SUBSTRAT PORTEUR D'UNE ELECTRODE,
DISPOSITIF ELECTROLUMINESCENT ORGANIQUE L'INCORPORANT, ET
SA FABRICATION
La présente invention a pour objet un substrat porteur d'une électrode, le dispositif électroluminescent organique l'incorporant et sa fabrication.
Les systèmes électroluminescents organiques connus ou OLED (pour « Organic Light Emitting Diodes » en anglais) comportent un matériau ou un empilement de matériaux électroluminescents organiques alimenté en électricité par des électrodes l'encadrant généralement sous forme de couches électroconductrices.
De manière classique, l'électrode supérieure est une couche métallique réfléchissante par exemple en aluminium, et l'électrode inférieure est une couche transparente à base d'oxyde d'indium, généralement l'oxyde d'indium dopé à l'étain plus connu sous l'abréviation ITO d'épaisseur de l'ordre de 100 à 150 nm. Cependant, pour un éclairage uniforme sur de grandes surfaces, il est nécessaire de former une électrode inférieure discontinue, typiquement en formant des zones d'électrodes de quelques mm2 et de réduire drastiquement la distance entre chaque zone d'électrodes, typiquement de l'ordre d'une dizaine de microns. On fait appel à des techniques de photolithographie et de passivation coûteuses et complexes.
Le document US7172822 propose par ailleurs un dispositif OLED dont l'électrode la plus proche du substrat comprend un conducteur en réseau irrégulier obtenu par remplissage d'un masque fissuré. Plus précisément, entre le substrat en verre et la couche active OLED, le dispositif OLED comprend successivement :
- une sous couche à base d'or,
- une couche sol gel, formant le masque microfissuré après recuit, d'épaisseur égale à 0,4 μm, - le conducteur en réseau, à base d'or, obtenu par dépôt catalytique, ce conducteur en réseau présentant une résistance carré égale de 3 Ohm/carré et une transmission lumineuse de 83%,
- une couche de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) de 50 nm.
La figure 3 de ce document US7172822 révèle la morphologie du masque sol gel de silice. Il apparaît sous forme de fines lignes de fractures orientées suivant une direction privilégiée, avec des bifurcations caractéristiques du phénomène de fracture de matériau élastique. Ces lignes de fractures principales sont liées épisodiquement entre elles par les bifurcations.
Les domaines entre les lignes de fractures sont asymétriques avec deux dimensions caractéristiques : l'une parallèle à la direction de propagation de fissure entre 0,8 et 1 mm, l'autre perpendiculaire entre 100 et 200 μm. Cette électrode présente des propriétés électroconductrices et de transparence acceptables, la résistance carré étant égale à 3 Ohm/carré et la transmission lumineuse de 82%. Toutefois, la fiabilité du dispositif OLED avec une telle électrode n'est pas assurée. Par ailleurs, la fabrication de l'électrode peut encore être améliorée. Pour former le masque sol gel fissuré, on dépose un sol à base d'eau, d'alcool et d'un précurseur de silice (TEOS), on évapore le solvant et on recuit à 1200C pendant 30 minutes.
Ce procédé de fabrication d'une électrode par fissuration du masque sol gel constitue un progrès pour la fabrication d'un conducteur en réseau en supprimant par exemple le recours à la photolithographie (exposition d'une résine à un rayonnement/faisceau et développement), mais peut encore être amélioré, notamment pour être compatible avec les exigences industrielles (fiabilité, simplification et/ou réduction des étapes de fabrication, à moindre coût ...). On peut remarquer aussi le procédé de fabrication du réseau requiert nécessairement le dépôt d'une sous-couche modifiable (chimiquement ou physiquement) au niveau des ouvertures afin de soit permettre une adhésion privilégiée (de colloïdes métalliques par exemple) ou soit permettre le greffage de catalyseur pour une post croissance de métal, cette sous-couche ayant donc un rôle fonctionnel dans le procédé de croissance du réseau.
De plus, le profil des fissures est en V de fait la mécanique de fracture du matériau élastique ce qui implique d'utiliser un procédé de post-masque afin de faire croître le réseau métallique à partir des particules colloïdales
situées à la base du V.
Le but que se fixe l'invention est l'obtention d'une électrode pour OLED de hautes performances (haute conductivité, transparence adaptée) qui soit fiable, robuste, reproductible, réalisable sur de grandes surfaces, tout ceci à l'échelle industrielle et de préférence à moindre coût et le plus aisément possible. De préférence, cette électrode contribue en outre à l'augmentation les performances globales du dispositif OLED (rendement lumineux, uniformité d'éclairage ...).
A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet un substrat porteur sur une face principale d'une électrode composite, laquelle comporte :
- un réseau électroconducteur formé des brins qui est une couche (monocouche ou multicouche) en matériau(x) électroconducteur(s) à base de métal et/ou d'oxyde métallique, le réseau présentant une transmission lumineuse d'au moins 60% à 550 nm, voire une transmission lumineuse intégrée TL d'au moins 60%, l'espace entre les brins étant rempli par une matière dite de remplissage électriquement isolante,
- un revêtement électroconducteur couvrant (entièrement) le réseau électroconducteur, d'épaisseur supérieure ou égale à 40 nm, en liaison électrique avec les brins et en contact avec les brins, de résistivité pi inférieure à 105 Ohm. cm et supérieure à la résistivité du matériau formant les brins du réseau, le revêtement formant une surface externe d'électrode lissée,
- l'électrode composite présentant en outre une résistance carré inférieure ou égale à 10 Ohm/carré.
L'électrode composite selon l'invention comporte ainsi un réseau électroconducteur enterré dont la surface est lissée pour éviter d'introduire des défauts électriques dans les OLEDs.
La matière de remplissage en fonction de son épaisseur (inférieure ou égale à l'épaisseur des brins) réduit significativement, voire supprime, l'écart entre le niveau haut et le niveau bas du réseau d'électrode.
Par le revêtement électroconducteur, on élimine les risques de courts circuits générés par les défauts de pointes (« spike effect » en anglais)
résultant d'une microrugosité de surface non contrôlée des brins et/ou de la surface de la matière de remplissage entre les brins.
Par de la matière de remplissage suffisamment lisse, ou de rugosité contrôlée, on peut aussi contribuer à l'élimination des risques de courts circuits générés par les défauts de pointes.
Le revêtement électroconducteur selon l'invention permet ainsi soit de lisser le réseau et la matière de remplissage ou à tout le moins de maintenir un lissage préalablement obtenu (par exemple par polissage).
Au contraire, le conducteur en réseau décrit dans le document US7172822 est couvert d'une fine couche polymérique qui épouse le dénivelé entre le conducteur en réseau et le masque fissuré.
Par cette conception d'électrode en réseau enterré et lissée selon l'invention, on garantit ainsi la fiabilité et la reproductibilité des OLED, et on prolonge aussi sa durée d'utilisation. L'invention s'attache ainsi à partir d'une électrode en réseau de brins qui peuvent être relativement épais et/ou espacés, de maîtriser la rugosité de l'électrode sur plusieurs échelles (d'abord en enterrant le réseau pour supprimer les marches abruptes et ensuite en le lissant suffisamment) et, d'assurer des propriétés électriques et de transparence adaptées d'une électrode en plusieurs matériaux (matériau(x) de brin, matière de remplissage, matière de revêtement électroconducteur) voire même d'améliorer les performances de l'OLED.
La matière de remplissage isolante peut être mono ou multicomposant, mono ou multicouche. Elle peut être de préférence distincte d'une simple résine de passivation.
La matière de remplissage peut de manière avantageuse avoir de préférence l'une au moins des fonctions suivantes :
- être un masque à réseau d'ouvertures pour former le réseau électroconducteur, - avoir un rôle de lissage de la surface d'électrode, notamment en choisissant une matière surfaçable ou lisse (par un choix judicieux de la méthode de dépôt, de sa formulation, de son épaisseur),
- être un moyen d'extraction du rayonnement émis par l'OLED.
Le revêtement électroconducteur selon l'invention, de par sa résistivité, sa couverture du réseau et son épaisseur, contribue à une meilleure répartition du courant.
La résistivité du revêtement électroconducteur pi peut être inférieure ou égale à 103, Ohm. cm, et même inférieure ou égale à 102 Ohm. cm.
Le réseau peut être sous forme de lignes par exemples parallèles ou encore sous forme de motifs fermés (brins interconnectés ente eux, définissant des mailles), par exemple géométriques (rectangle, carré , polygone...) et éventuellement des motifs, de forme irrégulière et/ou de taille irrégulière.
On peut définir B comme la distance moyenne entre les brins (notamment correspondant à une taille moyenne de maille), A comme la largeur moyenne des brins, et B+A la période moyenne du réseau éventuellement irrégulier. Plus la distance moyenne B entre brins est courte (réseau dense), plus la résistivité du revêtement électroconducteur peut être élevée.
La matière de remplissage est isolante. La résistivité pi peut de préférence être inférieure ou égale à 10"1 Ohm. cm en particulier lorsque le réseau est dense (B inférieur ou égal à 50 μm typiquement). Lorsque le réseau est peu dense (B supérieur à 50 μm typiquement), la résistivité pi peut alors encore plus préférentiellement être inférieure ou égale à 10"2 Ohm. cm, voire inférieure ou égale 10"4 Ohm. cm.
La résistivité pi peut être éventuellement au moins dix fois supérieure à p2 pour diminuer la sensibilité aux courts circuits. La surface du revêtement électroconducteur est la surface externe d'électrode. La surface du revêtement électroconducteur peut être destinée de préférence à être en contact avec les couches organiques de l'OLED : notamment la couche d'injection de trous (« HIL » en anglais) et/ou la couche de transport de trous (« HTL » en anglais). La surface de l'électrode selon l'invention n'est pas nécessairement, plane, planarisée par le revêtement. Elle peut être ondulée.
En effet, le revêtement électroconducteur peut lisser la surface d'abord en formant des ondulations suffisamment étalées. Il est ainsi important de supprimer
les angles vifs, les écarts abrupts. De manière préférentielle, la surface externe est telle qu'en partant d'un profil réel de la surface externe sur la période moyenne du réseau B+A et en formant un profil corrigé par filtrage nanométrique pour éliminer la microrugosité locale, on obtient, en tout point du profil corrigé, un angle formé par la tangente au profil corrigé avec le plan moyen du profil corrigé (ou réel) inférieur ou égal à 45°, encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 30°.
Pour ces mesures d'angle, on peut utiliser un microscope à force atomique. On forme une image de la surface réelle sur une période carré (A+B)2 du réseau. On exploite cette image ou une coupe de cette image formant ainsi le profil réel de la surface suivant un axe donné. La longueur d'analyse A+B pour le profil, est judicieuse car elle reflète bien le profil de rugosité. La période moyenne du réseau B+A est typiquement submillimétrique, de préférence entre 10 μm et
500 μm. On corrige le profil réel en réalisant (en tout point) un moyenne mobile à l'échelle entre 50 et 200 nm, par exemple lOOnm, et on détermine ensuite, pour chaque point, l'angle entre le plan moyen et la tangente au profil. Ce filtrage nanométrique sert ainsi d'abord à écarter les accidents à courte échelle.
Il n'est toutefois pas suffisant d'adoucir la surface sans limiter les microrugosités locales pour éviter au maximum les courts circuits.
Aussi, on utilise le profil résiduel c'est-à-dire le profil réel moins le profil corrigé. Le profil résiduel peut ainsi présenter une différence d'altitude maximale entre le point le plus haut et le point le plus bas (paramètre « peak to valley » en anglais) inférieure à 50 nm, encore plus préférentiellement inférieure ou égale 20 nm, voire même 10 nm, sur la période moyenne du réseau B+A.
Le profil résiduel peut en outre présenter un paramètre de rugosité R.M.S inférieur ou égal à 50 nm, voire à 20 nm (autrement appelé Rq) voire même à 5 nm sur la période moyenne du réseau B+A.
R.M.S signifie rugosité « Root Mean Square ». Il s'agit d'une mesure consistant à mesurer la valeur de l'écart quadratique moyen de la rugosité. Le paramètre R.M.S, concrètement, quantifie donc en moyenne la hauteur des pics et creux de rugosité résiduelle (microrugosité locale), par rapport à la hauteur moyenne (résiduelle). Ainsi, un R.M.S de 10 nm signifie une amplitude
de pic double.
Naturellement, les conditions limites sur les angles et la microrugosité résiduelle peuvent être de préférence satisfaites sur la majorité de la surface d'électrode. Pour vérifier ceci, on peut réaliser les mesures sur différentes zones réparties (uniformément) sur toute la surface.
On préfère réaliser ces mesures dans les zones actives de l'électrode, certaines zones, comme par exemple les bords d'électrode, pouvant être passives par exemple pour la connectique ou pour former plusieurs zones lumineuses. Les mesures d'angles peuvent être aussi faites d'une autre manière par un système mécanique à pointe (utilisant par exemple les instruments de mesure commercialisés par la société VEECO sous la dénomination DEKTAK).
La surface externe du revêtement électroconducteur peut en outre présenter des ondulations à très grande échelle, typiquement sur un ou plusieurs millimètres. Par ailleurs, le substrat, et par la même la surface externe, peut être courbe.
La transmission lumineuse du réseau dépend du rapport B/A entre la distance moyenne entre les brins B sur la largeur moyenne des brins A.
De préférence, le rapport B/A est compris entre 5 et 15 encore plus préférentiel lement de l'ordre de 10 pour conserver aisément la transparence et faciliter la fabrication. Par exemple, B et A valant respectivement environ 300μm et 30μm, lOOμm et lOμm, 50μm et 5μm, ou 20μm et 2μm.
En particulier, on choisit une largeur moyenne de brins A inférieure à
30 μm, typiquement entre 100 nm et 30 μm, préférentiellement inférieure ou égale 10 μm, voire 5 μm pour limiter leur visibilité et supérieure ou égale à 1 μm pour faciliter la fabrication et pour conserver aisément une haute conductivité et une transparence. La gamme préférée est entre 1 et 10 μm.
En particulier, on peut en outre choisir une distance moyenne entre brins B supérieure à A, entre 5 μm et 300 μm, voire entre 20 et 100 μm, pour conserver aisément la transparence.
Le réseau pouvant être irrégulier et/ou les bords des brins pouvant être inclinés, les dimensions A et B sont donc des dimensions moyennes.
L'épaisseur moyenne des brins peut être entre 100 nm et 5 μm, encore plus préférentiel lement de 0,5 à 3 μm, voire même entre 0,5 et 1,5 μm pour conserver aisément une transparence et une haute conductivité.
Avantageusement, l'électrode composite selon l'invention peut présenter :
- une résistance carré inférieure ou égale à 5 Ohm/carré, voire inférieure ou égale à 1 Ohm/carré, voire même 0,5 Ohm/carré notamment pour une épaisseur de réseau (voire une épaisseur totale d'électrode) supérieure ou égale à 1 μm, et de préférence inférieure à 10 μm voire inférieure ou égale à 5 μm,
- et/ou une transmission lumineuse TL supérieure ou égale à 50%, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 70%.
L'électrode composite selon l'invention peut être utilisée pour un dispositif électroluminescent organique à émission par l'arrière (« bottom émission » en anglais) ou pour un dispositif électroluminescent organique à émission par l'arrière et l'avant.
La transmission lumineuse TL peut être par exemple mesurée sur un substrat de TL de l'ordre de 90% voire au-delà, par exemple un verre silicosodocalcique. L'électrode composite selon l'invention peut être sur une grande surface par exemple une surface supérieure ou égale à 0,02 m2 voire même supérieure ou égale à 0,5 m2 ou à 1 m2.
Par ailleurs, un dépôt même épais d'un matériau électroconducteur peut couvrir les brins sans lisser suffisamment la surface. En effet, les techniques de dépôt par voie gazeuse, chimique (« CVD » en anglais) ou physique (PVD en anglais), notamment les dépôts sous vide (évaporation, pulvérisation) reproduisent voire amplifient les irrégularités de la surface initiale. Alors, pour obtenir une surface externe lissée, il est alors nécessaire de réaliser une opération ultérieure de surfaçage d'un matériau électroconducteur, par exemple par action mécanique (type polissage).
Aussi, de manière préférentielle, on choisit pour le revêtement électroconducteur selon l'invention (voire pour la matière de remplissage également), une technique de dépôt par voie liquide notamment l'une au moins
des techniques suivantes : par impression (plane, rotative...), notamment par impression flexographique, par impression gravure ou encore, par pulvérisation liquide (« spray coating» en anglais), par trempage (« dip coating » en anglais), par rideau (« curtain » en anglais), par coulée (« flow coating » en anglais), à la tournette (« spin coating » en anglais), par raclage (« blade coating » en anglais), par tirage (« wire-bar coating » en anglais), par enduction, par jet d'encre (« ink-jet printing » en anglais), par sérigraphie. Le dépôt peut en outre être obtenu par voie sol-gel.
En effet, la tension de surface d'un film liquide tend à lisser les irrégularités de surface.
Au-dessus des brins, l'épaisseur du revêtement électroconducteur, seul ou combiné à une couche électroconductrice sous jacente, peut être entre 40 et 1000 nm et de préférence entre 50 et 500 nm.
Le revêtement électroconducteur peut par exemple comprendre ou être constitué d'une couche d'oxyde(s) transparent(s) conducteur(s) (TCO en anglais).
On peut choisir de préférence les oxydes simples d'étain SnO2, de zinc
ZnO, d'indium In2O3 ainsi que des oxydes dopés voire des oxydes mixtes binaires, ternaires notamment de l'un ou de plusieurs des éléments précités. On préfère en particulier l'un au moins des oxydes dopés ou mixtes suivants :
- de l'oxyde de zinc dopé ou allié avec au moins l'un des éléments suivants : de l'aluminium, du gallium, de l'indium, du bore, de l'étain, (par exemple ZnO : Al, ZnO :Ga, ZnO : In, ZnO : B, ZnSnO), - de l'oxyde d'indium dopé ou allié notamment avec le zinc (IZO), le gallium et le zinc (IGZO), l'étain (ITO),
- de l'oxyde d'étain dopé au fluor ou à l'antimoine (SnO2 : F,, SnO2 : Sb) ou allié au zinc (SnZnO) éventuellement dopé à l'antimoine,
- de l'oxyde de titane dopé au niobium (TiO2 : Nb). Pour la matière de remplissage, on peut choisir d'autres oxydes notamment haut indice et notamment :
- de l'oxyde de niobium (Nb2O5),
- de l'oxyde de zirconium (ZrO2),
- de l'oxyde de titane (TiO2),
- de l'alumine (AI2O3),
- de l'oxyde de tantale (Ta2O5),
- ou encore des nitrures tels que Si3N4,AIN, GaN, éventuellement dopé Zr, ou encore du carbure de silicium stœchiométrique SiC.
Le revêtement électroconducteur peut par exemple comprendre une couche contenant des nanoparticules métalliques ou d'oxydes transparents conducteurs, tels que précités, de préférence entre 10 et 50 nm pour mieux limiter et contrôler la rugosité du dépôt, nanoparticules éventuellement et de préférence dans un liant.
La matière de remplissage peut par exemple comprendre voire être constituée d'une couche sol gel notamment à base d'oxydes métalliques (non conducteurs), simples ou mixtes tels que ceux précités.
Toutefois, il est délicat d'obtenir des couches sol gel épaisses, notamment d'épaisseur supérieure à 200 nm.
La matière de remplissage peut par exemple comprendre ou être constitué d'une couche contenant des (nano)particules ou d'oxydes (non conducteurs) tels que précités.
Les nanoparticules sont de préférence de taille entre 10 et 50 nm pour mieux limiter et contrôler la rugosité du dépôt et préparer le lissage par un revêtement électroconducteur sus-jacent. Les (nano)particules sont (nano)particules éventuellement dans un liant.
Le liant peut être organique, par exemple des résines acryliques, époxy, polyuréthane, ou être élaboré par voie sol-gel (minéral, ou hybride organique inorganique...).
Les nanoparticules peuvent être déposées à partir d'une dispersion dans un solvant (alcool, cétone, eau, glycol...).
Des produits commerciaux à base de particules pouvant être utilisés pour former le revêtement électroconducteur sont les produits vendus par la compagnie Sumitomo Métal Mining Co. Ltd suivants :
- X100®, X100®D particules d'ITO dispersées dans un liant résine (optionnel) et avec solvant cétone,
- X500® particules d'ITO dispersées dans un solvant alcool,
- CKR® particules d'argent revêtu d'or, dans un solvant alcool,
- CKRF® particules d'or et d'argent agglomérées.
Les dispersions seules sont peu résistantes mécaniquement du fait de l'absence de liant entre les particules. Aussi afin d'assurer la cohésion de la couche du revêtement on préfère les mélanger dans un liant avant leur dépôt (liant réparti sur toute l'épaisseur de la couche de remplissage).
Le liant peut être isolant électriquement ou électroconducteur. Le liant peut être organique, par exemple des résines acryliques, époxy, polyuréthane. Le liant peut être élaboré par voie sol-gel (minéral, ou hybride organique inorganique...). Le liant peut être à base de précurseurs organométalliques de préférence de même nature chimique que les nanoparticules d'oxydes métalliques.
La résistivité souhaitée pour le revêtement est ajustée en fonction de la formulation.
Le revêtement électroconducteur (et/ou la matière de remplissage) peut comprendre une couche essentiellement inorganique ou hybride organique inorganique, par exemple une couche sol gel notamment à base d'oxydes métalliques et/ou conducteurs, simples ou mixtes tels que ceux précités.
Les sols-gels présentent l'avantage de supporter des traitements thermiques même élevés (par exemple opération type trempe) et de résister aux expositions UV.
Pour fabriquer une couche sol gel pour le revêtement électroconducteur, on choisit de préférence des précurseurs d'oxydes conducteurs transparents disponibles commercialement, notamment de composés organométalliques ou de sels de ces métaux.
Ainsi, à titre d'exemples de précurseurs pour les dépôts d'oxyde d'étain, on peut choisit SnCI4, le stannate de sodium, SnCI2(OAc)2, un alcoxyde de Sn(IV) tel que Sn(OtBu)4. On peut également choisir tout sel ou composé organométallique connu comme étant précurseur d'étain.
Pour les dépôts d'oxyde d'antimoine, on peut choisir des composés organométalliques et de sels, en particulier d'alcoxydes de Sb(III) et de chlorures tels que SbCI3 ou SbCI5.
Des couches d'oxydes mixtes et/ou dopées sont obtenues par exemple en mélangeant les précurseurs dans les proportions appropriées et en utilisant les solvants compatibles avec lesdits précurseurs.
Par exemple, une couche d'oxyde d'étain dopée antimoine peut être obtenue à partir de chlorure d'étain et de chlorure d'antimoine en solution dans l'eau, en présence d'urée et d'acide chlorhydrique. Un autre exemple d'élaboration consiste à utiliser le tétraisopropoxyde d'étain comme précurseur dans un mélange eau/alcool/éthanolamine et d'ajouter du chlorure d'antimoine comme dopant.
Un exemple de fabrication par sol gel d'une couche d'ITO est donné en pages 19 à 25 de la thèse intitulée « ÉLABORATION ET CARACTE RI SATI O N DE FILMS MINCES D'OXYDE D'INDIUM DOPE A L'ETAIN OBTENUS PAR VOIE SOL- GEL » de Kaïs DAOUDI, N° d'ordre 58-2003, présentée et soutenue à Lyon le 20 mai 2003.
On peut en outre utiliser le produit dénommé DX-400® vendu par la société Sumitomo Métal Mining Co. Ltd. Il s'agit d'une pâte à base d'alcoxydes d'étain et d'indium, de solvant organique et d'agent de contrôle de viscosité.
L'électrode composite comporte de préférence une teneur limitée en ITO pour des raisons de coût. Par exemple, une couche sol gel d'ITO à base de précurseurs organométalliques est d'une épaisseur maximale de 150 nm, voire même de 50 nm. Les précurseurs des oxydes métalliques de type alcoxyde sont utilisés par exemple dilués dans un solvant organique, par exemple un alcool volatile. A titre d'alcools volatils, on peut sélectionner les alcools en Cl à ClO, 15 linéaires ou ramifiés, en particulier, le méthanol, l'éthanol, l'hexanol, l'isopropanol, ou encore des glycols, en particulier l'éthylène glycol ou bien des esters volatiles tels que l'acétate d'éthyle.
La composition utilisée pour le dépôt de la couche sol gel peut avantageusement comprendre également d'autres constituants, en particulier
de l'eau comme agent d'hydrolyse, un agent stabilisant tel que le diacétone alcool, l'acétylacétone, l'acide acétique, la formamide.
En particulier, les précurseurs de type sels métalliques sont généralement utilisés en solution dans l'eau. Le pH de l'eau peut être ajusté en utilisant des acides ou des bases (par exemple l'acide chlorhydrique, l'acide acétique, l'ammoniaque, la soude) pour contrôler les conditions de condensation des précurseurs. Des stabilisants tels que le diacétone alcool, l'acétylacétone, l'acide acétique, la formamide peuvent également être utilisés.
Après dépôt, un séchage est généralement réalisé entre 20 et 1500C, avantageusement à une température de l'ordre de 1000C, suivi d'un traitement thermique à une température de l'ordre de 450 à 6000C pendant une durée comprise entre quelques minutes et quelques heures, avantageusement à une température de l'ordre de 5500C pendant une durée de l'ordre de 30 min. Le revêtement électroconducteur peut comprendre ou être constitué d'une couche essentiellement polymérique déposée par voie liquide éventuellement susceptible le cas échéant de former un liant pour les (nano)particules d'oxydes d'une couche de remplissage. Par exemple, il s'agit d'une couche d'un ou des polymères conducteurs de l'une au moins des familles suivantes : - la famille des polythiophènes, comme le PEDOT (3,4- polyéthylenedioxythiopène), le PEDOT/PSS c'est-à-dire le (3,4- polyéthylènedioxythiopène mélangé avec polystyrènesulfonate, et autres dérivés décrits dans la demande US2004253439, - ou encore les poly(acétylène)s, poly(pyrrole)s, poly(aniline)s, poly(fluorène)s, poly(3-alkyl thiophène)s, polytétrathiafulvalènes, polynaphthalènes, poly(p-phénylène sulfide), et poly(para-phénylène vinylène)s.
Comme polythiophènes, on peut choisir par exemple le produit commercialisé par la société HC Strack sous le nom de BAYTRON® ou encore par la société Agfa sous le nom d'Orgacon®, ou d'Orgacon EL-P3040®.
Le polymère conducteur fait partie de l'électrode et sert aussi éventuellement de couche d'injection de trous.
On préfère un revêtement électroconducteur et/ou une matière de remplissage de transmission lumineuse supérieure ou égale à 70% à 550 nm, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 80% à 550 nm, voir sur tout le visible. Une couche « TCO » élaborée à partir de précurseurs est plus lisse qu'une couche élaborée à partir des (nano)particules.
De préfère, l'électrode composite, à tout le moins, la matière de remplissage et/ou le revêtement électroconducteur présente dans le diagramme CIELAB des coordonnées colorimétriques a* et b* inférieures à 5 en valeur absolue.
Dans la présente demande, l'arrangement en réseau peut être obtenu directement par dépôt(s) de matériau(x) électroconducteur(s) afin de réduire les coûts de fabrications.
On évite ainsi des poststructurations, par exemple des gravures sèches et/ou humides, faisant souvent appel aux procédés de lithographies (exposition d'une résine à un rayonnement et développement).
Cet arrangement direct en réseau peut être obtenu directement par une ou plusieurs méthodes de dépôts appropriées, par exemple en utilisant un tampon encreur, ou encore par jet d'encre (avec une buse appropriée). Le réseau électroconducteur peut être obtenu par ailleurs directement par dépôt(s) électroconducteur(s) au travers un réseau d'ouvertures d'un masque sur le substrat (masque permanent ou retiré ensuite), voire par dépôt(s) électroconducteur(s) dans un réseau de gravure du substrat formé par exemple par gravure au travers ledit masque par exemple sur une profondeur à partir de 10 nm, de préférence pas au-delà de 100 nm, en particulier de l'ordre de 50 nm. Cela peut favoriser l'ancrage des brins.
Dans le cas d'un substrat verrier, on peut par exemple utiliser une gravure plasma fluoré, notamment sous vide, par exemple par CF4, CHF3. Sous atmosphère oxygène, on peut maîtriser la vitesse de gravure du masque notamment choisi organique.
L'arrangement des brins peut être, alors sensiblement la réplique de celle du réseau d'ouvertures du masque ou du réseau de gravure.
On choisit de préférence un masque stable sans avoir recours à un
recuit.
On peut ainsi choisir alors de préférence une ou des techniques de dépôts réalisables à température ambiante, et/ou simples (notamment plus simple qu'un dépôt catalytique faisant appel nécessairement à un catalyseur) et/ou donnant des dépôts denses.
On peut en outre choisir une technique de dépôt non sélective, le dépôt remplissant à la fois une fraction des ouvertures du masque ou du réseau de gravure et couvrant aussi la surface du masque ou du substrat. On peut éliminer ensuite le masque ou bien polir la surface. On peut notamment choisir de préférence un dépôt par voie liquide notamment par impression, par raclage d'une encre électroconductrice et/ou une technique de dépôt sous vide telle que la pulvérisation, ou encore plus préférentiel lement l'évaporation.
Le ou les dépôts peuvent être éventuellement complétés par une recharge électrolytique en employant une électrode en Ag, Cu, Or, ou un autre métal de haute conductivité utilisable.
Lorsque le réseau électroconducteur est déposé (entièrement ou en partie) dans un réseau de gravure du substrat, notamment verrier, pour graver le substrat par voie humide (par exemple avec une solution HF pour le verre), on peut choisir un masque sol gel avec un réseau d'ouvertures adéquat.
De manière avantageuse, le réseau électroconducteur, alors qualifié d'autoorganisé, peut être obtenu par dépôt(s) de matériau(x) électroconducteur(s) dans un réseau d'ouvertures autogénérées d'un masque sur le substrat.
Le réseau d'ouvertures autogénérées peut par exemple être obtenu par cuisson d'un dépôt continu d'un matériau adapté à cet effet. Il peut s'agir d'interstices, de fissurations notamment comme celles décrites dans le document US7172822. La réduction du nombre d'étapes technologiques nécessaire à la réalisation d'un tel masque autofissuré influe favorablement sur les rendements de production et les coûts du produit final souhaité.
Les ouvertures autogénérées, et de ce fait les brins, peuvent être
irrégulières, réparties de manière apériodique, (pseudo) aléatoire.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le masque, de préférence à ouvertures autogénérées, est supprimé avant dépôt du revêtement électroconducteur de lissage. Dans une première configuration sans masque, le revêtement électroconducteur peut remplir au moins partiellement l'espace entre les brins, à tout le moins la partie supérieure entre les brins (la plus éloignée du substrat).
Son épaisseur peut être en particulier être au moins une fois et demi, voire deux fois supérieure à la hauteur des brins, Dans cette configuration, on peut choisir de préférence un revêtement électroconducteur déposé par exemple par impression (flexographie notamment), par pulvérisation liquide, par trempage, revêtement déposé en une ou plusieurs passes.
Par ailleurs, toujours dans une configuration avantageuse sans masque, on peut prévoir les caractéristiques suivantes :
- l'espace entre les brins est rempli, de préférence sur toute sa hauteur, par une matière de remplissage, dite haut indice, ayant un indice de réfraction supérieur ou égal à 1,65 au moins à 550 nm, de préférence dans tout le visible, encore plus un indice de réfraction préférentiellement entre 1,65 et 2 à 550 nm, voir dans tout le visible, de préférence la distance B entre brins est inférieure ou égale à 50 μm, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 30 μm,
- et les brins sont en métal à réflexion non colorée (métal blanc), de préférence l'argent et l'aluminium ou encore le platine, le chrome, le palladium et le nickel.
On choisit en fait un matériau de remplissage d'indice au moins supérieur ou égal à l'indice du système actif d'OLED (typiquement d'indice optique de l'ordre de 1,7 à 1,9) moins 0,05. Par le choix d'un tel indice, on favorise l'extraction des modes guidés du système OLED, et en rapprochant suffisamment les brins, la diffusion du rayonnement extrait sur les bords des brins. Le rendement de l'OLED est alors augmenté.
On préfère en outre un matériau de remplissage peu absorbant, notamment d'absorption dans le visible inférieur à 10"2 cm"1.
Comme matériau de remplissage haut d'indice inorganique, on peut choisir par exemple un dépôt à base d'oxyde métallique comme déjà indiqué notamment à base de ZrO2, TiO2, AI2O3, Ta2O5. Ces oxydes peuvent être déposés sous vide ou de préférence par voie liquide. Il peut d'agir de sol gels. Comme exemple de matériau de remplissage haut indice de type sol-gel, on peut citer les couches sol gel hybrides obtenues à partir de précurseurs métalliques complexés par des agents stabilisants. Par exemple des couches obtenues à partir de solutions de propoxyde de zirconium ou de butoxyde de titane complexés par de l'acétylacétone en milieu alcool. S'il ne subit pas de traitement thermique à haute température pour conduire à l'oxyde correspondant, un tel matériau est constitué d'un oxyhydroxyde de métal complexé par les molécules organiques. On peut éliminer les fonctions organiques par traitement thermique à partir de 3500C pour obtenir des couches sol gel inorganiques. Comme matériau de remplissage inorganique haut d'indice, on peut également choisir une fritte de verre haut indice (verre au plomb au bismuth etc), par exemple déposée par sérigraphie, par pulvérisation liquide.
Comme polymères haut indice, on peut citer les polymères suivants : du poly(l-naphthyl méthacrylate-co-glycidyl méthacrylate), avec 10 % molaire de glycidyl méthacrylate, du poly(2,4,6-tribromophenyl méthacrylate), du poly(2,4,6-tribromophényl méthacrylate-co-glycidyl méthacrylate) avec 10 % molaire de glycidyl méthacrylate, du poly(2,6-dichlorostyrene), du poly(2- chlorostyrene), du poly(2-vinylthiophene), du poly(bis(4- iodophenoxy)phosphazene), du poly(N-vinylphthalimide), du poly(pentabromobenzyl acrylate), du poly(pentabromobenzyl méthacrylate), du poly(pentabromobenzyl méthacrylate-co-glycidyl méthacrylate) avec 10 % molaire de glycidyl méthacrylate, du poly(pentabromophenyl acrylate-co-glycidyl méthacrylate) avec 10 % molaire de glycidyl méthacrylate, du poly(pentabromophenyl acrylate-co-glycidyl méthacrylate) avec 50 % molaire de glycidyl méthacrylate, du poly(pentabromophenyl méthacrylate), du poly(pentabromophenyl méthacrylate-co-glycidyl méthacrylate) avec 10 % molaire de glycidyl méthacrylate, du poly(pentabromophenyl méthacrylate-co- glycidyl méthacrylate) avec 50 % molaire de glycidyl méthacrylate, du
poly(pentachlorophenyl méthacrylate), du poly(vinyl phenyl sulfide), du poly(vinyl phenyl sulfide-co-glycidyl méthacrylate) avec 10 % molaire de glycidyl méthacrylate. Ces polymères sont commercialisés par exemple par la société Sigma-AIdrich. Une autre possibilité pour obtenir une matière de remplissage haut indice consiste à choisir des matériaux transparents avec des particules haut indice, polymériques ou encore inorganiques, en les matériaux haut indice déjà précités, Par exemple on choisit de particules en ZrO2, TiO2, SnO2, AI2O3.
Comme matériau transparent inorganique, on peut choisir une fritte de verre.
Comme matériau transparent de type sol-gel on peut choisir la silice élaborée à partir de tétraétoxysilane (TEOS), de silicate de sodium, de lithium ou de potassium, ou hybride obtenus à partir de précurseurs de type organosilane dont la formule générale est : R2n Si(ORl)4-n avec n un entier entre O et 2, Rl une fonction alkyl de type CxH2x+I, R2 un groupement organique comprenant par exemple une fonction alkyl, époxy, acrylate, méthacrylate, aminé, phényle, vinyle. Ces composés hybrides peuvent être utilisés mélangés ou seuls, en solution dans l'eau ou dans un mélange eau/alcool à un pH approprié.
Comme matériaux polymères transparents, on peut choisir des silicones, des résines époxy, des polyuréthanes PU, de l'éthylène vinylacétate EVA, du polyvinyle butyral PVB, de l'acétate de polyvinyle PVA, et les acryliques.
Dans une conception avantageuse sans masque, la matière de remplissage est diffusante, notamment à base de particules diffusantes.
On peut préférer une matière de remplissage diffusante ayant un flou supérieur à 5%.
Les particules diffusantes peuvent être dispersées dans un liant, dans des proportions de 1 à 80% en poids du mélange. Ces particules peuvent avoir une taille moyenne supérieure à 50 nm et submicronique, préférentiel lement entre 100 et 500 nm, voire entre 100 à 300 nm.
L'indice des particules diffusantes peut être avantageusement supérieur à 1,7 et celui du liant être de préférence inférieur à 1,6, par exemple de la silice ou un matériau hybride organosilicique.
Les particules diffusantes peuvent être organiques, par exemple en matériau polymérique haut indice précité. De préférence ces particules diffusantes peuvent être minérales, de préférence des nitrures, des carbures ou des oxydes, les oxydes étant choisis parmi l'alumine, la zircone, le titane, le cérium ou étant un mélange d'au moins deux de ces oxydes.
Le liant de la matière de remplissage diffusante peut être choisi de préférence parmi les liants essentiellement minéraux, tels que les silicates de potassium, les silicates de sodium, les silicates de lithium, les phosphates d'aluminium, la silice, et les frittes de verre.
Comme liant hybride organique minérale, on peut citer des liants à base d'organosilane comme décrit précédemment pour les matériaux transparents. La matière de remplissage diffusante peut être déposée par toute technique de dépôt de couche connue de l'homme de l'art, notamment par sérigraphie, par enduction d'une peinture, par trempage, par « spin-coating », par pulvérisation, ou encore par coulée ou « flow-coating ».
Cette couche de remplissage diffusante permet d'augmenter le rendement de l'OLED, en particulier pour des distances entre brins relativement grandes, soit dès 30 μm et plus encore à 100 μm et au delà.
La matière de remplissage diffusante peut remplir seulement partiellement l'espace, notamment être dans la partie inférieure de l'espace entre réseau. La matière de remplissage diffusante est isolante. Son épaisseur peut être alors de préférence entre 20% et 100% de la hauteur des brins conducteurs et avantageusement entre 50% et 100% de l'épaisseur des brins.
On peut choisir comme matière de remplissage de la fritte de verre fondue ou une couche sol gel.
De nombreux éléments chimiques peuvent être à la base de la couche de remplissage sol-gel. Elle peut comprendre comme matériau constitutif essentiel au moins un composé de l'un au moins des éléments : Si, Ti, Zr, Sb,
Hf, Ta, Mg, Al, Mn, Sn, Zn, Ce. Il peut s'agir notamment d'un oxyde simple ou d'un oxyde mixte de l'un au moins des éléments précités. La matière de remplissage peut être de manière préférée essentiellement à base de silice notamment pour son adhésion et sa compatibilité avec un verre minéral. Le sol précurseur du matériau constitutif de la couche silice peut être un silane, notamment un tétraéthoxysilane (TEOS) et/ou un (méthyltriéthoxysilane) MTEOS, ou un silicate de lithium, sodium ou potassium.
La silice peut être hybride obtenue par ou un composé de formule générale R2n Si(ORl)4-n comme déjà cité ci-dessus.
La matière de remplissage de préférence peut être déposée de préférence par sérigraphie, par trempage, ou pulvérisation liquide. Le revêtement conducteur sus jacent peut être déposé de préférence par impression, notamment par flexographie, par trempage, ou pulvérisation liquide.
Par ailleurs comme déjà indiqué, on peut conserver le masque avec un réseau d'ouvertures autogénérées et les brins remplissent, de préférence entièrement, les ouvertures en réseau du masque, la matière de remplissage correspondant alors ce masque. Ce masque, peut être de préférence surfaçable, notamment par polissage mécanique, de préférence jusqu'au niveau de la surface des brins. Le polissage peut permettre en outre d'éliminer si nécessaire de la matière conductrice sur la surface du masque, issue d'un dépôt non sélectif du matériau pour le conducteur en réseau. Grâce au polissage, on peut éventuellement choisir de déposer le revêtement électroconducteur par voie gazeuse, chimique ou physique.
On choisit par exemple un masque sol gel, de préférence à base de silice, d'épaisseur pouvant dépasser un à plusieurs microns.
Il peut s'agir en particulier d'une couche sol gel de silice minérale obtenue à partir de silicate de potassium de lithium, ou de sodium.
Il peut s'agir également d'une couche sol gel de silice hybride obtenu à partir d'un sol concentré de précurseurs de formule générale R2n Si(ORl)4-n avec n un entier entre 0 et 2, Rl une fonction alkyl de type CxH2x+I, R2 un
groupement organique avec de préférence une fonction alkyl, époxy, acrylate, méthacrylate, aminé, phényle, vinyle.
Ces composés hybrides peuvent être utilisés mélangés ou seuls, en solution dans l'eau ou dans un mélange eau/alcool à un pH approprié. On utilisera une concentration massique en précurseur comprise entre 20 et 60%, préférentiellement entre 35 et 55%. Le contrôle de la concentration et des conditions de séchage du masque permettent de moduler le rapport B/A.
Le réseau électroconducteur peut être composite, notamment multicouches. Par ailleurs, le réseau électroconducteur peut comprendre ou être constitué d'une couche à base d'oxyde métallique peu onéreux et facile à fabriquer, par exemple de l'oxyde de zinc ZnO, ou de l'oxyde étain SnO2, ou encore d'oxyde mixte d'indium et d'étain ITO. Ces oxydes métalliques sont par exemple déposés par dépôt sous vide, par pulvérisation magnétron, ou par pulvérisation assisté par faisceau d'ions.
Le réseau électroconducteur peut être à base d'un matériau métallique pur choisi parmi l'argent, l'aluminium, voire le platine, l'or, le cuivre, le palladium, le chrome ou à base dudit matériau allié ou dopé avec au moins un autre matériau : Ag, Au, Pd, Al, Pt, Cu, Zn, Cd, In, Si, Zr, Mo, Ni, Cr, Mg, Mn, Co, Sn. Le réseau électroconducteur peut comprendre ou être constitué d' d'une couche en matériau (milieu continu) essentiellement métallique et/ou d'une couche à base de particules métalliques dispersées dans une matrice électroconductrice ou non, par exemple une encre chargée de particules conductrices, notamment argent, tel que le produit TEC-PA-030® commercialisé par la société InkTec qui peut être déposé par raclage.
Comme déjà vu, le ou les dépôts notamment métalliques, peuvent être éventuellement complétés par une recharge électrolytique en employant une électrode en Ag, Cu, Or, ou un autre métal de haute conductivité utilisable.
Des brins peuvent être multicouches, notamment en une première couche métallique en les matériaux précités, notamment argent, aluminium, éventuellement surmonté de cuivre, et d'une surcouche de protection contre la corrosion (eau et/ou air), par exemple métallique, en nickel, chrome, molybdène, ou leurs mélanges ou encore d'oxydes TCO par exemple, d'épaisseur à partir de
10 nm, typiquement ente 20 et 30 nm, et par exemple jusqu'à 200 nm voire 100 nm. Par exemple la surcouche est déposée par évaporation ou pulvérisation.
De préférence, l'électrode composite selon l'invention (brins, matière de remplissage, revêtement électroconducteur) peut être essentiellement minérale, encore plus préférentiel lement, le substrat est en outre verrier.
Le substrat peut être plan ou courbe, et en outre rigide, flexible ou semi-flexible.
Ses faces principales peuvent être rectangulaires, carrées ou même de toute autre forme (ronde, ovale, polygonale...). Ce substrat peut être de grande taille par exemple de surface supérieure à 0,02m2 voire même 0.5 m2 ou 1 m2 et avec une électrode inférieure occupant sensiblement la surface
(aux zones de structuration près).
Le substrat peut être substantiellement transparent, minéral ou en matière plastique comme du polycarbonate PC ou du polymétacrylate de méthyle PMMA ou encore le PET, du polyvinyle butyral PVB, polyuréthane PU, le polytétrafluoréthylène PTFE etc ...
Le substrat est de préférence verrier, notamment en verre silicosodocalcique.
Le substrat peut être avantageusement un verre présentant un coefficient d'absorption inférieur à 2,5 m"1, de préférence inférieur à 0,7 m"1 à la longueur d'onde du ou des rayonnements OLEDs. On choisit par exemple des verres silicosodocalciques avec moins de 0,05% de Fe III ou de Fe2O3, notamment le verre Diamant de Saint-Gobain Glass, le verre Optiwhite de
Pilkington, le verre B270 de Schott. On peut choisir toutes les compositions de verre extraclair décrites dans le document WO04/025334.
L'épaisseur du substrat, notamment choisi verrier, peut être d'au moins 0,35 mm, de préférence d'au moins 0,7 mm.
Les bords de la tranche du substrat, peuvent en outre être réfléchissants, et comporter de préférence un miroir, pour assurer un recyclage optimal du rayonnement guidé et les bords, forme avec la face principale associée au système OLED un angle externe supérieur ou égal à 45° et inférieur à 90°, de préférence supérieur ou égal à 80°, pour rediriger les rayonnements sur une plus large zone d'extraction. La tranche peut être ainsi
biseautée.
Par ailleurs, le procédé de fabrication de l'électrode décrit dans le document US 7 172 822 requiert nécessairement le dépôt d'une sous-couche modifiable au niveau des fissures afin de permettre le greffage de catalyseur pour une post croissance de métal, cette sous-couche ayant donc un rôle fonctionnel dans le procédé de croissance du réseau.
Cette sous-couche peut en outre présenter l'un ou les inconvénients suivants : une faible adhésion à un substrat de verre sodo-calcique, - une instabilité en milieu basique, très utilisé lors du lavage des substrats, une instabilité lors des traitements thermiques à haute température (trempe, recuits etc).
Aussi, l'électrode composite selon l'invention peut être de préférence directement sur le substrat, en particulier verrier.
En outre, pour faciliter l'alimentation électrique des électrodes et/ou pour former une pluralité de zones d'éclairages, l'électrode composite selon l'invention peut être discontinue, formant typiquement au moins deux zones d'électrode isolées l'une de l'autre, et de préférence une ou plusieurs rangées parallèles de zones d'électrode composite. Pour ce faire, on grave par exemple par laser l'électrode composite et on remplit le vide créé avec une matière de passivation, par exemple du polyamide.
Le substrat porteur de l'électrode composite tel que défini précédemment peut en outre comporter un système électroluminescent organique déposé directement sur la surface externe.
L'invention a trait également à un dispositif électroluminescent organique incorporant le substrat porteur de l'électrode composite tel que défini précédemment, l'électrode composite formant l'électrode dite inférieure, la plus proche du substrat. Le dispositif électroluminescent organique peut comprendre :
- une rangée de zones d'électrode composite (inférieure),
- au moins une couche discontinue en matériau(x) électroluminescente(s) organique(s) sous forme des zones de couche
électroluminescente et agencées sur les zones d'électrode composite (inférieure),
- une électrode supérieure discontinue et à couche électroconductrice sous forme de zones d'électrodes agencées sur les zones de couche électroluminescente.
Divers types de connexions sont possibles :
- une seule connexion en série de l'ensemble des zones électroluminescentes,
- un ensemble de connexion séries et parallèles, - des connexions série propres à chaque rangée.
On rappelle que dans une connexion série, le courant passe d'une zone d'électrode supérieure à la zone d'électrode inférieure adjacente.
Pour une connexion en série par rangée, les zones de couche électroluminescente peuvent être décalées des zones d'électrode inférieure dans la direction de la rangée et suivant un sens donné et les zones d'électrode supérieure être décalées des zones électroluminescentes dans la direction de la rangée et dans le même sens.
La distance entre les zones électroluminescentes de rangées distinctes peut être supérieure à la distance entre les zones d'une même rangée, de préférence à partir de 100 μm, notamment entre 100 μm et 250 μm.
Chaque rangée est ainsi indépendante. Si une des zones dans chaque rangée est défectueuse, la rangée entière fonctionne quand même. Et les rangées adjacentes sont intactes.
Le dispositif électroluminescent organique selon l'invention peut être fourni avec ou sans les amenées de courant.
Deux bandes d'amenée de courant, continues ou discontinues, formant une partie d'un collecteur ou d'un distributeur de courant peuvent être respectivement en liaison électrique avec un bord périphérique de l'électrode composite inférieure, et avec un bord périphérique de l'électrode supérieure. Ces bandes d'amenée de courant peuvent être de préférence d'épaisseur comprise entre 0,5 à 10 μm et larges de 0,5 mm et peuvent être sous diverses formes :
- une monocouche métallique en l'un des métaux suivants : Mo, Al,
Cr, Nd ou en alliage de métaux tels que MoCr, AINd,
- une multicouche métallique à partir des métaux suivants : Mo, Al, Cr, Nd, telle que MoCr/AI/MoCr,
- en émail conducteur par exemple à l'argent et sérigraphié, - en matière conductrice ou chargée de particules conductrices et déposée par jet d'encre,
- en polymère conducteur dopé ou non par des métaux, de l'argent par exemple.
Pour l'électrode supérieure, on peut utiliser une couche mince métallique dite « TCC » (pour « Transparent conductive coating » en anglais) par exemple en Ag, Al, Pd, Cu, Pd, Pt In, Mo, Au et typiquement d'épaisseur entre 5 et 50 nm en fonction de la transmission/réflexion lumineuse souhaitée. L'électrode supérieure peut être une couche électroconductrice avantageusement choisie parmi les oxydes métalliques notamment les matériaux suivants: l'oxyde de zinc dopé, notamment à l'aluminium ZnO:AI ou au gallium ZnO:Ga, ou encore l'oxyde d'indium dopé, notamment à l'étain
(ITO) ou l'oxyde d'indium dopé au zinc (IZO).
On peut utiliser plus généralement tout type de couche électroconductrice transparente, par exemple une couche dite « TCO » (pour « Transparent Conductive Oxyde » en anglais), par exemple d'épaisseur entre
20 et 1000 nm.
Le dispositif OLED peut produire de la lumière monochromatique, notamment bleu et/ou verte et/ou rouge, ou être adaptée pour produire une lumière blanche. Pour produire de la lumière blanche plusieurs méthodes sont possibles : mélange de composés (émission rouge vert, bleu) dans une seule couche, empilement sur la face des électrodes de trois structures organiques
(émission rouge vert, bleu) ou de deux structures organiques (jaune et bleu), série de trois structures organiques adjacentes organiques (émission rouge vert, bleu), sur la face des électrodes une structure organique dans une couleur et sur l'autre face des couches luminophores adaptés.
Le dispositif OLED peut comprendre une pluralité de systèmes électroluminescents organiques adjacents, chacun émetteur de lumière
blanche ou, par série de trois, de lumière rouge, verte et bleu, les systèmes étant par exemple connectés en série.
Chaque rangée peut par exemple émettre suivant une couleur donnée.
Le dispositif OLED peut faire partie d'un vitrage multiple, notamment un vitrage sous vide ou avec lame d'air ou autre gaz. Le dispositif peut aussi être monolithique, comprendre un vitrage monolithique pour gagner en compacité et/ou en légèreté.
Le système OLED peut être collé ou de préférence feuilleté avec un autre substrat plan dit capot, de préférence transparent tel qu'un verre, à l'aide d'un intercalaire de feuilletage, notamment extraclair.
Les vitrages feuilletés sont usuellement constitués de deux substrats rigides entre lesquels est disposée une feuille ou une superposition de feuilles de polymère du type thermoplastique. L'invention inclut aussi les vitrages feuilletés dits « asymétriques » utilisant un substrat notamment porteur rigide du type verre et comme substrat couvrant une ou des feuilles protectrices de polymère.
L'invention inclut aussi les vitrages feuilletés ayant au moins une feuille intercalaire à base d'un polymère adhésif simple ou double face du type élastomère (c'est-à-dire ne nécessitant pas une opération de feuilletage au sens classique du terme, feuilletage imposant un chauffage généralement sous pression pour ramollir et rendre adhérente la feuille intercalaire thermoplastique).
Dans cette configuration, le moyen pour solidariser capot et substrat porteur peut être alors un intercalaire de feuilletage notamment une feuille de matière thermoplastique par exemple en polyuréthane (PU), en polyvinylbutyral (PVB), en éthylène vinylacétate (EVA), ou être en résine pluri ou mono-composants réticulable thermiquement (époxy, PU) ou aux ultraviolets (époxy, résine acrylique). Elle est de préférence (sensiblement) de même dimension que le capot et le substrat. L'intercalaire de feuilletage peut permettre d'éviter un fléchissement du capot notamment pour des dispositifs de grande dimension par exemple de surface supérieure à 0,5m2.
L'EVA offre en particulier de multiples avantages :
- il n'est pas ou peu chargé en eau en volume,
- il ne nécessite pas nécessairement une mise sous pression élevée pour sa mise en œuvre.
Un intercalaire de feuilletage thermoplastique peut être préféré à une couverture en résine coulée car elle est à la fois plus facile à mettre en œuvre, plus économique et est éventuellement plus étanche.
L'intercalaire comporte éventuellement un réseau de fils électroconducteurs incrustés sur sa surface, dite interne, en regard de l'électrode supérieure, et/ou une couche électroconductrice ou des bandes électroconductrices sur la surface interne du capot.
Le système OLED peut être disposé de préférence à l'intérieur du double vitrage, avec une lame de gaz notamment inerte (argon par exemple).
En outre, il peut être avantageux d'ajouter un revêtement ayant une fonctionnalité donnée sur la face opposée du substrat porteur de l'électrode selon l'invention ou sur un substrat additionnel. Il peut s'agir d'une couche anti-buée (à l'aide d'une couche hydrophile), anti-salissures (revêtement photocatalytique comprenant du TiO2 au moins partiellement cristallisé sous forme anatase), ou encore un empilement anti-reflet du type par exemple
Si3NVSiO2ZSi3NVSiO2 ou encore un filtre aux UV comme par exemple une couche d'oxyde de titane (TiO2). Il peut en outre s'agir une ou plusieurs couches luminophores, d'une couche miroir, d'au moins une couche diffusante d'extraction de lumière.
L'invention concerne également les diverses applications que l'on peut trouver à ces dispositifs OLEDS, formant une ou des surfaces lumineuses transparentes et/ou réfléchissantes (fonction miroir) disposés aussi bien en extérieur qu'en intérieur.
Le dispositif peut former (choix alternatif ou cumulatif) un système éclairant, décoratif, architectural, (etc.), un panneau d'affichage de signalisation - par exemple du type dessin, logo, signalisation alphanumérique, notamment un panneau d'issue de secours -.
Le dispositif OLED peut être arrangé pour produire une lumière uniforme, notamment pour un éclairage homogène, ou pour produire différentes zones lumineuses, de même intensité ou d'intensité distincte.
Inversement, on peut rechercher un éclairage différencié. Le système électroluminescent organique (OLED) produit une zone de lumière directe, et une autre zone lumineuse est obtenue par extraction du rayonnement OLED qui est guidé par réflexions totales dans l'épaisseur du substrat choisi verrier. Pour former cette autre zone lumineuse, la zone d'extraction, peut être adjacente, au système OLED ou de l'autre côté du substrat. La ou les zones d'extraction peuvent servir par exemple pour renforcer l'éclairage fourni par la zone de lumière directe, notamment pour un éclairage de type architectural, ou encore pour signaler le panneau lumineux. La ou les zones d'extraction sont de préférence sous forme de bande(s) de lumière, notamment uniforme(s), et préférentiellement disposée(s) en périphérie d'une des faces. Ces bandes peuvent par exemple former un cadre très lumineux.
L'extraction est obtenue par l'un au moins des moyens suivants disposés dans la zone extraction : une couche diffusante, de préférence à base de particules minérales et de préférence avec un liant minéral, le substrat rendu diffusant, notamment texture ou rugueux.
Les deux faces principales peuvent avoir chacune une zone de lumière directe.
Lorsque les électrodes et la structure organique du système OLED sont choisies transparentes, on peut réaliser notamment une fenêtre éclairante.
L'amélioration de l'éclairage de la pièce n'est alors pas réalisée au détriment de la transmission lumineuse. En limitant en outre la réflexion lumineuse notamment du côté extérieur de la fenêtre éclairante, cela permet aussi de contrôler le niveau de réflexion par exemple pour respecter les normes anti- éblouissement en vigueur pour les façades de bâtiments.
Plus largement, le dispositif, notamment transparent par partie(s) ou entièrement, peut être :
- destiné au bâtiment, tel qu'un vitrage lumineux extérieur, une cloison lumineuse interne ou une (partie de) porte vitrée lumineuse notamment coulissante,
- destiné à un véhicule de transport, tel qu'un toit lumineux, une (partie de) vitre latérale lumineuse, une cloison lumineuse interne d'un véhicule terrestre, aquatique ou aérien (voiture, camion train,
avion, bateau etc),
- destiné au mobilier urbain ou professionnel tel qu'un panneau d'abribus, une paroi d'un présentoir, d'un étalage de bijouterie ou d'une vitrine, une paroi d'une serre, une dalle éclairante, - destiné à l'ameublement intérieur, un élément d'étagère ou de meuble, une façade d'un meuble, une dalle éclairante, un plafonnier, une tablette éclairante de réfrigérateur, une paroi d'aquarium,
- destiné au rétroéclairage d'un équipement électronique, notamment d'écran de visualisation ou d'affichage, éventuellement double écran, comme un écran de télévision ou d'ordinateur, un écran tactile.
On peut par exemple concevoir un rétro éclairage d'un écran double face avec des tailles différentes, l'écran de petite taille étant de préférence associé à une lentille de Fresnel pour concentrer la lumière. Pour former un miroir éclairant, l'une des électrodes peut être réfléchissante ou un miroir peut être disposé sur la face opposée au système OLED, si l'on souhaite privilégier un éclairage d'un seul côté dans la zone de lumière directe.
Il peut être aussi un miroir. Le panneau lumineux peut servir à l'éclairage d'une paroi de salle de bains ou d'un plan de travail de cuisine, être un plafonnier.
Les OLED sont généralement dissociés en deux grandes familles suivant le matériau organique utilisé.
Si les couches électroluminescentes sont des petites molécules on parle de SM-OLED (« Small Mollecule Organic Light Emitting Diodes » en anglais).
Le matériau électroluminescent organique de la couche mince est constitué à partir de molécules évaporées comme par exemple le complexe d'AIQ3 (tris(8- hydroxyquinoline) aluminium), le DPVBi (4,4'-(diphényl vinylène biphényl)), le
DMQA (diméthyl quinacridone) ou le DCM (4-(dicyanométhylène)-2-méthyl-6- (4-diméthylaminostyryl)-4H-pyran).La couche émissive peut être aussi par exemple par une couche de 4,4',4f'-tri(N-carbazolyl) triphenylamine (TCTA) dopé au fac tris(2-phenylpyridine) iridium [Ir(ppy)3].
D'une manière générale la structure d'une SM-OLED consiste en un empilement de couche d'injection de trous ou « HIL » pour « HoIe Injection
Layer » en anglais, couche de transport de trous ou « HTL " pour « HoIe
Transporting Layer » en anglais, couche émissive, couche de transport d'électron ou « ETL » pour « Electron Transporting Layer » en anglais.
Un exemple de couche d'injection de trous est le phthalocyanine de cuivre (CuPC), la couche de transport de trous peut être pare exemple le N, N'- Bis(naphthalen-l-yl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine (alpha-NPB).
La couche de transport d'électron peut être composée de tris-(8- hydroxyquinoline) aluminum (AIq3) ou le bathophenanthroline (BPhen).
L'électrode supérieure peut être une couche de Mg/AI ou Li F/AI .
Des exemples d'empilements électroluminescents organiques sont par exemple décrits dans le document US 6 645 645.
Si les couches électroluminescentes organiques sont des polymères on parle de PLED (Polymer Light Emitting Diodes en anglais).
Le matériau électroluminescent organique de la couche mince est constitué à partir de CES polymères (pLEDs) comme par exemple le PPV pour poly(para-phénylène vinylène), le PPP (poly(para-phénylène), le DO-PPP
(poly(2-décyloxy-l,4-phénylène), le MEH-PPV (poly[2-(2'-éthylhexyloxy)-5- méthoxy-l,4-phénylène vinylène)]), le CN-PPV (poly[2,5-bis(hexyloxy)-l,4- phénylène-(l-cyanovinylène)]) ou les PDAF (poly(dialkylfluorène), la couche de polymère est associée également à une couche qui favorise l'injection des trous (HIL) constituée par exemple du PEDT/PSS (poly (3,4-ethylène- dioxythiophène/ poly(4-styrène sulfonate)). Un exemple de PLED consiste en un empilement suivant :
- une couche de poly(2,4-ethilene dioxythiophene) dopé au poly(styren sulphonate) (PEDOT : PSS) de 50nm,
- une couche de phenyl poly (p-phenylenevynilene) Ph-PPV de 50nm. L'électrode supérieure peut être une couche de Ca. L'invention porte aussi sur le procédé de fabrication de l'électrode composite sur le substrat porteur tel que défini précédemment comportant, dans une première configuration, les étapes suivantes :
- une première étape de formation directe de l'arrangement en réseau du conducteur, comprenant au moins l'un des dépôts suivants:
- un dépôt du matériau électroconducteur du réseau par tampon encreur ou par jet d'encre conductrice sur le substrat, - un dépôt dans un réseau de gravure du substrat, de préférence verrier.
- une deuxième étape comprenant un dépôt par voie liquide du revêtement électroconducteur.
Ou, dans une deuxième configuration, les étapes suivantes : - une première étape de formation directe de l'arrangement en réseau du conducteur incluant un dépôt du matériau électroconducteur, au travers d'une couche sur le substrat de préférence verrier, dite masque, avec des ouvertures autoorganisées en réseau, jusqu'à remplir une fraction de la profondeur des ouvertures, - éventuellement, au préalable de la première étape, une gravure du substrat à travers des ouvertures du masque, ancrant ainsi partiellement (ou totalement) le réseau dans le substrat,
- le retrait éventuel du masque
- une deuxième étape comprenant un dépôt par voie liquide du revêtement électroconducteur.
Comme déjà indiqué, le dépôt du matériau électroconducteur du réseau dans le masque et/ou dans le réseau de gravure peut être de préférence réalisé par un dépôt simple, non sélectif, de préférence par dépôt sous vide, notamment par évaporation, ou encore par voie liquide, notamment par raclage d'une encre conductrice, par trempage , par impression (plane ou rotative) Ce dépôt est éventuellement complété par une recharge électrolytique par un métal tel que l'or, l'argent, le cuivre.
Dans la deuxième configuration, le procédé selon l'invention comporte une étape de formation du masque comprenant : - le dépôt sur le substrat (nu ou revêtu) d'une couche dite de masquage,
- la cuisson (c'est-à-dire un séchage si la couche est liquide) de la couche de masquage jusqu'à l'obtention des ouvertures en réseau formant ledit masque.
La couche de masquage peut être avantageusement une solution de particules colloïdales stabilisées et dispersées dans un solvant, notamment une solution aqueuse de colloïdes à base de copolymères acryliques.
On peut obtenir un réseau bidimensionnel d'ouvertures à bord sensiblement droit, formant le masque avec un maillage d'ouvertures aléatoire, apériodique dans au moins une direction.
Un tel réseau d'ouvertures a nettement plus d'interconnexions que le masque sol gel de silice fissuré. Par ce procédé selon l'invention, on forme ainsi un maillage d'ouvertures, qui peuvent être réparties sur toute la surface, permettant d'obtenir des propriétés isotropes.
Le masque présente ainsi une structure aléatoire, apériodique sur au moins une direction, voire sur deux (toutes) directions.
Grâce à ce procédé particulier, il est possible d'obtenir, à moindre coût, un masque constitué de motifs aléatoires (forme et/ou taille), apériodiques de dimensions caractéristiques adaptées :
- largeur (moyenne) du réseau A micronique, voire nanométrique, en particulier entre quelques centaines de nanomètres à quelques dizaines de micromètres, notamment entre 200 nm et 50 μm,
- taille (moyenne) de motif B millimétrique voire submillimétrique, notamment compris entre 5 à 500 μm, voire 100 à 250 μm,
- rapport B/A ajustable notamment en fonction de la nature des particules, notamment entre 7 et 20 voire 40,
- écart entre la largeur maximale d'ouvertures et la largeur minimale d'ouvertures inférieur à 4, voire inférieur ou égal à 2, dans une région donnée du masque, voire sur la majorité ou toute la surface,
- écart entre la dimension maximale de maille (motif) et la dimension minimale de maille inférieur à 4, voire inférieur ou égal à 2, dans une région donnée du masque, voire sur la majorité ou même toute la surface,
- le taux de maille ouverte (interstice non débouchante, « en aveugle »), est inférieur à 5%, voire inférieur ou égal 2%, dans une région donnée du masque, voire sur la majorité ou toute la surface, donc avec une rupture de réseau limité voir quasi nul, éventuellement réduite, et supprimable par gravure du réseau,
- pour une maille donnée, la majorité voire toutes les mailles, dans une région donnée ou sur toute la surface, l'écart entre la plus grande dimension caractéristique de maille et la plus petite dimension caractéristique de maille est inférieur à 2, pour renforcer l'isotropie, - pour la majorité voire tous les segments du réseau, les bords sont d'écartement constant, parallèles, notamment à l'échelle de 10 μm (par exemple observé au microscope optique avec un grossissement de 200).
La largeur A peut être par exemple entre 1 et 20 μm, voire entre 1 et 10 μm, et B entre 50 et 200 μm. Ceci permet de réaliser par la suite une grille définie par une largeur de brin moyenne sensiblement identique à la largeur des ouvertures et un espace (moyen) entre les brins sensiblement identique à l'espace entre les ouvertures (d'une maille). En particulier les tailles des brins peuvent de préférence être comprises entre quelques dizaines de micromètres à quelques centaines de nanomètres. Le rapport B/ A peut être choisi entre 7 et 20, voire 30 à 40.
Les mailles délimitées par les ouvertures sont de formes diverses, typiquement trois, quatre, cinq cotés, par exemple majoritairement quatre cotés, et/ou de taille diverses, distribuées de façon aléatoire, apériodique.
Pour la majorité ou toutes les mailles, l'angle entre deux cotés adjacents d'une maille peut être compris entre 60° et 110°, notamment entre 80° et 100°.
Dans une configuration, on obtient un réseau principal avec des ouvertures (éventuellement approximativement parallèles) et un réseau secondaire d'ouvertures (éventuellement approximativement perpendiculaires au réseau parallèle), dont la localisation et la distance sont aléatoires. Les ouvertures secondaires ont une largeur par exemple inférieure aux ouvertures principales.
Le séchage provoque une contraction de la couche de masque et une friction des nanoparticules au niveau de la surface induisant une contrainte de traction dans la couche qui, par relaxation, forme les ouvertures.
Contrairement au sol gel de silice, la solution est stable naturellement, avec des nanoparticules déjà formées, et de préférence ne contient pas (ou en quantité négligeable) d'élément réactif de type de précurseur de polymère.
Le séchage conduit en une étape à l'élimination du solvant et à la formation des ouvertures.
Après séchage on obtient ainsi des amas de nanoparticules, amas de taille variable et séparés par les ouvertures elle-même de taille variable. Pour obtenir les ouvertures sur toute la profondeur, il est nécessaire à la fois :
- de choisir des particules de taille limitée (nanoparticules), pour favoriser leur dispersion, avec préférablement une dimension caractéristique (moyenne) entre 10 et 300 nm, voire 50 et 150 nm, - de stabiliser les particules dans le solvant (notamment par traitement par des charges de surface, par exemple par un tensioactif, par contrôle du PH), pour éviter qu'elles ne s'agglomèrent entre elles, qu'elles précipitent et/ou qu'elles ne tombent par gravité.
En outre on ajuste la concentration de particules, préférablement entre 5%, voire 10% et 60% en poids, encore plus préférentiellement entre 20% et 40 %. On évite l'ajout de liant.
Le solvant est de préférence à base d'eau, voire entièrement aqueux.
Dans un premier mode de réalisation, la solution de colloïdes comporte des nanoparticules polymériques (et de préférence avec un solvant à base d'eau voire entièrement aqueux). On choisit par exemple des copolymères acryliques, des styrènes des polystyrènes, poly(meth)acrylates, des polyesters ou leurs mélanges.
Dans un deuxième mode de réalisation, la solution comporte des nanoparticules minérales, de préférence de la silice, de l'alumine, de l'oxyde de fer.
Les particules ayant une température de transition vitreuse Tg donnée, le dépôt et le séchage peuvent être de préférence mis en œuvre à une température inférieure à ladite température Tg pour une meilleure maîtrise de la morphologie du masque grille. Les étapes de dépôt et de séchage du procédé peuvent être notamment mises en œuvre (sensiblement) à température ambiante, typiquement entre 20° et 25°C. Un recuit n'est pas nécessaire.
L'écart entre la température de transition vitreuse Tg donné des
particules et la température de séchage étant de préférence supérieur à 100C voire 200C.
Les étapes de dépôt et de séchage du procédé peuvent être mises en œuvre sensiblement à pression atmosphérique plutôt qu'un séchage sous vide par exemple.
On peut modifier les paramètres de séchage (paramètre de contrôle), notamment le degré d'humidité, la vitesse de séchage, pour ajuster B, A, et/ou le rapport B/A.
Plus l'humidité est élevée (toutes choses égales par ailleurs), plus A est faible.
Plus la température est élevée (toutes choses égales par ailleurs), plus B est élevé.
En modifiant les paramètres de contrôle choisis parmi le coefficient de frottement entre les colloïdes compactés et la surface du substrat, la taille des nanoparticules, la vitesse d'évaporation, la concentration initiale en particules, la nature du solvant, l'épaisseur dépendant de la technique de dépôt, on peut ajuster le rapport B/A.
Les bords du masque sont sensiblement droits c'est à dire suivant un plan moyen compris entre 80 et 100° par rapport à la surface, voire même entre 85° et 95°.
Grâce aux bords droits la couche déposée discontinue (pas ou peu de dépôt le long des bords) et on peut ainsi retirer le masque revêtu sans abimer le réseau en grille. Par souci de simplicité on peut privilégier des techniques de dépôts du matériau de grille directionnelles. Le dépôt peut s'effectuer à la fois au travers des interstices et sur le masque.
On peut procéder au nettoyage des ouvertures en réseau préalablement à l'élaboration de la première étape de dépôt, de préférence à l'aide d'une source plasma à pression atmosphérique.
La surface pour le dépôt de la couche de masque à base de colloïdes est filmogène notamment hydrophile si solvant est aqueux. Il s'agit de la surface du substrat : verre, plastique (polycarbonate par exemple) ou d'une sous-couche rajoutée éventuellement fonctionnelle : couche hydrophile
(couche de silice, par exemple sur plastique) et/ou couche barrière aux
alcalins et/ou couche promotrice d'adhésion du matériau de grille, et/ou couche électroconductrice (transparente).
Cette sous couche n'est pas forcément une couche de croissance pour un dépôt électrolytique du matériau de grille. Entre la couche de masque il peut y avoir plusieurs sous couches.
Le substrat selon l'invention peut ainsi comporter une sous-couche (notamment en couche de fond, la plus proche du substrat), continue, susceptible d'être une barrière aux alcalins.
Elle protège de toute pollution le matériau de grille (pollutions qui peuvent entraîner des défauts mécaniques tels que des délaminations), dans le cas d'un dépôt électroconducteur (pour former électrode notamment), et préserve en outre sa conductivité électrique.
La couche de fond est robuste, facile et rapide à déposer suivant différentes techniques. On peut la déposer, par exemple par une technique de pyrolyse, notamment en phase gazeuse (technique souvent désignée par l'abréviation anglaise de C.V. D, pour « Chemical Vapor Déposition »). Cette technique est intéressante pour l'invention car des réglages appropriés des paramètres de dépôt permettent d'obtenir une couche très dense pour une barrière renforcée. La couche de fond peut être éventuellement dopée à l'aluminium et/au bore pour rendre son dépôt sous vide plus stable. La couche de fond (monocouche ou multicouche, éventuellement dopée) peut être d'épaisseur entre 10 et 150 nm, encore plus préférentiellement entre 15 et 50 nm .
La couche de fond peut être de préférence : - à base d'oxyde de silicium, d'oxycarbure de silicium, couche de formule générale SiOC, à base de nitrure de silicium, d'oxynitrure de silicium, d'oxycarbonitrure de silicium, couche de formule générale SiNOC, notamment SiN en particulier SÎ3N4. On peut préférer tout particulièrement une couche de fond
(essentiellement) en nitrure de silicium SÎ3N4/ dopé ou non. Le nitrure de silicium est très rapide à déposer et forme une excellente barrière aux alcalins.
Comme couche promotrice d'adhésion du matériau de grille métallique (argent, or), notamment sur du verre, on peut choisir une couche à base de NiCr, de Ti, Nb, Al, d'oxyde métallique simple ou mixte, dopé ou non, (ITO...), couche par exemple d'épaisseur inférieure ou égale à 5 nm. Si le substrat est hydrophobe, on peut rajouter une couche hydrophile telle qu'une couche de silice.
Toujours dans la deuxième configuration, on peut avant la deuxième étape de dépôt prévoir une étape d'enlèvement de préférence par voie liquide, par exemple par dissolution chimique sélective du masque (dans de l'eau, alcool, acétone, solutions acide ou basique), éventuellement à chaud et/ou assisté par ultrasons, jusqu'à laisser révéler ledit réseau électroconducteur.
Toujours dans la deuxième configuration, on peut avant la deuxième étape de dépôt, prévoir une étape d'enlèvement, par exemple par dissolution chimique sélective du masque (dans de l'eau, alcool, solutions acide ou basique), jusqu'à laisser révéler ledit réseau électroconducteur.
Dans la première configuration ou la deuxième configuration (après retrait du masque jusqu'à laisser révéler ledit réseau électroconducteur), on peut prévoir un dépôt d'une matière de remplissage d'épaisseur inférieure.
Cette matière de remplissage peut être éventuellement également diffusante, haut indice, et en les matériaux déjà décrits, notamment être une couche sol-gel.
Le dépôt peut être réalisé par exemple par impression, par sérigraphie, par raclage d'une encre, par trempage, par pulvérisation liquide, en fonction des matériaux et des formulations choisis. Dans la première configuration ou la deuxième configuration (après retrait du masque jusqu'à laisser révéler ledit réseau électroconducteur), on peut prévoir dans une alternative, une étape de remplissage des brins et de couverture du réseau électroconducteur par une matière de remplissage surfaçable, un éventuel traitement thermique, suivi d'une étape de polissage mécanique jusqu'à obtenir un réseau électroconducteur et une couche de remplissage (sensiblement) de même hauteur et avec une surface suffisamment lisse avant ladite deuxième étape.
Cette couche de remplissage surfaçable peut être sérigraphiée par
exemple de la fritte de verre, ou être une couche sol gel de préférence transparente par exemple une couche de silice minérale ou hybride déjà décrite.
La couche de remplissage est isolante, le surfaçage doit naturellement permettre de découvrir la surface des brins pour un contact électrique avec le revêtement électrocondcuteur sus-jacent.
Le traitement thermique sert par exemple à fondre la fritte de verre ou, pour la couche sol gel, à éliminer le solvant et/ou à densifier la couche. Plusieurs traitements thermiques sont naturellement possibles. Grâce au polissage, la deuxième étape de dépôt peut même être par une étape de dépôt par voie gazeuse, par pulvérisation notamment d'un oxyde métallique conducteur simple, dopé et/ou mixte comme ceux déjà décrits.
Dans la deuxième configuration, et en utilisant un masque conservé et polissable, tel que le masque sol- gel hybride déjà décrit, on peut prévoir une étape de polissage mécanique jusqu'à obtenir un réseau électroconducteur et un masque de même hauteur et avec une surface lisse avant la deuxième étape de dépôt.
A nouveau, grâce au polissage, la deuxième étape de dépôt peut même être par une étape de dépôt par voie gazeuse, par pulvérisation notamment d'un oxyde métallique conducteur simple, dopé et/ou mixte comme ceux déjà décrits.
De préférence l'électrode composite, à tout le moins le revêtement électroconducteur, est résistante aux étapes de fabrication de l'OLED suivantes : - tenue à 2000C pendant 1 h,
- tenue à un pH de 13 (solution de nettoyage),
- tenue à un pH compris entre 1,5 et 2 (en particulier si dépôt pour le revêtement électroconducteur de PEDOT, avant l'empilement OLED),
- résistance à l'arrachement (test au scotch). L'invention sera maintenant décrite plus en détails à l'aide d'exemples non limitatifs et de figures :
- La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un premier dispositif électroluminescent organique, lequel comprend une
électrode inférieure composite suivant un premier mode de réalisation de l'invention,
- La figure 2 illustre une vue schématique de dessus du réseau de l'électrode utilisé dans le dispositif de la figure 1, - La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un deuxième dispositif électroluminescent organique, lequel comprend une électrode inférieure composite suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention,
- La figure 4 est une vue schématique en coupe d'un troisième dispositif électroluminescent organique, lequel comprend une électrode inférieure composite suivant un troisième mode de réalisation de l'invention
On précise que par souci de clarté les différents éléments des objets représentés ne sont pas reproduits à l'échelle.
DISPOSITIFS ELECTROLUMINESCENTS ORGANIQUES
Exemple 1
La figure 1, volontairement très schématique, elle représente en coupe latérale un dispositif électroluminescent organique 100 (émission à travers le substrat ou « bottom émission » en anglais).
Ce dispositif 100 comporte un substrat plan 1 de verre silico-sodo- calcique clair, par exemple rectangulaire, de 0,7 mm d'épaisseur, avec des première et deuxième faces principales 11,12. La première face principale 11 comporte:
- une électrode inférieure composite 2, détaillée plus tard,
- un système électroluminescent organique 3, par exemple un SM- OLED de structure suivante :
- une couche en alpha-NPD, - une couche en TCTA + Ir(ppy)3,
- une couche en BPhen,
- une couche en LiF,
- une électrode supérieure réfléchissante 4, notamment métallique
notamment à base d'argent ou d'aluminium.
Plus précisément, l'électrode inférieure composite 2 comporte d'abord un conducteur en réseau apériodique 21, épais de 1 μm, formé de brins irréguliers à base d'argent, de largeur moyenne A de l'ordre de 3 μm, et espacées entre eux d'une distance moyenne B de l'ordre de 30 μm, avec un rapport B/A de 10.
De cette façon, par un choix judicieux de B/A et de l'épaisseur, la résistance carré de ce réseau 21, particulièrement basse, est de 0,6 Ohm/carré environ. La transmission lumineuse TL de ce réseau 21 est de 70% environ et les brins sont invisibles à l'œil nu.
De manière optionnelle, on peut déposer sur les brins métalliques une surcouche de protection en nickel ou chrome d'épaisseur d'une dizaine de nm, pour former ainsi des brins composites.
Entre les brins du réseau 21, on utilise une couche de remplissage haut indice 23, formée de nanoparticules de TiO2 de taille inférieure à 50 nm.
L'indice est de l'ordre de 1,8. Cette couche 23 peut être déposée avec un solvant qui est ensuite évaporé. Cette couche 23 améliore l'extraction des modes guidés dans les couches organiques.
Le revêtement électroconducteur 22, en PEDOT/ PSS déposé par voie liquide, est de résistivité pi de l'ordre de 10"1 Ohm. cm, d'épaisseur de l'ordre de 100 nm, vient combler l'espace restant et lisser l'électrode 2.
Le réseau électroconducteur 21 est fabriqué par évaporation d'argent sur un masque doté d'un réseau d'ouvertures autoorganisées. Le masque est retiré ensuite. L'arrangement irrégulier du réseau électroconducteur 21 avec ses brins 210 est montré en figure 2.
Pour l'alimentation électrique des électrodes 2, 4, on pratique, avant le dépôt des couches organiques 3, une ouverture de l'électrode composite 2 à proximité d'un bord longitudinal et de préférence sur toute sa longueur. Cette ouverture est réalisée par exemple par laser et est large de 150 μm environ. On vient ensuite passiver cette zone gravée au moyen d'une résine isolante 5 de type acrylique.
Dans les zones de jonction électrique, prévues ici à proximité des bords longitudinaux, on préfère rajouter des bus bars conventionnels 6 par
exemple en sérigraphiant de l'argent sur les électrodes 2, 4.
Le dispositif 100 produit un éclairage homogène sur une surface qui peut être grande. Si l'on souhaite créer une pluralité de zones lumineuses, on réalise au moment de la gravure pour la connectique, d'autres gravures laser adéquates, par exemple larges de 150 μm, et on passive ensuite.
Exemple 2
La figure 3 montre une vue de coupe d'un dispositif électroluminescent organique 3200 qui comprend une électrode composite 2". Seules les modifications par rapport au dispositif 100 sont détaillées ci après.
Entre les brins du réseau 210, est intercalée une couche de remplissage 230 en fritte de verre fondue.
La surface formée par les brins du réseau 210 et de la fritte de verre fondue 230 est lissée par polissage mécanique en employant par exemple un polissage à l'alumine, ou à l'oxyde cérium etc. Cette fritte de verre peut en variante être haut indice.
Pour la fabrication de l'électrode composite 210, on dépose de la fritte de verre entre les brins du réseau 210 et au-delà jusqu'à former une surcouche sur les brins. Après recuit, on vient ensuite araser la surface jusqu'au niveau des brins.
On peut alternativement choisir comme couche de remplissage une couche sol-gel, par exemple une couche de silice hybride obtenue à partir d'un sol composé de Méthyltriéthoxysilane (MTEOS). Le précurseur est hydrolyse dans un milieu eau/éthanol, l'eau étant acidifiée à pH = 2 avec de l'acide chlorhydrique. Pour 1 mole de MTEOS, on ajoute 3 moles d'eau et 3 moles d'éthanol. La formulation est déposée de préférence par trempage ou par pulvérisation liquide. La formulation déposée est séchée à 1000C puis subit un traitement thermique d'une heure à 4500C. On peut de préférence choisir de déposer la formulation en surcouche, et après séchage éventuel et recuit, de polir la couche sol gel, en arasant la surface jusqu'au niveau des brins.
Cette couche sol gel peut être haut indice par exemple en étant chargée avec du ZrO2.
La couche de remplissage 230 étant isolante, on choisit le revêtement électroconducteur 220 de résistivité assez basse. Le revêtement électroconducteur 220 préserve le lissage et permet de répartir le courant.
Grâce au polissage, on peut choisir de déposer le revêtement électroconducteur 220 par dépôt par voie gazeuse. On choisit par exemple de déposer par pulvérisation de l'ITO pour obtenir une résistivité pi de l'ordre de 10"4 Ohm. cm, avec une épaisseur à partir de 40 nm. On peut aussi former une couche sol gel d'ITO de résistivité pi de l'ordre de 10"2 à 10"3 Ohm. cm, avec une épaisseur de l'ordre de 70 nm. Le revêtement électroconducteur peut être alternativement du
PEDOT/PSS déposé par voie liquide.
Dans une variante du dispositif électroluminescent organique 400, on n'utilise pas de fritte de verre polie car on conserve un masque à réseau d'ouvertures autoorganisés, typiquement des fissures, utilisé pour fabriquer le réseau de l'électrode. Il s'agit d'un masque monolithique solide et poli par exemple une couche sol-gel hybride. De préférence on choisit une couche de silice obtenue à partir d'un sol composé de triéthoxysilane (TEOS) et de Méthyltriéthoxysilane (MTEOS) dans un ratio molaire égal à 1. Les précurseur sont hydrolyses dans un milieu eau/éthanol, l'eau étant acidifiée à pH = 2 avec de l'acide chlorhydrique. La concentration massique en précurseurs est de 45%. La formulation est déposée de préférence par trempage ou par pulvérisation liquide. Après dépôt, la formulation subit directement un traitement thermique haute température, par exemple d'une heure à 4500C, pour générer les fissures. Pour la fabrication de l'électrode composite lissée, on dépose du matériau conducteur de réseau, par exemple de l'argent, par voie liquide par exemple par raclage d'une encre jusqu'à remplir une fraction de la hauteur du masque. On vient ensuite araser la surface du masque par polissage jusqu'au niveau des brins.
Exemple 3
La figure 4 montre une vue de coupe d'un dispositif électroluminescent organique 300 qui comprend une électrode composite 20'. Seules les
modifications par rapport au dispositif 100 sont détaillées ci après.
Le réseau électroconducteur 210' est dans un réseau de gravure 110 du verre 1, d'un micron d'épaisseur.
On utilise un masque sol gel fissuré sur le verre par exemple à base de silice hybride ou non.
On grave le substrat par voie humide avec une solution HF.
Le dépôt du matériau du réseau est réalisé en gardant le masque sol gel, le dépôt s'effectuant au travers des fissures. On choisit de préférence un dépôt sous vide, par exemple un dépôt d'argent par évaporation ou un dépôt d'ITO ou d'IZO par pulvérisation. On peut aussi choisir une voie liquide par exemple par raclage d'une encre à l'argent. On peut contrôler l'épaisseur de dépôt pour remplir de préférence entièrement les zones gravées.
Si l'on retire le masque avant dépôt du matériau de réseau, on procède ensuite à un polissage du verre pour éliminer sur sa surface libre le dépôt électroconducteur.
Le revêtement électroconducteur 220' peut être par exemple du PEDOT/PSS déposé par voie liquide d'épaisseur à partir de 50 nm.
On veille à ce que la gravure longitudinale 51 pour la connectique soit plus profonde que le réseau de gravure 110.
Dans tous les exemples, la surface externe du revêtement est telle que, en partant d'un profil dit réel de la surface externe sur la période moyenne du réseau B+A et en formant un profil corrigé par filtrage nanométrique pour éliminer la microrugosité locale, on obtient, en tout point du profil corrigé, un angle formé par la tangente au profil corrigé avec le plan moyen du profil corrigé inférieur ou égal à 45°.
En partant du profil résiduel formé par la différence entre le profil réel et le profil corrigé, on obtient, en tout point du profil corrigé, une différence d'altitude maximale entre le point le plus haut et le point le plus bas du profil résiduel au moins inférieure à 50 nm sur la période moyenne du réseau B+A.
FABRICATION DE L'ELECTRODE COMPOSITE
On donne ci-après un exemple de fabrication de l'électrode composite employant un masque à réseau d'ouvertures auto générées dans un mode de réalisation préféré. a) Fabrication du masque à ouvertures autoqénérées On réalise d'abord le masque à ouvertures autogénérées. Pour cela, on dépose par voie liquide une émulsion simple de particules colloïdales à base de copolymère acrylique stabilisées dans de l'eau selon une concentration massique de 40 %. Les particules colloïdales présentent une dimension caractéristique comprise de 80 à 100 nm et sont commercialisées sous la société DSM sous la marque Neocryl XK 52.
On procède alors au séchage de la couche dite de masquage incorporant les particules colloïdales de manière à faire évaporer le solvant. Ce séchage peut être réalisé par tout procédé approprié (séchage à l'air chaud
Lors de cette étape de séchage, le système s'auto-arrange et décrit des motifs suivant une structure caractérisée par la largeur moyenne du motif dénommé par la suite Al et la distance moyenne entre les motifs dénommé par la suite Bl. Ce masque stabilisé sera par la suite défini par le rapport Bl/Al. On obtient un masque stable sans avoir recours à un recuit. On peut modifier le rapport Bl/Al en adaptant par exemple le coefficient de frottement entre les colloïdes compactées et la surface du substrat, ou encore la taille des nanoparticules, voire aussi la vitesse d'évaporation, ou la concentration initiale en particules, ou la nature du solvant, ou l'épaisseur dépendant de la technique de dépôt. Afin d'illustrer ces diverses possibilités, on donne ci après un plan d'expériences avec deux concentrations de la solution de colloïdes (C0 et 0.5 x C0) et différentes épaisseurs déposées en réglant la vitesse de remontée de l'échantillon. On a déposé la solution par trempage. On remarque que l'on peut changer le rapport Bl/Al en changeant la concentration. Les résultats sont reportés dans le tableau suivant :
I 40 % I I io I I 40 I I 3,5 I 11,4 I
On a par ailleurs déposé la solution de colloïdes à la concentration de C0=40% en utilisant des tire-films de différentes épaisseurs. Ces expériences montrent que l'on peut varier la taille des motifs Al et la distance entre les motifs Bl en ajustant l'épaisseur initiale de la couche de colloïdes. Les résultats sont reportés dans le tableau suivant :
b) Nettoyage du masque L'utilisation d'une source plasma en tant que source de nettoyage des particules organiques situées en fond de fissure permet ultérieurement d'améliorer l'adhésion du matériau électroconducteur servant au réseau de l'électrode.
A titre d'exemple de réalisation, un nettoyage à l'aide d'une source plasma à pression atmosphérique, à plasma soufflé à base d'un mélange d'oxygène et d'hélium permet à la fois l'amélioration de l'adhésion du matériau déposé au fond des interstices et l'élargissement des interstices. On peut utiliser une source plasma de marque « ATOMFLOW » commercialisée par la société Surfx.
c) Fabrication du réseau électroconducteur
A partir de ce masque, on réalise le réseau électroconducteur de l'électrode composite selon l'invention. Pour ce faire, on procède au(x) dépôt(s), au travers du masque, de matériau(x) électroconducteur(s) jusqu'à remplir une fraction des interstices.
Comme métal, on peut choisir de préférence l'argent, l'aluminium. Comme oxydes conducteurs, on peut choisir de préférence de l'ITO, IZO, IGZO.
La largeur moyenne des brins conducteurs A est sensiblement égale à Al. La distance moyenne entre les brins conducteurs B est sensiblement égale à Bl.
d) Retrait du masque
Afin de révéler la structure du réseau à partir du masque, on procède à une opération de « lift off ». Le masque colloïdal est immergé dans une solution contenant de l'eau et de l'acétone (on choisit la solution de nettoyage en fonction de la nature des particules colloïdales) puis rincé de manière à ôter toutes les parties revêtues de colloïdes.
e) Remplissage et couverture du réseau
On procède au remplissage complet de l'espace entre les brins conducteurs par un matériau donné de préférence favorisant l'extraction des modes guidés dans les couches OLED (haut indice, diffusant..) et/ou étant électroconducteur, et à la couverture du réseau par un revêtement électroconducteur venant achever le lissage et ayant un rôle électrique de répartition du courant ou de maintien d'une conductivité verticale.
On peut en particulier venir combler l'espace entre brins et lisser en utilisant un même matériau faiblement électroconducteur, de résistivité adapté, comme dans l'exemple 1.
Il va de soi que l'invention s'applique de la même manière en utilisant d'autres systèmes électroluminescents organiques que ceux décrits dans les exemples, et en utilisant un substrat plastique.