JP5323843B2 - 可変レーザビームによるフリット封止 - Google Patents

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関連出願

本出願は、その内容が依拠され、ここにその全てが引用される、２００７年９月２８日に出願された米国特許出願第１１／９０４６９６号の恩恵と優先権を主張するものである。

本発明は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびＯＬＥＤから製造されたディスプレイの封止に関する。

小型で効率の良いディスプレイに関する用途が潜在的に数多くあるために、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）に多大な注目が注がれている。ＯＬＥＤは電極と有機層を備えている。電極には陽極と陰極の２つの種類がある。また、有機層には導電層と放出層の２つの種類がある。従来の実施において、ＯＬＥＤ構成部材が第１の基板上に配置される。この第１の基板は、典型的に、透明プラスチック、ガラス、またはホイルから製造される。同様の材料から製造された第２の基板が、ＯＬＥＤを覆うのに用いられる。第１の基板と第２の基板は、フリットにより密閉されて、ＯＬＥＤをパッケージ（すなわち、ガラスパッケージ）内に封じ込める。

動作中、陽極と陰極（すなわち、２つの電極）により、電流がこのガラスパッケージを通って流される。電気がＯＬＥＤに印加されると、荷電担体（正孔と電子）が、電極を通じて有機層に注入される。正孔と電子が移動し、有機層の間で結合されると、フォトンが発生して、光が発せられる。

多くの用途において、ＯＬＥＤは、次世代の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づく用途のための代替技術と考えられる。従来のＯＬＥＤには数多くの利点がある。例えば、ＯＬＥＤは、ＬＥＤやＬＣＤにおける結晶層よりも、薄く、軽く、柔軟であることが分かっている。ＯＬＥＤの発光層はより軽いので、ＯＬＥＤの基板は、剛性である代わりに、柔軟性であることができる。その上、ＯＬＥＤは、ＬＥＤより明るく、ＬＣＤのようにバックライトを必要とせず、ＬＣＤと比べてずっとわずかしか電力を消費しない。これらの利点は、携帯電話および携帯端末機などの電池駆動のデバイスにとって特に重要である。最後に、ＯＬＥＤは、製造し易く、大型に製造でき、視野が広い。これらの利点の結果として、ＯＬＥＤの現行の用途としては、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルカメラなどの小型スクリーンデバイス、並びに将来の大型スクリーンテレビなどの大型スクリーン用途が挙げられる。

しかしながら、ＯＬＥＤには数多くの欠点もある。従来のＯＬＥＤの製造は非常に高くつく。問題の１つは、ＯＬＥＤが、雰囲気への曝露により損傷を受け易いことである。有機層を水分と酸素に曝露すると、ＯＬＥＤの有効寿命が減少するであろう。例えば、ＯＬＥＤの性能は、微量の水分の存在下でさえ、急激に低下してしまう。この問題に対処するために、製造中に、ＯＬＥＤを密閉しなければならない。

従来のＯＬＥＤにおいて、密閉は、２枚の基板の間にフリットパターンを施し、フリットを封止して、密閉された気密ガラスパッケージを形成することによって行われる。フリットパターンを溶融し、封止する従来の方法は、レーザにより行われる。

従来のレーザ封止法の使用による気密シールの形成には、数多くの問題がある。導線がガラスパッケージから出て、ＯＬＥＤを他の回路に接続する。その結果、封止プロセスは、気密シールを形成するときに、導線に対処しなければならない。したがって、フリットパターンと交差する導線があるにもかかわらず、気密シールが維持されるような様式で、フリットを配置し、レーザを印加しなければならない。

その上、レーザの使用により、ＯＬＥＤに様々なマイナスの熱影響が生じてしまう。例えば、フリットパターンは、レーザ封止プロセスにより有機材料中に熱欠陥が生じないように、有機材料から十分に離れて基板上に配置されなければならない。その上、不均一なレーザ特徴によって、熱損傷が生じてしまうかもしれない。例えば、レーザにおいて、強度プロファイル、出力、またはビームサイズなどが変化すると、レーザにより、フリットパターンの幅と長さに渡り不均一な結合が生じ、気密シールが不十分になってしまうであろう。

レーザ封止のある従来の方法では、光学マスクを用いて、封止により生じる熱影響および導線に渡る封止に関連する問題を緩和している。しかしながら、マスクによって、封止のための有用なレーザ出力が減少し、その結果、シールの品質と封止に必要な時間が影響を受ける。最終的に、品質と時間により、ＯＬＥＤに基づく製品の製造コストと有効寿命が影響を受ける。

したがって、ＯＬＥＤのレーザ封止に関連する問題に対処することが有益であろう。速度と品質に影響を与えるマスクを用いずに、レーザ封止することが有益であろう。最後に、封止強度とシールの均一性を改善し、これによって、最終的にＯＬＥＤに基づく製品の寿命を増加させる様式で、封止することが有益であろう。

ＯＬＥＤをレーザ封止するための方法および装置を提供する。本発明の教示によれば、より強力でより均一なＯＬＥＤの気密レーザシールが得られる、方法および装置が提供される。ある実施の形態において、ビーム整形機(beam shaper)が提供される。このビーム整形機は、ＯＬＥＤのより強力でより均一な気密レーザシールを形成するために、形状、サイズ、強度プロファイル、出力、封止速度、およびアスペクト比などの、レーザビームおよびレーザ動作の様々な特徴を動的に調節する。

ある実施の形態において、ビーム整形機は、封止プロセス中に実時間でレーザビームの形状および強度プロファイルなどのレーザビームの特徴への動的変更を可能にする光学系を備えている。それゆえ、本発明の教示によれば、レーザビームの形状および強度プロファイルは、導線、フリットパターンの変化、およびＯＬＥＤのレーザ封止に関連する熱問題に対処するように、封止中に調節される。

ある実施の形態において、ビーム整形機は、ビームの形状およびビームのいくつかの特徴を変更するために組み合わせて使用できるいくつかのレンズが設けられている。その結果、ビーム整形機は、ＯＬＥＤデバイスの高速で均一な密封を達成するために、光学マスクを必要とせずに、可変のビーム形状を提供する。ｘおよびｙ方向の両方におけるビームサイズは、フリットパターンの角の曲率、方向変化、および高さの変動を含むフリットパターンに適合するように独立して調節することができる。その上、レーザ出力と封止速度の両方も、動的に調節され、最良の封止性能を達成するためにフリットパターンに沿って変わるであろう。

ある実施の形態において、ＯＬＥＤを封止する方法が提供される。ＯＬＥＤは、基板および基板に対して配置されるフリットパターンを備えており、この方法は、形状、サイズおよび強度プロファイルの特徴を有するレーザビームをフリットパターン上に集束させる工程、およびレーザビームがフリットパターン上を横断するときにレーザビームの特徴の内の少なくとも１つを変更する工程を有してなる。

別の実施の形態において、ビーム整形機を操作する方法が提供される。このビーム整形機は、第１のレンズ、第２のレンズ、第１のレンズと第２のレンズとの間の距離、およびディフューザを備え、この方法は、ビーム整形機により第１のレーザビームスポットを生成する工程、第１のレーザビームスポットでフリットパターンを辿る工程、およびフリットパターンを辿る最中にビーム整形機により第２のレーザビームを生成する工程を有してなる。

別の実施の形態において、ガラスパッケージを封止する方法が提供される。このガラスパッケージは、第１の基板、第２の基板および第１の基板と第２の基板との間に配置されたフリットパターンを備え、このフリットパターンは直線部分と湾曲部分を含み、この方法は、レーザビームスポットをフリットパターンに集束させる工程であって、レーザビームスポットが中央部分と縁部分を有し、レーザビームスポットの縁部分での出力がレーザビームスポットの中央部分での出力よりも大きいものである工程、およびフリットパターンに沿ってレーザビームスポットを移動させることによってガラスパッケージを封止する工程を有してなる。

本発明の教示によれば、矩形、円形および楕円形などの異なる形状により、平らな上部、環状、Ｍ形などの独特なビーム強度プロファイルを達成できるビーム整形機が提供される。ある実施の形態において、ビーム整形機は、レーザビームの強度を再分布させるために、光学系のレンズ間に光ディフューザを挿入することによって、構成できる。光学系にディフューザが設けられた場合、ビームの強度プロファイルはディフューザにより制御されるのに対し、ビームのサイズと形状は、レンズ間の相対距離を変えることによって制御される。その結果、信頼性のある密閉のために、様々なビームを使用できる。

ある実施の形態において、ビーム整形機は、出力が中央部で低く、縁部で高く、正確に制御された出力強度比（すなわち、山谷比）を有する環状ビームまたはＭ形ビームを生成する。ガウス強度プロファイルを有する従来のガウスレーザビームと比較すると、再整形されたビームにより、フリットに渡る温度分布が均一になり、フリットの幅がより良好に利用され、結合強度がより強くなり、隣接する構成部材への熱影響が小さくなり、基板への損傷がより少なくなる。

それゆえ、本発明の教示にしたがって構成されたビーム整形機は、ＯＬＥＤデバイスの密閉のための全ての要件を満たすために使用できる。ビーム整形機は、改善された柔軟性、生産性、より良好な封止性能および機械的強度を提供する。ビーム整形機は、特定のフリットサイズおよびパターンに適合する様々なビームプロファイルを生成する。この様々なビームプロファイルにより、特注のマスクの必要がなくなる。それゆえ、本発明の教示にしたがって構成された封止システムまたはステーションは、様々な異なる製品の大量生産に使用できる。その上、マスクと位置合せプロセスをなくすことによって、製造前時間が省かれ、総費用が減少する。最後に、低損失ガラス材料と共に使用されるビーム整形機は、レーザ出力のほとんどがフリットに集束でき、封止速度を改善できるように、無損失であり得る。

最終的に、本発明の教示にしたがって構成されたビーム整形機によって、封止性能をより良好にでき、機械的強度をより強力にすることができる。ビームプロファイルをフリット幅に適合させると、封止品質を著しく改善することができる。レーザ光（出力）の大半がフリットに集束すると、隣接する区域の熱影響が緩和される。それゆえ、このビーム整形機により、加熱（フリット温度）をより均一にし、フリット幅をよりうまく利用し、基板への結合をより強力にし、隣接する構成部材への熱影響を少なくし、基板への損傷をより少なくすることができる。

本明細書に包含され、その一部を構成する添付の図面は、本発明の特定の態様を例示しており、その記載と共に、制限することなく、本発明の原理を説明するように働く。

本発明の教示にしたがって構成されたビーム整形機の概略図 フリットパターンに沿って移動する可変ビームを示す概略図 図１に示されたビーム整形機に設けられた光学系のある実施の形態を示す概略図 レンズの位置に対してビームサイズをプロットしたグラフ 本発明の教示にしたがって実施された焦点面上のビーム形状（中心のドットを取り囲む多数のドットにより輪郭が描かれている）を示す図 調節可能なビームのサイズと形状を達成するためのレンズ筐体のある実施の形態を示す斜視図 特定のパターンおよび厚さを有する多数の区域からなるディフューザ表面の微小構造を示す図 図１に示されたビーム整形機のレンズ間にビームディフューザを加えることによって達成されるビーム強度のシミュレーションを示す図 位置に対する強度プロファイルを示すグラフ 本発明の教示にしたがって設けられたディフューザにより達成された矩形ビームの写真 ディフューザにより生成されたビームの位置に対して強度がプロットされたグラフ 図１０に示された強度プロファイルを有する再整形されたビームが用いられときの、異なる位置でのレーザ露光時間に対する正規化されたフリット温度（フリットの中心温度に正規化された）をプロットしたグラフ

本発明の教示によれば、ＯＬＥＤを封止するための方法および装置が提供される。ある実施の形態において、レーザビームをフリットパターン上に動的に整形するための方法および装置が提供される。この方法および装置によって、レーザ封止プロセス中に実時間でレーザビームの動的整形およびそのレーザビームの特徴に対する動的変更が可能になる。それゆえ、フリットパターンにおける変化が適応され、より良好な密閉が達成されるであろう。

ある実施の形態において、封止プロセス中の実時間でレーザビームを動的に整形するために互いに対して調節されまたは選択される複数の光学レンズ（すなわち、光学系）を用いて、ビーム整形機が構成される。別の実施の形態において、ディフューザがこの光学系内に位置決めされ、光学レンズとディフューザの組合せが、封止中に実時間で、レーザビームのフットプリント（すなわち、ビームのサイズと形状）を動的に整形し、形状、サイズ、強度プロファイル、出力、およびアスペクト比などのレーザビームの特徴を動的に変更するように、選択および／または調節される。光学レンズおよびディフューザを使用して、楕円形から、正方形からドーナツ形などまでに及ぶ様々なビーム形状が実現されるであろう。その上、ある実施の形態において、ビーム形状が調節されるので、強度プロファイルは、フリットにおける変動に対処し、より良好なシールが得られるように動的に変えられるであろう。

図１は、本発明の教示により構成されたビーム整形機の概略図である。レーザビーム１が、カバー基板７と支持基板９との間に配置されたフリット８を封止するために印加されている。ある実施の形態において、レーザビーム１は、ダイオードレーザ系システムなどのレーザシステム１Ａを用いて生成してもよい。レーザビーム１は、回折限界ビームの品質を有するシングルモードビーム、またはマルチモードビームなどとして実施してもよい。ある実施の形態において、レーザビーム１は光ファイバによって光学系２に送達してもよい。この光ファイバは、シングルモードまたはマルチモードファイバであって差し支えない。様々なレーザビーム生成装置を構成してもよく、それらの装置は本発明の範囲内で考えられることが理解されよう。

ある実施の形態において、光学系２は、レーザビーム１を整形するための多数のレンズ（３，５，６）を備えている。第２の実施の形態において、光学系３は、レーザビーム１を整形するための多数のレンズ（３，５，６）およびディフューザ４を備えている。フリット８は、カバー基板７と支持基板９との間に配置されている。

動作中、光学レンズ（３，５，６）は、レーザビーム１を所望のビーム形状と強度プロファイルに再投射(re-image)するように、互いに対して調節される。例えば、レーザビームは、３つのレンズ（３，５，６）によって、カバー基板７を通してフリット８上に再投射される。レーザの波長は、レーザが基板を透過するが、フリットにより吸収されるように、基板とフリットの両方の最適性能のために選択される。フリット８によってレーザ放射線が吸収されると、急速な局部加熱を生じて、フリット８を溶融し、２枚のガラス基板（７，９）の間に気密シールを形成する。動作中、基板（７，９）とフリット８に対してレーザが動かされる。例えば、ある実施の形態において、レーザビーム１が静止したままであり、基板（７，９）とフリット８が移動してもよい。第２の実施の形態において、光学系２とレーザビーム１が移動し、基板（７，９）とフリット８が静止したままであってもよい。第３の実施の形態において、光学系２および基板（７，９）の両方が互いに対して移動してもよい。その結果、レーザは、フリットを連続的に溶融し、最終的に２枚の基板（７，９）の気密シールを形成する。

図２は、フリットパターン２００に沿って移動する可変レーザビームを示している。例えば、図２は、フリット８が平面図から見えるように、図１のフリット８を示している。フリットパターン２００（すなわち、平面図から見える図１のフリット８）が示されている。フリットパターン２００は、変化し、２０２により示される直線部分および２０４として示される湾曲部分を含む。有機材料２０６がフリットパターン２００の領域内に配置されるであろう。その上、導線２０８がフリットパターン２００の経路と交差するであろう。有機材料２０６は典型的に、レーザ封止により生じる熱影響を避けるために、２１０により示されるように、フリットパターン２００から間隔があけられている。可変レーザビームのフットプリント（２１２，２１４）も示されている。フットプリント２１２およびフットプリント２１４は、レーザビームがフリットパターン２００の異なる部分を移動するときの図１に示されたビーム整形機により再投射された同じレーザビーム（すなわち、異なる時間での）を表す。

フットプリント２１２は、レーザビームがフリットパターン２００の直線部分２０２を移動するときの可変レーザビームを表す。それゆえ、フットプリント２１２は楕円ビームとして実施してよく、この楕円ビームは、直線部分２０２の領域内に留まりながら、直線部分２０２上においてより高速でより広い表面積を包含するので、より一層適切であろう。フットプリント２１４は、レーザビームがフリットパターン２００の湾曲部分２１４を移動するときの可変レーザビームを表す。それゆえ、フットプリント２１４は円形ビームとして実施してよく、この円形ビームは、レーザビームがフリットパターン２００の湾曲部分２０４を移動するときに円形のフットプリントが適切な寸法を提供し、均一なビーム特徴を維持するので、より一層適切であろう。

本発明の教示によれば、動作中、レーザビームは、楕円形フットプリント２１２などの第１のフットプリントを持たせられ、第１の速度で移動し、第１の出力レベルで動作し、第１の強度プロファイルを提供する。第２の実施の形態において、例えば、フリットパターン２００の湾曲部分２０４に沿って、レーザビームは、円形フットプリント２１４などの第２のフットプリントを持たせられ、第１の速度とは異なる第２の速度で移動し、第１の出力レベルとは異なる第２の出力レベルで動作し、第１の強度プロファイルとは異なる第２の強度プロファイルを提供する。それゆえ、レーザビームは、フリットパターンの任意の不均一性に適用するように、封止中に実時間で、動的に調節されるであろう。ある実施の形態において、不均一性としては、高さ、幅、方向などのフリットパターンの任意の変化、並びに有機材料からの間隔、フリットパターンにおける障害、フリットに渡る温度分布の要件（すなわち、均一な分布）、フリット幅の適切な利用、強力な結合強度、隣接する構成部材への熱影響、基板への損傷などの封止動作に影響するまたは強力気密シールを不可能にする任意の追加の課題が挙げられる。

ＯＬＥＤはガラス基板とカバーガラスの間に挟まれており、この基板とカバーガラスはフリットによって互いに封止されて、ガラスパッケージを形成している。フリットパターン２００によって形成されるフリットシールは、通常、ガラスパッケージの外縁に位置している。導線２０８がフリットパターン２００を通り抜け、外部回路と接続している。導線２０８が存在することにより、密閉が難しくなる。何故ならば、不透明な導線２０８は、フリットパターン２００において変動または不連続を引き起こし、不均一なレーザ吸収を生じかつ封止品質に影響を与えるかもしれない異なる吸収特性を有するかもしれないからである。導線２０８は、熱伝導率の差のために、異なる動的熱挙動も誘発する。

本発明の教示によれば、レーザ出力は、最良の封止品質を得るためにフリットの温度が一定であり得るように、レーザが導線２０８に遭遇したときに、変動する。ある実施の形態において、ビームは、導線と有機材料２０６への望ましくない熱影響を避けるために、フリットよりわずかに小さいべきである。

別の実施の形態において、形状、出力および封止速度（すなわち、フリットパターンに渡りレーザビームを移動させる）の間には関係があるので、より高速でフリットを封止できるように、レーザビームにフリットの長い部分を包含させることが有益であろう。例えば、第１の形状とより高出力を有する第１のビームが、第２の形状とより低出力を有する第２のビームよりも速く移動するであろう。別の実施の形態において、形状を楕円形に変化させ、出力と封止速度を調節すると、フリットがレーザビームとの長い反応時間を有するという条件で（すなわち、楕円形が、フリット上のスポットを移動させるのに長い時間がかかるという条件で）、小さな円形ビームよりも、楕円形ビームのほうが、フリットをより遅く加熱・冷却することができるので、封止中の残留応力が減少し、それゆえ、温度勾配と誘発した応力が減少する。

図３は、本発明の教示により構成した光学系を示している。図３は、図１に示されたビーム整形機２の３つのレンズ（３，５，６）を表している。レンズ３０２は図１のレンズ３に相当し、レンズ３０４は図１のレンズ５に相当し、レンズ３０６は図１のレンズ６に相当する。ある実施の形態において、レーザダイオード３００などの光源がレーザを発生させ、このレーザが、第１のレンズ３０２、第２のレンズ３０４を通って、第３のレンズ３０６まで到達する。光源３００は、ダイオードレーザ、またはＮｄ：ＹＡＧレーザ、ファイバレーザまたはダイオード励起固体レーザなどの他のタイプのレーザであって差し支えない。レーザビームは、光ファイバにより送達されてもよい。

ある実施の形態において、第１のレンズ３０２は円柱レンズとして構成してもよい。第２のレンズ３０４は円柱レンズとして構成してもよく、第３のレンズは非球面レンズとして構成してもよい。ある実施の形態において、２つの異なる円柱レンズ（３０２，３０４）を用いて、２つの垂直方向（すなわち、ＸおよびＹ）において異なる像倍率を達成してもよい。何故ならば、円柱レンズは一方向だけしかビーム伝搬に影響しないからである。非球面レンズは、光学収差を減少させる単純な方法を提供する。その結果、円形ビームは、楕円形ビームに転換でき、またはその逆も可能である。したがって、ある実施の形態において、２つの円柱レンズを用いて、レーザビームのサイズを調節してもよく、非球面レンズを用いて、レーザビームの方向を調節してもよい。

ある実施の形態において、レーザダイオードから３つのレンズまでの距離は、それぞれ、１５．７７ｍｍ、４０ｍｍ、および３５．６ｍｍであり、レンズのパラメータが以下の表Ｉに示されている。ある実施の形態において、図３の光学系は、１．５から少なくとも３．０までに及ぶアスペクト比を有する可変楕円形ビームを提供できる多数の光学レンズ（３０２，３０４，３０６）を備えている。レーザビームのアスペクト比は、２つの円柱レンズの間の距離を変えることによって調節してもよい。ビームのアスペクト比は、隣接する構成部材への熱影響が最小である一方で、フリットに沿った封止が最適であるように適切に選択される。例えば、直径１．５ｍｍのレーザダイオードファイバ３００を０．８×１５ｍｍの楕円形ビームに転換することができる。この楕円形ビームは、レンズ３０２と３０４の間の、３０８と示されている距離を変えることによって、０．８×１．５ｍｍから０．８２×２．２ｍｍに変えることができる。

図４は、ビームサイズ対レンズの位置のプロットを示している。図４は、図３のレンズ３０４とレンズ３０２の間の距離（すなわち、図３の３０８）の変化が、レーザビームの形状にどのように影響を与えるかを示している。図４のグラフに示されているように、レンズ３０４とレンズ３０２の間の距離の変化により、Ｙ軸におけるビームの形状は相当変化するが、Ｘ軸にはほんのわずかしか影響がない。この特有の特徴により、レーザビームの楕円形フットプリントを、フリット幅の変化と向きに適合して、レーザビームが適切なレーザ特徴と良好な気密シールでもって角を移動できるように、図２に示すように（すなわち、２１４）フリットパターンの角で変化させることができる。

本発明の教示によれば、ビーム形状を変えると、出力強度が変化し、これには、最適シールを得るために封止速度を変化させる必要があることに留意しなければならない。出力差は、同じレーザ出力を使用する場合、ビームサイズの差を使用することによって予測できる。例えば、０．８２×２．２ｍｍのビームを使用した直線と、０．８×１．５ｍのビームを使用した角との間の出力強度は、同じレーザ出力とすると、［０．８２×２．２／（０．８×１．５）＝１．５］５０％であり得る。同じ封止条件を得るために、フリットは、角で約５０％速く移動すべきであるか、あるいは、一定の速度が望ましい場合、レーザ出力が約５０％低いべきである。

図５は、ビームがビーム整形機（すなわち、図１）によって再整形された後のビーム形状の一例を示している。中心のドットを取り囲む８つのドットが楕円形ビームの縁の輪郭を描いている。円形レーザ光源（すなわち、図３の３００）が作動され、図３に示すような光学系を通って処理された後、楕円形ビームが形成される。本発明の教示によれば、２つの円柱レンズ（３０２，３０４）を互いに対して調節した場合、円形レーザ光源（すなわち、３００）から、図５に示されるような楕円形ビームが生成されるであろう。

図６は、ビームのサイズと形状を調節可能にするためのレンズ筐体のある実施の形態を示している。このレンズ筐体は、図１のビーム整形機を構成するのに使用される物理的装置を表す。本発明のある実施の形態において、レンズの調節は、図６の機械式筐体内にレンズを取り付けることによって行われる。図６に示されるように、第１のレンズ６１０は第１のファイバマウント６００に対して取り付けられ、予め位置決めされるのに対し、第２の円柱レンズ６２０と非球面レンズ６３０は異なる筐体内に取り付けられる。ある実施の形態において、レンズ間の距離は、ファイバとレンズ６１０のの位置を不変に維持しながら、レンズ６２０と６３０を一緒に動かすことによって、変更することができる。距離の変更は、手作業により、またはコンピュータ制御されたステージによって行っても差し支えない。距離の変更中、全てのレンズは、光学歪みを緩和するために、同じ光軸上に留まるべきである。レンズ間の距離を変更する手法の１つでは、全ての光学成分が高精度円筒管を用いて筐体内に取り付けられた円筒マウントを使用する。各高精度管は、同じ外径を有し、同じ内径を有する別の管内に挿入される。外管と内管との間の間隙は、２０マイクロメートル未満であるべきである。レンズ筐体の方向は、外管のスロット中に入る追加のピンを使用することによって、一直線上に維持される。次いで、レンズは、従来のレンズ取付法を使用して筐体内に取り付けても、または接着剤を用いて接着しても差し支えない。ある実施の形態において、各レンズ筐体は、レンズ位置の位置合せのために高精度の基準面を有さなければならない。各レンズの位置許容範囲は通常１０マイクロメートル未満である。

あるレンズ配置が示され論じられているが、各レンズは、性能を最適化するために多数の凸レンズと凹レンズからなるより高性能の複数の要素により置き換えても差し支えない。例えば、ある実施の形態において、非球面レンズは、同様の機能を達成するために、多数の球面レンズで置き換えることもできる。

本発明の教示によれば、ビームサイズを変更するために多数の方法を実施してよい。ある実施の形態において、フリット上のビームサイズ（すなわち、フットプリント）は、大きなビームが望ましい場合、ビームの焦点をぼかすことによって調節することができる。この場合、ビームは、数ミリメートルまで増大させることができる。大きなビームサイズは、より大きな倍率が達成されるように、レンズの焦点距離を変更することによって実現しても差し支えない。ある実施の形態において、各円柱レンズは、レンズ間の距離を変えることによって、有効焦点距離を調節できるように、凸円柱レンズと凹円柱レンズの組合せと置き換えることができる。

図７は、本発明の教示により構成したディフューザを示している。ある実施の形態において、ディフューザは、レーザビームを受光し、その光を所望の事実上任意のパターンに再分布させる回折光学素子と定義される。

本発明の教示によれば、表面上で異なる形状および厚さを有する微小構造を持つディフューザは、ビームの各セグメントの相を変更することによって入力ビームを再度方向付ける。その上、ディフューザは、位置合せに対して敏感ではなく、入力ビームの偏光には影響を与えない。ディフューザは、溶融シリカ、シリコン、プラスチック、または１９３ｎｍから２０μｍの波長を網羅する他の材料から製造することができる。微細加工の使用により、本発明の教示にしたがって構成されたディフューザは、最小のゼロ次のホットスポット（しばしば１％未満）、９５％ほど高い効率で製造することができる。ディフューザを機能させる構造は、散乱中心と呼ばれる。これらは、入射する光線を異なる方向に向ける基本表面ユニットである。大面積に渡る数百万の散乱中心の集まりは、ディフューザの散乱特性を提供するように協力する。典型的な散乱中心は、図７に示されるように、マイクロレンズ要素である。９０％より大きい変換効率を達成するために、各散乱中心は、ある光制御作業を実施するように個々に設計されている。表面構造並びに散乱中心の統計的分布は、注意深く設計され、作製される。

光学ディフューザを使用することにより、任意の形状のビーム強度プロファイルを有するレーザビームのほとんど任意の形状を達成することが可能になる。本発明のある実施の形態において、ディフューザを用いて、ビーム強度プロファイル、広がり角、およびビーム形状などのレーザビームの特徴を調節してもよい。例えば、ディフューザを用いて、ビームの強度プロファイルを調節してもよい。ある場合には、封止強度および品質を最適化するために、上部が平らやドーナツ状などの独特な強度プロファイルを有するビームが要求される。これは、レンズの間にビームディフューザを挿入することによって実施することができる。ある実施の形態において、均一な加熱で強力な封止を達成するために、中央が深くなった強度プロファイル（すなわち、Ｍ形プロファイル）を有するビームが要求される。そのような強度プロファイルを達成するための鍵は、ガウス強度プロファイルを、最小の残留ゼロ次（すなわち、中心ピーク）でＭ形プロファイルに転換できるディフューザを選択することである。

フリット封止において、ビーム形状および強度プロファイルは、強力な封止を達成するために特に重要である。ある実施の形態において、中心の強度が高いガウスビームを、中心の強度がビームの縁よりも低いドーナツ形ビームに転換するためにディフューザが用いられる。図８Ａは、図１に示されたビーム整形機のレンズの間にビームディフューザを加えることによって達成される、ビーム強度プロファイルを示している。図８Ｂは、位置に対する強度プロファイルの一例である。ディフューザは、元の円形ビームからのパワーを縁に再分布させ、レンズがビームを図８Ａに示されたような楕円リングに再投射する。この実施の形態において、ビームの強度プロファイルはディフューザにより制御されるのに対し、ビームサイズはレンズにより制御される。異なるディフューザを使用すると、ビーム形状を変えずにパワー強度を変えることができるのに対し、レンズ距離を変えると、ビームの強度プロファイルを変えずに、異なるビームサイズが得られる。したがって、本発明の教示にしたがって構成されたビーム整形機（すなわち、図１）は、ビームサイズとパワー強度を独立して制御することができる。

ある実施の形態において、円形のガウスビームを、ビームに渡りかなり均一な強度または図９に示されるような縁の周りがわずかに高い強度を有する矩形状ビームに転換するためにディフューザが用いられる。この場合、アスペクト比は同様にレンズの距離によって制御される。フリット封止にビームが用いられる場合、ビームは、直線部分に沿って約２〜４のアスペクト比で変化するのに対して、導線およびディスプレイ素子への潜在的な損傷を避けるために、角ではアスペクト比が約１まで減少する。

本発明の教示によれば、新たなビームプロファイルを構成できる。そのビーム強度は、レーザビームの中心で低く、レーザビームの中心からレーザビームの縁まで移動するにつれて増加する。０．７ｍｍ幅のフリットについて、フリットの縁とフリットの中心との間のパワー強度の比は、図１０に示されるように、３．２３である。フリットを照射するためにそのようなビームを使用する場合、フリット幅に渡る温度差は、光学マスクと共にガウスビームを使用した従来の手法による温度差よりも著しく小さい。フリット幅に渡るこのより均一な温度によって、フリットが均一に加熱され、したがって、フリットの基板への結合が幅に渡りより均一になり、フリットの幅がよりよく利用される。フリット結合面積がより大きく、機械的強度がより強くなるので、この新たなビームプロファイルにより、封止されたＯＬＥＤデバイスの機械的強度を増加させることができる。

ある実施の形態において、封止速度を変えずに、フリットを横切る導線を含む区域をビームが通過したときに、レーザ出力は減少させられる。その良好におけるフリットの体積は導線のない領域のものよりも小さいので、出力を減少させることによって、その領域の加熱を防ぎ、それゆえ、導線が潜在的に損傷するのを防ぐことができる。出力の減少は、フリットと導線両方のサイズと材料に依存する。通常は、出力は、１５％未満、好ましくは１０％未満に減少させるべきである。

本発明を、その説明の態様と特別な態様に関して詳しく記載してきたが、添付の特許請求の範囲により定義された本発明の広い範囲から逸脱せずに様々な改変が可能であるので、本発明は、それらの態様に制限されると考えるべきではないことが理解されよう。

１ レーザビーム
２ 光学系
３，５，６，３０２，３０４，３０６ レンズ
４ ディフューザ
７ カバー基板
８ フリット
９ 支持基板
２００ フリットパターン
２０６ 有機材料
２０８ 導線

Claims (8)

1. 基板と該基板に対して配置されたフリットパターンを備えたＯＬＥＤデバイスを封止する方法であって、
   形状、サイズおよび強度プロファイルの特徴を有するレーザビームを前記フリットパターンに集束させる工程、
   前記レーザビームが前記フリットパターンを辿るときに該レーザビームの前記強度プロファイルを変更する工程、
   を有してなる方法。
2. 前記レーザビームが前記フリットパターンを辿るときに該レーザビームの前記形状を変更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。
3. 前記レーザビームが前記フリットパターンを辿るときに該レーザビームの前記サイズを変更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。
4. 前記フリットパターンが直線部分と湾曲部分を含み、前記レーザビームを集束させる工程が前記直線部分に行われ、前記レーザビームの強度プロファイルを変更させる工程が前記湾曲部分に行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 集束された前記レーザビームが前記フリットパターン上に、中央部分と縁部分を有する第１のレーザビームスポットを形成し、該レーザビームスポットの縁部分での出力が、該第１のレーザビームスポットの中央部分での出力よりも強いことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記レーザビームの形状が、前記フリットパターンの直線部分を辿っている間の楕円形から、該レーザビームが該フリットパターンの湾曲部分を辿るときに、円形に変えられることを特徴とする請求項２記載の方法。
7. 前記レーザビームが電極に遭遇したときに、該レーザビームの出力が変えられることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記レーザビームが前記フリットパターンを辿るときに、該レーザビームのアスペクト比を変更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。

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