JP5955678B2 - Base material integrated sealing material for electronic devices - Google Patents
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Description
本発明は、基板間に電解質等の封入物質を介在させて封止した構造の電子デバイスの封止技術に係り、例えば色素増感型太陽電池の対向電極間の電解質や有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイの対向基板間の封入ガスの封止手段として適用可能な基材一体シール材に関するものである。 The present invention relates to a sealing technique of an electronic device having a structure in which an encapsulating substance such as an electrolyte is interposed between substrates, and for example, an electrolyte or organic EL (electroluminescence) between counter electrodes of a dye-sensitized solar cell. The present invention relates to a base material integrated sealing material that can be used as a sealing means for sealing gas between opposing substrates of a display.
色素増感型太陽電池は、シリコン(Si)のpn接合型の太陽電池に比較して製造コストが安いという利点がある。この種の色素増感型太陽電池は、2枚の電極基板間に液状又はゲル状の電解質が封入された構造を有するため、この電解液を封止するガスケットの封止性能や電解質に対する耐性の向上が、色素増感型太陽電池の信頼性や耐久性において重要である。 The dye-sensitized solar cell has an advantage that the manufacturing cost is lower than that of a silicon (Si) pn junction solar cell. Since this type of dye-sensitized solar cell has a structure in which a liquid or gel electrolyte is sealed between two electrode substrates, the sealing performance of the gasket for sealing the electrolyte and the resistance to the electrolyte are high. Improvement is important in the reliability and durability of the dye-sensitized solar cell.
詳しくは、色素増感型太陽電池は、図4にその基本構造の一例を示すように、シール材103を介して互いに対向配置された一対の透明基板101,102を有し、このうち一方の透明基板101における他方の透明基板102との対向面に透明な導電膜からなる透明電極104が形成されており、この透明電極104に光増感色素105bを吸着させた酸化チタン(TiO2)粒子105aからなる多孔質半導体層105が設けられ、他方の透明基板102における一方の透明基板101との対向面に透明な導電膜及び触媒層からなる対向電極106が形成されており、前記多孔質半導体層105と対向電極106との間にシール材103によって画成された密閉隙間には、例えばヨウ素及びヨウ化物を含有する液状又はゲル状の電解質107が封入されている。
Specifically, the dye-sensitized solar cell has a pair of
この種の色素増感型太陽電池は、次のような動作によって発電するものである。まず透明基板101に太陽光などの光が当たることによって、光増感色素105bが光を吸収することにより励起状態となって電子e−を放出し、放出された電子e−は酸化チタン粒子105aを経て透明電極104へ移動し、さらに外部負荷Rを経由して、対向電極106に達する。一方、電子e−を放出することにより酸化した光増感色素105bは、電解質107中のヨウ化物イオンI−から電子e−を受け取ることによって元の状態に戻り、これによってヨウ化物イオンI−が酸化された三ヨウ化物イオンI3 −は、対向電極106まで拡散してここで対向電極106から電子e−を受け取ることによって還元され、ヨウ化物イオンI−となる。還元されたヨウ化物イオンI−は、光増感色素105bによって再び酸化されることになる。そしてこのような酸化還元の繰り返しによって外部負荷Rを電流が流れるのである。
This type of dye-sensitized solar cell generates electricity by the following operation. By the light, such as hitting first sunlight
電解質107を封止するシール材103としては、従来、UV硬化型接着剤などの接着剤を用いるのが主流となっている(下記の特許文献1,2参照)。
Conventionally, an adhesive such as a UV curable adhesive has been mainly used as the sealing
しかしながらUV硬化型接着剤によるシール材103は、長期にわたって電解質107と接触することにより、膨潤したり劣化したりして、封止性が低下するおそれがあり、その結果、電解質107が漏れたり、また、外部から透過した水蒸気によって電解質107が劣化したりすると、光電変換効率が低下するばかりか、色素増感型太陽電池の信頼性と耐久性が著しく低下するといった問題がある。
However, the sealing
しかも基板101,102がUV硬化型接着剤からなるシール材103によって互いに接着されてしまうので、分解不可能であり、メンテナンス性に乏しいという問題も指摘される。
Moreover, since the
また、シール材103として、電解質107により膨潤したり劣化したりすることのないゴム系材料からなるガスケットを用いることも考えられるが、ゴム系材料からなるガスケットは水蒸気の透過による電解質107の劣化を防止することができず、しかもガスケットに適度な圧縮を与えるためには、基板101,102を貫通したボルトと、これに螺合したナットによって締結する必要があり(下記の特許文献3参照)、このため基板101,102がガラス基板であるような場合は、ボルト・ナットの締結によって破損しやすくなる懸念があった。
In addition, a gasket made of a rubber-based material that does not swell or deteriorate with the
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、基板間に電解質等の封入物質を封入した構造の電子デバイスの封止技術において、封入物質に対する耐性及び低水蒸気透過性を有すると共に基板間の締結を不要とすることの可能なシール材を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and its technical problem is that it is resistant to an encapsulating substance in an electronic device encapsulating technique in which an encapsulating substance such as an electrolyte is enclosed between substrates. Another object of the present invention is to provide a sealing material that has low water vapor permeability and can eliminate the need for fastening between substrates.
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項1の発明に係る電子デバイス用基材一体シール材は、互いに対向配置された一対の基板の間に封入物質が封入された構造の電子デバイスに用いられて、前記封入物質の周囲を封止するシール材であって、水蒸気に対するバリア性を有する基材と、この基材における前記基板との対向面のうち前記封入物質側に一体的に設けられ、前記基板に密接される耐電解質性を有するゴム材又はゴム状弾性を有する合成樹脂材製のガスケットと、前記対向面のうち前記封入物質と反対側に設けられ前記基板との間に介在される接着層と、からなることを特徴とするものである。なお、ここでいう「基板」とは基板単体のほか、基板に例えば導電膜からなる電極や回路パターンや触媒層などが積層された積層体も含めて総称するものである。
As means for effectively solving the technical problem described above, the base material integrated sealing material for an electronic device according to the invention of
請求項2の発明に係る電子デバイス用基材一体シール材は、請求項1に記載の構成において、接着層が、ガスケットよりもそのつぶし代に相当する分だけ層厚が小さいことを特徴とするものである。 The base material integrated sealing material for an electronic device according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the configuration of the first aspect, the adhesive layer has a smaller layer thickness than the gasket by an amount corresponding to the crushing allowance. Is.
本発明に係る電子デバイス用基材一体シール材は、互いに対向配置された一対の基板間に接着層によって接着され、接着剤からなるシール材を用いた場合と同様に基板が固定されるので、基板間をボルト・ナットなどによって締結しなくても良く、このため基板がガラス基板である場合の破損を防止することができる。また、接着層は基材における基板との対向面のうち封入物質と反対側に設けられているため、封入物質側に設けられた電解質性を有するガスケットによって保護され、したがって封入物質との接触によって膨潤したり劣化したりするおそれがない。また、水蒸気に対するバリア性を有する基材によって水蒸気透過面積が小さくなるので、水蒸気透過量が低減され、その結果、電解質など封止対象の漏れが有効に防止され、かつ外部からの水蒸気の透過による電解質など封入物質の劣化も有効に防止される。 Since the base material integrated sealing material for an electronic device according to the present invention is adhered by an adhesive layer between a pair of substrates arranged opposite to each other, the substrate is fixed in the same manner as when a sealing material made of an adhesive is used. It is not necessary to fasten the substrates with bolts and nuts and the like, and therefore it is possible to prevent breakage when the substrates are glass substrates. In addition, since the adhesive layer is provided on the opposite surface of the base material to the substrate on the side opposite to the encapsulating substance, it is protected by the gasket having the electrolyte property provided on the enclosing substance side, and therefore by contact with the encapsulating substance. There is no risk of swelling or deterioration. In addition, since the water vapor transmission area is reduced by the base material having a barrier property against water vapor, the water vapor transmission amount is reduced. As a result, leakage of the sealing target such as the electrolyte is effectively prevented, and the water vapor is transmitted from the outside. Degradation of the encapsulated material such as electrolyte is also effectively prevented.
以下、本発明に係る電子デバイス用基材一体シール材を色素増感型太陽電池の封止手段として適用した好ましい実施の形態について、図1を参照しながら説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment in which the base material integrated sealing material for an electronic device according to the present invention is applied as a sealing means for a dye-sensitized solar cell will be described with reference to FIG.
図1に一部を示す電子デバイス1において、参照符号11,12は積層体で、互いに対向配置され、このうちの一方の積層体11は、例えば色素増感型太陽電池における一方の透明基板と、その内側面に形成された透明電極と、光増感色素を吸着させた多孔質半導体層からなるものであり、他方の積層体12は、例えば前記色素増感型太陽電池における他方の透明基板と、その内側面(一方の積層体11との対向面)に形成された対向電極からなるものである。なお、積層体11,12は、請求項1に記載された基板に相当するものである。
In the
積層体11,12の間には、ヨウ素及びヨウ化物を含有する液状又はゲル状の電解質などの封入物質13が封入されており、その周囲は、本発明による基材一体シール材14によって封止されている。
An
詳しくは、この基材一体シール材14は、水蒸気に対するバリア性を有し、かつ電解質に対して不活性の材料、好ましくは例えば厚さt1が60μm程度の金属箔(例えばアルミ箔)又はLCP(液晶ポリマー:例えば株式会社プライマテック製STABIAXなど)の薄板からなる基材141と、この基材141における積層体11,12との対向面のうち封入物質13側に一体的に設けられ、耐電解質性の高いEPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)等のゴム材によって一体的に形成されたガスケット142,143と、前記対向面のうち封入物質13と反対側に塗布されると共に積層体11,12に密着した状態で硬化したUV硬化型接着剤層144,145からなるものである。なお、UV硬化型接着剤層144,145は、請求項1に記載された接着層に相当する。
Specifically, the base material integrated
ガスケット142,143は、積層体11,12に密接されるものであって、ガスケット142,143の厚さは基材141に比較して薄いものであり、基材141の両面に液状ゴムを薄膜状に塗布して架橋硬化させることによって、例えば厚さt2が5〜50μm程度となっている。なお、液状ゴムを薄膜状に塗布するにはスクリーン印刷法を採用することが好適である。
The
UV硬化型接着剤層144,145は、基材141におけるガスケット142,143の外側(封入物質13と反対側)にUV硬化型接着剤を塗布し、これに透明基板や透明電極などからなる積層体11,12を積層してこの積層体11,12にガスケット142,143及びUV硬化型接着剤を密着させた状態で、積層体11,12を介して紫外線を照射することにより硬化させて形成したものである。図2に示すように、UV硬化型接着剤の塗布厚さt3は、図1に示す電子デバイス1の組立状態におけるガスケット142,143のつぶし代を考慮して、ガスケット142,143の厚さt2よりもわずかに薄くすることが望ましい。なお、この場合UV硬化型接着剤の塗布厚さt3とガスケット142,143の厚さt2の差が大きいと、接着しにくくなり、またガスケット142,143のつぶし代による反発力で接着剥がれを生じやすくなるため、これを考慮してt2−t3の大きさは適切に設定する。
The UV curable
上記構成の基材一体シール材14によれば、UV硬化型接着剤層144,145によって積層体11,12間に接着され、接着剤からなるシール材を用いた場合と同様に積層体11,12が固定されるので、積層体11,12間をボルト・ナットなどによって締結しなくても良い。このため積層体11,12の透明基板がガラス基板であるような場合の破損を防止することができる。
According to the base material integrated
そして、EPDMは例えば色素増感型太陽電池の電解液として用いられるアセトニトリルに85℃で1000時間浸漬試験をしたところ、膨潤は1.1Vol%程度にとどまり、アセトニトリルに酸化還元剤成分であるヨウ素とヨウ化リチウムを加えた液に85℃で300時間浸漬試験をしたところ、膨潤は2.2Vol%程度にとどまり、すなわち耐電解質性が高いことが確認された。また、図3にカップ法によってゴム(EPDM)の透湿性を評価する試験を行った結果を示すように、ゴムの厚さを薄くするほど、水蒸気の透過量はそれに比例して減少することがわかる。 EPDM was subjected to a 1000-hour immersion test at 85 ° C. in acetonitrile used as an electrolyte for a dye-sensitized solar cell, for example, and the swelling remained at about 1.1 Vol%, and the redox component iodine and iodine were added to acetonitrile. When the immersion test was performed at 85 ° C. for 300 hours in the solution to which lithium fluoride was added, it was confirmed that the swelling was only about 2.2 Vol%, that is, the electrolyte resistance was high. In addition, as shown in FIG. 3 which shows the result of a test for evaluating the moisture permeability of rubber (EPDM) by the cup method, the thinner the rubber is, the smaller the proportion of water vapor permeation decreases. Recognize.
このため、上記構成の基材一体シール材14によれば、EPDMからなるガスケット142,143が積層体11,12に密接することによって、積層体11,12の間に封入された液状又はゲル状の電解質などの封入物質13が外部へ漏れるのを防止することができると共に、ガスケット142,143の間に、水蒸気に対するバリア性を有し電解質に対して不活性の金属(例えばアルミ)又はLCPからなる基材141を備えるため、水蒸気の透過面積が小さくなり、したがって外部からの水蒸気の透過による電解質等の封入物質13の劣化が抑制される。
For this reason, according to the base material integrated sealing
また、金属箔等からなる基材141を一体に有することによって、取り扱い性や組み付け性が向上し、しかも電解質に対する耐性が高いガスケット142,143によって、UV硬化型接着剤層144,145が電解質等の封入物質13から保護され、すなわちUV硬化型接着剤層144,145が封入物質13との接触によって膨潤したり劣化したりすることがない。このため、長期にわたって積層体11,12とガスケット142,143の密接によるシール性が確保される。
Further, by integrally having the
なお、上述の実施の形態は、電子デバイス1が色素増感型太陽電池である場合について説明したが、本発明の基材一体シール材14は、電子デバイス1が例えば有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイの対向基板間の封入ガスの封止手段としても適用することができる。
In the above-described embodiment, the case where the
すなわち、有機ELディスプレイは、互いに対向配置された一対のガラス基板を有し、このうち一方のガラス基板における他方のガラス基板との対向面に有機EL膜及び電極膜が形成されており、他方のガラス基板との間にシール材によって画成された密閉隙間に乾燥窒素が封入された構造を有する。そしてこの種の有機ELディスプレイも、従来はシール材が紫外線硬化型エポキシ樹脂をベースとしたものであるが、外部からの水蒸気の浸入は、電極膜の酸化や、有機EL膜の性能の低下を来たすため、透湿を可及的に抑制する必要がある。したがって、シール材として、上述の形態のような基材一体シール材を採用することで、水蒸気の透過を有効に抑制することができると共に、接着剤からなるシール材を用いた場合と同様に基板を固定することができる。 That is, the organic EL display has a pair of glass substrates arranged to face each other, and an organic EL film and an electrode film are formed on one glass substrate facing the other glass substrate, and the other It has a structure in which dry nitrogen is sealed in a sealing gap defined by a sealing material between the glass substrate and the glass substrate. Also, this type of organic EL display is conventionally based on an ultraviolet curable epoxy resin as a sealing material. However, penetration of water vapor from the outside causes oxidation of the electrode film and deterioration of the performance of the organic EL film. Therefore, it is necessary to suppress moisture permeability as much as possible. Therefore, by adopting the base material integrated sealing material as described above as the sealing material, it is possible to effectively suppress the permeation of water vapor, and the substrate as in the case where the sealing material made of an adhesive is used. Can be fixed.
また、接着層としては、上述したUV硬化型接着剤以外の接着剤や、粘着剤あるいは両面粘着テープなども採用することができる。 In addition, as the adhesive layer, an adhesive other than the above-described UV curable adhesive, an adhesive, a double-sided adhesive tape, or the like can also be employed.
1 電子デバイス
11,12 積層体(基板)
13 封入物質
14 基材一体シール材
141 基材
142,143 ガスケット
144,145 UV硬化型接着剤層(接着層)
1
13
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