JP2012527728A

JP2012527728A - 気密式電気パッケージ

Info

Publication number: JP2012527728A
Application number: JP2012511841A
Authority: JP
Inventors: ファークハール，ドナルド・セトン; ハーゾグ，マイケル・スコット; ラクフ，ステファン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2030-04-21
Also published as: EP2433319B1; CN102439752A; WO2010135050A1; EP2433319A1; KR20120029396A; JP5575882B2; US20100294526A1; TWI527281B; KR101702683B1; TW201104941A; CN102439752B

Abstract

【課題】気密式電気パッケージを提供する。
【解決手段】気密式電気パッケージが、第一の透明障壁層と、第一の障壁層に結合されて、複数のフィードスルー孔を画定する第二の障壁層と、第一及び第二の障壁層の間に介設されて、陽極、光電気的作用層、及び陰極を含む光電子装置と、陰極又は陽極に電気的に結合されて、少なくとも一つのフィードスルー孔を横断して配設される伝導性パッチとを含んでいる。
【選択図】図２（Ａ）

Description

光電子装置（デバイス）は一般的には、発光装置及び光起電装置を含んでいる。これらの装置は一般的には、前方電極（front electrode）及び後方電極（back electrode）とも呼ばれる二つの電極の間に介設された作用層を含んでおり、これらの電極の少なくとも一方が典型的には透明である。作用層は典型的には、１又は複数の半導体材料を含んでいる。発光装置、例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）では、二つの電極の間に印加される電圧によって作用層に電流が流れる。電流によって作用層が発光する。また、光起電装置、例えば太陽電池では、作用層は光からエネルギを吸収して、このエネルギを、二つの電極の間の電圧及び／又は電流として表わされる電気エネルギへ変換する。光電子装置は様々な手段によって製造され得る。一つのアプローチは半導体材料の真空蒸着を用いるものであり、第二のアプローチは溶液処理された材料を用いるものである。層を堆積させるための基板として、ガラス及びプラスチック・フィルムを含めた様々な基材を用いることができる。代替的には、光電子装置は不透明層（金属又はポリマー又はセラミック）を基材として用いて構築されてもよく、代替的な構築系列が用いられる。装置の構成を問わず、気密式の封入パッケージを設けて、湿分及び酸素への曝露による劣化効果から装置を保護する必要がある。また、パッケージは、当該パッケージに対して外部に位置する電源に接続するために、電気インタコネクトをフィードスルー構成として設けなければならない。

ＯＬＥＤは、ディスプレイとして又は一般照明に用いるために平坦で薄い形態として製造される。プラスチック基材を利用すると、最も薄く最も可撓性の高い構成が得られ、また低費用のロール・トゥ・ロール（roll-to-roll）製造の可能性が得られる。従って、やはり薄く可撓性であり、また好ましくはＯＬＥＤの作製と同時に行なわれるロール・トゥ・ロール製造に適したパッケージング技術が必要とされている。パッケージは、具体的な応用では大面積（約１平方メートル以上まで）のディスプレイ又は照明灯に適しているべきである。

超高障壁（ultra high barrier、ＵＨＢ）膜又はＵＨＢと呼ばれる障壁膜が、ＯＬＥＤ及び他の光電子装置の直接作製に用いられている。これらの膜（フィルム）は典型的には、例えばGeneral Electric Companyに譲渡された米国特許第７，０１５，６４０号、同第７，１５４，２２０号、及び同第７，３９７，１８３号に記載されているように、透明なプラスチック・フィルムの上に設けられた薄く透明な酸化物層から成っている。しかしながら、これらの障壁膜は取り扱い時に損傷を受ける場合があるため、障壁膜の上に装置を直接作製すると装置の性能が劣化し、湿分の侵入経路が生じ得る。加えて、湿分及び酸素は装置の端辺において接着剤層を通して横方向に浸透し、また電線用のフィードスルーを封止する接着剤を通して浸透し得る。また、接着剤及び基材材料に内在する湿分が装置を損傷する場合もある。パッケージ設計は低費用材料及び連続式ロール・トゥ・ロール製造と両立しなければならず、材料セットは低費用であり高速加工に適していなければならない。従って、ＯＬＥＤ及び他の光電子装置の低費用製造という拡張応用のために、薄く可撓性の改良型のパッケージング技術が必要とされている。

簡単に述べると、一観点では、本発明は気密式電気パッケージに関し、この気密式電気パッケージは、第一の透明障壁層と、第一の障壁層に結合されて、複数のフィードスルー孔を画定する第二の障壁層と、第一及び第二の障壁層の間に介設されて、陽極、光電気的作用層、及び陰極を含む光電子装置と、陰極又は陽極に電気的に結合されて、少なくとも一つのフィードスルー孔を横断して配設される伝導性パッチとを含んでいる。幾つかの実施形態では、第二の障壁層は多層構造を含んでおり、多層構造は少なくとも一つの伝導性金属層及び／又は少なくとも一つの接着剤層を含み得る。幾つかの実施形態では、伝導性パッチは、接着剤層を通して第二の障壁層に結合される。この気密式電気パッケージは、複数の伝導性陽極パッチ若しくは複数の伝導性陰極パッチ、又は複数の伝導性陽極パッチ及び複数の伝導性陰極パッチを含み得る。幾つかの実施形態では、伝導性パッチは光電子装置と第二の障壁層との間に介設され、他の実施形態では、伝導性パッチは光電子装置と反対側の第二の障壁層の表面に配設され、さらに他の実施形態では、気密式電気パッケージは加えて、第二の障壁層に配設される第三の障壁層を含んでおり、伝導性パッチは第二及び第三の障壁層の間に介設される。気密式電気パッケージは加えて、伝導性パッチに電気的に結合される外部バスを含み得る。

他の観点では、本発明は、気密式電気パッケージを製造するロール・トゥ・ロール・プロセスに関する。このプロセスは、陰極、陽極及び光電子的作用層を含む光電子装置を提供するステップと、第一の透明障壁層と第二の障壁層との間に光電子装置を介設するステップと、第二の障壁層に少なくとも一つの伝導性パッチを配設するステップと、第二の障壁層に複数のフィードスルー孔を形成するステップと、伝導性パッチを陰極又は陽極に電気的に結合するステップとを含んでいる。幾つかの実施形態では、第二の障壁層に少なくとも一つの伝導性パッチを配設するステップは、第一の透明障壁層と第二の障壁層との間に光電子装置を介設するステップの前に行なわれる。他の実施形態では、第二の障壁層にに少なくとも一つの伝導性パッチを配設するステップは、第一の透明障壁層と第二の障壁層との間に光電子装置を介設するステップの後に行なわれる。このプロセスは加えて、第二の障壁層に第三の障壁層を配設するステップと、第二の障壁層と第三の障壁層との間に伝導性パッチを介設するステップとを含んでいる。

さらにもう一つの観点では、本発明は気密式でパッケージされた大面積光電子装置に関し、この装置は、第一の透明障壁層と、第一の障壁層に結合されて、複数のフィードスルー孔を画定する第二の障壁層と、第一及び第二の障壁層の間に介設されて、陽極、光電気的作用層、及び陰極を含む光電子装置と、陰極又は陽極に電気的に結合されて、少なくとも一つのフィードスルー孔を横断して配設される少なくとも一つの伝導性パッチと、伝導性パッチの各々に電気的に結合される外部バスとを含んでおり、幾つかの実施形態では、陽極に電気的に結合される複数の伝導性パッチと、これら複数の伝導性パッチの各々に電気的に結合される外部バスとを含んでいる。

さらにもう一つの観点では、本発明は、少なくとも一つのフィードスルー孔を画定する障壁層と、少なくとも一つのフィードスルー孔を横断して配設されて、少なくとも一つのフィードスルー孔を通して電気を通すように構成されている少なくとも一つの伝導性パッチとを含む物品に関する。

本発明のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体にわたり、類似の参照符号は類似の部材を表わす。
透明障壁層を含む光電子装置の断面図である。透明障壁層を含む光電子装置の断面図である。内部伝導性パッチを含む気密式電気パッケージの断面図である。内部伝導性パッチを含む気密式電気パッケージの断面図である。外部伝導性パッチを含む気密式電気パッケージの断面図である。各層の内部に伝導性パッチを備えた多層型バックシートを含む気密式電気パッケージの断面図である。外部電気コネクタを示す気密式電気パッケージの断面図である。気密式電気パッケージの平面図である。気密式電気パッケージを製造するロール・トゥ・ロール・プロセスの概略図である。

図１（Ａ）は、結合型光電子装置１０を示しており、装置１０は発光装置、具体的にはＯＬＥＤであっても、光（ＰＶ）電池のような吸光装置であってもよく、プラスチック又はガラス基材１０２、透明障壁層１０４、第一の電極（典型的には陽極）を形成する透明伝導性層１０６、光電子的作用層１０８、及び第二の電極（陰極）１１０を含んでいる。幾つかの実施形態では透明障壁層が異なる位置に存在し、他の実施形態では透明障壁層が存在しない。正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層及び電子輸送層のような付加的な層がＯＬＥＤにはしばしば含まれており、本発明による気密式のパッケージされた装置に存在し得るが、重要ではない。層１１８は、製造時に陰極への機械的な保護を提供し且つ／又は後のステップで他のパッケージ要素への電気的短絡を防ぐために用いられ得る選択随意の絶縁層である。層１１２は、装置を保護するための選択随意の障壁層である。陰極接点１１４及び陽極接点１１６を用いて、装置に給電するための電気的接続を形成する。光電子装置１０は、単一のピクセル装置として概略図示されているが、当技術分野では、個々のピクセルが直列構成として一体構成され得ること、また接点１１４及び１１６の正確な位置は、様々な設計配慮に基づいて変化し得ることが公知である。図１（Ａ）は、陰極への付加的な保護を提供するための選択随意の第二の障壁層１１２を示しており、幾つかの実施形態では図１（Ｂ）に示すように層１１２を省いてもよい。結合型装置１０では、表面１２０が発光面又は吸光面であり、表面１３０が非発光性の裏面である。ＯＬＥＤが様々な構成として様々な方法によって作製され得ることは当技術分野では公知である。例えば、General Electric Companyに譲渡された米国特許第６，６６１，０２９号、同第６，７００，３２２号、同第６，８００，９９９号、及び同第６，７７７，８７１号は、本発明による気密式パッケージに含まれ得るＯＬＥＤ装置、及びこれらの装置を製造する方法を記載している。
図１（Ｂ）は、隣り合ったピクセルの間に直列インタコネクト構成を有する光電子装置１１を示す。ＯＬＥＤ装置の直列インタコネクトは、米国特許第７，０４９，７５７号に記載されている。装置１１では、層１０２、１０４、１０６、１０８、並びに表面１２０及び１３０は装置１０と同じである。装置１１では、２以上のピクセルが一体的に直列接続され、次いで装置が電気接点１１４及び１１６によって電源に接続される。一体型インタコネクト９９が、隣り合ったピクセルの陽極１０６を電気的に孤立させ、隣り合ったピクセルの陰極１１０を電気的に孤立させ、次いで一つのピクセルの陰極を隣接するピクセルの陽極に接続することにより形成される。光起電装置の場合には、インタコネクト域９９はスクライビングとして公知の工程によって形成され、装置は電気接点１１４及び１１６によって外部負荷に接続される。図１（Ｂ）に示すように構成される装置は、単一のピクセルの電流レベル及び個々のセルの和によって決定される電圧レベルにおいて動作する。電流の横方向の流れによって抵抗損が生ずるような大型の装置では、電流を減少させることが重要である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、基材１０２の周辺に極く近接して接点１１４及び１１６を配設するのに適しており、従って、パッケージの端辺を通してフィードスルー接続を設けるパッケージング手法に適している。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の設計要素の組み合わせを用いて、電圧−電流特性を特殊設定し、個々の装置をタイル構成に組み合わせ、且つ／又は個々の装置の輝度レベルの調整を提供するように、各装置又は各装置集合を構成することができる。

図２（Ａ）は、結合型光電子装置／透明障壁層シート２００及び第二の障壁層（バックシート）２０１で構成された気密式電気パッケージ２０の展開図を示す。結合型シート２００は、基材２０２及び透明障壁層２０４、並びに電極２０６、光電子的作用層２０８及び第二の電極２１０を含んでいる。結合型装置２００は、透明基材２０２、透明障壁層２０４、第一の電極（典型的には陽極）を形成する透明伝導性層２０６、光電子的作用層２０８及び第二の電極（陰極）２１０、選択随意の絶縁層２１８、接点２１４及び２１６、並びに選択随意の第二の障壁層２１２を含んでいる。透明基材２０２に適する適当な材料としては、ポリエステル及びポリカーボネートのような透明な可撓性プラスチックがあり、特にかかるプラスチックの光学等級のもの等がある。障壁層２０４に適した材料としては、透湿率が近似的に１０^-4ｃｃ／ｍ²／日未満、好ましくは１０^-5ｃｃ／ｍ²／日未満、さらに好ましくは近似的に１０^-6ｃｃ／ｍ²／日未満（２３℃）を有するものがあり、特に米国特許第７，０１５，６４０号、同第６，４１３，６４５号、同第６，４９２，０２６号、同第６，５３７，６８８号、及び同第６，６２４，５６８号に記載されているもののようなＵＨＢ材料、また可撓性ガラス又は硬質ガラス、十分な湿分障壁特性及び／又は酸素障壁特性を有する透明金属及びＩＴＯのような酸化物、並びにこれらの組み合わせ等がある。幾つかの実施形態ではＵＨＢ材料又はガラスを用いてよく、特定の実施形態ではＵＨＢ材料が用いられる。

バックシート２０１は、薄い境界層２４２、障壁層２４４、及び選択随意の絶縁層２４６で構成される多層箔である。バックシート２０１としての利用に適した材料としては、湿分障壁特性及び選択随意で酸素障壁特性を有するフィルム又はシートの形態の市販の多層パッケージング材料又は封入（lidding）材料があり、特に溶封性材料がある。封入材料は典型的には多数の薄いポリマー層で構成され、また封入箔は、ポリマー層の間に介設されている金属箔、典型的にはアルミニウムを含む。バックシート２０１に適した材料の一例は、米国ミシガン州Grand RapidsのOliver-Tolas社の一部門である米国ペンシルベニア州FeastervilleのTolas Healthcare Packagingによって製造されているTolasＴＰＣ−０８１４Ｂ封入箔である。フィードスルー孔２４８及び２４９がバックシート２０１に、穿孔、ダイ切削及びレーザ加工を含めた任意の適当な方法を用いて形成される。孔は、様々な径の円形であってもよいし、装置のレイアウト及び他の設計因子に依存して他の形状及びアスペクト比を有していてもよい。

伝導性陰極パッチ２５０及び伝導性陽極パッチ２５１が、アルミニウムのような伝導性金属のシート又は箔で構成される。本発明の状況では、「パッチ」との用語は、フィードスルー孔を覆うのに用いられる伝導性材料片又はシートを指す。パッチ２５０及び２５１は、湿分、酸素、及び／又は装置に対して悪影響を有し得る他の蒸気に対して非浸透性になるように十分な厚み及び均一性を有し、金属箔が多くの実施形態において適している。パッチ２５０及び２５１は、フィードスルー孔２４８及び２４９よりも実質的に大きい寸法として設けられて、境界層２４２によって障壁層２４４にシールされて封止域２５５を形成する。パッチ２５０及び２５１は、結合型光電子装置／透明障壁層２００の寸法に対して小さく、円形であり得るが、他の形状及び寸法も許容可能である。２個のフィードスルー孔２４８及び２４９のみを図示しているが、幾つかの実施形態では、バックシート２０１は多数のすなわち２よりも多いフィードスルー孔を含んでいてよく、所望に応じて、パッチ２５０及び２５１は多数のフィードスルー孔を覆って、これにより電流の横方向バス伝達を提供するように構成され得る。電気導線としての利用に適した材料は当技術分野では公知であり、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル及び黄銅を含めてパッチ２５０及び２５０に用いられ得る。一例では、パッチ２５０及び２５１は０．００１インチ厚アルミニウム箔から作製される。もう一つの例では、これらのパッチは０．００１ステンレス鋼から作製される。これらのパッチは、箔シートからダイ切断され得るが、方法がパッチの切り口でのばりの形成を防ぐものであれば他の手段を用いてもよい。伝導性陰極パッチ２５０は導電性要素２６０を通して陰極接点２１４に電気的に結合され、伝導性陽極パッチ２５１は導電性要素２６１を通して陽極接点２１６に電気的に結合される。

伝導性要素２６０及び２６１は、接点２１４とパッチ２５０との間及び接点２１６とパッチ２５１との間に施工される導電性接着剤から簡便に形成され得る。伝導性要素２６０及び２６１は、手動手段又は自動手段を含めた様々な手段によって配置される導電性接着剤を用いて形成され得る。伝導性要素に適した材料の一例は、米国ジョージア州AlpharettaのCookson Electronicsから販売されているStaystik５７１である。次いで、バックシート２０１及び結合型光電子装置／透明障壁層２００、パッチ２５０及び２５１、並びに伝導性要素２１４及び２１６を、９０℃と１３０℃との間の温度、好ましくは１２０℃の温度、及び１ｐｓｉから３０ｐｓｉの圧力、好ましくは１５ｐｓｉの圧力で、１秒間と１０分間との間の時間、好ましくは３０秒間の時間にわたる積層工程に備えて整列させて積み上げる。得られる気密式電気パッケージでは、パッチ２５０及び２５１は伝導性要素２６０及び２６１を通して接点２１４及び２１６と電気的接続を形成する。フィードスルー孔２４８及び２４９、パッチ２５０及び２５１、並びに接点２６０及び２６１を中心合わせして整列させてもよいが、一般的な場合にはこのことは必要でない。さらに一般的には、多くの実施形態において装置レイアウト及びパッケージ設計を最適化するときにこれらの構成要素の間のオフセット配向が好ましいと判明している場合がある。

例示的な材料は、単一の積層ステップを用いて同じ条件の下で伝導性要素２６０及び２６１と境界層２４２との両方を結合し得るように選択される。但し、このことはこのパッケージング法の要件ではない。また、最終的な積層の前に各要素の小アセンブリを作製することが望ましい場合がある。例えば、第一のステップでパッチ２５０及び２５１をバックシート２０１に取り付けておいて、続くステップで結合型光電子装置／透明障壁層２００をバックシート２０１に積層することができる。

パウチ積層、ロール積層及び熱圧積層を含めた様々な積層手段が可能であり、工程のパラメータは用いられる設備に依存する。これらの積層を行なうためには剥離フィルム、圧迫板、及び工作板が必要であることは明らかである。また、全てのパッケージ材料を浄化して湿分を除去するステップを加工時に行なうことができる。例えば、バックシート２０１を真空の下で１２時間にわたり８０℃で焼き付けて湿分を除去することができるが、不活性雰囲気の下でさらに高温で短時間等を含めて他の条件を用いてもよい。条件は材料の事前の環境曝露に依存する。

パッチ２５０及び２５１並びにバックシート２０１は、封止域２５５が湿分及び酸素にとって幾何学的に好ましくない侵入経路を設けるような方法で接合される。封止域２５５の幾何学的構成は、封止域経路長の境界層２４２厚みに対する比Ｒｉとして記述され得る。比が高いほど所与の材料セットにとって困難な侵入経路が設けられる。孔２４８及び２４９とパッチ２５０及び２５１との形状、寸法、及び整列性に依存して、比Ｒｉは解析のために選択される特定の経路に依存して変化し得る。一実施形態では、孔２４８及び２４９が０．２５インチ径を有し、パッチ２５０及び２５１が１．２５インチ径を有していたので、封止域経路長２５５は０．５インチであり、比Ｒｉは近似的に５００：１であった。これらの寸法は図２では縮尺通りに図示されている訳ではない。境界層２４２の厚み（障壁２４４とパッチ２５０又はパッチ２５１との間の浸透経路）をさらに減少させると、比Ｒｉを実質的に増加させ、フィードスルーの気密性を高めることを可能にし得る。加えて、孔２４８及び２４９の径を最小にする、例えば精密製造及び整列手順を用いて近似的に０．０２５インチの径まで縮小することが望ましい場合がある。装置２００のレイアウトに依存して、装置の発光面積を最大化する等のような他の設計目的を達成するために孔２４８及び２４９が小さい方が望ましい場合がある。孔２４８及び２４９の最小寸法は、外部バスへの接続を形成するように当該孔２４８及び２４９を通して延在する電気インタコネクトの径に依存する。

図２（Ｂ）は、多層箔２０１が伝導性金属層２４４を含む代替的な実施形態を示している。孔２４９が多層箔２０１に設けられており、パッチ２５１は伝導性要素２６１を通して装置電極２１６への電気的接点を形成する。加えて、境界層２４２及び絶縁層２４６が多層箔２０１から選択的に除去されており、伝導性層２４４と装置電極２１４との間に伝導性要素２６０によって電気的接続が形成されている。本実施形態では、孔及びパッチの個数が少なくなっており、障壁膜金属層２４４が導体として用いられている。

図３は、結合型光電子装置／透明障壁層３００及び第二の障壁層（バックシート）３０１で構成される気密式電気パッケージ３０の展開図を示す。結合型装置３００は、透明基材３０２、透明障壁層３０４、第一の電極（典型的には陽極）を形成する透明伝導性層３０６、光電子的作用層３０８及び第二の電極（陰極）３１０、選択随意の絶縁層３１８、接点３１４及び３１６、並びに選択随意の第二の障壁層３１２を含んでいる。パッチ３５０及び３５１が、結合型層３００と反対側のバックシート３０１の表面に位置して、典型的には接着剤である境界層３６３によってバックシート３０１に接合される。境界層３６３に用いるのに適した材料は、少なくとも湿分及び酸素に対して浸透性が低い。加えて、これらの材料は相対的に低温すなわち１５０℃未満、好ましくは１２０℃未満で加工可能である。一例では、米国ミシガン州MidlandのDow Chemicalから販売されているPRIMACOR３４６０熱可塑性接着剤を用いて０．００１インチ厚の層を製造する。パッチ３５０及び３５１は（選択随意の境界層３６３と共に）、９５℃と１２５℃との間の温度、好ましくは１１５℃の温度で５ｐｓｉから２０ｐｓｉの圧力、好ましくは１０ｐｓｉの圧力で、１分間と１０分間との間の時間、好ましくは約２分間の時間にわたる積層によってバックシート３０１に接合される。前述の積層方法を用いてよく、これらの積層を実行するために剥離フィルム、圧迫板、及び工作板を用いることができる。熱硬化性材料及び他の熱可塑性接着剤、特にパッケージング応用向けに湿分及び酸素の透過性が低くなるように調合されたものを含めて、多くの代替的な材料が境界層３６３に適している。バックシート３０１は、パッチ３５０及び３５１の寸法が結合型光電子装置／透明障壁層３００並びに接点３１４及び３１６の寸法及び位置によって制限されないので比Ｒｉをバックシート４０１に比較して全体的に大きくすることを可能にする。パッチ３５０及び３５１は、図示のようにパッケージの端辺まで又は端辺を超えて延在し得る。一実施形態では、経路長は１．０インチであり、境界層３６３の厚みは０．００１インチであるので、比Ｒｉは１０００：１となり、侵入を制限するのにさらに好ましい幾何学的構成が得られる。

次のステップは、装置３００、バックシート３０１、伝導性要素３６０及び３６１、並びにパッチ３５０及び３５１を整列させて積み上げることである。これらの材料は、バックシート３０１を結合することについて前述した条件において積層され得る。代替的な積層系列として、１段の積層ステップにおいてバックシート３０１を装置３００に接合する。これにより半気密式パッケージが得られ、このパッケージでは装置３００は機械的損傷及び湿分侵入から幾分か保護される。続くステップである伝導性要素３６０及び３６１並びにパッチ３５０及び３５１を境界層３４２と共に設けるステップは、続く積層工程の時間経過の後に行なわれて、完全気密式パッケージを形成することができる。代替的には、全ての構成要素を単一の積層ステップにおいて組み立ててもよい。

図４は、気密式電気パッケージ４０の部分展開図であり、このパッケージ４０は、結合型光電子装置／透明障壁層シート４００、第二の障壁層（バックシート）４０１、並びに導電性要素４６０及び４６１を含んでいる。結合型装置４００は、透明基材４０２、透明障壁層４０４、第一の電極（典型的には陽極）を形成する透明伝導性層４０６、光電子的作用層４０８及び第二の電極（陰極）４１０、選択随意の絶縁層４１８、接点４１４及び４１６、並びに選択随意の第二の障壁層４１２を含んでいる。パッチ４５０及び４５１には境界層４４５及び４４７が設けられて、多層箔４０１と多層箔４７０との間に埋め込まれた構成としてシールされる。代替的には、境界層４４６及び４４７を省いて、パッチ４５０及び４５１を多層箔４０１と多層箔４０７との間に埋め込み、次いで絶縁層４７２によってシールするようにしてもよい。この構成は、バックシート３０１について記載したものと同様に高い比Ｒｉを提供する。絶縁層４４２、障壁層４４４及び境界層４４６を含む多層箔４０１、並びに絶縁層４７２、障壁層４７４及び境界層４７６を含む多層箔４７０に適した材料は、TolasＴＰＣ−０８１４Ｂ封入箔である。これら層の全てが単一のステップで共に積層されてもよいし、結合型シート４００をバックシート４０１に積層し、次いで続く積層ステップで多層箔４７０を加えてもよい。積層ステップは典型的には、９０℃と１３０℃との間の温度、特に約１２０℃の温度で、１ｐｓｉから３０ｐｓｉの圧力、特に約１５ｐｓｉの圧力で、１０秒間と１０分間との間の時間、特に約３０秒間にわたり実行される。前述のような積層手段を用いることができ、かかる手段は設備に依存し得る。前述のように、様々な小構成要素を逐次的な積層ステップにおいて作製することができる。

図５は、光電子装置／シート５００、第二の障壁層（バックシート）５０１、及び前面シート５０７で構成される気密式電気パッケージ５０の部分展開断面図を示す。結合型装置５００は、透明基材５０２、第一の電極（典型的には陽極）を形成する透明伝導性層５０６、光電子的作用層５０８及び第二の電極（陰極）５１０、選択随意の絶縁層５１８、接点５１４及び５１６、並びに選択随意の第二の障壁層５１２を含んでいる。シート５００は障壁層を含まない。代わりに、障壁層を前面シート５０７の一部として含めることができ、前面シート５０７は透明基材５０３、障壁膜５１１、及び選択随意の境界層５１３で構成される。前面シート５０７を気密式パッケージにおいて用いると、多用途性の拡大及び性能の向上を提供することができる。具体的には、前面シート５０７は結合型光電子装置／透明障壁層５００の一部としての超高障壁層の必要性を解消し、このようにして装置製造時の障壁に対する損傷の機会を限定する。適当な接着剤は、光学的に透明であり、シート５００及び５０７に接着性を提供し、低費用高速製造に適した加工条件を有すべきである。一例では、前面シート５０７は、米国ペンシルヴェニア州PhiladelphiaのRohm & Haas CompanyによるAD-COTE３７Ｔ７７接着剤を用いて、ＵＨＢ基材に配設された米国特許第７，０１５，６４０号に記載されたような障壁層に対して接着剤を塗布し、次いで乾燥させることにより作製された。ワイヤ・ロッド塗布、ドクタ・ブレード塗布及び回転塗布を含めて様々な塗布手段が可能である。７００ＲＰＭでの回転塗布を行なった後に１２０℃で１５分間にわたり乾燥させると、表面全体にわたり幾分か変化するが近似的に１μｍから５μｍにわたる塗膜が得られた。１μｍ〜３０μｍの最終的な塗膜厚みを用いてよく、好ましい一様な厚みは２μｍ〜１０μｍの範囲である。境界層は、基材５０２及び障壁５０４の組み合わせに対してロール・トゥ・ロール法で施工されることができ、取り扱い時及び巻き取り時に障壁層に幾分かの保護を提供する。また、層５１３は、接着剤５４２と障壁層５０２との間の接着性を高めることができ、このようにしてシート５０７とシート５００との間に光学的結合を提供すると共に、パッケージの気密性及び得られる装置の信頼性を高める。

図５はまた、伝導性要素５７１、伝導線５７２、及び絶縁層５７３を含む外部バス要素を示す。パッケージの表面に電気導線を構築する方法及び材料は、当技術分野において公知である。一例では、伝導性要素５７１は、米国マサチューセッツ州BillericaのEmerson & Cuming社によるTRA-DUCT２９０２伝導性接着剤から作製され、線９０２は０．００１インチ厚×０．１２５インチ幅の銅である。伝導性要素５７２は、０．００１インチ厚×０．１２５インチ幅の銅線から形成される。絶縁層５７３は、０．００１インチのポリイミド・フィルム及び０．００２インチ厚シリコーン感圧接着剤を含む一般的な０．００３インチ厚テープから作製される。伝導性要素５７１及び伝導線５７２の代替として、ワイヤ・ボンディングを用いて線をパッチ５５０及び５５１に直接接続してもよい。明確に述べると、アルミニウム線とのウェッジ・ボンディングが熱と圧力と超音波エネルギとの何らかの組み合わせによって達成されて、パッチ５５０及び５５１とアルミニウム線との間に溶接を形成することができる。線径は、装置の電気的要件に合った寸法を有し、２５ミクロン径未満から数百ミクロン径にわたり得る。線の他端は、電源又は何らかの中間導体において終端する。

図６は、気密式電気パッケージ５０の裏面の平面図である。結合型光電子装置／透明障壁層６００が第二の障壁層（バックシート）６０１の下方に破線で示されている。多数のフィードスルー孔６４７、６４８及び６４９、並びに伝導性陰極パッチ６５０、６５２及び６５３が、陰極接点６１４と外部陰極バス６８０との間に接続されている。また、多数のフィードスルー孔６４７、６４８及び６４９、並びに伝導性陽極パッチ６５１、６５５及び６５７が、陽極接点６１６と外部陽極バス６８１との間に接続されている。代替的な実施形態では、多数の装置が単一のパッケージの内部で外部陽極バス及び外部陰極バスを介して接続されていてよい。このパッケージング方法を用いて様々な構成が可能である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す装置設計要素を用いて、全体的な電圧−電流特性を特殊設定すること、個々の装置をタイル構成に組み合わせること、及び個々の装置の輝度レベルの調整を提供することを含めて様々な目的を果たすように各装置又は各装置集合を構成することができる。設計によっては、多くの接続点の共通のバス接続を必要とする場合もあれば、各々の接続点への個々の接続を必要とする場合もある。本書の図面及び例は逐次型バッチ法での製造を記載しているが、このパッケージ設計は連続フロー型製造とも両立する。図７は、本発明による気密式電気パッケージを製造するロール・トゥ・ロール・プロセスを概略図示している。シート７００が、透明障壁層を設けずに基材に配設された多数の個々の装置で構成されている。ＯＬＥＤシート７００でのＯＬＥＤ要素の個数及び構成は重要でなく、幾つかの実施形態では、シートは単一の大型要素で構成されていてもよい。シート７００は図示のように予備作製されてロール形式で提供されてもよいし、同じロール・トゥ・ロールのラインで作製されてもよい。バックシート７０１が、前述のように多層フィルムで構成されて、ロール形式で提供される。前面シート７０７が、結合型基材７０２を障壁層７０４と共に塗布ステーション７１５に通し、塗布ステーション７１５において境界層７１３を障壁層７０４に施工することにより形成される。代替的には、前面シート７０７は予備塗布されてロール形式で提供されてもよい。幾つかの実施形態では、シート７００は透明障壁層を含んでいてもよく、障壁層７０４は選択随意であり、他の実施形態では、ＯＬＥＤシート７００が障壁層を有している場合には前面シート７０７を省いてもよく、シート７００及びバックシート７０１のみが共に積層される。バックシート７０１はフィードスルー孔７５０を含み、シート７００に面した表面又はシート７００と反対側の表面に配置され得るパッチ（図示されていない）を含んでいてもよいし、パッチが後の作業で配置されてもよい。伝導性接着剤がシート７００の装置要素の陰極及び陽極に施工されて（図示されていない）、伝導性陽極パッチを陽極に、また伝導性陰極パッチを陰極に電気的に結合する手段を提供する。シート７００を障壁層（バックシート）７０１と前面シート７０７との間に介設させた状態でこれら三つの構成要素を積層ステーション７１９において共に合わせて、熱及び圧力の下で積層し、次いで所望に応じて分割ステーション７２１において分割する。前面シート７０７を省いた実施形態では、ＯＬＥＤシート７００及びバックシート７０１のみが積層される。所望に応じて、第三の障壁層（図示されていない）をバックシート７０１に接合してもよく、特にパッチがシート７００と反対側の表面に配置されてバックシート７０１と第三の障壁層との間に介設され得る場合には第三の障壁層を接合してよい。外部バス構成要素が続く作業において設けられて、付加的な伝導性接着剤が必要に応じてパッチに施工されて気密式電気パッケージを完成することができる。代替的な実施形態では、バックシート７０１にフィードスルー孔７５０を設けるがパッチは設けず、パッチを積層後の作業において施工してもよいし、またさらに他の実施形態では、シート７００、７０１及び７０７が接合された後にフィードスルー孔を形成して、この後にパッチを施工する。

本書では発明の幾つかの特徴のみを図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、発明の要旨に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。

１０：結合型光電子装置
１１：光電子装置
２０、３０、４０、５０：気密式電気パッケージ
９９：一体型インタコネクト
１０２：プラスチック又はガラス基材
１０４：透明障壁層
１０６：透明伝導性層（第一の電極（陽極））
１０８：光電子的作用層
１１０：第二の電極
１１２：第二の障壁層
１１４：陰極接点
１１６：陽極接点
１１８：絶縁層
１２０：発光（吸光）面
１３０：裏面
２００：結合型光電子装置／透明障壁層シート
２０１：第二の障壁層（バックシート）
２０２：基材
２０４：透明障壁層
２０６：電極
２０８：光電子的作用層
２１０：第二の電極
２１２：第二の障壁層
２１４、２１６：接点
２１８：絶縁層
２４２：境界層
２４４：障壁層（障壁膜金属層）
２４６：絶縁層
２４８、２４９：フィードスルー孔
２５０：伝導性陰極パッチ
２５１：伝導性陽極パッチ
２５５：封止域
２６０、２６１：導電性要素
３００：結合型光電子装置／透明障壁層シート
３０１：第二の障壁層（バックシート）
３０２：透明基材
３０４：透明障壁層
３０６：透明伝導性層（第一の電極（陽極））
３０８：光電子的作用層
３１０：第二の電極（陰極）
３１２：第二の障壁層
３１４、３１６：接点
３１８：絶縁層
３４２：境界層
３５０、３５１：パッチ
３６０、３６１：伝導性要素
３６３：境界層
４００：結合型光電子装置／透明障壁層シート
４０１：第二の障壁層（バックシート）
４０２：透明基材
４０４：透明障壁層
４０６：透明伝導性層（第一の電極（陽極））
４０８：光電子的作用層
４１０：第二の電極（陰極）
４１２：第二の障壁層
４１４、４１６：接点
４１８：絶縁層
４４２、４７２：絶縁層
４４４、４７４：障壁層
４４６、４７６：境界層
４４５、４４７：境界層
４５０、４５１：パッチ
４６０、４６１：導電性要素
４７０：多層箔
５００：光電子装置
５０１：第二の障壁層（バックシート）
５０２、５０３：透明基材
５０６：透明伝導性層（第一の電極（陽極））
５０７：前面シート
５０８：光電子的作用層
５１０：第二の電極（陰極）
５１１：障壁膜
５１２：第二の障壁層
５１３：境界層
５１４、５１６：接点
５１８：絶縁層
５５０、５５１：パッチ
５７１：伝導性要素
５７２：伝導線
５７３：絶縁層
６００：結合型光電子装置／透明障壁層シート
６０１：第二の障壁層（バックシート）
６１４：陰極接点
６１６：陽極接点
６４７、６４８、６４９：フィードスルー孔
６５０、６５２、６５３：伝導性陰極パッチ
６５１、６５５、６５７：伝導性陽極パッチ
６８０：外部陰極バス
６８１：外部陽極バス
７００：シート
７０１：バックシート
７０２：結合型基材
７０４：障壁層
７０７：前面シート
７１３：境界層
７１５：塗布ステーション
７１９：積層ステーション
７２１：分割ステーション
７５０：フィードスルー孔

Claims

第一の透明障壁層と、
該第一の障壁層に結合されて、複数のフィードスルー孔を画定する第二の障壁層と、
前記第一及び第二の障壁層の間に介設されて、陽極、光電気的作用層、及び陰極を含む光電子装置と、
前記陰極又は陽極に電気的に結合されて、少なくとも一つのフィードスルー孔を横断して配設される少なくとも一つの伝導性パッチと
を備えた気密式電気パッケージ。
前記第二の障壁層は多層構造を含んでいる、請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
前記多層構造は少なくとも一つの金属層を含んでいる、請求項２に記載の気密式電気パッケージ。
前記多層構造は加えて少なくとも一つの接着剤層を含んでいる、請求項３に記載の気密式電気パッケージ。
前記少なくとも一つの金属層はアルミニウム、ステンレス鋼又は黄銅を含んでいる、請求項３に記載の気密式電気パッケージ。
前記少なくとも一つの伝導性パッチは接着剤層を通して前記第二の障壁層に結合される、請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
少なくとも一つの伝導性パッチが前記陽極に電気的に結合される、請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
少なくとも一つの伝導性パッチが前記陰極に電気的に結合される、請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
複数の伝導性パッチを含んでおり、少なくとも一つの第一の伝導性パッチが前記陰極に電気的に結合され、少なくとも一つの第二の伝導性パッチが前記陽極に電気的に結合される、請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
前記フィードスルー孔と前記伝導性パッチの端辺との間の距離と、前記接着剤層の厚みとの間の比が約１０よりも大きい、請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
前記比は約１００よりも大きい、請求項１０に記載の気密式電気パッケージ。
前記比は約１０００よりも大きい、請求項１０に記載の気密式電気パッケージ。
複数の伝導性陽極パッチを含んでいる請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
複数の伝導性陰極パッチを含んでいる請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
前記少なくとも一つの伝導性パッチは前記光電子装置と前記第二の障壁層との間に介設される、請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
前記少なくとも一つの伝導性パッチは前記光電子装置と反対側の前記第二の障壁層の表面に配設される、請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
前記第二の障壁層に配設される第三の障壁層を加えて含んでいる請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
前記少なくとも一つの伝導性パッチは前記第二及び第三の障壁層の間に介設される、請求項１７に記載の気密式電気パッケージ。
前記少なくとも一つの伝導性パッチに電気的に結合される外部バスを加えて含んでいる請求項１に記載の気密式電気パッケージ。
気密式電気パッケージを製造する方法であって、
陰極、陽極及び光電子的作用層を含む光電子装置を提供するステップと、
第一の透明障壁層と第二の障壁層との間に前記光電子装置を介設するステップと、
前記第二の障壁層に少なくとも一つの伝導性パッチを配設するステップと、
前記第二の障壁層に複数のフィードスルー孔を形成するステップと、
前記少なくとも一つの伝導性パッチを前記陰極又は前記陽極に電気的に結合するステップと
を備えた方法。
前記第二の障壁層に少なくとも一つの伝導性パッチを配設する前記ステップは、第一の透明障壁層と第二の障壁層との間に前記光電子装置を介設する前記ステップの前に行なわれる、請求項２０に記載の方法。
前記第二の障壁層に少なくとも一つの伝導性パッチを配設する前記ステップは、第一の透明障壁層と第二の障壁層との間に前記光電子装置を介設する前記ステップの後に行なわれる、請求項２０に記載のロール・トゥ・ロール方法。
前記第二の障壁層に第三の障壁層を配設するステップと、前記第二の障壁層と前記第三の障壁層との間に前記少なくとも一つの伝導性パッチを介設するステップとを加えて含んでいる請求項２０に記載の方法。
第一の透明障壁層と、
該第一の障壁層に結合されて、複数のフィードスルー孔を画定する第二の障壁層と、
前記第一及び第二の障壁層の間に介設されて、陽極、光電気的作用層、及び陰極を含む光電子装置と、
前記陽極又は陰極に電気的に結合されて、少なくとも一つのフィードスルー孔を横断して配設される少なくとも一つの伝導性パッチと、
該伝導性パッチの各々に電気的に結合される外部バスと
を備えた気密式でパッケージされた光電子装置。
前記陽極に電気的に結合される複数の伝導性パッチと、該複数の伝導性パッチの各々に電気的に結合される外部バスとを含んでいる請求項２４に記載の気密式でパッケージされた光電子装置。
少なくとも一つのフィードスルー孔を画定する障壁層と、
前記少なくとも一つのフィードスルー孔を横断して配設されて、前記少なくとも一つのフィードスルー孔を通して電気を通すように構成されている少なくとも一つの伝導性パッチと
を備えた物品。