CN101176182A - 包封显示元件的方法 - Google Patents

Abstract

用玻璃料将显示器件包封在基板之间的方法。该方法包括将玻璃料沉积到第一基板上，其中玻璃料具有作为波长的变量的吸光率α，沉积玻璃料的高度为h；放置第二基板，使其与玻璃料接触；通过以大于或等于约5毫米/秒的速度在玻璃料上方移动激光，使两块基板密封在一起，其中激光的波长为λ；波长为λ时的α·h大于或等于0.4。

Description

包封显示元件的方法

根据35U.S.C§119(e)，本申请要求2005年12月6日提交的美国临时申请系列号第60/748296号的优先权，其整体内容在此引为参考。

技术领域

本发明涉及适合保护对周围环境敏感的薄膜器件的气密式密封玻璃封装体，更具体地，涉及密封这种器件的方法。

背景技术

近年来，有机发光二极管(OLED)已成为大量研究的对象，这是由于它们在众多电致发光器件中具有应用和可能的用途。例如，单个OLED可用于分立式发光器件，或者可将OLED阵列用于照明应用或平板显示器(如，OLED显示器)应用中。尤其是OLED平板显示器，已知它非常明亮，具有良好的色彩对比和宽视角。众所周知，如果OLED显示器中的电极和有机层与周围环境通过气密式密封隔绝，OLED显示器的寿命可以明显延长。然而，OLED显示器，特别是位于其中的电极和有机层，却极有可能因为与从周围环境渗漏入该OLED显示器的氧和水分相互作用而发生劣化。遗憾的是，过去要开发出气密式密封OLED显示器的密封方法是非常困难的。下文中简要论述了导致难以适当密封OLED显示器的某些因素：

·气密式密封应提供对氧(10^-3厘米³/米²/天)和水(10^-6克/米²/天)的屏障。

·气密式密封的尺寸应尽可能小(如，＜2mm)，从而使其不会对OLED显示器的尺寸产生不良的影响。

·密封过程中产生的温度不应破坏OLED显示器中的材料(如，电极和有机层)。例如，OLED显示器中距密封体约1-2毫米的OLED的第一像素在密封过程中不应被加热到高于100℃的温度。

·密封过程中释放的气体不应对OLED显示器中的物质产生污染。

·气密式密封应能使电连接部件(如薄膜铬电极)进入OLED显示器。

密封OLED显示器的一种方法是通过熔化低温玻璃料来形成气密式密封，其中所述低温玻璃料掺杂有对特定光波长具有高吸收性的材料。例如，采用高能激光加热和软化玻璃料，在其上有玻璃料的覆盖玻璃与其上具有OLED的基板玻璃之间形成气密式密封。玻璃料通常约1毫米宽，约6-100微米厚。如果玻璃料的吸光率和厚度均匀，那么可以恒定的激光能量和激光移动速度来完成密封，使玻璃料部分的温度均匀上升。然而，如果玻璃料较薄，那么玻璃料不会吸收100％的激光能量。例如，与基板玻璃上的OLED相连的金属电极吸收或反射了一些激光能量。由于需要使用的是薄玻璃料，而金属电极的反射率和吸光率性质，而且热导率不同于裸基板玻璃，在密封过程中，这种情形会在玻璃料内部产生不均匀的温度分布，结果会导致覆盖玻璃与基板玻璃之间产生非气密性连接。此外，电极的高吸光率可能导致电极过热，进而导致其损坏。利用本发明的一种或多种密封技术可以解决此密封问题。

发明概述

本发明的实施方式提供了将两块基板密封在一起的方法，所述基板是例如用于OLED显示器件的玻璃基板。

简单说来，可以实施本说明书所描述的一种方法/设备/***，当然还有其他方法/设备/***。

在一种实施方式中，提供了包封显示元件的方法，该方法包括：将玻璃料沉积到第一基板上，其中玻璃料具有作为波长的变量的吸光率(opticalabsorption)α，沉积玻璃料的高度为h；将第一基板设置在第二基板上，玻璃料设置于它们之间；通过以大于约5毫米/秒的速度在玻璃料上方移动激光，使两块基板密封在一起，其中激光的波长为λ，波长为λ时的α·h大于或等于约0.4，优选在0.4-约1.75之间，更优选在约0.5-1.3之间。

在本发明的另一种实施方式中，揭示了一种方法，该方法包括：将玻璃料沉积到第一基板上，其中玻璃料具有作为波长的变量的吸光率α，第一基板为高h的框形；将玻璃料夹在第一基板与第二基板之间，其中第二基板上面设置有显示元件和至少一个电极，所述至少一个电极在玻璃料和第二基板之间延伸；透过第一基板以大于约5毫米/秒的速度在玻璃料的长度范围内移动波长为λ的激光，将第一与第二基板密封在一起；其中激光波长为λ时的α·h大于或等于约0.4，优选在约0.4-约1.75之间，更优选在约0.5-1.3之间。

在又一种实施方式中，提供了包封显示元件的方法，该方法包括：将玻璃料沉积到第一基板上，其中玻璃料具有作为波长的变量的吸光率α，第一基板为高h的框形；预烧结玻璃料；将第一基板放置在第二基板顶部，第二基板上具有一个或多个包含有机材料的显示元件和至少一个金属电极，使得显示元件就位于框内，且至少一个电极在玻璃料下方通过；用峰值波长为λ的激光透过第一基板加热玻璃料，在第一与第二基板之间形成气密式密封，其中激光波长为λ时的α·h大于或等于约0.4，优选在约0.4-约1.75之间，更优选在约0.5-1.3之间。

通过下面结合附图所作的解释性描述，可更容易地理解本发明，而且本发明的其他目标、特点、细节和优点也将变得更清晰。这里的描述不意味着丝毫的限制。所有这些另外的***、方法特征和优点都意在包括在本发明的描述之中，包括在本发明的范围之内，且受所附权利要求书的保护。

附图简述

图1是本发明显示器件的侧视截面图。

图2是第一基板以及沉积于其上的玻璃料的侧视截面图。

图3是图2所示第一基板的俯视图，显示了沉积成框形的玻璃料。

图4是第二基板的俯视图，其上沉积有显示元件和电极。

图5是图1所示显示器件的部分截面图，显示了密封过程中激光器和激光束的位置。

图6是密封第一与第二基板的若干方法的图示。

发明详述

在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，给出了揭示具体细节的示例性实施方式，以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说，通过本发明，显然可以不同于本说明书所介绍的具体细节的其他实施方式来实践本发明。此外，可能会省去对众所周知的装置、方法和材料的描述，以便突出描述本发明的内容。最后，只要适用，相同的标号表示相同的部件。

虽然下面是结合制造气密式密封的OLED显示器来描述本发明的密封技术的，但应当理解，相同或类似的密封技术在相当多的应用和器件中用来将两块玻璃板密封在一起。因此，不应理解为本发明的密封技术仅限于此。

图1显示了本发明一种实施方式中的气密式密封的OLED显示器的侧视截面图，该显示器一般性地用标号10表示，它包括第一基板12、玻璃料14、第二基板16、至少一个OLED元件18和至少一个与OLED元件电接触的电极20。虽然为方便起见仅显示了一个OLED元件，但显示器件10中可安置许多OLED元件。应当理解，如果要制造的不是OLED显示器10，而是要用本发明的密封技术制造另一种类似于用在光学传感器中的玻璃封装体，那么除了OLED18之外，也可以沉积其他类型的薄膜器件。

在一种优选的实施方式中，第一基板12是透明玻璃板，如康宁有限公司制造和销售的商品名Code 1737或Eagle 2000^TM玻璃玻璃板。或者，第一基板12可以是诸如Asahi Glass Co.(如OA10玻璃和OA21玻璃)、Nippon ElectricGlass Co.、NHTechno和Samsung Corning Precision Glass Co.制造和销售的任何透明玻璃板。第二基板16是与第一基板12相同的玻璃板，或者第二基板16也可以是非透明基板。

如图2-3所示，在将第一基板12密封到第二基板16上之前，将玻璃料14沉积在第一基板12上。可通过丝网印刷或可编程自动螺旋加料机(auger robot)将玻璃料14施加到第一基板12上，在第一基板12上提供形状良好的图案。例如，可将玻璃料14置于距离第一基板12的自由边缘13约1毫米的地方。在优选实施方式中，玻璃料14是低温玻璃料，它在与密封工艺所使用的激光器的工作波长相匹配的预定波长下具有显著的光学吸收截面。举例而言，玻璃料1 4可以含有一种或多种选自以下的光吸收离子：铁、铜、钒、钕以及它们的组合(举例而言)。玻璃料14还可以掺杂填料(如转化填料(inversion filler)或添加剂填料)，填料可以改变玻璃料14的热膨胀系数，使玻璃料14的热膨胀系数与基板12和16的热膨胀系数相匹配或基本上相匹配。这种玻璃料的热导率一般大于约500微米²/秒，通常约为800微米²/秒，但可超过1000微米²/秒。至于可用于本申请的示例性玻璃料组合物的更多详细描述，可参考题为“GlassPackage that is Hermetically Sealed with Frit and Method of Fabrication(用玻璃料气密密封的玻璃封装及制造方法)”的美国专利申请第10/823331号，其内容在此引为参考。

玻璃料14也可以在将第一基板12密封到第二基板16上之前进行预烧结。为此，对沉积到第一基板12上的玻璃料14进行加热，使该玻璃料14连接到第一基板12上。然后，将其上有玻璃料图案的第一基板12放置在炉内，在一定温度下“烧制”或固化玻璃料14，该温度取决于玻璃料的组成。在预烧结阶段，对玻璃料14进行加热，将玻璃料内包含的有机粘合剂材料烧尽。

预烧结玻璃料14后，需要时可以对玻璃料进行粉碎，使高度变化不超过约2-4微米，典型的目标高度h可以是约10微米至大于30微米，这取决于器件的应用；然而，更典型的高度h约为12-15微米。如果高度的变化大于2-4微米，则在密封到第二基板期间使玻璃料14熔化时，间隙不能闭合，或者，该间隙可能引起应力，使基板碎裂。玻璃料12的高度h是一个重要参数，它能让基板通过基板12密封。如果玻璃料14太薄，它不会留下足够的材料来吸收激光辐射，导致故障。如果玻璃料14太厚，它能够在第一表面吸收足够的能量熔化靠近第一表面的玻璃料，但由于玻璃料的热导率方面的原因，也阻止了熔化靠近第二表面的玻璃料所需的能量到达玻璃料上的该区域(例如靠近第二基板16)。这后一种情况是密封带有厚玻璃料层的基板的速率限制情形，可能导致两块玻璃基板之间的结合效果差或者不均匀。

预烧结的玻璃料14粉碎之后，第一基板12可以通过一个温和的超声波清洁环境，除去到现在累积的任何碎屑。在此所用的典型溶液比用于清洁没有其它沉积的显示玻璃的溶液温和得多。在清洁时，保持较低的温度，以避免沉积的玻璃料14发生分解。

清洁后，可以进行最后的处理步骤，以除去残留的水分。可以将预烧结的第一基板12放置在100℃的真空炉内保持6小时或更长时间。从真空炉内取出后，将该预烧结的第一基板12放置在净室箱内，在进行密封过程之前，阻止粉尘和碎屑在基板上累积。

图3显示了密封到第一基板12上之前的第二基板16，它包括一个或多个OLED元件18和一个或多个电极20，电极用于将OLED元件连接到其它器件上。典型的OLED 18包含一个或多个有机层(未示出)和阳极/阴极20。然而，本领域的技术人员应当容易理解，任何已知的OLED 18或未来的OLED 18均可用于OLED显示器10中。

密封过程包括将第一基板12，包括玻璃料14，放置在第二基板16顶部，而一个或多个OLED 18和一个或多个电极20已经位于第二基板顶部，这样，玻璃料14和OLED/电极18和20就被夹在由玻璃料14隔开的两块基板12与16之间。对基板12和16施加温和的压力，使之在密封过程中保持接触。如图5所示显示器件10的局部特写中所显示的，激光器22使光束24透过第一基板12射到玻璃料14上，加热玻璃料14，使玻璃料14熔化并形成连接并结合基板12与基板16的气密密封。该气密式密封体还能防止周围环境中的氧和水分进入OLED显示器10，从而保护OLED 18。

举例而言，可使激光束24散焦成直径约3.5毫米的光斑，从而使玻璃料14中的温度梯度更加缓和。然而，应当指出，比较好的是激光束24比玻璃料14的宽度更宽，因此激光束24宽度可大于3.5毫米。玻璃料14在熔化前通常需要预热和退火阶段。此外，经过预烧结的第一基板应存放在惰性气氛中，以防在熔化前重新吸收O₂和H₂O。激光束24向玻璃料图案移动的速度可在约0.5毫米/秒至超过40毫米/秒的范围内，且可高达300毫米/秒，这具体取决于参数设定。对于较快的密封速度(激光束在玻璃料14上方移动的速度)，例如超过约40毫米/秒，可能需要移动激光束24而不移动激光器本身。举例而言，可以通过用安装在检流器件上的反射器反射光束来完成这个任务。熔化玻璃料以及将基板12和16密封到一起所需的能量随玻璃料14的吸光系数α和厚度(高度)h变化。如果在玻璃料14下面放置反射层或吸收层，如特定的铅材料20，那么所需能量也要受到影响；所需能量还受激光器在玻璃料上面移动的速度影响。此外，玻璃料14可随玻璃料的均匀性以及填料粒径变化。这还能对玻璃料吸收激光并进而熔化到基板12和16上的方式产生不利影响。

图5-6显示了如何相对于激光束24放置基板12和16。可以包括透镜***(未示出)，但它不是输送激光束24的能量所要求的。同样，激光束24可自焦点26散焦到点28，以减小激光束24穿过玻璃料14时的温度梯度。应当指出，如果该梯度太陡(聚焦得太密集)，那么OLED显示器10会猛然破裂，立即造成显示器故障。

图6显示了几种示例性策略，可用来使第一基板12(包括玻璃料14)与第二基板16保持紧密接触，以便于密封。第一种方法是将基板12和16放置在钢块30上，第一基板12和16顶部有一块磁铁32。另一种方法是将基板12和16放在两个清洁的氧化硅圆盘34与36之间，所述圆盘极其平坦，很少有擦痕/凹坑。然后可用许多方法将这两个氧化硅圆盘34和36夹在一起，所述圆盘能透射近红外辐射。如果圆盘34和36平坦且极硬，那么较薄的基板12和16可保持其形状，并保持平坦，且彼此直接接触。

承载基板12和16的平台(未示出)的运动可由计算机(未示出)控制，计算机按照编好的程序运行，以跟踪分布在第一基板12上的玻璃料14的图案。玻璃料14的多数图案是矩形，具有圆角。角的曲率半径范围在0.5毫米-4毫米之间，这对于降低此区域的过热是必需的。当x方向的运动减慢而y方向的运动加快时，就会发生过热；反之亦然。为消除此过热效应，可以调节激光束24的速度、功率或半径。例如，仅通过保持曲率半径大于散焦激光束24的覆盖范围即可克服此效应。

因为玻璃料14有一定的透明度，像位于其下且具有反射性的电极20这样的任何层，都会形成额外的热源，因为激光束24被反射回玻璃料14中。虽然辐射剂量没有翻倍，但比所希望的要多得多。另外，这些电极20中有一些在对近红外线有吸收性，这意味着它们在受到激光束24辐射后会产生显著的加热效应。当电极20同时显示吸收性和反射性时，它会产生用密封策略很难克服的效应。此效应可视为单位时间内的功率密度问题。因为电极20是在事先不确定玻璃料14将位于何处的时候分散放置的，所以必须控制功率密度问题。

本发明的密封技术使密封激光器22能够在密封过程中加热并熔化玻璃料14，即使可能具有不同图案和性质的电极20在玻璃料14底下穿过。利用本发明的密封技术，可以避免在密封过程中损坏电极。为此，密封技术应考虑若干因素，这些因素会影响热扩散速率，并反过来影响玻璃料14在密封点的温度。首先，如上所述，典型的玻璃料14的透射率可以变化2％-30％，这具体取决于其组成和厚度。其次，根据其组成，电极20可吸收或反射透过玻璃料14的光。

一般地，激光器移动速度V与玻璃料吸光率α(单位为距离的倒数，例如1/微米)之间的关系可从扩散关系推出：

V＝4BD/r²           (1)

其中V是激光器在玻璃料14上方移动的速度，D是玻璃料的导热系数，r是玻璃料的扩散长度，B是比例因数。由于玻璃料的总厚度是其直接熔化的厚度与被热扩散熔化的玻璃料厚度之和：

h＝r+1/α           (2)

其中α是玻璃料的吸光系数。因此，V可表达为：

V＝4BD/(h-1/α)²    (3)

该表达式在h＞1/α(即玻璃料具有高度吸收性)时成立。方程(3)说明密封(移动)速度、玻璃料的吸光率和热导率之间存在何等密切的关系。

另一方面，低吸收性的玻璃料可能允许密封速度更快。遗憾的是，密封速度越快，通常要求激光器的输出功率越高。在电极吸收激光的情况下(即电极在激光器的输出波长处具有吸收性)，电极可能被加热到足以破坏电极的温度。为了在考虑存在电极的情况下确定合适的密封速度，可以利用以下关系：

V＝4BD/(h-(1+A·10^-αh)/α-(R/α)·10^-αh)²    (4)

其中A是电极吸光率，R是电极反射率。

一般地，商业上可行的密封速度超过5毫米/秒，而在此速度下，光功率大于10-15瓦时可能会损坏电极。例如，光功率大于约10瓦时可能会损坏铬电极，而钼电极可能在光功率超过约15瓦(光斑直径2ω小于约1.8毫米)时遭到破坏。较佳的是，激光束在玻璃料表面上的光斑直径至少等于或大于玻璃料宽度。本发明所用光斑直径等于2ω，其中ω是到光束轴线的距离，此时光束密度是最大光束强度的1/e²。激光束在玻璃料表面上的光斑直径应优选在约0.5-300毫米/秒之间。一般地，峰值光功率应在0.5瓦-1.5千瓦之间，具体取决于移动速率、光斑直径等。

作为说明，假定光斑直径为1.8毫米，它超过玻璃料的线宽，则：当移动速率小于或等于约5毫米/秒时，峰值光功率应保持在约15瓦以下；当移动速率大于约5毫米/秒而小于或等于10毫米/秒时，峰值光功率应保持小于或等于25瓦；当移动速率大于10毫米/秒小于或等于20毫米/秒时，峰值光功率应保持在约36瓦以下；当移动速率大于20毫米/秒而小于或等于40毫米/秒时，峰值光功率应保持在约45瓦以下。再次强调，这些仅作说明用，光功率、移动速率和光斑直径可随具体应用而变化。

我们已经发现，通过选择玻璃料14，使其在激光束24的波长下具有合适的吸光率，或者反过来根据玻璃料的吸收性质选择激光的波长，使得参数α·h(其中h的单位为微米)大于或等于约0.4，优选在约0.4与1.75之间，那么不需要通过复杂机制调节光功率即可避免损坏电极，例如在激光穿过电极上面的玻璃料时。更优选的是，α·h在约0.5与1.3之间。

应当强调，本发明的上述实施方式，特别是任何“优选的”实施方式，仅仅是可能的操作实例，仅用于清楚地理解本发明的原理。可以对本发明的上述实施方式作出许多改变和改进，而基本上不背离本发明的精神和原理。所有这些改进和改变都包括在本说明书及本发明的范围之内，受到所附权利要求书的保护。

Claims (20)

1.包封显示元件的方法，该方法包括：

将玻璃料沉积到第一基板上，其中玻璃料具有作为波长的变量的吸光率α，沉积的玻璃料的高度为h；

放置第二基板，使其与玻璃料接触；

通过以大于或等于约0.5毫米/秒的速度在玻璃料上方移动激光束，使所述基板密封在一起，其中激光束的波长为λ；

波长为λ时的α·h大于或等于约0.4。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，波长为λ时的α·h在约0.4-约1.75之间。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述速度大于约0.5-300毫米/秒。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，波长为λ时的α·h在约0.5-约1.3之间。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，h大于约10微米。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，激光束的峰值功率在约0.5W-1.5千瓦之间。

7.如权利要求1所述方法，其特征在于，激光束在玻璃料表面上的光斑直径2ω在约1.8-25毫米之间。

8.如权利要求1所述方法，其特征在于，玻璃料的热导率大于约500微米²/秒。

9.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述玻璃料掺有选自铁、  铜、钒、钕以及其组合的掺杂剂。

10.一种包封显示元件的方法，该方法包括：

将玻璃料沉积到第一基板上，其中玻璃料具有作为波长的变量的吸光率α，第一基板为高h的框形；

将玻璃料夹在所述第一基板与第二基板之间，其中第二基板上面具有显示元件和至少一个电极，所述至少一个电极在所述玻璃料和第二基板之间延伸；

透过第一基板以大于约5毫米/秒的速度在玻璃料的长度范围内移动波长为λ的激光，将第一与第二基板密封在一起；

其中激光波长为λ₁时的α·h大于或等于约0.4。

11.如权利要求10所述方法，其特征在于，所述显示元件包含有机材料。

12.如权利要求10所述方法，其特征在于，所述速度在约0.5-300毫米/秒之间。

13.如权利要求10所述方法，它还包括在将玻璃料夹在两块基板中以前，预烧结玻璃料。

14.包封显示元件的方法，该方法包括：

将玻璃料沉积到第一基板上，其中玻璃料具有作为波长的变量的吸光率α，第一基板为高h的框形；

预烧结所述玻璃料；

将第一基板放置在第二基板顶部，第二基板上具有一个或多个包含有机材料的显示元件和至少一个金属电极，使得显示元件就位于框内，且至少一个电极在玻璃料下方通过；

用峰值波长为λ的激光透过第一基板加热玻璃料，在第一与第二基板之间形成气密式密封；

其中激光波长为λ时的α·h大于或等于约0.4。

15.如权利要求14所述方法，其特征在于，所述加热包括以大于或等于约0.5毫米/秒的速度使激光在玻璃料上方移动。

16.如权利要求14所述方法，其特征在于，波长为λ时的α·h在约0.5-约1.3之间。

17.如权利要求14所述方法，其特征在于，玻璃料的热导率大于约500微米²/秒。

18.如权利要求14所述方法，其特征在于，玻璃料的热导率大于约800毫米²/秒。

19.如权利要求14所述方法，其特征在于，所述激光束的峰值光功率在约0.5瓦-1.5千瓦之间。

20.如权利要求14所述方法，其特征在于，激光束在玻璃料表面上的光斑直径2ω在约1.8-25毫米之间。

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