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Description

【発明の名称】インクジェット印刷技術を使って有機半導体装置を製造する方法、およびこれを利用した装置およびシステム
【特許請求の範囲】
【０００１】
【請求項１】刺激が加えられるとこれに対応して表示を発する半導体装置であって、
【０００２】
半導体装置を支持する基板、
基板に支持される少なくとも１つの第１電極、
基板に支持され、少なくとも１つの第１電極との間に電流を流すための、少なくとも１つの第２電極、
少なくとも１つの第１電極と少なくとも１つの第２電極との間に支持され、少なくとも１つの第１電極および少なくとも１つの第２電極との間を流れる電流を制御するための、少なくとも１つの共役有機バッファ層、および
少なくとも１つの共役有機バッファ層に接触し、かつ少なくとも１つの第１電極と少なくとも１つの第２電極との間に位置し、刺激が加えられたときこれに対応して半導体装置が発する表示を形成する少なくとも１つのインクジェット印刷された共役有機堆積物を備える半導体装置。
【請求項２】少なくとも１つの共役有機堆積物は導電性物質からなり、少なくとも１つの第１電極と少なくとも１つの第２電極とに対して電圧刺激が加えられるとこれに対応して、共役堆積物および少なくとも１つの共役有機バッファ層に電流が流れるようにすることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】基板および少なくとも１つの第１電極は透明であり、少なくとも１つの共役有機バッファ層は電流が流れると発光できる物質からなることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】基板および少なくとも１つの第１電極は透明であり、少なくとも１つの共役有機堆積物は電流が流れると発光できる物質からなることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項５】基板および少なくとも１つの第１電極は透明であり、少なくとも１つの共役有機堆積物は発光できるゲスト物質からなり、少なくとも１つの共役有機バッファ層は発光できるホスト物質からなり、ゲスト物質は部分的にホスト物質に拡散し、
【０００３】
ゲスト物質のバンドギャップ幅およびエネルギーレベルはホスト物質を超えることはないため、少なくとも１つの第１電極および少なくとも１つの第２電極に電圧刺激が加えられるとこれに対応して、半導体装置がゲスト物質に応じた発光を生じ、その結果ゲスト物質およびホスト物質を介して少なくとも１つの第１電極と少なくとも１つの第２電極との間に電流が流れることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項６】前記装置は複数の群の共役有機堆積物を含み、各群は、赤、緑、青に発光できるゲスト物質を含む３つの共役有機堆積物で構成されることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】少なくとも１つの共役有機バッファ層はポリフルオレン誘導体からなり、少なくとも１つの共役有機堆積物は可溶性ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）誘導体およびポリフルオレン誘導体からなり、少なくとも１つの第１電極は酸化インジウムスズからなることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項８】刺激が加えられるとこれに対応して表示を発する半導体装置であって、
【０００４】
半導体装置を支持するための基板、
基板に支持された、電流の流れを誘導する複数のソース電極、
基板に支持され、電流の流れを制御する複数のゲート電極、
複数のソース電極と複数のゲート電極との間に支持され、ソース電極に接続されたソース端子、ゲート電極に接続されたゲート端子、およびドレイン端子をそれぞれ備える、電流の流れを制御する複数のトランジスタ、
複数のトランジスタに支持され、複数のトランジスタのドレイン端子との間に電流が流れ易くする第２電極、
複数のトランジスタと第２電極との間に、トランジスタのドレイン端子と第２電極とに接触するように支持され、複数のトランジスタのドレイン端子と第２電極との間に流れる電流を制御する共役有機バッファ層、および
それぞれのトランジスタに支持されかつ共役有機バッファ層に接触し、刺激が加えられたときこれに対応して半導体装置が発する表示を形成する、インクジェット印刷された複数の共役有機堆積物を備える装置。
【請求項９】刺激が加えられたときこれに対応して表示を発する半導体装置であって、
【０００５】
半導体装置を支持する基板、
基板に支持され、流体を濾過する少なくとも１つの共役有機バッファ層、および
少なくとも１つの共役有機バッファ層に設けられ、刺激が加えられたときこれに対応して半導体が発する表示を形成する、少なくとも１つのインクジェット印刷された共役有機堆積物を備える装置。
【請求項１０】共役堆積物中に流体サンプルが拡散して刺激が加わったとき、これに対応してそれぞれの共役有機堆積物が発光することを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】それぞれの共役有機堆積物中に設けられ、共役有機堆積物内の導電率を感知する１対の第１電極および第２電極をさらに備え、それぞれの共役有機堆積物の導電率は、共役有機堆積物中に流体サンプルが拡散して刺激が加わったときこれに対応して変化することを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１２】刺激が加えられたときこれに対応して表示を発することのできる半導体装置を製造する方法であって、
【０００６】
基板上に少なくとも１つの第１電極を支持し、
少なくとも１つの第１電極上に少なくとも１つの共役有機バッファ層を支持して、共役有機バッファ層がそれぞれの第１電極と接触するようにし、
少なくとも１つの第１電極上に少なくとも１つの共役有機物をインクジェット印刷して、それぞれの共役有機堆積物が少なくとも１つの共役有機バッファ層と接触するようにし、
最上部の共役有機バッファ層上に少なくとも１つの第２電極を支持する各工程を包含する方法。
【請求項１３】最上部の共役有機バッファ層上に少なくとも１つの第２電極を支持する工程が、
【０００７】
最上部の共役有機バッファ層の上に接触するかたちで少なくとも１つの有機マスクをインクジェット印刷し、少なくとも１つの有機マスクは弱い接着力で最上部の共役有機バッファ層と接触し、
最上部の共役有機バッファ層および少なくとも１つの有機マスクの上に接触するかたちで第２電極材を支持し、第２電極材は強い接着力で最上部共役有機バッファ層および少なくとも１つの有機マスクに接触し、
第２電極材に接着シートを貼りつけ、
接着シートを除去し、少なくとも１つの有機マスクおよび少なくとも１つの有機マスクの上の第２電極材も同時に除去する各工程を包含することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】最上部の共役有機バッファ層の上に少なくとも１つの第２電極を支持する工程が、
【０００８】
最上部の共役有機バッファ層の、仕切りを使って第２電極材を堆積させない領域にシャドウマスクを施し
仕切り同士の間に第２電極材をインクジェット印刷する各工程を包含することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】刺激が加えられたときこれに対応して表示を発することのできる半導体装置を製造する方法であって、
【０００９】
基板上に複数のソース電極を支持し、
基板上に複数のゲート電極を支持し、
複数のソース電極と複数のゲート電極との間に複数のトランジスタを支持し、ここで、各トランジスタはソース電極に接続されたソース端子、ゲート電極に接続されたゲート端子、およびドレイン端子を備ており、
複数のトランジスタ上に第２電極を支持し、
複数のトランジスタのドレイン端子および第２電極に接触するかたちで、複数のトランジスタと第２電極との間に共役有機バッファ層を支持し、
それぞれのトランジスタ上に複数の共役有機堆積物をジェットインク印刷して、複数の共役有機堆積物が共役有機バッファ層および第２電極に接触するようにする各工程を包含する方法。
【請求項１６】刺激が加えられたとき、これに対応して表示を発することのできる半導体装置を製造する方法であって、
【００１０】
基板上に少なくとも１つの共役有機堆積物をインクジェット印刷し、
それぞれの共役有機堆積物上に第１共役有機バッファ層を支持させて、それぞれの共役有機堆積物が第１の共役有機バッファ層に接触するようにする各工程を包含する方法。
【請求項１７】基板上に少なくとも１つの共役有機堆積物をインクジェット印刷する工程の前に、基板上に少なくとも一対の第１電極および第２電極を支持し、それぞれの共役有機堆積物は一対の第１電極および第２電極にインクジェット印刷されるようにする工程を包含することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】第１共役有機バッファ層の上に少なくとも１つの共役有機堆積物を有する層を少なくとも１つさらに追加してインクジェット印刷し、
【００１１】
少なくとも１つの共役有機堆積物を有する追加されたそれぞれの層の上にさらに追加して共役有機バッファ層を支持させ、少なくとも１つの共役有機堆積物を有するそれぞれの追加された層が、追加された共役有機バッファ層の上に接触するようにする各工程をさらに包含することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】少なくとも１つの共役有機堆積物を有する少なくとも１つの追加された層を第１の共役有機バッファ層にインクジェット印刷する工程の前に、第１の共役有機バッファ層上に少なくとも一対の第１電極および第２電極を支持して、それぞれの共役有機堆積物が一対の第１電極および第２電極上にインクジェット印刷されるようにする工程をさらに包含することを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】画像を表示する発光システムであって、
【００１２】
発光システムを支持する基板、
基板に支持される少なくとも１つの第１電極、
基板に支持され、少なくとも１つの第１電極との間に電流を流すための、少なくとも１つの第２電極、
少なくとも１つの第１電極と少なくとも１つの第２電極との間に支持され、電流の流れを制御するための、少なくとも１つの共役有機バッファ層、および
基板によって支持される少なくとも１つの第１電極、
基板に支持される少なくとも１つの第２電極であって、少なくとも１つの第１電極と少なくとも１つの第２電極とのあいだに電流を流れさすための電極、
少なくとも１つの第１電極および少なくとも１つの第２電極との間に支持され、電流の流れを制御するための少なくとも１つの共役有機バッファ層、
複数のインクジェット印刷された共役有機堆積物であって、それぞれ少なくとも１つの共役有機バッファ層と接触しかつ１つの第１電極と１つの第２電極との間に設けられており、第１電極および第２電極に対して電圧刺激が印加されたときに表示を発する共役有機堆積物、および
少なくとも１つの第１電極および少なくとも１つの第２電極に対して選択的に電圧刺激を加えるための電圧源を備える発光システム。
【請求項２１】基板および少なくとも１つの第１電極は透明であり、複数の共役有機堆積物は導電性物質からなり、電圧刺激が加えられるとこれに対応して、少なくとも１つの共役有機堆積物、および共役有機堆積物に接触しているそれぞれの共役有機バッファ層を電流が部分的に流れるよう促し、少なくとも１つの共役有機バッファ層は発光性物質からなり、電流が流れたときに発光することを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】連続的な共役有機堆積物の少なくとも１つのグループが印刷され、連続的な共役有機堆積物のグループは少なくとも１つの共役有機バッファ層に電流が流れたとき発光ロゴを形成することを特徴とする請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】独立した共役有機堆積物の複数のグループが印刷され、それぞれのグループの共役有機堆積物の密度はほぼ一定であり、印刷された複数のグループは、少なくとも１つの共役有機バッファ層に電流が流れたときグレースケール発光画像を形成することを特徴とする請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】基板および少なくとも１つの第１電極は透明であり、複数の共役有機堆積物はグループになって規則正しいアレーに配列され、それぞれのグループは赤、緑、青に発光することのできるゲスト物質でできた３種類の共役有機堆積物からなり、規則正しいアレーは、電流が共役有機堆積物を流れたときに多色発光ディスプレイを構成することを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２５】基板および少なくとも１つの第１電極は透明であって、複数の共役有機堆積物は発光できるゲスト物質からなり、少なくとも１つの共役有機バッファ層は発光できるホスト物質からなり、ゲスト物質は部分的にホスト物質に拡散しており、
【００１３】
複数の共役有機堆積物はグループになって規則正しいアレーに配列されており、それぞれのグループは赤、緑、青に発光できるゲスト物質でできた３種類の共役有機堆積物からなり、ゲスト物質のバンドギャップ幅およびエネルギーレベルはホスト物質を超えることがないため、電圧刺激が加えられたときこれに対応してそれぞれのグループが赤、緑、青に発光し、
電流が共役有機堆積物を流れたとき規則正しいアレーは多色発光ディスプレイを形成することを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２６】画像を形成するための発光システムであって、
【００１４】
発光システムを支持するための基板、
基板に支持された、電流の流れを誘導する複数のソース電極、
基板に支持され、電流の流れを制御する複数のゲート電極、
複数のソース電極と複数のゲート電極との間に支持され、ソース電極に接続されたソース端子、ゲート電極に接続されたゲート端子、およびドレイン端子をそれぞれ備える、電流の流れを制御する複数のトランジスタ、
複数のトランジスタに支持され、複数のトランジスタのドレイン端子との間に電流が流れ易くする第２電極、
複数のトランジスタと第２電極との間に、トランジスタのドレイン端子と第２電極とに接触するように支持され、複数のトランジスタのドレイン端子と第２電極との間に流れる電流を制御する共役有機バッファ層、
それぞれのトランジスタ上に、共役有機バッファ層に接触して支持され、ソース電極および第２電極に電圧刺激が印加されたときに表示を発する複数のインクジェット印刷された共役有機堆積物、および
発光システムに電気的に接続され、複数のソース電極および第２電極に選択的に電圧刺激を加える電圧源を備える発光システム。
【請求項２７】基板および少なくとも１つの第１電極は透明であり、複数の共役有機堆積物はグループとなって規則正しいアレーに配列されており、それぞれのグループは赤、緑、青に発光できるゲスト物質からなる３種類の共役有機堆積物を備え、規則正しいアレーは共役有機堆積物に電流が流れたとき多色発光ディスプレイを形成することを特徴とする請求項２６記載のシステム。
【請求項２８】基板および少なくとも１つの第１電極は透明であって、複数の共役有機堆積物は発光できるゲスト物質からなり、少なくとも１つの共役有機バッファ層は発光できるホスト物質からなり、ゲスト物質は部分的にホスト物質に拡散しており、
【００１５】
複数の共役有機堆積物はグループになって規則正しいアレーに配列されており、それぞれのグループは赤、緑、青に発光できるゲスト物質でできた３種類の共役有機堆積物からなり、ゲスト物質のバンドギャップ幅およびエネルギーレベルはホスト物質を超えることがないため、電圧刺激が加えられたときこれに対応してそれぞれのグループが赤、緑、青に発光し、
電流が共役有機堆積物を流れたとき規則正しいアレーは多色発光ディスプレイを形成することを特徴とする請求項２６記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【００１６】
（技術分野）
本発明は一般に有機半導体装置に関し、特定の実施態様においてはインクジェット印刷技術を使用して有機半導体装置を製造する方法、およびこれを適用した装置およびシステムに関する。
【００１７】
（背景技術）
シリコンなどの無機半導体はしばしば、今日の半導体フォトニクス装置の製造に使用される。このような無機半導体装置の処理は複雑で費用がかかることがあり、典型的には結晶成長工程、ウェハのスライシングおよび研磨工程、ウェハ上に集積電子回路を形成する工程などを含む。比較すると、従来のポリマー（プラスチックとよぶこともある）は比較的処理が容易である。たとえば、従来のプラスチック部品の製造は、溶融プラスチック材を金型の中に射出する工程のような比較的単純な工程を含む。従来のポリマーはまた柔軟かつ軽量で、広い面積上に製造することができる。しかしながら、従来のプラスチックは半導体的性質を持たないため、半導体装置の製造には適さない。
【００１８】
共役ポリマーは半導体の電気的および光学的特性と従来のプラスチックの加工性とを組み合わせた有機物質である。共役ポリマーの半導体的特性は、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリチオフェン（ＰＴ）、およびポリ（２−メトキシ−５−２’−エチル−ヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビリレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）などの化合物を含有する炭素中に形成された、非局在化π軌道に由来する。従来のポリマーとは異なり、共役ポリマーは二重結合を有するため絶縁性ではなく半導体的性質を有する。共役ポリマーは加工費が安く、柔軟性かつ軽量で、従来のポリマーが有する大量生産性とシリコンが有する一般的な半導体的特性とを合わせ持つ。
【００１９】
共役ポリマー装置は、スピンコーティングによって製造するのが一般的である。スピンコーティングではポリマーの溶液加工性を利用する。すなわち、液状共役ポリマーの大きな水滴を含有する基板を軸のまわりで高速回転させることにより、この液状共役ポリマーを外側に流れさせ、基板を材料の薄膜で被覆する。しかしながら、スピンコーティングには以下のような欠点がある。すなわち、スピンコーティングは、液状共役ポリマーの殆どが表面を被覆せずに飛散してしまうため、溶液の浪費である。さらに、スピンコーティングは基板表面上に存在するほこりやその他の欠陥に弱い。これは、液状有機物質が基板表面上に塗布されるとき、いかなる***も存在すれば陰が形成されるため、その欠陥の後ろ側に比較的薄い有機物質の放射状の跡が残るからである。
【００２０】
液状共役ポリマーの流れはあまりコントロールできないため、スピンコーティング中に所望のパターンを形成することは不可能である。このため、共役ポリマーの実用化には限度がある。例えば、２つの電極間に挟持された発光共役ポリマーは発光ダイオード（ＬＥＤ）や発光ロゴ（ＬＥＬ）の製造に使用される場合があるが、スピンコーティングによって形成された共役ポリマーの層は単一でパターン化されていないため装置の色が単色に限定されてしまい、電極をパターン化する必要がある。また、通常であればパターン化電極の作成に用いることのできるフォトリソグラフィー技術は、共役ポリマー層をパターン化するには利用できない。これは、フォトリソグラフィー技術によって共役有機物質の二重結合が破壊されるおそれがあるためである。
【００２１】
その他の種類の有機半導体物質としては共役小有機分子がある。本発明において共役有機化合物（有機物）とは、ポリマー（分子鎖あたり２つより多くの反復単位を有する有機物）および小有機分子（単一の分子からなる有機物）を意味するものとして定義される。小有機分子は、共役ポリマーと同じ（電気的および光学的）特性を有するが、利用する加工技術が若干異なる。有機分子は通常、超高真空環境下で熱昇華を利用して加工され、所望の薄膜を形成する。薄膜の厚さは典型的には約１００ｎｍである。有機分子はしばしは、共役ポリマーと同じ装置構造、すなわち、有機薄膜を２つの電極に挟持するという装置構造を利用する。有機薄膜のパターン化はシャドウマスクを使用して行うことができるが、この方法ではシャドウマスクを正確に位置合せしなければならないため、時間も費用もかかる。さらに、水平解像度も制限される。有機分子は従来のスピンコーティング法により加工することもできるが、この方法ではパターン化ができない。有機分子は、ホスト共役ポリマーと混合されることによって加工されるのが一般的であり、その結果得られる混合物は薄膜形成に有利なポリマーの機械的性質を得る。バッファ層およびインクジェット印刷堆積物の典型的な有機化合物の例を図３１、図３２および図３３に示す。
【００２２】
デスクトップパブリッシングにおいて一般的な技術であるインクジェット印刷（ＩＪＰ）技術を利用して、解像度の高いパターン化共役有機材を堆積することもできる。インクジェット印刷技術をパターン化共役有機物の堆積に適用することは、「応用物理学」（Applied Physics Letters）の第７２巻、５１９頁（１９９８年）に掲載された、T.R.Hebnerらによる「有機発光装置のための、ドープトポリマーのインクジェット印刷（Ink-jet printing of doped polymers for organic light emitting devices）」というタイトルの記事に記載されている。この文献は、本願において引用する。しかしながら、従来のインクジェット印刷技術では低濃度の色素含有ポリマー溶液を印刷するため、高品質の半導体装置には不適切な粗悪な膜となる。
【００２３】
下部電極上に共役有機物の適切なパターンを堆積できたとしても、まだ問題が残る。インクジェット印刷ではドットを形成するため、インクジェット印刷を使用して印刷した有機膜はピンホールを有する場合がある。パターン化共役有機薄膜上に上部電極材を堆積すると、上部電極材がピンホールを介して下部電極と接触する場合があり、その結果短絡が生じて装置が使用できなくなる。
【００２４】
（開示の概要）
本発明の実施態様の目的は、ハイブリッドインクジェット印刷技術を使用して有機半導体装置を製造する方法、これを使ったシステムおよび装置を提供することである。この方法においては、基板表面上の欠陥に対して比較的強く、従来の半導体が有する電気的および光学的特性と、従来の有機物が有する低コストの加工性、柔軟性、軽量、および大量生産性とが組み合わされる。
【００２５】
本発明の実施態様の他の目的は、ハイブリッドインクジェット印刷技術を使用して有機半導体装置を製造する方法、およびこれを使ったシステムおよび装置を提供することである。この方法によれば、正確にパターン化された単色または多色で、独立した発光領域を有する発光型ディスプレイ、装置、ロゴ、およびグレースケール画像を形成することが可能である。
【００２６】
本発明の実施態様のさらに他の目的は、ハイブリッドインクジェット印刷技術を使用して有機半導体装置を製造する方法、およびこれを使ったシステムおよび装置を提供することである。この方法によれば、半導体装置、バイオセンサ、光起電力型装置および光電検出器を製造するための高品質シャドウマスクを形成することができる。
【００２７】
上記およびその他の目的は、画像を形成するための発光システムによって達成される。このような発光システムは典型的には、基板上に接触した状態で堆積された第１電極を有する。その後、第１電極の上に接触した状態で１つ以上の共役有機バッファ層が堆積され、その次に、共役有機バッファ層の上に第２電極が堆積される。共役有機バッファ層は、第１および第２電極間の電流の流れを制御する。それぞれの共役有機バッファ層を堆積する前または後、ただし第２電極を堆積する前に、少なくとも１つの共役有機バッファ層と接触するように共役有機堆積物をインクジェット印刷する。
【００２８】
共役有機堆積物は、第１および第２電極に対して電圧刺激が加えられたときに、そのこと示す表示を発する役割をはたす。共役有機堆積物の素材によって、この表示は発光、蛍光、導電などがある。選択的に電圧刺激を第１および第２電極に加えるためには電圧源を使用する。
【００２９】
本発明の実施態様の上記およびその他の目的、特徴、利点は、以下に説明する本発明の実施態様を、添付の図面および特許請求の範囲とともに読むことにより当業者にとって明らかである。
【００３０】
（好ましい実施の形態の詳細な説明）
以下、実施態様の説明において添付図面を参照する。この添付図面は実施態様の一部をなし、本発明を実施する特定の実施態様を説明するものである。本発明の好ましい実施態様の範囲から逸脱することなくその他の実施態様を利用しまた改変を行い得ることは当業者にとって明らかである。
【００３１】
共役有機物は、従来の有機物が有する低コストの加工性、柔軟性、軽量および大量生産性と、無機物半導体が有する一般的な半導体的特性を兼ね備える。図１は、本発明の実施態様による共役有機半導体装置１０を示す。共役有機半導体装置１０においては、従来の堆積技術によって金属または酸化金属からなる第１電極１４が基板１２上に形成されている。基板１２は、ガラス、プラスチック、半導体ウェハ、および金属板などの固体物質からなり、上に絶縁性薄膜が設けられているか、またはプラスチックおよび金属箔などの軟質物質からなり、上に絶縁性薄膜が設けられている。好ましい実施態様においては、第１電極１４は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる。第１電極１４の上には、厚さ約１〜１０００ｎｍのほぼ均一な共役有機バッファ層１６がスピンコーティング、熱昇華またはその他の従来の塗布方法によって形成される。共役有機バッファ層１６上には、インクジェット印刷ヘッド１８を使用して少なくとも１つの共役有機堆積物２０が印刷される。インクジェット印刷を使う理由は、スピンコーティングと違って、インクジェット印刷は精細な解像度を有する共役有機堆積物２０を印刷することができ、また、共役有機堆積物２０は共役有機バッファ層１６に対して水平に流されるのではなく垂直に噴射されるためほこりや基板に存在する欠陥に比較的強く、さらに塗布工程において材料を浪費することがないためである。
【００３２】
図２に示すように、従来の金属堆積技術を使用して、共役有機堆積物２０および共役有機バッファ層１６上に第２電極２２を堆積する。共役有機バッファ層１６は十分な絶縁性を有するため、第２電極２２と第１電極１４との間に短絡が生じることはない。
【００３３】
図４に示す本発明の他の実施態様においては、インクジェット印刷を使用して直接第１電極１４上に共役有機堆積物２０を堆積する。その後、スピンコーティングまたは他の従来の塗布方法によって、共役有機バッファ層１６を共役有機堆積物２０および第１電極１４上に形成する。その後、従来の金属堆積技術を使用して共役有機バッファ層１６上に第２電極２２を堆積する。
【００３４】
図６および図８に示されるさらに他の実施態様においては、複数の共役有機バッファ層１６および共役有機堆積物の複数の層を形成することによって半導体装置に縦方向または第３の寸法を与え、機能密度が向上する。
【００３５】
図２、図４、図６および図８は単一の第１電極１４および単一の第２電極２２を採用した実施態様を示しているが、図３、図５、図７、図９および図１０に示す本発明の他の実施態様では、複数の第１電極１４および第２電極２２をそれぞれの共役有機堆積物２０上に堆積してもよい。図３、図５、図７、図９および図１０には示されていないが、複数の第１電極１４は複数の第２電極２２に対して横方向に形成されている（図３、図５、図７、図９および図１０の端面図を参照のこと）。
【００３６】
図１０に示される実施態様において、複数の第１電極１４（図示せず）は基板１２上にインクジェット印刷されている。その後、スピンコーティングまたはその他の従来の塗装方法によって、共役有機バッファ層１６を複数の第１電極１４上に形成する。そして、複数の第２電極２２を共役有機バッファ層１６上にインクジェット印刷する。
【００３７】
図１１および図１２に示す本発明のその他の実施態様では、説明のために一つだけ共役有機堆積物２０を示す。共役有機堆積物２０は導電または電荷移動有機材からなる。導電／電荷移動共役有機堆積物２０は電極物質よりも電荷注入特性が良いため、第２電極２２および第１電極１４に電圧が印加されると、電流２４が第２電極２２と第１電極１４との間で、導電／電荷移動共役有機堆積物が印刷されている共役有機バッファ層１６にだけ流れる。
【００３８】
さまざまな有機半導体装置のうち、特に目を引くのがエレクトロルミネセンス（ＥＬ）装置である。これは、光源、単色または多色ディスプレイ、発光ロゴ、多色発光型装置、グリーティングカード、および低密度および高密度案内ディスプレイに将来適用できる可能性があるからである。従って、さらに他の実施態様においては、第１電極１４および基板１２は透明であり、共役有機バッファ層１６は発光材からなる。このような実施態様では、電流２４が共役有機バッファ層１６を流れることによって共役有機半導体装置１０から発光３２が生じる。
【００３９】
図１３および図１４に示される本発明の他の実施態様においては、説明のために共役有機堆積物２０をひとつだけ示す。共役有機堆積物２０および共役有機バッファ層１６は発光有機材からなり、第１電極１４および基板１２は透明である。第２電極２２および第１電極に対して十分高い電圧を印加すると、第２電極２２と第１電極１４との間で、共役有機バッファ層１６を電流２４が流れる。共役有機堆積物２０が存在しない部分では、共役有機バッファ層１６が発する色（参照符号２６を参照のこと）は共役有機バッファ層１６の組成に左右される。共役有機堆積物２０が存在する部分では、発光の色は電子および正孔が再結合する場所に左右される。一般に、共役有機堆積物２０が十分に厚い場合、電子と正孔とは共役有機堆積物２０内で再結合し、発光の色（参照符号３２を参照のこと）は共役有機堆積物２０の組成に左右される。共役有機堆積物２０が十分に薄い場合、電子と正孔とは共役有機バッファ層１６内で再結合し、発光の色は共役有機バッファ層１６の組成に左右される。しかしながら、共役有機堆積物２０の厚さが共役有機バッファ層１６とほぼ同じであれば、電子は共役有機堆積物２０と共役有機バッファ層１６との境界付近で再結合するため、発光は共役有機堆積物２０と共役有機バッファ層１６両方の組成による色となる。
【００４０】
図１５に示す本発明のその他の実施態様においては、説明のために共役有機堆積物２０を一つだけ示す。共役有機堆積物２０は、共役有機バッファ層１６に部分的に拡散できる共役有機材からなる。共役有機バッファ層１６は、ポリ−９−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）またはポリフルオレン（ＰＦ）または類似の他の化合物からなり、共役有機堆積物２０は、可溶性ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ＭＥＨ−ＰＰＶ、有機染料、ポリフルオレン誘導体、または類似の他の化合物からなる。このような実施態様において、少量の導電性共役有機堆積物２０が共役有機バッファ層１６中に拡散し（参照符号３０を参照のこと）、共役有機バッファ層１６内で電荷移動ドーパントとして作用する。ゲストドーパント（共役有機堆積物２０）がホストバッファ層（共役有機バッファ層１６）に拡散することは、ホストおよびゲスト材の材料特性と、ホストおよびゲスト材の溶剤相溶性（極性または無極性）による作用である。第２電極２２および第１電極１４に対して電圧が印加される場合、導電性共役有機堆積物２０の領域においてホストからゲストへのエネルギー移動を容易にし、第２電極２２と第１電極との間に電流２４を流すには、少量のドーパントがあればよい。
【００４１】
さらに他の実施態様においては、共役有機バッファ層１６、および部分的に共役有機バッファ層１６に拡散することのできる共役有機堆積材は発光性であり、第１電極１４および基板は透明である。電流２４が共役有機バッファ層１６を流れると、共役有機堆積物２０が部分的に共役有機バッファ層１６に拡散している部分（参照符号３０を参照のこと）が、共役有機堆積物２０および共役有機バッファ層１６を構成する材料のバンドギャップおよびエネルギーレベルによる色に発光する。一般に、共役有機堆積材のバンドギャップが共役有機バッファ層よりも小さく、エネルギーレベルが共役有機バッファ層よりも低い場合は、発光の色（参照符号２８を参照のこと）は共役有機堆積物２０の組成に左右される。そうでない場合は、発光の色は共役有機バッファ層１６の組成に左右される。
【００４２】
図３、図５、図７、図９、および図１０に示すように、インクジェット印刷を利用して、それぞれの共役有機堆積物２０上に複数の第１および第２電極（１４および２２）を形成することも可能である。図１６に示すように、図３の複数の第２電極を形成するためには、まず最初に共役有機バッファ層１６上にインクジェット印刷によって有機マスク７２を堆積する。次に、スピンコーティングまたはその他の従来の塗布方法によって、第２電極材７４を有機マスク７２および共役有機バッファ層１６上に堆積する。第２電極材７４および有機マスク７２を構成する素材としては、第２電極材７４は共役有機バッファ層１６にしっかりと付着するようなものを選択し、有機マスク７２の素材は共役有機バッファ層１６にあまり付着しないようなものを選択する。その後接着テープなどの接着シート７６を第２電極材７４にしっかりと押し付ける。そして、接着シート７６を除去すると、図１７に示すように、第２電極材７４と有機マスク７２とは接着特性が異なるため、接着シート７６とともに有機マスク７２および第２電極材７４の一部が除去される。残った第２電極材７４は複数の第２電極を構成する。複数の第２電極を形成するこの方法は、図５、図７、図９および図１０に示す第１電極１４および第２電極２２にも適用できる。
【００４３】
本発明の実施態様では、ミクロンサイズの有機発光ダイオードの規則正しい（regular）アレーを形成する方法を提供する。この方法においては、発光ダイオードの寸法はインクジェット印刷ヘッドのノズル寸法によってのみ制限される。共役有機発光ダイオードの規則正しいアレーの用途の一つとして、テレビスクリーンやコンピュータモニタなどの多色発光型ディスプレイがある。このような用途においては、赤、緑、青のドットを使用してカラー画像を形成する。図１８に示すように、赤、緑、青にそれぞれ対応するバンドギャップおよびエネルギーレベルを有するいくつかの異なる発光拡散共役有機堆積物３４、３６および３８を、青に対応するバンドギャップおよびエネルギーレベルを有する共役有機バッファ層４０上に堆積する。発光拡散共役有機堆積物３４、３６、および３８は部分的にバッファ層４０中に拡散し、電圧が第２電極２２および第１電極１４に印加されたとき、発光拡散共役有機堆積物３４、３６、および３８の下のバッファ層４０が赤４２、緑４４、および青４６に発光するようにバッファ層４０の発光スペクトルを変更する。それぞれの第２電極２２および第１電極１４間に選択的に電圧を印加することにより、赤、緑、および青の発光ダイオードをつけたり消したりすることができ、単純マトリックス多色発光型ディスプレイが得られる。
【００４４】
図１９に示す他の実施態様においては、アクティブマトリックス多色発光型ディスプレイを示す。インクジェット印刷または他の従来使用される堆積技術によって、基板１２上に接触するように複数のゲート電極９２が堆積される。絶縁材５０、ソース電極９０、およびドレイン電極８８を備えるトランジスタ４８を複数のゲート電極９２上に作成する。次に、スピンコーティングまたは他の従来の塗装方法によって共役有機バッファ層４０をトランジスタ上に堆積し、共役有機バッファ層４０はドレイン電極８８と接触した状態となる。そして発光拡散共役有機堆積物３４、３６および３８を共役有機バッファ層４０上にインクジェット印刷する。最後に、単一の第２電極２２を発光拡散共役有機堆積物３４、３６および３８上に堆積する。ソース電極９０、トランジスタ４８、共役バッファ層４０、共役有機堆積物３４、３６または３８、および第２電極２２を流れる電流、および拡散共役有機バッファ層４０の発光はゲート端子５２における電圧によって制御される。図１９は説明のために示したにすぎず、本発明の実施態様ではトランジスタをベースとするアクティブマトリックス多色発光型ディスプレイを製造するその他の従来の方法を使用してもよい。
【００４５】
一般に、バンドギャップとエネルギーレベルがより高い発光材料（例えば図１８に示す青のバッファ層４０）が、バンドギャップとエネルギーレベルが同じかより低い発光材料（例えば図１８に示す赤、緑、青の有機堆積物３４，３６および３８）にドーピングされている場合は、得られる材料は、バイアス電圧を印加するとより低いバンドギャップおよびエネルギーレベルのほうの色を発する。好ましい実施態様においては、このように色を変化させるには約２５パーセント未満のドーピング物質をバッファ層４０に拡散する必要がある。図２０は、異なる濃度のＭＥＨ−ＰＰＰをポリマー系に導入した場合、どのようにポリ（パラ−フェニレン）（ＰＰＰ）発光ダイオードの発光色が変化するかを示すものである。図２１は、ＭＥＨ−ＰＰＰの濃度に関わらず、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性が同じである事を示すものである。
【００４６】
図２２および図２３に示すさらに他の実施態様においては、前もってパターン化された横方向の電極５６が印刷された透明基板１２上に設けられたケイ素酸化物（ＳｉＯ_２）またはポリマー仕切りを使用して、赤、緑、青の発光ダイオードのアレーを製造する。酸化ケイ素仕切り５４によって、共役有機バッファ層１６、および赤、緑、青の導電／電荷移動ポリマー３４、３６、３８を直接、横方向の電極５６上にインクジェット印刷することができる。ＳｉＯ₂仕切り５４はまた、第２電極２２を堆積するさいのシャドウマスクとしての役割もはたす。
【００４７】
発光共役有機半導体装置１０のその他の用途としては、有機発光ロゴおよび単色または多色発光型装置がある。この場合、インクジェット印刷は、導電／電荷移動共役有機材のパターンを印刷するように制御される。目で見た通りに色のパターンが絶えず変化する多色ディスプレイとは異なり、発光ロゴおよび単色または多色発光型装置は、寸法は大きいが色が固定の発光領域を有するのが一般的である。このような装置を形成するために、導電／電荷移動および／または発光共役有機堆積物２０を直接共役有機バッファ層１６上に印刷する（図１１を参照のこと）か、透明第１電極１４上に印刷する（図１２を参照のこと）。共役有機堆積物２０のパターンが発光領域を画定する。第２電極２２と第１電極１４との間に電圧を印加することによって、大きな発光ロゴを点灯することができる。電流は共役有機堆積物２０を流れるがそれに取り去られてしまうことはないため、共役有機堆積物２０には分離部分を設けることができる（物理的に隔離されたパターン）。バイアス電圧を調整することにより、発光ロゴを背景に対して高いコントラストとすることができる。また、発光ロゴの輝度は、数十分の一カンデラ（ｃｄ）／ｍ^２から１００ｃｄ／ｍ^２までの広範囲に渡って調整することができる。
【００４８】
本発明の好ましい実施態様による発光ロゴの製造を図２４に示す。まず、ガラス基板６０上に堆積された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極５８に、洗浄剤、脱イオン水（ＤＩ）、アセトン、アルコールを連続的に使用しながら通常の超音波洗浄を行い、表面上の汚れを洗いさる。次に、ＩＴＯ電極５８およびガラス基板６０を高温で約１２時間焼く。次に、インクジェット印刷により、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＯＴ）の水溶液から、ＩＴＯ電極５８上に導電性ポリマーロゴ６２を堆積する。そして、ＰＥＤＯＴ導電性ポリマーロゴ６２を大気中で約１００℃で約１２時間乾燥させる。他の実施例においては、Adv. Materialsの第９巻、４７５〜４７７頁（１９９７年）に掲載された、J.A.Rogersらによる「湾曲した基板上に対するミクロ接触印刷および電気めっき、独立型三次元金属微構造（Microcontact printing and electoplating on curved substrates; production of free-standing three-dimensional metallic microstructures）」に記載のスタンピング法などの他の方法を使用してもよい。この文献は、本願において引例として挙げられる。図２５に示すように、約１パーセントのＭＥＨ−ＰＰＶ溶液から作られるＭＥＨ−ＰＰＶバッファ層６４を、毎分回転数約２５００（ＲＰＭ）でＰＥＤＯＴ導電性ポリマーロゴ６２上にスピンコーティングし、カルシウム（Ｃａ）カソードをＭＥＨ−ＰＰＶバッファ層６４上に堆積させる。得られた装置は、アクティブカソード領域をアルミニウムまたはカバーガラス６８によってエポキシ化（epoxying）することによって封じ込める。本発明の製造方法において、上述の特性と類似の特性を有する他の素材を使用することも可能である。
【００４９】
図２６は、ＰＥＤＯＴ導電性ポリマー層をもつ装置（参照符号７０）およびもたない装置（参照符号７８）の代表的な輝度−電圧（Ｌ−Ｖ）曲線を示す。この図より、ＰＥＤＯＴ導電性ポリマー層を形成することにより性能が向上することがわかる。例えば、装置を５ボルトにて作動させた場合、ＰＥＤＯＴ導電性ポリマー層を有する発光ダイオードは約２００ｃd／ｍ^２の輝度レベルとなる。一方、ＰＥＤＯＴ導電性ポリマー層を持たない発光ダイオードの輝度レベルは約３桁ほど小さい。
【００５０】
本発明の他の実施態様においては、グレースケール発光画像を形成するための特定用途に発光ロゴを使用してよい。図２７は発光ドット密度によって定義される四準位グレースケール８０を表し、図２８は発光ドットの輝度と密度との代表的な関係を示す輝度曲線８２を示す。本発明の実施態様を適用したグレースケールは、ドットの大きさまたはドットの密度を変化させることによってほぼ連続的に変化させることが可能である。
【００５１】
有機発光ロゴおよびディスプレイに加えて、本発明の実施態様はその他の有機電子装置および光電子装置に適用することができる。その例としては、これらに限定されるわけではないが、トランジスタ、光起電性セル、人工鼻、物理装置、化学装置、バイオ装置、および電子集積回路などである。物理装置の例としては、これらに限定されるわけではないが、光センサ（アレー）、Ｘ線検出器（アレー）、イメージセンサ（アレー）、光電検出器、および光起電装置などがある。化学装置の例としては、これらに限定されるわけではないが、ガスセンサ（アレー）および水分（溶剤）センサなどである。バイオ装置の例としては、これらに限定されるわけではないが、血糖（ぶどう糖）や酵素を検出するためのセンサなどがある。さらに、インクジェット印刷によって、コンピュータのチップ間およびチップ内通信や、電気通信装置などに使用する光源として半導体ウェハ上に発光ダイオードを効率よく製造できる。本発明の実施態様において、電子装置にパターン形成するために使用できる材料の例としては、これらに限定されるわけではないが、有機共役分子、共役ポリマー、無機ナノクリスタル、有機ナノクリスタル、色素分子、およびこれらの組合せなどがある。上記の装置は、すでに述べたように、発光、導電、または蛍光の形で出力を行う。
【００５２】
本発明の実施態様の一例として、導電または蛍光を表示手段とする人工鼻がある。図２９に示すように、共役有機堆積物２０および共役有機バッファ層１６の複数の層が基板１２上に上述の技術によって形成されている。しかながら、各共役有機堆積物２０をインクジェット印刷する前に、２つの電極８４を形成し、共役有機堆積物２０この２つの電極８４上に設けるようにする。各共役有機堆積物２０は、共役有機バッファ層１６および共役有機堆積物２０中に流体または気体サンプル８６が拡散したとき、それぞれの導電率が変化するような特殊な素材からなる。共役有機堆積物２０それぞれの導電率は、共役有機堆積物２０内の２つの電極によって感知される。それぞれの層に設けられた複数の共役有機堆積物２０は、流体または気体サンプル８６の化学組成を識別するのに使用できる導電「信号」を発する。さらに他の実施態様においては、複数の共役有機バッファ層１６は、それぞれが流体または気体分離膜として機能するような特殊な素材からなる。従って、共役有機堆積物２０のそれぞれの層は、特定の種類の流体または気体のみを試験するよう構成されている。なぜならその他の種類の流体または気体は複数の共役有機バッファ層１６によって濾過されるからである。
【００５３】
図３０に示される本発明のその他の実施態様においては、複数の共役有機堆積物２０は特定の条件下で蛍光を発する。共役有機堆積物２０内には電極は存在しない。共役有機堆積物はそれぞれ、共役有機バッファ層１６および共役有機堆積物２０中に流体または気体サンプル８６が拡散すると蛍光が変化するような特殊な素材からなる。それぞれの共役有機堆積物２０の蛍光は、装置全体を紫外線で光らせることによって表される。それぞれの層に設けられた複数の共役有機堆積物２０は、流体または気体サンプル８６の化学組成を識別するのに利用できる蛍光「信号」を発する。さらに他の実施態様においては、複数の共役有機バッファ層１６は、流体または気体分離膜として機能するような特殊な素材からなる。従って、共役有機堆積物２０のそれぞれの層は、特定の種類の流体または気体のみを試験するよう構成されている。なぜならその他の種類の流体または気体は複数の共役有機バッファ層１６によって濾過されるからである。
【００５４】
上述のように、本発明の実施態様はインクジェット印刷技術によって有機半導体装置を製造する方法、これを使ったシステムおよび装置を提供するものである。この方法においては、基板表面上の欠陥に対して比較的強く、従来の半導体が有する電気的および光学的特性と、従来の有機物が有する低コストの加工性、柔軟性、軽量、および大量生産性とが組み合わされる。さらに本発明の実施態様によると、正確にパターン化された単色または多色で、独立した発光領域を有する発光型ディスプレイ、装置、ロゴ、およびグレースケール画像を形成することが可能である。さらに本発明の実施態様によれば、半導体装置、バイオセンサ、光起電力型装置および光電検出器を製造するための高品質シャドウマスクを形成することができる。
【００５５】
以上に述べた本発明の実施態様は説明上のものであり、本発明を限定するものではない。本発明の範囲はこの実施態様の記載に網羅されるものでも限定されるものではなく、添付の特許請求において定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】
本発明の実施態様により、共役有機バッファ層上の共役有機堆積物のインクジェット印刷を示す図である。
【図２】
本発明の実施態様により、単一の共役有機バッファ層上に印刷された共役有機堆積物の単一の層を挟持した単一の第２電極および単一の第１電極を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図３】
本発明の実施態様により、単一の共役有機バッファ層の上に印刷された共役有機堆積物の単一の層を挟持した複数の第２電極および複数の第１電極（図示せず）を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図４】
本発明の実施態様により、共役有機堆積物の単一の層の上に堆積された単一の共役有機バッファ層を挟持した単一の第２電極および単一の第１電極を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図５】
本発明の実施態様により、共役有機堆積物の単一の層の上に堆積された単一の共役有機バッファ層を挟持した複数の第２電極および複数の第１電極（図示せず）を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図６】
本発明の実施態様により、複数の共役有機バッファ層の上に印刷された共役有機堆積物の複数の層を挟持した単一の第２電極および単一の第１電極を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図７】
本発明の実施態様により、共役有機バッファの複数の層の上に印刷された共役有機堆積物の複数の層を挟持した複数の第２電極および複数の第１電極（図示せず）を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図８】
本発明の実施態様により、共役有機堆積物の複数の層の上に堆積された複数の共役有機バッファ層を挟持した単一の第２の電極および単一の第１の電極を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図９】
本発明の実施態様により、共役有機堆積物の複数の層の上に堆積された複数の共役バッファ層を挟持した複数の第２電極および複数の第１電極（図示せず）を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図１０】
本発明の実施態様により、単一の共役有機バッファ層を挟持した複数の第２の電極および複数の第１の電極（図示せず）を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図１１】
本発明の実施態様により、単一の共役有機バッファ層上に印刷された単一の導電／電荷移動共役有機堆積物を挟持した単一の第２電極および単一の第１電極を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図１２】
本発明の実施態様により、単一の導電／電荷移動共役有機堆積物上に堆積された単一の共役有機バッファ層を挟持した単一の第２電極および単一の第１電極を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図１３】
本発明の実施態様により、単一の発光共役有機バッファ層の上に印刷された単一の発光共役有機堆積物を挟持した単一の第２電極および単一の第１電極を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図１４】
本発明の実施態様により、単一の発光共役有機堆積物上に堆積された単一の発光共役有機バッファ層を挟持した単一の第２電極および単一の第１電極を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図１５】
本発明の実施態様により、単一の発光共役有機バッファ層の上に印刷された単一の発光拡散共役有機堆積物を挟持した単一の第２電極および単一の第１電極を備える、共役有機半導体装置を示す図である。
【図１６】
本発明の実施態様により、共役有機半導体装置に複数の第２電極を形成するにあたり有機マスク、第２電極材、および接着シートを堆積することを示す図である。
【図１７】
本発明の実施態様により、共役有機半導体装置に複数の第２電極を形成するにあたり接着シートおよび有機マスクを除去することを示す図である。
【図１８】
本発明の実施態様により、単純マトリックス多色発光型ディスプレイにおける、赤、緑、青の共役有機発光ダイオードを示す図である。
【図１９】
本発明の実施態様により、アクティブマトリックス多色発光型ディスプレイにおける、赤、緑、青の共役有機発光ダイオードおよび制御トランジスタを示す図である。
【図２０】
本発明の実施態様により、濃度の異なる発光共役有機ドーパント材を発光共役有機バッファ層に導入した際、共役有機発光ダイオードの発光色がどのように変わるかを示すグラフである。
【図２１】
本発明の実施態様により、発光共役有機バッファ層に導入する発光共役有機ドーパント材の濃度にかかわりなく、共役有機発光ダイオードの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性は同じであることを示すグラフである。
【図２２】
本発明の実施態様により、酸化シリコン仕切りを使用して、多色発光型ディスプレイ用共役有機発光ダイオードアレーを製造することを示す図である。
【図２３】
本発明の実施態様により、酸化シリコン仕切りを使用して、多色発光型ディスプレイ用共役有機発光ダイオードアレーを製造することを示す側面図である。
【図２４】
本発明の実施態様により、発光ロゴ（ＬＥＬ）を製造することを示す図である。
【図２５】
図２４に示す発光ロゴの製造を示す側面図である。
【図２６】
本発明の実施態様により、共役有機堆積物のある装置およびない装置の代表的な輝度−電圧（Ｌ−Ｖ）特性を示すグラフであり、共役有機堆積物を添加することで性能が向上することを示している。
【図２７】
本発明の実施態様により、発光画像を形成するのに使用する発光ドット密度によって定義される四準位グレースケールを示す図である。
【図２８】
図２７のグレースケールの輝度と発光ドット密度との代表的な関係を示す輝度曲線のグラフである。
【図２９】
本発明の実施態様により、導電表示を有する人工鼻を示す図である。
【図３０】
本発明の実施態様により、蛍光表示を有する人工鼻を示す図である。
【図３１】
バッファ層およびインクジェット印刷堆積物に適した代表的な有機化合物の例を示す図である。
【図３２】
バッファ層およびインクジェット印刷堆積物に適した代表的な有機化合物の例を示す図である。
【図３３】
バッファ層およびインクジェット印刷堆積物に適した代表的な有機化合物の例を示す図である。[Title of Invention] A method for manufacturing an organic semiconductor device using inkjet printing technology, and a device and system using the method [Claims]
[0001]
1. A semiconductor device that emits a display in response to a stimulus applied.
0002.
Substrates that support semiconductor devices,
At least one first electrode supported by the substrate,
At least one second electrode, which is supported by a substrate and for passing a current between it and at least one first electrode.
At least one conjugated organic that is supported between at least one first electrode and at least one second electrode and for controlling the current flowing between at least one first electrode and at least one second electrode. The semiconductor device is located in contact with the buffer layer and at least one conjugated organic buffer layer and between at least one first electrode and at least one second electrode, and when a stimulus is applied, the semiconductor device corresponds to this. A semiconductor device comprising at least one inkjet-printed conjugated organic deposit forming an emitting display.
2. At least one conjugated organic deposit is made of a conductive material, and when a voltage stimulus is applied to at least one first electrode and at least one second electrode, the conjugated deposition is correspondingly carried out. The apparatus according to claim 1, wherein an electric current is allowed to flow through the object and at least one conjugated organic buffer layer.
3. The apparatus according to claim 2, wherein the substrate and at least one first electrode are transparent, and the at least one conjugated organic buffer layer is made of a substance capable of emitting light when an electric current flows.
4. The apparatus according to claim 2, wherein the substrate and at least one first electrode are transparent, and at least one conjugated organic deposit is composed of a substance capable of emitting light when an electric current flows.
5. The substrate and at least one first electrode are transparent, at least one conjugated organic deposit consists of a luminescent guest material, and at least one conjugated organic buffer layer consists of a luminescent host material, which is a guest material. Partially diffuses into the host material,
0003
Since the bandwidth and energy level of the guest material does not exceed the host material, the semiconductor device responds to the voltage stimulation applied to at least one first electrode and at least one second electrode by the semiconductor device. The apparatus according to claim 1, wherein the light emission according to the above is generated, and as a result, an electric current flows between the at least one first electrode and the at least one second electrode via the guest substance and the host substance.
6. The apparatus comprises a plurality of groups of conjugated organic deposits, each group comprising three conjugated organic deposits containing guest material capable of emitting red, green and blue light. The device according to claim 5.
7. At least one conjugated organic buffer layer is composed of a polyfluorene derivative, at least one conjugated organic deposit is composed of a soluble poly (p-phenylene vinylene) derivative and a polyfluorene derivative, and at least one first electrode is The apparatus according to claim 5, wherein the apparatus is made of indium tin oxide.
8. A semiconductor device that emits a display in response to a stimulus.
0004
Substrate for supporting semiconductor devices,
Multiple source electrodes that guide the flow of current, supported by the substrate,
Multiple gate electrodes, supported by the substrate and controlling the flow of current,
A plurality of transistors that control the flow of current, each of which is supported between a plurality of source electrodes and a plurality of gate electrodes and has a source terminal connected to the source electrode, a gate terminal connected to the gate electrode, and a drain terminal. ,
A second electrode that is supported by multiple transistors and facilitates current flow between the drain terminals of multiple transistors.
Conjugate organic that is supported between a plurality of transistors and the second electrode so as to be in contact with the drain terminal and the second electrode of the transistor and controls the current flowing between the drain terminal and the second electrode of the plurality of transistors. Multiple inkjet-printed conjugated organic deposits that are supported by the buffer layer and each transistor and are in contact with the conjugated organic buffer layer to form the corresponding indications emitted by the semiconductor device when stimulated. Equipment to be equipped.
9. A semiconductor device that emits a display in response to a stimulus applied.
0005
Substrates that support semiconductor devices,
At least one conjugated organic buffer layer that is supported by a substrate and filters fluid, and at least one conjugated organic buffer layer that forms a corresponding display emitted by the semiconductor when stimulated. A device with two inkjet-printed conjugated organic deposits.
10. The apparatus of claim 9, wherein when a fluid sample diffuses into the conjugated deposits and a stimulus is applied, the respective conjugated organic deposits emit light in response.
11. A pair of first and second electrodes provided in each conjugated organic deposit to sense the conductivity in the conjugated organic deposit, further comprising a pair of first and second electrodes, and the conductivity of each conjugated organic deposit. 9. The apparatus according to claim 9, wherein the fluid sample diffuses into the conjugated organic deposit and changes correspondingly when a stimulus is applied.
12. A method of manufacturing a semiconductor device capable of emitting a display corresponding to a stimulus applied.
0006
Supporting at least one first electrode on the substrate,
At least one conjugated organic buffer layer is supported on at least one first electrode so that the conjugated organic buffer layer is in contact with each first electrode.
Atkjet printing of at least one conjugated organic matter on at least one first electrode is performed so that each conjugated organic deposit is in contact with at least one conjugated organic buffer layer.
A method comprising each step of supporting at least one second electrode on the top conjugate organic buffer layer.
13. The step of supporting at least one second electrode on the top conjugate organic buffer layer
0007
Inkjet printing at least one organic mask on top of the top conjugated organic buffer layer, with at least one organic mask in contact with the top conjugated organic buffer layer with weak adhesive force.
The second electrode material is supported in contact with the top conjugate organic buffer layer and at least one organic mask, and the second electrode material is strongly adhered to the top conjugate organic buffer layer and at least one organic mask. Contact,
Attach the adhesive sheet to the second electrode material,
12. The method of claim 12, comprising removing the adhesive sheet and simultaneously removing at least one organic mask and a second electrode material on the at least one organic mask.
14. The step of supporting at least one second electrode on the top conjugate organic buffer layer
0008
A claim characterized in that a shadow mask is applied to a region of the uppermost conjugate organic buffer layer in which a second electrode material is not deposited using a partition, and each step of inkjet printing the second electrode material between the partitions is included. Item 12. The method according to item 12.
15. A method of manufacturing a semiconductor device capable of emitting a display corresponding to a stimulus applied.
0009
Supporting multiple source electrodes on the substrate,
Supporting multiple gate electrodes on the substrate,
Multiple transistors are supported between the plurality of source electrodes and the plurality of gate electrodes, where each transistor is provided with a source terminal connected to the source electrode, a gate terminal connected to the gate electrode, and a drain terminal. Ori,
Supporting the second electrode on multiple transistors,
A conjugated organic buffer layer is supported between the plurality of transistors and the second electrode so as to be in contact with the drain terminals and the second electrode of the plurality of transistors.
A method comprising jet-ink printing a plurality of conjugate organic deposits on each transistor so that the plurality of conjugate organic deposits are in contact with the conjugate organic buffer layer and the second electrode.
16. A method of manufacturing a semiconductor device capable of emitting a display in response to a stimulus applied.
0010
Inkjet print at least one conjugated organic deposit on the substrate and
A method comprising each step of supporting a first conjugate organic buffer layer on each conjugate organic deposit so that each conjugate organic deposit is in contact with the first conjugate organic buffer layer.
17. Prior to the step of inkjet printing at least one conjugated organic deposit on the substrate, at least a pair of first and second electrodes are supported on the substrate, and each conjugated organic deposit is paired. The method according to claim 16, further comprising a step of causing inkjet printing on the first electrode and the second electrode.
18. An inkjet print is performed by further adding at least one layer having at least one conjugated organic deposit on the first conjugated organic buffer layer.
0011
An additional layer was added to support the conjugated organic buffer layer on top of each additional layer with at least one conjugated organic deposit, and each additional layer with at least one conjugated organic deposit was added. 16. The method of claim 16, further comprising each step of making contact on the conjugated organic buffer layer.
19. Prior to the step of inkjet printing at least one additional layer with at least one conjugated organic deposit onto the first conjugated organic buffer layer, at least a pair on the first conjugated organic buffer layer. 18. Claim 18 further comprises the step of supporting the first and second electrodes so that the respective conjugated organic deposits are inkjet printed onto the pair of first and second electrodes. The method described.
20. A light emitting system for displaying an image.
0012
Substrate that supports the light emitting system,
At least one first electrode supported by the substrate,
At least one second electrode, which is supported by a substrate and for passing a current between it and at least one first electrode.
At least one conjugated organic buffer layer supported between at least one first electrode and at least one second electrode to control current flow, and at least one first electrode supported by a substrate.
An electrode that is at least one second electrode supported by a substrate and for passing an electric current between at least one first electrode and at least one second electrode.
A conjugated organic buffer layer, supported between at least one first electrode and at least one second electrode, for controlling current flow.
A plurality of inkjet-printed conjugated organic deposits, each in contact with at least one conjugated organic buffer layer and provided between one first electrode and one second electrode, the first electrode and the first electrode. Conjugate organic deposits that emit a display when a voltage stimulus is applied to the second electrode, and a voltage source for selectively applying a voltage stimulus to at least one first electrode and at least one second electrode. Luminous system with.
21. The substrate and at least one first electrode are transparent, the plurality of conjugated organic deposits consist of a conductive material, and correspondingly when voltage stimulation is applied, at least one conjugated organic deposit. , And each conjugated organic buffer layer in contact with the conjugated organic deposit is encouraged to partially flow an electric current, and at least one conjugated organic buffer layer is composed of a luminescent material and emits light when an electric current flows. 20. The system according to claim 20.
22. At least one group of continuous conjugated organic deposits is printed, and the group of continuous conjugated organic deposits forms a luminous logo when current flows through at least one conjugated organic buffer layer. 21. The system according to claim 21.
23. Multiple groups of independent conjugated organic deposits are printed, the density of the conjugated organic deposits in each group is substantially constant, and the printed multiple groups are at least one conjugated organic buffer layer. The system according to claim 21, wherein a grayscale emission image is formed when a current flows through the system.
24. The substrate and at least one first electrode are transparent, and a plurality of conjugated organic deposits are grouped and arranged in a regular array, each group capable of emitting red, green, and blue light. The system according to claim 20, wherein a regular array consisting of three types of conjugated organic deposits made of guest material constitutes a multicolor light emitting display when an electric current flows through the conjugated organic deposits.
25. The substrate and at least one first electrode are transparent, the plurality of conjugate organic deposits consist of a luminescent guest material, the at least one conjugate organic buffer layer consists of a luminescent host material, and the guest material. Is partially diffused into the host material
0013
Multiple conjugated organic deposits are grouped and arranged in a regular array, each group consisting of three types of conjugated organic deposits made of guest material capable of emitting red, green, and blue, and a band of guest material. Since the gap width and energy level do not exceed the host material, each group emits red, green, and blue correspondingly when a voltage stimulus is applied.
20. The system of claim 20, wherein the regular array forms a multicolor light emitting display when an electric current flows through the conjugated organic deposits.
26. A light emitting system for forming an image.
0014.
Substrate for supporting the light emitting system,
Multiple source electrodes that guide the flow of current, supported by the substrate,
Multiple gate electrodes, supported by the substrate and controlling the flow of current,
A plurality of transistors that control the flow of current, each of which is supported between a plurality of source electrodes and a plurality of gate electrodes and has a source terminal connected to the source electrode, a gate terminal connected to the gate electrode, and a drain terminal. ,
A second electrode that is supported by multiple transistors and facilitates current flow between the drain terminals of multiple transistors.
Conjugated organic that is supported between the plurality of transistors and the second electrode so as to be in contact with the drain terminal and the second electrode of the transistor and controls the current flowing between the drain terminal and the second electrode of the plurality of transistors. Buffer layer,
On each transistor, multiple inkjet-printed conjugated organic deposits that are contacted and supported by the conjugated organic buffer layer and emit a display when a voltage stimulus is applied to the source and second electrodes, and a light emitting system. A light emitting system that is electrically connected and includes a voltage source that selectively applies a voltage stimulus to a plurality of source electrodes and a second electrode.
27. The substrate and at least one first electrode are transparent, and a plurality of conjugated organic deposits are grouped and arranged in a regular array, each group capable of emitting red, green, and blue guests. 26. The system of claim 26, comprising three types of conjugated organic deposits of material, the regular array forming a multicolor light emitting display when an electric current flows through the conjugated organic deposits.
28. The substrate and at least one first electrode are transparent, the plurality of conjugate organic deposits consist of a luminescent guest material, the at least one conjugate organic buffer layer consists of a luminescent host material, and the guest material. Is partially diffused into the host material
0015.
Multiple conjugated organic deposits are grouped and arranged in a regular array, each group consisting of three types of conjugated organic deposits made of guest material capable of emitting red, green, and blue, and a band of guest material. Since the gap width and energy level do not exceed the host material, each group emits red, green, and blue correspondingly when a voltage stimulus is applied.
26. The system of claim 26, wherein the regular array forms a multicolor light emitting display when an electric current flows through the conjugated organic deposits.
Description: TECHNICAL FIELD [Detailed description of the invention]
0016.
(Technical field)
The present invention generally relates to an organic semiconductor device, and in a specific embodiment, relates to a method for manufacturing an organic semiconductor device using inkjet printing technology, and a device and a system to which the method is applied.
[0017]
(Background technology)
Inorganic semiconductors such as silicon are often used in the manufacture of today's semiconductor photonics devices. Processing of such an inorganic semiconductor device can be complex and costly and typically includes a crystal growth step, a wafer slicing and polishing step, a step of forming an integrated electronic circuit on the wafer, and the like. By comparison, conventional polymers (sometimes called plastics) are relatively easy to process. For example, the manufacture of conventional plastic parts involves relatively simple steps such as injecting a molten plastic material into a mold. Conventional polymers are also flexible and lightweight and can be manufactured over large areas. However, conventional plastics do not have semiconducting properties and are not suitable for manufacturing semiconductor devices.
0018
Coupled polymers are organic substances that combine the electrical and optical properties of semiconductors with the processability of conventional plastics. Semiconductor properties of conjugate polymers include poly (phenylene vinylene), polythiophene (PT), and poly (2-methoxy-5-2'-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylene billylene (MEH-PPV). It is derived from a delocalized π orbital formed in the compound-containing carbon. Unlike conventional polymers, conjugate polymers have semiconducting properties rather than insulating properties due to their double bonds. Coupled polymers are inexpensive to process, flexible and lightweight, and combine the mass productivity of conventional polymers with the general semiconducting properties of silicon.
0019
The conjugate polymer device is generally manufactured by spin coating. Spin coating utilizes the solution processability of polymers. That is, by rotating a substrate containing large water droplets of the liquid conjugate polymer at high speed around an axis, the liquid conjugate polymer is allowed to flow outward, and the substrate is coated with a thin film of a material. However, spin coating has the following drawbacks. That is, spin coating is a waste of solution because most of the liquid conjugate polymer scatters without covering the surface. In addition, spin coating is vulnerable to dust and other defects present on the substrate surface. This is because when the liquid organic material is applied onto the surface of the substrate, any ridges will form a shadow, leaving behind a relatively thin radial trace of the organic material.
0020
It is not possible to form the desired pattern during spin coating because the flow of the liquid conjugate polymer is less controllable. Therefore, there is a limit to the practical application of conjugated polymers. For example, a light-emitting conjugate polymer sandwiched between two electrodes may be used in the manufacture of light-emitting diodes (LEDs) and light-emitting logos (LELs), but a single layer of conjugate polymer formed by spin coating. Since it is not patterned, the color of the device is limited to a single color, and it is necessary to pattern the electrodes. Also, photolithography techniques that would normally be used to create patterned electrodes cannot be used to pattern conjugated polymer layers. This is because the photolithography technique may break the double bond of the conjugated organic substance.
0021.
Other types of organic semiconductor materials include conjugated small organic molecules. In the present invention, a conjugated organic compound (organic substance) is defined as meaning a polymer (organic substance having more than two repeating units per molecular chain) and a small organic molecule (organic substance consisting of a single molecule). Small organic molecules have the same (electrical and optical) properties as conjugate polymers, but utilize slightly different processing techniques. Organic molecules are usually processed using thermal sublimation in an ultra-high vacuum environment to form the desired thin film. The thickness of the thin film is typically about 100 nm. Organic molecules often utilize the same device structure as conjugate polymers, that is, a device structure in which an organic thin film is sandwiched between two electrodes. Although the patterning of the organic thin film can be performed using a shadow mask, this method requires accurate alignment of the shadow mask, which is time consuming and costly. In addition, horizontal resolution is also limited. Organic molecules can also be processed by the conventional spin coating method, but this method cannot be patterned. Organic molecules are generally processed by mixing with a host-conjugated polymer, and the resulting mixture obtains the mechanical properties of the polymer, which is advantageous for thin film formation. Examples of typical organic compounds in buffer layers and inkjet print deposits are shown in FIGS. 31, 32 and 33.
0022.
Inkjet printing (IJP) technology, which is a common technique in desktop publishing, can also be used to deposit high resolution patterned conjugated organic materials. Applying inkjet printing technology to the deposition of patterned conjugated organics is described in "Applied Physics Letters", Vol. 72, p. 519 (1998), by TR Hebner et al. Ink-jet printing of doped polymers for organic light emitting devices. This document is cited herein. However, conventional inkjet printing technology prints a low-concentration dye-containing polymer solution, resulting in a poor film that is unsuitable for high-quality semiconductor devices.
[0023]
Even if a proper pattern of conjugated organic matter could be deposited on the lower electrode, problems still remain. Since dots are formed in inkjet printing, organic films printed using inkjet printing may have pinholes. When the upper electrode material is deposited on the patterned conjugated organic thin film, the upper electrode material may come into contact with the lower electrode through a pinhole, resulting in a short circuit and the device becomes unusable.
0024
(Summary of disclosure)
An object of an embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic semiconductor device using hybrid inkjet printing technology, and a system and device using the same. In this method, it is relatively resistant to defects on the substrate surface, with the electrical and optical properties of conventional semiconductors and the low cost processability, flexibility, light weight, and mass productivity of conventional organics. Is combined with.
0025
Another object of the embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing an organic semiconductor device using hybrid inkjet printing technology, and a system and device using the same. According to this method, it is possible to form luminescent displays, devices, logos, and grayscale images that are precisely patterned monochromatic or multicolored and have independent emission regions.
0026
Yet another object of an embodiment of the present invention is to provide a method of manufacturing an organic semiconductor device using hybrid inkjet printing technology, and a system and device using the same. According to this method, high quality shadow masks for manufacturing semiconductor devices, biosensors, photovoltaic devices and photoelectric detectors can be formed.
[0027]
The above and other objectives are achieved by a light emitting system for forming an image. Such a light emitting system typically has a first electrode deposited in contact with the substrate. Then, one or more conjugate organic buffer layers are deposited in contact with the first electrode, and then the second electrode is deposited on the conjugate organic buffer layer. The conjugated organic buffer layer controls the flow of current between the first and second electrodes. The conjugated organic deposits are inkjet printed in contact with at least one conjugated organic buffer layer before or after each conjugated organic buffer layer is deposited, but before the second electrode is deposited.
[0028]
Conjugated organic deposits serve to give an indication when a voltage stimulus is applied to the first and second electrodes. Depending on the material of the conjugated organic deposit, this indication may be luminescent, fluorescent, conductive, etc. A voltage source is used to selectively apply voltage stimuli to the first and second electrodes.
[0029]
The above and other objectives, features, and advantages of embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art by reading the embodiments of the invention described below, along with the accompanying drawings and claims.
[0030]
(Detailed Description of Preferred Embodiment)
Hereinafter, the accompanying drawings will be referred to in the description of the embodiments. This accompanying drawing forms part of an embodiment and illustrates a particular embodiment of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other embodiments may be utilized and modified without departing from the scope of the preferred embodiments of the present invention.
0031
Conjugated organics combine the low cost processability, flexibility, light weight and mass productivity of conventional organics with the general semiconductor properties of inorganic semiconductors. FIG. 1 shows a conjugated organic semiconductor device 10 according to an embodiment of the present invention. In the conjugated organic semiconductor device 10, a first electrode 14 made of a metal or a metal oxide is formed on the substrate 12 by a conventional deposition technique. The substrate 12 is made of a solid material such as glass, plastic, semiconductor wafer, and metal plate and has an insulating thin film on it, or is made of a soft material such as plastic and metal leaf and has an insulating thin film on it. It is provided. In a preferred embodiment, the first electrode 14 is made of indium tin oxide (ITO). On the first electrode 14, a nearly uniform conjugated organic buffer layer 16 having a thickness of about 1 to 1000 nm is formed by spin coating, thermal sublimation or other conventional coating method. At least one conjugated organic deposit 20 is printed on the conjugated organic buffer layer 16 using the inkjet print head 18. The reason for using inkjet printing is that, unlike spin coating, inkjet printing can print conjugated organic deposits 20 with fine resolution, and conjugated organic deposits 20 are horizontal to the conjugated organic buffer layer 16. This is because it is relatively resistant to dust and defects existing on the substrate because it is sprayed vertically instead of being flushed to the surface, and the material is not wasted in the coating process.
[0032]
As shown in FIG. 2, conventional metal deposition techniques are used to deposit the second electrode 22 on the conjugated organic deposit 20 and the conjugated organic buffer layer 16. Since the conjugated organic buffer layer 16 has sufficient insulating properties, a short circuit does not occur between the second electrode 22 and the first electrode 14.
0033
In another embodiment of the invention shown in FIG. 4, inkjet printing is used to deposit the conjugated organic deposit 20 directly on the first electrode 14. The conjugated organic buffer layer 16 is then formed on the conjugated organic deposit 20 and the first electrode 14 by spin coating or other conventional coating method. The second electrode 22 is then deposited on the conjugated organic buffer layer 16 using conventional metal deposition techniques.
0034
In yet another embodiment shown in FIGS. 6 and 8, the semiconductor device is provided with a longitudinal or third dimension by forming a plurality of conjugate organic buffer layers 16 and multiple layers of conjugate organic deposits. Functional density is improved.
0035.
2, FIG. 4, FIG. 6 and FIG. 8 show an embodiment in which a single first electrode 14 and a single second electrode 22 are adopted, but FIG. 3, FIG. 5, FIG. 7, FIG. 9 and FIG. In another embodiment of the invention shown in FIG. 10, a plurality of first electrodes 14 and 22 may be deposited on their respective conjugated organic deposits 20. Although not shown in FIGS. 3, 5, 7, 9 and 10, the plurality of first electrodes 14 are formed laterally with respect to the plurality of second electrodes 22 (FIGS. 3, FIG. 5, see the end views of FIGS. 7, 9 and 10).
0036
In the embodiment shown in FIG. 10, the plurality of first electrodes 14 (not shown) are inkjet printed on the substrate 12. The conjugated organic buffer layer 16 is then formed on the plurality of first electrodes 14 by spin coating or other conventional coating method. Then, the plurality of second electrodes 22 are inkjet printed on the conjugated organic buffer layer 16.
0037
In other embodiments of the invention shown in FIGS. 11 and 12, only one conjugated organic deposit 20 is shown for illustration. The conjugated organic deposit 20 is made of a conductive or charge transfer organic material. Since the conductive / charge transfer conjugated organic deposit 20 has better charge injection characteristics than the electrode material, when a voltage is applied to the second electrode 22 and the first electrode 14, the current 24 is transferred to the second electrode 22 and the first electrode 14. Only flows to and from the conjugated organic buffer layer 16 on which the conductive / charge transfer conjugated organic deposits are printed.
[0038]
Of the various organic semiconductor devices, the electroluminescence (EL) device is particularly eye-catching. This is because it may be applicable in the future to light sources, monochromatic or multicolor displays, luminescent logos, multicolor luminescent devices, greeting cards, and low-density and high-density guidance displays. Therefore, in yet another embodiment, the first electrode 14 and the substrate 12 are transparent, and the conjugated organic buffer layer 16 is made of a light emitting material. In such an embodiment, the current 24 flows through the conjugated organic buffer layer 16 to generate light emission 32 from the conjugated organic semiconductor device 10.
[0039]
In another embodiment of the invention shown in FIGS. 13 and 14, only one conjugated organic deposit 20 is shown for illustration. The conjugated organic deposit 20 and the conjugated organic buffer layer 16 are made of a luminescent organic material, and the first electrode 14 and the substrate 12 are transparent. When a sufficiently high voltage is applied to the second electrode 22 and the first electrode, a current 24 flows through the conjugated organic buffer layer 16 between the second electrode 22 and the first electrode 14. In the portion where the conjugated organic deposit 20 is absent, the color emitted by the conjugated organic buffer layer 16 (see reference numeral 26) depends on the composition of the conjugated organic buffer layer 16. Where the conjugated organic deposit 20 is present, the color of the emission depends on where the electrons and holes recombine. In general, when the conjugated organic deposit 20 is thick enough, the electrons and holes recombine within the conjugated organic deposit 20 and the emission color (see reference numeral 32) is the composition of the conjugated organic deposit 20. Depends on. When the conjugated organic deposit 20 is thin enough, the electrons and holes recombine in the conjugated organic buffer layer 16 and the color of the emission depends on the composition of the conjugated organic buffer layer 16. However, if the thickness of the conjugated organic deposit 20 is almost the same as that of the conjugated organic buffer layer 16, the electrons are recombined near the boundary between the conjugated organic deposit 20 and the conjugated organic buffer layer 16, so that the light emission is conjugated organic. The color is due to the composition of both the deposit 20 and the conjugated organic buffer layer 16.
0040
In another embodiment of the invention shown in FIG. 15, only one conjugated organic deposit 20 is shown for illustration. The conjugated organic deposit 20 consists of a conjugated organic material that can partially diffuse into the conjugated organic buffer layer 16. The conjugated organic buffer layer 16 is composed of poly-9-vinylcarbazole (PVK) or polyfluorene (PF) or other similar compound, and the conjugated organic deposit 20 is soluble poly (p-phenylene vinylene) (PPV), It consists of MEH-PPV, organic dyes, polyfluorene derivatives, or other similar compounds. In such an embodiment, a small amount of the conductive conjugated organic deposit 20 diffuses into the conjugated organic buffer layer 16 (see reference numeral 30) and acts as a charge transfer dopant in the conjugated organic buffer layer 16. The diffusion of the guest dopant (conjugated organic deposit 20) into the host buffer layer (conjugated organic buffer layer 16) depends on the material properties of the host and guest materials and the solvent compatibility (polarity or non-polarity) of the host and guest materials. It is an action. When a voltage is applied to the second electrode 22 and the first electrode 14, energy transfer from the host to the guest is facilitated in the region of the conductive conjugated organic deposit 20, and the second electrode 22 and the first electrode are connected to each other. A small amount of dopant is required to pass the current 24 between them.
[0041]
In yet another embodiment, the conjugated organic buffer layer 16 and the conjugated organic deposit material capable of partially diffusing into the conjugated organic buffer layer 16 are luminescent, and the first electrode 14 and the substrate are transparent. When the current 24 flows through the conjugate organic buffer layer 16, the portion of the conjugate organic deposit 20 partially diffused into the conjugate organic buffer layer 16 (see reference numeral 30) becomes the conjugate organic deposit 20 and the conjugate. It emits light in a color depending on the band gap and energy level of the materials constituting the organic buffer layer 16. Generally, when the band gap of the conjugated organic deposit is smaller than that of the conjugated organic buffer layer and the energy level is lower than that of the conjugated organic buffer layer, the emission color (see reference numeral 28) is that of the conjugated organic deposit 20. It depends on the composition. Otherwise, the color of the emission depends on the composition of the conjugated organic buffer layer 16.
[0042]
As shown in FIGS. 3, 5, 7, 9, and 10, inkjet printing is used to place a plurality of first and second electrodes (14 and 22) on each conjugate organic deposit 20. It is also possible to form. As shown in FIG. 16, in order to form the plurality of second electrodes of FIG. 3, the organic mask 72 is first deposited on the conjugated organic buffer layer 16 by inkjet printing. The second electrode material 74 is then deposited on the organic mask 72 and the conjugated organic buffer layer 16 by spin coating or other conventional coating method. As the material constituting the second electrode material 74 and the organic mask 72, a material that firmly adheres to the conjugated organic buffer layer 16 is selected as the second electrode material 74, and the material of the organic mask 72 is the conjugated organic buffer layer 16. Select one that does not adhere to the surface very much. After that, the adhesive sheet 76 such as the adhesive tape is firmly pressed against the second electrode material 74. Then, when the adhesive sheet 76 is removed, as shown in FIG. 17, the second electrode material 74 and the organic mask 72 have different adhesive characteristics, so that the adhesive sheet 76 and a part of the organic mask 72 and the second electrode material 74 are removed. Will be removed. The remaining second electrode material 74 constitutes a plurality of second electrodes. This method of forming a plurality of second electrodes can also be applied to the first electrode 14 and the second electrode 22 shown in FIGS. 5, 7, 9 and 10.
[0043]
In embodiments of the present invention, there is provided a method of forming a regular array of micron-sized organic light emitting diodes. In this method, the size of the light emitting diode is limited only by the nozzle size of the inkjet printhead. One of the applications of regular arrays of conjugated organic light emitting diodes is multicolor light emitting displays such as television screens and computer monitors. In such applications, red, green, and blue dots are used to form color images. As shown in FIG. 18, several different emission diffusion conjugated organic deposits 34, 36 and 38 with bandgap and energy levels corresponding to red, green and blue, respectively, with bandgap and energy levels corresponding to blue. It is deposited on the conjugated organic buffer layer 40 having. Emission-diffusion-conjugated organic deposits 34, 36, and 38 are partially diffused into the buffer layer 40, and when a voltage is applied to the second and first electrodes 14, luminescence-diffusion-conjugated organic deposits 34, 36, 36. The emission spectrum of the buffer layer 40 is changed so that the buffer layer 40 under the, and 38 emits light to red 42, green 44, and blue 46. By selectively applying a voltage between the second electrode 22 and the first electrode 14, red, green, and blue light emitting diodes can be turned on and off, resulting in a simple matrix multicolor light emitting display. Be done.
[0044]
In another embodiment shown in FIG. 19, an active matrix multicolor light emitting display is shown. A plurality of gate electrodes 92 are deposited so as to be in contact with the substrate 12 by inkjet printing or other conventionally used deposition techniques. A transistor 48 having an insulating material 50, a source electrode 90, and a drain electrode 88 is created on a plurality of gate electrodes 92. Next, the conjugated organic buffer layer 40 is deposited on the transistor by spin coating or other conventional coating method, and the conjugated organic buffer layer 40 is in contact with the drain electrode 88. Then, the emission diffusion conjugated organic deposits 34, 36 and 38 are inkjet printed on the conjugated organic buffer layer 40. Finally, a single second electrode 22 is deposited on the emission diffusion conjugated organic deposits 34, 36 and 38. The current flowing through the source electrode 90, the transistor 48, the conjugated buffer layer 40, the conjugated organic deposits 34, 36 or 38, and the second electrode 22, and the emission of the diffusion conjugated organic buffer layer 40 are controlled by the voltage at the gate terminal 52. .. FIG. 19 is shown for illustration purposes only, and other conventional methods of manufacturing transistor-based active matrix multicolor light emitting displays may be used in embodiments of the present invention.
0045
In general, a luminescent material with a higher bandgap and energy level (eg, the blue buffer layer 40 shown in FIG. 18) has a luminescent material with the same or lower bandgap and energy level (eg, red, green, blue shown in FIG. 18). When the organic deposits 34, 36 and 38) are doped, the resulting material emits a color towards lower bandgap and energy levels when a bias voltage is applied. In a preferred embodiment, less than about 25 percent of the doping material needs to be diffused into the buffer layer 40 to change color in this way. FIG. 20 shows how the emission color of a poly (para-phenylene) (PPP) light emitting diode changes when different concentrations of MEH-PPP are introduced into a polymer system. FIG. 21 shows that the current-voltage (IV) characteristics are the same regardless of the concentration of MEH-PPP.
[0046]
In yet another embodiment shown in FIGS. 22 and 23, a silicon oxide (SiO ₂ ) or polymer partition provided on a transparent substrate 12 on which a pre-patterned lateral electrode 56 is printed is used. To manufacture red, green, and blue light emitting diode arrays. The silicon oxide partition 54 allows the conjugated organic buffer layer 16 and the red, green, and blue conductive / charge transfer polymers 34, 36, 38 to be inkjet printed directly onto the lateral electrodes 56. The SiO ₂ partition 54 also serves as a shadow mask when depositing the second electrode 22.
[0047]
Other uses of the light emitting conjugated organic semiconductor device 10 include an organic light emitting logo and a monochromatic or multicolor light emitting device. In this case, inkjet printing is controlled to print a pattern of conductive / charge transfer conjugated organic material. Unlike multicolor displays, where the color pattern is constantly changing as seen, luminescent logos and monochromatic or multicolor luminescent devices typically have large but fixed color emitting regions. .. To form such an apparatus, conductive / charge transfer and / or luminescent conjugated organic deposits 20 are printed directly on the conjugated organic buffer layer 16 (see FIG. 11) or on the transparent first electrode 14. Print on (see Figure 12). The pattern of conjugated organic deposits 20 defines the light emitting region. By applying a voltage between the second electrode 22 and the first electrode 14, a large light emitting logo can be lit. Since the current flows through the conjugated organic deposit 20 but is not removed from it, the conjugated organic deposit 20 can be provided with a separation portion (physically isolated pattern). By adjusting the bias voltage, the light emitting logo can have a high contrast with respect to the background. Further, the brightness of the light emitting logo can be adjusted over a wide range from several tenths of a candela (cd) / m ² to 100 cd / m ^2.
0048
FIG. 24 shows the production of a light emitting logo according to a preferred embodiment of the present invention. First, the indium tin oxide (ITO) electrode 58 deposited on the glass substrate 60 is subjected to normal ultrasonic cleaning while continuously using a cleaning agent, deionized water (DI), acetone, and alcohol on the surface. Wash off the dirt. Next, the ITO electrode 58 and the glass substrate 60 are baked at a high temperature for about 12 hours. Next, the conductive polymer logo 62 is deposited on the ITO electrode 58 from an aqueous solution of 3,4-polyethylenedioxythiophene-polystyrene sulfonate (PEDOT) by inkjet printing. Then, the PEDOT conductive polymer logo 62 is dried in the air at about 100 ° C. for about 12 hours. In another example, "Microcontact printing and electroplating on curved substrates, stand-alone 3D metal micros" by JA Rogers et al., Published in Adv. Materials, Vol. 9, pp. 475-477 (1997). Other methods such as the stamping method described in "Microcontact printing and electoplating on curved substrates; production of free-standing three-dimensional metallic microstructures" may be used. This document is cited as a reference in the present application. As shown in FIG. 25, a MEH-PPV buffer layer 64 made from about 1% MEH-PPV solution was spin coated onto the PEDOT conductive polymer logo 62 at about 2500 rpm. Ca) The cathode is deposited on the MEH-PPV buffer layer 64. The resulting device is contained by epoxying the active cathode region with aluminum or cover glass 68. In the production method of the present invention, it is also possible to use other materials having characteristics similar to those described above.
[0049]
FIG. 26 shows typical luminance-voltage (LV) curves of a device with and without a PEDOT conductive polymer layer (reference numeral 70) and a device without it (reference numeral 78). From this figure, it can be seen that the performance is improved by forming the PEDOT conductive polymer layer. For example, when the device is operated at 5 volts, the light emitting diode with the PEDOT conductive polymer layer has a brightness level ^{of about 200 cd / m 2.} On the other hand, the brightness level of the light emitting diode without the PEDOT conductive polymer layer is about three orders of magnitude smaller.
0050
In another embodiment of the invention, the luminescent logo may be used for a particular application to form a grayscale luminescent image. FIG. 27 represents a quaternary grayscale 80 defined by the emission dot density, and FIG. 28 shows a luminance curve 82 showing a typical relationship between the brightness and density of the emission dots. The grayscale to which the embodiment of the present invention is applied can be changed almost continuously by changing the size of dots or the density of dots.
0051
In addition to organic light emitting logos and displays, embodiments of the present invention can be applied to other organic and photoelectronic devices. Examples include, but are not limited to, transistors, photovoltaic cells, artificial noses, physical devices, chemical devices, bio-devices, and electronic integrated circuits. Examples of physical devices include, but are not limited to, photosensors (arrays), X-ray detectors (arrays), image sensors (arrays), photoelectric detectors, and photovoltaic devices. Examples of chemical devices include, but are not limited to, gas sensors (arrays) and moisture (solvent) sensors. Examples of biodevices include, but are not limited to, sensors for detecting blood glucose (glucose) and enzymes. Further, by inkjet printing, it is possible to efficiently manufacture a light emitting diode on a semiconductor wafer as a light source used for inter-chip and in-chip communication of a computer or a telecommunications device. In embodiments of the present invention, examples of materials that can be used to form patterns in electronic devices are, but are not limited to, organic conjugated molecules, conjugate polymers, inorganic nanocrystals, organic nanocrystals, dye molecules. , And combinations thereof. The above device outputs in the form of light emission, conductivity, or fluorescence, as described above.
[0052]
An example of an embodiment of the present invention is an artificial nose that uses conductivity or fluorescence as a display means. As shown in FIG. 29, a plurality of layers of the conjugated organic deposit 20 and the conjugated organic buffer layer 16 are formed on the substrate 12 by the above technique. However, before each conjugated organic deposit 20 is inkjet printed, two electrodes 84 are formed and the conjugated organic deposit 20 is provided on the two electrodes 84. Each conjugated organic deposit 20 is made of a special material whose conductivity changes when a fluid or gas sample 86 diffuses into the conjugated organic buffer layer 16 and the conjugated organic deposit 20. The conductivity of each of the conjugated organic deposits 20 is sensed by two electrodes within the conjugated organic deposits 20. The plurality of conjugate organic deposits 20 provided in each layer emit a conductive "signal" that can be used to identify the chemical composition of the fluid or gas sample 86. In yet another embodiment, the plurality of conjugate organic buffer layers 16 are made of a special material such that each functions as a fluid or gas separation membrane. Therefore, each layer of conjugated organic deposits 20 is configured to test only certain types of fluids or gases. This is because other types of fluids or gases are filtered by the plurality of conjugate organic buffer layers 16.
[0053]
In another embodiment of the invention shown in FIG. 30, the plurality of conjugate organic deposits 20 fluoresce under certain conditions. There are no electrodes in the conjugated organic deposit 20. The conjugated organic deposits consist of special materials such that the fluorescence changes as the fluid or gas sample 86 diffuses into the conjugated organic buffer layer 16 and the conjugated organic deposits 20, respectively. The fluorescence of each conjugate organic deposit 20 is represented by illuminating the entire apparatus with ultraviolet light. The plurality of conjugate organic deposits 20 provided in each layer emit a fluorescent "signal" that can be used to identify the chemical composition of the fluid or gas sample 86. In yet another embodiment, the conjugate organic buffer layer 16 is made of a special material that acts as a fluid or gas separation membrane. Therefore, each layer of conjugated organic deposits 20 is configured to test only certain types of fluids or gases. This is because other types of fluids or gases are filtered by the plurality of conjugate organic buffer layers 16.
0054
As described above, an embodiment of the present invention provides a method for manufacturing an organic semiconductor device by inkjet printing technology, and a system and device using the method. In this method, it is relatively resistant to defects on the substrate surface, with the electrical and optical properties of conventional semiconductors and the low cost processability, flexibility, light weight, and mass productivity of conventional organics. Is combined with. Further, according to embodiments of the present invention, it is possible to form luminescent displays, devices, logos, and grayscale images that are precisely patterned monochromatic or multicolored and have independent emission regions. Further, according to embodiments of the present invention, high quality shadow masks for manufacturing semiconductor devices, biosensors, photovoltaic devices and photoelectric detectors can be formed.
0055
The embodiments of the present invention described above are for explanatory purposes only and do not limit the present invention. The scope of the present invention is not limited to what is covered by the description of this embodiment, but is defined in the appended claims.
[Simple explanation of drawings]
0056
FIG. 1
It is a figure which shows the inkjet printing of the conjugate organic deposit on the conjugate organic buffer layer by embodiment of this invention.
FIG. 2
According to an embodiment of the present invention, a conjugated organic semiconductor comprising a single second electrode and a single first electrode sandwiching a single layer of conjugated organic deposits printed on a single conjugated organic buffer layer. It is a figure which shows the apparatus.
FIG. 3
According to an embodiment of the present invention, a plurality of second electrodes and a plurality of first electrodes (not shown) sandwiching a single layer of conjugated organic deposits printed on a single conjugated organic buffer layer are provided. , Is a diagram showing a conjugated organic semiconductor device.
FIG. 4
According to an embodiment of the present invention, a conjugated organic comprising a single second electrode and a single first electrode sandwiching a single conjugated organic buffer layer deposited on a single layer of conjugated organic deposits. It is a figure which shows the semiconductor device.
FIG. 5
According to an embodiment of the present invention, a plurality of second electrodes and a plurality of first electrodes (not shown) sandwiching a single conjugated organic buffer layer deposited on a single layer of conjugated organic deposits are provided. , Is a diagram showing a conjugated organic semiconductor device.
FIG. 6
According to an embodiment of the present invention, a conjugated organic semiconductor apparatus comprising a single second electrode and a single first electrode sandwiching a plurality of layers of conjugated organic deposits printed on a plurality of conjugate organic buffer layers. It is a figure which shows.
FIG. 7
According to an embodiment of the present invention, a plurality of second electrodes and a plurality of first electrodes (not shown) sandwiching a plurality of layers of conjugated organic deposits printed on a plurality of layers of a conjugated organic buffer are provided. It is a figure which shows the conjugated organic semiconductor apparatus.
FIG. 8
According to an embodiment of the present invention, a conjugate organic comprising a single second electrode and a single first electrode sandwiching a plurality of conjugate organic buffer layers deposited on a plurality of layers of a conjugate organic deposit. It is a figure which shows the semiconductor device.
FIG. 9
According to an embodiment of the present invention, a conjugate organic comprising a plurality of second electrodes and a plurality of first electrodes (not shown) sandwiching a plurality of conjugate buffer layers deposited on a plurality of layers of a conjugate organic deposit. It is a figure which shows the semiconductor device.
FIG. 10
It is a figure which shows the conjugate organic semiconductor apparatus which comprises the plurality of second electrodes and the plurality of first electrodes (not shown) sandwiching a single conjugate organic buffer layer according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11
According to embodiments of the present invention, a conjugate comprising a single second electrode and a single first electrode sandwiching a single conductive / charge transfer conjugated organic deposit printed on a single conjugated organic buffer layer. It is a figure which shows the organic semiconductor apparatus.
FIG. 12
According to embodiments of the present invention, a conjugate comprising a single second electrode and a single first electrode sandwiching a single conjugated organic buffer layer deposited on a single conductive / charge transfer conjugated organic deposit. It is a figure which shows the organic semiconductor apparatus.
FIG. 13
According to an embodiment of the present invention, a conjugated organic comprising a single second electrode and a single first electrode sandwiching a single luminescent conjugated organic deposit printed on a single luminescent conjugated organic buffer layer. It is a figure which shows the semiconductor device.
FIG. 14
According to an embodiment of the present invention, a conjugated organic semiconductor comprising a single second electrode and a single first electrode sandwiching a single light emitting conjugated organic buffer layer deposited on a single light emitting conjugated organic deposit. It is a figure which shows the apparatus.
FIG. 15
According to an embodiment of the present invention, a conjugate having a single second electrode and a single first electrode sandwiching a single emission diffusion conjugated organic deposit printed on a single emission conjugate organic buffer layer. It is a figure which shows the organic semiconductor apparatus.
FIG. 16
It is a figure which shows that the organic mask, the 2nd electrode material, and the adhesive sheet are deposited when forming a plurality of 2nd electrodes in a conjugated organic semiconductor apparatus by embodiment of this invention.
FIG. 17
It is a figure which shows that the adhesive sheet and the organic mask are removed in forming a plurality of second electrodes in a conjugated organic semiconductor apparatus by embodiment of this invention.
FIG. 18
It is a figure which shows the red, green, and blue conjugate organic light emitting diodes in the simple matrix multicolor light emitting display by embodiment of this invention.
FIG. 19
It is a figure which shows the red, green, blue conjugate organic light emitting diode and the control transistor in the active matrix multicolor light emitting display by embodiment of this invention.
FIG. 20.
It is a graph which shows how the emission color of a conjugated organic light emitting diode changes when the light emitting conjugated organic dopant material with different concentrations is introduced into the light emitting conjugated organic buffer layer by the embodiment of this invention.
FIG. 21.
According to an embodiment of the present invention, it is a graph showing that the current-voltage (IV) characteristics of the conjugated organic light emitting diode are the same regardless of the concentration of the light emitting conjugated organic dopant material introduced into the light emitting conjugated organic buffer layer. ..
FIG. 22.
It is a figure which shows that the silicon oxide partition is used, and the conjugated organic light emitting diode array for a multicolor light emitting display is manufactured by the embodiment of this invention.
FIG. 23.
FIG. 5 is a side view showing that a silicon oxide partition is used to manufacture a conjugated organic light emitting diode array for a multicolor light emitting display according to an embodiment of the present invention.
FIG. 24.
It is a figure which shows that the light emitting logo (LEL) is manufactured by the embodiment of this invention.
FIG. 25.
It is a side view which shows the manufacturing of the light emitting logo shown in FIG.
FIG. 26.
According to an embodiment of the present invention, it is a graph showing typical luminance-voltage (LV) characteristics of a device with and without conjugated organic deposits, and the performance is improved by adding the conjugated organic deposits. Is shown.
FIG. 27.
FIG. 5 shows a quaternary grayscale defined by the emission dot density used to form an emission image according to an embodiment of the invention.
FIG. 28.
FIG. 6 is a graph of a luminance curve showing a typical relationship between the grayscale brightness of FIG. 27 and the emission dot density.
FIG. 29.
It is a figure which shows the artificial nose which has a conductive display by an embodiment of this invention.
FIG. 30.
It is a figure which shows the artificial nose which has a fluorescent display by embodiment of this invention.
FIG. 31.
It is a figure which shows the example of the typical organic compound suitable for a buffer layer and an inkjet print deposit.
FIG. 32.
It is a figure which shows the example of the typical organic compound suitable for a buffer layer and an inkjet print deposit.
FIG. 33.
It is a figure which shows the example of the typical organic compound suitable for a buffer layer and an inkjet print deposit.

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