JP2014525647A

JP2014525647A - エネルギー遮断層を有する有機発光ダイオードパッケージ

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Publication number: JP2014525647A
Application number: JP2014525025A
Authority: JP
Inventors: オーロンゼブ，ディーダー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2014-09-29
Anticipated expiration: 2032-07-16
Also published as: EP2742546A1; JP6320919B2; US8358066B1; CN103733371A; TW201320432A; CN103733371B; TWI562430B; US20130038206A1; WO2013022557A1; EP2742546B1

Abstract

新しい保護パッケージを有する有機エレクトロルミネセントデバイス（２０１）。パッケージ（２００）は、デバイスの外面（２２１）近くに配置された実質的に透明なエネルギー遮断層（２０９）を有する。エネルギー遮断層（２０９）は、エレクトロルミネセントデバイス及びパッケージを紫外、赤外、その他の電磁放射線から保護するように構成されている。エネルギー遮断層（２０９）はまた、デバイスの燃焼性を低減するために２１超の限界酸素指数（ＬＯＩ）を有するように構成することもでき、また場合によりデバイスを湿気から保護する役に立たせるように疎水性を有することができる。
【選択図】図２

Description

本開示の複数の態様は、一般に発光性電気パッケージの分野に関し、特にエネルギー遮断層を有する有機発光ダイオードパッケージに関する。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、通電時に、配合されている有機化合物内で光が生成して光を発するエレクトロルミネセントデバイスの一種である。ＯＬＥＤは一般に二種類の有機材料、すなわち小分子とポリマーから製造される。通常使用される小分子には有機金属キレート、蛍光及びリン光染料、並びに共役デンドリマーがある。第２のタイプのＯＬＥＤは導電性のエレクトロルミネセント又はエレクトロホスホレセントポリマーから構成される。これらのデバイスはポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）又はポリマー有機発光ダイオード（Ｐ−ＯＬＥＤ）といわれることがある。Ｐ−ＯＬＥＤ構築物に使用される典型的なポリマーには、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）及びポリフルオレンのエレクトロルミネセント性誘導体又はポリ（ビニルカルバゾール）のようなエレクトロホスホレセント性材料がある。伝統的に、ＯＬＥＤという用語は小分子から構築されたデバイスのみを指していたが、近年ＯＬＥＤは小分子及びポリマー型の両方のデバイスを指して使用されている。特定のタイプの有機材料に言及する場合、ＳＭ−ＯＬＥＤは小分子有機発光ダイオードを記載するのに使用され、Ｐ−ＯＬＥＤはポリマー有機発光ダイオードを指して使用される。本開示の目的から、有機発光ダイオード及びその略語「ＯＬＥＤ」は、広く両方のタイプの有機材料を使用して構築されたデバイスをいうものと定義される。

ＯＬＥＤは当技術分野で周知であり、通例ガラス又はポリマーのような適切な基板材料の上の積層体として構築される。ＯＬＥＤに用いられる材料は水及び／又は酸素への曝露により劣化し得、加熱により加速されることが知られている。また、デバイス及び包装材料は両方とも多くの種類の電磁放射線への曝露によっても劣化し得る。従って、ＯＬＥＤは、慎重に包装してこれらの環境の影響から保護する必要がある。また、環境的に感受性の包装材料が適切に保護されるようにこれらの包装を注意深く設計することも重要である。

ＯＬＥＤに使用する材料の環境要因による劣化はかかるデバイスの期待寿命を大きく低減する。カソードはバリウム又はカルシウムのような金属から作成されることが多く、これはその低い仕事関数が有機層のＬＵＭＯ中への電子の注入を促進するからである。これらの金属は反応性が高く、水又は酸素に曝露されると急速に劣化する。放出層に使用される有機材料及びアノードに使用される透明な導電性フィルムのような他の材料も環境要因により劣化し易い。ポリマー材料は放射線に対して感受性であり、０．６〜１．３電子ボルト（ｅＶ）の範囲の赤外（ＩＲ）線又は３．４〜５ｅＶの範囲の紫外（ＵＶ）線に曝露されると劣化する。基板材料として使用されることが多いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）はＵＶ線に曝露されると黄変する。損傷を起こすことに加えて、ＵＶ及びＩＲ線はまた透水問題も悪化させる。従ってＯＬＥＤデバイスの厳格な封入（encapsulation）が必要とされる。

ＯＬＥＤによる電気から光への効率的な変換のため、ＯＬＥＤは住宅及びビルディングの照明用として使用するのに望ましい。ビルディングに使用される材料は火災安全を念頭において設計されることが多く、多くの建築基準法はビルディング材料に燃焼性条件を課している。ビルディング及び住宅で照明として使用される大きいＯＬＥＤパネルに対する火災安全性基準は、ＯＬＥＤパネルの設計において使用する材料の可燃性を考慮することを要求している。

米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）、アンダーライターズ・ラボラトリーズ（ＵＬ）、国際標準化機構（ＩＳＯ）又は米国防火委員会（ＮＦＰＡ）のような組織による、材料の難燃特性を評価するのに使用される幾つかの基準がある。ポリマー材料の可燃性の広く使用されている基準は限界酸素指数（ＬＯＩ）である。ＬＯＩは、試験試料のキャンドルのような燃焼をちょうど支持するのに必要とされる窒素／酸素混合物中の酸素の最小濃度として定義される。乾燥空気は２１％よりわずかに少ない酸素を含有するので、燃焼を支持するのに２１％超の酸素濃度を必要とする材料（ＬＯＩ＞２１）は火災の拡大を抑制する傾向がある。２１％以上のＬＯＩを有する材料は難燃材といわれる。ＬＯＩは米国ではＡＳＴＭＤ２８６３で、国際的にはＩＳＯ４５８９で規格化されている。幾つかの一般に使用されるポリマーのＬＯＩを表１に示す。

多くの目的で、発光又はＯＬＥＤデバイスは一般に可撓性、すなわち約１０ｃｍ未満の曲率半径を有する形状に曲げることができることが望ましいであろう。これらの発光デバイスはまた大きい面積であるのが好ましく、すなわち、約１０ｃｍ²以上の面積の寸法を有し、場合によっては一緒になって、１以上のＯＬＥＤデバイスからなり、大きい発光表面積を有する一般に可撓性でほぼ平面状のＯＬＥＤパネルを形成するのが好ましい。可撓性のＯＬＥＤデバイスは通常、可撓性ではあるが湿気及び酸素の透過を妨げない可撓性のポリマー基板を含む。

米国特許出願公開第２００７０６４４４６号

従って、上記問題の少なくとも幾つかに対処する有機発光ダイオードデバイスを提供することが望ましいであろう。

本明細書に記載されるように、代表的な実施形態は上記又はその他の当技術分野で知られている欠点の１以上を克服する。

代表的な実施形態の１つの態様は、発光面及び非発光面を有する有機発光デバイスと、発光面の上に配置された実質的に透明なエネルギー遮断層とを含むＯＬＥＤパッケージに関する。

代表的な実施形態の別の態様は、上面と底面を有し、上面の上に配置された透明な第１の電極を備えた透明なポリマー基板と、透明な第１の電極の上に配置された第２の電極と、第１の透明な電極と第２の電極の間に配置されたエレクトロルミネセント層と、底面の下に配置された実質的に透明なエネルギー遮断層とを含む有機エレクトロルミネセントデバイスに関する。

代表的な実施形態の上記及びその他の態様並びに利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を考えると明らかになるであろう。しかし、図面は例示の目的のみで挙げたものであり、後述の特許請求の範囲に示されている本発明の範囲を決定するものではないことと理解されたい。本発明の追加の態様及び利点は後続の説明に示され、一部はその説明から明らかになるか又は本発明の実施により習得され得る。さらに、本発明の態様及び利点は、特に後述の特許請求の範囲で指摘されている手段及び組合せによって実現し取得することができるであろう。

図１は、典型的なＯＬＥＤデバイスを図解する。図２は、本開示の複数の態様を含む追加のパッケージ層を有する底面発光ＯＬＥＤの代表的な実施形態を図解する。図３は、本開示の複数の態様を含むＯＬＥＤデバイスのためのエネルギー遮断層の代表的な実施形態を図解する。図４は、本開示の複数の態様を含む並んだ発光素子を含有するＯＬＥＤ照明パネルを図解する。図５は、本開示の複数の態様を含むＯＬＥＤパッケージの図解する。

図１は、有機層１０３、１０４が、基板１０１の上に配置された２つの電極１０２、１０５の間に挟まれている典型的なＯＬＥＤデバイス１００を図解する。図１に示した実施形態において、基板１０１は透明な基板である。有機層１０３は一般に正孔輸送層と記載され、有機層１０４は一般に放出層（発光層）と記載される。図１の例に示されているように、上部電極１０５は負荷電カソードとして構成され、下部電極１０２は正荷電アノードとして構成されている。カソード１０５は、上に向かって進む光子を基板１０１の方向に向かって反射する高い反射性の金属性材料から作成され、一方アノード１０２は、光子が通過することができる透明な導電性の金属酸化物から作成されている。ＯＬＥＤデバイス１００は、有機層１０４で生成した光１１１が上部電極１０５で反射され又は下部電極１０２を通過し透明な基板１０１の底面１０６を通って出て行く底面発光ＯＬＥＤデバイスとして構成されている。２つの電極１０２、１０５を横切って電圧１１０が印加されると、電子の流れは上部電極１０５から有機層１０３、１０４を通って下部電極１０２に流れる。電子は放出層１０４の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）に入り、正孔輸送層１０３の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）から出て行く。正孔輸送層１０３から出て行く電子は正孔といわれる正荷電領域を残す。これらの正孔は静電気力により放出層１０４中に引き込まれ、そこで発光中心において、通常有機分子又はポリマー内で電子と結合し、その結果光子を放出する。放出された光子は各発光分子のＨＯＭＯとＬＵＭＯのエネルギーギャップに比例する振動数を有する。生成した光子は透明な基板１０１を通過し、ＯＬＥＤデバイス１００の底面１０６から光として出て行く。

効率及びその他の特性を改良するために上記ＯＬＥＤデバイス１００に追加の層を加えることが多い。例えば、下部電極１０２と正孔輸送層１０３の間に正孔注入層（図には示してない）を配置すると、下部電極１０２に使用される金属酸化物の仕事関数を正孔輸送層１０３のＨＯＭＯと調和させることによって電荷の注入を改良することができる。再結合して光子を放出することなくカソード１０５に到達する電子は浪費されることになる。カソード１０５と放出層１０４の間に電子輸送層（図には示してない）を挿入すると、電荷が再結合することなくカソード１０５に到達することを防止するのに役立ち得る。コーティングその他の層を加えることにより、透明な基板１０１の付近における屈折率を制御して、反射のためにデバイス１００内部に捕捉される光の量を低減し得る。代わりの実施形態においては、上に示した有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の基本的な概念から離れることなく図１に示した発光構造体１００にその他の層を含ませても含ませなくてもよい。

図１に示したＯＬＥＤデバイス１００において、有機材料内で生成した光１１１は透明な基板１０１を通過することにより底面１０６からデバイス１００を出て行く。透明な基板１０１は通例デバイス１００の底部といわれ、透明な基板１０１の底面１０６を通って光が出て行く構成は一般に底面発光デバイスといわれる。逆に、上面発光デバイスを創成することも可能である。この上面発光構成においては、反射性のカソードが透明な基板１０１の近くに配置され、透明なアノードが放出層１０４の上に配置されて、生成した光が下部電極１０２で反射されデバイスの上面を通って出て行く構成となる。上面発光構成において、カソードは透明な基板１０１に隣接して底部にあり、そこでｎ−チャネル薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のドレインとして使用されることができ、発光領域の下に低価格のＴＦＴバックプレーンの構築が可能となる。ＴＦＴバックプレーンはアクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイを作成するのに有用である。ＯＬＥＤシステムの全ての層に透明な材料を使用することにより、すなわち両方の電極１０２、１０５並びに基板１０１が透明であれば、完全に透明なＯＬＥＤを創成することができる。完全に透明なＯＬＥＤデバイスは、例えばヘッドアップディスプレイのようなデバイスを創成するのに使用することができる。

ＯＬＥＤデバイス１００は、湿気や酸素のような環境要因の影響及び劣化作用を受け易い。また、大きいパネルＯＬＥＤはより一般的に住宅やビルディングで使用されるので、これらのＯＬＥＤデバイスは火災安全基準を始めとする建築基準法を遵守しなければならない。開示されている実施形態の様々な態様は、湿気及び酸素の排斥を改善し、ＯＬＥＤデバイス及びそのパッケージに対する電磁放射線による損傷を低減し、ＯＬＥＤデバイスの燃焼に対する耐性を改良する。

図２は、本開示の代表的な実施形態を図解しており、パッケージ層２０５、２０６、２０７、２０８及び２０９内に封入された上記デバイス１００と同様なＯＬＥＤデバイス２０１を示す。下部電極２０２は、実質的に透明な非金属導電性材料からなるアノードとして構成されている。下部電極２０２は、場合により可撓性の基板１０１上に配置されたシート又はフィルムとして提供され得る。可撓性基板１０１は通例可撓性のポリマー材料、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる。各々が上部電極２０４及び有機層２０３を含む複数の発光素子が下部電極２０２上に配置されている。各素子の上部電極２０４は反射性の金属材料からなるカソードとして構成されている。この複数の発光素子の構成は以下でより詳細に述べる。本明細書に開示されている実施形態の説明と理解を容易にするために、本開示は、ほぼ平面状で平坦なものとしてＯＬＥＤデバイス２０１を説明し続けるが、当業者には認識されるように、本明細書に開示されているデバイスは一般に可撓性であるので、所望通りに他の形状に曲げることができる。当業者には理解されるように、ＯＬＥＤパッケージ２００の層は、発光面と非発光面を有し、この代表的な実施形態で示した底面発光構成２０１に限定されないあらゆる普通のＯＬＥＤデバイスを包装するのに適当である。

本開示の目的から、用語「の上」及び「の外側」によって記載される関係は、包装されるＯＬＥＤからより遠く離れているか及び／又は外部環境により近い層を指していう。例えば、アウトカップリング(out-coupling、光取り出し)層が超高バリヤ層「の外側」又は「の上」であるという記載は、超高バリヤ層がアウトカップリング層とＯＬＥＤデバイスとの間にあることを意味する。

本開示の代表的な実施形態において、ＯＬＥＤデバイス２０１は不透過性の層又はフィルム２０５及び２０７で封入又は密封されて湿気及び酸素の侵入から保護する。これらのフィルムはＯＬＥＤデバイス２０１の発光面２２１及び非発光面２２２に接着により取り付けられる。ここで、発光面は透明なバリヤ層２０７で覆われ、非発光面は非透過性の多層カバー又はバックシート２０５で覆われている。代わりの実施形態において、図示した底面発光ＯＬＥＤデバイス２０１は上面発光ＯＬＥＤデバイスで置き換えることができ、この場合その発光面２２１と非発光面２２２は、発光面が透明なパッケージ層２０７、２０８、２０９及び２１０に面し、非発光面がバックシート２０５により覆われるように適当に配置される。ＯＬＥＤデバイス２０１は単一の基板上に構築された単一のデバイスであり得、或いは複数のＯＬＥＤデバイスを含んでいてもよい。また、ＯＬＥＤデバイス２０１は１以上の発光素子を有していてもよい。デバイスからの光の透過を改良するために、透明なバリヤ層２０７の上にアウトカップリング層２０８が配置される。この層はデバイスを出て行くことができる光の量を増大するのに役立つ。透明なエネルギー遮断層２０９及びエネルギー遮断層２０６がそれぞれ層２０５及び２０８の上に配置されて、包装されたデバイス２００の全ての内部の層を保護する。

図３は、封入層２０７〜２０８又は２０５と外部環境の間に配置され得る実質的に透明なエネルギー遮断層２０９の代表的な実施形態を図解する。これらのエネルギー遮断層は、一般に、密閉したカプセルの性能を改良し、カプセル及び封入されたデバイス２０１を電磁放射線及び熱による損傷から保護し及び／又は包装されたデバイス２００の燃焼性を低減するように構成されている。

エネルギー遮断層３００の代表的な実施形態は幾つかのサブ層から構成される。図３に示したサブ層３１０、３１１、３１２及び３１３は各々が別々の保護特性を提供するように構成されている。本明細書では一般にエネルギー遮断層を記載するが、サブ層の多くの組合せ及び並べ換えが可能であり、本開示の思想と範囲からそれることなくエネルギー遮断層の様々な特性を他のパッケージ層に組み込むことができるものと理解されたい。

図３に示した代表的なエネルギー遮断層３００は４つのサブ層、すなわち、ポリマー難燃層３１０、ガラス系ＵＶ及びＩＲ放射線遮断層３１１、ＥＭＩを生じる電磁放射線を減ずる導電層３１２及び疎水性の湿気遮断層３１３を含んでいる。難燃層３１０は、そのＬＯＩを２１超に増大するための材料で被覆又は強化されたポリマーフィルムからなる。難燃層３１０に使用するのに適切なポリマー材料には、ポリウレタン、エチレンブチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンオキシド又はシリカアクリレートヒドリドがある。これらのポリマーのＬＯＩは、ホウ素、アルミニウム、リン、アンチモン及び塩素のような添加難燃剤の使用により又はシリカ粒子、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラフェンオキシド、酸化セリウム又は二酸化チタンナノ粒子のようなナノ複合材を添加することにより増大される。難燃層３１０のポリマーフィルムはこれらの添加剤で被覆又は強化することができる。これらの材料をコーティングとして使用する場合、充分な透明性を維持するために、コーティングの全体の厚さは約５ｎｍ未満にするべきである。これらの材料を、難燃層３１０のポリマーフィルムを強化するために使用する、すなわち難燃層３１０のポリマーフィルムと混合する場合、混合物中の添加剤の濃度は約１０％未満とするべきである。

エネルギー遮断層３００の次のサブ層３１１は難燃層３１０の上に配置された放射線遮断層である。ＯＬＥＤ及びカプセルに使用されるポリマー材料は殆どが、約９５０〜２１００ｎｍの波長に相当する０．６〜１．３電子ボルト（ｅＶ）の範囲のＩＲ及び約２５０ｎｍ〜３６０ｎｍの波長に相当する３．４〜５ｅＶの範囲の紫外線（ＵＶ）に感受性である。放射線遮断層３１１をＯＬＥＤパッケージ２００の外面又はその付近に配置することによって、カプセル及び難燃層材料を含めて全ての内部の材料を有害な放射線から保護することができる。放射線遮断層３１１はまた湿気の侵入速度も低減する。これは、ＵＶ放射線が水をより小さいダイマーに解離してバリヤ層を通る増大した分子の拡散を可能にする一方でＩＲ放射線が増大した運動のためのより多くの運動エネルギーを可能にすることができるからである。放射線遮断層３１１の代表的な実施形態は約１〜２重量％の亜鉛及びセリウムをドープした熱的に付着させたホウケイ酸ガラスの層からなる。これらの金属はガラスと混合されると酸化物に変化し、有害なＵＶ及びＩＲ放射線を効果的に遮断する透明な層になる傾向がある。放射線遮断層の厚さは可撓性とドーパント量との釣り合いの結果であり、より薄いコーティングはより可撓性であるがより多くのドーピング量を必要とし、より多いドーピング量は透明性を低下させる。放射線遮断層の最小の厚さは約５００ｎｍであり、これはＯＬＥＤ層の厚さと同程度である。２００μｍの厚い層は半剛性のパネルとして良好であり、照明用途に望まれる可撓性を達成するには約５０μｍの厚さの層が良好である。放射線遮断層の作成に適した他のガラス材料にはカルコゲナイドガラス及びアルミナシリケートがあり、いずれも金属ドーピングを含む。放射線遮断層３１１は図３に示されているように分離した層として構築することができ、またドープガラス材料を難燃層３１０のポリマーと混合することによって難燃層３１０と組み合わせることができる。

代表的な実施形態において、放射線遮断層３１１は疎水性ポリマーの層３１２で被覆される。厳密にいうとこのサブ層はエネルギー自体を遮断しないが、水は環境の影響の最も有害なものの１つであるので、エネルギー遮断層に特別な湿気保護を含ませることは有益である。この目的に利用可能な種々のポリマーがある。ポリ（スチレン−コ−ジビニルベンゼン）の層をポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）上に使用することができ、またポリ（ブチルメタクリレート−コ−エチレンジメタクリレート）も適している。市販の疎水性シリカ（例えばＲＸ２００−Ｎｉｐｐｏｎ）も使用することができる。適切な材料のその他の例は、ＢｅｌｔｓｖｉｌｌｅＭａｒｙｌａｎｄのＣｙｔｏｎｉｘＬＬＣから入手可能でありＦＬＵＯＲＯＰＥＬ（登録商標）という商標で販売されている様々な透明ポリマー溶液である。これらの疎水性材料は通常溶液として得られ、その場合疎水性の層３１２はその溶液でエネルギー遮断層３１１の表面を拭うことで設けることができる。

上述したように、ＯＬＥＤデバイス（図１の１００又は図２の２０１）及びそのパッケージに使用される材料は電磁干渉（ＥＭＩ）により損傷され得る。無線周波数干渉（ＲＦＩ）といわれることもあるＥＭＩは、電気及び電子デバイスから漏れる電磁放射線によって起こる。コンピューター、携帯電話、視聴覚機器及びその他のモバイルコンピューティングデバイスの激増に伴い、ＯＬＥＤディスプレイ及びＯＬＥＤ照明パネルを使用する環境で高レベルのＥＭＩが存在することが多い。包装ＯＬＥＤデバイス２００にＥＭＩが浸透するのを防ぐために、エネルギー遮断層３１１は、ＥＭＩを生じさせる電磁放射線を弱めるためにＥＭＩシールドを含むように適合させることができる。ＥＭＩを生じさせる放射線は導電性材料のサブ層３１３をエネルギー遮断層３００に加えることによって有効に低減するか又は弱めることができる。１つの実施形態において、導電性材料は難燃性サブ層３１０に積層される導電性のメッシュからなる。導電性のメッシュは非常に細いの電線のスクリーン様材料である。例えば、直径５０μｍ、間隔２６７μｍの電線を有する導電性のメッシュを使用すると、約７０％の光透過及び１００ｄＢ以下の減衰が得られる。代わりの実施形態において、サブ層３１３は、放射線遮断層３１２上に付着させた導電性低融点金属の約５ｎｍ未満の薄い層からなることができる。透明性を維持するために、この層は材料の光侵入深さに応じて約５０ｎｍ未満の厚さ、例えば５ｎｍの厚さであるべきである。あらゆる導電性の金属がシールドとして働くが、少なくとも１種の金属が磁性又は磁性合金であるのが好ましい。ＥＭＩシールドに有用な磁性金属にはコバルト、鉄又は好ましくはニッケルがある。ＥＭＩシールドはまた磁性金属をドープした導電性酸化物、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなることもできる。この薄いフィルムは、例えば蒸着によって設けることができる。導電性材料の薄い層として実施する場合、ＥＭＩシールドはフォトリソグラフィープロセス又はその他の手段を用いてセグメントに分割して非常に細い電線のメッシュ様構造を創成することができる。このようにして導電層をパターン化することにより透明性が改善され、分割セグメント間の間隔を遮断される放射線の波長より小さく保つことにより適当な減衰が達成される。既に記載した放射線遮断層は１００ｎｍ〜１０μｍ付近の波長を有する電磁放射線に対して保護する。導電層又はＥＭＩシールドは、ミリメートル以上の波長の放射線に対して保護するのに使用される。良好な減衰、例えば２０ｄＢ以上の減衰のためには、セグメント間の最大の間隔は遮断される波長の約１／２０とするべきである。従って、１ミリメートル以上の波長の場合、セグメントは５０μｍ未満の間隔で離れているべきである。

上に記載したように、大きいＯＬＥＤデバイスは複数の発光素子を含むことが多い。これらの素子は単一の基板上にアレイ状に配列されるか又はタイルとして張られる。アレイ状に配列された又はタイルして張られたＯＬＥＤパネルの代表的な実施形態を図４に示す。図４に示した代表的な実施形態において、ＯＬＥＤデバイス４００は単一の基板４０１上に配置された４つのリボン様発光素子４０２のアレイを含有する。ＯＬＥＤデバイス４００にエネルギーを加えたとき、発光素子４０２はパッケージの発光領域を画定する。本開示の目的において、「周辺領域」は、周辺４０３及び発光素子の間４０４にある非発光領域として定義される。平面図（上面図又は下面図）として眺めたとき（すなわち、ＯＬＥＤデバイス又はパネルの平面に対して垂直方向に眺めたとき）、かかる周辺領域は一般に発光領域を包囲するように見られる。パネルに使用される発光素子４０１は、図１に示したデバイスと同様な底面発光ＯＬＥＤデバイス又は上面発光デバイスであることができる。パネル４００内の発光領域は長方形として図解され、単一の列として配列されている。しかし、本開示の思想及び範囲から外れることなく他の発光素子の形状をいろいろなパターンで配列することができる。底面発光構成においてデバイスの発光面は基板４０１の底面であり、上面発光構成においてデバイスの発光面は発光素子４０２の上面である。当業者には認識されるように、本明細書に開示されているパッケージの実施形態は、単一の発光面を有するもの、並びに２つの発光面を有するもの、例えば完全に透明なＯＬＥＤを含めて広範囲のＯＬＥＤデバイスタイプに有用である。

複数の発光素子を用いて作られるパネルは追加の難燃材を配合する機会を提供する。発光素子４０２を取り囲む非発光性周辺領域４０３、４０４はパネルの光出力に悪影響を与えることなくより厚い及び／又はより薄い透過性のエネルギー遮断層で被覆することができる。すなわち、ＯＬＥＤパネル４００の非発光周辺領域４０３、４０４のみを被覆する追加の難燃層をエネルギー遮断層３００に加えることができる。この層は各発光素子４０２の上に穴をもっていて、発せられた光がより厚い難燃材によって遮断されないようになっている。代わりの実施形態において、追加の難燃層は、周辺領域を覆う領域において難燃層３１０の厚さを増大し、各々の発光素子を覆う領域においてより薄くより透明な層を残すことにより、難燃層３１０の一部として構築することができる。

文脈上、以下に、発光パッケージの付加的な特徴について記載する。様々な実施形態に従って、少なくとも１つの発光素子は有機エレクトロルミネセント材料を含み得る。かかる実施形態において、各々の発光素子は「ＯＬＥＤ」又は有機発光ダイオードと呼び得る。発光性電気パッケージは全体として可撓性及び／又はコンフォーマルであるように構成される。すなわち、発光性パッケージは少なくとも１つの所定の形状に、少なくとも一度「一致する」のに充分な可撓性を含む。例えば、「コンフォーマル」発光性電気パッケージは最初はシリンダー本体に巻き付けて備品を形成するのに十分なほど可撓性であり得るが、その後その有用寿命中再び曲がることはない。本開示による発光性電気パッケージは一般に可撓性である（又は一致し得る）。

一般に、アノード層は実質的に透明な非金属導電性材料からなり得る。ＯＬＥＤ用途向けの良好な透明導電性非金属コーティング（例えば、ＩＴＯ）の必要条件は、高い光透過率（約９０％より高い）、１〜５０Ω／ｓｑという低いシート抵抗、高い仕事関数（時には５．０ｅＶ程度に高い）及び１ｎｍ未満の低い粗さ（ＲＭＳ）により要約することができる。しかし、実際問題として、かかる望ましいパラメーターが常に容易に達成されることはない。さらにまた、透明な導電性非金属コーティングは通例脆性であり、製造条件によって欠陥を有し得る。本開示の実施形態に適した材料として、限定されることはないが、透明な導電性酸化物、例えばインジウムスズ酸化物、インジウムガリウム酸化物（ＩＧＯ）、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）、フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化亜鉛、亜鉛−酸化物−フッ化物（フッ素をドープした酸化亜鉛）、インジウムをドープした酸化亜鉛、マグネシウムインジウム酸化物及びニッケルタングステン酸化物、導電性ポリマー、例えばポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、並びにこれらの任意の２種以上の混合物及び組合せ又は合金がある。その他の実質的に透明な非金属性導電性材料は当業者には明らかであろう。

カソードは一般に、比較的に小さい電圧が電子の放出を引き起こすように低い仕事関数を有する材料からなり得る。一般に使用される材料には、スズ、鉛、アルミニウム、銀及び混合物のような金属があり、ジルコニウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、希土類元素又はこれらの任意の２種以上の合金の金属又は金属ヨウ化物と共に使用される。或いは、カソードは電子注入を高めるために２以上の層を含み得る。カソードの非限定例はカルシウムの薄い層とより厚いアルミニウム又は銀の外層とからなり得る。

幾つかの実施形態では、有機発光層を溶液相堆積により第１の電極層の上に構築した後溶媒を用いて拭き取るか又はその他パターン化し、次いで蒸着により有機発光層の上にカソード層を、例えば１００〜１０００ｎｍの厚さのアルミニウムフィルムとして付着させる。１つの実施形態において、電気パッケージは、連続の非パターン化アノード層と、複数のリボン様構造体として構成された不連続のカソード層とを含む。リボン様の構造体の一例を図４に４０２で示す。用語「リボン様」とは、デバイスの光る領域の寸法をいい、これは長くて狭く断面が薄いであろう。

ＯＬＥＤデバイスは、湿気と酸素がこのデバイス層に有害な影響を与えるで、通例封入又は密封される。１以上のＯＬＥＤデバイスが、２（又はそれ以上）の一般に不透過性の層又はフィルムの間に密封、例えば接着剤で密封され得、その不透過性の層又はフィルムの少なくとも１つは一般に透明で、生成した光子が光として逃れることができる。多くの実施形態において、これらの不透過性の層の１つは透明な超高バリヤであり、もう１つはバックシートである。

バックシート（又はバック層）は通例、両方の表面がポリマー絶縁体で被覆されたアルミニウム又はモリブデン箔のような金属箔又は他の導電性材料を含み得る。幾つかの実施形態において、バックシートは金属箔を含む複合アセンブリであり得、この金属箔は金属箔の両面上にあるポリマーフィルム又は絶縁体内に入れられているか又は封入されている。バックシートは一般に、金属箔の組込のため優れた湿気及び酸素バリヤ特性を示す。バックシートとして使用するのに適切な幾つかの材料として、ヒートシール可能な材料のような、フィルム又はシートの形態の、湿気及び場合により酸素バリヤ特性を有する市販の多層包装又は蓋材がある。

典型的な透明バリヤは、当技術分野で広く知られている超高バリヤ（ＵＨＢ）フィルムであり得る。ＵＨＢは通例、水及び酸素の通過を遅らせるか又は理想的には防止するように設計された有機及び無機材料の層からなるフィルムである。無機フィルムは、製造中に形成され得るか又は経時的に生じ得、湿気及び酸素が漏れ出るのを可能にする欠陥を含有する。有機層により分離された複数の無機フィルムを積み重ねることによって、水又は酸素分子は無機層間を横方向に進ませられてより下の層の欠陥に行き着くことにより、水及び酸素がＯＬＥＤ中に入る通路を見つけ出す速度を低下させる。ＵＨＢはその層間にシャープな境界を有することができるか又はＵＨＢ層の境界は段階状になって未混合材料のゾーン間に有機及び無機材料の混合ゾーンを形成することができる。段階状の層を用いることにより、湿気と酸素の侵入に対してさらに大きな保護を提供することができる。

アウトカップリング層は、パッケージから発せられた光の通路に配置し得る。アウトカップリング層又はフィルムは、屈折率を低下させることによりデバイスから反射して戻る光の量を低減するように配合されるか又は被覆される。アウトカップリング層上に微細構造又はその他の表面パターンを創成することにより、生成した光に変動する入射角が提供され、より多くの光が逃れることが可能になる。アウトカップリングフィルムは、そこを通って進む光を方向転換させる散乱粒子を含み得る。層境界で反射されたであろう光は、方向転換されると逃れることが可能になり得る。

ここで図５を参照すると、包装ＯＬＥＤパネル５００を示す本開示の代表的な実施形態が描かれている。図５には背景状況を提供するために追加のパッケージの詳細（例えば、デバイスに電流を供給するために使用される構成部品５３０〜５３５、マスク５３６、等）が含まれているが、本開示を定義したり限定したりするものと解釈されるべきではない。ＯＬＥＤデバイス５０１は図４に示されているようなアレイ状に並んだリボン様素子として示されているが、当業者には認識されるように、ＯＬＥＤデバイス５０１は任意のＯＬＥＤデバイス構成又は１群のＯＬＥＤデバイスであり得る。ＯＬＥＤデバイス５０１は様々なパッケージ層及び構成部品内に包囲されて、照明用途に使用するのに適切なパネルを創成する。ＯＬＥＤデバイス５０１の非発光面は金属／ポリマーバックシート５０２で被覆される。このバックシートはデバイス及びパッケージに使用される材料に対する保護を提供し、このバックシート５０２はカソードに使用される感受性の金属を保護するように設計されるのが殊に重要である。バックシート５０２はＯＬＥＤデバイスの非発光面上に配置されるので、金属箔のような不透明な材料を使用することができる。不透明な材料は、ＯＬＥＤデバイスに対して透明な材料より良好な保護を提供することができるが、それ自身がＵＶ及びＩＲ放射線からの損傷を受け易い可能性がある。バックシート５０２は絶縁接着剤層及び密閉金属層を含み得るが、いずれにしても水及び酸素を通さないように充分な厚さ及び均質性をもたなければならない。電流は、ＯＬＥＤデバイス５０１とマスク５３６の間に配置された一連の構成部品５３０〜５３５によりＯＬＥＤデバイス５０１のカソードに流される。これらの構成部品は一組のＡＣＦ（異方性の導電性フィルム）ストリップ５３０間にサンドイッチ状に挟まれた補足バス５３１を含む。電流は接触パッチ５３２、絶縁リング５３３、銀エポキシ５３４及び平坦な屈曲ケーブル５３５によりＡＣＦストリップ５３０に流される。エネルギー遮断層５０３をパッケージの底面上に配置して、ＯＬＥＤパッケージ５００内に含有されるバックシート５０２及びその他の構成部品を保護することができる。

ＯＬＥＤデバイス５０１の発光面上のパッケージはデバイスを出て行く光の透過を助け、デバイスを環境の影響から保護する。デバイスを出て行くことができる光の量を増大するために、光学カップラー５１０がＯＬＥＤデバイス５０１の発光面上に直接配置される。研究により、放出層で生成した光の８０％以下が反射してデバイス中に戻り、層の境界での反射により捕捉され得ることが示されている。光学カップリング５１０の１つの目的は層の境界の屈折率を低減することによりより多くの光がデバイスを出て行くことを可能にし得る。超高バリヤ５１１（ＵＨＢ）を光学カップラーの上に配置して湿気及び酸素のデバイス中への侵入を遅くする。アウトカップリングフィルム５１３はアウトカップリング接着剤５１２を用いてＵＨＢ５１１に接合される。アウトカップリング接着剤５１２はＵＨＢ及びアウトカップリングフィルム間の低い屈折率を確保したりその他良好な光学的性質をを有していて、デバイスを逃れる光の量を最大にする。上述したようにアウトカップリングフィルム５１３は光がデバイスから出て行くのを助けるように設計された層を含む。エネルギー遮断層５１４がアウトカップリング層５１３の上に配置されて、デバイス及びパッケージ層に対する追加の保護を提供する。アウトカップリング層はエネルギー遮断層に使用されるものと同様なポリマー材料からなることが多い。この材料の類似性により、エネルギー遮断層の高いＬＯＩのような特性の幾つかがアウトカップリング層に組み込まれることが可能になる。上述したエネルギー遮断層５１４はアウトカップリング層５１３の上に配置される。本開示の幾つかの実施形態は、難燃材及び電磁エネルギー遮断材料をアウトカップリングフィルム内に組み込むことにより、エネルギー遮断層をアウトカップリング層と組み合わせる。他の実施形態において、難燃層は難燃材をアウトカップリングフィルム内に配合することによりアウトカップリング層と組み合わされ、放射線遮断層は別に加えられる。燃焼に対する追加の保護が追加の難燃材５１５により提供される。追加の難燃材５１５はＯＬＥＤ５０１の各発光素子上に穴を有する分離した層として示されている。上に記載したようにエネルギー遮断層５１４の厚さを変化させることにより追加の難燃材５１５も含ませ得ることに注意されたい。物理的損傷からパッケージを保護するために、追加の難燃材５１５の上に耐擦過層５１６が配置される。他の代表的な実施形態において、耐擦過層はエネルギー遮断層の前又は後であることができ、或いはエネルギー遮断層中に組み込むことができる。

以上、本発明の基本的な新規な特徴をその代表的な実施形態に関連して示し、説明し、指摘して来たが、当業者には本発明の思想と範囲から逸脱することなく例示したデバイス及び方法の形態及び詳細並びにその操作において様々な省略及び置換及び変更をなし得ることが理解されるであろう。また、同じ結果を達成するために実質的に同じようにして実質的に同じ機能を果たす要素及び／又は方法段階の全ての組合せが本発明の範囲内であることと了解されたい。さらに、本発明の開示された形態又は実施形態に関連して示し及び／又は説明した構造及び／又は要素及び／又は方法段階は通常の設計事項としてあらゆる他の開示され又は記載され又は示唆された形態又は実施形態に組み込み得ることと認識されたい。従って、本発明は、以下の特許請求の範囲に記載の範囲によってのみ制限される。

Claims

発光面及び非発光面を有する有機発光デバイスと、
発光面の上に配置された実質的に透明なエネルギー遮断層と
を含むＯＬＥＤパッケージ。
実質的に透明なエネルギー遮断層が紫外及び赤外放射線を遮断するように構成されている、請求項１記載のＯＬＥＤパッケージ。
エネルギー遮断層が２１超のＬＯＩを有する、請求項１記載のＯＬＥＤパッケージ。
さらに、エネルギー遮断層の上に配置された疎水性コーティングを含む、請求項１記載のＯＬＥＤパッケージ。
実質的に透明なエネルギー遮断層が、
２１超のＬＯＩを有するポリマーフィルムと、
ホウケイ酸ガラス、カルコゲナイドガラス及びアルミナシリケートからなる群から選択されるガラスと
を含んでおり、ガラスが亜鉛及びセリウムからなる群から選択される金属でドープされている、請求項２記載のＯＬＥＤパッケージ。
ガラスが１〜２重量％の金属を含む、請求項５記載のＯＬＥＤパッケージ。
有機発光デバイスが発光領域及び周辺領域を形成するように配置された複数の発光素子を含んでおり、エネルギー遮断層がさらに周辺領域の上に配置された難燃材の層を含んでいる、請求項１記載のＯＬＥＤパッケージ。
難燃材の層が周辺領域の上のポリマーフィルムの厚さを増大することによって形成されている、請求項７記載のＯＬＥＤパッケージ。
さらに、
発光面と実質的に透明なエネルギー遮断層との間に配置された超高バリヤと、
超高バリヤと実質的に透明なエネルギー遮断層との間に配置されたアウトカップリング層と
を含む、請求項１記載のＯＬＥＤパッケージ。
さらに、
非発光面の上に配置された金属／ポリマーバックシートと、
金属／ポリマーバックシートの上に配置された第２のエネルギー遮断層と
を含んでおり、
第２のエネルギー遮断層が紫外及び赤外放射線を遮断するように構成され、２１超のＬＯＩを有する、請求項９記載のＯＬＥＤパッケージ。
実質的に透明なエネルギー遮断層の上に配置された導電層を含む、請求項１記載のＯＬＥＤパッケージ。
導電層が連続層である、請求項１１記載のＯＬＥＤパッケージ。
導電層がセグメントに分割された層であり、セグメント間の間隔が遮断される電磁放射線の波長より小さい、請求項１１記載のＯＬＥＤパッケージ。
上面及び底面を有する透明なポリマー基板と、
上面の上に配置された透明な第１の電極と、
透明な第１の電極の上に配置された第２の電極と、
第１の透明な電極と第２の電極との間に配置されたエレクトロルミネセント層と、
底面の下に配置された実質的に透明なエネルギー遮断層と
を含む有機エレクトロルミネセントデバイス。
実質的に透明なエネルギー遮断層が紫外及び赤外放射線を遮断するように構成されている、請求項１４記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
実質的に透明なエネルギー遮断層が２１超のＬＯＩを有する、請求項１４記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
実質的に透明なエネルギー遮断層が、
２１超のＬＯＩを有するポリマーフィルムと、
ホウケイ酸ガラス、カルコゲナイドガラス及びアルミナシリケートからなる群から選択されるガラスと
を含んでおり、
ガラスが亜鉛及びセリウムからなる群から選択される金属を含んでいる、請求項１５記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
ガラスが１〜２重量％の金属を含む、請求項１７記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
ガラスがポリマーフィルム上に熱的に付着させられている、請求項１７記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
ポリマーフィルムがガラスで強化されている、請求項１７記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
ポリマーフィルムが、
ポリウレタン、エチレンブチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンオキシド及びシリカアクリレートヒドリドからなる群から選択されるポリマー材料と、
ガラス粒子、カーボンナノチューブ、グラフェン、ＺｎＯ及びＴｉＯからなる群から選択される難燃材と
を含んでおり、難燃材がポリマーフィルムの１０％未満をなす、請求項１７記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
疎水性コーティングがエネルギー遮断層の上に配置されている、請求項１７記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
疎水性コーティングがポリ（スチレン−コ−ジビニルベンゼン）、ポリ（ブチルメタクリレート−コ−エチレンジメタクリレート）、疎水性シリカ、アクリルポリマーからなる群から選択される材料を含む、請求項２２記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
さらに、
底面と実質的に透明なエネルギー遮断層との間に配置された超高バリヤと、
超高バリヤと実質的に透明なエネルギー遮断層との間に配置されたアウトカップリング層と
を含む、請求項１４記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
さらに、
第２の電極の上に配置された金属／ポリマーバックシートと、
金属／ポリマーバックシートの上に配置された第２のエネルギー遮断層と
を含んでおり、第２のエネルギー遮断層が紫外及び赤外放射線を遮断するように構成されており、２１超のＬＯＩを有する、請求項２４記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
実質的に透明なエネルギー遮断層がアウトカップリング層と組み合わせられている、請求項２４記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
導電層がエネルギー遮断層の上に配置されている、請求項１４記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。
導電層が導電性の低融点金属の厚さ５ｎｍ未満の層を含む、請求項２７記載の有機エレクトロルミネセントデバイス。