JP2004512675A - 有機デバイスのための電極及び／又は導体路、及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、有機デバイス、特に、導電性の高解像度の、微細に構造化された電極路を有する、電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）及び／又は発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のようなデバイスのための電極に関する。この場合、電極及び／又は導体路は、有機機能性ポリマーからなる導電性又は非導電性の層を化合物で処理することによって製造する。それというのは、この化合物が、有機材料からなる層を、接触箇所で非活性化又は活性化する、つまり導電性又は非導電性にするからである。層の非導電性の領域は、除去することができる。

Description

【０００１】
本発明は、有機デバイス、特に、導電性であって微細に構造化された電極路を有する、電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、フォトエレクトロニック部品及び／又は発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のようなデバイスのための電極及び／又は導体路に関する。
【０００２】
有機物ベースの導電性の電極路は、「Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ」（Ｔ． Ｍａｅｋｅｌａｅら、「Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｍｅｔａｌｓ」１０１、（１９９９）、７０５〜７０６頁）により公知である。そこには、導電性のポリアニリン層（ＰＡＮＩ）を基体上に塗布する方法が記載されており、その後、ポジ型フォトレジスト層でこのポリアニリン層を被覆する。乾燥後、フォトレジスト層に、シャドウマスクを通してＵＶ光を照射する。露光された箇所のフォトレジストを、塩基性の現像液によって除去し、この現像液によって同時に、露光された箇所で露出したポリアニリンは、化学反応によって非導電性の形態に変化する。しかし、この方法の不都合な点は、塩基で処理した領域から塩基性の物質が、極めて薄い導電性のフィンガー構造内にしだいに拡散してきて、このフィンガー構造が部分的に脱プロトンしてしまい、これにより、その導電性に持続的にネガティブな影響を与えてしまうことである。
【０００３】
さらに、「Ｌｏｗ−ｃｏｓｔ ａｌｌ ｐｏｌｙｍｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ」（Ｃ．Ｊ．Ｄｕｒｙら、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ ７３、Ｎｏ．１、１０８／１１０頁）により、ポリアニリンを、光開始剤と共に基体上に塗布できることが公知であり、この場合も、乾燥後、シャドウマスクを通して照射し、露光された箇所を化学的に処理して非導電性の形態に変化させることができる。
【０００４】
上で述べたフォトレジストもしくは光開始剤を使用する方法で不都合なのは、これらの方法は比較的コストがかかってしまうということである。それというのは、これらの方法は、電極を得るために、ＰＡＮＩのような導電性の有機材料からなる層でさえ複数の作業段階を必要とするからである。
【０００５】
本発明の課題は、有機機能層の長寿命で高解像度の導電性の回路及び／又は電極を、基体上に設ける際のプロセス段階を合理化することである。
【０００６】
本発明の対象は、有機機能性ポリマーを化合物で処理することによって製造可能な電極及び／又は導体路（２′）である。さらに、本発明の対象は、有機機能性ポリマーを化合物で処理することによって電極及び／又は導体路を製造する方法である。
【０００７】
有利な実施態様によれば、電極及び／又は導体路は、有機機能性ポリマーを部分的に活性化する又は不活性化することによって製造する。
【０００８】
本発明の有利な実施態様は、高解像度の導電性の構造を、導電性の有機層を塗布することによって基体上に形成し、非導電性の有機マトリックスを、構造化によって導電性の有機層内に形成する方法であって、非導電性のマトリックスを非塩基性の溶剤を使用して又は酸化的なエッチングによって続いて選択的に除去することを特徴としている。
【０００９】
これによって、形成された導電性の構造、つまり基体上のウェブ又はフィンガーは、非導電性の領域から拡散する塩基性の物質による破壊から効果的に保護される。形成された構造は、空気に対して不安定でなく、これにより、電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）又は発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のような、前述の構造から得られるすべての有機オプトエレクトロニックデバイスの長寿命が保証される。
【００１０】
本発明の枠内では、基体というのは、たとえば、支持体シートのようなフレキシブルな基体であると理解されたい。この支持体シート又はフレキシブルでない基体は、すでに１つ又は複数の機能層を有していることもできるし、有していなくてもよい。
【００１１】
有利には、導電性の有機層を、ブレード塗布、吹きつけ、スピンコーティング又はスクリーン印刷法によって基体上に塗布する。この溶液からなるポリマー材料は塗布可能であるので、特に、スクリーン印刷法によって極めて均一な薄層が得られる。この導電性の有機ポリマーは、有利には、たとえばショウノウスルホン酸（ＣＳＡ）でドープされたポリアニリンである。選択的に不活性化されるすべての導電性の有機材料が、ここで使用可能である。塩基の作用下で非導電性の状態に移行できる又は酸化的にエッチング除去できるものであれば、特に別の導電性ポリマーを使用することもできる。
【００１２】
別の実施態様によれば、非導電性の有機マトリックスを、選択された領域で導電性の層を脱プロトンすることによって形成する。このためには、たとえば、まず導電性の層を、ドープされたポリアニリン（ＰＡＮＩ）から又はポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）のような別の導電性の有機材料から形成する。その上に、フォトレジスト、たとえば市販のポジ型フォトレジストからなる薄層を形成する。フォトレジストを、構造化された露光によって、たとえばシャドウマスクを使用して、選択された領域で塩基可溶にして、この塩基可溶性の領域を塩基性の溶剤によって剥離する。
【００１３】
この方法で有利であるのは、その下にある、つまり露出したポリアニリン層を、塩基性の溶剤によって脱プロトンして、これにより非導電性にすることである。塩基性の溶剤としては、液体のテトラブチルアンモニウム化合物もしくはこの溶液を使用することができる。別の塩基性の溶剤又は現像液は、たとえば「ＡＺ１５１２ＨＳ」（Ｍｅｒｃｋ社）である。
【００１４】
次に、残されたフォトレジストを、たとえば低級アルコール又はケトンのような適当な溶剤で剥離する。
【００１５】
非塩基性の溶剤を使用した非導電性のマトリックスの剥離は、この段階前又はこの段階後に行うことができる。非塩基性の溶剤としては、特に前もって新しく蒸留したジメチルホルムアミドを使用する。これにより、この溶剤がアミン不含であることが保証される。同時にこれにより、アミンによる微細な導電性のフィンガーの脱プロトンが防止されることが保証される。非導電性のマトリックスを、たとえば酸化的にエッチング除去する場合には、この段階は、フォトレジストの除去の前に行わなくてはならない。
【００１６】
本発明の有利な実施態様では、有機機能層を、導電性を有するように平らに基体上に塗布する。有機機能性ポリマーのこの層が化合物で処理される箇所で、有機機能性ポリマーが非導電性の形態に変化する。
【００１７】
別の実施態様によれば、有機機能性ポリマーを、化合物を印刷することによって処理する。このための有利な印刷方法は、（解像度の低い順に挙げると）オフセット印刷、スクリーン印刷、パッド印刷及び／又はマイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ印刷）である。
【００１８】
化合物を印刷することによって、有機機能性ポリマーの導電性の著しい変化が得られる。この印刷技術によって、機能層の微細な構造化を得ることができる。この場合、解像度は、各印刷方法の性能に依存する。
【００１９】
この印刷は、たとえばパッド印刷で行われるようにスタンプを使用して、又はスタンプロールを使用して連続的な方法で行われる。
【００２０】
別の実施態様（マイクロコンタクトプリンティング）によれば、有機機能性ポリマーを不活性化又は活性化する化合物を、スタンプに吸収させる。この場合、このスタンプは、吸収性のシリコーンエラストマーからなっていてよい。
【００２１】
この化合物は、有利には、例えばアミン、水酸化物などのような塩基である。原則的には、すべての塩基、特に脱プロトンを行う塩基を使用することができる。
【００２２】
「有機材料」又は「有機機能性ポリマー」という概念は、ここでは、有機プラスチック、有機金属プラスチック及び／又は有機−無機プラスチック（ハイブリッド）、特に英語でたとえば「ｐｌａｓｔｉｃｓ」と呼ばれる合成物質のすべての種類を含む。伝統的なダイオードを形成する半導体（ゲルマニウム、ケイ素）及び典型的な金属導体を除く、すべての種類の材料のことである。定説的な意味での炭素を含有した材料としての有機材料に制限されることはなく、むしろ、たとえばシリコーンの広範な使用が考えられている。さらに、この用語は、分子量を考慮した、特にポリマー及び／又はオリゴマー材料を考慮した制限を何ら受けることはなく、「低分子」の使用もまったく可能である。また、機能性ポリマーの「ポリマー」という用語部分は、歴史的に生み出されたものであり、その限りでは、実際のポリマー化合物の存在に対する表現を含んでいない。
【００２３】
この方法のためには、たとえば基体（プラスチック、ガラスなど）上に、流延塗布、スピンコーティング、ブレード塗布などによって、導電性のポリアニリンの薄層を形成する。塩基性の化合物（アミン、水酸化物）を印刷する際に、ＰＡＮＩは、塩基との接触位置で脱プロトンし、これによってその導電性を失う。電極及び／又は導体路の製造後、層全体をさらに洗浄して乾燥し、これによって固定する。続いて行う洗浄によって、機能性ポリマーの脱プロトンされた非導電性の領域が選択的に除去できる。
【００２４】
非導電性にすべき領域に印刷するのと同様に、電極／導体路を形成する薄い導電性のフィンガー領域のみに印刷することが可能である。
【００２５】
印刷法と、シャドウマスクを通しての照射及び／又は露光との組み合わせも可能である。
【００２６】
本発明による方法は、特に、導電性及び微細構造化された電極もしくは電極路を必要とする有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）又はフォトエレクトロニック部品の製造に適している。
【００２７】
次に、本発明による方法を、本発明のただ１つの実施例を示した図１の工程図に基づき、詳細に説明する。
【００２８】
まず、たとえばポリエチレン−、ポリイミド−、しかし有利にはポリテレフタレートシートから形成された基体１上に、ショウノウスルホン酸（ＣＳＡ）でドープされたポリアニリン（ＰＡＮＩ）からなる導電性の層２を、たとえばスピンコーティングによって均一に塗布する。次に、この導電性の層２上に、たとえば再びスピンコーティングによってポジ型フォトレジストの薄層４を塗布し、続いてこの層４を、シャドウマスク５を通してＵＶ光で露光する。光に当たった箇所で、フォトレジストは化学反応によって可溶性に、この場合、特に塩基可溶性になる。これに続いて、基体全体を、テトラブチルアンモニウム化合物又はＡＺ１５１２（Ｍｅｒｃｋ）のような塩基性の溶剤に浸け、これによって、フォトレジストの照射された領域を除去する。これと同時に、その下にある導電性のポリアニリン領域、いわゆるグリーンＰＡＮＩが、塩基性の溶剤もしくは現像液と接触し、この時、このＰＡＮＩは脱プロトンして、非導電性の変態、いわゆるブルーＰＡＮＩに変化する。フォトレジストは、適当な溶剤、有利にはイソプロパノールによって除去する。さらに、基体を、蒸留直後の、従ってアミン不含のジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）中に浸し、この時、非導電性のマトリックス３が剥離する。このようにして、シャドウマスクによって前もって付与された構造を有する導電性のＰＡＮＩウェブもしくは−電極もしくは−電極路２′が得られる。場合によっては、ＰＡＮＩ電極もしくは−電極路の表面をショウノウスルホン酸で飽和させるために、基体を、後から短時間、ショウノウスルホン酸（ＣＳＡ）水溶液に浸し、これによって、高い導電性が保証される。一方、非導電性のマトリックスの剥離を、ショウノウスルホン酸（ＣＳＡ）とすでに混合したジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）によって行うこともできる。
【００２９】
さらに別の態様では、基体を、フォトレジスト層の現像後、反応性のエッチング溶液に浸し、これにより、露出した領域（３）を酸化的に除去する。このためには、たとえば濃硫酸２５０ｍｌと過マンガン酸カリウム７．５ｇの水溶液１００ｍｌとの混合物を使用する。
【００３０】
ポジ型フォトレジストの代わりに、もちろん、ネガ型フォトレジストを使用することもでき、このネガ型フォトレジストは、ＵＶ照射によって露光された領域で架橋を形成する。この露光されていない領域は、可溶のままであり、適当な溶剤によって除去することができる。適当なフォトレジスト系は、たとえば、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ（３．）１７， ６８０〜７０８頁に記載されている。
【００３１】
本発明による方法によって、長寿命を有する信頼性の高い高解像度の導電性の構造を、基体上に得ることができる。
【００３２】
本発明は、有機デバイス、特に、導電性の微細に構造化された電極路を有する、電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）及び／又は発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のようなデバイスのための電極に関する。この場合、電極／導体路を、有機材料からなる導電性又は非導電性の層を化合物と簡単に接触させることによって製造し、それというのは、この化合物が、有機材料からなる層を接触箇所で不活性化する又は活性化する、つまり導電性又は非導電性にするからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による方法の実施態様の工程図である。

Claims (16)

  1. 有機機能性ポリマーを化合物で処理することによって製造可能である、電極及び／又は導体路（２′）。
  2. 有機機能性ポリマーが、化合物で処理する前に導電性であって、層（２）として存在する、請求項１記載の電極及び／又は導体路。
  3. 有機機能性ポリマーが、ポリアニリン、ドープされたポリアニリン又は別の導電性の有機材料である、請求項１又は２記載の電極及び／又は導体路。
  4. 化合物が塩基又は酸化剤である、請求項１から３までのいずれか１項記載の電極及び／又は導体路。
  5. 処理後に非導電性となった層の領域（３）を選択的に除去することによって製造可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の電極及び／又は導体路。
  6. 層の前記領域（３）が、処理後に脱プロトンされている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電極及び／又は導体路。
  7. 有機機能性ポリマーを化合物で処理することによって電極及び／又は導体路を製造する方法。
  8. 化合物を印刷することによって、有機機能性ポリマーを処理する、請求項７記載の方法。
  9. 電極及び／又は導体路を、有機機能性ポリマーを部分的に活性化又は不活性化することによって製造する、請求項７又は８記載の方法。
  10. 有機機能性ポリマーからなる層（２）を形成し、この層（２）上にフォトレジストからなる層（４）を形成し、このフォトレジストを構造化された露光によって選択された領域で可溶にし、この可溶な領域を除去し、さらに、露出した領域（３）を、塩基との接触によって脱プロトンするか又は酸化剤との接触によってエッチング除去し、次の段階で、残されたフォトレジストを剥離する、請求項７から９までのいずれか１項記載の方法。
  11. 有機機能性ポリマーからなる層を、ブレード塗布、スピンコーティング、吹きつけ又はスクリーン印刷法によって製造する、請求項１０記載の方法。
  12. 露光されたフォトレジストの可溶な領域を、このフォトレジストの選択的な除去と同時にその下にある領域（３）を脱プロトンする塩基性の溶剤を使用して除去する、請求項１０又は１１記載の方法。
  13. 酸化剤として、硫酸と過マンガン酸カリウム水溶液との混合物を使用する、請求項１０又は１１記載の方法。
  14. 有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）を製造するための、請求項７から１３までのいずれか１項記載の方法。
  15. 有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を製造するための、請求項７から１４までのいずれか１項記載の方法。
  16. フォトエレクトロニック部品を製造するための、請求項７から１５までのいずれか１項記載の方法。
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