特許 5940525 スレッドを使用した層のパターニング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5940525

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】スレッドを使用した層のパターニング

(51)【国際特許分類】

   H01L 51/48 20060101AFI20160616BHJP

   H01L 21/306 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 188

   H01L21/306 J

【請求項の数】15

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-517543(P2013-517543)

(86)(22)【出願日】2011年7月4日

(65)【公表番号】特表2013-533627(P2013-533627A)

(43)【公表日】2013年8月22日

(86)【国際出願番号】GB2011051258

(87)【国際公開番号】WO2012004589

(87)【国際公開日】20120112

【審査請求日】2014年7月2日

(31)【優先権主張番号】1011280.3

(32)【優先日】2010年7月5日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】510149297

【氏名又は名称】ケンブリッジ エンタープライズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ニゲマン、マイケル

【審査官】 池谷 香次郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０４２７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４０８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０３９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２５５８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ５１／４８

Ｈ０１Ｌ ２１／３１１

Ｈ０１Ｌ ２１／３２１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１又は複数の機能薄膜層で被覆された基板である対象物をパターニングする方法であって、前記１又は複数の機能薄膜層は第１材料からなる第１薄膜層を含んでおり、前記第１薄膜層の第１主面は、第２の異なる材料からなる第２薄膜層の第１主面の一部または全部と密接に接触しており、前記方法は、前記第１材料に対して溶解性のある第１種を担持する第１スレッドを提供し、前記第１スレッドに整列して隣接しており、かつ前記第１材料に対して溶解性のある第２種を担持している第２スレッドを提供し、ここで、前記第１薄膜層に隣接する前記第２薄膜層は、前記第２種での溶解度が比較的高い第２材料を含み、前記第１および第２スレッドを前記第１薄膜層に接触させて、前記第１薄膜層の少なくとも一部を除去し、前記第２スレッドを前記第２薄膜層に接触させて、前記第２薄膜層の少なくとも一部を除去して前記第１及び第２薄膜層を貫通する溝が残るようにすることを含む、方法。

【請求項2】

前記第２スレッドを前記対象物との接触から取り除くこと、前記対象物に第３の異なる材料を堆積して、前記第１層に隣接して第３層を生成すること、前記第１スレッドを除去して、前記第１および第３層を貫通する溝を残すことを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第３材料は、スプレー塗布、超音波スプレー塗布、インクジェット印刷、ブレード塗布、スクリーン印刷、リバースグラビア塗布、グラビア印刷、オフセット印刷、スライド塗布、カーテン塗布、ディップ塗布から選択される方法によって堆積される、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第３材料は、金属、金属酸化物、半導体（ドープもしくはアンドープ）、または前駆体、ナノ粒子もしくはそのマイクロ粒子、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノチューブから選択される材料を含む、請求項２または３に記載の方法。

【請求項5】

そのように形成された溝に保護材料を付することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記保護材料を付して、露出した下電極を被覆することを含み、前記下電極は、好ましくは導体層に加えて電荷注入層を含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記保護材料は、誘電材料および酸化剤のうちの少なくとも一方である、請求項５または６に記載の方法。

【請求項8】

そのように形成された溝に導電性材料を付すことを含む、請求項５、６または７に記載の方法。

【請求項9】

そのように形成された溝の両側の層の間に導電性パスを提供するように、前記導電性材料を付すことを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記溝の両側のセル素子の上電極と一つの隣接する下電極との間に電気コンタクトを提供して、これらセル素子の直列相互接続を形成することを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記導電性材料は、金属、メタルインク、高ドープ有機もしくは無機導体または前駆体、ナノ粒子もしくはそのマイクロ粒子、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノチューブから選択される材料を含む、請求項８、９または１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１種及び前記第２種のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つのスレッドに沿った一連の離れた領域に付される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記第１種および前記第２種は、前記少なくとも１つのスレッドの交互に並ぶ隣接した領域、もしくは前記少なくとも１つのスレッドの交互に並ぶ隣接していない領域、またはそれらの領域の組み合わせに付される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

第１材料からなる第１機能薄膜層および第１材料とは異なる第２材料からなる第２機能薄膜層で被覆された基板である対象物をパターニングするように動作可能な装置であって、前記第２機能薄膜層は、前記第１機能薄膜層と隣接し、前記第１機能薄膜層の第１主面は、前記第２機能薄膜層の第１主面の一部または全部と密接に接触している、前記装置において、
対象物を受承するように動作可能な受承手段と、
第１スレッドを装着して、対象物に接触させるための前記第１スレッドの領域を提供するように動作可能な少なくとも２つのガイドであって、前記少なくとも２つのガイドは、前記第１スレッドを長手方向に案内するように動作可能である、前記少なくとも２つのガイドと、
第２スレッドを装着して、前記少なくとも２つのガイドのうちの１つもしくは第４ガイドとともに前記対象物を接触させるための前記第２スレッドの領域を提供するように動作可能な第３ガイドであって、前記第３ガイドは、前記第１スレッドの領域に整列して隣接する前記第２スレッドの領域を有するように前記第２スレッドを長手方向に案内する、前記第３ガイドと、
前記第１スレッドが対象物に接触する前に、前記第１材料に対して溶解性のある第１種を前記第１スレッドに付すように動作可能な第１の付与手段と、
前記第２スレッドが対象物に接触する前に、前記第１材料および前記第２材料に対して溶解性のある第２種を前記第２スレッドに付すように動作可能な第２の付与手段と
を備える装置。

【請求項15】

前記ガイドは、前記対象物と接触する各スレッドの領域を調整するように、移動可能であるか、連続的におよび自動的に、あるいは連続的にまたは自動的に移動可能である、請求項１４に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子デバイス、例えば光起電力デバイスなどの対象物をパターニングする方法および装置、並びにそれを構成する方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光起電力薄膜モジュールなどの電子デバイスは、光起電力モジュールが形成されるように互いに位置付けられる所定の形状の機能層からなる。これらの機能層は、典型的には電荷キャリヤ抽出層、電磁放射を受けて電気エネルギを出力する光活性層、および電極層である。

【0003】

光起電力モジュールは、まとめて連結されている多数の個別光起電力セルからなる。これらの個別セルは互いに直列に接続されてもよく、または並列に接続されてもよい。典型的には、セルを直列に電気接続する方が、高い出力電圧を得ることができる。

【0004】

薄膜光起電力モジュールなどの光起電力モジュールは、モノリシックアレイのセルとして製作することができる。（例えば結晶ソーラーモジュールのために行われることがあるように）個別セルをまとめて配線するのではなく、薄膜モジュールのモノリシック相互接続は、必要な機能層で実質的に被覆される基板を製造し、これら機能層をパターニングして基板上に個別セルのネットワークを製造して実現することができ、または、基板に機能層を所望のパターンで直接印刷して実現することもできる。

【0005】

当業者には明らかなように、モノリシックモジュールは相対的に製造しやすいことから、個々のウェハのアレイを電気接続するより安価な代替法となっている。しかし、モノリシックアレイを製造するための周知の方法は、最終的な光起電力モジュールの品質に悪影響を与えうる制限がある。

【0006】

光起電力モジュールの出力変換効率を最大化するためには、厚さが通常十から数百ナノメートルの程度の膜厚を高度に均質化し、数ミクロンの程度のエッジの高解像度のエッジ仕上がり度を確保する必要がある。

【0007】

グラビア印刷などの印刷技術を用いると、パターニングされた薄膜を１回のプロセス工程で堆積できる。しかし、デバイスのすべての層を印刷技術で堆積できるわけではない。例えば、一部の真空蒸着型透明電極（ＩＴＯ）または高反射金属電極は、典型的には印刷技術で堆積させることはできない。例えば、高度な均質性と低欠陥密度（例えば、ピンホール密度）に関して質の高い膜は、グラビア印刷などの印刷技術よりも塗布技術によって実現することができる。成分の一部の限定的な溶解度に起因した溶液の低い固形分含有量のため、必要な厚さの機能層を製作するためには、印刷シリンダのグラビア構造におけるセル容量は相対的に大きくなければならない。セル容量が大きいので、数十マイクロメートルの程度の大きなセルとなり、非グラビアエリアに対するグラビアのエッジ解像度が制限されることを意味する。その結果、マイクロメートルの程度で非常に均一な印刷エッジを形成することはできそうにない。

【0008】

加えて、印刷エリアの厚さはエッジから始まって印刷層の中心に向かって必ず変動する。この変動の長さは材料の流動特性、乾燥条件および基板の表面張力に左右される。最適な膜厚からの偏差は出力変換効率の低下につながり、そのため好ましくない。

【0009】

スロットダイ塗布またはブレード塗布などの塗布技術は、典型的には高度に均一な機能層を提供する。しかし、これらの層はパターニングされないか、または粗い解像度のパターニングを含み、例えば、安定したギャップサイズのためにはミリメータースケールを必要とする。このため、基板に必要なセルのアレイを製造するには、通常後処理が必要である。

【0010】

当該パターニング工程は、例えば有機太陽電池モジュールに有機層および無機層をパターニングするために有用なレーザースクライビングを含む。レーザースクライビングは１又は複数のレーザを使用して基板の機能層を融除して、所望のパターンを形成する。しかし、典型的には、実際には層の１つまたはいくつかだけを融除するのが望ましい場合でも、レーザは基板上の機能層のすべてを融除する（また、基板を損傷し、またはその他の影響を与えることがある）。

【0011】

レーザースクライビングによる一定の層のみの選択的なパターニングは可能ではあるが、特に層が薄い場合には、十分に区別できる吸収特性を有する個別層と、それに応じて各層を融除するために異なる波長のレーザの使用に頼る。さらに、レーザは下位のバリア層（例えば、基板と電極との間のＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３またはＳｉＯ_２の層）を損傷しがちであり、特に複数（または可変レーザでも）を要する場合には、装置は比較的高価である。

【0012】

薄膜から層を除去するために硬化したスチールチップを使用するなどのメカニカルスクライビングも、例えば無機薄膜モジュールおよび有機光起電力モジュールをパターニングするために使用される。しかし、大きな欠点として、下位表面の破壊、有機成分の残存痕（後に被覆された電極層が、部分的に除去された有機層により生じる高い電気界面抵抗を受けることがあるため、電気配線に利用されるエリアでは致命的となる）、並びに後の堆積および封入プロセスで損傷を生じさせる粒子の生成がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、１又は複数の機能層で被覆される基板をパターニングする方法および手段を提供することによって、これらの問題に対処する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

第１の態様において、本発明は対象物をパターニングする方法であって、該対象物は第１材料からなる第１層を含み、該第１層の第１主面は第２の異なる材料からなる第２層の第１主面の一部もしくは全部に密接に接触しており、該方法は、第１種、例えば第１材料が相対的に高い溶解度を有し、第２材料が相対的に低い溶解度を有する溶剤を担持する第１スレッドを提供すること、第１スレッドに隣接し、好ましくは整列している第２スレッドを提供して、第１および第２のスレッドを第１層に接触させて第１層の少なくとも一部を除去することを含む方法を提供する。

【0015】

発明者らは、電子デバイスの層またはその前駆体にパターンを記述するためにスレッドを使用することによって、そのように製造されるエッジに高度な精度と均一性がもたらされることを発見した。

【0016】

好ましくは、１又は複数のスレッドは、対象物に接触していないときに、例えば０．６から１．４、例えば０．７から１．３、例えば０．８から１．２、または０．９から１．１、好ましくは１、または上限値と下限値の間の値の断面アスペクト比を有する連続した細長い撓み部材を備える。スレッドは、例えば、綿、絹、羊毛、カシミヤ、麻、ジュート、ポリエステル、ポリアミド、ＰＴＦＥ、または他のプラスチックなど、天然材料または人工的な材料から形成することができる。スレッドまたはスレッドの一部は、例えば紡績糸またはフィラメント糸など、ヤーンの形態とすることができる。紡績糸はステープルファイバーを撚り合わせて、またはその他つなぎ合わせて作り、まとまったスレッドにする。繊維は、合成繊維（ポリマー繊維（ポリアミド、ポリエステル、アクリルポリエステル、ポリエチレン等））、天然繊維（綿、絹、羊毛、アンゴラ、カシミア等）、またはこれらの材料の混紡、例えば綿−ポリエステル、羊毛−アクリルから成ることができる。代わりに、スレッドは、撚り合わせたまたは単に束ねたフィラメント繊維（非常に長い連続繊維）から成るフィラメント糸とすることができる。代わりに、スレッドは、膨潤プロセスによって各溶剤を担持するモノフィラメントから成ることができる。

【0017】

好ましくは、第１スレッドの第１種は、第２層の一部または全部を除去する能力を有していないか、または限定された能力を有する。
好ましくは、第２スレッドは、第２種、例えば第２溶剤もしくは溶剤混合液を担持しており、第１層に隣接している該第２層もしくは第２層は第１溶剤の溶解度と比べて第２溶剤または溶剤混合液の溶解度が相対的に高い第２材料を含んでおり、方法は第２スレッドを第１層に接触させて第１層の少なくとも一部を除去すること、第２スレッドを第２層に接触させて第２層の少なくとも一部を除去することを含む。

【0018】

好ましくは、第１層は正孔収集化合物を含み、第１溶剤は、イソプロパノール、エタノールおよび水、あるいはイソプロパノール、エタノールまたは水など、正孔収集層を溶媒和するのに適した溶剤または溶剤混合液を含む。

【0019】

好ましくは、第１層は光活性層を含み、第１溶剤は、例えばキシレンおよびトルエン、あるいはキシレンまたはトルエンなど、光活性層を溶媒和するのに適した溶剤または溶剤混合液を含む。

【0020】

好ましくは、第２層は光活性層を含み、第１溶剤は、イソプロパノール、エタノールおよび水、あるいはイソプロパノール、エタノールまたは水など、該正孔収集層もしくは正孔収集層を溶媒和するが、光活性層は溶媒和しないのに適した溶剤または溶剤混合液を含む。

【0021】

好ましくは、第２層は、正孔収集化合物を含み、第１溶剤は、キシレンおよびトルエンの少なくとも一方など、無極性の溶剤である、光活性層を溶媒和するが、正孔収集層は溶媒和しないのに適した溶剤または溶剤混合液を含む。

【0022】

溶剤は極性があってもまたは極性がなくてもよく、各層の１又は複数の個々の化合物の溶解度の要件に従って選択することができる。溶剤は水などの水素結合溶剤、キシレンまたはトルエンなどの無極性の溶剤、およびアルコール（例、イソプロパノール、エタノール、メタノールおよび同様な他のもの）、ケトン（例、アセトン、メチルエチルケトン等）、アセテート、エーテル、ハロゲン化アルキル（例、塩化メチレン）などの極性のある溶剤を含むことができる。

【0023】

いくつかの実施形態では、方法は、デバイスまたは前駆体との接触から第１スレッドを取り除くこと、デバイスまたは前駆体に第３の異なる材料を堆積して、第１層に隣接する第３層を生成すること、第１、第２および第３の層を貫通する溝が残るように第２スレッドを除去することを含む。

【0024】

好ましくは、第３材料は、スプレー塗布、超音波スプレー塗布、インクジェット印刷、ブレード塗布、スクリーン印刷、リバースグラビア塗布、グラビア印刷、オフセット印刷、スライド塗布、カーテン塗布、ディップ塗布から選択される方法によって堆積される。

【0025】

好ましくは、第３材料は、金属、金属酸化物、半導体（ドープもしくはアンドープ）、または前駆体、ナノ粒子もしくはそのマイクロ粒子、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノチューブから選択される材料を含む。

【0026】

好ましくは、方法は、そのように形成された溝に保護材料を付することをさらに含む。
好ましくは、保護材料は露出した下電極を被覆するように付され、下電極は好ましくは電荷注入層および導体層を含む。

【0027】

好ましくは、保護材料は誘電材料および酸化剤のうちの少なくとも一方である。
好ましくは、方法は、そのように形成された溝に導電性材料を付することをさらに含む。

【0028】

好ましくは、導電性材料は、そのように形成された溝の両側の層の間に導電性パスを提供するように付される。
好ましくは、方法は、溝の両側のセル素子の上下電極の間に電気コンタクトを提供して、これらセル素子の直列相互接続を形成することを含む。

【0029】

好ましくは、導電性材料は、金属、メタルインク、高ドープ有機もしくは無機導体または前駆体、ナノ粒子もしくはそのマイクロ粒子、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノチューブから選択される材料を含む。

【0030】

好ましくは、方法は、第１スレッドに整列して隣接する第３スレッドを第１層に接触させることを含む。
好ましくは、第２スレッドおよび該第３スレッドもしくは第３スレッドは、第１材料が第１溶剤の溶解度に比べて相対的に低い溶解度を有する第３溶剤を担持する。

【0031】

好ましくは、第１層が固体ではない場合（例、乾燥および硬化前、あるいは乾燥または硬化前）に、スレッドは第１層に接触している。
好ましくは、第２種もしくは該第２種、例えば溶剤または溶剤混合液は、第２スレッドの複数の第２部分に施される。

【0032】

好ましくは、第１部分および第２部分は、交互に並んでもよく（例、接して）、または１又は複数の別の部分で分離していてもよく、またはその組み合わせでもよい。
好ましくは、第１種および第２種は、ディスペンサ、インクジェット印刷ヘッド、グラビアロール、浸漬、ブラッシング、吹き付け等などの塗布手段で第２スレッドに付される。

【0033】

別の態様において、本発明は、対象物を形成する方法であって、該方法は基板に１又は複数の連続する層を付して層状の対象物を提供すること、複数の隣接するスレッドを層状の対象物に接触させることによって複数の層もしくは複数の層の少なくとも１つの少なくとも一部を除去すること、隣接する複数のスレッドの第１のスレッドが第１材料を担持して少なくとも１つの層を形成する材料を除去させることを含む方法を提供する。

【0034】

別の態様において、本発明は、例えば電子デバイスなどの対象物を製造する方法であって、第１主面を有する基板を提供すること、スレッドの少なくとも一部を第１主面の少なくとも一部に接触させること、第１主面の少なくとも一部にコーティングを施すこと、コーティングに溝が残るように第１面からスレッドを除去することを含む方法を提供する。

【0035】

好ましくは、コーティングは、スプレー塗布、超音波スプレー塗布、インクジェット印刷、ブレード塗布、スクリーン印刷、リバースグラビア塗布、グラビア印刷、オフセット印刷、スライド塗布、カーテン塗布、ディップ塗布から選択される方法によって施される。

【0036】

好ましくは、コーティングは、金属、メタルインク、高ドープ有機もしくは無機導体、または前駆体、ナノ粒子もしくはそのマイクロ粒子、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノチューブから選択される材料を含む。

【0037】

別の態様において、本発明は、例えば電子デバイスまたはその前駆体などの対象物をパターニングする方法であって、該方法は、第１材料を担持するスレッドを基板に接触させることを含み、該第１材料は基板の表面に自己組織化単分子膜を形成することが可能である、方法を提供する。

【0038】

好ましくは、第１材料はハロアルキシラン（ｈａｌｏａｌｋｙｓｉｌａｎｅ）を含む。
別の態様において、本発明は、金属層もしくは金属酸化物層を含む電子デバイスまたはその前駆体をパターニングする方法であって、該方法は、スレッドに電流を流しながら、電解液を担持する導電性スレッドを金属層もしくは金属酸化物層に接触させることを含む、方法を提供する。

【0039】

好ましくは、スレッドまたは複数のスレッドの１以上もしくはスレッドのセグメントは、天然材料または人工的な材料から選択される１又は複数の材料を含む。
好ましくは、スレッドまたはスレッドの１又は複数は、１マイクロメートルから１０ミリメーターの間の直径または最長断面寸法を有する。

【0040】

好ましくは、スレッドまたはスレッドの１又は複数は、例えば円形、長円形、楕円形、三角形、方形、四角形、矩形、五角形もしくは六角形などの実質的に規則的な、または不規則な断面形状を有する。

【0041】

好ましくは、本発明の方法は、連続的な、好ましくは自動的なプロセスの少なくとも一部として行われる。
別の態様において、本発明は、電子デバイスをパターニングする装置であって、該装置は第１スレッドと、第１スレッドを装着して、対象物に接触させるための第１スレッドの領域を設ける少なくとも２つの可動ガイドを備えており、第１および第２の可動ガイドは第１スレッドを長手方向に移動させるためのローラを備えており、第１可動ガイドまたは第４可動ガイドと協調して、第２スレッドを取り付けて長手方向に移動させおよび対象物を接触させるための第２スレッドの領域を設ける手段を提供する、あるいは第２スレッドを取り付けて長手方向に移動させまたは対象物を接触させるための第２スレッドの領域を設ける手段を提供する第３可動ガイド、をさらに備える、装置を提供する。

【0042】

好ましくは、可動ガイドは、スレッドまたは各スレッドの対象物との接触位置を調整するように移動可能であり、好ましくは連続的におよび自動的に、あるいは連続的にまたは自動的に移動可能である。

【0043】

好ましくは、装置は、第１スレッドが対象物に接触する前に、基板を第１スレッドに当てる手段をさらに備える。
好ましくは、装置は、第２スレッドが対象物に接触する前に、基板を第２スレッドに当てる手段をさらに備える。

【0044】

好ましくは、装置は、第１スレッドが対象物に接触する前、その間、およびその後に、あるいは第１スレッドが対象物に接触する前、その間、またはその後に、材料を対象物に付する手段を備える。

【0045】

好ましくは、材料を第１および第２のスレッドのうちの少なくとも一方に付する手段は、１又は複数のグラビアロールを備える。
好ましくは、装置は、スレッドに接触している間に、対象物を載置するためのローラまたは曲面を備える。

【0046】

好ましくは、対象物はウェブ状の材料を含み、ローラまたは曲面はその辺にウェブを案内する、もしくは案内できる。
好ましくは、ガイドは、ウェブがロールの辺りに案内されると、スレッドをウェブに接触させるように動作可能である。

【0047】

別の態様において、本発明は、対象物をパターニングするためのスレッドであって、該スレッドは１又は複数の第１部分と１又は複数の第２部分とを有し、該スレッドは第１部分の内部もしくはその表面に第１液体を担持するとともに、第２部分の内部もしくはその表面に第１液体を担持しない、スレッドを提供する。

【0048】

好ましくは、スレッドは、第２部分の内部もしくはその表面に第２液体をさらに担持する。
好ましくは、スレッドは、第１および第２の液体のいずれも担持しない１又は複数の第３部分を有する。

【0049】

好ましくは、スレッドは、異なる部分の表面もしくはその内部に異なる種を担持する規則的もしくは不規則なアレイの部分を有する。
別の態様において、本発明は、電子デバイスをパターニングする装置であって、該装置は少なくとも２つの隣接するスレッドと、スレッドをパターニングする表面に接触させる手段とを備える、装置を提供する。

【0050】

好ましくは、装置は、スレッドの一方もしくは他方に種を施して、スレッドの一方もしくは他方に電子デバイスの第１層のパターニングを実行させる手段をさらに備える。
好ましくは、装置は、第１および第２のスレッドのうちの他方に種を施して、２つのスレッドのうちの他方に電子デバイスの第２層のパターニングを実行させる手段をさらに備える。

【0051】

好ましくは、装置は、第１および第２のスレッドのうちの他方に種を付す手段をさらに備え、第２種は第１種がそのそれぞれのスレッドの接触エリアから離れて移動するのを防止するまたは禁止する。

【0052】

好ましくは、スレッドのうちの２つ、いくつか、もしくは全部が使用時に互いに接する。

【図面の簡単な説明】

【0053】

【図1A】本発明による方法のステップを示す図である。

【図1B】本発明による方法のステップを示す図である。

【図1C】本発明による方法のステップを示す図である。

【図1D】本発明による方法のステップを示す図である。

【図2】本発明による装置を示す図である。

【図3】本発明による方法のステップを示す図である。

【図4】本発明による方法のステップを示す図である。

【図5】本発明による装置を示す図である。

【図6A】本発明による方法のステップを示す図である。

【図6B】本発明による方法のステップを示す図である。

【図7A】本発明による方法のステップを示す図である。

【図7B】本発明による方法のステップを示す図である。

【図7C】本発明による方法のステップを示す図である。

【図8】本発明による対象物を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0054】

ここで、本発明の実施形態を単なる例として、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を、図１に関連して説明する。ウェブ１０が提供されており、ウェブは、連続して順次、基板１２と、透明電極を備える第１電極層と、光活性層１６と、正孔収集層１８とを含む。

【0055】

電極層１４は、クロムおよびアルミニウム、あるいはクロムまたはアルミニウムなどの金属層、例えばクロム／アルミニウム／クロム電極を含むことができる。電極層１４は、例えば酸化インジウムスズ、または効率的な電子注入のためにオーミック・コンタクトを提供する特定酸化物で被覆された何か他の金属酸化物／金属／金属酸化物層系を含む、透明層とすることもできる。当該特定コンタクトは、真空処理によって堆積されるＴｉＯｘもしくはＺｎＯｘ（ドープまたは真性のいずれでもよい）から、または溶液からナノ粒子として形成することができよう。

【0056】

光活性層は、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）と［６，６］−フェニルＣ６１−酪酸メチルエステルのブレンド（Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ）など、共役ポリマーとフラーレン誘導体のブレンドとすることができる。この光活性化２５複合材の主な吸収材であるＰ３ＨＴは、約２．１ｅＶのバンドギャップを有し、約６５０ｎｍまでの波長を吸収する。

【0057】

代わりに、光活性層は、１つが供与体を呈し、１つが受容体を呈する２つの共役ポリマーのブレンドを含むことができる。
他の適した光活性層は、（ポリ（２−メトキシ−５−（（３´，７´−ジメチルオクチル）オキシ）−１，４−フェニレンビニレン）（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）などのｐ−フェニレンビニレン系５共役ポリマー、例えば２，１，３−ベンゾチアジアゾール含有ＰＦ、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル−アルト−４，７−ビス（３−ヘキシルチエン−５−イル）−２，１，３−ベンゾチアジアゾール−２´，”２−ジイル）などのフルオレン系共役ポリマーを含むことができる。

【0058】

正孔収集層１８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）またはポリアニリン−ポリ（スチレンスルホン酸塩）（Ｐａｎｉ）などの正孔収集化合物を含む。代替の正孔収集化合物は、ＭｏＯ_３、ＮｉＯまたはＶ_２Ｏ_５などの金属酸化物を含む。

【0059】

例えば高いシート導電率を提供する銀のナノメートルもしくはミクロンサイズの粒子を含む第２電極５０を追加することができ、隣接するセル間の分離した飛び石的な直列接続（ｄｉｖｉｄｅｄ ａｎｄ ｓｔｅｐｐｅｄ ｓｅｒｉｅｓ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）は少数の簡単なステップで追加できる。

【0060】

まず、１対のスレッド（ｔｈｒｅａｄ）５２、５４を互いに隣接して平行に、かつ例えば、正孔収集層の表面にコンタクトさせ、第１電極層１４の切れ目５６の片側にややずれて配置する。第１スレッド５２に、イソプロパノールもしくは水またはイソプロパノールと水の混合液などの溶剤を染み込ませる（ｓａｔｕｒａｔｅｄ）。ここで、正孔収集層１８は光活性層１６よりも溶解度が高い。しかし、第２スレッド５６には、例えば、イソプロパノールとキシレンの５０：５０（重量：重量）混合液などの溶剤の混合液が染み込ませてあり、この混合液は、正孔収集層１８および光活性層１６の両方を溶媒和させる（ｓｏｌｖａｔｅ）ことができるが、第１電極層１４を著しく損傷させないまたは溶媒和させない。

【0061】

スレッド５２，５４は、第１スレッド５２が正孔収集材料を除去して、下の光活性層１６を除去せずに、または少なくとも一部しか除去せずに、正孔収集層１８を貫通する溝を提供し、第２スレッド５４が正孔収集材料および光活性化材料の両方を除去して、下の第１電極層１４を損傷させることなく、正孔収集層１８および光活性層１６を貫通する溝を提供するように、正孔収集層１８の表面で引きずられる。

【0062】

図４Ｃに図示するように、第１スレッド５２が光活性層１６に接触する位置にとどまりながら、第２スレッド５４はウェブ１０から離れるように移動する。それによって第１スレッド５２は第２電極層５０の導入のためのマスクとして作用することができ、第２電極層５０は、例えば、ウェブ１０に銀のナノ粒子の溶液を吹き付けることによって形成することができる。

【0063】

仕上がったパターンは、セルＣ_１の第１電極層１４とセルＣ_２の第２電極層５０との間の直列接続６０を有する１対のセルＣ_１とＣ_２との間の分離を提供する。
このプロセスは、図２に図示するように、システム１００の改造により単純に自動化できるであろう。連続ウェブ１０２はローラ１０４の上に速度ｖで、Ａの方向に搬送される。ウェブ１０２は、順次、基板１２と、透明電極を含む第１電極層と、光活性層１６と、正孔収集層１８とを含む。

【0064】

その間、第１スレッド１０６は１対の可動ローラまたはスレッドガイド１１０ａ、１１０ｂに装入されるので、ウェブ１０２に接触するためにその間にスレッドのセクション１１４を残しつつ、第１ボビン１０８から解かれて、第１可動ローラ１１０ａを通り、さらに第２可動ローラ１１０ｂを通った後で、最終的に第２ボビン１１２に巻き取ることができる。スレッドガイドまたは可動ローラ１１０ａ、ｂは、高度に正確なスレッドの整列を提供する。第１スレッド１０６は、好ましくは第１速度ｖよりも速い第２速度ｓ_１で、第２方向Ｂに巻き取られる。

【0065】

第１化学槽１１６が第１ボビン１０８と第１可動ローラ１１０ａとの間に位置付けられて、正孔収集層１８および光活性層１４の両方を溶媒和することのできる溶剤混合液を第１スレッド１０６に付する。

【0066】

第２スレッド１１７は第１可動ローラ１１０ａおよび第３可動ローラ１１０ｃに装入されるので、スレッドの第１セクション１２０をウェブ１０２に接触する第１スレッド１０６のセクション１１４に平行で接した状態にしつつ、第３ボビン１１８から解かれて、第１可動ローラ１１０ａを通り、さらに可動ローラ１１０ｃを通ることができる。第２スレッド１１７の第２セクション１２２は第２ローラ１１０ｂと第３ローラ１１０ｃとの間のウェブ１０２に接触した後で、第２スレッド１１７は最終的に第４ボビン１２４に巻き取られる。第２スレッド１１７は、好ましくは第１速度ｖよりも速い第２速度ｓ_２で、第２方向Ｂに巻き取られる。いくつかの実施形態では、ｓ_１はｓ_２と同じベクトル量を有するが、他の実施形態ではその必要はなく、実際どちらもゼロにすることができる。

【0067】

第２化学槽１２６が第３ボビン１１８と第１可動ローラ１１０ａとの間に位置付けられて、正孔収集層１８を溶媒和することができるが、光活性層１４は溶媒和できない溶剤を第２スレッド１１７に付する。

【0068】

スプレーコーティングノズル１２８が、第２可動ローラ１１０ｂと第３可動ローラ１１０ｃとの間のセクション１２２で、ウェブ１０２に銀のナノ粒子溶液を付するように位置付けられている。

【0069】

使用時、ウェブ１０２はローラ１０４を速度ｖでＡの方向に通過し、第１スレッド１０６が稼働ローラ１１０ａ、１１０ｂに速度ｓ_１でＢの方向に巻かれて、第２スレッド１１７が稼働ローラ１１０ａ、１１０ｃに、速度ｓ_２でＢの方向に巻かれる。溶剤は、上記説明したように、化学槽１１６、１２６によってスレッド１０６、１１７に導入される。可動ローラ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、ウェブ１０２がローラ１０４の上を通る領域でスレッド１０６、１１７をウェブ１０２に接触させるように作動させる。可動ローラは、ウェブの搬送中の整列のずれまたは位置の変動を補正するために、ウェブの方向Ａに直角（または平行ではない方向）にも作動させる。この作動は、ビジョンシステム制御式アクチュエータ（例、ステッパモータおよびピエゾ、あるいはステッパモータまたはピエゾ）によって提供することができる。

【0070】

このように、第１スレッド１０６は、図４に関連して上記説明するように、層１４、１８の溶媒和によって、正孔収集層１８および光活性層１４に溝を生成する。同様に、第２スレッド１１７は、正孔収集層１８に隣接して連続する溝を生成するが、光活性層には生成しない。

【0071】

さらに、スプレーコーティングノズル１２８を、ウェブ１０２に銀のナノ粒子溶液を付するように起動する（当然ながら、ウェブに溶液を連続的に付するように起動することもできる）が、第２スレッド１１７は作った溝を溶液が塗布されないようにマスクする。溶液が乾燥して新たな電極層が形成されると、第２スレッド１１７は第４ボビン１２４に巻き取られる。

【0072】

当業者であれば理解するように、図１および図２に関連して概説した方法により、互いに隣接した３以上のスレッドを使用することが可能であり、それによって対象物の複数の層、例えば３以上の層に、隣接した、例えば連続したまたは接した溝の形成が可能となる。

【0073】

本発明の別の改良形態を図３に図示しており、その主面に施される薄膜７４を有する基板７２を含むウェブ７０を示している。
上記説明するように、両側に補助スレッド７８ａ、７８ｂが配置された第１スレッド７６をその表面に引きずることによって薄膜７４に溝８０が設けられる。第１スレッドには、薄膜７４が高い溶解度を有する第１溶剤が染み込ませられる。補助スレッドは、第１溶剤と混和せず、薄層７４が極めて低い溶解度を有する液体に接触し、例えば、その中に浸漬され、その液が浸透され、または染み込ませられる。

【0074】

この構成の効果は、第１溶剤が第１スレッド７６から薄膜７４に移るのを防止し、それにより溝８０のエッジ８２の厚さの変動につながるエッジでの膜７４の部分的な溶解を防止する。そのためこのような方法は極めて精密な溝を提供する。

【0075】

図４に図示する本発明の別の改良形態は、溶剤および溶剤混合液をスレッドに展開するための追加または代替手段を提供する。
図２に関連して説明するように化学槽に進入するのではなく、湿潤システム２００がスレッド１５０を対のグラビアロール１５２、１５３に接触させる。

【0076】

第１グラビアロール１５２は第１溶剤１５６の第１槽１５４に位置付けられており、第１溶剤はデバイスまたはその前駆体の第１層（つまり、正孔収集層）を溶媒和するように選択される。

【0077】

第２グラビアロール１５３は第１溶剤１６０の第１槽１５８に位置付けられており、第１溶剤はデバイスまたはその前駆体の第１層（つまり、正孔収集層）を溶媒和するように選択されている。

【0078】

各グラビアロール１５２、１５３は、溶媒１５６、１６０を槽１５４、１５８からスレッド１５０に転移するために多数のプリント面１６２を備える。
使用時、ロール１５２、１５３が回転している間、スレッド１５０はグラビアロール１５２、１５３をＣの方向に移動するので、ロール１５２、１５３のプリント面１６２は、溶剤１５６、１５８の交互に並ぶ、好ましくは隣接した領域１６４ａ、１６４ｂをスレッドに適用する。

【0079】

このように、各層を除去するために必要な溶剤が混和しない、そのため混合液として展開するのに使用できない場合でも、このようなスレッド１５０は、対象物から直交溶解性を有する隣接した層を除去することができる。

【0080】

さらに、例えば、第１溶剤だけを担持するスレッドの第１部分を調製した後で、第１層が除去されてからでなければ対象物に接触しない第２溶剤を担持するスレッドの第２部分を調製することが可能であり、それにより溶剤の消耗を節約する。

【0081】

３以上のグラビアロールによってスレッドに３以上の溶剤または溶剤混合液を付することも考えられる。
さらに、単一のグラビアロールを配備して、単一の溶剤または溶剤混合液をスレッドに付することができる。この単一の溶剤は連続的に付することもでき、またはスレッドに沿った一連の離れた領域に付することもできる。

【0082】

溶剤またはエッチング溶液の区分塗布を追加で、または代わりに、ディスペンサまたはインクジェットノズルによって行うことができる。当該技法により明確に定義された容量の精密な堆積が可能となる。

【0083】

図５は、図４に関連して説明したように、互いに平行で隣接している１対のスレッド２１０、２１２が、ウェブ２１４の層から階段状の溝を除去しようとしているところである。

【0084】

スレッド２１０、２１２はそれぞれが、上記説明した方法によって付することのできる一連の溶剤セクション２１６、２１８と、その間に配設されている溶剤フリーセクションとを含む。スレッド２１０、２１２は、第１スレッド２１０の溶剤セクション２１６を第２スレッド２１２の溶剤フリーセクションのすぐ隣に位置付け、またその逆に位置付けるように整列されている。このような構成は、スレッド間での望まない溶剤の混合を防止する。

【0085】

さらに、当業者は、溶剤をスレッドに付するためのこの構成は、単一のスレッドを使用して基板をパターニングするときにも同様に適切であることは理解する。
さらに、溶剤をスレッド２０に付すのではなく、薄膜電極などの基板を反応、腐食または研磨によってパターニングするために、酸もしくは塩基溶剤および研磨剤を、あるいは酸もしくは塩基溶剤または研磨剤をスレッド２０に付すことが可能である。

【0086】

いくつかの実施形態では、スレッドを使用して、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を形成するのに適した物質または組成を基板に付すこともできる。当該ＳＡＭは、処理したエリアで基板の濡れを防止するために使用することができ、そのように薄膜を基板に付する前に付して、そのエリアでの膜の堆積を防止することができる。

【0087】

対象物のパターニングにおける多数のシナリオで使用できる本発明の別の実施形態を図６Ａ、図６Ｂに図示している。この場合、ウェブ１０が提供され、ウェブは順次、基板１２と、透明電極層電極１４と、光活性層１６と、正孔収集層１８とを含む。

【0088】

別の電極層４０を追加して、所要のシートコンダクタンスおよび反射膜特性を正孔収集層１８の上のウェブ１０に提供するために、スレッド４２を正孔収集層１８に接触して配置する。スプレーノズル４４を開いて、または作動させて、銀のナノ粒子溶液４６を正孔収集層１８の表面に吹き付ける。スレッド４２は入射する銀のナノ粒子溶液４６から正孔収集層１８の表面の一部をマスクするので、第２電極層４０が形成されると、その中に溝４８が形成される。

【0089】

第２電極層４０を構造的な統合性を有するように十分に乾燥させたら、完成した第２電極層４０は残したまま、スレッド４２を除去することができる。
ウェブ１０に例えば別の電極を追加するためには、ブレード塗布またはスロットダイ塗布も利用することができる。このような場合、応用スレッドは応用溶液からウェブ１０の一部をマスクするだけでなく、応用電極の高さのガイドも提供することができる。

【0090】

本発明の別の実施形態を図７に示す。
図７Ａに図示するように、ウェブ１０が提供され、ウェブは順次、基板１２と、透明電極層電極１４と、光活性層１６と、正孔収集層１８と、別の電極４０とを含む。

【0091】

図７Ｂに図示するように、図１に関連して説明した方法に従って、ウェブ１０から別の電極４０、正孔収集層１８および光活性層１６を貫通する溝５０が除去されるので、透明電極１４を貫通するサブ溝５４に隣接して透明電極１４の第１の５２部分が無傷のまま選択的に残る。

【0092】

この手順により、第１部分５２に対してサブチャンネル５４の反対側にある透明電極１２の第２部分５６も無傷のまま残すことができる。
図７Ｃに図示するように、誘電剤または酸化剤などの保護剤（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ）５８を溝５０のエッジに堆積して、右側（図示するとおり）セル素子１００のエッジを被覆するが、（図示するとおり）左側のセル素子１０２のエッジと、特に相対する電極５２を完全に被覆しないので、電気相互接続材料６０の後の堆積によって生じる右側セル素子１００の上電極５０ｂと下位の下電極１４との間の短絡を防止する。これは、溝５０の第２側５０ｂが確実に保護されるように、例えば溝５０の第１側５０ａをマスキングして、保護剤を溝に付す（例えば、スレッドまたはスレッドのセグメントによる印刷または堆積）ことにより達成することができる。

【0093】

さらに、電気配線６０（例、銀のナノ粒子溶剤）を保護剤５８に堆積して、溝５０の第２側５０ｂの別の電極４０（つまり、左側のセル素子１０２）と、透明電極１２（つまり、右側のセル素子１００）の第１部分５２との間の電気接続を有効にする。左側のセル素子１０２に短絡が絶対に起こらないように、電気配線６０と電極５０ａとの間には隙間を残さなければならない。

【0094】

この方法の実質的な利点は、層のすべてをプレパターニング（正確であることが必要とされ、そのため多大な時間を要するおよび高価なセットアップ手順、あるいは多大な時間を要するまたは高価なセットアップ手順）をせず、十分に確立されたバルク技術を使用せずに構築できることである。各層をシート全体にわたり設けることができ、全体のシートまたはウェブ（もしくはその一部）を後でパターニングすることができる。これにより大幅な時間およびコストの節約につなげることができる。

【0095】

実施例として、光活性層にパターニングされたラインを図８に図示して示す。得られた構造のＡＦＭ測定は、この実施形態では、十分に画定されたエッジのある９０マイクロメートルの溝幅を示す。

【0096】

間違いなく、当業者には多くの他の効果的な代替例が思いつくであろう。例えば、上記説明した実施形態は、主にトルエン、キシレン、クロロベンゼンおよびアルコールなどの溶剤を担持するスレッドを使用して、ウェブからの有機種の除去を支援することに関わるが、スレッドの他の機能も考えられる。

【0097】

当然ながら、当業者であれば理解するように、図２に図示するシステム２６の動作の変更により、異なる仕上げ効果を提供することができる。例えば、スレッド２０の方向Ｂへの移動の速度ｓはウェブ１０の方向Ａへの移動の速度ｖよりも速くして、溶存物質がウェブ１０から離れるように担持するようにするのが好ましい。しかし、速度ｓおよび速度ｖを同じにする、または速度ｓを速度ｖよりも遅くすることも考えられる。他の好適な実施形態では、方向ＡおよびＢはスレッド２０とウェブ１０との間の接触点で反対にすることもできるであろう。ほとんどの実施形態では、逆方向に流れる動きが好ましい。当然ながら、これには槽が接触エリアの上流になるように、槽の位置を移動する必要があろう。

【0098】

アルミニウム、金、銀、クロムおよび銅の電極などの金属電極と、酸化インジウムスズおよびアルミニウムドープ酸化亜鉛などの導電性、例えば透明酸化物電極は、特定の酸性または塩基性溶液を担持するスレッドを利用する上記説明した方法を用いてエッチングすることができる。

【0099】

オクチル−トリクロロシランを含むハロアルキシラン（ｈａｌｏａｌｋｙｓｉｌａｎｅ）など、適した種を担持するスレッドを利用することによって、自己組織化単分子膜を基板の表面に付して、例えばその表面エネルギを改変することができる。

【0100】

別の実施形態では、スレッドを使用して、基板の表面から層を研磨することができる。当該研磨スレッドは、例えば研磨スラリーを塗布するおよび担持することができる、あるいは研磨スラリーを塗布するまたは担持することができる。

【0101】

スレッドは典型的には直径（または他のスレッド断面寸法）が２０から２００μとなるが、それより薄く（例、１から２０ミクロン）することも、または厚く（例、１から１０ミリメーター）することもできる。

【0102】

本明細書において、スレッドの近さを記述するために使用する場合の「隣接する」という用語は、互いに接するスレッド、または短い距離、例えばスレッド幅のわずか３（例、わずか２、１、または０．５）倍分隔たるスレッドをいう。

【0103】

いくつかの実施形態では、本プロセスおよび装置、あるいは本プロセスまたは装置は、大きなウェブの材料をエッチングするために複数の平行で間隔のあいたスレッドまたはスレッド群を提供することによって、電子デバイスのアレイを製造するために使用することができる。

【0104】

本発明は説明した実施形態に限定されることはなく、添付の請求項の精神および範囲内にある当業者には明らかな変更を含むことは理解されるであろう。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】