JP3676748B2 - 表示素子の封入およびその形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、表示素子の封入およびその形成方法に関し、特に有機発光ダイオードの封入およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新世代のディスプレイパネルは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）あるいは高分子ＬＥＤ（ＰＬＥＤ）はエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を使用する。それは電流を特定の有機発光体材料へ印加して、電気を明かりに変換することができ、薄型、軽量、高発光能率、低駆動電圧の特長を提供した。しかしながら、使用時間の増加にともない水分および酸素が表示素子に透過する可能性が高まり、金属電極と有機発光層の間の剥離と、有機材料のひび割れと、電極の酸化とを発生させた。その結果、電気が供給されない所謂ダークスポットを発生して輝度および発光の均一度を下げた。
【０００３】
ＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの工程において、金属電極および有機発光膜からなる有機ＥＬ素子をガラス基板上に形成した後、通常、封止ケースを使用してガラス基板を封入し、有機ＥＬ素子の内部空間が高湿状態になることを防いでいた。また、内部の水分を減少させてダークスポットの問題を解決するための様々な技術も開発されてきたが、それらの技術は、例えばガラス基板上の光硬化樹脂、ガラス基板上の板状の金属酸化物、フッ化物あるいは硫化物を形成し、気密ケースを使用して有機ＥＬ素子を封入することなどであった。しかしながら、他にも漏電、クロストークおよび酸素溶解などの解決しなければならない問題もあった。
【０００４】
図１Ａにおいて、従来のＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの表示素子１０は、ガラス基板１２と、ガラス基板１２の縁上をコートする紫外線硬化樹脂のシール剤１４と、シール剤１４でガラス基板１２に接着された封止ケース１６とからなる。そのため、ガラス基板１２および封止ケース１６により形成された内部空間１８が気密容器を形成する。さらに、内部空間１８中において、ガラス基板１２が陰極層２６、有機発光体材料層２４および陽極層２２からなる積層体２０を有する。そして、シール剤１４は紫外線硬化樹脂である。ガラス基板より小さいサイズの金属材料あるいはガラス材料から選択した材料の封止ケース１６が積層体２０を封入して、電子パッケージ回路により駆動される所定電極だけを露出する。しかしながら、シール剤１４に使用される紫外線硬化樹脂がエポキシ樹脂であるため、それが予定外の接着によりガラス基板１２と封止ケース１６を接合させて、シール剤１４のアウトガスにより内部空間１８中の水分に対する耐水性と、大気中の水分と酸素の透過に対する抵抗性を不良にしていた。そして、これは表示素子１０の発光性を低下させることとなった。
【０００５】
表示素子１０の封入を改善する方法は、図１Ｂに示すように、シール剤２８を提供して内部空間１８を充填し、積層体２０を封入することである。表示素子１０のもう一つの封入の改善方法は、図１Ｃに示すように、シール剤２８を提供してシール剤１４の製造を省略することである。しかしながら、シール剤２８は紫外線硬化型樹脂あるいは熱硬化性樹脂でアウトガスにより発生する大量の水分を含んでいる。そのため、金属電極と有機発光層の間が剥離する問題は依然として存在していた。
【０００６】
さらに、ガラスシール材を使用して表示素子を封入してもよい。ガラス材料は、優れた気密性とガラス基板の膨張性に似た膨張性があるため、従来、フリットおよび半田ガラスなどのガラスシール材を利用して、陰極線管（ＣＲＴ）およびプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）を封入していた。封入の際、ガラスシール材のために高温炉中での焼結が必要であった。ガラスシール材は、PbO-B₂O₃などの大量の鉛を含んで、焼結温度は３２０℃を超えるが、これはTgなどのガス変換温度である９０℃をはるかに超えている。この問題を解決するために、高温炉を部分加熱に替えることもできるが、部分加熱の装置を慎重に選んで熱応力を防止しなければならなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、本発明の第１の目的は、水分および酸素の透過に対して良好な耐性を有する封止層を含む表示素子を提供することである。
【０００８】
本発明の第２の目的は、ガラスキャップとガラス基板の間の各接合点に均一高さのギャップを有する表示素子を形成することである。
【０００９】
本発明の第３の目的は、ガラスキャップおよびガラス基板の変形と破断を防止する封入方法を提供して、発光体へのダメージを防ぐことである。
【００１０】
本発明の第４の目的は、表示画素の外部に発生した熱を垂直方向に伝える封入方法を提供して、安定して安全な作動温度を維持することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はシール材料のフリットを有するＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの表示素子を提供して、従来の技術で発生していた問題を解決する。
【００１２】
表示素子が、ガラス基板上に形成された発光体と、ガラス基板の縁に接合した縁を有する封止層と、ガラス基板とガラスキャップの間の接合領域上に形成したフリットの封止層とを含む。封入の際、表示素子を受台と押さえ板の間に設けてから、高出力レーザビームあるいは赤外線がガラスキャップを透過して封止層上に集中しフリットを焼結させる。そして、圧力を受台および押さえ板に与える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第1実施例）
図２に示すのは、本発明の第１実施例におけるＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの表示素子封入の断面図である。表示素子３０は、陽極層３６、有機発光層３８および陰極層４０を重ねて形成した発光体３４を上に形成したガラス基板３２を含む。封止層４２が印刷あるいはコーティングにより、ガラス基板３２の縁に形成されて、ガラス基板３２の縁とガラスキャップ４４の縁の間に接着性を提供する。そして、ガラスキャップ４４とガラス基板３２を接合して形成した内部空間で気密容器をつくる。
【００１４】
封止層４２の材料がガラスシール材で、好ましくはフリットでスペーサを含む。そのスペーサはガラスキャップ４４とガラス基板３２の間の均一な高さを形成する各ギャップを維持する。フリットは内部水分および大気からの水分と酸素の透過に対して良好な抵抗力を提供する。これはＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの表示素子３０を操作する環境の制限を改善して、ＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの寿命を延ばすことができる。
【００１５】
図３は、本発明の第１実施例における、表示素子３０を封入する方法を示す断面図である。封止層４２を焼結する際、高出力レーザビームあるいは赤外線を焼結源として利用し、とても小さい領域中に強い熱を提供するため、集中領域の周囲の温度は熱応力を発生するほど高くはならない。表示素子３０を封入する際、表示素子３０を押さえ板４６と受台４８の間に設けて、レーザビームあるいは赤外線などの高出力ビーム５０をガラスキャップ４４に与えると、適当な圧力５２が押さえ板４６および受台４８にかかる。好ましくは、良好な熱導電性を有する銅（Cu）などの金属材料を利用して押さえ板４６および受台４８を形成する。高出力ビーム５０は酸化インジウムスズ膜（ＩＴＯ）に吸収されずに透光ガラスを透過することができる。好ましくは、高出力ビーム５０が、800ｎｍ波長の高出力ダイオードレーザや1064ｎｍ波長のNd-YAGレーザなどの、550ｎｍを超える波長のレーザビームである。また、若しくは高出力ビーム５０が800ｎｍを超える波長の赤外線である。
【００１６】
高出力ビーム５０はガラスキャップ４４を透過して、封止層４２上に集中するためフリットを焼結させることができる。同時に、押さえ板４６と受台４８に与える適当な圧力５２がガラスキャップ４４とガラス基板３２の間のギャップを減少させてスペーサを揃えるため、各接合点における均一なギャップを確実にすることができる。さらに、適当な圧力５２は、高温度でフリットを焼結する際に発生する熱も吸収することができる。これはガラスキャップ４４およびガラス基板３２とフリットの間の温度差を減らして、ガラスキャップ４４とガラス基板３２を変形と破断から守り、発光体３４をダメージから保護する。さらに、ガラス材料の熱伝導性が金属材料の熱伝導性よりはるかに低く、ガラスキャップ４４およびガラス基板３２の厚さが約0.7ｍｍだけであり、それは封止層４２と発光体３４の間の距離より小さい。そのため、高温度でフリットを焼結して発生した熱は、発光体３４にダメージを与えずに、スムーズに押さえ板４６および受台４８に向かう垂直方向へ伝達する。
【００１７】
（第２実施例）
図４Ａは、本発明の第２実施例に係る、ＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの表示素子封入を示す断面図である。図４Ｂは、本発明の第２実施例に係る、改良ケースを示す平面図である。表示素子６０の封入において、ガラスキャップ４４の縁上にリブ構造６４が形成された改良ケース６２を提供して、フリットのガラス封止層６６がガラスキャップ４４の縁を覆い、リブ構造６４を囲む。改良ケース６２の縁をガラス基板３２の縁に接合して、気密容器をつくる。ガラス封止層６６の形成前に、フリットあるいはセラミックスが材料のリブ構造６４を、周知の焼結技術によりガラスキャップ４４上に形成する。リブ構造６４は、第１実施例の封止層４２中に混ぜたスペーサと同じ機能を有して、ガラスキャップ４４とガラス基板３２の間の各接合点に均一なギャップを提供する。またリブ構造６４は、ガラス封止層６６を焼結するときに発生する輻射熱を分離して、発光体３４が焼かれることを防止する。さらに、リブ構造６４はフリットが内部空間に流れ入ることと、発光体３４がフリットに接触することとを防止することができるため、表示素子６０の発光の働きを確実にすることができる。リブ構造６４がガラス封止層６６の不十分な気密密度を補償するため、水分および酸素に対する抗力を向上させることができる。
【００１８】
表示素子６０を封入する方法は、第１実施例で述べた方法と同じである。スペーサがガラス封止層６６中に埋め込まれていないため、レーザビームをうまくガラス封止層６６上に集中させることができる。そして、ガラス封止層６６は不透明であるため、レーザビームがガラス封止層６６を透過して、ガラス基板３２に達することを防止することができる。
【００１９】
（第３実施例）
図５は、本発明の第３実施例に係るＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの表示素子封入を示す断面図である。他の改良ケース６２に、第１実施例で述べたガラスキャップ４４をサンドブラストあるいはエッチングにより形成した凹部を設けて提供する。これは改良ケース７２とガラス基板３２の接合により形成される内部空間を増大させて、発光体３４が改良ケース７２へ伝わる輻射熱により焼けることを防止することができる。封止層４２の材質はフリット、あるいはフリットを含んだスペーサである。表示素子７０を封入する方法は、第１実施例で述べた方法と同様である。
【００２０】
以上のごとく、本発明を好適な実施例により開示したが、もとより、本発明を限定するためのものではなく、同業者であれば容易に理解できるように、本発明の技術思想の範囲において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【００２１】
【発明の効果】
上記構成により、本発明は、次のような長所を有する。水分および酸素の透過に対して良好な耐性を有する封止層を含む表示素子を提供するとともに、ガラスキャップとガラス基板の間の各接合点が均一高さであるギャップを有する表示素子を形成する。そして、ガラスキャップおよびガラス基板の変形と破断を防止する封入方法を提供して、発光体へのダメージを防ぐ。さらに、表示画素の外部に発生した熱を垂直方向に伝える封入方法を提供して、安定して安全な作動温度を維持する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来の技術に係る表示素子の断面図である。
【図１Ｂ】従来の技術に係る表示素子の断面図である。
【図１Ｃ】従来の技術に係る表示素子の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの表示素子封入の断面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る表示素子封入の断面図である。
【図４Ａ】本発明の第２実施例に係るＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの表示素子封入の断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第２実施例に係る改良ケースの平面図である。
【図５】本発明の第３実施例に係るＯＬＥＤおよびＰＬＥＤの表示素子封入の断面図である。
【符号の説明】
３０、６０、７０ 表示素子
３２ ガラス基板
３４ 発光体
３６ 陽極層
３８ 有機発光層
４０ 陰極層
４２ 封止層
４４ ガラスキャップ
４６ 押さえ板
４８ 受台
５０ 高出力ビーム
５２ 適当な圧力
６２、７２ 改良ケース
６４ リブ構造
６６ ガラス封止層

Claims (7)

1. ガラス基板とガラスキャップとにより形成された所定空間内の該ガラス基板上に、発光体が形成されてなる表示素子の封止方法において、
   前記発光体が形成された前記ガラス基板の周縁に、前記所定空間を封止する、スペーサーを含むガラス封止層を形成する工程と、
   前記ガラス基板と前記ガラスキャップとをそれぞれ金属板により押圧することにより前記ガラス封止層を加圧する一方、該ガラス封止層に高出力ビームを選択的に照射して該ガラス封止層を焼成する工程とを備えたことを特徴とする表示素子の封止方法。
2. 前記ガラス封止層は、前記発光体との隙間が前記ガラスキャップの厚みよりも大きくなる位置に形成されることを特徴とする請求項１記載の表示素子の封止方法。
3. ガラス基板とガラスキャップとにより形成された所定空間内の該ガラス基板上に、発光体が形成されてなる表示素子の封止方法において、
   前記ガラスキャップの周縁に、前記発光体を囲むフリット又はセラミックスからなるリブ構造体を形成する工程と、
   前記発光体が形成された前記ガラス基板の、前記ガラスキャップの周縁に形成された前記リブ構造体よりも外側の周縁に、前記所定空間を封止する、ガラス封止層を形成する工程と、
   前記ガラス基板と前記ガラスキャップとを合わせ、該ガラス基板に形成された前記発光体と前記ガラス封止層とを、該ガラスキャップに形成された前記リブ構造体で隔離する工程と、
   合わせた前記ガラス基板と前記ガラスキャップとをそれぞれ金属板で押圧して前記ガラス封止層を加圧する一方、該ガラス封止層を高出力ビームで加熱することにより該ガラス封止層を選択的に焼成する工程とを備えたことを特徴とする表示素子の封止方法。
4. 前記ガラス封止層がフリットであることを特徴とする請求項１又は３記載の表示素子の封止方法。
5. 前記ガラス封止層を、５５０ｎｍを超える波長域の光を出射するレーザの高出力ビームで加熱することを特徴とする請求項１又は３記載の表示素子の封止方法。
6. 前記ガラス封止層を、８００ｎｍを超える波長域の赤外光を出射するレーザの高出力ビームで加熱することを特徴とする請求項１又は３記載の表示素子の封止方法。
7. 前記ガラスキャップの前記発光体との対向位置に凹部を形成する工程を有することを特徴とする請求項３記載の表示素子の封止方法。

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