TWI442810B

TWI442810B - 玻璃料密封裝置

Info

Publication number: TWI442810B
Application number: TW098106612A
Authority: TW
Inventors: Wenchao Wang
Original assignee: Corning Inc
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2014-06-21
Also published as: US8067883B2; KR101535316B1; JP2011515009A; US20090218932A1; CN102017793A; JP5416719B2; CN102017793B; TW201004462A; WO2009108342A1; KR20100127247A

Description

玻璃料密封裝置

本發明係關於使用玻璃料材料密封裝置。特別是本發明係關於裝置之密閉性密封，其具有使用直接電阻加熱玻璃料材料之槽室。本發明有用於例如大型OLED裝置之密封。

很多光學和/或電子裝置包含由多個元件構成的槽室，有另外的光學和/或電元件安置和保護在箱室之內。這種裝置的箱室根據其包含的元件可能需要密閉性的密封以延長裝置的使用壽命。密閉性的密封可能是一項挑戰。

例如，有機發光二極體(OLED)顯示器是下一代顯示器市場的新秀，但是密閉性的密封技術變成商業化的絆腳石之一。二極體一般對氧氣和溼氣很敏感。因此需要密閉性密封的槽室來安置。以發展各種玻璃料材料密封方法來連結和密封玻璃板以形成這種密封的槽室。一種範例方法是利用電磁波照射譬如紅外線雷射束加熱並軟化玻璃料材料以達到密閉性的密封。

另一種方法是關於玻璃料材料直接電阻加熱以達成元件的黏接，將其密封在一起。美國第2007/0096631號專利公告案以及美國第7282393號專利揭示出直接電阻加熱玻璃料材料以連接兩個基板。然而，直接電阻加熱的方式如這裡所說明的會造成各種的缺點而需要改善。一項缺點是在機版之間玻璃料材料不均勻的加熱可能導緻密封中應力和破裂的形成,以及可能的剝離。

加以大面積外殼之裝置例如主要文OLED顯示器平板TV的玻璃料密封具有技術性挑戰。傳統玻璃料密封在大的主要基板以及覆蓋基板之間使用一玻璃料材料層作為黏接劑以及實際分隔組件無法有效地使用於該大尺寸。黏接強度以及分離兩者將達不到標準要求。

本發明提供直接電阻加熱方法,其能夠對大尺寸裝置達成強固密閉性密封。

本發明第一項係關於裝置,其包括：

(I)第一基板；以及(II)閉合迴路形狀之無機分隔單元,密閉性地黏接至第一基板；(III)電阻加熱元件,密閉性地黏接至分隔單元,其具有電學上閉合迴路之結構及形狀實質上相對應於分隔單元。

在本發明第一項特定實施例中,裝置包含多個閉合迴路形狀之分隔單元密閉性地黏接至第一基板。

在本發明第一項特定實施例中,分隔單元具有高度為0.3至20mm,在特定實施例中為0.5至20mm,在特定實施例中為0.5至15mm,在特定實施例中為0.5至10mm,在特定實施例中為0.5至5mm。

在本發明第一項特定實施例中,分隔單元以及電阻加熱元件藉由玻璃料材料黏接。在特定實施例中,在電阻加熱元件與分隔單元之間的玻璃料材料形成多個閉合迴路。

在本發明第一項特定實施例中,裝置更進一步包含：

(IV)第一玻璃料材料層,其黏接至位於第一基板遠端之電阻加熱元件表面上方的電阻加熱元件。

在本發明第一項特定實施例中,裝置更進一步包含：

(V)與第一玻璃料材料層黏接的第二基板。

在本發明第一項特定實施例中,第一與第二基板兩者都由玻璃料材料構成。

在本發明第一項特定實施例中,分隔單元由玻璃或玻璃陶瓷所構成。

在包含第一玻璃料材料層之本發明第一項特定實施例中,第一玻璃料材料層形成多個閉合迴路。

在本發明第一項特定實施例中,在第一基板與第二基板之間界定出密閉性密封外殼。

在本發明第一項特定實施例中,裝置包含電子元件位於外殼內。在特定實施例中,電子元件由有機電致發光材料所構成。

在本發明第一項特定實施例中,在第一玻璃料材料層以及第二基板之間的黏接應力實質上是均勻的。

在本發明第一項特定實施例中,電阻加熱元件平均厚度為0.025至2.5mm。

在本發明第一項特定實施例中,電阻加熱元件除了在引線處具有實質上均勻的厚度以及寬度。

在本發明第一項特定實施例中,裝置更進一步包含：

(VI)第二層玻璃料於第一基板與分隔單元之間。

在本發明第一項特定實施例中,第一玻璃料材料層以及第二玻璃料材料層包含實質相同的玻璃料材料。

在本發明第一項特定實施例中,電阻加熱元件包括從鎳-鐵合金和鎳-鈷-鐵合金像是Kovar和Invar以及其組合選出的金屬。

在本發明第一項特定實施例中,電阻加熱元件包含導電引線排列成使得當電位差梯度施加於引線時,通過迴路的電流密度實質上是均勻的。

在本發明第一項特定實施例中,在包含第一層玻璃料材料具有平均厚度為0.005至0.5mm；以及第二層玻璃料材料具有平均厚度為0.005至0.5mm。

在本發明第一項特定實施例中,裝置密封面積之對角線尺寸為大於20英吋(50cm),在特定其他實施例中為大於30英吋(75cm)。

本發明第二項係關於在第一基板和第二基板之間形成密閉性外殼的方法,其包括：

(A)提供第一基板和第二基板；(B)密閉性地黏接閉合迴路形狀之分隔單元至第一基板之表面；(C)提供第二玻璃料材料層於分隔單元之表面上；(D)提供電阻加熱元件,其形狀實質上對應於分隔單元以及閉合迴路結構之形狀,其直接接觸第二玻璃料材料層；(E)提供第一玻璃料材料層於第一基板遠端處電阻加熱元件表面上；(F)將第一玻璃料材料層與第二基板表面接觸；以及(E)傳送電流經過電阻加熱元件以加熱並軟化第一層玻璃料材料以在玻璃料材料,電阻加熱元件和基板之間形成密閉性黏接。

在本發明第二項特定實施例中,在步驟(C)中,電阻加熱元件實質上是由鎳-鐵合金和鎳-鈷-鐵合金譬如Kovar和Invar以及其組合選出的金屬所構成。

在本發明第二項特定實施例中,在步驟(C)中,電阻加熱元件是配置具有導電引線,其排列成使得步驟(F)中流經電阻加熱元件的電流密度實質上為均勻的。

在本發明第二項特定實施例中,在步驟(B)中多個分隔單元被黏接至第一基板之表面。

在本發明第一項特定實施例中,在進行步驟(C)之前第一及第二玻璃料材料層塗覆到電阻加熱元件的相對兩面。

在本發明第二項特定實施例中,第一玻璃料材料層形成多個閉合迴路於電阻加熱元件的表面上。

在本發明第二項特定實施例中,第二玻璃料材料層形成多個閉合迴路於電阻加熱元件與分隔單元之間。

本發明第三項係關於裝置,其包括：

(I)第一基板；以及(II)閉合迴路形狀之無機分隔單元,密閉性地黏接至第一基板；(III)電阻加熱元件,其具有形狀實質上對應於分隔單元；以及(IV)第一玻璃料材料層,其黏接至電阻加熱元件於遠離形成多個閉合迴路之第一基板上的電阻加熱元件表面上。

在本發明第三項特定實施例中,電阻加熱元件具有電路閉合迴路結構。

本發明的一個或多個實施例具有以下一項或以上的優點。第一,藉著使用塗上玻璃料材料的電阻元件可達到優良品質管制的簡單處理過程。第二,密封的溫度是可測量的,而且可細微調整密封的參數。利用電阻加熱的方法,可使用各種技術譬如紅外線影像來測量電阻器的溫度。第三,藉著沿著玻璃料線使用具有閉合迴路結構的電阻加熱元件可達到改善的溫度分佈均勻性。越均勻的溫度分佈,就有越少的殘餘應力,也因而使得密封更堅固。

本發明其他特性及優點揭示於下列說明,以及部份可由說明清楚瞭解,或藉由實施下列說明以及申請專利範圍以及附圖而明瞭。

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。

所包含附圖將更進一步提供了解本發明以及在此加入以及構成說明書之一部份。

除非另有說明,人們了解所有在說明書及申請專利範圍中之數值例如表示成份重量百分比,尺寸,以及特定物理特性之數值在所有情況能夠藉由所謂"大約"加以改變。人們亦了解在說明書及申請專利範圍中所使用精確之數值形成本發明額外實施例。已作嘗試以確保範例中所揭示數目精確性。不過，任何量測數值本質上含有特定誤差，其由於各項量測技術之標準偏差所導致。

必需說明說明書及申請專利範圍中，單數形式之冠詞"a"或"an"係指至少一個，以及並不受限於"只有一個"，除非另有清楚地表示。例如"一玻璃料材料層"包含該兩層或多層該相同或不同的組成份之層，除非另有說明。所謂"CTE"係指熱膨脹係數。

很多裝置包括但不限定是光電裝置需要密閉性密封的外殼以保護對大氣環境敏感的元件。有機發光二極體(OLED)是主要為有機材料，其效能可能受到空氣中氧氣和濕氣嚴重影響。因此，包含OLED元件的典型顯示器裝置需要密閉性密封的有機電子元件。一種密封方式是有關形成兩個玻璃基板之間包圍電子元件的密閉性外殼：主要基板，電子元件在其上面形成，和覆蓋電子元件的覆蓋基板。本發明藉著形成這種密閉性外殼在密閉性密封OLED裝置是很有用的。本發明以下的詳細說明是根據於OLED裝置的密封。然而，熟悉此項技術的人可能和應該瞭解在除了OLED的其他應用上也可利用本發明來形成密閉性密封。本發明亦可用於形成不同裝置的非密閉性密封。

由於OLED技術變為更加成熟，顯示器尺寸由數英吋成長至10-20英吋，以及將成長為更大尺寸。一些玻璃料密封至該大尺寸元件之技術問題包含：密封寬度-為了達成適當的黏接強度，玻璃料線條寬度必需達到超過10公分。使用紅外線光束對該線條作密閉性密封為具有挑戰性。

密封高度-較大顯示器在覆蓋與基板玻璃之間需要較大空間以補償玻璃下垂以及扭曲。假如使用玻璃料材料只作為較大基板間之分隔介質,增加厚度是必需的,否則將導致嚴重的問題,因為玻璃料本身在強度及軔性方面具有相當不佳的機械特性。建立較高"玻璃料壁板"會產生一些問題,例如玻璃料裂縫以及分層。

密封強度-玻璃料密封為脆弱的。密封裝置不適當處理會導致玻璃料產生裂縫。對於大於10"顯示器將產生更嚴重的問題而異於1"至3"顯示器情況,因為較大顯示器較容易彎曲及/或扭曲。因而設計較強固以及較軔性密封為成功密封大的OLED顯示器所必需的。

本發明在於藉由使用新穎的設計提供較強固以及軔性密封,該設計使用分隔單元環狀物作為所需要之分隔壁板。本發明允許使用較薄但是精巧地設計玻璃料圖案作為密封劑。分隔單元密封於兩側上,其提供大的OLED顯示器之密閉性密封。

本發明亦採用直接電阻加熱以密封裝置。

圖1和2是根據本發明特定實施例的裝置,電阻加熱元件101和201的頂視圖。電阻加熱元件具有導電引線105a,105b,105c和105d的閉合迴路結構103。"閉合迴路結構"是指在兩個導電引線之間施加電位差梯度時,電流會通過整個迴路,使整個迴路歐姆地加熱,兩個導線之間的兩邊當做兩個平行連接的電阻器。因此,閉合迴路結構可以是閉合的矩形,閉合的圓形,或任何其他所需的閉合形狀。在特定實施例中,閉合迴路結構相對於連接兩個相對導電引線中央的直線最好是對稱的。閉合迴路結構的優點是：沒有不藉由通過電流加熱的間隙,因而造成黏接於此的玻璃料材料真正均勻的加熱,以及在加熱和其他要連結元件之間更堅固的黏接。我們很希望當電流通過加熱元件時,整個迴路的溫度實質上是以同樣的速率增加。為了這個目的,在特定實施例中,我們希望加熱元件的迴路實質上為均勻的寬度和厚度,而且兩個相對導電引線之間的兩個加熱元件零件的長度實質上是相同的以使迴路內的電流密度實質上是均勻的,造成在整個迴路中釋放出均勻的熱能量。圖1和2所示的範例加熱元件在結構中只顯示單一閉合迴路。然而,在特定實施例中,加熱元件的結構最好包含多個閉合迴路。多個閉合迴路可以在同一時間密封和形成多個隔間。

加熱元件的厚度可以依據數項因素來決定：黏接在一起的OLED基板之間所需的距離；玻璃料材料層厚度,和形成加熱元件的方法。加熱元件厚度的範圍從0.025到0.25mm,在特定實施例中從0.05到2.5mm,在特定實施例中從0.1到2.5mm,在特定實施例中從0.2到2.0mm。

可藉著譬如化學蒸氣沉積,噴濺,網版印刷,和其他薄膜處理來形成加熱元件。加熱元件可以是由金屬和合金,導電氧化物,半導體材料,和其組合所製成。適合薄膜處理的範例材料包括但不限定是：SiO2,SiC,MoS2。可使用薄膜處理來沉積具有高度可控制尺寸和組成的加熱元件。

在特定特別有用的實施例中,加熱元件是由薄片導電材料所製成,譬如藉由切割,蝕刻(如光蝕刻處理)等的金屬箔。特定實施例特別有用的的金屬箔包括由Al,Ag,Au,Cu所製成的。決定金屬選擇的因素可包括：(i)金屬和與該金屬黏接玻璃料材料之間的熱膨脹係數(CTE)匹配,以及金屬和與該金屬黏接基板之間的CTE匹配。特定金屬合金的CTE非常接近特定無機玻璃料材料之CTE,因此在本發明中非常需要的。例如,鎳-鐵合金(這類型合金的商標名為Invar)和鎳-鈷-鐵合金(這類型合金的商標名為Kovar),可以購得有不同的厚度和與硼矽酸鹽玻璃匹配的CTE的箔或薄片形式。一種Kovar合金的的成分為29%鎳,17%鈷,0.2%矽,0.3%錳,以及53.5%鐵(以重量計)。這類低CTE的金屬合金對於本發明之裝置中的電阻加熱元件相當有助益。這種金屬合金薄片可以購得,在金屬店切成所要的形狀,不管有或沒有減少厚度的步驟以形成本發明有用的電阻加熱元件。可從金屬箔大量生產具有所需圖案的切割和蝕刻加熱元件。Invar和Kovar的另一項優點是可以磁鐵來處理,包括永久性的和電磁鐵。因此,甚至是薄而彈性的大型迴路也可以很容易地處理。我們也發現在特定實施例中,預先氧化金屬加熱元件可能是有益的,增加加熱元件對融態玻璃料材料的潤濕能力。這在使用Kovar作為加熱元件的金屬特別有用。金屬的氧化作用可能受到含氧的空氣中預先加熱方式影響譬如經由金屬通過電流,或者在爐中加熱。

在切割成加熱元件之前,可以玻璃料材料塗層金屬片。或者,可先形成電阻加熱元件迴路,接著在固定到基板或分隔單元之前在單側或兩側塗上玻璃料材料。在特定實施例中,最好在加熱元件兩側塗上一玻璃料材料層。如此做可以消除在基板上預先塗覆玻璃料材料迴路,以及加熱元件和預先塗覆玻璃料迴路間對齊的需要。圖3顯示有兩玻璃料材料層301a和301b塗覆到兩個主要表面的加熱元件。

在特定實施例中,特別有益地形成多個玻璃料迴路於加熱元件一個或兩個表面上,使得每一迴路形成與分隔單元或基板表面之密閉性黏接。已知形成於玻璃料層中裂縫會連續性地傳播過玻璃料層,導致密封之密閉性損壞。多個閉合迴路之形成能夠避免裂縫由一個迴路傳播至另一迴路,因而有潛力地改善生產線上密封裝置之產量以及延長密封裝置之使用壽命。圖1顯示出承載單一玻璃料迴路107之加熱元件。圖2顯示出承載兩個玻璃料迴路107及109之加熱元件。本發明第三項係關於包含加熱元件以及多個閉合迴路之玻璃料材料的裝置。雖然有益地具有閉合迴路之加熱元件,例如加熱元件之閉合迴路結構對於本發明第三項為並不需要的,此由於在結構中多個玻璃料環狀物提昇密封能力所致。

用在本發明的玻璃料材料可以是任何型態的玻璃料材料,只要其可以在加熱到基板可接受溫度時軟化而加以密封以提供所需的密封品質。因而,玻璃料材料可以是玻化的玻璃料材料或非玻化的玻璃料材料。玻化的玻璃料材料在軟化和冷卻時會變成不透明,而非玻化的玻璃料材料在密封後會維持光亮透明。玻璃料材料不一定是需要紅外線吸收的,雖然也可使用一般紅外線吸收的玻璃料材料。玻璃料材料包含一個玻璃相,當加熱至密封溫度時可軟化並提供密封所需的流變。除此之外,玻璃料材料可包含一種填充材料以修正CTE和/或其他物理特性。範例的玻璃料材料包括非限定是那些屬於ZnO-B2O3-SiO2,SnO-ZnO-P2O5族群的材料。美國專利編號第7214441,6737375和6291092說明了玻璃料材料的各種範疇,其相關部份在此也併入參考。

玻璃料材料可塗覆到要被黏接之加熱元件或基板表面的區域或分隔單元之表面。在特定實施例中,在將加熱元件黏接到基板表面之前,可將玻璃料材料塗覆到加熱元件的表面。這種方式消除了基板上預形玻璃料材料線條和加熱元件對齊的問題。在特定其他實施例中,玻璃料材料在基板表面預先形成,接著將加熱元件放置在玻璃料材料線上藉由玻璃料材料黏接到表面。

塗覆玻璃料材料到基板表面或加熱元件的表面可藉著使用此項技術已知的任何方法來完成。例如,可形成包含玻璃料材料粉末和黏著劑的玻璃料材料糊狀物,藉著網版印刷,流動塗層,噴霧塗層,浸漬塗層,擦拂等塗覆到加熱元件表面及/或基板表面。或者,也可藉由薄膜形成處理譬如化學蒸氣沉積,噴濺等,沉積玻璃料材料在基板或分隔單元之表面或加熱元件之表面。可使用很多薄膜處理來形成具有均勻厚度和寬度的玻璃料材料層。

在本發明裝置中分隔單元能夠由玻璃材料或玻璃陶瓷材料或晶質材料製造出。在特定實施例中,分隔單元由玻璃材料例如具有低CTE硼酸鹽玻璃製造出。需要地,分隔單元之材料CTE接近要被黏接以及玻璃料材料在其上面之基板的CTE,使得由於CTE不相匹配所產生之熱應力被減小。分隔單元之功能包含：(i)增加裝置基板間實際距離,其對大尺寸裝置為特別需要的；以及(ii)藉由在玻璃料層間密封中提供結構元件提昇密封外殼之強度。本發明裝置能夠具有單一分隔單元,或多個分隔單元,其每一單元黏接至基板之表面。

分隔單元能夠藉由玻璃料層黏接至基板之表面。黏接會受到不同的方式影響,例如在烘箱中加熱或紅外線光束加熱。需要地,與分隔單元黏接之基板並不具有光學或電子元件形成在其上面,其對黏接分隔單元與基板所需要熱量為靈敏的。或者,分隔單元能夠藉由例如壓製基板表面上軟化玻璃桿件以達成高溫融合黏接而形成。黏接分隔單元至基板表面之步驟並不會改變基板所需要物理特性為需要的。因而,在特定實施例中,進行黏接而並不需要將大部份基板表面之溫度提高至高於其軟化點。在特定實施例中,在黏接分隔單元至基板表面後,進行退火步驟以減小在黏接界面處之應力。

圖4顯示的是依據本發明特定實施例裝置401的側面示意圖。在這個裝置中,譬如Invar或Kovar製的金屬電阻加熱元件103藉由玻璃料層302a和玻璃分隔單元305表面黏接,其再經由玻璃料層302c黏接至基板301之表面。金屬電阻加熱元件在其兩邊覆蓋一玻璃料材料層301a和301b。該基板301可以是電子元件建構其上的OLED裝置基板,或圍繞OLED裝置的覆蓋玻璃基板。基板301可以由玻璃,玻璃陶瓷,結晶或組合材料製成。基板301和金屬電阻加熱元件103之間的黏接最好是密閉性的。加熱元件103和分隔單元305之間的黏接可能受到經由加熱元件103通過電流影響,或是藉由其他加熱方式譬如紅外線射束加熱,爐火加熱(這裡的基板最好沒有對加熱敏感的元件)等加熱分隔單元和加熱元件到黏接溫度而影響。圖4所示的裝置可加以銷售,運送到另一個OLED顯示器製造設施,連結到另一個有預製電子元件的基板。

圖5顯示了圖4裝置401黏接到另一基板303的示意圖。如前面所提及,基板303可以有譬如OLED的功能元件在其上,或者是不具額外預形元件的覆蓋元件。在將基板303置放在玻璃料材料層302b之上並對齊兩個基板時,可允許電流通過電阻加熱元件,其中玻璃料材料經加熱和軟化可在加熱元件和基板表面之間流動。在特定需要密閉性實施例中,假如在先前步驟中並未形成,在加熱元件與分隔單元之間黏接能夠同時地完成。由於冷卻,玻璃料硬化而形成加熱元件和基板表面之間的黏接。在特定實施例中,最好對基板303施以力量F,使得基板303和加熱元件之間以及加熱元件和分隔單元305之間得以有效地密封黏接。在密封期間,施加外力F到基板可使玻璃料材料在加熱元件和基板表面之間流動，導致在最後的裝置中產生更均勻厚度的玻璃料材料層。施加外力F也會減少得到同樣密封程度所需的加熱電力，也減少附近對熱敏感元件傷害的可能性。外力最好是直接施加在密封基板的區域，這樣所施加的力量才會真正均勻。一種施加外力的方式是在沿著密封區域的基板上方使用固定的重量。

依據本發明的密封裝置也可以包括一個以上由金屬片製成的電阻加熱元件。可以選擇不同CTE的金屬片以匹配玻璃料材料，分隔單元和基板的鄰近層。例如，可購得不同CTE的Invar和Kovar合金當做這些層。可堆疊及/或共同滾動這些金屬製成的電阻加熱元件以形成裝置中所需的性質和結構。不同的電阻加熱元件層之黏接會受到玻璃料，焊接等影響。

依據本發明的特定實施例中，可藉著同時通過在電阻加熱元件內的電流，一起密封本發明的多個裝置。圖8顯示依據本發明的特定實施例中，同時密封多個裝置陣列(803(1,1),803(1,2),...,803(1,n),...803(m,1),803(m,2),…,803(m,n))的電子連接圖案801。和像是紅外線光束密封的輻射玻璃料材料密封作比較，這種方式需要較少的裝置，而且在多個密封的裝置中可產生更均勻並且可再生的加熱。

在密封處理期間，可使用紅外線攝影機來監控加熱元件和基板的溫度。也可據此調整施加於加熱元件的電流。在加熱處理期間，如果觀察到熱點，就可容易調整電阻加熱元件的尺寸以達到更均勻的加熱。因此，可避免基板和其上面敏感性元件的過度加熱。換句話說,可以發現冷點並以同樣的方式去除。

裝置或其一部分突然的加熱和冷卻可能導致玻璃料材料層和基板的破裂,玻璃料材料從基板及/或加熱元件可能脫離,以及對密封裝置的效能有害的殘餘應力。為了減少密封區域的殘餘應力,玻璃料密封裝置有時也需要在密封時退火。本發明中,這種退火步驟可藉由減少電流很方便地和密封步驟結合。電流可以用程式控制以得到加熱,密封,和退火處理的不同階段所需的加熱水準。和密封步驟類似,退火步驟也可使用紅外線攝影機來監控以使裝置和大多數重要區域(譬如接近加熱元件上敏感電子元件的區域)的溫度可精確控制。

應該要注意的是,依據本發明第二的處理中,這些步驟不一定要依照其安排的順序來執行。例如,依據本發明第三特定實施例中,步驟(C),(D)和(E)可能依照(C)-->(D)-->(E)的順序來執行。然而,在特定實施例中,步驟(C)的玻璃料材料第二層和步驟(E)的玻璃料材料第一層最好先塗覆到加熱元件的兩面,然後提供具有兩層玻璃料材料層的加熱元件放在第一基板的表面,因而同時完成步驟(C),(D)和(E)。在另一實施例中,步驟(C)的第二玻璃料材料層塗覆到加熱元件的第二面,然後提供具有第二玻璃料材料層的加熱元件放在第一基板的表面,因而同時完成步驟(C)和(D)。之後,塗覆第一玻璃料材料層到和加熱元件第二面相反之第一面,其遠離第一基板,因而同時完成步驟(E)。

在本發明第三項特定實施例中,此方法包括步驟(D)之後而在步驟(F)之前的步驟(D1)如下：(D1)經由第二玻璃料材料層黏接加熱元件到第一基板。這種黏接可藉由通過加熱元件的電流,或藉著紅外線加熱,或藉著在爐中置放第一基板和加熱元件和第二玻璃料材料層達成。在特定特定實施例中,可以在步驟(D1)之前執行步驟(E),亦即在步驟(D1)中和加熱元件和第二玻璃料材料層同時加熱第一玻璃料材料層。在特定其他特定實施例中,可以在步驟(D1)之後進行步驟(E),亦即在加熱元件經由第二玻璃料材料層黏接到第一基板之後,塗覆第一玻璃料材料層。

與說明於美國第2007/0096631號專利申請案以及美國第7282393號專利直接電阻加熱密封方式作比較,本發明具有閉合迴路直接電阻加熱方式的優點是可以實質上均勻加熱玻璃料材料而不會留下冷點而產生較高品質的密封,較不易形成破碎的低應力和實質上均勻的應力分佈。試驗顯示密閉式迴路設計可在加熱元件框架周圍提供均勻的熱圖案,而美國第2007/0096631號專利申請案及美國第7282393號專利之開放式迴路設計可在兩個緊鄰導線的連接處產生冷點。這種冷點會導致玻璃料材料熔融不足,因此產生密封的弱連結,因而導致玻璃料材料的破裂和可能的剝落。

由於具有如上述所說明多個閉合迴路玻璃料線條之玻璃料層裝置的優點所致,本發明第三項係關於密閉性密封之裝置,其包含分隔單元,形成多個玻璃料材料閉合迴路之玻璃料層,以及電阻加熱元件。雖然電阻加熱元件並不需要具有閉合迴路結構,因為受益於多個閉合玻璃料迴路所提供優點,在特定實施例中加熱元件具有閉合迴路結構為有益的。

和關於曝曬玻璃料材料(必須是紅外線吸收的)到紅外線光束作比較,本發明的特定實施例具有下列一項或多項的優點。

本發明的特定實施例可提供更簡單的處理方式和更佳的品質控制。紅外線照射密封需要糊料形式的玻璃料形成和分配以形成玻璃料線條。提供玻璃料糊狀物,分配和燒結處理過程很複雜,因為牽涉到很多步驟和變數,會影響到玻璃料品質的一致性。照射能量的吸收可能受很多因素的影響,譬如玻璃顆粒大小,孔隙性,玻璃料的幾何形狀,玻璃料的表面條件,光束形狀和大小,通過速度等。相對地,玻璃料材料的噴濺沉積(本發明的一項功能),和整合的電阻加熱處理就簡單多了。玻璃料可以直接從物體玻璃(標的)沉積,其消除球形研磨,填充料相,有機載體,黏滯係數,燒結等問題。玻璃料可以從電阻器導熱來熔融,這樣比較簡單容易操作,也比雷射加熱更均勻。

本發明的特定實施例提供較佳的玻璃CTE匹配。玻璃料通常比蓋板和基板有較高的CTE。假使玻璃料材料是基板之間唯一的介質,這種不匹配會導致玻璃料或玻璃或兩者的熱應力和破裂。雖然填充料也可包括在玻璃料中以調整CTE,但這種方法並不是最有效的方式,有以下兩個原因。第一,當填充料不是均勻分佈在玻璃料中,CTE會從玻璃料中的一個位置到另一個位置而有所改變導緻密封裝置內的應力。第二,當填充料是玻璃料的主體時,玻璃料和基板間的介面會呈現關鍵的CTE不匹配,所以CTE的調整可能不夠。以噴濺沉積的技術可使用逐漸的CTE變化,一層一層建構電阻器和玻璃料,使得互相可以更有效的方式CTE匹配。較佳的CTE匹配意味著較少玻璃料破裂的風險。

本發明的特定實施例提供最佳的玻璃料品質和均勻性。玻璃料品質是藉由寬度和厚度的均勻性,表面平滑度,橫截面外形等來評估。紅外線光束密封方法所用的玻璃料糊狀物分配處理中,玻璃料橫截面一直是水滴形狀,因為表面張力,以及寬度和厚度一直是變動的。此外,因為分配的玻璃粒子大小,"高點"常常在玻璃料表面出現,這可能在密封期間導致不良的接觸或破裂。依據本發明的特定實施例中,以噴濺沉積的技術,玻璃料可以沉積在精準的尺寸(寬度和厚度)和平方的外形,所以可提供更好的表面接觸和較大的可密封面積。

本發明的特定實施例在玻璃料密封中提供更低的孔隙性。孔隙性被認為是紅外線光束密封玻璃料中缺陷的微結構,因為孔隙性會和光束產生干擾,而改變雷射能量吸收。孔隙性也會減少玻璃料的強度和黏接。過度的孔隙性可能影響玻璃料密封的緊密性。不巧地,孔隙性本質上和玻璃料糊狀物和燒結處理相關。相對地,噴濺沉積技術可提供更稠密的玻璃料以及解決孔隙性的問題。

本發明使得沒有起-迄點的密封玻璃料迴路成為可能。紅外線光束玻璃料密封牽涉到料糊狀物分配步驟和光曝曬步驟的起/迄點。那些起-迄點的可能是最後密封的弱點。在密封處理期間,照射的起-迄點通常會加熱兩次可能影響玻璃料並開啟微裂痕。藉著利用密閉式迴路直接電阻加熱,可真正均勻加熱玻璃料線條。在特定實施例中,利用玻璃料的噴濺沉積,在加熱黏接加熱元件和基板之前,可形成玻璃料線條以得到實質上均勻的厚度。

本發明實施例也可以使用較薄的玻璃料線條而不需使用紅外線光束照射方法。使用較薄的玻璃料線條有很多好處。首先,較薄的玻璃料需要很少的能量來熔融,所以就可減少金屬導線熱損傷的風險。這在加寬處理視窗上是很有價值的。第二,較薄的玻璃料可改善密封的機械性效能,因為越薄的連接點比大型連接點更具強度及彈性。這在和環氧化物密封的競爭上是很顯著的,因為脆度和缺乏彈性一直是玻璃料密封對環氧化物密封的主要缺點。第三,較薄的玻璃料會減少熱擴散/收縮因而減低殘餘應力。殘餘應力被認為是在目前處理中以延遲方式導致玻璃料破裂和失敗的驅動力。較薄的玻璃料(<2微米)可以很容易藉由噴濺沉積技術達成,但目前玻璃料糊狀物的分配就很難。較薄玻璃料可以很容易藉由電阻加熱系統熔融,但紅外線光束就很困難,因為光能量吸收會隨著玻璃料厚度的減少而減少。

如上面所討論的,可經由各種方式譬如紅外線影像很容易測得和控制本發明所用加熱元件的溫度。除了處理過程序控制制的困難度,當使用紅外線光束照射時,無法直接測得玻璃料的溫度。以電阻加熱方式,可經由像是紅外線影像的各種技術測得電阻器的溫度。因此,可以很容易根據不同加熱元件,不同玻璃料材料,不同基板材料,和不同應用的不同裝置的需求來調整溫度。

依據本發明各種實施例中,可密封很多裝置。如上面所提及的,可細微調整本發明的處理參數,以適合不同材料和應用的需求。換句話說,相對於紅外線光束加熱方式所需的視窗測試,可依據本發明使用同樣的加熱元件,同樣的玻璃料材料,和同樣的直接電阻加熱系統幾何形狀來密封多個裝置,而不需要明顯的更改。

如上面所提及的,在本發明密封處理期間可使用程式控制的電流源來精準控制加熱元件的加熱和冷卻率以提供所需的加熱功率。這可以消除在退火爐中分別退火的需求。紅外線加熱就很難達到如此高程度的控制。

使用本發明可以達到快速密封。只要供應足夠的電流,即使是有很長玻璃料線的大型裝置也可以在短時間內完成密封。紅外線掃瞄方法就要依據玻璃料線的整個長度以既定的掃瞄速率,依比例花較長的時間來完成密封。以下是非限定的範例以進一步來說明本發明。

範例：

在裝置中並不包含分隔單元之範例列舉如下。

Kovar或Invar合金薄片2到5密爾,約0.05到0.13mm厚可從業界供應商譬如Ed Fagan Inc.購得。設計的加熱元件圖案是藉著光化學蝕刻或微雷射切割方法從玻璃料片切割而成。光化學蝕刻適合於非常精準和大量的切割。圖案在約550℃預先氧化約2到5小時。圖案可藉著磁鐵板(如同工具固定器)固定住，因為Kovar和Invar都是軟磁鐵。在預先固化之後，玻璃料藉著網版印刷或液壓的方法分配在圖案的一面。在網版印刷的情況需要遮罩。在預先固化之後，玻璃料藉著網版印刷或液壓的方法分配在圖案的另一面。在網版印刷的情況需要遮罩。雙層玻璃料的加熱元件像三明治一樣以適當對齊方式夾在兩片玻璃基板之間。在蓋板玻璃上塗覆頂層，重量是每平方mm的玻璃料約100到150公克。加熱元件連接到可電腦程式控制冷卻率的DC或AC電力供應。打開電力供應特定的電流加熱元件到特定的溫度一段期間，根據實質上使用的玻璃料而定。用來試驗的玻璃料的參數是8安培(amps)，以及600+/-50℃持續2到5秒。在特定的速率關掉電力，應該會產生每分鐘約100℃的冷卻率。檢查密封OLED裝置的品質和缺陷。

依據本發明的一個範例中，如圖1所示形狀的金屬加熱元件以均勻的厚度和均勻的寬度製成，在兩個玻璃基板之間加熱，如圖4所示。在密封處理期間，達到實質上均勻的加熱溫度。

作為比較的範例，在兩個玻璃基板609和611之間製造與加熱具有圖6所示形狀的金屬加熱元件601，如圖7所示，該金屬加熱元件601的兩面分別被玻璃料材料層(圖7之607a與607b)覆蓋。金屬加熱元件包括形成開放式迴路的物體603，有兩個導電引線端點605a和605b，間隙為0.2mm。在加熱過程中，使用紅外線攝影機以觀察加熱處理過程和監控加熱元件的溫度。在密封期間，觀察到兩個導電引線端點605a和605b間隙之間的冷點。

預期具有玻璃分隔環狀物位於加熱元件與基板之間的類似裝置能夠藉由在黏接加熱元件之前將分隔環狀物黏接至基板表面而達成。

熟知此技術者瞭解本發明能夠作許多變化及改變而並不會脫離本發明之精神及範圍。預期本發明含蓋本發明各種變化及改變，其屬於下列申請專利範圍以及同等物範圍內。

電阻加熱元件．．．101,201

閉合迴路結構．．．103

導電引線．．．105a,105b,105c,105d

玻璃料迴路．．．107,109

基板．．．301,303

玻璃料材料層．．．301a,301b

玻璃料層．．．302a,302b,302c

和玻璃分隔單元．．．305

基板．．．401,403

金屬加熱元件．．．601

導電引線端點．．．605a,605b

玻璃料層．．．607a,607b

基板．．．609,611

裝置陣列．．．801

陣列．．．803

層．．．901,903

玻璃料材料層．．．905

圖1示意性地顯示出依據本發明一項實施例之電阻加熱元件，其承載一個玻璃料材料之閉合迴路於其一個表面上。

圖2示意性地顯示出依據本發明另一項實施例之電阻加熱元件，其承載兩個玻璃料材料之閉合迴路於其一個表面上。

圖3示意性地顯示出依據本發明各個實施例之電阻加熱元件，其具有玻璃料材料塗覆於兩側。

圖4示意性地顯示出本發明一項實施例之裝置，其包含電阻加熱元件以及分隔單元經由一層玻璃料材料黏接至基板。

圖5示意性地顯示出依據本發明一項實施例之裝置，其藉由電阻加熱加以密封。

圖6示意性地顯示出具有開放迴路結構之電阻加熱元件。

圖7示意性地顯示出圖6之電阻加熱元件,其導電加熱以密封裝置。

圖8示意性地顯示出電子排列以同時地密封本發明特定實施例之多個裝置。

電阻加熱元件．．．101

閉合迴路結構．．．103

導電引線．．．105a,105b,105c,105d

玻璃料迴路．．．107

Claims

一種玻璃料密封裝置，其包括：(I)一第一基板；(II)一閉合迴路形狀之無機分隔單元，其密閉性地黏接至該第一基板；(III)具有一第一表面之電阻加熱元件，其藉由一第一玻璃料材料層以密閉性地黏接至該分隔單元，該電阻加熱元件具有一實質上對應於該分隔單元之形狀；以及(IV)一第二玻璃料材料層，該第二玻璃料材料層黏接至該電阻加熱元件第二表面上，而該第二表面係指位於該第一基板遠端處之表面，該第二玻璃料材料層形成多個閉合迴路。
依據申請專利範圍第1項之玻璃料密封裝置，其中該電阻加熱元件具有一電學上閉合迴路之結構。
一種玻璃料密封裝置，其包括：(I)一第一基板；(II)一閉合迴路形狀之無機分隔單元，其密閉性地黏接至該第一基板；(III)一電阻加熱元件，其具有電學上閉合迴路結構與一第一表面，該電阻加熱元件藉由一第一玻璃料材料層以密閉性地黏接至該分隔單元，該電阻加熱元件具有一實質上對應於該分隔單元之形狀；以及(IV)一第二玻璃料材料層，該第二玻璃料材料層黏接至該電阻加熱元件表面上，而該表面係指位於該第一基板遠端處之表面，該第二玻璃料材料層形成多個閉合迴路。
依據申請專利範圍第3項之玻璃料密封裝置，其中包含多個閉合迴路形狀之分隔單元密閉性地黏接至該第一基板。
依據申請專利範圍第3項之玻璃料密封裝置，其中在該電阻加熱元件與該分隔單元之間的該玻璃料材料層形成多個閉合迴路。
依據申請專利範圍第3項之玻璃料密封裝置，更進一步包含：一第二基板，其黏接至該第二玻璃料材料層。
依據申請專利範圍第6項之玻璃料密封裝置，其中在該第一基板與該第二基板之間界定出一密閉性密封外殼。
依據申請專利範圍第7項之玻璃料密封裝置，其包含電子元件位於該外殼內。
依據申請專利範圍第8項之玻璃料密封裝置，其中該電子元件包含有機電致發光材料。
依據申請專利範圍第7項之玻璃料密封裝置,其中在該第二玻璃料材料層與該第二基板之間的黏接應力實質上為均勻的。
依據申請專利範圍第3至10項中任一項之玻璃料密封裝置，其中該電阻加熱元件之平均厚度為0.025至2.5mm。
依據申請專利範圍第3至10項中任一項之玻璃料密封裝置，其中該電阻加熱元件具有均勻的厚度及寬度。
依據申請專利範圍第3項之玻璃料密封裝置，更進一步包含：一附加的玻璃料材料層，其位於該第一基板與該分隔單元之間。
依據申請專利範圍第3至10與13項中任一項之玻璃料密封裝置，其中該電阻加熱元件包含選自一鎳-鐵合金、一鎳-鈷-鐵合金以及其組合物的金屬。
依據申請專利範圍第3至10與13項中任一項之玻璃料密封裝置，其中該電阻加熱元件包含導電引線，該導電引線排列成使得當一電位梯度施加於該引線時，通過迴路的電流密度實質上是均勻的。
依據申請專利範圍第13項之玻璃料密封裝置，其中該第一玻璃料材料層具有平均厚度為0.005至0.5mm；以及該第二玻璃料材料層具有平均厚度為0.005至0.5mm。
一種形成玻璃料密封裝置的方法，其包括：(A)提供一第一基板和一第二基板；(B)密閉性地黏接一閉合迴路形狀之分隔單元至該第一基板之表面；(C)提供一具有一閉合迴路形狀之第一玻璃料材料層，其位於該分隔單元之表面上；(D)提供一電阻加熱元件，該電阻加熱元件具有一閉合迴路結構以及一實質上對應於該分隔單元之形狀，該電阻加熱元件直接接觸該第一玻璃料材料層；(E)提供一第二玻璃料材料層，其於該第一基板遠端處之該電阻加熱元件表面上，該第二玻璃料材料層形成多個閉合迴路；(F)將該第二玻璃料材料層與該第二基板表面接觸；以及(G)傳送一電流使其經過該電阻加熱元件以加熱並軟化該等玻璃料材料層，以在該等玻璃料材料層、該電阻加熱元件和該等基板之間形成密閉性黏接。
依據申請專利範圍第17項之方法，其中在步驟(D)中，該電阻加熱元件係由基本上選自一鎳-鐵合金、一鎳-鈷-鐵合金以及其組合物的金屬所構成。
依據申請專利範圍第17或18項之方法，其中在步驟(D)中，該電阻加熱元件係配置使其具有導電引線，該導電引線排列成使得在步驟(G)中流經該電阻加熱元件的電流密度是實質上均勻的。
依據申請專利範圍第17或18項之方法，其中：(1)在步驟(C)中，該第一玻璃料材料層形成多個閉合迴路。
依據申請專利範圍第17或18項之方法，其中步驟(C),(D)與(E)係同時完成，且步驟(C),(D)與(E)係在將該第一玻璃料材料層塗覆到該電阻加熱元件的一第一表面以及將該第二玻璃料材料層塗覆到該電阻加熱元件的一第二表面之前，其中該第二表面係在第一表面之對面。