JP5416719B2 - 大型装置のフリットシーリング - Google Patents

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関連出願の説明

本出願は、２００８年２月２９日に出願された米国特許出願第１２／０７４１５６号の優先権の利益を主張するものである。

本発明は、フリット材料を使用した、装置のシーリングに関する。特に、本発明は、フリット材料を直接抵抗加熱して、チャンバを有する装置の気密シーリングすること、およびこうしてシールされた装置に関する。本発明は、例えば大型ＯＬＥＤ装置のシーリングに有用である。

多くの光学的および／または電気的装置は、複数の部品により画成されるチャンバを有し、追加の光学的および／または電気的素子が、このチャンバ内に収容されて保護される。このような装置のこういったチャンバには、装置の寿命を延長させるため、包含される部品によっては気密シーリングが所望されることがあり得る。気密シーリングは難題となり得る。

例えば、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）ディスプレイは次世代ディスプレイ市場に参入しつつあるが、気密シーリング技術はその商業化にとってのハードルの１つとなっている。ダイオードは一般に、酸素と水分に非常に敏感である。すなわち、これらを収容するチャンバには、気密シーリングが必要となる。このような気密チャンバを形成するために、板ガラスを接合およびシールするフリットシーリング方法がこれまで種々開発されてきた。１つの例示的な方法では、赤外線レーザビームなどの電磁照射を用いてフリット材料を加熱および軟化して気密シーリングを達成する。

別の方法として、部品同士をシールするために、フリット材料を直接抵抗加熱して部品の接着を達成するものがある。特許文献１および特許文献２では、フリット材料を直接抵抗加熱して２つの基板を接合するものが開示されている。しかしながら、この開示された直接抵抗加熱の手法には種々の欠点があり改善を要する。欠点の１つは基板間のフリット材料の不均一加熱であり、これはシール内の応力およびクラックの形成に繋がり得るし、さらには層間剥離に繋がる可能性もある。

ＯＬＥＤディスプレイベースのフラットパネルＴＶなど、広面積のエンクロージャを有する装置のフリットシーリングは著しい技術的課題を呈する。従来のフリットシーリングは、大型のベース基板とカバー基板との間の接着剤および物理的スペーサ部品として１層のフリット材料を用いているが、従来のフリットシーリングをこれほど大型のものに対して効果的に用いることはできない。接着強度も間隔も不十分なものとなる可能性がある。ガラス基板が撓むことにより、カバープレートと電子部品を搭載している基板との間に好ましくない接触が起きる可能性がある。

米国特許出願公開第２００７／００９６６３１号明細書 米国特許第７，２８２，３９３号明細書

本発明は、大型の装置において強固な気密シーリングを得ることができる直接抵抗加熱方法を提供するものである。

本発明の第１の態様は、
（Ｉ）第１基板、
（ＩＩ）第１基板に気密接着された、閉ループ形状の無機スペーサユニット、
（ＩＩＩ）スペーサユニットに気密接着された、電気的に閉ループの構造を有し、かつスペーサユニットに実質的に相当する形状を有している、抵抗加熱素子、
を備えている装置に関する。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、この装置は、第１基板に気密接着された、複数の閉ループ形状のスペーサユニットを備えている。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、スペーサユニットの高さは０．３から２０ｍｍ、特定の実施形態においては０．５から２０ｍｍ、特定の他の実施形態においては０．５から１５ｍｍ、特定の実施形態においては０．５から１０ｍｍ、特定の実施形態においては０．５から５ｍｍである。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、スペーサユニットと抵抗加熱素子は、フリット材料を介して接着される。特定の実施形態において、抵抗加熱素子とスペーサユニットとの間のフリット材料は、複数の閉ループを形成している。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、この装置は、
（ＩＶ）抵抗加熱素子の第１基板からより遠いこの抵抗加熱素子の表面上に接着された、第１フリット材料層、
をさらに備えている。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、この装置は、
（Ｖ）第１フリット材料層に接着された第２基板、
をさらに備えている
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第１基板および第２基板はガラス材料で作られている。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、スペーサユニットは、ガラス、およびガラスセラミックから選択された材料で作られている。

第１フリット材料層を備えている本発明の第１の態様の特定の実施形態において、
第１フリット材料層は複数の閉ループを形成している。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第１基板および第２基板の間に、気密シールされたエンクロージャが画成される。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、この装置は、エンクロージャ内部に収容された電子素子を備えている。特定の実施形態において、この電子素子は有機エレクトロルミネセンス材料を含む。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第１フリット材料層と第２基板との間の接着応力は実質的に均一である。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、抵抗加熱素子の平均厚さは、０．０２５から２．５ｍｍである。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、抵抗加熱素子は、導線部分を除いて、実質的に均一の厚さおよび幅を有している。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、この装置は、
（ＶＩ）第１基板とスペーサユニットとの間に第２フリット材料層、
をさらに備えている。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第１フリット材料層および第２フリット材料層は、本質的に同じフリット材料からなるものである。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、抵抗加熱素子は、アンバー（登録商標）およびコバール（登録商標）などの、Ｎｉ−Ｆｅ合金およびＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金から選択された金属を含む。

本発明の第１の態様の特定の実施形態においては、抵抗加熱素子が導線を備え、この導線は、導線に対して電位の勾配が与えられたときに、ループを流れる電流密度が実質的に均一になるように、配置されたものである。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第１フリット材料層の平均厚さは、０．００５から０．５ｍｍであり、かつ第２フリット材料層の平均厚さは、０．００５から０．５ｍｍである。

本発明の第１の態様の特定の実施形態において、この装置のシールされた部分の対角サイズは１０インチ（２５ｃｍ）超であり、特定の実施形態では２０インチ（５０ｃｍ）超であり、特定の他の実施形態では３０インチ（７５ｃｍ）超である。

本発明の第２の態様は、第１基板と第２基板との間に気密性のエンクロージャを形成する方法であって、
（Ａ）第１基板および第２基板を提供するステップ、
（Ｂ）第１基板の表面に、閉ループ形状のスペーサユニットを気密接着させるステップ、
（Ｃ）スペーサユニットの表面上に、第２フリット材料層を提供するステップ、
（Ｄ）閉ループ構造と、スペーサユニットの形状に実質的に相当する形状とを有する、抵抗加熱素子を、第２フリット材料層と直接接触させて提供するステップ、
（Ｅ）抵抗加熱素子の第１基板から遠位の表面上に、第１フリット材料層を提供するステップ、
（Ｆ）第１フリット材料層を第２基板の表面と接触させるステップ、および、
（Ｇ）電流を抵抗加熱素子に流してフリット材料層を加熱および軟化させ、フリット材料層と、抵抗加熱素子と、および基板との間の気密接着を達成するステップ、
を含む。

本発明の第２の態様による方法の特定の実施形態において、ステップ（Ｄ）の抵抗加熱素子は、本質的に、アンバー（登録商標）およびコバール（登録商標）などの、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金、およびこれらの組合せ、の中から選択された金属からなるものである。

本発明の第２の態様による方法の特定の実施形態において、ステップ（Ｄ）の抵抗加熱素子が、ステップ（Ｇ）において抵抗加熱素子を流れる電流密度が実質的に均一になるように導線が配置されるように、該導線を有するように構成される。

本発明の第２の態様による方法の特定の実施形態においては、ステップ（Ｂ）において、複数のスペーサユニットが第１基板の表面に接着される。

本発明の第２の態様による方法の特定の実施形態においては、ステップ（Ｃ）が実行される前に、第１および第２フリット材料層が抵抗加熱素子の２つの反対面に適用される。

本発明の第２の態様による方法の特定の実施形態において、第１フリット材料層は、抵抗加熱素子の表面上に複数の閉ループを形成している。

本発明の第２の態様による方法の特定の実施形態において、第２フリット材料層は、抵抗加熱素子とスペーサユニットとの間に複数の閉ループを形成している。

本発明の第３の態様は、
（Ｉ）第１基板、
（ＩＩ）第１基板に気密接着された、閉ループ形状の無機スペーサユニット、
（ＩＩＩ）スペーサユニットに実質的に相当する形状を有している、抵抗加熱素子、および、
（ＩＶ）抵抗加熱素子の第１基板からより遠いこの抵抗加熱素子の表面上に接着された、複数の閉ループを形成している、第１フリット材料層、
を備えている装置である。

本発明の第３の態様の特定の実施形態において、抵抗加熱素子は、電気的に閉ループの構造を有している。

本発明の１以上の実施形態は、１以上の以下のような利点を有する。第１に、フリット被覆された抵抗素子を用いることにより、簡単で優れた品質管理のプロセスを達成することができる。第２に、シーリング温度が測定可能であり、シーリングパラメータを微調整することができる。抵抗加熱方法では、抵抗器の温度を赤外線撮像などの種々の技術を用いて測定することができる。第３に、閉ループ構造を有している抵抗加熱素子を用いることにより、フリットラインに沿った温度分布の均一性を改善することができる。温度分布がより均一になると、残留応力は低減され、すなわち強固なシールが得られる。

本発明のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中で明らかにされ、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは添付の図面や本書で書かれた説明および請求項で説明されたように本発明を実施することにより認識されるであろう。

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単に本発明を例示したものであり、請求される本発明の本質および特性を理解するための概要または構想を提供することを意図したものであることを理解されたい。

添付の図面は、本発明をさらに理解することができるように含まれているものであり、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。

本発明の一実施の形態による、その一方の面に１つの閉ループのフリット材料を搭載している抵抗加熱素子を示す概略図 本発明の別の実施の形態による、その一方の面に２つの閉ループのフリット材料を搭載している抵抗加熱素子を示す概略図 本発明の種々の実施の形態により用いられる、フリット材料を両面に塗布して有している抵抗加熱素子を示す概略図 抵抗加熱素子と、１層のフリット材料により基板に接着されたスペーサユニットとを備えている、本発明の装置の一実施の形態を示す概略図 抵抗加熱によりシールされている、本発明の一実施の形態による装置を示す概略図 開ループ構造を有する抵抗加熱素子の構造を示す概略図 電気的に加熱されて装置をシールしている、図６の抵抗加熱素子を示す概略図 本発明の特定の実施形態の複数の装置をいっせいにシーリングするための電気的配置を示す概略図

他に指示されていなければ、本明細書および請求項において用いられる、含有物の重量％、寸法、および特定の物理的特性の値を表している全ての数字は、全ての例において「約」という用語によって修飾されると理解されたい。また、本明細書および請求項において用いられる正確なその数値は、本発明のさらなる実施形態を形成することも理解されたい。実施例に開示する数値について、その確度を確実にするための努力は行ってきた。しかしながら、任意の測定された数値は、そのそれぞれの測定技術に見られる標準偏差によりもたらされる一定の誤差を本質的に含んでいる可能性がある。

本書において、本発明の説明および主張に「単数形」を用いている場合には、「少なくとも１つ」を意味し、明確に反対に指示されていなければ「唯一」に限定されるべきではない。すなわち、例えば「フリット材料層」への言及は、文脈が明らかに他に指示していなければ、同じあるいは異なる組成の、２以上のこういった層を有する実施形態を含む。

用語「ＣＴＥ」は、熱膨張係数を意味する。

多くの装置、すなわち限定するものではないが光電子装置を含む多くの装置は、大気環境に敏感な部品を保護するために気密シールされた筐体を必要とする。有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、その性能が空気中の酸素および水分に深刻な影響を受ける可能性のある有機材料をベースとしている。そのため、ＯＬＥＤ部品を含む典型的なディスプレイ装置では、有機電子装置を気密シールすることが必要とされる。あるシーリング手法は、２つのガラス基板の間、すなわち電子装置がその上に形成されるベース基板とその電子装置を覆うカバー基板との間に電子装置を包み込む気密筐体の形成を含む。本発明は、こういった気密筐体を形成することによるＯＬＥＤ装置の気密シーリングに有用である。本発明の以下の詳細な説明は、ＯＬＥＤ装置のシーリングに関連して与えられる。しかし、本発明を利用してＯＬＥＤ以外の他の用途に気密筐体を形成することができることを通常の当業者は理解できるであろうし、そう理解されたい。なお、種々の装置に気密性でないシールを形成するために本発明を用いてもよい。

ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）技術がますます成熟するにつれ、ディスプレイのサイズは数インチから１０〜２０インチ（２５〜５０ｃｍ）に大きくなっており、さらに大きくなって行くと考えられる。フリットシーリングをこういった大型サイズに拡大する際の技術的問題には以下のものが含まれる。

シール幅−適切な接着強度を得るために、フリットラインの幅を１０ｍｍ超に拡大させる必要がある。こういった幅に対し、赤外光ビームを用いて気密シーリングすることは難題である。

シール高さ−ディスプレイが大型になるほど、ガラスの撓みや歪みを相殺するために、カバーガラスと基板ガラスの間に大きな空間が必要となる。フリット材料を大型基板間の唯一のスペーサ媒体として用いる場合には、その厚さを増加させることが必須になるが、フリット自体は強度および硬度の点で極めて弱い機械的性質を有しているため、その厚さの増加は致命的な問題を引き起こす可能性がある。より高い「フリット壁」の形成は、フリットの亀裂や層間剥離などの問題を引き起こす可能性がある。

シール強度−フリットシールは壊れ易いものである。シールされた装置が適切に取り扱われないと、フリットに亀裂を生じる可能性がある。より大型のディスプレイは、極めて曲げ易く、および／または、変形し得るため、１〜３インチ（２．５４〜７．６２ｃｍ）のディスプレイよりも１０インチ超（２５．４ｃｍ）のディスプレイにとってこの問題ははるかに深刻であろう。そのため、より強力で頑丈なシールの設計は、大型のＯＬＥＤディスプレイをうまくシーリングするために不可欠である。

本発明は、所望のスペーサ「壁」としてスペーサリングユニットを採用した新しい設計を用いることにより、より強力かつ頑丈なシールを提供するものである。本発明は、封止剤として、より薄くしかし精巧に設計されたフリットパターンを使用することを可能とする。スペーサユニットは両面でシールされ、大型のＯＬＥＤディスプレイに気密シールを提供する。

本発明は、装置をシールするために、さらに直接抵抗加熱を採用する。

図１および２は、本発明の装置の特定の実施形態による抵抗加熱素子１０１および２０１の上面図を概略的に示したものである。抵抗加熱素子は、導線１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃおよび１０５ｄを備えた閉ループ構造１０３を有する。「閉ループ構造」とは、２導線間に電位の勾配が与えられたときに、ループ全体がオーム加熱されるように、および２導線間の両側が２つの並列に接続された抵抗器として機能するように、電流がループ全体を流れることを意味する。すなわち、閉ループ構造は、例えば閉じた長方形、閉じた円形、または任意の他の所望の閉じた形状を取ることができる。特定の実施形態において、閉ループ構造は、２つの向かい合う導線の中点を通る直線に対して対称であることが望ましい。閉ループ構造には、流れる電流によって加熱されない間隙が本質的に残っていないという利点があるため、これに接着されるフリット材料を実質的に均一に加熱し、加熱素子と接合される他の部品との間の接着をより強固なものとすることができる。電流が加熱素子を流れるとき、ループ全体の温度が本質的に同じ速度で増加することが非常に望ましい。このため、特定の実施形態においては、放出される温度エネルギーがループ全体を通じて均一になるようループ内の電流密度を本質的に均一なものとするため、加熱素子のループの幅および厚さを本質的に均一なものとし、さらに加熱素子の向かい合った２導線間の両部分の長さを本質的に同一とすることが非常に望ましい。図１および２に示した例示的な加熱素子は、唯１つの閉ループを有している構造を示している。しかし、加熱素子は複数の閉ループを備えた構造を有することができ、特定の実施形態では望ましくもある。複数の閉ループ構造では、複数の区画のシーリングや形成を同時に行うことができる。

加熱素子の厚さは、とりわけ、共に接着されるＯＬＥＤ基板間に必要な距離、フリット層の厚さ、および加熱素子の形成方法といったいくつかの因子によって決定され得る。加熱素子の厚さは、０．０２５から０．２５ｍｍの範囲とすることができ、特定の実施形態においては０．０５から２．５ｍｍ、特定の実施形態においては０．１から２．５ｍｍ、特定の実施形態においては０．２から２．０ｍｍとすることができる。

加熱素子は、例えば化学蒸着、スパッタリング、スクリーン印刷、およびその他の薄膜プロセスによって形成することができる。加熱素子は、例えば金属および合金、電気伝導性酸化物、半導体材料、およびこれらの組合せから作製することができる。薄膜プロセスに適した材料の例としては、これらに限られないが、ＳｎＯ₂、ＳｉＣ、ＭｏＳ₂が挙げられる。薄膜プロセスを用いると、寸法や組成を高制御して加熱素子を堆積させることができる。

特定の特に有利な実施形態において、加熱素子は、例えば金属箔のような電導性材料の薄いシートを、ダイシング、切断、エッジング（フォトリソグラフィプロセスなど）などすることにより作製される。特定の実施形態における特に有利な金属箔としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕなどで作られた金属箔が挙げられる。金属の選択を決定する因子としては、とりわけ、（ｉ）金属とこの金属に接着されるフリット材料との間のＣＴＥ適合、および金属と接着されるスペーサユニットとの間のＣＴＥ適合、が挙げられる。特定の金属合金は特定の無機フリット材料に近いＣＴＥを有し、すなわちこのような金属合金が本発明にとって非常に望ましい。例えば、ニッケル−鉄合金（商標名アンバー；Ｉｎｖｅｒ（登録商標）など）、およびニッケル−コバルト−鉄合金（商標名コバール；Ｋｏｖａｒ（登録商標）など）は、様々な厚さと、ホウケイ酸ガラスに適合するＣＴＥとを有する、箔またはシート形状で入手することができる。あるコバール（登録商標）合金の組成は、ニッケル２９％、コバルト１７％、ケイ素０．２％、マンガン０．３％、および鉄５３．５％である（重量による）。このような低ＣＴＥの金属合金は、本発明の装置の抵抗加熱素子として非常に有利である。このような金属合金シートを入手し、金属工場で所望の形状にダイシングし、さらに厚さを減少させるステップを含みあるいは含まずに、本発明に有用な抵抗加熱素子を形成することができる。所望のパターンを有するダイシングおよびエッチングされた加熱素子は、金属箔から大量に生産することができる。アンバー（登録商標）およびコバール（登録商標）の別の利点は、永久磁石や電磁石などの磁石を用いて取り扱うことができる性能である。そのため、大きくて薄くかつ柔らかいループでさえ容易に取り扱うことができる。また、金属加熱素子の予備酸化は、加熱素子の溶融フリット材料に対する濡れ性能を向上させるため、特定の実施形態では有利となり得ることも分かっている。これは、コバール（登録商標）を加熱素子用の金属として用いた場合に特に当てはまる。金属の酸化は、酸素を含む大気中でその素子を予備加熱することによって達成することができ、例えばその金属に電流を通したり、あるいはその金属を炉内で加熱したりすることによって達成できる。

金属シートは、加熱素子に切断する前にフリット材料で被覆してもよい。あるいは、抵抗加熱素子のループを最初に形成し、次いでスペーサユニットまたは基板に取り付ける前にその片面または両面をフリット材料で被覆してもよい。特定の実施形態において、加熱素子の両面にフリット材料層を被覆することは特に有利である。そうすれば、スペーサユニットにフリット材料のループを事前に適用し、かつこの事前に適用されたフリットループと加熱素子との間を位置合わせする必要性を排除できる。図３は、２つのフリット材料層３０１ａおよび３０１ｂをその２主要面上に適用して備えた加熱素子を示している。

特定の実施形態においては、複数のフリットループを、各ループがスペーサユニットまたは基板表面と気密接着を形成するように、加熱素子の片面または両面に形成すると特に有利である。フリット層にクラックが形成されると、連続するフリット層に伝搬し、シールの気密性の損失に繋がり得ることが知られている。複数の閉ループを形成すると、１つのループから別のループへのクラックの伝搬を避けることができ、それにより潜在的に、シールされた装置の製造ラインでの生産高を向上させ、またシールされた装置の耐用年数を延長させることができる。図１は、単一のフリットループ１０７を搭載している加熱素子１０１を示し、図２は、２つのフリットループ１０７および１０９を搭載している加熱素子２０１を示す。本発明の第３の態様は、加熱素子と、複数の閉ループのフリット材料を備えている装置に関する。閉ループの加熱素子を有していると有利であるが、この構造では複数のフリットリングによりシーリング性能が強化されるため、本発明の第３の態様ではこういった閉ループ構造の加熱素子は要求されない。

本発明に有用なフリット材料は、基板をシールするのに適した温度に加熱されたときに軟化して所望の品質の望ましいシーリングを提供できるものであればいかなる種類のフリット材料でもよい。すなわち、このフリット材料は失透するフリットガラス材料でもよいし、または失透しないガラス材料でもよい。失透するフリットガラス材料は軟化し冷却されると不透明になり、一方失透しないフリットガラス材料はシーリング後もガラス様を維持する。このフリット材料は赤外線吸収性である必要はないが、典型的な赤外線吸収性のフリット材料を用いてもよい。このフリット材料は、シーリング温度まで加熱されたときに軟化してシールに必要なレオロジーを与えるガラス相を含む。さらに、このフリット材料は、ＣＴＥおよび／または他の物理的特性を変化させる充填剤を含んでもよい。例示的なフリット材料は、これらに限られないが、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂、ＳｎＯ−ＺｎＯ−Ｐ₂Ｏ₅の族に属するものを含む。米国特許第７，２１４，４４１号明細書、同第６，７３７，３７５号明細書、および同第６，２９１，０９２号明細書では様々な種類のフリット材料が開示されており、その関連部分は参照することにより本書に組み込まれる。

フリット材料は、加熱素子に適用してもよいし、あるいは基板表面またはスペーサユニットの表面の、接着される部分に適用してもよい。特定の実施形態においては、フリット材料を加熱素子の表面に適用してから加熱素子を基板表面に接着する。この手法では、基板上に予備形成されたフリットラインと加熱素子とを位置合わせするという問題が解消される。特定の他の実施形態においては、フリット材料を基板表面またはスペーサユニットの表面上に予備形成し、続いて加熱素子をフリットライン上に置き、そして加熱素子をフリット材料を介して表面に接着させてもよい。

基板表面あるいは加熱素子表面へのフリット材料の適用は、当技術において公知の任意の方法を用いて行うことができる。例えば、フリットパウダーおよびバインダを含むフリットペーストを形成し、次いでこれを例えばスクリーン印刷、流し塗り、スプレーコーティング、ディップコーティング、刷毛塗りなどによって、加熱素子表面および／または基板表面に適用することができる。代わりに、化学蒸着、スパッタリングなどの薄膜形成プロセスによって、基板またはスペーサユニットの表面、あるいは加熱素子表面に、フリット材料を堆積させることができる。多くの薄膜プロセスが、均一な厚さおよび幅を有するフリット層を形成するために利用可能である。

本発明の装置のスペーサユニットは、ガラス材料、またはガラスセラミック材料、または結晶性物質で作製することができる。特定の実施形態において、スペーサユニットは、低ＣＴＥのホウケイ酸ガラスのようなガラス材料で作られる。スペーサユニットの材料は、これが接着される基板やその表面上のフリット材料とのＣＴＥ不適合に起因する熱応力を減少させるように、それらと近いＣＴＥを有することが望ましい。スペーサユニットの機能としては、とりわけ、（ｉ）特に大型の装置に望ましいものであるが、装置の基板間の物理的距離を増加させること、および（ｉｉ）フリット層間のシール内に構造要素を提供することによって、シールされたエンクロージャの強度を強化すること、が挙げられる。本発明の装置は、単一のスペーサユニット、あるいはそれぞれが基板表面に接着された複数のスペーサユニット、を有することができる。

スペーサユニットは、フリット層を用いて基板表面に接着することができる。この接着は、炉内加熱や赤外光ビーム加熱など、種々の手法によって達成することができる。スペーサユニットが接着する基板は、スペーサユニットと基板とを接着するのに必要な熱に対して敏感な光学的または電気的素子を、その上に形成して備えていないことが望ましい。あるいは、スペーサユニットは、高温融着を達成させるために、軟化したガラスロッドを基板表面上で押圧することなどによって形成することができる。スペーサユニットを基板表面に接着するステップは、基板の所望の物理的特性を変化させないものであることが望ましい。すなわち、特定の実施形態において、この接着は基板表面の大部分をその軟化点よりも高い温度に曝すことなく実行されることが望ましい。特定の実施形態においては、スペーサユニットを基板表面に接着した後、接着界面での応力を減少させるためにアニールステップが実行される。

図４は、本発明の一実施の形態による装置４０１の側面を概略的に示したものである。この装置においては、アンバー（登録商標）またはコバール（登録商標）で作られたような金属抵抗加熱素子１０３がフリット層３０２ａを介してガラススペーサユニット３０５の表面に接着され、これが次いでフリット層３０２ｃを介して基板３０１の表面に接着される。金属抵抗加熱素子の各面は、それぞれフリット材料層３０１ａおよび３０１ｂで覆われる。基板３０１は、その上に電子部品が構成されるＯＬＥＤ装置のベース基板とすることもできるし、あるいはＯＬＥＤ装置のエンクロージャのカバーガラス基板とすることもできる。基板３０１は、ガラス、ガラスセラミック、結晶性物質、あるいは複合材料で作ることができる。基板３０１とスペーサユニット３０５との間の接着は気密性であることが望ましい。加熱素子１０３とスペーサユニット３０５との間の接着は、例えば電流を加熱素子１０３に流すことによって達成できるし、あるいはスペーサユニットおよび加熱素子を赤外線ビーム加熱、炉内加熱（この場合、基板が加熱の影響を受け易い部品を搭載していないことが望ましい）など他の加熱手段で接着温度まで加熱することによって達成できる。図４に示した装置はそのままで販売してＯＬＥＤディスプレイ製造工場に配送してもよく、そこで、事前に製造された電子装置を備えている別の基板がこれに取り付けられる。

図５は、図４に示した装置４０１と別の基板３０３との接着を概略的に示したものである。上述したように、基板３０３はＯＬＥＤのような機能部品をその上に搭載しているものでもよいし、あるいは予備形成された追加の部品を備えていないカバー要素であってもよい。基板３０３をフリット材料層３０２ｂの上に設置して、２つの基板を位置合わせすると、電流を抵抗加熱素子に流すことが許可され、それによりフリット材料が加熱され軟化して加熱素子と基板表面との間で流動する。加熱素子とスペーサユニットとの間の接着は、特定の実施形態では気密性であることが望ましく、この接着がそれまでのステップで形成されていない場合には、このとき同時に達成することができる。冷却すると、フリットが硬化して加熱素子と基板表面との間の接着が成立する。特定の実施形態においては、基板３０３と加熱素子との間、および加熱素子とスペーサユニット３０５との間の、気密接着を達成することができるように、基板３０３に外力Ｆを加えることが望ましい。シーリング中に基板に外力Ｆを加えると、フリットを加熱素子と、接着される表面との間で流動させることができ、最終的な装置のフリット材料層の厚さをより均一にすることに繋がる。外力Ｆを加えると、同程度のシールを得るために必要な加熱電力を減少させることにもなり、熱に敏感な近傍の部品が損傷する可能性を減少させる。外力は、シールされる基板部分に直接加えられることが望ましく、また加えられる力は実質的に均一であることが望ましい。外力を加える一手法として、シールされる部分に沿って上方基板の上の静荷重を用いるものがある。

本発明による気密シールされた装置は、金属シートから作られた２以上の抵抗加熱素子を含むこともできる。金属シートは、隣接するフリット材料層、スペーサユニット、および基板のＣＴＥに合わせて様々なＣＴＥを有するものを選択できる。例えば、様々なＣＴＥを有するアンバー（登録商標）およびコバール（登録商標）合金をこれらの層のために入手することができる。こういった金属で作られた抵抗加熱素子を積層および／または共に圧延して、装置内で所望の特性および構造を形成することができる。様々な抵抗加熱素子の層の接着は、とりわけ、フリット、はんだなどによって達成できる。

本発明の特定の実施形態によると、本発明の複数の装置を、電流をそれらの抵抗加熱素子にいっせいに流すことによって同時にシールしてもよい。図８は、本発明の一実施の形態によりいっせいにシールされる複数の装置（８０３（１，１）、８０３（１，２）、・・・、８０３（１、ｎ）、・・・、８０３（ｍ，１）、８０３（ｍ，２）、・・・、８０３（ｍ，ｎ））のマトリクスの電気接続パターン８０１を概略的に示したものである。赤外線ビームシーリングのような放射によるフリットシーリングと比較すると、この手法は、必要な設備が非常に少なく、またシールされる複数の装置間の加熱がより一層均一で再現可能なものとなり得る。

シーリングプロセスの間、加熱素子および基板の温度は、例えば赤外線カメラを用いて監視することができる。加熱素子に適用される電流は、それに応じて調節することができる。加熱プロセス中にホットスポットが観察されたら、より均一な加熱が得られるよう、抵抗加熱素子の容量を簡単に調節することができる。すなわち、基板およびその上に形成された敏感な部品の過熱を回避することができる。一方、コールドスポットを実質的に同じやり方で発見および除去することができる。

装置またはその一部の急激な加熱および冷却は、フリット層および基板のクラック、基板および／または加熱素子からのフリット剥離の可能性、およびシールされた装置の性能に不利な残留応力、に繋がる可能性がある。シールされた部分の応力を減少させるため、フリットシールされた装置をシーリング後にアニールすることを必要とするときもある。本発明においては、電流を減少させることによって、このアニーリングステップを非常に便利にシーリングステップと一体化することができる。この電流は、加熱、シーリング、およびアニーリングプロセスの様々な段階で、望まれる加熱レベルが得られるようにプログラム制御することができる。シーリングステップと同様に、装置およびその装置の最も関連している部分（敏感な電子部品を搭載している、加熱素子に近い部分など）の温度を正確に制御できるように、アニーリングステップを、赤外線カメラを用いて監視することができる。

本発明の第２の態様によるプロセスにおいて、各ステップは提示された順に実行する必要はないことに留意されたい。例えば、第３の態様の一実施の形態によれば、ステップ（Ｃ）、（Ｄ）、および（Ｅ）は、順番に（Ｃ）→（Ｄ）→（Ｅ）と実行してもよい。しかしながら、特定の実施形態においては、ステップ（Ｃ）の第２フリット材料層およびステップ（Ｅ）の第１フリット材料層を加熱素子の両面に最初に適用し、次いで２つのフリット材料層を搭載している加熱素子を第１基板の表面上に提供および設置することにより、ステップ（Ｃ）、（Ｄ）、および（Ｅ）をいっせいに完了させると有利である。別の実施形態においては、ステップ（Ｃ）の第２フリット材料層を加熱素子の第２面に最初に適用し、次いで第２フリット材料層を搭載している加熱素子を第１基板の表面上に提供および設置することにより、ステップ（Ｃ）および（Ｄ）をいっせいに完了させる。その後、第１フリット材料層を、第１基板の遠位にあたる、加熱素子の第２面の反対側に位置する第１面に適用し、これによりステップ（Ｅ）を完了させる。

本発明の第２の態様の特定の実施形態において、この方法は、ステップ（Ｄ）の後かつステップ（Ｆ）の前に以下のステップ（Ｄ１）、すなわち（Ｄ１）加熱素子を第２フリット材料層を介して第１基板に接着させるステップ、を含む。この接着は、電流を加熱素子に流すことによって、または赤外光加熱によって、あるいは第１基板と加熱素子と第２フリット材料層とを炉内に置くことによって達成できる。特定の具体的実施形態において、ステップ（Ｅ）はステップ（Ｄ１）より前に実行された。すなわち第１フリット材料層は、加熱素子および第２フリット材料層と共に、ステップ（Ｄ１）においていっせいに加熱される。特定の他の具体的実施形態において、ステップ（Ｅ）はステップ（Ｄ１）より後に実行される。すなわち第１フリット材料層は、加熱素子が第２フリット材料層を介して第１基板に接着された後に適用される。

特許文献１および２において説明されている直接抵抗加熱シーリング手法と比較すると、閉ループ抵抗加熱素子を用いた場合の本発明の直接抵抗加熱手法は、コールドスポットを残さずに略均一にフリット材料を加熱できるという利点を有し、クラックを形成する傾向が少ない、高品質、低応力、かつ略均一な応力分布を有するシールをもたらす。実験では、閉ループ設計が加熱素子のフレーム周りで均一な加熱パターンを提供できることが示されたが、一方特許文献１および２の開ループ設計では、２つの導線が近接している連絡部分でコールドスポットが生成された。このコールドスポットによりフリットが十分に溶解されない部分が生じ、その結果シールに弱連結が生じて、最終的にフリットの亀裂や層間剥離の可能性に繋がることもあり得る。

複数の閉ループフリットラインを含むフリット層を備えている装置には上述したような利点があるため、本発明の第３の態様は、スペーサユニット、フリット材料の複数の閉ループを形成しているフリット層、および抵抗加熱素子、を備えている気密シールされた装置を対象とする。複数の閉フリットループによって提供される恩恵により抵抗加熱素子は閉ループ構造である必要はないが、特定の実施形態においては、加熱素子が閉ループ構造を有していると有利である。

フリット材料（赤外線吸収性でなければならない）の赤外光ビームへの露光を含む赤外線照射シーリングと比較すると、本発明の特定の実施形態は１以上の以下のような利点を有する。

本発明の特定の実施形態は、非常に単純なプロセスと優れた品質管理を提供できる。赤外線照射シーリングでは、フリットラインを形成するためにフリットをペーストの形で形成および分注することが必要となる。フリットペーストの調合、分注、および焼結プロセスは、多くのステップや変量が含まれるため極めて複雑であり、これがフリットの品質の一貫性に影響を及ぼす。照射エネルギーの吸収は多くの因子に影響される可能性があり、例えば、ガラス粒子のサイズ、気孔率、フリットの形状、フリットの下の表面条件、光ビームの形状およびサイズ、移動の速さなどが挙げられる。これに対し、フリット材料のスパッタリング堆積（本発明の性能）や、集約された抵抗加熱プロセスは非常に単純である。フリットはバルクガラスから直接堆積させることが可能であり（ターゲット）、このため、ボールミル粉砕、フィラー相、有機ビヒクル、粘度問題、焼結などが排除される。フリットは抵抗から熱を伝導することによって溶解され、これはレーザ加熱よりも単純であり、操作が容易であり、そしてはるかに均一となる。

本発明の特定の実施形態は、ガラスとの優れたＣＴＥ適合を提供する。フリットは通常、カバーガラスや基板ガラスよりも高いＣＴＥ値を有している。この不適合により、フリット材料が基板間の唯一の媒体である場合には、フリットまたはガラスのいずれかあるいはその両方に、熱応力や亀裂が生じる可能性がある。フリットにフィラー材料を含有させてＣＴＥを調整することもできるが、この手法は２つの理由で最も効果的なやり方ではない。第１に、フィラーがフリット内に均等に分散されていない場合、フリットの位置によってＣＴＥが変化し、シールされる装置に応力が生じる可能性がある。第２に、フリットと基板との間の界面に重大なＣＴＥ不適合が存在し、一方で、フィラーはフリット本体中にあり、そのためＣＴＥの調整は不十分なものとなり得る。スパッタリング堆積技術では、抵抗器とフリットはＣＴＥを徐々に変化させながら層ごとに形成できるため、ＣＴＥは互いにより効果的なやり方で適合する。優れたＣＴＥ適合は、フリット亀裂の危険がより少なくなることを意味する。

本発明の特定の実施形態は、最適化されたフリット品質および均一性を提供する。フリットの品質は、幅および厚さの均一性、表面平滑性、断面形状などによって評価される。赤外線ビームシーリング方法で用いられるフリットペースト分散プロセスでは、フリットの断面は表面張力のため常に水玉形状であり、また幅および厚さは常に変動する。さらに、散乱されたガラス粒子のサイズに起因してフリット表面に「ハイスポット（high spots）」が見受けられることが多く、これがシーリング中の接触悪さや亀裂を引き起こすことがある。本発明の特定の実施形態によるスパッタリング堆積では、フリットを正確な寸法（幅および厚さ）および四角形状で堆積させることができるため、優れた表面接触とより大きなシール可能部分を提供することができる。

本発明の特定の実施形態は、フリットシールの気孔を大幅に減少させて提供する。気孔は光ビームを干渉しレーザエネルギーの吸収を変化させるため、赤外線ビームでシールされるフリットでは、気孔は欠陥微細構造と考えられている。さらに、気孔はフリットの強度および接着力を低下させる。過剰な気孔は、フリットシールの気密性に影響を及ぼす可能性もある。残念なことに、気孔はフリットペーストおよび焼結プロセスに本質的に関連する。これに対し、スパッタリング堆積技術は、はるかに高密度のフリットを提供し、気孔の問題を解決することができる。

本発明は、シールされるフリットループを、開始・終了点のないものとすることができる。赤外光ビームフリットシーリングは、開始／終了点をペースト分注ステップおよび光露光ステップにおいて含む。この開始・終了点は、最終的なシールにおいて弱点となり得る。照射の開始／終了点はシーリングプロセス中に典型的には２回加熱され、これがフリットに衝撃を加えて微細クラックを開けることもある。閉ループの直接抵抗加熱を用いることにより、フリットラインは実質的に均等に加熱することができる。さらに、フリットのスパッタリング堆積を採用した特定の実施形態においては、フリットラインを加熱して加熱素子を基板と接着させる前に、フリットラインを実質的に均一な厚さを有するように形成することができる。

本発明の特定の実施形態は、赤外光ビーム露光による手法において必要とされるものよりも薄いフリットラインの使用を可能とする。より薄いフリットを選ぶ利点は多数ある。まず、フリットが薄くなれば溶解するのに必要なエネルギーが少なくなるため、金属導線が熱で損傷する危険が減少する。これはプロセスウィンドウを広げるために非常に価値がある。第２に、より薄いものの接合は分厚いものの接合よりも強力かつ柔軟であるため、より薄いフリットはシールの機械的性能を向上させる。フリットシールの脆弱性および柔軟性の欠如は、エポキシシールに対する大きな不利点であるため、これはエポキシシールとの競争において重要である。第３に、より薄いフリットは熱膨張／収縮を低減させ、すなわち残留応力を低減させる。残留応力は、現プロセスにおいて遅れてフリットの亀裂や損傷を引き起こす推進力であると考えられている。より薄いフリット（＜２μｍ）は、スパッタリング堆積により容易に得られるが、現在のフリットペースト分注では困難である。さらに、より薄いフリットは、抵抗加熱システムでは容易に溶解することができるが、フリット厚が減少するにつれて光エネルギー吸収が減少するため、赤外光ビームでは困難である。

上述したように、本発明において用いられる加熱素子の温度は、赤外線撮像など種々の手段を用いて容易に測定および制御することができる。赤外光ビーム露光を用いたときフリットの温度は直接測定することができず、プロセス制御はますます困難となる。抵抗加熱方法では、抵抗器の温度は、赤外線撮像など種々の技術を用いて測定することができる。このため、様々な、加熱素子、フリット材料、基板材料、および、異なる用途の様々な装置、の必要に応じて、その温度は容易に調整することができる。

多くの装置は本発明の種々の実施形態によりシールすることができる。上述したように、本発明のプロセスパラメータは、様々な材料や用途の必要性に合わせて微調整することができる。一方で、赤外光ビーム加熱手法ではウィンドウテスト（window testing）が必要とされるのに反し、本発明と同一の加熱素子、同一のフリット材料、および同一形状の直接抵抗加熱素子システムは、大幅な変化を要することなく数多くの装置のシーリングに適用することができる。

上述したように、本発明のシーリングプロセス中の加熱素子の加熱および冷却速度の両方は、必要な加熱電力を提供するようにプログラムされた電流源を用いることによって正確に制御することができる。これにより、アニーリング炉内で独立してアニーリングする必要がなくなることもあり得る。赤外光加熱では、このような高度な制御を成し遂げることは困難である。

本発明を用いると、速いシーリングを達成することができる。長いフリットラインを有する大型装置のシーリングでさえ、十分な電流を供給することができれば短時間で達成することができる。赤外光をスキャンする方法は、フリットラインの全長に比例して、所与のスキャン速度では著しく長時間を要するであろう。

以下の限定的ではない実施例を用いて本発明をさらに説明する。

装置にスペーサユニットを含まない実施例は以下のように作製された。

２〜５ミル（０．０５〜０．１３ｍｍ）厚のコバール（登録商標）またはアンバー（登録商標）合金の薄いシートを、エド・ファーガン社（Ed Fagan Inc.）などの民間供給者から入手した。設計された加熱素子パターンを、光化学エッチングまたはマイクロレーザ切断方法のいずれかによってシートから切断した。光化学エッチングは、非常に正確でバリのない大量切断に適している。このパターンは、約５５０℃で約２〜５分間予備酸化される。コバール（登録商標）やアンバー（登録商標）は両方とも柔らかい磁石であるため、パターンは磁性板（道具固定具として）で保持できる。フリットを、スクリーン印刷または液圧方法（hydraulic method）のいずれかによってパターンの一方の面に分注し、次いで予備硬化を行った。スクリーン印刷の場合はマスキングを必要とする。フリットを、スクリーン印刷または液圧方法のいずれかによってパターンの他方の面に分注し、次いで予備硬化を行う。スクリーン印刷の場合はマスキングを必要とする。両側にフリットが施された加熱素子を、２片のガラス基板間に適切に位置合わせして挟みこんだ。フリット１ｍｍ²あたり約１００〜１５０ｇの上からの荷重を、カバーガラス上に加える。加熱素子を、冷却速度を制御するためにコンピュータプログラム可能な、ＤＣ電源またはＡＣ電源のいずれかに接続する。使用される実際のフリットに基づき、規定の電流で電源を入れ、素子を特定の温度まで加熱して特定時間持続させる。実験を行ったフリットでは、パラメータは、８アンペア、および６００±５０℃で２〜５秒間であった。１分間当たりの冷却速度が約１００℃となるべき特定の速度で電力を落とす。シールされたＯＬＥＤ装置の品質および欠陥を点検する。

本発明による一実施例においては、図１に示した形状を有する均一な厚さおよび均一な幅の金属加熱素子を作製し、図５に示すように２つのガラス基板間でシールした。シーリングプロセス中、実質的に均一な加熱温度が得られた。

比較例においては、図６に示した形状を有し、その両面が、それぞれフリット材料の層（図７の６０７ａ及び６０７ｂ）で被覆された金属加熱素子６０１を作製し、図７に示すように２つのガラス基板６０９および６１１間で加熱した。この金属加熱素子は本体部６０３を含み、この本体部６０３は、開ループを形成し、かつ、０．２ｍｍの間隙ｘｘを有する２つの導線端部６０５ａおよび６０５ｂを備えているものであった。赤外線カメラを用いて加熱プロセスを観察し、加熱中の加熱素子の温度を監視した。シーリング中に２つの導線端部６０５ａおよび６０５ｂの間隙の間にコールドスポットが観察された。

加熱素子と基板との間にガラススペーサリングを挟み込んで有する同様の装置が、加熱素子を接着する前に、基板表面にスペーサリングを接着させることによって作製できると予想される。

本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明の種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。すなわち、本発明の改変および変形が添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、本発明はこのような改変および変形を含むと意図されている。

１０３ 抵抗加熱素子
１０５ａ，１０５ｂ 導線
１０７，１０９ フリットループ
３０１，３０３ 基板
３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ フリット層
３０５ スペーサユニット

Claims (7)

1. （Ｉ）第１基板、
   （ＩＩ）前記第１基板に気密接着された、閉ループ形状の無機スペーサユニット、
   （ＩＩＩ）第１フリット材料層、
   （ＩＶ）第１の表面及び第２の表面を有し、電気的に閉ループの構造を有する抵抗加熱素子であって、前記スペーサユニットに実質的に相当する形状を有し、前記第１の表面が前記第１フリット材料層により、前記スペーサユニットに気密接着されている抵抗加熱素子、及び
   （Ｖ）前記抵抗加熱素子の前記第１基板から遠位の前記第２の表面上に接着された、複数の閉ループを形成している第２フリット材料層
   を備えていることを特徴とする装置。
2. （ＶＩ）前記第２フリット材料層に接着された第２基板、
   をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記第２フリット材料層と前記第２基板との間の接着応力が、実質的に均一であることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記抵抗加熱素子が、実質的に均一な厚さおよび幅を有していることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の装置。
5. 前記抵抗加熱素子が導線を備え、該導線が、該導線に対して電位の勾配が与えられたときに、該ループを流れる電流密度が実質的に均一になるように、配置されたものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の装置。
6. 第１基板と第２基板との間に気密性のエンクロージャを形成する方法であって、
   （Ａ）前記第１基板および前記第２基板を提供するステップ、
   （Ｂ）前記第１基板の表面に、閉ループ形状のスペーサユニットを気密接着させるステップ、
   （Ｃ）前記スペーサユニットの表面上に、閉ループ形状を有する第１フリット材料層を提供するステップ、
   （Ｄ）閉ループ構造と、前記スペーサユニットの形状に実質的に相当する形状とを有する、抵抗加熱素子を、前記第１フリット材料層と直接接触させて提供するステップ、
   （Ｅ）前記抵抗加熱素子の前記第１基板から遠位の表面上に、第２フリット材料層を提供するステップであって、当該第２フリット材料層が複数のループを形成するステップ、
   （Ｆ）前記第２フリット材料層を前記第２基板の表面と接触させるステップ、および、
   （Ｇ）電流を前記抵抗加熱素子に流して前記フリット材料層を加熱および軟化させ、前記フリット材料層と、前記抵抗加熱素子と、および前記基板との間の気密接着を達成するステップ、
   を含むことを特徴とする方法。
7. ステップ（Ｄ）の前記抵抗加熱素子が、ステップ（Ｇ）において前記抵抗加熱素子を流れる電流密度が実質的に均一になるように導線が配置されるように、該導線を有するように構成されたものであることを特徴とする請求項６記載の方法。

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