JP2011524073A

JP2011524073A - ガラスエンベロープを封着するためのマスクおよび方法

Info

Publication number: JP2011524073A
Application number: JP2011513495A
Authority: JP
Inventors: エヌパステル，ミシェル; ピーストリンズ，ブライアン
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2011-08-25
Also published as: US20090308105A1; JP6198883B2; EP2297801A4; JP2016122671A; KR20160029140A; TWI499346B; US8448468B2; KR101608181B1; KR20110030541A; US9399594B2; EP2297801A2; WO2009151592A2; EP2297801B1; CN102089898A; TW201018301A; CN102089898B; JP2015062180A; WO2009151592A3; KR20150013352A; US20130239622A1

Abstract

ＯＬＥＤデバイスなどの温度および環境に敏感な素子を、第１および第２基板の間でフリット壁により包囲しレーザ封着するためのマスクである。このマスクは不透明であり、透明な細長い透過領域を有する。透過領域の幅はフリット壁の幅と実質的に等しい。不透明なマスク材料からなるストリップが、細長い透過領域の長手方向の中心線に略沿って延在している。このマスクは、レーザと第１基板または第２基板との間に位置付けられる。レーザはフリット壁の幅よりも大きい直径を有している概円形のビームを放出する。マスクの不透明部分によりレーザビームの一部は遮断されるが、透明な透過領域によりレーザビームの一部がマスクを通過してフリット壁に衝突し、フリット壁を溶融し、それにより第１および第２基板を結合させ、かつ第１および第２基板間に素子が気密封着されるように、レーザビームはマスクの透過領域を通して導かれる。このマスクを採用して、少なくとも１つのフリットにより分離されている第１基板および第２基板の間にこのような素子を封着するプロセスおよびシステムも開示される。

Description

関連出願の説明

本出願は、２００８年６月１１日に出願された「ガラスエンベロープを封着するためのマスクおよび方法」と題する米国特許出願第１２／１５７，５１５号の優先権を主張するものである。

本発明は、フリット封着されたＯＬＥＤディスプレイのフラットパネルなど、ガラスエンベロープをレーザ封着するためのマスクおよび方法に関する。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、幅広い種類のエレクトロルミネッセンスデバイスにおける使用および潜在的使用により、近年多くの研究対象となっている。例えば、単一のＯＬＥＤは個別の発光デバイスに使用することができるし、あるいはＯＬＥＤアレイは照明やフラットパネルディスプレイ用途（ＯＬＥＤディスプレイなど）に使用することができる。特に、ＯＬＥＤフラットパネルディスプレイは、非常に明るく、色のコントラストに優れ、また視野角が広いことで知られている。しかしながら、ＯＬＥＤディスプレイ、特にその内部に位置する電極および有機層は、ＯＬＥＤディスプレイの中に周囲環境から漏れ入る酸素および湿度の相互作用の影響を受けて劣化しやすい。環境に敏感なＯＬＥＤディスプレイの寿命は、その内部に位置している電極および有機層が周囲環境から気密封着されている場合に著しく増加し得ることは周知である。残念なことに、ＯＬＥＤディスプレイを気密封着する封着プロセスを開発することは、これまで非常に困難であった。ＯＬＥＤのような環境に敏感なデバイスの気密封着は、ＯＬＥＤ材料が温度に敏感であり、かつ約１００℃〜約１２０℃を超える温度まで加熱されると破壊されるという事実により複雑である。

カバーガラスと基板ガラスとの間に位置している温度に敏感なＯＬＥＤデバイスを封着する１つの手法は、カバーガラスと基板ガラスとの間に、光の特定の波長を良く吸収する材料を添加した低温のガラスフリットラインを、ＯＬＥＤデバイスを包囲するように設置するというものである。気密封着をＯＬＥＤデバイスの周囲に形成するためには、例えば高出力レーザや他の放射源でフリットを溶融し、従ってフリットを加熱および溶融する。フリットは冷たくなると硬化し、カバーガラスを基板ガラスと結合させてＯＬＥＤデバイスの周囲に気密封着を形成する。高出力レーザを使用すると、ＯＬＥＤデバイスを包囲しているフリットラインすなわちフリット壁の近くに隣接している、温度に敏感なＯＬＥＤ材料を過熱することなく、フリットを迅速に局部加熱することができる。フリットラインすなわちフリット壁は、典型的には幅が約０．５ｍｍ〜１ｍｍであり、厚さすなわち高さがおおよそ６〜１００μｍであるが、いくつかの事例では幅が約１．５ｍｍ以上になることもある。

ガウシアンプロファイルを有するレーザビームで照射することによりＯＬＥＤデバイスをフリット封着するものが知られている。レーザビームのプロファイルにより、フリットラインを横切る方向に生成される熱分布の勾配のピーク温度はフリットラインの中心に位置する。レーザ封着中のフリットのピーク温度は、おおよそ６００℃程度の高さになる可能性がある。このピーク温度は、例えばリード線材料を溶かしたり、リード線材料をバックプレーンから分離させたりするなど、フリットとバックプレーンの間に位置している材料に望ましくない変化を招いたり、あるいは任意の他の数々の熱的に誘導される変化をバックプレーン材料に生じさせることがある。

当技術では、環境（例えば、周囲環境の酸素、湿度または他の要素）に敏感でありかつ温度の上昇にも敏感な、例えばＯＬＥＤのようなデバイスを気密封着する間に、フリット壁の内側に位置しているデバイスや、フリットとバックプレーンとの間に位置している他のバックプレーン材料を熱的に損傷しない、効果的で高生産（例えば、低封着不良率）のレーザフリット封着プロセスが必要とされている。

本発明による一実施の形態において、少なくとも１つのフリット壁によって分離された第１基板および第２基板と、この第１および第２基板の間に配置された少なくとも１つのディスプレイ素子とを提供するステップ、レーザビームをマスクに通し、かつ第１または第２基板に通して、少なくとも１つのフリット壁上に衝突させるステップ、およびこのビームをフリット壁の長さに沿って移動させてフリットを加熱し、第１基板と第２基板とを封着するステップ、を含む方法が開示される。

本発明のさらなる実施形態において、温度および環境に敏感な素子を密閉する方法が示され、この方法は、第１基板および第２基板の間に延びる高さと幅とを有する少なくとも１つのフリット壁により分離された、この第１基板および第２基板と、第１および第２基板の間に配置されかつフリット壁に包囲された、少なくとも１つの温度および環境に敏感な素子とを提供するステップ；フリット壁の幅よりも大きい直径の、略円形のビームプロファイルを有するレーザビームを生成するレーザを提供するステップ；レーザビームを遮断するための不透明なマスクであって、細長いレーザビーム部がマスクを通過できるようにするために、この不透明材料に設けられた、長さ、およびフリット壁の幅と実質的に等しい幅を有する、実質的に透明な細長い透過開口すなわち透過領域と、細長いレーザビーム部分の中心部分を遮断するために、細長い透過開口の長手方向の中心線に略沿って延在している、不透明材料からなるストリップとを有する、マスクを提供するステップ；マスクを、細長い透過開口がフリット壁と位置合わせされるようにして、レーザと第１基板または第２基板との間に位置付けるステップ；および、レーザビームをマスクの透過開口に通して導き、それによりレーザビームの透過部分がフリット壁に衝突し、素子を過熱および損傷することなくフリット壁を溶融して、第１および第２基板を結合させ、かつ第１および第２基板間に素子を気密封着するステップ、を含む。

フリット壁は、素子を包囲する閉フレームを備えたものでもよく、かつ透過開口は、対応したサイズおよび形状の閉フレームで形成される。

この方法は、（ｉ）第１および第２基板と（ｉｉ）レーザビームおよびマスクとの間に相対運動を生成することにより、レーザビームの透過部分をフリット壁に沿って移動させるステップを含んでもよい。

この方法は、（ｉ）第１および第２基板およびマスクと（ｉｉ）レーザビームとの間に相対運動を生成することにより、レーザビームの透過部分をフリット壁に沿って移動させるステップを含んでもよい。

レーザビームは、約１０ｍｍ／ｓを超えた速度、または約３０ｍｍ／ｓを超えた速度で、フリット壁を移動してもよい。レーザビームを、少なくとも１つの可動リフレクタからビームを反射させることによりフリット壁に対して移動させてもよい。

フリット壁の高さは、１０μｍから３０μｍの間としてもよい。

マスクは、反射面または吸収面を有するものでもよい。

レーザビームは、フリット壁の幅の約２倍よりも大きいスポット直径を有するものでもよい。

本発明は、第１基板および第２基板の間に位置している温度および環境に敏感な素子をレーザ封着するためのマスクをさらに提供するものであり、第１基板および第２基板は、この第１および第２基板の間に延びる高さと幅とを有する少なくとも１つのフリット壁により分離され、かつ少なくとも１つの温度および環境に敏感な素子が、第１および第２基板の間に配置されかつフリット壁に包囲されている。このマスクは、不透明材料に設けられた、長さ、およびフリット壁の幅と実質的に等しい幅を有する、実質的に透明な細長い透過開口すなわち透過領域と、この細長い透過開口の長手方向の中心線に略沿って延在している、不透明材料からなるストリップとを有する、不透明なマスクを含んでもよく、マスクが、フリット壁の幅よりも大きい直径を有している略円形のビームを放出するレーザと、第１基板または第２基板との間に、細長い透過開口の長さがフリット壁と位置合わせされるようにして位置付けられたとき、レーザと第１または第２基板との間のマスクの不透明部分がレーザビームの一部を遮断し、そして透明な透過開口によりレーザビームの一部がマスクを通過してフリット壁に衝突し、フリット壁を溶融し、それにより第１および第２基板を結合させ、かつ第１および第２基板間に素子を気密封着する。

細長い透過開口および不透明材料からなるストリップは、概して楕円状またはスリット状としてもよい。

本発明は、第１基板および第２基板の間に位置している温度および環境に敏感な素子をレーザ封着するためのシステムをさらに提供するものであり、第１基板および第２基板は、この第１および第２基板の間に延びる高さと幅とを有する少なくとも１つのフリット壁により分離され、かつ少なくとも１つの温度および環境に敏感な素子が、第１および第２基板の間に配置されかつフリット壁に包囲されている。このシステムは、第１および第２基板の間でフリット壁に包囲されている少なくとも１つの温度および環境に敏感な素子を備えた、この第１基板および第２基板を支持している、台；フリット壁の幅よりも大きい直径の、略円形のビームプロファイルを有するレーザビームを生成するレーザ；レーザと第１または第２基板との間に位置付けられた、レーザビームの一部を遮断するための不透明なマスクであって、細長いレーザビーム部分がマスクを通過できるようにするために、この不透明材料に設けられた、長さ、およびフリット壁の幅と実質的に等しい幅を有する、実質的に透明な細長い透過開口すなわち透過領域と、細長いレーザビーム部分の中心部分を遮断するために、細長い透過開口の長手方向の中心線に略沿って延在している、不透明材料からなるストリップとを有し、細長い透過開口がフリット壁と位置合わせされるようにして配向されている、マスク；および、レーザビームをマスクの透過開口に通して導き、それによりレーザビームの透過部分がフリット壁に衝突し、素子を過熱および損傷することなくフリット壁を溶融して、第１および第２基板を結合させ、かつ第１および第２基板間に素子を気密封着するように、レーザが取り付けられている固定具、を含んでもよい。

このシステムは、台と固定具との間の相対運動を生成するために、固定具および台のうちの少なくとも１つに作動的に接続された運動制御機構をさらに備えてもよく、それによりレーザビームの透過部分がフリット壁を移動し、素子を過熱および損傷することなくフリット壁を溶融して、第１および第２基板を結合させ、かつ第１および第２基板間に素子を気密封着する。

フリット壁は、素子を包囲する閉フレームを備えたものでもよく、透過開口は、対応したサイズおよび形状の閉フレームで形成され、かつマスクは、透過開口がフリット壁と位置合わせされるようにして台に対して静止した状態で保持される。

運動制御機構は、固定具を台に対して動かすために固定具に作動的に接続してもよいし、あるいは台を固定具に対して動かすために台に作動的に接続してもよい。

マスクを、透過開口がフリット壁と位置合わせされるようにしてレーザに対して静止した状態で保持してもよく、かつ運動制御機構を、固定具を台に対して動かすために台に作動的に接続してもよい。

本発明の他の実施形態において、複数のディスプレイ素子を第１および第２基板の間に配置してもよい。ビームが通過するマスクは、スリット状の透明領域を含みかつ不透明なマスク材料からなるストリップをこのスリットの中央に沿って備えたものであることが好ましい。マスクは、反射面または吸収面を有する材料で形成してもよい。ビームがフリット上を移動する速度は、約１０ｍｍ／ｓを超えた速度、約３０ｍｍ／ｓを超えた速度、または約５０ｍｍ／ｓを超えた速度であることが好ましい。この移動は、少なくとも１つのガルバノミラーからビームを反射させることによって達成できる。

多少なりとも限定する意味を含まずに添付の図面を参照して与えられる以下の説明のための記述の中で、本発明はより容易に理解されるであろうし、他の目的、特徴、詳細および利点がより明確に明らかになるであろう。全てのこの追加されるシステム、方法、特徴、および利点は、本記述の中に含まれ、本発明の範囲内であり、かつ添付の請求項によって保護されると意図されている。

本発明の実施形態によるディスプレイ装置の断面側面図本発明の実施形態による、第１基板とその上に堆積されたフリットとを示す断面側面図フレームの形で堆積されたフリットを示す、図２の第１基板の上面図その上に電極を堆積して備え、さらにディスプレイ素子を備えているディスプレイの部分断面側面図と、封着作業中の、本発明の実施形態によるレーザ、レーザビーム、およびマスクの位置を示す図図４のマスクと一部のフリットを示す部分上面図本発明による中央マスクストリップを有しているマスクで封着したときと、本発明による中央マスクストリップを有していないマスクで封着したときの、フリットラインを横切って生成される温度分布を示すグラフ複数のＯＬＥＤディスプレイ装置を封着するために、本発明による中央マスクストリップを有する複数の透明領域を備えたマスクを示す上面図レーザビームをフリットに沿って移動させるためにミラーを採用した、図４と同様の部分断面側面図

以下の詳細な説明においては、限定ではなく説明のため、具体的詳細を開示する実施形態例を明記して本発明の完全な理解を提供する。しかしながら、本開示から利益を得る通常の当業者には、本発明がここで開示される具体的詳細とは異なる他の実施形態において実施し得ることは明らかであろう。さらに、周知の装置、方法、および材料の説明は、本発明の説明を不明瞭にしないよう省略されることがある。最後に、適用できる限り、同じ参照番号は同様の要素を示す。

本発明の封着技術は、気密封着されたＯＬＥＤディスプレイの製造と関連付けて以下で説明されるが、同じまたは同様の封着技術が、多岐に亘る用途および装置において、特に、温度および／または環境すなわち湿度に敏感なデバイスを２つのガラスシート間に封着するために２つの板ガラスを互いに封着する際に使用できることを理解されたい。従って、本発明の封着技術は、限られた様式で解釈されるべきではないし、また添付の請求項の中で明確に限定されていなければ、ＯＬＥＤデバイスの封着に限定されるべきではない。

図１を参照すると、本発明の実施形態による気密封着された有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ装置の断面側面図が、全体を参照番号１０で指定して図示されている。このＯＬＥＤディスプレイ装置は、第１基板１２、フリット１４、第２基板１６、少なくとも１つのＯＬＥＤ素子１８、およびＯＬＥＤ素子と電気的に接触している少なくとも１つの電極２０を備えている。典型的には、ＯＬＥＤ素子１８はアノード電極およびカソード電極と電気的に接触している。本書において図１の電極２０は、いずれか一方の電極を表している。ＯＬＥＤ素子は簡単のため１つのみ図示しているが、ディスプレイ装置１０は、多数のＯＬＥＤ素子をその中に配置して備えてもよく、さらにそのＯＬＥＤ素子と電気的に接触している多数の電極を有してもよい。典型的なＯＬＥＤ素子１８は、１以上の有機層（図示なし）およびアノード／カソード電極を含む。しかしながら、任意の既知のＯＬＥＤ素子１８または次世代ＯＬＥＤ素子１８をディスプレイ装置１０に使用できることは当業者には容易に明らかであろう。さらに、別の種類の薄膜デバイスをＯＬＥＤ素子１８の代わりに堆積できることは明らかであろう。例えば、薄膜センサ、ＭＥＭＳデバイス、光起電デバイス、または他の湿度すなわち環境に敏感なデバイスまたは材料を、本発明を用いて封着することができる。

好適な実施形態において、第１基板１２はコーニング社（Corning Incorporated）からコード１７３７ガラスまたはＥａｇｌｅ２０００（商標）ガラスというブランド名で製造および販売されているもののような透明な板ガラスである。あるいは、第１基板１２は任意の透明な板ガラスとすることができ、例えば、旭硝子（ＯＡ１０ガラスおよびＯＡ２１ガラスなど）、日本電気硝子、ＮＨテクノ（NHTechno）、サムスンコーニングプレシジョンガラス（Samsung Corning Precision Glass Co.）から製造および販売されているもの、ソーダ石灰ベースのガラス、およびコーニングの０２１１のような他のガラスなどが挙げられる。第２基板１６は、第１基板１２と同じガラス基板でもよいし、あるいは不透明な基板でもよい。

図２〜３に示すように、第１基板１２を第２基板１６と封着する前に、フリット１４を第１基板１２上に典型的にはフリットペーストのラインまたは壁として堆積させる。フリットペーストは、ガラス粉末、バインダ（通常有機バインダ）および／または液体溶剤を含む。フリット１４は、スクリーン印刷、または第１基板１２上にフリットのパターンを供給するプログラム可能なペン型分注ロボットによって、第１基板１２に塗布することができる。例えば、フリット１４を第１基板１２の自由縁部１３から約１ｍｍ離れた位置に置いてもよく、またフリット１４は典型的には閉じたフレームまたは壁の形で堆積される。フレーム状または壁状のフリットの第１基板上でのサイズおよび位置は、ＯＬＥＤディスプレイデバイスを例えば形成してその上に備えている第２基板上に第１基板を位置付けたときに、フレーム状または壁状のフリット１４がＯＬＥＤディスプレイデバイス１８を取り囲むようなサイズおよび位置とする。

一実施の形態において、フリット１４は、封着プロセスで使用されるレーザの動作波長に一致または略一致する所定の波長で十分な光吸収性を有する、低温ガラスフリットである。フリット１４は、例えば、鉄、銅、バナジウム、ネオジム、および（例えば）これらの組合せ、を含む群の中から選択された１以上の光吸収イオンを含んでもよい。フリット１４は、基板１２および１６の熱膨張率に一致または略一致するようにフリット１４の熱膨張率を変化させる充填剤（例えば、転移充填剤（inversion filler）または添加充填剤（additive filler））をさらに含んでもよい。本明細書において使用され得る例示的なフリット組成に関したより詳細な説明として、その内容が参照により本書に組み込まれる「フリットにより密封されたガラスパッケージおよびその製造方法（Glass Package that is Hermetically Sealed with a Frit and Method of Fabrication）」と題された、本出願人所有の米国特許第６，９９８，７７６号明細書を参照する。

フリット１４は、第１基板１２を第２基板１６と封着する前に予備焼結してもよい。これを達成するため、第１基板１２とその上に位置付けられたフリットパターンをとともに、フリットの組成により決定される温度でフリット１４を「焼く」すなわち固める炉の中に置いてもよい。予備焼結の際、フリット内に含有されていた有機バインダ材料は、フリットから出て燃焼する。

フリット１４を予備焼結した後、必要であれば、フリットラインに沿った高さの変化が約２〜４μｍを超えないように研磨してもよい。典型的な目標高さｈは、装置１０の用途次第で１０μｍから３０μｍを超える可能性もあるが、より典型的な高さｈは約１２〜２０μｍである。高さの変化がより大きいと、基板１２と１６を結合させるときにフリットと基板１６との間に間隙が形成される可能性があり、この間隙は、第２基板に対してレーザ封着する際にフリット１４を溶融させても閉じない可能性があり、あるいは、特にフリットおよび／または基板の冷却中に基板に亀裂を生じさせ得る応力がこの間隙により導入される可能性もある。適切な厚すぎないフリット高さｈとすれば、第１基板１２の背面から基板を封着することができる。フリット１４が薄すぎると、レーザ放射を吸収するのに十分な材料がなく失敗に終わる。フリット１４が厚すぎると、第１の表面では溶融させるのに十分なエネルギーを吸収することができるが、第２の基板１６に隣接するフリットの領域に、フリットを溶融させるために必要なエネルギーを到達させることができなくなる。これは通常、２つのガラス基板の接着を弱化させたり斑にさせたりすることに繋がる。

予備焼結されたフリット１４を研磨した場合には、この時点までに蓄積された全ての破片を除去するために、第１基板１２を弱い超音波洗浄環境に通過させてもよい。ここで用いられる典型的な溶剤は、フリットを損傷したり除去したりしないよう、ディスプレイ用裸ガラスを洗浄する際に典型的に使用されるものよりも、かなり弱いものでもよい。洗浄中、温度を低く維持することで、堆積されたフリット１４の劣化を避けることができる。

洗浄後、最終処理ステップを実行し、残留している水分を除去することができる。予備焼結された第１基板１２を、温度１００℃または３００℃のＮ₂雰囲気の真空オーブン内に６時間以上置いてもよい。オーブンから取り出した後、予備焼結された第１基板１２を清浄な乾燥した環境に置き、予備焼結された基板上に封着プロセス前に破片や水分が蓄積するのを防いでもよい。

封着プロセスは、フリット１４を備えている第１基板１２を、１以上のＯＬＥＤ１８と１以上の電極２０とをその上に堆積して備えている第２基板１６の上に、フリット１４と１以上のＯＬＥＤ１８と電極２０とが２つの基板１２および１６の間に挟まれ、フリット壁１４がＯＬＥＤを取り囲むような形で置くステップを含む。封着プロセス中、基板１２および１６が接触し続けるよう、これらの基板に軽い圧力を加えてもよい。図４に示すように、フリット１４が溶融し基板１２を基板１６に接続および接着させる気密封着を形成するよう、レーザ２２はレーザビーム２４ａ〜ｃを第１基板１２に通してフリット１４上へと導きフリット１４を加熱する。気密封着はさらに、周囲環境の酸素および湿度がＯＬＥＤディスプレイ１０の内部に入り込まないようにすることでＯＬＥＤ１８を保護する。

例えば、フリット１４内の温度勾配をより穏やかにするため、レーザビーム２４ａ〜ｃの焦点をぼかしてもよい。急勾配すぎる（集束が強すぎる）と、ＯＬＥＤディスプレイ１０に亀裂が生じて不良となる可能性があることに留意されたい。フリット１４は一般に、溶融する前および後に、暖める段階および冷ます段階を必要とする。さらに、予備焼結された第１基板は、溶融する前にＯ₂およびＨ₂Ｏが再吸着するのを防ぐために不活性雰囲気内に保管するべきである。レーザ２２（すなわちビーム２４ａ〜ｃ）がフリットパターンに対して進む速度は約０．５ｍｍ／ｓから３００ｍｍ／ｓにも亘り得るが、３０ｍｍ／ｓと４０ｍｍ／ｓまたは５０ｍｍ／ｓとの間の速度がより典型的である。レーザビームからの必要な出力は、フリット１４の光吸収係数αおよび厚さｈによって変化し得る。必要な出力は、フリット１４の下（フリット１４と基板１６との間）に、電極２０の加工に使用された材料など反射または吸収層が置かれている場合や、レーザビーム２４ａ〜ｃがフリット上を移動する速度によっても影響される。また、フリット１４の組成、均質性、および充填剤粒子サイズは変化することがある。このことも、衝突したレーザビーム２４ａ〜ｃの光エネルギーをフリットが吸収する際の吸収の仕方に悪影響を与え得る。レーザビーム２４ａ〜ｃがフリット１４上を移動すると、フリット１４が溶融し基板１２および１６を互いに他方に封着する。フリット封着によって生じた基板１２および１６の間のすき間が、ＯＬＥＤ素子１８用の気密ポケットすなわちエンベロープを基板間に形成する。第２基板１６が封着波長で透明である場合には、第２基板１６を通して封着を行ってもよく、この場合には第２基板は第１基板の上に置かれることになることに留意されたい。封着はまた、基板１２および１６の両方を通して行ってもよい。

ディスプレイ装置１０の冷却は、封着直後の基板およびフリットを冷ます間に装置１０（例えばフリット１４や基板１２および１６など）が過剰な応力を受けないように行われるべきである。適切に冷却されなければ、こういった応力が基板同士の接着を弱化させることになり、接着の気密性に影響を与える可能性がある。

基板の１つを通ってフリット１４に衝突するレーザビーム２４ａ〜ｃは、放射断面が略円形のビーム形状と、ガウシアンビーム強度プロファイルとを典型的には有している。そのため、このビームは略円形スポットとしてフリットに衝突し、ビーム径を横切る強度分布はビームの中心軸からの距離の関数として減少する。この強度分布は、ビーム中心軸またはその付近でピーク強度を有する。従来の封着方法では、スポットの直径２ωは（ここでωは、ビーム強度が最大ビーム強度の１／ｅ²である範囲までのビーム軸からの距離）、一般にフリット幅と略同じまたはフリット幅より小さくなるように約０．５から１ｍｍの間のオーダーで選択される。しかしながら、封着速度が例えば約１０ｍｍ／ｓを超えるような高速の場合には、レーザスポットの直径が約１ｍｍ未満であると、フリット上の特定の位置をスポットが離れるときにフリット／基板を急速加熱および冷却することになる可能性があり、このとき望ましいのはフリット／基板にアニールをもたらし得るような比較的遅い加熱および冷却である。

一般的に言って、封着速度は速い方が望ましい。第１に、プロセスの処理能力が増加する。第２に、封着速度が速くなるとレーザ出力の許容変動幅が拡大する。一方、急速冷却を緩和するためにスポットの直径を大きくすると、基板間に挟まれた隣接するＯＬＥＤ素子の加熱に繋がる可能性がある。スポットの直径を拡大させた（フリット幅より大きい）レーザビームを採用するときにこの欠点を克服するため、レーザと第１または第２基板との間にマスクを位置付け、場合によっては、このマスクを通ってレーザビームを導くようにしてもよい。この手法では、拡大されたスポットサイズの一部をマスクで覆い、フリット以外の装置１０の部分（例えば、ＯＬＥＤ素子１８など）が加熱されるのを防ぐ。

スポット直径としては、第１および第２基板１２、１６の間のフリットラインの幅の約２倍よりも大きく、そのスポットの直径を横切るビーム強度分布がビーム中心軸からの距離の関数として減少するようなものを採用することができる。例えば、ビームは実質的にガウシアン強度プロファイルを有するものでもよいが、三角形などの他の形状を有するものでもよい。レーザビームのビーム強度の勾配によって、レーザビーム２４ａ〜ｃがフリットライン１４に沿って進むときにフリット１４を比較的穏やかに加熱および冷却することが可能となり、それによりフリット内部の温度勾配が減少し、そしてフリットに望ましくない亀裂が生じる可能性が減少する。

本発明の実施形態によるマスク３２は、図４および５において第１基板の上方に設置され図示されている。マスク３２は、そのマスクの透明または開口した部分３４ａ、ｂが、基板間に堆積されたフリット１４のライン上に位置付けられるように設置される。図５はマスク３２の一部の拡大図を示したものであり、マスク３２は、フリットライン幅ｗ_fに略等しい、またはマスクと第１基板１２との間の距離によってはフリットライン幅ｗ_fよりも広い、幅ｗ_tを有している、開口しているまたは実質的に透明な透過領域または窓３４と、不透明な非透過領域３６とを備えている。本発明の一実施の形態によるマスクは、マスクまたは他の材料からなる幅ｗ_sの細い不透明または非透過ストリップ３５を、開口している透過領域３４の中央に含む。この細幅マスクストリップ３５はレーザビーム２４ａ〜ｃの中心部分２４ｂを遮断し、残っている開口透過領域３４ａおよび３４ｂを通過する、別々の強度ピークを有する２つの分かれたビーム２４ａおよび２４ｃにレーザビームを分裂させる。

細幅マスクストリップの幅は、溶融されるフリットラインの幅とは無関係であると考えられる。幅ｗ_sが約１００μｍ未満、または約５０μｍから約８０μｍ、あるいは約５０μｍのマスクストリップが良い成績を示すことが既に分かっている。マスクのエッジは、フリットライン１４のエッジと同等の位置、またはフリットラインのエッジ、特にフリットラインの内側エッジを超えても約５０μｍを超えない位置とするべきであり、さもなければリード線やＯＬＥＤ材料を損傷するリスクが増加する。

細幅マスクストリップ３５はレーザビーム２４ａ〜ｃの中心部分２４ｂを遮断し、このため最も高いビーム強度を有しているビーム部分が遮断される。レーザビームの２つの残り部分２４ａおよび２４ｃのビーム強度のピークは、細幅マスクストリップの両側に分かれ、かつそのピーク強度はレーザビームの遮断された中心部分よりも低い。すなわち、ビーム強度のピークが低くより均一で平坦なビーム強度分布がフリットライン１４を横切って作り出され、これによりレーザ封着中フリット内には、ピーク温度が低下したより均一な熱（温度）分布がフリットラインを横切って生成される。図６において、線Ａは、本発明による中央の細幅マスクストリップを有していないマスクで封着したときの、フリットを横切る温度分布の近似値を表したものであり、線Ｂは、本発明による中央の細幅マスクストリップを有しているマスクで封着したときの、フリットを横切る温度分布の近似値を表したものである。図６から分かるように、フリットラインを横切る全体的な温度勾配、およびフリット内の全体的なピーク温度は、本発明による細幅マスクストリップを有しているマスクで封着したとき減少する。

フリットラインを横切る温度分布がより平坦であると、より均一にフリットを溶融することができ、このため、フリット１４の近傍または下に位置しているリード線、ＯＬＥＤ、または他のデバイス材料に損傷を与え得る望ましくないフリットのピーク温度を超えずに、フリットラインに亘りフリットをより完全に溶かすことができる。本発明によるマスクを使用して達成できる、フリットラインに亘るより完全な溶融によれば、従来のマスク設計で達成できる封着よりもかなり有効な封着がフリットラインの幅に亘って生成され、それにより「優れた」封着が増加し、より頑強で強く、そして耐久性のある封着が生成される。本発明による細幅マスクストリップを有していないマスクを採用した場合には、リード線や他のバックプレーン材料を過熱することなしにフリットライン幅の７０％を超える有効封着幅を達成することは困難であることが既に分かっている。本発明による中央マスクストリップ３５を有するマスクで封着すると、中央マスクストリップを有していないマスクで封着したときに比べ、有効封着幅を１０から１５％増加させることができる。ピーク温度がより低く維持されると、リード材料の曲がりの発生、リード材料のバックプレーンからの分離、およびフリット内の過度の熱および／または温度により生じる他の悪影響も減少する。

複数の細幅マスクストリップ（図示なし）を代わりに採用してもよい。例えば、マスク３２の開口透過領域３４に２、３またはそれ以上の平行な細幅マスクストリップ（図示なし）を設けてもよい。これらの細幅マスクストリップは、さまざまな幅のものでもよい。例えば、相対的に幅広の中央細幅マスクストリップを設け、相対的に細い細幅マスクストリップをこの中央マスクストリップの両側に設けてもよい。あるいは、複数の細幅マスクストリップを、フレームの中央に近付くと、すなわち開口透過領域の中央に近付くと、より広くまたはより細くなるものとしてもよいし、あるいは、単一の細幅マスクストリップを開口透過領域の中央からずらして位置付け、例えばフレームの中央近傍に位置付けてもよいし、または中央から離して位置付けてもよい。

その後、レーザビーム２４ａ〜ｃを透過領域に沿って矢印３７（図５に示す）で示される長手方向すなわちフリットライン１４上にトレースさせ、フリットを加熱し、そして基板を気密封着する。ビームスポット３８は幅方向（点線部分のスポット３８と矢印３９により表示する）において、フリット１４の両側は不透明領域３６により、そしてフリットライン中心沿いでは不透明な細幅マスクストリップ３５により遮断され、一方長手方向は、開口透過領域３４ａおよび３４ｂが残っているため遮られない。ビーム（およびスポット）は好適には円形で対称の強度分布を有し、かつ長手方向の強度分布は遮られていないため、（ビームが進む方向に対し、ビーム前方でビーム強度分布が増加すること、およびビーム後方でビーム強度分布が減少することに起因して）フリットの長さに沿って徐々に増加および減少する遮断されていない強度で、フリットを比較的ゆっくりと加熱および冷却することができる。一方、透明領域３４ａおよび３４ｂを通過してフリットに衝突するビーム部分２４ａおよび２４ｃは、特に一緒に組み合わされたとき、上述したようにフリット幅（すなわち、ビームがフリットを移動するときにビームが進む方向に直交する方向）に亘り比較的一定の（平坦な）強度分布を有し、すなわち相対的に均等なフリット１４の加熱が実現する。

マスク３２は吸収性でもよいし反射性でもよい。しかしながら、吸収性マスクはビームにより十分に加熱されてフリットに隣接する敏感なＯＬＥＤ素子を損傷する可能性があるため、反射性マスクが好適である。

上述したように、本発明の実施形態により封着用のビームとして採用されたレーザビーム２４は、焦点が合っていないものでもよいし、あるいは意図的に焦点をぼかしたものでもよい。ビームの集光点がフリット上に位置しないようにビームの焦点をぼかすことを利用すると同時に（フリットラインに対して）長手方向の強度分布を減少させて、フリットおよび／または基板の冷却を高めることができる。１ｍｍ幅のフリットライン１４で封着するとき、フリットに衝突するレーザスポットの直径は約１．８ｍｍより大きくてもよい。

別の実施形態においては、マスクをレーザ自体に取り付けまたは隣接させて、マスクがレーザとともにフリットライン１４上を移動するときにレーザからのビームがマスクを通過するようにしてもよい。この実施形態において、マスクを、円形のアパーチャであり、レーザビームのピークを遮断する、マスク材料からなるドット部をその中心に備えたものとしてもよい。あるいは、本書において前に述べたようにフリットに対してより穏やかに強度が増加および減少することを保つため、アパーチャを、細長い楕円形であって中心にマスク材料からなる細長い楕円形部分を有するものとしてもよいし、あるいは、マスクを、スリット状の透過領域を有するものであってその中にマスク材料からなる細幅ストリップを備えたものとしてもよい。ただし、細長いまたはスリット様の開口または透明領域は、細長い透過領域の長さとフリット壁とが位置合わせされた状態を維持するため、基板１２上に配置されたフレーム状フリットの角部をレーザが移動するときにはマスクを回転させる必要があり得る。あるいは、マスクを、装置１０を保持する台すなわちステージに固定されたままの固定具で保持してもよい。あるいは、マスクを直接装置１０の上に置いてもよいし、または第１基板１２または第２基板１６上に形成しさえしてもよく、さらに所望であれば後に除去してもよい。

この実施形態とその前の実施形態のどちらにおいても、装置１０とレーザビーム２４ａ〜ｃとの間の相対運動は、装置１０をレーザビームに対して動かすことによって、またはレーザ（およびそのビーム）を装置に対して動かすことによって達成できる。例えば、レーザまたは装置を、ｘ−ｙ面で可動なプラットフォーム、台またはステージに取り付けてもよい。ステージは、例えば、その動きをコンピュータ制御することもできるリニアモータステージとすることができる。前述したように、マスクをレーザまたは装置のいずれかに取り付けてもよく、レーザとともに動かしてもよいし、または装置とともに静止したままとしてもよい。あるいは、装置とレーザの両方を静止させ、レーザからのビーム２４ａ〜ｃを１以上の可動リフレクタ（ミラー）４８に向けることによって、ガルボメータ（図８に示す）で制御し（動かし）、装置に対してビームを動かしてもよい。ガルボメータに設置されたミラーの慣性は装置やレーザの慣性と比べて小さいため、レーザビームをフリット１４上に素早い速度で移動させることができる。フリットとレーザとの距離が変化するときには、当技術において既知の適切なレンズ効果技術（テレセントリックレンズなど）を用いることによって、フリット上のスポット径を一定のものとすることができる。

マスク３２は、半導体デバイス製造技術または他の技術においてよく知られている任意の既知の手法で形成することができる。例えば、マスク３２は、透明ガラス基板上にコーティングをスパッタリングして、マスクのコーティング部分がレーザからの光を反射または吸収し、衝突したビームの一部がマスクのコーティングされていない透明ガラス部分３４を通って透過するように形成してもよい。好適には、マスクの透明部分はフリットライン１４と一致する。例えば、フリットライン１４がフレーム状である場合、マスクの透明部分は同様の形状および寸法を有することが望ましい。複数の個別のフレーム状フリット壁が基板上に配置される場合には、マスクが、対応する複数の個別の透明領域３４の配置を有することが好ましい。図７にこのようなマスクを図示する。

あるいは、本発明による反射マスクを、フリット壁１４の分注に採用された設備と同じものを利用するプロセスによって製造してもよい。このマスクプロセスは以下のプロセスステップを含む。最初に、開口透過領域すなわち窓３４ａおよび３４ｂの所望のパターンなど、所望のマスク設計を決定する。ガラス基板上に所望の開口透過領域すなわち窓３４ａおよび３４ｂに対応するフリットパターンを分注し、このフリットを空気乾燥させる。ガラス基板上にアルミニウムまたは他の適切な材料の層を適切な厚さで堆積させる。次に、この堆積された層の上に、さらに銅または他の適切な反射材料の層を適切な厚さで堆積させる。適切な溶剤および研究所の拭取りプロセスを用いてフリットを静かに除去し、従って、アルミニウムおよび銅の層をフリットとともに取り外して、アルミニウムおよび銅の層を貫通して所望の開口透過領域３４ａおよび３４ｂを形成する。こうしてマスクは使用できる状態となる。

上述した本発明の実施形態、特に任意の「好適な」実施形態は、単に実施可能な例であって、本発明の原理を明確に理解するための単なる説明であることを強調したい。本発明の精神および種々の原理から実質的に逸脱することなく、上述の本発明の実施形態に対して多くの変形および改変を作製することができる。全てのこのような改変および変形は、本書において本開示および本発明の範囲内に含まれ、かつ以下の請求項によって保護されると意図されている。

１０ディスプレイ装置
１２第１基板
１４フリット
１６第２基板
２２レーザ
２４レーザビーム
３２マスク
３４透過領域
３５マスクストリップ

Claims

温度および環境に敏感な素子を密閉する方法であって、
第１基板および第２基板の間に延びる高さと幅とを有する少なくとも１つのフリット壁により分離された、該第１基板および第２基板と、前記第１および第２基板の間に配置されかつ前記フリット壁に包囲された、少なくとも１つの温度および環境に敏感な素子とを提供するステップ、
前記フリット壁の前記幅よりも大きい直径の、略円形のビームプロファイルを有するレーザビームを生成するレーザを提供するステップ、
前記レーザビームを遮断するための不透明なマスクであって、細長いレーザビーム部分が該マスクを通過できるようにするために、該不透明材料に設けられた、長さ、および前記フリット壁の前記幅と実質的に等しい幅を有する、実質的に透明な細長い透過領域と、前記細長いレーザビーム部分の中心部分を遮断するために、前記細長い透過領域の長手方向の中心線に略沿って延在している、不透明材料からなるストリップとを有する、マスクを提供するステップ、
前記マスクを、前記細長い透過領域が前記フリット壁と位置合わせされるようにして、前記レーザと前記第１基板または前記第２基板のうちの１つとの間に位置付けるステップ、および、
前記レーザビームを前記マスクの前記透過領域に通して導き、それにより該レーザビームの透過部分が前記フリット壁に衝突し、前記素子を過熱および損傷することなく前記フリット壁を溶融して、前記第１および第２基板を結合させ、かつ該第１および第２基板間に前記素子を気密封着するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
（ａ）（ｉ）前記第１および第２基板と（ｉｉ）前記レーザビームおよび前記マスクとの間に相対運動を生成することにより、前記レーザビームの前記透過部分を前記フリット壁に沿って移動させるステップ、または、
（ｂ）（ｉ）前記第１および第２基板および前記マスクと（ｉｉ）前記レーザビームとの間に相対運動を生成することにより、前記レーザビームの前記透過部分を前記フリット壁に沿って移動させるステップ、
のうちの１つのステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記温度および環境に敏感な素子が少なくとも１つのＯＬＥＤデバイスであることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
前記ビームプロファイルの直径が前記フリット壁の前記幅の約２倍よりも大きいことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の方法。
第１基板および第２基板の間に位置している温度および環境に敏感な素子をレーザ封着するためのシステムであって、前記第１基板および第２基板が、該第１および第２基板の間に延びる高さと幅とを有する少なくとも１つのフリット壁により分離され、かつ少なくとも１つの温度および環境に敏感な素子が、前記第１および第２基板の間に配置されかつ前記フリット壁に包囲されている、システムにおいて、
前記第１および第２基板の間で前記フリット壁に包囲されている前記少なくとも１つの温度および環境に敏感な素子を備えた、該第１基板および第２基板を支持している、台、
前記フリット壁の前記幅よりも大きい直径の、略円形のビームプロファイルを有するレーザビームを生成するレーザ、
前記レーザと前記第１または第２基板との間に位置付けられた、前記レーザビームの一部を遮断するための不透明なマスクであって、前記細長いレーザビーム部分が該マスクを通過できるようにするために、該不透明材料に設けられた、長さ、および前記フリット壁の前記幅と実質的に等しい幅を有する、透明な細長い透過領域と、前記細長いレーザビーム部分の中心部分を遮断するために、前記細長い透過領域の長手方向の中心線に略沿って延在している、不透明材料からなるストリップとを有し、前記細長い透過領域および前記不透明材料からなるストリップが概して楕円状またはスリット状であり、前記細長い透過領域が前記フリット壁と位置合わせされるようにして配向されている、該マスク、
前記レーザビームを前記マスクの前記透過領域に通して導き、それにより該レーザビームの透過部分が前記フリット壁に衝突し、前記素子を過熱および損傷することなく前記フリット壁を溶融して、前記第１および第２基板を結合させ、かつ該第１および第２基板間に前記素子を気密封着するように、レーザが取り付けられている固定具、を備え、さらに、
前記マスクが前記固定具および前記台のうちの１つに対して静止した状態で保持されていることを特徴とするシステム。
前記台と前記固定具との間の相対運動を生成するために前記固定具および前記台のうちの１つに作動的に接続された運動制御機構をさらに備え、前記レーザビームの前記透過部分が前記フリット壁を移動して該フリット壁を溶融することを特徴とする請求項５記載のシステム。
前記温度および環境に敏感な素子が少なくとも１つのＯＬＥＤデバイスであり、さらに、
前記フリット壁が、前記素子を包囲する閉フレームを備え、前記透過領域および前記不透明材料からなるストリップが、対応したサイズおよび形状の閉フレームで形成され、かつ前記マスクが、前記透過領域が前記フリット壁と位置合わせされるようにして前記台に対して静止した状態で保持されることを特徴とする請求項５または６記載のシステム。