JP2005081771A - 光による溶着方法、電気光学装置の製造方法、電気光学装置、電子機器および溶着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 接合対象物同士が光を透過するものであっても、光により溶着することができ、かつ、所望の部位について高精度に溶着することができる光による溶着方法、電気光学装置の製造方法、電気光学装置、電子機器および溶着装置を提供する。
【解決手段】 第１基材１の所望領域であって該第１基材１と第２基材２との溶着部分となる領域である溶着領域に、光エネルギーを熱エネルギーに変換する光熱変換材料を含む液状体材料４を塗布し、第１基材１の溶着領域と第２基材２の溶着領域とが対向するように、該第１基材１と第２基材２とを隣接させて配置し、第１基材１及び第２基材２の少なくとも一方にレーザ光５を照射し、レーザ光５の照射によって前記光熱変換材料から生じる熱により、第１基材１の溶着領域と第２基材２の溶着領域とを溶着させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光による溶着方法、電気光学装置の製造方法、電気光学装置、電子機器および溶着装置に関するものである。

従来、熱可塑性樹脂同士を接合するには、一般的な接着剤を使う方法、超音波接合方法及び振動接合方法などが用いられている。また、熱可塑性樹脂同士の接合を効率的にかつ安定に行う技術として、レーザによる溶着方法が提案されている。従来のレーザによる溶着方法は、レーザ光を透過させる透過材料とレーザ光を吸収する吸収材料とを密着させ、その透過材料側からレーザ光を照射する。その照射光の一部は透過材料の表面で反射し、透過材料に入射した光の一部はその透過材料で吸収される。透過材料を透過した光は吸収材料の表面付近で吸収されて熱源となり、この温度上昇によりその吸収材料の表面は溶融する。また、熱伝導により、吸収材料に接触する透過材料の裏面付近も温度上昇し、その透過材料の裏面付近も溶融する。そこで、溶融した吸収材料の表面と透過材料の裏面とが融合する。その後、レーザ光の走査又は溶着対象材料の移動により、その融合部位についてのレーザ光照射がなくなると、その溶融部位の温度が低下して溶融部位の透過材料と吸収材料とが溶着する。このようなレーザによる溶着方法は、レーザを熱源とするため、レーザビームを集光することで局所溶着が可能であり熱の影響を最小限にでき、溶着対象材料の表面に熱影響、傷、変形及びバリが生じない。下記特許文献１には、レーザによる溶着方法が開示されている。
特開２００１−２３２６８７号公報

ところで、上記従来技術には以下に述べる問題が存在する。従来の透過材料と吸収材料とを接合対象とするレーザによる溶着方法では、吸収材料としてカーボンブラック又は色素が必要となり、その吸収材料の色について選択自由度が低いという問題点がある。また、接合対象の一方の全部が吸収材料すなわち光が透過しない材料で構成されているので、溶着後においてはその溶着物全体が光を透過しないものとなってしまう。これでは、例えば液晶表示装置の表示部のように、画素部は光を透過し、非画素部は光を透過しなくてもよい、というようなものを構成することができない。また、上記特許文献１に開示されている技術では、接合対象とする２つの樹脂の両方を透明樹脂とすることができるが、その２つの透明樹脂の間に挟む無機物の配置方法についての具体的技術はない。したがって、上記特許文献１に開示されている技術では、溶着部分（溶着領域）を高精度に選択することができず、例えば上記画素部を有する液晶表示装置の表示部などを製造することはできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、接合対象物同士が光を透過するものであっても、光により溶着することができ、かつ、所望の部位について高精度に溶着することができる光による溶着方法、電気光学装置の製造方法、電気光学装置、電子機器および溶着装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、接合対象物同士が光を透過するものであっても、光エネルギーを高い効率で熱エネルギーに変換して溶着することができる光による溶着方法、電気光学装置の製造方法、電気光学装置、電子機器および溶着装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の光による溶着方法は、溶着対象とされる第１基材及び第２基材を用意し、前記第１基材の所望領域であって該第１基材と前記第２基材との溶着部分となる領域である溶着領域に、光エネルギーを熱エネルギーに変換する光熱変換材料を含む液状体材料を塗布し、前記第１基材の溶着領域と前記第２基材の溶着領域とが対向するように、該第１基材と第２基材とを隣接させて配置し、前記第１基材及び第２基材の少なくとも一方に光を照射し、前記光の照射によって前記光熱変換材料から生じる熱により、前記第１基材の溶着領域と前記第２基材の溶着領域とを溶着させることを特徴とする。本発明によれば、第１基材と第２基材との溶着領域に光熱変換材料が配置され、その後、光の照射によって光熱変換材料から熱が生じ、これにより溶着領域について選択的に第１基材と第２基材とを溶着させることができる。したがって、本発明によれば、第１基材及び第２基材における所望の領域を溶着領域とすることができる。すなわち、溶着領域（溶着部分）のみに溶着材料が塗布されるので、溶着領域以外の部分について溶着材料で光透過性などが阻害されることを回避することができる。また、本発明によれは隣接された第１基材と第２基材との間に光熱変換材料が配置され、その光熱変換材料から生じる熱で第１基材と第２基材との接合面を溶解させて溶着するので、従来よりも小さい光エネルギーで、かつ、高い位置選択性をもって溶着することができる。

本発明の光による溶着方法において、前記光を照射している時と該照射の後との少なくとも一方の時に、前記溶着領域について前記第１基材と第２基材とが密着するように、該第１基材及び第２基材に圧力を加えることとしてもよい。これにより、上記溶着前及び溶着後における第１基材と第２基材との密着性を向上させることができる。
本発明の光による溶着方法において、前記液状体材料の塗布は、吐出手段から該液状体材料を吐出して前記溶着領域に所定量の該液状体材料を配置する液滴吐出法を用いることを特徴とする。本発明によれば、一旦第１基材又は第２基材の全面に液状体材料を塗布しその後マスクなどを用いて液状体材料（溶着材料すなわち光熱変換材料）をパターニングする手法に比べて、製造工程における液状体材料の消費量を大幅に低減することができ、マスクなども必要ないので、溶着工程の低コスト化及び迅速化を図ることができる。

本発明の光による溶着方法において、前記第１基材及び第２基材は、光透過性を有する樹脂からなることを特徴とする。本発明によれば、前記照射された光が効率よく第１基材又は第２基材を透過し、その透過した光のエネルギーが溶着領域に配置された光熱変換材料により効率よく熱エネルギーに変換される。換言すれば、光エネルギーを効率よく溶着領域に到達させることができ、その光エネルギーを溶着領域において効率よく熱エネルギーに変換することができる。また、前記液状体材料には、樹脂材料が溶解されていることとしてもよい。その樹脂材料は、第１基材又は第２基材をなす樹脂と同一の組成を有することが好ましい。このようにすると、前記溶着時及び溶着後における第１基材と第２基材との密着性を向上させることができ、接合強度を高めることもできる。

本発明の光による溶着方法において、前記液状体材料は粘度が２０ｃｐ以下であるとすることができる。また、前記光熱変換材料は、前記液状体材料の構成要素をなす溶媒中に、粒状に分散されて存在しており、該粒状の直径が０．２μｍ以下であることが好ましい。その粒状の光熱変換材料としては、カーボンブラックあるいは金属酸化物などを挙げることができる。また、前記光熱変換材料は、前記液状体材料の構成要素をなす溶媒中に、溶解されて存在していることとしてもよい。この場合、光熱変換材料として色素系の有機化合物などを用いることができる。これらにより、第１基材と第２基材との間に液状体材料を挟んだ状態の溶着領域おいて、その第１基材と第２基材との間隔を小さくすることができる。したがって、前記溶着時及び溶着後における第１基材と第２基材との密着性を向上させることができ、接合強度を高めることもできる。

本発明の光による溶着方法において、前記光の照射は前記溶着領域のみに対して行うことを特徴とする。本発明によれば、第１基材又は第２基材の全面に対して光を照射した場合に比べて、光エネルギーを効率よく溶着に用いることができる。また、第１基材及び第２基材における溶着領域以外の部分の物性及び光学特性などが前記光の照射によって変質することを回避することができる。本発明の光による溶着方法においては、前記第１基材及び前記第２基材の光透過率に基づいて、前記第１の基材側及び前記第２の基材側のどちらかから前記光の照射をするかを決定するようにしてもよい。例えば、第１基材の光透過率が低く第２基材の光透過率が高い場合、第２基材側から光を照射し、第１基材の光透過率が高く第２基材の光透過率が低い場合、第１基材側から光を照射するようにしてもよい。このようにすることにより、光を効率よく液状体材料（光熱変換材料）に到達させることができる。

前記光は、前記光熱変換材料に応じた波長を有することとしてもよい。また、前記光は、レーザ光としてもよい。これらより、光熱変換材料に照射した光エネルギーを効率良く熱エネルギーに変換することができる。特に、光として赤外線レーザ光を用いることにより、比較的安価な装置構成とすることができる。前記光の照射は、前記第１基材と前記第２基材との間に配置された前記液状体材料又は該液状体材料が乾燥したものに、焦点が位置するように行うことが好ましい。このようにすれば、溶着領域に配置された光熱変換材料に対して、高精度にかつ高解像度に高い光エネルギーを供与でき、所望領域について高解像度に溶着することができる。

本発明の電気光学装置の製造方法は、上記記載の光による溶着方法を用いる電気光学装置の製造方法であって、電気光学装置における画素部以外の領域を前記溶着領域とすることを特徴とする。本発明によれば、前記第１基材及び第２基材を溶着してなるもの構成要素として電気光学装置を製造するときに、前記溶着領域を画素部以外の部分（例えばブラックマトリックス部）に高精度に選択的に配置することができる。ここで、画素部には溶着領域とされず液状体材料（光熱変換材料）が塗布されないので、第１基材及び第２基材における画素部の光学特性（光透過性など）が光熱変換材料又は溶着によって悪化されることを回避することができる。したがって、本発明によれば、複数の基材を溶着することにより、画素部を含む電気光学装置の主要構成要素を高精度に製造することができる。

本発明の電気光学装置は、上記記載の光による溶着方法を用いて溶着された前記第１基材及び第２基材を有することを特徴とする。ここで、前記溶着領域は、画素部以外の領域に配置されていることとすることができる。なお、電気光学装置としては、液晶表示装置、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置、及びプラズマ表示装置等が挙げられる。また、本発明の電子機器は、上記記載の電気光学装置を有することを特徴とする。本発明によれば、上記光による溶着方法により形成された微細で高精度な溶着領域（溶着部分）を有する第１基材及び第２基材からなる電気光学装置を備える電子機器を低コストでかつ迅速に提供することができる。

本発明の溶着装置は、溶着に用いられる液状体材料を液滴として所望領域に吐出する液滴吐出手段と、溶着に用いられる光を出射する光照射手段とを有することを特徴とする。本発明によれば、溶着材料の塗布と、光の照射によるその溶着材料などによる溶着とを１つの溶着装置により実行することができる。そして、本発明の溶着装置は、上記記載の光による溶着方法に用いられることが好ましい。本発明によれば、上記液状体材料の塗布及び光の照射を１つの溶着装置により迅速に実行することができる。ここで、液滴吐出手段（吐出ヘッド）と光照射手段（光出射ヘッド）とは隣接して配置されていることとしてもよい。このようにすると、溶着材料の塗布領域と光の照射対象領域とはともに溶着領域であるので、吐出ヘッドと光出射ヘッドとを隣接することで、吐出ヘッド及び光出射ヘッドと第１基材及び第２基材との移動距離を短縮させることができ、上記溶着を短時間で行うことが可能となる。

上述した液滴吐出法は、吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を使って実現することもでき、該液滴吐出装置はインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置を含む。インクジェット装置のインクジェットヘッドは、インクジェット法により機能液（光熱変換材料）を含む液状体材料の液滴を定量的に吐出可能であり、例えば１ドットあたり１〜３００ナノグラムの液状体材料を定量的に断続して滴下可能な装置である。なお、液滴吐出装置としてはディスペンサー装置であってもよい。

液状体材料は、液滴吐出装置の吐出ヘッドの吐出ノズルから吐出可能（滴下可能）な粘度を備えた媒体とする。水性であると油性であると問わない。吐出ノズル等から吐出可能な流動性（粘度）を備えていれば十分で、固体物質が混入していても全体として流動体であればよい。また、液状体材料に含まれる材料は融点以上に加熱されて溶解されたものでも、溶媒中に微粒子として攪拌されたものでもよく、溶媒の他に染料や顔料その他の機能性材料を添加したものであってもよい。

以下、本発明の光による溶着方法について図面を参照しながら説明する。
＜溶着装置＞
先ず、本発明の光による溶着方法に用いられる溶着装置について説明する。図１は、本発明の光による溶着方法に用いられる溶着装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１において、溶着装置１０は、溶着に用いられる液状体材料４を液滴として所望領域に吐出する液滴吐出手段１１ａと、溶着に用いられるレーザ光５を出射する光照射手段１１ｂと、溶着対象である第１基材（部材）１及び第２基材（部材）２を支持するステージ１２とを備えている。液滴吐出手段１１ａの詳細については、図９を参照して後で詳細に説明する。光照射手段１１ｂは、例えば近赤外半導体レーザ（波長８３０ｎｍ）を主要構成要素とする。また、光照射手段１１ｂは、出射するレーザ光５の焦点位置を調節可能であることが好ましい。

溶着装置１０の概要動作について次に説明する。先ず、ステージ１２上に第１基材１を装着する。次いで、液滴吐出手段１１ａから第１基材１の所望領域である溶着領域に液状体材料４を吐出させる。ここで、溶着領域とは第１基材１と第２基材２との溶着部分となる領域であるので、第１基材１の溶着領域と第２基材の溶着領域とは対向することとなる。次いで、第１基材１上に第２基材２を重ね合わせる。次いで、光照射手段１１ｂから前記所望領域（溶着領域）に向けてレーザ光５を出射させる。これにより、液状体材料４に含まれる光熱変換材料から熱が生じ、第１基材１の溶着領域と第２基材２の溶着領域とが溶解し、その後の冷却により溶着する。

ここで、以下の説明において、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに直交する方向（鉛直方向）をＺ軸方向とする。

ステージ１２は、第１基材１（及び／又は第２基材２、以下同じ）を支持した状態でＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に設けられている。したがって、第１基材１は、ステージ１２の移動により、液滴吐出手段１１ａから吐出された液状体材料４及び光照射手段１１ｂから射出されたレーザ光５に対して、移動可能となっている。また、ステージ１２はＺ軸方向にも移動可能となっている。ここで、光照射手段１１ｂとステージ１２に支持された基材１との間には不図示の光学系が配置されている。第１基材１を支持したステージ１２はＺ軸方向に移動することにより、前記光学系の焦点に対する第１基材１（溶着領域面）の位置を調整可能となっている。そして、光照射手段１１ｂより射出されたレーザ光５は、ステージ１２に支持されている第１基材１の溶着領域上に塗布された液状体材料を照射するようになっている。前記光学系の焦点は、第１基材１の溶着領域上に塗布された液状体材料に位置するのが好ましい。

これらにより、液滴吐出手段１１ａは、液状体材料４を吐出することで、第１基材１上の所望位置すなわち溶着領域に液状体材料４を高精度に塗布することができる。なお、液滴吐出手段１１ａについては、後で詳細に説明する。また、光照射手段１１ｂは、第１基材１の溶着領域（液状体材料）のみに対して高精度にレーザ光５を照射することができる。ここで、液滴吐出手段１１ａの液滴吐出口をなす吐出ヘッドと光照射手段１１ｂのレーザ光出射部をなす光出射ヘッドとは、図１に示すように隣接して配置されていることとしてもよい。このようにすると、液状体材料４の塗布領域とレーザ光５の照射対象領域とはともに同一の溶着領域であるので、吐出ヘッドと光出射ヘッドとを隣接することで、吐出ヘッド及び光出射ヘッドと第１基材１及び第２基材２との相対的な移動距離を短縮させることができ、上記溶着を短時間で行うことが可能となる。
なお、ここでは第１基材１をＸＹ方向に並進移動するステージ１２に支持させているが、第１基材１を回転ドラムに保持させる場合は、例えば液滴吐出手段１１ａ及び光照射手段１１ｂの走査方向をＸ軸方向、回転ドラムの回転方向をＹ軸方向とする。

溶着対象である第１基材１及び第２基材２は、ともに光透過性を有する樹脂からなることとする。また、第１基材１及び第２基材２のうちの一方が光透過性のない樹脂であっても本発明の光による溶着方法を適用することができる。そして、第１基材１及び第２基材２は、ともに熱可塑性樹脂であることとする。ここで、第１基材１の組成と第２基材２の組成とは同一であることが好ましい。このようにすると、第１基材１と第２基材との溶着強度などを高めることができる。

また、第１基材１及び第２基材２は、ともに無色である必要はなく、レーザ光５の波長の光について十分に光透過性（光非吸収性）を有していることでよい。例えば第１基材１及び第２基材２を構成する樹脂は、ポリアミド、ポリプロピレン、スチレン−アクリロニトル共重合体などを挙げることができる。したがって、第１基材１及び第２基材２は、それぞれ任意の色の着色料（色素など）を有していてもよい。第１基材１又は第２基材２をなす樹脂に着色する着色料としては、着色される樹脂及び色色する色により異なるが、例えばアンスラキノン系染料、ペリレン系、ペリノン系、複素環系、ジスアゾ系、モノアゾ系などの有機系染料を挙げることができ、これらの染料を混合して用いてもよい。ここで第１基材１及び第２基材２とを同一の色の樹脂として、接合された後の第１部材１及び第２部材２の見た目などを良くすることもできる。

例えば第１基材１及び第２基材２は、レーザ光５に対して９０％以上の透過率を有するものとすることができる。また、第１基材１又は第２基材２の一方だけがレーザ光５に対して９０％以上の透過率を有するものとしてもよい。このようにすると、光照射手段１１ｂから出射されたレーザ光５が第１基材１又は第２基材２を効率よく透過して、第１基材１又は第２基材２上に塗布された液状体材料４に含まれる光熱変換材料にレーザ光５が効率よく到達できる。

次に、液滴吐出手段１１ａから吐出されて第１基材１上の溶着領域に塗布される液状体材料４について説明する。液状体材料４は、光エネルギーを熱エネルギーに変換する光熱変換材料を含む液状体である。すなわち、液状体材料４に光が照射されると、その液状体材料４（光熱変換材料）からは熱が発生することとなる。したがって、光熱変換材料は、光透過率が低いもの、すなわち光吸収性が高いもので構成される。

光熱変換材料としては公知のものを使用することができ、光を効率よく熱に変換できる材料であれば特に限定されないが、例えば、アルミニウム、その酸化物及び／又はその硫化物よりなる金属層や、カーボンブラック、黒鉛又は赤外線吸収色素等が添加された高分子よりなる有機層等が挙げられる。赤外線吸収色素としては、アントラキノン系、ジチオールニッケル錯体系、シアニン系、アゾコバルト錯体系、ジインモニウム系、スクワリリウム系、フタロシアニン系、ナフタロシアニン系等が挙げられる。また、エポキシ樹脂等の合成樹脂をバインダとし、そのバインダ樹脂に前記光熱変換材料を溶解又は分散して基材１上に設けるようにしてもよい。

液状体材料４は、このような光熱変換材料を水又は有機溶媒に溶解あるいは分散させたものとする。その光熱変換材料が水又は有機溶媒中において粒状に分散されて存在する場合は、その粒径は０．２μｍ以下であることが好ましい。ここで、粒状の光熱変換材料を分散させる場合は分散剤を用いてもよい。このようにすると、第１基材１と第２基材２との密着性を向上させることができ、その溶着強度（接合強度）を高めることもできる。粒状の光熱変換材料としては、カーボンブラックあるいは金属酸化物などを挙げることができる。また、前記光熱変換材料は、前記液状体材料の構成要素をなす溶媒中に、溶解されて存在していることとしてもよい。この場合、光熱変換材料として色素系の有機化合物などを用いることができる。

また、液状体材料４には、光熱変換材料のほかに樹脂材料が熔解されていることが好ましい。そして、上記液状体材料４に溶解ざれる樹脂材料、第１基材１及び第２基材２は、それぞれ同一の組成を有することが好ましい。その液状体材料４は、第１基材１に塗布され、その後、完全に乾燥させる。これは、塗布された液状体材料４に溶剤や水が少しでも残っていると、後述のレーザ光５によりその液状体材料４が加熱されたときに気化し発泡が生じ、第１基材１と第２基材との密着性を落としてしまうからである。
そして、光熱変換材料にレーザ光５が照射されその光熱変換材料が発熱すると、液状体材料４（完全に乾燥したもの）のなかの樹脂材料が溶解するとともに、その液状体材料４に接する第１基材１及び第２基材２の一部も溶解する。その溶解した樹脂材料、第１基材１及び第２基材２は混じり合い、その後、冷却されて硬化する。これにより、第１基材１と第２基材２とは高い密着性をもって溶着されるとともに、高い接合強度をもつこととなる。また、液状体材料４の塗布時の粘度は２０ｃｐ以下であることが好ましい。これによっても、第１基材１と第２基材２との密着性及び接合強度を向上させることができる。
また、液状体材料４としては、第１基材１又は第２基材２を構成する材料として用いられる樹脂のモノマー（液体）に、光熱変換材料が溶解あるいは分散されているものとしてもよい。液状体材料４のなかに溶媒などが入っていると、熱で気化して発泡剥離の原因にもなるが、モノマーだけだと気化しにくく、逆に重合して密着性向上に効果がある。

＜溶着方法＞
次に、図２から図８を参照しながら本発明の光による溶着方法について説明する。図２から図８は、本発明の光による溶着方法を示す模式図である。すなわち図２は本発明の光による溶着方法の第１工程例を示す模式図である。図３は本発明の光による溶着方法の第２工程例を示す模式図である。

先ず図２及び図３に示すように、液滴吐出手段１１ａから液状体材料４を液滴として所定量だけ吐出することにより、第１基材１上の溶着領域３に液状体材料４を塗布する。溶着領域３は、この後の工程により、第１基材１と第２基材２との溶着部分（接合部分）となる領域である。そして所望の溶着領域３に液状体材料４を塗布するために、図１に示すステージ１２を移動させることで第１基材１をＸ軸又はＹ軸方向に移動させるか、又は液滴吐出手段１１ａをＸ軸又はＹ軸方向に移動させて、液滴吐出手段１１ａから液状体材料４を吐出させる。この塗布工程では液滴吐出手段１１ａ又はステージ１２をＺ軸方向に移動させて液状体材料４の塗布位置を調整してもよい。

これらにより、図２に示すように、第１基材１上の溶着領域３には、位置的及び量的に正確に所定量の液状体材料４が塗布される。また、この塗布方法によれば、一旦第１基材１の全面に液状体材料４を塗布しその後マスクなどを用いて液状体材料４（溶着材料すなわち光熱変換材料）をパターニングするなどの手法に比べて、製造工程における液状体材料４の消費量を大幅に低減することができ、マスクなども必要ないので、溶着工程の低コスト化及び迅速化を図ることができる。
また、第１基材１上の溶着領域２に塗布された液状体材料４がなす薄膜の厚さは、特に限定されないが、例えば１０ｎｍ〜１０μｍ程度とする。

次いで、図４に示すように、第１基材１の溶着領域３と第２基材２の溶着領域３とが対向するように、第１基材１上に第２基材２を配置し、第１基材１と第２基材２とを貼り合わせる。図４は本発明の光による溶着方法の第３工程例を示す模式図である。すなわち、第１基材１の溶着領域３に塗布された液状体材料４を第１基材１と第２基材２とでサンドイッチ状に挟むように、第１基材１と第２基材２とを貼り合わせる。なお、その貼り合わせたものはステージ１２上に置く。この貼り合わせたときに生じる第１基材１と第２基材２との間隔ｄは、上記のように液状体材料４の粘度を２０ｃｐ以下にすることにより、また、液状体材料４に含まれる光熱変換材料の粒径を０．２μｍ以下にすることにより、より小さな値にすることができる。したがって、第１基材１と第２基材２との間隔ｄを例えば１０ｎｍまで小さくすることにより、第１基材１と第２基材２との密着性を向上させることができ、接合強度を高めることもできる。

次いで、図５に示すように、光照射手段１１ｂから溶着領域３に向けてレーザ光５を出射させる。図５は本発明の光による溶着方法の第４工程例を示す模式図である。光照射手段１１ｂから出射されたレーザ光５は、第２基材２を透過し、溶着領域３に塗布されている液状体材料４に到達する。このレーザ光５の照射では、そのレーザ光５の焦点が液状体材料４に位置するように上記光学系で制御されることが好ましい。すると、液状体材料４に含まれている光熱変換材料はレーザ光５の光エネルギーを熱エネルギーに変換して熱を発生させる。すると、第１基材１及び第２基材２における液状体材料４に接している部分、すなわち第１基材１及び第２基材２における溶着領域３の部分は互いに溶融する。ここで、液状体材料４に樹脂材料が含まれている場合はその樹脂材料も溶融する。
その後、レーザ光５の出射をやめると溶着領域３は自然に冷却され、上記溶融した第１基材１、第２基材２及び樹脂材料が冷却されて硬化する。これらにより、図６に示すように第１基材１と第２基材２とは溶着領域３において選択的に溶着される。図６は本発明の光による溶着方法の第５工程例を示す模式図である。

これらにより、本実施形態の光による溶着方法によれば、溶着領域３に塗布された液状体材料４の光熱変換材料にレーザ光５を照射することにより、溶着領域３について選択的に第１基材１と第２基材２とを溶着させることができる。したがって、本実施形態によれば、第１基材１及び第２基材２における所望の領域を溶着領域３とすることができる。すなわち、溶着領域３のみに液状体材料４（光吸収体）が塗布されるので、溶着領域３以外の部分について光透過性などが阻害されることを回避することができる。換言すれは、溶着後においても、第１基材１及び第２基材２における溶着領域３以外の部分は全て透明な状態とすることができる。そして、本実施形態によれば、隣接された第１基材１と第２基材２との間に光熱変換材料（液状体材料４）が配置され、その光熱変換材料から生じる熱で第１基材１と第２基材２との接合面を溶解させて溶着するので、従来よりも小さい光エネルギーで、かつ、高い位置選択性をもって溶着することができる。また、本実施形態では、レーザ光５をエネルギー源としているので、レーザ光５の光束を良好に集光でき、さらに、液滴吐出手段１１ａを用いて微細な溶着領域３に液状体材料４を塗布できるので、極めて局所的に精密に溶着することができ、溶着表面に熱影響、傷、変形及びバリなどが生じることを回避することができる。

また、本実施形態によれば、レーザ光５の照射を溶着領域３のみに対して行うので、
第１基材１又は第２基材２の全面に対して光を照射した場合に比べて、光エネルギーを効率よく溶着に用いることができる。そして、第１基材１及び第２基材２における溶着領域３以外の部分の物性及び光学特性などがレーザ光５によって変質することを回避することができる。また、図５に示すように、上記レーザ光５の照射と同時に、溶着領域３を第１基材１及び第２基材２で挟みつけるようにその第１基材１及び第２基材２に圧力Ｆを加えてもよい。これにより、上記溶着前及び溶着後における第１基材と第２基材との密着性を向上させることができる。上記レーザ光５の照射は、液状体材料４が乾燥した後に行ってもよい。この場合、液状体材料４が乾燥することによりその体積が小さくなり固体となるので、レーザ光５の焦点はその固体に合わせることが好ましい。

＜変形例＞
次に、第１基材１と第２基材２との光透過率が大きくことなる場合の光による溶着方法について、図７を参照して説明する。図７は本発明の光による溶着方法の第４工程の変形例を示す模式図である。例えば第１基材１の光透過率が高く、第２基材２の光透過率が低いものとする。この場合は、上記図２から図６に示す第１基材１と第２基材２とを入れ替えればよい。するとレーザ光５の照射は、図７に示すように光透過率の高い第１基材１側から行われるので、レーザ光５を効率的に溶着領域３の液状体材料４（光熱変換材料）に到達させることができる。

次に、第１基材１上の溶着領域３に液状体材料４を塗布するときにその塗布領域を高精度に制御する方法について、図８を参照して説明する。図８は本発明の光による溶着方法の第１工程の変形例を示す模式図である。この変形例は、上記図２に示す液状体材料４の塗布工程の前に行うものである。すなわち、第１基材１の溶着領域３については親液処理を施して親液化し、第１基材１の溶着領域３以外の領域６については撥液処理を施し撥液化する。なお、第１基材１の全体について親液処理を施し、その後、溶着領域３以外の領域６のみを撥液処理してもよい。逆に、第１基材１の全体について撥液処理を施し、その後、溶着領域３のみを親液処理してもよい。このようにすると、液滴吐出手段１１ａから吐出され第１基材１に着弾した液状体材料４は、撥液処理された領域からは弾き出される力を受け、親液処理された領域では保持される力を受ける。したがって、液状体材料４は、高精度に溶着領域３の全体のみに塗布されることとなる。

＜液滴吐出手段の具体例＞
次に、液滴吐出手段１１ａの具体的な構成例について図９を参照して説明する。図９は液滴吐出手段１１ａの主要部をなす吐出ヘッド２０の構成例を示す図である。吐出ヘッド２０は、ピエゾ方式により液滴を吐出する。図９において、吐出ヘッド２０は、上記液状体材料４を収容する液体室２１と、その液体室２１に隣接して設置されたピエゾ素子２２とを備えている。液体室２１には、液状体材料４を収容する材料タンクを含む供給系２３を介して液状体材料４が供給される。ピエゾ素子２２は駆動回路２４に接続されており、この駆動回路２４を介してピエゾ素子２２に電圧を印加し、ピエゾ素子２２を変形させることにより、液体室２１が変形し、吐出ノズル２５から液状体材料４が吐出される。この場合、印加電圧の値を変化させることによりピエゾ素子２２の歪み量が制御される。また、印加電圧の周波数を変化させることによりピエゾ素子２２の歪み速度が制御される。ピエゾ方式による液滴吐出は材料（液状体材料４）に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えにくいという利点を有する。

＜プラズマ表示装置＞
次に、本発明に係る光による溶着方法により溶着された基材（部材）を有する電気光学装置の一例として、プラズマディスプレイ（プラズマ表示装置）について図１０を参照しながら説明する。図１０は、本発明に係る光による溶着方法により溶着された基材を有するプラズマディスプレイ５００を示す分解斜視図である。このプラズマディスプレイ５００は、互いに対向して配置されたガラス基板５０１とガラス基板５０２と、これらの間に形成された放電表示部５１０とから概略構成されている。

放電表示部５１０は、複数の放電室５１６が集合されてなり、複数の放電室５１６のうち、赤色放電室５１６（Ｒ）、緑色放電室５１６（Ｇ）、青色放電室５１６（Ｂ）の３つの放電室５１６が対になって１画素を構成するように配置されている。前記ガラス基板５０１の上面には所定の間隔でストライプ状にアドレス電極５１１が形成され、それらアドレス電極５１１と基板５０１の上面とを覆うように誘電体層５１９が形成され、さらに誘電体層５１９上においてアドレス電極５１１、５１１間に位置して各アドレス電極５１１に沿うように隔壁５１５が形成されている。なお、隔壁５１５においてはその長手方向の所定位置においてアドレス電極５１１と直交する方向にも所定の間隔で仕切られており（図示略）、基本的にはアドレス電極５１１の幅方向左右両側に隣接する隔壁と、アドレス電極５１１と直交する方向に延設された隔壁により仕切られる長方形状の領域が形成され、これら長方形状の領域に対応するように放電室５１６が形成され、これら長方形状の領域が３つ対になって１画素が構成される。また、隔壁５１５で区画される長方形状の領域の内側には蛍光体５１７が配置されている。蛍光体５１７は、赤、緑、青の何れかの蛍光を発光するもので、赤色放電室５１６（Ｒ）の底部には赤色蛍光体５１７（Ｒ）が、緑色放電室５１６（Ｇ）の底部には緑色蛍光体５１７（Ｇ）が、青色放電室５１６（Ｂ）の底部には青色蛍光体５１７（Ｂ）が各々配置されている。

次に、前記ガラス基板５０２側には、先のアドレス電極５１１と直交する方向に複数のＩＴＯからなる透明表示電極５１２がストライプ状に所定の間隔で形成されるとともに、高抵抗のＩＴＯを補うために金属からなるバス電極５１２ａが形成されている。また、これらを覆って誘電体層５１３が形成され、さらにＭｇＯなどからなる保護膜５１４が形成されている。そして、前記基板５０１とガラス基板５０２の基板２が、前記アドレス電極５１１…と表示電極５１２…を互いに直交させるように対向させて相互に貼り合わされ、ガラス基板５０１と隔壁５１５とガラス基板５０２側に形成されている保護膜５１４とで囲まれる空間部分を排気して希ガスを封入することで放電室５１６が形成されている。なお、ガラス基板５０２側に形成される表示電極５１２は各放電室５１６に対して２本ずつ配置されるように形成されている。前記アドレス電極５１１と表示電極５１２は図示略の交流電源に接続され、各電極に通電することで必要な位置の放電表示部５１０において蛍光体５１７を励起発光させて、カラー表示ができるようになっている。

そして、本例では、先ず、ガラス基板５０１，５０２がそれぞれ独立して一旦製造されるものとする。すなわち、ガラス基板５０２には、透明表示電極５１２、バス電極５１２ａ、誘電体層５１３及び保護膜５１４を形成する。ガラス基板５０１には、アドレス電極５１１、隔壁５１５、放電室５１６及び蛍光体５１７からなる放電表示部５１０を形成する。ここで、隔壁５１５及び保護膜５１４は、同一の組成を有する熱可塑性樹脂で形成する。次いで、ガラス基板５０１における隔壁５１５の上面とガラス基板５０２における保護膜５１４との接触面を、上記溶着領域として本発明に係る光による溶着方法で溶着する。これにより、ガラス基板５０１と放電表示部５１０を備えるガラス基板５０２とが接合され、プラズマディスプレイ５００が完成する。

この製造方法によれば、隔壁５１５の部分のみが溶着部分（溶着領域）となり、その他の領域について光学特性及び弾力性などの物理的特性に影響を与えることがない。したがって、この製造方法によれば、高品位な画像表示をすることができ、かつフレキシブル性の高いプラズマディスプレイを簡便に製造することができる。

＜カラーフィルタ＞
次に、本発明に係る光による溶着方法を用いた電気光学装置の製造方法の一例として、液晶表示装置のカラーフィルタを製造する手順について図１１を参照しながら説明する。
本実施形態のカラーフィルタの製造方法では、基材上の所定領域を区画するバンク（ブラックマトリクス）の上面を上記光による溶着方法の溶着領域とする。まず、図１１（ａ）に示すように透明の基板（基材）Ｐの一方の面に対し、ブラックマトリックス（バンク）５２を形成する。このブラックマトリックス５２は、カラーフィルタ形成領域を区画するものであり、熱可塑性樹脂で形成されているものとする。また、基板Ｐは熱可塑性樹脂として、ブラックマトリックス５２自体を上記液状体材料４の硬化したものとしてもよい。

次に、図１１（ｂ）に示すように、前記吐出ヘッド２０からカラーフィルタ用の機能液の液滴５４を吐出し、これをフィルタエレメント５３に着弾させる。吐出する機能液５４の量については、加熱工程（乾燥・焼成工程）における機能液の体積減少を考慮した十分な量とする。

このようにして基板Ｐ上のすべてのフィルタエレメント５３に液滴５４を充填した後、ヒータを用いて基板Ｐが所定の温度（例えば７０℃程度）となるように加熱処理する。この加熱処理により、機能液の溶媒が蒸発して機能液の体積が減少する。この体積減少の激しい場合には、カラーフィルタとして十分な膜の厚みが得られるまで、液滴吐出工程と加熱工程とを繰り返す。この処理により、機能液に含まれる溶媒が蒸発して、最終的に機能液に含まれる固形分（機能性材料）のみが残留して膜化し、図１１（ｃ）に示すようにカラーフィルタ５５となる。

次いで、基板Ｐを平坦化し、且つカラーフィルタ５５を保護するため、図１１（ｄ）に示すようにカラーフィルタ５５やブラックマトリックス５２を覆って基板Ｐ上に保護膜５６を形成する。この保護膜５６の形成にあたって、本発明に係る光による溶着方法を用いる。具体的には、図１１（ｃ）の状態において、ブラックマトリックス５２の上面に光熱変換材料を含む上記液状体材料４を塗布する。次いで、図１１（ｄ）に示すようにカラーフィルタ５５及びブラックマトリックス５２上面に保護膜５６を構成する樹脂基材を配置する。次いで、ブラックマトリックス５２上の液状体材料４に対して保護膜５６を介してレーザ光５を照射する。これにより、ブラックマトリックス５２の上面と保護膜５６とが溶着する。
次いで、図１１（ｅ）に示すようにこの保護膜５６の全面に、スパッタ法や真空蒸着法等によって透明導電膜５７を形成する。その後、透明導電膜５７をパターニングし、図１１（ｆ）に示すように画素電極５８を前記フィルタエレメント５３に対応させてパターニングする。なお、液晶表示パネルの駆動にＴＦＴ（Thin Film Transistor）を用いる場合には、このパターニングは不用となる。

この製造方法によれば、ブラックマトリックス５２の上面のみが溶着部分（溶着領域）となり、その他の領域について光学特性及び弾力性などの物理的特性に影響を与えることがない。したがって、この製造方法によれば、高品位な画像表示をすることができ、かつフレキシブル性の高い液晶表示装置のカラーフィルタを簡便に製造することができる。なお、保護膜５６（樹脂基材）上に予め画素電極５８を形成しておき、その後、保護膜５６をカラーフィルタ５５及びブラックマトリックス５２上に溶着してもよい。

＜有機ＥＬ表示装置＞
次に、本発明に係る光による溶着方法を使って有機ＥＬ表示装置を製造する手順について、図１２を参照しながら説明する。本実施形態における有機ＥＬ表示装置の製造方法では、バンク部３４１を上記光による溶着方法の溶着領域とする。図１２は、本発明に係る光による溶着方法を使って製造された有機ＥＬ表示装置の側断面図である。まずこの有機ＥＬ表示装置の概略構成を説明する。なお、ここで形成される有機ＥＬ表示装置は、本発明における電気光学装置の一実施形態となるものである。図１２に示すようにこの有機ＥＬ装置３０１は、基板（基材）３１１、回路素子部３２１、画素電極３３１、バンク部３４１、発光素子３５１、陰極３６１（対向電極）、および封止基板３７１から構成された有機ＥＬ素子３０２に、フレキシブル基板（図示略）の配線および駆動ＩＣ（図示略）を接続したものである。回路素子部３２１は基板３１１上に形成され、複数の画素電極３３１が回路素子部３２１上に整列している。そして、各画素電極３３１間にはバンク部３４１が格子状に形成されており、バンク部３４１により生じた凹部開口３４４に、発光素子３５１が形成されている。陰極３６１は、バンク部３４１および発光素子３５１の上部全面に形成され、陰極３６１の上には封止用基板３７１が積層されている。
バンク部３４１は、第１バンク３４２と、その上に積層される第２バンク３４３とから構成されている。

次に、有機ＥＬ素子を含む有機ＥＬ表示装置３０１の製造プロセスについて説明する。まず、基板３１１上に回路素子部３２１及び第１バンク３４２を形成し、基板側基材（上記第１基材１に相当）とする。これとは別に、封止用基板３７１上に陰極３６１、第２バンク３４３及び発光素子３５１からなる有機ＥＬ素子３０２を形成し、封止側基材（上記第２基材２に相当）とする。次いで、基板側基材と封止側基材とを、本発明に係る光による溶着方法で溶着する。具体的には、基板側基材に形成した第１バンク３４２の上面に上記液状体材料４を塗布し、次いで、第１バンク３４２上に第２バンク３４３が位置するように基板側基材と封止側基材とを貼り合わせ、次いで、液状体材料４にレーザ光５を照射することで第１バンク３４２と第２バンク３４３とを溶着させる。これにより、基板側基材と封止側基材とがバンク部３４１で溶着し、有機ＥＬ表示装置３０１が完成する。

この製造方法によれば、バンク部３４１のみが溶着部分（溶着領域）となり、その他の領域について光学特性及び弾力性などの物理的特性に影響を与えることがない。したがって、この製造方法によれば、高品位な画像表示をすることができ、かつフレキシブル性の高い有機ＥＬ表示装置を簡便に製造することができる。

＜電子機器＞
以下、上記電気光学装置（液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、プラズマ表示装置等）を備えた電子機器の適用例について説明する。図１３（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１３（ａ）において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記の電気光学装置を用いた表示部を示している。図１３（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図１３（ｂ）において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は上記の電気光学装置を用いた表示部を示している。図１３（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図１３（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は上記の電気光学装置を用いた表示部を示している。図１３（ａ）〜（ｃ）に示す電子機器は、上記実施の形態の電気光学装置を備えているので、表示品位（特に解像度）に優れ、明るい画面を表示でき且つフレキシブルな表示部を備えたフレキシブル性を有する電子機器を低コストで実現することができる。

なお、上述した例に加えて、他の例として、液晶テレビ、ビューファインダ型やモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、電子ペーパー、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。本発明の電気光学装置は、こうした電子機器の表示部としても適用できる。

本発明の光による溶着方法に使う溶着装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の光による溶着方法の第１工程例を示す模式図である。 本発明の光による溶着方法の第２工程例を示す模式図である。 本発明の光による溶着方法の第３工程例を示す模式図である。 本発明の光による溶着方法の第４工程例を示す模式図である。 本発明の光による溶着方法の第５工程例を示す模式図である。 本発明の光による溶着方法の第４工程の変形例を示す模式図である。 本発明の光による溶着方法の第１工程の変形例を示す模式図である。 本発明の光による溶着方法に使う吐出ヘッドを示す概略構成図である。 本発明の光による溶着方法を使って製造される電気光学装置の一例を示すプラズマディスプレイの分解斜視図である。 本発明の光による溶着方法を使って製造される電気光学装置の一例を示す図であって、液晶表示装置のカラーフィルタの製造工程の一例を示す図である。 本発明の光による溶着方法を使って製造される電気光学装置の一例を示す図であって、有機ＥＬ表示装置を示す側断面図である。 本発明の電気光学装置を有する電子機器の一例を示す図である。

符号の説明

１…第１基材（部材）、２…第２基材（部材）、３…溶着領域、４…液状体材料、５…レーザ光、１０…溶着装置、１１ａ…液滴吐出手段、１１ｂ…光照射手段、１２…ステージ

Claims (19)

1. 溶着対象とされる第１基材及び第２基材を用意し、
   前記第１基材の所望領域であって該第１基材と前記第２基材との溶着部分となる領域である溶着領域に、光エネルギーを熱エネルギーに変換する光熱変換材料を含む液状体材料を塗布し、
   前記第１基材の溶着領域と前記第２基材の溶着領域とが対向するように、該第１基材と第２基材とを隣接させて配置し、
   前記第１基材及び第２基材の少なくとも一方に光を照射し、
   前記光の照射によって前記光熱変換材料から生じる熱により、前記第１基材の溶着領域と前記第２基材の溶着領域とを溶着させることを特徴とする光による溶着方法。
2. 前記光を照射している時と該照射の後との少なくとも一方の時に、前記溶着領域について前記第１基材と第２基材とが密着するように、該第１基材及び第２基材に圧力を加えることを特徴とする請求項１記載の光による溶着方法。
3. 前記液状体材料の塗布は、吐出手段から該液状体材料を吐出して前記溶着領域に所定量の該液状体材料を配置する液滴吐出法を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の光による溶着方法。
4. 前記第１基材及び第２基材は、光透過性を有する樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光による溶着方法。
5. 前記液状体材料には、樹脂材料が溶解されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光による溶着方法。
6. 前記樹脂材料は、前記第１基材又は第２基材をなす樹脂と同一の組成を有することを特徴とする請求項５記載の光による溶着方法。
7. 前記液状体材料は、粘度が２０ｃｐ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の光による溶着方法。
8. 前記光熱変換材料は、前記液状体材料の構成要素をなす溶媒中に、粒状に分散されて存在しており、該粒状の直径が０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の光による溶着方法。
9. 前記光熱変換材料は、前記液状体材料の構成要素をなす溶媒中に、溶解されて存在していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の光による溶着方法。
10. 前記光の照射は、前記溶着領域のみに対して行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の光による溶着方法。
11. 前記第１基材及び前記第２基材の光透過率に基づいて、前記第１の基材側及び前記第２の基材側のどちらかから前記光の照射をするかを決定することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の光による溶着方法。
12. 前記光は、前記光熱変換材料に応じた波長を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載の光による溶着方法。
13. 前記光の照射は、前記第１基材と前記第２基材との間に配置された前記液状体材料又は該液状体材料が乾燥したものに、焦点が位置するように行うことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項記載の光による溶着方法。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれか一項記載の光による溶着方法を用いる電気光学装置の製造方法であって、電気光学装置における画素部以外の領域を前記溶着領域とすることを特徴とする電気光学装置の製造方法。
15. 請求項１〜請求項１３のいずれか一項記載の光による溶着方法を用いて溶着された前記第１基材及び第２基材を有することを特徴とする電気光学装置。
16. 前記溶着領域は、画素部以外の領域に配置されていることを特徴とする請求項１５記載の電気光学装置。
17. 請求項１５又は請求項１６記載の電気光学装置を有することを特徴とする電子機器。
18. 溶着に用いられる液状体材料を液滴として所望領域に吐出する液滴吐出手段と、
    溶着に用いられる光を出射する光照射手段とを有することを特徴とする溶着装置。
19. 請求項１〜請求項１３のいずれか一項記載の光による溶着方法に用いられることを特徴とする請求項１８記載の溶着装置。
    

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