CN1820371A - 用于显示设备的封装结构 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于显示设备的封装结构，包括介电密封结构(3)和稳定化层(5)。密封结构(3)是基本上不渗透水/氧气的膜，其覆盖了显示设备上的对环境敏感的部分(2)和凸起(4)。稳定化层(5)以抗刮划保护层覆盖该显示设备，显示器上的凸起(4)和密封结构(3)，导致了不渗透水/氧气的且抗刮划的封装结构。
Description
技术领域
本发明涉及用于显示设备的封装结构，用于制造该结构的方法，并且涉及包括该封装结构的显示设备。
背景技术
在图形显示和成像技术中显示设备是已知的。该设备的示例是液晶显示器(LCD)和电致发光设备，诸如基于LED(发光二极管)的设备，有机发光二极管(OLED)设备和聚合物发光二极管(polyLED)设备。
电致发光设备是一种包括电致发光材料的设备，当电流通过该材料时其发射光，借助于电极提供该电流。二极管类型的电致发光设备优先地在一个方向中传递电流，并且通常包括电致发光材料，其被安置在阳极和阴极之间。
显示设备常常对氧气和湿气等是敏感的，并且因此，在暴露于大气时可能劣化。暴露于氧气和/或湿气，特别是在有光存在的情况下，可以导致所使用的聚合物材料的光氧化劣化。
而且，阳极/聚合物界面处的氧化是氧气和/或湿气在设备(诸如OLED或polyOLED)中的扩散而出现的一个首要的问题。该反应将显著地减少设备的发光特性的性能。
而且，当暴露于大气时，显示设备中使用的其他的材料也可能劣化。因此，需要密封设备。
通过蒸发金属膜密封显示设备。然而，这些膜常常包含针孔。因此，这些膜需要是相对厚的，其导致了差的光透射。许多已知的用于实现较耐用或较不耐用的设备封装的工艺在密封工艺过程中需要高于300℃的温度。大部分基于聚合物的设备不能与如此高的温度相容。
而且，显示设备，特别是polyLED/OLED显示器的实际的二极管结构，对于施加到设备的机械力是敏感的。刻划密封显示设备的表面可能导致表面的断裂。设备中的结构处的表面，诸如负性抗蚀剂和其他的凸起，是特别敏感的。表面的断裂将影响显示器，丧失显示设备的部分功能。其还将意味着，在表面密封中出现物理孔，湿气和氧气可以渗透到该孔中，并且减少设备的寿命。因此，需要封装密封设备。
US 6 413 645公开了一种阻挡物组件，其包括阻挡层以及在阻挡层上面形成的聚合物层。可以通过低温的方法将该组件施加到显示设备的上面，由此覆盖和保护设备，抵御水和氧气。该阻挡物组件由至少一个阻挡材料层构成，诸如金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物等，其用作水/氧气阻挡物。聚合物层不具有内在的阻挡功能，但是用作平面化层。
然而，US 6 413 645中公开的阻挡物组件易于受到机械力的伤害。如果将机械力施加到设备，阻挡物组件将被破坏，并且将彻底地削弱水/氧气渗透性。为了强化该组件，提出了在阻挡物组件上淀积额外的层，诸如保护性聚合物层和抗刮划层。然而，这些额外的层将额外的步骤引入到制造方法中，其因此变得复杂和昂贵，并且具有额外的保护层的整个阻挡物组件变得相对厚。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封装结构，其克服了上文描述的关于
现有技术的问题。
该目的和其他的目的是通过一种封装结构实现的，其包括介电密封结构和稳定化层。介电密封结构在该设备上形成了基本上不渗透水/氧气的膜。稳定化层形成在密封结构上，并且其目的在于，使密封结构稳定以及保护密封结构，并且在显示设备上提供抗刮划表面。
在一个实施例中，密封结构包括至少两个介电材料层。通过使用至少两个层，获得了无针孔结构。密封结构可以是透明的，并且可以包括第三介电材料层，其形成在第二层上面。
根据本发明的一个实施例，密封结构的第一和第三层由相同的介电材料制成。然而，第一和第三层还可以由不同的介电材料制成。
第二层中的介电材料选自，氧化硅、氧氮化硅、氧化氟化硅、氧化钛、氧化钽、氧化锆、氧化铪、氧化铝、或者它们的任何混合物。
稳定化层是足够厚的，以覆盖密封结构中的凸起结构，由此所述凸起结构被封装在形成稳定化层的材料中，并且被覆盖在所述稳定化层的基本平坦的表面下面。根据本发明的稳定化层可以包括固化(或者硬化)材料，诸如热固化材料。所述材料可以是聚合或非聚合的有机或无机材料，其可以是透明的。
根据本发明的一个方面，稳定化层通过喷墨印刷淀积在设备上。在淀积之后使稳定化层硬化或固化。
显示设备可以是基于polyLED(聚合物发光二极管)或者OLED(有机发光二极管)的显示器，其包括具有负斜率的凸起结构，诸如负性抗蚀剂。
本发明还涉及一种用于制造用于显示设备的封装结构的方法，包括将密封结构淀积在设备上，以及将稳定化层淀积在密封结构上面。
本发明还涉及一种显示设备，其包括根据本发明的封装结构。
通过参考下面描述的实施例，本发明的这些和其他的方面将是显而易见的。
附图说明
现将通过参考附图进一步描述本发明，其中：
图1示出了由根据本发明的封装结构保护的显示设备的一个实施例的示意性剖面图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于显示设备的封装结构，包括密封结构3和稳定化层5。在本发明的优选实施例中，密封结构3包括第一介电材料的第一层6和第二介电材料的第二层7。在本发明的一个实施例中，所述密封结构3还包括第三介电材料的第三层8。所述第三介电材料可以具有与所述第一介电层相同的材料。
图1说明了配置在基板1上的polyLED显示设备的实施例。该设备进一步包括聚合物发光二极管(polyLED)2，以及凸起4。该显示设备通过密封结构3密封，包括三个介电材料层6、7、8，并且最终包括稳定化层5，其封装该显示设备，并且使显示设备上的结构稳定。
基板1可以是碱石灰或硼硅玻璃。然而，可以使用其他的更易渗透或更不易渗透氧气和/或湿气的基板，诸如金属、塑料和/或柔性基板。而且，该基板可以是透明的或不透明的。该基板还可以包含有源元件，例如，薄膜晶体管和/或无源元件，例如，二极管和电容器。使用本领域技术人员所知的适当的制造方法，可以使polyLED 2形成在基板上。
密封结构3，其用作氧气和/或湿气的扩散阻挡物，形成在显示设备上，并且因此实现了显示设备的更长的耐久性。如此处所使用的术语“密封结构”，指基本上不渗透水和/或氧气的结构，优选地是包括提供了对水和/或氧气的阻挡物的一个或多个层的薄膜。该密封结构被淀积在显示设备上，以保护之抵御水和/或氧气，否则其将削弱显示设备的性能。
在本发明的一个实施例中，密封结构3包括三个介电材料层6、7、8，并且可以是透明的。密封结构的第一层6可以具有低的针孔密度，并且可以基本上覆盖阴极材料的整个表面。第一介电材料是在淀积阴极材料之后形成的，而不使显示设备暴露于空气，即，使设备保持在惰性气氛中。使用与第一介电层相同的技术，可以形成介电材料的随后的层。
第一层6可以包括氮化硅，其封闭了显示设备的大部分区域，并且仅留下少量的针孔开口。然而，由于针孔的化学表面阻碍了氮化物的粘合，因此通过使氮化硅层更厚并不能封闭这些针孔。通过淀积第二层7，例如氧化物，改变了第一层的表面，并且氧化物层将覆盖针孔。
然而，氧化物层不像氮化硅那样提供对氧气/湿气的显著的扩散阻挡作用，并且因此在第二层顶部上淀积了第三层8，例如，包括适于用作所述第一层的材料。该第三层粘合到氧化物层，并且因此实现了不具有针孔且具有良好阻挡特性的完好表面。
密封结构3可以包括N-O-N或O-N-O结构，其中“N”意指介电氮化物层，例如，氮化硅层或氮化铝层，而其中“O”意指介电氧化物层，其选自氧化硅、氧化氟化硅、氧化钛、氧化钽、氧化锆、氧化铪、氧化铝、或者它们的任何混合物的层。其中，氧化硅呈现出特别优良的结果。
为了形成密封结构中包括的层，可以使用低温等离子体增强型化学汽相淀积(PECVD)方法。然而，依赖于所使用的材料，还可以使用本领域的技术人员所知的其他的技术。
本实施例的密封结构包括约200nm的氮化硅、约300nm的氧化硅以及再一次地约200nm的氮化硅，其是在80℃下淀积的。根据本发明的N-O-N密封结构的示例呈现出具有低至1*10-6g/m2/天的渗水率，此外，通过增加材料的厚度或者通过添加额外的层，例如形成N-O-N-O-N、O-N-O-N-O、N-O-N-O-N-O-N或O-N-O-N-O-N-O密封结构，可以使之额外地改善。
在本发明的另一实施例中，密封结构还包括吸气层，其形成为密封结构中包括的附加层。该吸气层用作用于湿气敏感设备的内建湿气阱。用于吸气层的适当的材料的示例是BaO和CaO。
密封结构还可以包括两个介电材料层之间的有机聚合物层。也可以单独地，或者同所提及的密封结构组合地使用其他证实具有令人满意的不渗透水/氧气能力的密封结构。该其他的密封结构可以例如包括金属层、陶瓷层、这些材料单独的或者同其他的层的组合。
稳定化层5可以由可固化的或者可硬化的复合物形成，其以液相淀积并且在淀积之后固化，以形成抗刮划的、优选地是透明的、固体的或无定形的表面。用于稳定化层的材料可以是可UV固化或者热固化的聚合或非聚合的材料。其还可以是低温熔融金属化合物，诸如铟。
通过非聚合材料意味着不具有碳基主链的材料，例如，硅基材料。聚合材料不受限制的示例包括环氧基和丙烯酸基的材料，并且非聚合材料不受限制的示例包括硅胶基材料和3-glycidooxypropyltrimethoxysilane。
在本发明的一个实施例中，稳定化层5由热固化有机复合物形成。在下面例示的示例中，找到了良好工作的材料的示例。优选地，仔细选择材料和对应的固化方法，以与密封结构3和显示设备相容。例如，由于电致发光polyLED和OLED材料对UV辐射非常敏感，因此具有透明阴极的polyLED和OLED显示器常常对于UV辐射是敏感的。在该情况中，对于稳定化层，常常适于选择可热固化的材料。
关于在显示设备上淀积硬质抗刮划稳定化层的一个优点是，如现有技术中使用的额外的保护性覆板不再是非常重要的。这提供了生产较薄的和较轻的、但是仍耐用的显示设备的可行性。
稳定化层5淀积在密封结构3上，并且优选地是足够厚的以覆盖凸起结构4，诸如负性抗蚀剂以及在淀积密封结构之前位于显示设备上的微粒。由于密封结构的厚度，淀积密封结构之前的设备上的任何灰尘微粒，可引起密封结构中的无法预料的凸起。这些凸起是不渗透水/氧气的，但是可能引入机械不稳定性。任何施加在其上面的机械力可能使表面断裂，由此在密封结构中开孔，水和氧气可以穿过该孔渗透。
稳定化层5的厚度意味着该凸起将被有效地封装，并且该层的机械刚度使凸起稳定，使得显示设备对于机械影响较不敏感。
稳定化层5可以是足够厚的，以覆盖显示设备的至少一些凸起结构4。在一些情况中，由显示设备上的微粒引起的凸起，以及其他的具有相似尺寸的凸起，被覆盖在稳定化层的基本上平坦的表面下面。较大的结构，其具有至少如负性抗蚀剂的尺寸，仍可以引起稳定化层中的凸起。
在其他的情况中，基本上显示设备表面上的所有结构均被覆盖在由稳定化层形成的基本平坦的表面下面。稳定化层优选地在所述凸起结构顶部上形成基本平坦的表面，并且用作刮划保护层，保护下面的结构防止表面在外部机械力的作用下断裂。从其中没有凸起的密封结构表面上的点测量的稳定化层的厚度，至少是0.1μm，并且在一些情况中可以高达100μm厚。对于在表面上具有不同结构的不同类型的显示设备而言，最优厚度是不同的。
对于不具有所述凸起结构的显示设备而言，例如一些主动矩阵显示器，其中不存在负性抗蚀剂，仍需要稳定化层用于使封闭的微粒稳定。在该情况中，稳定化层应至少是0.1μm。
表述“负性抗蚀剂”意味着凸起部分，其斜率产生了阴影区。在一些环境中，负性抗蚀剂可以包括具有垂直侧壁的部分。在polyLED显示设备中，在淀积上电极层时，通过提供其中未淀积电极材料的阴影区，负性抗蚀剂具有对上电极层，即阴极，进行构图的功能。负性抗蚀剂优选地由绝缘材料制成，并且适用的材料包括基于聚合物的光致抗蚀剂，SiO2、Si3N4、Al2O3。负性抗蚀剂的宽度是例如1～50μm的范围，并且负性抗蚀剂的高度是例如0.3～10μm的范围。
稳定化层还填充显示设备的结构，形成了基本上无空腔的紧密配合的封装，分别形成了稳定化层与显示设备及其密封结构之间的基本上无空腔的界面。稳定化层中的或者稳定化层与显示设备之间的界面中的空腔或气泡不仅可以削弱封装的强度，而且可以削弱显示器的光学特性，特别是针对所谓的顶发射型显示器，其中封装结构面对潜在的用户。“基本上无空腔”意味着在材料中不存在或者存在很少的空腔或气泡。
而且，稳定化层和封装密封结构中的材料优选地具有匹配的热膨胀系数。“匹配”意味着在设备经受的温度下材料的热膨胀差异不会引起显示设备任何部分使表面断裂。
稳定化层可以是不透明的或透明的，其依赖于显示设备的类型。对于顶发射型显示器，其中稳定化层面对潜在的用户，可见波长中至少70％的透明度是优选的。对于底发射型显示器，其中稳定化层背离潜在的用户，透明度不是重要的。
稳定化层可以通过数种不同的方法淀积在显示设备上。这些方法包括但不限于，通过定义结构的光刻方法进行的旋涂、通过荫罩板进行的喷涂、苯胺印刷、微接触印刷、丝网印刷和喷墨印刷。
在本发明的一个实施例中，通过在其液态下喷墨印刷用于稳定化层的材料，将稳定化层淀积在显示设备上。同许多其他的可行方法比较，喷墨方法在印刷中提供了低的材料消耗以及良好的容差和质量(例如，无气泡)。而且，不需要印刷头和显示设备之间的接触，否则其可能损坏密封结构。在下面的示例中公开了关于用于制造稳定化层的喷墨印刷和后继处理的参数的示例。
其上淀积有根据本发明的封装结构的显示设备可以是液晶显示器，或者基于发光二极管的显示器，例如基于polyLED(聚合物发光二极管)或者OLED(有机发光二极管)的显示器。显示设备可以是包括产生阴影区的凸起，诸如负性抗蚀剂的主动或被动polyLED/OLED显示器。
本发明不应被认为受到上文所述的实施例和下面的实验的限止。其包括由附属权利要求限定的范围所涵盖的所有可行的变化方案。该封装结构可用于其中需要抗刮划的氧气和/或湿气阻挡封装的任何情况中。
示例
示例1：有机平面化层
利用数种均工作良好的不同的淀积方法，通过负性抗蚀剂使来自MicroChem Corp的商用UV漆SU-8淀积在polyLED设备上。N-O-N- O-N密封结构已淀积在该设备上。该漆具有非常低的粘性并且因此其良好地填充了负性抗蚀剂下面的负角度。该漆在约95℃的温度下干燥，然后使该漆暴露于UV光(365nm下的400mJ)下，由此其硬化。稳定化层是透明的，并且提供了设备上的良好的平坦表面。
所使用的不同的淀积方法是：通过定义结构的光刻方法进行的旋涂、通过荫罩板进行的喷涂、丝网印刷和喷墨印刷。依赖于不同的淀积方法使用了不同的UV漆浓度。
示例2：无机平面化层
混合下面的复合物，回流2小时，然后冷却到室温：
74g 3-glycidooxypropyltrimethoxysilane
20g甲醇
1g Aluminium di-s-butoxide ethylacetoacetate
17g HCl(0.005N)
在通过负性抗蚀剂将N-O-N-O-N密封结构淀积在polyLED设备上之后，通过数种不同的淀积方法将上文描述的复合物淀积在该设备上。该复合物在80℃下干燥，并且在120℃下进一步硬化。稳定化层的厚度可以在20μm～至少60μm之间变化。稳定化层是透明的，并且提供了设备上的良好的平坦表面。
所使用的淀积方法是通过荫罩板进行的喷涂。其他的可行淀积方法是丝网印刷和喷墨印刷。
示例3：喷墨印刷
UV漆SU-8通过γ-丁内脂稀释，以便于获得适当的粘性，用于约10cP的漆的喷墨印刷。通过单喷嘴喷墨头执行实验。在通过负性抗蚀剂将N-O-N-O-N密封结构淀积在polyLED设备上之后，通过在两个相邻的平行负性抗蚀剂之间形成的线中喷墨印刷溶液，在该设备上淀积了15μm厚的稳定化层。以15mm/s的工作台速度，将150pl的液滴印刷在12μm的距离上。每个印刷线与相邻的印刷线合并，以形成～50μm厚的连续层，覆盖负性抗蚀剂。该漆在约55℃的温度下干燥，然后使该漆暴露于UV光(365nm下的400mJ)下，由此其硬化，以形成15μm厚的稳定化层。该印刷方法易于转移到多喷嘴喷墨系统，用于较大面积的较快的印刷。
为了防止印刷的(未硬化)液体在该实验过程中散布到显示设备的边缘外面，有利的是，在由两个平行的相邻负性抗蚀剂之间的间隔形成的线的末端处配置凸起阻挡物，其中该线用于淀积漆。该阻挡物配置在所述线的每个末端，在两个平行的相邻负性抗蚀剂末端之间。凸起阻挡物的目的在于封闭所述平行的相邻负性抗蚀剂末端之间的开口，以有效地停止来自显示设备的液体漆的毛细输送。该凸起阻挡物的使用使得印刷液体漆从显示设备渗漏达到最小，并且导致了稳定化层的平坦表面，即使是在显示设备的边缘处。
Claims (28)
1.一种用于显示设备的封装结构，包括介电密封结构(3)，其特征在于该封装结构还包括稳定化层(5)。
2.根据权利要求1的封装结构，其中所述稳定化层(5)是聚合材料。
3.根据权利要求1或2的封装结构，其中所述密封结构(3)包括第一介电材料的第一层(6)和第二介电材料的第二层(7)。
4.根据权利要求3的封装结构，其中所述密封结构(3)包括第三介电材料的第三层(8)。
5.根据权利要求4的封装结构，其中所述第三介电材料与所述第一介电材料相同。
6.根据权利要求3～5中任一的封装结构，其中所述第一介电材料选自氮化硅、氮化铝、及其任意的混合物，并且其中所述第二介电材料选自氧化硅、氧化氟化硅、氧化钛、氧化钽、氧化锆、氧化铪、氧化铝、及其任意混合物。
7.根据权利要求3～5中任一的封装结构，其中所述第一介电材料选自氧化硅、氧化氟化硅、氧化钛、氧化钽、氧化锆、氧化铪、氧化铝、及其任意混合物，并且其中所述第二介电材料选自氮化硅、氮化铝、及其任意混合物。
8.根据前面任一权利要求的封装结构，其中所述稳定化层(5)覆盖所述显示设备的至少一些凸起结构(4)，并且在所述凸起结构(4)上形成了基本平坦的表面。
9.根据前面权利要求中任一的封装结构，其中在所述稳定化层(5)和所述密封结构(3)之间形成了基本无空腔的界面。
10.根据前面权利要求中任一的封装结构，其中所述稳定化层(5)的热膨胀系数基本上与所述密封结构(3)的热膨胀系数相同。
11.根据前面权利要求中任一的封装结构，其中所述稳定化层(5)的厚度至少是0.1μm。
12.根据前面权利要求中任一的封装结构，其中所述封装结构是透明的。
13.权利要求1的封装结构，其中所述稳定化层(5)是非聚合材料。
14.权利要求13的封装结构，其中所述非聚合材料是固化无机材料。
15.根据权利要求13～14中任一的封装结构，其中所述稳定化层(5)覆盖所述显示设备的至少一些凸起结构(4)，并且在所述被覆盖的凸起结构上形成了基本平坦的表面。
16.根据权利要求13～15中任一的封装结构，其中在所述稳定化层(5)和所述密封结构(3)之间形成了基本无空腔的界面。
17.根据权利要求13～16中任一的封装结构，其中所述稳定化层(5)的热膨胀系数层与所述密封结构(3)的热膨胀系数基本相同。
18.根据权利要求13～17中任一的封装结构，其中所述稳定化层(5)的厚度至少是0.1μm。
19.根据权利要求13～18中任一的封装结构，其中所述封装结构是透明的。
20.根据前面权利要求中任一的封装结构，其中所述显示设备选自polyLED显示器、OLED显示器或液晶显示器。
21.根据前面权利要求中任一的封装结构，其中所述显示设备包括具有负斜率的凸起结构(4)，其形成了阴影区。
22.一种用于制造用于显示设备的封装结构的方法，包括
淀积介电密封结构(3)，和
淀积稳定化层(5)。
23.根据权利要求22的方法，其中所述淀积稳定化层(5)包括
淀积可固化复合物，和
使所述可固化复合物固化。
24.根据权利要求23的方法，其中所述固化是热固化。
25.根据权利要求22～24中任一的方法，其中所述稳定化层(5)是通过喷墨印刷淀积的。
26.根据权利要求22～25中任一的方法，其中所述显示设备选自polyLED显示器、OLED显示器和LCD显示器。
27.一种显示设备，包括根据权利要求1～21中任一的封装结构。
28.一种显示设备，可以通过权利要求22～26中任一的方法获得。
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