JP2014512098A - 埋め込み構造体及びそれを含む光電デバイスを提供する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

−転写ローラ（２０）の円筒表面（２２）上に導電材料（ＥＣＭ）を堆積するための堆積設備（１０）と、−キャリア層（ＣＭ）を有するフレキシブル基板（ＦＳ）を提供するための供給設備（４０）と、−転写ローラ（２０）の表面に対して、キャリア層（ＣＭ）を有するフレキシブル基板（ＦＳ）を押圧する押圧ローラであって、押圧ローラは、第１の堆積設備（１０）が転写ローラ上に物質を堆積する位置に対して、転写ローラの回転方向（２４）に位置し、堆積された物質（ＥＣＭ）を前記キャリア層（ＣＭ）に埋め込むために配置され、印刷された物質（ＥＣＭ）と転写ローラ（２０）の円筒表面（２２）との間の付着力は、印刷された物質と前記キャリア層との間の付着力より小さい、押圧ローラと、−物質をパターン付構造体（ＥＣＳ）として埋め込んでいるキャリア層（ＣＭ）を有するフレキシブル基板（ＦＳ）を、転写ローラ（２０）から離すための輸送設備（４４）とを備えるパターン付構造体（ＥＣＳ）を提供する装置。更に、パターン付構造体（ＥＣＳ）を提供することに対応する方法が開示される。

Description

本発明は、埋め込み構造体を提供する装置に関する。

本発明は、更に埋め込み構造体を提供する方法に関する。

本発明は、更に光電デバイスを製造する装置に関する。

本発明は、更に光電デバイスを製造する方法に関する。

光電デバイスは、基本的に第１の導電層と第２の導電層との間に挟まれた光電媒体として構成されている。ＯＬＥＤなどの発光デバイスの場合、これらの層の中の少なくとも１つは、発生した光子放射を層を通して外部に透過させるために、透明であるべきである。同様に、光起電力デバイスでも、少なくとも１つの透明な導電層が、外部からの光子放射を導電層間の光起電力媒体に入射させるために必要である。なお、透明の導電材料、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの金属酸化物やＰＥＤＯＴ等の有機材料が知られているが、透明性と導電性とは相反する要件である。層が光の透過を阻害しないほど十分に薄い場合は、層で大きな電圧降下が起きる。しかしながら、伝導性を向上させるために厚い層を付けると、透明性が許容できない程度に低くなる。このジレンマを解決する方法は、比較的薄い透明導電層と、その層と電気的に接触する導電材料のグリッドとを一緒に付けることである。グリッドを実質的に不可視であるようにするためには、グリッド要素の目標線幅は５００μｍのオーダーまたはそれ以下であり、好ましくは目標線幅は５０μｍ未満である。５０μｍの加工寸法で１ｓｑ／Ωの目標導電性を得るためには線は数ミクロンの厚さが必要である。その線の幾何学的形状は、コーティングしなければならない層の塗布や被覆に大きな影響を及ぼすので、これらの線の厚さはその後の製造工程を複雑にする。

米国特許出願公開第２００９／０２８８５６７号には、ロールツーロール方式の回転押圧プロセスを用いて電子デバイスを製造する装置が開示されている。この装置は、フレキシブル印刷用紙が巻かれている巻きローラと、複数の印刷ユニットと、少なくとも１つのコーティング・ユニットと、印刷が完了したときに印刷用紙を巻き戻す巻き戻しローラを備える。装置は複数の乾燥ユニットを更に備える。

米国特許第５６９３３７５号には、プレート上のインクを被印刷物上に転写する方法が開示されている。これは、プレート上の所定の位置にインクを配置する工程を含む印刷方法によって実現される。プレートの所定位置に配置されたインクの形状を維持するために、電界をインクに印加する。これによりインクの粘度が増加し、インクは、凝固状態または半凝固状態となる。次に、インクを凝固状態または半凝固状態に維持しながら、インクを被印刷物上に転写する。

国際公開第２０１１／０１６７２５号には、光電デバイスの製造方法が開示されている。その方法は、基板を用意する工程と、基板の第１の主面に電気的に相互接続された開放分流構造体を載せる工程と、電気的に相互接続された開放分流構造体を透明層中に埋め込む工程と、基板を、埋め込まれ、電気的に相互接続された開放分流構造体から除去する工程と、基板の除去後、形成された自由表面の上に機能層構造体を堆積する工程を含む。

本発明の目的は、埋め込み構造体、特に比較的高導電性を有する埋め込み導電構造体を有する装置を効率的に提供する装置を提供することである。

更なる目的は、光電デバイスの製造装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、埋め込み構造体、特に比較的高導電性を有する埋め込み導電構造体を提供するための効率的、実用的な方法を提供することである。

更なる目的は、光電デバイスの製造方法を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、埋め込み構造体を提供するための装置は、回転方向を有する転写ローラの円筒表面上に物質またはその前駆体をパターン状に堆積するための第１の堆積設備を備える。物質は、典型的には、導電材料を含むが、絶縁材料や半導体材料を使用してもよい。装置は、キャリア層を有するフレキシブル基板を転写ローラへ向けて提供するための供給設備を有する。

キャリア層は、フレキシブル基板の表面層であってもよい。あるいは、キャリア層は、基板上に付けられたキャリア材料の別個の層であってもよい。その場合、供給されるフレキシブル基板は、既にキャリア材料の層が付いている加工済基板であってもよい。あるいは、転送ローラに搬送される直前に、キャリア材料の層をフレキシブル基板上に堆積してもよい。

押圧ローラは、転写ローラの表面に対して、キャリア層を有するフレキシブル基板を押圧するために配置される。押圧ローラは、転写ローラ上に前記物質を堆積する位置に対して、転写ローラの回転方向に位置する。フレキシブル基板にかけられた圧力により、堆積された物質は、フレキシブル箔のキャリア層に埋め込まれる。埋め込まれた（導電）物質は、（導電）構造体を形成する。

印刷された物質と転写ローラの円筒表面との間の付着力は、印刷された物質とキャリア層との間の付着力より小さいので、物質は容易に転写ローラからキャリア層に転写され、堆積された物質は、フレキシブル基板が転写ローラの表面から離された後にもキャリア層に埋め込まれたままである。

更に輸送設備が、転写ローラからフレキシブル基板を離すために設けられている。

上記で参照した米国特許出願公開第２００９／０２８８５６７号の装置は、押圧ローラ２８を有する。米国特許出願公開第２００９／０２８８５６７号の説明によれば、「すべてのインクは、二回の瞬間乾燥運転で硬化され、押圧ローラ２８で押圧され、印刷紙１上に印刷される」。従って、押圧ローラ２８は、印刷紙にインクを埋め込むために設置されているのではない。

上述したように、米国特許第５６９３３７５号には、プレート上のインクを被印刷物上に転写する方法が開示されている。そのために押圧ドラム４７が使われている。押圧ドラム４７は、インクを被印刷物上に転写し、従って、インクを被印刷物に埋め込むために配置されてはいない。

本発明の第２の態様によれば、
− 転写ローラの円筒表面上に物質（導電材料を含む）またはその前駆体をパターン状に堆積する工程と、
− キャリア層を有するフレキシブル基板を供給する工程と、
− 転写ローラの表面に対して、キャリア層を有するフレキシブル基板を押圧すると共に、堆積された物質を前記キャリア層に埋め込む工程であって、印刷された物質と転写ローラの円筒表面の間の付着力は、印刷された物質と前記キャリア層の間の付着力より小さく、埋め込まれた物質は（導電）構造体を形成する、工程と、
− 転写ローラからパターン付（導電）構造体を埋め込んでいるキャリア層を有するフレキシブル基板を離す工程を備える、（導電）構造体を提供する類似の方法が提供される。

国際公開第２０１１／０１６７２５号の処理により、埋め込み分流構造体が得られることに留意されたい。国際公開第２０１１／０１６７２５号において、埋め込み分流構造体は、押圧によってではなく、層の堆積によって得られたものである。例えば、分流構造体が後に埋め込まれる、透明層の第１の副層３２は、分流構造体２０に共形に堆積されていることが引用のＷＯ刊行物に特に記載されている。

従って、本発明は、導電線を印刷し、焼結し、埋め込んで活性表面と同一平面の導電性のグリッドを得る、ロールツーロール方式に互換の第１の態様に係る装置と第２の態様に係る方法を提供する。その結果、後続の層の堆積は、粗い表面の幾何学的形状の存在によって阻害されることはない。

様々なオプションがあり得るが、第１の堆積施設は印刷設備であるのが好ましい。様々な印刷設備が利用可能である。印刷される物質が比較的低い粘度を有する場合、例えば、インクジェットプリンタを使用できる。印刷される物質が比較的高い粘度を有する場合は、スクリーン印刷機を使用できる。

様々な物質を導電材料またはその前駆体を含む物質として使用できる。例えば、溶融金属を導電材料を形成する物質として堆積できる。堆積後、金属は冷却し、固化する。それに適した材料は、例えば、比較的融点が低く、良好な導電性を有する銀または錫である。この実施形態の利点は、物質を硬化するために別の硬化設備が必要ではないということである。

或いは、金属ナノ粒子を含むインクを、導電材料の前駆体である物質として堆積してもよい。この物質を、転写ローラに堆積した後に、硬化させると共に導電材料に変換させることが可能である。ナノ粒子を含むインクを使う場合、ナノ粒子は焼結される。つまり、該当する場合には、用語「硬化」は「焼結」を意味すると理解されよう。

別の代替の実施形態において、転写ローラに堆積された物質は、金属錯体溶液である。同様に、この物質を、転写ローラに堆積した後に、硬化させると共に導電材料に変換させることが可能である。

後の方の２つの実施形態の利点は、物質の硬化設備が配置されている位置と、この目的のためのデバイス（単数又は複数）及び設定によって、物質の硬化の時間を正確に決定できることである。

１つの実施形態では、物質はキャリア層に埋め込まれる前に硬化される。物質は、硬化状態において、より容易にキャリア層に埋め込まれるであろう。

代替の実施形態では、物質は、キャリア層とともにフレキシブル基板を転写ローラの表面に対して押圧している間に、硬化される。

必要に応じて複数の物質がスタック層として使用される。スタックは追加の物質、例えば絶縁物質または半導体物質、の他の層を含んでいてもよい。

装置は、導電材料の前駆体を硬化するための硬化設備として、熱源と光子放射源とマイクロ波供給源のうちの１つ以上を含んでもよい。

また、導電性ポリマーを、埋め込み導電材料として使用することも考えられるであろう。しかしながら、実際には、これらの材料は金属に比べて相対的に低い導電率を有している。

また、導電材料の埋め込み媒体として使われるキャリア層に対して幾つかのオプションがある。

実施形態の１つでは、キャリア層は、少なくとも局所的に、フレキシブル基板が転写ローラの円筒表面に対して押圧される領域において第１の相対的軟質状態を有し、物質がキャリア層に埋め込まれた後に、相対的硬質状態を有する。それにより、物質はキャリア層により一層しっかりと埋め込まれる。

キャリア層の相対的軟質状態と相対的硬質状態の差異は、幾つかの方法で達成可能である。１つの実施形態において、装置は、フレキシブル基板上に第１の相対的軟質状態のキャリア材料の層を堆積する第２の堆積設備を有し、物質がその層に埋め込まれた後に、キャリア材料の層を第２の相対的硬質状態に変換する変換設備を有する。

装置の１つの実施形態において、第２の堆積設備で堆積されたキャリア材料は、ポリマーの前駆体である。第２の堆積設備は、例えば、印刷設備または噴霧コーティング設備である。この実施形態では、変換設備は、キャリア材料の層を硬化するための硬化設備を含む。硬化設備は、熱源及び／または光子放射源を含んでもよい。

別の実施形態において、第２の堆積設備によって堆積されたキャリア材料は、熱弾性ポリマーであり、変換設備は、キャリア材料が堆積される温度と環境温度との差を供給する。熱弾性ポリマーは、加熱され、それと共に軟化した状態でフレキシブル基板の表面に堆積され、冷却時に硬化する。この方法は、別の硬化設備が不要であるという点で有利である。ポリマーの前駆体を堆積用キャリア材料として採用する他の実施形態の利点は、キャリア層の硬化のタイミングをキャリア材料の硬化設備の位置と、硬化設備に使われる手段を選択することによって容易に調整可能であるということである。

ある特定の実施形態では、装置は、フレキシブル基板が押圧ローラと転写ローラの間で押圧されている間、キャリア層を一時的に軟化するように準備されている。これは、キャリア層を、押圧ローラと転写ローラで形成される交点に存在する間に、加熱することによって達成できる。

ある特定の実施形態では、これは、装置が円筒表面の温度より高い温度に物質を加熱する設備を有することで達成される。加熱された物質の温度上昇によりキャリア層が局所的に軟化する。物質を、堆積するときに、例えば溶融金属として堆積するときに、加熱してもよい。あるいは、物質を、転写ローラに堆積した後に、例えば、硬化性混合物で構成される物質を焼結するときに、加熱してもよい。そのために、転写ローラに加熱設備を設けてもよい。

キャリア層は、フレキシブル基板と一体となっていてもよい。トラックの熱容量が比較的小さいために、キャリア層のみが局所的に軟化するが、基板の下層の材料は影響を受けない。

或いは、光子放射をパルス状に照射することにより加熱してもよい。パルスの期間によっては、下層の材料を加熱せずにキャリア層を加熱できる。この方法は、下層の材料が比較的低い融点を有する場合に使用できる。この方法は、キャリア層がフレキシブル基板それ自体で形成されている場合にも好適である。

装置の１つの実施形態では、転写ローラの円筒表面には、被堆積物質を受ける溝が設けられている。これにより、埋め込み構造体では、幅に対する高さの比を、そのような溝がない場合に可能な比より大きくできる。

そのようにして得られた導電構造体は、光電デバイスに使うために特に適している。導電構造体は、基板上のキャリア層に埋め込まれているので、平坦な表面が得られ、それにより、本発明に係る方法と装置で更なる機能層を容易に追加できる。

従って、本発明の第三の態様に係る装置は、光電デバイスを製造するために提供される。装置は、導電構造体を提供するための第１の態様に係る装置及び、それに追加して、
− その層の上に、その層に埋め込まれた導電構造体に電気的に接触した第１の電極層を付ける設備と、
− 前記第１の電極上に光電構造体を付ける設備と、
− 前記光電構造体上に第２の電極を付ける設備と、を含む。

更に、本発明の第四の態様に係る方法は、光電デバイスを製造するために提供される。その方法は、フレキシブル基板上の層に埋め込まれた導電構造体を提供する本発明の第２の態様に係る方法に関する工程を含む。更に、その方法は、次の工程、
− 層の上に、その層に埋め込まれた導電構造体に電気的に接触する第１の電極層を付ける工程と、
− 前記第１の電極上に光電構造体を付ける工程と、
− 前記光電構造体上に第２の電極を付ける工程と、を含む。

上記及び他の態様を図を参照してより詳しく説明する。

図１は、本発明の第１の態様に係る装置の一実施形態を示す。 図１Ａは、図１ＡにおけるＩＡの詳細を示す。 図２Ａは、Ａで示された図１の装置の中の丸で囲まれた位置におけるフレキシブル基板の一連の断面を示す。 図２Ｂは、Ｂで示された図１の装置の中の丸で囲まれた位置におけるフレキシブル基板の一連の断面を示す。 図２Ｃは、Ｃで示された図１の装置の中の丸で囲まれた位置におけるフレキシブル基板の一連の断面を示す。 図２Ｄは、図２ＣのＤに従って示される、フレキシブル基板の上面図である。 図３Ａは、本発明の第１の態様に係る装置を用いて得られた半完成品の様々な例を示す。 図３Ｂは、本発明の第１の態様に係る装置を用いて得られた半完成品の様々な例を示す。 図３Ｃは、本発明の第１の態様に係る装置を用いて得られた半完成品の様々な例を示す。 図３Ｄは、本発明の第１の態様に係る装置を用いて得られた半完成品の様々な例を示す。 図３Ｅは、本発明の第１の態様に係る装置を用いて得られた半完成品の様々な例を示す。 図３Ｆは、本発明の第１の態様に係る装置を用いて得られた半完成品の様々な例を示す。 図４は、本発明の第３の態様に係る装置で得られ得る最終製品の一例を示す。 図５は、本発明の第３の態様に係る装置の実施形態の一例を示す。 図６は、本発明の第３の態様に係る装置で得られ得る最終製品の別の例を示す。 図７は、図３Ｄに示すような導電構造体の一部分の深さプロファイル測定の結果を示す。 図８は、図３Ｄに示すような導電構造体の一部分の顕微鏡画像を示す。 図９Ａは、半完成品の別の例を示す。 図９Ｂは、１つの工程を更に適用した後の図９Ａの半完成品を示す。 図１０Ａは、印刷された導電材料の表面の共焦点顕微鏡画像を示す。 図１０Ｂは、埋め込まれた導電構造体の自由表面の共焦点顕微鏡画像を示す。 図１１Ａは、導電材料の線の横断の断面における高さプロファイルを示す。 図１１Ｂは、埋め込まれた導電構造体の線の横断の断面における高さプロファイルを示す。

以下の詳細な説明において、多数の特定の詳細が本発明の完全な理解を促すために説明される。しかしながら、本発明はこれらの特定の詳細なしに実施され得ることは、当業者によって理解されるであろう。他の事例においては、本発明の態様を不明瞭にしないために、周知の方法、手順、および構成要素は、詳細に説明されていない。

図面において、層と領域の大きさ及び相対的な大きさは、明確にするために誇張されている場合がある。

なお、本明細書において、第一、第二、第三等の用語は、様々な要素、構成要素、領域、層及び／またはセクションを説明するために使用されているが、これらの要素、構成要素、領域、層および／またはセクションは、これらの用語によって制限されないということは理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層またはセクションを別の領域、層またはセクションから区別するためにだけに使用されている。従って、後述する第１の要素、構成要素、領域、層またはセクションは、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層またはセクションと記述することもできるであろう。

本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態（及び中間構造）の概略図である断面図を参照して本明細書に記載されている。例えば、製造技術及び／または許容誤差から生じる図の形状からの変形はそれ自体としては予想されることである。従って、本発明の実施形態は、本明細書に示される領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造から生じる形状のばらつきを含むものである。

特に定義しない限り、本明細書に使われている全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者が普通に理解するものと同じ意味を有する。更に、一般に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈におけるその用語の意味と一致している意味を持つと解釈されるべきであり、本出願で明白に定義されない限り理想的な又は過度に形式的な意味で解釈されないことが理解されるであろう。本明細書に記載された全ての刊行物、特許出願、特許、および他の参考文献は、その全体が参考として援用される。矛盾する場合、本明細書が、定義を含み、優先する。更に、材料、方法、及び例は例示にすぎず、限定することを意図していない。

同様の部分は、本出願を通して同じ参照を有する。

図１は、電導構造体を提供するための第１の態様に係る装置を示す。この装置は、回転方向２４を有する転写ローラ２０の円筒表面２２上にパターン状に導電材料（ＥＣＭ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）またはその前駆体を含む物質を堆積するための第１の堆積設備１０を備える。転写ローラの円筒表面２２には、物質と円筒表面との間に低い付着力を持たせるためにコーティングが施された。この場合のＳｉＮコーティングがセラミック・コーティングとして使用された。別個にセラミック・コーティングを施す代わりに、物質に対して低い付着力を有するガラスのような材料で転写ローラ自体を作ってもよい。その代わりにまたはそれに加えて、プラズマ処理等の表面処理を、低い付着力を達成するためにローラ２０の円筒表面２２に行ってもよい。

この実施形態では、物質は、転写ローラ２０の長さ方向、すなわち転写ローラ２０の回転軸に平行に延びる線として印刷される。

堆積された物質ＥＣＭは、硬化設備１５で硬化される。硬化設備は、例えば、加熱デバイス、マイクロ波デバイス、またはＵＶ源などの光子照射デバイスを含む。更に、転写ローラ２０は、堆積された物質ＥＣＭの硬化を容易に行うための加熱設備２１を有してもよい。幾つかの実施形態において、例えば、溶融金属が物質として円筒表面２２に印刷される場合には、硬化設備はなくてもよい。

図示の実施形態において、装置は、第１の硬度状態を有するキャリア材料（ＣＭ：ｃａｒｒｉｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ、図２）の層をフレキシブル基板ＦＳ上に堆積するための第２の堆積設備３０を有する。第２の堆積設備は、例えば印刷設備でもよいし、コーティング設備でもよい。１つの実施形態では、キャリア材料の層は、パターンに従って堆積される。例えば、キャリア材料の層を、導電材料のパターンに対応しているパターンに従って堆積してもよい。

あるいは、キャリア材料の層により形成されたキャリア層は、フレキシブル基板ＦＳ上に既に存在しているとしてもよい。

更に別の実施形態において、キャリア層ＣＭは、フレキシブル基板ＦＳによって形成される。この場合、フレキシブル基板上にキャリア材料の層を付ける追加の処理は回避される。フレキシブル基板ＦＳは、例えば、厚さ５０μｍのＰＥＴ箔であり、そのＰＥＴ箔の中に厚さ５μｍのパターンを形成してもよい。この場合、ＰＥＴ箔の上部の５μｍの層がキャリア層ＣＭと考えてよい。

フレキシブル基板は、例えば、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＡ、ＰＩ等のタイプのポリマー箔であり、例えば２５〜５００μｍの範囲の厚さであってもよい。

図２Ａと２Ｂと２Ｃは、それぞれＡとＢとＣで示された図１の装置の中の丸で囲まれた位置におけるフレキシブル基板の一連の断面を示す。図２Ａ〜２Ｃにおける水平方向は、図１における水平方向、すなわち、フレキシブル基板ＦＳの輸送方向ＴＤに対応する。

図２Ａは、図１に示した位置Ａにおける、フレキシブル基板ＦＳの断面を模式的に示す。図２Ａは、フレキシブル基板を、それが供給ローラ４０から供給される状態で、示す。

図２Ｂは、図１の位置Ｂにおける断面を示す。この位置において、第１の硬度状態を有するキャリア材料ＣＭの層がフレキシブル基板ＦＳ上に堆積される。

供給設備は層ＣＭを有するフレキシブル基板ＦＳを転写ローラ２０の方に搬送する。この場合、転写ローラ２０と押圧ローラ４２の組み合わせによって、フレキシブル基板ＦＳに引っ張り力がかけられ、フレキシブル基板ＦＳが転写ローラ２０の方に移動させられる。しかしながら、代替のまたは追加の移動設備があってもよい。例えば、貯蔵ローラ４４を十分な力で回して、移動設備として機能するようにしてもよい。

押圧ローラ４２は、キャリア層ＣＭを有するフレキシブル基板ＦＳを転写ローラ２０の表面２２に対して押圧する。押圧ローラ４２は、第１の堆積設備１０が物質ＥＣＭを転写ローラに堆積する位置に対して、転写ローラ２０の回転方向２４に位置する。押圧ローラ４２が転写ローラの表面２２に対してフレキシブル基板ＦＳにかけた圧力によって、堆積された物質ＥＣＭは、キャリア層ＣＭに埋め込まれる。印刷された物質ＥＣＭと転写ローラ２０との付着力は、印刷された物質ＥＣＭと前記キャリア層ＣＭとの付着力より小さい。図１の位置Ｃにおけるフレキシブル基板の断面である図２Ｃに示されているように、埋め込まれた物質ＥＣＭは、導電構造体ＥＣＳ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成する。図２Ｄは、図２ＣのＤから見た、フレキシブル基板の上面図である。図示の実施形態において、導電構造体ＥＣＳは、平行な導電線のセットによって形成される。

印刷された物質ＥＣＭがキャリア層ＣＭに埋め込まれた後に、キャリア層ＣＭを、第１の状態に比べて高い硬度を有する第２の状態に変換するために変換設備５０が設けられている。変換設備５０は、多種の方法で形成できる。例えば、キャリア層ＣＭに使われる材料を熱硬化性ポリマー（組成物）とし、物質ＥＣＭがキャリア層ＣＭに埋め込まれる領域、埋め込み領域２６、の位置を加熱して熱硬化を達成してもよい。

あるいは、光硬化性組成物をキャリア層に使用してもよく、埋め込み領域２６を照射する光子放射源２８によってキャリア層の硬化が達成される。１つの実施形態では、光子放射源２８は、転写ローラ２０内に配置され、転写ローラ２０は、放射源２８によって提供される光子放射を透過させる材料からなる円筒壁２９を有する。あるいは、押圧ローラ４２が透明であれば、そこの中に放射源２８ａが配置されてもよい。更に放射源２８及び放射源２８ａが共に存在してもよい。

更に別の実施形態では、自動硬化性多成分組成物は、層ＣＭの前駆体として堆積される。この多成分組成物、例えば２成分組成物、の組成は、層ＣＭの硬化のプロセスが、フレキシブル基板ＦＳが転写ローラ２０の円筒表面２２に対して押圧されている間に、起きるように選択される。

輸送設備は、パターン付導電構造体ＥＣＳを埋め込んでいる層ＣＭを有するフレキシブル基板ＦＳを、転写ローラから離すために設けられている。ここで、輸送設備は、フレキシブル基板ＦＳを十分な力で巻き取って転写ローラ２０からフレキシブル基板ＦＳを離す貯蔵ローラ４４で構成される。代替または追加の設備、例えば、１つ以上のＳローラがこのために存在してもよい。

図３Ａに示すように、キャリア層ＣＭに埋め込まれた導電構造体ＥＣＳは、バスバー構造体ＢＢＳ（ｂｕｓｂａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に接続されてもよい。光電デバイスにおいて、バスバー構造体ＢＢＳは、典型的には活性領域、すなわち光電媒体を含む領域、の外側に配置され、比較的幅の広い線で形成される。バスバー構造体ＢＢＳも、キャリア層ＣＭの中に埋め込まれてもよい。

図示した実施形態では、物質は、転写ローラ２０の長さ方向、すなわち転写ローラ２０の回転軸に平行な方向に延びる線として印刷される。しかしながら、物質を堆積するための代替は多数あり得る。単に必要とされているのは、物質の線要素のパターンが、転写ローラ２０に堆積されて、そこに転写され、そのパターンがキャリア層ＣＭに埋め込まれ、導電構造体を形成することである。例を図３Ｂ〜３Ｆに示す。

図３Ｂは、導電構造体が、互いに横切る線の格子で形成されている一実施形態を示す。

図３Ｃは、導電構造体が、互いに相互接続された円形要素のパターンとして形成されている一実施形態を示す。

図３Ｄは、導電構造体が、互いに相互接続された八角形要素のパターンとして形成されている一実施形態を示す。

単一の導電構造体の代わりに、その代替として、複数の互いに独立した導電構造体をキャリア層に埋め込むことが可能である。

図３Ｅに示された一実施形態によれば、第１及び第２の導電構造体ＥＣＳ１、ＥＣＳ２は、キャリア層ＣＭに埋め込まれている。ここで第１及び第２の導電構造体ＥＣＳ１、ＥＣＳ２は、互いにかみ合うような櫛状構造体として形成されている。

図３Ｆに示された別の実施形態によれば、キャリア層ＣＭに埋め込また第１及び第２の導電構造体ＥＣＳ１、ＥＣＳ２は、蛇行パターンに従って互いに並んで延びている。この実施形態は、多数の導電構造体に対して容易に一般化することができる。

図１Ａに示すように、転写ローラ２０の円筒表面２２には、堆積物質ＥＣＭを収容する溝２３を設けてもよい。特に、溝２３は、物質ＥＣＭが円筒表面２２上に堆積されるパターンに対応するパターンで形成してもよい。図１Ａは、転写ローラ２０の、回転軸を横断する断面の一部分を示している。その一部分は図１のＩＡに対応する。

図４に示す光電デバイスは、図２Ｃの導電構造体に加えて、層ＣＭ上にあり、その層に埋め込まれた導電構造体ＥＣＳに電気的に接触する第１の電極層ＥＬ１を備える。光電構造体ＯＥＳが前記第１の電極層ＥＬ１上に配置され、第２の電極層ＥＬ２が前記光電構造体ＯＥＳ上に配置される。光電構造体ＯＥＳは、１つ以上の発光層を含む発光構造体でもよい。更に、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等の他の層があってもよい。あるいは光電構造は、１つ以上の光起電力層を含む光起電構造であってもよい。

第１の電極層ＥＬ１は透明な電極層である。すなわち光電デバイスが発光デバイスである場合、透明電極層ＥＬ１は、そのデバイスが生成した放射線に対して、少なくとも５０％、ただしより好ましくは少なくとも７５％、最も好ましくは少なくとも９０％の透過率を有すべきである。光電デバイスが光起電力電池である場合、透明電極層ＥＬ１は、光起電力層によって変換される放射線に対して望ましい透明性を持つ必要がある。

光電デバイスの種類によっては、他の構造体または層を設けてもよい。例えば、光電デバイスがＯＬＥＤである場合、バリア層を、大気中の水分又は他の物質の侵入を妨げるために設けてもよい。さらに光拡散層、耐スクラッチ層等を設けてもよい。

図５は、図１の装置で得られた導電構造体が、さらに、どのように図４で示すような光電デバイスを製造するために使われているかを概略的に示す。

図５の装置は、導電構造体、例えば図１を参照して説明したようなもの、を提供する装置６０を備える。

この装置は、更に、層ＣＭに埋め込まれた導電構造体ＥＣＳに電気的に接触する第１の電極層ＥＬ１を層ＣＭ上に付ける設備６２を備える。第１の電極層ＥＬ１は、例えば印刷処理によって形成される有機層であってもよい。別の例では、第１の電極は、蒸着処理によって付けられる無機層である。

この装置は、更に、前記第１の電極層上に光電構造体を付ける設備６４を備える。この装置は光電材料の１つ以上の層を付ける１つ以上の印刷設備を備えてもよい。

別の設備６６は、光電構造体上に第２の電極層ＥＬ２を付ける働きをする。得られた生成物は、貯蔵ローラ６８に格納される。

図６は、光電デバイスの別の実施形態を示す。図中のデバイスは、例えば図３Ｅまたは３Ｆに示すように、キャリア層ＣＭに埋め込まれた１対の第１及び第２の導電構造体ＥＣＳ１、ＥＣＳ２を備える。第１及び第２の導電構造体ＥＣＳ１、ＥＣＳ２は、各々、横断導電体ＴＥＣ１、ＴＥＣ２を介して適切な電極層ＥＬ１、ＥＬ２に接続される。光電デバイスは、水分及び酸素の侵入を回避するために、第１及び第２のバリア構造体を有する。光電デバイスは、光電構造体を含む上部と、導電構造体ＥＣＳ１、ＥＣＳ２が埋め込まれた層ＣＭを含む底部とを有する。底部及び上部は接着層ＡＬによって互いに接着されている。これは、先願、国際公開第２０１０／００５３０１号に詳細に開示されているように、上部及び底部を独立に製造することを可能にするので、優利である。

導電材料またはその前駆体として堆積される物質には、例えば、金属ナノ粒子を含むインクがある。その一例は、シントロニクス（Ｓｙｎｔｒｏｎｉｃｓ）社によって提供されるようなエチレングリコール／エタノール混合物中の銀ナノ粒子分散体である。この銀インクは、３０から５０ｎｍの範囲の粒子径を有する銀ナノ粒子を２０重量％含有する。このインクの粘度及び表面張力はそれぞれ１４．４ｍＰａ．ｓと３１ｍＮ／ｍである。

あるいは、有機または水性の溶媒に入れた金属錯体、例えば溶媒及び銀アミドの混合物を含む銀錯体インク、例えばインテック（ＩｎｋＴｅｃｈ）社が製造するインクを物質として使用することができる。銀アミドは、１３０〜１５０℃の間の或る温度で銀原子と揮発性アミンと二酸化炭素とに分解する。溶媒及びアミンが蒸発すると、銀原子が基板上に残る。銀の代わりに、例えば銅、ニッケル、亜鉛、コバルト、パラジウム、金、バナジウム、及びビスマスに基づく他の金属錯体は、代替的に又は組み合わせて使用してもよい。

更に、様々な組成を有する導電性ペーストを、金属ナノ粒子を含有するインク又は金属錯体インクの代わりに使用してもよい。

更に別の実施形態において、溶融金属を物質として堆積してもよい。

実際の適用においては、物質を印刷により、特に、ガル・ウィング・カバー・デザイン及び、メッシュ開口が４０μｍ、ワイヤ太さが０．０２５ｍｍであるスクリーンを有するＤＥＫホリゾン（Ｈｏｒｉｚｏｎ）・スクリーン印刷機（ＤＥＫインターナショナル社、ドイツ）を用いてスクリーン印刷により、表面上に堆積させた。

物質として、焼結後に線幅が３００μｍで、層厚が２．５μｍであるスクリーン・プリント用のＩｎｋＴｅｃ ＴＥＣ−ＰＡ−０１０インクが使われた。ハニカム構造体が印刷され、オーブンの中で摂氏１３５度の温度で焼結された。ハニカム構造は、ＳｉＮコーティングを有するＰＥＴ箔上にスクリーン印刷された。

フレキシブル基板には、ＵＶ硬化型有機コーティング・ポリマーをスピン・コーティングすることによってキャリア材料の層が設けられた。そのように形成されたキャリア層を有するフレキシブル基板を、スクリーン印刷されたハニカム構造体を有する表面に対して押圧することによって、スクリーン印刷された構造が、キャリア層に埋め込まれた。押圧の間、層はＵＶ（２５４ｎｍ）処理を受けた。パターン付導電銀構造体を埋め込んでいる層を有するフレキシブル基板は、その後転写ローラから離された。その後、３回の実験において、表面２２とキャリア層ＣＭとの間の接触時間は、３０秒、９０秒及び１８０秒に設定され、キャリア層ＣＭは、表面２２に接触している間、硬化された。すべてのケースで、円筒表面２２からキャリア層ＣＭへの導電銀構造体の転写が成功し、前記構造体をキャリア層ＣＭへ埋め込むことが得られた。

焼結インク構造体と硬化ＯＣＰ層のプロファイル測定は、マイクロプロセッサ・ベースのデクタク（Ｄｅｋｔａｋ）表面プロファイラによって行われる。Ｄｅｋｔａｋ表面プロファイラは、１００Åから最大６５５ｋÅまでの高さの範囲で小さい垂直フィーチャを正確に測定できる。データは、感度が良く先端がダイヤモンドの針を基板上を動かし、この動きを記録して取得した。

埋め込まれたインク線の表面が測定され、図７に示されている。このグラフでは、インク線ＩＬは、深さ３５０ｎｍで幅１２０μｍの平坦域で表されている。銀線とバリアとの高さの差は３μｍであるが、埋め込まれたインク線とＯＣＰ層との高さの差は、３５０ｎｍである。

図８に、この方法で得られた埋め込まれた導電構造体の顕微鏡写真（５０×）を示す。導電構造体ＥＣＳの近くの円は、被包された気泡である。

例外的な状況の下で、図９Ａに概略的に示されているように、導電構造体ＥＣＳを、キャリア層ＣＭの表面レベルの下のレベルで埋め込むことができる。このような事態が生じうるのは、非常に高い圧力が押圧ローラ４２によってかけられた場合、または、その圧力が、非常に短い接触時間の間、または非常に急速な硬化処理により、かけられた場合である。これらの状況は、図９Ｂに概略的に示されているように、結果として生じた溝またはくぼみに別材料ＦＭを充填することで有利に利用することができる。別材料ＦＭは、別の導電材料であってもよいが、代わりに半導体材料、絶縁材料又はその前駆体であってもよい。このようにして、埋め込まれたスタック層が得られる。

幾つかの追加の測定を図１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ及び１１Ｂに示す。

図１０Ａは、共焦点顕微鏡測定によって得られた印刷された材料ＥＣＭの表面の一部の画像を示す。図１１Ａは、印刷された材料ＥＣＭの線の長さ方向を横切る断面における高さプロファイルを示す。図１０Ｂは、埋め込まれた導電構造体ＥＣＳの表面の一部を示す。図１１Ｂにおいて、曲線Ａ及びＢは、埋め込まれた導電構造体ＥＣＳの線の、線の長さ方向を横切る断面における高さプロファイルを示す。ここで、Ａは線の自由面の高さプロファイルを示し、Ｂは線が埋め込まれた面の高さプロファイルを示す。図１０Ａ及び１１Ａから、スクリーン印刷材料ＥＣＭは、最大２μｍの高さの差のある非常に粗い表面を有していることが明らかである。それに反して、図１０Ｂ及び１１Ｂに見られるように、埋め込まれた導電構造体ＥＣＳの表面は、実質的に滑らかである。図１１Ｂの曲線Ａで分かるように、高さは、埋め込んでいる材料の表面の基準レベルから、このレベルより約１３０ｎｍ高い埋め込まれた導電材料の線の中央の高さまで徐々に変化している。

別の方法として、埋め込まれたスタック層は、転写ローラの円筒表面に物質のスタックを堆積し、次にキャリア層を有するフレキシブル基板を転写ローラの表面に押圧して、円筒表面上に形成されたスタックがキャリア表面に埋め込まれるようにすることによって、得られてもよい。これは、追加の物質を堆積するための追加の堆積設備を有する装置によって、実現できる。

特許請求の範囲において、単語「備える」は、他の要素または工程を排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。単一の構成要素または他のユニットが特許請求の範囲に記述された幾つかの項目の機能を満たしてもよい。単に特定の方策が相異なる請求項に記載されているからといって、これらの方策を組み合わせて有利になるように使用することができないということではない。請求項の範囲に記載のいかなる参照符号も、その適用範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (17)

1. 導電構造体（ＥＣＳ）を提供する装置であって、
   −回転方向（２４）を有する転写ローラ（２０）の円筒表面（２２）上に物質）またはその前駆体をパターン状に堆積するための第１の堆積設備（１０）と、
   −キャリア層（ＣＭ）を有するフレキシブル基板（ＦＳ）を前記転写ローラ（２０）へ向けて提供するための供給設備（４０）と、
   前記転写ローラ（２０）の前記円筒表面に対して、前記キャリア層（ＣＭ）を有する前記フレキシブル基板（ＦＳ）を押圧する押圧ローラ（４２）であって、前記押圧ローラ（４２）は、前記第１の堆積設備（１０）が前記転写ローラ上に前記物質を堆積する位置に対して、前記転写ローラの前記回転方向（２４）に位置し、前記堆積された物質（ＥＣＭ）を前記キャリア層（ＣＭ）に埋め込むために配置され、前記印刷された物質（ＥＣＭ）と前記転写ローラ（２０）の前記円筒表面（２２）との間の付着力は、前記印刷された物質と前記キャリア層との間の付着力より小さく、前記埋め込まれた物質は導電構造体（ＥＣＳ）を形成する、押圧ローラ（４２）と、
   −前記転写ローラ（２０）から前記パターン状導電構造体（ＥＣＳ）を埋め込んでいる前記層（ＣＭ）を有する前記フレキシブル基板（ＦＳ）を離すための輸送設備（４４）を備える装置。
2. 前記装置は、第１の硬化状態を有するキャリア層（ＣＭ）を得るためのキャリア材料を、前記フレキシブル基板（ＦＳ）上に堆積するために配置される第２の堆積設備（３０）を備え、更に、前記物質（ＥＣＭ）が前記層（ＣＭ）に埋め込まれた後に、前記第１の状態に比べて高い硬度を有する第２の状態に前記キャリア層（ＣＭ）を変換する変換設備（５０）を備える請求項１に記載の装置。
3. 前記フレキシブル基板（ＦＳ）が前記押圧ローラ（４２）と前記転写ローラ（２０）との間で押圧されている間、前記キャリア層（ＣＭ）を一時的に軟化させるように準備される請求項１または２に記載の装置。
4. 前記円筒表面（２２）の温度より高い温度に前記物質（ＥＣＭ）を加熱する設備を有し、前記加熱された物質は前記キャリア層（ＣＭ）を局所的に軟化させる請求項３に記載の装置。
5. 前記第１の堆積設備（１０）は印刷設備である先行する請求項の１つに記載の装置。
6. 前記第２の堆積設備（３０）によって堆積された前記キャリア材料（ＣＭ）は、ポリマーの前駆体であり、前記変換設備（５０）は前記キャリア層を硬化するための硬化設備を備える請求項２に記載の装置。
7. 前記第２の堆積設備によって堆積された前記キャリア材料（ＣＭ）は、熱弾性ポリマーであり、前記変換設備は、前記キャリア材料が堆積される温度と環境温度との差を提供する請求項２に記載の装置。
8. 前記第１の堆積設備（１０）は、金属ナノ粒子を含むインクを前記物質として堆積するように配置され、前記装置は、前記転写ローラ（２０）上に堆積された前記物質（ＥＣＭ）を硬化するための硬化設備（１５）を備える先行する請求項の１つに記載の装置。
9. 前記第１の堆積設備（１０）は、金属錯体溶液を前記物質（ＥＣＭ）として堆積するように配置され、前記装置は、前記転写ローラ上に堆積された前記物質を硬化するための硬化設備（１５）を備える請求項１〜７の１つに記載の装置。
10. 前記硬化設備（１５）は、前記物質が、前記層の中に埋め込まれる前に前記物質を硬化するように配置されている請求項８または９に記載の装置。
11. 前記硬化設備は、前記キャリア層とともに前記フレキシブル基板が前記転写ローラの前記表面に対して押圧されている間、前記物質を硬化するように配置されている請求項８または９に記載の装置。
12. 前記第１の堆積設備（１０）は、堆積後に固化する溶融金属を前記物質として堆積するように配置されている請求項１に記載の装置。
13. 前記転写ローラ（２０）には、加熱設備が設けられている先行する請求項の１つに記載の装置。
14. 前記転写ローラ（２０）の前記円筒表面（２２）には、堆積される前記物質を受ける溝が設けられている先行する請求項の１つに記載の装置。
15. 導電構造体（ＥＣＳ）を提供するための方法であって、
    −転写ローラ（２０）の円筒表面（２２）上に物質（ＥＣＭ）またはその前駆体をパターン状に堆積する工程と、
    −キャリア層（ＣＭ）を有するフレキシブル基板（ＦＳ）を提供する工程と、
    −前記転写ローラ（２０）の前記円筒表面（２２）に対して、前記キャリア層（ＣＭ）を有する前記フレキシブル基板（ＦＳ）を押圧すると共に、前記堆積された物質（ＥＣＭ）を前記キャリア層（ＣＭ）に埋め込む工程であって、前記印刷された物質（ＥＣＭ）と前記転写ローラ（２０）の前記円筒表面（２２）との間の付着力は、前記印刷された物質（ＥＣＭ）と前記キャリア層（ＣＭ）との間の付着力より小さく、前記埋め込まれた物質（ＥＣＭ）は導電構造体（ＥＣＳ）を形成する、工程と、
    −前記転写ローラ（２０）から前記パターン状導電構造体（ＥＣＳ）を埋め込んでいる前記層（ＣＭ）を有する前記フレキシブル基板（ＦＳ）を離す工程と
    を備える方法。
16. 光電デバイスを製造するための装置であって、
    請求項１〜１４の１つに記載された、導電構造体を提供する装置と、
    −前記層（ＣＭ）上に、前記層（ＣＭ）に埋め込まれた前記導電構造体と電気的接触する第１の電極層（ＥＬ１）を付ける設備（６２）と、
    −前記第１の電極層（ＥＬ１）上に光電構造体（ＯＥＳ）を付ける設備（６４）と、
    −前記光電構造体（ＯＥＳ）上に第２の電極層（ＥＬ２）を付ける設備（６６）と
    を備える装置。
17. 光電デバイスを製造するための方法であって、
    −請求項１５に記載の、フレキシブル基板上の層に埋め込まれた導電構造体を提供する工程と、
    −前記層（ＣＭ）上に、前記層（ＣＭ）に埋め込まれた前記導電構造体（ＥＣＳ）と電気的接触する第１の電極層（ＥＬ１）を付ける工程と、
    −前記第１の電極層（ＥＬ１）上に光電構造体（ＯＥＳ）を付ける工程と、
    −前記光電構造体（ＯＥＳ）上に第２の電極層（ＥＬ２）を付ける工程と
    を備える方法。