JP2008545231A - 有機系の装置およびそれを製作する方法 - Google Patents

Abstract

第1の透明導電層（102）と、第2の導電層（104）と、前記第1および第2の導電層の間に挟まれた、少なくとも一つの有機層を有する有機機能スタックを構成する機能層（103）と、を有する装置である。前記第1の透明層（102）と、前記第2の層（104）の少なくとも一つのセグメント（112）とを電気的に相互接続するように、少なくとも一つのビア（110）が配置され、前記セグメントは、前記第2の層の残りの部分から電気的に絶縁される。本発明では、第1の透明層に電力を均一に供給することが可能となる。ビアおよびセグメントは、透明導電層を介して印加されるレーザにより形成されることが好ましい。

Description

本発明は、第1の透明導電層と第2の導電層との間に挟まれた少なくとも一つの有機層を有する機能層を有する装置に関する。

そのような装置では、機能層は、2導電層間の電圧と相互作用する。ある場合、例えば有機太陽電池、有機光起電力素子、有機光センサでは、機能層により電圧が形成される。他の場合、例えば、有機光ダイオード、有機発光ダイオード（OLED）では、機能層を駆動するために、電圧が印加される。通常そのような有機系の装置は、それらの特性および電力消費が少ないことに特徴がある。例えば、OLEDは、広い視角を有し、迅速な画像応答性を有することが知られている。

携帯電話ディスプレイのような小面積用途においては、商業的に成功しているが、大面積の有機装置は、技術的な困難性に直面している。アノード層およびカソード層は、限られた電気伝導率を有する薄膜であるため、これらの層は、実質的なエネルギーロスを生じずに高電流を伝搬することはできない。さらにこの問題は、光を通過させるため、電極層の一方が光学的に透明である必要がある場合に、顕著となる。

この問題を解決するため、金属分路が導入されるが、この場合、有効な光透過性表面が減少してしまう。
米国特許出願第2004／0031957号公報

米国特許出願第2004／0031957号には、大面積有機発光装置が示されている。この文献には、直列抵抗による電力消費を抑制するため、積層構造を使用することが示されている。しかしながら、非積層大面積OLED装置の場合は、未だ問題が残る。従って、電気エネルギーロスの問題および透明電極層の表面全体に対する均一電流分布の問題に対処し得る、安価な方法が望まれている。

前述の要求は、独立請求項1および9に記載の装置および方法によって満足される。従属請求項には、本発明による有意な実施例が示されている。

第1の態様では、本発明により、第1の透明導電層と、第2の導電層と、前記第1および第2の導電層の間に挟まれた、少なくとも一つの有機層を有する有機機能スタックを構成する機能層と、を有する装置が提供される。さらに当該装置は、少なくとも一つのビアを有し、該ビアは、前記第1の透明層と、前記第2の層の少なくとも一つのセグメントとを電気的に相互接続するように配置され、前記セグメントは、前記第2の層の残りの部分から電気的に絶縁される。

機能層は、異なる機能（ホール注入、ホール輸送、ホール遮蔽、励起遮蔽、電子遮蔽、電子輸送、電子注入または発光、光吸収の各層）を有する多くの異なる有機層で構成されても良く、あるいはこれらの混合であっても良いが、三重項エミッタのような金属―有機材料、誘電体のような無機材料、または半導電性もしくは金属性の量子ドットもしくはナノ粒子であっても良い。

本発明のこの第1の態様では、第1の透明層に、電力を均一に供給することが可能となる。第1および第2の層間の相互接続は、2以上のビアを用いて行われることが好ましい。

本発明の好適実施例では、第2の層の複数の電気的に絶縁されたセグメントが、相互に電気的に相互接続される。例えば、発光装置の場合、この解決策により、各絶縁されたセグメントへの単純な電力供給が可能となり、これにより、第1の透明層に電力を均一に供給することができる。例えば、太陽電池の場合、この解決策により、単純な集電が可能となる。

そのような相互接続は、前記第2の層の上部に配置された第3の層により提供することもできる。この場合、前記第3の層は、導電性であり、前記第2の層から絶縁されており、第2の層の複数の電気的に絶縁されたセグメントと電気的に相互接続され、これにより、前記セグメント間の電気的相互接続が可能となる。またこの場合も、単純化された電力供給または単純化された集電が可能となる。

複数のビアにより、一つのセグメントを第1の層と接続することもできる。これにより、各ビアが別個のセグメントに接続される状態に比べて、一つのセグメントの接続のみにより、多数のビアとの接続を容易に行うことが可能となる。これは、複数のセグメントが駆動電圧に直接接続される場合に、特に有意である。

一つのセグメントが複数のビアと接続されている場合、セグメントは、装置の光透過表面に及ぼす影響を最小限に抑制した幾何形状を有することができる。例えば、セグメントは、分岐形状構造であっても良い。分岐形状構造は、第2の層を2つの部分に分離し、「指電極」状の2つの島部のみが生じ、相互接続が極めて容易になる。一つの指電極のみが、ビアの補助により、第1の透明導電層に電流を供給する役割を果たすため、有効発光表面は、小さくなる。

ビアおよびセグメントは、透明導電層を介して印加されるレーザにより形成されることが好ましい。

ビアは、両導電性電極層と、該層間に少なくとも一つの有機層を有する機能層とからなる全スタックの、一時的な局部加熱により形成することができる。これは、透明導電層を介して、連続波レーザを印加することにより行うことができる。これにより、一時的に継続する熱が生じ、この熱により、有機層の分離熱分解が生じ、最終的にグラファイト状の導体と、電極からの何らかの溶融金属の混合物とが得られる。

第1の透明導電層は、透明基板上に設置され、その後、基板を通じてレーザが印加されることが好ましい。

本発明による装置は、発光装置として、有意に使用することができ、この場合、機能層は、有機発光層である。そのような発光装置は、大面積にわたって、均一な光出力を提供することができる。

また本発明による装置は、例えば、有機太陽電池、有機光起電力素子、有機光ダイオード、有機光センサ、または有機メモリに使用しても良い。

本発明の別の態様では、有機装置の製造方法が提供される。当該方法は、第1の透明導電層および第2の導電層を提供するステップと、前記第1および第2の導電層の間に、少なくとも一つの有機層を有する機能層を介在させルステップと、前記第2の層の少なくとも一つのセグメントを、前記第2の層の残りの部分から電気的に絶縁するステップと、両電極および前記機能層を有する前記スタックを一時的に局部加熱するステップにより、前記第1の層と、前記少なくとも一つのセグメントとを電気的に相互接続する少なくとも一つのビアを形成するステップと、を有する。

この方法では、均一な電力供給または集電が可能な装置を製造することが可能となる。

一時的にスタック層を局部加熱するステップは、連続波レーザを用いて実施することができ、このレーザは、透明導電層を介して適用される。セグメントを電気的に絶縁するステップは、パルスレーザにより、第2の層の一部を除去することにより実施されることが好ましく、このレーザは、透明導電層を介して印加される。

透明導電層は、透明基板上に提供することができ、この場合、基板を介していかなるレーザを印加することも可能となる。基板を介したレーザ印加は、驚くべき程効果的であり、周囲の層へのダメージは少なく、またはほとんどないことが示されている。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の特許請求の範囲の記載および以下の詳細な説明を精読することにより明らかとなろう。本発明の異なる特徴を組み合わせて、以下に示された実施例以外の実施例を構成することができることは、当業者には明らかである。

以下、添付図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。

以下の記載では、発光パネルを参照して、本発明について説明する。これは、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、同様の構造を有する多くの有機機能スタックに、等しく適用することができ、例えば有機太陽電池または有機光ダイオードとして使用できることに留意する必要がある。

図1には、本発明の実施例による有機発光素子の概略的な側面図を示す。この例では、好ましくはガラス、プラスチック等である第1の基板101が、有機発光パネルの保護層として配置されている。この層の下側には、第1の透明導電層102が配置される。この第1の層は、インジウムスズ酸化物（ITO）または亜鉛酸化物（ZnO）または極めて薄い金属層のうちの一つであることが好ましい。この第1の層102と第2の導電層104の間には、機能層103が挟まれており、機能層103は、ここでは発光層であり、少なくとも一つの有機層を有する。機能層および両導電層（電極）は、通常、機能有機スタックと称される。

通常、発光層103は、多くの有機層で構成される。高分子LEDではほとんどの場合、発光層は、ホール導体／発光高分子の2層スタックであるが、より多くの層を含んでも良く、例えば、発光高分子上の蒸着有機ホール遮蔽層のような層を含んでも良い。微小分子OLEDの場合、発光層は、より複雑なスタックであり、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、放射層、ホール遮蔽層、電子輸送層を含むが、さらに、例えば、白色光を放射するため、3つの異なる放射層のような、より多くの層を含んでも良い。第2の導電層104は、バリウム（Ba）、カルシウム（Ca）、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、もしくはセレン化亜鉛（ZnSe）等、またはこれらのスタックのうちの一つであることが好ましく、追加で、フッ化リチウム（LiF）等のような注入層を含んでも良い。

導電層（アノードおよびカソード）の間に電位差が印加されると、負に帯電された電子は、カソード層からOLED装置の方に移動する。同時に、通常ホールと呼ばれる正電荷は、アノード層からOLED装置の方に移動する。正および負の電荷が合体すると、これらが再結合して光子が生成される。光子の波長およびその結果としての色は、光子が生じる位置の有機材料の電子特性に依存する。OLED装置の場合、カソード層とアノード層のうちのいずれかまたは両方は、生じた光子に対して透明であり、これにより、光が装置から外部環境に放射される。図1に示す実施例では、第1の導電層102が透明であり、光は、有機発光パネルから、矢印の方向に放射される。

また図1には、2つのビア110および110’が示されており、これらのビアは、第1の導電層を、第2の層の少なくとも一つのセグメント112に接続する。各セグメント112は、ボイド111により、第2の層104の残り部分から絶縁されており、その部分は、第2の層から除去されている。このため、ビアは、セグメントと第1の導電層を電気的に接続する経路を提供し、均一な電流分布が得られるようになる。層104の残り部分は、全てのセグメント112を取り囲む接続層を形成することが好ましい。

好適実施例では、ビア110、110’は、連続波レーザによる局部加熱により形成され、このレーザは、顕微鏡対物レンズを用いて、微小スポットサイズ、例えば約10μmのスポットサイズに集束される。レーザは、基板101を介して印加されることが好ましい。スタックの加熱により、放射層103に局部的な熱分解が生じ、グラファイト状の材料が得られるとともに、第2の層の局部溶融が生じる。層の混合により、ビア110および110’を形成する導電相が構成される。

ビア110は、単一の静止レーザショット、すなわち点状外延を有するレーザショットにより、またはいくつかの隣接するレーザショットにより形成することができる。あるいは、連続波レーザを線に沿って移動させることにより、局部的に延伸するビアを形成することができる。

また、好適実施例では、第2の層104内のボイド111は、パルスレーザまたは成膜時のシャドーマスキング法のような、他の構造化方法を用いて、ビア110および110’の周囲の材料部分を除去することにより形成される。この場合も、レーザは、基板を介して印加されることが好ましい。

図2には、本発明の別の実施例の有機発光パネルの概略的な側面図を示す。図1と同様に、第1の基板201は、有機発光パネルの保護層として配置される。同様に、ビア210および210’は、放射層203を介して、第1の透明導電層202と、第2の導電層204の絶縁されたセグメント212とを相互接続する。ビア210およびセグメント212は、図1を参照して示した前述の方法により、形成することができる。

図2の実施例では、セグメントは、第3の導電層206と相互接続され、この第3の導電層は、絶縁層205により、第2の層204に対して絶縁されている。層206は、接触部213によりセグメント212に接続されており、これにより全てのセグメント212の相互接続が可能となる。

絶縁層205（フォトレジストのような有機絶縁体、またはSiO₂、窒化珪素もしくは両方の多層構造のような無機絶縁体で構成される）は、第2の層204の表面全体に設置され、その後、絶縁層205の上部に、第3の導電層（例えば金属層）206が設置される。電気的に絶縁されたセグメント上の追加層206の局部加熱により、追加層206と電気的に絶縁されたセグメントの間に、接触部213を形成することができる。この接触部の形成方法は、半導体／誘電体／金属スタックのSi−太陽電池において、適正であることが証明されている。国際公開第WO02／25742号には、太陽電池において、背面接触部を形成するそのような方法が示されている。

あるいは、導電層206および絶縁層205は、第2の層204上に設置された薄膜の2つの側である。前述のような局部加熱により、導電体側206と電気的に絶縁されたセグメントの間に、接触部213を形成することができる。

また、図2には、本発明の実施例による有機発光パネルに対する電気的接続の一例が示されている。この例では、第1の層202は、アノードとして機能し、一方第2の層204は、カソードとして機能する。電力供給装置207は、第3の層206に電流を供給し、この電流は、ビアを介して第1の層202に接続される。

図3には、本発明の別の代替実施例による有機発光パネルの概略的な斜視図を示す。この例では、第1の透明導電層302は、アノードとして機能し、第2の導電層304は、カソードとして機能する。また、この例では、第2の層304の電気的に絶縁されたセグメント312は、分岐形状構造として配置される。この電気的に絶縁されたセグメント312は、ビア310を介して、第1の透明導電層302と接続されており、アノード分路として機能し、これにより、層への電力の均一な分布が可能となる。アノード分路指電極は、光を放射しないため、できる限り小さく構成する必要がある。さらに図3には、放射層303および基板301が示されている。

特定の一例としての実施例を参照して、本発明を説明したが、多くの異なる変換、変更等が可能であることは、当業者には明らかである。従って、記載された実施例は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定められる。例えば、図3に示した分岐形状は、ビアの相互接続という目的に適した、いかなる幾何形状を有しても良い。また、いかなる層に使用される材料も、例えば発光ダイオード、有機太陽電池または光ダイオードのような、有機スタックの使用および目的に応じて、適正に選択することができる。さらに、前述の記載では、基板上に提供される導電層は、透明であるが、この条件は必ずしも必要ではない。反対（基板と接触しない）側に設置される導電層を、透明とすることも可能である。この場合、レーザは、その導電層の側から印加されることが好ましい。さらに、両方の導電層が透明であっても良く、この場合、レーザは、いずれの側から印加することも可能である。

本発明の実施例による装置の概略的な側面図である。 本発明の別の実施例による装置の概略的な側面図である。 本発明のさらに別の実施例による装置の概略的な斜視図である。

Claims (16)

1. 第1の透明導電層と、第2の導電層と、前記第1および第2の導電層の間に挟まれた、少なくとも一つの有機層を有する有機機能スタックを構成する機能層と、を有する装置であって、
   前記第1の透明層と、前記第2の層の少なくとも一つのセグメントとを電気的に相互接続するように、少なくとも一つのビアが配置され、前記セグメントは、前記第2の層の残りの部分から電気的に絶縁されていることを特徴とする装置。
2. 少なくとも一つの電気的に絶縁されたセグメントが、少なくとも2以上のビアにより、前記第1の層と電気的に相互接続されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
3. 複数の前記セグメントが、相互に電気的に相互接続されることを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
4. さらに、前記第2の層の上部に配置された第3の導電層を有し、
   該第3の導電層は、前記第2の層から絶縁され、前記複数のセグメントと電気的に相互接続され、これにより前記セグメントの間で電気的相互接続が可能になることを特徴とする請求項3に記載の装置。
5. 前記セグメントは、前記機能層の光透過表面への影響を最小限にする幾何形態を有することを特徴とする請求項2に記載の装置。
6. 前記少なくとも一つのビアは、両方の電極および前記機能層を有する前記スタックを、一時的に局部加熱することにより形成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の装置。
7. 前記機能層は、電流を光に変換するように適合された有機発光層、または光を電流に変換するように適合された有機光吸収層であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の装置。
8. 前記第1の透明導電層は、透明基板上に提供されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の装置。
9. 有機系の機能スタックを製造する方法であって、
   第1の透明導電層および第2の導電層を提供するステップと、
   前記第1および第2の導電層の間に、少なくとも一つの有機層を有する機能層を介在させ、機能有機スタックを構成するステップと、
   前記第2の層の少なくとも一つのセグメントを、前記第2の層の残りの部分から電気的に絶縁するステップと、
   両電極および前記機能層を有する前記スタックを一時的に局部加熱するステップにより、前記第1の透明層と、前記少なくとも一つのセグメントとを電気的に相互接続する少なくとも一つのビアを形成するステップと、
   を有する方法。
10. 前記スタックを一時的に局部加熱するステップは、レーザを用いて行われることを特徴とする請求項9に記載の方法。
11. 前記レーザは、連続波レーザであることを特徴とする請求項10に記載の方法。
12. 前記セグメントを電気的に絶縁するステップは、レーザを用いて前記第2の層の一部を除去することにより実施されることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか一つに記載の方法。
13. 前記レーザは、パルスレーザであることを特徴とする請求項12に記載の方法。
14. 前記第1の透明層は、透明基板上に提供され、前記レーザは、前記基板を介して印加されることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一つに記載の方法。
15. さらに、
    前記第2の層の複数の電気的に絶縁されたセグメントを、相互に接続するステップを有することを特徴とする請求項9乃至14のいずれか一つに記載の方法。
16. 前記第2の層の複数の電気的に絶縁されたセグメントを、相互に接続するステップは、
    前記第2の層上に第3の層を配置するステップであって、前記第3の層は、導電性であり、前記第2の層から絶縁されるステップと、
    一時的な局部加熱により、前記第3の層を、前記第2の層の前記複数の電気的に絶縁されたセグメントに相互接続するステップと、
    を有することを特徴とする請求項15に記載の方法。
    
    

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