製造玻璃包封的方法

2024-04-10 18:56:05

專利名稱：製造玻璃包封的方法
製造玻璃包封的方法
本申請根據美國法典第35法案第119(e)條[35USCgll9(e)]要求提交於2005 年12月6日的美國專利申請第60/748,297號的優先權，其完整內容在此引為參考。
背景技術：
發明領域
本發明涉及一種密封顯示元件的方法，所述顯示元件諸如可在平板顯示設備 中用於玻璃基底。
背景技術：
近年來，有機發光二極體(OLED)己成為大量研究的對象，這是由於它們在 眾多場致發光器件中都有應用或可能應用。例如，單個OLED可用於分立式發光 器件，或者可將OLED陣列用於照明應用或平板顯示器(例如，OLED顯示器) 應用中。尤其是OLED平板顯示器，己知它非常明亮，並且具有良好的色彩對比 以及寬廣的視角。己知如果位於OLED顯示器中的電極和有機層與周圍環境通過 氣密式密封隔開，則OLED顯示器的壽命可顯著延長。然而，OLED顯示器，特 別是位於其中的電極和有機塗層卻極有可能因為與從周圍環境中滲漏入該OLED 顯示器的氧氣和溼氣相互作用而發生劣化。遺憾的是，過去要開發出氣密式密封 OLED顯示器的密封工藝是非常困難的。以下簡要論述了導致難以適當密封OLED 顯示器的某些因素
氣密式密封應提供對氧(10、c/m"天)和水(10'Sg/mV天)的屏障；
氣密式密封的尺寸應該最小(例如，<2mm)，從而使其不會對OLED顯 示器的尺寸產生不利的影響。
在密封過程中所產生的溫度不應破壞OLED顯示器中的材料(例如，電極 和有機層)。例如，離0LED顯示器的密封體約l至2mm的0LED的第一像素 不應在密封過程中被加熱到高於100°C。
在密封過程中釋放的氣體不應汙染OLED顯示器中的材料。
4 氣密式密封應能使電連接(例如，薄膜電極)進入OLED顯示器。
目前密封OLED顯示器的一種方法是通過熔化低溫玻璃料形成氣密式密 封，其中該低溫玻璃料摻雜有在特定光波長下對能量具有高吸收性的材料。例 如，高功率雷射可用於加熱並軟化玻璃料，從而在其上帶有該玻璃料的覆蓋玻 璃與其上帶有OLED的基底玻璃之間形成氣密式密封。玻璃料通常約0.5 mm 至lmm寬，且約6至100pm厚。如果玻璃料的吸收率和厚度均勻，則密封操 作能夠在恆定的雷射能和移動速度下完成，使得玻璃料位置處獲得均勻的溫度 升幅。然而，在被加熱的玻璃料(和基底)沒有充分冷卻的情況下，會由於在 密封過程中產生熱應力而導致玻璃料和/或基底出現破裂。需要一種方法，該方 法能夠提供足以加熱玻璃料的熱量以熔化該玻璃料並密封各基底，同時還能夠 適當冷卻玻璃料而不會過度加熱並損壞顯示元件。

發明內容
在根據本發明的一個實施方式中，公開的一種方法包括提供由至少一個玻 璃料壁分隔開的第一基底和第二基底，以及被安置在第一和第二基底之間的至 少一個顯示元件，讓雷射束通過第一基底照射在該至少一個玻璃料壁上，並且 該光束沿著壁長方向穿行以加熱玻璃料並密封第一基底和第二基底。照射光束 在該光束前進方向上的強度分布是隨著離開該光束縱軸的距離增加而減小的 函數，而該照射光束在與其前進方向正交的方向上的強度分布偏離該光束峰值 強度的變化不超過約10%。該至少一個玻璃料壁優選地包含框形。此外，多個 顯示元件可以被安置在第一和第二基底之間。該光束優選地穿過含有呈縫隙狀 透明區域的掩模。此掩模可以包括吸收表面或反射表面。該光束優選地以約10 mm/s以上的速度穿過玻璃料。這一穿越過程可以通過從至少一個電流鏡反射該 光束而得以完成。
參照附圖，通過以下說明性的描述可以更容易理解本發明，更清楚地了解 本發明的其它目的、特徵、細節和優點，以下說明並不構成限制。另外的系統、 方法特徵和優點也都包括在本描述中，在本發明的範圍之內，受到所附權利要 求書的保護。
附圖簡述
5

圖1是根據本發明一個實施方式的顯示設備的截面側視圖。 圖2是根據本發明一個實施方式的第一基底以及沉積於其上的玻璃料的截面 側視圖。
圖3是圖2所示第一基底的俯視圖，其中沉積的玻璃料顯示為框形。
圖4是根據本發明一個實施方式的顯示設備的局部截面側視圖，其中包括
顯示元件以及沉積於其上的電極，並且該圖示出了雷射和雷射束在密封操作期 間的位置。
圖5是圖4所示掩模以及一部分玻璃料的局部俯視圖。 圖6是帶有多個透明區域、用來密封多個OLED顯示設備的掩模的俯視圖。 圖7是OLED顯示設備的各種冷卻曲線(速率)和與之作比較的固有冷卻
曲線，所述OLED顯示設備用聚焦雷射束密封，其中雷射束的光斑以多種速度
在玻璃料上穿行。
圖8是OLED顯示設備的各種冷卻曲線(速率)和與之作比較的固有冷卻 曲線，所述OLED顯示設備用散焦雷射密封，其中雷射束的光斑以多種速度在 玻璃料上穿行。
圖9是顯示設備的截面側視圖，所述顯示設備具有顯示元件和沉積於其上的 電極，並且在圖中示出了雷射器以及受電流計控制的雷射束在密封操作期間的的位置。
詳述
在以下詳述中，出於說明而非限制的目的，提供了描述特定細節的示例性實 施方式，以幫助完全理解本發明。但是對於本領域普通技術人員顯而易見的是，在 理解本說明書中益處的基礎上，可以不同於本文所揭示的具體細節的其它實施方 式實施本發明。另外，對眾所周知的器件、方法和材料的描述將會省去，以免淡化 對本發明的描述。最後，在任何合適的情況下，相同的編號表示相同的部分。
雖然下面將結合氣密式密封OLED顯示器100的製造來描述本發明的密封技 術，但是應該理解，相同或類似的密封技術還可以在其他廣泛的應用和設備中用來 將兩塊玻璃片彼此密封起來。因此，不應該以限制的方式來解釋本發明。
參見圖l,示出了根據本發明一個實施方式的氣密式密封有機發光二極體 (OLED)顯示設備的截面側視圖。 一般地，由編號10所指示的該顯示設備包括 第一基底12、玻璃料14、第二基底16、至少一個OLED元件18以及與該OLED元件電接觸的至少一個電極20。典型地，OLED元件18與一陽極和一陰極電接觸。 在此使用的圖1中的電極20可表示這兩種電極中的任意一種。雖然為簡單起見僅 示出了單個OLED元件，但是顯示設備10中可以安置多個OLED元件。典型的 OLED元件18包括一個或多個有機層(未示出)以及陽極/陰極。然而，本領域的 普通技術人員應該很容易認識到，可以在顯示設備10內使用任何已知的OLED元 件18或未來的OLED元件18。此外，本領域普通技術人員還應認識到，除了 OLED 元件18之外，也可以沉積其他類型的薄膜器件。例如，可以使用本發明來製造薄 膜傳感器。
在一個較佳實施例中，第一基底12可以是諸如由康寧股份有限公司製造並 出售的Code 1737TM牌玻璃或Eagle 2000tm牌玻璃的透明玻璃片。可選地，第 一基底12可以是任意透明玻璃片，例如由Asahi Glass有限公司製造並出售的玻 璃(例如OA10玻璃和OA21玻璃)、由Nippon Electric Glass有限公司、NH Techno和Samsung Corning Precision Glass公司製造並出售的玻璃等。第二基 底16可以是與第一基底12相同的玻璃基底，或者第二基底16可以是不透明 的基底。
如圖2至圖3所示，在密封第一基底12和第二基底16之前，玻璃料14 通常作為含有玻璃粉、粘合劑(通常是有機的)和/或液體媒介物的線狀玻璃料 糊劑而被沉積在第一基底12上。玻璃料14可以通過絲網印刷或者可編程自動 鑽孔機(programmable auger robot)而被施加至第一基底12上，其中可編程鑽 孔自動機在第一基底12上提供成形良好的圖案。例如，玻璃料14可以被放置 在距離第一基底12的自由邊緣13約lmm的地方，並且通常以閉合框或壁的 形狀沉積。在一個優選實施方式中，玻璃料14是在預定波長處具有顯著光學 吸收截面的低溫玻璃料，所述預定波長與用於密封工藝的雷射的工作波長相匹 配或基本匹配。舉例來說，玻璃料14可以含有從包括鐵、銅、釩、釹或其組 合的組中選出的一種或多種光吸收離子。玻璃料14還可以包括改變玻璃料14 的熱膨脹係數以使其與基底12和16的熱膨脹係數相匹配或基本匹配的填料 (例如，反向填料(inversion filler)或添加劑填料)。關於可在本申請中使用 的示例性玻璃料成分的更為詳細的描述，可以參考題為"Glass Package that is Hermetically Sealed w他a Frit and Method of Fabrication"的美國專利第6,998,776 號，其內容結合在此作為參考。玻璃料14也可以在密封第一基底12和第二基底16之前被預燒結。為實 現該預燒結，加熱已沉積在該第一基底12上的玻璃料14，以使其固定在該第 一基底12上。隨後可以將帶有玻璃料圖案的第一基底12放在爐中，並根據該 玻璃料的成分，在一定溫度下"燒制"或固結玻璃料14。在該預燒結階段，加 熱玻璃料14並燒盡玻璃料內所含的有機粘合劑材料。
在預燒結玻璃料14之後，該玻璃料在需要時可以研磨(ground)，以使得 沿著玻璃料線的高度變化不超過2至4 ^m，而典型的目標高度h根據器件10的 應用可以是10pm至30^im以上；然而更為典型的高度h為約12至15 pm。如果 高度的變化較大，則在接合基底12和16時，在玻璃料和基底16之間形成的間隙 可能在玻璃料14在雷射密封第二基底的過程中熔化時也不閉合，或者該間隙可能 會引入可導致基底破裂的應力，特別是在冷卻玻璃料和/或基底期間。足夠但不過 度厚的玻璃料高度h允許基底在第一基底12背後密封。如果玻璃料14太薄，那它 就無法留有足夠的材料來吸收雷射輻射，從而導致失效。如果玻璃料14太厚，它 將能夠在第一表面吸收足夠的能量來發生熔化，但是會妨礙熔化玻璃料所必需的能 量到達該玻璃料接近第二基底16的區域。這通常會導致兩玻璃基底粘合不良或不 均勻。
如果預燒結玻璃料14得到研磨，則可以讓第一基底12從適度的超聲波清洗 環境中通過，以去除到目前為止聚集的任何碎屑。在此使用的典型溶液應該比用於 清洗沒有額外沉積的顯示器玻璃的溶液溫和得多。在清洗期間，可以將溫度保持在 較低水平以避免沉積的玻璃料14發生劣化。
在清洗之後，可執行最終處理步驟來去除殘餘水分。可將預燒結的第一基底 12放置在溫度為IO(TC的真空烘箱中6小時或以上。在從烘箱中移出之後，可將預 燒結的第一基底12放置在淨室箱內，以避免在實施密封工藝之前有灰塵和碎屑在 其上聚集。
密封工藝包括以這樣一種方式在上面沉積了一個或多個OLED 18以及一個或 多個電極20的第二基底16頂上放置帶玻璃料14的第一基底12，使得玻璃料14、 一個或多個OLED 18和電極20被夾在兩基底12和16之間。向基底12和16施加 適度壓力以保持它們在密封過程中彼此接觸。如圖4中所示，雷射器22引導雷射 束24通過第一基底12照射在玻璃料14上並且加熱玻璃料14，以使其熔化並且形成氣密式密封，使基底12和基底16連接並接合在一起。該氣密式密封還防止周圍
環境中的氧氣和水氣進入OLED顯示器10，從而保護OLED 18。
雷射束24可以被散焦從而讓例如玻璃料14內的溫度梯度更為平緩。應該注 意，如果梯度過陡(聚焦過緊)，OLED顯示器IO則可能出現破裂並導致其隨後 失效。玻璃料14在熔化之前通常需要預熱和冷卻階段。此外，預燒結的第一基底 應該被存儲在惰性氛圍中，以避免在熔化之前再吸收02和1120。雷射器22 (或者 光束24)沿玻璃料圖案行進的速度可以在約0.5 mm/s至高達300 mm/s的範圍之間 變化，雖然在30mm/s至40mm/s之間的速度更為典型。來自雷射束的必需功率可 以依據玻璃料14的光學吸收係數a和厚度h變化。如果將反射性或吸收性層(如 製造電極20的材料)置於玻璃料14下面(在玻璃料14和基底16之間)，必需功 率也會受到影響。必需功率還會受到雷射束24穿過玻璃料的速度影響。此外，玻 璃料14的成分、均一性、填料顆粒大小都可以改變。這些方面同樣會對玻璃料吸 收入射雷射束24的光學能量的方式產生不利影響。當雷射束24穿過玻璃料14時， 玻璃料14熔化以將基底12和16彼此密封。由玻璃料密封引起的基底12和16之 間的間隙在兩基底之間形成了用於OLED元件18的氣密式空穴(pocket)或包封 (envelope)。應該注意，如果第二基底16對密封波長透明，則該密封操作可以 通過第二基底16,或者同時通過基底12和16來執行。
應該冷卻顯示設備10，從而不讓設備10 (例如，基底12和16)在冷卻剛密 封的基底和玻璃料期間承受過度的應力。除非冷卻恰當，否則這些應力會導致基底 之間的粘合強度弱，並且影響該粘合的氣密性。通過一基底照射在玻璃料上的雷射 束在其徑向橫截面上優選地具有基本呈圓形的光束形狀。因此，照射在玻璃料上的 光束大致為圓形光斑，並且在該光束直徑方向上的強度分布優選地是隨著離開光軸 的距離而減小的函數，其中在該光束的中心軸處或其附近具有峰值強度。例如，該 光束可以大致呈高斯分布。在常規密封方法中，該光斑的直徑2"(其中"是離開 光束軸的距離，其光束強度是最大光束強度的1/e2)選擇大致等於或小於玻璃料寬 度(其範圍在約0.5至lmm之間)的。然而，對於較快的密封速度而言，例如大 於約10 mm/s，小於約1 mm的雷射光斑直徑會導致該光斑離開玻璃料上某一點時 該玻璃料/基底快速冷卻，而此時通常期望冷卻速度較慢，這樣可以導致玻璃料/基 底退火。原則上希望密封速度較快。首先，工藝生產量增加。其次，雷射功率的可
9接受變化在密封速度更快時也更大。另一方面，如下所述，為緩和快速冷卻而增加
光斑直徑會導致對夾在基底之間的相鄰OLED元件的加熱。為了克服這一缺點， 根據本發明的實施方式，可以利用具有增加的光斑直徑(大於玻璃料的寬度)的激 光束，並且還可以掩蔽一部分擴大的光斑尺寸，以避免對玻璃料以外的一部分設備 10 (例如，OLED元件18)加熱。
根據本發明的實施方式，建議採用大於第一和第二基底12、 16之間的玻璃料 線寬約2倍的光斑直徑。優選地，光斑直徑方向上的強度分布是隨著離開該光束中 心軸的距離而減小的函數。例如，該光束的強度可以大致呈高斯分布，但是也可以 具有其他形狀，如三角形。在圖4中示出的掩模32被放置在第一基底之上；更具 體地，放置掩模32以使得該掩模的透明或開口部分位於被放置在各基底之間的玻 璃料線之上。圖5示出了包含傳輸區域34的一部分掩模32的近視圖，該傳輸區域 34具有約等於或取決於掩模和第一基底12之間距離的寬度wt，該寬度wt比玻璃 料線的寬度Wf和不透明區域36要寬。雷射束24隨後在由箭頭37指示的縱向上沿 著傳輸區域並由此在玻璃料線上進行掃描，加熱玻璃料並用氣密式密封來密封各基 底。束斑39在橫向上對玻璃料14兩側的照射被不透明區域36阻擋(由光斑38 的虛線部分以及箭頭39指示)，同時在縱向上(即，沿著玻璃料的長度方向)通 過傳輸區域34而不受阻礙。因為光束(以及光斑)優選地具有圓形對稱的強度分 布，並且其在縱向上的強度分布沒有受到阻擋，所以強度在玻璃料長方向上的逐漸 變小(由於強度分布遞減)使玻璃料的冷卻相對較慢。另一方面，通過透明區域 34並照射在玻璃料上的那部分光束優選地具有基本恆定(平坦)的強度，其在玻 璃料寬度方向上(即，與光束穿過玻璃料時的行進方向正交的方向)的變化與光束 中心軸處的峰值相比不超過約10%，這樣就能夠為玻璃料14提供相對均勻的加熱 效果。
掩模32可以是吸收性或反射性的。但優選反射性掩模，因為吸收性掩模可能 會被光束加熱至足以損壞與玻璃料相鄰的敏感OLED元件。照射在玻璃料上的激 光光斑的直徑優選大於約1.8 mm。掩模32例如可以通過在清潔玻璃基底上濺射一 塗層來形成，從而使得該掩模帶塗層的部分反射或吸收來自雷射器的光，並使得一 部分照射光束傳輸通過掩模不帶塗層的一個或多個清潔玻璃部分34。優選地，該 掩模的透明部分與玻璃料14相重合。例如，如果玻璃料14呈框狀，則掩模的透明
10部分宜具有類似的形狀和大小。如果在基底上沉積有多個獨立的框狀玻璃料壁，則
該掩模優選具有相對應的透明區域34的陣列。這一掩模如圖6所示。
如上所述，根據本發明實施方式，用作密封光束的雷射束24可以是未聚焦， 或者是有意散焦的。讓該光束散焦以使得光束焦點不落在玻璃料上的技術可以與在
(相對於玻璃料線的)縱向上遞減的強度分布結合使用，以促進玻璃料和/或基底 的冷卻。圖7示出了直徑(即，2co)的1&2約為1.8mm的束斑的冷卻曲線，所述 束斑用於密封寬約lmm的玻璃料線。曲線40、 42和44示出了雷射束穿行速度分 別為5mm/s、 10mm/s及20mm/s時，玻璃料溫度與時間的函數關係。還示出了固 有的冷卻曲線46，該曲線描繪了當玻璃料已被加熱並且雷射束快速消失時玻璃料/ 基底的冷卻特性。圖7中的雷射束聚焦在玻璃料上。將圖7與圖8相比較，圖8 描繪了在與圖7相同的條件下用散焦在玻璃料上的雷射來加熱玻璃料的情形。通過 比較可以很容易地觀察到在給定雷射穿行速度下(例如，在兩圖之間的10 mm/s 下)更為緩慢的冷卻速率。
在另一個實施方式中，掩模可以被附至或者緊接於雷射器本身，使得來自激 光器的光束穿過該掩模。然而，因為掩模可能包括縫隙狀的透明區域，這會在雷射 穿越沉積在基底12上的框狀玻璃料的轉角時要求旋轉該掩模。在該實施方式或在 前一實施方式中，設備10和雷射束24之間的相對移動可以通過相對於雷射束移動 設備10，或者相對於設備移動雷射器(從而移動光束)來實現。例如，可以將激 光器或設備安裝在可在x-y平面內移動的平臺上。該平臺例如可以是其移動受到計 算機控制的線性電動機平臺。可選地，設備和雷射器都可以是固定的，並且通過將 來自雷射器的光束24引導至由電流計(未示出)控制(或移動)的一個或多個可 移動反射器(鏡)48，使該光束相對於設備移動。相比於設備或雷射器的慣性，通 過電流計定位的各反射鏡由於慣性較低，可以使雷射束在玻璃料14上快速穿行。 在玻璃料和雷射器之間的距離變化時，通過使用本領域內已知的恰當透鏡技術(例 如，遠心透鏡)，可以使玻璃料上的光斑直徑保持恆定。
應當強調的是，上述本發明的實施方式，特別是任何"優選的"實施方式， 僅僅是可能的實施例子，僅僅是用來幫助清楚地理解本發明原理的。可以在不 背離本發明精神和原理的前提下，對上述本發明的實施方式進行許多的改變和 改良。所有這些改良和改變都包括在本文中，包括在本說明書和發明的範圍之
內，並受到所附的權利要求書的保護。
權利要求
1. 一種密封顯示元件的方法，包括提供由至少一個玻璃料壁分隔開的第一基底和第二基底，以及被安置在所述第一和第二基底之間的至少一個顯示元件；讓雷射束通過所述第一基底照射在所述至少一個玻璃料壁上；所述光束沿著壁長方向穿行以加熱所述玻璃料壁並密封所述第一基底和所述第二基底；以及其中所述照射光束在所述光束前進方向上的強度分布隨著離開所述光束縱軸的距離增加而減小，而所述照射光束在與其前進方向正交的方向上的強度分布相對於所述光束峰值強度的變化不超過約10％。
2. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述玻璃料壁包含一閉合框。
3. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述光束具有大於所述玻璃 料壁寬Wf的光斑直徑。
4. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述光束在照射所述玻璃料 之前通過含有透明縫隙的掩模。
5. 如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述掩模被安置在所述第一 基底上。
6. 如權利要求6所述的方法，
7. 如權利要求所述的方法 的速度穿行。
8. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述光束以大於約30 mm/s 的速度穿行。
9. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述穿行包括反射來自至少 一個移動反射器的所述光束。
10. 如權利要求IO所述的方法，其特徵在於，所述反射器由電流計移動其特徵在於， 其特徵在於，所述掩模包含反射表面。 所述光束以大於約10 mm/s
11. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述玻璃料壁具有範圍在10至30 )im之間的高度。
12. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述掩模包含吸收性表面。
13. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述光斑直徑大於所述玻璃料壁寬Wf約兩倍。
全文摘要
一種使用伸長的雷射束來使得OLED設備雷射密封工藝中應力最小的方法。強度分布隨著離開光束縱軸的距離增加而減小的雷射束通過一掩模，產生一伸長的光束，該光束在長度方向上的強度分布隨著離開所述光束軸的距離增加而減小，而在寬度方向的強度分布則大致恆定。該伸長的雷射束穿行至位於兩基底之間的玻璃料線上。由於長度方向上的強度分布逐漸減小，在該光束穿行該玻璃料線時，玻璃料的冷卻速度較慢。
文檔編號H01J9/00GK101536133SQ200680011262
公開日2009年9月16日 申請日期2006年12月1日 優先權日2005年12月6日
發明者K·J·貝肯, S·L·羅格諾弗 申請人:康寧股份有限公司