CN101653040B - 电子设备及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明制造一种电子设备并将树脂基板和电子元件的劣化抑制在最小限度。并且电子设备的制造方法，是在分别层积有阻挡层(2、2’)的一对树脂基板(1、1’)间，夹设用于密封电子元件(3～5)的低熔点金属层(7、7’)，而使树脂基板(1、1’)上的阻挡层(2、2’)的彼此接合的电子设备的制造方法，其中，在阻挡层(2、2’)和低熔点金属层(7、7’)之间分别设置光吸收层(6、6’)，通过树脂基板(1’)和阻挡层(2’)，将波长350nm以上、600nm以下的激光照射到光吸收层(6)上，加热低熔点金属层(7、7’)并使之熔解，接合阻挡层(2、2’)。
Description
技术领域
本发明涉及密封有以液晶等的显示媒介、有机E L等的发光媒介所代表的电子元件的电子设备及其制造方法。
背景技术
柔性显示器(flexible display)和电子纸(electronic paper)等可挠性显示媒介和有机EL等的发光媒介，典型性地具有在一对树脂基板之间密封有电子元件的结构。显示媒介例如在柔性液晶显示器中指的是液晶层和电极层，发光媒介例如在有机EL显示器中指的是有机层和电极层，而这样的显示媒介等通常其特性会因为水分的作用而劣化，为此，作为对策是对于显示媒介等所使用的树脂基板实施例如专利文献1所述这样的阻挡涂层(barrier coating)，以防止水分透过基板到达显示媒介等。
作为使用这样的基板制作的电子设备的一例，在图11中显示了有机EL显示器的概略剖面图。图11所示的有机EL显示器，在透明的下部树脂基板101的上面形成有单层或多层的阻挡层102，在该阻挡层102上的中央部成膜有发光媒介106，该发光媒介106由下部透明电极103、有机层104、上部电极层105构成。其中，有机层104和上部电极层105对于水分特别敏感。在上部树脂基板101’上也形成有阻挡层102’，该阻挡层102’的周边部与下部树脂板101上的阻挡层102的周边部通过夹设粘接剂层108而被接合。在此在横穿阻挡层102和102’的方向(箭头I)实质上不会发生水分的透过，对发光媒介106的劣化造成影响的侵入水分的大部分是贯通粘接剂层108的方向(箭头II)上的水分透过。
由上述可知，在显示媒介的密封所使用的粘接剂中，适合的是硬化后的透湿率低的。另外，树脂基板通常容易因加热而变形、变质，此外例如有机EL显示器这样的发光媒介，其特性会在高温环境下劣化，因此粘接剂优选能够在比较低的低温下硬化的。
因为光硬化型粘接剂能够在室温附近硬化，所以容易避免因加热造成的基板和显示媒介的劣化，但透湿性高，例如满足有机EL显示器中所要求的水平的透湿率(1×10-6g/m2day)的粘接剂市场没有销售。另一方面，在热硬化性的粘接剂中也有满足上述水平的透湿率的，但除了前述的热劣化的问题以外，还有硬化后的可挠性差、损害制作的显示媒介的可挠性这样本质性的问题。
另一方面，在金属和玻璃这样的耐热性高的无机材料的气密密封中，适用专利文献2所述的这种利用低熔点金属进行的密封方法。如果将这种利用低熔点金属进行的密封能够在图11所示的上下阻挡层之间实施，则来自外部的水分透过理想地受到抑制，能够提高显示元件的可靠性，但是至今为止，还没有一种施工方法可以使耐热性低的塑料基板和阻挡层不发生热变性，却使所夹设的低熔点金属熔解。
在专利文献3中，记述有一种使用低熔点金属对于无机电致发光元件实施气密密封的技术，但没有触及低熔点金属层的加热方法。通常无机电致发光元件的耐热性高，也可以将元件整体加热到低熔点金属的熔点左右。即，该方法不适用于显示元素被制作于耐热性低的树脂基板上的情况，和诸如有机电致发光元素这样元件自身的耐热性低的情况。
另一方面，在专利文献4中，作为显示面板的密封技术，记述有一种方式，其是使激光通过由玻璃构成的透明基板，照射被设于透明基板的周边部的防扩散层，由防扩散层吸收的激光作为热能并加热防扩散层，该热能再传导至邻接防扩散层而设的低熔点金属层，而使低熔点金属层熔解。
专利文献1：特表2005-528250号公报
专利文献2：专利第3091327号公报
专利文献4：特公平3-80314号公报
专利文献3：特开2004-265837号公报
但是，如果实际进行专利文献4所述的工序，则必须适当调整激光的照射功率与波长、该波长下的防扩散层的吸收率、防扩散层的材质和厚度和与之相依存的热容、以及向低熔点金属层的热传导率、低熔点金属层的厚度与热容等的参数，但在专利文献4中，对于这些点未做任何考虑。上述不当的情况下，若照射以使低熔点金属层熔解之量的功率的激光，则发生透明基板和防扩散层的热损伤。即，这种方法在如作为透明基板使用玻璃材时那样在透明基板的耐热性充分高的情况下可能有效，但当透明基板是树脂基板时，进而在树脂基板的密封面侧形成有阻挡层时，就需要开发一种密封方法，能够将激光照射中的透明基板和阻挡层的温度保持得比其耐热温度低。
发明内容
本发明鉴于上述情况而做，其目的在于，提供一种电子设备，其能够使设于树脂基板间的电子元件的防湿性(也称防潮性)提高，能够抑制电子元件因水分等引起的劣化；以及提供一种电子设备的制造方法，其在制造过程中不会引起树脂基板的劣化，可以将电子元件的劣化等的不良影响抑制在最小限度。
本发明的电子设备，是使分别层积有阻挡层的一对树脂基板间的一方的所述阻挡层上所形成的电子元件，经由以包围该电子元件的方式而设于所述阻挡层的周边的低熔点金属层，与所述树脂基板贴合而成的电子设备，其中，在至少一方的所述阻挡层和所述低熔点金属层之间设有光吸收层。
在此，所谓电子元件，意思是液晶等的显示媒介、有机EL等的发光媒介等，所谓电子设备，意思是电子元件被密封在树脂基板间的柔性液晶显示器、有机EL显示器等。
本发明的电子设备的制造方法，是在分别层积有阻挡层的一对树脂基板间，夹设用于密封电子元件的低熔点金属层而将所述树脂基板上的所述阻挡层彼此接合的电子设备的制造方法，其中，在至少一方的所述阻挡层与所述低熔点金属层之间设有光吸收层，通过至少一方的所述树脂基板和所述阻挡层，将波长350nm以上、600nm以下的激光照射到所述光吸收层上，加热所述低熔点金属层并使之熔解，从而将所述阻挡层彼此接合。
本发明的电子设备，是使分别层积有阻挡层的一对树脂基板间的一方的所述阻挡层上所形成的电子元件，经由以包围该电子元件的方式而设于所述阻挡层的周边的低熔点金属层，与所述树脂基板贴合而成的电子设备，其中，在至少一方的所述阻挡层和所述低熔点金属层之间设有光吸收层，因此，能够提高设于树脂基板间的电子元件的防湿性，能够抑制电子元件的劣化。
另外，本发明电子设备的制造方法，是在分别层积有阻挡层的一对树脂基板间，夹设用于密封电子元件的低熔点金属层而将所述树脂基板上的所述阻挡层彼此接合的电子设备的制造方法，其中，在至少一方的所述阻挡层与所述低熔点金属层之间设有光吸收层，通过至少一方的所述树脂基板和所述阻挡层，将波长350nm以上、600nm以下的激光照射到所述光吸收层上，加热所述低熔点金属层并使之熔解，从而将所述阻挡层彼此接合，因此，不会对树脂基板和电子元件造成影响，能够加热低熔点金属并使之熔解，能够密封电子元件
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的有机EL显示器的概略模式剖面图
图2是表示本发明的一个实施方式的有机EL显示器的制造过程的模式图
图3是本发明的一个实施方式的有机EL显示器的制造所使用的照射装置的概略立体图
图4是表示激光头和与之连接的激光模块的一个形态的概略立体图
图5是表示PEN、PET、Au和Cu的吸收光谱的曲线图
图6是实验使用的试料的部分概略剖面图
图7是实验使用的试验的概略剖面图
图8是激光照射后的试料的显微镜照片
图9是表示随着时间推移的温度上升的情况的曲线图
图10是激光照射后的试料的显微镜照片
图11是现有的有机EL显示器的概略剖面图
符号说明
1’、61 树脂基板
2、62 阻挡层
3 透明电极
4 有机层
5 上部电极
6、6’、66 光吸收层
7、7’、67 低熔点金属层
8 有机EL元件
31 载置台
33 激光头
34 激光
35 X-Y移动机构
具体实施方式
以下，参照附图，以有机EL显示器为例，说明本发明的电子设备的实施方式的详情。图1是本发明的一个实施方式的有机EL显示器的概略模式剖面图。
如图1所示，作为本发明的一个实施方式而显示的有机EL显示器，具有在树脂基板1上由多个无机层和介于其间的有机层构成的结构，并且按如下顺序成膜：最上层形成有作为无机层的阻挡层2；在该阻挡层2上形成有透明电极3、有机层4、上部电极5；由透明电极3、有机层4、上部电极5形成有机EL元件8。在树脂基板1的周边部阻挡层2上，设有光吸收层6，在该光吸收层6的正上方形成有低熔点金属层7；在树脂基板1’的周边部设有光吸收层6’，及在该光吸收层6’的正上方设有低熔点金属层7’，树脂基板1和树脂基板1’(树脂基板1’与树脂基板1一样，具有由多个无机层和介于其间的有机层构成的结构，并且最上层层积有作为无机层的阻挡层2’)，在其周边部由低熔点金属层7和7’被气密密封。
还有，图1中表示的形态是，在阻挡层2和低熔点金属层7之间设有光吸收层6，在阻挡层2’和低熔点金属层7’之间设有光吸收层6’，但也可以是在阻挡层2和低熔点金属层7之间、阻挡层2’和低熔点金属层7’之间的任意一方设有光吸收层的形态。
图1中未显示而用于驱动有机EL元件8的、与透明电极2和上部电极4分别电连接的引出电极，横穿周边密封部分而形成，进行来自外部的电力投入，引出电极被绝缘膜覆盖以使之不会因周边部的光吸收层6和低熔点金属层7而造成短路。
为了一边将树脂基板1和1’的温度上升抑制得低，一边将光吸收层的温度提高到低熔点金属熔解的程度，光吸收层6和6’对于照射的激光的波长来说是吸收率充分高的层，优选列举例如Cu、Au、Cr、Mo、W等，在本实施方式中为宽300μm、厚200nm的金膜。
低熔点金属层7和7’是由低熔点(250℃以下的熔点)的金属(包括合金)构成的层，优选举列例如Sn、Sn·Ag合金、Sn·Ag·Cu合金、Sn·Ag·Cu·Bi合金、In等的低熔点金属，在本实施方式中为5μm厚的铟层。
阻挡层2是树脂基板上用于抑制水分和氧的层，具有由多个无机层和介于其间的有机层构成的结构。无机层从金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属氮氧化物、金属酸硼化物或它们的组合中选择，例如，作为金属氧化物优选列举氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铟、氧化锡、ITO(氧化铟锡indium tin oxide)、氧化钽、氧化锆、氧化铌等。另外，作为有机层优选列举能够聚合的不饱和有机材料、至少有1个单体的聚合生成物、交联丙烯酸酯层、低分子量加聚物、天然油，硅酮或缩合聚合物等。在本实施方式中，无机层为氮氧化硅，有机层为丙烯酸酯类共聚物(acrylatepolymer)，使最上层为氮氧化硅，其厚度为3μm。
作为树脂基板1和树脂基板1’，能够使用PEN、PET、PES、PC等，在本实施的方式中，树脂基板1和树脂基板1’使用厚100μm的PEN。
还有，关于其他的层，在本实施的方式中使用的是，在透明电极2上堆积厚100nm的ITO电极，在有机层3上顺序堆积有空穴传输层、发光层、电子传输层，在上部电极4上顺序堆积有氟化锂和铝，但并不限定于此。
接下来，运用图2对于作为本发明的一个实施方式的有机EL显示器的制造方法进行说明。首先，在PEN基板1上形成最上层为无机层的阻挡层2，同样地，在PEN基板1’上也形成阻挡层2’。接着，在PEN基板1上形成透明电极层3(图2(a))。还有，形成未图示而用于向有机EL元件供给电流的引出电极层，并且用绝缘膜覆盖电极层，以使之不会因之后形成的周边部的光吸收层6和低熔点金属层7而短路。
其次，在阻挡层2和2’的周边部以宽300μm、厚200nm真空蒸镀金膜而形成光吸收层6和6’。一部分形成于上述绝缘膜上。这时，出于提高阻挡层2和2’的对最上层的无机层的光吸收层6和6’(金膜)附着性的目的，也可以在金属蒸镀前，以20nm的厚度、与金膜同样的宽度真空蒸镀铬膜。接着，在与光吸收层6和6’相同的部位真空蒸镀厚5μm的铟层，形成低熔点金属层7和7’(图2(b))。
还有，低熔点金属层7的厚度能够与低熔点金属层7’的厚度相等，但例如只从PEN基板1’侧进行后述的激光的照射时，若使低熔点金属层7’的厚度比低熔点金属层7的厚度小得多，则能够在由激光加热的光吸收层6’的领域配置低熔点金属层7与低熔点金属层7’的接合面，降低熔覆所需要的激光强度，缩短处理时间，另外也能够抑制熔覆部周边的温度上升。
其后，通过真空蒸镀等工序形成多层有机层4和上电极层5，形成有机EL元件(图2(c))。形成后，使低熔点金属层7和7’吻合而使PEN基板1和PEN基板1’重合(图2(d))。
接着，照射激光。还有，只从PEN基板1’侧照射激光时，也可以为如下形态：只在阻挡层2’和低熔点金属层7’之间设置光吸收层6’，而不设置在阻挡层2和低熔点金属层7之间的光吸收层6。
为了以扫描周边部的光吸收层6’的方式从PEN基板1’侧照射激光，使用例如如图3所示这样的照射装置。图3所示的照射装置由如下构成：载置夹设了光吸收层的PEN基板1、1’的载置台31；设于该载置台31的上方，出射激光34的激光头33；以照射光吸收层的方式使激光头33与载置台31平行地移动的X-Y移动机构35。
X-Y移动机构35构成方式为，保持激光头33并能够使载置台31沿X轴方向、Y轴方向平行移动，从激光头33出射的激光通过PEN基板1’侧，对设有光吸收层6’的周边部以跟踪的方式照射。激光输出功率例如为1W，扫描速度为2m/s即可，不过，在低熔点金属层被加热至熔解、接合的温度，并且PEN基板和阻挡层不会破损的范围内，输出功率和扫描速度的组合可以是自由的组合。
激光束34被准直为波长405nm、宽400μm的平行光，能够照射宽300μm的光吸收层的整体宽度。对于上述这样的用于使激光束发生的激光模块进行说明。图4是表示激光头和与之连接的激光模块的一个形态的概略立体图。激光头44经光纤43被连接于激光模块46上，激光模块46是中心波长405nm的GaN系激光二极管被装配到金属壳封装41(can packag)中，其出射光由透镜42耦合至具有直径60μm的石英芯线的多模光纤43。该光纤43被导入激光头44，由准直透镜45校准成光束直径0.3mm的平行光束。因为光纤43能够随意延长，所以激光模块46也能够离开激光头44设置，但也可以与激光头44组装到一体的壳体中，经由上述X-Y移动机构使之移动。
还有，单一的激光二极管的输出功率不满足期望的激光输出功率时，通过集束多条光纤，利用多路复用光源(合波光源)能够提高来自单一激光头的激光输出功率。
接下来，对于本发明的激光波长的选择进行说明。图5是作为电子设备的基板被典型使用的聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)和作为光吸收层材料适合使用的金和铜的吸收光谱。如图5所示，PEN和PET都在近紫外区域具有吸收端，吸收较之短的波长的光而不使之透过，Cu和Au显示出随着波长变短而吸收率增加的倾向，但其吸收从可见区域开始。
为了通过树脂基板对光吸收层照射激光，对其加热，照射的激光的波长需要选定树脂基板的吸收充分小的波长，另一方面，为了一边将树脂基板的温度上升抑制得低，一边将光吸收层的温度提高到低熔点金属熔解的程度，要求在此被选定的波长中光吸收层的吸收率充分高。即，照射所使用的激光的波长，优选在该波长下的树脂基板的吸收率和光吸收层的吸收率有大约2倍以上的差距。假如树脂基板选择PEN，光吸收层为金时，适合照射的激光的波长大约为390nm至500nm的范围。同样地选择PET和铜时，适当的激光的波长范围大约从350nm至600nm。
接着，显示树脂基板使用PEN、光吸收层使用Au的实证实验。激光从前述的适当波长范围选定波长405nm的氮化镓系二极管激光器。在该波长下的光吸收层和树脂基板的吸收率的比为6倍左右。该实验使用的试料的剖面图显示在图6中。图6所示的试料，是在PEN基板61上层积反复多次形成有无机层和有机层的多层结构的阻挡层623μm(最上面为无机层)，在其上层积真空蒸镀有铬20nm、金(Au)200nm的光吸收层66，再在其上层积真空蒸镀有铟5μm的低熔点金属层67，试料大致为正方形，一边的长度约25mm。
如图7所示，使上述2片试料以低熔点金属层彼此相对的方式加以重合，用未图示的2片载玻片(slide glass)相夹，用2个办公用长尾夹夹住该载玻片，由此以施加压力的状态固定低熔点金属层彼此。通过上侧试料的PEN基板而从图中箭头的方向对其照射405nm的激光。
试料的阻挡层在该波长下大致透明，该层引起的吸收与光吸收层的吸收相比只有一点，因此能够忽视。照射激光的光吸收层上的光束直径约800μm。使激光输出功率为1.3W，进行1秒钟的照射。照射后从箭头方向通过显微镜拍摄的照片表示在图8a中。图8a的浅色的圆大致相当于激光束直径。这部分虽然因为PEN和阻挡层的密接性改善而稍有变色，但是层结构并没有变化，可知阻挡层并未受到损伤。同部位的低熔点金属层有显微镜照片表示在图8b中。如图8b表明的，在与上面的变色部相同的直径下，可见低熔点金属熔解、接合的形迹。
接着在图7所示的低熔点金属层之间的接合面65中夹入热容小的热电偶，使该热电偶正上方的光吸收层碰触到激光而进行调整，并进行上述同样的照射。表示伴随着这时的时间经过的温度上升的情况的曲线图表示在图9中。曲线图的纵轴为低熔点金属层的温度，横轴是从照射开始的时间。低熔点金属层的温度从照射开始之后立即上升，约0.5秒后超过低熔点金属层的铟的熔点(157℃)，1秒后达到约175℃。根据与上述先前的实验结果的组合可知，若照射光束直径800μm、输出功率1.3W的激光光束1秒，则可达到用于使铟熔解、熔覆的充分温度(175℃)，并且在该温度下不会发生PEN基板和阻挡层的损伤。
在与图7相同的结构下，进行扫描激光的实验。激光的光束直径为400μm，输出功率为980mW，扫描速度约2mm/s。图10中表示照射侧试料的PEN面a，同试料的低熔点金属面b，下侧试料的低熔点金属面c，下侧试料PEN面d的显微镜照片。在相互接合的2个低熔点金属面上均可见表示铟的熔解的线状的接合痕迹，但在2个PEN面a和d上均完全看不到变化。
由以上的结果证实，通过选择适当的照射条件，不会对树脂基板和阻挡层、电子元件造成影响，而能够使低熔点金属层加热、熔解，能够密封电子元件。
以上，在本实施方式中就作为电子元件应用有机EL元件的情况进行了说明，但本发明的密封结构和密封方法并不限于此，其也能够适用于作为电子元件的液晶等的显示媒介、由有机物构成的传感器、摄像元件、电子回路等、由有机物构成的电子元件。
Claims (4)
1.一种电子设备的制造方法，是在分别层积有阻挡层的一对树脂基板间，夹设用于密封电子元件的低熔点金属层而将所述树脂基板上的所述阻挡层彼此接合的电子设备的制造方法，其特征在于，
在至少一方的所述阻挡层与所述低熔点金属层之间设有光吸收层，
通过至少一方的所述树脂基板和所述阻挡层，将波长405nm的激光照射到所述光吸收层上，加热所述低熔点金属层并使之熔解，从而将所述阻挡层彼此接合，
所述树脂基板由PEN形成，所述低熔点金属层的材料是In，所述光吸收层的材料是Au。
2.根据权利要求1所述的电子设备的制造方法，其特征在于，所述电子元件含有有机材料。
3.一种由权利要求1所述的电子设备的制造方法制得的电子设备，是使分别层积有阻挡层的一对树脂基板间的一方的所述阻挡层上所形成的电子元件，经由以包围该电子元件的方式而设于所述阻挡层的周边的低熔点金属层，与所述树脂基板贴合而成的电子设备，其特征在于，
在至少一方的所述阻挡层和所述低熔点金属层之间设有光吸收层，
所述树脂基板由PEN形成，所述低熔点金属层的材料是In，所述光吸收层的材料是Au。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其特征在于，所述电子元件含有有机材料。
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