Brevet FR2871651A1 — publié le 20051216

L'invention concerne un capot d'encapsulation en verre destiné à être appliqué sur un substrat supportant des composants microélectroniques ou micro-électro-optiques de manière à former avec ce substrat un boîtier étanche aux gaz renfermant lesdits composants. L'invention s'applique tout particulièrement à un panneau de visualisation d'images et/ou d'éclairage comprenant, sur un substrat formant la face arrière du panneau, au moins une couche organique électroluminescente, des électrodes permettant de faire passer un courant électrique au travers de cette couche, et le capot d'encapsulation hermétiquement scellé au substrat de manière à former un boîtier étanche enfermant ladite couche organique électroluminescente. Un tel capot comprend un fond formant la face avant du panneau et des rebords qui s'étendent sur toute la périphérie, qui forment les côtés du panneau, et relient la face avant à la face arrière. Les couches organiques des diodes électroluminescents (OLED) sont très sensibles à l'humidité. Aussi convient-il de les encapsuler aussitôt fabriquées, pendant que ces couches sont sous atmosphère contrôlée à l'abri de l'humidité et de l'oxygène. L'encapsulation doit être réalisée à basse température pour ne pas endommager les couches organiques qui sont déposées sur un substrat. Le plus souvent, l'encapsulation des couches OLED est obtenue par le collage d'un capot sur le substrat, en utilisant des colles polymérisant sous UV; une autre technique, moins répandue, consiste à appliquer, généralement sous vide, des couches protectrices directement sur les couches organiques à protéger. On peut d'ailleurs utiliser simultanément les deux techniques. Le capot utilisé pour l'encapsulation peut être métallique ou en verre. Pour les OLED dites à émission vers le haut, le capot doit être transparent puisque la lumière émise dans la couche électroluminescente s'échappe du panneau du côté opposé au substrat; de telles structures sont particulièrement avantageuses, notamment parce qu'elles autorisent des rendements élevés d'extraction de lumière; pour de telles structures, on utilise donc généralement des capots en verre. Le document US6081071 décrit un panneau OLED doté d'un substrat en verre et encapsulé par un capot en verre plat, sans rebords. L'encapsulation nécessite de ménager un espace encapsulé d'une hauteur généralement comprise entre 0,4 mm et 1 mm entre le substrat et le capot. La hauteur de cet espace est nécessaire pour intégrer un agent adsorbant et/ou dessicant dans l'espace d'encapsulation. Cet agent adsorbant est adapté pour absorber les traces résiduelles, notamment d'oxygène et d'eau, dans cet espace; on parle parfois également de getter ou d'agent dessiccateur. Lorsqu'on utilise un capot plat, un joint de colle de scellement sert à établir la distance entre le substrat et le capot qui est nécessaire pour ménager cet espace, comme décrit également dans le document US6081071. Voir aussi le document US2003/227253 et notamment les figures 5B, 6B et 7 de ce document qui décrivent l'utilisation de pièces de scellement entre le capot et le substrat, respectivement référencées 512 et 609. Le substrat, le capot, et les moyens de scellement du capot sur le substrat 10 forment donc un boîtier d'encapsulation étanche aux gaz. Du fait de la très grande sensibilité des matériaux organiques OLED vis à vis de l'humidité, il est souhaitable de minimiser l'épaisseur de ce joint de colle ou la hauteur de cette pièce de scellement qui assure la jonction étanche entre le substrat et le capot. En effet, ce joint ou cette pièce étant en matériau organique (résine époxy par exemple), il sera toujours plus perméable à l'humidité et/ou à l'oxygène que les matériaux minéraux comme le verre de la base du substrat et du fond du capot. Afin de minimiser l'épaisseur du joint de colle ou la hauteur de la pièce de scellement, on utilise donc des boîtiers dotés de rebords: la hauteur du rebord remplace une partie de la hauteur du joint de scellement; voir par exemple la figure 7 du document US2003/227253 déjà cité ; des tels rebords forment, sur le capot, un bossage périphérique. La fabrication de capots dotés de rebords est coûteuse; on peut par exemple les obtenir par usinage mécanique d'une plaque de verre; cette technique soustractive est d'autant plus couteuse et mal adaptée que le panneau présente une taille importante. Par ailleurs, Il est connu de pratiquer des cavités ou des rainures sur la face interne du capot pour pouvoir mieux loger et répartir l'agent adsorbant dans le boîtier: la figure 6B du document US2003/227253 déjà cité décrit une cavité 608b dans le capot 608a; la figure 4 du document US2004/056232 décrit également une cavité 49 dans le capot 43. Le document US2003/038590 et EP1411562 décrivent également, dans le cas spécifique de panneaux à émission vers le haut, des rainures pratiquées sur la face interne du capot transparent et disposées entre les pixels, pour contenir de l'agent adsorbant. Les documents US5239228 et JP2002050471 décrivent des panneaux électroluminescent à émission vers le haut dont le capot transparent comprend une seule rainure périphérique qui est disposée en dehors de la surface active ou émettrice, et qui contient un agent adsorbant. La fabrication de telles rainures dans des plaques de verre est coûteuse; on peut par exemple les obtenir par abrasion au jet de sable ( sand blasting en langue anglaise) après masquage des zones du capot correspondant aux emplacements des pixels. Un but de l'invention est de fournir un procédé économique de fabrication de capot en verre pour encapsulation de composants électroniques, notamment de capots dotés de rebords et/ou de cavités et/ou rainures. L'invention a pour objet un capot d'encapsulation en verre destiné à être appliqué sur un substrat supportant des composants électroniques ou électro- optiques de manière à former avec ce substrat un boîtier étanche aux gaz renfermant lesdits composants, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux couches de verre de compositions différentes, une première couche dite de fond qui est continue et au moins une deuxième couche qui est discontinue et adaptée pour délimiter des cavités ou des anfractuosités dans ledit capot et à l'intérieur dudit boîtier, ladite première couche formant le fond desdites cavités ou anfractuosités pratiquées dans ladite deuxième couche. La deuxième couche de verre et, le cas échéant, les autres couches sauf la première, sont discontinues, c'est à dire qu'elles présentent des trous ou des échancrures sur toute leur épaisseur. Une telle structure multicouche permet une réalisation plus économique du capot sans usinage, comme expliqué en détail ci-après. De préférence, la température de ramollissement du verre de la deuxième couche, et, le cas échéant, des autres couches excepté la première, est inférieure à la température de ramollissement du verre de la première couche (de fond), ce qui permet de réaliser le capot en utilisant des frittes de verre pour les couches autres que la première. De préférence, cette température de ramollissement est inférieure ou égale à 550 C. Pour faciliter l'utilisation des frittes, de préférence, la différence entre la température de ramollissement du verre de l'au moins deuxième couche et celle du verre de la couche de fond est supérieure à 150 C. De préférence, la première couche de fond du capot est plane et d'épaisseur homogène. Un tel capot est alors particulièrement adapté pour l'encapsulation d'écrans plats. L'invention a également pour objet un boîtier étanche aux gaz renfermant des composants électroniques ou électro-optiques, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat supportant lesdits composants et un capot selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui est assemblé hermétiquement avec ledit substrat de manière renfermer les dits composants et lesdites cavités ou anfractuosités du capot. De préférence, le substrat comprend une couche de verre supportant lesdits composants et la composition de ce verre est identique à celle de la première couche de fond du capot. En pratique, cette couche de verre du substrat est généralement un plaque plane de support. Grâce à la composition identique des verres, on évite les problèmes de dilatation différentielle entre les deux faces principales qui délimitent le boîtier. De préférence, le boîtier comporte un joint d'étanchéité disposé au moins à la périphérie du capot et du substrat, de manière à assurer l'assemblage hermétique et à isoler du gaz de l'atmosphère les composants insérés dans le boîtier. Ce joint d'étanchéité est en général en matériau polymère. Grâce à l'invention, il est facile et économique de réaliser des capots dotés d'un bossage périphérique destiné à assurer la jonction étanche avec le substrat, ce qui permet avantageusement d'utiliser des joints d'étanchéité de très faible épaisseur. Selon une variante, ce joint d'étanchéité peut également servir à isoler les unes des autres lesdites cavités, de manière à éviter tout transfert de gaz entre elles. De préférence, l'épaisseur moyenne de ce joint d'étanchéité est inférieure à 100 m. Grâce à l'épaisseur faible de ce joint, on améliore l'étanchéité du boîtier. Idéalement, l'épaisseur de ce joint en matière organique est comprise entre 10 et 20 m. De préférence, les composants insérés dans le boîtier comprennent des diodes électroluminescentes organiques, et/ou des circuits de matrice active. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un capot d'encapsulation en verre selon l'invention, comprenant trois couches de verre de compositions différentes; la figure 2 illustre un second mode de réalisation d'un capot selon l'invention, comprenant deux couches de verre de compositions différentes; la figure 3 illustre un troisième mode de réalisation d'un capot selon l'invention. Afin de simplifier la description, on utilise des références identiques pour 10 les éléments qui assurent les mêmes fonctions. En référence à la figure 1, on va décrire l'invention dans le cadre de la réalisation d'un panneau électroluminescent doté d'un capot selon l'invention et ne comportant schématiquement ici que quatre cellules. On dispose d'une matrice active supportant un réseau bidimensionnel de cellules organiques électroluminescentes; cette matrice active forme un substrat et comprend une plaque plane de verre sur laquelle ont été déposés d'une part une couche de silicium dans laquelle ont été gravés des circuits de commande de cellules électroluminescentes et d'autre part des électrodes pour commander et alimenter ces circuits et ces cellules; sur chaque circuit, est déposée une cellule électroluminescente. Pour obtenir un tel substrat supportant ces composants électroniques et électro-optiques, on procède d'une manière connue en elle-même. On va maintenant décrire un procédé de fabrication d'un capot en verre selon l'invention destiné à assurer l'encapsulation de ces composants déposés sur le substrat. Pour ce capot, on prend d'abord une plaque plane de verre présentant les mêmes dimensions que la plaque de verre du substrat, qui va servir de couche de fond; on choisit par exemple un verre sodocalcique classique, donc à haut point de fusion et à température de ramollissement supérieure à 550 C. De préférence, on choisit le même type de verre que celui de la base de la matrice active, notamment, pour éviter les problèmes de dilatation différentielle. On cherche ici à obtenir un capot présentant des rainures ou cavités qui, après assemblage avec le substrat, seront disposées entre les cellules électroluminescentes, comme illustré par exemple dans le document EP1411562 THOMSON. La figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation d'un capot 1 adapté au substrat précédemment décrit. La plaque plane de verre forme une couche de fond 2 qui est continue, sans trous, et ici d'épaisseur homogène. Il s'agit donc d'une pièce très économique. On prépare d'une manière connue en elle-même une pâte photolithographique comprenant un liant organique photopolymérisable dissout ou en suspension dans un solvant organique et une fritte de verre minéral à bas point de fusion. La température de ramollissement de cette fritte est largement inférieure, de préférence d'au moins 150 C, à celle du verre de la couche de fond. De préférence, la température de ramollissement de cette fritte est inférieure ou égale à 550 C, voire inférieure ou égale à 450 C. On choisit ici une fritte de composition classique dont la température de cuisson est environ de 420 C. On peut utiliser des frittes classiques contenant des borates et/ou des sels de plomb; on peut également utiliser des frittes contenant en outre des charges non vitreuses, à haute température de fusion, comme de l'alumine ou de l'oxyde de titane. On applique sur la couche de fond 2 une deuxième couche d'épaisseur homogène de cette pâte et on évapore le solvant; par exposition aux rayonnements UV et interposition d'un masque adapté, on polymérise le liant de cette couche uniquement aux emplacements correspondant aux cellules électroluminescentes; on élimine ensuite les zones non polymérisées de cette couche, de façon à former deux rainures perpendiculaires qui seront disposées entre les cellules électroluminescentes. Le fond de ces rainures est formé par la plaque de verre qui forme la première couche de fond 2. On applique sur la deuxième couche une troisième couche d'épaisseur homogène de cette pâte et on évapore le solvant; par exposition aux rayonnements UV et interposition d'un autre masque adapté, on polymérise le liant de cette couche uniquement à la périphérie et on élimine l'ensemble de la zone centrale non polymérisée de cette couche, de façon à former un bossage périphérique sur le pourtour du panneau, entourant les quatre cellules électroluminescentes. Ce bossage périphérique délimite une cavité unique dont le fond est formé principalement par la deuxième couche précédemment déposée. On procède à la cuisson de l'ensemble, généralement à 420 C environ, de manière à éliminer les liants organiques et à obtenir la consolidation et la densification de la fritte de verre des deux couches de pâte. On obtient un capot en verre selon l'invention, comprenant une première couche de fond 2 en verre qui est continue, une deuxième couche 3 en verre qui est discontinue et adaptée pour délimiter des rainures 4, 5 entre les cellules, et une troisième couche 6 en verre formant un bossage périphérique continu autour des quatre cellules et délimitant une cavité s'étendant sur toute la surface active du panneau; la première couche 2 forme le fond des rainures 4, 5 et la deuxième couche 3 forme principalement le fond d'une cavité unique centrale correspondant à toutes les cellules du panneau; la température de ramollissement du verre de la deuxième et de la troisième couche est largement inférieure à celle du verre de la première couche de fond. Ce capot en verre est avantageusement obtenu sans usinage; il est donc particulièrement économique. Dans les rainures 4, 5, on dispose un agent adsorbant et dessicant connu en lui-même pour mieux garantir les cellules électroluminescentes contre les risques de détérioration par l'oxygène ou la vapeur d'eau. D'une manière connue en elle-même, on applique un joint de colle sur le sommet du bossage périphérique qui forme la troisième couche 6, et on assemble le capot en verre sur le substrat de manière à former un boîtier d'encapsulation étanche aux gaz renfermant les composants électroniques et électro-optiques supportés par le substrat. Le joint d'étanchéité qui est disposé à la périphérie du capot et du substrat isole donc des gaz de l'atmosphère les cavités formées par les rainures 4, 5 et la cavité centrale délimitée par le bossage périphérique de la troisième couche 6. On obtient ainsi un panneau OLED dont les cellules organiques électroluminescentes sont très bien isolées de l'atmosphère, d'autant mieux que, grâce au bossage périphérique, on peut utiliser un joint de colle de très faible épaisseur moyenne, de préférence inférieure ou égale à 20 m; ce panneau a donc une durée de vie élevée. Les figures 2 et 3 représentent d'autres modes de réalisation de capot d'encapsulation en verre selon l'invention qui peuvent être obtenus par le même 5 procédé photolithographique précédemment décrit: - la figure 2 représente un capot en verre 1' comprenant une première couche de fond 2 en verre qui est continue, une deuxième couche 3 en verre d'une composition différente qui est discontinue et adaptée pour délimiter des cavités 51, 52, 53, 54 à l'aide d'un bossage périphérique 61 en verre et de deux barreaux perpendiculaires 62 et 63 en verre; la première couche 2 forme le fond des cavités 51, 52, 53, 54. - la figure 3 représente un capot en verre 1" comprenant une première couche de fond 2 en verre qui est continue, une deuxième couche 3 en verre d'une composition différente qui est discontinue et adaptée pour former un bossage périphérique 61 en verre et des plots en relief 621, 622, 631 et 632; le bossage périphérique 61 délimite une cavité dont le fond est formé par la première couche 2; les plots 621, 622, 631 et 632 ménagent entre eux des anfractuosités ou des évidements dont le fond est formé par la première couche 2. D'autre types de capots d'encapsulation en verre peuvent être réalisés sans se départir de l'invention. Comme variante de procédé pour l'obtention des couches de pâte de fritte, on peut utiliser: - après le dépôt d'une couche homogène de pâte de fritte comme précédemment, la gravure de cette couche par abrasion par un jet de sable ou de particules ( sand-blasting en langue anglaise) de manière à former les cavités ou anfractuosités. - le dépôt direct par sérigraphie qui permet de ne déposer qu'aux emplacements entre les cavités, et évite l'étape d'élimination du procédé 30 photolithographique ou l'étape de gravure du procédé précédent. - le dépôt par seringue ( dispensing en langue anglaise) suivi de préférence d'une étape de planarisation, avant ou après cuisson. D'autres procédés peuvent également être utilisés sans se départir de l'invention. L'invention s'applique tout particulièrement à l'encapsulation de panneaux organiques électroluminescents parce que les composés organiques de ces panneaux nécessitent une isolation très efficace des gaz de l'atmosphère et que ces capots apportent une efficacité d'encapsulation optimale; de tels panneaux, connus en eux-mêmes, servent par exemple à l'éclairage ou à la visualisation d'images. L'invention peut également s'appliquer à l'encapsulation d'autres 10 composants électroniques ou électro-optiques. REVENDICATIONS 1.- Capot d'encapsulation en verre (1; 1' ; 1") destiné à être appliqué sur un substrat supportant des composants électroniques ou électrooptiques de manière à former avec ce substrat un boîtier étanche aux gaz renfermant lesdits composants, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux couches de verre de compositions différentes, une première couche (2) dite de fond qui est continue et au moins une deuxième couche (3) qui est discontinue et adaptée pour délimiter des cavités (4, 5; 51, 52, 53, 54) ou des anfractuosités dans ledit capot et à l'intérieur dudit boîtier, ladite première couche (2) formant le fond desdites cavités ou anfractuosités pratiquées dans ladite deuxième couche (3). 2.- Capot selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température de 15 ramollissement du verre de l'au moins deuxième couche (3) est inférieure à la température de ramollissement du verre de ladite couche de fond (2). 3.- Capot selon la revendication 2 caractérisé en ce que la différence entre la température de ramollissement du verre de l'au moins deuxième couche (3) 20 et celle du verre de la couche de fond (2) est supérieure à 150 C. 4.- Capot selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la température de ramollissement de l'au moins deuxième couche (3) est inférieure ou égale à 550 C. 5.- Capot selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite première couche est plane et d'épaisseur homogène. 6.- Boîtier étanche aux gaz renfermant des composants électroniques ou électro-optiques, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat supportant lesdits composants et un capot selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui est assemblé hermétiquement avec ledit substrat de manière renfermer les dits composants et lesdites cavités ou anfractuosités du capot. 7.- Boîtier selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit substrat comprend une couche de verre supportant lesdits composants et en ce que la composition de ce verre est identique à celle de ladite première couche (2) de fond dudit capot. 8.- Boîtier selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité disposé au moins à la périphérie dudit capot et dudit substrat, de manière à assurer ledit assemblage hermétique et à isoler du gaz de l'atmosphère lesdits composants. 9.- Boîtier selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'épaisseur 15 moyenne dudit joint d'étanchéité est inférieure à 100 m. 10.- Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que lesdits composants électroniques ou électro-optiques comprennent des diodes électroluminescentes organiques. 11.- Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à 10 caractérisé en ce que lesdits composants électroniques ou électro-optiques comprennent des circuits de matrice active.