JP2008524112A - ガラス外被の作成方法 - Google Patents
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Abstract
ガラスシートの予め選択された領域の吸収係数が選択的に増大される。次にガラスシートは封着用レーザーを用いて基板に封着される。一つの実施の形態においては、約２４８ｎｍの波長の光でガラスシートが好ましくはマスクを通じて照射されて、所定の形状を有する被照射パターンがガラスシート上に生成することによって、ガラスシートの吸収係数が増大される。次にガラスシートは熱処理され、基板の上方に配置され、被照射パターンが約３５５ｎｍと５３２ｎｍとの間の範囲内の波長を有する封着用レーザー光に曝されることによって基板に封着され、ガラス外被を形成する。ここに開示された方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、特に有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などのエレクトロルミネッセンス素子の製造に関して有用である。
Description
本発明は、ガラス物品を封着する方法に関し、特にエレクトロ・ルミネッセンス素子をカプセルに収容するための方法に関するものである。
ディスプレーの用途において、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）装置に対する需要が増大しており、一般的な照明に対してＯＬＥＤを適用する方向に研究が進んでいる。ＯＬＥＤを使用することの一つの欠点は、従来から用いられている発光ダイオード（ＬＥＤ）と比較した場合に、比較的寿命が短いことである。装置の寿命に悪影響を与える可能性のある因子は、カプセルに収容された装置のエレクトロルミネッセンス素子に侵入する可能性のある水分および／または酸素を含む。ＯＬＥＤの使用時間が増大するにつれて、電極の酸化、エレクトロルミネッセンス層の剥がれ、または有機素子のひび割れによる装置の不良が増大する。空気遮断ガラス外被は、これらの影響を緩和する一つの手段と見られて来た。しかしながら、ガラス外被を基板に封着するために必要な比較的高い温度は、装置の熱に敏感な有機層それ自体の特性を劣化させる可能性がある。したがって、カバーガラスを基板に封着するのに、ガラスフリットまたは紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂などの他の非ガラス性接着剤を用いるような、より害のない方法の開発に対する広範囲に及ぶ努力が業界では払われてきた。
残念ながら、非ガラス性接着剤は、水分に対する浸透性および接着材料によるガス発生により、長寿命装置には望ましくないことが判明している。一方、基板とガラスカバーとの間に配置されたガラスフリットは、低融点温度と、カバーガラスおよび／または基板にほぼ一致した熱膨張係数とを同時に持たなければならないという問題がある。
簡潔に記述すると、特に有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などのエレクトロルミネッセンス素子を用いるために適したガラス外被の作成方法の実施の形態は、ここに記載されたように実施することができる。
この方法は、ガラスシートの一部分の、約３００ｎｍと６００ｎｍとの間の範囲内の波長における光吸収度を増大させ、このガラスシートを基板の上方に位置決めし、かつガラスシートの前記部分を前記波長の光エネルギーに曝してこのガラスシートを基板に融着して、ガラス外被を形成する諸ステップを含む。
別の実施の形態において、第１の面および第２の面を備えかつＡｇまたはＡｕがドープされた第１のガラスシートを提供し、このガラスシートの一部分を第１の光エネルギーをもって照射し、このガラスシートを少なくとも約４８０℃の温度で熱処理し、このガラスシートを基板の上方に位置決めし、このガラスシートの被照射部分を第２の光エネルギーに曝してこのガラスシートを上記基板に融着し、基板とガラスシートとの間に空洞を形成することによってガラス外被が形成される。
上記ガラスシートは均一な化学組成を有することが好ましい。ガラスシートの第１の面の少なくとも一部分は、例えばマスクを通じて約２４８ｎｍの波長の光で照射される。このガラスシートの被照射部分は、このシートの第１の面上に所定のパターンを形成するのが好ましい。この所定のパターンは閉路であることが好ましい。ガラスシートは少なくとも約２分間、より好ましくは約１０分間熱処理されるのが好ましい。
さらに別の実施の形態において、ガラス外被の作成方法は、第１の面および第２の面を備えかつＡｇまたはＡｕがドープされた第１のガラスシートを提供し、このガラスシートの第１の面の一部分に約２４８ｎｍの波長の光を照射し、このガラスシートを少なくとも約４８０℃の温度で熱処理し、このガラスシートを基板の上方に位置決めし、かつ上記被照射部分を約３００ｎｍと６００ｎｍとの間の波長の光エネルギーに曝してこのガラスシートを上記基板に融着し、基板とガラスシートとの間に空洞を形成する諸ステップを含む。典型的な封着用レーザーは、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザーである。
上記基板はエレクトロルミネッセンス材料を備えているのが好ましく、このエレクトロルミネッセンス材料は有機材料であることが好ましい。
本発明による別の実施の形態においては、ガラスシートの第１の面および第２の面の双方が照射される。その後このガラスシートは、上述の方法によって基板に封着される。次に第２のガラスシートを第１のガラスシートの上方に配置し、封着用レーザーを用いてこの第１のガラスシートの第２の面上の所定のパターンを照射し、これによって第２のガラスシートを第１のガラスシートに封着する。
決して限定を加えるものでない、図面を参照した下記の模範的実施の形態の説明の過程で、本発明はより容易に理解され、かつ本発明の他の目的、特徴、詳細および利点が明白になるであろう。この記載内容に含まれるさらなるシステム、方法の特徴および利点のすべては、本発明の範囲内であり、添付の請求項によってよって保護されることを意図するものである。
限定ではなく説明を目的とするもの下記の詳細な説明において、特定の細目を開示する実施の形態は、本発明全体を理解するために提示されるものである。しかしながら、本発明の恩恵を受ける通常の当業者には、本発明が、ここに開示された特定の細目から離れた他の実施の形態も実施可能であることが明らかであろう。さらに、本発明の記載を曖昧にしないようにするために、周知の装置、方法および材料の記載は省略されている。最後に、類似の素子には可能な限り類似の符号を付してある。
広義には、本発明の一実施の形態によれば、適当な光源からの、好ましくはレーザーを用いた、所定の波長における所定のパターンの光エネルギーへの曝露を行い、次いでガラスを熱処理することによって、光感応性ガラスシートの一部分の光吸収度が選択的に増大される。その後ガラスシートは、照射されかつ熱処理されたガラスシートの部分によって吸収される波長の光エネルギーを放射する封着用レーザーを用いて基板に封着される。照射されかつ熱処理されたガラスシートの部分による吸収は、上記被照射部分を少なくとも軟化温度に加熱し、これによって、ガラスシートが基板に接着される。
図１に示された実施の形態においては、銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）がドープされたガラスシート１００は、波長約２４８ｎｍの光エネルギーに曝される。或る場合にガラスはハロゲン化物を含んで、露光に対する感度を増大させている。上記ハロゲン化物は、塩素（Ｃｌ），臭素（Ｂｒ），沃素（Ｉ）、弗素（Ｆ）またはそれらの組合せであることが好ましい。ガラスシートは、その主成分（＞５０％）がＳｉＯ２であるシリカをベースとするものが好ましい。模範的なガラス組成は、約６０重量％と７０重量％との間の量のシリカ（ＳｉＯ２）と、約１４．５重量％と１７重量％との間の量のＢ２Ｏ３と、約５重量％の量のＺｎＯと、約１．７重量％の量のＦと、約０と２重量％との間の量のＳｂ２Ｏ３と、約０．２２重量％と０．６６重量％との間の量のＡｇと、約０．２２重量のＣｌである。例えば、適当なガラスシートは、約６４．５５重量％のＳｉＯ２と、約１６．０６重量％のＢ２Ｏ３と、０．３２重量％のＡｇと、０．２１重量％のＣｌと、７．０２重量％のＮａ２Ｏと、１．６４重量％のＦと、０．９６重量％のＳｂ２Ｏ３と、４．８１重量％のＺｎＯと、２．８９重量％のＡｌ２Ｏ３である。
図１に示されているように、第１面１０４および第２面１０６を備えたガラスシート１００の上方にクロムマスクなどのマスク１０２が配置され、ガラスシートの第１面１０４が、光源１１０から放射された光１０８によってマスク１０２を通じて照射されて、ガラスシートの領域１１２を選択的に照射する。光１０８は、約２４８ｎｍの波長を有することが好ましい。マスク１０２はガラスシート１００に接触してもよいが、ガラスシ−トから距離ｄだけ離れているのが好ましい。一般的な間隔ｄは０．２ｍｍである。光源１１０は、パルスモードで作動されるＫＦエキシマー・レーザーであることが好ましい。一般的な照射出力は２０ｍＪ／ｃｍ２と４０ｍＪ／ｃｍ２との間がよい。ガラスシートは約１分と５分との間の時間照射される。レーザーが約１０Ｈｚのパルス速度で作動される場合には、放射時間は約１分である。領域１１２の深さは、パルス速度の増大により、全照射時間の増大により、または双方の組合せによるような領域１１２の露光調整により制御可能である。
マスク１０２は、ガラスシートの選択された領域１１２のみが照射されるような開口部１１４を備えている。図２により明瞭に示されているように、ガラス外被がガラスシート１００を用いて作成される場合、被照射領域１１２は、照射を受けなかった領域１１６と境を接する枠形状を有するのが有利であり、この枠はガラスシートの形状に応じてガラスシートの周縁に近接しているのが好ましい。被照射領域１１２は、ガラスシート上に所望の被照射領域を形成するのであれば如何なる形状を有するものでもよいと思われるが、閉路を画成しているのが好ましく、大体において多角形を形成しているのがより好ましい。「大体において」という意味は、多角形が例えば角が丸くなった辺を備えていてもよいということである。好ましい実施の形態においては、後に複数枚のより小型のガラスシートに分割される１枚のガラスシート上に複数の被照射領域１１２が形成されていてもよく、各小型のガラスシートが１個以上の被照射領域１１２を備えることになる。被照射領域を備えた各ガラスシートは、次に基板に接着されてガラス外被を形成する。
これに代わる一つの方法として、マスクを用いずに、合焦されたレーザービームをガラスシートと相対的に移動させることによる、照射用レーザーがガラスシート上にパターンを「描く」のに用いられるようにしてもよいが、このような方法は、露光時間のコストが法外になるので、製造現場では望ましくない。
ガラスシート１００が照射されると、ガラスシートは次に熱処理される。ガラスシートは少なくとも約４８０℃、より好ましくは約５００℃と６００℃との間の温度で熱処理されるのが好ましい。ガラスシートは少なくとも約２分間、より好ましくは少なくとも約１０分間熱処理されるのが好ましい。熱処理は約２時間までの間継続されてもよいが、熱処理が２時間を超えると、照射されたガラスと照射されなかったガラスとの間のコントラストを低下させる可能性がある。すなわち、照射されたガラス部分と照射されなかったガラス部分との間の吸収における遷移がシャープでなくなる可能性がある。
図３は吸収スペクトル曲線（波長の関数としての吸収度）を示し、処理条件を異ならせた４個のガラスサンプルに関する吸収度がμｍ−１で表されている。ガラスシートのサンプルはそれぞれ、約６４．５５重量％のＳｉＯ２と、約１６．０６重量％のＢ２Ｏ３と、０．３２重量％のＡｇと、０．２１重量％のＣｌと、７．０２重量％のＮａ２Ｏと、１．６４重量％のＦと、０．９６重量％のＳｂ２Ｏ３と、４．８１重量％のＺｎＯと、２．８９重量％のＡｌ２Ｏ３と、０．０１重量％のＣａＯと、０．０１重量％のＳＯ３と、１．５２重量％のＨ２Ｏとを含有している。
図３に示されているように、曲線１１８は、ＫＦエキシマー・レーザーで照射される以前の第１のガラスサンプルに関する吸収曲線を示す。約２７５ｎｍの波長において急峻な紫外線（ＵＶ）吸収遷移が見られる。すなわち、２７５ｎｍにおいてガラスは急速な吸収の減衰を示しているのが見られる。曲腺１２０は、照射は受けたが熱処理はされていないサンプルに関する吸収曲線を示す。曲線１１８に示されているのと同様のＵＶ遷移が見られる。曲線１２２は、熱処理のみが施されたガラスシートのサンプルに関する吸収曲線を示す。曲線１１８および１２０と同様のＵＶ遷移が観察されるが、このサンプルは、約３５０ｎｍよりも長い波長で吸収が増大し（曲線１１８と比較して）、約４００ｎｍの波長で最大になるのが見られる。最後に曲線１２４は、本発明に従って処理が施されたガラスサンプルを表し、ここでは、先ずガラスが約２４８ｎｍの波長の光に約４分間曝され、次いで５５０℃の温度で約１時間半熱処理された。曲線１２４は、約３２５ｎｍから約６００ｎｍまでの範囲の波長に亘ってかなり吸収度が増大し、約４００ｎｍから５００ｎｍまでの範囲の波長に亘って幅広いピークを備えている。５００ｎｍを過ぎると、このガラスサンプルの吸収度は急激に減衰する。
ガラスシートが熱処理された後に、この熱処理されたガラスシートは、次に照射された第１の面１０４を基板１２６に向けて基板上に配置される。基板１２６は一般にガラスまたはガラスセラミックから構成され、かつそれの上に１層以上の発光材料１２８が堆積されているのが好ましい。例えば発光材料は１層以上の有機発光層を備えているのが好ましい。陽極層または陰極層などの他の複数の層を備えていてもよい。その後、ガラスシートは、先に照射された領域１１２に沿って例えば適当な封着用レーザーによって加熱される。この封着用レーザーは、約３００ｎｍと６００ｎｍとの間の範囲の、より好ましくは約３５５ｎｍと５３２ｎｍとの間の範囲の波長に発光ピークを有することが好ましく、封着用レーザーが約４２０ｎｍにおいて発光ピークを有することがさらに好ましい。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーが適当な封着用レーザーである。照射された領域は、矢印１３０で示されているように、ガラスシートの第２の面１０６を通じて封着用レーザー光に曝されることによって加熱されるのが有利であり、あるいは、もし基板が加熱レーザー光の波長に対して実質的に透過性を有するならば、矢印１３２で示されているように、加熱用レーザーからの光エネルギーが基板１２６を通して被照射領域に向けられることによって、被照射領域が加熱されることも可能である。したがって、本実施の形態は、ガラスシートの上方から、あるいは基板の下方から、基板に対するガラス製カバーシートの封着が行なわれる。基板１２６は、ガラスシート１００と同じガラス組成を有するが、約２４８ｎｍの波長における最初の照射と次の熱処理を受けないのが有利であり、これによって、基板とガラスシートとが別個の組成を有さず、単一のガラス組成を用いてガラス外被が製造されるがことが可能になる。より簡潔に言うと、ガラスシートは、カバーガラスの上方または下方から封着用レーザーによって基板に封着されることが可能である。さらに、全体で熱を吸収するガラスシートを用いる従来の方法とは異なり、ガラスシートの狭い表面領域のみが、本発明による照射および次の熱処理によって、一般に約３００μｍ未満の深さＤに亘って吸収性にされる。基板に対するガラスシートの封着は、例えばカバーガラスと基板との間の封着境界面における狭い被照射ガラス領域１１２が選択的に加熱されるという本発明の方法を用いることによって著しく改善される。これに加えて、ガラスシート１００上の被照射領域１１２のみの吸収度が著しく増大されることにより、ガラスシート１００の残りの部分は高い透過率（例えば９０％を超える）を保ち、エレクトロルミネッセンス素子がカバーガラスおよび／または基板を効率的に透過して光を伝送するのを可能にする。
ガラスシート１００上の照射された領域１１２は封着用レーザーにより軟化点まで加熱されて、これに応じて膨張し、エレクトロルミネッセンス素子を収容する空洞１３４を形成し、かつ被照射領域１１２においてガラスシート１００が基板１２６に接着される。図５は、約６４．５５重量％のＳｉＯ２と、１６．０６重量％のＢ２Ｏ３と、０．３２重量％のＡｇと、０．２１重量％のＣｌと、７．０２重量％のＮａ２Ｏと、１．６４重量％のＦと、０．９６重量％のＳｂ２Ｏ３と、４．８１重量％のＺｎＯと、２．８９重量％のＡｌ２Ｏ３と、０．０１重量％のＣａＯと、０．０１重量％のＳＯ３と、１．５２重量％のＨ２Ｏとを含有する組成を有するガラスのサンプルによって示される一般的な膨張距離を示す。このサンプルは、１０Ｈｚで動作するＫＦエキシマー・レーザーパルスを用いて波長２４８ｎｍにおいて４分間照射された。このサンプルは次に約５５０℃の温度で約１時間半熱処理され、次にその部分は、被照射領域の反対側からＮｄ：ＹＡＧ封着用レーザーを用いて加熱された。図示のように、照射され、熱処理され、その後、封着用レーザーで加熱されたガラスシートの被照射領域の表面は、２４８ｎｍにおいて照射されなかったガラスシートの表面から約１０μｍ突出するように膨張した。
図６に示された別の実施の形態においては、最初のガラスシート２００はマスクを介して波長２４８ｎｍで選択的に照射されて、上述のような所定の形状を有する被照射領域を生成する。図６に示された実施の形態においては、ガラスシート２００の両面が選択的に照射される。次にガラスシート２００は、上述のように熱処理され、そして第１の面２０４は、上述のように適当な封着用レーザーを用いて基板１２６に封着され、これにより空洞２３４を形成する。ガラスシート２００は、封着用レーザーからの基板を透過した光の導入によって基板１２６に封着される。１層以上のエレクトロルミネッセンス層を上に堆積させた第２の基板１２６は、封着用レーザーからの第２の基板を透過した光の導入によって、第１のガラスシート２００の第２の面２０６側に同様に封着されるのが好ましい。
さらに別の実施の形態においては、ガラスシートの所定の部分の吸収係数が従来からあるイオン交換法によって変更される。例えば、ガラスシートの所定の部分はイオン交換を受けて、所定のパターンに従ってガラス中に銅イオンを含入させる。ガラスシートの所定の部分がイオン交換を受けると、吸収係数が変化し、上記所定の部分によって著しく吸収される波長で発光する封着用レーザーが用いられて、上述と同様の態様でガラスシートを基板に封着する。
上述した本発明の実施の形態、特に「好ましい」実施の形態は、単に実施が可能な具体例に過ぎず、本発明の原理を明確に理解するための説明に過ぎないことを力説すべきである。本発明の精神および原理から実質的に離れることなしに、上述の実施の形態に対して種々の変形、変更を行なうことができる。例えば図７に示されているように、第１のガラスシート１００は、一方の面側のみが照射され、熱処理され、かつ上述のように基板に封着される。第２のガラスシート１００も、一方の面側のみが照射され、熱処理され、かつ
この第２のガラスシート１００の被照射領域１１２を介して第１のガラスシート１００の第２の面１０６側に封着される。この方法で、複数枚のガラスシートが互いに順次封着されてスタックにされる。第１のガラスシート１００は、追加のエレクトロルミネッセンス素子のための基板の役を果たす。このような変形および変更のすべては、本明細書および本発明の範囲内に含まれ、かつ添付の請求項によって保護されることを意図するものである。
この第２のガラスシート１００の被照射領域１１２を介して第１のガラスシート１００の第２の面１０６側に封着される。この方法で、複数枚のガラスシートが互いに順次封着されてスタックにされる。第１のガラスシート１００は、追加のエレクトロルミネッセンス素子のための基板の役を果たす。このような変形および変更のすべては、本明細書および本発明の範囲内に含まれ、かつ添付の請求項によって保護されることを意図するものである。
１００，２００ ガラスシート
１０２ マスク
１０４，２０４ ガラスシートの第１の面
１０６，２０６ ガラスシートの第２の面
１０８ 光
１１０ 光源
１１２ 被照射領域
１１４ マスクの開口部
１２６ 基板
１２８ 発光材料
１３４ 空洞
１０２ マスク
１０４，２０４ ガラスシートの第１の面
１０６，２０６ ガラスシートの第２の面
１０８ 光
１１０ 光源
１１２ 被照射領域
１１４ マスクの開口部
１２６ 基板
１２８ 発光材料
１３４ 空洞
Claims (10)
- 第１の面および第２の面を備えかつＡｇまたはＡｕがドープされた第１のガラスシートを提供し、
該ガラスシートの一部分を第１の光エネルギーをもって照射し、
前記ガラスシートを少なくとも約４８０℃の温度で熱処理し、
前記ガラスシートを基板の上方に位置決めし、
前記ガラスシートの被照射部分を前記第１の光エネルギーとは異なる第２の光エネルギーに曝して該ガラスシートを前記基板に融着し、該基板と前記ガラスシートとの間に空洞を形成する、
諸ステップを含むことを特徴とするガラス外被の作成方法。 - 前記第１の光エネルギーが約２４８ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記第２の光エネルギーが約３００ｎｍと６００ｎｍとの間の波長を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記照射ステップがマスクを通じて照射することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記被照射部分が前記第１の面上の閉路を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記ガラスシートが複数の被照射パターンを備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記空洞の内部に配置されたエレクトロ・ルミネッセンス層をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記ガラスシートの化学組成と前記基板の化学組成とがほぼ同一であることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記ガラスシートが、約０．２２重量％と０．６６重量％との間の量のＡｇまたはＡｕを含有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記被照射部分が３００ｎｍ未満の深さを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
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