JP2013235850A - 電子部品をパッケージする方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＬＥＤなどの温度に敏感な機能を有する素子のためのパッケージを提供する。
【解決手段】パッケージは、第１のガラス基板（１２）、第２のガラス基板（１６）、第１のガラス基板（１２）と第２のガラス基板（１６）とを隔離し、少なくとも１つの温度に敏感な素子を基板(１２、１６)の間に気密封止する壁（１４）を含む。壁（１４）は焼結フリットを含有し、壁の少なくとも一部が、焼結フリットのガラス成分を溶融することによって第２の基板(１６)にレーザ封止される。壁（１４）のレーザ封止された部分の、壁（１４）に沿った任意の位置における最少幅（４０）を２ｍｍ以上として、より大きなパッケージの気密性および強度を得ている。レーザ封止は、パッケージ内に収容される温度に敏感な素子(１８、２８、３６)を実質的に劣化させることなく実行される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスプレイ装置中で使用される有機発光ダイオード(ＯＬＥＤ)のような電子部品をパッケージする方法および装置に関する。

ＯＬＥＤディスプレイは、現時点で液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)を採用する多くの用途で使用することが現在考慮されている。ＯＬＥＤディスプレイは、液晶ディスプレイよりも明るくかつ鮮明なイメージを提供でき、さらに、より少ない電力で足りる。しかし、ＯＬＥＤは、酸素および水分に曝露されることに起因して損傷を受け易い。そのような曝露は、発光デバイスの耐用年数の縮小に至ることがある。従って、気密封止が、ＯＬＥＤの長期性能のための基本的な要件のうちの１つである。

エポキシ樹脂のような有機材料によって、ＯＬＥＤディスプレイを気密封止する努力がなされてきた。実質的により優れた性能を伴う代替技術が、本願の譲受人であるコーニング社によって開発された。この手法によると、フリット含有ペーストが、ガラス粒子、結晶粒子等の充填材料、および、媒体、例えば１種類以上の溶媒を含む媒体と、１種類以上の結合剤および／または分散剤とを混合することにより製造される。ペーストは、第１の基板（例えば、第１のガラス・シート）上に滴下され、例えば高温加熱炉を使用してこれを焼結することで、焼結フリット・パターンが作製される。

上記で得られる、フリット・カバー・ガラスまたは単にカバーとして知られる組立体は、１つ以上のＯＬＥＤ装置を搭載する第２の基板（例えば、第２のガラス・シート）に組み合わされる。カバーおよび第２の基板は、焼結フリット・パターンをレーザ・エネルギーにさらすことで相互に封止される。特に、焼結フリット・パターン上にレーザ・ビームを走査する(横断させる)ことで、焼結フリットの温度をその融点以上に局所的に上昇させる。このようにして、焼結フリットは、第２の基板に付着し、カバーと第２の基板との間で強固な封止を形成する。焼結フリットは有機材料ではなく、ガラスおよびセラミック材料であることから、酸素および水分がフリット封止を通しての浸透は、ＯＬＥＤ装置を封入するために以前から採用されているエポキシ封止に比してはるかに遅い。

例えば対角線が１４インチ以上の標準サイズのテレビジョンのような、大きな寸法のＯＬＥＤ装置の封止は、例えば携帯電話や、ＰＤＡ、他のモバイル電子装置で使用されるような、それよりも小型のＯＬＥＤ装置の封止に比べて困難である。典型的な小型のＯＬＥＤ装置では、約０．７〜１．０ｍｍの封止幅を有する焼結フリットで充分であることが判っている。特に、そのような封止幅により、典型的なディスプレイが１〜３年間は正常に動作するに充分な、水分および酸素に対する障壁が得られることが判明した。また、そのような封止幅により、これら小型の装置に充分な機械的強度が与えられる。その狭い封止幅は、小型のＯＬＥＤ装置で封止幅のために利用可能な小さなスペースにも適合する。例えば、典型的な小型のＯＬＥＤ装置では、封止に専用できるエッジ領域は、僅かに１．０〜１．５ｍｍの幅のみである。

小型の装置とは対照的に、テレビジョンのような大寸法のＯＬＥＤ装置は、より長い稼働時間を必要とし、また、より多くの機械的な必要条件がある。その結果、ＯＬＥＤのような影響を受けやすい電子部品のために、より強度が高くかつ／または水分および酸素の流入からより大きな保護を与える封止を有する大型のパッケージの必要性が高まっている。本発明は、この必要性に応えるものである。

本発明は、第１の態様において、以下：
（Ａ）第１の基板（１２）と、第２の基板（１６）と、前記第１の基板（１２）と前記第２の基板（１６）とを隔て、融点Ｔ_frit-meltを有する焼結フリットを含有し、かつ、前記第１の基板（１２）に接合されると共に前記第２の基板（１６）に接する壁（１４）と、前記第１の基板（１２）と前記第２の基板（１６）との間に配設され、劣化温度Ｔ_degradeを有する、少なくとも１つの温度に敏感な素子（１８、２８、３６）とを供給し、
（Ｂ）直径Ｄ_beamを有するレーザ・ビームを前記壁（１４）に照射し、
（Ｃ）前記壁（１４）の長さ方向に沿って前記ビームを速度Ｓで横断させ、前記壁（１４）を加熱すると共に、前記壁（１４）の幅（４２）の少なくとも一部を前記第２の基板（１６）に封止するパッケージ方法であって、
（ｉ）前記少なくとも１つの温度に敏感な素子(１８、２８、３６)の縁部と、前記第２の基板（１６）に封止された前記壁（１４）部分の縁部との間の、前記壁に沿った任意の位置における最少距離（４４）がＬ_minであり、
（ｉｉ）前記第２の基板(１６)に封止された前記壁（１４）部分の、前記壁に沿った任意の位置における最少幅（４０）がＷ_seal-minであり、かつ
（ｉｉｉ）Ｄ_beam、Ｌ_min、Ｗ_seal-min、Ｔ_frit-melt、Ｔ_degradeおよびＳが以下の関係：
（ａ）Ｗ_seal-min≧２ｍｍ、
（ｂ）Ｄ_beam＞Ｗ_seal-min、
（ｃ）Ｓ≧(11ｍｍ／秒)・(Ｄ_beam／2ｍｍ)・(0.2ｍｍ／Ｌ_min)・(65℃／Ｔ_degrade)²、
（ｄ）Ｓ≦(130ｍｍ／秒)・(Ｄ_beam／2ｍｍ)・(450℃／Ｔ_frit-melt)²
を満たす、パッケージ方法を提供する。

本発明は、第２の態様において、
第１のガラス基板（１２）と、
第２のガラス基板（１６）と、
前記第１のガラス基板（１２）と前記第２のガラス基板（１６）とを隔て、融点Ｔ_frit-meltを有する焼結ガラス・フリットを含有する壁（１４）と、
酸素および／または水分に敏感であり、前記壁（１４）によって前記第１のガラス基板（１２）と前記第２のガラス基板（１６）との間に気密封止され、かつ、劣化温度Ｔ_degradeを有する、少なくとも１つの素子（１８、２８、３６）と
を備えるパッケージであって、
（ｉ）前記壁（１４）の幅（４２）の少なくとも一部が前記第２の基板（１６）に封止され、
（ｉｉ）前記第２の基板（１６）に封止された前記壁（１４）部分の、前記壁に沿った任意の位置における最少幅（４０）がＷ_seal-minであり、
（ｉｉｉ）前記少なくとも１つの素子（１８、２８、３６）の縁部と、前記第２の基板に封止された前記壁（１４）部分の縁部との間の、前記壁に沿った任意の位置における最少距離（４４）がＬ_minであり、
（ｉｖ）Ｗ_seal-min、Ｌ_min、および、Ｔ_frit-meltが以下の関係：
（ａ）Ｗ_seal-min≧２ｍｍ、
（ｂ）０．２ｍｍ≦Ｌ_min≦２．０ｍｍ、
（ｃ）Ｔ_frit-melt≧６．０・Ｔ_degrade
を満たす、パッケージを提供する。

本発明の第１および第２の態様に係る特定の実施の形態では、Ｗ_seal-minは７ｍｍ以下である。Ｗ_seal-minは、６ｍｍ以下かつ３ｍｍ以上であることが好ましく、例えば、Ｗ_seal-minは約５ｍｍに等しい。

本発明は、第３の態様において、
第１のガラス基板（１２）と、
第２のガラス基板（１６）と、
焼結ガラス・フリットを含み、前記第１のガラス基板（１２）と前記第２のガラス基板（１６）とを隔てる壁（１４）と、
酸素および／または水分に敏感であり、前記壁（１４）によって前記第１のガラス基板（１２）と第２のガラス基板（１６）との間に気密封止された、少なくとも１つの素子(１８、２８、３６)と
を含むパッケージであって、
前記壁（１４）が、隔離された複数の区画（３２）を含み、各区画（３２）が複数の副壁（３０）を含み、該複数の副壁は、前記副壁（３０）の少なくとも２つが破損したときにのみ、酸素および／または水分が容易に前記区画を通過するように配置されるパッケージを提供する。

本発明は、第４の態様において、
第１のガラス基板（１２）と、
第２のガラス基板（１６）と、
前記第１のガラス基板（１２）と前記第２のガラス基板（１６）とを隔てる壁（１４）と、
酸素および／または水分に敏感であり、前記壁（１４）によって前記第１のガラス基板（１２）と第２のガラス基板（１６）との間に気密封止された、少なくとも１つの素子(１８、２８、３６) と
を含むパッケージであって、
前記壁（１４）が、焼結ガラス・フリットを含有する複数の副壁（３０）と、（ｉ）例えばエポキシ樹脂などの有機材料を含有し、かつ、（ｉｉ）焼結フリットを含有する２つの前記副壁の間に位置する、副壁（３４）とを含むことを特徴とするパッケージを提供する。ある実施の形態では、有機材料を含有する副壁は、焼結ガラス・フリットを含有する副壁とは接触しない。

本発明の種々の態様の上記概要に用いた参照符号は、単に明細書の読み手の便宜のためであり、本発明の範囲を制限することを意図するものではなく、かつそのように解釈してはならない。より一般的には、上記の全般的な記述および下記の詳細な説明の双方は、本発明の単なる例示であり、本発明の本質および特徴を理解するための概観または骨格を提供することを意図しているものと理解すべきである。

本発明の更なる特徴および利点は、以下に続く詳細な説明において記述され、一部はその記述から当業者に容易に明らかとなり、あるいは、本明細書で記述された発明を実施することによって理解されよう。添付の図面は、本発明の更なる理解を与えるためにこの明細書に含めるものであり、その一部を構成するものである。この明細書および図面で開示される本発明の様々な特徴は、その如何なる組合せにおいても、または、その全ての組合せにおいても使用できるものであることを理解すべきである。

本発明の一実施形態に係るディスプレイ装置の模式的な側面断面図。 本発明の一実施形態に従って、焼結フリット・パターンが接合されたガラス・シートの側面断面図。 枠形状を有するものとして焼結フリット・パターンを示す、図２のガラス・シートの平面図。 本発明に関連する様々な位置関係を示す模式図。 ３つの異なる焼結フリット幅について、レーザ出力とレーザ走査速度との関係を示すグラフ。本図の縦軸はレーザ出力をワットで示し、横軸は走査速度をｍｍ／秒で示す。 ４つの異なるレーザ走査速度について、レーザ出力と焼結フリット幅との関係を示すグラフ。本図の縦軸はレーザ出力をワットで示し、横軸は焼結フリット幅をｍｍ／秒で示す。 本発明のある実施形態で使用可能な熱管理システムを示す模式図。 単一の焼結フリット壁を採用する本発明の実施形態の模式図。 入れ子になった副壁から成る焼結フリット壁を採用する本発明の実施形態の模式図。 焼結フリットから成る副壁と有機材料から成る副壁とが入れ子になった壁を採用する本発明の実施形態の模式図。 局所的な欠陥に起因する漏洩を緩和できる、隔離された区画を有する壁を採用する本発明の実施形態の模式図。

上述のように、本発明は、その態様の幾つかにおいて、例えばＯＬＥＤなどの温度に敏感な素子をレーザ封止することによる、パッケージ化に関し、得られる封止が広い幅（すなわち、大きいＷ_seal-min）を有し、パッケージの強度の増大および長い耐用年数を与える。

図１は、一般に参照符号１０で示される、気密封止されたＯＬＥＤディスプレイ装置の模式的な側面断面図であり、ＯＬＥＤディスプレイ装置は、第１の基板１２、焼結フリット・パターン１４、第２の基板１６、少なくとも１つのＯＬＥＤ素子１８、および、ＯＬＥＤ素子に電気的に接触する少なくとも１つの電極２０を備える。典型的には、ＯＬＥＤ素子１８は、陽極電極および陰極電極に電気的に接触している。図１の電極２０は、いずれの電極をも示すように意図している。単純化のために単一のＯＬＥＤ素子のみを示しているが、ディスプレイ装置１０は、そこに配置された多くのＯＬＥＤ素子を有していてもよい。典型的なＯＬＥＤ素子１８は、１つ以上の有機層(図示せず)と、陽極／陰極の電極とを有する。しかし、公知のいかなるＯＬＥＤ素子１８、または、将来のＯＬＥＤ素子１８がディスプレイ装置１０で使用できることを、当業者は直ちに理解すべきである。加えて、本発明のパッケージには、ＯＬＥＤ素子１８の他に、別の形式の薄膜デバイスを収容できることを理解すべきである。例えば、薄膜センサー、光電池などが、本発明を用いて製造できるであろう。

一実施形態では、第１の基板１２は、溶融プロセスを使用して製造される透明な薄いガラス・シート、例えば、コーニング社のコード１７３７、「ＥＡＧＬＥ２０００（登録商標）」、「ＥＡＧＬＥ ＸＧ（商標）」ガラス、日本電気硝子社の溶融ガラス、ＮＨＴｅｃｈｎｏ、サムソン・コーニング精密ガラス社の溶融ガラスである。これに代えて、第１の基板１２は、他のプロセス、例えば、ＯＡ１０ガラスおよびＯＡ２１ガラスを製造するために旭硝子社によって使用されるフロート法で製造してもよい。第２の基板１６は、第１の基板１２と同じガラスで製造してもよく、あるいは、不透明な基板でもよい。

第１の基板１２を第２の基板１６に封止する前に、フリット含有ペーストを、第１の基板１２の主要な表面に所定のパターンで堆積する。所定のパターンは、典型的には第１の基板１２の自由エッジ１３から約１ｍｍ離れた１本の線または複数の接続された線として配置され、典型的には、閉じた枠または壁の形状で堆積される。本明細書で用いられるように、用語「壁」は、パッケージの内部と外部環境との間の障壁の意味で用いられる。従って、それは、例えば円形、方形、長方形、三角形などの様々な形状をとることができる。本発明のある実施形態では、以下で示すように、壁は複数の副壁(図８〜１０参照)から構成することができる。

好ましくは、フリット含有ペーストは、第１の基板１２上に堆積された後、第２の基板１６に封止される前に焼結される。これを実行するため、堆積されたペーストは、例えば、第１の基板１２に付着するように加熱され、次いで、基板／加熱ペーストの組立体は加熱炉に収容され、加熱炉はペーストを焼結して（この分野では、ペーストを「焼成する」または「固結する」とも呼ぶ）、第１の基板１２に接合された焼結フリット・パターン１４から成る所望の組立体を作製する。これに代えて、その初期加熱ステップを省略して、基板／ペースト・パターンの組合せを、焼結のため加熱炉内に直接に収容してもよい。更なる代替として、焼結を、ガラス・シート全体ではなく、ペースト・パターンおよびそれを囲む基板のみを加熱することで行ってもよい。この局所的加熱は、ペースト・パターンの全体を同時にまたは連続する各部分上で行ってもよい。初期加熱の間に媒体の有機成分、例えば有機結合剤材料が焼失するため、一般に、初期加熱ステップを用いる加熱炉の手法が好ましい。焼結温度および焼結時間は、当然ながら、ペーストの組成、特にペーストのガラス粒子の組成に依存するであろう。

焼結フリット・パターン１４を作製した後に、必要および好みに応じて、フリット線に沿った高さのばらつきが２〜４μｍを超えないように、かつ、対象の標準的な高さＨが装置の用途に応じて１０μｍから２０μｍ以上となるように研磨できる。なお、もっと標準的な高さＨは、約１４〜１６μｍである。高さのばらつきがそれよりも大きいと、ガラス・シート１２と基板１６とを結合したときに、焼結フリット・パターンと第２の基板１６との間に形成され得るギャップが、レーザ封止に際して焼結フリット・パターン１４が溶融するときに閉じないか(下を参照)、あるいは、そのギャップが、特に冷却の際に基板の一方または双方をひび割れさせるような応力を取り込むかも知れない。適当な厚みであるが過度には厚くないフリットの高さＨにより、レーザ封止を第１の基板１２の背後から実行することが可能になる。焼結フリット・パターン１４が薄すぎると、レーザ照射を吸収するのに十分な材料が残されず、欠陥に至る。パターンが厚すぎると、第１の基板の表面が溶融するのに十分なエネルギーは吸収できるものの、焼結フリットを溶融するのに必要なエネルギーが基板１６近傍のフリット領域に到達することを妨げるであろう。これは、第１の基板と第２の基板との接合において、通常は乏しいまたはむらのある接合を生むことになる。

焼結フリット・パターン１４を研磨する場合には、第１の基板１２およびそれに付着した焼結フリット・パターン１４の組立体は、マイルドな超音波洗浄環境にさらされ、蓄積しているであろう残留物が除去される。その洗浄では、温度を低く保って焼結フリット・パターン１４の劣化を回避することができる。（もし行うならば）洗浄の後に、最終の処理ステップを行って残留する水分を除去することができる。例えば、組立体は、１００℃の温度の真空オーブンに６時間以上収容することができる。オーブンから取り出した後に、組立体はクリーン・ルームに収容して、ほこりと残留物の蓄積を防止することができる。

封止プロセスは、１つ以上のＯＬＥＤ１８および１つ以上の電極２０を基板１６の上面に堆積し、焼結フリット・パターン、１つ以上のＯＬＥＤおよび複数の電極が、フリット・パターンの厚みによって隔離された第１の基板１２と第２の基板１６とに挟まれるように、第１の基板１２および焼結フリット・パターン１４の組立体を、基板１６の上面に載置するステップを有する。封止プロセスの間に、第１の基板１２と第２の基板１６との間にさほど強くない圧力を印加して、これらの接触を維持することができる。

次いで、第１の基板１２を通して、レーザ・ビームをフリット・パターン上に導く。これに代えて、もし基板１６が封止用の波長において透過性であれば、封止は、基板１６を通して、または、双方の基板を通して行ってもよい。いずれの場合にも、１つまたは複数のビームを焼結フリット・パターン上で横断させて、焼結フリットのガラス成分が溶融し、基板１２と基板１６とを結合しかつ接合する気密封止を形成するように、パターンを局所的に加熱する。焼結フリット・封止１４の存在に起因する基板１２と基板１６との間のギャップは、ＯＬＥＤ素子１８のための気密容器またはパッケージを形成する。特に、パッケージは、パッケージの表面を構成する２つの基板と、パッケージの壁を構成する焼結フリット１４とを備える。パッケージの気密封止は、周囲環境内の酸素および水分がＯＬＥＤディスプレイ１０内に侵入することを防止することにより、ＯＬＥＤ１８を保護する。

接合で用いる１つ以上のレーザ・ビームは、例えば焦点をぼかすことで、焼結フリット・パターン内の温度勾配を緩和することができる。勾配があまり大きいと（焦点が狭すぎると）ＯＬＥＤディスプレイ１０にひび割れが生じ障害に至ることに留意すべきである。焼結フリット・パターンは、一般に、溶融の際に、ウオーム・アップおよびクール・ダウン段階を必要とする。さらに、使用に先立って、第１の基板１２および焼結フリット・パターン１４の組立体は、不活性雰囲気内で保管して、溶融に先だつＯ₂およびＨ₂Ｏの再吸着を防ぐことが好ましい。

焼結フリット・パターン上でレーザ・ビームを横断させることで気密封止されたパッケージを製造する手法に関する更なる詳細は、本願と同一の譲受人に譲受された米国特許出願第２００６／０８２２９８号、第２００７／０１２８９６５号、第２００７／０１２８９６６号、および、第２００７／０１２８９６７号の各明細書に記載されており、引用によってそれら特許出願の内容の全てを本明細書に援用する。

同様に、パッケージの壁を構成する焼結ガラス・フリットに適した組成は、本願と同一の譲受人に譲受された、発明の名称を「フリットで気密封止されたガラス・パッケージおよびその製造方法」とする米国特許出願第２００５／０００１５４５号明細書に示されており、該出願は、米国特許第６，９９８，７７６号の一部継続出願である。これら双方の出願の内容の全てを、引用によって本明細書に援用する。焼結フリットのガラス成分として現時点で好ましいガラスは以下:２２．９２モル％Ｓｂ₂Ｏ₃、４６．１０モル％Ｖ₂Ｏ₅、０．９７モル％ＴｉＯ₂、０．９７モル％Ａｌ₂Ｏ₃、２．６１モル％Ｆｅ₂Ｏ₃、および、２６．４３モル％Ｐ₂Ｏ₅を含み、焼結フリットの充填粒子として現時点で好ましいセラミックは以下：５０モル％ＳｉＯ₂、２５モル％Ａｌ₂Ｏ_3、および、２５モル％Ｌｉ₂Ｏを含む。現時点で知られているまたはこれから開発される他の焼結ガラス・フリットは、当然のこととして本発明の実施に使用可能である。

先に述べたように、大型のディスプレイ、つまり、少なくとも１４インチの対角線を有するディスプレイは、ＯＬＥＤを封止する既存のプロセスに難問を突きつけている。さらに大型のディスプレイは、より長い封止長を有し、封止によって提供される障壁を通して水分および酸素が浸透する可能性が高い。重要なことは、ＯＬＥＤディスプレイの劣化は、表示領域の全てにおいて一様には起こらず、主として漏洩位置に隣接して起こることである。従って、ＯＬＥＤの劣化速度は、封止の周辺領域である漏洩位置に隣接する領域とほぼ同じである。より大型のＯＬＥＤ装置は、より大きな封止周辺領域を有する。特に、典型的なディスプレイのアスペクト比では、表示領域とその周辺領域の比は、ディスプレイの寸法に比例する。

水分および酸素の透過速度を低下させる１つの方法は、封止の幅を大きくすることである。一般的な条件下では、透過速度の大きさは、焼結ガラス・フリットから成る封止の封止幅の指数関数である。従って、小型のＯＬＥＤ、例えば、携帯電話のＯＬＥＤの耐用年数を、０．７〜１．０ｍｍの封止幅で約１〜２年程度とすると、最小封止幅が５ｍｍの焼結フリットを有する装置の耐用年数は約５０年程度である。更に、より広い封止幅は装置の全体的な機械的強度をも改善するであろう。

焼結フリット封止の有効幅を広くする１つの方法は、互いに入れ子になっている複数の副壁から成る壁を使用することである（例えば、図８〜１０を参照。図では、参照符号１４が壁を、参照符号３０が焼結ガラス・フリットの副壁を示す）。副壁は、例えば、従前から用いられている０．７〜１．０ｍｍ範囲の幅を有しうる。これら複数の副壁の存在により、パッケージの気密性及びその強度が増大する。

残念なことに、本発明に関連して、複数の焼結フリットの副壁自体が、封止にかなりの課題を提示することが発見された。具体的には、副壁のうち１つは、小型のＯＬＥＤパッケージで採用される技術を使用しレーザ封止ができるものの、レーザ封止を他の副壁で行ったときには、レーザにより発生した熱が最初の副壁の封止に損傷を与えることが発見された。特に、次の副壁の封止が、おそらくは熱膨張の結果として、隣接する最初の副壁を層間剥離させることが判明した。従って、レーザ封止の観点からは、焼結フリットの入れ子となった副壁の集合は、１つの厚い壁として取り扱い、一度に副壁の全てを一緒に封止することが必要であることが発見された。

図４は、本発明に関連する様々な位置関係を示す模式図である。この図では、参照符号３６は温度に敏感な素子、例えばＯＬＥＤを示し、参照符号１４は、温度に敏感な素子のために組み立てられたパッケージの壁を示す。壁１４は、１）単一の焼結ガラス・フリット（例えば、図１及び７を参照）、２）複数の焼結フリットの副壁（例えば、図８及び１０を参照。図では焼結フリットの副壁が参照符号３０で示される）、または、３）複数の焼結フリットの副壁、および、有機材料、例えばエポキシ樹脂から成る１つ以上の付加的な副壁の組合せ（例えば、図９を参照。図では焼結フリットの複数の副壁が参照符号３０で示され、有機材料から成る副壁が参照符号３４で示される）とすることができる。

図４では、壁１４の全体幅が線４２で示され、封止幅が線４０で示されており、封止幅が第２の基板にレーザ封止されるべき壁部分である。図４に示されるように、壁１４は副壁を含んでいない。副壁を使用する場合には、全体幅は、単純に、最も内側の副壁の最も内側の縁部と、最も外側の副壁の最も外側の縁部との間の距離であり、封止幅は、壁が第２の基板にレーザ封止される最も内側の位置と最も外側の位置との間の距離である。

封止幅４０は、全体幅４２と等しくてもよく、あるいは、図４に示されたように、全体幅より小さくして、封止されていない部分３８を残してもよい。また、封止幅は、図４に示されるように一様であってもよく、あるいは、壁の長さ方向に沿ってばらつきがあってもよい。いずれの場合にも、封止幅は、最小値、つまりＷ_seal-minによって定められる。図４に示された一様な封止幅の場合には、Ｗ_seal-minは、線４０の長さと等しく、また、一般的な場合には、壁の長さ方向に沿った任意の位置における壁の封止部分の横方向の幅の最小値である。

図４は、さらに温度に敏感な素子３６と壁１４との空間的関係を示す。特に、参照符号４４は、温度に敏感な素子の縁部と、第２の基板に封止される壁部分の縁部との間の最小距離L_minを示す。図４に示されるように、温度に敏感な素子と壁の封止部分との間の間隔は一定であるが、この間隔は、壁の構成と壁によって定められるパッケージ内の１つ以上の温度に敏感な素子の配置とに応じて、壁に沿ったさまざまな位置において異なっていてもよい。間隔が異なる場合には、Ｌ_minは、壁の長さ方向に沿った任意の場所における最少間隔である。

０．７〜１．０ｍｍの範囲の幅を有する焼結ガラス・フリットをレーザ封止する際には、レーザ出力と封止速度について、所定の組合せが許容されることが判明した。例えば、ビーム直径が焼結ガラス・フリットの幅の１．８倍であれば、ガウス強度分布を有するレーザ・ビームが好ましいことが判明した。０．７〜１．０ｍｍの焼結フリットでは、この関係により、焼結フリットにおける一様な温度分布と、焼結フリットに沿った有効な加熱／冷却速度とが得られる（ここで用いられるように、ビーム直径（Ｄ_beam）は、ＩＳＯ１１１４６標準におけるビーム・サイズの１／ｅ^２定義を用いて決定されることに留意すべきである。つまり、レーザ・ビームの境界は、ビーム強度がそのピーク値の１／ｅ^２に低下する位置として定義される）。

ビーム直径および焼結フリット幅を大きくすると、長手方向における個別の位置で加熱される時間長が、大幅に変化する。特に、同じ線形加熱速度を得るためには、レーザ・スポット・サイズが大きいほど、より大きな走査速度を必要とする。別の見方をすれば、１．８ｍｍのビーム・サイズと９ｍｍのビーム・サイズとで同じ走査速度で封止するには、線形加熱速度を実効的に１／５に減らすことを意味する。これら考察は、１．８ｍｍのスポット・サイズによる１ｍｍのフリットの封止と比較して、５ｍｍのフリット封止幅では、９ｍｍのレーザ・スポット・サイズを用いて、かなり高い電力および約５倍の速さの封止速度が必要になることを示唆する。

一般化すれば、封止される壁の幅の変化は、パッケージに供給される熱量が薄い壁と比較してかなり大きいことから、レーザに要求される電力、走査速度、および、最も重要なことには、温度管理を変化させる。更に、ビーム形状の変化もまた、パッケージされる温度に敏感な素子に与える封止プロセスの悪影響の低下に関連する。

一般に、焼結フリットを溶融し第２の基板に封止するのに必要な温度は電力および速度に拘わらず同じであるので、速度と電力はリンクさせている。しかしながら、速度を低くすると、より多くの熱拡散が発生し、ガラスの加熱領域が広くなり、パッケージされる温度に敏感な素子への損傷の可能性が高くなる。

図５Ａおよび５Ｂは、レーザ出力とレーザ走査速度との関係を決定するために、異なるビーム・サイズおよび焼結フリット幅について行われた実験および計算の結果を示している。図５Ａでは、横軸は速度をｍｍ／秒で示し、縦軸はフリットを溶融温度にまで加熱するのに必要なレーザ出力をワットで示している。図５Ｂでは、横軸は焼結フリットの幅をｍｍで示し、縦軸はやはりフリットを溶融温度にまで加熱するのに必要なレーザ出力をワットで示している。図５Ｂでは、５ｍｍを越える焼結フリット幅および８００Ｗを超える電力のプロット値は、より小さな幅およびより低い電力で得られた測定に基づいて計算された値である。

図５Ｂは、更に横線２２および縦線２４を含んでいる。横線２２は、現時点において市場で入手可能なレーザ、即ち３０００〜４０００ワット範囲のレーザの電力値に基づいたレーザ出力の実際的な上限を表す。入手可能ではあるが、そのような電力値の高いレーザは高価であり、従ってコスト効率の観点からは、１０００Ｗ以下の電力値を持つレーザが好ましい。縦線２４は、この基準が適用される場合に、レーザ封止される焼結フリットの幅が約７ｍｍ未満であることが好ましいことを示す。

上記を考慮すると、焼結フリット幅をより大きくするには、より高いレーザ出力およびより速い走査速度を必要とすることが理解されるであろう。特に、封止する焼結フリットの幅を大きくすると、パッケージ内の温度に敏感な素子の損傷のみならずガラス内の熱応力を回避するために、より速い走査速度が必要となる。

一般的な条件下では、レーザ封止の際の局所温度は、電力密度と速度の０．５乗とに比例して変化する。実験上では、焼結フリットの中心および縁部で得られた温度が焼結フリットのガラス成分を溶融させるのに十分なほど高いことを条件として、焼結フリット幅よりも少なくとも１．５倍（好ましくは、１．８倍）は大きい直径を有するガウス形状のビームが、良好な品質で一様な封止を与えることが判明した。５ｍｍのフリットでは、これは９ｍｍのガウス・ビームに相当する。他のビーム形状についても同様に、ビーム幅を決定することができる。

例えば、ガウス・ビームは、ビーム成形装置、例えばニューポート回折光成形装置、カタログ番号ＧＢＳ−ＮＩＲ−Ｈ（ニューポート社（米国カリフォルニア州アーヴィン所在）製）を使用して、フラットトップ・ビームに変換することができる。９ｍｍのガウス・ビームおよ５ｍｍの焼結フリットについては、焼結フリットの中心温度とその縁部温度の比率は、以下：
Ｔ_edge／Ｔ_center≒Ｐ_center／Ｐ_edge*(ａ_center／ａ_edge)^0.5
として計算される。

上記パラメータでは、ガウス・ビームのＴ_edge／Ｔ_centerは０．４８に等しく、これにより、良好な品質の封止が得られることが判明した。フラットトップ・ビームの場合には、Ｐ_center=Ｐ_edgeである。その結果、ビーム直径を極めて小さくでき、例えば、ａ_center／a_edgeは約１．１５とすることができる。これは、円形のフラットトップ・ビームについては、ビーム直径が焼結フリット幅よりも僅かに１．０５倍（好ましくは、１．１５〜１．２倍）大きければよいことを意味する。これは、ガウス・ビームと同じ電力密度では、大きな電力の節約となる。

上記関係は、幾分さらに一般的な以下の関係：
Ｔ_edge／Ｔ_center≒(Ｐ_center／Ｐ_edge)・(Ｄ_beam／a)^0.5(Ｆ(Ｄg,Ｄf,h))
を用いて導き出すこともできる。ここで、Ｐは電力密度、Ｄ_beamはビーム直径、ａはフリット縁部におけるビーム直径部分の長さ、Ｆ(Ｄg,Ｄf,h)は拡散関数であり、Ｄｇはガラス基板の熱拡散係数、Ｄｆは焼結フリットの熱拡散係数、hはフリット幅である。９ｍｍ直径のガウス・ビーム、および、５ｍｍの焼結フリット幅の場合には、上記の関係から、Ｔ_edgeがＴ_centerの０．６〜０．７倍と推定される。

フラットトップ・ビームの場合には、Ｆ(Ｄg,Ｄf,h)が、ガウス・ビームの場合と同じ値になるであろう。Ｄ_beam／aは約２とする必要があり、これはフラットトップ・ビームのビーム直径が、ガウス・ビームにおけるＤ_beam／ｈ＝１．５(好ましくは、１．８)に代えて、Ｄ_beam／ｈ＝１．０５(好ましくは、１．１５)にまで低下させることができることを意味する。

上述のように、焼結フリットを広くするために、ビーム直径をより大きくし、かつ、フリット露光の線速度を同じとするための条件は、より高い電力密度およびより速い移動速度を使用する必要があるということを意味する。移動速度（走査速度）とシステムの他のパラメータとの関係は以下のようにして得られる。

過度な熱損傷を発生することなく良好な封止を得るためには、以下の関係：
Ｋ１＊Ｔ_frit(edge)＜τ^0.5＜Ｋ２＊Ｔ_glass(ｘ)
を満たすことが好ましい。ここで、τは露光時間、Ｋ１およびＫ２は、レーザ電力密度およびその分布に依存するスケーリング係数、Ｔ_frit(edge)は、溶融を達成するために必要な焼結フリットの縁部における温度、Ｔ_glass(x)は、パッケージされる１つ以上の温度に敏感な素子に損傷を与えないように十分に低い必要がある、焼結フリットの縁部から距離ｘの位置でのガラス基板の温度である。この関係で表現されるように、レーザによるフリットの露光時間は、その厚み全体にわたりフリットを溶融するのに十分な長さであり、かつ、焼結フリットの縁部から距離ｘの位置におけるガラスが過度に熱くならないために名十分に短くする必要がある。

典型的な値は、Ｔ_frit(edge)＞４５０℃、Ｔ_glass(ｘ=０．２ｍｍ)＜８５℃（すなわち室温からのΔＴが６５℃に等しい）である。曝露時間は、単純にビーム直径τ＝Ｄ_beam／Ｓに関連する。ここで、Ｄ_beamはビーム直径、Ｓは焼結フリット上でのレーザの走査速度である。１５μｍのフリットをその高さ方向の全てで溶融させるためには、τは約１５ミリ秒（好ましくは２５ミリ秒、これは２ｍｍのビーム直径における７５ｍｍ／秒の走査速度に対応する）よりも大きいことが必要である。Ｘ＞０．２ｍｍでガラスを十分に低い温度に保つには、τは１８０ミリ秒よりも小さいことが必要である。この値は、いかなるビーム直径についても必要な速度の範囲を与える。この範囲は、典型的な焼結フリットおよび典型的なガラス基板の熱拡散率が同程度の大きさを有すること、および、フリットの厚み、例えば１５〜２０μｍが、温度に敏感な素子の焼結フリットの縁部からの距離（例えば２００μｍ）よりも小さいことが期待できることから、様々なシステムに適用可能である。

上記関係を使用すると、５ｍｍのフリットを９ｍｍのビーム直径で封止するためには、速度は３６０ｍｍ／秒よりも小さく、かつ、５０ｍｍ／秒よりも大きいことが必要であり、一方、３ｍｍのフリットを５．４ｍｍのスポット・サイズで封止するには、速度範囲は２１６ｍｍ／秒から３０ｍｍ／秒であると決定可能である。

走査速度Ｓとシステムのパラメータとの関係は、速度決定の中にフリットの封止位置の縁部と温度に敏感な素子との間の距離、その素子の劣化温度、および、焼結フリットの溶融温度を明示的に含めることにより更に定量化できる。それを行うことにより、以下の関係：
Ｓ≧(11ｍｍ／秒）・(Ｄ_beam／2ｍｍ)・(0.2ｍｍ／Ｌ_min)・(65℃／Ｔ_degrade)²、
Ｓ≦(130ｍｍ／秒)・(Ｄ_beam／2ｍｍ)・(450℃／Ｔ_frit-melt)²
が得られる。好ましくは、
Ｓ≦(80ｍｍ／秒)・(Ｄ_beam／2ｍｍ)・(450℃／Ｔ_frit-melt)²
である。

図５に示されるように、速度を速めるためには、焼結フリットで同じ温度に達するために、より高いレーザ出力を必要とする。同じスポット・サイズにおける電力密度Ｐと走査速度Ｓとの関係は、以下:
Ｐ／（Ｓ）^0.5＝一定
のように書ける。

この関係から、速度が４倍に増加すると、Ｐを２倍に増大させる必要があることがわかる。

以上のように、Ｓの上記関係は、パッケージされる１つ以上の素子、例えばＯＬＥＤの劣化温度を考慮に入れている。熱損傷の可能性を更に減らすためには、第１および第２基板の熱収縮を用いることが有用である。そのような熱収縮の例が図６に示されており、そこでは、例えば、プレート２６はアルミニウムから成り、プレート２４はシリカから成りうる。同様に、壁１４の加熱する必要がある部分のみがパッケージを達成するように、レーザ・ビームからマスクすることが好ましい。

図７〜図１０を参照すると、これらの図は、パッケージの壁の様々な構造を示している。これらの図では、参照符号２８は１つ以上の温度に敏感な素子、例えば、パッケージに収容されるＯＬＥＤを示す。

図７は、気密封止を得るために、単一の厚い壁を使用する際の手法を示す。図８は、別の手法を示し、そこでは、壁の全体幅はまだ厚いものの、その厚さを単一の壁で得るのではなく、複数の副壁、例えば、図８に示すように２つの副壁を使用している。

図９は、更に別の手法を示し、そこでは、焼結ガラス・フリットから成る複数の副壁が、有機材料から成る１つの副壁と組み合わせて使用されている。有機材料は、好ましくはエポキシ樹脂であるが、例えば紫外線硬化アクリル樹脂のような他の材料も、本発明のこの態様の実施で使用可能である。有機材料から成る副壁は、好ましくは、図９に示されるような焼結ガラス・フリットから成る副壁の間に挟まれる。しかし、所望により、他の配置、例えば有機材料から成る副壁が最も内側または最も外側の副壁であるような配置も使用可能である。更に、有機材料から成る単一の副壁の使用が図９に示されているが、所望によりこの種の複数の副壁も使用可能である。有機材料から成る副壁を使用する際には、焼結ガラス・フリットから成る副壁を封止するのに使用されるレーザ・ビームは、有機材料に照射されないようにマスクすべきである。

図１０は、隔離された区画３２を形成するように配列された複数の副壁を含む壁を示す。このようにして、区画の少なくとも２つの副壁が破損したときにのみ、酸素および／または水分が、区画の１つを容易に通過可能である。図１０に示された構造以外の構造も、本発明のこの態様の実施において使用することができる。例えば、角度を持たせた副壁を、複数の平行な副壁と９０°に交差させて、壁の長手方向に沿った階段状またはハニカム型の構造を製作することができる。更に、単一層の隔離した区画ではなく、複数層を用いて、壁の局所的な欠陥に対する更に大きな保護を与えることもできる。

上記から、本発明の様々な態様の好ましい実施形態が以下：水分および酸素の浸透速度の低下のために得られる長い耐用年数；強度が封止されるフリットの幅に関係するので、より大きな機械的強度；および／または、気密障壁および高い機械的強度の双方を提供する焼結フリットと有機の封止の組合せを含む多数の利点を提供することが理解できよう。

本発明の範囲および原理から逸脱することなく成される様々な変更は、上記の開示から当業者には明白であろう。一例として述べると、大型のＯＬＥＤディスプレイに用いるパッケージの封止の観点から本発明を記述してきたが、所望により本発明は小型のディスプレイや、別の種類の温度に敏感な素子にも使用できる。以下の特許請求の範囲は、本明細書に記述の特定の実施形態や、その変更、変形、および、等価物をも包含することを意図するものである。

１０ ＯＬＥＤディスプレイ装置
１２ 第１の基板
１３ エッジ／縁部
１４ 焼結フリット・パターン
１６ 第２の基板
１８、２８、３６ 温度に敏感な素子／ＯＬＥＤ素子
２０ 電極
２４、２６ プレート
３０、３４ 副壁
３２ 区画
３８ 封止されない部分

Claims (8)

1. 第１のガラス基板、第２のガラス基板、焼結ガラス・フリットを含み、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを隔てる壁、および、前記壁によって前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に気密封止された少なくとも１つの有機発光ダイオードを備えるパッケージであって、
   前記壁が隔離された複数の区画を含み、各区画は複数の副壁を含み、該複数の副壁は、前記副壁の少なくとも２つが破損したときにのみ、酸素および／または水分が前記区画を容易に通過するように配置されることを特徴とするパッケージ。
2. 前記壁が融点Ｔ_frit-meltを有する焼結ガラス・フリットを含有し、かつ、前記少なくとも１つの有機発光ダイオードが劣化温度Ｔ_degradeを有し、
   （ｉ）前記壁の幅の少なくとも一部が前記第２のガラス基板にレーザ封止され、
   （ｉｉ）前記第２のガラス基板に封止された壁部分の、前記壁に沿った任意の位置における最少幅がＷ_seal-minであり、
   （ｉｉｉ）前記少なくとも１つの有機発光ダイオードの縁部と、前記第２の基板に封止された壁部分の縁部との間の、前記壁に沿った任意の位置における最少距離がＬ_minであり、
   （ｉｖ）Ｗ_seal-min、Ｌ_min、および、Ｔ_frit-meltが以下の関係：
   （ａ）Ｗ_seal-min≧２ｍｍ、
   （ｂ）０．２mm≦Ｌ_min≦２．０mm、
   （ｃ）Ｔ_frit-melt≧６．０・Ｔ_degrade
   を満たすことを特徴とする請求項１記載のパッケージ。
3. Ｗ_seal-min≦７mm、３mm≦Ｗ_seal-min≦６mm、または、Ｗ_seal-min≒５mmであることを特徴とする請求項２記載のパッケージ方法。
4. 前記複数の副壁の少なくとも１つが焼結ガラス・フリットから成ることを特徴とする請求項１記載のパッケージ方法。
5. 第１のガラス基板、第２のガラス基板、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを隔てる壁、および、前記壁によって前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に気密封止された少なくとも１つの有機発光ダイオードを含むパッケージであって、
   前記壁が、焼結ガラス・フリットを含有する２つの副壁と、（ｉ）有機材料から成り、（ｉｉ）前記焼結フリットから成る２つの副壁の間に位置する、１つの副壁とを含む、複数の副壁を含むことを特徴とするパッケージ。
6. 前記有機材料がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項５記載のパッケージ。
7. 前記壁が融点Ｔ_frit-meltを有する焼結ガラス・フリットを含有し、かつ、前記少なくとも１つの有機発光ダイオードが劣化温度Ｔ_degradeを有し、
   （ｉ）前記壁の幅の少なくとも一部が前記第２のガラス基板にレーザ封止され、
   （ｉｉ）前記第２のガラス基板に封止された壁部分の、前記壁に沿った任意の位置における最少幅がＷ_seal-minであり、
   （ｉｉｉ）前記少なくとも１つの有機発光ダイオードの縁部と、前記第２の基板に封止された壁部分の縁部との間の、前記壁に沿った任意の位置における最少距離がＬ_minであり、
   （ｉｖ）Ｗ_seal-min、Ｌ_min、および、Ｔ_frit-meltが以下の関係：
   （ａ）Ｗ_seal-min≧２ｍｍ、
   （ｂ）０．２mm≦Ｌ_min≦２．０mm、
   （ｃ）Ｔ_frit-melt≧６．０・Ｔ_degrade
   を満たすことを特徴とする請求項５または６記載のパッケージ。
8. Ｗ_seal-min≦７mm、３mm≦Ｗ_seal-min≦６mm、または、Ｗ_seal-min≒５mmであることを特徴とする請求項７記載のパッケージ方法。

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