專利名稱：用于密封光子學(xué)器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密封光子學(xué)器件(photonic device)的方法，具體而言，涉及形成一個(gè)玻璃封裝體(glass package)的方法，所述玻璃封裝包括用玻璃基熔料(glass-based frit)氣密密封的玻璃板。
背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)器件是一種用于顯示器應(yīng)用的新興技術(shù)，且現(xiàn)在才發(fā)展到超過(guò)諸如手機(jī)等此類常用器件中出現(xiàn)的尺寸。因此，生產(chǎn)它們?nèi)匀缓馨嘿F。
與諸如基于OLED的顯示器之類的OLED器件相關(guān)的一個(gè)困難在于，需要為用于 OLED的有機(jī)發(fā)光材料維持一個(gè)氣密密封的環(huán)境。這是因?yàn)椋词怪淮嬖谖⒘康难趸蛩?，有機(jī)材料也會(huì)迅速退化。為此，可以通過(guò)一種玻璃基熔料材料來(lái)提供玻璃密封，所述玻璃基熔料材料將兩塊玻璃板密封到一起，為包含在所得到的封裝體之內(nèi)的有機(jī)材料提供了足夠的氣密性。已經(jīng)證明，這樣的玻璃封裝體遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于粘合劑密封的器件。在一般的熔料密封結(jié)構(gòu)中，玻璃基熔料以一個(gè)閉合圈的形式沉積在第一玻璃板上，該第一玻璃板稱為蓋板。該熔料被沉積成糊狀物(paste)，所述糊狀物然后在爐內(nèi)被加熱一段時(shí)間，且在一個(gè)足以將就位在蓋板上的熔料部分地?zé)Y(jié)(預(yù)燒結(jié))的溫度被加熱，使得隨后組裝顯示器更為容易。然后將OLED沉積在第二玻璃板上，該第二玻璃板通常稱為后面板(backplane plate)或簡(jiǎn)稱后板(backplane)。OLED可以含有例如電極材料、有機(jī)發(fā)光材料、空穴注入層、以及其他必要的組成部分。然后，使得這兩塊板對(duì)齊，且用激光對(duì)預(yù)燒結(jié)的熔料加熱，激光軟化了熔料并且在兩塊玻璃板之間形成氣密密封。
隨著顯示器件尺寸的增加，對(duì)密封完好性和牢固性的要求也增加。已發(fā)現(xiàn)，基于熔料的密封出故障的一個(gè)原因就是對(duì)可用的熔料表面的不完全利用。也即，熔料實(shí)際上被密封到襯底玻璃的寬度沒(méi)有像整個(gè)可用寬度被密封時(shí)所能達(dá)到的一樣寬。發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方案中，公開(kāi)了一種制造光子學(xué)器件的方法，包括將一個(gè)第一玻璃板定位在一個(gè)第二玻璃板上，所述第一玻璃板包括一圈玻璃基熔料，所述熔料形成一個(gè)壁，所述第二玻璃板包括置于其上的有機(jī)光子活性(photonically active)材料，以第一激光束穿過(guò)所述第一玻璃板輻照所述壁的與所述第一玻璃板相接觸的第一表面，以第二激光束穿過(guò)所述第二玻璃板輻照所述壁的與所述第二玻璃板相接觸的第二表面，且其中對(duì)所述壁的第一表面和第二表面的輻照將所述第一玻璃板結(jié)合到所述第二玻璃板，且其中所述第二表面包括一個(gè)密封部分和一個(gè)未密封部分。這可以通過(guò)諸如使用顯微鏡觀察襯底玻璃板之一來(lái)確定。所述密封部分的寬度優(yōu)選地包括大于或等于所述壁的最大寬度的80%。優(yōu)選地， 所述密封部分的寬度介于所述壁的最大寬度的80%到98%之間。分別以第一激光束和第二激光束對(duì)所述熔料壁的第一表面和所述熔料壁的第二表面進(jìn)行的密封，可以順序地或同時(shí)地執(zhí)行。如果順序地執(zhí)行，則所述第一激光束和所述第二激光束可以是相同的激光束，而密封是通過(guò)重新定向激光器(從而重新定向激光束)來(lái)完成，或者通過(guò)重新定向(例如翻轉(zhuǎn))待要被密封的組件來(lái)完成。
在一些實(shí)施方案中，待要被密封的組件可以在輻照和密封之前被加熱，以減少在待要被密封的組件的玻璃板中的應(yīng)力。可以通過(guò)例如將該組件支承在一個(gè)熱板上來(lái)對(duì)該組件加熱。
當(dāng)從組件的一側(cè)觀察時(shí)，也即當(dāng)穿過(guò)所述熔料不是第一次被預(yù)燒結(jié)到的玻璃襯底板觀察時(shí)，所述未密封部分包括位于所述密封部分的相對(duì)側(cè)上的一對(duì)未密封部分。測(cè)量所述密封部分的寬度，并測(cè)量所述熔料壁的最大寬度(例如，從一個(gè)未密封部分的外側(cè)到另一個(gè)未密封部分的外側(cè))，且將密封部分除以所述最大寬度以得到所述密封寬度。所述密封寬度可以用百分比表示。
置于兩塊板之間的有機(jī)材料可以是，例如，電致發(fā)光有機(jī)材料。例如，該有機(jī)材料可以包括有機(jī)發(fā)光二極管，且還可包括顯示器或發(fā)光面板，或者可包括光伏器件。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，描述了一種密封玻璃封裝體的方法，包括將一個(gè)第一玻璃板定位在一個(gè)第二玻璃板上，所述第一玻璃板包括粘附至其一表面的一個(gè)壁，所述壁包括玻璃密封材料，以第一激光束穿過(guò)所述第一玻璃板輻照所述壁的與所述第一玻璃板相接觸的第一表面，以第二激光束穿過(guò)所述第二玻璃板輻照所述壁的與所述第二玻璃板相接觸的第二表面，且其中對(duì)所述壁的第一表面和第二表面的輻照將所述第一玻璃板結(jié)合到所述第二玻璃板，且其中所述第二表面包括一個(gè)密封部分和一個(gè)未密封部分，且其中所述密封部分的寬度包括大于或等于所述壁的最大寬度的80%。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括順序地輻照所述第一表面和所述第二表面。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一表面和所述第二表面可被同時(shí)地輻照。
通過(guò)下文的參考附圖給出的解釋性說(shuō)明，將可更容易地理解本發(fā)明，且本發(fā)明的其他目的、特性、細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)也將更為顯然，下文的解釋性說(shuō)明不以任何形式暗示限制。所有這些額外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)均意在包括在此說(shuō)明書中，包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)， 且被所附權(quán)利要求所保護(hù)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的一個(gè)示例光子學(xué)器件(例如，有機(jī)發(fā)光二極管組件或器件)的剖面?zhèn)纫晥D。
圖2是一個(gè)玻璃蓋板的立體圖，該玻璃蓋板包括圖1的組件且具有一個(gè)置于其上的玻璃熔料壁。
圖3是一個(gè)后面板的立體圖，該后面板包括圖1的組件并且具有置于其上的電致發(fā)光器件。
圖4是圖1的光子學(xué)器件的剖面?zhèn)纫晥D，該器件從第一側(cè)被密封。
圖5是圖1的光子學(xué)器件的剖面?zhèn)纫晥D，該器件從兩側(cè)被密封。
圖6是置于玻璃蓋板和玻璃后面板之間的熔料壁的剖面的特寫圖，示出了該熔料壁的各個(gè)尺寸。
圖7是在密封該熔料壁之后的關(guān)于該熔料壁的一部分的俯視圖，且示出了密封和未密封部分的二維外觀，以及用于得到密封寬度的各種不同測(cè)量值。
圖8是關(guān)于從兩側(cè)以兩個(gè)不同的最大熔料壁寬度密封的一個(gè)密封器件在抗裂 (anticlastic)彎曲測(cè)試下的強(qiáng)度對(duì)比故障概率的曲線圖，并且示出了壁厚度和密封寬度越大，則密封強(qiáng)度越大。
圖9是關(guān)于從兩側(cè)以兩個(gè)不同的最大熔料壁寬度密封的一個(gè)密封器件在四點(diǎn)彎曲測(cè)試下的強(qiáng)度對(duì)比故障概率的曲線圖，并且示出了壁厚度和密封寬度越大，則密封強(qiáng)度越大。
具體實(shí)施方式
在下文的詳細(xì)說(shuō)明中，為了解釋而非限制，給出了公開(kāi)具體細(xì)節(jié)的示例實(shí)施方案， 以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明了，在獲知本公開(kāi)內(nèi)容之后， 將可以不同于此處公開(kāi)的具體細(xì)節(jié)的其他實(shí)施方案來(lái)實(shí)施本發(fā)明。此外，對(duì)公知器件、方法和材料的描述均可被省略，以免模糊對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明。最后，在任何可適用處，相似的附圖標(biāo)記都指相似的元件。
如本文所用的，“熔料(frit)”被定義為包括無(wú)機(jī)玻璃粉的玻璃基材料。玻璃基熔料，或簡(jiǎn)稱“熔料”，可以可選地包括一種或多種揮發(fā)性粘合劑和/或溶劑作為媒介物 (vehicle)。如果需要，熔料還可以包括一種惰性的、通常是結(jié)晶的材料，其用于修改熔料的熱膨脹系數(shù)(CTE)，以改進(jìn)熔料的CTE與被結(jié)合的玻璃襯底板的CTE的匹配。因此，雖然熔料主要由玻璃組成，但它還可包括其他無(wú)機(jī)的和有機(jī)的材料。熔料可以以各種不同形態(tài)存在。例如，當(dāng)玻璃粉混有粘合劑和媒介物時(shí)，熔料可以形成糊狀物。將熔料在一個(gè)足以驅(qū)走 (蒸發(fā))所述揮發(fā)性粘合劑和媒介物、但不會(huì)燒結(jié)該熔料的溫度下加熱，可形成一個(gè)玻璃粉餅，其中玻璃粉以特定形狀輕微地結(jié)合，但其中玻璃粒子沒(méi)有明顯地流動(dòng)。以較高的溫度加熱可以導(dǎo)致玻璃粒子流動(dòng)和接合，從而至少部分地?zé)Y(jié)(“預(yù)燒結(jié)”)該熔料。在熔料玻璃的熔點(diǎn)溫度以上的一個(gè)高溫再行加熱，可導(dǎo)致玻璃粒子的完全接合，其中玻璃粒子的粒度特性消失，但是置于熔料內(nèi)的任意晶體狀的CTE修改成分仍可留在玻璃基質(zhì)內(nèi)。
如本文所用，術(shù)語(yǔ)“熔料玻璃”將被用來(lái)指熔料的玻璃部分，不包括媒介物、粘合劑或CTE修改成分。
如本文所用，光子學(xué)器件以一種或者利用光來(lái)產(chǎn)生電流或電壓、或者應(yīng)用電壓或電流來(lái)產(chǎn)生光的器件為代表。光子學(xué)器件的非限制性實(shí)例包括諸如有機(jī)發(fā)光二極管 (OLED)顯示器之類的發(fā)光二極管(LED)顯示器、光伏器件(太陽(yáng)能電池)、發(fā)光面板——包括有機(jī)發(fā)光二極管發(fā)光面板，等。雖然多種應(yīng)用均可得益自本發(fā)明，但本發(fā)明在防止可用在前述器件中的一些——諸如那些采用了有機(jī)發(fā)光二極管的器件中的有機(jī)材料退化的方面尤其有效。為此原因，下面的說(shuō)明書將就有機(jī)發(fā)光二極管器件進(jìn)行討論，同時(shí)應(yīng)理解本文提出的教導(dǎo)亦可用于其他光子學(xué)器件。
在用于制造光子學(xué)器件——諸如有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器(例如，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器)、或發(fā)光器件——的一種典型方法中，將一個(gè)電致發(fā)光器件用熔料密封材料密封在兩塊玻璃板之間。這對(duì)于包括有機(jī)材料的電致發(fā)光器件的密封特別有效，因?yàn)榇蠖鄶?shù)有機(jī)材料都不能在不發(fā)生嚴(yán)重退化的前提下暴露于氧或水分中達(dá)任何可察覺(jué)到的時(shí)間。 因此該密封優(yōu)選地是氣密的。為此，該密封材料可以是位于兩塊玻璃板之間且被加熱的玻璃基熔料。
圖1示出了一個(gè)示例的有機(jī)發(fā)光二極管器件10，其包括第一玻璃板12(蓋板12)、 第二玻璃板14(后面板14)、以及電致發(fā)光器件16。電致發(fā)光器件16可包括，例如第一電極材料18 (例如陽(yáng)極)、第二電極材料20 (例如陰極)、以及置于所述第一電極材料和所述第二電極材料之間的一層或多層有機(jī)電致發(fā)光材料22(例如，有機(jī)發(fā)光材料)。密封材料 24在第一玻璃板和第二玻璃板之間形成了氣密密封。
在用于諸如有機(jī)發(fā)光二極管器件之類的光子學(xué)器件的常規(guī)密封操作中，使用玻璃基熔料作為密封材料24，且所述玻璃基熔料被沉積在第一(玻璃蓋)板12上，通過(guò)在一個(gè)爐中將所述玻璃蓋-熔料組件加熱一段時(shí)間，且在一個(gè)既足以驅(qū)走熔料中的任何有機(jī)材料、又足以將該熔料M燒結(jié)并粘附到玻璃板的溫度加熱，從而將所述密封材料M預(yù)燒結(jié)就位。圖2中示出了一個(gè)包括預(yù)燒結(jié)的熔料壁沈的蓋板，所述熔料壁具有框或環(huán)的形狀。
圖3中所示的第二玻璃板包括沉積于其上的一層或多層電致發(fā)光材料22。第二玻璃板還可以包括其他層，例如陽(yáng)極18、陰極20、以及至少一根電導(dǎo)線觀。電導(dǎo)線觀可以是金屬或金屬氧化物。
一旦熔料M已被預(yù)燒結(jié)且粘附到蓋板12以形成熔料壁沈，就將蓋板12和帶有有機(jī)電致發(fā)光器件16的后面板14對(duì)齊，優(yōu)選地是在惰性氣氛中(例如在裝有受控氣體的適當(dāng)大小的手套箱中)，以使得當(dāng)兩個(gè)板合在一起時(shí)，所述有機(jī)電致發(fā)光裝置被蓋板12、后面板14和熔料壁沈所包圍。也就是說(shuō)，所述后板、所述蓋板和所述熔料壁形成了包含所述有機(jī)材料的腔30。然后熔料壁沈可被重新加熱以軟化所述壁，使得該壁粘合到蓋板和后面板。當(dāng)該玻璃基熔料壁冷卻時(shí)，它在兩塊玻璃板之間形成一個(gè)氣密密封，該密封保護(hù)有機(jī)材料免受氧和水分。
氣密密封該蓋板和后板襯底的一種方法，是如圖4中所示的通過(guò)使用密封激光器 34發(fā)射的激光束32穿過(guò)蓋板12輻照位于玻璃板12和14之間的熔料壁26。優(yōu)選地，蓋板(或者，激光束傳輸穿過(guò)的板)的玻璃在玻璃基熔料吸收光的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍不吸收大量光，從而密封激光束32基本不衰減地穿過(guò)玻璃板。這防止了對(duì)板的加熱，而對(duì)板的加熱可能會(huì)干擾對(duì)熔料的加熱、或破壞有機(jī)材料。也就是說(shuō)，優(yōu)選地，蓋板12和后面板14在由密封激光器34輸出的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)處是透明的或接近于透明的，從而對(duì)蓋板的加熱不會(huì)導(dǎo)致有機(jī)材料超過(guò)大約125°C的溫度，且優(yōu)選地不超過(guò)高于100°C的溫度。由密封激光器 34所產(chǎn)生的光束32在熔料上來(lái)回移動(dòng)，以軟化該熔料并且將其粘合到玻璃蓋板和玻璃后面板，從而在它們之間形成氣密密封。同樣，穿過(guò)玻璃蓋板輻照熔料，避免了對(duì)通過(guò)將陽(yáng)極電極和陰極電極連接到密封區(qū)之外的部件的一根或多根電導(dǎo)線觀進(jìn)行密封的需要。也就是說(shuō)，借助于穿過(guò)玻璃蓋板12進(jìn)行輻照，為激光束提供了一條通向熔料的不具有顯著衰減的無(wú)阻礙路徑。
如前所述，希望激光束所經(jīng)過(guò)的玻璃板對(duì)于激光束是很大程度上透明的。這防止了加熱玻璃板，而加熱玻璃板會(huì)顯著增加有機(jī)材料的溫度。另一方面，該熔料必須對(duì)激光束高度吸收，以使得足夠的能量被吸收以加熱并軟化該熔料。實(shí)際上，激光束的大部分能量都在熔料的表面(例如，覆以熔料的板界面)處或附近被吸收，通常在表面的幾微米之內(nèi)。因此，對(duì)熔料表面以下的加熱主要是通過(guò)熱傳導(dǎo)。
在預(yù)燒結(jié)步驟中，包含熔料的單個(gè)粒子流動(dòng)并開(kāi)始接合(即固結(jié))。在預(yù)燒結(jié)步驟完成時(shí)，熔料良好地粘合到蓋板，但在整個(gè)一大塊熔料中可能不會(huì)完全固結(jié)。因此，在該過(guò)程的激光密封部分期間，需要足夠加熱，以使得不僅將熔料粘合到后板以將蓋板密封到該后板，而且熔料玻璃也基本固結(jié)。不完全的固結(jié)可能導(dǎo)致熔料壁中的空洞，或者在熔料壁和下層表面(例如，玻璃襯底表面、導(dǎo)線，等等)之間的未粘合界面。
除了氣密性之外，還希望密封具有足夠的強(qiáng)度，以保證在正常操作或使用期間的密封完好性。當(dāng)完成的制品，例如顯示器，的尺寸較大且在密封上的應(yīng)力也相似地較大時(shí)， 這一點(diǎn)尤其重要。為此，熔料實(shí)際粘合到下層表面的部分應(yīng)該盡可能寬。通常，用于執(zhí)行密封的激光的強(qiáng)度具有高斯剖面，從而更多的能量被傳遞到熔料的中心而非邊緣。雖然已經(jīng)盡一切努力來(lái)在熔料的寬度上形成一致的強(qiáng)度，例如增加光束的寬度以保證只有光束的中心部分與熔料重疊，但這已被證明只是部分成功。首先，為了利用可用于沉積電致發(fā)光器件的后面板的表面區(qū)域，顯示器制造商通常將電致發(fā)光器件擴(kuò)展到盡量靠近熔料，這樣，激光束的大小必然受到了約束。
此外，也應(yīng)認(rèn)識(shí)到，無(wú)論在預(yù)燒結(jié)步驟之前將熔料沉積在蓋板上的方式為何(例如，通過(guò)噴嘴分配、絲網(wǎng)印刷等)，都難于在熔料的開(kāi)放表面上得到陡角(例如，直角)。這一點(diǎn)，再加上在預(yù)燒結(jié)過(guò)程中的表面張力效應(yīng)，可以導(dǎo)致圓角，圓角會(huì)妨礙熔料在該熔料的寬度上完全地密封，尤其是在玻璃后面板附近。
最后，如上所述，后面板通常包括沉積在該后板的內(nèi)表面上的至少一根電導(dǎo)線觀， 該電導(dǎo)線觀在電致發(fā)光器件和位于腔30之外的元件之間形成一條電路徑。因?yàn)橐桓蚨喔妼?dǎo)線的熱性質(zhì)不同于后面板玻璃或玻璃基熔料的熱性質(zhì)，所以電導(dǎo)線區(qū)域上的密封寬度可不同于無(wú)電導(dǎo)線玻璃區(qū)域上的密封區(qū)域上的寬度。事實(shí)上，在某些情況下，在導(dǎo)線區(qū)域上的密封寬度可以比在無(wú)導(dǎo)線玻璃區(qū)域上的密封寬度更寬，因?yàn)殡妼?dǎo)線能夠比后面板玻璃更好地傳導(dǎo)熱，從而在熔料與后面板的界面處在熔料壁的整個(gè)寬度上拉平了溫度。如本文所用，密封寬度指的是熔料壁26的被密封到后面板(或者更適當(dāng)?shù)兀撊哿衔幢皇紫阮A(yù)燒結(jié)到的板)的部分的寬度除以熔料壁的最大寬度。通過(guò)將上述商數(shù)乘以100%，可將該密封寬度表示為一個(gè)百分比。
因此，試圖密封諸如OLED顯示器件之類的光子學(xué)器件的人就面臨著競(jìng)賽需求。玻璃封裝體應(yīng)被盡快密封以最大化制造產(chǎn)量，但不應(yīng)快到?jīng)]有足夠的時(shí)間用于必要的經(jīng)過(guò)熔料的厚度的熱傳導(dǎo)。激光束應(yīng)該足夠?qū)挘允沟霉馐淖畋馄讲糠指采w熔料的寬度，但不應(yīng)寬到使得光束輻照到容納在封裝體之內(nèi)的電致發(fā)光器件。如果電致發(fā)光器件包括有機(jī)電致發(fā)光材料(諸如在有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)器件中使用的)，則尤其如此。激光束功率應(yīng)該足夠高，使得對(duì)于光束在熔料上的給定來(lái)回移動(dòng)速率，給予熔料足夠的光能以使得該熔料加熱并變軟，但不應(yīng)高到使得玻璃基熔料的高的吸收率和差的熱傳導(dǎo)導(dǎo)致過(guò)度加熱熔料的輻照表面。此外，密封寬度應(yīng)該足夠?qū)捛冶M量一致，以增進(jìn)密封強(qiáng)度，尤其對(duì)于大型顯示器。
從而，本文公開(kāi)了一種方法，其中可以得到80%以上的密封寬度，優(yōu)選地至少介于大約80%和95%之間。這樣的密封寬度要大于僅從一側(cè)密封所獲得的大約70% -78%的密封寬度。圖5示出光子學(xué)組件10，其包括第一玻璃板12、第二玻璃板14、第一電極18、第二電極20、置于第一電極和第二電極之間的電致發(fā)光層16，以及置于第二玻璃板14上并且連接到所述電極之一的電導(dǎo)線觀。
第一玻璃板12包括一圈玻璃基熔料24，該熔料M在第一玻璃板上形成一個(gè)壁 26。熔料M可以是，例如低溫玻璃熔料，在與密封過(guò)程中使用的激光的工作波長(zhǎng)相匹配或基本匹配的預(yù)定波長(zhǎng)處，所述低溫玻璃熔料具有較大的光吸收截面。熔料可包含，例如，選自下列的組中的一個(gè)或多個(gè)光吸收離子鐵、銅、釩、釹及它們的組合。該熔料還可包括填料 (例如，反性填料(inversion filler)或加性填料(additive filler))，其改變了該熔料的熱膨脹系數(shù)，以使得該熔料匹配于或基本匹配于玻璃板12和14的熱膨脹系數(shù)。該壁的橫截面形狀沒(méi)有特別的限制，且可以是例如基本矩形的或梯形的。在圖6的剖面圖視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的一個(gè)示例熔料壁，其在第一玻璃板12和第二玻璃板14之間形成了氣密密封。該熔料壁包括與第一玻璃板12的表面42相鄰的第一壁表面40，以及一個(gè)相對(duì)的第二表面44。第二表面44可以和第二玻璃板14的表面46相接觸，或者第二表面44可以和置于第二玻璃板14上的一種或多種其他材料相接觸。這些額外的層可包括一個(gè)或多個(gè)電極層，如陰極金屬導(dǎo)線、銦錫氧化物(ITO)和其他防護(hù)材料屏障層或電導(dǎo)線(如圖6中所示的導(dǎo)線28)。在器件襯底(也即，襯底板14)上的每種材料具有不同的熱性質(zhì) (例如，熱膨脹系數(shù)(CTE)、熱容量和熱傳導(dǎo)率)。在完成激光密封過(guò)程之后，在器件側(cè)的各種不同熱性質(zhì)會(huì)導(dǎo)致在熔料和器件邊界之間的結(jié)合強(qiáng)度的顯著變化。熔料壁26也包括外側(cè)表面48、內(nèi)側(cè)表面50、最大寬度Wmax、高度(厚度)h以及密封寬度Ws。
可以在將第一襯底12密封到第二襯底14之前，預(yù)燒結(jié)熔料壁26。為了完成預(yù)燒結(jié)，將熔料M加熱，以使得壁沈變?yōu)檎掣降降谝灰r底12。然后，具有置于其上的熔料M的第一襯底12可被置于一個(gè)爐中，該爐以一個(gè)依賴于該熔料的成分的溫度將該熔料M “火燒”或固結(jié)，以形成壁26。在預(yù)燒結(jié)階段，熔料M被加熱，且熔料之內(nèi)包含的有機(jī)粘合劑材料被燒盡。
壁沈的厚度或高度h，優(yōu)選地大約介于5微米到30微米，優(yōu)選地在大約10微米和大約20微米之間，且更優(yōu)選地介于大約12微米和大約15微米之間，這取決于具體器件(例如，顯示器件)的應(yīng)用。足夠厚但不過(guò)分厚的壁，使得襯底板從第一襯底12的背側(cè)被密封。 如果壁沈太薄，可能加熱不充分。如果壁沈太厚，其將能在第一表面40吸收足夠多的能量而導(dǎo)致熔化，但將阻止用來(lái)熔化該熔料所需的能量到達(dá)靠近第二襯底14的壁的區(qū)域。第一玻璃板12相對(duì)于第二玻璃板14而被定位，使得壁沈位于玻璃板之間，且圍繞有機(jī)發(fā)光材料22。
簡(jiǎn)單參照?qǐng)D4，在只有單個(gè)激光束在熔料壁上來(lái)回移動(dòng)的密封過(guò)程中，且更具體地，當(dāng)只有單個(gè)激光束在表面40上來(lái)回移動(dòng)時(shí)，壁表面44的一部分將會(huì)被密封到相鄰的下層材料(例如，襯底板14)。然而，通常地，壁表面44的一部分不粘附到相鄰的材料。如所提到的，熱量主要是通過(guò)來(lái)自壁表面40的傳導(dǎo)被傳遞到第二表面44，且光束的停留時(shí)間和 /或功率可能不足以促使熔料壁遍及其厚度徹底熔化。從而，雖然借助于至少在壁表面40 和44的外圍附近存在至少一個(gè)最小粘合，可以形成一個(gè)氣密密封，但該密封可能缺乏機(jī)械強(qiáng)度，尤其是在例如熔料壁表面44和下層材料(例如玻璃板14)的界面處，且易于損壞。密封的程度可以由密封寬度來(lái)表征。密封寬度通過(guò)熔料表面的密封部分的寬度(Ws)除以熔8料壁的最大寬度(Wmax)來(lái)計(jì)算。借助于圖6和圖7，可以清楚地看到這一點(diǎn)。
圖7示出了從圖6中所示的激光束32b的方向觀察的熔料壁沈的視圖。圖7示出了兩側(cè)是兩個(gè)未密封部分5 和54b的熔料壁沈的密封部分52。未密封部分5 和54b 在當(dāng)前視圖中具有寬度Wus。未密封部分Ma的未密封寬度可以和部分Mb的未密封寬度相同或者不同。應(yīng)注意到，雖然觀察到的結(jié)構(gòu)是三維的，但該視圖(例如通過(guò)顯微鏡)是二維的，且因此對(duì)各個(gè)不同部分的相對(duì)寬度的測(cè)量值可以如同位于二維平面上一樣容易地測(cè)量。
如所示，通過(guò)將前述的商數(shù)乘以100%，密封寬度度量可以容易地被表示為百分比。因此，例如，對(duì)于具有2mm最大寬度Wmax的熔料壁，且其中熔料壁的一個(gè)表面(第一表面 40或第二表面44)僅被粘合在最大熔料寬度的Imm上，則對(duì)于該表面的密封寬度是50%。 由于預(yù)燒結(jié)步驟，在第一襯底板12的表面42和熔料壁沈的第一表面44之間的密封寬度通常具有非常高的百分比，因此，除非本文另有注明，否則密封寬度就將被用于表示該熔料的不是在預(yù)燒結(jié)期間粘合的表面的密封程度。該表面通常是密封到第二玻璃板14(后板14) 的第二表面44。
已示出，密封寬度越大，熔料壁的機(jī)械強(qiáng)度就越大。圖8示出了如下兩個(gè)樣本的抗裂彎曲強(qiáng)度的Weibull分布圖(以牛頓·米為單位的力對(duì)比故障概率)，這兩個(gè)樣本具有最大熔料寬度0. 4mm(左邊的圓形)和熔料壁寬度0. 7mm(右邊的方形)。該密封是通過(guò)先密封該樣本的一側(cè)然后密封另一側(cè)而形成的(通過(guò)翻轉(zhuǎn)該組件)。它是以M瓦特的激光功率以lOmm/s的速度密封的。0.4mm樣本的密封寬度是79% 士 1 %，而0. 7mm樣本的密封寬度是85% 士 1%。圓形數(shù)據(jù)(0.4mm樣本)包括11. 3的^feibull斜率m，以及10. 2牛頓·米的Wfeibull特征應(yīng)力S。，而方形數(shù)據(jù)(0. 7mm樣本)包括15. 2的m值，以及19. 5牛頓 米的&值。0.7mm熔料壁的密封寬度比0.4mm熔料壁的密封寬度寬大約88%。該數(shù)據(jù)表明對(duì)于具有較大密封寬度的壁，抗裂密封強(qiáng)度有近似2倍的增長(zhǎng)。
圖9示出了在四點(diǎn)彎曲中測(cè)試的0. 4mm壁寬和0. 7mm壁寬的相似的Weibull數(shù)據(jù)。密封參數(shù)與先前實(shí)施例中的相同。對(duì)于0.4mm樣本的Wfeibull斜率m是11. 9，而特征應(yīng)力&是35. 4牛頓 米。0. 7mm樣本的^feibull斜率m是13. 3，而特征強(qiáng)度&是52. 6牛頓 米。在此實(shí)施例中，0.7mm壁寬的密封寬度是80% 士 1 %，而0. 7mm樣本的密封寬度是 84% 士 1%，比0.4mm樣本的壁寬度大了大約84%。0.7mm壁的密封強(qiáng)度(右邊的三角形) 比0. 4mm壁的密封強(qiáng)度(左邊的方形)大49%。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，一種密封光子學(xué)器件的方法，包括將玻璃基熔料分配在玻璃蓋板12上，并且將該熔料預(yù)燒結(jié)以在所述蓋板上形成一個(gè)壁。所述玻璃基熔料可被預(yù)燒結(jié)，例如通過(guò)在烤箱或爐內(nèi)加熱所述蓋板和所述熔料。一種示例加熱方案可以是，例如，在 400°C加熱至少15分鐘。
在下面的步驟中，激光束32a穿過(guò)第一玻璃板12輻照熔料壁沈的第一表面40。 在光束3 和熔料壁沈之間的相對(duì)移動(dòng)，導(dǎo)致熔料壁沈的第一表面加熱并軟化。然后，壁 26冷卻并凝固。第二激光束32b相似地穿過(guò)第二玻璃板14輻照熔料壁沈的第二表面44， 在某些實(shí)施例中，穿過(guò)一個(gè)電極(例如，陽(yáng)極18)、或置于板14上的其他層來(lái)輻照熔料壁沈的第二表面44。在激光束32b和熔料壁沈之間的相對(duì)移動(dòng)，導(dǎo)致該光束32b加熱并且軟化該壁。隨后壁沈冷卻并且凝固，將電致發(fā)光層16分別氣密密封在第一玻璃板12和第二玻璃板14之間。可以在對(duì)第一表面40加熱之后或者與對(duì)第一表面40的加熱的同時(shí)，加熱第二表面44。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，熔料壁沈的第一表面40可被激光束32加熱。待要被密封的組件可被反轉(zhuǎn)，且激光束32被用來(lái)近似地加熱表面44，完成該密封?；蛘?，第一激光器3 可被用來(lái)以第一激光束3 加熱第一表面40，而第二激光器34b可以用第二激光束32b加熱第二表面44。在另一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)將來(lái)自一個(gè)激光器的一個(gè)光束分成兩個(gè)光束，可以從單個(gè)激光器得到兩個(gè)光束。優(yōu)選地，得自雙面密封的密封寬度大于大約 80 %，更優(yōu)選地，所述密封寬度大于大約85 %，更優(yōu)選地大于大約90 %。用于密封寬度的一般范圍介于80%和95%之間，但可以大于95%。
為了增進(jìn)密封強(qiáng)度，玻璃板12和/或14中的一個(gè)或兩者均可在輻照熔料壁沈之前被加熱，以降低在形成密封時(shí)可能存在的應(yīng)力。例如，在輻照之前，可使用一個(gè)已加熱的支承物(“熱板”)來(lái)支承該組件，以提高襯底板之一的溫度。已加熱的一塊或多塊襯底板， 應(yīng)被維持在低于125°C的溫度，優(yōu)選地低于100°C，以保證有機(jī)電致發(fā)光材料不被損壞，但是對(duì)不包含有機(jī)材料的玻璃封裝體的密封不受此限制的約束。
在一些實(shí)施方案中，微波發(fā)生器可以代替激光器3 和/或34b，其中熔料壁被微波束而非激光束加熱。
如上所述，雙側(cè)密封可被用來(lái)增大給定密封的寬度，從而增強(qiáng)密封強(qiáng)度，而不對(duì)熔料造成損害。通常，隨著熔料壁總寬度的增大，熔料的質(zhì)量也增加，就需要更多的能量來(lái)完成密封。用于有效密封器件的能量可能會(huì)高到足以損害熔料——基本燒毀熔料。雙側(cè)密封提供了一種這樣的施加所需的能量的方法，它不會(huì)像單側(cè)密封的情況中那樣，過(guò)度地增大在單個(gè)點(diǎn)處施加的能量。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，單側(cè)密封通常不僅導(dǎo)致相對(duì)低的密封寬度，還導(dǎo)致密封寬度上的小區(qū)域也未被粘合到下層材料(例如，玻璃、電極、導(dǎo)線等等)。其結(jié)果是小片的未密封熔料，沿著密封表面出現(xiàn)小的“斑點(diǎn)”。因此，盡管常規(guī)的單側(cè)密封可能表現(xiàn)出例如70%的總體密封寬度，但考慮到這些非常小的未密封區(qū)域的有效密封寬度可能更小，進(jìn)一步弱化了密封。雙側(cè)密封不僅顯著地減少在密封界面出現(xiàn)的斑點(diǎn)，而且顯著地減少在熔料壁體內(nèi)的小空穴的形成。
應(yīng)強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明的上述實(shí)施方案，尤其是任何“優(yōu)選的”實(shí)施方案，僅僅是實(shí)施方式的可能例子，只是為了清楚理解本發(fā)明的原理而提出的。在不實(shí)質(zhì)地背離本發(fā)明的精神和原理的前提下，可對(duì)本發(fā)明的上述實(shí)施方案作出許多變化和修改。所有這樣的修改和變化都旨在包括在本公開(kāi)內(nèi)容和本發(fā)明的范圍內(nèi)，且受到隨后的權(quán)利要求的保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種制造光子學(xué)器件的方法，包括將一個(gè)第一玻璃板(1 定位在一個(gè)第二玻璃板(14)上，所述第一玻璃板(1 包括一圈玻璃基熔料(M)，所述熔料形成一個(gè)壁(26)，所述第二玻璃板(14)包括置于其上的有機(jī)光子活性材料(16)；以第一激光束(32a)穿過(guò)所述第一玻璃板輻照所述壁的與所述第一玻璃板相接觸的第一表面(40)；以第二激光束(32b)穿過(guò)所述第二玻璃板輻照所述壁的與所述第二玻璃板相接觸的第二表面(44)；且其中對(duì)所述壁的第一表面和第二表面的輻照將所述第一玻璃板結(jié)合到所述第二玻璃板，且其中所述第二表面包括一個(gè)密封部分和一個(gè)未密封部分，且其中所述密封部分的寬度包括大于或等于所述壁的最大寬度的80%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述密封部分的寬度介于所述壁的最大寬度的 80%到98%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中對(duì)所述壁的第一表面的輻照和對(duì)所述壁的第二表面的輻照是同時(shí)執(zhí)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的方法，還包括在輻照所述第一表面之前加熱所述第一玻璃板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其中所述未密封部分包括位于所述密封部分 (52)的相對(duì)側(cè)上的一對(duì)未密封部分(5 ，54b)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的方法，其中所述有機(jī)材料包括有機(jī)發(fā)光二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的方法，其中所述光子學(xué)器件包括光伏器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的方法，其中所述光子學(xué)器件包括發(fā)光面板。
9.一種密封玻璃封裝體的方法，包括將一個(gè)第一玻璃板(1 定位在一個(gè)第二玻璃板(14)上，所述第一玻璃板包括粘附至其一表面的一個(gè)壁(26)，所述壁包括玻璃密封材料04)；以第一激光束(32a)穿過(guò)所述第一玻璃板輻照所述壁的與所述第一玻璃板相接觸的第一表面(40)；以第二激光束(32b)穿過(guò)所述第二玻璃板輻照所述壁的與所述第二玻璃板相接觸的第二表面(44)，所述壁第二表面與所述第二玻璃板相鄰；且其中對(duì)所述壁的第一表面和第二表面的輻照將所述第一玻璃板結(jié)合到所述第二玻璃板，且其中所述第二表面包括一個(gè)密封部分(5 和一個(gè)未密封部分(5 ),且其中所述密封部分的寬度包括大于或等于所述壁的最大寬度的80%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中對(duì)所述壁第一表面的輻照和對(duì)所述壁第二表面的輻照是順序執(zhí)行的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中對(duì)所述壁第一表面的輻照和對(duì)所述壁第二表面的輻照是同時(shí)執(zhí)行的。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于密封光子學(xué)器件的方法。該光子學(xué)器件可以例如包括顯示器件、發(fā)光器件或光伏器件。該器件是用玻璃熔料密封的，所述玻璃熔料是用激光器從所述器件的兩側(cè)(穿過(guò)兩個(gè)玻璃襯底板)順序地或同時(shí)地加熱的。所述方法可以使得容易得到更寬的密封寬度，以及更寬的熔料壁總寬度，以增加器件強(qiáng)度。
文檔編號(hào)H01L51/52GK102549795SQ201080031844
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者K·阮, 張魯 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司