JP2004349260A - 低水分ドナー要素 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ＯＬＥＤデバイス製造用の感湿性レーザー転写型ドナー要素に固有の水分の悪影響を小さくすること。
【解決手段】 ＯＬＥＤデバイスへ感湿性有機材料を転写する際に用いられる低水分ドナー要素であって、
（ａ）低水分透明支持体；
（ｂ）該要素の吸収効率を高める任意の吸収体反射防止層；
（ｃ）該低水分透明支持体の上に設けられた吸熱性金属層；および
（ｄ）該支持体の上に設けられた１または２以上の伝熱性有機層からなる有機転写層
を含んで成る低水分ドナー要素。
【選択図】 図１
【解決手段】 ＯＬＥＤデバイスへ感湿性有機材料を転写する際に用いられる低水分ドナー要素であって、
（ａ）低水分透明支持体；
（ｂ）該要素の吸収効率を高める任意の吸収体反射防止層；
（ｃ）該低水分透明支持体の上に設けられた吸熱性金属層；および
（ｄ）該支持体の上に設けられた１または２以上の伝熱性有機層からなる有機転写層
を含んで成る低水分ドナー要素。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ドナー要素からＯＬＥＤデバイス等の受容デバイスへの有機材料の熱転写に関する。
赤色画素、緑色画素及び青色画素（一般的に「ＲＧＢ画素」と称される）等の着色画素アレイを有するカラー又はフルカラー有機電場発光（ＥＬ）ディスプレイ（有機発光ダイオードデバイス又はＯＬＥＤデバイスとしても知られている）において、ＲＧＢ画素を生成するには、発色性有機ＥＬ媒体の正確なパターンニングが必要である。基本的なＯＬＥＤデバイスでは、共通して、アノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に挟持された有機ＥＬ媒体とを備えている。有機ＥＬ媒体は、１層以上の有機薄膜から構成することができる。ここで、上記層の一つが主として光発生、すなわち電場発光に関与する。この特定の層は、一般に有機ＥＬ媒体の発光層と称される。有機ＥＬ媒体に存在する他の有機層は、主として電子輸送機能を果たすことができ、正孔輸送層（正孔輸送について）又は電子輸送層（電子輸送について）と称される。フルカラーＯＬＥＤディスプレイパネルにおいてＲＧＢ画素を形成する際、有機ＥＬ媒体の発光層又は有機ＥＬ媒体全体を正確にパターニングする方法を考案する必要がある。
高解像度ＯＬＥＤディスプレイをパターニングするのに好適な方法が、Grande他による米国特許第５８５１７０９号明細書に開示されている。この方法は、順に、１）対向する第一面と第二面を有する基板を準備する工程と、２）該基板の第一面上に光透過性断熱層を形成する工程と、３）該断熱層上に光吸収層を形成する工程と、４）該基板に、該第二面から該断熱層に延びる開口部のアレイを設ける工程と、５）該光吸収層の上に転写可能な発色性有機ドナー層を形成する工程と、６）該ドナー基板を、ディスプレイ基板に対し、該基板における開口部と当該デバイス上の対応するカラー画素との間で配向関係をなすように、正確に整列させる工程と、そして７）輻射線源を用いて、該開口部上の光吸収層に、該ドナー基板上の該有機層を該ディスプレイ基板に転写させるのに十分な熱を発生させる工程とを含む。Grande他の方法の問題は、ドナー基板上に開口部のアレイをパターニングしなければならないことである。別の問題は、ドナー基板とディスプレイ基板との間に精密な機械的アラインメントが必要となることである。さらに、ドナーパターンが固定されるため、その変更が容易にはできないという問題もある。
Littman及びTang（譲受人共通の米国特許第５６８８５５１号）は、パターン化されていないドナーシートからＥＬ基板に有機ＥＬ材料をパターン転写することを教示している。Wolk等による一連の特許(米国特許第６１１４０８８号、第６１４０００９号、第６２１４５２０号及び第６２２１５５３号)は、レーザービームを用いてドナーの選択された部分を加熱することにより、ＥＬデバイスの発光層をドナー要素から基板へ転写することができる方法を教示している。各層は、デバイスの機能に利用される動作層又は非動作層である。
これらの方法において、電場発光材料を含有するドナーを、輻射線により加熱し、活性デバイスの一部を既に含んでいてもよいレシーバーに転写する。次に、さらなる層を適用することにより、デバイスを完成させることができる。このプロセスにより、電子又は正孔伝導体ホストとドーパントとを含有する好適なドナーを使用して色をパターニングできる。最終の発光デバイスは、ドーパントが一緒に混合されていて良好に発光するようなものでなければならない。２種以上の材料を同時に共蒸発させ、かつ、一定の制御比を維持することは困難である。また、これらの輻射線転写式デバイスから得られる発光が、効率の向上を示す必要もある。
ＯＬＥＤデバイス製造分野の当業者にとって、高品位、高効率、高安定性のデバイスを取得するために水分の管理が重要であることは周知事項である。ドナー要素の支持体として熱的に適した材料のほとんどが、室温および相対湿度１００％の条件下、または水に浸漬した時に、０．１％〜１．０％の平衡含水率を示すようになる。支持体材料中に水分が存在すると、それを細心の注意をもって制御しない場合、ＯＬＥＤデバイスを劣化させるおそれがある。ドナー要素中にこのような水分が存在すると、当該支持体上への金属吸収層のコーティング、当該支持体上への有機転写層のコーティング、およびＯＬＥＤデバイス上への有機転写層のコーティングが損なわれるおそれがある。
本発明の目的は、ＯＬＥＤデバイスの製造に用いられるもののような、感湿性のレーザー転写ドナー要素に固有の水分の悪影響を小さくすることである。
上記の目的は、ＯＬＥＤデバイスへ感湿性有機材料を転写する際に用いられる低水分ドナー要素であって、
（ａ）低水分透明支持体；
（ｂ）該要素の吸収効率を高める任意の吸収体反射防止層；
（ｃ）該低水分透明支持体の上に設けられた吸熱性金属層；および
（ｄ）該支持体の上に設けられた１または２以上の伝熱性有機層からなる有機転写層
を含んで成る低水分ドナー要素によって達成される。
（ａ）低水分透明支持体；
（ｂ）該要素の吸収効率を高める任意の吸収体反射防止層；
（ｃ）該低水分透明支持体の上に設けられた吸熱性金属層；および
（ｄ）該支持体の上に設けられた１または２以上の伝熱性有機層からなる有機転写層
を含んで成る低水分ドナー要素によって達成される。
透明支持体材料から水分を除去しないと、レーザー露光により吸収体材料がアブレートされやすくなり、よってＯＬＥＤデバイスが汚染されやすくなる。さらに、有機コーティング工程中に透明支持体から漏れ出る水分によって当該有機層が劣化してしまうおそれが極めて高い。実際の有機コーティングステーションにおいて真空暴露させることにより水分を除去するために要する遅延は、製造環境にとって許容できるものではなく、また十分に水分が除去されたことを保証するものでもない。さらに、レーザー書込工程中のアブレーションを回避した場合でも、支持体がレーザーによって加熱された時に放出される水分が、ＯＬＥＤデバイスに悪影響を及ぼす可能性もある。
吸湿し得る透明支持体の使用は、コストのかかる取扱いが必要となり、また偶発的な水分への暴露は、低性能ＯＬＥＤ製品が製造されるまで検出されないままとなり得る。さらに、製品として、このような取扱い上の制限は、顧客にとって多大な不都合となり得る。低水分透明支持体には、面倒な取扱いや保管の必要性はないが、付着性の問題によって、これらの材料から製造された製品を使用するためのオペレーティングスペースが制約される可能性がある。
本発明を、その特定の好ましい態様を具体的に参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明の精神および範囲には、各種バリエーションが可能であることを理解されたい。
ここで図１を参照する。低水分ドナー要素１０は、低水分透明支持体１２の上に任意の接着剤層または表面処理１４を施工してなる。次いで、任意の吸収体反射防止層１６を適用し、その後に吸熱性金属層１８を適用する。有機転写層２８と吸熱性金属層１８とが相互作用しないことを確実にするため、任意の分離層２０を使用してもよい。ここまで説明した要素を低水分ドナー基板２６と称する。有機転写層２８は１または２以上の有機材料からなる。該有機材料は、低水分ドナー要素１０の非被覆面２４に入射するレーザーその他の輻射線２２に応じてＯＬＥＤのようなデバイスへ転写されることになる。
ここで図１を参照する。低水分ドナー要素１０は、低水分透明支持体１２の上に任意の接着剤層または表面処理１４を施工してなる。次いで、任意の吸収体反射防止層１６を適用し、その後に吸熱性金属層１８を適用する。有機転写層２８と吸熱性金属層１８とが相互作用しないことを確実にするため、任意の分離層２０を使用してもよい。ここまで説明した要素を低水分ドナー基板２６と称する。有機転写層２８は１または２以上の有機材料からなる。該有機材料は、低水分ドナー要素１０の非被覆面２４に入射するレーザーその他の輻射線２２に応じてＯＬＥＤのようなデバイスへ転写されることになる。
数多くのハンドブックおよび製造業者データシートに、各種ポリマー樹脂の吸水値が報告されている。これらの値は、ＡＳＴＭ試験法Ｄ５７０（ＡＳＴＭインターナショナルの刊行物）を参照するものが多い。該試験法では、直径５０．４ｍｍ、厚さ３．２ｍｍの成形プラスチックディスクを乾燥して秤量した後、２３℃の水に２４時間浸漬させて再秤量し、質量増加率（％）を記録する。２４時間では、プラスチックが平衡に達するには一般に不十分であるため、水吸収量については飽和値も提供される。飽和させるには数週間を要することもある。表１に、薄膜として利用できるポリマーの各種製造業者が報告している値のサンプリングを示す。このデータは、各種ウェブサイトから入手したものであり、それが信頼できると考えられるディスクレーマーが常に伴う。
報告されることが多い別の値に、ポリマーの水透過度がある。水透過度は、含水量と、当該ポリマーにおける水の拡散係数との積に等しい。これらの値は変動幅が大きく、温度依存性が非常に強いものもある。該値は、ポリマーを乾燥環境に置いた時にポリマーがその吸収水を放出する速さの程度を示すため、関連する値となる。しかしながら、本件出願の場合、主としてポリマーの吸水率に着目する。
用語「低水分透明支持体」は、ＡＳＴＭ試験法Ｄ５７０の試験手順に従って測定された２５℃における水の２４時間吸収率または水の飽和吸収率が０．０５質量％未満である支持体材料として定義される。用語「透明」は、当該支持体に入射する輻射線の主要部が、該低水分透明支持体によって吸収されるのではなく、反射防止層および吸熱性金属層へ透過することを意味する。
レーザー転写用として望ましいものと一般に考えられている材料のほとんどが、高い吸水性を示す。ＰＥＥＫ、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエチレンテレフタレートおよびポリイミドのような材料が挙げられる。一般に、ある種のポリマーは、低水分透明支持体としての資格を有する場合がある。それらには、ポリオレフィン、フッ素化炭化水素および部分フッ素化炭化水素が含まれる。ポリオレフィンの例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンポリマー（例、Zeonor（商標））およびシクロオレフィンコポリマー（例、Topas（商標））が挙げられる。フッ素化および部分フッ素化炭化水素の例として、ポリフッ化ビニリデンおよびポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。
低水分透明支持体の中には、反射防止層または吸熱性金属層に対する密着性が十分ではないものがあるため、該密着性を高めるため、コロナ放電またはプラズマ暴露のような表面変性処理を要するものがある。有名な例としては、一般にTefron（商標）として知られているＰＴＦＥが挙げられる。レーザー転写用の低水分ドナー要素として機能するためには、任意の吸収体反射防止層および吸熱性金属層をコーティングする前に、低水分透明支持体に接着剤層を適用することが必要となる場合もある。
金属を含む材料の、ポリオレフィンを含むプラスチックに対する密着性を高めるためにプラズマ表面処理（ＰＳＴ）を使用することは知られており、米国特許第５５３８８４１号明細書およびその中の文献に記載されている。表面化学を変化させて密着性を高めるための表面処理技法としては、コロナ放電処理（ＣＤＴ）のような別の方法も知られている。場合によっては、これらの処理方法を使用して、吸収体反射防止層または吸熱性金属層の低水分透明支持体に対する密着性を高めることもできる。該処理は実在する物理的範囲（厚さ）を有しないが、図１には、任意の接着剤層または表面処理１４として図示されている。任意の接着剤層または表面処理１４は、クロムや銀のような材料または誘電体の薄膜であって、低水分透明支持体１２に、または上述したＣＤＴもしくはＰＳＴのような表面処理の１つを経た低水分透明支持体に対して密着することができるものからなることもできる。
低水分ドナー基板を製造するための低水分透明支持体を選択することに加え、感湿性有機材料の熱転写に要求される極めて低い水分環境を一層改良するために採用することができるステップが他にもある。これらのステップについて説明する。
１．材料の厚さおよび拡散係数にもよるが、低水分透明支持体または低水分ドナー基板を１０分を超える期間真空に暴露する。単一シートは１０〜１００分間で有効に真空乾燥され得るが、積重ねシートや全ロール体の場合には１年以上かかることもある。これは、乾燥時間が材料の面積やロールの厚さによって変わるからである。このプロセスは、それ自体、スループットが問題とならない研究使用には有益であるが、製造環境ではコストがかかる。
２．低水分透明支持体または低水分ドナー基板を乾燥環境または真空環境においてベーキングする。ポリマーの拡散率は温度依存性が非常に高い。ポリマーを加熱すると、隣接環境のＲＨを低下させることにより当該材料からより多くの水分が強制排出されるだけでなく、該プロセスが起こる速度も高くなる。感湿性有機材料の転写用のドナー要素を製造する上で、ベーキングは重要な工程である。しかしながら、製造工程が複雑化し、そのコストも増すため、有効なベーキングに要する時間と設備を極力削減するためにも、透明支持体が低水分透明支持体であることがきわめて重要となる。
３．最初から低水分透明支持体に水分を一切吸収させないようにする。水分が材料中に入り込むのは容易であるが、水分を取り除くのは困難である。有効な戦略は、低水分透明支持体をそれが製造された日から乾燥状態を保持することである。熱可塑性樹脂は溶融樹脂から押し出されて薄い支持体となる。このプロセスは、押し出される具体的ポリマー樹脂に特徴的な高温において行われる。押出時、ポリマーは乾燥加熱されるため、室温においてポリマーが保持し得る水分はほんのわずかな量になる可能性が高い。押出し直後の支持体の大きなロール体を、耐透水性包装と乾燥剤を併用することにより低ＲＨ環境中に保存することができる。これと低水分透明支持体の低吸水性とを組み合わせることにより、感湿性有機材料の熱転写にとって極めて好適な環境を創出することができる。
ここで図２を参照する。真空ロールコーティング装置３０において、任意の接着剤層または表面処理１４、任意の吸収体反射防止層１６および吸熱性金属層１８をコーティングすることが実用的である。一定長さの低水分透明支持体１２を心材に巻き付け、これを供給ローラー３２に配置し、遊びローラー３６を縫うように通し、そして巻取りローラー３４の心材に定着する。コーティングすべき材料を付着源４０に供給する。付着源はスパッタ源、e-ビーム源または熱蒸発源であることができる。コーティング領域を制限するため開口部４２を使用する。
例１
ＰＶＤＦ樹脂の押出体である厚さ３ミル（76.2μm）のKynar（商標）支持体（Westlake Plastics社製）を使用することにより好適な態様である低水分ドナーを調製した。ＰＶＤＦは、本発明の定義により、低水分透明支持体である。長さ約１０ｍのＰＶＤＦをアルミニウム製心材に巻き付けてロール体にし、これを図２に示したウェブ輸送の供給ローラーに配置した。輸送全体をガラス鐘形真空コーター内に配置した。コーターを排気してその基準圧力を８×１０-7トルにした。真空状態で１時間経過後、支持体を供給ローラーと巻取りローラーの間で輸送させた際に目立った圧力上昇は認められなかった。このことは、当該ロール体の内部が巻き出されて新たに真空に暴露された際にそこから発生する水分量が有意ではないことを示唆するものである。このような挙動は、ポリスルホン、ポリイミド、ＰＥＴまたはＰＥＮのような典型的な高水分透明支持体の挙動とは極めて対照的であった。高水分透明支持体のロール体を真空コーターに配置した場合、ウェブの輸送時には常時、基準圧力が１０-5トルを上回ることとなる。この問題は、ロール状支持体を真空下、８０℃で４日間（ＰＥＴ、ＰＥＮ）または１２０℃で１日（ポリスルホン、ポリイミド）、ベーキング処理することにより解決された。
ＰＶＤＦ樹脂の押出体である厚さ３ミル（76.2μm）のKynar（商標）支持体（Westlake Plastics社製）を使用することにより好適な態様である低水分ドナーを調製した。ＰＶＤＦは、本発明の定義により、低水分透明支持体である。長さ約１０ｍのＰＶＤＦをアルミニウム製心材に巻き付けてロール体にし、これを図２に示したウェブ輸送の供給ローラーに配置した。輸送全体をガラス鐘形真空コーター内に配置した。コーターを排気してその基準圧力を８×１０-7トルにした。真空状態で１時間経過後、支持体を供給ローラーと巻取りローラーの間で輸送させた際に目立った圧力上昇は認められなかった。このことは、当該ロール体の内部が巻き出されて新たに真空に暴露された際にそこから発生する水分量が有意ではないことを示唆するものである。このような挙動は、ポリスルホン、ポリイミド、ＰＥＴまたはＰＥＮのような典型的な高水分透明支持体の挙動とは極めて対照的であった。高水分透明支持体のロール体を真空コーターに配置した場合、ウェブの輸送時には常時、基準圧力が１０-5トルを上回ることとなる。この問題は、ロール状支持体を真空下、８０℃で４日間（ＰＥＴ、ＰＥＮ）または１２０℃で１日（ポリスルホン、ポリイミド）、ベーキング処理することにより解決された。
Kynarウェブを輸送して開口部を通過させる際に、６ミリトルのアルゴンのバックグラウンドガス中でのｄｃマグネトロン式スパッタ法により、厚さ約４０nmのシリコン層をコーティングした。該シリコン層を任意の吸収体反射防止層１６として機能させた。ウェブを再度供給スプールに巻取り、そして当該系を乾燥窒素で排気した。シリコン源を素早くクロム源に交換し、そして真空チャンバを再度排気して１０-6トルにした。シリコン付きKynarウェブを輸送して開口部を通過させる際に、３ミリトルのアルゴンのバックグラウンドガス中でのｄｃマグネトロン式スパッタ法により、シリコン層の上に厚さ約４０nmのクロム層をコーティングした。該クロム層を吸熱性金属層１８として機能させた。この低水分ドナー基板（シリコン層およびクロム層を具備したKynar）を切断してシート状にし、そして実験室内環境（典型的には２２℃、３０％ＲＨ）で保存した。Kynarの特性に基き、当該支持体の平衡含水率は約０．００３％〜０．０１２％の範囲内にあるものと予測される。
シート状低水分ドナー基板を第２真空系内に配置した。この低水分ドナー基板上に、有機転写層として、厚さ２０nmの2-tert-ブチル-9,10-ビス(2-ナフチル)アントラセン（TBADN）と、続いて厚さ０．２５nmのテトラ-tert-ブチル-ペリレン（TBP）とを蒸発付着させて、ＯＬＥＤ処理用の低水分ドナー要素１０を製造した。この要素は、ＯＬＥＤデバイスの青色発光層を提供することができた。該有機転写層を、青色低水分ドナー要素１０から、工程内のＯＬＥＤデバイスへ、波長８１０nmの走査型赤外レーザーを使用して青色単純ドナー要素１０を加熱することにより、転写した。レーザースポットは０．０１０mm×２．５６mmとし、そして全出力パワーは１．５Ｗとした。寸法０．０１mmの方向における掃引速度を１００mm/sとすることで、ドナー要素を、約１００ミリ秒の時間、６．１mJ/mm2のエネルギーに暴露した。この暴露は、ドナーシートから工程内ＯＬＥＤデバイスへ有機物を転写させるのに十分であった。デバイスの完成により、当該化学組成から予測されるように、青色要素が得られた。レーザー転写層の有無によりＯＬＥＤデバイスのＣＩＥ色座標を比較した。レーザー転写材料を含まない対照用デバイスは、ＣＩＥｘ＝３．４８；ＣＩＥｙ＝０．５２８を示した。上述のデバイスは、ＣＩＥｘ＝０．１６８；ＣＩＥｙ＝０．２０６を示した。これにより、青色発光層が首尾よく適用されたことが示された。
１０…低水分ドナー要素
１２…低水分透明支持体
１４…任意の接着剤層または表面処理
１６…任意の吸収体反射防止層
１８…吸熱性金属層
２０…任意の分離層
２２…輻射線
２４…非被覆面
２６…低水分ドナー基板
２８…有機転写層
３０…真空ロールコーティング装置
３２…供給ローラー
３４…巻取りローラー
３６…遊びローラー
４０…付着源
４２…開口部
１２…低水分透明支持体
１４…任意の接着剤層または表面処理
１６…任意の吸収体反射防止層
１８…吸熱性金属層
２０…任意の分離層
２２…輻射線
２４…非被覆面
２６…低水分ドナー基板
２８…有機転写層
３０…真空ロールコーティング装置
３２…供給ローラー
３４…巻取りローラー
３６…遊びローラー
４０…付着源
４２…開口部
Claims (7)
- ＯＬＥＤデバイスへ感湿性有機材料を転写する際に用いられる低水分ドナー要素であって、
（ａ）低水分透明支持体；
（ｂ）該要素の吸収効率を高める吸収体反射防止層；
（ｃ）該低水分透明支持体の上に設けられた吸熱性金属層；および
（ｄ）該支持体の上に設けられた１または２以上の伝熱性有機層からなる有機転写層
を含んで成る低水分ドナー要素。 - 該支持体が、ポリメチルペンテン、ポリエチレンもしくはポリプロピレンのようなポリオレフィン；ポリフッ化ビニリデンもしくはポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素化炭化水素；環状オレフィンポリマー；または環状オレフィンコポリマーを含む、請求項１に記載のドナー要素。
- ＯＬＥＤデバイスへ感湿性有機材料を転写する際に用いられるドナー要素であって、
（ａ）低水分透明支持体；
（ｂ）該要素の吸収効率を高める吸収体反射防止層；
（ｃ）該低水分透明支持体の上に設けられた吸熱性金属層；および
（ｄ）該支持体の上に設けられた１または２以上の伝熱性有機層からなる有機転写層
を含んで成るドナー要素。 - さらに、密着性を高めるため該低水分透明支持体に接着剤層または表面処理を施した、請求項３に記載のドナー要素。
- 該接着剤層または表面処理が、コロナ放電処理（ＣＤＴ）またはプラズマ表面処理（ＰＳＴ）を含む、請求項４に記載のドナー要素。
- 該接着剤層が、金属または誘電体を付着させた厚さ１０ｎｍ未満の層を含む、請求項４に記載のドナー要素。
- 該接着剤層が、金属または誘電体を付着させた厚さ１０ｎｍ未満の層を含む、請求項５に記載のドナー要素。
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