JP2007511872A - バリア層および歪みレリーフを有するｏｌｅｄ構造 - Google Patents

Abstract

ＯＬＥＤ構造は、実質的に柔軟な基板、および基板とＯＬＥＤ構造との間に配置された少なくとも１つのバリア層を含む。バリア層は、汚染物が有機材料の層またはＯＬＥＤ構造に透過するのを実質的に防ぐ。バリア層は、その柔軟性を改善するのに加えられるまたは除去される特定の成分を有するガラス層を含む。ＯＬＥＤ構造は、実質的に柔軟な基板、および基板とＯＬＥＤ構造との間に配置された少なくとも１つのバリア層を含んでもよい。バリア層は、張力緩和材料を含む。張力緩和材料は、少なくとも１つの配向軸を有することが都合よい。フォトニックまたは電子部品、もしくはその両方でＯＬＥＤを置き換えても差し支えない。

Description

本発明は、ＯＬＥＤ構造に関する。

有機発光デバイス／ダイオード（ＯＬＥＤ）は、例えば、エレクトロルミネッセント・ポリマーおよび小分子構造から製造されることが多い発光デバイスである。これらのデバイスは、ディスプレイ並びに他の用途における従来の光源に対する代替として多大な注目を集めている。特に、ＯＬＥＤは、ディスプレイにおける液晶（ＬＣ）材料および構造の代替であろう。何故ならば、ＬＣ材料および構造は、形態がより複雑であり、用途がより制限される傾向にあるからである。

ＯＬＥＤを用いたディスプレイには、ＬＣディスプレイに必要とされるような光源（バックライト）は必要ない。ＯＬＥＤは自発光源であり、それ自体、幅広い条件下で見える状態を維持する一方でずっと小型である。さらに、固定されたセル間隙に依存するＬＣディスプレイと異なり、ＯＬＥＤを用いたディスプレイは柔軟であり得る。

ＯＬＥＤは、ディスプレイおよび少なくとも上述した利点を持つ他の用途のための光源を提供するが、その実際的な実施をしにくくさせ得る特定の検討事項および制限がある。ＯＬＥＤ材料を使用するときに考慮すべき課題の１つは、環境汚染の受け易さである。特に、水蒸気または酸素へのＯＬＥＤディスプレイの曝露は、ＯＬＥＤの有機材料と構造部材にとって有害であり得る。前者に関して、水蒸気および酸素への曝露は、有機エレクトロルミネッセント材料自体の発光能力を低減し得る。後者に関して、例えば、ＯＬＥＤディスプレイに通常使用される反応性金属陰極のこれらの汚染物への曝露は、やがて、「ダークスポット」区域を生じ、ＯＬＥＤデバイスの耐用年数を減少させ得る。したがって、ＯＬＥＤディスプレイとそれらの構成部材と材料を、水蒸気および酸素などの環境汚染物への曝露から保護することが有益である。

環境汚染を最小にするために、ＯＬＥＤディスプレイは通常、縁がガラスまたは金属カバーで密封された、厚く剛性のガラス基板上に製造される。しかしながら、軽量の柔軟な基板上にＯＬＥＤを提供することがしばしば望まれる。例えば、薄いプラスチック（例えば、ポリマー）基板をこのように使用することが有益であろう。残念ながら、ポリカーボネートなどのプラスチック基板は、水蒸気および酸素の透過を許容できないほど受けやすい。ＳｉＯ_x，ＳｉＮ_xおよびＡｌ₂Ｏ₃などの無機層の使用が、水分と酸素に対する透明なバリア層として研究されてきたが、これらの材料から形成された層は、典型的に脆く、それゆえ、柔軟な基板の用途には有用ではない。他の提案されたバリア層としては、多層構造が挙げられる。この構造は、むしろ複雑であり、脆いこともある。

したがって、必要とされているものは、少なくとも上述した欠点を克服したバリア構造である。

ある実施の形態によれば、ＯＬＥＤ構造は、実質的に柔軟な基板、および基板とＯＬＥＤ構造との間に配置された少なくとも１つのバリア層を含む。バリア層は、汚染物が有機材料の層またはＯＬＥＤ構造を透過するのを実質的に防ぐ。実例として、バリア層は、柔軟性を改善するために加えられるまたは除去される特定の成分を有するガラス層を含む。

別の実施の形態によれば、バリア透過構造は、実質的に柔軟な基板および基板と電子またはフォトニック構造との間に配置された少なくとも１つのバリア層を含む。このバリア層は、張力緩和材料を含む。この張力緩和材料は、少なくとも１つの配向軸を有することが有益である。

別の実施の形態によれば、バリア層を形成する方法は、基板と有機材料の層との間に多成分ガラス層を提供し、多成分ガラスから少なくとも１つの成分を選択的に除去して、または多成分ガラスに少なくとも１つの成分を選択的に加えて、多成分ガラスの組成をバリア層に変化させる各工程を有してなる。

例示の実施の形態は、添付の図面と共に読み込んだときに、以下の詳細な説明からもっともよく理解される。様々な特徴は必ずしも、一定の比率で描かれていないことを強調しておく。寸法は、議論を明白にするために、任意に増加または減少されているかもしれない。

以下の詳細な説明において、制限ではなく説明目的のために、特定の詳細を開示した実施の形態が、本発明を十分に理解するために述べられている。しかしながら、この開示の恩恵を受けた当業者には、本発明は、ここに開示した特定の詳細から逸脱しない他の実施の形態で実施してもよいことが明らかであろう。さらに、よく知られたデバイス、方法および材料の説明は、本発明の説明を曖昧にしないように、省略されているかもしれない。

ここに記載した実施の形態において、ＯＬＥＤの構造は、非常に詳しく述べられる。しかしながら、これは単に本発明の例示の実施にすぎないことに留意されたい。すなわち、本発明は、上述したものと同様の問題を受けやすい他の技術にも適用される。例えば、電子およびフォトニックの実施の形態が明らかに、本発明の範囲に含まれる。これらとしては、以下に限られないが、集積回路および半導体構造が挙げられる。

図１は、ある実施の形態による少なくとも１つのバリア層１０２を含むＯＬＥＤ構造１００を示している。基板１０１は、ＯＬＥＤディスプレイ用途に使用するのに適した材料の比較的柔軟な層である。この基板は、ＯＬＥＤ構造の意図した目的のために適切に柔軟であり透明な、適切な材料の層であってよい。説明目的のために、その基板は、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミドなどのポリマーであってよい。しかしながら、この基板は、紙、布、金属ホイルを含む他の柔軟な材料からなっていてもよい。さらに、これらの材料の層は、様々な組合せで用いてもよい。

前述したように、基板１０１は柔軟であることが有益である。しかしながら、上述したポリマー基板などの柔軟な基板は、ＯＬＥＤ用途にとって特徴的に許容できないほど透過性でもある。すなわち、これらの材料を通る酸素と水蒸気の透過速度は、大きさが数桁高すぎて、ＯＬＥＤディスプレイの耐用年数が有用にならない。したがって、バリア層１０２が基板上に配置されている。バリア層１０２は、ここに記載した特定の有益な特徴を有し、以下に説明する例示の方法により形成される。

第１の極性の電気接触層１０３がバリア層１０２上に配置される。１つ以上のエレクトロルミネッセント有機層１０４が接触層１０３上に配置され、第２の極性の電気接触層１０５が有機層上に配置される。ＯＬＥＤは、有機層１０４から形成され、接触層１０３と１０５により電力が供給される。有機層１０４および接触層１０３と１０５に選択された材料、並びにＯＬＥＤ動作を行う上でのそれらの機能は、当業者によく知られている。それゆえ、これらの材料およびデバイスの詳細は、例示の実施の形態を曖昧にしないように、省略されている。

バリア層１０２と実質的に等しい別のバリア層１０６が、必要に応じて、第２の接触層１０５上に配置される。この層は、基板１０１を通る以外の経路から、活性層１０３，１０４および１０５に汚染物が透過するのを有益に防ぐ。基板１０１に材料と厚さが実質的に等しい別の随意的な層１０７がバリア層１０６の上に配置されていてもよい。層１０６および１０７は、別々に用いても、一緒に用いてもよい。さらに、層１０２および１０６と実質的に等しい追加のバリア層を、汚染物の透過をさらに緩和するために、活性層１０３，１０４および１０５の下と上に配置してもよいことに留意されたい。これらの層は、所望の柔軟性を与えることが有益である。例示として、バリア層１０２および１０６の一方または両方が、可視領域（すなわち、約４００ｎｍから約８００ｎｍの範囲の波長に亘り）で実質的に透明である。最後に、必要に応じてバリア層の間に他の層を配置して、ＯＬＥＤデバイスの設計者にとって多数のオプションを与えてもよいことに留意されたい。これらの層としては、カラー・フィルタ、反射防止コーティング、散乱フイルム、金属層、または当業者に公知の機能および材料の他の層が挙げられる。

バリア層１０２および１０６は例示で、水蒸気および酸素などの特定の汚染物に対するバリア特性のために選択された多成分ガラス材料である。バリア層に選択された材料は、ある実施の形態において、水蒸気と酸素の透過を特徴的に防ぐ。しかしながら、その材料は、有機層１０４、または接触層１０３と１０５もしくはそれらの両方に悪影響を及ぼし得る他の物質の透過を防ぐ能力のために選択されてもよい。

例示の実施の形態によれば、バリア層１０２および１０６は、堆積された無機多成分ガラスである。例えば、バリア層は、Ｍｇ_xＡｌ_yＳｉ_zＯまたはアルミノホウケイ酸ガラスであってよい。このガラスは、ガラスの組成と物理的性質を変えるために１つ以上の成分を除去するかまたは１つ以上の成分を加えるように処理されている。ある実施の形態において、バリア層１０２および１０６は、約５０ｎｍから約１０００ｎｍの範囲の厚さを有する。

浸出または含浸によるガラス層の改質は、その柔軟性、もしくは亀裂抵抗または衝撃抵抗、もしくはそれらの特徴の組合せを改善するために行われる。それゆえ、一種類以上の汚染物に関するバリア品質のために選択すべきガラスについて、成分の浸出または含浸は、所望の柔軟性および／または亀裂抵抗または衝撃抵抗を強化するために行われる。あるいは、柔軟なガラスは、表面で薄層の透過抵抗を改善するために処理されてもよい。

ある実施の形態において、少なくとも一種類の成分が浸出されたかまたは含浸された上述した説明に沿ったガラス材料は、水蒸気に対するバリアを提供し、よって、バリアを通る透過は、約１０^-6ｇ／ｍ²／日より低く、バリアを通る酸素透過は、約１０^-5ｃｍ³／ｍ²／日より低い。

図２は、実施の形態によるバリア層を製造する方法２００の流れ図を示している。方法２００は、工程２０１で基板を提供する工程を含む。この基板は、図１の実施の形態に関して説明された基板１０１または層１０７と実質的に同じである。この基板を提供した後、ガラス層を工程２０２で提供する。このガラス層は、上述した所望の透過性特徴を有する材料のものであり、その後の工程において、柔軟性特性、または透過性特性、もしくはその両方を改善するために改質される。このガラスに選択された材料は、例示として、上述した無機ガラス材料の内の１つであり、標準的な堆積技法により構造体の上に堆積される。それらの材料は、スパッタリング、化学的気相成長、プラズマ化学的気相成長、蒸着、またはこれら公知の方法の組合せなどの方法によって真空蒸着させることが好ましい。

工程２０２でガラス層を堆積させた後、ガラスを、ガラスから少なくとも１つの成分を浸出させることによるか、またはガラスに少なくとも１つの成分を含浸させることによるか、もしくはそれらの両方によって改質する。実施の形態において、堆積したガラスは、上述したガラス材料の内の１つなどの多成分ガラスである。これらの多成分ガラスは、化学物質にさらされるとガラスの少なくとも１つの成分が浸出されやすい。例えば、浸出プロセスは、ここに引用する、Chemical treatment of glass substrates, by J.Gregory Couillard, et al., Journal of Non-Crystlline Solids, 222 429-434 (1997)に記載された方法により行ってよい。代わりの方法としては、以下に限られないが、ガラス内の陽イオンのエレクトロマイグレーションおよびイオン交換が挙げられる。

あるいは、上述した必須の特徴を達成するためのガラスの改質が少なくとも１つの成分を含浸することによるものである場合には、工程２０３のガラス層の改質は、イオン交換または拡散ドーピングなどの溶液化学反応によるか、またはイオン注入などのプラズマ処理によるものであってよい。ガラスの含浸に選択される材料は、ガラスの材料特徴を変更する能力に関して選択される。これらの材料特徴は、例示として、柔軟性、亀裂や衝撃破壊に対する抵抗である。例えば、バリウム（Ｂａ）を、この所望の目的を満たすために上述したガラス材料における含浸材料として用いてよい。もちろん、これは単に例示であり、他の材料をこの様式で用いてよい。最後に、ガラスの構成材料をこの能力に用いてもよいことに留意されたい。

最後に、工程２０３のガラス層の化学修飾は、バリア層が異なる性質を有している領域を形成するために行ってもよい。これは、パターンの形成されたフイルムやマスクを用いて、浸出または含浸いずれかの化学修飾を行うことによって実施してもよい。一例として、個々のピクセルの曲がりを制約するが、ピクセル間の基板は曲がらせることが望ましいであろう。

ガラスの改質が工程２０３で完了した後、ＯＬＥＤ構造を、工程２０４に示すように提供する。これには、以下に限られないが、接触層、有機層、およびＯＬＥＤデバイスを製造するのに必要とされる任意の他の構成部材を提供することが含まれる。これらの工程の詳細は、当業者に公知であり、実施の形態の説明には実質的に関係しない。実施の形態の説明を明らかにするために、これらの詳細は既定のものである。さらに、フォトニックおよび電子用途においてバリア層を提供するための実施の形態において、工程２０４は、電子構造、またはフォトニック構造、もしくはその両方の提供を含んでもよいことに留意されたい。

最後に、工程２０５では、ガラスの加工、追加の層および要素の製造を所望なだけ繰り返してもよいことに留意されたい。

実施の形態によるバリア層は、特定の利点を提供する。これらの実施の形態の有益な特徴の１つは、製造プロセスが単純になることである。例えば、前記実施の形態の比較的簡単な技法により、１つの層を使用して、公知の手法の二つ以上の層の役割を果たしてもよい。材料の適合性の問題も、公知の方法と材料と比較して大幅に減少する。実施の形態を踏まえて、等級別のフイルム組成物を用いてよいことに留意されたい。

図３は、別の実施の形態によるバリア層３００を示している。バリア層３００は基板３０１上に配置されている。この基板は、図１のＯＬＥＤデバイスなどのＯＬＥＤデバイスの基板であってよい。例示として、バリア層３００は、汚染物に対する所望の抵抗並びに上述した柔軟性の要件を達成するのに有用なナノ複合材料である。

バリア層３００は、ガラス層３０２を含む異質材料である。このガラス層は、中に張力緩和要素３０３を有する。このガラス層は、上述した定量的制限内で水蒸気および酸素の透過を防ぐのに適した材料であり、一方で、張力緩和要素３０３は、材料に要求される程度の柔軟性を与える。制限ではなく、説明目的のために、ガラス層はＭｇ_xＡｌ_yＳｉ_zＯ、アルミノホウケイ酸ガラス、ＳｉＯ_x、ＳｉＮ_xまたはＡｌ₂Ｏ₃であってよい。張力緩和要素３０３は、適切なガラス、ポリマーまたはクレイなどの材料の有益に埋め込まれたストランドである。

特徴として、張力緩和要素はガラス層３０２内に実質的に無作為に方向付けられており、ガラス層３０２に弾性を与え、よって、バリア層３００を全方向に曲がるように適応させる。この実施の形態において、含まれた材料の領域は、形状が擬似球状であっても、配向の向きを有していてもよい。いずれにせよ、バリア層により提供される構造は、要求されるバリア特徴を可能にしながら、張力緩和要素が特定の配向軸を有する場合、バリア層の縦軸に沿って延伸するのに抵抗することにより、または延伸により生じるバリア層３００の歪みを実質的に減少させることができる。複合層の成分は、公知のゾルゲル・プロセスなどによって、同時に堆積しても、個別に堆積してもよい。後者の例として、高分子繊維の網状構造を表面に分散させ、スパッタリングまたは化学的気相成長などの真空プロセスによりガラス層を堆積させ、それによって、層３０２を形成してもよい。

張力緩和バリア層の別の実施の形態が図４に示されている。この実施の形態によるバリア層４００は、第１の適切に不透過性の張力緩和層４０２および第２の適切に不透過性の張力緩和層４０３を有する基板４０１を含む。これらの張力緩和層は、不連続のセグメントに分割されており、したがって、連続層よりも大きい程度で張力を緩和する。これらの領域は、所定のサイズと幾何学形状のものであり、よって、無作為ではない。これらの不連続領域は、好ましくは１００μｍ未満の非ゼロ幅の間隙により分離されている。必要に応じて、柔軟層４０４が第１と第２の張力緩和層４０２と４０３の間に配置されている。４０２および４０３に類似の追加の張力緩和層を所望のように繰り返し、４０４に類似の層をそれらの間に設けてもよい。

張力緩和層４０２および４０３は、図示したような特定の方向に配向された溝４０５および４０６を含むことが有益である。ある実施の形態において、溝またはリブ４０５は実質的に真っ直ぐであり、溝４０５は溝４０６に対して直交している。それによって、一方の張力緩和層によりある軸に沿った柔軟性と、他方の張力緩和層により最初の方向に対して垂直な別の軸に沿った柔軟性を有するバリア層４００が提供される。最終的に、これは、所望のバリア特性を維持しながら、全方向においてＯＬＥＤデバイスの柔軟性を与えるのに必要な必須の張力緩和を助長する。

図４の実施の形態において、溝またはリブ４０５および４０６をそれぞれ含む張力緩和層４０２および４０３は、例示として、公知の技法によりシャドウ・マスクを通して、図示したような特定の向きに配置されている。張力緩和層４０２および４０３は、以下に限られないが、上述したものなどのポリマー材料およびガラス材料を含む、ＯＬＥＤ用途に使用するのに適した様々な材料から製造されていてよい。さらに、上述した製造技法以外に、張力緩和層は、当業者によく知られたエッチングまたは刻み付け技法により製造してもよい。

層４０２および４０３の張力緩和領域は、図示したもの以外の他の可能なパターンに分割されていてもよい。これらの張力緩和領域は、形状と寸法が任意であってよいが、矩形、三角形、六角形、および他の幾何学形状などの規則的な形状であることがより好ましい。図５および６は、そのような他の実施の形態によるバリア層を示している。図５および６の実施の形態のバリア層は、図４の実施の形態と特定の共通の特徴を共有するが、別個の張力緩和領域の配置と隣接する層との重複が異なる。

図５の実施の形態において、第１のバリア層５０１が第２のバリア層５０２上に配置されている。バリア層５０１，５０２の各々は、その中に溝が形成されている。図４の実施の形態のバリア層のように、バリア層５０１および５０２は、多数のパターンが形成された層を有することによって、多数の方向に張力緩和を与える。これらのパターンが形成された層は、互いに直交して方向付けられた溝５０３および５０４を有し、互いに別の層を介してまたは直接配置され、それによって、柔軟なバリア層に所望の張力緩和特性を与えている。しかしながら、両方の層５０１および５０２は、一方の方向で張力緩和を与えるある層を、別の方向には別の層を有することと対照的に、両方向の張力緩和を含むことに留意されたい。さらに、他の材料層を層５０１および５０２の間に配置しても差し支えなく、また異なるバリア層をバリア層５０１および５０２の積重ねに加えても差し支えないことに留意されたい。

例示として、バリア層５０１および５０２の各々は単独の材料層により提供される。材料層は、そのバリア保護能力について選択される。所望の張力緩和特性を与える溝５０３および５０４は、パターンの重複作用のために、バリア通過特性を実質的に低下させない。特に、溝のパターンの結果として、バリア層５０１の溝とバリア層５０２の溝との重複は非常にわずかしかない。それゆえ、隣接する層を通る汚染物の移動路は実質的にない。

例示として、バリア層５０１および５０２は、公知の技法による刻み付けまたはエッチングによって、中に溝が形成された適切なガラス材料である。これらのガラス材料は、上述した他の実施の形態に関して説明したようなものである。

最後に、別の実施の形態は、図示したように溝６０３を有するバリア層６０１および６０２を示している。これらの層は、図５の実施の形態について記載したものと実質的に同一であるが、バリア層当たりで１つの溝の向きを有する。バリア層６０１および６０２は、溝６０３が互いに実質的に直交しないように互いに配置され、方向付けられているが、バリア層６０１の溝とバリア層６０２の溝と非常にわずかしか重複していない。それゆえ、隣接する層を通る汚染物の移行経路は実質的にない。これは、上述した張力緩和とバリア浸透能力を与える。さらに、バリア層６０１および６０２は、互いに直接配置されていても、または間に１つ以上の材料層を挟んで互いに配置されていてもよい。

実施の形態を論じながら詳細に説明してきたが、本発明の開示の恩恵を受けた当業者には、本発明の改変は明白であるのが明らかである。そのような改変や変種は、添付の特許請求の範囲に含まれる。

ある実施の形態によるＯＬＥＤ構造の断面図 ある実施の形態によるバリア層を形成するプロセスの流れ図 ある実施の形態によるバリア層の斜視図 ある実施の形態によるバリア層の斜視図 ある実施の形態によるバリア層の正面図 ある実施の形態によるバリア層の正面図

符号の説明

１０１，３０１，４０１ 基板
１０２，１０６，３００，４００，５０１，５０２，６０１，６０２ バリア層
１０３，１０５ 電気接触層
１０４ エレクトロルミネッセント有機層
３０２ ガラス層
４０２，４０３ 張力緩和層
５０３，５０４，６０３ 溝

Claims (5)

1. 実質的に柔軟な基板、および
   少なくとも１つのバリア層であって、各々が特定の成分が加えられたか除去されたガラス層を含むバリア層、
   を備えたＯＬＥＤ構造であって、前記バリア層が、有機材料の層または前記ＯＬＥＤ構造を汚染物が透過するのを実質的に防ぐものであるＯＬＥＤ構造。
2. 前記バリア層がガラス材料であることを特徴とする請求項１記載のＯＬＥＤ構造。
3. 前記ガラス材料がＭｇ_xＡｌ_yＳｉ_zＯまたはアルミノホウケイ酸ガラスであることを特徴とする請求項２記載のＯＬＥＤ構造。
4. バリア層を形成する方法であって、基板と活性層との間に多成分ガラス層を提供し、該多成分ガラスから少なくとも１つの成分を選択的に除去するか、または該多成分ガラスに少なくとも１つの成分を選択的に加えて、前記多成分ガラスの組成を前記バリア層に変化させる各工程を有してなる方法。
5. 前記活性層がフォトニック構造を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。

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