(57)【要約】      （修正有）【課題】耐熱性、耐久性及び信頼性に優れた封止構造を実現し得る封止材料、ガラスパネル、ガラス建材、電子デバイス及びそれらの製造方法を提供する。【解決手段】封止材料は、合金成分を含み、凝固収縮率βが−１％≦β≦＋１％の範囲にあり、融点が２００℃以下である。対向する２枚のガラス基板７１，７２の間に、封止部５を有するガラスパネル、ガラス建材、電子デバイスにおいて、封止部５を上述した封止材料で構成する。【選択図】図１
2014015670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金成分を含む封止材料であって、
凝固収縮率βが−１％≦β≦＋１％の範囲にあり、融点が２００℃以下である。
【請求項２】
対向する２枚のガラス基板の間に、封止部を有するガラスパネルであって、
前記封止部は、請求項１に記載された封止材料でなる。
【請求項３】
請求項２に記載されたガラスパネルであって、
前記ガラス基板は、前記封止部の形成される領域が、凹凸を有するアンカ面となっている。
【請求項４】
ガラスパネルを有するガラス建材であって、
前記ガラスパネルは、請求項２または３に記載されたものでなる。
【請求項５】
ガラスパネルを有する電子デバイスであって、
前記ガラスパネルは、請求項２または３に記載されたものでなる。
【請求項６】
封止部形成位置に、請求項１に記載された封止材料を付与し、
次に、超音波加熱、真空高周波加熱又は加熱リフロ−によって、前記封止材料を前記封止部形成位置に付着させる、
工程を含む、製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載された封止材料を溶融して、封止部形成位置に付与し、
次に、前記封止材料を、超音波を印加しながら加圧して、前記封止部形成位置に付着させる、
工程を含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止材料、ガラスパネル、ガラス建材、電子デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や有機エレクトロ・ルミネセンス・デバイス（有機ＥＬデバイス）等の電子デバイスでは、光起電素子や発光素子等の電子素子の耐久性、信頼性等を確保するために、電子素子の配置される領域を、外気から遮蔽するシール構造がとられる。例えば、太陽電池は、屋外で２０年以上にわたって使用されることが想定されており、このような長期使用に対しても、信頼性及び耐久性を維持し得るようなシール構造を構築しなければならない。また、有機ＥＬデバイスでは、有機ＥＬ膜の存在するパネル内部に水分やガスが侵入すると、有機ＥＬ膜の寿命を劣化させることが知られている。
【０００３】
そこで、太陽電池や有機ＥＬデバイスでは、上述した問題点を解決するシール構造として、従来より、さまざまな構造が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、ギャップ材含有のシール材によって、素子基板と封止部材とを接合した有機ＥＬ装置を開示している。シール材としては、紫外線硬化型エポキシ系接着剤又は熱硬型エポキシ系接着剤に、樹脂製のギャップ材を分散されたものが用いられる。
【０００５】
特許文献２は、第１フレームと太陽電池パネルの受光面との間、および、第２フレームと太陽電池パネルの裏面との間を、合成ゴム等でなるシール材で封止する太陽電池モジュールを開示している。
【０００６】
しかし、有機樹脂、又は合成ゴム等でなる従来のシールド材は、経年変化によって、物性的劣化や接合力の低下を惹起しまうため、長期にわたって、耐久性及び信頼性を維持することが困難である。
【０００７】
特許文献３は、有機樹脂、合成ゴム等でなる有機系シールド材に代えて、フリットガラスでなるシール部材を用い、アレイ基板と封止基板とを接合した有機ＥＬデバイスを開示している。
【０００８】
しかし、フリットガラスでなるシール部材によって、基板間を接合した有機ＥＬデバイスでは、フリットガラスの熱処理によって、基板が熱的劣化を起こしてしまうという問題があった。ちなみに、主成分たるSiO2に、PbO、Bi2O3やNa2Oなどのアルカリ酸化物を加えることで融点を下げた低融点フリットガラスでも、融点は450〜600℃の範囲である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０-１８２６３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１２４１８号公報
【特許文献３】特開２０１０−８０３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、耐熱性、耐久性及び信頼性に優れた封止構造を実現し得る封止材料、それを用いて封止部を構成したガラスパネル、ガラス建材、電子デバイス及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る封止材料は、合金成分を含む金属系の封止材料であって、凝固収縮率βが−１％≦β≦＋１％の範囲にあり、融点が２００℃以下である。
【００１２】
本発明に係る封止材料は、対向する２枚のガラス基板の間に、封止部を有するガラスパネルにおいて、前記封止部を構成するために用いることができる。このようなガラスパネルは、例えば、窓ガラス等で代表されるガラス建材としてもいられ、或いは、太陽電池や有機ELデバイス等の電子デバイスにおける光学的機能部分として用いられる。
【００１３】
上述したガラスパネルには、一般には、強化ガラスが用いられる。強化ガラスの耐熱温度は、常用温度210℃、最高使用温度250℃といわれている。本発明に係る封止材料は、融点が２００℃以下であるから、上述したガラスパネルの温度よりも低い温度で溶解させることができる。よって、ガラスパネルの熱的劣化を回避し得る。
【００１４】
また、本発明に係る封止材料は、凝固収縮率βが、−１％≦β≦＋１％の範囲に入るように、選択される。
【００１５】
凝固収縮率βを、上述の範囲に設定することにより、例えば、建材用真空窓ガラス、太陽電池又は有機ＥＬデバイス等への適用において、封止材料の凝固収縮による応力を小さくし、いわゆる「ヒケ」による巣の発生を回避し得る。また、凝固収縮応力に起因する特性変動を最小化することもできる。
【００１６】
また、凝固収縮率βが、−１％≦β≦＋１％の範囲に入るといことは、収縮及び膨張の両者が、上記範囲内に収まるということであり、温度変化の激しい環境に対しても、十分に対応が可能になる。しかも、収縮の範囲が１％以内であれば、接合部のガラスに与えるダメージが抑制されシールド効果には大きな影響をおよばさない。また、膨張においても、１％以内であれば、シールド効果が阻害されることはない。
【００１７】
ガラス基板は、前記封止部の形成される領域が、凹凸を有するアンカ面となっていることが好ましい。ガラス基板の接合面に、上述したような微細な凸凹を設けることにより、これらの凹凸に封止材が入り込み、接合面がアンカ効果を有するアンカー面として機能することになる。
【００１８】
接合方法としては、超音波加熱接合、真空高周波加熱、加熱リフロー等を採用することができる。
【００１９】
以上により、本発明によれば、耐熱性、耐久性及び信頼性に優れた封止構造を実現することができる。なお、本発明において、「封止」は、「シールをする」、「密封する」、「ふさぐ」、「埋める」、「封じ込める」又は「封鎖する」等の意味で用いる。
【００２０】
上述したようなガラスパネル、ガラス建材及び電子デバイスの製造にあたっては、封止部形成位置に、本発明に係る封止材料を付与し、次に、超音波加熱、真空高周波加熱又は加熱リフロ−によって、前記封止材料を前記封止部形成位置に付着させる。
【００２１】
別の手法として、本発明に係る封止材料を溶融して、封止部形成位置に付与し、次に、前記封止材料を、超音波を印加しながら加圧して、前記封止部形成位置に付着させる。
【発明の効果】
【００２２】
上述したように、本発明によれば、耐熱性、耐久性及び信頼性に優れた封止構造を実現し得る封止材料、ガラスパネル、ガラス建材、電子デバイス、及び、その製造方法を提供することができる。
【００２３】
本発明に係るガラスパネル、特に、建材用窓ガラスとして用いられるガラス建材では、大幅な省エネルギー効果を奏し得る。また、電子デバイス等などでは省電力に対応することが可能になる。
【００２４】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。但し、添付図面は、単なる例示に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る封止材料を用いて封止部を形成したガラスパネル（又はガラス建材）の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る封止材料を用いて封止部を形成した有機ELデバイスの一例を示す図である。
【図３】本発明に係る封止材料を用いて封止部を形成した太陽電池の一例を示す図である。
【図４】本発明に係る封止材料を用いたガラスパネルの製造方法を示す図である。
【図５】図４に示した工程の後の工程を示す図である。
【図６】図５に示した工程の後の工程を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る封止材料は、融点が200℃以下である。本発明に係る封止材料は、合金成分を含有するから、合金を組成する複数種の金属成分を選択することによって、融点を上述したような範囲に設定することができる。そのほか、封止材料に含まれる合金成分を合金微粒子とし、その粒径をｎｍサイズまで微小化することにより、微細サイズ効果、量子サイズ効果による融点低下効果を得るようにしてもよい。
【００２７】
上述した融点調整目的に適う金属成分の具体例としては、In、Cu、Sn、Bi、Ga、Sb、Si、B、Ti、AlまたはAgを例示することができる。もっとも、これらに限定するものではない。
【００２８】
次に、封止材料は、凝固収縮率βが、
（−１％）≦β≦（＋１％）
の範囲を満たす。本発明において、封止材料は、合金成分を含有するから、合金を組成する各金属成分を選択することによって、封止材料としての凝固収縮率βを、上述したような範囲に設定することができる。
【００２９】
封止材料の凝固収縮率βを、上述の範囲に設定することにより、例えば、真空窓ガラス等で代表されるガラス建材、太陽電池又は有機ＥＬデバイス等への適用において、封止材料の凝固収縮による応力を小さくし、凝固収縮応力に起因する特性変動を最小化することができる。また、いわゆる「ヒケ」による巣の発生を回避することができる。次に、上に例示した金属種のいくつかについて、凝固収縮率β及び融点を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2014015670.tif 000003
【００３１】
表１にも示すように、金属は、一般には、正の値の凝固収縮率（％）をとるのであるが、負の値をとるもの（例えば、Ｂｉ，Ｓｂ）もある。したがって、金属の組合せ及び組成比等により、本発明の凝固収縮率を満たすことができる。なお、凝固収縮率（％）が正の値を採るということは、凝固時に体積が収縮することを示し、負の値をとるということは、凝固時に体積が増大することを示している。
【００３２】
また、融点調整については、表１に記載された金属の融点は、３０℃〜２０８０℃の範囲で変化するから、金属の組合せ及び組成比等によって、溶解温度を広範囲に調整できることは明らかである。このようにして、融点を、２００℃以下に設定する。
【００３３】
この点、従来、封止材として用いられていた低融点フリットガラスの融点が450〜600℃の範囲であることに鑑みれば、著しい低融点化が実現でき、熱に弱い強化ガラスであっても、特性を劣化させずに、封止接合が可能になる。
【００３４】
なお、表1は、本発明において、選択し得る金属の具体的な一例を示すに過ぎず、表1に記載されていない金属を選択し得ることは言うまでもない。
【００３５】
次に、本発明に係る封止材料における合金組成と、融点及び凝固収縮との関係を、表２に示す。もっとも、表２は、本発明において選択し得る金属、及び、組成比の具体的な一例を示すに過ぎず、本発明は、表2に記載されていない金属組成、及び、組成比を含むことは言うまでもない。
【００３６】
【表２】
2014015670.tif 000004
【００３７】
表２に示すように、合金を組成する金属の組成比を調整することによって、凝固収縮率βが−１％≦β≦＋１％の範囲にあり、融点が２００℃以下の封止材料をえることができる。
【００３８】
本発明に係る封止材料は、建材用窓ガラス等のガラス建材、電子デバイスにおいて、封止部を形成するために用いることができる。その具体例を、図２〜図３に図示してある。
【００３９】
まず、図１は、ガラスパネルまたは真空窓ガラス等に用いられるガラス建材の一例を概略的に示しており、封止部５は、第１ガラス基板７１と、第２ガラス基板７２とを接合し、封止するもので、本発明に係る封止材料によって構成されている。封止部５の内側は、真空空間３１になっており、従って、省エネルギー効果を奏し得る窓ガラスが得られる。
【００４０】
ガラス基板７１（または７２）は、封止部５の形成される領域が凹凸面７１１（７２１）となっている。封止部５の形成される領域が凹凸面７１１（７２１）であると、ガラス基板７１（または７２）に対する封止部５の密着強度が向上するのみならず、シール作用も向上する。
【００４１】
上記凹凸面７１１（７２１）は、曇りガラスにみられるような粗面化された面であってもよいし、あるは、微細なスジ状溝或いは交差溝を多数設けた面であってもよい。
【００４２】
次に、図２は、有機ＥＬデバイスの一例を概略的に示しており、第１ガラス基板７１の一面上に、電子素子たる有機ＥＬ膜３が形成されている。有機ＥＬ膜３の配置領域３１の周りは、封止部５によって囲まれている。封止部５は、第１ガラス基板７１と第２ガラス基板７２とを接合し、封止するもので、本発明に係る封止材料によって構成されている。従って、封止部５は、耐熱性、耐久性及び信頼性に優れたものとなる。
【００４３】
ガラス基板７１（または７２）は、封止部５の形成される領域が凹凸面７１１（７２１）となっている。
【００４４】
次に、図３は、太陽電池の一例を概略的に示しており、バックシートと称される第１基板７１の一面に太陽電池セル３を配置するとともに、太陽電池セル３の前面に第２ガラス基板７２を配置し、第２ガラス基板７２と太陽電池セル３との間の空間に、充填材３２を充填した構造になっている。そして、第１ガラス基板、第２基板７２及び充填材３２の周縁に、アルミニウム等でなるフレーム５１を嵌めこみ、フレーム５１と、第１ガラス基板、第２基板７２及び充填材３２の周縁との間を、封止部５２によって封止してある。封止部５２は、本発明に係る封止材料によって構成されたものである。よって、耐熱性、耐久性及び信頼性に優れた封止部５２を有する太陽電池が得られる。
【００４５】
図１に示したガラスパネル又はガラス建材は、例えば、図４〜図６に示した製造方法によって製造することができる。まず、図４に図示するように、ガラス基板７１の一面上の、封止部を形成すべき位置に、封止材料５０を塗布する。封止材料５０は、ペースト化されたものを塗布してもよいし、或いは、所定の合金成分を、結合剤と供に練り合わせた紐状、シート状、針状又は線状としたものを用いてもよい。結合剤としては、有機樹脂を用いることができる。この場合、150℃以下の温度で昇華する有機樹脂であることが好ましい。
【００４６】
この後、図５に図示するように、封止材料５０の上に、第２ガラス基板７２を重ね、熱処理を施す。封止材料５０に含まれている有機物は、この段階でバーンアウトする。
【００４７】
次に、図６に図示するように、有機物の除去された封止材料５０を、超音波加熱又は高周波加熱によって加熱する。この熱処理において、金属拡散を生じさせ、耐熱性、耐久性及び信頼性に優れた封止構造を実現することができる。この場合の熱処理温度は、前述したように、例えば２００℃以下の低温に設定し得るから、フリットガラスを用いた従来技術と異なって、第１ガラス基板７１及び第２ガラス基板７２の熱的劣化による機械的強度低下を回避することができる。
【００４８】
また、凝固収縮率βを、適切に設定することにより、封止材料の凝固収縮による応力を小さくし、いわゆる「ヒケ」による巣の発生を回避することができる。また、凝固収縮応力に起因する特性変動を最小化することができる。
【００４９】
更に、第１ガラス基板７１及び第２ガラス基板７２の表面のうち、少なくとも、封止材料５０の塗布される面領域を、凹凸面７１１，７２１とすることにより、第１ガラス基板７１及び第２ガラス基板７２に対する封止材料５０の密着度を向上させ、封止機能を向上させることができる。
【００５０】
別の製造方法として、封止材料を溶融して、封止部形成位置に付与し、次に、前記封止材料を、超音波を印加しながら加圧して、前記封止部形成位置に付着させてもよい。
【００５１】
図示は省略するが、図２に示した有機ＥＬデバイス及び図３に示した太陽電池も同様にして製造することができる。
【００５２】
以上、好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。
【符号の説明】
【００５３】
３            電子素子
５            封止部
７１            第１ガラス基板
７２            第２ガラス基板
【図１】
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【図２】
2014015670.tif 000006
【図３】
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【図４】
2014015670.tif 000008
【図５】
2014015670.tif 000009
【図６】
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