JP2008059781A

JP2008059781A - 封着方法

Info

Publication number: JP2008059781A
Application number: JP2006232118A
Authority: JP
Inventors: Tsutae Shinoda; 傳篠田; Hiroshi Kajiyama; 博司梶山; Seiji Miyazaki; 誠司宮崎; Kazuya Uchida; 一也内田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; University of Tokyo NUC; Ulvac Inc
Current assignee: University of Tokyo NUC; Ulvac Inc; AGC Inc
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】生産性が高く、基板の損傷が起こり難い封着方法を提供する。
【解決手段】第一、第二のガラス基板１０、２０の四辺の間に封着材料５１〜５４を配置し、四辺の上の封着材料５１〜５４に同時にレーザ光６１〜６４を照射するので、封着材料５１〜５４は一緒に溶融する。第一、第二のガラス基板１０、２０は溶融した封着材料５１〜５４が固化すると互いに貼り合わされ、第一、第二のガラス基板１０、２０の間の隙間が封着される。四辺上の封着材料５１〜５４が一緒に溶融する時には、一辺ずつ封着材料５１〜５４を溶融させた場合に比べて、短時間で封着が可能なだけではなく、歪が集中しないので第一、第二のガラス基板１０、２０が破損しない。
【選択図】図５

Description

本発明はガラスパネルの封着方法に関する。

二枚のガラス基板を接着し、ＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）やＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）などの表示装置を製造するために、低融点ガラスなどの封着材料を二枚のガラス基板の間に配置し、溶融・固化させ、二枚のガラス基板を所定間隔で離間された状態で封止する技術が用いられている。

図１６は、台１０１上に配置された第一のガラス基板１１０の四辺上に封着材料１３０が配置され、その封着材料１３０上に第二のガラス基板１２０が配置された状態を示しており、台１０１の内部に配置されたヒータ１０２に通電して発熱させ、第二のガラス基板１２０を押圧ヘッド１０５で押圧しながら封着材料１３０を溶融させると、第二のガラス基板１２０は第一のガラス基板１１０上の隔壁１１５に当接された状態で、第一、第二のガラス基板１１０、１２０が封着材料１３０で接着される。第一、第二のガラス基板１１０、１２０の周囲は封着材料１３０で封止され、第一、第二のガラス基板１１０、１２０間の隙間は、第一、第二のガラス基板１１０、１２０の外部雰囲気から分離される。
特開２００２−７５１９３号公報特開２００３−１７３７３４号公報特開２０００−１４９７８３号公報

しかしながら、上記のように、ヒータ１０２の発熱によって封着材料１３０を溶融させようとする場合、先ず、第一のガラス基板１１０が昇温し、第一のガラス基板１１０からの熱伝導によって封着材料１３０が加熱されるため、台１０１上に配置された第一のガラス基板１１０を高温に加熱する必要がある。

第一のガラス基板１１０は大面積であり、熱容量が大きいから、加熱及び昇温に長時間を必要とし、生産性が低くなるという問題がある。
生産性を向上させるために、加熱・冷却を連続して行なう装置も提案されているが、装置自体の大きさが非常に大型になり、設置に広大なスペースを必要とするという問題がある。

上記課題を解決するため、本発明は第一、第二のガラスパネルの四辺の間に封着材料を配置し、前記封着材料を溶融させ、前記第一、第二のガラスパネルを接着する表示装置の封着方法であって、前記四辺上の各封着材料にそれぞれレーザ光を照射し、前記四辺上の各封着材料を一緒に溶融させる封着方法である。
本発明は、前記レーザ光は反射手段で反射させ、前記封着材料に照射する封着方法であって、前記レーザ光に対する前記反射手段の角度を変化させ、前記レーザ光の照射位置を移動させる封着方法である。
本発明は封着方法であって、前記反射手段として鏡又はプリズムを用いる封着方法である。

本発明はレーザ光で局所的に封着材料を加熱するため、封着材料の加熱及び昇温が短時間で行われ、生産性が高く、封着装置の大きさも小型化が可能である。第一、第二の基板の四辺に置かれた封着材料を同時に加熱するため、歪による基板の損傷が起こり難い。

図１(ａ)の符号１０は、リブ１５が形成された第一のガラス基板（第一のガラスパネル）を示している。誘電体や蛍光体や配線膜等の他の部材は省略してある。
図２は、第一のガラス基板１０の平面図であり、符号５０はリブ１５が配置された領域を示している。

この第一のガラス基板１０は四角形であり、図１(ｂ)に示すように、先ず、第一のガラス基板１０をリブ１５を上方に向けて台上に置き、図３に示すように、リブ１５が配置された領域５０よりも外側の位置であって、第一のガラス基板の四辺に沿ってペースト状の封着材料を細長に塗布する。
符号５１〜５４は、第一のガラス基板１０の各一辺に塗布された封着材料を示しており、各封着材料５１〜５４の両端は互いに接触されている。

図１(ｂ)は、図３のＩ−Ｉ線截断断面図である。
塗布後、加熱し、溶剤を揮発させると、封着材料５１〜５４は固化する。
第一のガラス基板１０を冷却した後、真空雰囲気に置かれた真空槽（ここでは不図示）内に搬入する。封着材料５１〜５４の高さはリブ１５の高さよりも高くされており、図１(ｃ)に示すように、この状態の第一のガラス基板１０上に、第二のガラスパネルである第二のガラス基板２０を配置すると、第二のガラス基板２０は封着材料５１〜５４上に乗せられる。即ち、第一、第二のガラス基板１０、２０は、両方とも封着材料５１〜５４と接触している。図１（ｃ）の符号１９は第一、第二のガラス基板１０、２０の間の隙間を示している。
第一、第二のガラス基板１０、２０の各辺上には、それぞれ反射手段である反射鏡３１〜３４が一乃至複数台ずつ配置されている（図４）。この実施例では四辺の各辺上に一台ずつ配置されている。

図１（ｄ）に示すように、第二のガラス基板２０を押圧器具５によって押圧しながら、レーザ照射装置を動作させ、各辺上の反射鏡３１〜３４に向けてレーザ光を射出し、各反射鏡３１〜３４で反射させ、封着材料５１〜５４に向けてレーザ光を照射すると、封着材料５１〜５４上の第二のガラス基板２０を透過し、封着材料５１〜５４にレーザ光が照射される。

但し、レーザ光の照射径は、封着材料５１〜５４の幅と同程度の大きさであるから、レーザ光の照射位置が静止していると、封着材料５１〜５４は長さ方向の一部しか溶融されない。

そのため本実施例では、レーザ照射装置が射出するレーザ光の第一、第二のガラス基板１０、２０に対する射出方向は変えずに、反射鏡３１〜３４を傾け、反射鏡３１〜３４の反射面のレーザ光の射出方向に対する角度を変え、反射方向を変えており、これにより、レーザ光の照射位置を移動させることができる。

具体的には、先ず、四辺の各辺上の反射鏡３１〜３４の角度を、反射されたレーザ光が封着材料５１〜５４の一端に照射されるように設定しておき、真空槽内を真空排気しながら、レーザ照射装置４１〜４４によって、四辺の各辺上の反射鏡３１〜３４に向けてレーザ光を射出し、反射鏡３１〜３４がレーザ光を反射しながら角度を変え、レーザ光の照射位置が一端から他端に向け、封着材料５１〜５４を部分的に溶融させながら移動するようにしており、このとき、図５に示すように、四辺の各辺上の封着材料５１〜５４の一端位置で、同時にレーザ光６１〜６４の照射が開始され、図６に示すように、封着材料５１〜５４の他端位置で同時に照射が終了されるようにすると、四辺の各辺上で封着材料の溶融が同時進行させることができる。

レーザ光により、四辺の一辺ずつ封着材料５１〜５４を溶融させると、第一、第二のガラス基板１０、２０に歪みが生じてしまうが、本発明では、レーザ光は、四辺上のそれぞれの封着材料５１〜５４にそれぞれ照射され、封着材料５１〜５４が一緒に溶融される。
この場合、四辺の各辺上の封着材料５１〜５４が全て溶融された状態を形成すると、第二のガラス基板２０を押圧したとき、均一にリブ１５上に当接されるため、歪みが生じない（図１（ｅ））。

表示装置がＰＤＰパネルの場合、上記工程による封着後、ガス導入管から第一、第二のガラス基板１０、２０の隙間１９を真空排気した後、ガス導入管からプラズマガスを導入し、ガス導入管を閉塞させる。

表示装置がＦＥＤパネルの場合、リブ１５の代わりにスペーサが配置され、封着材料５１〜５４の高さはスペーサよりも高くされている。レーザ光の照射により、四辺の各辺上の封着材料５１〜５４が全部溶融した状態で第二のガラス基板２０が押圧されると、第二のガラス基板２０は、スペーサ上に歪み無く配置される。

なお、第一のガラス基板１０上に第二のガラス基板２０を配置する前に、四辺の各辺上の封着材料５１〜５４に、溶融しない程度のパワーでレーザ光を照射し、脱ガスを行なった後、第二のガラス基板２０を配置することができる。

なお、上記実施例では、四辺の各辺の封着材料に対し、反射鏡３１〜３４を１個ずつ配置したが、図７に示すように、各封着材料５１〜５４に対し、反射鏡６１〜７０を複数個ずつ配置し、各反射鏡６１〜７０でそれぞれレーザ光８１〜９０を反射させ、一辺上の封着材料５１〜５４に対し、二本以上のレーザ光８１〜９０を照射し、二個以上の照射位置を移動させるようにしてもよい。
また、反射鏡でレーザ光を扇状に反射させ、細長の封着材料の一端から他端まで同時にレーザ光を照射してもよい。
要するに、本発明では、四辺の各辺上の封着材料にレーザ光を照射し、各辺上の封着材料を一緒に溶融させれば良い。

また、本発明は、図８に示すように、四辺のうちのいずれか一辺の封着材料５１〜５４の中央付近に切れ欠き５９を設け、第一、第二のガラス基板１０、２０の隙間１９と第一、第二のガラス基板１０、２０の外部雰囲気とを、切れ欠き５９を介して接続しておき、上記実施例と同様に、四辺の各辺上の封着材料５１〜５４に一緒にレーザ光を照射し、切れ欠き５９以外の部分を封着することができる。

この場合、第一、第二のガラス基板１０、２０の間の隙間１９のうち、溶融・固化した封着材料で封止された部分は、切れ欠き部分５９によって、第一、第二のガラス基板１０、２０の外部雰囲気と接続されているため、封着後、封着材料５１〜５４で囲まれた領域の残留ガスは、真空槽内の残留ガスと一緒に真空排気され、封着材料５１〜５４で囲まれた領域を高真空状態にすることができる。

次いで、ＦＥＤパネルの場合は、封着材料で囲まれた領域を１×１０^-7Ｐａ台の高真空雰囲気にした状態で、ＰＤＰパネルの場合は真空槽内にプラズマガスを導入し、封着材料５１〜５４で囲まれた領域をプラズマガス雰囲気にした状態で、脱ガスが行なわれた封着材料の小片を切り欠き５９部分に配置し、レーザ光を照射して、切り欠き５９部分を閉塞させることができる。
この方法によれば、ＰＤＰパネルの場合はガス導入管が不要となる。

以上は反射手段として反射鏡を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザ光を反射可能なものであれば、例えばプリズムを用いることもできる。

上述したように封着材料５１〜５４は第一のガラス基板１０上で固化するため、第一のガラス基板１０に固定されている。従って、第一、第二のガラス基板１０、２０の上下関係を逆にし、下方からレーザ光を照射してもよいし、第一、第二のガラス基板１０、２０を立設して横方向からレーザ光を照射してもよい。
封着材料５１〜５４を配置する基板は第一のガラス基板１０に限定されず、リブ１５が形成されていない基板、即ち第二のガラス基板２０に配置してもよい。

以上は、ペースト状の封着材料を固化させた後、第一、第二のガラス基板１０、２０を封着材料５１〜５４に接触させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、固体状の封着材料、例えば棒状の封着材料を第一のガラス基板１０の四辺にそれぞれ載置してから、第二のガラス基板２０を第一のガラス基板１０上に配置し、第一、第二のガラス基板１０、２０を封着材料に接触させてもよい。

第一のガラス基板１０（旭硝子社製の「ＰＤ２００」；熱膨張係数８３×１０^-7／℃、歪点５７０℃、板厚２．８ｍｍ、寸法１００ｍｍ×７５ｍｍ）の四辺に、上記図１（ａ）、（ｂ）で示した工程でペースト状の封着材料（日本電気硝子社製「ＬＳ−０２０６」；焼成後熱膨張係数７２×１０^-7／℃）を塗布、加熱し、封着材料５１〜５４を配置した。第一のガラス基板１０の平面形状の大きさと、封着材料５１〜５４の配置場所を図１５に示す。

封着材料５１〜５４が配置された第一のガラス基板１０を真空槽内に搬入し、真空雰囲気中で３００℃に加熱した後、レーザ光（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器〔発振波長λ＝１０６４ｎｍ〕）を３分間照射し、四辺上の封着材料５１〜５４を３００℃から４５０℃に一緒に昇温させて、封着材料４１〜４５を全て溶融させた時の第一のガラス基板１０の温度分布を測定し、平面応力を求めた。

更に比較対照として、三辺上の封着材料にはレーザ光を照射せず、一辺上の封着材料だけにレーザ光を照射し、溶融させた以外は、上記と同じ条件で第一のガラス基板１０の温度分布を測定し、平面応力を求めた。

図９、１２はガラス基板１０の温度分布を表す二次元グラフであり、図９は四辺のうちの符号Aで示す一辺上の封着材料だけを溶融させた場合の測定結果であり、図１２は四辺上の封着材料５１〜５４を全て溶融させた場合の測定結果である。

図９の符号ａは温度が４．１８×１０²℃以上４．５０×１０²℃以下の部分であり、同図の符号ｂは３．３８×１０²℃以上４．１８×１０²℃未満の部分であり、同図の符号ｃは２．９０×１０²℃以上３．３８×１０²℃未満の部分である。図１２の符号ｌは温度が４．２０４×１０²℃以上４．５００×１０²℃以下の部分であり、同図の符号ｍは３．６１３×１０²℃以上４．２０４×１０²℃未満の部分であり、同図の符号ｎは３．０２２×１０²℃以上３．６１３×１０²℃未満の部分である。

図１０、１３は平面応力をあらわす二次元グラフであり、図１０は図９の温度分布に対応する測定結果であり、図１３は図１１の温度分布に対する測定結果であり、図１０と図１３の符号ｆで示した領域は圧縮応力が生じている部分を示し、符号ｈは引張応力が生じている部分を示し、符号ｇは圧縮応力も引張応力も生じず、応力がゼロの部分である。尚、図１０、１１、１３、１４中の数値は平面応力の値であり、その単位はＰａである。

図１１、１４は平面応力の値の等しい場所を閉曲線で結んだ二次元グラフであり、図１１は図１０の平面応力分布を閉曲線に書き直した結果であり、図１４は図１３の平面応力分布を閉曲線に書き直した結果である。

図１１を見ると、符号Aで示す辺の両端で等高線の密度が高くなっており、その部分で第一のガラス基板１０に破損が起こりやすいことがわかる。これに対し、図１４のグラフには、図１１のように等高線が集中した部分が無く、四辺上の封着材料５１〜５４を同時に加熱する場合は、封着材料５１〜５４を一辺ずつ加熱する場合に比べてガラス基板に破損が生じ難いことが分かる。

（ａ）〜（ｅ）：封着工程を説明する断面図第一のガラスパネルを説明するための平面図第一のガラスパネルに封着材料を配置した状態の平面図レーザ光の照射方法の一例を説明する斜視図レーザ光の照射開始の状態を説明する斜視図レーザ光の照射終了の状態を説明する斜視図レーザ光の照射方法の他の例を説明する斜視図（ａ）：封着材料に切り欠きを設けた状態の平面図、（ｂ）：封着材料に切り欠きを設けた状態の側面図一辺を加熱した時の温度分布一辺を加熱した時の平面応力一辺を加熱した時の平面応力の等高線四辺を加熱した時の温度分布四辺を加熱した時の平面応力四辺を加熱した時の平面応力の等高線封着材料の配置を説明する平面図従来技術の封着方法を説明する断面図

符号の説明

１０……第一のガラスパネル（第一のガラス基板）２０……第二のガラスパネル（第二のガラス基板）５１〜５４……封着材料６１〜６４……レーザ光

Claims

第一、第二のガラスパネルの四辺の間に封着材料を配置し、前記封着材料を溶融させ、前記第一、第二のガラスパネルを接着する表示装置の封着方法であって、
前記四辺上の各封着材料にそれぞれレーザ光を照射し、前記四辺上の各封着材料を一緒に溶融させる封着方法。
前記レーザ光は反射手段で反射させ、前記封着材料に照射する請求項１記載の封着方法であって、
前記レーザ光に対する前記反射手段の角度を変化させ、前記レーザ光の照射位置を移動させる封着方法。
前記反射手段として鏡又はプリズムを用いる請求項２記載の封着方法。