专利名称：光电子器件的电连接的制作方法
技术领域：
本申请涉及光电子器件例如有机电致发光器件和有机光生伏打器件的电连接，并涉及按照这种方法获得的电连接的器件。
背景技术：
近十年来，对在光生伏打器件中有机材料的使用的研究不断增加，这种器件的例子包括有机电致发光器件，例如在WO90/13148中披露的，以及有机光生伏打器件，例如在US5670791中披露的。有机电致发光器件和有机光生伏打器件是包括在两个电极之间的有机材料层的有机二极管。有机电致发光器件在两个电极之间通过电流时发光。有机电致发光器件在显示器工业中具有广泛的应用范围。有机光生伏打器件当光照射到器件上时在两个电极之间产生电流。有机光生伏打器件被认为是无机硅太阳电池的替代物。和有机光电子器件的使用相关的优点包括在材料的设计和器件性能的定制方面的较大的灵活性、改善的可处理性和较低的成本。
除去在显示器领域中的应用之外，有机电致发光器件在大面积照明应用例如平板照明、紧急照明和广告中具有许多可能的应用。当研制用于大面积照明的有机电致发光器件时，除去在显示器技术中遇到的问题之外，本领域技术人员面临着许多其它问题，特别是如何制备能够在较高的电压例如供电网电压下操作的大面积的电致发光光源，并且能够以高效的方式制造。
目前使用有机光生伏打器件产生大约1V的电压，这样低的电压的实际应用相当少。在本领域中已知串连连接基于硅的光生伏打电池和染色敏感的(dye-sensitised)光生伏打电池，以便提供较大的电压输出。用于串联连接有机光生伏打电池的简单而有效的方法使得能够产生较高的电压，因而使得有机光生伏打器件具有较宽的应用范围。
本发明提出了一种用于在一个衬底上制造多个电连接的光电子器件的简单而高效的方法。该方法使得能够利用一个应用范围，其包括在一个衬底上串联连接的多个有机电致发光器件，和单个有机电致发光器件相比，其可以以较高的电压被驱动，可以应用在一个衬底上的多个有机电致发光器件的布置，其可以使用交流电源被驱动以提供连续的光发射，使得能够利用在一个衬底上的多个串联连接的有机光生伏打器件，以提供较高的输出电压，因而使得具有较多的实际应用，并且使得能够利用在一个衬底上的多个有机电致发光器件和有机光生伏打器件。本发明的方法使得不需要器件之间的外部电连接，从而简化处理并使得许多电连接的器件能够被封装在单个气密密封的封装中。
发明内容
在第一实施例中，本发明提供一种用于在一个衬底上制造多个电连接的有机光电子器件的方法，所述方法包括以下步骤a)制备多个有机光电子器件，包括i)提供衬底，ii)在所述衬底上方提供一个被形成图案的第一导电材料层，iii)在所述第一导电材料层的上方提供有机光电子材料层，以及iv)在所述有机光电子材料层的上方提供被形成图案的第二导电材料层，所述被形成图案的第二导电材料层覆盖所述有机光电子材料层的区域，所述被形成图案的第二导电材料层限定多个光电子器件。
b)至少部分地除去未被所述被形成图案的第二导电材料层覆盖的所述有机光电子材料的区域。
所述方法还包括以下步骤；c)提供电连接用于电气连接所述多个有机光电子器件中的至少两个。
可以通过本发明制备的有机光电子器件包括有机二极管，例如有机电致发光器件和有机光生伏打器件，还包括有机晶体管、有机电致发光器件、有机磷光器件、有机电阻和有机电容。有机电致发光器件和有机光生伏打器件是优选种类的有机光电子器件。在实施按照本发明的方法时，衬底优选地是单一的整体的衬底。衬底可以具有合成的结构，例如包括玻璃和塑料、塑料和陶瓷或者陶瓷和金属的层。
第一导电材料可以使用添加技术在淀积时被形成图案，或者在淀积之后使用减去技术被形成图案。有机光电子材料是具有光学或/与电子性能的有机材料，所述性能包括电致发光、光致发光、荧光性、光导电性和导电性。
第二导电材料可以使用添加技术(additive technique)在淀积时被形成图案，或者在淀积之后使用减去技术(substractive technique)被形成图案。被形成图案的第二导电材料层覆盖有机光电子材料的一些区域，而留下其它的区域不被覆盖或被暴露。被形成图案的第二导电材料层用于限定多个光电子器件，特别是，有机光电子器件由第一导电材料和第二导电材料的重叠的区域限定。被形成图案的第二导电材料层实际上作为掩模，用于在用于除去暴露的有机光电子材料的处理期间保护有机光电子材料的底层。
淀积电连接部分，用于在衬底上的有机光电子器件之间提供电连接。
优选的方法或者选择地除去所述有机光电子材料包括使用从干刻、激光烧蚀、湿刻、划割、喷磨或黏合剂剥离中选择的一种方法除去所述有机光电子材料。其中干刻是优选的方法，尤其是使用氧气等离子体例如O2/CF4等离子体进行的干刻。
在优选实施例中，所述第二导电材料部分地覆盖在所述第一导电材料上，这种布置使得在相邻器件之间的电连接能够更容易地进行。在第二导电材料只部分地覆盖在第一导电材料上的位置，除去未被第二导电材料覆盖的有机光电子材料使得不覆盖第一导电材料的区域。从第一导电材料的区域除去有机光电子材料使得能够在不同的有机光电子器件的第一和第二导电材料之间用高效的方式进行电连接，这简单地通过淀积连接材料以使得其覆盖在第一器件的第二导电材料和第二器件的第一导电材料上来实现。
连接材料可以利用热淀积、电子束蒸发，或者在使用合适的导电材料的位置利用例如喷墨印刷或丝网印刷等印刷技术来淀积。
为了制备要求光通过两个电极中任何一个电极或者通过两个电极进入或射出的器件，最好是所述第一导电材料和所述衬底至少是半透明的，或者所述第二导电材料至少是半透明的。在第一和第二导电材料是不透明的位置，光可以通过器件的边沿进入和离开器件。
在需要制造有机光生伏打器件的位置，优选地，所述有机光电子材料的层包括至少有机的电子施主和至少有机的电子受主。优选地，所述电子施主和所述电子受主的至少之一包括半导体的有机聚合物。
或者，为了制备有机发光器件，优选地，所述有机光电子材料包括光发射聚合物。
在一个优选实施例中，所述方法还包括在所述被形成图案的第一导电材料层上提供空穴注入材料层或空穴输送材料层的步骤。
在另一个实施例中，所述衬底包括塑料衬底。合适的塑料包括丙烯酸树脂，聚碳酸酯树脂，聚酯树脂，聚对苯二甲酸二醇酯树脂和环烯烃树脂。
本发明还涉及一种按照上述方法制造的有机光电子器件，特别涉及一种可以按照本发明的方法得到的在衬底上多个电连接的有机光电子器件。优选的光电子器件包括有机光生伏打器件和有机电致发光器件。
在另一个实施例中，本发明涉及一种包括有机光生伏打器件和有机电致发光器件二者的衬底。
图1表示按照本发明的有机光电子器件的制备方法；图2表示制造串联连接的有机光电子器件的方法；图3表示在单个衬底上制造包括有机电致发光器件和有机光生伏打器件的组合的器件的方法；图4表示用于高电压应用的串联连接的有机光生伏打器件的一个大的阵列；以及图5表示一种直流电压变换器，包括在单个衬底上的串联连接的有机光生伏打器件的大的阵列和光发射聚合物器件。
具体实施例方式
下面特别参照有机光生伏打器件说明用于制造电连接的有机光电子器件的方法。显然，这种方法可用于制造其它电连接的有机光电子器件，例如有机电致发光器件，有机光致发光器件，有机晶体管，不发光的有机二极管，有机电容和有机电阻。
图1f)表示在衬底101上的多个串联连接的有机光生伏打器件110。每个光生伏打器件包括包含有高功函数导电材料的电极，适用于接收来自器件的正电荷载流子或空穴，被称为阳极102，一层能够把入射光转换成电的有机光电材料103层，以及包含低功函数材料的电极，适用于接收来自器件的负电荷载流子或电子，被称为阴极104。相邻的器件借助于合适的导电材料制成的连接器105进行电连接。
下面简要说明有机光生伏打器件的操作方式。有机光电二极管包括在阳极和阴极之间的有机光电导材料。有机分布式的异质结器件是一类特别高效的有机光生伏打器件，其用下述的方式操作。不同功函数的电极跨过器件建立一个内部电场。有机层包括具有较高电子亲和力的材料和具有较低电子亲和力的材料的混合物。由有机层的材料进行的光吸收产生一个被称为激子的被约束的电子空穴对。在低电子亲和力的材料上产生的激子通过向高电子亲和力的材料转移电子而分离，低电子亲和力的材料有时被称为电子施主，或者被简单地称为施主。在高电子亲和力的材料上产生的激子通过向低电子亲和力的材料转移空穴而分离，高电子亲和力的材料有时被称为电子受主，或者被简单地称为受主。由激子的分离而产生的电子和空穴然后通过器件而运动，电子移向低功函数的阴极，而空穴移向高功函数的阳极。用这种方式，入射到器件上的光便产生可在外部电路中使用的电流。
有机光生伏打器件的衬底101应当对器件提供机械稳定性，并作为一个载体用于密封器件而和环境隔离。当需要光通过衬底进入或离开时，衬底应当是透明的或半透明的。玻璃被广泛地用作衬底，这是由于其具有优良的承载性能和透明度。其它合适的衬底包括陶瓷，例如在WO02/23579中披露的，以及塑料例如丙烯酸树脂，聚碳酸酯树脂，聚酯树脂，聚对苯二甲酸二醇酯树脂和环烯烃树脂。塑料衬底可能需要一个载体涂层，以便确保其保持是不可渗透的。衬底可以包括合成材料，例如在EP0949850中披露的玻璃和塑料合成材料。
阳极102包括高功函数材料，适合于把空穴接受到有机光电材料层内。合适的阳极材料一般具有大于4.3aV的功函数，可以从包括氧化铟锡(ITO)，氧化锡，铝或铟掺杂的氧化锌，镁铟氧化物，镉锡氧化物，金，银，镍，钯和铂。导电的有机聚合物例如聚苯胺和聚噻吩以及它们的衍生物也可以用作阳极材料。可以使用任何合适的技术例如溅射、蒸汽淀积、印刷，包括喷墨印刷、丝网印刷和苯胺印刷术，或喷射把阳极材料设置在衬底上。可以利用减去技术例如光刻使阳极材料在淀积后形成图案。或者，可以利用添加技术例如丝网印刷使阳极材料在淀积期间形成图案。
图1a)表示覆盖在衬底101上的一层阳极材料102。图1b)表示利用减去技术被形成图案的覆盖在衬底101上的一层阳极材料102，衬底在形成阳极的材料被除去的部分露出。
为了提高效率，有机光生伏打器件可以在阳极和阴极之间包括其它的有机层，以便改善电荷提取和输送。具体地说，可以在阳极上设置一层空穴输送材料。空穴输送材料用于增加通过器件的电荷传导。在本领域中使用的优选的空穴输送材料是一种导电的有机聚合物，例如在WO98/05187中披露的聚苯乙烯磺酸掺杂的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT:PSS)，虽然也可以使用其它的空穴输送材料，例如掺杂的聚苯胺或TPD(N，N’-二苯基-N，N’-双(3-甲基苯基)[1，1’-二苯]-4.4’-胺)。可以利用任何合适的技术例如蒸汽淀积或者，当空穴输送材料是溶液时，利用溶液处理技术例如旋转涂覆、丝网印刷或喷墨印刷来淀积空穴输送材料层。
有机光电材料103优选地包括电子施主和电子受主。电子施主和受主可以包括聚合物或低分子量化合物。电子施主和受主可以作为两个单独的层而存在，例如在WO99/49525中披露的，或者作为混和的层而存在，如在US5670791中披露的，即所谓的整体异质结。电子施主和受主可以从蓓衍生物例如N，N’-二苯基咪唑-3，4，9，10-蓓四羧酸二酸酰胺，富勒烯(C60)，富勒烯衍生物以及含富勒烯的聚合酶(fullerenecontaining polymera)和半导体有机聚合物，例如聚芴，聚苯并噻唑，聚三芳基胺，聚(亚苯基乙烯撑)，聚亚苯基，聚噻吩类，聚吡咯，聚乙炔，聚异萘和聚奎林高分子。优选的聚合物包括MEH-PPV(聚(2-甲氧基，5-(2’-乙基)己氧基-p-亚苯基乙烯撑)，MEH-CN-PPV(聚(2，5-二(腈甲基)-1-甲氧基-4-(2’-乙基-己氧基)苯-共-2，5-二醛-1-甲氧基4-(2’-乙基己氧基)苯))和CN-PPV氰基取代的PPV，聚烷基噻吩，例如聚(3-己烷基噻吩)，POPT聚(3(4-辛烷基苯基)噻吩)和聚(3-十二烷基噻吩)，聚芴，例如聚(2，7，-(9，9-di-n-辛基芴)，聚(2，7-(9，9-di-n-辛基芴)-苯并硫二唑系)和聚(2，7-(9，9-di-n-辛基芴)-(4，7-di-2-噻吩基-(苯并硫二唑系))。典型的器件结构包括N，N’-二苯基咪唑-3，4，9，10-蓓四羧酸二酸酰胺和聚(3-十二烷基噻吩)的混合物、包括MEH-PPV的层和C60的层的分层结构、包括MEH-PPV和C60的混合物、包括MEH-CN-PPV的层和POPT的层的分层结构、包括MEH-PPV和CN-PPV的混合物以及包括聚(3-己烷基噻吩)和聚(2，7-(9，9-di-n-辛基芴)-(4，7-di-2-噻吩基-(苯并硫二唑系))的混合物。
有机光电材料可以利用任何合适的技术被淀积。当有机光电材料是不可溶时，蒸汽淀积将是优选的方法。当有机光电材料是可溶的时，溶液处理淀积技术将是优选的。适合的溶液处理技术包括旋转涂覆，浸渍涂覆，刮刀涂覆，喷涂，丝网印刷，喷墨印刷和凹版印刷。图1c)表示衬底101，被形成图案的阳极102和使用例如旋转涂覆技术在衬底和阳极上淀积的有机光电材料层103。
有机光生伏打器件可以包括在有机光电材料层103和阴极104之间的另一个电子接受或空穴阻挡材料层。
阴极104包括一个低功函数材料层。用于阴极的合适的材料的例子包括Li，Na，K，Rb，Be，Mg，Ca，Sr，Ba，Yb，Sm和AI。阴极可以包括这些材料的合金或这些金属和其它金属组合而成的合金，例如合金MgAg和LiAl。阴极最好包括多层，例如Ca/Al或LiAl/Al。该器件还可以包括在阴极和发射层之间的介电材料层，例如在WO 97/42666中披露的。尤其是，最好使用碱或碱土金属氟化物作为在阴极和发射材料之间的介电层。优选的阴极结构包括LiF/Ca/Al和BaF2/Ca/Al。在一些情况下，可能需要阴极是透明的，例如当使用不透明的衬底或阳极时，或者在需要整个器件是透明的时候。合适的透明的阴极包括包含有导电性好的材料例如Ca的薄层，以及透明的导电材料例如ITO的一个较厚的层的阴极，优选的透明阴极结构包括BaF2/Ca/Au。阴极一般利用蒸汽淀积或溅射来沉积。
图1d)表示衬底101、被形成图案的阳极102，一层有机光电材料103和被形成图案的阴极104。阴极被淀积在有机光电材料上方以形成图案，这一般是通过荫罩淀积作为蒸汽的阴极材料来实现的。使阴极形成图案的其它的方法包括印刷和光刻。阳极和阴极材料的被形成图案的区域限定一系列有机光生伏打器件，每个器件包括阳极、相对的阴极和位于其间的有机光电材料。图1d)表示部分地覆盖在每个器件的阳极上的每个器件的阴极，即，阴极覆盖住阳极的大部分，但是稍微和阳极错开，使得在器件的一个边沿，阴极悬于阳极之上，而在器件的另一个边沿，阴极未完全盖住阳极。应当注意，因为导电，所以有机光电材料的确提供了相邻有机光生伏打器件之间的某种程度的电连接，但是由于有机光电材料的高电阻，对于提供这些器件的有效电连接是不够的。
为了有效地电连接有机光生伏打器件，需要从未被阴极材料覆盖的区域除去被淀积的有机光电材料和任何其它的有机材料，例如空穴输送材料。可以利用刻蚀技术或机械技术除去有机光电材料。在有机光电子材料的除去期间，阴极被有效地用作掩模，用于限定哪些区域需要被除去，即，有机光电子材料的未被覆盖的部分，同时保护有机光电子器件的有机光电子材料不被破坏。
合适的刻蚀技术包括湿刻，其中使用可以溶解有机材料的溶剂对有机光电材料的暴露的区域进行刻蚀，例如可以使用甲苯除去有机光电材料层，且可以使用甲醇除去PEDOT层。或者，可以使用更具侵蚀性的刻蚀溶液例如酸溶液除去有机材料，只要这种溶液不破坏阴极的材料即可。可以使用干刻除去有机材料，其中把有机材料暴露于气体的或等离子体的刻蚀材料，合适的干刻材料包括氧气等离子体。
用于除去有机光电材料的机械技术包括利用锐利的器械划刻有机材料，利用研磨材料的细颗粒吹除有机材料，利用离子轰击有机材料，借助于使有机材料和黏合剂板接触然后剥离黏合剂板来除去有机材料，或者使用激光切除来除去有机材料。
已经发现用于除去有机光电子材料的最有效的方法是干刻和激光刻。这两种方法都允许完全地除去暴露的有机光电子材料，同时不把有机光电子材料暴露于可能有害的溶剂。一种合适的干刻方法涉及把有机光电子器件暴露于RF或微波导致的O2/CF4的等离子体30和360秒之间的一段时间，最好是在60和240秒之间。O2/CF4的等离子体刻蚀的一个优点是，其能够有效地除去有机光电子材料和通常被包括在器件中的附加的有机层，特别是聚噻吩衍生物PEDOT:PSS，其被广泛地用作空穴输送材料。
还发现激光烧蚀是一种用于除去有机光电子材料的合适的技术。激光烧蚀涉及使用脉冲能量密度为0.4-1.2J/cm2的脉冲激光，脉冲频率为50-150Hz，斑点尺寸为半径2-20mm。使激光和包括有机光生伏打器件的衬底彼此相对运动，以使得激光聚焦在暴露的有机光电子材料的区域上，引起所述材料的蒸发，从而从衬底将其去除。
在从器件之间的区域除去有机光电子材料之后，可以借助于淀积器件之间的电连接部分使各器件实现电连接。图1f)表示由许多铝连接部分105电连接的一系列有机光生伏打器件110。电连接部分可以在衬底上的任何器件之间形成，虽然一般地说在相邻的器件之间形成。可以借助于在器件之间淀积导电材料来形成电连接部分。可以利用荫罩进行淀积，由此使导电材料例如铝通过被形成图案的掩模作为蒸汽被淀积在衬底的特定区域上。可替代地，可以利用例如丝网印刷或喷墨印刷技术把合适的导电体印刷在衬底上。适用于印刷的合适的导电材料包括银树脂膏、石墨树脂膏和有机导电材料例如PEDOT:PSS和聚苯胺。
为了便于有机光电子器件的连接，最好是阴极只部分地覆盖阳极。这样的效果在于，在除去未被阴极覆盖的有机光电子材料时，阳极的区域也被暴露，这从图1f的特征105可以容易地看出。然后可以把暴露的阳极的区域通过淀积电连接部分105与相邻的阴极相连。这种结构的优点是，在覆盖阳极的同时，阴极还使得在阴极和衬底之间保留一个有机光电子材料的区域107。有机光电子材料的这一区域用于使相邻器件的阳极和连接部分105隔离。
有机光电子器件配备有一个封装装置，用于使器件相对于环境密封。合适的封装方法包括利用金属罐或玻璃板在阴极侧覆盖器件，或者在器件上方提供一个不能渗透的膜，例如包括聚合物层和无机层的叠层的膜。
上述的实施例是参照有机光生伏打器件进行说明的。本发明的方法也可以有利地应用于制备电连接的有机电致发光器件。有机电致发光器件在衬底上包括高功函数的阳极，任选的空穴输送材料层，有机发光材料层和阴极。对于衬底、阳极、空穴输送层和阴极，合适的材料及其淀积和图案形成方法在上面关于有机光生伏打器件的说明中已说明了。
用于有机发光器件的有机发光材料包括聚合物发光材料，例如Bernlius等人在Advanced Materials，2000，12，1737中披露的，低分子量的发光材料例如铝三苯并啶(aluminum trisquinoline)，如在US5294869中披露的，发光的树枝状聚合物(dendrimer)，例如在WO99/21935中披露的，以及磷光材料，例如在WO00/70855中披露的。发光材料可以包括发光材料和荧光染料的混合物，或者可以包括发光材料和荧光染料的分层结构。由于可溶的发光材料的可处理性，这种发光材料是优选的，尤其是可溶的光发射聚合物。光发射聚合物包括聚芴，聚苯并噻唑，聚三芳基胺(polytriarylamine)，聚(亚苯基乙烯撑)和聚噻吩类。优选的光发射聚合物包括9，9-di-n-辛基芴(F8)，N，N-二(苯基)-4-仲-丁基苯基胺(TFB)和苯并噻重氮(BT)的同聚物和共聚物。
在本发明的方法的一个特别有益的应用中，衬底包括柔性的不能渗透的塑料材料，例如丙烯酸树脂，聚碳酸酯树脂，聚酯树脂，聚对苯二甲酸二醇酯树脂或环烯烃树脂，或者包括树脂和不能渗透的无机材料的叠层。在塑料衬底上的器件可以利用所谓的滚动(roll-to-roll)或网(web)处理被制备，由此利用溶液沉积技术例如印刷或喷射来沉积有机材料。本发明的方法具有这样的优点，当选择合适的材料时，可以利用上述的溶液处理技术沉积电连接部分。
本发明的方法使得能够利用迄今只能使用复杂的多步技术或者通过集成多个单独的单元才能得到的电连接的有机光电子器件的各种结构。下面说明几种能够容易地利用本发明的方法制成的有机光电子器件的结构。
光生伏打器件的串连连接允许获得较高的电压。一种典型的有机光生伏打电池具有大约1V的开路电压。即使低功率需求设备例如计算器和手表，这样低的电压也不足以用于供电。本发明提供一种方法，使得若干个有机光生伏打电池可以在一个衬底上串连连接，从而能够产生较大的电压。此外，本发明具有这样的优点被连接的有机光生伏打电池位于单个衬底上，这使得能够较容易地把单元集成在几个电子器件中。
图2表示用于制备包括4个串连连接的有机光生伏打电池的衬底的方法。使用光刻法制备包括被形成图案的ITO层202的衬底201。ITO被形成图案，以使得其限定4个最终的光生伏打电池的区域，如图2a)所示。利用旋转涂覆在ITO上淀积空穴输送层PEDOT:PSS(未示出)。然后在PEDOT:PSS层上旋转涂覆包括聚(3-己烷基噻吩)和聚(2，7-(9，9-di-n-辛基芴)-(4，7-di-2-噻吩基-(苯并硫二唑系))的混合物的层。在淀积有机层之后，淀积器件的阴极。阴极包括厚度为300nm的铝层，并通过荫罩利用蒸汽淀积进行淀积。图2b表示在有机层上淀积的阴极的图案203。阴极被这样形成图案，使得阴极至少部分地悬于阳极的上方。然后通过暴露于O2/CF4的等离子体除去未被阴极覆盖的有机层。在阴极上淀积金属互连以提供在相邻器件之间的电连接。互连的图案204如图2c)所示。最后利用被置于器件的阴极的上方的玻璃板封装串连连接的器件，并利用UV固化环氧树脂将它们黏结在衬底上。
图2d)表示包括4个串连连接的有机光生伏打器件的衬底201。这些器件由阳极202和阴极206构成，在两个电极之间具有有机光电子材料层。各器件由连接部分207电连接。特征208表示借助于等离子体处理被暴露的并和相邻的有机光生伏打器件的阴极相连的阳极材料的区域。
有机电致发光器件一般在1-15V范围内的电压下操作。对于家庭、商业和工业照明应用，优选的是，光源由市电电压驱动，例如240V。为了用市电电压驱动有机电致发光器件，需要使用变压器。本发明提供了一种用于串连连接多个有机发光器件的方法，这些串连连接的器件可以较高的电压被驱动，使得不需要使用变压器或其它的电压转换装置。串连连接的有机电致发光器件可以利用上述的用于制造串连连接的有机光生伏打器件的方法制造，其中有机光电材料层用有机电致发光材料例如聚(9，9-di-n-辛基芴)代替。也可以制备有机电致发光器件的其它结构，例如可以用交流电压驱动的串连连接的有机电致发光器件。
本发明的方法可以用于提供包括电连接的有机光生伏打器件和有机电致发光器件的衬底。这种结构的优点是，可以使用有机光生伏打器件驱动有机电致发光器件，从而提供一种照明光源或信息显示器，其既不需要和电网电源相连，也不需要和例如电池之类的电源相连。图3a)表示包括作为阳极的被形成图案的ITO层302的衬底301，阳极被形成图案以限定在衬底的边沿的周围的4个有机光生伏打器件和在衬底的中心的一个有机电致发光器件。通过旋转涂覆在ITO上淀积空穴输送层PEDOT:PSS(未示出)。然后在PEDOTPSS层上旋转涂覆包括聚(3-己烷基噻吩)和聚(2，7-(9，9-di-n-辛基芴)-(4，7-di-2-噻吩基-(苯并硫二唑系))的混合物的层(未示出)。在淀积有机层之后，淀积器件的阴极。阴极包括厚度为300nm的铝层，并通过荫罩利用蒸汽淀积进行淀积。图3b)表示通过荫罩淀积的有机光生伏打器件的阴极303的形状。然后利用等离子体刻蚀除去暴露的有机材料，并使用具有图3c)所示的形状的连接部分304电连接有机光生伏打器件。为了制备有机电致发光器件，在衬底上利用旋转涂覆淀积一层PEDOT:PSS。然后在PEDOT:PSS层上旋转涂覆一层有机电致光发射聚合物聚(9，9-di-n-辛基芴)。通过荫罩在上方淀积包括5nm的LiF层、10nm的Ca层和100nm的Al层的阴极。图3d)表示有机电致发光器件的阴极305的形状。然后使用等离子体刻蚀除去暴露的有机材料，剩下在阴极下方的PEDOT:PSS层和聚(9，9-di-n-辛基芴)层。然后利用连接部分306使有机电致发光器件和有机光生伏打器件相连，如图3e)所示。
图3f)表示在单个衬底301上串连连接的4个有机光生伏打器件和一个有机电致发光器件。这些器件包括公共阳极302，在有机光生伏打器件内的空穴输送层和光生伏打电材料层，以及在有机电致发光器件内的空穴输送材料层和有机电致发光材料层。有机光生伏打器件包括阴极303，有机电致发光器件包括阴极305。有机光生伏打器件利用连接部分304串连连接，有机电致发光器件利用连接部分306和有机光生伏打器件相连。
图4表示在单个衬底401上的串联连接的有机光生伏打器件402的阵列。这些器件由连接部分403电连接。这种阵列可用于产生高电压，在所示的例子中，示出14×14个有机光生伏打器件的阵列，每个器件能够产生1V的电压，可用于产生高达196V的电压。本发明的方法提供了用于在单个衬底上连接大量小的有机电子器件的有效的处理。例如使用150mm2的衬底和9mm2的有机光生伏打器件，可以串联连接30×30个有机光生伏打器件，可产生高达900V的电压。
有机光生伏打器件的大的阵列可用于例如图5所示的直流电压变换器中。图5表示在玻璃衬底51上的光发射聚合物器件502和在第二玻璃衬底503上的串联连接的有机光生伏打器件504的大的阵列(为清楚起见未示出串联连接部分)。在器件的电极之间施加大约4-5V的电压时则发光器件发光。发出的光入射到有机光生伏打器件上，并且如上所述，根据在阵列中串联连接的器件的数量产生几百伏的电压。用这种方式，通过把有机发光器件耦合到串联连接的有机光生伏打器件的阵列，可以用光把低电压转换成高得多的电压。这种类型的直流电压转换器还可以通过在单个衬底的任一侧上提供有机发光器件和串联连接的有机光生伏打器件的阵列来制造，借以简化电压转换器的结构。
例子串联连接的有机光生伏打器件如图2a)所示的具有ITO的被形成图案的衬底在超声波槽中在60℃下被清洁10分钟，在110℃下烘烤20分钟，并利用UV/臭氧处理90秒。10ml的PEDOT:PSS的水溶液(可从Bayer按Baytron得到)被旋转涂覆到衬底上，并把衬底置于热板上烘烤以便除去剩余溶液。淀积厚度为60nm的PEDOT:PSS层。包括1∶1的聚(3-己烷基噻吩)和聚(2，7-(9，9-di-n-辛基芴)-(4，7-di-2-噻吩基-(苯并硫二唑系))的混合物、浓度为18mg/l的甲苯溶液被旋转涂覆到PEDOT:PSS层上。淀积厚度为80nm的一层聚合物的混合物。在有机层上通过荫罩淀积铝阴极。初始淀积速率为0.1nms-1，该速率被保持达到大约50nm的总厚度，此后速率增加到0.5nms-1。获得300nm的总的阴极厚度。图2b)表示淀积的阴极的图案。
为了从未被阴极覆盖的区域除去有机材料，把衬底置于桶式刻蚀器中，并利用O2/CH4等离子体处理3分钟。O2/CH4等离子体处理在300mm直径，450mm深的RF桶式刻蚀器中进行，具有在氧气中的0.5-2％CF4的混合物，压力为1.5托，功率为400W。然后淀积铝连接部分，以便电连接相邻的器件，如图2d)所示。连接部分通过荫罩被淀积到300nm的厚度。
夜间在真空下于手套箱熔炉中在140℃下对衬底进行退火大约14小时。使用利用环氧树脂粘合的玻璃盖滑片对衬底进行封装。
4个串联连接的器件被联结在一对电引线上。由4个串联连接的器件产生的电压经测量是4V。
显然，对于本领域技术人员，这里给出的教导可以作出本发明的许多其它的实施例和等同物。本发明不限于所述的特定实施例，而是包括对于本领域技术人员是显而易见的落在所附权利要求内的所有改型。
权利要求
1.一种用于在一个衬底上制造多个电连接的有机光电子器件的方法，所述方法包括以下步骤a)制备多个有机光电子器件，包括i)提供衬底，ii)在所述衬底上提供一个被形成图案的第一导电材料层，iii)在所述第一导电材料层之上提供有机光电子材料层，以及iv)在所述有机光电子材料层之上提供被形成图案的第二导电材料层，所述被形成图案的第二导电材料层覆盖所述有机光电子材料层的区域，所述被形成图案的第二导电材料层限定多个光电子器件，b)至少部分地除去未由所述的被形成图案的第二导电材料层覆盖的所述有机光电子材料的区域，所述方法的特征在于还包括以下步骤；c)提供电连接部分以用于电连接所述多个有机光电子器件中的至少两个。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少部分地除去所述有机光电子材料的步骤包括使用从干刻、激光烧蚀、湿刻或划割中选择的一种方法除去所述有机光电子材料。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少部分地除去所述有机光电子材料的步骤包括使用干刻除去所述有机光电子材料。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二导电材料部分地覆盖所述第一导电材料。
5.如权利要求1所述的方法，其中，或者所述第一导电材料和所述衬底至少是半透明的，或者所述第二导电材料至少是半透明的。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述有机光电子材料层包括至少一个有机电子施主和至少一个有机电子受主。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述有机电子施主和所述有机电子受主中至少之一包括半导体有机聚合物。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述有机光电子材料包括光发射聚合物。
9.如权利要求1所述的方法，还包括在所述被形成图案的第一导电材料层之上提供空穴注入材料层或空穴输送材料层。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括塑料。
11.在按照权利要求1所述的方法获得的衬底上的多个电连接的有机光电子器件。
12.如权利要求11所述的多个电连接的有机光电子器件，其中，所述有机光电子器件包括有机光生伏打器件。
13.如权利要求11所述的多个电连接的有机光电子器件，其中，所述有机光电子器件包括有机电致发光器件。
14.如权利要求11所述的多个电连接的有机光电子器件，其中，所述有机光电子器件包括有机光生伏打器件和有机电致发光器件。
全文摘要
本发明提供一种用于在一个衬底(101)上制造多个电连接的有机光电子器件(110)的方法，包括首先在衬底上利用以下步骤制备多个有机光电子器件在所述衬底上提供一个被形成图案的第一导电材料层，在所述第一导电材料层之上提供有机光电子材料层(103)，以及在所述有机光电子材料层之上提供被形成图案的第二导电材料层，至少部分地除去未由所述被形成图案的第二导电材料层覆盖的所述有机光电子材料的区域，其次提供电连接部分(105)用于电连接所述多个有机光电子器件中的至少两个。所述有机光电子器件适宜地是有机光生伏打器件或有机电致发光器件。
文档编号H01L27/32GK1729571SQ200380106959
公开日2006年2月1日 申请日期2003年12月18日 优先权日2002年12月20日
发明者乔纳森·豪斯, 理查德·威尔森 申请人:剑桥显示技术有限公司