CN1156810C - 固化被金属掩蔽的可固化密封剂的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种固化用于将两基板固定在一起的密封剂的方法。密封剂需要加热或UV光子固化。为克服由金属图形引起的掩蔽，将UV光引导到朝向密封剂的路径上，光漫射元件定位于光路径中。漫射元件引起光辐射漫射，从而使某些漫射光辐射避开金属结构，入射到密封剂上。如果密封剂是双固化型，则可通过加热帮助其固化。

Description

固化被金属掩蔽的可固化密封剂的方法及系统
该申请与本发明人的题为“A Method and System for Curing anUltra-Violet Curable Sealant That is Shadowed by Metallization”、专利号为USP No.6,179,679的专利申请有关。
本发明涉及一种利用可光/热固化的密封剂将两个物体固定在一起的改进方法，特别涉及一种固化被金属元件掩蔽的密封剂的方法和系统。
平板计算机显示板(见图1a-1c)需要将两块玻璃基板6和8固定在一起。一块基板6含有薄膜晶体管(也称为TFT)有源器件区10和配套电路。第二块基板8包括滤色器11。在滤色器11的周边，有由氧化铬14层构成的外围区12，其上淀积有铬层16。在某些情况下，外围区12由有机树脂构成。这些情况下这些层称为黑底17。
密封剂18在基板6和8固定在一起之前施加。电路化基板6设于密封剂18之上，结果密封剂18大部分散布到黑底区。密封剂18的固化一般需要使用波长范围为350-360nm的UV光(尽管某些密封剂相应于不同波长，但它们一般不用于平板显示板)。入射UV光激发密封剂18中的引发剂，引起导致其中发生固化或交联的反应，于是形成不紧密的密封。
然而，在这种密封剂的存在金属22的部分存在固化问题。金属22包括TFT基片的数据和栅线，它们从用于连接的密封区延伸到驱动电子电路。在位于密封剂18上的金属化区内，UV光被掩蔽，掩蔽金属下的密封剂18容易发生未固化问题。
因此，本发明的一个目的是提供一种用可固化密封剂将两个物体固定在一起的改进方法。
本发明再一目的是提供一种固化被金属件掩蔽的密封剂的方法和系统。
根据本发明，提供了一种结合第一基板和第二基板的方法，所说第一基板对光辐射是透明的，其上包括不透明的金属结构，可固化密封剂设在所说第一基板和所说第二基板之间，所说密封剂的某些部分由于所说金属结构而与所说光辐射局部屏蔽，所说方法包括以下步骤：a)将所说光辐射引导到朝向所说密封剂的路径上；及b)在所说路径中定位光漫射元件，使所说光辐射漫射，从而漫射的某些所说光辐射入射到和反射到被金属结构掩蔽的所说密封剂上。
所说光漫射元件可以包括所说第二基板上的粗糙涂层。
所说粗糙涂层可以包括氧化铬层、铬层或者二者的组合。
所说粗糙涂层可以包括其上淀积有颗粒的金属化层。
所说光漫射元件可以包括上面具有毛面涂层的板，所说定位步骤将所说板设置于所说第一基板上。
所说流体耦合介质可以设置于所说板和所说第一基板之间。
所说光漫射元件可以包括设置于所说光辐射源和所说第一基板间的透镜装置。
所说光辐射可以在紫外范围。
所说光辐射入射到所说金属结构上时，可以控制所说引导步骤，使所说光辐射扫过存在所说密封剂的区域，并增强所说光辐射的能量，以便对其加热从而帮助固化所说密封剂。
根据本发明，还提供一种结合第一基板与第二基板形成显示屏板的方法，所说第一基板对光辐射是透明的，并且其上包括不透明的金属结构，所说第一基板和所说第二基板间设有双可固化密封剂，所说密封剂的某些部分由于所说金属结构而与所说光辐射局部屏蔽，所说双可固化密封剂在热和光辐射的作用下可固化，所说方法包括以下步骤：a)预热所说第一基板和第二基板到偏置温度；b)将所说光辐射引导到朝向所说密封剂的路径上；及c)在所说路径中定位光漫射元件，使所说光辐射漫射，从而漫射的某些所说光辐射和反射的某些所说光辐射入射到被金属结构掩蔽的所说密封剂上，从而所说偏置温度和所说光辐射一起使所说双固化密封剂固化。
所说光漫射元件可以包括所说第二基板上的粗糙涂层。
所说粗糙涂层可以包括氧化铬层、铬层或者二者的组合。
所说粗糙涂层可以包括其上淀积有颗粒的金属化层。
所说光漫射元件可以包括上面具有毛面涂层的板，所说定位步骤将所说板设置于所说第一基板上。
所说流体耦合介质可以设置于所说板和所说第一基板之间。
所说光漫射元件可以包括设置于所说光辐射源和所说第一基板间的透镜装置。
所说偏置温度可以在50℃-70℃的范围内。
所说偏置温度可以低于所说密封剂的固化温度，为20℃-30℃。
所说光辐射可以在紫外范围。
本发明可应用于固有问题是可固化密封剂被掩蔽的平板显示器。掩蔽是由包括显示板的构件的两基板之一上的不透明金属引起的。金属妨碍了光子到达金属图形下面的密封剂区。本发明通过使入射光子束改变方向使之达到掩模区从而克服未固化密封剂问题(也称为掩蔽效应)。在第一实施例中，使黑底17的表面粗糙化，使反射的入射光漫射，于是改变光子的方向，从而使密封剂完全固化，即，引发剂的激发，导致聚合化。这里将介绍得到粗糙的黑底17的各种方法。
或者，可以调节光束的强度和/或提供附加的热源，对金属区进行加热。在这种加热-光子组合的方法中，双固化(即光/热)密封剂会在激发固化引发剂的光和热激发的联合作用下固化。
图1a是平板显示器的平面图。
图1b是沿1b-1b线取的图1a的剖面图。
图1c展示了其黑底已被处理成能够漫反射入射辐射的滤色基板的放大示图。
图2是展示得到漫反射表面的淀积方法的示图。
图3展示了在汽相束的入射角不垂直于在其上进行淀积的表面时例如铬等金属膜的淀积和生长情况。给出了能够以各种角度反射入射光的倾斜柱状生长。
图4示出了使用离子束溅射一些所淀积的黑底材料产生粗糙或毛面光洁度的情况。
图5是使用喷砂处理得到具有毛面光洁度的黑底的情况。
图6示出了在入射之前设于屏板的上表面上的具有毛面光洁度的薄透明板或漫射光透射器，用于使入射UV束散射或漫射透射。这种板还可以是设计成在一定角度方向上散射光束的全息摄影底片。
图7示出了用于聚焦入射束的装置，能够使光束散射进入上屏板，从而提供反射后的入射光路径，使之穿透进入其它情况下的掩蔽区。
图8示出了使用双密封剂时，安装于热工作台上的屏板，用于提供接近固化温度的偏置温度。
本发明可以使入射UV光束(或一般为任何特定波长的光束)发散或将密封在一起的两基板内多次反射。这种作用可以使能够到达将被密封的两基板间与入射束屏蔽的区域中的入射光子数最大。
一般说，在目前的液晶显示器(见图1b和1c)中，玻璃滤色器11与密封剂18接触的区域包括氧化铬外围淀积薄层或薄膜14，然后是Cr层16。或者，外围层由有机黑底构成。对于液晶显示器来说，UV光一般用于激发密封剂18使之聚合化。
本发明在黑底材料的淀积期间或淀积后的分离工艺中，加工外围黑底17的表面30，使之从镜面光洁度变为毛面光洁度。在本发明的屏板结构情况下，毛面光洁度使固化过程中使用的和入射到该区域的任何UV光32漫反射或散射，而不是镜面对称式反射。从毛面30散射的光反射到相当宽的锥角，从而到达密封剂18其它情况下被掩蔽的区域。利用毛面光洁度，会有大量UV漫散射产生的大光子用于固化密封剂18。
漫散射与入射波长和表面粗糙度的角度依赖关系在许多光学文献中有记载，例如见Physical Optics，Chp.1，pg39，Third Ed.，OpticalSociety of America，Washington，Dc.Settarova等人在Applied SolarEnergy Vol.31，pg 103(1995)的论文中给出了更具体的描述。
在UV波长的情况下，高达30％的总反射光(对粗糙或毛面而言约10％)可以漫反射。这提供了可用于散射到其它情况下被妨碍入射光透射的不透明图形掩蔽的区域的很大光通量。例如，来自脉冲准分子XeF激光器的通量为106W/cm2或更大。对于例如铬来说，发现黑底17上存在60％的镜面反射。对于由漫散射表面引起的小角度散射来说，可以将粗糙度加工成提供大部分进入掩蔽区的这样的反射光。对于非常大的漫散射来说，在表面由Ni/TiO2构成时，散射部分会减少到仅为2％，这取决于粗糙表面的微粒或突起间的距离。
关于另一例子，利用MgO反射涂层作近乎完美的Lambert定律辐射器，可以制备有效的均匀漫射表面，即反射光强度正比于cosj，角度j定义为表面的法线与光的辐射线方向间的角度(见R.S.Longhurst in Geometrical and Physical Optics，Chp 18，pg448，Longman Group Limited(Hong Kong))。
对于漫反射和实现这种反射的系统来说，希望(1)密封剂不要很强地吸收，(2)光子源坚固耐用。对几种UV密封剂的测试表明仅有少量吸收，利用脉冲XeF准分子激光器进行的测试表明，一般情况下每个脉冲具有非常高的光子密度，可以促进各种UV和UV-混合密封剂的固化(在UV和升高的温度之一或两者的作用下混合物可以固化，也称为双密封剂)。所用的入射强度(通量或功率/面积)是用于UV密封剂固化的屏板工业中的常用UV灯的108倍。因此，粗糙的铬表面加上与光固化源相同的UV激光可以完全消除目前影响屏板工业的掩蔽问题。掩蔽区的消除意味着，由于不存在可以到达液晶的未固化密封剂和长期屏板失效的一般诱因，所以显示屏板具有更长寿命。
有许多方式可以使铬表面粗糙化。例如，斜角淀积可以一定角度柱状生长铬，所以可以形成相对于基板水平面倾斜的柱。或者，淀积期间可以使用掩模，使铬束衍射。也可以使用喷砂法粗糙化表面，给出几十nm的微粒。激光工业中已使用了许多其它技术使激光激发束漫反射，这些技术都是众所周知的。
为了帮助光子固化，可使用双密封剂，以使特别是在基板上金属图形吸收光的区域施加光子通量期间还进行加热。换言之，在入射到金属图形上时，可以增大光束的强度，以便对其进行加热，附加的热有助于固化过程。通过在屏板基板上施加偏置温度，可以进一步增强热固化机制，以便在基板组装时，可以实现稍低于热固化温度的环境温度，但高于环境温度也可。一般说，利用组装期间其上放置基板的加热台，可以使用50-70℃的环境温度。
或者，基板可以预热到上述的偏置温度，然后放到也保持该偏置温度的组装台上。
为了实现漫散射，必须改变平面表面，防止反射波保持它们的相位关系。一般说，这可以通过表面粗糙化实现，以便存在限定反射表面的峰和谷或“微粒”。微粒的平均垂直和水平间隔优先为UV辐射波长(350nm范围)的几分之一。
图2示出了使用滤色板11设置于其中的真空淀积室40的方法。板11被光刻掩蔽，以便仅仅其包括黑底17的外围12接收将相当粗糙以便产生漫反射的蒸发层。一般说，黑底上的蒸发剂可以是MgO(氧化镁)或Ni/TiO2，或者是其它可能的元素和化合物。
图3示出了通过生长相对于基板平面按一定方向柱状生长的反射膜，利用黑底17产生漫反射的另一种方法。通过使用相对于基板法线大于零度的角度“a”的蒸发剂束42，可以实现这种生长。对于包括SiO2、Mo、Ti和其它化合物及具有较高努普硬度数的难熔金属等许多物质来说，都存在这种倾斜生长。例如，以30-60度之间的角“a”蒸发的几百埃厚的Mo可以使大部分反射从基板法线偏转到掩蔽区，如图所示。
开始时具有光滑或镜面反射表面，然后利用离子或粒子束使之粗糙化，也可以得到漫反射器。图4示出了这种方法。在合适加速电压下，氩平衡离子束44可以引起沿外围12预定膜的随机溅射。另外，较好是通过掩蔽防止溅射的粒子在滤色器上着陆和再形成淀积物。
通过对光刻掩蔽的区域进行喷砂，也可以形成类似粗糙的表面，如图5所示。这里掩蔽还可以避免除想要的区域即接近密封剂的外围区域之外的区域被腐蚀。
可以使用两种其它方法提供入射束漫射，不包括物理改变滤色器。图6示出了一种方法，其中薄玻璃片50设置于要密封的区域上。玻璃片50具有制备成漫反射器的上表面52，而其下表面54保持光滑。可以使用例如水或活栓脂膏等耦合剂(未示出)，将玻璃板50冷锻或固定到上板6上。
耦合剂防止了薄玻璃-上板界面处的光反射。尽管是优选的，但如果可以允许一些散射，则不必使用耦合剂。用于固化环氧的UV光现在被玻璃板50的上表面52漫射，并可以在玻璃板-基板界面处通过TFT基板没有反射地透射(由于耦合剂材料)。由于这种光现在是漫射的，所以它将通过漫射和反射作用散射到被金属掩蔽的区域中。
图7示出了由透镜62聚焦以便在焦点64后发散的UV光束60。发散有效地将束传播到与垂直于板表面进入的平行束屏蔽的区域。所以，使用合适透镜系统可以调节束传播，从而被金属掩蔽的密封剂区可以通过漫射和反射作用接收辐射。
图8示出了使用双密封剂70将要结合的基板设置于加热过的组装台72上的实施例。施加的热产生偏置温度，与入射的光束74一起作用使密封剂固化。图8的系统使用了上述漫射机制之一，以确保UV束入射到密封剂上。优选偏置温度在大约50-约70℃的范围，或如果情况允许，偏置温度在约20℃-约30℃，低于密封剂的固化温度。
应理解，上述介绍仅是对本发明的例示。所属领域的技术人员可以做出各种替换和改进。因此，本发明将包括所有这种替换、改进和变化。

Claims (19)

1、一种结合第一基板和第二基板的方法，所说第一基板对光辐射是透明的，其上包括不透明的金属结构，可固化密封剂设在所说第一基板和所说第二基板之间，所说密封剂的某些部分由于所说金属结构而与所说光辐射局部屏蔽，所说方法包括以下步骤：
a)将所说光辐射引导到朝向所说密封剂的路径上；及
b)在所说路径中定位光漫射元件，使所说光辐射漫射，从而漫射的某些所说光辐射入射到和反射到被金属结构掩蔽的所说密封剂上。
2、根据权利要求1的方法，其中所说光漫射元件包括所说第二基板上的粗糙涂层。
3、根据权利要求2的方法，其中所说粗糙涂层包括氧化铬层、铬层或者二者的组合。
4、根据权利要求2的方法，其中所说粗糙涂层包括其上淀积有颗粒的金属化层。
5、根据权利要求1的方法，其中所说光漫射元件包括上面具有毛面涂层的板，所说定位步骤将所说板设置于所说第一基板上。
6、根据权利要求5的方法，其中流体耦合介质设置于所说板和所说第一基板之间。
7、根据权利要求1的方法，其中所说光漫射元件包括设置于所说光辐射源和所说第一基板间的透镜装置。
8、根据权利要求1的方法，其中所说光辐射在紫外范围。
9、根据权利要求1的方法，其中在所说光辐射入射到所说金属结构上时，控制所说引导步骤，使所说光辐射扫过存在所说密封剂的区域，并增强所说光辐射的能量，以便对其加热从而帮助固化所说密封剂。
10、一种结合第一基板与第二基板形成显示屏板的方法，所说第一基板对光辐射是透明的，并且其上包括不透明的金属结构，所说第一基板和所说第二基板间设有双可固化密封剂，所说密封剂的某些部分由于所说金属结构而与所说光辐射局部屏蔽，所说双可固化密封剂在热和光辐射的作用下可固化，所说方法包括以下步骤：
a)预热所说第一基板和第二基板到偏置温度；
b)将所说光辐射引导到朝向所说密封剂的路径上；及
c)在所说路径中定位光漫射元件，使所说光辐射漫射，从而漫射的某些所说光辐射和反射的某些所说光辐射入射到被金属结构掩蔽的所说密封剂上，从而所说偏置温度和所说光辐射一起使所说双固化密封剂固化。
11、根据权利要求10的方法，其中所说光漫射元件包括所说第二基板上的粗糙涂层。
12、根据权利要求11的方法，其中所说粗糙涂层包括氧化铬层、铬层或者二者的组合。
13、根据权利要求11的方法，其中所说粗糙涂层包括其上淀积有颗粒的金属化层。
14、根据权利要求10的方法，其中所说光漫射元件包括上面具有毛面涂层的板，所说定位步骤将所说板设置于所说第一基板上。
15、根据权利要求14的方法，其中流体耦合介质设置于所说板和所说第一基板之间。
16、根据权利要求10的方法，其中所说光漫射元件包括设置于所说光辐射源和所说第一基板间的透镜装置。
17、根据权利要求10的方法，其中偏置温度在50℃-70℃的范围内。
18、根据权利要求10的方法，其中偏置温度低于所说密封剂的固化温度，为20℃-30℃。
19、根据权利要求10的方法，其中所说光辐射在紫外范围。
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