JP6189298B2 - 大面積可撓性ｏｌｅｄアセンブリにおける温度管理 - Google Patents

Description

本開示は光源に関し、特に、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）パネルを含む発光デバイスのような光源に関する。本開示は、より詳細には、大面積可撓性ＯＬＥＤデバイスに関連する温度管理問題に関する。

ＯＬＥＤデバイスは当該技術分野において一般的に既知であり、一般的には、電極間に配置される１以上の有機発光層を含む。例えば、アセンブリは、カソードと、有機層と、基板上に形成される光透過性アノードとを含み、それによって、アセンブリは、カソードとアノードとにわたって電流が印加されると光を放出する。電流により、カソードから有機層に電子が注入され、アノードから有機層に正孔が注入され得る。電子及び正孔は概して有機層を通って進行してから、発光中心、一般的には有機分子又はポリマーにおいて再結合する。再結合過程の結果として、通例、電磁スペクトルの紫外線又は可視領域において光量子が放出される。

ＯＬＥＤの層は一般的に、有機層がカソード層とアノード層との間に配置されるように配列される。光量子が生成及び放出されると、光量子は有機層を通じて移動する。一般的に金属を含むカソードに向かって移動する光量子は、反射されて有機層に戻り得る。一方で、有機層を通じて光透過性アノードに、そして最終的には基板に移動する光量子はＯＬＥＤから光エネルギーの形態で放出され得る。カソード材料の中には光透過性であるものもある場合があり、実施形態によっては、光はカソード層から、それゆえ、ＯＬＥＤデバイスから多方向に放出される場合がある。したがって、ＯＬＥＤデバイスは、少なくともカソード層と、有機層と、アノード層とを有する。無論、追加の、任意選択の層が光源構造内に含まれる場合もあるし、含まれない場合もある。

カソードは一般的に、比較的小さい電圧で電子を放出させるように仕事関数が低い材料を含む。一般的に使用されている材料は、多様な金属を含むが、一般的に使用されている２つのカソード材料として、アルミニウム（Ａｌ）及び銀（Ａｇ）が挙げられる。他方、アノード層は一般的に仕事関数値が高い材料からなり、これらの材料は、一般的に光透過性であるため、アノード層において使用するものとして既知である。適切な材料は、限定ではないが、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、インジウムドープ酸化亜鉛、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のような透明導電性酸化物、金、アルミニウム、及びニッケルのような金属、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホナート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）のような導電性ポリマー、並びにこれらの２種以上の混合物及び組合せ又は合金を含む。

好ましくは、これらの発光又はＯＬＥＤデバイスは一般的に可撓性である、すなわち、屈曲して約１０ｃｍ未満の曲率半径を有する形状になることが可能である。これらの発光デバイスは大面積であることも好ましく、これは、ＯＬＥＤデバイスが約１０ｃｍ²以上の寸法面積を有することを意味し、場合によっては、ともに結合されて、１以上のＯＬＥＤデバイスからなる概して可撓性で、概して平坦なＯＬＥＤパネルを形成し、これは、大きい発光表面積（例えば、７０ｃｍ²程度以上）を有する。

１ワット以上、ただし、大面積では好ましくは６０Ｗ未満で動作し、概して８００μ程度以下の厚さを有する（すなわち、可撓性である）ＯＬＥＤデバイスは高い電力において加熱の問題に直面する。不都合なことに、加熱される結果としてＯＬＥＤデバイスの劣化が早まってしまう。それゆえ、寿命及び性能を増大させるために温度管理を改善することが必要とされている。

プラスチック系の可撓性ＯＬＥＤの温度管理が特に課題である。ＯＬＥＤデバイスを作成する際にはプラスチック基板に対して溶解式処理技術を使用することが一般的なやり方であり、それらは、蒸着ガラス基板ＯＬＥＤほどには効率的でない傾向にある。それゆえ、より多くの入力電力が熱として失われ、したがって、温度管理設計を介してその熱を放散することがより一層必要とされている。加えて、プラスチック系ＯＬＥＤについて許容可能な保存可能期間を得るために、デバイスを補助気密パッケージ内に封入することが一般的なやり方である。可撓性ＯＬＥＤ構造では、酸素及び水蒸気／湿気の悪影響から保護する必要な遮断性を得るために二重層封入が所望される。遮断性が所望されるが、この改善した封入によって可撓性ＯＬＥＤに関する温度管理問題が発生する。このパッケージは生成された熱を気密封入の中に閉じ込める可能性があり、そのため、デバイス及び気密パネルに対して温度管理計画が必要とされる。最後に、パネルから熱を除去する必要があり、これは、ＯＬＥＤパネルを収容する固定具にヒートシンクを作成することによって達成することができる。それゆえ、温度管理設計を実装しなければならない３つの領域が存在し、これらの温度管理設計がデバイスの可撓性に悪影響を与えてはならない。

米国特許第２００５／２８５５１８号

大面積可撓性ＯＬＥＤデバイスに対する改善した温度管理設計が提供される。

本開示の温度管理の特徴は、改善したカソード厚さ及び／又は材料、改善したバックシート設計、並びに外部放熱のうちの少なくとも１つを含む。

好ましくは、カソードは約１０００ｎｍ、好ましくは２０００ｎｍ以下の厚さを有する。

ＯＬＥＤアセンブリは、約１Ｗ〜６０Ｗ未満、より詳細には約１Ｗ〜約１０Ｗの電力範囲の間で動作する。

金属カソードは、好ましくは、１１０ＧＰａ未満の剛性率、より詳細には１５〜１１０ＧＰａの剛性率を有する。

金属カソードは好ましくは、約１〜４３０Ｗ／ｍＫ、より一般的には約２０〜４００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。

好適なカソードは、ケイ素、スズ、アンチモン、銅、ニッケル、モリブデン、及び亜鉛を含む金属から選択され、アルミニウム及び銀が好適な金属カソード材料である。

カソード金属は、混合物、組合せ、もしくは合金であってもよく、又は、明確に異なる別個の層である２層もしくは複数の材料を含んでもよい。

別の温度管理ソリューションは、気密パネル内に閉じ込められている、発生した熱を除去する一助となる熱伝導率の高い接着剤及び大面積の露出金属箔を含むバックシート設計を含む。これは、外部環境による対流、又は固定具設計におけるヒートシンクを通じた伝導によって達成される。

熱管理ソリューションのまた別の特徴は、例えば、プレート、固定具などに対する外部放熱を提供することである。

本開示の主な利点は、ＯＬＥＤデバイスの、気密封止パッケージを通じた、及び、熱を効率的に放散することができる関連固定具への熱伝導経路を提供することである。

別の利点は、ＯＬＥＤデバイスの寿命が長くなることである。

また別の利点は、ＯＬＥＤパネルの、その可撓性に悪影響を与えることのない温度管理である。

さらに別の長所は、デバイスから外に伝導する結果としてＯＬＥＤデバイスの性能が改善することに関する。

以下の詳細な説明を読み、理解すると、また他の利点及び長所が当業者には明らかとなろう。

大面積可撓性ＯＬＥＤパネルシステムの断面図である。 ＯＬＥＤパネルの断面図である。 ＯＬＥＤアセンブリの裏面の平面図である。 コネクタケーブルを有するＯＬＥＤアセンブリの裏面の平面図である。 好適な平型の可撓性ケーブルの拡大平面図である。 ＯＬＥＤデバイスの断面図である。 大面積可撓性ＯＬＥＤパネルのバックシートの裏面の平面図である。 ＯＬＥＤパネルのバックシートの正面の平面図である。 ＯＬＥＤパネルのバックシートの裏面の平面図である。 別の好適な実施形態におけるＯＬＥＤパネルのバックシートの正面の平面図である。 別の好適な実施形態におけるＯＬＥＤパネルのバックシートの裏面の平面図である。

以下の説明の目的のために、概して平坦な可撓性光源又はＯＬＥＤデバイスの特定の詳細は概して当業者には既知である。それゆえ、本明細書においてさらに説明することは、本開示を完全に理解するには不要であると思われる。本開示に必要な詳細を下記に提供し、添付図面に示す。本明細書において使用される場合、「照明アセンブリ」という用語は、少なくとも、少なくとも１つの気密封止ＯＬＥＤデバイスと、アセンブリに電力を提供するためのコネクタケーブルとを含むＯＬＥＤデバイス又はパネルであってもよい光源を含む、本明細書に記載の構成要素、材料のすべて又はいくつかからなる任意のアセンブリを指す。光アセンブリの好適な構成は大面積可撓性光アセンブリであるが、選択される態様は、他の照明ソリューションに応用され得る。

最初に図１を参照すると、概して可撓性ＯＬＥＤシステムの温度管理の必要性が示されている。最初に、ＯＬＥＤデバイスがパッケージ内に気密封止されてＯＬＥＤ気密パネルが形成される。それゆえ、上記のように、熱５０をＯＬＥＤデバイスからパネルに伝導又は伝達する必要がある。同様に、温度管理の第２の領域は、熱６０をパネルから伝導することに関する。最後に、参照符号７０が表す熱伝導性を改善するためのもう１つの領域が固定具にある。

図２において、この実施形態においては発光側に光カプラ層ＯＣ、及び、透明でＯＬＥＤデバイスの上部に積層される超ハイバリアフィルムＵＨＢが被覆されている光源又はＯＬＥＤ１０２を含む可撓性光アセンブリ又はＯＬＥＤパネル１００の断面図が示されている。ＵＨＢバリアフィルムは、バリア性接着剤ＢＡによって不透過性バックシートＢに対して封止することによって気密パッケージを形成する。アウトカップリング接着剤ＯＣＡも、アウトカップリングフィルムＯＦをＵＨＢの外面に接合する。ＯＬＥＤアセンブリの裏面は、ＡＣＦストリップ、及び、ＯＬＥＤ１０２とバックシートＢとの間に置かれる補助バスを含む。バックシートは一般的に、カバー箔のような酸素及び水蒸気不透過性材料からなる。カバー箔の一例はＴｏｌａｓ ＴＰＣ−０８１４Ｂであり、これは、Ｏｌｉｖｅｒ−Ｔｏｌａｓ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｐａｃｋａｇｉｎｇから市販されている多層バリア材料であるが、本開示の範囲及び意図から逸脱することなく、他の市販製品が使用されてもよい。そのようなバリア材料は一般的に、最内部層に金属箔の比較的厚い（約２５μｍ）層を有する多層複合材料を含む。その金属層が、バックシートに優れたバリア特性を提供し、柔軟な応用形態も可能にする。

ＯＬＥＤ１０２をＵＨＢ及びバックシートに接着固定することによって、積層過程の間に気体が閉じ込められることが防止される。接着剤がなければ、積層過程の間に気泡が閉じ込められる可能性があり、屈曲した応用形態にあるときは、これらの気泡が気密パネル内であちこち移動する可能性があり、これによって、望ましくない応力及び可能性として層間剥離の欠陥がもたらされる。パネル内に気泡が閉じ込められているのは審美的にも気持ちのいいものではない。ＵＨＢフィルム（パッケージ内部）全体の上に接着剤を配置し、バックシート全体の上（ＯＬＥＤとの電気接触が成される場所を除く）に接着剤を配置することが好適である。接着剤は、熱可塑性樹脂系、熱硬化性、感圧接着剤（ＰＳＡ）、又は組合せであり得る。

電気コンタクトパッチＰがバックシート内の開口上に設けられ、電気が外部電源からＯＬＥＤデバイス内に通されることを可能にする。これらのパッチＰは、バックシートの内面又は外面のいずれかの上に位置することができる。コンタクトパッチの外面は、外部回路への電気接続を行うことを可能にする。１つの設計は、２００９年１２月２２日に出願された、共同所有される、同時係属の米国特許出願第１２／６４４，５２０号（代理人整理番号：２４２４７６（ＧＥＣＺ ２ ０１０６３ ＵＳ０１））に記載されているような平型のフレックスケーブルを使用することを含む。

引き続き図２を参照し、加えて図３〜図５を参照すると、可撓性光アセンブリ又はパネル１００は、ここでは周縁又は端部１０４を有する第１の概して平坦な表面Ｂとして示すバックパネルによって少なくとも部分的に支持される光源を含む。周縁端部１０４は、示されている実施形態において、反対の端部が好ましくは実質的に平行な関係で配置されている、概して四辺形の構造又は長方形の構造を有する。しかしながら、本開示は必ずしもそのように限定される必要はない。ここで、端部１０４ａ、１０４ｂは平行であり、端部１０４ｃ、１０４ｄは同様に平行である。

バックシートＢは、好ましくは、空気及び湿気に影響されない材料から形成される。バックシートは発光デバイスに対する支持を提供し、１つの好適な実施形態においては、光源の一方の側又は表面を実質的にカバーする表面積を有する。好適な構成において不浸透性バックシートＢが光不透過性である、すなわち、バックシートＢの反対の拡大された実質的に平坦な表面から放出されることも企図されているが、他の事例において、バックシートは光透過性であってもよく、それゆえ、バックシートも発光面であってもよいことを当業者は認識しよう。

光源１０２及びバックシートの周縁端部は好ましくは気密封止される。したがって、発光デバイス１０２の端部は、バリア性接着剤ＢＡ（図２）によって、又は、バックシートを拡張することによって、その周縁全体の周囲を封止される。いくつかの事例において、バックシートは発光面の寸法と同じ範囲内にあるが、他の事例において、バックシートは、２０１０年１月１２日に出願された、共同所有される、同時係属の米国特許出願第１２／６９１，６７４号（代理人整理番号：２４１６７３（ＧＥＣＺ ２ ０１０６２ ＵＳ０１））により詳細に図示及び記載されているように、概して環状の周縁部分の周囲を封止する、中央が開口になったフレーム状構造を有する。

光パネル内の選択ロケーションに、少なくとも１つ、好ましくは複数の電気フィードスルー領域１２０（図３）が、光パネルを構成する個々のＯＬＥＤデバイスと接続するために設けられる。これらの電気フィードスルー領域１２０は一般的に、周縁から内側に向かって離間している。それゆえ、外部ドライバ回路（図示せず）との有効な電気接続が所望され、１つのソリューションは、外部回路を、フィードスルー領域１２０を被覆するパッチＰと相互接続する、概して平坦又は平型の、可撓性ケーブル１２２を設けることである。導電性トレース１２４が可撓性ケーブル内に設けられており、ケーブルの一端にある、又はそれに隣接した、ゼロ挿入力コネクタのような標準的なコネクタから延在する。コネクタは、好ましくは、露出した導電性部分１２８を有する。コネクタ１２６によって外部回路との適切な接続を行うことができ、それによって、トレース１２４に対する電流が、ケーブル内に設けられた導電性パッド１３０（図４）に提供される。同様に、可撓性ケーブル１２２は、コネクタ１２６が、関連外部回路との接続を行うことができるＯＬＥＤパネルの周縁の外部に位置するような、十分な寸法を有する。好適な平型の可撓性ケーブルは、約１０ミル以下程度の厚さを有し、それによって、ＯＬＥＤパネルの所望される可撓性に対して悪影響を与えない。ＯＬＥＤデバイスに対する電気接続を確立するのに使用される可撓性ケーブルのより特定的な詳細は、２００９年１２月２２日に出願された、共同所有される、同時係属の米国特許出願第１２／６４４，５２０号（代理人整理番号：２４２４７６（ＧＥＣＺ ２ ０１０６３ ＵＳ０１））に見出される。

パッチＰは好ましくは、所望される実施形態において使用するように企図された低温はんだに対する高い接合強度を呈する材料から形成される。従来、アルミニウムが、銀エポキシ又は導電性両面テープ接着剤とともに使用されている。代替的に、銀、スズ、もしくは銅、又は、スズ被覆銅のようなこれらの材料のうちの１以上の組合せが、パッチ材料として使用されてもよい。このように、所望される強度を呈するスズ被覆銅パッチのように、１以上の材料の所望される特性が、有利に組み合わされてもよい。

上記のように、高い電流密度において熱が生成されることによって、ＯＬＥＤデバイスの寿命が短くなると考えられる。それゆえ、熱をデバイスから外に伝達するように温度管理を改善する必要がある。例えば、カソードは一般的に、金属から形成されるため、ポリマープラスチック内に封入され、カソードを通じて導入される電流が増大すると、ＯＬＥＤは相当な熱を生成する。温度管理を改善するために提案されている３つの解決策についてここで触れるが、これらのうちのいずれの１つも温度管理に対処するものであり、いずれの２つを組み合わせて使用することもでき、又は、３つすべてをともに使用してもよいことが理解される。図６は、ＯＬＥＤデバイス１００の基本概念図であり、有機層２００がカソード２０２とアノード２０４との間に受け入れられ、基板２０６上に受け入れられている。

ＯＬＥＤデバイスの温度管理に関して、第１の温度管理態様は、カソード２０２自体を操作することである。一般的に、カソードは、１００ｎｍ程度の厚さを有する。カソードを最大５００ｎｍ厚に、場合によっては１０００〜２０００ｎｍ厚にすることを提案する。一般的に、カソード厚さの限界は５００ｎｍ〜１０００ｎｍであり、この層の厚さに関する制約は、製造工程の現実性に関連する。すなわち、一般的に、蒸着工程が使用されてカソード層が下ろされ、極度に厚い材料を被着させるには長い時間がかかることになる。単一層カソードの場合、５００ｎｍ以上の厚さがデバイス内の熱を管理する手段をもたらす。さらに、温度管理は少なくとも部分的にはカソードを構築するのに使用される材料に依存し、又は、場合によっては、カソードは複数の材料もしくは金属合金から形成され、又は、カソードは、厚さが変動する、明確に異なる別個の層を有してもよい。例えば、好適な金属カソード材料は、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群を含む。カソードの厚さに加えて、カソード選択は、部分的には熱伝導率又は剛性率に基づき得る。以下の表は、大面積可撓性アセンブリのＯＬＥＤデバイスに使用され得るカソードの熱伝導率及び剛性率を示す。

表から明らかであるように、カソード２０２は約５００ｎｍの厚さを有し得、その厚さは約１０００ｎｍから、好ましくは約２０００ｎｍと同程度に及び得る。これらの厚さは、約１Ｗ〜６０Ｗ未満の範囲、より好ましくは約１〜約１０Ｗの範囲の間でＯＬＥＤを動作させることに関連付けられる。さらに、剛性率はＯＬＥＤデバイスの可撓性を保証するために、約１５（スズ）ＧＰａ〜約１１０（ケイ素）ＧＰａに及び得る。またさらに、熱伝導率は約２０（アンチモン）〜４３０（銀）Ｗ／ｍＫに及び得る。

カソード２０２の好適な厚さｔ及び熱伝導率ｋは、カソード２０２から外気への放熱の以下の説明から理解することができる。２つの主要な熱負荷が存在する。第１に、有機層（複数の場合もあり）のすべてのロケーションにおいて電力から光への変換損失に起因するほぼ均一な熱負荷が存在する。第２に、カソード２０２並びに電気パッチ１２０及び導電性パッド１３０の間の電気接触点における抵抗損に起因して、又は他の異常な損失が局所的に発生するならどこであれ、局所的な熱負荷が存在する。

均一な熱負荷は一般的に、ＯＬＥＤ構造を過熱しない。有機層（複数の場合もあり）から周囲への熱回路は一般的に２つの主要な部分からなる。熱回路の第１の部分は、固体を通じた、有機層（複数の場合もあり）から外方へ、ＯＬＥＤ層（複数の場合もあり）の平面を越えて、例えば、カソード２０２の厚さを越えて、ＯＬＥＤの外表面への熱伝導を特徴とする。熱回路の第２の部分は一般的に、外気への対流による、表面積Ａ_Oを有するＯＬＥＤ層（複数の場合もあり）の外表面からの放熱である。式１は、ＯＬＥＤの各固体層を通じて伝導される熱出力を表す。

ΔＴ＝（Ｐ／Ａ_O）×（ｔ／ｋ） （１）
ＯＬＥＤの電力密度は一般的に０．０１ｍ²当たり約１ワットであり、そのためＰ／ＡＯ≒１００Ｗ／ｍ²である。有機層の外気温に対する許容可能な温度上昇は最大約４０〜６０Ｋである。その上昇のいくぶんか、例えば１０Ｋを、熱経路内の任意の単一の要素、例えばカソード２０２自体に割り当てることができる場合、カソード２０２の厚さｔと熱伝導率ｋとの許容可能な最大の比は、ｔ／ｋ＝０．１Ｋｍ²／Ｗであると推定することができる。ｋ≒１００Ｗ／ｍ−Ｋの一般的な値について、許容可能な厚さはｔ＜１０ｍである。そのため、事実、均一な放熱に起因する温度上昇は無視できるものであり、カソード２０２又は同様の寸法を有する他の平坦なＯＬＥＤ層のいずれかの厚さ又は熱伝導率に限界をもたらさない。ｋ≒０．１Ｗ／ｍ−Ｋの値についてさえ、層の許容可能な厚さはｔ＜１０ｍｍである。

式２は、外気への自由対流によって放散される熱出力を表す。

ΔＴ＝（Ｐ／Ａ_O）×（１／ｈ） （２）
空気と接触している平坦な表面の対流係数ｈは、垂直又は水平配向、表面形状、及び他の要因に応じて変化するが、一般的には約１０Ｗ／ｍ²Ｋである。Ｐ／Ａ_O≒１００Ｗ／ｍ²の一般的な事例について、式２の結果はΔＴ≒１０Ｋであり、これは概して、ＯＬＥＤにとって、周囲を上回る許容可能な温度上昇である。式１及び式２の結果は、均一な熱負荷、約１００Ｗ／ｍ²に起因してＯＬＥＤが熱せられる結果、ＯＬＥＤ層のいずれもがｔ／ｋ＜０．１Ｋｍ²／Ｗの比を有しない限り、外気に対する自由対流によって制限される、ＯＬＥＤの均一な温度上昇は外気に対して約１０Ｋであることを示している。これによって、一般的に、０．１Ｗ／ｍ−Ｋ程度の小さいｋに対してさえ、最大１０ｍｍ程度までの厚さｔが可能である。均一な熱負荷は一般的に、ＯＬＥＤ構造を過熱しない。

しかしながら、第２のタイプの熱負荷、すなわち、電気接触点における抵抗損又は他の不均一な電力の放散に起因する局所的な熱負荷は、温度管理が充分でない場合にＯＬＥＤを過熱する可能性がある。このタイプの問題は、コンピュータモデルにおいて精密に計算し、実際のデバイスにおいて測定することができる。しかし、均一な熱負荷のものと同様の単純な幾何学的近似によって、この問題の程度及び温度管理ソリューションの有効性への洞察をもたらすことができる。総ＯＬＥＤ出力Ｐを局所ホットスポット出力Ｐ_localに置き換えることによって、式２が依然として適用される。しかし、式１を式３に置き換えねばならず、熱伝導経路を制限するのはもはや層（複数の場合もあり）にわたる厚さｔではなく、熱をホットスポットから離れて、長さＬに沿ってＯＬＥＤ層（複数の場合もあり）に平行に拡散させる必要性によって決定される。

ΔＴ＝（Ｐ_local／Ａ_X）×（Ｌ／ｋ） （３）
それに沿って熱を伝導しなければならない長さＬは、任意の所与のＯＬＥＤ層（複数の場合もあり）、例えば、カソード２０２の厚さｔよりもはるかに長く、それを通じて熱が伝導される断面積Ａ_Xは、表面積Ａ_Oよりもはるかに小さい。そのため、ＯＬＥＤ層（複数の場合もあり）に対する厚さｔ及び熱伝導率ｋに対する要件は、均一な熱負荷に対するものよりもはるかに要求が厳しい。均一な熱負荷の事例においてはＯＬＥＤ上で外気に対して約１０Ｋの温度上昇が発生するため、かつ局所的な加熱に起因するさらなる温度上昇がもう約１０Ｋ又は最大でも約５０Ｋに制限されなければならないため、局所ホットスポットは、比較的大きい表面積Ａ_S≒Ｌ²にわたって空気に対する対流によって放散されなければならない。それを通じて熱がホットスポットから外に伝導される、ＯＬＥＤ層、例えばカソード２０２の実効断面積は、Ａ_X≒ｔ×Ｌである。式（３）は単純化して式（４）になり、これは予期されるようにＬから独立している。

ΔＴ≒Ｐ_local／（ｔ×ｋ） （４）
再び、１ＷのＯＬＥＤの事例を考え、局所ホットスポットにおいて発生する熱はＯＬＥＤ全体において発生するすべての熱の０．１％、すなわち０．００１Ｗであり、許容可能なΔＴは約１０Ｋである場合、ｔ×ｋ＞０．０００１Ｗ／Ｋが必要とされる。例えば、ｋ≒１００Ｗ／ｍ−Ｋである場合、ｔ＞１０^-6ｍ＝１μｍが必要とされる。上記の推定値は約１桁分内でのみ精密であるが、例えば、電気接点における一般的な抵抗損を表し得る、加熱の不均一性が総ＯＬＥＤ出力の約０．１％である事例について、局所ホットスポットにおけるさらなる加熱を１０Ｋに制限するために、ｋの値は１００Ｗ／ｍ−Ｋ以上、又は１００Ｗ／ｍ−Ｋのかなりの割合であるべきであり、ｔの値は約１μｍ以上、又は１μｍのかなりの割合であるべきであることが実証されている。

好適な実施形態において、カソード２０２は、（図６の破線２１０が表すように）２層形式で構築される。ＯＬＥＤ１００内の機能的有機層２００に最も近い層は、好ましくは＜５０ｎｍの、Ａｌ又はＡｇの薄い層から構築され、２０００ｎｍまで、より好ましくは約４５０ｎｍの、カソードの残りの層は表からの異なる材料から構築される。２層カソードを有することによって、厚い外側層によってカソードの熱伝導率及びフレックス能力を別個に調整することが可能であることに加えて、薄い内側層に適合する材料を選択することによって、電子注入特性及び／又は反射特性を最大化することが可能である。

いくつかの事例において、ＯＬＥＤデバイスのカソードの大部分を保護カバーによって被覆することが有益である。この保護カバーは、取り扱いによる損傷を防ぎ、さらなる防酸素及び防湿層を提供することもできる。保護カバーが利用される場合、ＯＬＥＤデバイス内の生成された熱をその層を通じて伝達することもできることも有益である。これは、保護カバーを熱伝導率の高い材料から作成することを選択することによって達成することができる。好ましくは、保護カバーは電気絶縁体であり、５Ｗ／（ｍＫ）よりも大きい熱伝導率を呈し、７５μｍ未満の厚さを有する。

ＯＬＥＤアセンブリを封入又は気密封止することが好ましい。無論、これはデバイス内に熱を閉じ込めるのに寄与するに過ぎず、それゆえ、他に温度管理を検討することが望ましい。図７は、放熱トレースによって熱伝達を周縁部に導く１つの様式を示す。より具体的には、ＯＬＥＤパネルの裏面は、可撓性ケーブル１２２（図７においては図解を容易にするために取り外されている）とともに使用され、関連駆動回路と相互接続する電気フィードスルー１２０を示している。熱シンクフィードスルー１５０と称される追加のフィードスルーが、電気フィードスルーから電気的に絶縁され、好ましくは位置関係的に離間されている。熱フィードスルーは好ましくは、周縁部から内側に離間されており、ＯＬＥＤパネルの裏面の中央部分からの熱を、熱シンクフィードスルー１５０を周縁放熱トレース１５４と相互接続するトレース１５２を介して伝達するために、熱伝導性材料から形成される。図５における表現は、熱シンクフィードスルー、相互接続トレース、及び放熱トレースのほんの１つの好適な構成に過ぎない。すなわち、本開示の範囲及び意図から逸脱することなく他の設計を使用することができることを当業者は認識しよう。放熱トレースは、好ましくはＯＬＥＤパネルの周縁に沿って位置し、トレースは、ＯＬＥＤデバイスの動作によって発生する熱を可能な限り多く外に伝達するために、関連固定具（図示せず）と熱的に伝導性の関係にある。トレースは、パネルの中央部分から固定具へと熱を伝達する経路を形成し、熱は周囲環境への対流によって効率的に放散され、固定具の大きい熱質量は、実効的なヒートシンクとしての役割を果たすのに十分である。

熱伝導を補助するのに好適な材料は、高熱伝導性接着剤、例えば、約１．０〜５．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を呈する市販の接着剤である。接着剤は、接着接合が必要なシステムから外に熱をより効率的に伝達するのに利用され得る。接着剤が位置し得る場所の例は、限定ではないが、発光デバイスと熱フィードスルー１５０との間、熱フィードスルー１５０とトレース１５２との間、及びトレース１５２／１５４と熱シンク固定具との間を含む。熱フィードスルーの数、サイズ、及びロケーションは、デバイス又は最終使用／用途に基づいて最適化することができる。図５に示すトレースは、熱をＯＬＥＤデバイスから外方に、端部封止領域に向かって伝達する。再び、トレース寸法及び設計も、デバイス／用途に対して最適化することができる。熱フィードスルーを介してＯＬＥＤパネルを固定具自体に効果的に放熱することができる場合は、トレースは必要ない場合があることさえ企図されている。しかしながら、少なくともいくつかの用途においては、単純に熱をパネルの端部に向かって、ＯＬＥＤデバイスから外に移動させることが有利である可能性が高い。

ＯＬＥＤデバイスの裏面の接着剤の熱伝導率が高いことによって、熱がデバイスから外に、金属パッチ熱フィードスルーに伝達される。接着剤は、およそ一般的なポリマーのそれよりも一桁高い熱伝導率を有し、そのため、接着剤は熱を熱フィードスルーに効率的に伝達するはずである。

接着剤は薄く（約１０〜１００μｍ程度）可撓性であるため、熱伝導性接着剤を使用しても、可撓性の薄いＯＬＥＤパネルを提供する要求に悪影響はない。さらに、ＯＬＥＤデバイスが機械的理由からバックシートに接着されることが好ましい。例えば、ＯＬＥＤアセンブリ内に気泡があることは望ましくない。それゆえ、接着剤は、バックシート上にすでに接着剤を有しない設計のバックシートにＯＬＥＤデバイスを機械的に接着する追加の機能を果たすことができる。

図７に示すトレースが、薄い、表に提示したもののような熱伝導性材料から作成されることも好ましい。厚さ範囲は約１０〜１００μｍであり、トレースは従来の接着剤を使用してバックシートの外面に接着される。トレースの幅はＯＬＥＤのサイズ及び出力に応じて変更することができるが、１〜１５ｍｍの幅が一般的である。これらの材料及び幾何学的特性によって、デバイスの可撓性を妨げることなく効率的な放熱が可能になる。

図８〜図９及び図１０〜図１１に示す実施形態は、ＯＬＥＤアセンブリのもう２つの温度管理バックシート設計を示している。例えば、図８〜図９に示す熱コンタクトパッチ１６０は、どのように熱コンタクトパッチを大幅に拡張してＯＬＥＤの実質的に裏面全体に対する支持を提供することができるかを示している。この拡張パッチによって、共同所有される、同時係属の米国特許出願第１２／６４４，５２０号（代理人整理番号：２４２４７６（ＧＥＣＺ ２ ０１０６３ ＵＳ０１））に教示されているような、ＯＬＥＤパネルを裏面を通じて電気的に接続するために電気パッチのみが設けられている設計において生じる応力集中がなくなる。より重要なことには、熱伝導性接着剤によってＯＬＥＤデバイスに結合されているこの大きい金属表面も、外面に露出している。これによって、熱伝導性材料の大面積経路がデバイスから外部環境に組み込まれるため、パネル内で発しした熱を放散させるための対流に関して大きい表面積が許容される。効率的な温度管理のために、裏面の露出した金属は、パネル内部にある発光デバイスの面積の少なくとも３０％であるべきである。ここでも、本出願においてすでに記載したように、好ましくは薄い熱伝導性材料が利用される。図８〜図９における構造の間の間隔が証明するように、依然として、電気フィードスルーパッチを熱コンタクトパッド１６０から電気的に絶縁する必要がある。これによって、熱伝導性であるに過ぎず、多くの場合導電性でもある材料から形成される熱パッチに対してＯＬＥＤデバイスが短絡することが防止される。

図１０〜図１１において、代替的な構成では、ＯＬＥＤパネルの大部分を依然として支持しながら熱シンクとして使用するために電気フィードスルーが拡張される。したがって、組合せ電気／熱パッチ１７０が設けられ、ここでは、互いから位置関係的に離間又は電気的に絶縁されている一対のパッチとして示されている。組合せ電気／熱パッチはＯＬＥＤパネルの表面積の相当部分を被覆する。これは所望の機械的支持をもたらし、拡張ヒートシンクとしての役割も果たす。熱を接続及び伝達するか、又は設計が必要とするような電気的道通を提供するためにバックシート内に複数の開口があってもよいことが企図されている。

図１に示すように温度管理の第３の領域は、固定具／プレート１８０への放熱によって達成される。上述の構成を介してパネルから熱が除去されると、外面上の対流、又は好ましくは固定具１８０のようなヒートシンクが提供され、それによって、大きい熱質量への伝導及び対流が増強される。好適な固定具／プレート材料が表に示されている。発生した熱を放散させるために必要な固定具／プレートの熱質量及び露出表面積は、用途に大きく依存し、発光デバイスの数、デバイスの動作電力、デバイスの効率、固定具／プレートの熱伝導率、並びに、利用される特定のデバイス温度管理及びパネル温度管理方式のような、いくつかの要因を考慮することによって決定することができる。

本開示を好適な実施形態を参照して説明してきた。明らかに、先行する詳細な説明を読み、理解すると、他者には改変及び変更が想起される。本開示はすべてのそのような改変及び変更を含むように解釈されることが意図されている。

Claims (23)

1. 大面積可撓性有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）アセンブリ（１００）であって、
   （ａ）大面積可撓性ＯＬＥＤ（１０２）であって、該ＯＬＥＤ（１０２）の正面及び裏面上のバリア内に封入されたＯＬＥＤ（１０２）と、
   （ｂ）ＯＬＥＤ用の温度管理手段であって、（ｂ１）ＯＬＥＤの裏面からバリアを通して延在し、裏面のバリアよりも大きい熱伝導率を有する材料から形成されるフィードスルーパッチと、（ｂ２）ＯＬＥＤの裏面に設けられ、フィードスルーパッチから、ＯＬＥＤアセンブリを受ける固定具まで延在する放熱トレースとを含む温度管理手段と
   を備える、ＯＬＥＤアセンブリ。
2. 温度管理手段が、厚さ５００ｎｍ以上の金属カソードを含む、請求項１記載のＯＬＥＤアセンブリ。
3. 金属カソードの厚さが２０００ｎｍ以下である、請求項２記載のＯＬＥＤアセンブリ。
4. 金属カソードが１５（スズ）〜１１０（ケイ素）ＧＰａの剛性率を有する、請求項２又は請求項３記載のＯＬＥＤアセンブリ。
5. 金属カソードが２０（アンチモン）〜４３０（銀）Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有する、請求項２乃至請求項４のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
6. 金属カソードが、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、又はそれらの混合物、組合せもしくは合金からなる群から選択される金属を含む、請求項２乃至請求項５のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
7. 金属カソードが複数の材料を含む、請求項２乃至請求項６のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
8. 金属カソードが２層構造であって、第１の層が５０ｎｍ以下の厚さを有し、熱伝導性の第２の層の厚さが４５０ｎｍ以上であり、２層の合計の厚さが５００ｎｍ以上である、請求項７記載のＯＬＥＤアセンブリ。
9. 第１の層がアルミニウ又は銀のうちの一方であり、第２の層がアルミニウム又は銀のうちの他方であるか、或いはケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）又はそれらの混合物、組合せもしくは合金である、請求項８記載のＯＬＥＤアセンブリ。
10. ＯＬＥＤが１ワット以上６０ワット未満の範囲で動作する、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
11. ＯＬＥＤの領域が７０ｃｍ2よりも大きい発光表面積を有する、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
12. フィードスルーパッチが金属を含む、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
13. 温度管理手段が高熱伝導性接着剤を含む、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
14. 接着剤が１．０Ｗ／（ｍＫ）〜５．０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有する、請求項１３記載のＯＬＥＤアセンブリ。
15. 接着剤が１０〜１００μｍの厚さを有する、請求項１３又は１４記載のＯＬＥＤアセンブリ。
16. 放熱トレースが金属の薄層を含む、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
17. 放熱トレースの薄層金属が、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、又はそれらの混合物、組合せもしくは合金からなる群から選択され、１０〜１００μｍ程度の厚さを有する、請求項１６記載のＯＬＥＤアセンブリ。
18. 放熱トレースが、金属の薄層に隣接して位置する、グラファイト、グラフェン酸化物、ＩＴＯ、ハロゲン化酸化スズ、ＺｎＯ及び複合ポリスチレンの１種以上を含む、請求項１６又は請求項１７記載のＯＬＥＤアセンブリ。
19. 温度管理手段が、気密封止ＯＬＥＤの裏面に沿って設けられた薄い可撓性プレートを含み、可撓性プレートが固定具である、請求項１乃至請求項１８のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
20. プレートが金属を含む、請求項１９記載のＯＬＥＤアセンブリ。
21. プレートの金属が、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、又はそれらの混合物、組合せもしくは合金からなる群から選択され、１０〜１００μｍ程度の厚さを有する、請求項１９記載のＯＬＥＤアセンブリ。
22. プレートが、発光面積の少なくとも３０％である露出表面積を有する、請求項１９乃至請求項２１のいずれか１項記載のＯＬＥＤアセンブリ。
23. 温度管理手段がさらに、ＯＬＥＤの周縁端部に沿って設けられた周縁放熱トレース（１５４）を含み、放熱トレースが周縁放熱トレースに接続された、請求項１記載のＯＬＥＤアセンブリ。