TW201347168A - 封裝電子組件之裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供對溫度靈敏之元件例如為OLED之封裝。封裝具有第一基板(12)，第二基板(16)，分隔第一和第二基板(12,16)的壁板(14)以及密閉性密封至少一個溫度靈敏元件(18,28,36)位於基板(12,16)之間。壁板(14)包含燒結玻璃料以及至少部份壁板藉由熔融燒結玻璃料玻璃成份雷射密封至第二基板(16)。在沿著壁板的任何位置處雷射密封部份壁板(14)的最小寬度(40)為大於或等於2mm以對封裝提供較大密閉性及強度。進行雷射密封並不會實質上劣化外圍封裝中溫度靈敏元件(18,28,36)。

Description

封裝電子組件之裝置
本發明係關於封裝電子組件例如使用於顯示器裝置中有機發光二極體(OLED)之方法及裝置。
OLED-為主的顯示器目前被考慮使用於目前使用液晶顯示器(LCD)許多應用中。OLED-為主顯示器可以比液晶顯示器提供更明亮，更清晰的影像，而且需要的功率更少。然而，OLED容易因為曝露到氧和濕氣中而受到損壞。這種曝露可以降低發光裝置的使用壽命。因此，氣密封是提供OLED長期效能的基本需求之一。
在過去人們已經嘗試使用有機材料例如環氧樹脂以密閉性密封OLED-為主的顯示器。本公司也發展出效能大大改善的另一種技術。根據這個方法，製造含-玻璃料的糊狀物，混合玻璃顆粒，填充料顆粒例如結晶顆粒，和載體例如包含一種或多種溶劑和一種或多種黏結劑和/或分散劑的載體。將此糊狀物散佈在平板玻璃上，並使用例如高溫烘爐燒結以產生燒結玻璃料圖案。
所產生的元件稱為玻璃料蓋套玻璃，或簡單稱為蓋 套，跟攜帶一個或多個OLED裝置的基板結合。將燒結玻璃料圖案曝露到雷射光能將蓋套和基板密封在一起。具體的說，雷射光束掃瞄(橫越)過燒結玻璃料圖案上方，雷射光束的功率密度和曝露時間經過選擇，使得玻璃料的溫度上升到高於它的軟化點。以這種方式將玻璃料黏附到基板，而在蓋套和基板之間形成堅固的密封。因為燒結玻璃料是玻璃和陶瓷材料跟有機材料比較起來，氧和濕氣對此玻璃料密封的穿透率比先前使用環氧樹脂來包封OLED裝置要慢很多。
密封大型OLED裝置譬如對角線14吋以上的大尺寸電視，和譬如使用在手機，PDA，以及其他可攜式電子裝置的小型OLED裝置比較起來更具挑戰性。對一般小型OLED裝置而言，燒結玻璃料的密封寬度大約0.7-1.0mm就已足夠。尤其是，這種密封寬度提供足夠的水分和氧氣隔離允許一般顯示器可正常運作1-3年。除此之外，這種密封寬度為這些小型裝置提供足夠的機械強度。小型密封寬度也和密封小型OLED裝置上可用的有限空間相容。例如，對一般小型OLED裝置而言，可用來密封的邊緣區域寬度只有1.0-1.5mm。
和小型裝置比較起來，譬如電視的大型OLED裝置需有較長的使用期間也較多機械性需求。因此，我們需要譬如OLED的感測電子元件的大型套組，有較強的密封及/或提供較多的保護避免水和氧氣彙集。本發明解決了這種需求。
依據本發明第一項，本發明提供封裝之方法，該方法包含： (A)提供第一基板(12)，第二基板(16)，分隔第一和第二基板(12,16)的壁板(14)，和至少一個置放在第一和第二基板(12,16)之間的溫度靈敏元件(18,28,36)，此壁板(14)包含熔化溫度為Tfrit-melt的燒結玻璃料，而且至少一個溫度靈敏元件(18,28,36)的衰變溫度為Tdegrade，此壁板(14)連接到第一基板(12)，和第二基板(16)接觸；(B)將直徑為Dbeam的雷射照射到壁板(14)；和(C)以速度S沿著壁板(14)的長度穿過光束來加熱壁板(14)，密封壁板(14)的至少一部份寬度(42)到第二基板(16)；其中：(i)至少一個溫度靈敏元件(18,28,36)和密封到第二基板(16)的壁板(14)部分的邊緣之間，在沿著壁板的任何位置，最小距離(44)是Lmin；(ii)在沿著壁板的任何位置，密封到第二基板(16)的壁板(14)部分的最小寬度(40)是Wseal-min，以及(iii)Dbeam,Lmin,Wseal-min,Tfrit-melt,Tdegrade，以及S滿足下列關係：(a)Wseal-min≧2mm,(b)Dbeam>Wseal-min,(c)S≧(11mm/sec)‧(Dbeam/2mm)‧(0.2mm/Lmin)‧(65℃/Tdegrade)2(d)S≦(130mm/sec)‧(Dbeam/2mm)‧(450℃/Tfrit-melt)2。
依據本發明第二項，本發明提供封裝，該封裝包含第一玻璃基板(12)，第二玻璃基板(16)，分隔第一和第二基板 (12，16)的壁板(14)，以及至少一個置放在第一和第二基板(12,16)之間對氧氣及/或濕氣靈敏以及藉由壁板(14)密閉性地密封第一及第二基板(12,16)之間的元件(18,28,36)，該壁板(14)包含熔化溫度為Tfrit-melt的燒結玻璃料以及至少一個衰變溫度為Tdegrade之元件(18,28,36)，其中：(i)至少部份壁板(14)寬度(42)為雷射密封至第二-基板(46)；(ii)在沿著壁板的任何位置，密封到第二基板(16)的壁板(14)部分的最小寬度(40)是Wseal-min，以及(iii)在沿著壁板的任何位置，至少一個元件(18,28,36)之邊緣與密封至第二基板(16)部份壁板(14)之邊緣間的最小距離(44)為Lmin；以及(iv)Wseal-min,Lmin，以及Tfrit-melt滿足下列關係：(a)Wseal-min≧2mm,(b)0.2mm≦Lmin≦2.0mm,(c)Tfrit-melt≧6.0‧Tdegrade。
在本發明第一項及第二項特定實施例中，Wseal-min為小於或等於7mm。優先地，Wseal-min為小於或等於6mm以及大於或等於3mm，例如為Wseal-min大約等於5mm。
依據本發明第三項，本發明提供的套組包括第一玻璃基板(12)，第二玻璃基板(16)，包含燒結玻璃料分隔第一和第二基板(12,16)的壁板(14)，和至少一個感測氧氣及/或水分的元件(18,28,36)，以壁板(14)密閉性密封在第一和第二基板(12,16)之間，其中壁板(14)包含多個分離的區間(32)，每個區 間(32)包含多個次壁板(30)，安排成如果至少兩個次壁板(30)有缺口，才會使氧氣及/或水分輕易通過隔間。
依據本發明第四項，本發明提供的套組包括第一玻璃基板(12)，第二玻璃基板(16)，分隔第一和第二基板(12,16)的壁板(14)，和至少一個感測氧氣及/或水分的元件(18,28,36)，以壁板(14)密閉性密封在第一和第二基板(12,16)之間，其中壁板(14)包含多個次壁板(30)，包含燒結玻璃料和次壁板(34)，而次壁板(34)又(i)包含譬如環氧樹脂的有機材料，和(ii)位在包含燒結玻璃料的兩個次壁板之間。在特定實施範例，次壁板包含有機材料，不會接觸包含燒結玻璃料的次壁板。
在本發明各項目中所使用參考數字只作為方便讀者閱讀以及並不預期以及並不視為限制本發明之範圍。人們瞭解先前一般說明及下列詳細說明只作為範例性及說明性，以及預期提供概要或架構以瞭解申請專利範圍界定出本發明原理及特性。
本發明其他優點部份揭示於下列說明，部份可由說明清楚瞭解，或藉由實施下列說明而明瞭。所包含附圖在於提供更進一步瞭解本發明，以及在此加入作為發明說明書之一部份。人們了解說明書以及附圖中所揭示本發明各項特性能夠以任何以及全部組合加以使用。
12‧‧‧第一基板
14‧‧‧壁板
16‧‧‧第二基板
18,28,36‧‧‧溫度靈敏元件
20‧‧‧電極
22‧‧‧水平線
24‧‧‧垂直線
24‧‧‧平板
26‧‧‧平板
30‧‧‧燒結玻璃料次壁板
32‧‧‧區間
34‧‧‧有機材料次壁板
38‧‧‧未密封部份
40‧‧‧密封寬度
42‧‧‧整個寬度
44‧‧‧最小距離
圖1為依據本發明一項實施例顯示器之示意性斷面側視圖。
圖2為依據本發明一項實施例具有燒結玻璃料圖案黏附至玻璃片之斷面側視圖。
圖3為圖2玻璃片之頂視圖，其顯示出燒結玻璃料圖案具有架構形狀。
圖4為示意圖，其顯示出本發明相關之各種幾何形狀關係。
圖5A為曲線圖，其顯示出三種不同燒結玻璃料寬度之雷射功率及雷射掃瞄速度間之關係。在該圖中垂直軸為瓦特為單位之雷射功率以及水平軸為以mm/秒為單位之掃瞄速度。
圖5B為曲線圖，其顯示出四種不同燒結玻璃料寬度之雷射功率及雷射掃瞄速度間之關係。在該圖中垂直軸為瓦特為單位之雷射功率以及水平軸為以mm為單位之燒結玻璃料寬度。
圖6示意性地顯示出熱管理系統，其能夠使用本發明相關實施例中。
圖7為使用單一燒結玻璃料壁板實施例之示意圖。
圖8為使用由巢狀次壁板所構成燒結玻璃料壁板實施例之示意圖。
圖9為使用壁板實施例之示意圖，其包含由燒結玻璃料所構成之巢狀次壁板以及由有機材料所構成之次壁板。
圖10為使用具有隔離區隔之壁板實施例的示意圖，其能夠緩和由於局部缺陷所導致之滲漏。
如上面所討論的，根據特定項目，本發明是關於使用含玻璃料的糊狀物，在平板玻璃的主要表面上形成燒結玻璃料圖案，可以用來製造密閉性密封裝以覆蓋例如顯示器裝置例如以有機發光二極體(OLED)為主的顯示器裝置。
圖1是密閉性密封OLED顯示器裝置的簡單斷面側視圖，整體以參考數字10來表示，其包含平板玻璃12，燒結玻璃料圖案14，基板16，至少一個OLED元件18，和至少一個電極20，跟OLED元件作導電接觸。通常，OLED元件18是跟陽極和陰極作導電接觸。圖1的電極20是用來代表任何一種電極。雖然為了簡單起見，只顯示單一的OLED元件.但是顯示器裝置10可以有很多OLED元件配置在其中。典型的OLED元件18包括一層或多層有機層(沒有顯示出)，和陽/陰電極。然而，那些熟悉此技術的人應該很容易瞭解到任何已知的OLED元件18，或未來的OLED元件18，都可以用在顯示器裝置10中。此外，要瞭解的是，除了OLED元件18之外，其他類的薄膜裝置也可以覆蓋在本發明的封裝中。例如，薄膜感測器，光伏打電池，發光裝置，諸如此類，都可以使用目前發明來製造。
在一項實施例中，第一基板12為使用熔融法製造出透明薄玻璃片，例如本公司編號1737,EAGLE 2000或EAGLE XG玻璃，或由Nippon Electric Glass公司，NHTechno，和Samsung Corning Precision Glass公司所生產的熔融玻璃。或者，第一基板12可以由其他處理來製造，例如Asahi Glass公司用來製造OA10玻璃和OA21玻璃的浮式法。第二基板 16可以由跟第一基板12相同的玻璃來製造，也可以是不透明的基板。
在將第一基板12密封到第二基板16之前，先將含-玻璃料糊狀物以預定的圖案沉積在第一基板12的主要表面上，通常距離第一基板12的自由邊界13大約1公釐成一條線，或多個連接線，以及通常沉積成封閉架構或壁板形狀。如在此所使用"壁板"表示封裝內側與外側大氣間之隔離層。因而，其能夠具有不同的形狀例如圓形，方形，長方形，三角形等。如底下所說明，在本發明特定實施例中，壁板由次壁板所構成(參閱圖8-10)。
在沉積在第一基板12上之後，此含-玻璃料糊狀物在將平板玻璃密封到基板16之前最好先燒結。為了完成這項工作，可以例如將沉積的糊狀物加熱使它黏附到第一基板12，然後將此基板/加熱糊狀物組合放在高溫爐中來燒結糊狀物(在業界中也稱為"煆燒"或"固化"糊狀物)以形成想要的燒結玻璃料圖案14接合到第一基板12的組件。或者，可以省略最初的加熱步驟，將基板/糊狀物圖案組合直接放入高溫爐中燒結。又或者，燒結可以只加熱糊狀物圖案和其周圍的玻璃，而不是整個玻璃片。此局部加熱可以對整個糊狀物圖案同時進行，或者可以依序部份進行。一般來說，高溫爐加上最初加熱步驟的方式是較好的，因為在最初加熱期間，載體的有機成分例如有機黏結材料會被燃燒掉。燒結溫度以及時間當然決定於糊狀物的組成份，尤其是糊狀物中玻璃顆粒的組成份。
在形成燒結玻璃料圖案14之後，如果需要且想要的話，可以將它研磨，使得沿著玻璃料線的高度變動不會超過大約2-4微米，其中典型的目標高度H是10微米到大於20微米，其決定於裝置10的應用；然而，更典型的高度H是大約14-16微米。如果高度變動較大，當第一基板12和基板16接合時，在燒結玻璃料圖案和基板16之間可能會形成間隙，此間隙在使用雷射密封將燒結玻璃料圖案14熔化期間可能不會封閉(參看底下)；或者此間隙可能會引進應力，讓平板玻璃及/或基板破裂，特別是在冷卻期間。適當但是不過厚的玻璃料高度H可以讓雷射密封從第一基板12的背面進行。如果燒結玻璃料圖案14太薄，就沒有足夠的材料來吸收雷射輻射，因而造成損壞。如果圖案太厚，在平板玻璃表面可以吸收足夠的能量而熔化，但是會阻止熔化燒結玻璃料所需要的能量，到達接近基板16之區域的玻璃料。這通常會造成平板玻璃跟基板間不良或有斑點缺陷的接合。
如果將燒結玻璃料圖案14研磨，第一基板12以及其連接燒結玻璃料圖案14可以通過溫和的超音波清潔環境以除去可能累積的任何碎屑。在清潔期間，可以保持低溫度以避免燒結玻璃料圖案14的劣化。在清洗之後(如果有進行的話)，可以進行最終加工步驟來除去殘留的濕氣。例如，組件能夠放置於溫度100℃的真空烘箱中6小時或更久。在從烘箱移除之後，可以將此組件放在淨室盒中以抑制灰塵和碎屑的累積。
密封處理包括將第一基板12和燒結玻璃料圖案14 組件放在基板16的上方，其中一個或多個OLED 18和一個或多個電極20沉積在基板16上，使得燒結玻璃料圖案，一個或多個OLED，和電極夾在相互隔開燒結圖案厚度的第一基板12和16之間。可以對第一基板12和第二基板16施加適當壓力，讓它們在密封處理期間保持接觸。
然後將雷射光束穿過第一基板12導到玻璃料圖案14上。或者，如果基板16在密封波長下是透明的話，密封可以穿過基板16來進行，或者穿過兩個基板。在每一種情況中，光束都橫越燒結玻璃料圖案上方來局部加熱此圖案，使燒結玻璃料的玻璃組成份熔化以及形成將基板12連接並接合到基板16的密閉性密封。由於燒結玻璃料密封14的存在，在基板12和基板16之間會造成間隙，形成OLED組件18的氣密封外殼或封裝。特別地，封裝包含形成封裝面之兩個基板以及形成封裝壁板之燒結玻璃料14。此封裝的密閉性密封保護OLED18避免大氣環境中氧和濕氣進入OLED顯示器10。
接合期間所使用的雷射光束可以例如失焦以讓燒結玻璃料圖案內的溫度梯度更平緩。要注意的是，如果此梯度太陡峭(聚焦太嚴格)，OLED顯示器10可能會顯現裂痕，接著損壞。燒結玻璃料圖案在熔化期間通常需要升溫和冷卻階段。此外，在使用之前，玻璃基板和燒結玻璃料圖案組件最好儲存在惰性大氣中以避免在熔化之前再吸附O2和H2O。
關於藉由雷射光束橫越於燒結玻璃料圖案形成密閉性密封封裝之更進一步詳細說明能夠發現於本公司之美國第2006/0082298,2207/0128965,2007/0128966及2007/0128967 號專利公告案中，這些專利之說明在此加入作為參考。
同樣地，形成封裝壁板燒結玻璃料之適當組成份能夠發現於本公司美國第2005/0001545號專利，該發明名稱為"Glass Package that is Hermetically Sealed with a Frit and Method of Fabrication"，其為美國第6998776號專利之連續案，該兩個專利之說明在此加入作為參考。目前燒結玻璃料玻璃成份之優先玻璃以莫耳百分比表示包含：22.92% Sb2O3,46.10% V2O5,0.97% TiO2,0.97% Al2O3,2.61% Fe2O3，以及26.43% P2O5；燒結玻璃填充料顆粒之優先陶瓷以莫耳百分比表示包含：50% SiO2,25% Al2O3，以及25% Li2O。目前已知或後續發展之其他燒結玻璃料當然能夠使用於實施本發明。
如以上討論的，大尺寸的顯示器，亦即對角線至少14吋的顯示器對現有密封OLED的處理過程提出挑戰。大型顯示器有較長的密封長度，這意味著有更多機會讓水分和氧氣穿透密封提供的隔離層。很重要地，顯示器的衰變並不是均勻發生在整個顯示區域，而主要是在裂縫位置附近。因此，OLED顯示器的衰變率大約就和裂縫位置附近的區域一樣，也就是密封周圍。大型OLED顯示器有較大的密封周圍。尤其，以一般顯示器縱橫比而言，顯示區域對其周圍的比率和顯示器尺寸成正比。
有一種可減少水分和氧氣滲透率的方法就是增加密封的寬度。一般而言，滲透率和燒結玻璃料組成密封的密封寬度成指數比。因此，譬如使用在手機的小型OLED的使用期限，以0.7-1.0mm的密封寬度而言大約是1-2年，而最小密 封寬度5mm燒結玻璃料的裝置使用期限大約是50年。更者，較寬的密封寬度也會增進整個裝置的機械強度。
增加燒結玻璃料密封有效寬度的一種方法是使用由多個次壁板在互相之內巢狀組成的壁板(例如請參考圖8-10，編號14代表壁板，編號30代表燒結玻璃料的次壁板)。例如，這個次壁板先前使用的寬度是0.7-1.0mm的範圍。這種多個次壁板的方式會增進封裝密封性及其強度。
然而很不幸，我們發現和本發明一起使用時，多個燒結玻璃料次壁板的內部本身會為密封性提出明顯的挑戰。明確地說，雖然一個次壁板可以使用小型OLED裝置的技術雷射密封，但當雷射密封執行在另一個次壁板時，雷射產生的熱會破壞第一個次壁板的密封。尤其，第二個次壁板的密封，可能由於熱膨脹而使鄰近的第一個次壁板分層。因此，以雷射密封來看，需要將燒結玻璃料巢狀的壁板視為一個厚壁板，將所有次壁板同時一起密封處理。
圖4的示意圖顯示各種和本發明有關的幾何關係。在這個圖中，編號36代表譬如OLED的溫度靈敏元件，而編號14代表溫度靈敏元件組合封裝壁板。壁板14可以是1)單一燒結玻璃料(例如請參考圖1和7),2)多個燒結玻璃料子壁板(例如請參考圖8和10，其中燒結玻璃料次壁板是以編號30來表示)，或3)燒結玻璃料次壁板和另外一個或多個由譬如環氧樹脂的有機材料所構成次壁板的組合(例如請參考圖9，其中燒結玻璃料次壁板是以編號30來表示，而有機材料所構成的次壁板則以編號34來表示)。
圖4中，壁板14的整個寬度是以線42來表示，而密封寬度則以線40來表示，密封寬度是指壁板雷射密封到第二基板的部份。如圖4所示，壁板14沒有包括次壁板。如果使用次壁板，整個寬度就是最內次壁板的最內緣和最外次壁板的最外緣之間的距離，而密封寬度就是壁板雷射密封到第二基板的最內和最外位置之間的距離。
密封寬度40可以等於整個寬度42，或是如圖4所示，小於整個寬度以留下未密封部份38。或者，如圖4所示，密封寬度也可以沿著壁板的長度是一致或是變動的。在任一種情況中，密封寬度具有最小值的特徵即Wseal-min。圖4所示緻密封寬度的情況，Wseal-min是等於線40的長度；在大多的情況中，Wseal-min是在沿著壁板長度的任何位置，壁板密封部份的最小橫寬。
圖4也顯示溫度靈敏元件36和壁板14之間的空間關係。尤其，編號44顯示溫度靈敏元件邊緣和密封到第二基板的壁板部份邊緣之間的最小距離Lmin。如圖4所示，溫度感測元件邊緣和壁板的密封部份之間的間隔是固定的，應該要瞭解這個間隔可能在沿著壁板的不同位置而有所不同，根據壁板的設計和以壁板定義的套組內溫度靈敏元件的佈局而定。在間隔有變動的情況，Lmin是沿著壁板的長度的最小間隔。
使用燒結玻璃料，寬度大約0.7-1.0mm範圍的雷射密封結合特定雷射功率和密封速度是可令人接受的。例如，假使光束直徑是1.8倍燒結玻璃料的寬度，Gaussian強度分布的雷光束是合適的。以0.7-1.0mm燒結玻璃料而言，這種關 係在整個燒結玻璃料提供一致的溫度分佈，以及沿著燒結玻璃料有效的加熱/冷卻率。(應該要注意，如這裡使用的，光束直徑是使用ISO 11146標準的光束大小定義l/e2來決定。也就是說，雷光束的邊緣定義在光束強度落在其高峰值的l/e2位置。)
較大的光束直徑和較大的燒結玻璃料寬度，每個縱向位置加熱的時間就會有顯著的改變。尤其，有同樣線性加熱率，較大的雷射點需要較高的掃瞄速度。以另一種方式來看，以同樣掃瞄速度密封1.8mm和9mm光束大小意味著有效減少5倍的線性加熱率。這種考量暗示著5mm寬度的密封玻璃料需要9mm的光束點大小，顯著的高功率和密封速度約5倍於1mm玻璃料的1.8mm光束點大小。
更一般的說法，密封壁板寬度的改變會改變雷射，掃瞄速度，和最重要熱管理的功率需求，因為和較薄的壁板比起來，供應到封裝加熱量也變大了。除此之外，光束形狀的改變在降低封裝的溫度靈敏元件上密封處理的負面效果，也變的關係重大。
大致而言，速度和功率是相連結的，因為不管功率和速度，熔化燒結玻璃料並形成和第二基板密封所需的溫度是一樣的。然而，在較低的速度會發生較多的熱擴散，導致玻璃內較寬的加熱面積，因此較容易破壞封裝的溫度靈敏元件。
圖5A和5B顯示以不同光束大小和燒結玻璃料寬度進行的實驗和計算結果，以決定雷射功率和雷射掃瞄速度之 間的關係。圖5A中，水平軸是掃瞄速度，以公釐/秒為單位，而垂直軸是雷射功率，以加熱玻璃料到其熔化溫度所需的瓦特為單位；圖5B中，水平軸是燒結玻璃料寬度，以公釐為單位，而垂直軸也是雷射功率，以加熱玻璃料到其熔化溫度所需的瓦特為單位。在圖5B中，根據較小寬度和較低功率得到的測量所計算出的值，畫出燒結玻璃料寬度值大於5毫米；而功率大於800瓦。
圖5B也包括水平線22和垂直線24。水平線22表示依據目前業界可取得的雷射功率，實際的雷射功率上限，亦即雷射功率在3000-4000瓦的範圍。這種高功率雷射雖然可使用，但太昂貴了，因此根據成本效益，最好是功率小於或等於1000瓦的雷射。垂直線24顯示當使用這個準則時，雷射密封的燒結玻璃料寬度最好小於約7公釐。
從以上我們看到，較大的燒結玻璃料寬度需要較高的雷射功率和較快的掃瞄速度。尤其，密封較大的燒結玻璃原料寬度需要較快的掃瞄速度，以避免玻璃內的熱應力，以及避免傷害到套組內的溫度靈敏元件。
大致而言，在雷射密封期間的局部溫度是和功率密度和速度的0.5次方成線性比例。實驗上，我們發現假使燒結玻璃原料中央和邊緣的溫度高到足以熔化燒結玻璃料的玻璃成分，而且直徑至少1.5(最好1.8)倍大於燒結玻璃料寬度的Gaussian形狀光束，可以有最佳品質均勻的密封。就5mm玻璃料，結果是9mm Gaussian光束。而其他光束形狀可以類似方式決定光束寬度。
例如，Gaussian光束可利用光束塑形儀器轉換成扁頂形狀的光束，譬如Newport折射光束塑形器，Catalog Number GBS-NIR-H(Newport Corporation,Irvine,California)。以9mm Gaussian光束和5mm燒結玻璃料而言，燒結玻璃料中央的溫度對邊緣的溫度比例可以估算成：Tedge/Tcenter~Pcenter/Pedge＊(acenter/aedge)0.5。
以上的參數，Gaussian光束的Tedge/Tcenter等於0.48，這足以提供品質佳的密封。在扁頂形狀光束的情形，Pcenter=Pedge。於是，光束直徑可以很小，譬如acenter/aedge可以大約為1.15。這意味著圓形扁頂形狀的光束，其光束直徑需要是1.05(最好是1.15-1.2)倍大於燒結玻璃料寬度。這種明顯的節省功率，可用在Gaussian光束的相同功率密度。
以上的關係也可利用下列較通用的關係來導出：Tedge/Tcenter~Pcenter/Pedge＊(Dbeam/a)0.5(F(Dg,Df,h))其中和前面一樣，P是功率密度，Dbeam是光束直徑，a是玻璃料邊緣的射束直徑片段長度，而F(Dg,Df,h)是擴散函數，其中Dg是玻璃基板的熱擴散性，Df是燒結玻璃料的熱擴散性，而h是玻璃料寬度。在Gaussian光束的直徑是9mm，而燒結玻璃原料的寬度5mm的情況下，以上關係求出的估計值Tedge是Tcenter的0.6-0.7。
在平坦頂部光束情況中，F(Df,Dg,h)約與Gaussian光束情況相同。Dbeam/a需要約為2，此表示平坦頂部光束之光束直徑能夠減小至Dbeam/h=1.05(優先地為1.15)而非高斯光束之Dbeam/h=1.5(優先地1.8)。
如以上所顯示的，較寬的燒結玻璃料和同樣玻璃料曝曬的線性速度需求意味著需要使用較高的功率密度和較快的移動速度。移動速度(掃瞄速度)和其他系統參數之間的關係可從以下得到。
為了得到較佳的密封，而不產生過多的熱傷害，最好可滿足以下的關係：K1＊Tfrit(edge)<τ0.5<K2＊Tglass(x)其中τ是曝曬時間，K1和K2是比例係數，根據雷射功率密度和其分布而定，Tfrit(edge)是燒結玻璃料在其邊緣達到熔化所需的溫度，而Tglass(x)是和燒結玻璃料邊緣距離x的玻璃基板溫度，需要低到不會傷害封裝的溫度靈敏元件。正如此關係中顯示的，玻璃料曝曬到雷射的時間需要夠長以熔化玻璃原料的整個厚度，但也要夠短以使和燒結玻璃料邊緣距離x的玻璃不會變的太熱。
典型的值是Tfrit(edge)>450℃,Tglass(x=0.2mm)<85℃(即室溫的△T等於65℃)。曝曬時間只和光束直徑相關τ=Dbeam/S，其中Dbeam是光束直徑，S是雷射掃過燒結玻璃原料的掃瞄速度。為了可以使15微米厚的玻璃料徹底熔化，τ需要大於約15毫秒(對應2mm光束直徑的75mm/s掃瞄速度，最好是25毫秒)。為了保持玻璃在x>0.2mm時夠冷，τ需要小於180毫秒。這使得以既定的光束直徑，速度需求有一個範圍。這個範圍可應用在各種系統，因為典型燒結玻璃原料和典型玻璃基板的熱擴散性是一樣的，而玻璃料的厚度譬如15-20微米，希望是小於熱感測元件和燒結玻璃料邊緣的距離(譬如200um)。
利用上述的關係，我們可以決定以9mm的光束直徑，密封5mm厚的玻璃料，速度需要小於360mm/s並且大於50mm/s，而5.4mm的光束點大小，3mm厚的玻璃料，速度範圍是216到30mm/s。
掃瞄速度S和其他系統參數之間的關係可藉著在決定速度時明確包括玻璃料密封邊緣部份和溫度靈敏元件之間的距離，此元件的衰變溫度，和燒結玻璃料的熔化溫度，進一步加以量化。當達到該情況時，將得到下列關係：S≧(11mm/sec)‧(Dbeam/2mm)‧(0.2mm/Lmin)‧(65℃/Tdegrade)2及S≦(130mm/sec)‧(Dbeam/2mm)‧(450℃/Tfrit-melt)2。
優先地，S≦(80mm/sec)‧(Dbeam/2mm)‧(450℃/Tfrit-melt)2。
如圖5所示，較高的速度需要較高的雷射功率以達到燒結玻璃料的相同溫度。以相同光束點大小，功率密度P和掃瞄速度S之間的關係可寫成：P/(S)0.5=常數。
由該關係，人們能夠看到速度增加4倍，則P需要增加2倍。
如我們所見，上述的關係中S考慮了譬如封裝OLED的一個或多個元件的衰變溫度。為了更進一步減少熱傷害，最好是在第一和第二基板使用熱沉的方式。這種熱沉的方式顯示於圖6，例如平板26是由鋁組成，而平板24是由氧化矽組成。同樣地，最好遮罩雷光束，使得只有需要加熱壁板14的部分到達封裝。
參閱圖7-10，這些圖說明了封裝壁板的各種構造。 在這些圖中，編號28表示一個或多個的溫度靈敏元件，譬如放在封裝內的OLED。
圖7顯示使用一個厚壁板提供密封的方法。圖7顯示另一種方法，整個壁板的寬度仍然很厚，不過是藉由使用一個壁板或多個次壁板，譬如圖8所示的兩個次壁板以達到這種厚度。
圖9顯示更進一步的方法，使用由燒結玻璃料組成的次壁板結合由有機材料組成的次壁板。有機材料最好是環氧樹脂，但其他材料譬如UV可固化丙烯酸樹脂，也可使用在本發明。由有機材料組成的次壁板最好是夾在由燒結玻璃料組成的次壁板之間如圖9所示，但如果需要的話也可使用其他安排方式，例如由有機材料組成的次壁板，可以是最內層或最外層的次壁板。或者，雖然使用如圖9所示的一個由有機材料組成的次壁板，但如果需要的話也可使用多個次壁板的型態。當使用有機材料組成的次壁板，用來密封燒結玻璃料組成的次壁板的雷光束應該加以遮罩以免使其照射到有機材料。
圖10顯示的壁板包括多個次壁板30，安排行程分開的區間32。以這種方式，只有在至少兩個隔間的次壁板有缺口時才會使氧氣及/或水分輕易通過其中一個隔間。也可使用圖10顯示以外的設計來實施本發明。例如，有角度的次壁板可以90度交錯平行的次壁板，因而沿著壁板的長度形成階梯狀或蜂窩型態的結構。或者，不用單層獨立的隔間，可使用多層來提供更多的保護以避免壁板局部失效。
從以上我們看到，本發明各方面的較佳實施範例提供了多項優點，包括：由於較低的氧氣及/或水分滲透率而造成較長的產品使用期限，因為和密封玻璃料寬度相關的強度，而造成較高的機械強度，及/或結合燒結玻璃料和有機密封材料以提供密封的隔離以及高機械強度。
業界熟知此技術者能夠由先前揭示內容作許多變化而並不會脫離本發明之精神及範圍。作為一項範例，雖然本發明已對使用於大型OLED為主顯示器封裝之密封作說明，假如需要情況下，其亦能夠使用於小的顯示器或其他對溫度敏感元件。下列申請專利範圍預期含蓋在此所揭示特定實施例以及其變化，改變，以及同等情況。
12‧‧‧第一基板
14‧‧‧壁板
16‧‧‧第二基板
18‧‧‧溫度靈敏元件
20‧‧‧電極

Claims (7)

  1. 一種封裝，該封裝包含一第一基板、一第二基板、分隔該第一基板和該第二基板的一壁板、以及至少一個置放在該第一基板和該第二基板之間對氧氣及/或溼氣靈敏的元件，該壁板包含熔化溫度為Tfrit-melt的燒結玻璃料，且該至少一個元件之衰變溫度為Tdegrade，其中：(i)該壁板的至少一部分寬度經雷射密封至該第二基板；(ii)在沿著該壁板的任何位置處，密封至該第二基板的該壁板的該部分的最小寬度為Wseal-min；以及(iii)在沿著該壁板的任何位置處，在該至少一個元件的邊緣以及密封到該第二基板的該壁板的該部分的邊緣之間之最小距離為Lmin；且(iv)Wseal-min、Lmin、以及Tfrit-melt滿足下列關係：(a)Wseal-min≧2mm；(b)0.2mm≦Lmin≦2.0mm；(c)Tfrit-melt≧6.0‧Tdegrade。
  2. 依據申請專利範圍第1項之封裝，其中該至少一個溫度靈敏元件為以OLED為主之顯示器，該顯示器的對角線等於或大於14英吋。
  3. 一種封裝，該封裝包含一第一基板、一第二基板、分隔該第一基板和該第二基板並包含燒結玻璃料的一壁板、以及至少一個對氧氣及/或溼氣靈敏的元件，該至少一個元件藉由該壁板密閉性密封於該第一基板及該第二基板之間，其中該壁板包含多個分離之區間，每一區間包含多個次壁板，該等 次壁板係排列成使得氧氣及/或溼氣僅在至少兩個該等次壁板被破壞時輕易通過該區間。
  4. 依據申請專利範圍第3項之封裝，其中該元件為有機發光二極體。
  5. 一種封裝，該封裝包含一第一基板、一第二基板、分隔該第一基板和該第二基板的一壁板、以及至少一個對氧氣及/或溼氣靈敏的元件，該至少一個元件藉由該壁板密閉性密封於該第一基板及該第二基板之間，其中該壁板包含多個次壁板，該等次壁板包含兩個由燒結玻璃料所構成之次壁板，以及具有下列特徵之一次壁板：(i)包含有機材料，以及(ii)位於由燒結玻璃料所構成的該兩個次壁板之間。
  6. 依據申請專利範圍第5項之封裝，其中該有機材料為環氧樹脂。
  7. 依據申請專利範圍第5項之封裝，其中該元件為有機發光二極體。
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