JP5671346B2 - 電子デバイスおよび溶液プロセス技術を用いてこれを製造する方法 - Google Patents
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Description
基板は、リジッドであっても、またはフレキシブルであってもよい。リジッド基板はガラスまたはケイ素から選択することができ、フレキシブル基板は薄いガラスまたはポリ(エチレン−テレフタレート)(PET)、ポリ(エチレン−ナフタレート)PEN、ポリカーボネートおよびポリイミドなどのプラスチックを含むことができる。
好ましい有機半導体材料としては、以下ものが挙げられる:任意選択で置換されたペンタセンなどの低分子化合物;ポリアリーレン、特にポリフルオレンおよびポリチオフェンなどの任意選択で置換されたポリマー;ならびにオリゴマー。異なるタイプの材料のブレンド(例えば、ポリマーと低分子化合物のブレンド)を含めて、材料のブレンドを用いることもできる。
pチャネルOTFTについては、ソース電極とドレイン電極は、3.5eVを超える仕事関数を有する高仕事関数の材料、好ましくは金属、例えば、金、白金、パラジウム、モリブデン、タングステン、またはクロムを含むことが好ましい。より好ましくは、この金属は、4.5〜5.5eVの範囲の仕事関数を有する。他の好適な化合物、合金および酸化物、例えば三酸化モリブデンおよびインジウムスズ酸化物を使用することもできる。ソース電極とドレイン電極は、熱蒸着によって堆積させ、当技術分野で知られている標準フォトリソグラフィーおよびリフトオフ技法を用いてパターン化することができる。
ゲート電極は、広範囲の導電材料、例えば金属(例えば金)または金属化合物(例えばインジウムスズ酸化物)から選択することができる。あるいは、導電性ポリマーをゲート電極として堆積させることができる。こうした導電性ポリマーは、例えばスピンコーティングまたはインクジェット印刷技術および先に述べた他の溶液堆積技術を用いて、溶液から堆積させることができる。
ゲート誘電体は、高い抵抗率を有する絶縁材料から選択された誘電材料を含む。誘電体の誘電率kは通常約2〜3であるが、k値の高い材料が望ましい。何故ならば、OTFTで達成可能な静電容量はkに正比例し、ドレイン電流IDは静電容量に正比例するからである。したがって、低い動作電圧で高いドレイン電流を得るためには、チャネル領域内に薄い誘電体層を有するOTFTが好ましい。
他の層をデバイスアーキテクチャに含めることができる。例えば、必要とされた場合、自己組織化単分子膜(SAM)を、ゲート、ソースまたはドレイン電極、基板、絶縁層および有機半導体材料上に堆積させて、結晶化を促進し、接触抵抗を低下させ、表面特性を修復し、密着性を向上させることができる。特に、チャネル領域内の誘導体表面に結合領域および有機領域を含む単分子層を設け、特に高k誘導体表面について、例えば有機半導体の形態(特にポリマーの配列および結晶化度)を改善することにより、かつ電荷トラップを覆うことによりデバイス性能を改善することができる。こうした単分子層の代表的な材料としては、長いアルキル鎖を有するクロロ−またはアルコキシ−シラン、例えばオクタデシルトリクロロシランが挙げられる。同様に、ソース電極とドレイン電極にSAMを設けて、有機半導体と電極の間の接触を改善することができる。例えば、金のSD電極に、チオール結合基および接触を改善するための基(高い双極子モーメント、ドーパント、または共役部分を有する基とすることができる)を含むSAMを設けることができる。
本発明の実施形態によるOTFTは広範囲の可能性のある用途を有する。こうした用途の1つは、光学デバイス、好ましくは有機光学デバイスにおいて画素を駆動することである。こうした光学デバイスの例としては、光応答性デバイス、特に光検出器、および発光デバイス、特に有機発光デバイスが挙げられる。OTFTは、アクティブマトリックス有機発光デバイスと共に使用(例えばディスプレイ用途で使用)するのに特に適している。
本発明の一実施形態によるエレクトロルミネッセンスデバイスのアーキテクチャは、透明性ガラスまたはプラスチック製基板、アノードおよびカソードを含む。エレクトロルミネッセンス層が、アノードとカソードの間に設けられている。
電荷輸送層、電荷注入層または電荷阻止層などのその他の層を、アノードとカソードの間に設置することができる。
エレクトロルミネッセンス層は、エレクトロルミネッセンス材料のみからなることもあり、またはエレクトロルミネッセンス材料を1種または複数種のその他の材料と組み合わせて含むこともできる。特に、エレクトロルミネッセンス材料は、例えばWO99/48160に開示されているような正孔および/または電子輸送材料とブレンドすることもでき、あるいは、半導体ホストマトリックス中にルミネッセンスドーパントを含むこともできる。あるいは、エレクトロルミネッセンス材料は、電荷輸送材料および/またはホスト材料に共有結合されていてもよい。
カソードは、エレクトロルミネッセンス層への電子の注入を可能にする仕事関数を有する材料から選択される。その他の要因、例えばカソードとエレクトロルミネッセンス材料との有害な相互作用の可能性などもカソードの選択に影響を及ぼす。カソードは、アルミニウムの層などの単一の材料から構成することができる。あるいは、カソードは、複数の金属、例えばWO98/10621に開示されている低仕事関数材料と高仕事関数材料、例えばカルシウムとアルミニウムの2重層;WO98/57381、Appl.Phys.Lett.2002、81(4)、634およびWO02/84759に開示されている元素バリウム;あるいは、WO00/48258に開示されているような、電子注入を支援する金属化合物、特にアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物の薄層、例えばフッ化リチウム;Appl.Phys.Lett.2001、79(5),2001に開示されているフッ化バリウム;ならびに、酸化バリウムを含むことができる。デバイス内へ電子を効率的に注入するためには、カソードの仕事関数は、好ましくは3.5eV未満、より好ましくは3.2eV未満、特に好ましくは3eV未満である。金属の仕事関数は、例えば、Michaelson,J.Appl.Phys.48(11)、4729、1977で見ることができる。カソードは、不透明であってもよく、透明であってもよい。透明カソードはアクティブマトリクッスデバイスには特に有利である。何故ならば、こうしたデバイスにおいて透明アノードを通過する発光は、発光性画素の下に設置された駆動回路によって少なくとも部分的にブロックされるからである。透明カソードは、透明であるために十分に薄い電子注入材料の層を含む。通常、この層の側面の導電性はその薄さにより低くなる。この場合、電子注入材料の層は、インジウムスズ酸化物などの透明導電材料のより厚い層と組み合わせて用いられる。
光学デバイスは、湿気および酸素の影響を受けやすい傾向がある。したがって、基板は、デバイス内への湿気および酸素の浸入を防止する優れたバリヤー性を有することが好ましい。基板は一般にガラスである。しかし、特にデバイスの可撓性が望ましい場合には、別の基板を用いることができる。例えば、基板は、US6268695(この特許はプラスチックとバリヤー層とが交互になった基板を開示している)にあるようなプラスチック、またはEP0949850に開示されているような薄いガラスとプラスチックとの積層物を含むことができる。
単一のポリマーまたは複数のポリマーを溶液から堆積させることができる。ポリアリーレン、特にポリフルオレンの好適な溶媒としては、トルエンおよびキシレンなどのモノ−またはポリ−アルキルベンゼンが挙げられる。特に好ましい溶液堆積技術は、スピンコーティングおよびインクジェット印刷である。
「赤色エレクトロルミネッセンス材料」とは、エレクトロルミネッセンスによって、600〜750nm、好ましくは600〜700nm、より好ましくは610〜650nmの範囲の波長を有する、特に好ましくは650〜660nm近傍に発光ピークを有する放射線を発する有機材料を意味する。
多数のホストが先行技術に記載されており、これには以下の「低分子化合物」ホストが含まれる:Ikaiら、Appl.Phys.Lett.、79no.2、2001、156に開示されており、CBPとして知られている4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)ビフェニル、およびTCTAとして知られている(4,4’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン;ならびにMTDATAとして知られているトリス−4−(N−3−メチルフェニル−N−フェニル)フェニルアミンなどのトリアリールアミン。ポリマー、特に以下のホモポリマーもホストとして知られている:例えばAppl.Phys.Lett.2000、77(15)、2280に開示されているポリ(ビニルカルバゾール);Synth.Met.2001、116、379,Phys.Rev.B 2001、63、235206およびAppl.Phys.Lett.2003、82(7)、1006に開示されているポリフルオレン;Adv.Mater.1999、11(4)、285に開示されているポリ[4−(N−4−ビニルベンジルオキシエチル,N−メチルアミノ)−N−(2,5−ジ−tert−ブチルフェニルナフタルイミド];および、J.Mater.Chem.2003、13、50〜55に開示されているポリ(パラ−フェニレン)。コポリマーもホストとして知られている。
好ましい金属錯体は、式:ML1 qL2 rL3 sからなる、任意選択で置換された錯体を含む。式中、Mは金属であり;L1、L2およびL3はそれぞれ配位基であり;qは整数であり;rおよびsはそれぞれ独立に0または整数であり;かつ、(a.q)+(b.r)+(c.s)の合計はMで利用可能な配位部位の数と等しい。ただし、aはL1上の配位部位の数、bはL2上の配位部位の数、cはL3上の配位部位の数である。
・セリウム、サマリウム、ユウロピウム、テルビウム、ジスプロシウム、ツリウム、エルビウムおよびネオジムなどのランタニド金属;ならびに
・d−ブロック金属、特に第2列および第3列金属、すなわち、原子番号39〜48および72〜80の元素、特に、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金および金。
Claims (14)
- 回路素子を備えた電子基板と、前記電子基板の上に配置されたウェル画定用ダブルバンク構造と、前記ウェル画定用ダブルバンク構造によって画定されたウェルに配置された有機半導体材料と、を備え、
前記ウェル画定用ダブルバンク構造が、絶縁材料からなる第1層と、前記第1層の上の絶縁材料からなる第2層とを備え、前記第2層が、前記第1層より低い濡れ性を有し、
前記第2層は、フッ素化ポリマーとフッ素化溶媒を含む溶液から堆積されたフッ素化ポリマーであり、前記フッ素化ポリマーは、ポリ−1,1,2,4,4,5,5,6,7,7−デカフルオロ−3−オキサ−1,6−ヘプタジエンである、
ことを特徴とする電子デバイス。 - 前記電子デバイスが、有機薄膜トランジスターであり、
前記電子基板の前記回路素子が、ソース電極とドレイン電極を備え、前記ソース電極と前記ドレイン電極の上に、前記ダブルバンク構造が配置され、前記ソース電極およびドレイン電極の間に、チャネル領域が画定される、請求項1に記載の電子デバイス。 - 前記有機薄膜トランジスターが、ボトムゲート有機薄膜トランジスターであり、
前記電子基板が、ゲート電極をさらに備え、前記ゲート電極の上にゲート誘電体が配置され、前記ソース電極とドレイン電極が、前記ゲート誘電体の上に配置される、請求項2に記載の電子デバイス。 - 前記電子デバイスが、有機発光デバイスであり、
前記電子基板の前記回路素子が、有機発光デバイスの下部電極を備える、請求項1に記載の電子デバイス。 - 前記有機発光デバイスが、アクティブマトリックス有機発光デバイスであり、
前記電子基板の前記回路素子が、有機薄膜トランジスターをさらに備える、請求項4に記載の電子デバイス。 - 前記ウェル画定用ダブルバンク構造が、前記第1層と前記第2層の間に配置された接着剤の層を備える、請求項1〜5のいずれかに記載の電子デバイス。
- 前記ウェル画定用ダブルバンク構造の前記第1層と前記第2層が、前記ウェルの周りのステップ構造を画定する、請求項1〜6のいずれかに記載の電子デバイス。
- 電子デバイスを製造する方法であって、
前記方法は、
回路素子を備える電子基板を用意することと、
前記電子基板の上にウェル画定用ダブルバンク構造を形成することと、
前記ウェル画定用ダブルバンク構造によって画定されたウェルに有機半導体材料の溶液を堆積させることと、
を含み、
前記ウェル画定用ダブルバンク構造が、絶縁材料からなる第1層と、前記第1層の上の絶縁材料からなる第2層とを備え、前記第2層が、前記第1層より低い濡れ性を有し、
前記第2層は、フッ素化ポリマーとフッ素化溶媒を含む溶液から堆積されたフッ素化ポリマーであり、前記フッ素化ポリマーは、ポリ−1,1,2,4,4,5,5,6,7,7−デカフルオロ−3−オキサ−1,6−ヘプタジエンであり、
前記方法は、前記ウェル画定用ダブルバンク構造を形成した後、かつ、前記有機半導体材料の溶液を堆積させる前に、洗浄ステップをさらに含む、ことを特徴とする方法。 - 前記有機半導体材料の溶液が有機溶媒を含む、請求項8に記載の方法。
- 導電性有機材料をウェルに堆積させた後、前記有機半導体材料をその上に堆積させる、請求項8または9に記載の方法。
- 前記導電性有機材料を水溶液から堆積させる、請求項10に記載の方法。
- 前記洗浄ステップの後、かつ、前記ウェル画定用ダブルバンク構造によって画定されたウェルに前記有機半導体材料または導電性有機材料の溶液を堆積させる前に、前記ウェル画定用ダブルバンク構造をベーキングステップにかける、請求項8〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ベーキングステップが、前記導電性有機材料を堆積させた後、かつ、前記有機半導体材料を堆積させる前に行われる、請求項12に記載の方法。
- 前記ベーキングステップが、150〜250℃の範囲の温度で行われる、請求項12または13に記載の方法。
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