JP2003508891A

JP2003508891A - 有機電子デバイスの封入

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Publication number: JP2003508891A
Application number: JP2001522203A
Authority: JP
Inventors: ベーリーフィリップ; ペルトーラジョーマ; パーカーイアン
Original assignee: デュポンディスプレイズインコーポレイテッド
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2003-03-04
Also published as: CA2381230A1; EP1208726A1; CN1385053A; TW508970B; KR20020066321A; WO2001019142A1

Abstract

(57)【要約】多孔質乾燥剤を備える気密性エンクロージャを用いることで、周囲の水蒸気および酸素とデバイスの製造で用いられる材料との反応を防止することによって、周囲の水蒸気および酸素がデバイス性能に有害な影響を与えることを防ぐ電子デバイス構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（本発明の属する技術分野）本発明は、ダイオードなど、例えば発光ダイオードおよび光検出ダイオードの
有機ポリマ系電子デバイスに関する。より詳細には、本発明は、高デバイス効率
をもたらすとともに商業的に許容される長い動作寿命を促進するデバイスの製造
プロセスおよび構造に関する。

【０００２】（本発明の背景）共役有機ポリマ層を用いて製造される固体電子デバイスが注目されている。共
役ポリマ系ダイオード、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）および光検出ダイオード
が、ディスプレイおよびセンサ技術で利用できる可能性があるために、特に注目
されている。この言及だけでなく、本明細書において参照される全ての追加の文
献、特許、および特許出願は、参照により組み込む。

【０００３】この種類のデバイスは、電子光活性（electrophotoactive）共役有機ポリマ層
またはフィルムを備え、この層またはフィルムは対向面上で電極（アノードおよ
びカソード）と隣接するとともに固体基板上に保持される構造をなしている。

【０００４】一般に、ポリマーダイオード、特にＬＥＤ内の活性層として用いられる材料と
しては、半導体共役ポリマ、例えばフォトルミネセンスを示す半導体共役ポリマ
が挙げられる。ある好ましい設定においては、ポリマは、フォトルミネセンスを
示すとともに、可溶性で溶液から均一な薄膜に加工できる半導体共役ポリマであ
る。

【０００５】従来、この有機ポリマ系電子デバイスのアノードは、比較的仕事関数の高い金
属と透明な非化学量論的な半導体、例えばインジウム／酸化スズで作られている
。このアノードは、そうでなければ充満している半導体発光ポリマのｐｉ−バン
ドにホールを注入する役目を果たす。

【０００６】比較的仕事関数の小さい金属（例えばバリウムまたはカルシウム）が、カソー
ド材料として多くの構造において好ましい。このような低仕事関数金属およびそ
の酸化物からなる超薄膜層が好ましい。この低仕事関数カソードは、そうでなけ
れば空である半導体発光ポリマのｐｉ^＊バンドに電子を注入する役目を果たす。
アノードから注入されたホールとカソードから注入された電子とが、活性層内で
再結合して放射することで発光する。

【０００７】カソードから電子を効率良く注入し、満足のいくデバイス特性を得るためには
、低仕事関数材料を用いることが必要である。しかし、残念なことに、低仕事関
数金属（カルシウム、バリウム、およびストロンチウムなど）およびその酸化物
は一般に、化学的に活性である。これらは酸素および水蒸気と室温で容易に反応
し、高温では反応がより激しくさえある。このような反応によって、金属に必要
な低仕事関数特性が破壊され、カソード材料と発光半導体ポリマとの間のクリテ
ィカルな界面が劣化する。これは、持続する問題であるため、デバイス効率（お
よび光出力）が貯蔵時および応力印加時に、特に高温において急速に減衰する。

【０００８】その他の有機ポリマ系固体デバイスも、同じ様な安定性の問題を示す。光検出
デバイスおよびデバイスアレイの構造および使用材料は、ポリマ系ＬＥＤで見ら
れるものと非常に類似している。ポリマ系ＬＥＤと光検出器との間の主な違いは
、非常に反応性が高い低仕事関数電極を用いる必要がないこと、および電極の電
気極性が多くの場合反対であることである。それでもやはり、水分および酸素は
このデバイスと反応するため、この場合も時間が経てばデバイス特性は低下する
。

【０００９】大気にさらすことの有害な影響を最小限に抑えるアプローチの１つとして、デ
バイスをバリアに入れて活性材料を酸素と水分とから隔離することが行われてい
る。このアプローチはある程度成功しているが、このような少量の水分がエンク
ロージャ内部に捕われ、またはエンクロージャ内部に長い間に拡散していくこと
で生じる問題に対しても、常に適切に対処するわけではない。

【００１０】Ｋａｗａｍｉらは、米国特許第５，８８２，７６１号明細書において、発光有
機分子の薄膜を活性層として用いて製造された発光デバイスのパッケージ方法を
開示しており、水汚染の問題に対処しようとしている。この特許では、水反応性
固体化合物たとえば酸化ナトリウムを、デバイス用エンクロージャ内に置くこと
が説明されている。この反応性化合物は、エンクロージャ内の水と反応して共有
結合することで、それを固体生成物に転化させる。例えば、今述べた酸化ナトリ
ウムは、水と反応して固体水酸化ナトリウムを生じる。この特許では、この水反
応性化合物を用いて水が除去されるため、水分が高温に保持されると説明してい
る。Ｋａｗａｍｉらは、水分が高温（例えば８５℃）で放出されるため、水分を
物理的に吸収する材料は使用できないと述べている。

【００１１】Ｋａｗａｍｉの特許において水と反応する固体化合物は、それ自体非常に反応
性が高く、反応生成物も同様に非常に反応性が高い。そのため、この化合物また
は反応生成物とデバイスまたはデバイスエンクロージャの他の化合物との間に偶
発的な接触がわずかでもあると、有害であり得る。そのため、水蒸気と酸素とが
デバイス内部へ拡散して有効寿命が制限されるのを防ぐのに十分な有機ポリマ系
固体電子デバイスの封入（encapsulation）方法が必要とされている。

【００１２】また、電子デバイスのハーメチック封入を実現する周知プロセスの多くは、封
入プロセスの間にデバイスを加熱して３００℃を超える温度にする必要がある。
殆どのポリマ系発光デバイスは、このような高温とは適合しない。

【００１３】（本発明の概要）本発明は、互いに反対向きの一対の電極と、電極間に配置された活性ポリマ層
とを備えるポリマ電子デバイスと、ポリマ電子デバイスに隣接する内面と、これ
と反対向きで外部大気に隣接する外面とを有する気密性エンクロージャと、前記
内面に隣接し、多孔質構造を有して水分をその多孔質構造内に物理的に吸収する
ことによって捕捉することが可能な乾燥剤とを具備する電子デバイスであって、
気密性エンクロージャは、ポリマ電子デバイスを封入して、ポリマ電子デバイス
と乾燥剤とを外部大気から隔離することを特徴とする電子デバイスに関する。ま
た本発明は、ポリマ電子デバイスを気密性エンクロージャ内に固体乾燥剤ととも
に封入することによって、寿命が改善されたポリマ電子デバイスを製造する方法
に関する。

【００１４】好ましい実施形態においては、乾燥剤を、ポリマ電子デバイスを支持する基板
の、１つまたは複数の層の中に取り入れる。

【００１５】本明細書で用いる場合、語句「隣接する」は、ある層が他の層のすぐ隣にある
ことを必ずしも意味するのではなく、第１の表面に反対向きの第２の表面（例え
ば、外面）と比べれば、第１の表面により近い位置（例えば、乾燥剤が内面によ
り近い）を示す。

【００１６】（好ましい実施形態の説明）図１に最も良く示されるように、本発明の電子デバイス１００は、ポリマ電子
デバイス１１０を備える。デバイス１１０は、アノード１１２およびカソード１
１４と、これらに設けられた取り付けリード線１１６、１１８と、電気活性有機
ポリマ層１２０と、さらにこの好ましい実施形態の場合には基板１２２とからな
る。またポリマ電子デバイス１１０は、この電子デバイスを大気から隔離する封
入エンクロージャ１２４を備えている。このエンクロージャは、ベースとしての
基板１２２と、このベース１２２に接合剤１２８によって取り付けられたカバま
たは蓋１２６とからなる。乾燥剤１３０がエンクロージャ１２４内部に封入され
ており、好ましくはエンクロージャの内面１３２に接合剤１３４によって取り付
けられている。

【００１７】基板基板１２２は、典型的にはガスおよび水蒸気に対して不透過性である。好まし
い実施形態においては、基板はガラスである。第２の好ましい実施形態において
は、基板はシリコンである。第３の好ましい実施形態においては、基板はフレキ
シブルな基板であり、例えば不透過性プラスチックであり、または無機材料とプ
ラスチック材料との組み合わせを含む複合材料である。有用なフレキシブル基板
の例としては、不透過性プラスチックたとえばポリエステル（例えばポリエチレ
ンテレフタレート）などのフレキシブル材料のシートもしくは多層ラミネート、
またはプラスチックシートとこのシートの上に堆積された任意選択の金属層もし
くは無機誘電体層とからなる複合材料が挙げられる。好ましい実施形態において
は、基板は透明（または半透明）であって、封入領域への光の入射を可能にし、
または封入領域から基板を通っての光の放出を可能にする。

【００１８】エンクロージャ気密性エンクロージャ１２６は、ポリマ電子デバイス１１０を大気から隔離し
ている。気密性エンクロージャの作製方法は、プロセスステップがポリマ電子デ
バイス１１０の構成要素に悪影響を与えない限り、重要ではない。例えば、気密
性エンクロージャ１２６は、複数の部品を接合剤で接合して形成しても良い。好
ましい実施形態においては、気密性エンクロージャは、ベースに接合された蓋１
２６を備える。図１に最も良く示されるように、好ましいベース１２２はポリマ
電子デバイス１１０の基板である。

【００１９】気密性エンクロージャ１２６の形成に用いる材料は、ガスおよび水蒸気に対し
て不透過性でなくてはならない。１つの実施形態においては、蓋は金属からなる
。他の実施形態においては、蓋はガラスまたはセラミック材料からなる。プラス
チックとして空気不透過性および水不透過性のものを用いることもできる。

【００２０】蓋１２６の厚みは、蓋１２６が連続バリア（ボイドおよびピンホールが全くな
い）となる程度に十分厚い限り、本発明にとっては重要ではない。好ましくは、
蓋１２６の厚みは約１０から約１０００μｍである。ベースがポリマ電子デバイ
スの基板でない場合（図示せず）には、ベースは蓋と同様の材料から作製され得
ることが理解される。図１に最も良く示されるように、蓋１２６は基板１２２に
接合剤１２８を用いてシールされる。この接合剤の硬化温度は、活性層１２０の
分解温度未満でなくてはならず、例えば７５℃未満、好ましくは５０℃未満、好
ましくは周囲温度または単に適度な高温である。これは好都合なことである。と
いうのは、当該技術分野において良く知られている高温（電子デバイス１１０に
損傷を与えまたは劣化させることが多い）にさらすことがなくなるからである。
好ましい接合剤としてはエポキシが挙げられ、その硬化は、紫外光にさらしてま
たは上述した適度な高温にさらして（またはその両方で）行う。種々のプライマ
材料（図示せず）を用いて、接合プロセスを助けても良い。図１に最も良く示さ
れるように、リード線１１６、１１８がデバイスから出ている。これらのリード
線１１６、１１８は、ウェルム（wellm）として、たとえば接合剤１２８を用い
てシールしなければならない。代替的だが機能的に同等のリード線構成を用いる
ことができる。

【００２１】固体乾燥剤蓋１２６を基板１２２上へシールして電子デバイス１１０を封入する前に、固
体乾燥剤（デシカント（desiccant）材料）１３０を挿入する。デシカントを含
める形態は重要ではない。例えば、乾燥剤１３０は、多孔質パケット（packet）
内の粉末、圧縮ペレット、ゲル内に収容される固体物（solid）、架橋ポリマ内
に収容される固体物、および／またはフィルムの形態であり得る。乾燥剤は、エ
ンクロージャ１２４内部に、種々の方法で配置することができる。例えば、乾燥
剤１３０は、基板上もしくは蓋の内面上のコーティング（図示せず）中に取り入
れても良いし、または図１に最も良く示されるように、乾燥剤１３０をエンクロ
ージャ１２４の内面１３２に接合剤１３４を用いて取り付けることで与えても良
い。その代わりに（図示しないが）、乾燥剤を、電子デバイスのフレキシブル基
板、または多層もしくはラミネート基板の、１つもしくは複数の層の中に取り入
れても良い。

【００２２】固体乾燥剤の性質は重要である。それは、多孔質固体であり、最も一般的には
制御されたポア構造を有する無機固体である。ポア構造の内部に向かって水分子
は移動できるが、その内部で水分子は物理的に吸収されるため、捕捉されてエン
クロージャ内の環境へ放出されることはない。このような材料の１つはモレキュ
ラーシーブである。好ましい実施形態においては、シールされたパッケージ内に
封入される乾燥剤は、ゼオライトである。ゼオライトは良く知られた材料で市販
されている。一般に、水分の捕捉に適しているならば、どんなゼオライトを用い
ても良い。ゼオライトは、ほぼ同量のアルミニウムと酸化ケイ素とからなり、カ
ウンターイオンとしてのナトリウムを含むことが知られている。ゼオライト材料
は、化学反応ではなく物理的な吸収によって水分を吸収する。物理的な吸収が好
ましい。

【００２３】さらに、より好ましい実施形態においては、エンクロージャ１２４内に封入さ
れる乾燥剤１３０は、トライソーブ（Ｔｒｉ−Ｓｏｒｂ）（入手先は、Ｓｕｄ−
ＣｈｅｍｉｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＰａｃｋａｇｉｎｇ、Ｓｕｄ−Ｃｈｅ
ｍｉｅＧｒｏｕｐのメンバ、ＵｎｉｔｅｄＣａｔａｌｙｓｔｓ社の一部門、
所在はＢｅｌｅｎ、ニューメキシコ州）として知られるゼオライト材料である。
トライソーブの構造は、ほぼ同量のアルミニウムと酸化ケイ素とからなり、カウ
ンターイオンとしてのナトリウムを含むものであることが知られている。トライ
ソーブは物理的な吸収によって水分を吸収する。ポリマＬＥＤの安定性および寿
命が、本発明で説明する方法によって封入したときに顕著に改善されることが、
実施例で示される。特に、デシカントとしての物理的に吸収するゼオライト材料
とともに封入することは、デシカントとしての酸化バリウムよりも著しく優れて
いる。前記酸化バリウムは、化学的な吸収によって水分を吸収する。

【００２４】乾燥剤を加える量は、エンクロージャがシールされたときにエンクロージャ内
部に捕捉された水分を吸収するのに十分な容量が与えられることを保証するよう
に、決定しなければならない。乾燥剤の水分取り込み容量は、既知の特性である
。デバイスの内部容積とエンクロージャ内の空気の湿度とは容易に求めることが
できる。これらの要素を考慮に入れることで、適切な量の乾燥剤を決定して取り
入れることができる。

【００２５】好ましい実施形態においては、不完全なエッジシールを通しての活性デバイス
領域内への水蒸気のわずかな残留流れ、および／または基板を通しての水蒸気の
残留透過性を補償するために、計算した量を上回る乾燥剤を加えても良い。

【００２６】活性層本発明によって保護される電子デバイス（例えばポリマＬＥＤ）の活性層１２
０としての使用に対して有望な材料の中には、ポリ（フェニレンビニレン）、Ｐ
ＰＶ、およびＰＰＶの可溶性誘導体たとえばポリ（２−メトキシ−５−（２′−
エチル−ヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン）、ＭＥＨ−ＰＰＶ、エ
ネルギーギャップが、例えば２．１ｅＶを上回る半導体ポリマがある。この材料
は、米国特許第５，１８９，１３６号明細書により詳細に説明されている。この
用途において有用であると説明されるその他の材料は、ポリ（２，５−ビス（コ
レスタンオキシ（cholestanoxy）−１，４−フェニレン−ビニレン）、ＢＣＨＡ
−ＰＰＶ、エネルギーギャップがたとえば２．２ｅＶを上回る半導体ポリマであ
る。この材料は、米国特許出願０７／８００，５５５号により詳細に説明されて
いる。その他の好適なポリマとしては、例えば以下のものが挙げられる。ポリ（
３−アルキルチオフェン）（Ｄ．Ｂｒａｕｎ、Ｇ．Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ、Ｄ．
ＭｃＢｒａｎｃｈ、Ａ．Ｊ．ＨｅｅｇｅｒによってＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７
２，５６４（１９９２）で説明されている）、および関連する誘導体（Ｍ．Ｂｅ
ｒｇｇｒｅｎ、Ｏ．Ｉｎｇａｎａｓ、Ｇ．Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ、Ｊ．Ｒａｓｍ
ｕｓｓｏｎ、Ｍ．Ｒ．Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ、Ｔ．Ｈｊｅｒｔｂｅｒｇ、Ｏ．Ｗｅ
ｎｎｅｒｓｔｒｏｍによって説明されている）；ポリ（パラフェニレン）（Ｇ．
Ｇｒｅｍ、Ｇ．Ｌｅｄｉｔｚｋｙ、Ｂ．Ｕｌｌｒｉｃｈ、Ｇ．Ｌｅｉｓｉｎｇに
よってＡｄｖ．Ｍａｔｅｒ．４，３６（１９９２）で説明されている）、および
その可溶性誘導体（Ｚ．Ｙａｎｇ、Ｉ．Ｓｏｋｏｌｉｋ、Ｆ．Ｅ．Ｋａｒａｓｚ
によってＭａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２６，１１８８（１９９３）で説明さ
れている）、ポリキノリン（Ｉ．Ｄ．ＰａｒｋｅｒによってＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５，１２７２（１９９４）で説明され
ている）。非共役ホストポリマ中の共役半導体ポリマのブレンドも、ポリマＬＥ
Ｄの活性層として有用であり、これはＣ．Ｚｈａｎｇ、Ｈ．ｖｏｎＳｅｇｇｅ
ｒｎ、Ｋ．Ｐａｋｂａｚ、Ｂ．Ｋｒａａｂｅｌ、Ｈ．Ｗ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ａ．
Ｊ．ＨｅｅｇｅｒによってＳｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．、６２，３５（１９９４）で説
明されている。また２以上の共役ポリマを含むブレンドも有用であり、これはＨ
．Ｎｉｓｈｉｎｏ、Ｇ．Ｙｕ、Ｔ−Ａ．Ｃｈｅｎ、Ｒ．Ｄ．Ｒｉｅｋｅ、Ａ．Ｊ
．ＨｅｅｇｅｒによってＳｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．、４８，２４３（１９９５）で説
明されている。一般に、ポリマＬＥＤの活性層として使用する材料としては、半
導体共役ポリマ、より具体的には、フォトルミネセンスを示す半導体共役ポリマ
、さらにより具体的には、フォトルミネセンスを示すとともに、可溶性で溶液か
ら均一な薄膜に加工できる半導体共役ポリマが挙げられる。

【００２７】高仕事関数アノードアノード材料１１２としての使用に適する比較的高仕事関数の金属は、インジ
ウム／酸化スズの透明導電性薄膜である［Ｈ．Ｂｕｒｒｏｕｇｈｓ、Ｄ．Ｄ．Ｃ
．Ｂｒａｄｌｅｙ、Ａ．Ｒ．Ｂｒｏｗｎ、Ｒ．Ｎ．Ｍａｒｋｓ、Ｋ．Ｍａｃｋａ
ｙ、Ｒ．Ｈ．Ｆｒｉｅｎｄ、Ｐ．Ｌ．Ｂｕｒｎｓ、Ａ．Ｂ．Ｈｏｌｍｅｓ、Ｎａ
ｔｕｒｅ３４７，５３９（１９９０）；Ｄ．ＢｒａｕｎａｎｄＡ．Ｊ．Ｈｅ
ｅｇｅｒ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８，１９８２（１９９１）］。そ
の代わりに、導電性ポリマの薄膜を用いても良い。これは、Ｇ．Ｇｕｓｔａｆｓ
ｓｏｎ、Ｙ．Ｃａｏ、Ｇ．Ｍ．Ｔｒｅａｃｙ、Ｆ．Ｋｌａｖｅｔｔｅｒ、Ｎ．Ｃ
ｏｌａｎｅｒｉ、Ａ．Ｊ．ＨｅｅｇｅｒによってＮａｔｕｒｅ、３５７，４７７
（１９９２）で、Ｙ．Ｙａｎｇ、Ａ．Ｊ．ＨｅｅｇｅｒによってＡｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ６４，１２４５（１９９４）および米国特許出願０８／２０５，
５１９号で、Ｙ．Ｙａｎｇ、Ｅ．Ｗｅｓｔｅｒｗｅｅｌｅ、Ｃ．Ｚｈａｎｇ、Ｐ
．Ｓｍｉｔｈ、Ａ．Ｊ．ＨｅｅｇｅｒによってＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７７，
６９４（１９９５）で、Ｊ．Ｇａｏ、Ａ．Ｊ．Ｈｅｅｇｅｒ、Ｊ．ＹＬｅｅ、Ｃ
．ＹＫｉｍによってＳｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．、８２，２２１（１９９６）で、また
Ｙ．Ｃａｏ、Ｇ．Ｙｕ、Ｃ．Ｚｈａｎｇ、Ｒ．Ｍｅｎｏｎ、Ａ．Ｊ．Ｈｅｅｇｅ
ｒによってＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７０，３１９１，（１９９７）で示
されている。インジウム／酸化スズの薄膜と、導電性エメラルジン塩（emeraldi
ne salt）の形態のポリアニリンの薄膜とを含む二層アノードが好ましい。とい
うのは、透明電極として、両材料はＬＥＤからの発光を有用なレベルでデバイス
から放射させることができるからである。

【００２８】低仕事関数カソードカソード材料１１４としての使用に適する比較的低仕事関数の金属は、アルカ
リ土類金属、例えばカルシウム、バリウム、ストロンチウム、および希土類金属
、例えばイッテルビウムである。また低仕事関数金属の合金、例えば、銀の中の
マグネシウムの合金、アルミニウムの中のリチウムの合金も、従来技術では周知
である（米国特許第５，０４７，６８７号明細書、第５，０５９，８６２号明細
書、および第５，４０８，１０９号明細書）。電子注入カソード層の厚みは、２
００〜５０００Åであり、これは従来技術で示されている（米国特許第５，１５
１，６２９号明細書、米国特許第５，２４７，１９０号明細書、米国特許第５，
３１７，１６９号明細書、およびＪ．Ｋｉｄｏ、Ｈ．Ｓｈｉｏｎｏｙａ、Ｋ．Ｎ
ａｇａｉによるＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、６７（１９９５）２２８１）
。連続フィルム（フルカバレージ）をカソード層に形成するために、下限として
２００〜５００オングストローム単位（Å）が必要である（米国特許第５，５１
２，６５４号明細書；Ｊ．Ｃ．Ｓｃｏｔｔ、Ｊ．Ｈ．Ｋａｕｆｍａｎ、Ｐ．Ｊ．
Ｂｒｏｃｋ、Ｒ．ＤｉＰｉｅｔｒｏ、Ｊ．Ｓａｌｅｍ、Ｊ．Ａ．Ｇｏｉｔｉａに
よるＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、７９（１９９６）２７４５；Ｉ．Ｄ．Ｐａｒｋ
ｅｒ、Ｈ．Ｈ．ＫｉｍによるＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、６４（１９９４
）１７７４）。良好なカバレージ以外にも、厚いカソード層によって自己封入（
self-encapsulation）がもたらされ、酸素と水蒸気とがデバイスの活性部分から
遠ざけられると考えられる。

【００２９】アルカリ土類金属であるカルシウム、ストロンチウム、バリウムの超薄膜層を
備える電子注入カソードが、高輝度および高効率のポリマ発光ダイオード用とし
て説明されている。同じ金属（およびその他の低仕事関数金属）を用いて厚みが
２００Åを超えるフィルムとして作製された従来のカソードと比べると、厚みが
１００Åを下回る超薄膜層のアルカリ土類金属を備えるカソードによって、安定
性および動作寿命における著しい改善が、ポリマ発光ダイオードに対してもたら
される（Ｙ．Ｃａｏ、Ｇ．Ｙｕによる米国特許出願０８／８７２，６５７号）。

【００３０】またアルカリ土類金属であるカルシウム、ストロンチウム、バリウムの酸化物
の超薄膜層を備える電子注入カソードが、高輝度および高効率のポリマ発光ダイ
オード用として説明されている（Ｙ．ＣａｏらによるＰＣＴ出願第ＵＳ９９／２
３７７５（１９９９年１０月１２日に出願））。

【００３１】光検出デバイスおよびデバイスアレイの構造および使用材料は、ポリマ系ＬＥ
Ｄの製造と非常に類似している。ポリマ系ＬＥＤと光検出器との間の主な違いは
、反応性である低仕事関数電極を用いる必要がないこと、および電極の電気極性
が反対であることである。それでもやはり、ハーメチックシールパッケージング
が、導電性ポリマから作製される光検出デバイスを長寿命にするために必要であ
る。従って本発明の封入エンクロージャは、このようなデバイスに対しても有用
であり、前記封入は、水蒸気と酸素とがデバイス内部へ拡散して有効寿命が制限
されるのを防ぐのに十分である。

【００３２】本発明を、以下の実施例を参照してさらに説明する。この実施例は、本発明を
実施する種々のモードを示すためだけに与えられており、本発明の範囲を限定す
るものと解釈してはならない。

【００３３】（実施例１）ゼオライト系デシカント（トライソーブ）を、乾燥剤またはデシカントとして
用いた。ポリマ系電子デバイスの例として、ポリマ発光ダイオード（ＬＥＤ）ア
レイを用いた。

【００３４】空気および水不透過性の蓋として、ガラス製で、ゼオライトからなる乾燥剤タ
ブレット（入手先は、Ｓｕｄ−ＣｈｅｍｉｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＰａｃ
ｋａｇｉｎｇ、Ｓｕｄ−ＣｈｅｍｉｅＧｒｏｕｐのメンバ、ＵｎｉｔｅｄＣ
ａｔａｌｙｓｔｓ社の一部門、所在はＢｅｌｅｎ、ニューメキシコ州）を含むも
のを用いて、ＬＥＤアレイを封入することによって、このアレイを大気から隔離
した。

【００３５】乾燥剤をパッケージ内に入れた。これは、乾燥剤を不透過性の蓋の内面上に、
熱硬化性エポキシ樹脂（Ａｒａｌｄｉｔｅ２０１４、ＣｉｂａＳｐｅｃｉａ
ｌｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓ社、ＥａｓｔＬａｎｓｉｎｇ、ミシガン州）を接
合剤として用いて固定することによって、行った。

【００３６】乾燥剤は、粉末の圧縮ペレットの形態をなしていた。不透過性の蓋を、接合剤
を用いて基板に取り付けた。完成したデバイスは、図１に示す構造１００を有し
ていた。蓋を、Ａｒａｌｄｉｔｅ２０１４を接合剤として用いてガラス製の基
板にシールした。

【００３７】パッケージをシールした直後に、発光画素の寸法を測定した。次に、パッケー
ジしたデバイスを長時間、８５℃で周囲湿度のオーブンに入れた。５０時間ごと
に、デバイスをオーブンから取り出して、発光画素の寸法を再測定した。湿度お
よび酸素に起因するポリマ電子デバイスの劣化を、活性領域の損失によって定量
化した。この特定の実施例においては、画素化されたＬＥＤディスプレイに対す
る発光領域の損失を測定した。図２から分かるように、トライソーブ乾燥剤の場
合、８５℃で３００時間保管した後の発光領域の損失は２％未満であった。

【００３８】また図２から分かるように、ゼオライト系デシカント（この場合、トライソー
ブという商品名で知られる特定の例）は、他の例、特にＢａＯおよびＣａＳＯ_４（当該技術分野において、有用なデシカント材料としてこれまで知られているデ
シカント材料（米国特許第５，８８２，７６１号明細書））よりも著しく優れて
いる。この実施例によれば、ゼオライト系乾燥剤は、高温においてさえも非常に
有効な乾燥剤であり得ることが分かる。

【００３９】（実施例２）実施例１の実験を繰り返した。ただし、保管条件を変更して高湿度を含むよう
にした。すなわち８５℃／８５％相対湿度である。図３から分かるように、ポリ
マＬＥＤアレイは、３００時間後の発光領域の損失が５％未満であった。

【００４０】また図３から分かるように、ゼオライト系は、他の多くの乾燥剤（例えばＢａ
ＯおよびＣａＯ（有効なデシカント材料として以前に特許されたデシカント材料
（米国特許第５，８８２，７６１号明細書））よりも優れている。

【００４１】この実施例によって、ゼオライト系乾燥剤は、高湿度な環境中の高温において
さえも非常に有効な乾燥剤であることが分かる。

【００４２】（実施例３）実施例１の実験を繰り返した。ただし、乾燥剤の形態は多孔質パケットに収容
される粉末で、多孔質パケットを不透過性蓋の内面に接合剤を用いて固定した。
発光領域の損失は、図２および３に示されるデータに匹敵するものであった。

【００４３】この実施例によって、乾燥剤の特定の物理形態は重要でないことが分かる。

【００４４】（実施例４）熱重量損失の研究を、トライソーブおよびＢａＯに対して行い、電子デバイス
エンクロージャから水分を永続的に除去する特性について比較した。標準的な、
較正された熱重量装置を用いた。トライソーブおよびＢａＯのタブレットを乾燥
大気中で加熱して（室温から４００℃まで）、同時にタブレットの質量を連続モ
ニタした。ヒステリシスは全く見られなかった。

【００４５】結果を図４に示す。室温で両サンプルに水分を吸収させた。加熱したときに、
両サンプルは熱力学過程によってこの水分を放出し、サンプル重量は減少した。
しかし、図から分かるように、トライソーブの方が放出する水分量が少ない。８
５℃において、トライソーブサンプルが放出する水分量はＢａＯサンプルの３分
の１である。

【００４６】この実施例によって、トライソーブは、高温における水分保持特性が、ＢａＯ
（Ｐｉｏｎｅｅｒによって８５℃における良好な乾燥剤として特許されている）
よりも良いことが分かる。

【００４７】以上の説明から分かるように、本発明によって、最低限の方法温度でポリマ発
光デバイスを封入する技術が提供される。本封入方法によって、デバイスと有害
な水分および酸素を有する周囲空気との間のハーメチックシールが好都合に提供
される。また本封入方法によって、デバイスの封入によるデバイスの全厚の増加
は、著しくはない。さらに、本封入方法が必要とする個々のプロセスステップは
、当該技術分野において周知の方法よりも少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の典型的な電子デバイスの概略断面図である。

【図２】周囲湿度条件の下で８５℃で比較した、封入電子デバイスの寿命に対する種々
のデシカント材料の効果をグラフで示す図である。

【図３】本発明に係る水分除去の効果を、従来技術の材料および方法を用いた水分除去
と比較した一連のグラフを示す図である。

【図４】本発明における電子デバイスの製造方法による水分除去の安定性を、従来技術
の方法と比較したグラフを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョーマペルトーラアメリカ合衆国 93103 カリフォルニア州サンタバーバラアルタビスタナンバー204 1201 (72)発明者イアンパーカーアメリカ合衆国 93105 カリフォルニア州サンタバーバラエルモサロード 3025 Ｆターム(参考） 3K007 AB13 BB05 CC00 DB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに反対向きの一対の電極（１１２、１１４）と電極間に
配置された活性ポリマ層（１２０）とを備えたポリマ電子デバイス（１１０）と
、該ポリマ電子デバイスに隣接する内面（１３２）と、該内面と反対向きで外部
大気に隣接する外面とを有する気密性エンクロージャ（１２４）と、前記内面に隣接し、多孔質構造を有して水分を該多孔質構造内に物理的に吸収
することによって捕捉することが可能な乾燥剤（１３０）とを具備する電子デバ
イス（１００）であって、前記気密性エンクロージャは、前記ポリマ電子デバイスを封入して、該ポリマ
電子デバイスと前記乾燥剤とを外部大気から隔離することを特徴とする電子デバ
イス。
【請求項２】長寿命の有機ポリマ系電子デバイスの製造方法であって、互いに反対向きの一対の電極（１１２、１１４）と電極間に配置された活性ポ
リマ層（１２０）とを有するポリマ電子デバイス（１１０）を供給し、気密性エンクロージャ（１２４）に前記ポリマ電子デバイスを、水分をその多
孔質構造内に物理的に吸収することによって捕捉することが可能な多孔質構造を
有する乾燥剤（１３０）とともに封入して、前記気密性エンクロージャによって
前記ポリマ電子デバイスと前記乾燥剤とを外部大気から隔離することを特徴とす
る電子デバイスの製造方法。
【請求項３】前記ポリマ電子デバイスは、少なくとも１つの基板層を含む
基板を備え、前記乾燥剤は少なくとも１つの基板層のうちの１または複数に取り
込まれていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請
求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項４】前記乾燥剤がモレキュラーシーブであることを特徴とする請
求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デバイスの製
造方法。
【請求項５】前記乾燥剤がゼオライトを備えることを特徴とする請求項１
に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デバイスの製造方法
。
【請求項６】前記乾燥剤がトライソーブを備えることを特徴とする請求項
１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デバイスの製造方
法。
【請求項７】前記気密性エンクロージャ内に存在する乾燥剤が、電極とポ
リマ層とから離れていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび
／または請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項８】前記乾燥剤が、前記気密性エンクロージャ内部の表面上に存
在することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２
に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項９】前記ポリマ電子デバイスは、ポリマ層と電極とを支持する基
板を備え、前記乾燥剤は前記基板の表面上に存在することを特徴とする請求項１
に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デバイスの製造方法
。
【請求項１０】前記乾燥剤は、前記気密性エンクロージャ内部の表面に取
り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／また
は請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１１】前記乾燥剤は、前記気密性エンクロージャ内部の表面に接
合されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請
求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１２】前記乾燥剤は、圧縮ペレットとして存在することを特徴と
する請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デバイ
スの製造方法。
【請求項１３】前記乾燥剤は、多孔質パケット内に収容される粉末として
存在することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項
２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１４】前記乾燥剤は、多孔質ゲル内に収容される固体物として存
在することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２
に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１５】前記乾燥剤は、メンブレン内に収容される固体物として存
在することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２
に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１６】前記乾燥剤は、接合剤中に収容される固体物として存在す
ることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記
載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１７】前記一対の電極にはアノードとカソードとが含まれ、該カ
ソードには水反応性の低仕事関数金属または金属酸化物が含まれることを特徴と
する請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デバイ
スの製造方法。
【請求項１８】前記一対の電極にはアノードとカソードとが含まれ、該カ
ソードには水反応性の低仕事関数アルカリ土類金属または金属酸化物が含まれる
ことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載
の電子デバイスの製造方法。
【請求項１９】前記一対の電極にはアノードとカソードとが含まれ、該カ
ソードには、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、酸化カルシウム、酸化バ
リウム、および酸化ストロンチウムから選択される水反応性材料が含まれること
を特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電
子デバイスの製造方法。
【請求項２０】前記ポリマ電子デバイスは発光ダイオードであることを特
徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デ
バイスの製造方法。
【請求項２１】前記ポリマ電子デバイスは光反応性検出器であることを特
徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デ
バイスの製造方法。
【請求項２２】前記気密性エンクロージャは、接合剤によって互いに接合
された複数の部品から形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイ
スおよび／または請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２３】前記接合剤は低温接合剤であることを特徴とする請求項１
に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デバイスの製造方法
。
【請求項２４】前記低温接合剤はエポキシであることを特徴とする請求項
１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に記載の電子デバイスの製造方
法。
【請求項２５】前記気密性エンクロージャは、蓋に接合されるベースを備
えることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスおよび／または請求項２に
記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２６】前記ポリマ電子デバイスは、ポリマ層と電極とを支持する
基板を備え、前記気密性エンクロージャは、蓋に接合されるベースを備え、前記
基板はベースとして機能することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスお
よび／または請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。