JP2012041196A - 封着材料層付きガラス部材とそれを用いた電子デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】封着材料層のコーナー部へのレーザ照射に起因するガラス基板や封着層のクラックや割れ、また封着ガラスの発泡による気密性の低下等を抑制することを可能にした封着材料層付きガラス部材およびそれを用いた電子デバイスを提供する。
【解決手段】ガラス基板３は封止領域５を備える。ガラス基板３の封止領域７上には、封着ガラスと低膨張充填材とレーザ吸収材とを含有する封着材料からなる封着材料層７が設けられている。枠状の封着材料層７は直線部７ａとコーナー部７ｂとで構成されている。封着材料層７はコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂が直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広い。
【選択図】図４

Description

本発明は封着材料層付きガラス部材とそれを用いた電子デバイスおよびその製造方法に関する。

有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＯＥＬＤ）、電界放出ディスプレイ（Ｆｅｉｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｙｓｐｌａｙ：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）では、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。さらに、色素増感型太陽電池のような太陽電池においても、２枚のガラス基板で太陽電池素子（色素増感型光電変換素子）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。

２枚のガラス基板間を封止する封着材料には、耐湿性等に優れる封着ガラスの適用が進められている。ただし、封着ガラスによる封着温度は４００〜６００℃程度であるため、加熱炉を用いて焼成した場合には有機ＥＬ（ＯＥＬ）素子や太陽電池素子等の電子素子部の特性が劣化してしまう。そこで、２枚のガラス基板の周辺部に設けられた封止領域間にレーザ吸収材を含む封着用ガラス材料層（封着材料層）を配置し、これにレーザ光を照射し加熱、溶融させて封着層を形成することが試みられている（特許文献１、２参照）。レーザ封着は電子素子部への熱的影響を抑制できるという利点を有する。

ＦＰＤ等のガラスパッケージでは素子領域の拡大を図るため、主に矩形枠状の封着層が適用されている。このような封着層の形成にレーザ封着を適用する場合には、レーザ光を矩形枠状の封着材料層に沿って走査しながら連続的に照射するため、コーナー部でレーザ光の走査方向（進行方向）が９０度変化することになる。コーナー部ではその直前の直線部での速度を急激に減速することになると共に、その直後には速度零から急激に加速することになる。このため、コーナー部におけるレーザ光の照射時間は直線部に比べて長くなり、封着材料層の主成分となる封着ガラスが過剰に加熱し、ガラス基板や封着層にクラックや割れが生じたり、また封着ガラスが発泡して気密性が低下する等の問題が生じる。

このような点に対して、特許文献１、２には封着材料層のコーナー部をＲ形状とすることが記載されている。Ｒ形状のコーナー部は直角状のコーナー部に比べてレーザ光の走査速度の変化量を小さくできるものの、レーザ光を直線部と同速度で走査することは困難である。コーナー部の曲率半径Ｒを大きくすれば、レーザ光の走査速度の変化量をより小さくできるものの、そのようなコーナー部は素子領域を減少させる要因となる。また、特許文献１、２にはコーナー部でレーザ光の出力や走査速度を制御することが記載されているが、レーザ光の照射位置は常に移動しているため、レーザ光の照射条件（出力や速度）を変更した箇所と封着ガラスの加熱状態が変化した箇所とが一致せず、ガラス基板や封着層のクラックや割れ、また封着ガラスの発泡等を再現性よく抑制することができない。

特表２００８−５１７４４６号公報 特表２００８−５２７６５７号公報

本発明の目的は、封着材料層のコーナー部へのレーザ照射に起因するガラス基板や封着層のクラックや割れ、また封着ガラスの発泡による気密性の低下等を再現性よく抑制することを可能にした封着材料層付きガラス部材とそれを用いた電子デバイスとその製造方法を提供することにある。

本発明の封着材料層付きガラス部材は、封止領域を備える表面を有するガラス基板と、前記ガラス基板の前記封止領域上に形成され、封着ガラスと低膨張充填材とレーザ吸収材とを含有する封着材料の焼成層からなると共に、直線部とＲ形状又は面取り形状を有するコーナー部とで構成された枠状の封着材料層とを具備する封着材料層付きガラス部材であって、前記封着材料層の前記直線部の幅Ｌ₁₁より前記コーナー部の幅Ｌ₁₂が広いことを特徴としている。

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隔を持って積層された第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、封着ガラスと低膨張充填材とレーザ吸収材とを含有する封着材料の溶融固着層からなると共に、直線部とＲ形状又は面取り形状を有するコーナー部とで構成された枠状の封着層とを具備し、前記封着層の前記直線部の幅Ｌ₂₁より前記コーナー部の幅Ｌ₂₂が広いことを特徴としている。

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、封着ガラスと低膨張充填材とレーザ吸収材とを含有する封着材料の焼成層からなると共に、直線部とＲ形状又は面取り形状を有するコーナー部とで構成された枠状の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レーザ光を照射し、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を具備し、前記封着材料層の前記直線部の幅Ｌ₁₁より前記コーナー部の幅Ｌ₁₂が広いことを特徴としている。

本発明の封着材料層付きガラス部材とそれを用いた電子デバイスおよびその製造方法によれば、封着材料層のコーナー部へのレーザ照射に起因するガラス基板や封着層のクラックや割れ、また封着ガラスの発泡による気密性の低下等を再現性よく抑制することができる。従って、封着性、気密性、それらの信頼性等に優れる電子デバイスを再現性よく提供することが可能となる。

本発明の実施形態による電子デバイスの構成を示す断面図である。 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２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２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４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図４に示す第２のガラス基板における封着材料層の一構成例を拡大して示す平面図である。 図４に示す第２のガラス基板における封着材料層の他の構成例を拡大して示す平面図である。

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の構成を示す図、図２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す図、図３はそれに用いる第１のガラス基板の構成を示す図、図４および図５はそれに用いる第２のガラス基板の構成を示す図、図６および図７は第２のガラス基板における封着材料層の構成例を示す拡大図である。

図１に示す電子デバイス１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）、あるいは色素増感型太陽電池のような太陽電池等を構成するものである。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とを具備している。第１および第２のガラス基板２、３は、例えば各種公知の組成を有する無アルカリガラスやソーダライムガラス等で構成されている。例えば、無アルカリガラスは３０〜４０×１０^-7／℃程度の熱膨張係数を有している。ソーダライムガラスは８０〜９０×１０^-7／℃程度の熱膨張係数を有している。ただし、ガラス基板２、３の材質は特に限定されるものではない。

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（図示せず）が設けられる。電子素子部は、例えば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、太陽電池であれば色素増感型太陽電池素子（色素増感型光電変換部素子）等を備えている。表示素子、発光素子、色素増感型太陽電池素子等を備える電子素子部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は電子素子部の素子構造に限定されるものではない。

電子デバイス１における電子素子部は、第１及び第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た素子膜、電極膜、配線膜等により構成される。ＯＥＬＤ、ＦＥＤ、ＰＤＰ等においては、一方のガラス基板３（２）の表面３ａ（２ａ）に形成された素子構造体により電子素子部が構成される。この場合、他方のガラス基板２（３）は封止用基板となるが、フィルタ膜等が形成される場合もある。また、ＬＣＤや色素増感型太陽電池素子等においては、ガラス基板２、３の各表面２ａ、３ａに素子構造を形成する素子膜、電極膜、配線膜等が形成され、これらにより電子素子部が構成される。

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３に示すように第１の封止領域４が設けられている。第２のガラス基板３の表面３ａには、図４に示すように第１の封止領域４に対応する第２の封止領域５が設けられている。第１及び第２の封止領域４、５は封着層の形成領域（第２の封止領域５については封着材料層の形成領域）となる。第１及び第２の封止領域４、５で囲われた部分が素子領域となり、この素子領域に電子素子部が設けられる。

第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とは、第１の封止領域４を有する表面２ａと第２の封止領域５を有する表面３ａとが対向するように、所定の間隙を持って積層されている。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６で封止されている。封着層６は電子素子部を封止するように、第１のガラス基板２の封止領域４と第２のガラス基板３の封止領域５との間に形成されている。第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間に設けられる電子素子部は、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３と封着層６とで構成されたガラスパネルによって気密封止されている。封着層６は例えば５〜２００μｍ程度の厚さを有している。

電子素子部として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。また、電子素子部として色素増感型太陽電池素子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が配置される。

封着層６は、第２のガラス基板３の封止領域５上に形成された封着材料層７をレーザ光で溶融させて第１のガラス基板２の封止領域４に固着させた溶融固着層からなるものである。封着材料層７はレーザ光を用いた局所加熱により溶融される。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５には、図４及び図５に示すように枠状の封着材料層７が形成されている。第２のガラス基板３の封止領域５に形成された封着材料層７をレーザ光で急熱・急冷し、第１のガラス基板２の封止領域４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との間の空間（素子配置空間）を気密封止する封着層６が形成される。

封着材料層７は、封着ガラスと低膨張充填材とレーザ吸収材とを含有する封着材料（封着用ガラス材料）の焼成層である。封着材料は主成分としての封着ガラスにレーザ吸収材と低膨張充填材とを配合したものである。封着材料はこれら以外の添加材を必要に応じて含有していてもよい。封着ガラス（ガラスフリット）には、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、鉛系ガラス等の低融点ガラスが用いられる。これらのうち、ガラス基板２、３に対する封着性（接着性）やその信頼性（接着信頼性や密閉性）、さらには環境や人体に対する影響性等を考慮して、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。

錫−リン酸系ガラス（ガラスフリット）は、２０〜６８モル％のＳｎＯ、０．５〜５モル％のＳｎＯ₂、および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２０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。

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。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。

ここで、ガラスフリット中のＳｎＯおよびＳｎＯ₂の割合（モル％）は以下のようにして求めることができる。まず、ガラスフリット（低融点ガラス粉末）を酸分解した後、ＩＣＰ発光分光分析によりガラスフリット中に含有されているＳｎ原子の総量を測定する。次に、Ｓｎ²⁺（ＳｎＯ）は酸分解したものをヨウ素滴定法により求められるので、そこで求められたＳｎ²⁺の量をＳｎ原子の総量から減じてＳｎ⁴⁺（ＳｎＯ₂）を求める。

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。

ビスマス系ガラス（ガスフリット）は、７０〜９０質量％のＢｉ₂Ｏ₃、１〜２０質量％のＺｎＯ、および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。

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。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。

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、ＳｎＯ_x（ｘは１または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３０質量％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質量％となるように調整される。

封着材料はレーザ吸収材を含有している。レーザ吸収材としてはＦｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＣｕ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。また、これら以外の顔料であってもよい。レーザ吸収材の含有量は封着材料に対して０．１〜１０体積％の範囲とすることが好ましい。レーザ吸収材の含有量が０．１体積％未満であると封着材料層７を十分に溶融させることができないおそれがある。レーザ吸収材の含有量が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。

封着材料は、さらに低膨張充填材を含有している。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、石英固溶体、ソーダライムガラス、及び硼珪酸ガラスからなる群より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、Ｃａ_0.5Ｚｒ₂（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、封着ガラスの熱膨張係数がガラス基板２、３の熱膨張係数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、封着材料に対して２〜５０体積％の範囲で含有させることが好ましい。ガラス基板２、３を無アルカリガラス（熱膨張係数：３０〜４０×１０^-7／℃）で形成する場合には、比較的多量（例えば３０〜５０体積％の範囲）の低膨張充填材を添加することが好ましい。ガラス基板２、３をソーダライムガラス（熱膨張係数：８０〜９０×１０^-7／℃）で形成する場合には、比較的少量（例えば２〜４０体積％の範囲）の低膨張充填材を添加することが好ましい。

第２のガラス基板３の封止領域５に形成される封着材料層７は、図４に示すように直線部７ａとコーナー部７ｂとで構成された矩形枠状の形状を有している。なお、封着材料層７の形状は直線部７ａとコーナー部７ｂとで構成された枠状であればよく、矩形枠状に限定されるものではない。封着材料層７は矩形以外の多角形状を有していてもよい。コーナー部７ｂは、図４に示すようにＲ形状を有している。後述するように、コーナー部７ｂは面取り形状（Ｃ面取り形状）を有していてもよい。

上述したような封着材料層７に沿って走査しながらレーザ光を照射するにあたって、レーザ光の走査方向（進行方向）はコーナー部７ｂで変化することになる。Ｒ形状や面取り形状を有するコーナー部７ｂにおいて、レーザ光の走査速度はその直前の直線部７ａでの速度から減速し、その直後には加速することになる。このため、コーナー部７ｂにおけるレーザ光の照射時間は直線部７ａに比べて長くなる。ここで、封着材料層７中のレーザ吸収材の含有量は直線部７ａにおけるレーザ光の照射条件に応じて設定されるため、レーザ光の照射時間が長くなるコーナー部７ｂでは、封着材料層７の主成分となる封着ガラスが過剰に加熱されやすい。このため、ガラス基板２、３や封着層６にクラックや割れが生じたり、また封着ガラスが発泡して気密性が低下する等の問題が生じる。

そこで、この実施形態では図６に示すように、封着材料層７のコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広くしている（Ｌ₁₁＜Ｌ₁₂）。このような幅広のコーナー部７ｂによれば、レーザ光で加熱される封着材料の量、具体的には封着ガラスの量が増加するため、その分だけ封着ガラスの過剰な加熱が抑制される。図７に示すように、封着材料層７のコーナー部７ｂが面取り形状を有する場合も同様であり、コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広くすることで、封着ガラスの過剰な加熱が抑制される。従って、封着ガラスの過剰加熱によるガラス基板２、３や封着層６のクラックや割れ、また封着ガラスの発泡に起因する気密性の低下等を抑制することが可能となる。

封着材料層７のコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂は、直線部７ａの幅Ｌ₁₁に対して１．１倍以上とすることが好ましい。コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を１．１Ｌ₁₁以上とすることによって、コーナー部７ｂにおける封着ガラスの過剰加熱を再現性よく抑制することができる。ただし、コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広くしすぎると加熱不足が生じるおそれがあり、コーナー部７ｂで接着性が低下しやすくなる。このため、コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂は、直線部７ａの幅Ｌ₁₁に対して１．５倍以下とすることが好ましい。このように、コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂は１．１Ｌ₁₁≦Ｌ₁₂≦１．５Ｌ₁₁の範囲とすることが好ましく、さらに１．２Ｌ₁₁≦Ｌ₁₂≦１．４Ｌ₁₁の範囲とすることがより好ましい。

ここで、封着材料層７のコーナー部７ｂの形状をＲ形状とする場合、コーナー部７ｂの内側及び外側の曲率半径Ｒ₁、Ｒ₂を大きくすることによって、コーナー部７ｂでのレーザ光の速度変化を低減することができる。ただし、そのような場合には封着材料層７で囲われる領域の面積、すなわち電子素子部を形成する素子領域の面積が大幅に減少してしまう。このため、コーナー部７ｂの内側の曲率半径Ｒ₁はレーザ光の滑らかな走査を阻害しない範囲で小さくすることが好ましい。具体的には、直線部の幅Ｌ₁₁にもよるが、コーナー部７ｂの内側の曲率半径Ｒ₁は１０ｍｍ以下とすることが好ましい。

Ｒ形状を有するコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂は、図６に示すように内側の曲率半径Ｒ₁の中心と仮想角部（直線部７ａの外側線の交点）とを結ぶ直線状の距離を示すものとする。コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広くするためには、例えばコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を直線部７ａの幅Ｌ₁₁と同一とする場合の曲率半径に対して、外側の曲率半径Ｒ₂を小さくすればよい。外側の曲率半径Ｒ₂は上記した１．１Ｌ₁₁≦Ｌ₁₂≦１．５Ｌ₁₁の条件を満たす範囲で適宜に設定される。また、面取り形状を有するコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂は、直線で構成されるＣ面取り部の最小幅を示すものとする。この場合、内側または外側の面取り形状を変えることで、コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を広くすることができる。

上述したように、封着材料層７のコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広くする、さらにはコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を１．１Ｌ₁₁≦Ｌ₁₂≦１．５Ｌ₁₁の範囲とすることによって、直線部７ａのガラス基板２に対する接着性を良好に維持しつつ、コーナー部７ｂの過剰加熱を抑制することができる。従って、封着材料層７のコーナー部７ｂの過剰加熱に起因するガラス基板２、３や封着層６にクラックや割れ、また封着ガラスの発泡による気密性の低下等を再現性よく抑制することが可能となる。これらによって、封着性や気密性等に優れるガラスパネル、並びに電子デバイス１を提供することができる。

上述した実施形態の電子デバイス１は、例えば以下のようにして作製される。まず、図２（ａ）に示すように、第１のガラス基板２と封着材料層７を有する第２のガラス基板３とを用意する。封着材料層７は、封着ガラスと低膨張充填材とレーザ吸収材とを含有する封着材料をビヒクルと混合して封着材料ペーストを調製し、これを第２のガラス基板３の封止領域５に塗布した後に乾燥及び焼成することにより形成される。封着ガラス、低膨張充填材、及びレーザ吸収材の具体的な構成は前述した通りである。

封着材料ペーストの調製に用いられ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、またメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリテート、２−ヒドロキシエチルメタアクリレート等のアクリル系樹脂を、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。

封着材料ペーストの粘度は、ガラス基板３に塗布する装置に対応した粘度に合わせればよく、樹脂（バインダ成分）と溶剤の割合や封着材料とビヒクルの割合により調整することができる。封着材料ペーストには、消泡剤や分散剤のようにガラスペーストで公知の添加物を加えてもよい。封着材料ペーストの調製には、撹拌翼を備えた回転式の混合機やロールミル、ボールミル等を用いた公知の方法を適用することができる。

上述したような封着材料ペーストをガラス基板３の封止領域５に塗布し、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５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５に沿って塗布する。スクリーン印刷を適用する場合には、スクリーン形状に基づいてコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広くする。また、ディスペンサ等を用いて塗布する場合には、吐出圧や塗布速度等を制御することによって、コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広くする。

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く、これにより塗布層内の溶剤を十分に除去することができる。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できないおそれがある。このような封着材料ペーストの塗布層を焼成して封着材料層７を形成する。焼成工程は、まず塗布層を封着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、封着ガラスの軟化点以上の温度に加熱し、封着材料を溶融してガラス基板３に焼き付ける。このようにして、コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂が直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広い封着材料層７を形成する。

次に、図２（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７を介して積層する。次いで、図２（ｃ）に示すように、第２のガラス基板３（又は第１のガラス基板２）を通して封着材料層７にレーザ光８を照射する。レーザ光８は枠状の封着材料層７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。

封着材料層７にレーザ光８を照射するにあたって、封着材料層７のコーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂を直線部７ａの幅Ｌ₁₁より広くしているため、レーザ光８は出力等を変化させることなく一定の条件で照射することができる。ただし、コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂はレーザ光８のスポット径Ｄ以下（Ｌ₁₂≦Ｄ）とすることが好ましい。コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂がレーザ光８のスポット径Ｄより広いと、封着材料層７の溶融不良等が生じやすくなる。コーナー部７ｂをより安定して溶融させる上で、コーナー部７ｂの幅Ｌ₁₂はレーザ光８のスポット径Ｄに対して０．６Ｄ≦Ｌ₁₂≦０．９Ｄの関係を満足させることが好ましい。

封着材料層７はそれに沿って走査されるレーザ光８が照射された部分から順に溶融し、レーザ光８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７の全周にわたってレーザ光８を照射することによって、図２（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６を形成する。封着層６の幅は封着材料層７の幅から多少変動するものの、封着材料層７の形状に基づいてコーナー部の幅Ｌ₂₂が直線部の幅Ｌ₂₁より広くなる。また、具体的な幅に関しても、封着層６のコーナー部の幅Ｌ₂₂は直線部の幅Ｌ₂₁に対して１．１倍以上１．５倍以下の範囲（１．１Ｌ₂₁≦Ｌ₂₂≦１．５Ｌ₂₁）であることが好ましい。

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６とで構成したガラスパネルで、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間に配置される電子素子部を気密封止した電子デバイス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。

この実施形態の電子デバイス１とその製造工程によれば、封着材料層７のコーナー部７ｂへのレーザ光８の照射に起因するガラス基板２、３や封着層６のクラックや割れ、また封着ガラスの発泡による気密性の低下等が再現性よく抑制される。従って、電子デバイス１（ガラスパネル）のレーザ封着工程の歩留りを高めると共に、電子デバイス１（ガラスパネル）の気密性やその信頼性等を向上させることができる。これらによって、信頼性に優れる電子デバイス１を高歩留りで作製することが可能となる。

次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。なお、以下の説明は本発明を限定するものではく、本発明の趣旨に沿った形での改変が可能である。

（実施例１）
まず、ＳｎＯ６３モル％、ＳｎＯ₂２モル％、Ｐ₂Ｏ₅２９モル％、ＺｎＯ５モル％、ＳｉＯ₂１モル％の組成を有する錫−リン酸系ガラスフリット（軟化点：４０１℃）と、低膨張充填材として平均粒径（Ｄ50）が３μｍのリン酸ジルコニウム粉末と、３５質量％Ｆｅ₂Ｏ₃−３５質量％Ｃｒ₂Ｏ₃−２０質量％Ｃｏ₂Ｏ₃−１０質量％ＭｎＯ組成を有し、平均粒径（Ｄ50）が２μｍのレーザ吸収材とを用意した。

上述した錫−リン酸系ガラスフリット５１体積％とリン酸ジルコニウム粉末４５体積％とレーザ吸収材４体積％とを混合して封着材料（熱膨張係数：４５×１０^-7／℃）を作製した。次いで、封着材料８０質量％をビヒクル２０質量％と混合して封着材料ペーストを調製した。なお、ビヒクルはバインダ成分としてのニトロセルロース４質量％をブチルカルビトールアセテートからなる溶剤９６質量％に溶解したものである。

次に、無アルカリガラス（熱膨張係数：３８×１０^-7／℃）からなる第２のガラス基板（寸法：９０×９０×０．７ｍｍｔ）を用意し、このガラス基板の封止領域に封着材料ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後、１３０℃×５分の条件で乾燥させた。このような塗布層を４３０℃×１０分の条件で焼成し、膜厚が３１μｍの封着材料層を形成した。封着材料層の全体形状（封着材料ペーストの塗布層を焼成した後の形状）は、矩形枠状（外形：長辺７０ｍｍ×短辺５０ｍｍ）とし、直線部の幅Ｌ₁₁は１．１ｍｍとした。各コーナー部はＲ形状とし、内側の曲率半径Ｒ₁は１．６ｍｍ、外側の曲率半径Ｒ₂は１．０ｍｍとした。コーナー部の幅Ｌ₁₂は１．３１ｍｍである。

上述した封着材料層を有する第２のガラス基板と素子領域を有する第１のガラス基板（第２のガラス基板と同組成、同形状の無アルカリガラスからなる基板）とを、封着材料層を介して積層した。次いで、第２のガラス基板を通して封着材料層に対して、波長９４０ｎｍ、出力３０Ｗ、スポット径Ｄが２ｍｍのレーザ光（半導体レーザ）を１０ｍｍ／ｓの走査速度で照射し、封着材料層を溶融並びに急冷固化することによって、第１のガラス基板と第２のガラス基板とを封着した。なお、封着層の直線部の幅Ｌ₂₁は１．１ｍｍ、コーナー部の幅Ｌ₂₂は１．３ｍｍである。このようにして、素子領域をガラスパネルで封止した電子デバイスを後述する特性評価に供した。

（実施例２〜４）
封着材料層のコーナー部の形状を表１に示す条件に変更する以外は、実施例１と同様にして、第２のガラス基板に対する封着材料層の形成工程、第１のガラス基板と第２のガラス基板とのレーザ封着工程を実施し、それぞれ素子領域をガラスパネルで封止した電子デバイスを作製した。各電子デバイス（ガラスパネル）を後述する特性評価に供した。

（比較例１）
封着材料層のコーナー部の形状を表１に示す条件に変更する以外は、実施例１と同様にして、第２のガラス基板に対する封着材料層の形成工程、第１のガラス基板と第２のガラス基板とのレーザ封着工程を実施し、それぞれ素子領域をガラスパネルで封止した電子デバイスを作製した。各電子デバイス（ガラスパネル）を後述する特性評価に供した。

次に、実施例１〜４および比較例１のガラスパネルの外観について、レーザ光の照射終了時点における基板割れや封着層のクラックを評価した。外観は光学顕微鏡を用いて封着層の直線部とコーナー部をそれぞれ観察して評価した。また、各ガラスパネルの気密性を測定した。気密性はヘリウムリークテストを適用して評価した。これらの測定・評価結果をガラスパネルの製造条件と併せて表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜３によるガラスパネルはいずれも外観や気密性に優れており、コーナー部に起因する不良の発生は認められなかった。なお、実施例４ではコーナー部に接着不足が認められたが、この接着不足はレーザ光の出力を例えば１０％程度上げたり、あるいはレーザ光の走査速度を例えば１０％程度下げたりすることで解消することができるものであり、それにより良好な封着状態が得られるものと考えられる。これらに対して、比較例１ではコーナー部の過剰加熱に起因するクラックや発泡が認められた。比較例１のガラスパネルでは、気密性が得られなかった。

（実施例５）
Ｂｉ₂Ｏ₃８２質量％、ＺｎＯ１１質量％、Ｂ₂Ｏ₃６質量％、Ａｌ₂Ｏ₃１質量％の組成を有するビスマス系ガラスフリット（軟化点：４２０℃）と、低膨張充填材として平均粒径（Ｄ50）が１μｍのコージェライト粉末と、３５質量％Ｆｅ₂Ｏ₃−３５質量％Ｃｒ₂Ｏ₃−２０質量％Ｃｏ₂Ｏ₃−１０質量％ＭｎＯ組成を有し、平均粒径（Ｄ50）が２μｍのレーザ吸収材とを用意した。

上述したビスマス系ガラスフリット７７体積％とコージェライト粉末１９体積％とレーザ吸収材４体積％とを混合して封着材料（熱膨張係数：８２×１０^-7／℃）を作製した。次いで、封着材料８４質量％をビヒクル１６質量％と混合して封着材料ペーストを調製した。なお、ビヒクルはバインダ成分としてのニトロセルロース３質量％をターピネオール（４８質量％）とブチルカルビトールアセテート（５８質量％）との混合溶剤９７質量％に溶解したものである。

次に、ソーダライムガラス（熱膨張係数：８３×１０^-7／℃）からなる第２のガラス基板（寸法：１００×１００×１．８ｍｍｔ）を用意し、このガラス基板の封止領域に封着材料ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後、１３０℃×５分の条件で乾燥させた。このような塗布層を４３０℃×１０分の条件で焼成し、膜厚が２２μｍの封着材料層を形成した。封着材料層の全体形状（封着材料ペーストの塗布層を焼成した後の形状）は、矩形枠状（外形：長辺７０ｍｍ×短辺５０ｍｍ）とし、直線部の幅Ｌ₁₁は０．６ｍｍとした。各コーナー部はＲ形状とし、内側の曲率半径Ｒ₁は４．８ｍｍ、外側の曲率半径Ｒ₂は５ｍｍとした。コーナー部の幅Ｌ₁₂は０．７７ｍｍである。

上述した封着材料層を有する第２のガラス基板と素子領域を有する第１のガラス基板（第２のガラス基板と同組成、同形状の無アルカリガラスからなる基板）とを、封着材料層を介して積層した。次いで、第２のガラス基板を通して封着材料層に対して、波長９４０ｎｍ、出力３５Ｗ、スポット径Ｄが１ｍｍのレーザ光（半導体レーザ）を２０ｍｍ／ｓの走査速度で照射し、封着材料層を溶融並びに急冷固化することによって、第１のガラス基板と第２のガラス基板とを封着した。なお、封着層の直線部の幅Ｌ₂₁は０．６ｍｍ、コーナー部の幅Ｌ₂₂は０．８ｍｍである。このようにして、素子領域をガラスパネルで封止した電子デバイスを後述する特性評価に供した。

（実施例６〜７）
封着材料層のコーナー部の形状を表２に示す条件に変更する以外は、実施例５と同様にして、第２のガラス基板に対する封着材料層の形成工程、第１のガラス基板と第２のガラス基板とのレーザ封着工程を実施し、それぞれ素子領域をガラスパネルで封止した電子デバイスを作製した。各電子デバイス（ガラスパネル）を後述する特性評価に供した。

（比較例２）
封着材料層のコーナー部の形状を表２に示す条件に変更する以外は、実施例５と同様にして、第２のガラス基板に対する封着材料層の形成工程、第１のガラス基板と第２のガラス基板とのレーザ封着工程を実施し、それぞれ素子領域をガラスパネルで封止した電子デバイスを作製した。各電子デバイス（ガラスパネル）を後述する特性評価に供した。

次に、実施例５〜７および比較例２のガラスパネルの外観について、レーザ光の照射終了時点における基板割れや封着層のクラックを評価した。外観は光学顕微鏡を用いて封着層の直線部とコーナー部をそれぞれ観察して評価した。また、各ガラスパネルの気密性を測定した。気密性はヘリウムリークテストを適用して評価した。これらの測定・評価結果をガラスパネルの製造条件と併せて表２に示す。

表２から明らかなように、実施例５〜６によるガラスパネルはいずれも外観や気密性に優れており、コーナー部に起因する不良の発生は認められなかった。なお、実施例７ではコーナー部に接着不足が認められたが、この接着不足はレーザ光の出力を例えば１０％程度上げたり、あるいはレーザ光の走査速度を例えば１０％程度下げたりすることで解消することができるものであり、それにより良好な封着状態が得られるものと考えられる。これらに対して、比較例２ではコーナー部の過剰加熱に起因するクラックや発泡が認められた。比較例１のガラスパネルでは、気密性が得られなかった。

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…第１の封止領域、５…第２の封止領域、６…封着層、７…封着材料層、８…レーザ光。

Claims (11)

1. 封止領域を備える表面を有するガラス基板と、
   前記ガラス基板の前記封止領域上に形成され、封着ガラスと低膨張充填材とレーザ吸収材とを含有する封着材料の焼成層からなると共に、直線部とＲ形状又は面取り形状を有するコーナー部とで構成された枠状の封着材料層とを具備する封着材料層付きガラス部材であって、
   前記封着材料層の前記直線部の幅Ｌ₁₁より前記コーナー部の幅Ｌ₁₂が広いことを特徴とする封着材料層付きガラス部材。
2. 前記封着材料層の前記コーナー部の幅Ｌ₁₂は、前記直線部の幅Ｌ₁₁に対して１．１Ｌ₁₁≦Ｌ₁₂≦１．５Ｌ₁₁の関係を満足することを特徴とする請求項１記載の封着材料層付きガラス部材。
3. 前記封着材料は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＣｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属又は前記金属を含む化合物からなる前記レーザ吸収材を０．１〜１０体積％の範囲で含有することを特徴とする請求項１又は２項記載の封着材料層付きガラス部材。
4. 前記封着材料は、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、石英固溶体、ソーダライムガラス、及び硼珪酸ガラスからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる前記低膨張充填材を２〜５０体積％の範囲で含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の封着材料層付きガラス部材。
5. 前記封着ガラスは錫−リン酸系ガラスまたはビスマス系ガラスからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の封着材料層付きガラス部材。
6. 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隔を持って積層された第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、封着ガラスと低膨張充填材とレーザ吸収材とを含有する封着材料の溶融固着層からなると共に、直線部とＲ形状又は面取り形状を有するコーナー部とで構成された枠状の封着層とを具備し、
   前記封着層の前記直線部の幅Ｌ₂₁より前記コーナー部の幅Ｌ₂₂が広いことを特徴とする電子デバイス。
7. 前記封着層の前記コーナー部の幅Ｌ₂₂は、前記直線部の幅Ｌ₂₁に対して１．１Ｌ₂₁≦Ｌ₂₂≦１．５Ｌ₂₁の関係を満足することを特徴とする請求項６記載の電子デバイス。
8. 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、封着ガラスと低膨張充填材とレーザ吸収材とを含有する封着材料の焼成層からなると共に、直線部とＲ形状又は面取り形状を有するコーナー部とで構成された枠状の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レーザ光を照射し、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を具備し、
   前記封着材料層の前記直線部の幅Ｌ₁₁より前記コーナー部の幅Ｌ₁₂が広いことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
9. 前記封着材料層の前記コーナー部の幅Ｌ₁₂は、前記直線部の幅Ｌ₁₁に対して１．１Ｌ₁₁≦Ｌ₁₂≦１．５Ｌ₁₁の関係を満足することを特徴とする請求項８記載の電子デバイスの製造方法。
10. 前記封着材料層の前記コーナー部の幅Ｌ₁₂は、前記レーザ光の照射スポット径Ｄ以下であることを特徴とする請求項８又は９記載の電子デバイスの製造方法。
11. 前記封着材料層の前記コーナー部の幅Ｌ₁₂は、前記レーザ光の照射スポット径Ｄに対して０．６Ｄ≦Ｌ₁₂≦０．９Ｄの関係を満足することを特徴とする請求項８又は９記載の電子デバイスの製造方法。

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