JP2006520478A - 有機材料を用いたディスプレイ - Google Patents

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Abstract

ディスプレイが、開示される。このディスプレイは、発光する構成とした複数のピクセルを含む。ディスプレイは、それぞれピクセルからの光の照射を調整するように構成された複数のピクセル制御回路もまた含む。このピクセル制御回路は、それぞれ有機半導体を含む１以上の２端子スイッチング素子を含む。

Description

本出願は、２００３年１月１７日に出願した「電子スイッチング応用向け２端子有機スイッチング配列（Ｔｗｏ−Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ａｒｒａｙｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」と題する米国仮特許出願第６０／４４０，７０９号に基づく優先権を主張するものであり、その全体を本願明細書に取り込むものである。本発明は、ディスプレイに関する。より詳しくは、本発明は有機材料を含むスイッチング素子を用いたディスプレイに関する。
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、平面パネルディスプレイ市場の大半の部分を占めている。加えて、ＬＣＤは携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末）、ポケットＰＣ、車載ディスプレイ、ＧＰＳナビゲーションシステム、ラップトップコンピュータ等の可搬式電子機器にも用いられることが多い。近年、ＬＣＤはデスクトップ型コンピュータのディスプレイやテレビジョン受像機としてＣＲＴに置き換わりつつある。
増大した情報コンテンツを取り扱うことのできるＬＣＤは、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭ−ＬＣＤ）として公知である。ＡＭ−ＬＣＤの各ピクセルには、スイッチング素子が接続されている。これらのスイッチング素子は通常、ガラス基板に適用される薄膜技術により作成される。一般の薄膜技術には、アモルファスシリコンやつい最近ではポリシリコンが含まれる。両技術に関連する製造工程は冗長で複雑かつ高価であって、高温下の高価な真空室内でガラスパネルを長時間にわたって処理する必要がある。加えて、ＡＭ−ＬＣＤの背面は通常、必要な特性を実現するため３〜１０のフォトリソグラフィのマスクステップを必要とする。この複雑さに関連する経費に伴って、ＡＭ−ＬＣＤパネル用製造ラインは１０億ドル台の設備投資を必要とすることがある。
画像情報が増え続けるにつれ、第２世代ＰＤＡや携帯電話等の多くの機器はＡＭ−ＬＣＤ技術へのシフトを必要としよう。この展開は、ＡＭ−ＬＣＤ製造工程のコストを低減するようＡＭ−ＬＣＤ産業に圧力をかけ続けることになるであろう。その結果、増大する情報要求に関連する負担に対処することのできる低コストディスプレイに対する要求が存在する。
ディスプレイが開示される。ディスプレイは、それぞれピクセルからの光の照射を調整するように構成された複数のピクセル制御回路を含む。ピクセル制御回路は、それぞれ有機半導体を含む１以上の２端子スイッチング素子を含む。いくつかの例では、このディスプレイは液晶ディスプレイである。
ディスプレイの他の実施態様は、それぞれがピクセルを透過する光量を制御するように構成された複数のピクセル制御回路を含む。各ピクセル制御回路は、有機導体を含む１以上の電極を含む。
ディスプレイの他の変形例には、基板上の複数のピクセル制御回路が含まれる。各ピクセル制御回路は、ディスプレイ上のピクセルを透過する光量を制御するように構成されている。一実施態様では、基板のうちの少なくとも一つが４００℃未満或いは３５０℃未満の融点を有する。一変形例では、基板のうちの少なくとも一つが６０℃〜３００℃の範囲の融点を有する。いくつかの例では、基板は２００℃未満の融点を有する。基板のうちの少なくとも一つは、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、マイラー、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミド、プラスチックとすることができる。
また、ディスプレイに用いる基板構造も開示されている。基板構造は、ピクセル電極に接続した複数のピクセル制御回路を含む。ピクセル制御回路は、それぞれピクセルからの光の照射を調整する構成であり、それぞれが有機半導体または金属導体を含む２端子スイッチング素子を含む。
また、ディスプレイ形成方法も開示されている。本方法は、基板上への複数のピクセル制御回路の形成を含む。各ピクセル制御回路は、ディスプレイ上のピクセルを透過する光量を制御するように構成されている。ピクセル制御回路の形成には、溶液から基板へ半導体を付着することが含まれる。半導体は有機半導体とすることができる。
方法の別の変形例には、複数のピクセル制御回路を基板へ形成することが含まれる。各ピクセル制御回路は、ピクセルを透過する光量を制御するように構成されている。ピクセル制御回路の形成には、有機導体を含む１以上の電極の基板上への形成が含まれる。
上記実施態様に使用する有機半導体は、ポリマー、共役ポリマー、オリゴマーとすることができる。いくつかの例では、半導体にはポリアセチレン、ポリ（フェニレン）、ポリ（フェニレン ビニレン）、ポリフルオリン、ポリチオフェン、ポリシクロペンタジチォフェンが含まれる。また、半導体は、１以上のアセチレンユニット、１以上のフェニレンユニット、１以上のフルオリンユニット、１以上のチオフェンユニット、１以上のシクロペンタジチオフェンユニットを含む、バックボーンをもった共重合体とすることができる。この段落に掲載したポリマーのそれぞれは、置換したり或いは非置換とすることができる。いくつかの例では、有機半導体は掲載した化合物から選択し、有機溶剤及び／又は水性溶剤に可溶性とする。適切な可溶性誘導体の例には、これらに限定はされないが、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ），５エチル，（２’ヘキシルオキシ）パラ−フェニレン ビニレン）やポリ（３−ヘキシル−チオフェン）が含まれる。
上記実施態様に用いる有機導体は、ポリマーとすることができる。適切なポリマーの実施態様には、これらに限定はされないが、ポリピロールやポリアニリン、ポリ（エチレン−ジオキシチオフェン）が含まれる。
ディスプレイに用いる電子スイッチング素子を開示する。スイッチング素子は半導体として及び／又は電極として有機材料を用いる。有機材料は、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、その他同様の方法の廉価な方法により室温か又はその近くで溶液から基板上に付着させることができる。これらの方法は、シリコンアモルファスシリコンや多結晶等の従来の半導体に関連する高価な高温真空処理方法を排除する。さらに、基板に有機半導体を適用するための印刷方法を用いることで有機半導体材料にパターン形成することができる。適切な印刷方法には、これらに限定はされないが、インクジェット印刷、熱転写印刷、シルクスクリーン印刷が含まれる。印刷は、従来の半導体に関連する高価なフォトリソグラフィステップの必要性を排除する。さらに、印刷により単一ステップ内で実行する従来の半導体に関連するパターン形成と配置形成が可能になる。これらの処理利点が、ＡＭ−ＬＣＤ等のディスプレイに使用する基板の生成に相当の経費節減をもたらす。
これらの処理技術は、シリコン、アモルファスシリコン、多結晶シリコン等の従来の半導体に関連する真空処理よりも低温で実行できる。従って、溶液からの半導体の付着によってより広範囲の基板材料が可能になる。例えば、基板はガラスやセラミック等の一般的な材料とすることができるが、低融点のポリマーやプラスチックとすることもできる。これらの新規な基板材料は、ガラスやセラミックよりも可撓性をもたせることができる。従来の基板材料は通常ディスプレイの可撓性を制限していたが、これらの新規材料は平坦で可撓性をもったディスプレイの選択肢を提供することができる。可撓性ディスプレイは、高い機械的応力の生ずる状況下で使用することができる。
いくつかの例では、スイッチング素子は２端子スイッチング素子である。有機半導体を含む２端子スイッチング素子は、有機３端子素子を上回る重要な利点を提供することができる。有機半導体を用いる３端子スイッチング素子は、有機半導体内の固有の低いキャリア可動性のために非常に遅いスイッチング速度を欠点として抱えていた。対照的に、２端子スイッチング素子はスイッチング型ディスプレイ内の全動画映像を可能にするだけでなく、グレイレベルの時間領域制御に用いるのに必要なスイッチング速度も提供することができる。
図１Ａは、液晶ディスプレイの一例の概略図である。このディスプレイは、光１０と見る人１１との間に位置する複数の構成要素を含む。この構成要素は、ディフューザ１２、第１の基板構造１４、液晶層１６、第２の基板構造１８、色フィルタ２０、保護部材２２を含む。第１の基板構造１４は、第１の偏光子２４、第１の基板２６、第１の電子機器２８を含む。第２の基板構造１８は第２の偏光子３０、第２の基板３２、第２の電子機器３４を含む。このディスプレイは、さらに、第１の電子機器２８と第２の電子機器３４に電気的に接続されたディスプレイ制御電子機器（図示せず）を含む。ディスプレイ制御電子機器はディスプレイの動作を制御する。適切な偏光子には、これに限定はされないが、基板への接着に適した偏光フィルムが含まれる。この構成要素は、光の一部がこの構成要素を通して見る人に伝わるように、全て或いは一部を透過性とされている。
図示のディスプレイはディスプレイ構造の一例として機能し、他のディスプレイ構造が可能である。例えば、ディスプレイは透過ディスプレイではなく反射ディスプレイとすることができる。１以上の構成要素を集積できる。例えば、偏光子と基板は偏光基板を用いることで一体とすることができる。１以上の構成要素は随意選択的である。一例として、色フィルタ２０はディスプレイが白黒ディスプレイであるときは不要である。保護部材２２も必要ではなく、消費者によるディスプレイに対する損傷を少なくするためにのみ存在する。構成要素は、図示の順序とは異なる順序でもって配置することができる。さらに、第１の基板構造１４と第２の基板構造１８は入れ替えることができる。
ディスプレイは１以上のピクセルを含む。図１Ｂは、図１Ａのディスプレイへの使用に適したピクセル構造を示すものである。ピクセルは、第１の基板２６に配置され、第２の基板３２に配置した第２のピクセル電極４０に整列する第１のピクセル電極３８を含む。第１のピクセル電極３８と第２のピクセル電極４０に適した材料には、これらに限定はされないが、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ；indium tin oxide）等の透明導体や金等の金属が含まれ、さらにはポリアニリン、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチォフェン等の有機導体が含まれる。液晶層１６は、第１のピクセル電極３８と第２のピクセル電極４０の間に位置する。
ディスプレイの動作期間中、光が液晶に入る前に第１の偏光子２４が光を偏光させる。光は、液晶を通って進み、そこで第２の偏光子３０と相互作用する。第２の偏光子３０を透過する光量は、第２の偏光子３０の偏光と液晶に通過した後の光の偏光の関数となる。第１のピクセル電極３８と第２のピクセル電極４０の間に印加する電位が、液晶に液晶を通過する光の極性を変化させる。電位の大きさを調整し、液晶を出る光の偏光を変えることができる。電位を変化させ、第２の偏光子３０を透過する光量を増大させる方向か又は第２の偏光子３０を透過する光量を減少させる方向に光を偏光させることができる。その結果、ピクセルを透過する光量、すなわちピクセルが発する光量の調整に電位を用いることができる。
図１Ｃは、図１Ｂに示した第１の基板構造１４の一部の側面図である。第１の基板構造１４は、第１のピクセル電極３８とピクセル制御回路４４を含む。ピクセル制御回路４４は、ピクセルに印加する電位を調整する構成としてある。従って、ピクセル制御回路４４はピクセルから光の放射を調整するよう構成される。
図１Ｂと図１Ｃはピクセルの文脈で開示したものであるが、用語ピクセルはサブピクセルを含むものである。サブピクセルは、透過光が色フィルタ２０の単一色を通過する箇所のピクセルである。従って、図１Ｂと図１Ｃはサブピクセルに適した構造を示すものである。
ディスプレイの動作期間中、ディスプレイ制御電子機器が一連のピクセルを選択する。各ピクセルを透過する光量は、そのピクセルを選択したときに変えることができる。図２は、ディスプレイ上の特定のピクセルの選択に用いることのできる電子機器の概略図である。電子機器は、複数の行ライン４６と複数の列ライン４８を含む。各列ライン４８は、それぞれの列ライン４８に対し並列に配置した複数のピクセル制御回路４４と電気的に連結している。各ピクセル制御回路４４は、第１のピクセル電極３８と第２のピクセル電極４０に直列に接続してある。各行ライン４６は、それぞれの行ライン４８に対し並列に接続した複数の第２のピクセル電極４０と電気的に連結している。ディスプレイ制御電子機器は、ピクセルに電気的に通ずる列ライン４８にバイアスを印加し、ピクセルに電気的に通ずる行ライン４６を接地することで、ピクセルを選択する。このバイアスは、液晶に電位を印加するに十分なものとすることができる。図２は１２個のピクセルを示しているが、図２に示した回路はより少数のピクセル或いは多数のピクセルに増減することができる。ディスプレイは、第１の基板上に配置したピクセル制御回路列を含む。
ピクセル制御回路４４には、１以上の２端子スイッチング素子を含ませることができる。適切な２端子スイッチング素子は、これに限定はされないが、ダイオードと金属−絶縁物−金属（ＭＩＭ；Metal-Insulator-Metal）素子を含む。以下により詳細に説明するが、２端子スイッチング素子には半導体及び／又は電極として１つ（又は複数）の有機材料を含ませることができる。
図３Ａは、適切なピクセル制御回路４４の一例を示すものである。ピクセル制御回路４４は、２端子スイッチング素子として機能するダイオード５０を含む。ダイオード５０は、第１のピクセル電極３８と列ライン４８の間に接続してある。ディスプレイの動作期間中、ダイオード５０はピクセルをオンへ切り替えるスイッチとして機能する。
図３Ｂは、図３Ａに図示したピクセル制御回路４４を含む第１の基板構造１４の断面図である。基板構造は、第１のピクセルとダイオード５０を含む。ダイオード５０は、第１の電極５８と第２の電極６０の間で基板２６に配置した半導体５４を含む。第２の電極６０は第１のピクセル電極３８に接触させてある。図示はしていないが、第１の電極５８は列ライン４８へ電気的に連結している。第１の電極５８と半導体５４、第２の電極６０の材料は、第１の電極５８が半導体５４内に正孔を注入し、第２の電極６０が半導体５４内に電子を注入するよう選択する。第１の電極５８と半導体５４及び／又は第２の電極６０の肉厚及び／又は面積は、ダイオード５０の性能を変えるよう調整することができる。これらの構成要素の肉厚及び／又は面積を調整することで、ピクセルが電荷を保持できる時間に影響を及ぼすことができる。ピクセルが電荷を保持する時間は、ディスプレイの単一走査において選択すべき多くのピクセルが存在するときに重要なファクタとなる。
図４Ａは、適切なピクセル制御回路４４の他の実施形態である。ピクセル制御回路４４は、第１のピクセル電極３８と列ライン４８の間に逆向き並列接続した二つのダイオード５０を含む。図示のピクセル制御回路４４は、ピクセルをオンさせたりピクセルをオフしたりすることに用いる。ピクセル制御回路４４に十分な正のバイアスを印加すると、Ａと標識付けしたダイオード５０がピクセルをオンへ切り替えるよう機能する。ピクセル制御回路４４に十分な負のバイアスを印加すると、Ｂと標識付けしたダイオード５０がピクセルをオフへ切り替えるよう機能する。従って、ディスプレイ制御電子機器は、ピクセルをスイッチオン或いはスイッチオフさせるべくピクセル制御電子機器に対し特定のバイアスを印加することができる。
図４Ｂは、図４Ａに図示したピクセル制御回路４４を含む第１の基板構造１４の断面図である。第１の基板構造１４は、第１のピクセル、Ａと標識付けしたダイオード５０、Ｂと標識付けしたダイオード５０を含む。Ａと標識付けしたダイオード５０は、第１の電極６２、第２の電極６４の間に配置した半導体５４を含む。Ｂと標識付けしたダイオード５０は、第３の電極６６と第４の電極６８の間に配置した半導体５４を含む。第４の電極６８は、第１のピクセル電極３８に接触させてある。図示はしていないが、第３の電極６６は列ライン４８に電気的に連結させてある。第３の電極６６と第１の電極６２は、ダイオード５０のための電極としてダイオード５０を並列接続するよう機能する。いくつかの例では、第１の電極６２と第３の電極６６は同一材料で出来ており、かつ／又は第２の電極６４と第４の電極６８は同一材料で出来ている。
図３Ａと図３Ｂに示したピクセル制御回路４４は例示的なものであり、他のピクセル制御回路４４が可能である。例えば、ピクセル制御回路４４には直列接続した複数の２端子スイッチング素子を含ませることができる。いくつかの例では、直列のダイオードは背面どうし接続してある。直列接続ダイオード５０は、図３Ａに関して記述したオン／オフスイッチング能力を提供することができる。さらに、ピクセル制御回路４４には２端子スイッチング素子に加え構成要素を含ませることができる。例えば、ピクセル制御回路は２端子スイッチング素子に加え抵抗及び／又はコンデンサ等の受動電子要素を含めることができる。
図３Ｂと図４Ｂに開示した半導体５４は、集積回路とディスプレイの製造に通常用いる半導体とすることができる。代わりに、図３Ｂと図４Ｂに示した半導体５４材料は有機質とすることができる。有機半導体に適した有機材料には、非ポリマー、ポリマー、共役ポリマー、オリゴマーなどが含まれる。適切な有機材料の例には、これらに限定はされないが、ポリアセチレン、ポリ（フェニレン）、ポリ（フェニレン ビニレン）、ポリフルオリン、ポリチオフェン、ポリシクロペンタジチオフェンが含まれる。加えて、半導体は１以上のアセチレンユニット、１以上のフェニレンユニット、１以上のフルオリンユニット、１以上のチオフェンユニット、１以上のシクロペンタジチオフェンユニットを含むバックボーンをもった共重合体とすることができる。この段落に掲載したポリマーは、置換したり非置換とすることができる。いくつかの例では、有機半導体は一覧掲載した化合物から選択され、有機溶剤及び／又は水性溶剤内に可溶性である。適切な可溶性材料の例には、これらの限定はされないが、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ），５エチル，（２’ヘキシルオキシ）パラ−フェニレン ビニレン）及びポリ（３−ヘキシル−チオフェン）が含まれる。有機半導体には、複数の有機材料又は単一の有機材料を含ませることができる。代わりに、有機半導体には１以上の有機材料と１以上の非有機成分を含ませることができる。いくつかの例では、有機半導体の導電性はドープ処理を通じて制御される。適切なドーパントの例には、これらに限定はされないが、塩化鉄、六フッ化リン、それらの組み合わせが含まれる。水溶性システムでは、適切な材料のドーパントの例には、これらに限定はされないが、ポリスチレン、スルホン酸、同様の化合物、それらの組み合せが含まれる。
図２〜図４Ｂに開示した電極及びラインは、金等の金属、（ＩＴＯ）等の金属有機材料、一般に集積回路やディスプレイ製造に用いられる他の導体とすることができる。代わりに、図２〜図４Ｂに開示した電極とラインは有機導体とすることができる。適切な有機導体は、有機金属ポリマーとして公知の材料のクラスから選択することができる。適切な有機導体の例には、これらに限定されるものではないが、ポリアニリン、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）、ポリピロールが含まれる。１以上のピクセル電極として用いるのに適切な有機導体の例には、これらに限定はされないが、ポリアニリン、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）、ポリピロール）が含まれる。いくつかの例では、有機導体の導電性はドープ処理を介して制御される。適切なドーパントの例には、これらに限定はされないが、塩化鉄、六フッ化リン、それらの組み合せが含まれる。水溶性システムでは、適切なドーパントには、これらに限定はされないが、ポリスチレン、スルホン酸、同様の化合物、それらの組み合せが含まれる。
有機材料は、溶液から基板に付着させることができる。例えば、有機材料はスピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、同様の方法等の技術を用いて基板に塗布することができる。いくつかの例では、これらの技術は有機材料を基板上にパターン形成することもできる。例えば、基板の領域を変質させ、溶液を変質領域に付着させ、その一方で非変質領域には殆ど付着させず、或いは溶液を非変質領域に付着させ、一方で変質領域には殆ど付着させないようにできる。例えば、より疎水性としたり或いは親水性としたりするように基板の領域を変質させることができる。例えば、この領域を疎水性或いは親水性の材料で被覆し、基板のこれらの領域の疎水特性或いは親水特性を変えることができる。別の例では、基板上の１以上の領域の疎水性特性或いは親水特性を変えるのにレーザを用いる。例えば、材料が望まれる箇所の表面を変質させるため、レーザビームを基板に印加することができる。基板を溶液にさらしたときに、溶液は表面を変質させた箇所に付着する。レーザを用いた変質に適した基板の一例が、これらに限定はされないが、ガラスやプラスチックの基板である。材料を適用する箇所の表面を変質させることで、基板上に材料がパターン化される。いくつかの例では、これらの技術には基板上に材料をパターン化するステップが続く。有機材料は、フォトリソグラフィ、レーザ切除、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ；Reactive Ion beam Etching）など様々なプラズマエッチング技術等の従来の技術を用いてパターン化することができる。有機材料は、インクジェット印刷、熱転写印刷、オフセット印刷、シルクスクリーン印刷等の技術を用いて同時並行的に付着させ、パターンを形成することもできる。
有機材料を溶液から付着させるときに、その溶液に有機材料と溶剤を含めることができる。いくつかの例では、この溶液は有機材料と溶剤に加え、ある成分を含む。溶剤は、有機溶剤とすることができる。適切な溶剤の例は、これらに限定はされないが、トルエン、クロロホルム、キシレンが含まれる。特定の半導性有機材料には溶剤として水を用いることができる。
基板に対する溶液の塗布技術は、低く下げた温度で実行することができる。対照的に、基板に対しシリコン半導体を適用する真空処理は４００℃を超す温度で実行する。その場合、基板は通常これらの真空処理に関連する温度に耐えることのできるガラスやセラミックで作成する。基板に溶液を塗布して基板上に材料を形成することにより、より広範な基板材料を見込むことができる。一部の実例では、ディスプレイには４００℃未満、３５０℃未満、３００℃未満、２００℃未満及び／又は６０℃超或いは１００℃超の融点を有する１以上の基板が含まれる。
基板用の適切な材料には、これらに限定はされないが、ガラスやセラミックも含まれ、ポリマーやプラスチックも含まれる。基板材料の例には、これらに限定はされないが、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、マイラー、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミドが含まれる。これらの新規材料は、ガラスやセラミックよりも可撓性をもたせることができる。従来の基板材料はディスプレイの可撓性を制限していたが、これらの新規材料は増大した可撓性を有するディスプレイの選択肢を提示することができる。
図５Ａ〜図５Ｄは、図３Ｂになる第１の基板構造の形成方法を示すものである。列ラインが基板上に形成されている。列ライン４８は、従来の集積回路製造技術或いは従来のディスプレイ製作技術を使用して基板上に形成することができる。代わりに、列ライン４８を溶液中で基板に設けることもできる。第１のピクセル電極３８を基板２６上に形成し、図５Ａに示す基板構造７０を提供する。第１のピクセル電極３８は、集積回路製造技術或いは従来のディスプレイ製作技術により形成することができる。代わりに、第１のピクセル電極３８は溶液中で基板に設けることもできる。
第１の電極５８を基板２６上に形成し、図５Ｂに示す基板構造７０を提供する。第１の電極５８は、従来の集積回路製造技術或いは従来のディスプレイ製作技術を用いて形成することができる。代わりに、第１の電極５８は溶液中で基板に設けることもできる。半導体５４を基板２６に形成し、図５Ｃに示す基板構造７０を提供する。半導体５４は、従来の集積回路製造技術或いは従来のディスプレイ製作技術を用いて形成することができる。代わりに、半導体５４を溶液中で基板２６に設けることもできる。第２の電極６０は、図５Ｄに示す基板構造７０を提供すべく基板２６上に形成する。第２の電極６０は、従来の集積回路製造技術或いは従来のディスプレイ製作技術を用いて形成することができる。代わりに、第２の電極６０を溶液中で基板２６に設けることもできる。
基板上に材料を形成する従来の集積回路製作技術の一例は、基板上に材料を付着させ、続いてフォトリソグラフィを用いて材料をパターン化する。スパッタリングは、基板上に材料を付着させる適切な方法の一例である。
例１
図３Ｂによる構造を有するダイオードは、基板としてのガラス、第１の電極としてのインジウム酸化スズ（ＩＴＯ）電極、半導体としての１００ｎｍ肉厚層のＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ），５エチル，（２’ヘキシルオキシ）パラ−フェニレン ビニレン）、第２の電極としてのアルミニウム電極で作られる。ＩＴＯ電極は、フォトリソグラフィが続くスパッタリングとその後の湿式エッチングで形成されている。ＭＥＨ−ＰＰＶは、トルエン溶液内のほぼ０．５％の固形分からスピンキャスティングにより基板上に形成してある。アルミニウム電極は熱蒸着により基板上に形成され、パターン形成はシャドーマスキングによって達成される。
図６Ａは、ダイオードに関する電流対電圧曲線を示すものである。ダイオードのスイッチングは電圧レベルの調整でなされ、特性電圧で生ずる大電流シフトの利点を有する。電流は、１．２Ｖ以下の電圧についてｎＡ／ｃｍ2台である。次数３〜５を超す指数関数的電流増加は、一般に１．２〜１．８Ｖの範囲に見られる。電流は、一般にαが３〜６の範囲にあるＩ〜Ｖαの形のより高い電圧範囲で増大し続ける。３Ｖと０Ｖの間の電流比は、１０7（１０9が観察されている）を超すものとなる。
図６Ｂは、ダイオードの整流比を示すものである。（２．５Ｖと−２．５Ｖの間の電流比として規定される）電圧２．５Ｖでの整流比は、一般に１０5〜１０6の範囲（１０7を超すものが観察されている）にある。２Ｖを大きく上回る順方向バイアスと零バイアス或いは逆方向バイアスとの間の所与の順方向電圧の間での動作が、２×１０6を超える電流スイッチング比を有するソリッドステートの薄膜スイッチを形成する。スイッチング素子は、２Ｖを上回る順方向バイアス範囲内に低抵抗状態（「オン」状態）を有しており、高抵抗（「オフ」状態）は零バイアスと逆バイアスにて達成される。
スイッチング素子の電流密度は、所与の装置面積に関する駆動電流の能力を表わすものである。例１のダイオードでは、電流密度は５Ｖで１５ｍＡ／ｃｍ2に達する。５００ｍＡ／ｃｍ2を大きく上回る電流密度は、混合有機半導体を用いるスイッチング素子において観察される。
ダイオード素子の電流−電圧特性は、電極と半導体材料及び／又は間隙等の幾何構造の選択を変えることで調整することができる。
例２
図３Ｂになる構造を有するダイオードは、基板としてのガラス、第１の電極としてのインジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、半導体としてのＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ），５エチル，（２’ヘキシルオキシ）パラ−フェニレン ビニレン）、第２の電極としてのアルミニウム電極を用いて製作したものである。ＩＴＯ電極は、湿式エッチングが続くスパッタリングで形成されている。ＭＥＨ−ＰＰＶは、トルエン溶液内の０．５％固形分を用いることでインクジェット印刷により基板上に形成されている。アルミニウム電極は熱蒸着により基板上に形成され、パターン形成はシャドーマスキングにより行われる。
ディスプレイはピクセル電極に隣接配置したピクセル制御回路を含む基板を有するものとして上記に開示したが、ピクセル制御回路はピクセル電極から引き離すことができる。例えば、ピクセル制御回路は上記に開示された基板とは無関係に副基板上に配置することができる。これら副基板は、上記に開示された基板に電気的に接続することができる。代わりに、ピクセル制御回路はピクセル電極と同じ基板上に、ただし異なる場所に配置することができる。例えば、ピクセル制御回路はピクセル電極の１以上の側に配置することができる。これらの構成は、基板に追加のラインを付加する犠牲を払って充填率を改善することができる。
上記に開示したこの基板構造は、ごく小型からごく大型までの範囲のディスプレイに用いることができる。一例では、ディスプレイは対角で１４インチ（型）、２０インチ（型）、３０インチ（型）、４０インチ（型）の視野面積を有する。
２端子スイッチング素子は半導体として機能する有機材料を含むものとして上記に開示したが、本発明のある種の実施形態は半導体として機能する有機材料を含まない２端子スイッチング素子を用いることもできる。例えば、本発明のある種の実施形態は、無機半導体を含む２端子スイッチング素子を用いて使用することができる。
上記のピクセル制御回路は液晶ディスプレイの文脈で開示したが、これらのピクセル制御回路やこれらの回路の形成と使用方法は他のディスプレイに適用することができる。例えば、ピクセル電極に接続したピクセル制御回路を含む基板が、ＯＬＥＤ、ＭＥＭ、エレクトロクロミックディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、記憶デバイス、画像センサ列、他のセンサ列等のディスプレイとともに使用することができる。いくつかの例では、ピクセル制御回路はピクセルを透過する光ではなくピクセルの光の反射を調整する。エレクトロクロミックディスプレイは、ピクセル制御回路がピクセルの光の反射を調整することでピクセルからの光の照射を制御するディスプレイの一例である。いくつかの例では、ピクセル制御回路はピクセル電極に印加する電位を制御するのではなく、ピクセル電極に印加する電流レベルを制御するのに用いられる。ＯＬＥＤディスプレイは、ここではピクセル制御回路はピクセル電極を介して電流を制御することでピクセルからの光の照射を調整するであろうディスプレイの一例である。加えて、ピクセル制御回路は可視光、Ｘ線、遠赤外光、中波、高周波の波長に関する検出器列の制御に用いることもできる。
図１Ａは液晶ディスプレイの一例の概略図であり、図１Ｂは図１Ａに示したディスプレイと共に使用するのに適したピクセル構造を示し、ピクセルが第１のピクセル電極と第２のピクセル電極の間に位置する液晶を含む図であり、図１Ｃは図１Ｂに示した第１のピクセル電子機器の側面図である。 ディスプレイ上の特定ピクセルを選択する電子機器の概略図であり、電子機器は複数のピクセル制御回路を含み、各ピクセルはピクセル制御回路へ接続してあり、ピクセル制御回路が被接続ピクセルに印加する電位を調整するように構成された図である。 図３Ａはピクセル制御回路の一例を示す図であり、図３Ｂは図３Ａに示したピクセル制御回路を含む第１の基板構造の断面図である。 図４Ａはピクセル制御回路の他の例を示す図であり、図４Ｂは図４Ａに示したピクセル制御回路を含む第１の基板構造の断面図である。 図５Ａ〜図５Ｄは図３Ｂになるピクセル制御回路を含む基板構造を形成する方法を示す図である。 図６Ａは半導体として機能する有機材料を含むダイオードに関する電流対電圧曲線であり、図６Ｂは図６Ａのダイオードに関する整流比を示す図である。

Claims (68)

  1. それぞれが発光するように構成された複数のピクセルと、
    それぞれがピクセルからの光照射を調整するように構成され、有機半導体を含む１以上の２端子スイッチング素子を含む前記複数のピクセル制御回路と
    を備えるディスプレイ。
  2. 前記ピクセル制御回路は、互いに逆向きに並列配置した２端子スイッチング素子を含む請求項１記載のディスプレイ。
  3. 前記ピクセル制御回路のうちの１以上は、直列配置した２以上の２端子スイッチング素子を含む請求項１記載のディスプレイ。
  4. 前記半導体は、ポリマー、共役ポリマー、オリゴマーからなる群から選択した１以上の成分を含む請求項１記載のディスプレイ。
  5. 前記半導体は、アセチレン、フェニレン、ビニレン、フルオリン、チオフェン、シクロペンタジチォフェンからなる群から選択したユニットを備えるバックボーンを有する１以上のポリマーを含む請求項１記載のディスプレイ。
  6. 前記半導体は共重合体を含む請求項５記載のディスプレイ。
  7. 前記有機半導体は、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ），５エチル，（２’ヘキシルオキシ）パラ−フェニレンビニレン）を含む請求項１記載のディスプレイ。
  8. 前記有機半導体はポリ（３−ヘキシル−チオフェン）を含む請求項１記載のディスプレイ。
  9. 前記１以上の２端子スイッチング素子は、有機導体を含む少なくとも一つの電極を含む請求項１記載のディスプレイ。
  10. 前記有機導体は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェンからなる群から選択した１以上の成分を含む請求項９記載のディスプレイ。
  11. 前記ピクセル制御回路は、透明基板上に配置した請求項１記載のディスプレイ。
  12. 前記１以上のスイッチング素子は、第１の電極と第２の電極の間に配置した有機半導体を含む請求項１記載のディスプレイ。
  13. 前記第１の電極と前記第２の電極は、それぞれ有機導体を含む請求項１記載のディスプレイ。
  14. 前記ピクセル制御回路は、３００℃未満の融点を有する基板上に含まれる請求項１記載のディスプレイ。
  15. 前記ピクセルはそれぞれ第１のピクセル電極と第２のピクセル電極の間に配置した液晶を含む請求項１記載のディスプレイ。
  16. それぞれが発光する構成とされた複数のピクセルと、
    それぞれが前記ピクセルからの光の照射を調整する構成とされ、有機導体を含む１以上の電極を含む前記複数のピクセル制御回路と
    を備えるディスプレイ。
  17. 前記有機導体は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチォフェンからなる群から選択した１以上の成分を含む請求項１６記載のディスプレイ。
  18. 少なくとも一つの２端子スイッチング素子が有機半導体を含む請求項１６記載のディスプレイ。
  19. 前記半導体は、ポリマー、共役ポリマー、オリゴマーからなる群から選択した請求項１８記載のディスプレイ。
  20. 前記半導体は、アセチレン、フェニレン、ビニレン、フルオリン、チオフェン、シクロペンタジチオフェンからなる群から選択したユニットを備えるバックボーンを有する１以上のポリマーを含む請求項１９記載の方法。
  21. 前記ピクセル制御回路はそれぞれ複数の電極を含み、該各電極が有機導体を含む請求項１６記載のディスプレイ。
  22. 前記ピクセルはそれぞれ、第１のピクセル電極と第２のピクセル電極の間に配置した液晶を含む請求項１６記載のディスプレイ。
  23. それぞれがディスプレイ上のピクセルからの光の照射を調整するように構成されており、基板上に設けた複数のピクセル制御回路でｚって、前記基板が４００℃未満の融点を有する前記複数のピクセル制御回路を備えるディスプレイ。
  24. 前記基板は、３００℃未満の融点を有する請求項２３記載のディスプレイ。
  25. 前記基板は、６０℃〜３５０℃の範囲の融点を有する請求項２３記載のディスプレイ。
  26. 前記基板のうちの少なくとも一つが、６０℃〜３００℃の範囲の融点を有する請求項２３記載のディスプレイ。
  27. 前記基板は、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、マイラー、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミドからなる群から選択した材料を含む請求項２３記載のディスプレイ。
  28. 前記ピクセル制御回路は、半導体として機能する有機材料を含む請求項２３記載のディスプレイ。
  29. 前記ピクセル制御回路は、有機導体を含む１以上の電極を含む請求項２３記載のディスプレイ。
  30. 前記ピクセルはそれぞれ、ピクセル制御回路に接続したピクセル電極を含む請求項２３記載のディスプレイ。
  31. 少なくとも一つが３５０℃未満の融点を有する基板の間に配置した液晶を備えるディスプレイ。
  32. 前記各基板は、３００℃未満の融点を有する請求項３１記載のディスプレイ。
  33. 前記基板のうちの少なくとも一つは、６０℃〜３５０℃の範囲の融点を有する請求項３１記載のディスプレイ。
  34. 前記基板のうちの少なくとも一つは、６０℃〜３００℃の範囲の融点を有する請求項３１記載のディスプレイ。
  35. 前記基板のうちの少なくとも一つは、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、マイラー、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミドからなる群から選択した材料を含む請求項３１記載のディスプレイ。
  36. 複数のピクセル制御回路が前記基板のうちの一つに配置されており、前記ピクセル制御回路がディスプレイ上のピクセルからの光の照射を調整し、かつ半導体として機能する有機材料を含む請求項３１記載のディスプレイ。
  37. 前記基板のうちの一つに複数ピクセル制御回路が配置してあり、各ピクセル制御回路が前記ディスプレイ上のピクセルからの光の照射を調整する構成とされ、有機導体を含む１以上の電極を含む請求項３１記載のディスプレイ。
  38. ディスプレイ形成方法であって、
    前記ディスプレイに使用する基板を得ることと、
    前記基板上に、それぞれがピクセルからの光の照射を制御する複数のピクセル制御回路を形成することとを含み、
    前記ピクセル制御回路を形成することが、前記基板上への溶液からの半導体を付着させることを含む、方法。
  39. 前記半導体は有機半導体である請求項３８記載の方法。
  40. 前記半導体は、ポリマー、共役ポリマー、オリゴマーからなる群から選択した請求項３９記載の方法。
  41. 前記半導体は、アセチレン、フェニレン、ビニレン、フルオリン、チオフェン、シクロペンタジチオフェンからなる群から選択したユニットを備えるバックボーンを有する１以上のポリマーを含む請求項３９記載の方法。
  42. 前記有機半導体は、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ），５エチル，（２’ヘキシルオキシ）パラ−フェニレンビニレン）を含む請求項３９記載の方法。
  43. 前記有機半導体は、ポリ（３−ヘキシル・チオフェン）を含む請求項３９記載の方法。
  44. 前記溶液は、半導体と溶剤を含む請求項３８記載の方法。
  45. 前記基板上に半導体を付着させることが、スピンコーティング、スプレーコーティング又はディップコーティングを含む請求項３８記載の方法。
  46. 前記基板上に半導体を付着させることが、前記基板の１以上の部分を変質させ、前記溶液を前記基板の領域に優先的に付着させることを含む請求項３８記載の方法。
  47. 前記基板の１以上の部分を変質させることは、前記基板の１以上の部分の疎水特性の増大化を含む請求項４６記載の方法。
  48. 前記基板のうちの１以上の部分を変質させることは、前記基板の１以上の部分の親水特性の増大化を含む請求項４７記載の方法。
  49. 前記基板上に前記半導体をパターン化することをさらに含む請求項３８記載の方法。
  50. 前記半導体をパターン化することは、前記半導体をパターン化するフォトリソグラフィの使用を含む請求項３８記載の方法。
  51. 前記基板上に半導体を付着させることは、前記基板上に前記半導体を印刷することを含む請求項３８記載の方法。
  52. 前記基板上に前記半導体を印刷することは、インクジェット印刷、熱転写印刷、シルクスクリーン印刷、又はオフセット印刷を含む請求項５１記載の方法。
  53. 前記基板上に前記半導体を付着させることは、インクジェット印刷を含む請求項５１記載の方法。
  54. 前記基板上に前記回路を形成することが前記基板上への電極形成を含み、前記半導体を付着させることが前記電極への前記半導体の少なくとも一部を付着させることを含む請求項３８記載の方法。
  55. 前記基板上に回路を形成することは、有機導体を含む１以上の電極を前記基板上への形成することを含む請求項３８記載の方法。
  56. 前記基板は、３５０℃未満の融点を有する請求項３８記載の方法。
  57. ディスプレイ形成方法であって、
    前記ディスプレイに使用する基板を得ることと、
    それぞれがピクセルからの発光を調整するように構成された複数のピクセル制御回路を前記基板上に形成するとを含み、
    前記ピクセル制御回路を形成することが前記基板上への有機半導体のパターン形成を含む、方法。
  58. ディスプレイの形成方法であって、
    前記ディスプレイに使用する基板をえることと、
    それぞれがピクセルからの発光を調整するように構成された複数のピクセル制御回路を前記基板上に形成するとを含み、
    前記ピクセル制御回路を形成することが前記基板上に有機導体を含む１以上の電極を形成することを含む、方法。
  59. 前記有機導体は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリエチリンジオキシチオフェンからなる群から選択した請求項５８記載の方法。
  60. 前記基板上に１以上の電極を形成することは、前記基板上への溶液から有機導体を付着させることを含む請求項５８記載の方法。
  61. 前記基板上に前記有機導体を付着させることは、スピンコーティング、スプレーコーティング、又はディップコーティングを含む請求項６０記載の方法。
  62. 前記有機導体を前記基板上に付着させた後、前記有機導体をパターン化することをさらに含む請求項６０記載の方法。
  63. 前記有機導体をパターン化することは、前記半導体をパターン化するフォトリソグラフィの使用を含む請求項６２記載の方法。
  64. 前記基板上に前記有機導体を付着させることは、前記基板上へ前記半導体のパターンを形成することを含む請求項６０記載の方法。
  65. 前記基板上に前記有機導体を付着させることは、インクジェット印刷、熱転写印刷、シルクスクリーン印刷、又はオフセット印刷を含む請求項６０記載の方法。
  66. 前記基板上へ前記半導体を付着させることは、インクジェット印刷を含む請求項６０記載の方法。
  67. 前記基板は、３５０℃未満の融点を有する請求項５８記載の方法。
  68. それぞれが有機材料を含むピクセル電極を含み、発光する構成とされた複数のピクセルと、
    それぞれがピクセルからの光の照射を調整するように構成された複数のピクセル制御回路とを備えるディスプレイ。
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