(57)【要約】【課題】本発明は、残留応力が少なくクラックの生じにくいフリットガラスを有するガラス封止体、発光装置及びガラス封止体の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】封止ガラスと、基板と前記封止ガラスとの間に形成される空間を密封するフリットガラスと、を備え、前記フリットガラスは、カーボンブラックを含んでいることを特徴とするガラス封止体を提供する。【選択図】図１
2011065895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
封止ガラスと、
前記基板と前記封止ガラスとの間に形成される空間を密封するフリットガラスと、
を備え、
前記フリットガラスは、カーボンブラックを含んでいることを特徴とするガラス封止体。
【請求項２】
前記フリットガラスは、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化亜鉛、酸化テルル、酸化アルミニウム、二酸化シリコン、酸化鉛、酸化スズ、酸化リン、酸化ルテニウム、酸化ロジウム、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化アンチモン、ホウ酸鉛ガラス、リン酸スズガラス、バナジン酸塩ガラスおよびホウケイ酸ガラスよりなる群から選択された１以上の化合物を含むことを特徴とする請求項１記載のガラス封止体。
【請求項３】
前記フリットガラスに含まれるカーボンブラックは、耐酸化性を有することを特徴とする請求項１または２に記載のガラス封止体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のガラス封止体と、
前記空間に収容された発光素子と、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項５】
基板と封止ガラスとの少なくともいずれかに、フリット材とバインダとカーボンブラックとを含むペーストを塗布する工程と、
前記塗布されたペーストを焼成し前記バインダを除去する第一の焼成工程と、
前記フリット材を溶融して前記カーボンブラックを含むフリットガラスとする第二の焼成工程と、
前記フリットガラスを介在させた状態で前記封止ガラスと前記基板とを重ね合わせて、前記フリットガラスにレーザ光を照射し、前記封止ガラスと前記基板とを前記フリットガラスで溶着する封止工程と、
を備えたことを特徴とするガラス封止体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス封止体、発光装置及びガラス封止体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスにより気密封止したガラス封止体は、外気を遮断しつつ光を透過させることができるので、発光素子や光検出素子などを内蔵することができる。例えば、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子は水分や酸素に弱く、外気に曝されるとダークスポットやダークエッジが発生し、光強度が劣化してしまう。
【０００３】
これに対して、例えば、封止ガラスとガラス基板との間の空間に、有機ＥＬ素子を気密封止するガラス封止体は、製造が容易で低コストのパッケージである。特許文献１には、低融点ガラス材であるフリットを用いて密封されるガラスパッケージが開示されている。
【０００４】
しかしながら、これらのガラス封止体では、封止ガラスとガラス基板との間を気密封止する低融点ガラスに応力が残り、クラックを発生してリークを生じ易いという問題がある。このため、封止された発光素子の信頼性を低下させる懸念があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５２４４１９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、残留応力が少なくクラックの生じにくいフリットガラスを有するガラス封止体、発光装置及びガラス封止体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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、封止ガラスと、基板と前記封止ガラスとの間に形成される空間を密封するフリットガラスと、を備え、前記フリットガラスは、カーボンブラックを含んでいることを特徴とするガラス封止体が提供される。
また、本発明の別の一態様によれば、上述のガラス封止体と、前記空間に収容された発光素子と、をさらに備えたことを特徴とする発光装置が提供される。
また、本発明の別の一態様によれば、基板と封止ガラスとの少なくともいずれかに、フリット材とバインダとカーボンブラックとを含むペーストを塗布する工程と、前記塗布されたペーストを焼成し前記バインダを除去する第一の焼成工程と、前記フリット材を溶融して前記カーボンブラックを含むフリットガラスとする第二の焼成工程と、前記フリットガラスを介在させた状態で前記封止ガラスと前記基板とを重ね合わせて、前記フリットガラスにレーザ光を照射し、前記封止ガラスと前記基板とを前記フリットガラスで溶着する封止工程と、を備えたことを特徴とするガラス封止体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、残留応力が少なくクラックの生じにくいフリットガラスを有するガラス封止体、発光装置及びガラス封止体の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るガラス封止体の断面を示す模式図である。
【図２】一実施形態に係るガラス封止体の製造工程を示す模式図である。
【図３】一実施形態に係るガラス封止体の製造工程を示す模式図である。
【図４】一実施形態に係るフリットガラスの形成工程を示す模式図である。
【図５】一実施形態に係るフリットガラスの溶着特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係るガラス封止体１の断面を示す模式図である。
ガラス封止体１は、例えば、絶縁性基板６上に設けられた発光素子７を、絶縁性基板６と封止ガラス２との間に形成された空間５に収容する構造を有する。封止ガラス２と絶縁性基板６との間に、フリットガラス１５が溶着されて空間５が密封されている。このフリットガラス１５は、カーボンブラックを含んでいる。なお、本実施形態では、ガラス基板などの絶縁性基板６を用いる例について説明するが、これに限らず、導電性の基板を用ることも可能である。また、ガラス封止体１は、内部に収容した発光素子７の発光光を、封止ガラス２側または絶縁性基板６側から外部に取り出すように構成することができる。すなわち、ガラス封止体１は、発光装置として機能する。
【００１２】
また、フリットガラス１５は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ホウ素、酸化バナジウム、酸化亜鉛、酸化テルル、酸化アルミニウム、二酸化シリコン、酸化鉛、酸化スズ、酸化リン、酸化ルテニウム、酸化ロジウム、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化アンチモン、ホウ酸鉛ガラス、リン酸スズガラス、バナジン酸塩ガラスおよびホウケイ酸ガラスよりなる群から選択された１以上の化合物を含むことが望ましい。
【００１３】
図２および図３は、ガラス封止体１の製造工程を示す模式図である。
図２（ａ）は、封止ガラス２の第１面に、フリット材とバインダとカーボンブラックとを含むペーストを塗布する工程を示す模式図である。
【００１４】
例えば、二酸化シリコンおよび酸化ホウ素などのガラス組成を主成分とするフリット材と、有機溶媒で希釈した樹脂バインダと、を混錬したペースト３をノズル４から吐出させて、図２（ａ）中に示すように、封止ガラス２の第１面に塗布する。本実施形態では、混錬時にガーボンブラックが添加されたペースト３を用いる。また、図２（ａ）中に示すノズル４は、ペースト３を供給する図示しないディスペンス装置に接続されている。  
【００１５】
ペースト３の塗布は、ディスペンス法に限られず、スクリーン印刷法などを用いることもできる。
【００１６】
図２（ｂ）に示すように、封止する空間を囲むペースト３を封止ガラス２の第１面に塗布した後、ペースト３を焼成し有機溶媒および樹脂バインダを気化させて除去する仮焼成工程（第一の焼成工程）を行う。
【００１７】
仮焼成は、有機溶媒および樹脂バインダを効率よく除去するために、酸素を含む雰囲気で実施することが好ましい。有機溶媒および樹脂を酸化させて二酸化炭素として放出することができるからである。
【００１８】
次に、有機溶媒および樹脂バインダが除去されたペースト３を溶融して、カーボンブラックを含むフリットガラス１５とする本焼成工程（第二の焼成工程）を行う。本焼成では、ペースト３に含まれるフリット材の主成分であるガラス成分を軟化させて一体化する。このために、仮焼成よりも高温で実施する。
【００１９】
本焼成は、ペースト３に添加されたカーボンブラックが酸化、揮発しないように、不活性ガス、還元性ガスまたは真空の雰囲気中で実施することが望ましい。  
【００２０】
図３（ａ）は、フリットガラス１５が形成された封止ガラス２の第１面を発光素子７に対向させて、封止ガラス２と絶縁性基板６とを重ね合わせた状態を模式的に示す断面図である。また、図３（ｂ）は、封止ガラス２の第２面側からフリットガラス１５にレーザ光を照射し、封止ガラス２と絶縁性基板６とをフリットガラス１５で溶着する封止工程を示す模式図である。
【００２１】
レーザ光を照射するレーザ装置８には、例えば、波長８１０ｎｍのレーザ光を放出する半導体レーザ装置やＹＡＧレーザ装置などを用いることができる。本実施形態に係るガラス封止体１では、赤外線を効率的に吸収するカーボンブラックがフリットガラス１５に添加されているので、カーボンブラックの添加の無い場合に比べて、比較的低パワーのレーザ装置を使用することができる。
【００２２】
また、図３（ｂ）中の矢印で示すように、レーザ光は、封止ガラス２の第１面に形成されたフリットガラス１５に沿って走査される。これにより、封止ガラス２と絶縁性基板６との間が溶着され、発光素子７が収容された空間５が密封される。この際、カーボンブラックを添加していないフリットガラス１５に場合に比べて、レーザ光の走査スピードも早くすることができ、短時間で封止を完了することが可能となる。
【００２３】
また、レーザ光の照射に変えて、赤外ランプを用いてガラス封止体の全体を加熱し、フリットガラス１５を溶着することもできる。しかしながら、赤外ランプを用いると、発光素子７も加熱されてしまうことから、発光素子７が熱に弱い場合、例えば、有機ＥＬ素子の場合には、本実施形態のようにレーザ光の照射を使用することが望ましい。
なお、図２及び図３に関して前述した具体例では、封止ガラス２にペースト３を塗布したが、本発明はこれには限定されない。すなわち、絶縁性基板６に形成した素子などが、仮焼成および本焼成の温度に耐えられるのであれば、絶縁性基板６にペースト３を塗布してもよい。またさらに、封止ガラス２と絶縁性基板６の両方にペースト３を塗布してもよい。
【００２４】
図４は、本実施形態に係るフリットガラスの形成工程を示す模式図である。
図４（ａ）は、封止ガラス２の第１面にペースト３が塗布された状態を模式的に示す断面図である。有機溶媒によって希釈された樹脂バインダ１４、所謂ビーグルの中に、フリット材１２およびカーボンブラック１３が分布している。
【００２５】
次に、例えば、空気中で約３００℃に加熱して第一の焼成工程である仮焼成を行うと、樹脂バインダ１４が気化して除去され、図４（ｂ）に示すように、フリット材１２とカーボンブラック１３とが残された状態となる。
【００２６】
さらに、第二の焼成工程である本焼成において、フリット材１２が溶融する温度に加熱すると、図４（ｃ）に示すように、フリット材１２が一体化したフリットガラス１５にすることができる。この際、カーボンブラック１３は、フリットガラス１５の中に取り込まれる。
【００２７】
なお、封止ガラス２に塗布されたペースト３をフリットガラス１５とするための焼成は、例えば、赤外線ランプの照射によって実施することができる。
【００２８】
図５は、本実施形態に係るフリットガラスの溶着特性を示すグラフである。縦軸にフリットガラス１５の溶着率、横軸に照射するレーザ光のパワーを示している。ここで、溶着率とは、封止ガラス２上に形成されたフリットガラス１５のレーザ照射前の横幅と、レーザ照射後に、フリットガラス１５が絶縁性基板６に溶着した横幅と、の比を示す指標である。したがって、溶着率が大きいほど、広い面積でフリットガラス１５と絶縁性基板６とが溶着され、密封度が高いと言える。また、フリットガラス１５が溶着によって広がれば、図５中のＡに示す場合のように、溶着率が１００％を越える場合もある。
【００２９】
図５中には、４つのサンプル例が示されている。サンプルＡは、カーボンブラックを含むフリットガラスであり、本焼成工程を窒素雰囲気中で実施したものである。サンプルＢも、カーボンブラックを含むフリットガラスであり、本焼成工程を空気中で実施したものである。これに対し、サンプルＣは、カーボンブラックを含まないフリットガラスであり、本焼成工程を窒素雰囲気中で実施したものである。また、サンプルＤも、カーボンブラックを含まないフリットガラスであり、本焼成工程を空気中で実施したものである。
【００３０】
図５中に示すように、サンプルＡでは、レーザパワーが１０Ｗ程度で、約８０％の溶着率を示し、さらに１５Ｗまでレーザパワーが増加する間に、１００％を越えて約１２０％の溶着率が得られている。また、サンプルＢでは、サンプルＡより溶着率が低いものの、レーザパワーが１３Ｗ以上で、８０％〜９０％の溶着率が得られている。
【００３１】
一方、カーボンブラックを含まないサンプルＣおよびＤでは、カーボンブラックを含むサンプルＡおよびＢに比べて溶着率が低く、レーザパワーを２０Ｗ近くまで増やしても、溶着率は８０％に達しない。
【００３２】
すなわち、カーボンブラックを含む場合と、含まない場合と、の間の溶着率の差は顕著であり、カーボンブラックを添加したフリットガラスの方が、低いレーザパワーで溶着できることが明らかである。つまり、カーボンブラックを添加したフリットガラスを用いた場合、より低温での溶着が可能となる。その結果として、耐熱温度の低い有機ＥＬ素子などの各種の素子を内蔵させたガラス封止体を安定的に形成することができる。
【００３３】
また、カーボンブラックを含むサンプルＡとサンプルＢとの間でも、本焼成工程を窒素雰囲気中で実施したサンプルＡの方が溶着率が高い。この差は、フリットガラス中に含まれるカーボンブラックの量の違いによるものと考えられる。
【００３４】
すなわち、本焼成工程を空気中で実施したサンプルＢでは、カーボンブラックの一部が、酸素と反応して二酸化炭素となって消失し、カーボンブラックの含有量が減少したものと推測される。その結果、カーボンブラックによるレーザ光の吸収がサンプルＡに比べて少なく、温度上昇が抑えられて溶着率に差が生じたものと考えられる。
【００３５】
カーボンブラックを含まないサンプルＣおよびＤでは、本焼成工程を窒素雰囲気中で実施したサンプルＣと、空気中で実施したサンプルＤと、の間で溶着率の差はなく、同じレーザパワー依存性を示していることからも、この推測が裏付けられている。
【００３６】
フリットガラスを溶着する際のレーザパワーは、小さい方が望ましい。すなわち、レーザパワーが小さく照射範囲が狭いほど、溶着時にクラックが発生し難くなる。また、溶着後のフリットガラスに残る応力も小さい。
【００３７】
また、カーボンブラックの蓄熱性により、フリットガラスの温度が徐々に降下する徐冷状態が生じ残留応力が小さくなる効果が得られる。
【００３８】
したがって、カーボンブラックをフリットガラスに添加することにより、残留応力が小さく、クラックが発生し難いガラス封止体を実現することができる。また、溶着時のレーザパワーを相対的に低くできることから、フリットガラス中に含まれるカーボンブラックの量を多くすることが望ましい。
【００３９】
また、カーボンブラックの消失を抑えるために、本焼成工程を、例えば窒素のような不活性ガスの雰囲気で実施することが望ましい。さらに、水素のような還元性ガスを含んだ不活性ガス雰囲気中、または真空中で実施することもできる。
【００４０】
また、仮焼成工程においても、酸素を含む雰囲気中で加熱して焼成するため、カーボンブラックの一部が酸化されて消失してしまうことが避けられない。したがって、カーボンブラック自体が、耐酸化性を有していることが望ましい。
【００４１】
耐酸化性を有するカーボンブラックとしては、純度が高くカーボン特有のフラーレンなどの結晶構造を有するもの、また、金属の炭化物などを用いることができる。
【００４２】
（実施例１）
まず最初に、二酸化シリコン、酸化ホウ素および酸化ビスマスを含むフリット材と、溶媒であるブチルカルビトールアセテートを溶媒としてバインダーであるエチルセルロースを希釈したビーグルと、カーボンブラック（０．２ｗｔ％）と、を混練したペーストを、ディスペンス法により封止ガラスに塗布した。
【００４３】
続いて、ペーストを塗布した封止ガラスを、大気雰囲気中で３２０℃に加熱し、４０分間の仮焼成を実施した。さらに、窒素雰囲気中で４２０℃、３０分間の本焼成を実施し、フリットガラス付の封止ガラスを完成させた。
【００４４】
次に、フリットガラス付の封止ガラスと、表面に有機ＥＬ素子を設けたガラス基板を重ね、波長８１０ｎｍの半導体レーザを照射してフリットガラスを溶着させた。これにより、フリットガラスの全周にわたってクラックの無い、ガラス封止体を完成した。
【００４５】
完成したガラス封止体を信頼性試験に投入し、周囲温度８５℃、湿度８５％の環境で５００時間の動作をさせた。その結果、ガラス封止体の中に密封されたＥＬ素子には、ダークスポットやダークエッジの発生が無いことを確認することができた。
【００４６】
（比較例１）
最初に、二酸化シリコン、酸化ホウ素および酸化ビスマスを含むフリット材と、溶媒であるブチルカルビトールアセテートを溶媒としてバインダーであるエチルセルロースを希釈したビーグルと、を混練したペーストを、ディスペンス法により封止ガラスに塗布した。
【００４７】
続いて、実施例１と同じ条件で、仮焼成および本焼成を実施して、フリットガラス付の封止ガラスを完成させた。
【００４８】
次に、フリットガラス付の封止ガラスと、表面に有機ＥＬ素子を設けたガラス基板を重ね、波長８１０ｎｍの半導体レーザを照射してフリットガラスを溶着させた。その後、完成したガラス封止体を観察したところ、フリットガラスの一部にクラックが見られた。
【００４９】
このガラス封止体を信頼性試験に投入したところ、周囲温度８５℃、湿度８５％の環境で、３０時間後に水分の透過が確認され、有機ＥＬ素子には、ダークスポットの発生が確認された。
【００５０】
このように、カーボンブラックを添加したフリットガラスを用いてガラス封止体に有機ＥＬ素子を密封した発光装置では、長時間に渡る安定した動作が確認された。一方、カーボンブラックを添加していないフリットガラスを用いたガラス封止体では、フリットガラスにクラックが生じ、封入された有機ＥＬ素子にダークスポットが発生してしまった。
【００５１】
以上、本実施形態に示したように、フリットガラスにカーボンブラックを添加することにより、溶着後の残留応力を減らしクラックの発生を防ぐことができる。またさらに、溶着の際の温度を下げることができる。それを用いたガラス封止体は、リークのない良好な密封特性を有し、例えば、酸素や水分によって劣化し易い有機ＥＬ素子などの各種の素子のパッケージとして使用することができる。
【００５２】
ここでは、本発明に係る一実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、出願時の技術水準に基づいて、当業者がなし得る設計変更や、材料の変更等、本発明と技術的思想を同じとする実施態様も本発明の技術的範囲に含有される。従って、本発明において、発光素子は有機EL素子に限定されず、発光装置として有機ＥＬ素子を内蔵する発光装置に限定されるものでもない。また、本発明は、発光素子（有機ＥＬ素子以外の発光素子を含む）を有する表示装置にも適用できるものであり、例えば、発光装置としては、複数の発光素子（有機ＥＬ素子以外の発光素子を含む）を内蔵する表示装置をも含むものとする。
【符号の説明】
【００５３】
１ ガラス封止体
２ 封止ガラス
３ ペースト
４ ノズル
５ 空間
６ 絶縁性基板
７ 発光素子
８ レーザ装置
１２ フリット材
１３ カーボンブラック
１４ 樹脂バインダ
１５ フリットガラス
【図１】
2011065895.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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