられた電子素子部４とを具備する。第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間に設けられた電子素子部４は、封着用ガラス材料の溶融固着層からなる封着層９で封止されている。第１及び第２のガラス基板２、３の少なくとも一方の外表面には、強化ガラス１１が貼り合わされている。
2012046817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の封止領域を備える第１の表面を有する第１のガラス基板と、
前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域を備える第２の表面を有し、前記第２の表面が前記第１の表面と対向するように、前記第１のガラス基板上に所定の間隙を持って配置された第２のガラス基板と、
前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に設けられた電子素子部と、
前記電子素子部を封止するように、前記第１のガラス基板の前記第１の封止領域と前記第２のガラス基板の前記第２の封止領域との間に形成され、封着用ガラス材料の溶融固着層からなる封着層と、
前記第１のガラス基板及び前記第２のガラス基板の少なくとも一方の外表面に貼り合わされた強化ガラスと、
を具備することを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記強化ガラスは化学強化ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記強化ガラスは樹脂層を介して前記第１のガラス基板及び前記第２のガラス基板の少なくとも一方の外表面に接着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記封着用ガラス材料は電磁波の吸収能を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記封着用ガラス材料は、低融点ガラスからなる封着ガラスと、０．１〜１０体積％の電磁波吸収材とを含有することを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記封着用ガラス材料は、さらに１０〜５０体積％の低膨張充填材を含有することを特徴とする請求項５に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記第１の封止領域及び前記第２の封止領域の少なくとも一方に凸部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記凸部上に設けられる前記封着層の幅をＷ１１、前記凸部の幅をＷ２としたとき、前記凸部は前記幅Ｗ１１と前記幅Ｗ２との比（Ｗ１１／Ｗ２）が０．０１〜０．５の範囲の幅を有することを特徴とする請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記電子素子部は太陽電池素子を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
第１の封止領域を備える第１の表面を有する第１のガラス基板を用意する工程と、
前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域と、前記第２の封止領域上に形成され、封着用ガラス材料の焼成層からなる封着材料層とを備える第２の表面を有する第２のガラス基板を用意する工程と、
前記第１の表面と前記第２の表面とを対向させつつ、前記封着材料層を介して前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを積層する工程と、
前記封着材料層を溶融させて前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に設けられる電子素子部を封止する封着層を形成する工程と、
前記第１のガラス基板及び前記第２のガラス基板の少なくとも一方の外表面に強化ガラスを貼り合わせる工程と、
を具備することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記強化ガラスは化学強化ガラスであることを特徴とする請求項１０に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記強化ガラスを、樹脂層を介して前記第１のガラス基板及び前記第２のガラス基板の少なくとも一方の外表面に接着することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１３】
電磁波の吸収能を有する前記封着用ガラス材料を使用し、前記第１のガラス基板又は前記第２のガラス基板を通して前記封着材料層に電磁波を照射して溶融させることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記第１の封止領域及び前記第２の封止領域の少なくとも一方に凸部を設けることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記封着材料層の幅をＷ１２、前記凸部の幅をＷ２としたとき、前記凸部は前記幅Ｗ１２と前記幅Ｗ２との比（Ｗ１２／Ｗ２）が０．０１〜０．５の範囲の幅を有することを特徴とする請求項１４に記載の電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜シリコン太陽電池、化合物半導体系太陽電池、色素増感型太陽電池のような太陽電池では、２枚のガラス基板で電池素子（光電変換素子）を封止したガラスパッケージを適用することが検討されている（特許文献１参照）。また、有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＯＥＬＤ）、電界放出ディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＥＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の平板型ディスプレイ装置（ＦＰＤ）においては、表示素子を形成した素子用ガラス基板と封止用ガラス基板とを対向配置し、これら２枚のガラス基板間を封着したガラスパッケージで表示素子を封止した構造が適用されている。【０００３】
太陽電池やＦＰＤ等に適用されるガラスパッケージには、安全性や信頼性等を高めることが求められている。特に、太陽電池は屋外に設置されるため、風圧やひょう等による衝撃に長期間にわたって耐えることが求められている。このような点に対しては、太陽電池を構成するガラス基板に強化ガラスを適用することが提案されている。例えば、特許文献２には、薄膜シリコン太陽電池の電池ユニットを構成する透明電極や非晶質シリコン層等を形成する透明基板として化学強化ガラスを使用することが開示されている。特許文献３には、物理強化ガラスの強化度を半強化状態とした太陽電池用ガラス基板（カバーガラス）とそれを用いた薄膜シリコン太陽電池が開示されている。【０００４】
特許文献２、３に記載された太陽電池は、いずれも強化ガラスからなるガラス基板上に形成された電池ユニットを樹脂系の接着剤や接着シートで封止しているため、水分等による経時的な劣化が避けられない。また、特許文献３に記載の太陽電池は、太陽電池の製造工程で切断しやすいように強化ガラスの強度を低下させているため、信頼性や安全性に関しても十分とは言い難い。さらに、強化ガラスからなるガラス基板上に電池ユニット等の電子素子部を形成した構造では、強化ガラスに加わった衝撃が電池ユニット等に直接影響を及ぼすため、強化ガラスへの衝撃で電池ユニット等の電子素子部の特性が低下したり、また強化ガラスに生じた僅かなクラックで発電特性等の素子特性が損なわれるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本特開２００７−０４２４６０号公報
【特許文献２】日本特開昭５９−０９４８８２号公報
【特許文献３】日本特開２００１−２６１３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ガラスパネルで電子素子部を封止した電子デバイスにおいて、耐湿性や耐候性等を向上させつつ、外部からの衝撃等に対する信頼性を高めることを可能にした電子デバイスとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電子デバイスは、第１の封止領域を備える第１の表面を有する第１のガラス基板と、前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域を備える第２の表面を有し、前記第２の表面が前記第１の表面と対向するように、前記第１のガラス基板上に所定の間隙を持って配置された第２のガラス基板と、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に設けられた電子素子部と、前記電子素子部を封止するように、前記第１のガラス基板の前記第１の封止領域と前記第２のガラス基板の前記第２の封止領域との間に形成され、封着用ガラス材料の溶融固着層からなる封着層と、前記第１のガラス基板及び前記第２のガラス基板の少なくとも一方の外表面に貼り合わされた強化ガラスとを具備することを特徴としている。【０００８】
本発明の電子デバイスの製造方法は、第１の封止領域を備える第１の表面を有する第１のガラス基板を用意する工程と、前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域と、前記第２の封止領域上に形成され、封着用ガラス材料の焼成層からなる封着材料層とを備える第２の表面を有する第２のガラス基板を用意する工程と、前記第１の表面と前記第２の表面とを対向させつつ、前記封着材料層を介して前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを積層する工程と、前記封着材料層を溶融させて前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に設けられる電子素子部を封止する封着層を形成する工程と、前記第１のガラス基板及び前記第２のガラス基板の少なくとも一方の外表面に強化ガラスを貼り合わせる工程とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電子デバイスとその製造方法においては、ガラスパネルを構成する第１及び第２のガラス基板の少なくとも一方の外表面に強化ガラスを貼り合わせているため、強化ガラスに加わった衝撃等が電子素子部に直接影響を及ぼすことを抑制することができる。従って、ガラスパネルで電子素子部を封止した電子デバイスの耐湿性や耐候性等を向上させつつ、外部からの衝撃等に対する信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による電子デバイスを示す断面図である。
【図２】図１に示す電子デバイスにおける電子素子部の構成例を示す断面図である。
【図３】図１に示す電子デバイスにおける電子素子部の他の構成例を示す断面図である。
【図４】図１に示す電子デバイスにおける電子素子部のさらに他の構成例を示す断面図である。
【図５】図１に示す電子デバイスにおける電子素子部のさらに他の構成例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態による電子デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図７】図６に示す電子デバイスの製造工程で使用する第１のガラス基板を示す平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図９】図６に示す電子デバイスの製造工程で使用する第２のガラス基板を示す平面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１１】本発明の実施形態による電子デバイスの製造工程の一部を拡大して示す断面図である。
【図１２】ガラスパネルにおける封着材料層の幅Ｗ11と凸部の幅Ｗ2との比とレーザ封着後の残留応力値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態による電子デバイスを示し、図２乃至図５は図１に示す電子デバイスにおける電子素子部の構成例を示し、図６は本発明の実施形態による電子デバイスの製造工程を示し、図７乃至図１０はそれに用いる第１および第２のガラス基板の構成を示し、図１１は電子デバイスの製造工程の一部を拡大して示す。
【００１２】
図１に示す電子デバイス１は、薄膜シリコン太陽電池、化合物半導体系太陽電池、色素増感型太陽電池のような太陽電池、あるいはＯＥＬＤ、ＦＥＤ、ＰＤＰ、ＬＣＤ等のＦＰＤ、ＯＥＬ素子等の発光素子を使用した照明装置（ＯＥＬ照明等）を構成するものである。電子デバイス１は、例えばソーダライムガラスや無アルカリガラスからなる第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とを具備している。
【００１３】
ソーダライムガラスや無アルカリガラスには、各種公知の組成を適用することができる。電子デバイス１の信頼性を向上させる上で、ガラス基板２、３はソーダライムガラスで形成することが好ましいが、後に詳述するように少なくとも一方のガラス基板２、３に強化ガラスを貼り合わせているため、無アルカリガラスを適用することも可能である。
【００１４】
第１のガラス基板２の表面２ａとそれと対向する第２のガラス基板３の表面３ａとの間には、電子デバイス１に応じた電子素子部４が設けられる。電子素子部４は、例えば太陽電池であれば太陽電池素子（光電変換素子）、ＯＥＬＤやＯＥＬ照明であればＯＥＬ素子、ＰＤＰであればプラズマ発光素子、ＬＣＤであれば液晶表示素子を備えている。太陽電池素子、発光素子、表示素子等を備える電子素子部４は各種公知の構造を有している。この実施形態の電子デバイス１は電子素子部４の素子構造に限定されるものではない。
【００１５】
図２に電子素子部４の構成例として色素増感型太陽電池素子４１０の構造の一例を示す。図２に示す色素増感型太陽電池素子４１０において、主として太陽光の照射面となる第２のガラス基板３の表面３ａには、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）やフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等からなる透明導電膜４１１を介して、増感色素を有する半導体電極（光電極／アノード）４１２が設けられている。第２のガラス基板３の表面３ａと対向する第１のガラス基板２の表面２ａには、同様にＩＴＯやＦＴＯ等からなる透明導電膜４１３を介して、対向電極（カソード）４１４が設けられている。
【００１６】
半導体電極４１２は酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化亜鉛等の金属酸化物からなる。半導体電極４１２は金属酸化物の多孔質膜により構成されており、その内部に増感色素が吸着されている。増感色素としては、例えばルテニウム錯体色素やオスミウム錯体色素等の金属錯体色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素等の有機色素が用いられる。対向電極４１４は白金、金、銀等の薄膜からなる。第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間には電解質４１５が封入されており、これら構成要素により色素増感型太陽電池素子４１０が構成されている。
【００１７】
図３に電子素子部４の他の構成例としてタンデム型薄膜シリコン太陽電池素子４２０の構造の一例を示す。図３に示すタンデム型薄膜シリコン太陽電池素子４２０は、太陽光の照射面となる第２のガラス基板３上に順に設けられた、第１の透明電極４２１、非晶質シリコン光電変換層４２２、結晶質シリコン光電変換層４２３、第２の透明電極４２４、裏面電極４２５を備えている。透明電極４２１、４２４はＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＴＯ等からなり、裏面電極４２５はＡｇ等からなる。
【００１８】
非晶質シリコン光電変換層４２２は、ｐ型アモルファスシリコン膜、ｉ型アモルファスシリコン膜、ｎ型アモルファスシリコン膜を有している。結晶質シリコン光電変換層４２３は、ｐ型多結晶シリコン膜、ｉ型多結晶シリコン膜、ｎ型多結晶シリコン膜を有している。非晶質シリコン光電変換層４２２と結晶質シリコン光電変換層４２３との間には、必要に応じて透明中間層が設けられる。また、タンデム型薄膜シリコン太陽電池素子４２０と第１のガラス基板２との間の空隙４２６には、必要に応じて樹脂等が充填される。
【００１９】
図４に電子素子部４のさらに他の構成例として化合物半導体系太陽電池素子４３０の構造の一例を示す。図４に示す化合物半導体系太陽電池素子４３０は、素子用ガラス基板としての第１のガラス基板２上に順に設けられた、裏面電極４３１、化合物半導体膜からなる光吸収層４３２、バッファ層４３３、透明電極４３４を備えている。裏面電極４３１はＭｏ等の金属からなる。透明電極４３４はＳｎＯ2、ＺｎＯ、ＩＴＯ等からなる。
【００２０】
光吸収層４３２を構成する化合物半導体としては、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２（ＣＩＧＳＳ）、ＣｕＩｎＳ２（ＣＩＳ）等が用いられる。透明電極４３４上には、必要に応じて反射防止層が設けられる。また、化合物半導体系太陽電池素子４３０と太陽光の照射面となる第２のガラス基板３との間の空隙４３５には、必要に応じて樹脂等が充填される。
【００２１】
図５に電子素子部４のさらに他の構成例として化合物半導体系太陽電池素子４４０の構造の他の例を示す。図５に示す化合物半導体（ＣｄＴｅ）系太陽電池素子４４０は、太陽光の照射面となる第２のガラス基板３上に順に設けられた、透明なｎ型ＣｄＳ膜４４１、ｐ型ＣｄＴｅ膜４４２、Ｃｕ含有炭素電極４４３、Ｉｎ含有Ａｇ電極４４４を備えている。ＣｄＴｅ系太陽電池素子４４０と第１のガラス基板２との間の空隙４４５には、必要に応じて樹脂等が充填される。
【００２２】
電子素子部４を構成する素子膜やそれらに基づく素子構造体は、第１および第２のガラス基板２、３の表面２ａ、３ａの少なくとも一方に形成されるものである。図２に示す色素増感型太陽電池素子４１０では、第１および第２のガラス基板２、３の各表面２ａ、３ａに素子膜が形成される。図３に示す薄膜シリコン太陽電池素子４２０や図５に示す化合物半導体系太陽電池素子４４０では、第２のガラス基板３の表面３ａに素子膜が形成される。図４に示す化合物半導体系太陽電池素子４３０では、第１のガラス基板２の表面２ａに素子膜が形成される。ＯＥＬＤやＯＥＬ照明等に適用されるＯＥＬ素子では、第１のガラス基板２が素子用ガラス基板として用いられ、その表面に素子構造体が形成される。第２のガラス基板３はＯＥＬ素子の封止部材として用いられる。
【００２３】
電子デバイス１の作製に用いられる第１のガラス基板２の表面２ａには、図７及び図８に示すように、電子素子部４の少なくとも一部（４Ａ）が形成される第１の素子領域５と、第１の素子領域５の外周に沿って配置された第１の封止領域６とが設けられている。第１の封止領域６は第１の素子領域５を囲うように設けられている。第２のガラス基板３の表面３ａには、図９及び図１０に示すように、第１の素子領域５に対応する第２の素子領域７と第１の封止領域６に対応する第２の封止領域８とが設けられている。
【００２４】
図２に示す色素増感型太陽電池素子４１０のように、第２のガラス基板３の表面３ａにも素子膜等を形成する場合には、第２の素子領域７に電子素子部４の一部（４Ｂ）が形成される。図３に示す薄膜シリコン太陽電池素子４２０、図４や図５に示す化合物半導体系太陽電池素子４３０、４４０、ＯＥＬ素子等の発光素子のように、一方のガラス基板（２又は３）を素子用ガラス基板として用いる場合、他方のガラス基板（３又は２）の第２の素子領域７は第１の素子領域５との対向領域となる。第１および第２の封止領域６、８は封着層の形成領域（第２の封止領域８については封着材料層の形成領域）となる。
【００２５】
第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とは、電子素子部４の構造体４Ａ、４Ｂが形成された表面２ａ、３ａが対向するように所定の間隙を持って配置されている。第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間の間隙は封着層９で封止されている。すなわち、封着層９は電子素子部４を封止するように、第１のガラス基板２の封止領域６と第２のガラス基板３の封止領域８との間に形成されている。電子素子部４は第１のガラス基板２と第２のガラス基板３と封着層９とで構成されたガラスパネルで気密封止されている。
【００２６】
電子素子部４として色素増感型太陽電池素子４１０等を適用した場合には、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間の間隙全体に電子素子部４が配置される。また、電子素子部４として薄膜シリコン太陽電池素子４２０、化合物半導体系太陽電池素子４３０、４４０、ＯＥＬ素子等を適用する場合、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間には一部空間が残存する。そのような空間はそのままの状態であってもよいし、または透明な樹脂等が充填されていてもよい。透明樹脂はガラス基板２、３に接着されていてもよいし、単にガラス基板２、３と接触しているだけであってもよい。
【００２７】
封着層９は、第２のガラス基板３の封止領域８に形成された封着材料層を加熱・溶融させて、第１のガラス基板２の封止領域６に固着させた溶融固着層からなる。すなわち、電子デバイス１の作製に用いられる第２のガラス基板３の封止領域８には、図９及び図１０に示すように枠状の封着材料層１０が形成されている。封着材料層１０は封着用ガラス材料の焼成層である。そして、第２のガラス基板３の封止領域８に形成された封着材料層１０を後述する加熱工程を適用して加熱し、第１のガラス基板２の封止領域６に溶融固着させることによって、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間隙を封止する封着層９が形成されている。封着層９は封着用ガラス材料の溶融固着層である。
【００２８】
第１及び第２のガラス基板２、３と封着用ガラス材料の溶融固着層からなる封着層９とでガラスパネルを構成することによって、ガラスパネル内への水分の侵入等を長期間にわたって再現性よく抑制することができる。すなわち、ガラスパネルの耐湿性や耐候性等を向上させることができる。このようなガラスパネルで電子素子部４を封止することによって、電子素子部４の劣化を長期間にわたって再現性よく抑制することが可能となる。従って、電子素子部４の特性、例えば太陽電池素子であれば発電特性を長期間にわたって安定して維持することが可能な電子デバイス１を提供することができる。
【００２９】
さらに、実施形態の電子デバイス１においては、例えば電子素子部４が太陽電池素子の場合には太陽光の照射面、ＦＰＤの場合には表示面、またＯＥＬ照明等の場合には発光面となる第２のガラス基板３の外表面、すなわち素子領域５を有する表面３ａとは反対側の表面３ｂに、カバーガラスとして強化ガラス１１が貼り合わされている。強化ガラス１１は、例えば紫外線硬化型の接着剤樹脂による樹脂層１２を介して第２のガラス基板３の外表面３ｂに接着されている。このように、ガラスパネルを構成する第２のガラス基板３の外表面３ｂに強化ガラス１１を貼り合わせることによって、外部からの衝撃等に対する電子デバイス１の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３０】
強化ガラス１１は化学強化ガラスであることが好ましい。化学強化ガラスは、ガラス板の表面領域にイオン交換層、例えばガラス板中のナトリウムイオンとそれよりイオン半径が大きいカリウムイオンとのイオン交換層を形成し、これにより表面に圧縮応力を生じさせて強化したものである。化学強化は物理強化より板厚が薄いガラス板に適用することができ、その上で物理強化と同等レベルの強度を得ることができる。従って、強化ガラス１１として化学強化ガラスを適用することによって、電子デバイス１の衝撃等に対する信頼性を向上させた上で、電子デバイス１が重くなることを抑制できる。さらに、ガラスパネルに強化ガラス１１を貼り合わせて高強度化することで、ガラス基板２、３の板厚を低減することができるため、電子デバイス１を軽量化することが可能となる。
【００３１】
強化ガラス１１の板厚は、カバーガラスとしての強度を維持し得る範囲で薄いことが好ましく、例えば３ｍｍ以下であることが好ましく、さらに２ｍｍ以下であることがより好ましい。強化ガラス１１の板厚が３ｍｍを超えると電子デバイス１の質量増加が顕著となり、太陽電池やＦＰＤ等の電子デバイス１を軽量化することができなくなる。強化ガラス１１の板厚の下限値は特に限定されるものではないが、実用的には０．１ｍｍであることが好ましい。また、このような強化ガラス１１で電子デバイス１の強度を向上させることで、ガラス基板２、３の板厚を薄くすることができる。例えば、板厚が０．３〜１．８ｍｍというようなガラス基板２、３を使用した場合においても、電子デバイス１の強度や信頼性を高めることが可能となる。
【００３２】
上述したように、封着用ガラス材料で封止したガラスパネルに強化ガラス１１を貼り合わせることによって、電子デバイス１の耐湿性や耐候性を維持しつつ、外部からの衝撃等に対する電子デバイス１の信頼性を向上させることが可能となる。強化ガラス１１はガラスパネルを構成するガラス基板３の外表面３ｂに貼り合わされているため、強化ガラス１１に加わった衝撃による電子素子部４への直接的な影響が抑制される。すなわち、強化ガラス１１にクラック等が生じた場合においても、ガラス基板３は保護されているため、電子素子部４の特性を維持することが可能となる。
【００３３】
さらに、強化ガラス１１をガラス基板３の外表面３ｂに樹脂層１２を介して接着することで、樹脂層１２が衝撃や応力の緩衝層として機能するため、ガラス基板３のクラックや割れ等をより有効に抑制することができる。樹脂層１２の材質等によっては強化ガラス１１の貼り替えが容易となる。これらによって、電子デバイス１の機能や特性をより長期間にわたって安定に発揮させることが可能となる。また、上記したように電子デバイス１の高強度化と軽量化とを両立させることができる。従って、耐候性と耐衝撃性に優れ、かつ軽量で信頼性の高い電子デバイス１を提供することが可能となる。
【００３４】
電子デバイス１が太陽電池の場合には、デバイスの軽量化を図った上で、ひょう等によるガラス基板３の損傷、それに基づく発電特性の低下や損失等を抑制することが可能となる。すなわち、過酷な環境下で長期間にわたって安定して発電させることが可能な太陽電池を提供することができる。また、電子デバイス１がＦＰＤ等の場合には、信頼性や安全性を高めた上で軽量化することができる。なお、図１では第２のガラス基板３の外表面３ｂのみに強化ガラス１１を貼り合わせた構造を示したが、強化ガラス１１は第１のガラス基板２の外表面に貼り合わせてもよい。これによって、ガラス基板２、３の板厚減少による電子デバイス１の軽量化をより一層図ることができる。
【００３５】
次に、実施形態の電子デバイス１の製造工程について、図６を参照して説明する。
まず、封着層１０の形成材料となる封着用ガラス材料を用意する。封着用ガラス材料は、低融点ガラスからなる封着ガラスに、必要に応じて低膨張充填材のような充填材を配合したものである。封着用ガラス材料はこれら以外の添加材を含有していてもよい。封着ガラス（ガラスフリット）としては、例えば錫−リン酸系ガラス、ビスマス系ガラス、バナジウム系ガラス、鉛系ガラス等が用いられる。これらのうち、ガラス基板２、３に対する接着性やその信頼性、さらに環境や人体に対する影響等を考慮して、錫−リン酸系ガラスやビスマス系ガラスからなる封着ガラスを使用することが好ましい。
【００３６】
錫−リン酸系ガラス（ガラスフリット）は、ガラス組成として酸化物換算のモル百分率で、５５〜６８モル％のＳｎＯ、０．５〜５モル％のＳｎＯ２、及び２０〜４０モル％のＰ２Ｏ５（基本的には合計量を１００モル％とする）の組成を有することが好ましい。ＳｎＯはガラスを低融点化させるための成分である。ＳｎＯの含有量が５５モル％未満であるとガラスの粘性が高くなって封着温度が高くなりすぎ、６８モル％を超えるとガラス化しなくなる。好ましくは、５７〜６６モル％である。
【００３７】
ＳｎＯ２はガラスを安定化するための成分である。ＳｎＯ２の含有量が０．５モル％未満であると封着作業時に軟化溶融したガラス中にＳｎＯ２が分離、析出し、流動性が損なわれて封着作業性が低下する。ＳｎＯ２の含有量が５モル％を超えると低融点ガラスの溶融中からＳｎＯ２が析出しやすくなる。好ましくは、１．０〜３．５モル％である。
Ｐ２Ｏ５はガラス骨格を形成するための成分である。Ｐ２Ｏ５の含有量が２０モル％未満であるとガラス化せず、その含有量が４０モル％を超えるとリン酸塩ガラス特有の欠点である耐候性の悪化を引き起こすおそれがある。好ましくは、２５〜３５モル％である。
【００３８】
上記した３成分で形成されるガラスは、ガラス転移点が低く、低温用の封着材料に適したものであるが、ＳｉＯ２等のガラスの骨格を形成する成分やＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等のガラスを安定化させる成分等を任意成分として含有していてもよい。ただし、任意成分の含有量が多すぎるとガラスが不安定となって失透が発生したり、またガラス転移点や軟化点が上昇するおそれがあるため、任意成分の合計含有量は、ガラス組成として酸化物換算のモル百分率で、３０モル％以下とすることが好ましい。この場合のガラス組成は基本成分と任意成分との合計量が基本的には１００モル％となるように調整される。
【００３９】
ビスマス系ガラス（ガラスフリット）は、ガラス組成として酸化物換算の質量百分率で、７０〜９０質量％のＢｉ２Ｏ３、１〜２０質量％のＺｎＯ、及び２〜１２質量％のＢ２Ｏ３（基本的には合計量を１００質量％とする）の組成を有することが好ましい。Ｂｉ２Ｏ３はガラスの網目を形成する成分である。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が７０質量％未満であると低融点ガラスの軟化点が高くなり、低温での封着が困難になる。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が９０質量％を超えるとガラス化しにくくなると共に、熱膨張係数が高くなりすぎる傾向がある。封着温度等を考慮すると、Ｂｉ２Ｏ３の含有量は７８〜８７質量％の範囲とすることがより好ましい。
【００４０】
ＺｎＯは熱膨張係数等を下げる成分である。ＺｎＯの含有量が１質量％未満であるとガラス化が困難になる。ＺｎＯの含有量が２０質量％を超えると低融点ガラス成形時の安定性が低下し、失透が発生しやすくなる。ガラス製造の安定性等を考慮すると、ＺｎＯの含有量は７〜１２質量％の範囲とすることがより好ましい。Ｂ2Ｏ3はガラスの骨格を形成してガラス化が可能となる範囲を広げる成分である。Ｂ2Ｏ3の含有量が２質量％未満であるとガラス化が困難となり、１２質量％を超えると軟化点が高くなりすぎて、封着時に荷重をかけたとしても低温で封着することが困難となる。ガラスの安定性や封着温度等を考慮すると、Ｂ２Ｏ３の含有量は５〜１０質量％の範囲とすることがより好ましい。
【００４１】
上記した３成分で形成されるガラスはガラス転移点が低く、低温用の封着材料に適したものであるが、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＳｉＯ２、Ａｇ２Ｏ、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＷＯ３、Ｐ２Ｏ５、ＳｎＯｘ（ｘは１又は２である）等の任意成分を含有していてもよい。ただし、任意成分の含有量が多すぎるとガラスが不安定となって失透が発生したり、またガラス転移点や軟化点が上昇するおそれがあるため、任意成分の合計含有量は、ガラス組成として酸化物換算の質量百分率で、３０質量％以下とすることが好ましく、さらに好ましくは１０％以下である。この場合のガラス組成は基本成分と任意成分との合計量が基本的には１００質量％となるように調整される。
【００４２】
低膨張充填材としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、珪酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、ムライト、コージェライト、ユークリプタイト、スポジュメン、リン酸ジルコニウム系化合物、酸化錫系化合物、石英固溶体、及びマイカからなる群から選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。リン酸ジルコニウム系化合物としては、（ＺｒＯ）２Ｐ２Ｏ７、ＮａＺｒ２（ＰＯ４）３、ＫＺｒ２（ＰＯ４）３、Ｃａ０．５Ｚｒ２（ＰＯ４）３、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３、Ｚｒ２（ＷＯ３）（ＰＯ４）２、これらの複合化合物が挙げられる。低膨張充填材とは封着ガラスより低い熱膨張係数を有するものである。低膨張充填材の含有量は、封着用ガラス材料の熱膨張係数がガラス基板２、３のそれに近づくように適宜に設定される。低膨張充填材は封着ガラスやガラス基板２、３の熱膨張係数にもよるが、封着用ガラス材料に対して１０〜５０体積％の範囲で含有させることが好ましく、２０〜４０％の範囲で含有させることがより好ましい。
【００４３】
封着用ガラス材料によるガラス基板２、３間の封止工程は、焼成炉で封着ガラス（ガラスフリット）の軟化点以上の温度に加熱することにより実施してもよいが、この場合には電子素子部４を含むガラスパネル全体が加熱されることになる。このため、電子素子部４の材質等によっては加熱工程で特性が劣化するおそれがある。このような点に対しては、ガラス基板２、３の封止領域６、８間にレーザ光や赤外線等の電磁波を吸収する封着用ガラス材料層を配置し、これに電磁波を照射して局所的に加熱することが有効である。電磁波による局所加熱によれば、封止工程による電子素子部４の特性劣化を抑制することができる。局所加熱の加熱源には、上記したようにレーザ光や赤外線等が用いられる。
【００４４】
電磁波による局所加熱を適用する場合には、電磁波吸収能を有する封着用ガラス材料が用いられる。例えば、黒色系の色調を有する封着ガラスのように、封着ガラス自体が電磁波の吸収能を有する場合には、上記したように封着ガラスと必要に応じて添加される低膨張充填材とで封着用ガラス材料を構成することができる。封着ガラスが透明で電磁波吸収能を有しない場合には、封着用ガラス材料に電磁波吸収材を添加する。電磁波吸収材としては、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＣｕからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属又は前記金属を含む酸化物等の化合物が用いられる。これら以外の顔料であってもよい。
【００４５】
電磁波吸収材の含有量は、封着用ガラス材料に対して０．１〜１０体積％の範囲とすることが好ましい。電磁波吸収材の含有量が０．１体積％未満であると封着材料層１０を十分に溶融させることができないおそれがある。電磁波吸収材の含有量が１０体積％を超えると第２のガラス基板３との界面近傍で局所的に発熱するおそれがあり、また封着用ガラス材料の溶融時の流動性が劣化して第１のガラス基板２との接着性が低下するおそれがある。安定的な封着を考慮して、電磁波吸収材の含有量は０．５〜７質量％の範囲とすることがより好ましい。
以下に、電磁波による局所加熱を適用した封止工程について詳述する。
【００４６】
まず、封着用ガラス材料をビヒクルと混合して封着材料ペーストを調製する。ビヒクルとしては、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、オキシエチルセルロース、ベンジルセルロース、プロピルセルロース、ニトロセルロース等の有機樹脂を、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート等の溶剤に溶解したもの、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロオキシエチル（メタ）アクリレート等の有機樹脂を、メチルエチルケトン、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート等の溶剤に溶解したもの等が用いられる。
【００４７】
第２のガラス基板３の封止領域８に封着材料ペーストを塗布し、これを乾燥させて封着材料ペーストの塗布層を形成する。封着材料ペーストは、例えばスクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法を適用して第２の封止領域８上に塗布したり、あるいはディスペンサ等を用いて第２の封止領域８に沿って塗布する。封着材料ペーストの塗布層は、例えば１２０℃以上の温度で１０分以上乾燥させることが好ましい。乾燥工程は塗布層内の溶剤を除去するために実施するものである。塗布層内に溶剤が残留していると、その後の焼成工程でバインダ成分を十分に除去することができないおそれがある。
【００４８】
上記封着材料ペーストの塗布層を焼成して封着材料層１０を形成する。焼成工程は、塗布層を封着用ガラス材料の主成分である封着ガラス（ガラスフリット）のガラス転移点以下の温度に加熱し、塗布層内のバインダ成分を除去した後、封着ガラス（ガラスフリット）の軟化点以上の温度に加熱し、封着ガラスを溶融してガラス基板３に焼き付ける。このようにして、図６（ａ）に示すように第２のガラス基板３の表面３ａに封着用ガラス材料の焼成層からなる封着材料層１０を形成する。なお、電子デバイス１や電子素子部４の構造によっては、封着材料層１０を第１のガラス基板２の封止領域６に形成してもよい。
【００４９】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とを、それらの表面２ａ、３ａ同士が対向するように封着材料層１０を介して積層する。次いで、図６（ｃ）に示すように、第２のガラス基板３（または第１のガラス基板２）を通して封着材料層１０にレーザ光や赤外線等の電磁波１３を照射する。電磁波１３としてレーザ光を使用する場合、レーザ光は枠状の封着材料層１０に沿って走査しながら照射される。レーザ光は特に限定されず、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＨｅＮｅレーザ等からのレーザ光が使用される。電磁波１３として赤外線を使用する場合には、例えば封着材料層１０の形成部位以外を赤外線反射膜等でマスキングすることによって、封着材料層１０に赤外線を選択的に照射することが好ましい。
【００５０】
電磁波１３としてレーザ光を使用した場合、封着材料層１０はそれに沿って走査されるレーザ光が照射された部分から順に溶融し、レーザ光の照射終了と共に急冷固化されて第１のガラス基板２に固着する。そして、封着材料層１０の全周にわたってレーザ光を照射することによって、図６（ｄ）に示すように第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間を封止する封着層９が形成される。また、電磁波１３として赤外線を使用した場合、封着材料層１０は赤外線の照射に基づいて局所的に加熱されて溶融し、赤外線の照射終了と共に急冷固化されて第１のガラス基板２に固着する。そして、図６（ｄ）に示すように第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間を封止する封着層９が形成される。
【００５１】
ところで、電子素子部４として太陽電池素子等を適用した電子デバイス１においては、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間隔（ギャップ）を、例えば２００μｍ以上というように広くしなければならない場合がある。このような広い間隔（ギャップ）を封着層９のみで封止した場合、電磁波１３による局所加熱時にガラス基板２、３や封着層９に割れ等が生じやすくなる。このような点に対して、図１１に示すように第１のガラス基板２の封着領域６に凸部１４を形成することが有効である。
【００５２】
このように、ガラス基板２の封着領域６に凸部１４を形成することによって、例えば２００μｍ以上というような広い間隔を有するガラス基板２、３間を電磁波１３による局所加熱により良好に封止することが可能となる。凸部１４の高さはガラス基板２、３の間隔に応じて適宜に設定される。なお、凸部１４は第２のガラス基板３の封着領域８に形成してもよいし、また場合によっては第１及び第２のガラス基板２、３の封着領域６、８の両方に形成してもよい。凸部１４はガラス基板２、３の厚さや間隔等に応じて、ガラス基板２、３の封着領域６、８の少なくとも一方に形成される。
【００５３】
具体的には、図１１（ａ）に示すように、第１の封着領域６に凸部１４が設けられた第１のガラス基板２を用意する。次いで、第２のガラス基板３の封着領域８に封着材料層１０を形成する。封着材料層１０の形成工程は上述した通りである。凸部１４及び封着材料層１０の形成位置は上記したように適宜に設定される。このような第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とを、凸部１４と封着材料層１０とを接触させるように積層した後、上述したように第２のガラス基板３（または第１のガラス基板２）を通して封着材料層１０にレーザ光や赤外線等の電磁波１３を照射することによって、図１１（ｂ）に示すように第１のガラス基板２の凸部１４と第２のガラス基板３との間に封着層９を形成する。
【００５４】
凸部１４の高さに対して幅Ｗ２が狭すぎると、ガラスパネルの強度を低下させる要因となる。このため、凸部１４の幅Ｗ２は２ｍｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは３ｍｍ以上である。封着材料層１０の幅Ｗ１１は気密封止性を高めつつ、電磁波１３で均一に加熱するために０．５〜１ｍｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは０．６〜０．８ｍｍである。ここで、凸部１４上に封着層９を形成する場合、電磁波１３による局所加熱時に凸部１４内に生じる温度分布で残留応力が増大しやすい。接着界面近傍の残留応力は、ガラス基板２、３や封着層９にクラックや割れを生じさせたり、またガラス基板２、３と封着層９との接着強度や接着信頼性を低下させる原因となる。
【００５５】
局所加熱時に生じる残留応力は、封着材料層１０の幅Ｗ１１と凸部１４の幅Ｗ２との差を小さくして温度勾配を減少させることで低減することが可能となる。ただし、封着材料層１０の幅Ｗ１１は０．５〜１ｍｍの範囲とすることが好ましいため、このような幅Ｗ１１に近似した幅Ｗ２を有する凸部１４は、ガラスパネルの強度を低下させる要因となる。このため、凸部１４の幅Ｗ２は封着材料層１０の幅Ｗ１１と凸部１４の幅Ｗ２との比（Ｗ１１／Ｗ２）が０．０１〜０．５の範囲となるように設定することが好ましい。Ｗ１１／Ｗ２比を０．５以下とすることで、残留応力を低減しつつ強度を保つことができる。ただし、Ｗ１１／Ｗ２比が０．０１未満になると、残留応力の影響が増大してガラスパネルの強度が低下する。Ｗ１１／Ｗ２比は０．０５〜０．３の範囲とすることがより好ましい。
【００５６】
表１に凸部１４を有する第１のガラス基板２と平板状の第２のガラス基板３とをレーザ封着した場合の残留応力値とパネル強度を示す。第１のガラス基板２としては、板厚が２．８ｍｍのソーダライムガラスを使用した。第１のガラス基板２には高さが０．５ｍｍで表１に示す幅Ｗ２を有する凸部をそれぞれ設けた。第２のガラス基板３としては、板厚が０．７ｍｍのソーダライムガラスを使用した。表１における残留応力値は、封着材料層１０の幅Ｗ１１を１ｍｍ、凸部１４の幅Ｗ２を１ｍｍとした場合（Ｗ１１／Ｗ２＝１）の値を１としたときの相対値である。図１２にＷ１１／Ｗ２比と残留応力値との関係を示す。
【００５７】
パネル強度はソーダライムガラス基板同士を封着したガラスパネル、そのようなガラスパネルの外表面に板厚が１．１ｍｍの化学強化ガラスを貼り合わせたガラスパネルについて測定した。ここで、用いた化学強化ガラスの表面圧縮応力値は５７０ＭＰａ、表面圧縮応力深さは９μｍである。パネル強度の測定方法はＪＩＳ  Ｃ８９９１の降雹試験に準じ、１２ｇの鋼球を用い、鋼球を所定の高さからガラスパネル中央部に力を加えず自由落下させ、パネルが割れない場合は鋼球の落下高さを５ｍｍ刻みで高くし、前述と同様の作業を繰り返し実施し、パネル中央部に割れが観測される高さを測定した。また、同様の実験を、樹脂を内部に充填した封着ガラスパネルにおいても実施した。ここで、用いた封着ガラスパネルは前述同様の構成である。その結果を表１に示す。表１におけるパネル強度値は、封着材料層１０の幅Ｗ１１を０．５ｍｍ、凸部１４の幅Ｗ２を１０ｍｍとした場合（Ｗ１１／Ｗ２＝０．０５）の値を１としたときの相対値である。
【００５８】
【表１】
2012046817.tif 000003
【００５９】
表１から明らかなように、残留応力値はＷ１１／Ｗ２比を１とした場合が最も小さいものの、凸部１４の幅Ｗ２も狭くなるためにパネル強度が低下する。これに対して、Ｗ１１／Ｗ２比を適度な範囲（具体的には０．０１〜０．５の範囲、さらには０．０５〜０．３の範囲）とすることで、レーザ封着性を維持しつつパネル強度を向上させることができる。従って、安全性や信頼性に優れる電子デバイスを提供することが可能となる。なお、封着層９の幅Ｗ１２は封着材料層１０の幅Ｗ１１から多少変動するものの、ほぼ同等である。
【００６０】
この後、図６（ｅ）に示すように、第２のガラス基板３の外表面３ｂに強化ガラス１１を貼り合わせる。強化ガラス１１は、例えば紫外線硬化型の樹脂シートや液状樹脂等を用いて、ガラス基板３の外表面３ｂに接着される。このようにして、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３と封着層９とで構成したガラスパネルで電子素子部４を気密封止すると共に、第１及び第２のガラス基板２、３の少なくとも一方の外表面に強化ガラスを貼り合わせた電子デバイス１を作製する。なお、この実施形態のガラスパネルは電子デバイス１の構成部品に限られるものではなく、電子部品の封止体、あるいは複層ガラスのようなガラス部材（建材等）にも応用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のガラスパネルで電子素子部を封止した電子デバイスは、耐湿性や耐候性に優れ、外部からの衝撃等に対する信頼性も高く、薄膜シリコン太陽電池、化合物半導体系太陽電池、色素増感型太陽電池等の太陽電池、有機ＥＬディスプレイ、電界放出ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、液晶表示装置等の平板型ディスプレイ装置などの電子デバイスとして利用することが可能である。
なお、２０１０年１０月７日に出願された日本特許出願２０１０−２２７６９４号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１…電子デバイス、２…第１のガラス基板、２ａ…表面、３…第２のガラス基板、３ａ…表面、４…電子素子部、５…第１の素子領域、６…第１の封止領域、７…第２の素子領域、８…第２の封止領域、９…封着層、１０…封着材料層、１１…強化ガラス、１２…樹脂層、１３…電磁波、１４…凸部。
【図１】
2012046817.tif 000004
【図２】
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【図３】
2012046817.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012046817.tif 000010
【図８】
2012046817.tif 000011
【図９】
2012046817.tif 000012
【図１０】
2012046817.tif 000013
【図１１】
2012046817.tif 000014
【図１２】
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【国際調査報告】
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