CN100373637C

CN100373637C - 封装保护结构

Info

Publication number: CN100373637C
Application number: CNB021429537A
Authority: CN
Inventors: 陈光荣
Original assignee: Toppoly Optoelectronics Corp
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: CN1482840A

Abstract

本发明提供一种封装保护结构。该封装保护结构完全覆盖在一基底上的一电路元件上，该封装保护结构包含有一第一层类金刚石碳膜，用来当作该封装保护结构的最下层，一缓冲层设于该第一层类金刚石碳膜表面，以及一第二层类金刚石碳膜，覆盖该缓冲层及部分该第一层类金刚石碳膜，用来当作该封装保护结构的最上层并与该第一类金刚石碳膜形成一回路结构。

Description

封装保护结构

技术领域

本发明涉及一种封装保护结构，尤其涉及一种包含有类金刚石碳膜回路结构的封装保护结构。

背景技术

随着科技的日新月异，轻薄、省电、便携式的智能资讯产品已经充斥了我们的生活空间，而显示器则在其间扮演了相当重要的角色，不论是手机、个人数位助理或是笔记型电脑，均需要显示器作为人机沟通的介面。而在高画质、大画面、低成本的需求下，一种利用有机材料制作的有机发光显示器(organic light-emitting display，OLED)便以简单的结构和极佳的工作温度、对比、视角以及具备有发光二极管(Light-emitting diode，LED)整流及发光特性等优势，而逐渐在显示器市场中受到瞩目。

由于有机发光显示器利用由有机材料所构成的发光元件来产生光源，所以对湿气会有极高的敏感度，一旦有水汽接触到有机发光元件，将会造成阴极处氧化与有机化合物界面剥离的现象，使元件产生暗点(dark spot)，这除了会明显降低显示品质外，更会造成显示器辉度的降低，缩减显示器的寿命。因此随着有机发光显示器的逐渐发展，在进行显示器的封装时，所用的封装材料除了需要有较佳的耐磨性与高热传导性，更需要具有一较低的湿气穿透率，以有效隔绝有机材料与外界环境间的接触，进而增加显示器的寿命。

在现有封装工艺中，多半是利用由高分子胶材所构成的粘接剂来将金属或玻璃封装盖粘合于基板表面，并在其间的中空部位填入干燥剂及封入干燥的氮气，以完成显示器的封装。然而，此种封装结构仅能适用于包含有金属或玻璃基板的显示装置，不能应用于柔性(fiexible)基板的封装。此外，金属封装盖具有重量重、易被氧化等缺点，在元件制作上更具有金属与玻璃材料间粘附性差以及与元件粘合处平坦度要求高等缺点。而玻璃封盖也相当厚重、不但易碎亦不易加工，在元件封装时更容易因为应力不均而造成剥离的现象，且由高分子胶材构成的粘接剂对水汽的防护能力则普遍不好，因此尽管在经过封装后，外界环境中的湿气仍然会逐渐渗入，对显示元件侵蚀破坏，而影响显示效果，并造成显示器寿命降低。

为了克服金属或玻璃封装盖的缺点，目前的封装方式已逐渐朝向全薄膜化的封装保护工艺。请参考图1，图1为美国专利第5,811,177号中所公开的一封装保护结构16的剖面示意图。如图1所示，有机发光显示器10包含有一基底12、一显示单元14设于基底12表面以及一封装保护结构16设于显示单元14与基底12上方。其中，显示单元14由多个像素所构成，并包含有一驱动电路(未显示)设于基底12表面，以驱动各像素进行显示，而封装保护结构16是一多层结构，其包含有一金属层18、一缓冲层(bufferlayer)20、一导热系数匹配层(thermal coefficient matching layer)22、一低穿透性层(low permeability layer)24以及一密封层26，依序堆叠于显示单元14上，以达到保护显示单元14的效果。

除此之外，美国专利第5,952,778号中也公开了一种利用金属层、无机介电材料以及疏水性高分子聚合物构成的封装保护结构。而台湾专利文献第379513号“防湿薄膜及电发光元件”中亦公开了一种多层封装保护结构，其利用由玻璃或金属基板构成的防湿薄膜配合吸湿性树脂、粘胶层以及透明树脂层进行多层堆叠，覆盖于一电致发光元件上，以防止该发光元件受到湿气或氧气的侵蚀。

承上所述，现有封装保护结构多半是利用无机陶瓷材料与高分子材料等作为主要封装材料，并以多层堆叠的方式于显示单元上形成一多层的封装保护结构，以避免显示单元中的电极材料或有机发光材料受到外界环境中湿气的侵蚀。一般而言，一些对于水汽较敏感的显示装置，例如有机发光显示器，通常都会要求渗水率在0.05g/m²day(每天每平方米渗水0.05g)以下，因此现有封装保护结构至少都包含一个五层以上的多层堆叠结构，才能达到有效阻绝水汽进入的效果，但由于并未同时顾及元件的散热效果，因此这种多层堆叠结构虽可提供一个较佳的水汽防护效果，然而往往散热效果不佳，且在工艺上相当繁复，需要花费较高的制造成本与更多的工艺时间。因此，如何改善现有的封装结构或设计，实为当前的重要课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种封装保护结构，其包含有一利用类金刚石碳膜所构成的回路结构，以解决上述问题。

在本发明的优选实施例中公开了一种有机发光显示器(OLED)的封装保护结构。该有机发光显示器包含有一基底以及一显示单元设于该基底上，而该封装保护结构则覆盖于该显示单元以及该基底上。其中该封装保护结构另包含有一第一类金刚石碳膜设于该基底之上并完全覆盖于该显示单元，用来当作该封装保护结构的最下层，一缓冲层设于该第一类金刚石碳膜表面，以及一第二类金刚石碳膜覆盖于该缓冲层以及部分该第一类金刚石碳膜上，用来当作该封装保护结构的最上层，并与该第一类金刚石碳膜形成一由类金刚石碳膜所构成的回路结构。

本发明的封装保护结构藉由类金刚石碳膜的材料特性，以得到较好的耐磨性与低湿气穿透率，同时更利用该二层类金刚石碳膜所构成的回路结构来提供一较好的热传导性，以有效增加所保护的电路元件寿命。

附图说明

图1为现有封装保护结构的剖面示意图；

图2为本发明的封装保护结构的剖面示意图；

图3为图2中封装保护结构的局部放大图；以及

图4为本发明的封装保护结构的俯视图。

附图中的附图标记说明如下：

10 有机发光显示器 12 基板

14 显示单元 16 封装保护结构

18 金属层 20 缓冲层

22 导热系数匹配层 24 低穿透性层

26 密封层 110 有机发光显示器

114 显示单元 118 封装保护结构

120 第一层类金刚石碳膜 122 缓冲层

124 第二层类金刚石碳膜 126 显示区域

128 外围区域 130 导电层

132 发光层 134 金属层

136 绝缘层 138 导电层

具体实施方式

本发明公开一种封装保护结构，为了充分显示本发明的优越性，因此以下同样以一有机发光显示器为例为来说明本发明的封装保护结构，然而本发明的应用范围并不局限于此，而能应用于各式电路元件，例如液晶显示器、半导体装置等。

请参考图2，图2为本发明优选实施例中一有机发光显示器的封装保护结构的剖面示意图。如图2所示，有机发光显示器110包含有一基底112与一显示单元114设于基底112的表面，以定义出一显示区域126以及一外围区域128。此外，有机发光显示器110另包含有一封装保护层118设于显示单元114上，以避免显示单元114暴露于外界环境中。

请参考图3，图3为图2中有机发光显示器110封装保护结构118的局部放大图。如图3所示，显示单元114由多个像素构成，而每一像素均为一多层堆叠结构，其包含有一导电层130、一发光层132、一金属层134、一绝缘层136以及一导电层138，由下而上依序堆叠于基底112上。在本发明的优选实施例中，基板112为一玻璃基板、一塑料基板或一金属基板，导电层130及138通常由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)所构成，发光层132可由有机材料所构成，例如可为一由共轭高分子(conjugated polymer)所构成的有机发光层，金属层134通常为Al-Mg合金、Al-Li合金或是Al-LiF等材料所构成，绝缘层136通常由氮硅层、硅氧层或是高分子材料所构成。

封装保护结构118由一第一层类金刚石碳(Diamond-like carbon，DLC)膜120、一缓冲层(bufferlayer)122以及一第二层类金刚石碳膜124依序堆叠所构成。其中，第一层类金刚石碳膜120覆盖于显示单元114以及外围区域128上，以将显示单元114完全包覆于封装保护结构118与基板112之间。在本发明的优选实施例中，封装保护层118的厚度约为0.1至50μm，第一层类金刚石碳膜120与第二层类金刚石碳膜124以等离子体辅助化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)工艺形成，其厚度均约为1000至50000埃()，而缓冲层122包含有由无机材料与高分子材料所构成的结构、溶剂型或无溶剂型的热固材料、类金刚石碳膜与高分子材料所构成的结构、UV固化材料或是热升华型高分子材料，其主要功能是降低第一层类金刚石碳膜120与第二层类金刚石碳膜124的应力，避免第一类金刚石碳膜120或第二类金刚石碳膜124上发生龟裂。

此外，参考图3和4，图4为本发明有机发光显示器的封装保护结构的俯视图。缓冲层122覆盖的面积略小于下方第一层类金刚石碳膜120与上方第二层类金刚石碳膜124，因此部分第二类金刚石碳膜124直接覆盖于第一层类金刚石碳膜120上，以形成一由第一层类金刚石碳膜120与第二层类金刚石碳膜124构成的回路结构，且此一回路结构亦覆盖于外围区域128上，以避免影响位于显示区域126处封装保护结构118的湿气穿透率。

本发明的封装保护结构118采用类金刚石碳膜作为主封装材料，而类金刚石碳膜是一种键接方式介于sp³键接(例如钻石)与sp²键接(例如石墨)间的碳膜结构，其可用磁控溅射法(magenetically sputtering method)、离子蒸镀法(ion plating method)、电弧离子蒸镀法(arc ion plating method)以及本发明所用的等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)工艺来形成，并可进一步藉由控制工艺参数或加入适当杂质使得所形成的类金刚石碳膜具有不同特性，例如可产生应力极小软性的类高分子薄膜或应力与硬度均甚高的非晶类金刚石碳膜，本发明即是利用所形成了高致密性薄膜来达成避免水汽穿透的需求。

请参见表1，表1为一渗水率比较表，其中显示了不同厚度的类金刚石碳膜(DLC film)与现有技术中常用的防水层材料-氮化硅层(SiN_x)在38℃下的渗水率测试结果。如表1所示，与现有技术中常用的防水层材料(氮化硅层)相比，类金刚石碳膜显然能提供一更好的湿气防护能力，因此本发明仅需使用三层堆叠(第一层类金刚石碳膜120、缓冲层122以及第二层类金刚石碳膜124)就能满足显示单元的水汽防护需求，与现有封装保护结构(五层以上)相比，显然能提供一较简化的工艺。

表1类金刚石碳膜(DLC film)与氮硅层(SiN_x)渗水率比较表

结构	厚度(埃)	渗水率(g/m<sup>2</sup>day)
结构	厚度(埃)	渗水率(g/m<sup>2</sup>day)	DLC	2500	1.78
DLC	5000	0.11	DLC	2500	1.78
DLC	5000	0.11	DLC	13000	0.03
SiN<sub>x</sub>	1500	2.05	DLC	13000	0.03
SiN<sub>x</sub>	1500	2.05	SiN<sub>x</sub>	2000	0.88
SiN<sub>x</sub>	3000	2.19	SiN<sub>x</sub>	2000	0.88

除了上述的高致密性或低水汽穿透率外，类金刚石碳膜并具有高硬度(3000至5000kg/mm²)、高抗酸碱侵蚀能力、高电绝缘性、高耐磨性以及高表面平滑度等特性，此外其热传导性(热传导系数1100w/cm-K)更是远高于现有封装材料：例如氮化铝(170w/cm-K)、氧化铝(28w/cm-K)、氮化硅(25w/cm-K)、氧化钛(10.4w/cm-K)、或是二氧化硅(0.02w/cm-K)。且本发明封装保护结构更具有一由第一层类金刚石碳膜120与第二层类金刚石碳膜124构成的回路结构，以充分发挥类金刚石碳膜的高热传导性。换句话说，当显示单元114因操作而产生大量热量时，这些热量便可藉由设于位于封装保护结构118最内层的第一层类金刚石碳膜120来将热量迅速经由该回路结构传递至位于封装保护结构118最外层的第二层类金刚石碳膜124，然后再藉由与空气接触的第二层类金刚石碳膜124来将热量散发至外界环境中，以大幅增加显示器110的散热性，进而有效解决现有有机发光显示器封装保护结构散热不佳的问题，因为现有有机发光显示器的封装保护结构散热虽可满足显示单元的水汽防护需求，但却严重地影响显示单元的散热效果。

值得注意的是，虽然在上述说明的实施例中，是将封装保护结构118应用于一有机发光显示器的封装，然而本发明并不局限于此，对本领域技术人员而言，应可轻易根据上述附图与说明，将本发明的封装保护结构应用于各种需要耐磨性、低湿气穿透率或高散热性的电路元件，以提供一更好的封装保护效果并延长电路元件的寿命。

由于本发明的封装保护结构利用类金刚石碳膜作为主要封装材料，所以与现有技术中所使用的无机材料与陶瓷材料相比而言，会具有更好的耐磨性与高热传导性，同时对湿气也会有较低的穿透率，因此能有效避免电路元件中所含有的电极材料或有机材料与外界环境接触，而造成电路元件寿命的降低。此外，本发明的封装保护结构的最内层与最外层均由类金刚石碳膜所构成，且该二层类金刚石碳膜更构成一相连通的散热回路构造，因此除了可藉由位于封装保护结构最外层的类金刚石碳膜提供一高耐磨的功能，避免内部电路元件受到损害外，并可利用类金刚石碳膜的高热传导性，而将产生的热量迅速地经由最内层的类金刚石碳膜向外传递至最外层的类金刚石碳膜，以增加本发明封装保护结构的散热能力，大幅提高电路元件的稳定性并延长元件的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种封装保护结构，设于一基底上，该基底表面设有一电路元件，而该封装保护结构则覆盖于该电路元件及该基底上，该封装保护结构包括：

一第一层类金刚石碳膜，覆盖于该电路元件的上表面与侧壁以及该基底表面上，用来当作该封装保护结构的最下层；

一缓冲层，设于该第一层类金刚石碳膜之上；以及

一第二层类金刚石碳膜，覆盖于该缓冲层以及部分的该第一类金刚石碳膜上，用来当作该封装保护结构的最上层，

其中该第二层类金刚石碳膜与该第一层类金刚石碳膜构成一回路结构。

2.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该封装保护结构的厚度约为0.1至50μm。

3.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该第一层类金刚石碳膜与该第二层类金刚石碳膜的厚度均约为1000至50000埃。

5.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该缓冲层包括溶剂型或无溶剂型的热固化材料或UV固化材料。

6.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该缓冲层包括热蒸镀高分子材料。

7.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该缓冲层包括类金刚石碳膜与高分子材料所构成的材料结构。

8.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该缓冲层包括无机材料与高分子材料所构成的材料结构。

9.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该第一层类金刚石碳膜用来提供一导热的功能，以将该显示单元产生的热量传导至该第二层类金刚石碳膜，而该第二层类金刚石碳膜用来提供一耐磨以及散热的功能。

10.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该回路结构用来作为该电路元件的散热结构。

11.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该电路元件是一显示单元。

12.如权利要求11所述的封装保护结构，其中该显示单元是一有机发光显示单元。

13.如权利要求12所述的封装保护结构，其中该有机发光显示单元另包括一共轭高分子层，以及二导电层，分别位于该共轭高分子层的上方及下方。

14.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该第一层类金刚石碳膜的覆盖面积大于该缓冲层的覆盖面积。

15.如权利要求1所述的封装保护结构，其中该第二层类金刚石碳膜的覆盖面积大于该缓冲层的覆盖面积。