TWI416982B - 包封顯示器元件之方法 - Google Patents

Description

包封顯示器元件之方法

本發明係關於密閉性密封玻璃包裝，其適合保護對週圍環境靈敏之薄膜裝置，以及更特別地關於密封該裝置之方法。

OLED近年來為相當數量研究之主題，因為其用途及潛在使用於電子照明裝置。例如，單一OLED能夠使用於獨立發光裝置或OLED陣列能夠使用於照明應用或平板顯示器應用中(例如OLED顯示器)。OLED平板顯示器已知具有非常明亮以及良好的色彩對比以及寬廣的觀看角度。人們了解假如位於OLED中電極及有機層與外界環境密閉性密封，OLED顯示器使用壽命將顯著地增加。然而，OLED顯示器，特別是位於其中電極及有機層易受到由外界環境滲漏至OLED顯示器之氧氣及水份相互作用而產生衰變。非常不幸地，過去發展密封處理過程以密閉性地密封OLED顯示器為非常困難。一些造成難以適當地密封OLED顯示器之因素說明如下：．密閉性密封應該提供氧氣(10^-3cc/m²/日)以及水份(10^-6g/m²/日)之障壁層。

．密閉性密封之寬度應該相當小(例如<2mm)，使得其 對OLED顯示器尺寸並不會產生負面影響。

．在密封處理過程中產生之溫度應該不會損壞OLED顯示器內之材料(例如電極及有機層)。例如，在一般OLED顯示器中，位於靠近於密閉性密封1-2mm處OLED第一圖素在密封處理過程中加熱溫度並不會超過100℃。

．在密封處理過程中釋出任何氣體不應該污染OLED顯示器內之材料；以及．密閉性密封應該能夠作電子連接(例如薄膜電極)以進入OLED顯示器。

一種密封OLED顯示器之方式為藉由熔融低溫玻璃料以形成密閉性密封，該玻璃料摻雜在特定光線波長下為高能量吸收劑。例如，能夠使用高功率雷射以加熱及軟化玻璃料以形成密閉性密封，該密閉性密封位於具有玻璃料在上面之覆蓋玻璃以及具有OLED在上面之基板玻璃兩者之間。玻璃料通常為1mm寬及6-100微米厚度。假如玻璃料吸收及厚度為均勻的，則密封能夠在固定雷射能量以及平移速度下完成以在玻璃料位置處提供均勻的上昇溫度。不過，當玻璃料相當薄時，100%雷射能量無法被玻璃料吸收。例如，部份雷射能量會被連接至基板玻璃上OLED之金屬電極吸收或反射。由於需要使用薄的金屬電極，以及金屬電極具有與裸露基板玻璃不同的反射性及吸收特性以及不同的熱傳導性，該情況會在密封處理過程中在玻璃料內產生不均勻的溫度分佈，其會導致覆蓋玻璃與基板玻璃間之非密閉性連接。除此，電極之高度吸收度會導致電極過度加熱，隨後將產生破壞。該密封問題可藉由使用本發明一項或多項密封技術加以解決。

本發明實施例提供一種將兩個基板例如OLED顯示器裝置之玻璃基板密封在一起之方法。

簡言之，一種方法/裝置/系統之實施例將實施如底下說明。

在一項實施例中，提供包封顯示器元件之方法包含沉積具有光學吸收度α之玻璃料，該吸收度為第一基板上波長之函數，其中沉積玻璃料高度為h，放置第一基板於第二基板上，兩個基板間具有玻璃料，密封係藉由以速度大於5mm/s通過波長為λ雷射光線於玻璃料上，其中在λ下α．h為大於或等於0.4，優先地在0.4與1.75之間以及更優先地在0.5與1.3之間。

在本發明另外一項實施例中，揭示出一種方法，其包含沉積具有光學吸收度α之玻璃料，其為照射於高度為h壁板形狀第一基板上波長之函數，將玻璃料夾於第一基板及第二基板之間，第二基板具有顯示器元件以及至少一個電極位於於上面，至少一個電極延伸於玻璃料與第二基板之間，通過波長為λ雷射光線於玻璃料上以及以5mm/s速度通過第一基板以加熱及熔融玻璃料，因而將第一及第二基板密封在一起；以及其中在λ下α．h為大於或等於0.4，優先地在0.4與1.75之間，以及更優先地在0.5與1.3之間。

在另外一項實施例中，所提供包含顯示器元件方法包含沉積具有光學吸收度為α之玻璃料，其為照射於高度為h壁板形狀第一基板上波長之函數，預先燒結玻璃料，放置第一基板於第二基板上，其具有一個或多個含有有機材料之顯示器 元件，以及至少一個金屬性電極位於其上面，使得顯示器元件由壁板包圍以及至少一個電極通過玻璃料底下，使用具有尖峰波長λ之雷射光線加熱玻璃料通過第一基板以熔融玻璃料以及形成密閉性密封於第一及第二基板之間以及其中在λ下α．h大於或等於0.4，優先地在0.4與1.75之間，以及更優先地在0.5與1.3之間。

藉由參考附圖說明下列範例將更容易地了解本發明以及更清楚地其他目標，特性，細節以及優點，其並不表示作為限制用途。包含於說明內之其他系統，方法特性以及優點屬於本發明範圍以及由下列申請專利範圍保護。

10‧‧‧密閉性密封OLED顯示器裝置

12‧‧‧基板

14‧‧‧玻璃料

16‧‧‧基板

18‧‧‧OLED元件

20‧‧‧電極

22‧‧‧雷射

24‧‧‧雷射光束

30‧‧‧模組

32‧‧‧磁鐵

34,36‧‧‧碟片

第一圖為本發明顯示器裝置之斷面側視圖。

第二圖為第一基板及沉積在其上面玻璃料之斷面側視圖。

第三圖為第二圖第一基板之頂視圖，其顯示出玻璃料沉積為類似壁板影像架構之形狀。

第四圖為具有顯示器元件第二基板及沉積電極在上面之頂視圖。

第五圖為第一圖顯示器裝置部份斷面圖，其顯示出在密封操作過程中雷射及雷射光束之位置。

第六圖顯示出密封第一及第二基板數種方法。

下列詳細說明中主要作為說明以及並不作為限制用，揭示出特定細節之範例性實施例提供完全了解本發明。不過， 人們了解熟知此技術者將受益於本發明內容，本發明能夠實施於其他實施例中而並不會脫離在此所揭示之特定細節。除此，已知裝置，方法及材料之說明將省略以並不會模糊本發明之說明。最終，相同的參考數字表示類似的元件。

雖然本發明針對製造密閉性密封OLED顯示器之密封技術說明於底下，人們了解能夠使用相同的或類似的技術以密封兩個玻璃板彼此在一起，其能夠使用於廣泛應用及裝置中。因而，本發明密封技術並不視為作為限制。

參考圖1，其顯示出依據本發明密閉性密封OLED顯示器裝置斷面側視圖，該裝置以參考數字10表示，其包含第一基板12，玻璃料14，第二基板16，至少一個OLED元件18以及至少一個電極20與OLED元件電子接觸。雖然只有單一OLED元件簡單地顯示出，顯示器裝置10具有許多OLED元件位於其中。OLED顯示器10能夠為主動OLED顯示器10或被動OLED顯示器10。除此，人們了解假如並不製造OLED顯示器10而製造類似於光學感測器中所使用另一個玻璃包裝使用本發明密封技術製造出，另一種薄膜裝置能夠沉積緊鄰於OLED。

在優先實施例中，第一基板12為透明玻璃板類似本公司製造及銷售編號1737玻璃及Eagle 2000玻璃。可加以變化，第一基板12能夠為任何透明玻璃板類似例如Asahi Glass Co.(例如OA10玻璃以及OA21玻璃)，Nippon Electric Glass Co.以及Samsung Corning Precision Glass Co.製造及銷售。第二基板16可為相同的玻璃基板如第一基板12，或第二基板16可為非透明基板。

如圖2-3所示，在密封第一基板12至第二基板16之前，玻璃料14沉積於第一基板12。玻璃料14能夠藉由網板印刷或藉由可程式化螺旋機器裝置塗覆於第一基板12，其提供良好形狀圖案於第一基板12上。例如，玻璃料14能夠沉積離開第一基板12自由邊緣1mm處。優先地，玻璃料沉積為閉合壁板結構，當組裝OLED顯示器時，其圍繞著OLED元件類似於圖像架構。玻璃料沉積為一個或多個圍繞類似架構玻璃料壁板之一種圖案。在優先實施例中，玻璃料14在預先決定波長下實質上為吸收區域之低溫玻璃料，該波長與密封處理過程中所使用雷射操作波長相匹配。玻璃料14可含有一種或多種吸收性離子例如由鐵，銅，釩，鉬及其混合物選取出。玻璃料14亦可摻雜填充料(例如逆膨脹性填充料，添加劑填充料)，其改變玻璃料14之熱膨脹係數使得其實質上與基板12及16熱膨脹係數相匹配。該玻璃料通常熱傳導性大於500平方微米/s，以及通常約為800平方微米/s，其熱傳導性大於1000平方微米/s。能夠使用於該應用中更詳細說明範例性玻璃料組成份可參考美國第10/823331號專利案，其發明名稱為"Glass Package that is Hermetically Sealed with a Frit and Method of Fabrication"，該專利之說明在此加入作為參考。

玻璃料14在密封第一基板12至第二基板16之前亦可為預先燒結。為了完成該目標，加熱沉積於第一基板12上玻璃料14使得其變為黏接至第一基板12。因而，具有玻璃料圖案在上面第一基板12能夠放置於高溫爐中，該高溫爐中煆燒玻璃料14溫度決定於玻璃料之組成份。在預先燒結相過程中， 加熱玻璃料14以及包含於玻璃料內有機黏接劑材料燃燒掉。

在玻璃料14預先燒結後，其能夠加以研磨，假如需要情況下高度變化並不會超過2-4微米，通常目標高度h能夠為10微米至30微米，其決定於裝置之應用，不過通常高度h為12-15微米。假如高度變化越大，在雷射密封至第二基板過程中玻璃料14熔融時，間隙並不會閉合，或間隙會加入應力，其會使基板破裂。玻璃料14高度h為重要的變數，其能夠使基板由後側密封(即經由第一基板10)。假如玻璃料14太薄，其無法促使足夠材料吸收雷射輻射線，其將導致破壞。假如玻璃料14太厚，其將無法在第一基板處吸收足夠能量以熔融鄰近於第一表面之玻璃料，但是熔融鄰近第二表面所需要能量可避免由於玻璃料熱傳導所導致而達到玻璃料該區域(即鄰近於第二基板16)。後者方式為限制速率情況以密封較厚玻璃料層之基板，以及會導致兩塊玻璃基板不良或斑點狀之黏接。

在預先決燒結玻璃料14研磨後，第一基板10可經過中度超音波清理環境以去除任何累積於該點之殘餘物。在此所所使用一般解決方式比並不作額外沉積之清理顯示器玻璃所使用情況溫和。在清理過程中，能夠保持較低溫度以防止沉積玻璃料14衰變。

在清理後，能夠進行最終處理步驟以去除殘餘水份。預先燒結第一基板12能夠放置於100℃真空高溫爐中歷時6小時或更長。在由高溫爐移出後，預先燒結第一基板12能夠放置於清理箱中以阻隔灰塵以及在進行密封處理過程所累積之殘餘物。

圖3顯示出第二基板16，在密封至第一基板12之前，其包含一個或多個OLED元件18以及一個或多個電極20以連接OLED元件至其他裝置。一般OLED 18包含一個或多個OLED有機層(並未顯示出)以及陽極/陰極電極20。不過人們可立即地了解任何已知OLED 18或未來OLED 18能夠使用於OLED顯示器10中。

密封處理過程包含放置具有玻璃料14之第一基板12於具有一個或多個OLED 18之第二基板16上以及一個或多個電極20位於第二基板上，該方式使得玻璃料14夾於兩個基板12及16之間，以及類似架構圖案之玻璃料14圍繞著至少一個OLED元件。電極20通過玻璃料14底下。對基板12及16施加中度壓力以在密封處理過程中保持接觸。如圖5所顯示之部份顯示器裝置10放大圖中，雷射22導引光束24於玻璃料經由第一基板12以及加熱玻璃料14使得玻璃料14熔融以及形成密閉性密封，該密封連接基板12至基板16。密閉性密封亦藉由防止大氣中氧氣及水氣進入OLED顯示器10內保護OLED 18。

雷射光束24能夠失焦為例如為3.5mm點直徑使玻璃料14內溫度梯度更緩和。玻璃料14通常在熔融前加溫及達到退火相。除此，預先燒結第一基板應該儲存於惰性氣體以在熔融之前防止再吸收O₂以及H₂O。雷射22相對於玻璃料圖案運行速度能夠在0.5mm/s至超過40mm/s間範圍內，以及高達300mm/s，其決定於設定參數。所需要功率可加以變化，其決定於玻璃料14之吸收係數α以及厚度h。假如反射性或 吸收層放置於玻璃料14底下例如特定引線材料20所需要功率以及雷射通過玻璃料之速度亦受到影響。除此，玻璃料14亦可變化，其決定於玻璃料之均勻性以及填充料顆粒尺寸。此亦負面地影響玻璃料吸收及熔融至基板12及16之方式。

圖5-6顯示出基板12及16如何相對於雷射22放置。可包含透鏡系統(並未顯示出)但是並不要求由雷射22傳送能量。再次地，當雷射光束24通過玻璃料14時，雷射光束24能夠由焦點25失焦至點28以減小溫度梯度。人們了解假如梯度太陡(聚焦為太緊湊)則OLED顯示器10會呈現出激烈的裂縫而導致立即的破壞。

能夠以數種範例性方式固定第一基板12，其包含填充料14，密封目的之緊密地接觸第二基板16顯示於圖6中。第一種方式為一種基板12及16放置於鋼模組30上，其具有磁鐵32在基板12及16上。其他方式為放置基板12及16於兩個低刮損/坑洞及極高平坦度之清澈矽石碟片34及36之間。這些矽石碟片34及36以多種方式夾住以及對接近紅外線為透明的。假如碟片34及36為平坦的以及極端堅硬，則相當薄基板12及16能夠黏附至其外表，其將保持平坦度及直接地彼此接觸。

固定基板12及16之載台移動能夠藉由計算機(並未顯示出)加以控制，其執行所寫程式以依循已分配於第一基板12上玻璃料14圖案路徑。大部份玻璃料14圖案為長方形以及圓形化‘角。角的曲率半徑在0.5mm及4mm之間及在該區域必需減小過熱。當運行移動在x方向減小同時在y方向增 加時將發生過熱。為了防止該過熱現象，可調整速度，功率，或雷射光束24之半徑。例如，該現象能夠藉由保持曲率半徑大於失焦雷射光束24之重疊而加以克服。

由於玻璃料14某種程度為透明的，任何層例如位於其底下為反射性之電極將產生額外的熱源，因為雷射光束24反射回到玻璃料14。其並非雙倍量劑，但是大於所期望的數值。同時，這些電極部份在接近紅外線為吸收性，其表示當被雷射光源22照射時其具有實質上加熱作用。當電極20呈現出兩種特性時，利用密封方式產生非常難以克服之效應。該效應視為每單位時間功率密度之問題。由於電極20被分散以及放置於玻璃料放置位置之中間，因而必需管理功率密度之問題。

本發明密封技術能夠在密封處理過程中使密封雷射22加熱及熔融玻璃料14，甚至於具有不同圖案及特性之電極20通過玻璃料14底下。使用本發明密封技術，在密封處理過程中對電極損壞可加以避免。為了達成該目標，密封技術應該考慮數種因素，該因素會影響熱擴散率以及因而密封點處玻璃料14之溫度。首先，如上述所說明，一般玻璃料14透射度變化在2%至30%範圍內，其決定於其組成份及厚度。第二，決定於組成份之電極20會吸收或反射透射通過玻璃料14之光線。

通常，雷射移動速度V及玻璃料吸收度α(距離倒數為單位例如為1/微米)間之關係能夠由擴散關係導出：V=4BD/r² (1)

其中V為雷射光線通過玻璃料14之速度，D為玻璃料之熱傳導係數，r為玻璃料擴散長度以及B為比例係數。由 於玻璃料總厚度為直接熔融厚度及熱擴散熔融玻璃料厚度之和，h=r+1/α (2)

其中α為玻璃料吸收係數。因而，V能夠表示為：V=4BD/(h-1/α)² (3)

當h>1/α時為有效的(即高度吸收性)。光束(3)顯示出密封(通過)速度，玻璃料吸收性以及熱傳導度為緊密地相關的。

另外一方面，較低吸收性玻璃料會加速密封速度。非常不幸地，快速密封速度通常需要較高輸出功率之雷射。在電極吸收雷射光線(即電極在雷射輸出波長下電極為吸收性)，電極可加熱至溫度足以損壞電極。為了決定適當的密封速度，同時考慮電極存在，可使用下列關係：V=4BD/(h-(1+A．10^-αh)/α-(R/α)．10^-αh)² (4)其中A為電極吸收度以及R為電極反射性。

通常，商業化可實施之密封速度為超過5mm/s，同時在該速度下大於10-15瓦光學功率將導致電極損壞。例如，超過100W光學功率會損及鉻電極，以及鉬電極在功率超過15W(點直徑2 ω為小於1.8mm)將受損。需要在玻璃料表面處雷射光束點直徑至少與玻璃料寬度一樣大，以及可更大。如在此所使用，點直徑為2 ω，其中ω為離光束中心軸距離，其中光束密度為最大光束密度1/e 2。優先地，在玻璃料表面處雷射光束點直徑應該為1.8mm及25mm之間。優先地，通過速度應該在0.5mm/s與300mm/s之間。通常，尖峰光學功率應該在 0.5W與1.5kW之間，其決定出通過速率，點直徑等。

作為標準，以及假設點直徑1.8mm超過玻璃料線條寬度：對於通過速率小於或等於5mm/s，尖峰光學功率應該保持小於15W；對於通過速率大於5mm/s以及小於或等於10mm/s，尖峰光學功率應該保持小於25W；對於通過速率大於10mm/s以及小於或等於20mm/s，尖峰光學功率應該保持小於36W；對於通過速率大於20mm/s以及小於或等於40mm/s，尖峰光學功率應該保持小於45W。再次地，此為指導方針，對於特定應用可改變光學功率，通過速率以及點直徑。

我們發現藉由選擇玻璃料14在雷射22波長下具有適當吸收度α，或相反地依據玻璃料吸收特性選擇雷射波長，使得參數α．h(其中玻璃料高度h以微米為單位)為大於或等於0.4，以及優先地在0.4及1.75之間，能夠防止對電極損壞而並不需要複雜的方式例如當雷射通過電極上方玻璃料時改變雷射功率。更優先地，α．h在0.5及1.3之間。

必需強調上述所說明本發明實施例特別是優先實施例只作為可能達成之範例，其只作為清楚地了解本發明之原理。上述所說明實施例能夠作許多變化及改變而並不會脫離本發明之原理及精神。所有變化及改變均包含下列所揭示申請專利範圍內以及受到下列申請專利範圍保護。

10‧‧‧密閉性密封OLED顯示器裝置

12‧‧‧基板

14‧‧‧玻璃料

16‧‧‧基板

18‧‧‧OLED元件

20‧‧‧電極

Claims (12)

1. 一種包封顯示器元件之方法，其包含：沉積具有一光學吸收係數為α之一玻璃料，該吸收係數為一第一基板上光線波長之函數，其中該沉積玻璃料高度為h；放置一第二基板與該玻璃料接觸，於該玻璃料與該第一或第二基板間設置存在有至少一電極；藉由通過以速度為大於約10mm/s，光線波長為λ之雷射光束於該玻璃料上而將該等基板密封在一起；以及其中在λ下α．h為介於0.4及1.75之間。
2. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中在λ下α．h在約0.4及約1.3之間。
3. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該速度為大於40mm/s。
4. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中h為大於約10微米。
5. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該雷射光束的功率在約0.5W及1.5kW之間。
6. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中在該玻璃料表面處該雷射光束之點直徑2 ω在約1.8及25mm之間。
7. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中h為介於10微米及15微米之間。
8. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該玻璃料摻雜之摻雜劑由鐵、銅、釩、鉬及其混合物選取出。
9. 一種包封顯示器元件之方法，其包含：沉積具有一光學吸收係數為α之一玻璃料，該吸收係數為具有高度為h壁板形狀之一第一基板上光線波長的函數；將該玻璃料置放於該第一基板及一第二基板之間，該第二基板具有一顯示器元件以及至少一個電極設置在其上面，該至少一個電極延伸於該玻璃料及該第二基板之間；藉由以速度為大於10mm/s經由該第一基板通過光線波長為λ之一雷射光線於該玻璃料上以加熱該玻璃料而熔融該玻璃料以及將該第一及第二基板密封在一起；以及其中在λ下α．h為介於0.4及1.75之間。
10. 依據申請專利範圍第9項之方法，其中該顯示器元件包括一有機材料。
11. 依據申請專利範圍第9項之方法，其中該速度為大於40mm/s。
12. 依據申請專利範圍第9項之方法，進一步包含在該玻璃料置放步驟之前，預先燒結該玻璃料。