CN1204444C - 改进的有机发光二极管器件 - Google Patents

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Abstract

本发明用于形成薄器件，所述器件的总厚度(TD)小于用来安装盖(260)的密封框的宽度(WSF)。通过在器件区(208)内采用了一些隔块(270)支撑所述盖，使得薄器件的制造更容易。

Description

改进的有机发光二极管器件
技术领域
本发明涉及有机发光二极管(OLED)器件。更具体说，本发明涉及OLED器件的封装。
背景技术
图1示出一个OLED器件100。OLED器件包括一个或几个位于一个衬底上的第一和第二电极105和115之间的有机功能层110。这些电极可以被图形化以形成例如多个OLED元件，从而产生一个象素型的OLED器件。有几个与第一和第二电极相连的连接片150，用来为OLED元件提供电连接。在衬底上安装了一个盖160将器件密封。该盖安装在一个盖密封框135上，框的宽度(WSF)一般约0.5-2mm。由于0LED元件的活性材料和电极材料很敏感，很容易因机械接触而受损，因此所述盖设置了一个空腔145来防止它直接接触OLED元件。在这个空腔内还能放置一些干燥材料，以对付器件存在的一定的泄漏率。氧气和潮气泄漏入所述器件是非常严重的问题，因为当器件暴露于水或氧气时会很快变劣。
普通OLED器件的厚度(TD)大于盖密封框的宽度(例如2-5mm)。但是对薄而轻且挠性好的器件的需求要求采用更薄的元件(如盖和衬底)。然而降低盖和衬底的厚度将减小器件的机械稳定性，使它更容易弯折，从而引起空腔塌陷，造成OLED元件受损。
从以上讨论可知，我们希望OLED器件变得更薄，而同时不降低其可靠性。
发明内容
本发明提供了一种有机发光二极管器件，包括：具有器件区的衬底，其中所述器件区包括有有机发光二管元件；围绕着器件区的密封框；所述密封框上安装着盖，用来封装器件，所述盖在器件区上方形成一个空腔以避免所述盖和所述器件区之间的接触；位于器件区内的隔件，用来支持所述盖；器件厚度(TD)小于密封框的宽度(WSF)。
发明涉及薄器件的制造。在一个实施例中，本发明涉及到薄的0LED器件。此器件包括一个器件区，OLED元件就设在该器件区。围绕着器件区形成一个密封框，用来安装一个密封盖。在一个实施例中，在器件区设有一些隔件，用以支持所述盖。采用隔件能够形成总厚度小于密封框宽度的薄器件。
附图说明
图1示出一个OLED器件；
图2-3表示根据本发明的一个实施例形成OLED器件的过程；
图4-5表示根据本发明的另一个实施例形成OLED器件的过程；
图6-7表示根据本发明的再一个实施例形成OLED器件的过程；
图8-9表示根据本发明的再一个实施例形成OLED器件的过程。
具体实施方式
本发明总的涉及OLED器件。根据发明的一个具体实施例，可提供厚度小于盖密封框宽度的OLED器件。在另一个实施例中，OLED器件的厚度小于2mm，小于1mm更好，最好是小于0.5mm，薄器件有利于更轻且挠性的应用的设计(如蜂窝电话、传呼机、个人数字助理(PDAs)或智能卡等便携装置)。
在本发明的一个中，OLED器件包含一些隔块或支持柱。为了便于讨论，我们把隔块和支持柱统称为隔件。隔件对凹腔内的盖形成额外的支撑，以防止它塌陷到OLED元件上。这样就可以采用更薄的衬底和盖来制作OLED器件。
图2-3示出按本发明的一个实施例制造OLED器件的过程。参见图2，薄衬底201上设有一个或数个形成于其上的OLED元件。在一个实施例中，衬底包括一层塑料膜，例如透明的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚萘酸乙二脂(PEN)，聚碳酸酯(PC)，聚酰亚胺(PI)，聚砜(PSO)，聚对苯基醚砜(PES)等。衬底还可用其它材料制造，如聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。也可以采用包括玻璃或其它材料(例如包括玻璃和聚合物的复合材料叠层或覆盖有无机阻挡层的聚合物膜)的薄衬底。
在一个实施例中，衬底的厚度约为20-300μm。在某些场合下，薄衬底可能在机械上不稳定，造成许多工艺问题。在制造过程中，可以临时采用一个支撑层(未示出)来使衬底变得稳定。比如说，可以在衬底的背面做出一个临时支撑层。在一个实施例中，临时支撑层包括一个涂复有粘接剂的聚合物薄片，以便与衬底相连。在加工过后就把这个临时层去掉，因为器件封装可以用来使器件在机械方面稳定。
OLED元件形成在衬底的元件区208内。OLED元件包括一个由多个层形成的叠层，所述的层至少包括夹在第一和第二电极205和215之间的一个有机功能层210。OLED元件的制造在Burroughs等人发表于Nature(London)347，539(1990)上的文章中曾有所描述，这里作为参考资料包括进来。几个连接片250用于连通到OLED元件。通常OLED叠层的总厚度约为300-600nm。
通常OLED元件制造中包括在衬底上淀积第一电极层205。第一电极层包括例如氧化铟锡等透明导电材料。可以用普通的蚀刻和掩膜技术来使第一电极层图形化。也可以采用机械的图形化技术，这在正在申请中的国际申请“Mechanical Patterning of A Device Layer”(律师案卷号：99E 8062)中予以说明，这里将其作为参考资料包括进来。电极层的图形取决于具体应用。例如，可以把第一电极层图形化以形成下面的电极条，该电极条用作象素型器件的阳极。也可以形成与连接片的连接。
在衬底上形成一个或数个有机功能层，它们将第一电极遮盖住。有机功能层包括共轭聚合物或低分子材料(如Alq3)等。也可以用其它类型的有机功能层。可以用普通的技术来形成有机功能层。这些方法包括湿法加工等，例如旋转涂复或真空升华(对于Alq3有机层)。一部分有机功能层可被有选择性地去掉，以露出连接片连接。有选择地去掉有机层可以采用抛光工艺等来实现。也可采用其它方法来有选择地除去有机层，例如采用蚀刻法，擦除法，或者激光剥离法等。
然后将第二电极层淀积在衬底的有机功能层上面并图形化。在一个实施例中，将第二电极层图形化以形成多个第二电极条，它们与第一电极条相交以产生一个象素型的OLED器件。也可以将导电层按立体方式淀积以形成第二电极。还可采用其它的方法来形成OLED元件。
在一个实施例中，隔块270是淀积在衬底的元件区。可以在密封之前的任何一个工艺流程处将隔块淀积上去。例如，可以在形成第一或第二电极之前或之后将隔件淀积上去。在一个实施例中，隔件是在有机功能层形成之后形成于元件区的。在先已申请的名称为“Encapsulation For Organic LED Device”的国际申请(律师案卷号GR 99E 2809 SG)中对隔块进行了说明，这里将其作为参考资料包括进来。
如该申请中所示，隔块具有球形。也可以采用其它几何形状，例如立方形、棱柱形、锥体形或其它规则或不规则形状。隔块的平均直径应足以维持空腔的高度。一般隔块的平均直径为1-500μm，最好为1-20μm。隔块的平均直径根据它们是在流程中的什么时候淀积在衬底上而有所不同。
为避免电极间产生短路，隔块最好采用非导电材料。在一个实施例中，隔块是用玻璃制成。也可采用其它的非导电材料，例如二氧化硅、聚合物或陶瓷等。
隔块在包括器件的有源和无源部件(例如发射和非发射区)的元件区是随机分布的。隔块的分布或密度应足以防止盖260在存在机械应力的情况下接触OLED元件，不论这种应力是被设计的(器件的挠性)还是偶然(对器件的操作)的。这种分布可以改变，以适应设计的需求，例如盖厚度、衬底厚度和器件所需的挠性值。
在一个实施例中，隔件分布足以维持空腔的高度，而不明显地影响到OLED元件的发射均匀性。一般当隔件的分布具有10-500μm的隔块间平均距离时，隔件分布就能防止盖接触OLED元件。在这样一种分布下再加上隔块尺寸很小，就能保证它们对发射均匀度的影响，用肉眼基本上看不见。
也可以将隔块有选择地设置在器件区内。例如，可以把隔块有选择性地淀积在器件区的无源或非发射区内。有选择地淀积隔块的方法在已申请的名称为“Improved Encapsulation For Organic LEDDevice”的国际申请(律师案卷号：GR 99E 5160 SG)中进行了说明，这里将其作为参考资料包括进来。
为安装盖，准备了一个密封框235。该密封框围绕着元件区，其宽度约0.5-2mm。在本发明的一个实施例中，还在密封框区内形成了一个密封柱280。密封柱的高度足以形成一个具有所需高度的空腔。密封柱例如包括一种用于将盖永久性地密封到器件上的粘接剂。粘接剂采用可用紫外或热固化的环氧树脂、丙稀酸脂、热熔胶或低熔无机材料(如焊接用玻璃)等。隔块283可设在密封柱内。它可在密封柱中的粘接剂未固化期间支撑盖。密封柱可采用普通方法来制造，例如丝网印刷法、滴注法或光刻法等。也可以在盖的内表面涂上粘接剂。还可以不在密封框上形成密封柱，而是形成在盖的内表面上。
参看图3，盖被安装在衬底上。盖包括金属或玻璃等。也可采用其它类型的能使有源元件免受环境影响的盖，例如陶瓷或金属化薄片盖等。通常盖的厚度约为20-200μm。密封柱将盖密封，将器件封装好。盖形成一个由隔块270支撑的空腔345。所产生的器件具有小于密封框的宽度(WSF)的厚度(TD)。在一个实施例中，器件的厚度小于1.0mm。最好器件的厚度最好小于0.5mm。
图4-5为本发明的另一可选实施方式。参见图4，衬底201是与元件区208内的OLED元件一起制备的。OLED元件由一叠层构成，叠层至少包含处于第一和第二电极205和215之间的一个有机层210。可以有几个与元件相连的连接片250。根据本发明的一个实施例，隔块270在元件区内是随机分布的。
为了将预先形成的盖与空腔安装到一起，准备了一个盖密封框。密封框的准备包括将衬底图形化(如需要的话)，以形成一个用于淀积密封框材料(如粘接剂)的区域。预先形成的空腔盖包括金属或玻璃等。也可采用其它能防止有源元件受环境影响的材料，如陶瓷等。
参看图5，预先形成的盖被安装在密封框上，将器件封装。安装盖可以有各种方法。在一个实施例中，采用粘接剂来安装盖。可以采用自固化粘接剂、紫外或热固化粘接剂、或热熔粘接剂等。还可以采用其它方法，例如采用低温焊接材料、超声连接或采用感应或激光焊接等焊接技术。元件区的隔件将对盖提供额外的支撑作用。
图6-7为根据本发明另一实施例形成OLED器件的过程。参见图6，提供了厚度约为20-300μm的薄衬底201。衬底可包括一个临时支持层(未示出)，以在加工过程中对衬底提供较好的机械稳定性。
OLED元件是由一个叠层形成的，该叠层包括第一和第二电极205、215，其间至少有一个有机功能层210。电极可以被图形化为形成一个象素型的OLED器件。为连通到OLED元件设置了几个连接片250。
在一个实施例中，支持柱672形成在元件区的无源(非发射)部分。支持柱674也可以形成在围绕元件区的密封框区235内。正在申请中的名称为“Encapsulation of A Device”的国际申请(律师案卷号：99E 1975)中对支持柱进行了说明，这里将其作为参考资料包括进来。
在一个实施例中，通过在衬底上淀积具有所需厚度的隔离层并将其图形化来形成支持柱，以便在无源区和盖密封框区内形成支持柱。支持层的厚度决定支持柱的高度。在一个实施例中，支持柱的高度足以产生一个具有所需高度的空腔。空腔的高度约为1-20μm。
在一个实施例中，支持柱包括介电材料，以使有源区电绝缘。介电材料可以直接或间接地图形化。可直接图形化的材料包括可光学图形化的或光敏的材料，例如光敏聚酚亚氨，光敏聚苯并恶唑，光致抗蚀剂，基于酚醛树脂系列的光致抗蚀剂以及感光胶膜材料等。基于酚醛树脂系列的光致抗蚀剂尤其有用，因为它们可以固化和相互交链，从而能比其它类型的非固化抗蚀剂提供更好的机械整体性。不可直接图形化的材料包括拉制(spin-on)的玻璃材料、聚酚亚胺、聚苯并恶唑、聚戊二酰亚胺、苯并环丁烯、聚合物(例如聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP))或无机材料(例如SiO2，、Si3N4、Al2O3)等。
支持柱可以在工艺流程的不同阶段形成。例如，支持柱可以在第一或第二电极形成之前或之后形成。在一个实施例中，支持柱是在形成第一电极之后形成的。
参看图7，盖被安装在衬底上以将器件封装。在一个实施例中，盖包括金属或玻璃。也可用其它类型的能防止有源元件受环境影响的盖，如陶瓷或金属化膜盖。盖厚度约为20-200μm。盖例如可采用粘接剂安装。可将粘接剂涂在支持柱上或盖的内表面上。用于安装盖的粘接剂可以是自硬化粘接剂、紫外或热固化粘接剂或热熔粘接剂等。还可用其它的技术，例如用低温焊接材料、超声粘接、或感应或激光焊接等。盖形成一个空腔345，并由支持柱支撑。
在另一个可选实施例中，采用密封拄(如图3中所示)来安装盖。带粘接剂(有隔块或无隔块)的密封柱可以形成在密封框区235内或是盖的内表面上。在采用密封柱的应用中，支持柱674没有形成在密封框区内。
图8-9示出本发明的另一实施例。参看图8，OLED元件是形成于无源区(如图6所示)内一个带支持柱672的薄衬底的元件区中。为安装预先形成的空腔盖860，准备了一个盖密封框235。预先形成的盖包括金属或玻璃等。也可用其它类型的能保护有源元件不受环境影响的材料，如陶瓷。
参见图9，预先形成的盖860被安装在密封框上，将器件封固。可用不同的方法安装盖。在一个实施例中，采用粘接剂来安装盖。可以采用自硬化粘接剂、紫外或热固化粘接剂，或热熔粘接剂等。也可以将粘接剂涂在支持柱672上。还可采用其它一些方法，例如用低温焊接材料、超声粘接或利用感应的焊接技术或激光焊接等。处于元件区内的支持柱给盖提供额外的支撑。
在另一个实施例中，可把隔件形成在或淀积在盖的内表面上。隔件可形成在盖的内表面上，它相当于衬底上的元件区，用作安置密封柱等。
隔件也可用于为采用空腔封装的其它类型器件提供支撑。这类器件包括电器件、机械器件、机电器件或微机电***(MEMS)等。
尽管结合不同的实施例对本发明进行了详细描述，但本领域技术人员可以对本发明进行修改和变化，而不脱离本发明的思想和范围。因此，本发明的范围不限于上面的描述，而是指所附权利要求书及其全部等效物范围内内容。

Claims (18)

1、一种有机发光二极管器件，包括：
具有器件区的衬底，其中所述器件区包括有有机发光二极管元件；
围绕着器件区的密封框；
所述密封框上安装着盖，用来封装器件，所述盖在器件区上方形成一个空腔以避免所述盖和所述器件区之间的接触；
位于器件区内的隔件，用来支持所述盖；
器件厚度(TD)小于密封框的宽度(WSF)。
2、如权利要求1所述的有机发光二极管器件，其特征在于，WSF为0.5-2mm。
3、如权利要求2所述的有机发光二极管器件，其特征在于，衬底的厚度为20-300μm。
4、如权利要求1或2所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔件包含一些隔块。
5、如权利要求4所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块随机分布于所述器件区内。
6、如权利要求5所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块包括一种非导电材料。
7、如权利要求6所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块的平均直径可以维持所述盖和衬底之间空腔的高度。
8、如权利要求5所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块的平均直径可以维持所述盖和衬底之间空腔的高度。
9、如权利要求4所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块有选择地分布在器件区内。
10、如权利要求9所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块有选择地设在器件区的无源区内。
11、如权利要求10所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块包括一种非导电材料。
12、如权利要求11所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块的平均直径可以维持所述盖和衬底之间空腔的高度。
13、如权利要求9所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块的平均直径可以维持所述盖和衬底之间空腔的高度。
14、如权利要求10所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述隔块的平均直径可以维持所述盖和衬底之间空腔的高度。
15、如权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述隔件包括支持柱。
16、如权利要求15所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述支持柱位于所述器件区的无源区内。
17、如权利要求16所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述支持柱包括非导电材料。
18、如权利要求15所述的有机发光二极管器件，其特征在于，所述支持柱包括非导电材料。
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