JP2012527728A - 気密式電気パッケージ - Google Patents

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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 (26)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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。
  21. 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。
  22. 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。
  23. 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。
  24. 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。
  25. 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。
  26. 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。
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