JP4624664B2 - 大型有機デバイス及び大型有機デバイスを製造する方法 - Google Patents

Description

電気エネルギー（照明源）から光を生成するための大面積半導体有機ベース・デバイス及び光（光起電力源）から電気エネルギーを生成するための大面積半導体有機ベース・デバイスは、広範な様々な用途に用いることができる。例えば、高効率の照明源が、絶えず開発されており、蛍光灯のような従来の面照明源と競い合っている。発光ダイオードは、従来から表示器照明及び数値ディスプレイ用に使用されてきたが、発光ダイオード技術の進展により、そのような技術を面照明に用いることに対する関心が高まっている。発光ダイオード（ＬＥＤ）及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換するソリッドステート半導体デバイスである。ＬＥＤは、無機半導体層を使用して電気エネルギーを光に変換するが、ＯＬＥＤは、有機半導体層を使用して電気エネルギーを光に変換する。一般的に、ＯＬＥＤは、２つの導体又は電極間に多層の有機薄膜を配置することにより製造される。電極層及び有機層は一般的に、ガラス基板のような２つの基板の間に配置される。電極に電流が印加されると、光が生成される。従来のＬＥＤと異なり、ＯＬＥＤは、低コストの大面積薄膜堆積法を用いて加工することができる。ＯＬＥＤ技術は、超薄型照明ディスプレイの製造に役立つ。ＯＬＥＤを使用する全般面照明を提供することに関して、多くの開発がなされてきた。

しかしながら、比較的低い効率（例えば３〜４ルーメン／ワット）である従来のＯＬＥＤは、低い電圧で面照明における十分な光度を達成することができるが、ＯＬＥＤの作動寿命は、高出力レベルにより生成される熱及びデバイスの比較的低い効率のために制限される可能性がある。ＯＬＥＤを使用する商業化が可能な光源を提供するためには、デバイスの効率を向上させて全般照明を提供するのに十分な光度で作動する際の発熱を減少させなければならない。

蛍光照明源のような従来の照明源により生成される光に匹敵するルーメン出力を有する光を発するためには、ＯＬＥＤはおそらく大型に、例えば約１平方メートルになるであろう。例えば１平方メートルの前面面積を有する大型ＯＬＥＤの製造を検討する場合、幾つかの問題が生じるであろう。ＯＬＥＤデバイスを製造する際に、従来のＯＬＥＤデバイスは、ガラスの上板及び底板を使用している。好都合なことに、ガラス基板は、デバイスを水及び酸素に対する曝露から封止するのに適切な密閉性をもたらす。更に、ガラス基板は、ＯＬＥＤデバイスの高温加工を可能にする。しかしながら、ガラス基板は、面照明用の大面積ＯＬＥＤデバイスの製造を検討する場合に、蛍光照明源のような従来の面照明源と比較して実用的でなく望ましくないことになる。一般的に言うと、ガラスは、面照明用途に対しては重すぎて実用的ではないであろう。例えば、４フィートのＴ１２型蛍光灯と同等の光を生成するためには、例えば１／８インチの厚さ及び１平方メートルの前面面積を有するガラス基板を使用したＯＬＥＤデバイスは、約３１ポンドの重さを有することになる。Ｔ１２型蛍光灯は、１／２ポンドよりも軽い。ＯＬＥＤデバイスの重量を軽減する１つの方法は、プラスチック基板を使用することである。しかしながら、プラスチック基板は、好都合にデバイスの重量を軽減するが、デバイスの密閉性が低下する可能性がある。

更に、理解されるように、全般面照明は広く用いられており、またそのような照明に対する需要は当然のことながら高い。従って、例えば蛍光照明の面照明源に対する実行可能な代わりの面照明源を提供するためには、代わりの面照源は、かなり堅牢で製造が容易でなければならない。大型のガラス基板を用いたＯＬＥＤデバイスは、高度に自動化された工程で大量生産するのはおそらく困難であろう。ガラスの重量及びガラス基板の壊れやすさが、製造工程に不都合にはたらく可能性がある。

更に、理解されるように、ＯＬＥＤデバイスに使用される有機ポリマー又は小さい分子の活性層が、導電性電極間に配置される。上部電極は一般的に、例えばアルミニウムのような反射性金属を含む。下部電極は一般的に、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）材料を含み、このＴＣＯ材料が、活性層により生成された光が下部電極を通して放出されることを可能にする。ＯＬＥＤデバイスから放出される光の量を最大にするために、ＩＴＯ層の厚さを最小限にすることができる。典型的なＯＬＥＤデバイスにおいては、ＩＴＯ層は、約１０００オングストロームの厚さを有する。しかしながら、１０００オングストロームのＩＴＯの伝導率は、大型ＯＬＥＤの表面領域全体にわたって十分な電流を供給するのには、おそらく適切ではないであろう。従って、電流が不十分となり、面照明用途に用いられる大型ＯＬＥＤ全体にわたって十分な光を生成することができない可能性がある。

理解されるように、光起電（ＰＶ）デバイスは、ＯＬＥＤデバイスと同様の材料及び概念を用いて製造することができる。半導体ＰＶデバイスは一般的に、日光のような光源から光子を吸収した後に形成される電子・正孔対の分離に基づいている。一般的に電界を形成して、電荷の分離を可能にする。電界は、金属・半導体接合面に内蔵電位が存在するショットキー接触により、又はｐ型半導体材料とｎ型半導体材料との間のｐｎ接合により生じさせることができる。このようなデバイスは一般に、無機半導体、特に単結晶、多結晶、又はアモルファス構造を有することができるシリコンで作られる。通常はシリコンが、その比較的高い光子変換効率により選ばれる。しかしながら、シリコン技術は高いコスト及び複雑な製造工程と組み合わされ、デバイスを、それらが生成する出力に対して高価なものにしている。

活性半導体有機材料に基づく類似のＯＬＥＤデバイス及び有機ＰＶデバイスは最近、有機半導体材料においてなされた進歩の結果として、より関心を集めている。これらの材料には、これまでの有機ＰＶデバイスでは達成されなかった、より優れた効率を達成する見込みがある。一般的に、有機ＰＶデバイスの活性要素は、２つの導体又は電極間に配置された少なくとも２つの有機半導体材料層を含む。少なくとも１つの有機半導体材料層は、電子受容体であり、また少なくとも１つの有機材料層は、電子供与体である。電子受容体は、該電子受容体の方が電子親和力が高いことにより他の隣接する材料から電子を受容することができる材料である。電子供与体は、該電子供与体の方がイオン化電位が低いことにより隣接する材料から正孔を受容することができる材料である。有機光伝導性材料内に光子が吸収されると、結合した電子・正孔対が生じ、該電子・正孔対は、電荷収集を行うことができる前に分離されなければならない。分離された電子及び正孔は、それらのそれぞれの受容体（半導体材料）を通して移動して、対向する電極において収集される。

ＰＶデバイスに使用される有機半導体材料の特定の層は、ＯＬＥＤデバイスに使用される有機材料の特定の層と異なっている場合があるが、ＰＶデバイスとＯＬＥＤデバイスとの間の構造上の類似性は、類似の設計上及び製造上の課題をもたらす。幾つかの例において、ＯＬＥＤデバイスを製造するのに使用される技術はまた、ＰＶデバイスを製造するのに使用することもでき、逆もまた同様である。

従って、同様の問題点及び課題が、大面積ＯＬＥＤデバイス及び大面積ＰＶデバイスの製造を検討する際に生じることになる。

本発明の技術の１つの態様によると、有機デバイスを製造する方法が提供され、該方法は、透明裏材部分を製造する段階と、第１の電極と第２の電極との間に配置された有機層を含む活性部分を製造する段階と、透明裏材部分を活性部分に結合する段階と、電導線を第１の電極及び第２の電極の各々に結合する段階とを含む。

本発明の技術の別の態様によると、有機デバイスを製造する方法が提供され、該方法は、可撓性透明フィルムを準備する段階と、該可撓性透明フィルム上に金属グリッドパターンを形成する段階と、該金属グリッドパターン及び透明フィルムを覆って透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）層を配置する段階と、該透明な導電性酸化物層を覆って有機層を配置する段階と、該有機層を覆って金属層を配置する段階とを含む。

本発明の技術の更に別の態様によると、硬質プラスチック層と、該硬質プラスチック層上に配置されたハーメチックコーティング層と、該ハーメチックコーティング層に結合された可撓性透明フィルムと、該可撓性透明フィルム上に形成された金属グリッドパターンと、該金属グリッドパターン及び透明フィルムを覆って配置された透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）層と、該透明な導電性酸化物層を覆って配置された有機層と、該有機層を覆って配置された金属層とを含むシステムが提供される。

本発明の利点及び特徴は、以下の詳細な説明を読むことにより、また図面を参照することにより明らかになるであろう。

図１〜図４は、本発明の技術により大面積有機デバイスに組み込まれる透明裏材を製造する例示的な工程の断面図である。理解されるように、例示的な製造技術を使用して、例えば大面積ＯＬＥＤデバイス又は大面積ＰＶデバイスを製造することができる。最初に図１を参照すると、例えばＬＥＸＡＮポリカーボネートのシートのような任意の好適なポリカーボネートを含むことができる透明プラスチック１０のフィルム又はシートが準備される。プラスチック１０は、高い融点を有し、それにより高い加工温度（例えば、＞２００℃）を可能にする任意の材料を含むのが好ましい。更に、プラスチック１０は、透明であり、高い可視光線透過率（例えば、＞８５％透過）を有するのが有利である。更に、プラスチック１０は、好都合なことに、例えば高い衝撃強度、難燃性及び熱成形性を有する材料を含むことができる。プラスチック１０を硬質とすることができるので、プラスチック１０はまた、以下に更に説明するように、大面積有機デバイスに対する構造的支持を与えることができる。

プラスチック１０は、面照明に用いるための十分な光を提供するのに十分な大きさであるか又は光起電デバイスにおける効率的な光吸収のために十分な表面積を提供するのに十分な大きさでなければならない。この例示的な実施形態において、プラスチック１０は、例えば、約４フィートの長さ及び約１フィートの幅を有することができる。理解されるように、プラスチック１０の他の望ましい寸法を使用することができる。プラスチック１０は、約１〜１２５ミルの範囲の厚さＴを有することができる。理解されるように、１０ミルよりも小さい厚さを有する材料は、一般的に「フィルム」と呼ぶことができ、一方、１０ミルよりも大きい厚さを有する材料は、一般的に「シート」と呼ぶことができる。プラスチック１０は、プラスチックフィルム又はプラスチックシートを含むことができることを理解されたい。更に、本明細書においては、これらの用語は特定の厚さを内包することができ、これらの用語は互換可能に使用することができる。従って、本明細書におけるいずれかの用語の使用は、それぞれの材料の厚さを限定することを意味するものではなく、むしろ、簡潔さのために用いられる。一般的に言うと、プラスチック１０は、薄いほどより軽くかつより安価な材料をもたらすことができる。しかしながら、プラスチック１０は、厚いほどより高い剛性をもたらすことができ、従って大面積有機デバイスに対する構造的支持を与えることができる。プラスチック１０の厚さは、特定の用途に応じて定められることができる。

透明裏材の製造において、図２に示すように、大面積有機デバイスの電気的接続を可能にするために、開口部１２が設けられる。図１２及び図１３に関して示し更に説明することになるように、開口部１２は、導線の下部電極への電気的接続を可能にするような任意の好適な寸法及び形状とすることができる。理解されるように、開口部１２は、例えばレーザアブレーション法によって形成することができる。それに代えて、開口部１２は、穿孔法、スタンピング法又はモールディング法によって形成することができ、該モールディング法においては、プラスチック１０は、加熱されて、開口部１２を形成するように構成された構造を有する型内に供給される。本明細書において使用する場合、「〜するようになった」、「〜ように構成された」、及びそれらに類似する表現は、特定の構造を形成するように又は特定の結果を達成するように寸法を定められ、配列され、又は製造された要素を意味する。

透明裏材のこの実施形態において、ハーメチックコーティング１４が、図３に示すように、プラスチック１０を覆って施される。理解されるように、カプセル封入されていない有機デバイスの故障までの平均時間を減少させる可能性のある劣化メカニズムの１つは、有機カソード境界面（以下に更に説明する）の空気中の酸素及び水に対する曝露である。不都合なことに、酸素又は水に対する曝露は、有機層内の化学反応のみならず、金属カソードの酸化及び／又は層間剥離を招く可能性がある。従って、図１０〜図１３を参照して更によく示し説明するように、ハーメチックコーティング１４を施して、デバイスの発光側に耐水性及び耐酸化性を付与する。ハーメチックコーティング１４は、透明な無機材料層により分離された、ＬＥＸＡＮポリカーボネートのような２つ又はそれ以上のポリマーベースの材料を含むことができる。無機材料層は、例えば、ダイヤモンド形カーボン（ＤＬＣ）、二酸化シリコン、窒化シリコン、又は酸化窒化シリコンを含むことができる。

１つの特定の例示的な実施形態において、ハーメチックコーティング１４は、約１７５ミクロンの厚さを有する熱安定化ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）材料上に形成されたハイブリッド型有機・無機多層障壁コーティングを含む。該複合障壁は、例えばポリアクリレートフィルムと無機酸化物の交互層を含むことができる。アクリルモノマー層は、例えば真空中でのフラッシュ蒸発によりＰＥＴ材料の表面上に堆積させることができる。堆積後、紫外線を用いて縮合アクリルモノマーを硬化させ、不等角高架橋結合ポリアクリレートフィルムを形成して、該ポリアクリレートフィルムによりＰＥＴ層の表面を平坦化することができる。次いで、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層をポリアクリレートフィルム上に例えば約１００〜３００オングストロームの範囲の厚さに堆積させて、水及び酸素の拡散に対する障壁を形成することができる。好都合なことに、多層を堆積させる工程を交互に繰り返すことにより、ポリマー層（例えば、ポリアクリレートフィルム）は、酸化物層（例えば、酸化アルミニウム層）内のあらゆる欠陥を緩和し、それにより多層ハーメチックコーティング１４を通しての欠陥の伝播を防止する。１つの実施形態において、この工程は、例えば４回〜５回繰り返される。

図４は、例示的な透明裏材１６の１つの実施形態を示す。大面積ＯＬＥＤデバイスの場合、有機層（図８を参照して説明する）により生成された光は、透明裏材１６を通して放出されることになる。大面積ＯＬＥＤデバイス（図５〜図９を参照して説明する）の活性部分への透明裏材１６の結合を可能にするために、接着剤層１８をハーメチックコーティング１４の表面に施すことができる。接着剤層１８は、高度に透過性の材料を含み、有機層により生成された光が周囲環境に放出されるのを可能にする。理解されるように、ＯＬＥＤの有機層により生成される光の色を変えることが望ましいこともある。従って、ＯＬＥＤの有機層により放出される光の色を変えるために、接着剤層１８は、当業者には理解されるように、蛍光体粒子又は散乱粒子を含むことができる。例えば、特定の有機材料により生成された短い波長の青色光は、接着剤層１８中の蛍光体粒子を活性化して、面照明に好ましいであろう白色光として知覚されるより長い波長の広帯域スペクトルを放出することができる。それに代えて、例えば、蛍光体粒子を含む色変換層を、接着剤層１８の下に分離して配置することができる。

ＰＶデバイスの場合、日光のような入射光源は一般的に、透明裏材１６を通して導かれ、該入射光源がＰＶデバイスの活性部分（図５〜図９を参照して説明する）により吸収されることができるようにされる。ＯＬＥＤデバイスの場合と同様に、ＰＶデバイスにおいて、接着剤層１８内に蛍光体粒子を使用して、日光を有機層によって更に吸収されやすい波長に変換することができる。更に、接着剤層１８は、当業者には理解されるように、光捕捉力を高めるために散乱粒子を含むことができる。

図５〜図９は、本発明の技術により製造される、ＯＬＥＤデバイス又はＰＶデバイスのような大面積有機デバイスの活性部分の例示的な製造工程の断面図である。最初に図５を参照すると、透明フィルム２０の層が示されている。透明フィルム２０は、可視光線に対して透過性であり、例えばＭＹＬＡＲのようなポリマー材料を含むことができる。透明フィルム２０は一般的に、薄く（２〜５０ミル）かつ可撓性である。透明フィルム２０は、例えばロールから供給することができる。好都合なことに、透明フィルム２０のロールを使用することは、活性部分の大量の、低コストの、リール・ツー・リール処理法及び製造法を用いることを可能にする。透明フィルム２０のロールは、透明裏材１６のプラスチック１０の幅に適合するように、例えば１フィートの幅を有することができる。透明フィルム２０はまた、例えば４フィートの長さのようなプラスチック１０の長さに適合する長さに切断することもできる。理解されるように、透明フィルムは、図５〜図９を参照して説明する製造工程の前又は後に切断することができる。それに代えて、透明フィルム２０は、ＭＹＬＡＲのような可撓性の低い透明材料を含むことができる。

前述したように、例えば表示器照明用に使用される典型的なＯＬＥＤは、一般的に、２つの電極間に配置された幾つかの有機層を含む。電極の１つは一般的に、例えばインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む。ＩＴＯは、約１０オーム／平方の抵抗率を有する導電性セラミックである。この導電率の大きさは一般的に、表示器照明に用いられる小型ＯＬＥＤを明るくするのに必要な発光を生成するのに適当である。しかしながら、理解されるように、従来のＩＴＯ層の出力では、本発明のデバイスのような大面積ＯＬＥＤを明るくするのに必要な電流を生成するには、大きな表面積にわたる抵抗損失が大きい可能性があるため、不十分であろう。電極は、光の放出が下にある有機層を通過して周囲環境に到達するのを可能にするような透明な材料を含むので、より高い導電率を有する金属層を使用することはできない。更に、ＩＴＯ層の厚さを増加させることにより導電率を高めることはできるが、増加した厚さは、不都合なことに、層の透過率を減少させる。同様に、制限された導電率もまた、当業者には理解されるように、ＰＶデバイスの効率を低下させるおそれがある。

ＩＴＯの制限された導電率に対する１つの解決策は、図６に示すように金属グリッド２２を組み込むことである。金属グリッド２２は、ＩＴＯ層２４（図７に示す）に電気的に結合されて、下部電極（すなわちＩＴＯ層２４）全体にわたる導電率を高める。金属グリッド２２は、例えばアルミニウムを含むことができる。それに代えて、金属グリッド２２は、例えば銀又は銅のような別の導電性金属を含むことができる。金属グリッド２２を形成するには、例えばスパッタリング技術により、透明フィルム２０を覆って０．５〜２．０ミクロンの範囲の厚さで金属層を配置することができる。金属層は、パターン化されエッチングされて、透明フィルム上に配置された複数の金属スクェアを有する金属グリッド２２を形成する。金属スクェアは、例えば１／２”×１／２”のスクェア又は１”×１”のスクェアを含むことができる。スクェアは、例えば、２〜４インチごとに配置することができる。それに代えて、金属層は、導電率を高めるために相互分散した金属領域を有する他の任意の所望パターンを形成するようにパターン化することができる。例えば、円形、長方形又は線形のストリップにパターン化して、金属グリッド２２を形成することができる。金属グリッド２２は、後で図１２及び図１３を参照して更に示し説明するように、導電性導線に電気的に結合されることになる。理解されるように、金属グリッド２２により、図７を参照して示すＩＴＯ層２４を通しての高い導電率が得られる。

図７は、透明フィルム２０及び金属グリッド２２を覆って配置されたＩＴＯ層２４のような透明導電層を示す。ＩＴＯ層２４は、例えば約５００〜２５００オングストロームの範囲の厚さで配置することができ、例えばスパッタリング技術により配置することができる。ＩＴＯ層２４は、少なくとも０．８の透過率を有するのが好ましい。当業者には理解されるように、透明導電層は、他の好適な厚さで配置されることができ、少なくとも０．８の透過率を有する他の好適な導電性材料を含むことができる。ＩＴＯ層２４は、本明細書において「下部電極」と呼ぶことができる。この例示的な実施形態において、ＩＴＯ層２４は、有機デバイスのアノードを含むことができる。それに代えて、当業者には理解されるように、ＩＴＯ層２４は、カソードを含むことができる。更に、ＩＴＯ層２４は、連続層を含むことはできない。当業者には理解されるように、ＯＬＥＤデバイスの電極（及び、おそらくはそれらの間に配置された有機層）は、パターン化され又は「ピクセル化」されて、別個の電気的に隔離されたパッチ又は「ピクセル」の高密度層を形成することができる。パターンが整合するようにＯＬＥＤデバイス（ＩＴＯ層２４を含む）の電極をピクセル化することにより、上部及び下部電極間の短絡は、電極全体を短絡させるのではなく、短絡したピクセルにのみ影響を及ぼすことになる。これらの技術は、ＯＬＥＤデバイスの全体故障を緩和するものとしてよく知られている。理解されるように、このような技術はまた、ＰＶデバイスにも使用することができる。

下部電極（ここではＩＴＯ層２４）の形成後、図８に示すように、有機層２６をＩＴＯ層２４の表面上に配置することができる。理解されるように、ＯＬＥＤデバイスの場合には、有機層２６は、一般的にキシレン溶液による、ポリフェニレンビニレン又はポリフルオレンのような有機発光ポリマーの幾つかの層を含むことができる。当業者には理解されるように、配置される層の数及び有機ポリマーの種類は、用途に応じて異なることになる。有機層２６は、例えば約５００〜２５００オングストロームの範囲の厚さで配置することができる。しかしながら、理解されるように、有機層２６の厚さは、用途に応じて変えることができる。ＯＬＥＤデバイスの１つの例示的な実施形態において、有機層２６は、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ン酸塩（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）のような導電性ポリマー及びポリフルオレンのような青色発光ポリマーを含むことができる。前述したように、面照明に用いるために青色光を白色光に変換するために、ペリレンオレンジ及びペリレンレッドのような有機分子及び［Ｙ（Ｇｄ）ＡＧ：Ｃｅ）］のような無機蛍光体粒子を含む１つ又はそれ以上の変換層を、接着剤層１８（図４）内に含ませるか又は接着剤層１８の下に配置することができる。種々の層を有機層２６内に組み込んで、所望の色の光を提供することができる。当業者には理解されるように、幾つかの色は、入手可能な材料及び該材料を配置する方法に基づいて、より容易にかつ／又はより安価に有機層２６内に生成することができる。

前述したように、大面積デバイスがＰＶデバイスである場合、有機層２６に用いられる有機材料の種類は、大面積ＯＬＥＤデバイスに関して上述したものと異なることになる。上述したように、有機ＰＶデバイスは、電荷の電極への移送機能を高める１つ又はそれ以上の層を含む。例えば、ＰＶデバイスにおいて、有機層２６は、電子供与体材料及び電子受容体材料を含むことができる。電子供与体層は、例えば、メタルフリーフタロシアニンと、銅、亜鉛、ニッケル、プラチナ、マグネシウム、鉛、鉄、アルミニウム、インジウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、セリウム、プラセオジム、ランタン、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムを含有するフタロシアニン顔料と、キナクリドン顔料と、インディゴ顔料及びチオインディゴ顔料と、メロシアニン化合物と、シアニン化合物と、スクアリリウム化合物と、ヒドラゾンと、ピラゾリンと、トリフェニルメタンと、トリフェニルアミンと、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（チエニレンビニレン）、及びポリ（イソチアナフタレン）のような共役導電性ポリマーと、ポリ（シラン）とを含むことができる。更に、電子供与体材料はまた、例えば、トリアルジアミン、テトラフェニルジアミン、芳香族第３アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、及びポリチオフェンを含むこともできる。

ＰＶデバイスにおける有機層２６の電子受容体材料は、例えば、ペリレンテトラカルボキシジイミド、ペリレンテトラカルボキシジイミダゾール、アントラキノンアクリドン顔料、ポリサイクリックキノン、ナフタレンテトラカルボキシジイミダゾール、ＣＮ−及びＣＦ₃−置換ポリ（フェニレンビニレン）、及びバックミンスターフラーレンを含むことができる。更に、電子受容体材料はまた、例えば、８−ヒドロキシキノリンの金属有機錯体、スチルベン誘導体、アントラセン誘導体、ペリレン誘導体、金属チオキシノイド化合物、オキサジアゾール誘導体及び金属キレート、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、窒素置換フッ素誘導体、及びトリアジンのような電子移送材料を含むこともできる。

前述したように、透明フィルム２０は、好都合なことに、リール・ツー・リール加工が可能である。従って、有機層２６内への薄い有機発光ポリマー層の堆積は、例えば従来の小面積表示器照明ＯＬＥＤ又は小型ＰＶデバイスにおけるよりも困難である可能性がある。有機層２６を構成する種々の層を施すために、幾つかのコーティング段階が実施されることができることを理解されたい。従って、有機層２６の配置に関する更なる説明では、全体として幾つかの反復コーティング段階について述べる。また、前述したように、透明フィルム２０上に堆積される層は連続層を含むことはできない。すなわち、ＩＴＯ層２４、有機層２６及び上部電極２８（図９を参照して以下に説明する）の各々は、精密に整合されたパッチ又はピクセル内に堆積させるか又はパターン化することができる。ＩＴＯ層２４及び上部電極２８のパターン化された堆積は、従来の方法により達成することができるが、有機層の堆積はおそらく更に困難であろう。有機層２６を堆積させるための以下に述べる技術は、単に例としてなされている。理解されるように、有機層２６を堆積させるための他の技術を、実施することができる。

有機層２６を堆積させる１つの技術は、特に低粘性液体の薄い均一な層を施すようにされた連続コーティング法である「マイクログラビアコーティング」である。小径を有する彫刻を施されたロール（「グラビアロール」）は、コーティング溶液で浸漬され、それによりロール表面のセル又は溝が充填される。余分な液体は、ロール表面から掻き取ることができる。グラビアロールにより、ＩＴＯ層２４がその上に配置された透明フィルム２０のような、移動する張力をかけたリール・ツー・リール表面を全体にわたって逆方向に拭いて、彫刻内に含まれた微量の液体を該表面上に転移させる。マイクログラビアが連続コーティング技術であるため、配置された層は、結果的にパターン化されることができる。１つのパターン化技術は、下にあるコーティングを引きつけるか又は該コーティングを押しのけるかのいずれかになるパターン化された単層を施すものである。それに代えて、コーティングは、レーザアブレーション法によりパターン化されることができる。理解されるように、電極（ＩＴＯ層２４及び上部電極２８）のパターン化（ピクセル化）により十分な電気的隔離を得ることができるので、有機層２６は、連続層の状態で維持されることができる。

それに代えて、グラビア印刷は、所望のパターンが無数の微小なセルとしてグラビアロール上に直接彫り込まれる方法である。ロールが適用表面上に直接押圧されて、これらのセルからコーティングを転移する。当業者には理解されるように、有機材料層は、一連の流体弾性力学的工程によってＩＴＯ層２４の表面上に配置されることができる。

更に、フレキソ印刷、スクリーン印刷又はインクジェト印刷を使用して、有機層１２を形成する個々の有機材料を配置することができる。フレキソ印刷は、印刷されることになる領域がロールに取り付けられた可撓性プレート上に隆起している方法である。コーティングは、彫刻を施されたロールから隆起したイメージに転移され、その後、コーティングは表面に転移される。回転スクリーン印刷は、スキージを用いて微細な布メッシュの開口領域を通して基板上にコーティングを押し出す。インクジェット印刷は、インクジェット装置のノズルにおける液滴形成で始まる。液滴が表面上に供給され、液滴が表面に落ちると、慣性力により該液滴が広がる。

それに代えて、当業者には理解されるように、有機層２６は、真空チャンバ内で堆積させることができる小さい有機分子の多層を含むことができる。小さい有機分子は、例えば有機気相蒸着（ＯＶＰＤ）により堆積させることができる。ＯＶＰＤ法は、担体ガス流を使用して有機分子の薄層を堆積させることができる。当業者には理解されるように、種々のＯＶＰＤ技術は、例えば高温高圧蒸着法又は低温低圧蒸着法を用いて実施することができる。当業者には理解されるように、一部の例においては、上述のリール・ツー・リール技術ではなく、マスクを用いて物理蒸着技術、化学蒸着、スピンコーティング、又は溶射を実施するのが好都合であろう。

ここで図９を参照すると、上部電極２８が配置されて、大面積有機デバイスの活性部分３０が完成する。図１０〜図１３を参照して以下に更に説明するように、活性部分３０の製造後に、該活性部分３０は、透明裏材１６に結合することができる。上部電極２８は、約５００〜２５００オングストロームの範囲の厚さで配置することができる。上部電極２８は、アルミニウムを含むのが好ましい。それに代えて、上部電極２８は、例えば、カルシウム、マグネシウム又は銀を含むことができる。ＯＬＥＤデバイスの場合には、上部電極２８を反射性にして、周囲環境に結合されることができるデバイスの正面に向けて衝突光を反射するようにするのが好都合である。理解されるように、上部電極２８と下部電極（ＩＴＯ層２４）の間に電位が生成されると、有機層２６から光が放出される。更に、当業者には理解されるように、上部電極２８は、有機デバイスの裏側に密閉性を与える。前述したように、上部電極２８は、ＴＣＯ層２４内に形成することができるパターンと整合するようにパターン化されるか又はピクセル化されて、電極間の短絡により引き起こされるデバイスの故障を減少させることができる。理解されるように、上部電極２８がパターン化された場合には、該上部電極は、有機デバイスに適切な密閉性を与えることはできない。従って、上部電極２８を覆って追加の層を配置して、密閉性を与えることができる。

図１０〜図１３は、図１〜図４の透明裏材と図５〜図９の活性部分とを組み込んだ大面積有機デバイスの例示的な製造工程の断面図である。具体的には、図１０は、透明裏材１６に結合された活性部分３０を含む有機デバイス３２を示す。図１０に示すように、活性部分３０は、該活性部分３０の金属グリッド２２が透明裏材１６の開口部１２と整合するように該透明裏材１６に結合されている。好都合なことに、製造工程の後期に（すなわち活性部分３０の形成後に）透明裏材１６を施すことにより、活性部分３０は、低コストで大量生産可能なリール・ツー・リール装置を用いて製造することができる。理解されるように、活性部分３０は、接着剤層１８を介して透明裏材１６に結合される。透明裏材１６の剛性により、有機デバイス３２の構造的支持が与えられる。活性部分３０は、該活性部分３０及び透明裏材１６が強制的に結合されるように、それらの１つ又は両方に機械的圧力を加えることにより透明裏材１６に結合することができる。１つの例示的な技術において、活性部分３０及び透明裏材１６は、１つ又はそれ以上のローラを用いて押圧することができる。更に、接着剤１８次第で、有機デバイス３２は、好都合なことに例えば室温で硬化させることができる。理解されるように、活性部分３０はリール・ツー・リールシステム内で製造を完了することができるため、該活性部分３０は、透明裏材１６への接着前又は接着後に切断してパネルにすることができる。理解されるように、活性部分３０は、透明裏材１６のプラスチック１０により定められる寸法に適合するように切断することができる。

ＯＬＥＤデバイスにおいて下部電極（ＩＴＯ層２４）へ電流を供給するために、又はＰＶデバイスにおいて下部電極から電流を受けるために、電導線を金属グリッド２２に結合することができる。金属グリッド２２へのアクセスを与えるために、開口部１２が、図１１に示すように、透明フィルム２０を貫通して延びる。開口部１２を通して透明フィルム２０内に開口を形成することにより、下にある金属グリッド２２が、開口部１２を通して露出する。透明フィルム２０内の開口は、例えばレーザアブレーション法により形成することができる。理解されるように、１つの例示的な実施形態において、図１１に示すように、開口は、金属グリッド２２内の全ての隔離されたセグメントを露出させるように形成されることはできない。

図１２を参照すると、例示的な電導線３４が示されている。図１２に示すように、電導線３４は、非絶縁端部を有する絶縁ワイヤを含むことができる。非絶縁端部の長さは、電導線３４が上部電極２８に結合されるか又は金属グリッド２２に結合されるかにより異なることができる。例えば、金属グリッド２２に結合された各電導線３４の非絶縁端部は、この例示的な実施形態に示すように、開口部１２の深さを通って延びるのに十分な長さとすることができる。電導線３４は、導電性材料３６を介して上部電極２８又は金属グリッド２２に結合することができる。導電性材料３６は、例えば、室温で硬化させることができるか又は低温加熱により硬化させることができる導電性ペースト又はエポキシを含むことができる。それに代えて、導電性材料３６は、低温硬化法を用いて硬化させることができるはんだボールを含むことができる。導電性材料３６は、該導電性材料がある温度（例えば、１８０℃よりも低い）で硬化することができるようなものでなければならない。理解されるように、有機層２６の高温（例えば、１８０℃よりも高い）に対する曝露は、該高温が有機層２６の発光性能を低下させる可能性があるために、好ましくないであろう。更に、いったん導線３４が金属グリッド２２に取り付けられると、開口部１２は、導電性又は非導電性の封止材料（図示せず）で充填することができる。

有機デバイス３２は、図１３に示すように、カプセル封入層３８により密閉することができる。カプセル封入層３８は、有機デバイス３２に対して更なる密閉性を与え、デバイスを外的要素から更に保護する。カプセル封入層３８は、上部電極２８を覆って及び有機デバイス３２の両側に沿って配置することができる。理解されるように、ＯＬＥＤデバイス内の電極３４を通して電位が供給されると、有機層２６中のポリマーが活性化されて光が生成される。光は、光表示矢印４０により示すように、該光が周囲環境に結合されるように、大面積有機（ＯＬＥＤ）デバイス３２の前面内の透明層を通して放出される。理解されるように、本発明の有機（ＯＬＥＤ）デバイス３２は、広面積全般照明源として用いることができる。それに代えて、有機デバイスがＰＶデバイスを含む場合には、当業者には理解されるように、光が有機デバイス３２に向けられると、有機層２６内の電子移動により生成された電流は、有機デバイス３２から電極３４を介して伝達されることができる。

本発明は種々の変更及び別の形態が可能であるが、特定の実施形態を、図面に例として示し、本明細書において詳細に説明した。しかしながら、本発明は開示した特定の形態に限定されることを意図していないことを理解されたい。むしろ、本発明は、同時に提出した特許請求の範囲に記載した本発明の技術思想及び技術的範囲内に入る全ての変更、等価物、及び代替物を保護しようとするものである。

本発明の技術により製造される大面積有機デバイスに組み込まれる透明裏材の例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術により製造される大面積有機デバイスに組み込まれる透明裏材の例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術により製造される大面積有機デバイスに組み込まれる透明裏材の例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術により製造される大面積有機デバイスに組み込まれる透明裏材の例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術により製造される大面積有機デバイスの活性部分の例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術により製造される大面積有機デバイスの活性部分の例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術により製造される大面積有機デバイスの活性部分の例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術により製造される大面積有機デバイスの活性部分の例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術により製造される大面積有機デバイスの活性部分の例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術による、図１〜図４の透明裏材と図５〜図９の活性部分とを組み込んだ大面積有機デバイスの例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術による、図１〜図４の透明裏材と図５〜図９の活性部分とを組み込んだ大面積有機デバイスの例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術による、図１〜図４の透明裏材と図５〜図９の活性部分とを組み込んだ大面積有機デバイスの例示的な製造工程の断面図。 本発明の技術による、図１〜図４の透明裏材と図５〜図９の活性部分とを組み込んだ大面積有機デバイスの例示的な製造工程の断面図。

符号の説明

１０ プラスチック層
１４ ハーメチックコーティング
１８ 接着剤層
２０ 透明フィルム
２２ 金属グリッド
２４ ＩＴＯ層
２６ 有機層
２８ 上部電極
３２ 有機デバイス
３４ 電導線
３６ 導電性材料
３８ カプセル封入層
４０ 光表示矢印

Claims (11)

1. 有機デバイス（３２）を製造する方法であって、
   透明裏材部分（１６）を製造する段階であって、複数の開口部（１２）が前記透明裏材部分（１６）に形成される、前記透明裏材部分（１６）を製造する段階と、
   第１の電極（２４）と第２の電極（２８）との間に配置された有機層（２６）を含む活性部分（３０）を製造する段階と、
   前記透明裏材部分（１６）を前記活性部分（３０）に結合する段階と、
   電導線（３４）を前記第１の電極（２４）及び前記第２の電極（２８）の各々に結合する段階と、
   を含み、
   活性部分（３０）を製造する前記段階が、
   透明フィルム（２０）を準備する段階と、
   前記透明フィルム（２０）上に金属層（２２）を配置する段階と、
   前記金属層（２２）内にグリッドを形成する段階と、
   前記金属層（２２）及び前記透明フィルム（２０）を覆って前記第１の電極（２４）を配置する段階と、
   を含み、
   電導線（３４）を前記第１の電極（２０）に結合する前記段階が、
   前記透明裏材部分（１６）内の複数の開口部（１２）を通して前記透明フィルム（２０）内に複数の開口を形成し、前記開口部（１２）及び前記開口を前記金属層（２２）内に形成された前記グリッドパターンと一致させて該金属層（２２）が該開口部（１２）及び該開口を通して露出するようにする段階と、
   前記金属層（２２）に電気的に結合されるように前記開口内に導電性材料を配置する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 透明裏材部分（１６）を製造する前記段階が、
   所定の前面面積を有するプラスチック層（１０）を準備する段階と、
   前記プラスチック層（１０）内に複数の開口部（１２）を形成する段階と、
   前記プラスチック層（１０）を覆って封止層（１４）を配置する段階と、
   前記封止層（１４）を覆って接着剤層（１８）を配置する段階と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. プラスチック層（１０）を準備する前記段階が、ポリカーボネート層を準備する段階を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 接着剤層（１８）を配置する前記段階が、蛍光体粒子を含む接着剤層を配置する段階を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 前記封止層（１４）と前記接着剤層（１８）との間に色変換層を配置する段階を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 透明フィルム（２０）を準備する前記段階が、可撓性透明フィルムをリールから供給する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 金属層（２２）を配置する前記段階が、アルミニウム層を配置する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. グリッドを形成する前記段階が、前記金属層（２２）をパターン化して電気的に隔離されたスクェアを形成する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１の電極（２４）を配置する前記段階が、透明導電性層を配置する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 透明導電性層を配置する前記段階が、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）層（２４）を配置する段階を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 活性部分（３０）を製造する前記段階が、
    前記第１の電極（２４）を覆って前記有機層（２６）を配置する段階と、
    前記有機層（２６）を覆って前記第２の電極（２８）を配置する段階と、
    を含み、
    電導線（３４）を前記第１の電極（２０）に結合する前記段階が、
    前記導電性材料にワイヤを電気的に結合する段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
    

Images