JP5683589B2 - 光電気装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光電気装置の製造方法に関する。

光電気装置は、電気信号に応答して光電効果を提供するか、あるいは光刺激に応答して電気信号を生成する装置である。第１のものの例としては、発光ダイオード、例えば有機発光ダイオードおよびエレクトロクロミック装置がある。第２のものの例としては、光電池および光センサがある。

可撓性プラスチック基板上での大面積ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）の発光はシステムの駆動に大電力を必要とする。アノード（例えば、ＩＴＯ）およびカソード（例えば、Ｂａ／Ａｌ）に使用されている現在の薄膜材料は大きな比抵抗を有し、大電流が流れるとかなりの電圧降下を生じ、発光が均質でなくなる。プラスチック基板上に大面積の可撓性のＯＬＥＤ装置を製造するためには、プラスチック基板の追加の分流構造が必要となる。従って、発光装置やエレクトロクロミック装置のような光電気装置のみならず、光起電製品については、分流構造として、一方では導電性が良好であり、他方では放射線の透過性が高いものの需要がある。

この分流構造は、透明な導電層と比べて比較的高い導電性を提供しなければならないが、機能層との間の光の伝送を過度に妨げてはならない。光子放射の良好な伝送を達成するために、分流構造は、通常は、細長い要素で形成され、例えば、比較的に狭い幅（すなわち、透明な導電層に平行な平面内であって長さに対して横の寸法）を持ち、迷路状の構造に配置されている。十分な導電性を達成するために、細長い要素は（透明な導電層により定義される平面を横切る）高さが比較的に高くなければならない。そのような分流構造の高さのプロフィルの故に、装置の機能層をその上に堆積することが難しい。分流層の突出部分と分流構造により分流される対向する電極層との間の短絡を防止するために注意が必要である。一方、分流構造が機能層構造の後で適用される場合、機能構造を熱や湿気にさらすことにより機能構造を損傷しないように注意しなければならない。

従って、本発明の目的は、透明な導電層を支持する分流構造を有する光電気装置を提供する改良された方法を提供することである。

本発明によると、光電気装置の製造方法であって、
基板を用意し、
前記基板の第１の主面に電気的に相互接続された開放分流構造を載せ、
前記電気的に相互接続された開放分流構造を透明層に埋め込み、かつ
前記基板を前記埋め込まれた電気的に相互接続された開放分流構造から除去する
ことを特徴とする方法、が提供される。

本発明の第１の態様による方法の一実施の形態は、機能層構造を前記基板を除去した後に形成される自由表面の上に堆積することを含む。機能層構造は、例えば、発光層、光起電層またはエレクトロクロミック層を備えていてもよい。また、補助層、例えば電荷キャリア注入層および輸送層を追加してもよい。

本発明の第１の態様による方法においては、埋め込まれた導電性の相互に接続された開放分流構造（以下、「分流構造」ともいう）から基板を除去した後に、実質的に平坦な表面が得られる。これにより、光電気装置の機能層構造の均一な堆積が容易になる。分流構造を透明層に埋め込むときに分流構造が不均一であってもかまわないが、これは短絡の危険がないからである。さらに、透明層は平坦化層であってもよく、あるいは平坦化副層（ｓｕｂｌａｙｅｒ）、例えば、有機層を含んでいてもよい。導電性の相互接続された開放パターンは一時的な基板上に形成され、機能層構造上に形成される訳ではないので、さもなければ機能層構造に有害であるような、種々の堆積方法も適切に使用することができる。

本発明の第１の態様による方法の一実施の形態では、透明層はバリア層である。これの利点は、分流構造の側に別個のバリア層を設けることが不要となることである。特に、ＯＬＥＤ装置には、バリア層は環境中の湿気による装置の劣化を防止することが望まれている。バリア層は、一般的には、少なくとも２種類の異なる材料の副層が交互に配されたスタックを備える。装置の反対側に第２のバリア層を堆積し、装置を完全に封入する封入体を形成してもよい。代替的に、封入は端封（ｅｄｇｅ ｓｅａｌｉｎｇ）により完了してもよい。若干のタイプの装置については、例えば若干のタイプの光起電装置については、バリア層は不要である。

本発明の第１の態様による方法の一実施の形態は、少なくとも１つの中間層を基板の第１の側に、前記基板の当該側に電気的に相互接続された開放分流構造を載せる前に、堆積することを含む。金属製基板に、導電性パターンを適用する前に、１つ以上の中間層を堆積してもよい。中間層を、ポリマー基板のような熱に弱い基板の上に直接これを堆積するのに不利なプロセス条件を用いて適用しなければならない場合、このようにすることは特に有利である。そのような中間層は、例えば、透明な導電層である。一般的には、そのような層、例えば導電性金属酸化物、例えばフッ素をドープした酸化錫の層は、ポリマー基板のような熱に弱い基板にとって損害を招くような、比較的高い温度でもっともよく適用することができる。

本発明の第１の態様による方法の一実施の形態では、前記基板は金属または金属箔を備え、前記基板はエッチングにより除去される。金属または金属箔、例えばアルミニウム、チタン、銅、鋼、鉄、ニッケル、銀、亜鉛、モリブデン、クロムおよびそれらの合金は高いプロセス温度に耐えることができる。種々の薬剤、例えば酸または塩基、例えば硝酸、硫酸、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または水酸化カリウムが基板のエッチングに適切である。

中間層が存在しない場合、基板と分流構造とで異なる材料が使用され、基板に用いられた材料が分流構造の金属よりもエッチング剤に対して実質的に高い感受性を有するならば、金属製基板を分流構造から除去することができる。その一例としては、基板に金属アルミニウム、分流構造に銀、エッチング剤にＮａＯＨを使用する。

中間層は分流構造を堆積する前に基板に堆積され、これは停止層として機能する。その場合、基板と分流構造からの金属は上述の金属の中から任意に選択することができる。所望により、同じ金属を基板と分流層の双方に用いてもよい。中間層は透明な導電層であってもよい。それを用いると、中間層は二重の目的に役立つ、すなわち透明電極および停止層の双方として役立つ。

一時的基板は金属製である必要はない。代替的に、分流層の堆積後に除去できる他の材料を用いてもよい。例えば、ポリマー層を前記一時的基板として用いてもよい。ポリマー層は、これを溶解することによって除去してもよい。

本発明の第１の態様による方法の一実施の形態では、電気的に相互接続された開放分流構造は、電着により設けられる。電着のプロセスは機能層が存在すると実施が難しいが、これは使用されるべき水分が機能層に悪影響を与えるからである。本発明の方法では、前記電気的に相互接続された開放分流パターンを適用するときには、機能層は未だ存在しないので、機能層が損傷を受けることはあり得ない。

本発明の第１の態様による方法の他の実施の形態では、電気的に相互接続された開放分流構造は、
相互接続された開放構造の基板に液状物質を堆積し、
前記液状物質を硬化することにより提供され、前記硬化された液状物質により形成された前記相互接続された開放構造は導電性である。

硬化プロセスは高温で行なわれるのが好ましい。それにより、恐らく、機能層またはポリマー基板の損傷が起こるであろう。しかしながら、本発明による装置を製造するときは、これは該当しない。導電性の相互接続された開放構造を硬化するときは、機能層は未だ存在していないからである。

本発明の第１の態様による方法のさらに別の実施の形態では、電気的に相互接続された開放分流構造は、基板に金属の連続層を堆積し、堆積された層をパターニングすることにより提供される。

分流構造が埋め込まれた透明層は、少なくともポリマー層からなっていてもよい。ポリマー層は、製品の支持体として機能してもよい。ロール・ツー・ロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）プロセスにおける製品の取扱中に、約１μｍの厚さを有するポリマー層が十分な強度を与える。しかしながら、消費者向け製品ではより大きな厚さが要求される。これは透明層に十分に厚いポリマー層、例えば数十マイクロメートル（μｍ）の厚さを有するものを含めることによって得られる。また、そのような層を装置の反対側に設けてもよい。代替的に、ポリマー箔を透明層に積層してもよい。ポリマー箔、例えば、約１００μｍの厚さを有するＰＥＮまたはＰＥＴ箔の積層は非常に時間効率よく実現できる。

本発明の第１の態様による方法の一実施の形態では、前記基板の前記第１の側に追加の電気的に相互接続された開放分流構造を載せることを含む。追加の分流構造はさらなる電極をサポートすることができる。

これらおよび他の態様は添付図面を参照してさらに詳細に説明される。

図１は、本発明による方法を用いて得られる薄膜光電気装置の概略図である。 図１Ａは、薄膜光電気装置に用いる第１の分流構造を示す図である。 図１Ｂは、薄膜光電気装置に用いる第２の分流構造を示す図である。 図１Ｃは、薄膜光電気装置に用いる第３の分流構造を示す図である。 図１Ｄは、薄膜光電気装置に用いる第４の分流構造を示す図である。 図１Ｅは、薄膜光電気装置に用いる第５の分流構造を示す図である。 図２Ａは本発明の第１の態様による方法の説明図であって、第１の工程を示す。 図２Ｂは本発明の第１の態様による方法の説明図であって、第２の工程を示す。 図２Ｃは本発明の第１の態様による方法の説明図であって、第３の工程を示す。 図２Ｄは本発明の第１の態様による方法の説明図であって、第４の工程を示す。 図２Ｅは本発明の第１の態様による方法の説明図であって、第５の工程を示す。 図２Ｆは、図２Ａ〜図２Ｅの方法を用いて得られた装置の写真である。 図３Ａは、本発明の第１の態様による、さらなる方法の説明図であって、第１の工程を示す。 図３Ｂは、本発明の第１の態様による、さらなる方法の説明図であって、第２の工程を示す。 図３Ｃは、本発明の第１の態様による、さらなる方法の説明図であって、第３の工程を示す。 図３Ｄは、本発明の第１の態様による、さらなる方法の説明図であって、第４の工程を示す。 図３Ｅは、本発明の第１の態様による、さらなる方法の説明図であって、第５の工程を示す。 図３Ｆは、図３Ａ〜図３Ｅの方法を用いて得られた装置の写真である。 図３Ｇは、図３Ｆの詳細を示す図である。 図３Ｈは、代替的一実施の形態における半完成品を示す図である。 図４は、本発明による種々の装置および本発明外の１つの装置についての電源端子の距離の関数としての輝度を示すグラフである。 図５Ａは、本発明の第１の態様によるさらなる方法の説明図であって、該方法の第１のステージにおける半完成品第１の工程を示す。 図５Ｂは、図５ＡのＢ方向から見た図である。 図５Ｃは、該方法の第２のステージにおける半完成品を示す図である。 図５Ｄは、該方法の第３のステージにおける半完成品を示す図である。 図５Ｅは、該方法の第４のステージにおける半完成品を示す図である。 図５Ｆは、該方法の第５のステージにおける半完成品を示す図である。

以下の詳細な説明中に、本発明の完全な理解を提供するために多くの具体的詳細事項が説明されている。しかしながら、当業者には了解されるように、本発明はこれらの具体的な詳細事項なしでも実施することができる。他には、周知の方法、手順および部品は詳細に説明されていないが、これは本発明の態様を分かりにくくしないためである。

以下に、本発明の実施の形態を示す添付図面を参照して、本発明をさらに十分に説明する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、ここに開示されている実施の形態に限定されないものと了解される。むしろ、これらの実施の形態は、本開示が完全であり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供される。図面中、明瞭に説明するために、層および領域の寸法と相対的寸法は誇張されていることがある。本発明の実施の形態は、ここに断面図を参照して説明されているが、これらの断面図は本発明の理想化された実施の形態（および中間構造）の概略図である。そのようなものとして、例えば製造技術および／または公差の結果、図示の形状からの種々の変形例が期待される。従って、本発明の実施の形態は、ここに示された特定の形状または領域に限定されず、例えば製造から生じる形状の偏差を含むものと了解されるべきである。従って、図示された領域は、本来概略を示すものであり、それらの形状は装置の領域の現実の形状を示すことを意図するものではなく、本発明の範囲を限定することを意図するものでもない。ここで使用されている、所与の材料の「層」はその材料の領域であってその厚さがその長さと幅の両方に比べて小さい領域を含む。層の例としては、シート、箔（ホイル）、フィルム、積層（ラミネーション）、コーティング等が挙げられる。ここに使用されているように、層は平面状である必要はなく、曲げられ、折りたたまれ、そのほかの方法により曲線を付けて作られていて、少なくとも部分的に他の部品を包むことができるものである。ここに使用されているように、層は多重副層をも含んでいてもよい。層は、また、不連続の部分の集合から、例えば個々のピクセルを含む不連続の活性領域の層から成っていてもよい。

光電気装置は局所的に平面状であるがより大局的に見ると、任意の形状に湾曲していてもよい。実地上は、厚さＤの平坦な薄膜装置は厚さＤの５０倍の半径まで湾曲していてもよい。代替的に、本発明による薄膜装置は任意の湾曲形状に製造することができる。局所的には、バリア層構造の平面が側部の寸法（ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）を決定する。この構造の高さはこの平面に直角に（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）決定される。

要素または層が他の要素または層の「上に」、これに「結合され」またはこれに「連結され」ていると言及されているときは、該要素または層は、直接他の要素または層の上にあり、これに結合され、またはこれに連結されていてもよく、あるいは、介在する要素または層が存在していてもよいものと了解される。これに対して、要素が「直接上に」、「直接結合され」、または「直接連結され」ていると言及されているときは、介在する要素または層は存在しない。全体にわたって、同じ符号は同じ要素を示す。ここに使用されているように、「および／または」という用語は関連付けられた網羅された事項の１つ以上のいずれかまたは任意の組み合わせを含む。

第１の、第２の、第３の等の用語をここに種々の要素、部品、領域、層および／またはセクションを記載するのに使用されていることがあるが、これらの要素、部品、領域、層および／またはセクションはこれらの用語に限定されるものではない。これらの用語は１つの要素、部品、領域、層またはセクションを他の要素、部品、領域、層またはセクションから区別するためにのみ使用されている。従って、以下に説明する第１の要素、部品、領域、層またはセクションは第２の要素、部品、領域、層またはセクションと名付けても本発明の教示から逸脱しないであろう。

空間的に相対的な用語、例えば「真下」（ｂｅｎｅａｔｈ）、「下方」（ｂｅｌｏｗ）、「下側（低い）」（ｌｏｗｅｒ）、「上方」（ａｂｏｖｅ）、「上側」（ｕｐｐｅｒ）等が、ここに用いられていることがあるが、図に示されている一つの要素または特徴の他の要素または特徴との関係を説明する際の説明を容易にするためである。空間的相対用語は図面に描かれた向きに加えて、使用または操作時の装置の異なる向きを包含することが意図されているものと了解される。例えば、図示の装置が天地を逆にした場合、他の要素または特徴の「下方」（ｂｅｌｏｗ）または「真下」（ｂｅｎｅａｔｈ）と記載された要素は今度は他の要素または特徴の「上方」（ａｂｏｖｅ）に向いていることになる。従って、例示的用語「下方」（ｂｅｌｏｗ）は上方および下方の両方の向きを含むことができる。装置は他の向き（９０°回転または他の向き）であってもよく、ここに用いられている空間的相対記述子（ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒｓ）はそれに沿って解釈される。

別途定義されていない場合、ここに用いられている全ての用語（技術的および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の通常の技倆を有する者により普通に了解されるものと同じ意味を有する。さらに、普通に用いられている辞書中に定義されている用語のような用語は、関連する技術分野の文脈におけるそれらの用語の意味と矛盾しない意味を有するものとして解釈されるべきであり、ここに明示されていない限り、理想化され、または過度に形式的な意味に解釈されない。矛盾する場合は、定義を含む本明細書が優越する。加えて、材料、方法および例は説明のためのものに過ぎず、制限的であることは意図されていない。

図１は薄膜光電気装置の概略を示す。この装置は、複数の機能層を含んでいてもよい機能層構造４０を備える。機能層は少なくとも第１および第２の電極層と、これらの電極層の間に配置された光電気層（ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）とを備える。図１Ａに詳細を示す透明層３０内に埋め込まれた、電気的に相互接続された開放分流構造２０により、少なくとも１つの電極層が分流される。分流装置２０は、実質的にこれらの層に平行な平面内に延在する。分流構造２０は開放されており、すなわち分流構造の材料は上記平面の面積の１／３以下の相対的表面積を占め、材料は１ｃｍより大きいスケールで規則的に分布している。すなわち、この寸法の部分が実質的に同じ分布をしている。図１Ａに示す実施の形態では、分流構造は６角形の迷路の形状をしている。代替的に、他のタイプの迷路、例えば矩形の迷路を用いてもよい。

また、図１Ｂ〜１Ｅに示すように、他の形状（ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ）を用いてもよい。図１Ｂにおいて、開放された、電気的に相互接続された導電性構造２０は、金属製の複数の細長い要素２１を備える。これらの要素２１は装置の全幅に渡って延在し、かつ導電性フレームのバスバー２２により相互に接続され、装置との電気的接触を容易にしている。

細長い要素２１は、例えば１〜２００μｍの範囲、特に１０〜５００μｍの範囲、例えば５０μｍの幅を持つ。バスバー２２は１〜５ｍｍの範囲、例えば１ｍｍの幅を持つ。

図１Ｃにおいて、少なくとも１つの導電性構造２０は、くし状構造（ｃｏｍｂ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）である。

図１Ｄは、一対の導電性構造２３，２４を示し、それぞれ、くし状構造の形状をしており、相互に食い込んでいる。

図１Ｅは複数の曲がりくねった導電性構造２３，２４が配置されている例を示す。この例では、一対の導体が示され、例えば、それぞれが電源の極性を持っていてもよい。しかしながら、追加の導電性構造が、例えば制御信号を伝えるために存在していてもよい。

図２Ａ〜２Ｅは本発明の第１の態様による方法を説明している。

図２Ａは、第１のステップ（Ｓ１）を示す。ステップ（Ｓ１）では基板１０が用意される。基板は金属または合金製であってもよい。適切な金属としては、例えば、アルミニウム、チタン、銅、鋼、鉄、ニッケル、銀、亜鉛、モリブデン、クロムおよびそれらの合金が挙げられる。

図示の実施の形態では、基板は高さＨを有し、高さＨは２０〜５００μｍの範囲から選ばれる。高さＨが実質的に２０μｍより小さく、例えば１０μｍならば、金属製基板は比較的に脆く、それを用いると工業的プロセスにおいて取り扱いが難しい。高さＨが実質的に５００μｍよりも大きく、例えば１ｍｍならば、金属製基板は比較的に堅く、それを用いると、ロール・ツー・ロール法を用いる工業的プロセスにおいて取り扱いが難しい。代替的に、金属をコートしたポリマー箔または金属をコートしたガラス板を基板として用いてもよい。さらに、これにより以下のステップ（Ｓ４）のプロセス時間が長くなる。この場合、基板は厚さが０．１２５ｍｍのアルミニウム箔である。

図２Ｂは、基板１０に第１の側１１において、電気的に相互接続された開放分流構造２０を載せる第２のステップ（Ｓ２）を示す。この実施の形態では、このステップは、印刷法、例えばグラビュア印刷またはロータリー・スクリーン印刷のようなパターニング堆積法を用いて前駆材料を塗布する第１のサブステップを備える。このサブステップで、前駆材料は分流構造のための所望のパターン、例えば図１Ａ〜１Ｅの一つに示すパターンで、塗布される。次いで、そのように適用されたパターン化された層は、第２のサブステップＳ２において、例えば層を加熱または照射することにより、パターン化された層にエネルギーを供給することにより、硬化される。特に、金属製基板１０が用いられると、このプロセスが比較的高温で生起することができる。これはパターン化された層の急速硬化が可能であるため、有利である。一般的に、パターン化された層は、高さが２〜１０μｍ、幅が１０〜１００μｍである、相互に接続された細長い要素を有する。図２Ｆに示される実施の形態では、高さは２〜１０μｍ、幅は約１００μｍである。印刷可能な物質は、例えば金属ナノ粒子を含有するインクである。その例としては、キャボット社（カボット・プリンティング・エレクトロニクス・アンド・ディスプレイズ（Ｃａｂｏｔ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｄｉｓｐｌａｙｓ）、米国）により提供されるような、銀ナノ粒子をエチレングリコール／エタノール混合物に分散したディスパージョンが挙げられる。この銀インクは２０重量％の銀ナノ粒子を含有し、粒径は３０〜５０ｎｍの範囲内である。このインクの粘度と表面張力は、それぞれ１４．４ｍＰａ．ｓおよび３１ｍＮｍ^−１である。

代替的に、金属錯塩を有機系または水系溶剤に混合したものを印刷可能物質として使用してもよい。例えば溶剤と銀アミドを含む銀錯塩インク、例えばインク・テック社（ＩｎｋＴｅｃｈ）により製造されたインクを用いることができる。銀アミドは１３０℃〜１５０℃の間のある温度で分解して銀原子と揮発性アミンと二酸化炭素になる。溶媒とアミンが蒸発すると、銀原子は基板上に残留する。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、およびビスマスをベースとする他の金属錯塩を代替的にまたは組み合わせて使用することができる。

さらに、金属ナノ粒子を含有するインクおよび／または金属錯塩インクの代わりに種々の組成の導電性ペーストを用いることができる。

図２Ｃは第３のステップを示す。第３のステップでは、分流構造２０が透明層３０内に埋め込まれている。図示の実施の形態では、透明層３０はバリア層である。図示の実施の形態では、バリア層３０は、順次第１の無機副層と、有機層と、第２の無機副層とを備えるスタックである。このスタックはさらに有機および無機の副層を備えていてもよい。

有機副層は架橋（熱硬化性）材料、エラストマー、線状ポリマー、または分岐または超分岐ポリマーシステム、あるいは、光の透過を依然として保証する大きさの無機粒子で随意に充填された上述のものの任意の組み合わせから用意されてもよい。この材料は溶液からまたは１００％固体の材料として処理される。硬化または乾燥は、例えば、湿った材料、純粋または適切に感光性または感熱性ラジカルまたは超酸開始剤で適切に処方された固まっていない材料に、ＵＶ光、可視光、赤外線、または熱、Ｅ−ビーム、ｇ−光線または上述のものの任意の組み合わせを照射することにより引き起こすことができる。有機層の材料は、比水蒸気透過率が低く、疎水性が高いことが好ましい。適切な架橋（熱硬化性）システムの例としては、脂肪族もしくは芳香族エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、飽和炭化水素アクリレート、エポキシド、エポキシド−アミン系、エポキシド−カルボン酸の組み合わせ、オキセタン、ビニルエーテル、ビニル誘導体、およびチオール−エン系の任意の単味または任意の組み合わせが挙げられる。エラストマー材料の適切な例としては、ポリシロキサンが挙げられる。適切な分岐または線状ポリマー系の例としては、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブタジエン、ポリノルボルネン、環状オレフィンコポリマー、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニリデンクロライド、ポリビニルクロライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレンの任意の単味または任意の組み合わせが挙げられる。有機副層は０．１〜２００μｍ、好ましくは５μｍと５０μｍの間の厚さを有していてもよい。

無機副層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化錫（ＳｎＯ_２）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２），炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）およびそれらの組み合わせを含む任意の透明セラミックであってもよい。

無機層は、実地上、有機層よりも実質的に薄い。無機層は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内、好ましくは１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の厚さを持っていなければならない。

第１および第２のバリア層の全厚さは、好ましくは少なくとも５０μｍである。５０μｍよりも実質的に小さい、例えば２０μｍの厚さで、得られた封入された電子装置は急速に損傷を受け易い。好ましくは、全厚さは５００μｍより小さい。厚さが実質的により大きく、例えば１ｍｍである場合、製品の可撓性が損なわれる。

ステップＳ４において、分流構造が埋め込まれた後、この埋め込まれた電気的に相互接続された開放分流構造から基板１０が除去される。基板１０が金属箔の場合、金属箔は酸または塩基、例えば硝酸、硫酸、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いたエッチングにより除去することができる。

基板１０がアルミニウム箔であり、分流構造２０が銀製である、示された実施の形態では、アルミニウム基板は、ＮａＯＨエッチング液を用い銀製の分流構造２０を損傷することなく除去することができる。

図２Ｄに示すように、基板１０を除去するステップＳ４の後、実質的に平坦な、自由表面３１が残る。この自由表面３１はバリア層３０とこれに埋め込まれた分流構造２０とから形成されている。

ステップＳ５では、基板１０の除去後に形成された自由表面３１を覆って、直ちに機能層構造４０が堆積される。この場合、機能層構造４０は、正孔注入層４２（ここではＰＥＤＯＴ層という）、発光層４４およびカソード層４６を備える。

発光層４４は、一般的に、任意の有機エｌレクトロルミネッセンス（ＥＬ）材料からなり、限定されないが、小分子量の有機蛍光化合物、蛍光および燐光金属錯体、共役ポリマー、並びにそれらの混合物を含む。蛍光化合物の例としては、限定されないが、ピレン（ｐｙｒｅｎｅ）、ペリレン（ｐｅｒｙｌｅｎｅ）、ルブレン（ｒｕｂｒｅｎｅ）、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）、それらの誘導体およびそれらの混合物が挙げられる。金属錯体の例としては、限定されないが、金属キレート化オキシノイド化合物、例えば、ペトロフ他（Ｐｅｔｒｏｖ ｅｔ ａｌ．）の米国特許第６，６７０，６４５号明細書、ＰＣＴ出願公開第ＷＯ０３／０６３５５５号明細書、および同第ＷＯ２００４／０１６７１０号明細書に記載のような、トリス（８−ヒドロキシキノラト）アルミニウム［ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌａｔｏ）ａｌｕｍｉｎｕｍ］（ａｌｑ３）、シクロメタレーション化されたイリジウムおよび白金エレクトロルミネッセンス化合物、例えばイリジウムとフェニルピリジン（ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）、フェニルキノリン（ｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）またはフェニルピリミジン（ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）リガンドとの錯体、および、例えばＰＣＴ出願公開第ＷＯ０３／００８４２４号明細書、同第ＷＯ０３／０９１６８８号明細書、同第ＷＯ０３／０４０２５７号明細書に記載のような有機金属錯体およびそれらの混合物が挙げられる。

電荷担持ホスト材料および金属錯体を含むエレクトロルミネッセンス発光層が、トンプソン他（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ ｅｔ ａｌ．）による米国特許第６，３０３，２３８号明細書に、およびバロウズおよびトンプソン（Ｂｕｒｒｏｗｓ ａｎｄ Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）によるＰＣＴ出願公開第ＷＯ００／７０６５５および同第ＷＯ０１／４１５１２に記載されている。共役ポリマーの例としては、限定されないが、ポリ（フェニレンビニレン）［ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅｓ）］、ポリフルオレン［ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｅｎｅｓ］、ポリ（スピロビフルオレン）［ｐｏｌｙ（ｓｐｉｒｏｂｉｆｌｕｏｒｅｎｅｓ）］、ポリチオフェン［ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ］、ポリ（ｐ−フェニレン）［ｐｏｌｙ（ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓ）］、およびそれらのコポリマーが挙げられ、さらにそれらの組み合わせまたは混合物が挙げられる。

特定の材料の選択は、特定の用途、操作時に使用される電位、その他の要因によって決めることができる。エレクトロルミネッセンス有機材料を含有する発光層４４は、蒸着、溶液処理技術または熱転写を含む任意の数の技術を用いて適用することができる。他の実施の形態では、ＥＬポリマー前駆体を適用し、次いでこれを、一般的には熱その他の外部エネルギー源（例えば、可視光またはＵＶ放射線）により、ポリマーに転換することができる。

カソード層４６は、通常、副層のスタック、例えばＣａ／Ａｇ、Ａｕ／Ａｌ／Ａｕ、ＬｉＦ／Ａｇ／ＩＴＯ、Ｓｒ／Ａｇ、Ｃａ／Ａｌ、Ｂａ／Ａｌにより形成される。この場合、副層が言及される順序はスタックに材料が適用される順序を示している。例えば、この例では、Ｂａ／Ａｌスタックが適用されるが、ここでは、バリウム副層は約５ｎｍの厚さを持ち、発光層４４に対して適用され、アルミニウム副層は、ここでは１００〜４００ｎｍの範囲内の厚さを持ち、バリウム副層の上面に適用される。

第２のバリア層５０が適用されるが、これはバリア層３０と同様であってもよい。代替的に、例えば、異なる材料の無機副層を交互に積んだスタックから成る、他のタイプのバリア層を適用してもよい。図２Ｅに示すように、第１および第２のバリア層３０，５０は機能層構造４０と分流構造２０とをそれらに一緒に埋め込んでいる。

製品中に用いられている、図２Ｄに示す半完成品の写真が図２Ｆに示されている。

図３Ａ〜３Ｅは本発明の第１の態様による方法の第２の実施の形態を示す。図３Ｆは上記方法により得られた製品の写真である。

図３Ａ〜３Ｅに示す方法は、図２Ａ〜２Ｅに示す方法とは、電気的に相互接続された開放分流構造を基板１０に載せる前に、少なくとも１つの中間層１２を基板１０の第１の側１１に堆積する追加のステップの有無により、異なっている。この追加のステップの結果を図３Ａに示す。この場合、少なくとも１つの中間層１２が透明導電層であり、ここではインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の層であるが、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＡＴＯ（アンチモン錫酸化物）、錫酸化物ニッケル−タングステン−酸化物、インジウムドープ亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物のような他の材料も適切である。中間層１２は一時的金属基板１０に適用されるので、比較的高い処理温度を使用することができる。すなわち、５５０℃の温度における温度大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）プロセスの間、中間層１２を適用することができ、それにより、１０〜６００ｎｍの範囲内の厚さを持つ高品質の電極層が得られる。

次いで、電気的に相互接続された開放分流構造２０が、基板１０の第１の側１１に、すなわち、中間層１２の自由面に堆積される。

本発明の第１の態様による方法の他の実施の形態のように、電気的に相互接続された開放分流構造２０は、透明層３０、好ましくはバリア層中に埋め込まれ、図３Ｃに示す半完成品が得られる。随意に、図３Ｃの破線で表わされた箱により示されるようにポリマー箔、例えばＰＥＮまたはＰＥＴ箔６０をバリア層３０の自由表面に積層してもよい。

本発明の第１の態様による方法の他の実施の形態のように、埋め込まれた電気的に相互接続された開放分流構造２０から基板１０が除去され、図３Ｄの中間製品が得られる。図３Ｄは、また、透明バリア層３０を構成する副層３２，３４，３６を詳細に示す。第１の副層３２は、無機層、例えば酸化ケイ素または窒化ケイ素の層であり、１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１００〜３００ｎｍの範囲内の厚さを持つ。この場合、厚さは約１００ｎｍである。第１の副層３２は、分流構造２０と共形である。第２の副層３４は平坦化有機層、例えばポリアクリレート層であり、０．１〜１００μｍ、好ましくは５〜５０μｍの範囲内、例えば約２０μｍの厚さを持つ。第３の層３６は、また、無機層、例えば酸化ケイ素または窒化ケイ素の層であって、第１の層３２の厚さと匹敵する厚さ、例えば１００ｎｍを持つ。

上記スタックは、交互に積み重ねられた、さらなる有機および無機副層、例えば、図３Ｈに示すように、無機層３６および有機層３８を備えていてもよい。一実施の形態では、スタック３０は１つ以上の染色された有機層を備え、所望により出力光の色を変える。これは図１を参照して説明した実施の形態にも応用可能である。

さらに、例えばコーティングおよび硬化によりポリマーフィルムをスタック３０に適用して、一時的基板１０を除去した後、最終的基板としてもよい。

図２Ａ〜２Ｅを参照して説明した実施の形態とは異なり、中間層１２はエッチング停止層として機能する。これにより、広範囲の金属を使用することが可能となる。一時的基板１０および分流構造２０のための金属を選択しているにも拘わらず、同じ金属が分流構造２０と一時的基板１０とに用いられている場合でさえも、一時的基板１０は分流構造２０に損傷を引き起こすことなく除去することができる。

図２Ａ〜２Ｅに示す実施の形態のように、次いで機能層構造４０が適用され、そしてバリア層５０が適用される。

そのようにして得られた製品の写真が図３Ｆに示される。同図に示される装置の面積は９ｃｍ×９ｃｍである。中間層１２は５００ｎｍの厚さのＳｎＯ_２：Ｆ層である。分流構造２０はＡｇのインクジェット印刷により得られる。分流構造は、幅１５０μｍ、高さ約３００ｎｍの相互に平行なラインを備える。

本発明による方法を用いて得られた種々の装置および本発明によらない装置をシミュレーションしてそれらの出力光の均質性を判断した。それらの結果を図４に示す。

図２Ａ〜２Ｅに示す方法の実施の形態を用いて得られる本発明による装置をシミュレーションした。これらの装置は、装置の全幅にわたって延在する相互に平行な分流ラインにより形成された電気的に相互接続された開放分流構造２０を有する。相互間の間隔２．５ｍｍの距離で相互に離隔した平行な分流ラインは幅が７０μｍ、高さが５μｍである。

図４において、大文字「Ａ」は図３Ｅに示すように、本発明によるこれらの装置の第１の変形例のモデル化を表し、ＳｎＯ_２製の中間の透明な導電層１２の厚さは２００〜６００ｎｍの範囲内であるが、正孔注入層はない。大文字「Ｂ」は本発明によるこれらの装置の第２の変形例のシミュレーションを表し、透明な導電層と残りの機能構造との間に１００ｎｍの追加の正孔注入層を有する。２つのスピーシーズをシミュレーションした。一方は、比較的低い導電率を持つ正孔注入層を有するもの、すなわち、導電率が１×１０^４Ｓ／ｍのＰＥＤＯＴ層と、もう一方は、高い導電率を持つもの、すなわち導電率が２．５×１０^４Ｓ／ｍのＰＥＤＯＴ層である。大文字Ｃは図２Ｅに従う本発明による装置の第３の変形例を表す。この場合、正孔注入層４２は、１００ｎｍのＰＥＤＯＴ層である。

本発明によらない装置（Ｄ）もシミュレーションした。これは分流構造を持たず、ＳｎＯの透明導電層のみを持つ。

シミュレーションの結果を図４に示す。この場合、光出力をＣｄ／ｍ^２（垂直）で、透明電極用の電力供給端子が取付けられている端部からの距離ｍ（水平）の関数として与えられる。すべての装置がその端部で同じ輝度１５００Ｃｄ／ｍ^２を示した。

すべての装置がそれらの端部で実質的に同じ輝度１５００Ｃｄ／ｍ^２を示した。

本発明によらない装置（Ｄ)は、輝度がその端部における約１５００Ｃｄ／ｍ^２から端部から１ｃｍの距離における約９００Ｃｄ／ｍ^２への急速な低下を示す。端部から５ｃｍの距離において、輝度は約５００Ｃｄ／ｍ^２、すなわち端部における輝度の約１／３に減少した。

変形例ＡおよびＢによる装置は、約１３００Ｃｄ／ｍ^２、すなわち１３％の比較的穏やかな輝度の減少を示しただけである。外部電力が供給される端部から約２ｃｍ〜６ｃｍの範囲内で、輝度は１２００Ｃｄ／ｍ^２のレベルで実質的に一定であった。輝度は僅かに透明導電層１２の厚さと正の相関を示したが、差は小さい。

本発明の変形例Ｃによる装置は、端部から０．４ｍｍの距離において輝度が約１２００Ｃｄ／ｍ^２への減少、例えば２０％の減少を示す。０．４ｍｍから約６ｃｍまでの端部からの距離において、輝度はこの１２００Ｃｄ／ｍ^２のレベルを維持している。

従って、本発明の方策は装置の輝度の均質性を明瞭に改善する分流構造を適用する新規かつ発明的手段を提供する。

装置が、一方向的に放射するだけでよいか、または放射線を受けるだけでよい場合、電極４６は透明である必要はなく、従って、所定の導電率を有するのに必要な厚さであってもよい。しかしながら、装置が両側に放射することができるか、または両側から放射線を受けることができることが望まれる場合、電極の厚さは適度であって、装置に入射し、または装置から出射する放射線を、電極が過度に吸収しないようにすることが必要である。その場合、基板の第１の側に追加の電気的に相互接続された開放分流構造を載せる工程を有する、第１の態様による方法の一実施の形態では、外部電力線に対する十分に低いインピーダンスの電気伝導が得られる。結果は、基板の第１の側には、図１Ｄまたは１Ｅに示すように、相互に分離された、第１および第２の電気的に相互接続された開放分流構造２３、２４が設けられる。

図５Ａは、電気的に相互接続された開放分流構造２３、２４を設けられた半完成品の一部分を示す。図５Ｂは図５ＡのＢ方向から見た底面図である。分流構造２３，２４は、分流構造２４を適用する前に中間層１２に堆積された絶縁層１４、例えば金属酸化物層、例えばＡｌ_２Ｏ_３の層により相互に分離されている。分流構造２３、２４は同時に、例えば印刷により適用されるのが好ましい。

図５Ａ、５Ｂに示す状況では、分流構造２３は透明導電層１２に電気的に接続されている。分流構造は。今度は導電層４６に、例えば図５Ｃおよび５Ｄに示す工程によって接続されてもよい。

図５Ｃに示す工程において、孔２６が機能層４４、４２、中間層１２および絶縁層１４を通して分流構造２４まで穿孔される。孔２６は次いで、導体ペーストで（図５Ｄに示すように）充填し、直交（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）導体２８を形成する。この目的のための適切な導体ペーストとしては、例えば金属充填ポリマーペースト、例えば銀または銅を充填したエポキシ、アクリレートまたはシリコーンが挙げられる。

図５Ｅに示す次の工程では、直交導体２８の周りのトーラス形孔２９を穿孔により形成して直交導体２８を透明導電層１２から絶縁する。次いで、直交導体２８の周りのトーラス形孔２９に絶縁材料、例えば金属フリーのエポキシ、アクリレートまたはシリコーンを充填する。代替的に、円筒状孔を穿孔してもよい。すなわち、先ず、トーラス形孔２９の外表面と一致する円筒状表面を有し、絶縁層１４または分流構造２４まで延在する孔を穿孔する。次いで、この円筒状孔に絶縁ペースト、例えば金属フリーのエポキシ、アクリレートまたはシリコーンを充填する。硬化後、図５Ｃの形状２６に一致する孔を絶縁ペースト内に穿孔する。次いで、絶縁ペースト内のこの孔に導体ペーストを充填して直交導体２８を形成する。これによっても、図５Ｅの半完成品が得られる。

図５Ｆに示すように、導電層４６を先行層４４に適用した後、この導電層４６を直交導体４６を介して分流構造２４に接続する。１つの直交導電要素４６のみを示しているが、装置は複数の直交導電要素を有し、これらが分散されて導電層４６の表面全体にわたって電気接点を形成していてもよい。それにより、導電層４６はそれ自体が非常に低いコンダクタンスを持っている必要はなく、従って、装置によって発生された放射線または装置によって受けられる放射線に対する良好な透過率を有する比較的薄い層であってもよい。図５Ｆに示すように、分流構造２３、２４はそれぞれの直交導体２３ａ、２４ａを介して、それぞれの外部接点２３ｂ、２４ｂに結合される。それぞれの直交導体２３ａ，２４ａは、それぞれの孔を穿孔し、これらの孔に導体ペーストを充填することにより設けることができる。分流構造２３、２４は比較的高い導電率を有することができるので、分流構造２３、２４のそれぞれに１つの接点で十分である。超大面積の装置については、分流構造２３、２４のそれぞれに複数の電気接点を設けることを考えてもよい。

基板は金属または金属の合金である必要はない。代替的に、ポリマー箔を一時的基板として使用してもよい。ポリマーは、ステップＳ４において溶剤を用いて除去することができる。例えば、一時的基板はポリマー箔上にスパッタしたアルミニウムの層またはポリマー箔上に水溶性層をスパッタした層を備えていてもよい。その一例は、ＰＥＤＯＴ／Ａｌ／ＰＥＮのスタックを備える一時的基板である。この一時的スタックは水にさらすことにより容易に除去することができる。一時的基板の他の例は、ＬＥＰ／ＰＥＤＯＴ／ガラスにより形成されたスタックである。分流構造は、バリア構造中に埋め込まれた後に、この一時的基板から剥離することができる。

しかしながら、一時的基板として金属箔を使用することは、比較的高い処理温度を使用することができるという利点を有する。

本発明は、光電気装置がＯＬＥＤである実施の形態について詳細に説明したが、装置は代替的に他の光電気装置、例えば太陽電池であってもよい。その場合、光電気層構造は、光子放射線を電流に変換する少なくとも１つの光起電層を備える。他の実施の形態では、装置は、クロム電気メッキ鏡である。その場合、光電気層構造は、電気的に制御可能な透過率を有する少なくとも１つの層を備える。

本明細書において使用されている場合、「備える」（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）および／または「備えている」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）という用語は、述べられた特長、整数、工程、操作、要素および／または構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特長、整数、工程、操作、要素、構成要素および／またはそれらの群の存在または追加を排除しない。特許請求の範囲の各請求項において、「備えている」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）という用語は他の要素または工程を排除せず、不定冠詞“ａ”または“ａｎ”は複数を排除しない。単一の構成要素または他のユニットが各請求項中に記載された複数の事項の機能を果たしてもよい。ある手段が相互に異なる請求項中に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。請求項中の参照符号はその範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

さらに、反対の旨を明記されていない限り、「または」、「もしくは」、「あるいは」（ｏｒ）は包含的意味を持ち、排除的意味を持たない。例えば、条件Ａまたは（ｏｒ）Ｂは、次のいずれか１つにより満足されることになる。すなわち、Ａは真（または、存在する）かつＢは偽（または、存在しない）、Ａは偽（または、存在しない）かつＢは真（または存在する）、およびＡおよびＢは共に真（または、存在する）。

Claims (17)

1. 支持体を有する光電気装置の製造方法であって、
   基板（１０）を用意し、
   前記基板の第１の主面に電気的に相互接続された、細長い要素から構成された開放構造（２０）を載せ、
   前記電気的に相互接続された開放構造を透明バリア層（３０）であって、第１の無機副層と、有機副層と、第２の無機副層を順次備えたスタックであるバリア層（３０）中に埋め込み、
   前記基板を、前記電気的に相互接続された開放構造から、除去し、
   前記有機副層は、少なくとも１μｍの厚さを有し、前記支持体として機能するポリマー層である
   ことを特徴とする光電気装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   さらに、前記基板を除去した後に形成された自由表面に機能層構造（４０）を堆積する
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板の前記第１の側に前記電気的に相互接続された開放構造を載せる前に、前記基板の前記第１の側に少なくとも１つの中間層を堆積する
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記少なくとも１つの中間層は、透明導電層であることを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板は金属製基板であり、前記基板はエッチングにより除去されることを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板は可溶性層を設けられており、前記可溶性層に当接して前記構造が適用され、かつ
   前記基板は前記可溶性層を溶解することにより除去される
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板はリリース層を設けられ、前記リリース層に当接して前記構造が適用され、かつ
   前記基板は、前記埋め込まれた開放構造を前記基板から前記リリース層を用いて除去される
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項５に記載の方法であって、
   前記電気的に相互接続された開放構造はさらなる金属で形成され、前記さらなる金属は前記一時的基板として用いられた金属とは異なり、かつ
   前記さらなる金属は前記用いられたエッチング剤に対して実質的に無反応である
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、
   前記電気的に相互接続された開放構造は電着により設けられる
   ことを特徴とする方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、
    前記電気的に相互接続された開放構造は、
    相互接続された開放構造内において前記基板に液状物質を堆積し、
    前記液状物質を硬化することにより得られ、前記硬化された液状物質により形成された前記相互接続された開放構造は導電性である
    ことを特徴とする方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、
    前記電気的に相互接続された開放構造は金属の層を前記構造に堆積し、かつ
    前記堆積された層をパターニングすることにより用意される
    ことを特徴とする方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、
    前記透明層の上にポリマー箔を積層する
    ことを特徴とする方法。
13. 請求項１に記載の方法であって、
    前記透明層の上にコーティングおよび硬化によりポリマーフィルムを適用する
    ことを特徴とする方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、
    前記ポリマー層の厚さは、少なくとも５μｍである
    ことを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記ポリマー層の厚さは、最大で２００μｍである
    ことを特徴とする方法。
16. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記ポリマー層の厚さは、最大で１００μｍである
    ことを特徴とする方法。
17. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記ポリマー層の厚さは、最大で５０μｍである
    ことを特徴とする方法。

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