JP2013505190A - デバイスを封止するためのガラスパッケージ及びガラスパッケージを含むシステム - Google Patents

Abstract

本発明は装置（１２０）を封止するためのガラスパッケージ（１００）、前記ガラスパッケージ、光源（２１０）、照明装置（２００）、バックライトシステム（３１０）を含むシステム（１１０）及び表示装置（３００）に関する。前記本発明によるガラスパッケージは、第１ガラス基板（１０）、第２ガラス基板（２０）、及び前記第１ガラス基板及び前記第２ガラス基板の間の境界を封止するための封止体（３０）を含む。前記封止体（３０）はフリットガラスを含む。前記フリットのＣＴＥは、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のＣＴＥと比較して少なくとも１０％低いＣＴＥとを持つように選択される。本発明よるガラスパッケージの１つの効果は、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のＣＴＥと比較して前記フリットのＣＴＥとの差により、比較的高いＣＴＥとを持つ前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板としてのガラス材料を用いる場合に、気密封止体ガラスパッケージを製造することができる。

Description

本発明はデバイスの封止のためのガラスパッケージに関する。本発明はまた、ガラスパッケージ、光源、照明、バックライトシステム及び表示装置を含むシステムに関する。

薄膜デバイス又はマイクロエレクトロメカニカルデバイス（これは又ＭＥＭＳと参照される）は、それらが操作され保存される環境に対して特有の要求を持つ。薄膜デバイスは、例えば複数のスタック層からなるデバイスであり、これらスタック層は、電子回路、電子光学要素又は光学要素を構成する。かかる電子回路は、通常極小化回路であり、集積回路（ＩＣとしてして知られている）、導体層、半導体層及び絶縁層などのスタックを含む。前記電子光学要素はスタックを含み、例えば発光ダイオード、有機発光ダイオード又はレーザーダイオードを構成し、従って通常発光層と組み合わされるダイオード回路と等しい電子回路を少なくとも部分的に含み、かかる発光層は、例えば有機発光ダイオード（以下さらにＯＬＥＤと参照する）となる有機発光層からなる。電子光学要素は又スタックを含み、例えば電磁放射を吸収し前記吸収した電磁放射を電気エネルギーに変換する太陽電池を構成することができるものである。光学要素はいくつかの光学層を含み、例えば光ガイド及び光ゲートを含む光学回路を構成し得る。かかる光学要素はしばしば集積回路と類似の機能を奏するように設計され、集積回路と置換するように設計され得る。

これら全ての薄膜デバイス及び／又はＭＥＭＳは、環境の影響から前記デバイスを保護するため、又は十分定められた環境内にこれらのデバイスを保存するためにある種の封止を要求する。この封止の要求はしばしば、前記薄膜デバイスの操作寿命を決定する。特に、前記薄膜デバイスが、例えば発光又は光吸収デバイスである場合は、前駆薄膜デバイスの封止は好ましくはガラスパッケージされ、前記ガラスパッケージを電磁放射が通過できるものである。

かかるガラスパッケージは知られており、例えば米国特許出願公開第２００４／０２０７３１４号に開示されている。この特許出願には、気密封止ガラスパッケージがＯＬＥＤ表示装置を封止するために記載されている。前記ガラスパッケージは、第１の基板プレート及び第２の基板プレート及び前記第２の基板プレートに堆積されるフリットを含む。前記ＯＬＥＤは前記第１の基板上に堆積される。放射源が前記フリットを加熱するために使用され、前記フリットが溶融して、前記第１の基板プレートを前記第２の基板と結合する気密封止を形成してＯＬＥＤを封止する。前記フリットは、前記放射源が前記フリットを加熱すると軟化して結合を形成するように前記フリットの線膨張係数（これはさらにＣＴＥとも参照される）を低下させるように少なくとも１つの遷移金属でドープされ、場合によりフィラーを含み得るガラスである。

この知られたガラスパッケージの欠点はそれらが比較的高価であるということである。

米国特許出願公開第２００４／０２０７３１４号明細書

本発明の課題は、より安価な気密封止ガラスパッケージを提供することである。

本発明の第１の側面によると、前記課題は本発明による装置を封止するためのガラスパッケージで達成される。本発明によるガラスパッケージは第１ガラス基板、第２ガラス基板及び封止体を含む。前記封止体は前記第１ガラス基板及び第２ガラス基板の間に適用され、前記第１ガラス基板及び第２ガラス基板の間の境界を、前記封止体を局所的に加熱することで封止するように構成される。前記封止体はフリットガラスを含む。前記フリットは、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数と比較して少なくとも１０％低い線熱膨張係数を持つように構成される。

本発明のガラスパッケージの１つの効果は、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数（以下「ＣＴＥ」とする。）と比較して前記フリットのＣＴＥとの差が、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板として比較的高いＣＴＥを持つガラス材料を使用する場合に、気密封止ガラスパッケージを形成することができる、ということである。前記ガラスパッケージの封止は、前記封止の、例えば焦光レーザービームなどの焦中加熱手段を用いて局所的加熱することで生じる。比較的高いＣＴＥを持つガラスはより低いＣＴＥを持つガラスに比較して通常安価である。特定の理論に縛られることを望むものではないが、本発明者は、比較的高いＣＴＥを持つガラス材料を用いる場合に前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板と比較して前記フリットのＣＴＥの間の特定の差が気密封止を可能とすることを見出した。知られたガラスパッケージでは通常前記フリットのＣＴＥは前記ガラスプレートのＣＴＥと一致させ、前記フリットと前記ガラスプレート間で生じ得る機械的応力を防止するように選択される。さらに知られたガラスパッケージは比較的低ＣＴＥを持つガラスのみを前記ガラスパッケージを製造するために使用する。本発明者は、前記フリットのＣＴＥが前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板と比較して少なくとも１０％低いものであるべきこと、特に比較的高いＣＴＥを持つガラスの場合にそうである、ことを見出した。シミュレーション及び実験は、前記ガラス基板のＣＴＥよりも１０％低いＣＴＥを持つフリットを用いることで、前記フリット及びガラス材料間に、室温で前記フリット及びガラスの両方のクラックレベルよりも低い機械的応力を残す結果となることを示した。

前記封止プロセスの間、前記集中加熱手段は前記フリットに、例えば焦光レーザービームにより局所的加熱が適用される。好ましくは前記フリットのみが加熱されるものであり、これは前記レーザー波長を、前記レーザー光が実質的に前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板に吸収されず、前記フリットにのみ実質的に吸収されるように選択することで得られる。この理由で、前記フリットは、例えば特定の波長の吸収を改善するための添加物質を含むことができる。この焦中加熱手段は前記フリットを溶融させ、この溶融フリットが再び固化する場合に前記第１ガラス基板と前記封止体及び／又は前記第２ガラス基板と前記封止体との間の結合を形成する。この結合は通常、気密封止として作用し、前記ガラスパッケージ内に前記装置を気密に風刺するようにガラスパッケージを気密封止する。かかる焦中加熱手段を用いて、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板を実質的に変化させることなく前記フリットの少なくとも一部を溶融させる。前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板は実質的に前記フリットからの熱伝導により加熱されるがこれは比較的低いものである。というのはガラスは通常は優れた熱絶縁体であり従って比較的低い熱伝導性であるからである。従って、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板は局所的に弱く加熱されるにすぎず、従って前記フリットによる前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の膨張は限定的である。第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板として比較的高いＣＴＥを持つガラス材料を用いる場合に、このガラス材料の局所加熱はなお前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のある程度の熱膨張を生じ、これにより通常は前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板内に機械的応力を生じ、前記フリット内のクラックによる前記封止の破壊を起こすか、又は前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板内にクラックを生じる恐れがある。本発明者は、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のＣＴＥに比較してより小さいＣＴＥを持つフリットを選択することで、気密封止が生成され、前記フリット及び／又はガラスパッケージのために使用されるガラス材料中に残存する機械的応力が前記フリット及びガラス材料の室温でのクラックレベルよりも低くなる、ということを見出した。前記フリットのＣＴＥと前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のＣＴＥの正確な差は、とりわけ前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の絶対ＣＴＥに依存し、及びとりわけ使用される前記封止プロセスに依存する。

米国特許出願番号２００４／０２０７３１４によれば、知られたガラスパッケージでは、前記フリットのＣＴＥは前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のＣＴＥと一致する。前記米国文献は、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のＣＴＥと前記フリットのＣＴＥとの最大の不一致は約３５０ｐｐｍであり、これは約０．０３５％の許容される不一致となる。本発明の発明者の実験によると、比較的高いＣＴＥと値を持つガラス材料を用いる場合には前記フリットと前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の間の不一致のＣＴＥ値を用いる気密封止を生成することはできない。少なくとも１０％の不一致が提案されるが、ここで前記フリットのＣＴＥ値が、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板を構成するガラス材料のＣＴＥと値よりも少なくとも１０％小さいものである。かかる条件で、前記第１ガラス基板と第２ガラス基板との間に設けられるフリットを局所加熱することで、気密封止が生成され得る。

フリットはガラスを含み、好ましくはまたフィラー材料を含む。正しいＣＴＥと値を持つフィラー材料を含まないフリットが見出される場合にはフィラー材料は必要ではない。しかし、しばしばフィラー材料は前記フリットのＣＴＥと値を下げるために用いられる。

本ガラスパッケージの１つの実施態様では、前記フリットの線熱膨張係数が前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数と比較して少なくとも１５％低いものである。本発明者は次の知見を見出した。即ち、比較的高いＣＴＥ（例えばＣＴＥ＞８ｐｐｍ／Ｋ）を持つ前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板を用いる場合には、前記フリットのＣＴＥと前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のＣＴＥとのより大きい差が、レーザー加熱による実質的に応力のない封止を生成するために必要である、ということである。前記のように、前記フリットのＣＴＥは前記フィラー材料の濃度及び種類を変更することで変えることができる。従ってこれは、前記フリットのＣＴＥと前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板を構成するガラス材料のＣＴＥとの差を増加させることで可能であり、例え前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板としてソーダライムガラスを使用する場合でも可能となり、このことは本発明ガラスパッケージのコストを非常に低減する。

前記ガラスパッケージの１つの実施態様では、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数は、８と１１ｐｐｍ／Kの間である。かかるガラス材料はまたソーダライムガラスとして知られており、前記のように比較的安価であり、コストの面からガラスパッケージを製造するためのガラス材料として好ましい。第１ガラス及び／又は第２ガラス基板としてそのようなガラス材料を用いることで、本発明のガラスパッケージは、例えば有機発光ダイオード又は太陽電池にとって商業的に興味の対象となる。前記のように、前記フリットのＣＴＥと前記第１ガラス及び／又は第２ガラス基板のソーダライムガラス材料のＣＴＥとの間の大きな差は気密封止ガラスパッケージの製造を可能とし、ここでは全ての機械的応力が前記フリット及びソーダライムガラスのクラックレベルを下回る。

本ガラスパッケージの１つの実施態様では、前記フリットは５０重量％を超えるビスマス酸化物を含む。米国特許出願番号２００４／０２０７３１４による知られたガラスパッケージで使用される好ましいフリットの１つは、遷移金属としてアンチモン酸化物と共にバナジウム酸化物の組み合せを含む。アンチモン酸化物は比較的環境に優しくない物質であり、ガラスパッケージには使用しないことが好ましい。ビスマス酸化物はバナジウム酸化物をアンチモン酸化物と置換するために使用される。ビスマス酸化物はまた完全には環境に優しいものではないが、アンチモン酸化物に比較してより毒性が低い。従って、本発明によるガラスパッケージは、引用した米国特許出願の知られた代替物と比較して環境により優しいものである。

本ガラスパッケージの１つの実施態様では、前記フリットは鉛を含まないフリットである。今までは前記フリットは通常鉛を含んでいる。これまで消費製品中に鉛の使用を禁止する試みのために法律が存在する。５０重量％を超えるビスマス酸化物を含むフリットを使用することで、鉛の使用も又避けることができる。

本ガラスパッケージの１つの実施態様で、前記封止体は、前記第１ガラス基板及び第２ガラス基板の間の境界を封止するため、焦中加熱手段を用いて局所的に加熱するように構成される。焦中加熱手段は焦光レーザービームを含む。前記レーザービームの発光の比較的狭い波長バンド幅により、前記フリット材料に吸収され、一方前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板により完全に透過されるような適切なレーザービームが容易に見出される。前記のように、前記フリットは、前記レーザービームによる発光のための前記フリットの吸収特性を強化する添加成分を含むことができる。

本ガラスパッケージの１つの実施態様で、前記フリットは、既定の波長を持つ光を吸収するための多価イオンを含む。かかる多価イオンは、例えば銅である。銅を前記フリットに添加することで、約１マイクロメートルの波長で焦光レーザー光の吸収を強化する。この波長で、前記第１ガラス基板及び第２ガラス基板が好ましくは実質的に透明である。従って、前記フリットは前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板を通して前記焦光レーザー光により照射され、一方前記焦光レーザーによる前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の局所温度が実質的に上昇しない。前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のいくらかの残留局所加熱が、前記入力レーザービームから加熱されたフリット材料による前記フリットと前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板との間の結合領域に、前記フリット材料から熱伝動により生じる。しかし、ガラス材料は比較的優れた熱絶縁性であることから、前記残留局所加熱は、前記フリット材料と前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板との間の結合領域に実質的に制限され、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板を完全に加熱することを妨げる。

本ガラスパッケージの１つの実施態様では、前記ガラスパッケージは前記封止体及び前記第１ガラス基板を構成するカバーを含み、前記封止体は前記第１ガラス基板に前記封止体及び前記第１ガラス基板を、前記フリットの軟化温度を超えかつ前記第１ガラス基板の転移温度よりも低い温度に加熱して前記カバーを製造する。前記フリットの軟化点は、前記第１ガラス基板の転移温度よりも低い。前記フリット材料と前記第２ガラス基板の間の境界を焦中加熱手段で照射することで、前記フリットと前記第２ガラス基板の間の前記境界を、前記フリットの前記局所溶融により前記封止体とする。しかし好ましくは、前記焦中加熱手段は前記封止体でのフリットを加熱し、かつ実質的に前記封止体全体を加熱する。かかる構成においては、共に前記カバーを形成する前記フリット材料及び前記第１ガラス基板の間の境界での結合が又変更される。一般に、前記封止体及び前記第１ガラス基板とを共に同じ温度に加熱することで前記カバーを製造する場合、このプロセスは、本発明の前記第１ガラス基板及び前記フリット材料の間のＣＴＥで比較的大きな差により前記カバー内に比較的大きな機械的応力を生じる。通常かかる機械的応力は前記第１ガラス基板及び／又は前記封止体を損傷させる。しかし、前記封止体中のフリット材料は、前記第１ガラス基板と比較して薄く、前記第１ガラス基板は通常前記焼成プロセスからの機械的応力では損傷しない。従って、レーザーなどの焦中加熱手段は、前記封止体及び第２ガラス基板の間の境界を封止するために使用される。この焦中加熱手段を一般的実質的に適用することは、前記フリットの温度を上昇させ、非常に局所的に前記第１ガラス基板及び第２ガラス基板の温度を上昇させる。従って、前記焦中加熱手段による前記フリットの加熱はまた、前記カバー内の前記封止体及び前記第１ガラス基板の間の結合を変更し、前記カバーが製造される際に導入される機械的応力が、前記ガラス材料及び前記フリット材料のクラックレベルよりも下に低減される。その結果として、前記第２ガラス基板と前記カバーを組み合わせることで製造されるガラスパッケージは、全ての残留機械的応力がそのクラックレベルより小さい実質的に気密封止体を形成するガラスパッケージとなる。

本発明の第２の側面によると、前記課題は、本発明による装置とガラスパッケージを含むシステムにより達成される。前記装置は、例えば薄膜装置又はＭＥＭＳ装置である。

本システムの実施態様では、前記装置は薄膜装置であり、電磁放射を生成するか吸収するための活性層を含む層のスタックを含み、前記層のスタックは前記第１ガラス基板に面する前記第２ガラス基板の表面に適用される。

本システムの実施態様では、前記装置は発光ダイオード又は有機発光ダイオード又は太陽電池又はマイクロエレクトロメカニカル装置を含む。

本発明の第３の側面によれば、前記課題は本発明による前記システムを含む光源で達成される。

本発明の第４の側面によれば、前記課題は本発明による前記システムを含む照明装置で達成される。

本発明の第５の側面によれば、前記課題は本発明による前記システムを含むバックライトシステムで達成される。

本発明の第６の側面によれば、前記課題は本発明による前記システムを含む表示装置、又は本発明による前記光源を含む表示装置、又は本発明による前記バックライトシステムを含む表示装置で達成される。

本発明のこれらの及び他の側面は、以下記載される実施態様を参照することで明らかとなり理解されるであろう。

図１は、本発明による１つガラスパッケージの断面である。 図２Ａ、異なるＣＴＥ値の異なるフリット組成物についてソーダライムガラスガラス基板に適用される（前記フリットの中央での）前記フリットのシミュレートされた応力値を示すグラフである。 前記ガラス基板がソーダライムガラスである場合のシミュレートされた応力値を示すグラフである。 本発明による薄膜システムの断面図である。 カバーを含む本発明によるガラスパッケージの断面図である。 図５Ａ樹脂は、照明装置の模式的断面図である。 図５Ｂ樹脂は、表示装置の模式的断面図である。 図は、模式的であり寸法通りではない。特に明確にする目的でいくつかの寸法は誇張されている。図中類似の部品はできるだけ同じ参照符号を付している。

図１は本発明によるガラスパッケージ１００の断面図である。前記ガラスパッケージ１００は第１ガラス基板１０、第２ガラス基板２０及び封止体３０を含む。前記封止体３０は前記第１ガラス基板１０及び前記第２ガラス基板２０の間に適用され、前記第１ガラス基板及び第２ガラス基板を前記封止体３０の局所加熱を介して封止するように構成される。前記封止体３０はフリット３０を含むか、又は前記封止体３０は前記フリット３０により構成される。前記封止体３０はガラスを含む。しばしば前記フリット３０は又、フィラー材料を含む。かかるフィラー材料はしばしば、前記フリット３０のＣＴＥ値を変更するために使用される。

本発明によるガラスパッケージ１００では、前記フリット３０は、前記第１ガラス基板１０及び／又は前記第２ガラス基板２０のＣＴＥと比較して少なくとも１０％低いＣＴＥを持つように構成される。いかなる理論に縛られることを望むことなく、本発明者は以下の知見を得た。即ち、前記第１ガラス基板１０及び／又は前記第２ガラス基板２０のＣＴＥとの比較して前記フリット３０のＣＴＥとの特定の差が、比較的高いＣＴＥを持つガラス材料を用いる際に気密封止を可能とする、ということである。前記フリット３０のＣＴＥと前記ガラス材料のＣＴＥの間に特定の差を選択することによるシミュレーションによれば（図２Ａ及び２Ｂ参照）、室温での前記ガラス材料及び前記フリット中の全ての残留応力は前記ガラス材料及び前記フリット３０のクラックレベル以下に選択され得ることが分かる。これはたとえ前記第１ガラス基板１０及び／又は前記第２ガラス基板２０としてソーダライムガラスを用いた場合でさえそうである。室温での材料応力はできるだけ低くすべきである。というのは前記応力は、前記フリット３０又は前記ガラス材料に亀裂を生じる恐れがあり、これにより前記封止が破壊されその結果ガラスパッケージ１００の内容物が環境に暴露されることとなる。ガラスパッケージ１００が、例えば有機発光ダイオード１２０（以下、ＯＬＥＤと参照される）を封止するために使用される場合には、かかる環境への暴露はＯＬＥＤ１２０の操作寿命を大きく低減させることとなる（図３参照）。

封止体３０は前記第１ガラス基板１０と前記ガラス基板２０間の境界を前記封止体３０を局所加熱することで封止するように構成される。この封止プロセスの間に、焦中加熱手段（図示されていない）が前記フリット３０に、例えば焦光レーザービームにより局所的に適用される。好ましくは前記フリット３０のみが加熱されることであり、これは前記レーザー波長を、前記レーザー光が前記ガラス材料に実質的に吸収されずに前記フリット３０のみに実質的に吸収されるように選択することで可能である。この焦中加熱手段は前記フリット３０の部分を溶融し、前記溶融フリット３０が再び固化する際に、前記第１ガラス基板１０と前記封止体３０及び／又は前記第２ガラス基板と前記封止体３０との間の気密封止を形成する。前記フリット３０は、前記ガラス材料に比較してより選択的に前記フリット３０を加熱するために特定の波長を持つ光の吸収を改善するための添加物質を含む。

前記封止プロセスの間に前記第１ガラス基板１０及び／又は第２ガラス基板２０は前記フリット３０から熱伝導移動を介してのみ実質的に加熱される。ガラスは通常比較的優れた絶縁体であることから、前記熱伝導は比較的小さい。従って、前記第１ガラス基板１０及び／又は第２ガラス基板２０は局所的にわずかに加熱されるにすぎず、従って前記第１ガラス基板１０及び／又は第２ガラス基板２０の前記フリット３０の膨張は限定的である。第１ガラス基板１０及び／又は第２ガラス基板２０として比較的高いＣＴＥを持つガラス材料を用いる場合には、前記ガラス材料のこの局所加熱はなおいくらかの第１ガラス基板１０及び／又は第２ガラス基板２０の熱膨張を生じさせ、通常材料応力を生じる結果と成る。本発明者は次の知見を得た。即ち、前記第１ガラス基板１０及び／又は第２ガラス基板２０のＣＴＥと比較してより低いＣＴＥを持つフリット３０を選択する場合には、前記ガラスパッケージ１００に使用される前記フリット３０及び／又はガラス材料内の室温での材料応力が前記フリット３０及び前記ガラス材料の両方のクラックレベルよりも低くなる、ということである。前記フリット３０及び前記第１ガラス基板１０及び／又は前記第２ガラス基板２０との正確な差は、とりわけ前記ガラス材料の絶対ＣＴＥ値、前記フリット３０の組成、及びとりわけ使用される前記封止プロセスに依存する。前記シミュレーションから、少なくとも１０％の不一致が要求されるが、ここでは前記フリット３０のＣＴＥが少なくとも前記ガラス材料のＣＴＥよりも１０％小さいことである。前記ガラス材料のＣＴＥが、例えば８ｐｐｍ／Ｋと等しいか又は高い場合には、前記フリット３０のＣＴＥ値と前記ガラス材料のＣＴＥ値間の不一致はさらに１５％であり得る。

前記フリット３０のＣＴＥは、フィラー材料の濃度の変更又はフィラー材料の変更により変更し得る。

前記フリット３０は、例えばビスマス酸化物を５０重量％を超えて含むことができる。ガラスパッケージについて前記知られるフリットでは、バナジウム酸化とアンチモン酸化物の組み合わせが遷移金属として使用される。前記バナジウム酸化物及びアンチモン酸化物の両方を本発明によるガラスパッケージ１００中のビスマス酸化物と置換することで、本発明のガラスパッケージ１００は、知られるガラスパッケージと比較してより環境に優しいものである。ビスマス酸化物はまた完全には環境に優しいものではないが、アンチモン酸化物に比較してより毒性が低い。５０重量％を超えるビスマス酸化物を含む前記フリット３０のさらなる利点は、鉛は前記フリット３０では要求されないということである。

前記フリット３０のレーザー光吸収特性を改善するために前記フリット３０は多価イオンを含む。かかる多価イオンは既定波長を持つ光を吸収するために選択される。例えば、前記フリット３０に銅を添加することは、約１マイクロメータの波長で焦光レーザー光の吸収を強化する。この波長で、前記ソーダライムガラス材料は、例えば実質的に透明である。従って、前記第１ガラス基板１０又は第２ガラス基板２０を通じて、痕跡量の銅を含む前記フリット３０を照射することで前記フリット３０を溶融させ、一方で前記フリット３０から熱伝動を介する以外に前記ソーダライムガラス材料の温度を実質的に増加させない結果となる。

図２Ａは、異なるＣＴＥ値での異なるフリット組成についてソーダライムガラス１０、２０のガラス基板１０、２０へ適用される前記フリット３０（前記フリット３０の中心で）内のシミュレートされた応力値を示すグラフであり、図２Ｂはソーダライムガラス１０、２０である前記ガラス基板１０、２０内での（前記フリット３０の中心で）シミュレートされた応力値を示すグラフである。図２Ａは及び２Ｂで示される両方のグラフは、室温でのガラス材料に対する前記フリット材料中の計算された結果の機械的応力を示す。
前記フリット組成（「フリット１」及び「フリット２」で示される）のＣＴＥは、使用されたフィラー材料の濃度及び／又はタイプを変更することで変更できる。一般に、フリット３０及び前記ガラス基板１０、２０の両方とも比較的容易に引張応力（グラフでは正応力）により損傷する恐れがあり、一方比較的高い圧縮応力（グラフでは負応力）に耐えることができる。図２Ａから、室温で前記フリット材料中の応力を限定するためにはフリット材料が比較的低いＣＴＥを持つように選択されるべきであることが明らかである。図２Ｂから、室温で前記ガラス材料中の応力を限定するためには、フリット材料が比較的高いＣＴＥを持つように選択されるべきであり、これにより比較的低い残留材料応力を生じる結果、又は残留圧縮材料応力を生じる結果となることが明らかである。これらの相対する要求には、ＣＴＥ値がある程度これらの間の値を持つように選択されることで対応され得る。本発明者は次の知見を見出した。即ち、前記ガラス材料のＣＴＥ値よりも少なくとも１０％低い前記フリット３０のＣＴＥ値を選択することで、前記ガラス材料内の室温での残留応力はなお主に圧縮応力であり、これにはガラス材料は比較的容易に対応できるものであり、一方で前記フリット材料中の室温での残留材料応力は前記フリットのクラックレベルよりも十分低く選択され得る、ということである。

前記ガラスパッケージのためのガラス材料としてソーダライムガラス１０、２０を用いる主な利益は、ソーダライムガラス材料が比較的安価であり、係るガラスパッケージ１００がデバイス１２０、例えば薄膜デバイス１２０について経済的に非常に興味あるものとする、ということである。知られているガラスパッケージでは、ずっと低いＣＴＥを持つガラス材料のみが前記ガラスパッケージを製造するために用いられてきた。さらに、フリット材料を用いるガラスパッケージの封止体に関して一般知識は、フリット材料の前記ＣＴＥは前記ガラスパッケージのＣＴＥと実質的に一致するべきであることを教示する。このことは、ガラス材料１０、２０内の室温での残留応力を最小化する際には妥当であり得る。しかし、相当の期間、室温で無クラックを維持するガラスパッケージ１００を持つために、前記フリット３０内の残留応力はまた、前記フリット３０及び前記ガラス材料のクラックレベルよりも比較的に低く−利益的に低くあるべきである。本発明者は以下の知見を得た。即ち、前記フリット３０のＣＴＥ及び前記ガラス材料のＣＴＥの間の１０％の有意な不一致又は１５％の有意な不一致でさえ、前記第１ガラス基板１０及び前記第２ガラス基板２０の間の気密封止を生成するために利益があり、ここで前記フリット材料３０及びガラス基板１０、２０での両方での残留材料応力は、前記フリット３０及び前記ガラス材料基板１０、２０のクラックレベルよりも小さい、ということである。

図３は、本発明によるシステム１１０の断面図である。
装置１２０は、例えば薄膜デバイス１２０であり、層スタック１３０を含み、これは電磁放射を生成し、吸収し又は伝達するための活性層１４０を含む。層スタック１３０は、例えば前記第１ガラス基板１０に面する第２ガラス基板２０の表面に適用される。層スタック１３０は、発光ダイオード１２０又は有機発光ダイオード１２０又は太陽電池１２０、又はその他の全ての電子光学要素１２０又は光学集積回路１２０であり得る。

図４は、カバー１５を含む本発明によるガラスパッケージ１００の断面図である。前記封止体３０は前記第１ガラス基板１０に、前記フリット３０の溶融温度を超えてかつ前記第１ガラス基板１０の転移温度より低く前記封止体３０及び前記第１ガラス基板とを加熱して前記カバー１５を生成する。封止体３０は前記第１ガラス基板１０に、前記封止体３０及び前記に第１ガラス基板１０を共に前記フリット３０の軟化点を超えかつ前記ガラス基板１０の転移温度より低い温度で加熱して前記カバー１５を形成する。前記焦中加熱手段で、前記フリット３０及び前記第２ガラス基板２０とで構成される前記封止体３０の間の境界を照射することで、前記フリット３０及び前記第２ガラス基板との前記境界が前記フリット３０の局所的溶融により気密封止を形成する。しかし好ましくは、前記焦中加熱手段が実質的にフリット３０全体を加熱することである。かかる構成では、前記フリット材料及び前記第１ガラス基板１０の間の境界での結合は変更され得る。一般的に、前記フリット３０の軟化温度を超えかつ前記ガラス基板材料の転移温度よりも低い温度で加熱することでカバー１５を生成する場合には、このプロセスは前記カバー１５内に、前記第１ガラス基板１０と前記フリット３０との間の比較的大きなＣＴＥの差により、室温で機械的応力を生成する。そのような機械的応力は前記第１ガラス基板１０を破壊する恐れがある。しかし、前記フリット３０層は前記第１ガラス基板１０の厚さに比較して薄く、前記第１ガラス基板１０は通常はこの加熱プロセスからの機械的応力によっては損傷を受けない。従って、前記フリット３０を前記焦中加熱手段で溶融させることで、前記第２ガラス基板２０及び前記フリット３０間の気密封止を形成し、また前記フリット３０と前記第１ガラス基板１０との間の機械的応力を、前記フリット３０及び前記ガラス基板１０、２０の間のＣＴＥ差が少なくとも１０％である場合に前記クラックレベルよりも低いレベルへ緩和する。

図５Ａ及び５Ｂは、照明装置２００及び表示装置３００のそれぞれの模式図である。前記照明装置２００は本発明によるシステム１１０を含む光源２１０を含む。前記光源２１０は、例えば、コリメートするため及び／又は前記照明装置２００からシステム１１０による発光を遠ざけるように方向付けするためのコリメーター２２０を含む。前記光源２１０はまた、他の屈折性、回折性又は反射性光学要素（図示されていない）を含むことができる。前記照明装置２００は、前記光源を収容するハウジング２４０を有し、前記システム１１０に電力を供給するための電源２３０を含む。前記電源２３０は、例えば主電力を前記システム１１０で要求される電力へ変換するための変換器２３０であり得る。前記システム１１０は前記第２ガラス基板２０へ適用する薄膜デバイス１２０を含む。前記第２ガラス基板２０は前記ガラスパッケージ１００の一部であり、前記第１ガラス基板１０，前記封止体３０及び前記第２ガラス基板２０を含む。

図５Ｂは本発明によるバックライトシステム３１０を持つ表示装置３００を示す。前記表示装置３００は、表示体３２０、例えばよく知られている液晶表示体３２０である。前記液晶表示装置３００は一般的に偏向装置（図示されていない）、ライトバルブ配列（図示されていない）及び分析装置（図示されていない）を含む。それぞれのライトバルブは通常液晶材料を含み、例えば前記液晶材料に電場を適用することで入射光の偏光方向を偏向させる。偏向装置、ライトバルブ及び分析装置の配置は、前記ライトバルブが、例えば「明るく」するように切り替えられる場合には、前記バックライトシステム３１０からの発光を透過させるように、構成される。前記ライトバルブが、例えば「暗く」するように切り替えられる場合には、前記バックライトシステム３１０からの発光は遮断される。このようにしてイメージが前記表示体３００上に生成されることができる。

又は、前記表示装置３００は光源１１０の２次元配列（図５Ａ参照）を含み、前記２次元配列の光源１１０のそれぞれは前記表示装置３００で１つの画素を構成する。かかる光源１１０は、例えば本発明で定められる前記ガラスパッケージ内の有機発光ダイオード１２０であり得る。

留意すべきは、前記説明された実施態様は本発明を限定するものではなく例示するものであるということであり、当業者であれば、添付された特許請求の範囲の範囲から離れることなく多くの他の実施態様を設計することができる、ということである。

特許請求の範囲において、カッコ内のすべての参照符号は特許請求の範囲を限定するものと解釈するべきではない。動詞「含む」及びその活用用語は特許請求の範囲に記載された要素又はステップの他の要素又はステップを除外するものではない。１つの要素の前の用語「ひとつの」は、その要素が複数の場合を除外するものではない。いくつかの手段が列記された装置に係る請求項においては、これらの手段のいくつかがハードウェア１つ又は同様の事項で実施され得る。ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているということは、これらの手段の組み合わせが有効ではないということを意味するものではない。

本発明の第１の側面によると、前記課題は本発明による装置を封止するためのガラスパッケージで達成される。本発明によるガラスパッケージは第１ガラス基板、第２ガラス基板及び封止体を含む。前記封止体は前記第１ガラス基板及び第２ガラス基板の間に適用され、前記第１ガラス基板及び第２ガラス基板の間の境界を、前記封止体を局所的に加熱することで封止するように構成される。前記封止体はフリットガラスを含む。前記フリットは、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数と比較して少なくとも１５％低い線熱膨張係数を持つように構成される。

前記フリットの線熱膨張係数が前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数と比較して少なくとも１５％低いものである。本発明者は次の知見を見出した。即ち、比較的高いＣＴＥ（例えばＣＴＥ＞８ｐｐｍ／Ｋ）を持つ前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板を用いる場合には、前記フリットのＣＴＥと前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板のＣＴＥとのより大きい差が、レーザー加熱による実質的に応力のない封止を生成するために必要である、ということである。前記のように、前記フリットのＣＴＥは前記フィラー材料の濃度及び種類を変更することで変えることができる。従ってこれは、前記フリットのＣＴＥと前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板を構成するガラス材料のＣＴＥとの差を増加させることで可能であり、例え前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板としてソーダライムガラスを使用する場合でも可能となり、このことは本発明のガラスパッケージのコストを非常に低減する。

前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数は、８と１１ｐｐｍ／ｋの間である。かかるガラス材料はまたソーダライムガラスとして知られており、前記のように比較的安価であり、コストの面からガラスパッケージを製造するためのガラス材料として好ましい。第１ガラス及び／又は第２ガラス基板としてそのようなガラス材料を用いることで、本発明のガラスパッケージは、例えば有機発光ダイオード又は太陽電池にとって商業的に興味の対象となる。前記のように、前記フリットのＣＴＥと前記第１ガラス及び／又は第２ガラス基板のソーダライムガラス材料のＣＴＥとの間の大きな差は気密封止ガラスパッケージの製造を可能とし、ここでは全ての機械的応力が前記フリット及びソーダライムガラスのクラックレベルを下回る。

前記フリットは５０重量％を超えるビスマス酸化物を含む。米国特許出願番号２００４／０２０７３１４による知られたガラスパッケージで使用される好ましいフリットの１つは、遷移金属としてアンチモン酸化物と共にバナジウム酸化物の組み合せを含む。アンチモン酸化物は比較的環境に優しくない物質であり、ガラスパッケージには使用しないことが好ましい。ビスマス酸化物はバナジウム酸化物をアンチモン酸化物と置換するために使用される。ビスマス酸化物はまた完全には環境に優しいものではないが、アンチモン酸化物に比較してより毒性が低い。従って、本発明によるガラスパッケージは、引用した米国特許出願の知られた代替物と比較して環境により優しいものである。

Claims (15)

1. 装置を封止するためのガラスパッケージであり、前記ガラスパッケージは：
   第１ガラス基板、
   第２ガラス基板、及び
   前記第１ガラス基板及び前記第２ガラス基板の間に適用される封止体を含み、
   前記封止体が、前記第１ガラス基板と第２ガラス基板との間の境界を、前記封止体を局所的に加熱することで、封止するように構成され、
   前記封止体がガラスを含むフリットを含み、
   前記フリットが、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数と比較して少なくとも１０％低い線熱膨張係数を持つように構成される、ガラスパッケージ。
2. 請求項１に記載ガラスパッケージであり、前記フリットの線熱膨張係数が、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数と比較して少なくとも１５％低い線熱膨張係数を持つ、ガラスパッケージ。
3. 請求項１に記載ガラスパッケージであり、前記第１ガラス基板及び／又は第２ガラス基板の線熱膨張係数が、８と１１ｐｐｍ／Ｋの間である、ガラスパッケージ。
4. 請求項１に記載のガラスパッケージであり、前記フリットが５０重量％を超えるビスマス酸化物を含む、ガラスパッケージ。
5. 請求項４に記載のガラスパッケージであり、前記フリットが無鉛フリットである、ガラスパッケージ。
6. 請求項１に記載のガラスパッケージであり、前記封止体が、前記第１ガラス基板と第２ガラス基板の間の境界を封止するために、焦中加熱手段により局所的に加熱される、ガラスパッケージ。
7. 請求項６に記載のガラスパッケージであり、前記フリットが既定波長を持つ光を吸収するための多価イオンを含む、ガラスパッケージ。
8. 請求項１に記載のガラスパッケージであり、前記ガラスパッケージが、前記封止体と前記第１ガラス基板により構成されるカバーを含み、前記封止体が、前記フリットの軟化点よりも高くかつ前記第１ガラス基板の転移温度よりも低い温度で前記封止体と前記第１ガラス基板とを加熱することで、前記第１ガラス基板へ付設させる、ガラスパッケージ。
9. 装置と、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガラスパッケージを含む、システム。
10. 請求項９に記載のシステムであり、前記装置が、電磁放射を生成するか吸収するための活性層を含む層のスタックを含む薄膜装置であり、前記層スタックが前記第１ガラス基板に面する前記第２ガラス基板の表面に適用される、システム。
11. 請求項９又は１０のいずれか１項に記載のシステムであり、前記装置が：
    発光ダイオード、有機発光ダイオード、太陽電池又はマイクロエレクトロメカニカル装置である、システム。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のシステムを含む、光源。
13. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のシステム又は請求項１２に記載の光源を含むを含む、照明装置。
14. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のシステム又は請求項１２に記載の光源を含むを含む、バックライト装置。
15. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の薄膜システム又は請求項１２に記載の光源又は請求項１４に記載のバックライト装置を含む、表示装置。

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