JP2008527657A - ガラスパッケージをフリット封止するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
密封ガラスパッケージを製造するために使用できる封止装置および方法がここに記載されている。ある実施の形態において、密封ガラスパッケージは、周囲環境（例えば、酸素、水分）に敏感な薄膜素子を保護するのに適している。そのようなガラスパッケージのいくつかの例としては、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、センサ、および他の光学素子が挙げられる。本発明は、例としてＯＬＥＤディスプレイを使用して説明されている。
Description
本出願は、「Method for Frit Sealing Glass Packages」と題する、２００５年１２月６日に出願された米国仮特許出願第６０／７４８１３１号の優先権の恩恵を主張するものである。この文献の内容をここに引用する。
本発明は、周囲の環境（例えば、酸素、水分）に敏感な薄膜素子を保護するのに適したガラスパッケージを密封する方法に関する。そのようなガラスパッケージの例としては、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、センサ、および他の光学素子が挙げられる。本発明を、例としてＯＬＥＤディスプレイを用いて説明する。
ＯＬＥＤは、様々なエレクトロルミネセント素子において使用されていることや使用される可能性のために、近年、重要な研究の課題となっている。例えば、１つのＯＬＥＤを、別個の発光素子に使用でき、またはＯＬＥＤのアレイを、発光ディスプレイまたはフラットパネルディスプレイの用途（例えば、ＯＬＥＤディスプレイ）に使用できる。ＯＬＥＤディスプレイは、非常に明るく、良好な色の対比および広い視覚を有することが知られている。しかしながら、ＯＬＥＤディスプレイ、特に、その中に配置された有機層と電極は、周囲の環境からＯＬＥＤディスプレイ中に漏れる水分および酸素との相互作用から生じる劣化を受けやすい。ＯＬＥＤディスプレイの寿命は、その中に配置された有機層と電極が周囲の環境から密封されていれば、著しく増加させることができることがよく知られている。残念ながら、ＯＬＥＤディスプレイを密封する封止プロセスを開発することは非常に難しかった。ＯＬＥＤディスプレイを適切に封止するのを難しくする要因のいくつかを以下に手短に挙げる：
・ 気密シールは、酸素のバリア（１０-3ｃｃ／ｍ2／日）と水のバリア（１０-6ｇ／ｍ2／日）を提供すべきである。
・ 気密シールのサイズは、ＯＬＥＤディスプレイのサイズに悪影響を与えないように小さい（例えば、＜２ｍｍ）であるべきである。
・ 封止プロセス中に生じる温度は、ＯＬＥＤディスプレイ内の材料（例えば、電極および有機層）を損傷しないべきである。例えば、ＯＬＥＤディスプレイにおいてシールから約１〜２ｍｍに位置しているＯＬＥＤの第１のピクセルは、封止プロセス中に約１００℃より高くに加熱されるべきではない。
・ 封止プロセス中に放出されるガスは、ＯＬＥＤディスプレイ内の材料を汚染すべきではない。
・ 気密シールは、ＯＬＥＤディスプレイに進入するための電気接続（例えば、薄膜クロム電極）を可能にするべきである。
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・ 封止プロセス中に生じる温度は、ＯＬＥＤディスプレイ内の材料（例えば、電極および有機層）を損傷しないべきである。例えば、ＯＬＥＤディスプレイにおいてシールから約１〜２ｍｍに位置しているＯＬＥＤの第１のピクセルは、封止プロセス中に約１００℃より高くに加熱されるべきではない。
・ 封止プロセス中に放出されるガスは、ＯＬＥＤディスプレイ内の材料を汚染すべきではない。
・ 気密シールは、ＯＬＥＤディスプレイに進入するための電気接続（例えば、薄膜クロム電極）を可能にするべきである。
今日、ＯＬＥＤディスプレイを密封するための１つの様式は、特定の波長の光で吸収性の高い物質がドープされたフリットを加熱し軟化させることによって、気密シールを形成することである。特に、その上にフリットが配置されている第１の基板（カバーガラス）と、その上にＯＬＥＤが配置されている第２の基板（基板ガラス）との間に気密シールを形成するために、レーザを用いて、フリットを加熱し、軟化させている。このフリットは、一般に、幅が約１ｍｍであり、厚さが約６〜１００μｍである。フリットの吸収と厚さが均一であれば、封止は、フリット内で均一な温度上昇を生じさせる一定のレーザエネルギーと一定の速度で行うことができる。しかしながら、フリットが比較的薄い場合、レーザエネルギーの１００％がフリットにより吸収される訳ではなく、代わりに、ある程度のレーザエネルギーは、ある地点でフリットと交差する、ＯＬＥＤに取り付けられた金属電極により吸収されたり反射される。薄いフリットを使用することがしばしば望ましく、金属電極は、裸の基板ガラスとは異なる反射率および吸収特性並びに異なる熱伝導率を有するので、この状況により、封止プロセス中にフリット内に不均一な温度分布が生じることがある。フリット内のこの不均一な温度分布により、問題となる亀裂、残留応力および／または剥離が生じることがあり、これらにより、カバーガラスと基板ガラスとの間の気密接続が妨げられる／劣化される。
この封止問題に対処するために、本発明の譲受人は、「Method for Backside Sealing Organic Light Emitting Diode (OLED) Displays」と題する、２００５年３月３０日に出願された特許文献１（この文献の内容をここに引用する）に開示されたいくつかの異なる封止技法を開発した。
米国特許出願第１１／０９５１４４号明細書
これらの封止技法はうまく働くが、それでもまだ、ＯＬＥＤディスプレイ（またはガラスパッケージ）を密封するために使用できる新規の改良された封止技法を開発する要望がある。この特別の必要性と他の必要性は、本発明の封止装置および封止方法により満たされる。
本発明は、密封されたＯＬＥＤディスプレイを製造するための封止装置および封止方法を含む。ある実施の形態において、その封止方法は、（ａ）レーザを用いて、未封止のＯＬＥＤディスプレイ内に配置されたフリットにレーザビームを向ける工程、（ｂ）レーザビームが、２枚の基板の間に配置されたフリット、電極のない領域、および電極に占められた領域がある場所に沿った封止ライン上で実質的に等速で移動するようにレーザ（または未封止のＯＬＥＤディスプレイ）を移動させる工程、（ｃ）レーザビームが適切なレーザエネルギーをフリットに与えて、フリットが溶融し、２枚の基板を連結する気密シールを形成するように、レーザビームが実質的に等速で移動している間にレーザの出力を変調させる工程、（ｄ）レーザビームが、２枚の基板の間に存在する電極の上に現在位置しているか否かに応じて、かつレーザビームが、２枚の基板上の封止ラインの曲線部分の上に現在位置しているか否かに応じて、封止ラインに沿った所定の地点で必要に応じて変化するようにレーザ出力を制御できるように、移動工程と変調工程を同期化させる工程、および（ｅ）レーザ出力が、変調工程中の任意の地点で最大化または最小化されている場合、レーザビームが、フリットを溶融させ、２枚の基板を連結する気密シールを形成させるように適切なレーザエネルギーをフリットに与え続けられるように、２枚の基板上の封止ラインに沿ってレーザビームが動かされている速度を変更できる工程、を有してなる。
以下の詳細な説明を、添付の図面と一緒に参照することによって、本発明がより完全に理解されるであろう。
図１〜５を参照すると、本発明の第１の実施の形態によりＯＬＥＤディスプレイ１０２を密封するためにどのように封止装置１００および封止方法２００を使用できるかの説明を補助するのに使用されるいくつかの図とグラフが示されている。封止装置１００および封止方法２００は、密封されたＯＬＥＤディスプレイ１０２の製造に関して以下に論じられているが、同じ封止装置１００および封止方法２００を、２枚のガラス板の封止を必要とする他の用途にも使用できることが理解されよう。したがって、本発明の封止装置１００および封止方法２００は、制限された様式で考えられるべきではない。
図１Ａおよび１Ｂを参照すると、本発明による封止装置１００および密封されたＯＬＥＤディスプレイ１０２の断面側面図および平面図がそれぞれ示されている。図１Ａに示されているように、封止装置１００は、コンピュータ１０４（封止方法２００を実行するためにその中に記憶された命令を処理する）、レーザ１０６（または他の熱源１０６）、およびプラットホーム１０８（その上に未封止のＯＬＥＤディスプレイ１０２が配置されている）を備えている。ある実施の形態において、レーザ１０６は、８１０ｎｍの波長で動作する偏光されていないマルチモードのダイオードアレイ源を備えた半導体レーザであって差し支えない。ここに記載した実験に用いた例示の半導体レーザ１０６は、直径が約０．３ｍｍのスポットサイズにおいて約６０ワットまでの複合出力レベルを供給できた。
図１Ａ〜１Ｂに示されたように、ＯＬＥＤディスプレイ１０２は、カバープレート１１０（例えば、第１のガラス板１１０）、フリット１１６、１つ以上のＯＬＥＤ１１２／電極１１４、および基板プレート１１８（例えば、第２のガラス板１１８）の多層積層体を備えている。ＯＬＥＤディスプレイ１０２は、２枚のプレート１１０および１１８の間に配置されたＯＬＥＤ１１２を保護する気密シール１２０（フリット１１６から形成された）を有する。気密シール１２０は一般に、ＯＬＥＤディスプレイ１０２の外縁の丁度内側に位置している。また、ＯＬＥＤ１１２は、気密シール１２０の周辺の内部に位置している。ＯＬＥＤ１１２に連結された電極１１４が、気密シール１２０を通り／延在し、よって、外部装置（図示せず）に連結できるのが分かる。２枚のプレート１１０および１１８の間に気密シール１２０を形成するのを難しくし得るのは、これらの電極１１４（例えば、不透明金属電極１１４）の存在である。これは、電極１１４が、レーザ１０６からのレーザエネルギーのある程度が電極１１４により吸収されるかまたは反射され、それによって、封止プロセス中にフリット１１６に不均一な温度分布が生じ、２枚のプレート１１０および１１８の間に非気密連結が生じ得るような、異なるパターンおよび異なる光学的／熱的性質を有するからである。この問題を、本発明の封止装置１００および封止方法２００を用いてどのように解決するかが、図２〜５に関して以下に説明されている。
図２を参照すると、密封されたＯＬＥＤディスプレイ１０２を製造するための好ましい方法２００の各工程を示す流れ図が示されている。工程２０２で始まると、封止装置１００は、レーザ１０６を用いて、レーザビーム１２２を未封止のＯＬＥＤディスプレイ１０２上の封止ライン１２４に、特に、２枚のガラス板１１０および１１８の間に配置されたフリット１１６に向ける。工程２０４で、封止装置１００は、レーザビーム１２２が、２枚のガラス板１１０および１１８の間に配置されたＯＬＥＤ１１２に連結された電極１１４により占められた領域、電極１１４のない領域、およびフリットがある場所に沿って封止ライン１２４上を実質的に等速で移動するように、レーザ１０６（または未封止のＯＬＥＤディスプレイ１０２）を移動させる。工程２０６で、封止装置１００は、レーザビーム１２２が、フリット１１６が溶融し２枚のガラス板１１０および１１８を連結する気密シール１２０を形成するのに十分なレーザエネルギー（多すぎもせず少なすぎもしないレーザエネルギー）をフリット１１６に与えることができるように、レーザビーム１２２が封止ライン１２４に沿って実質的に等速で動かされている間にレーザ１０６の出力を変調させる。工程２０８で、封止装置１００は、レーザビーム１２２が、２枚の基板１１０および１１８の間に存在する電極１１４の上に現在位置しているか否かに応じて、かつレーザビーム１２２が、２枚の基板１１０および１１８の間のフリット１１６（または封止ライン１２４）の曲線部分の上に現在位置しているか否かに応じて、封止ライン１２４に沿った所定の地点で必要に応じて線形または非線形の様式で変化するようにレーザ１０６の出力を制御できるように、移動工程２０４と変調工程２０６を同期化させる。工程２１０では、封止装置１００は、変調工程２０６中の任意の地点で、レーザ１０６がその最大または最小の出力容量に到達した場合、レーザビーム１２２が、フリット１１６を溶融し、２枚の基板１１０および１１８の間に気密シール１２０を形成させるのに十分なレーザエネルギー（多すぎもせず、少なすぎもしないレーザエネルギー）をフリット１１６に与え続けられるように、２枚の基板１１０および１１８上の封止ライン１２４に沿ってレーザビーム１２２が動かされる速度を動的に変化させる必要があるかもしれない。封止方法２００に関連するこれらの特徴およびいくつかの追加の特徴に関する詳細の議論が、図３〜５に関して、次に論じられている。
図３Ａ〜３Ｂを参照すると、本発明による封止方法２００の移動工程２０４を向上させるのに使用できる追加の特徴の説明に役立つように使用される２つの図面が示されている。移動工程２０４は、ＯＬＥＤディスプレイ１０２における気密シール１２０の形成に悪影響を及ぼし得る出発／停止欠陥の形成を防ぐのに役立つ重複手法を実施することによって向上させることができる（図５Ａ〜５Ｅに関して以下に論じられる実験結果も参照のこと）。この重複手法を実行するために、封止装置１００は、レーザビーム１２２を最初に、２枚の基板１１０および１１８の封止ライン１２４の出発地点「ａ」に向け、これら２枚の基板１１０および１１８の全周に亘り封止ライン１２４上を通過させ、次いで、停止地点「ｂ」に到達するまで、出発地点「ａ」および封止ライン１２４の重複部分「ｌ」を再度通過させる。この重複手法は、十分なレーザエネルギーがフリット１１６に与えられて、フリット１１６を溶融し、２枚の基板１１０および１１８の間に気密シール１２０を形成させることを確実にすることによって、気密シール１２０における出発／停止欠陥の形成を防ぐのに役立つ。重複部分「ｌ」上のレーザ１０６からの実際の出力は、実験的に決定することができ、通常は、レーザ１０６の最大出力を超えないであろうが、もし超えた場合、気密シール１２０がまだ２枚の基板１１０および１１８の間に形成できるように必要に応じて速度を減少させることができる。封止方法２００および重複する移動工程２０４を用いた例示のレーザ出力プロファイルが、図３Ｂに関して次に論じられている。
図３Ｂに示されているように、最初にレーザ１０６に電源が入れられ、出発地点「ａ」で封止が始まる。次いで、レーザ１０６は、レーザビーム１２２が重複部分「ｌ」の端部に到達する前に、全出力まで出力を上昇させる。この地点の後、レーザ１０６の出力レベルは、レーザビーム１２２が、９個の異なる電極１１４またはその近くで、およびＯＬＥＤディスプレイ１０２における４カ所の曲線部またはその近くで、より低い出力を有するように変調される。一旦、レーザビーム１２２が再度、出発地点「ａ」に到達したら、レーザ１０６は、レーザビーム１２２が、停止地点「ｂ」に向かって、重複部分「ｌ」上に２回目に動かされながら、ゼロ出力までその出力を降下させられる。重複部分「ｌ」は、最初に、レーザビーム１２２の１回目の通過で出力を上昇させ、２回目の通過で出力を降下させるのに用いられる。重複部分「ｌ」の距離は、使用されるレーザ出力レベルが知られており、封止プロセスに用いられる封止速度も知られている場合に決定できるであろう。例えば、封止速度が２０ｍｍ／ｓであり、レーザ出力が３５Ｗ（全出力レベル）から−５０Ｗ／ｓの傾斜で０Ｗまで減少させられた場合、これにより、１４ｍｍの長い重複部分「ｌ」となるであろう。もちろん、全重複部分「ｌ」がレーザビーム１２２により重複される必要はなく、重複部分「ｌ」にある間にレーザ出力を、全出力へと／または全出力から、上昇／降下させる必要もない。
図３Ａ〜３Ｂに示された実施例において、使用した封止パターンは、角が丸まった矩形パターンであり、レーザ１０６は、封止が、０°の接線地点（ｘ方向）でフリット１１６上で直接開始するように動作可能にできた／駆動した。あるいは、レーザ１０６は、封止が、９０°の接線地点（ｙ方向）でフリット１１６上で直接開始するように動作可能にできても／駆動しても差し支えない。レーザ１０６は、封止が、封止ライン１２４（フリット１１６）上で直接開始されるようにできる／駆動されるのが示されており、そのこと自体が、レーザビーム１２２が２枚の基板１１０および１１８上の封止ライン１２４（フリット１１６）に向かって実際に向けられる前に、レーザ１０６が動作可能にでき／駆動され、封止ライン１２４（フリット１１６）の外側で動かされる従来の封止技法よりも相当改善されている。次に、本発明による封止方法２００および重複移動工程２０４を使用することによって封止できる別のＯＬＥＤディスプレイ１０２’が論じられている。
図４Ａ〜４Ｄを参照すると、本発明による封止方法２００に関連する異なる特徴のいくつかの詳細の説明を補助するのに用いられるいくつかの異なるグラフと共に、例示のＯＬＥＤディスプレイ１０２’が示されている。この例示のＯＬＥＤディスプレイ１０２’は、４つの電極１１４ａ’，１１４ｂ’，１１４ｃ’および１１４ｄ’、並びに４つの角部１１５ａ’，１１５ｂ’，１１５ｃ’および１１５ｄ’を有しており、そこで、レーザ１０６の出力が、十分なレーザエネルギーがフリット１１６’に与えられて、フリット１１６’を溶融し、２枚の基板１１０’および１１８’の間に気密シール１２０’を形成させることを確実にするために、線形様式および非線形様式の両方で変調される。特に、ガラス−フリット−ガラス区域とガラス−フリット−電極−ガラス区域に関連する異なる材料のために、周囲を１６区域に区分化する必要が生じ、これは、出力プロファイルを形成するのに役立った（図４Ａ〜４Ｂ参照）。図４Ｂに、封止が時計回りに行われるという条件で、出力プロファイルを作成した。レーザ出力変調は、制御信号がコンピュータ１０４内の入力／出力ボードのアナログ出力からレーザ１０６に送信されることになっている、レーザ１０６についての直接アナログ制御を用いて行うことができる（図１Ａ参照）。
ＯＬＥＤディスプレイ１０２’を封止するために、レーザ１０６と、ＯＬＥＤディスプレイ１０２’上の封止ライン１２４’との間で、相対運動を実施しなければならない（図２の工程２０４，２０６および２０８参照のこと）。これは、レーザ１０６を移動させることによって、または２枚の基板１１０’および１１８’を移動させることによって行うことができるが、いずれの場合でも、レーザ出力が、ＯＬＥＤディスプレイ１０２’上の封止ライン１２４’に沿った異なる地点で変化することが予測される場合にのみ、変化するように、レーザ出力制御をその動作と同期化させる必要がある。レーザについての出力制御と動作を同期化させるために、封止装置１００が使用できる異なる方法がいくつかある。例えば、封止装置１００は、エンコーダ／タイミング方法４００ａまたは書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）方法４００ｂを使用することによって、レーザ１０６についての出力制御および動作を同期化できる（図１Ａ参照）。
エンコーダ／タイミング方法４００ａにおいて、封止装置１００は、レーザ出発地点「１」で、パルスをコンピュータ１０４に送信して、動作制御のために用いられる動作クロック４０４ａを開始させ、かつレーザ出力制御に用いられるレーザクロック４０４ｂを開始させるように機能する動作システムエンコーダ４０２（例えば、図１Ａに示されたプラットホーム１０８に取り付けられたような）を備えている。クロック４０４ａおよび４０４ｂが精確なクロックレートを有するとすれば、エンコーダ／タイミング方法４００ａは、レーザ１０６／ＯＬＥＤ素子１０２’をレーザ１０６の出力の変調と同期化できるであろう。エンコーダ／タイミング方法４００ａは、レーザ出力を、レーザ１０６／ＯＬＥＤディスプレイ１０２’の動作分解能よりもずっと高い空間分解能で変化させることもできる（図４Ｄ参照）。より微細な空間分解能により、レーザ出力を、ある地点から別の地点への各ステージの移動中に多数の出力変更地点を補間することによって、動作制御よりもずっと速く変更できる（例えば、図４Ｄにおいて、１回の動作の変更中に、５回のレーザ出力の変更を行うことができる）。
空間分解能−動作分解能の関係は、以下の式に表すこともできる：レーザアナログ制御のクロック期間＝（動作のアップデート期間）×（レーザ出力制御の必要空間分解能）／（動作分解能）、ここで、レーザアナログ制御のレートは通常、最も近い整数に切り上げられる。例えば、ＯＬＥＤディスプレイ１０２’が２０ｍｍ／ｓの速度で封止され、動作アップデートレート（ある地点から別の地点までの）が１０ｍｓであるとする。動作分解能＝封止速度（２０ｍｍ／ｓ）×動作アップデートレート（１０ｍｓ）＝０．２ｍｍ＝２００μｍ。そして、レーザ出力制御の空間分解能が１０μｍである場合、レーザアナログ制御のクロック期間＝１０ｍｓ×１０μｍ／２００μｍ＝０．５ｍｓとなる。それゆえ、レーザ制御レート＝１／０．５ｍｓ＝２ｋＨｚである。もちろん、レーザ出力変調制御の空間分解能が封止速度とは独立していても差し支えないことが認識されるであろう。
エンコーダ／タイミング方法４００ａは、異なるタイプのＯＬＥＤディスプレイ（異なる電極のレイアウト／構成を有する）を封止する場合、多大な融通性を提供できる。例えば、レーザ出力制御および動作制御の開始を同期化させるために、動作開始のエンコーダ信号が用いられる。次いで、封止中に、動作の制御およびレーザ１０６の出力の制御は、個々の所定の動作および出力の制御プロファイルに従う（出力制御プロファイルが実験的に決定できる場合）。しかしながら、ＯＬＥＤディスプレイにおいて同じフリットレイアウトを続けて使用する製品ラインがある場合、ＦＰＧＡ方法４００ｂが、レーザ１０６に関するアナログ出力制御および動作制御を同期化させるための望ましい様式であろう。ＦＰＧＡ方法４００ｂは、特別に構成された入力／出力（Ｉ／Ｏ）ハードウェアの使用を含む。基本的に、この特別に構成されたＩ／Ｏハードウェアは、あるタイプのＯＬＥＤディスプレイ１０２を封止するために特別に構成されている。この特別に構成されたハードウェアに関して、レーザ出力を同期化させることができるように、所定の空間間隔がトラバースされた（個々の軸または２つの軸間、または多数の軸間いずれかで、すなわち、増分ベクトル長さがトラバースされた）ことを判定するために、２つのエンコーダ信号（ｘ軸およびｙ軸に関連した）をモニタする能力を備えることが望ましいであろう。このようにして、レーザ１０６は、絶対位置および／または速度と同期化させてもよく、様々な進歩した制御手法を実施して、封止方法２００を実行してもよい。ＦＰＧＡ方法４００ｂは、「アルゴリズム」が、ソフトウェアではなく「ハードウェア」で実際に実施され、それゆえ、「アルゴリズム」を１つのクロックサイクル（例えば、８０ＭＨｚ）で実行できる場合、その速度のために望ましい。
あるいは、動作アップデートレートと等しいアナログ出力アップデートレートを有する現在入手できるレーザ／ロボット動作制御システムがある。それゆえ、このタイプのレーザ／ロボット動作制御システムを本発明に使用することは、動作およびアナログ出力のアップデートがバンドルされているであろうから、レーザ出力制御の動作制御との外部同期化は必要ないことを意味するであろう。しかしながら、動作アップデートレートは通常ｍｓレベルであるので、レーザ空間分解能は、特に比較的速い速度で封止する場合、比較的低いと考えられるであろう。例えば、封止速度が１０００ｍｍ／ｓであり、動作とアナログ出力の制御が１ｍｓレベルで一緒にアップデートされる場合、レーザ空間分解能は、動作空間分解能を超えることはできない。このことは望ましくないであろう。
図５Ａ〜５Ｅを参照すると、封止方法２００（重複移動工程２０４およびエンコーダ／タイミング方法４００ａを含む）がどのようにうまく２枚のガラス基板（ＯＬＥＤ１１２および電極１１４を含まない）を密封するかを試験するために行ったいくつかの実験（およびそれらの結果）に関連する５つの図面とグラフが示されている。図５Ａ（従来技術）は、２枚のガラス基板を封止するために用いた固定されたレーザ出力による従来のレーザ開始／停止プロセスを示す概略図である。それにより得られた密封ガラスパッケージには、偏光計を用いて応力分析試験が行い、レーザが開始され／停止された地点「Ｐ１」で、高い局所的な応力が示された。それに加え、機械的抗砕屑(anticlastic)曲げ分析試験は、「従来の」レーザ開始／停止地点「Ｐ１」が、損傷の圧倒的な源であったことを示した。３９の異なる試験において、９５％の損傷がレーザの開始／停止地点「Ｐ１」で起こり、損傷の５％はフリット１１６の分配開始／停止地点で起こった。
その一方、図５Ｂは、レーザ出力が変調された新規の可変出力レーザ開始／停止プロセスを示す概略図である（図２も参照のこと）。基本的に、可変レーザ出力は、地点「Ｐ２」で生じる応力を有するというよりもむしろ、広い区域に亘り残留応力を分布させることができる。これを実施するために、従来のレーザ開始／停止プロセスにおいて地点「Ｐ１」で行われたように全封止出力で同じフリット位置に突然に出入りする（図５Ａ参照）よりもむしろ、レーザ出力をゆっくりと上昇させ、次いで、降下させて、レーザ開始／停止地点「Ｐ２」を形成する。可変出力レーザ開始／停止プロセスにより封止されたガラス基板は、従来のレーザ開始／停止プロセスにより封止されたガラス基板と比較して、機械的結着性が約２５％改善された。特に、偏光計応力分析試験は、「従来の」レーザ開始／停止地点「Ｐ１」と比較して、レーザ開始／停止地点「Ｐ２」でまたはその近くで著しく低い応力レベルを示した。また、機械的抗砕屑曲げ分析試験は、レーザ開始／停止地点「Ｐ２」はもはや損傷の圧倒的な源ではなかったことを示した。３９の異なる試験において、損傷の９３％がフリットの分配の開始／停止地点で起こり、他の損傷の７％は、封止ライン１２４に沿った他の地点（レーザ開始／停止地点「Ｐ２」ではない）で起こった。
さらに、追加の実験を行い、この実験は、可変出力レーザ開始／停止プロセスが、密封ガラス基板のピーク負荷能力を増加させたことを示した（図５Ｃ参照）。図５Ｃにおいて、■は、フルパワーの可変出力レーザ開始／停止プロセスを用いた、１つのフリットパターンを有した試験試料（コーニング社(Corning Inc.)によりＥＡＧＬＥ（登録商標）の名称で販売されている）を表し（平均＝１９．８、標準偏差＝１．１９）、○は、従来のレーザを用いた、１つのフリットパターンを有した試験試料を表し（平均＝１５．９、標準偏差＝１．５３）、△は、従来のレーザ出力開始／停止プロセスを用いた、多数のフリットパターンを有した試験試料を表す（平均＝１５．３、標準偏差＝１．２７）。これらの実験結果により、可変出力レーザ開始／停止プロセスも封止ガラスパッケージ（例えば、ＯＬＥＤディスプレイ）の機械的結着性を増加させるのによい方法であることが示される。
さらに、別の実験を行い、これにより、封止方法２００が、２枚の基板１１０および１１８の角部の近くに位置するＯＬＥＤ１１２への熱的損傷の可能性を減少させるためにその角部でレーザ出力を減少させるべきであることが示された。図５Ｄは、レーザ出力とレーザ速度が変更されなかった場合、角部の周りでの封止温度が、直線縁部に沿った封止温度より約２００°高くなり得ることを示す写真である。それゆえ、これらの結果は、２枚の基板１１０および１１８の角部で封止する場合、封止方法２００はレーザ出力を減少させるべきである（例えば、３８Ｗの封止出力について、約３〜５Ｗ）ことを推奨している。例えば、図５Ｅは、レーザ出力を減少させるべき角部の区画ａ，ｂ，ｃおよびｄを示している（所望であれば、レーザ出力は、地点「ｄ」の後のある距離のところで、元のレベルに戻すように増加させても差し支えない）。動作において、コンピュータ１０４およびソフトウェアにより、レーザ出力レベルを、「ａ」と「ｄ」の間で出力レベルを線形に補間することによって、「ａ」および「ｂ」などでの、曲線の半径に沿って多数の位置で指定することができる。所望であれば、角部の周りでレーザ出力を減少させられる量は、その角部でのレーザ滞在時間を同じに維持することもできるようにするであろう、１−ｗ／２／Ｒのようなある種の式を用いることによって計算できる（この実験において、ｗ＝１ｍｍ、Ｒ＝１．５ｍｍ）。角部での出力レベルを減少させる利点は、これにより、気密シール１２０の機械的強度を増加させ、またＯＬＥＤ１１２の熱的損傷を防ぐのに役立つはずであることである。
最後に、ある実験を行い、その実験は、一定のレーザ出力を適用した場合、フリット１１６／電極１１４の区域の上の温度が、フリット１１６／非電極の区域の上の温度よりも一般に高いことを示した。電極１１４は通常良好な熱伝導体であるので、電極１１４の近くのＯＬＥＤ１１２は熱的に影響を受けることがある。それゆえ、レーザ出力を電極１１４上で急速に減少させ、非電極区域上で再び高くした場合、封止ライン１２４に沿った温度、それゆえ、ＯＬＥＤ１１２に近くの温度を制御できる。
図６を参照すると、本発明の第２の実施の形態によりＯＬＥＤディスプレイ１０２を密封するために使用できる封止装置１００’の基本構成要素を示す断面側面図が示されている。この実施の形態において、封止装置１００’は、この新たな封止装置１００’が、レーザビーム１２２’の形状と密度を変化させるのに使用されるレーザ集束ユニット６００が取り付けられたレーザ１０６を有することを除いて、前述の封止装置１００と同じ構成要素を有する。例えば、レーザ集束ユニット６００は、レーザビーム１２２’の焦点をフリット１１６に合わせるまたはレーザビーム１１２’の焦点をぼかす（焦点のぼかされたレーザビーム１２２’が図６に示されている）ことによって、レーザビーム１２２’の形状と密度を変化させるために制御される開口を有することができる。封止装置１００’は、上述した封止方法２００も実行するが、この実施の形態においては、工程２１０（レーザ１０６が最大または最小の出力容量に到達したときに、レーザビーム１２２が封止ライン１２４に沿って移動する速度を動的に変化させる）を実施する代わりに、レーザ集束ユニット６００は、フリット１１６を溶融し、２枚の基板１１０および１１８を連結する気密シール１２０を形成させるのに十分なレーザエネルギー（多すぎもせず少なすぎもしないレーザエネルギー）をフリットにレーザビーム１２２’が与え続けるように、レーザビーム１２２’の形状と出力密度を動的に調節するであろう。
前述したことから、本発明は、ＯＬＥＤディスプレイ１０２および１０２’の所定の位置でレーザ出力を適時にかつ精確に変更させるように、封止装置１００および１００’が、レーザ出力とレーザ／ＯＬＥＤディスプレイ１０２の実質的に一定の動きを同期化させる封止方法２００に関することが、当業者には認識されるであろう。この可変出力封止方法２００には：（１）レーザ開始／停止区域での残留応力を減少させるために、開始／停止区域に亘りレーザ出力を上昇／降下させ、かつ重複させること、（２）角部の近くに位置するＯＬＥＤ１１２への熱的損傷の可能性を減少させるために、角部でのレーザ出力を減少させること、および（３）電極１１４への熱的損傷の可能性を減少させ、電極１１４からＯＬＥＤ１１２への問題となる熱伝達の可能性を減少させるために、電極１１４上のレーザ出力を減少させること、を含むいくつかの他の特徴がある。さらに、可変出力封止方法２００には、他に多くの利点と特徴があり、その内のいくつかを以下に挙げる：
・ ガラス−フリット−ガラスおよびガラス−フリット−電極−ガラス以外の物質を含む封止用途のためにレーザ出力を制御するのにレーザ出力変調手法を使用できる。
・ レーザアナログ出力制御は十分に速く、したがって、レーザ出力変調は良好な空間分解能を有する。例えば、１００マイクロ秒未満の出力変化遅延を有するレーザ１０６を使用できる。このことは、封止速度が５ｍｍ／ｓである場合、０．５マイクロメートルよりも良好な空間分解能を有することが可能であることを意味する。
・ レーザ出力変調手法では、目的の２Ｄ封止位置でレーザ出力レベルを精確に変化させられるように、レーザ出力とＯＬＥＤディスプレイの位置との間の同期化が必要とされる。ＯＬＥＤ封止について、製造環境において実際に封止動作を行う前に、出力プロファイルを実験的に得ることができる。封止装置１００および１００’は、出力制御プロファイルに従い、所望であれば、ガラス−フリット−ガラス領域およびガラス−フリット−電極−ガラス領域についての異なるレーザ出力要件を満たすのを補助するために、フィードバック機構（例えば、温度フィードバック機構）を使用しても差し支えない。一般に、繰返し可能な確固たる封止結果を生じる開ループ封止方法２００を実施するために、この出力制御プロファイル（フィードバック機構のない）を使用できる。
・ レーザ出力変調手法は、マスクを使用した方法よりも良好な封止解決策である。何故ならば、ＯＬＥＤディスプレイ１０２および１０２’内の電極１１４上にマスクを適切に配置／位置決めすることは非常に難しいことがあるからである。
・ レーザ出力変調手法は、可変速度を用いた方法よりも良好な封止解決策である。何故ならば、機械式システムでは、速度を瞬時に変更できないからである。例えば、可変速度方法では、長い移行時間を必要とすることがあり、これにより、望ましくない移行区域が生じ得る。しかしながら、レーザ１０６がその最大出力限界またはその最小出力限界に到達した場合にはいつも、可変速度方法は本発明においてまだ用いられる（図２の工程２１０参照）。
・ レーザ出力変調手法は、速い「戦術時間(tactical time)」完了要件（ＯＬＥＤディスプレイ１０２および１０２’のサイズにかかわらず、一般に、４分の範囲にある）を満たすために、ＯＬＥＤフリット封止プロセスを迅速化できる。さらに、レーザ出力変調手法は、レーザ１０６があるフリットパターン（あるＯＬＥＤディスプレイにおける）から、別のフリットパターン（別のＯＬＥＤディスプレイにおける）へと移動するときに生じる待機モードを円滑にする。その上、レーザ出力変調手法は、レーザ１０６が待機モードからオンモードに切換復帰したときの、時間の最小遅延を特徴とする。このことは、レーザ１０６に熱衝撃を経験させずに済ませ、大きな基板のＯＬＥＤフリット封止に関するパターンスライド(indexing)時間を減少するのに役立つ。
・ 封止方法２００は、フリットの補助がなくても２枚のガラス板を互いに封止するのに使用できる。この場合、ガラス板の一方には、ドープされたガラス板がレーザ１０６からの熱を吸収できるようにフリットをドープするのに用いられたのと同じ物質がドープされているであろう。
・ 互いに封止できるガラス板１１０および１１８は、コーニング社により製造されているコード１７３７のガラス板およびＥＡＧＬＥ ２０００（登録商標）ガラス板であって差し支えない。もしくは、ガラス板１１０および１１８は、旭硝子社（例えば、ＯＡ１０ガラスおよびＯＡ２１ガラス）、日本電気硝子社、ＮＨテクノ社およびサムソン・コーニング・プレシジョン・ガラス社(Samsung Corning Precision Glass Co.)（例えば）などの会社により製造販売されていても差し支えない。ＯＬＥＤ用途において、２枚の基板１１０および１１８が同じまたは類似の熱膨張係数、ＣＴＥを有することが非常に望ましい。
・ 電極１１４は、不透明、反射性、吸収性、透過性またはそれらの任意の組合せであって差し支えない。
・ フリット１１６は、鉄、銅、バナジウム、およびネオジム（例えば）を含む群から選択された吸収性イオンを一種類以上含有する低温ガラスフリットであって差し支えない。フリット１１６は、２枚のガラス板１１０および１１８の熱膨張係数を一致させるまたは実質的に一致させるように、フリット１１６の熱膨張係数を低下させる充填剤（例えば、逆転(inversion)充填剤、付加(additive)充填剤）がドープされていてもよい。本出願に使用して差し支えないいくつかの例示のフリット１１６の組成に関するより詳しい説明については、米国特許出願第１０／８２３３３１号および同第１０／４１４６５３号の各明細書（これらの文献の内容をここに引用する）を参照されたい。
本発明の２つの実施の形態を添付の図面に示し、先の詳細な説明に記載してきたが、本発明は、開示された実施の形態には制限されず、先に述べられ、特許請求の範囲により定義された本発明の精神から逸脱せずに、様々な再配置、改変および置換が可能であることを理解すべきである。
１００ 封止装置
１０２ ＯＬＥＤ
１０４ コンピュータ
１０６ レーザ
１１０，１１８ 基板
１１６ フリット
１１２ ＯＬＥＤ
１１４ 電極
１２２ レーザビーム
１２４ 封止ライン
１０２ ＯＬＥＤ
１０４ コンピュータ
１０６ レーザ
１１０，１１８ 基板
１１６ フリット
１１２ ＯＬＥＤ
１１４ 電極
１２２ レーザビーム
１２４ 封止ライン
Claims (21)
- ガラスパッケージを製造する方法であって、
熱源を用いて、２枚の基板の間に少なくとも１つの素子に沿って配置されたフリットにビームを向ける工程、
前記ビームが、前記２枚の基板の封止ライン上で実質的に等速で移動するように前記熱源または前記２枚の基板を移動させる工程であって、前記封止ラインが、全て前記２枚の基板の間に配置された、前記フリット、電極のない複数の領域、および電極に占められた複数の領域を含むものである工程、
前記ビームが、前記フリットに前記２枚の基板を連結する気密シールを形成させるのに十分な熱源エネルギーを該フリットに与えるように、前記ビームが実質的に等速で移動している間に前記熱源の出力を変調させる工程、および
前記熱源の出力が、前記変調工程中の任意の地点で最大化または最小化されている場合、前記ビームが、前記フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させるのに十分な熱エネルギー源を該フリットに与え続けるように、該２枚の基板上の前記封止ラインに沿って前記ビームを移動する速度を変更する工程、
を有してなる方法。 - 前記ビームが、前記２枚の基板の間に存在する前記電極の上に現在位置しているか否かに応じて、かつ前記ビームが、前記２枚の基板上の前記封止ラインの曲線部分の上に現在位置しているか否かに応じて、前記封止ラインに沿った所定の地点で必要に応じて、線形様式または非線形様式で変化するように前記熱源の出力を制御できるように、前記移動工程と前記変調工程を同期化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記移動工程が、十分な熱源エネルギーが前記フリットに与えられて、該フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させることを確実にするように、前記ビームの移動が、前記２枚の基板の前記封止ライン上の出発地点で始まり、前記２枚の基板の周囲の周りで該封止ライン上を通過し、次いで、該封止ライン上の出発地点上を通過し、該封止ラインのある部分上を通過する、重複移動工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記同期化工程が、移動分解能よりも高い空間分解能で前記熱源の出力を変化させることのできる移動エンコーダ装置を使用する工程をさらに含み、前記ビームが前記２枚の基板上の前記封止ラインに沿った１つのポイント・ツー・ポイント移動を行っている間に、複数の出力制御変化を行うことのできることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記同期化工程が、移動分解能よりも高い空間分解能で前記熱源の出力を変化させることのできる書替え可能ゲートアレイ装置を使用する工程をさらに含み、前記ビームが前記２枚の基板上の前記封止ラインに沿った１つのポイント・ツー・ポイント移動を行っている間に、複数の出力制御変化を行うことのできることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記変調工程が、前記フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させるのに十分な熱源エネルギーを該フリットに与えるように、前記ビームが前記封止ラインに沿って動かされている間に、所定の出力プロファイルを利用して前記熱源の出力の変化を制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記変調工程が、前記フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させるのに十分な熱源エネルギーを該フリットに与えるように、前記ビームが前記封止ラインに沿って動かされている間に、フィードバック機構を利用して前記熱源の出力の変化を制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- ガラスパッケージを封止するための装置であって、
２枚の基板の間に配置されたフリットおよび少なくとも１つの素子から構成された未封止ガラスパッケージがその上に配置されるプラットホーム、
コンピュータ、および
熱源、
を有してなり、
前記コンピュータがその中に記憶された命令を処理して、以下の：
熱源を方向付けて、前記フリットにビームを発射する動作、
前記ビームが、前記２枚の基板の封止ライン上で実質的に等速で移動するように前記熱源または前記２枚の基板を移動させる動作であって、前記封止ラインが、全て前記２枚の基板の間に配置された、前記フリット、電極のない複数の領域、および電極に占められた複数の領域を含むものである動作、
前記ビームが、前記フリットに前記２枚の基板を連結する気密シールを形成させるのに十分な熱源エネルギーを該フリットに与えるように、前記ビームが実質的に等速で移動している間に前記熱源の出力を変調させる動作、および
前記熱源の出力が、前記変調工程中の任意の地点で最大化または最小化されている場合、前記ビームが、前記フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させるのに十分な熱エネルギー源を該フリットに与え続けるように、該２枚の基板上の前記封止ラインに沿って前記ビームを移動する速度を変更できる動作、
を促進させることを特徴とする装置。 - 前記コンピュータが、前記ビームが、前記２枚の基板の間に存在する前記電極の上に現在位置しているか否かに応じて、かつ前記ビームが、前記２枚の基板上の前記封止ラインの曲線部分の上に現在位置しているか否かに応じて、前記封止ラインに沿った所定の地点で必要に応じて、線形様式または非線形様式で変化するように前記熱源の出力を制御できるように、前記移動動作と前記変調動作を同期化させる動作を促進させることを特徴とする請求項８記載の装置。
- 前記コンピュータが、十分な熱源エネルギーが前記フリットに与えられて、該フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させることを確実にするように、前記ビームの移動を、前記２枚の基板の前記封止ライン上の出発地点で開始し、前記２枚の基板の周囲の周りで該封止ライン上を通過させ、次いで、該封止ライン上の出発地点上を通過させ、該封止ラインのある部分上を通過させることによって、前記移動動作を促進させることを特徴とする請求項８記載の装置。
- 前記コンピュータが、移動分解能よりも高い空間分解能で前記熱源の出力を変化させることのできる移動エンコーダ装置と連動することによって前記同期化動作を促進させ、前記ビームが前記２枚の基板上の前記封止ラインに沿った１つのポイント・ツー・ポイント移動を行っている間に、複数の出力制御変化を行うことのできることを特徴とする請求項８記載の装置。
- 前記コンピュータが、移動分解能よりも高い空間分解能で前記熱源の出力を変化させることのできる書替え可能ゲートアレイ装置と連動することによって前記同期化動作を促進させ、前記ビームが前記２枚の基板上の前記封止ラインに沿った１つのポイント・ツー・ポイント移動を行っている間に、複数の出力制御変化を行うことのできることを特徴とする請求項８記載の装置。
- 前記コンピュータが、前記フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させるのに十分な熱源エネルギーを該フリットに与えるように、前記ビームが前記封止ラインに沿って動かされている間に、所定の出力プロファイルを利用して前記熱源の出力の変化を制御することによって、前記変調動作を促進させることを特徴とする請求項８記載の装置。
- 前記コンピュータが、前記フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させるのに十分な熱源エネルギーを該フリットに与えるように、前記ビームが前記封止ラインに沿って動かされている間に、フィードバック機構を利用して前記熱源の出力の変化を制御することによって、前記出力変調動作を促進させることを特徴とする請求項８記載の装置。
- ガラスパッケージを製造する方法であって、
熱源を用いて、２枚の基板の間に少なくとも１つの素子に沿って配置されたフリットにビームを向ける工程、
前記ビームが、前記２枚の基板の封止ライン上で実質的に等速で移動するように前記熱源または前記２枚の基板を移動させる工程であって、前記封止ラインが、全て前記２枚の基板の間に配置された、前記フリット、電極のない複数の領域、および電極に占められた複数の領域を含むものである工程、
前記ビームが、前記フリットに前記２枚の基板を連結する気密シールを形成させるのに十分な熱源エネルギーを該フリットに与えるように、前記ビームが実質的に等速で移動している間に前記熱源の出力を変調させる工程、および
前記熱源の出力が、前記変調工程中の任意の地点で最大化または最小化されている場合、前記ビームが、前記フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させるのに十分な熱エネルギー源を該フリットに与え続けるように、前記熱源の出力で光集束装置を制御して、前記ビームの出力密度を調節する工程、
を有してなる方法。 - 前記ビームが、前記２枚の基板の間に存在する前記電極の上に現在位置しているか否かに応じて、かつ前記ビームが、前記２枚の基板上の前記封止ラインの曲線部分の上に現在位置しているか否かに応じて、前記封止ラインに沿った所定の地点で必要に応じて、線形様式または非線形様式で変化するように前記熱源の出力を制御できるように、前記移動工程と前記変調工程を同期化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
- 前記移動工程が、十分な熱源エネルギーが前記フリットに与えられて、該フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させることを確実にするように、前記ビームの移動が、前記２枚の基板の前記封止ライン上の出発地点で始まり、前記２枚の基板の周囲の周りで該封止ライン上を通過し、次いで、該封止ライン上の出発地点上を通過し、該封止ラインのある部分上を通過する、重複移動工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
- 前記同期化工程が、移動分解能よりも高い空間分解能で前記熱源の出力を変化させることのできる移動エンコーダ装置を使用する工程をさらに含み、前記ビームが前記２枚の基板上の前記封止ラインに沿った１つのポイント・ツー・ポイント移動を行っている間に、複数の出力制御変化を行うことのできることを特徴とする請求項１５記載の方法。
- 前記同期化工程が、移動分解能よりも高い空間分解能で前記熱源の出力を変化させることのできる書替え可能ゲートアレイ装置を使用する工程をさらに含み、前記ビームが前記２枚の基板上の前記封止ラインに沿った１つのポイント・ツー・ポイント移動を行っている間に、複数の出力制御変化を行うことのできることを特徴とする請求項１５記載の方法。
- 前記変調工程が、前記フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させるのに十分な熱源エネルギーを該フリットに与えるように、前記ビームが前記封止ラインに沿って動かされている間に、所定の出力プロファイルを利用して前記熱源の出力の変化を制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
- 前記変調工程が、前記フリットに前記２枚の基板を連結する前記気密シールを形成させるのに十分な熱源エネルギーを該フリットに与えるように、前記ビームが前記封止ラインに沿って動かされている間に、フィードバック機構を利用して前記熱源の出力の変化を制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
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