Brevet FR2845204A1 — publié le 20040402

i L'invention concerne un panneau électroluminescent comprenant un substrat supportant au moins deux réseaux d'électrodes, au moins une couche organique électroluminescente partitionnée en cellules électroluminescentes qui peuvent être alimentées et pilotées par ces électrodes. Pour éviter que l'eau, l'oxygène ou d'autres réactifs atmosphériques ne dégradent les électrodes et/ou la couche organique électroluminescente de tels panneaux, le document EP 1026924 (SANYO) propose d'encapsuler et de sceller les électrodes et la couche organique sous une fine couche étanche de 10 protection à base de nitrure de silicium ou de carbone amorphe comparable à du diamant ou " DLC " (" Diamond-Like Carbon " en langue anglaise); la structure tridimensionnelle en anneaux de carbone du DLC apporte une dureté élevée, une inertie chimique, une isolation électrique et une transparence qui permettent à ce produit de former des couches de protection très efficaces; 15 une telle couche de carbone amorphe comparable à du diamant peut être déposée classiquement par dépôt chimique en phase vapeur sous plasma réactif (" PECVD " ou " Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition " en langue anglaise); selon une variante décrite dans ce document, on intercale une couche métallique entre la dernière couche d'électrodes exposée et la 20 couche de protection. Le document US 6198220 (eMagin) décrit une structure d'encapsulation et de scellement comprenant également une couche diélectrique et une couche métallique, ou une succession de ces couches alternées pour former un empilement multi-couches; chaque couche présente par exemple une 25 épaisseur de 500 nm; parmi les matériaux diélectriques cités, on trouve également le DLC, déposé, également, par PECVD; or, ce matériau très dur est susceptible de se fissurer facilement, ce qui nuit à son efficacité protectrice; selon ce document, le métal de la couche métallique déposée sur cette couche de DLC est adapté pour réduire la sensibilité de la couche de DLC à la 30 fissuration sous contrainte; la couche métallique est généralement déposée par pulvérisation cathodique; de préférence, le métal de la couche métallique est adapté pour réagir avec l'eau ou l'oxygène atmosphériques pour les absorber. L'art antérieur divulgue donc une couche d'encapsulation à base de " DLC "; l'inconvénient d'une telle couche est qu'elle présente des contraintes internes qui engendrent des micro-craquelures au travers desquelles l'eau ou l'oxygène atmosphériques vont pouvoir diffuser et risquer ainsi de dégrader les couches organiques du panneau. Pour limiter les risques de fissuration de la sous-couche DLC, l'art antérieur divulgue donc également une couche d'encapsulation comprenant une sous-couche à base de " DLC " et une sous-couche métallique; selon EP 1026924, c'est la sous- couche DLC qui recouvre la sous-couche métallique; 10 selon US 6198220, c'est au contraire la sous-couche métallique qui recouvre la sous-couche DLC, notamment pour limiter les risques de fissuration de la souscouche DLC. Le dépôt de carbone amorphe de type DLC nécessite des énergies ioniques élevées qui risquent de dégrader les couches sous-jacentes du 15 panneau; la couche de DLC peut atteindre des températures de l'ordre de 150200 C lors du dépôt, ce qui risque de dégrader la couche organique électroluminescente sous-jacente et de nuire aux performances du panneau; ainsi, les panneaux o la couche d'encapsulation comprend une première souscouche interne à base de DLC présente des inconvénients. Par ailleurs, les panneaux o la couche d'encapsulation comprend une souscouche métallique présentent également des inconvénients: - à cause de problèmes d'adhérence entre cette sous-couche et la souscouche de DLC; et/ou à cause de dégradations de la couche organique 25 électroluminescente sous-jacente par le métal de la sous-couche, par suite d'interactions de ce métal avec cette couche organique par contact direct ou par contact provoqué par le passage du métal à travers les fissures de la souscouche de DLC. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients précités. 30 A cet effet, l'invention a pour objet un panneau électroluminescent comprenant un substrat supportant au moins deux réseaux d'électrodes, au moins une couche organique électroluminescente partitionnée en cellules électroluminescentes qui peuvent être alimentées et pilotées par ces électrodes, et une couche d'encapsulation recouvrant les électrodes et ladite couche organique, hermétiquement scellée avec ledit substrat, caractérisé en ce que ladite couche d'encapsulation comprend au moins une sous-couche à base de carbone amorphe comparable à un polymère ou " PLC " La couche organique électroluminescente comprend classiquement plusieurs sous-couches organiques, notamment une sous-couche de transport de trous, la sous-couche électroluminescente à proprement parler, et une souscouche de transport d'électrons. La couche d'encapsulation est destinée à protéger les électrodes et la couche organique contre les risques de dégradation sous l'effet de l'oxygène, de l'eau ou d'autres éléments atmosphériques; elle est hermétiquement scellée avec le substrat pour empêcher, avec le substrat, la pénétration de ces éléments au sein des cellules électroluminescentes. Selon une variante de l'invention, la sous-couche de PLC peut constituer l'ensemble de la couche d'encapsulation; grâce à l'utilisation d'une couche PLC au lieu d'une couche DLC comme dans l'art antérieur, on évite les risques de perte d'efficacité protectrice liées à la sensibilité à la fissuration des couches DLC; comme les couches PLC sont aussi peu sinon moins perméables à l'eau 20 et à l'oxygène que les couches DLC, on obtient une efficacité protectrice au moins aussi bonne qu'avec les couches DLC de l'art antérieur. Qu'elles soient de type PLC ou de type DLC, les couches de carbone amorphe a-C:H contiennent une proportion d'atomes d'hydrogène généralement comprise entre 0,2 et 0,6 HI(H+C); selon le précurseur 25 organique utilisé pour les former, elles peuvent également contenir d'autres atomes; ces couches sont généralement formées et déposées par PECVD; il est connu que leurs propriétés dépendent largement de l'énergie ionique dissipée pendant le dépôt: avec des énergies ioniques élevées, généralement supérieures à 100 eV, on obtient des couches denses et dures de type 30 " DLC ", alors qu'avec des énergies ioniques faibles, généralement inférieures à 100 eV, on obtient des couches souples et déformables de plus faible densité, de type " PLC ". Les couches dures de type DLC présentent une densité supérieure à 1,8 g/cm3, une proportion d'atomes d'hydrogène inférieure ou égale à 0,35 et un indice de réfraction supérieur à 2; à l'inverse, les couches de type PLC, qui sont donc souples, présentent une densité inférieure à 1,8 g/cm3, une 5 proportion d'atomes d'hydrogène comprise entre 0,35 et 0,60, et un indice de réfraction inférieur à 2. De préférence, l'épaisseur moyenne de l'au moins une sous-couche à base de PLO est inférieure ou égale à 800 nm; on se trouve donc en présence 1 0 d'un système d'encapsulation par couche mince, qui permet d'améliorer les performances du panneau et favorise l'utilisation de substrats souples pour obtenir des panneaux déformables. Une telle couche d'encapsulation est transparente aux rayonnements visibles, ce qui est particulièrement avantageux lorsque le panneau est destiné 1 5 à émettre " vers le haut ", c'est à dire en direction opposée à celle du substrat; la lumière émise par les cellules se dirige alors vers l'extérieur du panneau en passant au travers de la couche d'encapsulation; dans le cas de panneaux à émission " vers le haut " (" top emitting " en langue anglaise), le substrat est alors opaque et réflectif. De préférence, une sous-couche de PLC de la couche d'encapsulation est directement en contact avec un réseau d'électrodes du panneau; sous ce réseau d'électrodes, on trouve donc la couche organique électroluminescente;dans le cas de panneaux à matrice active, ce réseau peut ne comporter qu'une 25 seule électrode recouvrant toute la surface utile du panneau. Comme on l'a vu, lors du dépôt d'une sous-couche de carbone amorphe de type PLC, on peut avantageusement utiliser une méthode de dépôt par pulvérisation ionique (" Ion Beam Sputtering " en langue anglaise), o, avantageusement, le faisceau d'ions utilisé présente une énergie relativement 30 faible; cette faible énergie d'impact des ions évite de dégrader le réseau d'électrodes et la couche organique sous-jacents, contrairement au cas de dépôt de carbone amorphe de type DLC de l'art antérieur qui nécessite des énergies ioniques supérieures qui risquent de dégrader les couches sousjacentes du panneau. De préférence, la couche d'encapsulation comprend également une sous5 couche à base de carbone amorphe comparable à du diamant ou " DLC ". De préférence, l'épaisseur moyenne de la sous-couche à base de DLC est inférieure ou égale à 500 nm. Une telle couche d'encapsulation est également transparente aux rayonnements visibles, ce qui apporte également les avantages précédemment 10 décrits, notamment dans le cas de panneaux à émission vers le haut. L'adjonction d'une sous-couche DLC à la couche d'encapsulation permet de pallier le manque de dureté de la sous-couche PLC; à l'inverse, la souscouche PLC est susceptible d'absorber, parce qu'elle est souple, les déformations de la sous-couche DLC un autre avantage de tels bi-couches sur 15 les bi-couches de l'art antérieur, comme les bi-couches DLC-métal des documents EP 1026924 et US 6198220 déjà cités, est qu'ils peuvent être réalisés de manière très économique par le même procédé de dépôt: si l'on utilise par exemple le procédé PECVD pour obtenir un bicouche selon l'invention, il suffit de changer certains paramètres de dépôt en cours de 20 PECVD, comme l'énergie d'accélération des ions, pour obtenir une couche d'encapsulation comprenant une sous-couche de PLC et une sous- couche de DLC. De préférence, au sein de la couche d'encapsulation, chaque sous-couche 25 de PLC est en contact avec une sous-couche de DLC. Selon une variante de l'invention, la couche d'encapsulation ne comprend qu'une sous-couche de PLC et une sous-couche de DLC superposées et en contact direct l'une avec l'autre; selon une autre variante, la couche d'encapsulation comprend plusieurs alternances de sous-couches de PLC et de 30 DLC. Selon une variante, au sein de la couche d'encapsulation à base de carbone amorphe, on passe continuement du type PLC au type DLC, ou vice- versa, par exemple en faisant varier continuement d'une manière adéquate l'énergie d'accélération des ions pendant le dépôt de carbone amorphe; on obtient alors une couche d'encapsulation à base de carbone amorphe à gradient de proportion d'atomes d'hydrogène variant de part et d'autre de la 5 valeur 0,35 présentant au moins une succession d'une strate o cette proportion est supérieure à 0,35 et d'une strate o cette proportion est inférieure ou égale à 0,35. De préférence, une sous-couche de PLC est comprise entre l'un des 10 réseaux d'électrodes et une sous-couche de DLC et une sous-couche de DLC forme une face externe du panneau, ce qui signifie qu'une sous-couche de DLC et le substrat définissent les faces externes du panneau; cette souscouche externe de DLC confère avantageusement au panneau une bonne résistance au frottement et à la rayure, et assure donc essentiellement une fonction de 15 protection mécanique qui complète la fonction essentielle de protection chimique de la sous-couche de PLC. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence à: - la figure 1 qui décrit une vue schématique en coupe parallèle aux anodes d'une partie d'un panneau électroluminescent selon l'invention, - la figure 2 qui décrit qui décrit une vue schématique en coupe parallèle aux cathodes d'une partie du même panneau 25 électroluminescent selon l'invention. Le panneau électroluminescent selon l'invention est de type OLED à matrice passive; il comprend un substrat 1 en verre sur lequel est déposé un réseau d'anodes 2 qui s'étendent parallèlement au plan de la figure 1; sur ce réseau, est déposé un réseau d'éléments isolants 3 en forme de quadrillage 30 bidimensionnel ménageant des successions d'évidements sur les anodes, dans lesquels on va former les cellules électroluminescentes du panneau; sur les éléments isolants de ce quadrillage qui sont perpendiculaires aux anodes 2, sont déposés des séparateurs de cathodes 4, qui sont également isolants et et qui sont d'épaisseur plus élevée que les cellules elles-mêmes; entre les éléments isolants 3 et les séparateurs de cathode 4, on dépose d'une manière classique la couche électroluminescente 5, elle-même composée de plusieurs sous-couches organiques, et les cathodes 6, qui sont donc orientées 5 perpendiculairement aux anodes 2; on obtient ainsi une cellule électroluminescente à chaque intersection d'une anode et d'une cathode. Ces dépôts sont réalisés par des méthodes connues en elle-mêmes qu ne seront pas décrites ici en détail. Sur l'ensemble de la surface active du panneau, englobant l'ensemble des 10 cellules, on dépose une couche continue d'encapsulation 7, qui est scellée de manière étanche avec le substrat 1, comme indiqué sur la figure 1 au niveau des bords du panneau; une telle encapsulation globale permet de protéger la plupart des cellules contre les fuites de vapeur d'eau ou d'oxygène qui auraient pu intervenir au travers des éléments isolants 3 ou des séparateurs de 15 cathodes 4 s'ils n'avaient pas été englobés dans l'espace encapsulé. Selon l'invention, cette couche d'encapsulation comprend une souscouche à base de carbone amorphe comparable à un polymère, ou " PLC " ce matériau est connu en lui-même et ne sera pas décrit ici en détail. Comme le matériau à base de carbone amorphe comparable à du diamant 20 ou " DLC ", le PLC est hydrophobe et très imperméable à l'eau; il apporte donc une protection très efficace aux cellules électroluminescentes du panneau contre les risques de dégradation par la vapeur d'eau, l'oxygène ou d'autres agents atmosphériques; par rapport aux DLC, il apporte l'avantage d'une bonne élasticité qui met la couche d'encapsulation à l'abri des risques de 25 fissuration. On réalise le dépôt à base de PLC sous plasma froid à température ambiante et à très faible énergie ionique d'impact, ce qui permet avantageusement de ne pas dégrader la couche organique 5 sous-jacente; comme procédé spécifique de dépôt, on peut utiliser l'une ou l'autre des 30 méthodes suivantes: dépôt chimique en phase vapeur ou CVD, dépôt chimique en phase vapeur sous plasma réactif ou PECVD, PECVD en variante " ECR " ou " ECWR " (respectivement " Electron Cyclotron Resonnance " et " Electron Cyclotron Wave Resonnance " en langue anglaise, ou résonnance cyclotronique électronique), dépôt sous vide par pulvérisation cathodique communément appelé " sputtering " en langue anglaise, dépôt par ablation Laser d'une cible devant laquelle défile le substrat à revêtir. On obtient ainsi un panneau électroluminescent encapsulé qui présente 5 une durée de vie très élevée grâce à la couche d'encapsulation selon l'invention. Selon une variante, on peut déposer une sous-couche de DLC sur la souscouche de PLC, à l'aide de la même méthode de dépôt que pour la souscouche de PLC. On améliore encore la durée de vie du panneau, d'une 10 manière très économique car on utilise la même méthode de dépôt et que les deux sous-couches, l'une de PLC, l'autre de DLC, peuvent être réalisées en une seule opération. La présente invention a été décrite en se référant à un panneau électroluminescent à matrice passive; il est évident pour l'homme de l'art 15 qu'elle peut s'appliquer à d'autres types de panneaux électroluminescents sans sortir du cadre des revendications ci-après, notamment aux panneaux électroluminescents à matrice active ou aux panneaux électroluminescents bistables, comme ceux qui comprennent une couche photoconductrice optiquement couplée avec la couche organique électroluminescente. 20 REVENDICATIONS 1.- Panneau électroluminescent comprenant un substrat (1) supportant au moins deux réseaux d'électrodes (2, 6), au moins une couche organique 5 électroluminescente (5) partitionnée en cellules électroluminescentes qui peuvent être alimentées et pilotées par ces électrodes, et une couche d'encapsulation (7) recouvrant les électrodes et ladite couche organique, hermétiquement scellée avec ledit substrat, caractérisé en ce que ladite couche d'encapsulation (7) comprend au moins une sous-couche à base de carbone 10 amorphe comparable à un polymère ou " PLC " 2.- Panneau électroluminescent selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'épaisseur moyenne de l'au moins une sous-couche à base de PLC est inférieure ou égale à 800 nm. 3.- Panneau électroluminescent selon la revendication 2 caractérisé en ce que une sous-couche de PLC de ladite couche d'encapsulation est directement en contact avec un réseau d'électrodes du panneau. 4.- Panneau électroluminescent selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite couche d'encapsulation comprend également une sous-couche à base de carbone amorphe comparable à du diamant ou " DLC ". 5.- Panneau électroluminescent selon la revendication 4, caractérisé en ce que, au sein de ladite couche d'encapsulation, chaque sous-couche de PLC est en contact avec une sous-couche de DLC. 6.- Panneau électroluminescent selon la revendication 4 ou 5, caractérisé 30 en ce que une sous-couche de PLC est comprise entre l'un des réseaux d'électrodes et une sous-couche de DLC et en ce que une sous-couche de DLC forme une face externe du panneau.