專利名稱：用于玻璃料密封玻璃封裝體的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣密式密封玻璃封裝體的方法，所述玻璃封裝體適合保護對周 圍環(huán)境(例如氧、水分)敏感的薄膜器件。這種玻璃封裝體的一些例子是有機發(fā) 光二極管(OLED)顯示器、傳感器及其他光學(xué)器件。本發(fā)明以O(shè)LED顯示器為例 進行闡述。
背景技術(shù)：
近年來，OLED已成為大量研究的對象，這是由于它們在眾多電致發(fā)光器 件中具有應(yīng)用和可能的用途。例如，單個OLED可用于分立式發(fā)光器件，或者 可將OLED陣列用于照明應(yīng)用或平板顯示器應(yīng)用中(如OLED顯示器)。己知 OLED顯示器非常明亮，具有良好的色彩對比和寬視角。然而，OLED顯示器, 特別是位于其中的電極和有機層，卻極有可能因為與從周圍環(huán)境滲漏入該 OLED顯示器的氧和水分相互作用而發(fā)生劣化。眾所周知，如果位于OLED顯 示器中的電極和有機層通過氣密式密封與周圍環(huán)境隔開，那么該顯示器的壽命 可得到顯著延長。遺憾的是，過去要開發(fā)出氣密式密封OLED顯示器的密封方 法是非常困難的。下文中簡要論述了導(dǎo)致難以適當(dāng)密封OLED顯示器的某些因 素
氣密式密封應(yīng)提供對氧(10—3厘米3/米2沃)和水(10—6克/米2/天)的屏障。
氣密式密封的尺寸應(yīng)盡可能小(如，<2mm)，從而使其不會對OLED顯示器
的尺寸產(chǎn)生不良的影響。
密封過程中產(chǎn)生的溫度不應(yīng)破壞OLED顯示器中的材料(如電極和有機層)。
例如，OLED顯示器中距密封體約1-2毫米的OLED的第一像素在密封過程中不應(yīng)
被加熱到高于100°C的溫度。 密封過程中釋放的氣體不應(yīng)對OLED顯示器中的物質(zhì)產(chǎn)生污染。
氣密式密封應(yīng)能使電連接部件(如薄膜鉻電極)進入OLED顯示器。 如今，密封OLED顯示器的一種方法是通過加熱和軟化玻璃料來形成氣密 式密封，其中所述玻璃料摻雜有在特定光波長下具有高吸收性的材料。例如， 采用髙能激光加熱和軟化玻璃料，在其上有玻璃料的第一基板(覆蓋玻璃)與 其上具有OLED的第二基板(基板玻璃)之間形成氣密式密封。玻璃料通常約 l毫米寬，約6—100微米厚。如果玻璃料的吸光率和厚度均勻，那么可以恒定 的激光能量和激光移動速度來完成密封，使玻璃料內(nèi)部的溫度均勻上升。然而， 如果玻璃料較薄，那么玻璃料不會吸收100%的激光能量，而是有一些激光能 量被在某些位點穿過玻璃料并連接到OLED上的金屬電極吸收或反射。由于需 要使用的是薄玻璃料，而金屬電極的反射率和吸光率性質(zhì)以及熱導(dǎo)率不同于裸 基板玻璃，在密封過程中，這種情形會在玻璃料內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的溫度分布。 玻璃料內(nèi)部的這種不均勻溫度分布會導(dǎo)致裂紋、殘余應(yīng)力和/或脫層問題的產(chǎn) 生，妨礙/肖U ，，覆蓋玻璃與基板玻璃之間的氣密性連接。
為了解決這種密封問題，本發(fā)明人開發(fā)了幾種不同的密封技術(shù)，見2005 年3月30日提交的、題為"背側(cè)密封有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器的方法" 的美國專利申請系列號第11/095144號(該文件的內(nèi)容在此引為參考)。雖然這些 密封技術(shù)效果良好，但仍然需要開發(fā)經(jīng)過改進的新密封技術(shù)，用來對OLED顯 示器(或玻璃封裝體)進行氣密式密封。本發(fā)明的密封設(shè)備和密封方法滿足了此 特定需求及其他需求。
發(fā)明概述
本發(fā)明包括用于制造氣密式密封的OLED顯示器的密封設(shè)備和密封方法。 在一種實施方式中，該密封方法包括以下步驟(l)利用激光器將激光束投射到 位于未密封的OLED顯示器內(nèi)的玻璃料上；(2)移動激光器(或未密封的OLED 顯示器)，使激光束以基本上恒定的速度在兩塊基板之間有玻璃料的密封線、無 電極區(qū)域和被電極占據(jù)的區(qū)域上移動；(3)在激光束以基本上恒定的速度移動 時，調(diào)節(jié)激光器功率，使激光束為玻璃料提供適當(dāng)?shù)募す饽?，從而?dǎo)致玻璃料 熔化，在兩塊基板之間形成將二者連接起來的氣密式密封體；(4)使所述移動步 驟與調(diào)節(jié)步驟同步，從而控制激光器功率，使之根據(jù)需要在密封線上的一些預(yù) 定位點發(fā)生變化，所述變化取決于激光束當(dāng)時是否位于兩塊基板之間的電極上方，以及激光束當(dāng)時是否位于兩塊基板上密封線的彎曲部分的上方；(5)如果在 調(diào)節(jié)步驟當(dāng)中的任何時刻，激光器功率達到最大或最小，那么可以改變激光束 沿兩塊基板上的密封線移動的速度，使得激光束能夠繼續(xù)為玻璃料提供適當(dāng)?shù)?激光能，從而導(dǎo)致玻璃料熔化，在兩塊基板之間形成將二者連接起來的氣密式 密封。
附圖簡述
當(dāng)結(jié)合附圖參考閱讀以下詳細描述，可對本發(fā)明獲得更完整的理解，其中


圖1A和1B分別顯示了本發(fā)明第一實施方式中的密封設(shè)備和氣密式密封的 O L E D顯示器的側(cè)視截面圖和俯視圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式制造圖1A和1B所示氣密式密封的0LED 顯示器時所用優(yōu)選密封方法的步驟流程圖3A — 3B是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式用來幫助解釋另一個特征的兩個圖 示，該特征可用來改進圖2所示密封方法中的移動步驟；
圖4A — 4D顯示了一個示例性O(shè)LED顯示器以及幾個不同的圖示，根據(jù)本 發(fā)明第一實施方式用來幫助更詳細地解釋圖2所示密封方法中幾種不同特征；
圖5A—5E顯示了與幾個實驗(及其結(jié)果)相關(guān)的6幅圖，做這些實驗是為 了檢驗根據(jù)本發(fā)明第一實施方式，用圖2所示密封方法對兩塊玻璃基板(不含 OLED和電極)進行氣密式密封的效果如何。
圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施方式用來氣密式密封OLED顯示器的密封 設(shè)備中基本組件的側(cè)視截面圖。
發(fā)明詳述
參見圖l一5，這幾幅圖有助于解釋怎樣根據(jù)本發(fā)明第一實施方式將密封設(shè) 備100和密封方法200用于對OLED顯示器102進行氣密式密封。雖然下面是 結(jié)合氣密式密封的OLED顯示器102的制造來討論密封設(shè)備100和密封方法 200的，但應(yīng)當(dāng)理解，同樣的密封器件100和密封方法200也可用于其他需要 密封兩塊玻璃板的應(yīng)用中。因此，不應(yīng)理解為本發(fā)明的密封器件100和密封方 法200僅限于此。
參見圖1A和1B，它們分別顯示了本發(fā)明的密封設(shè)備100和氣密式密封的 OLED顯示器102的基本組件的側(cè)視截面圖和俯視圖。如圖1A所示，密封裝置100包括計算機104(運行存儲于其中的指令，以執(zhí)行密封方法200)、激光器 106(或其他熱源106)和操作臺108(將未密封的OLED顯示器102置于其上)。 在一種實施方式中，激光器106可以是半導(dǎo)體激光器，它配有非偏振多模二極 管陣列源，工作波長為810納米。上述實驗中所用示例性半導(dǎo)體激光器106能 夠輸出最高達約60瓦的不同水平的功率，光斑直徑約為0.3毫米。
如圖1A—1B所示，OLED顯示器102包括由蓋板IIO(例如第一玻璃板 110)、玻璃料116、 一個或多個OLED 112/電極H4和基板118(例如第二玻璃 板118)組成的多層夾心結(jié)構(gòu)。OLED顯示器102具有氣密式密封體120(由玻璃 料116形成)，它保護著位于兩塊板IIO和118之間的OLED 112。氣密式密封 體120—般恰好位于OLED顯示器102外邊緣之內(nèi)。而且，OLED 112位于氣 密式密封體120的周邊之內(nèi)。可以看到，與OLED 112相連的電極114穿過/ 延伸通過氣密式密封體120，這樣它們就能夠連接到外部器件上(未示出)。正是 這些電極114(例如非透明金屬電極114)的存在，使得難以在兩塊板110與118 之間形成氣密式密封體120。這是因為電極114具有不同的圖案和不同的光學(xué)/ 熱學(xué)性質(zhì)，所以來自激光器106的一些激光能在密封過程中被電極114吸收或 反射，從而在玻璃料108內(nèi)產(chǎn)生不均勻的溫度分布，這將導(dǎo)致兩塊板110與118 之間不能形成氣密式連接。下面結(jié)合圖2—5描述如何利用本發(fā)明的密封設(shè)備 100和密封方法200解決這個問題。
參見圖2，該流程圖顯示了用來制造氣密式密封的OLED顯示器102的優(yōu) 選方法200的各個步驟。從步驟202開始，密封設(shè)備IOO利用激光器106將激 光束122投射到未密封OLED顯示器102的密封線124上，特別是投射到位于 兩塊基板IIO與118之間的玻璃料116上。在步驟204，密封設(shè)備100移動激 光器106(或者未密封OLED顯示器102)，使激光束122以基本上恒定的速度在 兩塊玻璃板110與118之間有玻璃料116的密封線124、無電極114區(qū)域和被 電極114占據(jù)的(與OLED 112相連)區(qū)域上移動。在步驟206，在激光束122以 基本上恒定的速度沿密封線124移動時，密封設(shè)備IOO調(diào)節(jié)激光器106的功率， 使激光束122能夠為玻璃料116提供足夠的激光能(不太多也不太少的激光能)， 導(dǎo)致玻璃料116熔化并在兩塊玻璃板110與118之間形成連接二者的氣密式密 封體120。在步驟208，密封設(shè)備100使移動步驟204與調(diào)節(jié)步驟206同步， 從而控制激光器106的功率，使之根據(jù)需要在密封線124上的預(yù)定位點以線性 或非線性的方式發(fā)生變化，所述變化取決于激光束122當(dāng)時是否位于兩塊基板
9110與118之間的電極114上方，以及激光束122當(dāng)時是否位于兩塊基板110 與118之間的密封料116(或密封線124)的彎曲部分的上方。在步驟210，如果 在調(diào)節(jié)步驟206當(dāng)中的任何時刻，激光器106達到其最大或最小功率容量，那 么可以動態(tài)改變激光束122沿兩塊基板110與118之間的密封線124移動的速 度，使得激光束122能夠繼續(xù)為玻璃料116提供足夠的激光能(不太多也不太少 的激光能)，從而導(dǎo)致玻璃料116熔化，在兩塊基板IIO與118之間形成氣密式 密封。下面結(jié)合圖3 — 5詳細討論密封方法200的上述特征及其他特征。
參見圖3A — 3B，這兩幅圖有助于解釋可用來改進本發(fā)明的密封方法200 中的移動步驟204的其他特征。通過執(zhí)行重疊方案來幫助防止產(chǎn)生啟動/停止缺 陷，避免對OLED顯示器102中形成氣密式密封體120造成不良影響，可以改 進移動步驟204(還可參見下面結(jié)合圖5A — 5E所討論的實驗結(jié)果)。為執(zhí)行重疊 方案，密封設(shè)備IOO可以順時針方向(或逆時針方向)移動激光器106，從而將激 光束122首先投射在兩塊基板110與118的密封線124上的起始點"a"上，使 之圍繞著兩塊基板110與118的整個周邊通過密封線124，然后再次通過密封 線124上的起始點"a"和重疊部分"1"，直至到達停止點"b"。這種重疊方 案可確保有足夠的激光能被提供給玻璃料116，使玻璃料116熔化，并在兩塊 基板110與118之間形成氣密式密封體120，從而有助于防止在氣密式密封體 120中形成啟動/停止缺陷。激光器106在重疊部分"1"上的實際輸出功率可通 過實驗確定，通常不超過激光器106的滿功率，但倘若超過了，那么可根據(jù)需 要降低速度，使得兩塊基板110與118之間仍然能夠形成氣密式密封體120。 下面結(jié)合圖3B討論使用密封方法200和重疊移動步驟204的示例性激光功率 曲線。
如圖3B所示，首先在起始點"a"啟動激光器106，密封過程開始。然后 激光器106的功率爬升，直至其滿功率，此后激光束122到達重疊部分"1"的 終點。此點過后，調(diào)節(jié)激光器106的功率水平，使得在9個不同的電極114處 或其附近，以及在OLED顯示器102中的4段曲線處或其附近，激光束122的 功率降低。 一旦激光束122再次到達起始點"a"，則激光器106的功率逐步下 降到0，同時激光束122再次在重疊部分"1"上向停止點"b"移動。可以看 出，重疊部分"l"在激光束122第一次通過的時候用于首先逐步升高功率，然 后在第二次通過的時候用于逐步降低功率。如果所用激光功率水平是己知的， 且密封過程中所用密封速度也是已知的，則可以確定重疊部分"l"的長度。例如，如果密封速度是20毫米/秒，激光功率以一50瓦/秒的斜率從35瓦(滿功率 水平)降低到O瓦，那么重疊部分"1"的長度將為14毫米。當(dāng)然，既不一定讓 激光束122重復(fù)照射整個重疊部分"1"，也不一定要在重疊部分"1"上讓激 光功率逐步上升到滿功率或從滿功率逐步下降。
在圖3A — 3B所示實施例中，所用密封圖案是圓角矩形圖案，啟動激光器 106，使密封過程正好在玻璃料116上的0°正切位點(沿x方向)開始?；蛘哌@ 樣啟動激光器106，使密封過程正好在玻璃料116上的90°正切位點(沿y方向) 開始。如圖所示，可以這樣啟動激光器106，使密封過程正好在密封線124(玻 璃料116)上開始，這相對于傳統(tǒng)密封技術(shù)來說本身就是一個顯著的進步，在傳 統(tǒng)密封技術(shù)中，激光器106啟動后，在激光束122實際射向兩塊基板110與118 上的密封線124(玻璃料116)之前，激光束122在密封線124(玻璃料116)外側(cè)移 動。下面討論另一個OLED顯示器102'，它可利用本發(fā)明的密封方法200和重 疊移動步驟204進行密封。
參見圖4A — 4D，它們顯示了一個示例性O(shè)LED顯示器102'，以及用來幫 助更詳細地解釋本發(fā)明的密封方法200的一些不同特征的幾個不同圖示。此示 例性O(shè)LED顯示器102，具有四個電極114a，、 114b，、 114c，和114d，，以及四個 角115a'、 115b'、 115c'和115d，，在這些角上以線性方式和非線性方式調(diào)節(jié)激 光器106的功率，以確保為玻璃料116'提供足夠的激光能，使玻璃料116'熔化， 并在兩塊基板IIO，與118'之間形成氣密式密封體120，。具體來說，與玻璃一玻 璃料一玻璃區(qū)域和玻璃一玻璃料一電極一玻璃區(qū)域相關(guān)的不同材料要求將周 邊分割成16個部分，用來幫助形成功率曲線(見圖4A和4B)。在圖4B中，功 率曲線是在假定沿順時針方向進行密封的情況下產(chǎn)生的。通過直接模擬控制激 光器106，從計算機104的輸入/輸出面板中的模擬輸出端口將控制信號送到激 光器106(圖1A)，可以實現(xiàn)對激光器功率的調(diào)節(jié)。
為了密封OLED顯示器102'，使激光器106與OLED顯示器102'上的密 封線124'之間產(chǎn)生相對運動(見圖2中步驟204、 206和208)。這可以通過移動 激光器106或移動兩塊基板110'與118'來實現(xiàn)，但無論在哪種情況下，激光器 功率的控制需要與它們的運動同步，使得激光器功率僅在OLED顯示器102' 的密封線124'上預(yù)定要改變激光器功率的一些不同位點發(fā)生改變。密封設(shè)備 100可以采用好幾種不同的方法來使上述運動與對激光器106的功率控制保持 同步。例如，密封設(shè)備100可以采用編碼器/定時(encoder/timing)方法400a或
11現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)方法400b來使上述運動與對激光器106的功率控制 保持同步(見圖1A)。
在編碼器/定時方法400a中，密封設(shè)備100包括運動系統(tǒng)編碼器402(例如， 如圖1A所示連接到工作臺108上)，其功能是在激光器起始點"1"將脈沖送 到計算機104，啟動用于控制運動的運動時鐘404a，并啟動用于控制激光器功 率的激光器時鐘404b(見圖4C一4D)。假定時鐘404a和404b具有精確的時鐘 速率，那么編碼器/定時方法400a將能夠使激光器106/OLED器件102'的運動 與激光器106功率的調(diào)節(jié)保持同步。所述編碼器/定時方法400a還能以一定的 空間分辨率改變激光器功率，該分辨率比激光器106/OLED器件102'的運動分 辨率高得多(見圖4D)。更精細的空間分辨率能使激光器功率改變得比運動控制 快得多，具體做法是在每步從一點移動到另一點的過程中插入多個功率變化點 (例如在圖4D中，在每次運動變化期間可進行五次激光器功率改變)。
空間分辨率一運動分辨率之間的關(guān)系也可用下面的方程表示激光器模擬 控制時鐘持續(xù)時間(clock duration) 二 (運動更新持續(xù)時間)X (激光器功率控制所 需的空間分辨率)/(運動分辨率)，其中激光器模擬控制速率通常近似到最接近的 整數(shù)。例如，假定以20毫米/秒的速率密封OLED顯示器102',且運動更新速 率(從一點到另一點)為10毫秒，則運動分辨率=密封速度(20毫米/秒)*運動更 新速率(10毫秒)=0.2毫米=200微米。另夕卜，如果激光器功率控制的空間分辨 率為10微米，那么激光器模擬控制時鐘持續(xù)時間=10毫秒*10微米/200微米 =0.5毫秒。因此，激光器控制速率二1/0.5毫秒=2千赫。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解， 激光器功率調(diào)節(jié)控制的空間分辨率也可獨立于密封速度。
在密封不同類型的OLED顯示器時(它們具有不同的電極分布/配置)，編碼 器/定時方法400a可提供極大的靈活性。例如，將運動啟動的編碼信號用來使 激光器功率控制與運動控制的啟動保持同步。接著，在密封過程中，運動控制 和激光器106功率控制沿著各自預(yù)定的運動控制和功率控制曲線進行(其中功 率控制曲線可通過實驗確定)。然而，如果產(chǎn)品線在OLED顯示器中連續(xù)采用相 同的玻璃料分布，那么FPGA方法400b可能是使運動與對激光器106的模擬 功率控制保持同步的適宜方法。FPGA方法400b涉及專用輸入/輸出(I/0)硬件 的應(yīng)用。專用1/0硬件基本上是專門為密封一種類型的OLED顯示器102而構(gòu) 建的。這種專門設(shè)計的硬件可能宜具有監(jiān)控兩個編碼信號(對應(yīng)于x軸和y軸) 的能力，以確定是否已經(jīng)穿過了固定空間間隔(要么在單個軸上，要么在兩個軸
12或多個軸之間，即已經(jīng)穿過了增量矢量長度(incremental vector length)),從而能
夠使激光器輸出功率保持同步。這樣，激光器106可以絕對位置和/或速度保持 同步，可以探求各種先進的控制方案來實施密封方法200。 FPGA方法400b因 其速度優(yōu)勢而變得有利，因為其中的"運算"實際上是在"硬件"而不是軟件 中完成的，且"運算"同樣可在單個時鐘周期(例如80兆赫)內(nèi)執(zhí)行。
另外，現(xiàn)在有一種激光/自動運動控制系統(tǒng)，它具有等于運動更新速率的模 擬功率更新速率。因此，在本發(fā)明中使用這類激光/自動運動控制系統(tǒng)意味著無 需從外部使激光器功率控制與運動控制保持同步，因為運動和模擬功率更新綁 定在一起了。然而，因為運動更新速率通常在毫秒水平上，所以激光器空間分 辨率將被視為相對較低，當(dāng)以相對較快的速度進行密封時尤甚。例如，如果密 封速度為100毫米/秒，運動和模擬功率控制同時在1毫秒的水平上更新，那么 激光器空間分辨率不可能超過運動空間分辨率。這可能不是有利的。
參見圖5A—5E，它們顯示了與幾個實驗(及其結(jié)果)相關(guān)的6幅圖，做這些 實驗是為了檢驗密封方法200(包括重疊移動步驟204和編碼器/定時方法400a) 對兩塊玻璃基板(不含OLED 112和電極114)進行氣密式密封的效果如何。圖 5A(原有技術(shù))顯示了傳統(tǒng)的激光器啟動/停止工藝，該工藝用固定的激光器功率 來密封兩塊玻璃基板。利用偏光計對所得密封玻璃封裝體進行應(yīng)力分析測試， 結(jié)果顯示在激光器啟動/停止點"pl"處存在很高的局部應(yīng)力。另外，機械互反 彎曲分析測試顯示，"傳統(tǒng)的"激光器啟動/停止位置"pl"是導(dǎo)致器件故障的 主要原因。在39次不同的測試中，95X的故障源于激光器啟動/停止位點"pl"， 5%的故障源于玻璃料116的實施起始/終止位置。
作為對比，圖5B顯示了可調(diào)節(jié)激光器功率的新型可變激光器功率啟動/停 止工藝(見圖2)?？勺兗す馄鞴β誓軌?qū)堄鄳?yīng)力分散在較廣的區(qū)域，而不是將 應(yīng)力集中在一個點源"p2"上。為此，使激光器功率緩慢升高，然后逐步降低， 形成激光器啟動/停止點"p2"，而不是陡然以最大密封功率從相同的玻璃料位 置進入和離開，像在傳統(tǒng)的激光器啟動/停止工藝中的位點"pl"(見圖5A)上那 樣。與用傳統(tǒng)的激光器啟動/停止工藝密封的玻璃板相比，用可變功率激光器啟 動/停止工藝密封的玻璃板在機械整體性上有約25%的提髙。特別地，利用偏 振測定法進行的應(yīng)力分析測試表明，相比于"傳統(tǒng)的"激光器啟動/停止點"pl"， 在激光器啟動/停止點"p2"處或其附近的應(yīng)力水平顯著降低。此外，互反彎曲 機械分析測試顯示，激光器啟動/停止點"p2"不再是器件故障的主要原因。在
1339個不同測試中，93%的故障源于玻璃料的實施起始/終止位置，另7%的故障 源于沿密封線124的其他位置(不在激光器啟動/停止點"p2")。
此外，另行做的一個實驗表明，可變激光器功率啟動/停止工藝提高了密封 玻璃基板的峰值負荷能力(見圖5C)。在圖5C中，國代表一種測試樣品(康寧公 司以商品名EAGLE 銷售的玻璃)，它具有一種玻璃料圖案，采用滿功率可變激 光器功率啟動/停止工藝(其中平均值=19.8，標(biāo)準偏差二1.19); o代表一種測試 樣品，它具有一種玻璃料圖案，采用傳統(tǒng)的激光器功率啟動/停止工藝(其中平 均值=15.9，標(biāo)準偏差=1.53); A代表測試的劃線(scored)樣品，它具有多種玻 璃料圖案，采用傳統(tǒng)的激光器功率啟動/停止工藝(其中平均值==15.3，標(biāo)準偏差 =1.27)。這些實驗結(jié)果顯示，可變功率激光器啟動/停止工藝也是提高密封的玻 璃封裝體(例如OLED顯示器)的機械整體性的好方法。
此外，另行做的一個實驗顯示，密封方法200應(yīng)當(dāng)在轉(zhuǎn)角上減小激光器功 率，以降低對位于兩塊基板110和118的轉(zhuǎn)角附近的OLED 112造成熱損壞的 可能性。圖5D是一幅照片，它顯示，如果不改變激光器功率和激光器速度， 轉(zhuǎn)角附近的密封溫度可比沿線性邊緣的密封溫度高出約200°C。因此，這些結(jié) 果表明，密封方法200在兩塊基板110和118的轉(zhuǎn)角處進行密封時，應(yīng)當(dāng)減小 激光器功率(例如對于38瓦密封功率，減小約3 — 5瓦)。例如，圖5E顯示了應(yīng) 當(dāng)減小激光器功率的轉(zhuǎn)角上的片段a、 b、 c和d(如果需要，在點"d"之后某 段距離處可將激光器功率恢復(fù)到原來水平)。在操作中，計算機104和軟件可通 過在"a"與"d"之間插入一些功率水平，沿著曲線半徑在多個位置，如"a" 和"b"，指定激光器的功率水平。如果需要，可以采用某類方程，如1—w/2/R， 來計算轉(zhuǎn)角處激光器功率的減小量，利用所述方程還能在轉(zhuǎn)角處保持相同的激 光停留時間(在此實驗中，w=l毫米，R二1.5毫米)。在轉(zhuǎn)角處減小功率水平的 一個優(yōu)點是，這有助于增加氣密式密封體120的機械強度，還能防止OLED 112 遭到熱損壞。
最近做的一個實驗顯示，當(dāng)采用恒定的激光器功率時，玻璃料116/電極114 區(qū)域的溫度通常高于玻璃料116/非電極區(qū)域的溫度。由于電極114通常是熱的 良導(dǎo)體，電極U4附近的OLED 112可能受到熱影響。因此，如果激光器功率 在電極114上快速減小，在非電極區(qū)域恢復(fù)到較高水平，那么沿著密封線124 的溫度便可受到控制，進而在OLED 112附近的溫度也可得到控制。
參見圖6，該側(cè)視截面圖顯示了密封設(shè)備100'的基本組件，該設(shè)備可用來根據(jù)本發(fā)明第二實施方式對OLED顯示器102進行氣密式密封。在此實施方式 中，密封設(shè)備100'具有與前述密封設(shè)備IOO相同的組件，不同之處在于新的密 封設(shè)備100'的激光器106上連有激光聚焦單元600，該單元600用于改變激光 束122'的形狀和密度。例如，激光聚焦單元600可具有一個孔，控制該孔即可 使激光束122'在玻璃料116上聚焦或散焦(圖6顯示的是散焦激光束122，)，從 而改變激光束122'的形狀和密度。密封設(shè)備100'也可實施上述密封方法200， 但在此實施方式中不是執(zhí)行步驟210(當(dāng)激光器106達到其最大或最小功率容量 時，動態(tài)改變激光束122沿密封線124移動的速度)，而是由激光聚焦單元600 動態(tài)調(diào)整激光束122'的形狀和功率密度，從而使激光束122'繼續(xù)為玻璃料116 提供足夠的激光能(不太多也不太少的激光能)，導(dǎo)致玻璃料116熔化并在兩塊 基板110與118之間形成將二者連接起來的氣密式密封體120。
根據(jù)前面的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明涉及密封方法200， 其中密封設(shè)備100和100'使激光器功率與激光器/OLED顯示器102基本上恒定 的運動保持同步，以便在OLED顯示器102和102，上的預(yù)定位置及時、精確地 改變激光器功率。這種可變功率的密封方法200具有若干其他特征，包括(例如) (1)在啟動/停止區(qū)域逐步升高/降低和重復(fù)激光器功率，以減小激光器啟動/停止 區(qū)域的殘余應(yīng)力；(2)減小轉(zhuǎn)角處的激光器功率，以減小位于轉(zhuǎn)角附近的OLED 112受到熱損壞的可能性；(3)減小電極114自身所處位置的激光器功率，以減 小電極114受到熱損壞的可能性，并減小從電極114到0LED 112發(fā)生不利的
傳熱的可能性。此外，可變功率的密封方法200還具有許多其他的優(yōu)點和特征， 其中一些列舉如下
*在涉及玻璃一玻璃料一玻璃和玻璃一玻璃料一電極一玻璃以外的材料的 密封應(yīng)用中，也可利用所述激光器功率調(diào)節(jié)方案控制激光器功率。
"敫光器模擬功率控制足夠快，因而激光器功率調(diào)節(jié)具有良好的空間分辨 率。例如，可利用一些功率變化延遲小于IOO微秒的激光器106。這意味著， 當(dāng)密封速度為5毫米/秒時，有可能得到優(yōu)于0.5微米的空間分辨率。
"敫光器功率調(diào)節(jié)方案要求激光器功率與OLED顯示器的位置保持同步， 因而可以在目標(biāo)2D密封位置精確改變激光器功率水平。對于OLED密封，在 生產(chǎn)環(huán)境中進行實際密封操作之前，可通過實驗獲得功率曲線。密封系統(tǒng)100 和100'要遵循功率控制曲線，如果需要，還可利用反饋機制(例如溫度反饋機 制)，以便滿足玻璃一玻璃料一玻璃區(qū)域和玻璃一玻璃料一電極一玻璃區(qū)域?qū)?br> 15光器功率的不同要求。功率控制曲線(無反饋機制)可用來實施開環(huán)密封方法
200，它通常得到可重復(fù)的牢固的密封結(jié)果。
*激光器功率調(diào)節(jié)方案是比采用掩模的方法更好的密封方案，因為要在
OLED顯示器102和102'內(nèi)的電極114上恰當(dāng)?shù)胤胖?對齊掩模是非常困難的。 *激光器功率調(diào)節(jié)方案是比采用可變速度的方法更好的密封方案，因為機 械系統(tǒng)不可能即時改變速度。例如，可變速度方法可能要求較長的過渡時間， 這將產(chǎn)生一個不需要有的過渡區(qū)域。然而，只要激光器106達到其最大輸出功 率限度或其最小輸出功率限度，本發(fā)明還是要用到可變速度方法(見圖2中的步 驟210)。
"敫光功率調(diào)節(jié)方案還能加快OLED玻璃密封過程，以滿足在"戰(zhàn)術(shù)時間 (tactical time)" 快速完成的要求(無論OLED顯示器102和102'的尺寸如何， 通常在4分鐘范圍內(nèi)完成)。此外，激光功率調(diào)節(jié)方案有利于采用等待模式，當(dāng) 激光器106從一種玻璃料圖案(在一種OLED顯示器中)移動到另一種玻璃料圖 案(在另一種OLED顯示器中)時，就需要用到這種模式。另外，激光功率調(diào)節(jié) 方案的一個特征是，當(dāng)激光器106從等待模式切回到運行模式的時候，其延遲 時間最短，這可防止激光器106遭受熱沖擊，對于較大的基板OLED玻璃料密 封來說，還有助于減少圖案索引(pattern indexing)時間。
*密封方法200可用來在無玻璃料輔助的情況下將兩塊玻璃板密封到一起。 在此情況中，可在一塊玻璃板中摻入用來摻雜玻璃料的同種材料，使得摻雜玻 璃板現(xiàn)在可吸收來自激光器106的熱量。
*可彼此密封在一起的玻璃板102和110可以是代號為1737的玻璃板和 EAGLE 2000tm玻璃板，它們均由康寧公司制造。或者，玻璃板102和110可由 Asahi Glass Co.(如OA10玻璃禾口 OA21玻璃)、Nippon Electric Glass Co.、 NHTechno和Samsung Corning Precision Glass Co.(舉例而言)等制造。在OLED 應(yīng)用中，高度希望的是兩塊基板110與118具有相同或類似的CTE(熱膨脹系 數(shù))。
*電極114可以是非透明電極、反射性電極、吸收性電極、透射性電極或
其任意組合。
*玻璃料116可以是低溫玻璃料，它包含一種或多種選自鐵、銅、釩和釹(舉 例而言)的吸收性離子。玻璃料116中還可摻入填料(例如轉(zhuǎn)化填料、添加劑填 料)，它們可降低玻璃料116的熱膨脹系數(shù)，使其與兩塊玻璃板110和118的熱膨脹系數(shù)相匹配或基本上相匹配。對于可用于本申請的一些示例性玻璃料116
的組合物的更詳細描述，可參見美國專利申請第10/823331號和第10/414653號(這些文獻的內(nèi)容在此引為參考)。
雖然附圖和前面的發(fā)明詳述中介紹了本發(fā)明的兩種實施方式，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不受限于所揭示的實施方式，而是可在不背離所附權(quán)利要求書中提出和限定的本發(fā)明精神的前提下具有許多重新安排、變化形式和替代方式。
權(quán)利要求
1. 制造玻璃封裝體的方法，所述方法包括以下步驟利用熱源將射束射向玻璃料，所述玻璃料與至少一個器件一起位于兩塊基板之間；移動所述熱源或兩塊基板，使射束以基本上恒定的速度在所述兩塊基板的密封線上移動，其中所述密封線包括所述玻璃料、多個無電極區(qū)域和多個被電極占據(jù)的區(qū)域，它們均位于所述兩塊基板之間；在射束以基本上恒定的速度移動時，調(diào)節(jié)熱源功率，使射束為所述玻璃料提供足夠的熱源能量，從而使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密式密封體；如果在所述調(diào)節(jié)操作當(dāng)中的任何時刻，使熱源功率達到最大或最小，則可以改變射束沿所述兩塊基板上的密封線移動的速度，使得射束持續(xù)為所述玻璃料提供足夠的熱源能量，從而使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密式密封體。
2. 如權(quán)利要求1所述方法，它還包含使移動步驟與調(diào)節(jié)步驟同步的步驟，從 而控制熱源功率，使之根據(jù)需要在密封線上的一些預(yù)定位點發(fā)生線性或非線性 變化，這些變化取決于射束當(dāng)時是否位于所述兩塊基板之間的電極上方，以及 射束當(dāng)時是否位于所述兩塊基板上密封線的彎曲部分的上方。
3. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述移動步驟還包括重疊移動步驟， 其中射束從所述兩塊基板的密封線上的起始點開始移動，圍繞所述兩塊基板的周邊 通過密封線，然后再次通過密封線上的起始點和密封線上的某個部分，以確保為所 述玻璃料提供足夠的熱源能量，使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密 式密封體，。
4. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述同步化步驟還包括利用運動編 碼器系統(tǒng)的步驟，所述系統(tǒng)能使熱源的功率以高于運動分辨率的空間分辨率變化， 其中在射束沿所述兩塊基板上的密封線做單個點到點的運動時，可以完成多個功率 控制變化。
5. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述同步化步驟還包括利用現(xiàn)場可 編程門陣列(FPGA)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能使熱源的功率以高于運動分辨率的空間分辨 率變化，其中在射束沿所述兩塊基板上的密封線做單個點到點的運動時，可以完成多個功率控制變化。
6. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟還包括在射束沿密封 線移動時，利用預(yù)定的功率曲線控制熱源功率的變化，從而為所述玻璃料提供足夠 的熱源能量，使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密式密封體。
7. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟還包括在射束沿密封 線移動時，利用反饋機制控制熱源功率的變化，從而為所述玻璃料提供足夠的熱源 能量，使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密式密封體。
8. 密封玻璃封裝體的設(shè)備，所述設(shè)備包括工作臺，其上放置未密封的玻璃封裝體，所述封裝體由位于兩塊基板之間的 玻璃料和至少一個器件組成； 計算機；熱源，所述計算機運行存儲于其中的指令，以方便如下操作的完成 指揮熱源向所述玻璃料發(fā)出射束；移動熱源或兩塊基板，使射束以基本上恒定的速度在所述兩塊基板的密封 線上移動，所述密封線包括所述玻璃料、多個無電極區(qū)域和多個被電極占據(jù)的 區(qū)域，它們均位于所述兩塊基板之間；在射束以基本上恒定的速度移動時，調(diào)節(jié)熱源功率，使射束為所述玻璃料 提供足夠的熱源能量，從而使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密式 密封體；如果在所述調(diào)節(jié)操作當(dāng)中的任何時刻，使熱源功率達到最大或最小，則可 以改變射束沿所述兩塊基板上的密封線移動的速度，使得射束繼續(xù)為所述玻璃 料提供適當(dāng)?shù)臒嵩茨芰?，從而使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密 式密封體。
9. 如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其特征在于，所述計算機促使移動操作和調(diào)節(jié)操 作同步化，從而控制熱源功率，使之根據(jù)需要在密封線上的一些預(yù)定位點發(fā)生 線性或非線性變化，所述變化取決于射束當(dāng)時是否位于所述兩塊基板之間的電 極上方，以及射束當(dāng)時是否位于所述兩塊基板上密封線的彎曲部分的上方。
10. 如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其特征在于，所述計算機能通過以下方式促進移 動操作它使射束從所述兩塊基板的密封線上的起始點開始移動，圍繞所述兩塊基 板的周邊通過密封線，然后再次通過密封線上的起始點和密封線上的某個部分，以 確保為所述玻璃料提供足夠的熱源能量，使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密式密封體。
11. 如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其特征在于，所述計算機可通過以下步驟促進同 步化操作它與運動編碼器系統(tǒng)連接，該系統(tǒng)能使所述計算機以高于運動分辨率的 空間分辨率改變熱源功率，在射束沿所述兩塊基板的密封線做單個點到點的運動 時，可以完成多個功率控制變化。
12. 如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其特征在于，所述計算機可通過以下方式促進同 步化操作它與現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)系統(tǒng)連接，該系統(tǒng)能使所述計算機以高 于運動分辨率的空間分辨率改變熱源功率，在射束沿所述兩塊基板上的密封線做單 個點到點的運動時，可以完成多個功率控制變化。
13. 如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其特征在于，所述計算機可通過以下方式促進調(diào)節(jié)操作它在射束沿密封線移動時，利用預(yù)定的功率曲線控制熱源功率的變化，從 而為所述玻璃料提供足夠的熱源能量，使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來 的氣密式密封體。
14. 如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其特征在于，所述計算機能通過以下方式促進功率調(diào)節(jié)操作它在射束沿密封線移動時，利用反饋機制控制熱源功率的變化，從而 為所述玻璃料提供足夠的熱源能量，使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的 氣密式密封體。
15. 制造玻璃封裝體的方法，所述方法包括以下步驟利用熱源將射束投射到玻璃料上，所述玻璃料與至少一個器件一起位于兩 塊基板之間；移動熱源或兩塊基板，使射束以基本上恒定的速度在所述兩塊基板的密封 線上移動，所述密封線包括所述玻璃料、多個無電極區(qū)域和多個被電極占據(jù)的 區(qū)域，它們均位于所述兩塊基板之間；在射束以基本上恒定的速度移動時，調(diào)節(jié)熱源功率，使射束為所述玻璃料 提供足夠的熱源能量，從而使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密式 密封體；如果在所述調(diào)節(jié)步驟當(dāng)中的任何時刻，熱源功率達到最大或最小，那么可 以控制熱源輸出端的光聚焦單元，調(diào)節(jié)射束的功率密度，使得射束繼續(xù)為所述 玻璃料提供足夠的熱源能量，從而使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的 氣密式密封體。
16. 如權(quán)利要求15所述方法，它還包含使移動步驟與調(diào)節(jié)步驟同步化的步驟，從而得以控制熱源功率，使之根據(jù)需要在密封線上的一些預(yù)定位點發(fā)生線性或 非線性變化，所述變化取決于射束當(dāng)時是否位于所述兩塊基板之間的電極上 方，以及射束當(dāng)時是否位于所述兩塊基板上密封線的彎曲部分的上方。
17. 如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，所述移動步驟還包括重疊移動步驟，其中射束從所述兩塊基板的密封線上的起始點開始移動，圍繞所述兩塊基板的 周邊通過密封線，然后再次通過密封線上的起始點和密封線上的某個部分，以確保 為所述玻璃料提供足夠的熱源能量，使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的 氣密式密封體。
18. 如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，所述同步化步驟還包括利用運動 編碼器系統(tǒng)的步驟，所述系統(tǒng)能使熱源的功率以高于運動分辨率的空間分辨率變 化，在射束沿所述兩塊基板上的密封線做單個點到點的運動時，可以完成多個功率 控制變化。
19. 如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，所述同步化步驟還包括利用現(xiàn)場 可編程門陣列(FPGA)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能使熱源的功率以高于運動分辨率的空間分 辨率變化，在射束沿所述兩塊基板上的密封線做單個點到點的運動時，可以完成多 個功率控制變化。
20. 如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟還包括在射束沿密 封線移動時，利用預(yù)定的功率曲線控制熱源功率的變化，從而為所述玻璃料提供足 夠的熱源能量，使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密式密封體。
21. 如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，所述功率調(diào)節(jié)步驟還包括在射束 沿密封線移動時，利用反饋機制控制熱源功率的變化，從而為所述玻璃料提供足夠 的熱源能量，使所述玻璃料形成將所述兩塊基板連接起來的氣密式密封體。
全文摘要
本說明書描述了用于制造氣密式密封的玻璃封裝體的密封設(shè)備和方法。在一種實施方式中，所述氣密式密封的玻璃封裝體適合保護對周圍環(huán)境(例如氧、水分)敏感的薄膜器件。這種玻璃封裝體的一些例子是有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器、傳感器及其他光學(xué)器件。本發(fā)明以O(shè)LED顯示器為例進行闡述。
文檔編號H01J9/26GK101501808SQ200680016095
公開日2009年8月5日 申請日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者K·J·貝肯, R·S·瓦格納, S·L·羅格諾弗, 魯 張, 張愛玉 申請人:康寧股份有限公司