JP2004516641A

JP2004516641A - 電解発光装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004516641A
Application number: JP2002553253A
Authority: JP
Inventors: エフイェーイェーファントンゲレンヘンリクス; セードインフェルトポーラス
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2004-06-03
Also published as: CN1223022C; TW533446B; US20020079832A1; EP1346420A1; KR20020077486A; CN1426606A; WO2002052660A1

Abstract

電界発光装置は、パターン式インクジェット印刷電極を具える。前記電極は、電荷を前記電界発光装置の電界発光層に供給し、金属または合金を具える。このような電界発光装置を製造する方法において、前記電極を、溶けた金属または合金をインクジェット印刷することによって形成する。

Description

【０００１】
本発明は、電解発光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
一般に、電界発光（ＥＬ）装置は、電流が流れるときに光を放出することができるＥＬ材料を具える装置であり、前記電流を電極によって供給する。前記電極間に配置された、前記ＥＬ材料、または、もしあれば、なにか他の機能材料が、有機または重合性質である場合、前記装置を、各々、有機または重合（ｉｃ）ＥＬ装置と呼ぶ。本発明の文脈において、有機と言う用語は重合を含む。
【０００３】
発光ダイオードとも呼ばれるダイオード型のＥＬ装置は、電流を一方向において選択的に流し、一般に、ホール注入電極（アノードとも呼ばれる）と電子注入電極（カソードとも呼ばれる）との間に配置されたＥＬ材料を具える。適切な電圧の印加に応じて、ホールおよび電子が前記ＥＬ材料中に、前記アノードおよびカソードを各々経て注入される。光は、前記ＥＬ材料内のホールおよび電子の発光性再結合によって発生される。異なった有機ＥＬ材料を使用し、放射される光の色を変化させることができる。
【０００４】
ＥＬ材料を光源として使用することができ、特に、有機型のこれらは、ディスプレイ用のバックライトのような大面積の照明用途に好適である。複数の電界発光素子（以下、画素とも呼ぶ）を具える（有機）ＥＬ材料は、モノクロまたは多色ディスプレイ装置、静止画像ディスプレイ、分割ディスプレイ装置、または、パッシブまたはアクティブ型のマトリックスディスプレイのような表示目的に好適である。有機と、特にポリマＥＬ装置を、柔軟にすることができ、または、硬いおよび／または平坦なディスプレイによっては実現できないディスプレイ用途を可能にするように成形することができる。
【０００５】
米国特許明細書第５７０１０５５号において、複数の発光部分を有する電界発光ディスプレイパネルが開示されている。前記パネルは、第２電極を上に形成した有機機能層を上に形成した第１電極を具える。前記パネルは、さらに、基板から突き出した電気絶縁ランパートを具える。前記ランパートは、前記基板と平行の方向において突き出した張り出し区分を有する。前記第２電極層を堆積するのに使用される金属蒸気のフラックスに関する影領域を設けることによって、前記ランパートは、パターン化された第２電極層を与える。
【０００６】
既知のＥＬディスプレイパネルの欠点は、前記第２電極層の堆積を、真空堆積法を使用して行うことである。真空ベース堆積法は、一般に、真空の高価な設備を必要とするバッチ方法であり、比較的時間がかかり、薄膜を設けるのに特に適してはいない。
【０００７】
本発明の目的は、とりわけ、これらの欠点を軽減することである。特に、本発明は、連続的なプロセスにおいて望むなら、大量生産において容易にかつ効率的に製造することができるパターン化された電極を有する電界発光装置を提供することを目的とする。前記ＥＬ装置を、その製造が真空設備の使用を含まないようにすべきである。その最も広い意味において、前記装置を、前記電極を容易にかつ正確に、その形成が追加のプロセスステップを必要とするランパートまたは他の構造の助けなしで、パターン化できるようにすべきである。
【０００８】
本発明によれば、これらおよび他の目的は、該電界発光装置が、電荷を該電界発光装置の電界発光層に供給するパターン式インクジェット印刷された電極を具え、前記電極が金属または合金を具える、電界発光装置によって達成される。
【０００９】
インクジェット印刷されたパターン化電極を設けることによって、大量生産によって容易にかつ効率的に製造することができるＥＬ装置が得られる。インクジェット印刷は、高いスループットおよび高解像度を与えることができる確実な堆積方法であり、好適に連続プロセスにおいて用いることができる。２０μｍ程度の特有の最小の特徴を有するパターンを、慣例的な低コストの設備を使用して、正確にかつ機械的に製造することができる。
【００１０】
基板表面において堆積した場合、インクは、流体がとる自然な形状をとる。この性質は、前記基板に関する前記インクの接触角によって特徴付けられる。前記堆積されたインクの自然な形状およびサイズに影響するパラメータは、インクが放出される量および速度（滴容積かける滴頻度）と、ノズル直径と、インクジェットヘッドが前記基板に対して移動する速度とである。インクの滴のジェットの場合において、前記基板において測定された連続的に堆積された滴インク間の距離は、インクジェット電極のサイズおよび形状を制御するのに重要なパラメータである。インクが基板において堆積されたときに自然な形状およびサイズをとるため、前記電極を、その形成に追加のプロセスステップを必要とするランパートまたは同様の構造を使用することなしにパターン化することができる。
【００１１】
本発明の文脈において、インクジェット印刷という用語は、１つのノズルまたは２つ以上のノズル（マルチノズル）からのインクのジェット（流体）の投下を示す。前記ジェットは、個々の滴から成ってもよく、連続的なジェットでもよく、後者の配置を分配とも呼ぶ。所望のパターンを、前記インクジェットヘッドを、インクを堆積すべき表面に関して、ドライバエレクトロニクスによって前記インクジェットヘッドに供給される時間依存入力データ信号に応じて移動することによって得られる。
【００１２】
本発明の文脈において、インクという用語は、懸濁液、溶液、分散液、ペースト、ラッカー、乳液、ゾル等のような、インクジェット印刷ヘッドから放出することができる任意の変形可能な固まり（流体、液体）を示す。
【００１３】
本発明の文脈において、電極という用語は、所望のパターンに従って（集合的に）設けられた複数の電極を含むことを意味する。電極層は、複数の空間的に分離した相互に独立にアクセス可能な電極を具えてもよい。電極を、ＥＬ装置の異なった独立にアドレス可能なＥＬ素子（ＥＬ画素とも呼ぶ）の電界発光層に電荷を供給する共通電極としてもよい。
【００１４】
通常のように、表現“金属または合金を具える電極”における用語“具える”は、他の金属および／または合金の存在を排除しない。特に、前記電極は、金属、合金、または、金属および／または合金の任意の混合物から成ってもよい。金属または合金を具える電極を、金属または合金電極とも呼ぶ。
【００１５】
関連する態様において、本発明は、電荷を電界発光層に供給するパターン化電極を具え、前記電極が、金属または合金を具え、少なくとも５μｍの最大厚を有する横断面を有する、電界発光装置に関する。好適には、前記厚さを、少なくとも１０μｍ、より良好には少なくとも２０μｍとする。５μｍ未満の最大厚において、前記接触角はきわめて小さくなり、前記インクは、得るべき幅が約５０ないし３００μｍの場合、所望の幅に容易に広がることができない。このような電極幅は、画素化ディスプレイに関して代表的である。代表的に０．１ラジアン未満の小さい接触角において、前記インク滴の自然な形状およびサイズは、少しでも達した場合、容易に妨害され、前記インクジェット印刷プロセスを信頼できなくする。前記厚さを、前記電極が設けられる表面に対して垂直の方向における寸法として規定する。インクジェットに最も便利なのは、４０μｍ以上の最大厚を有する電極である。代わりに、インクジェット印刷は、前記最大厚が前記電極の幅の少なくとも４０％である場合、便利に行われる。
【００１６】
本発明のこの態様による電界発光装置の魅力的な特徴は、前記パターン化電極層を、溶解金属または合金のインクジェット印刷によって得ることができることである。溶解金属をインクジェット印刷することによって得た場合、前記電極は、同じパターンにしたがって設けた場合に表面にある流体がとる形状を有する。前記電極をインクジェット印刷によって設けることの利点は、上述した。
【００１７】
インクジェット印刷は、２０μｍ程度の特徴の印刷を可能にし、したがって、前記パターン化電極を、１００ないし３００μｍの画素サイズを有する多画素ＥＬ装置において好適に使用することができる。５０μｍ未満の画素サイズを有する高精細度ディスプレイも得ることができる。
【００１８】
さらに、少なくとも５μｍの最大厚を有することは、前記電極におけるピンホール形成の危険性を減少する。当該技術分野において既知のピンホールは、前記ＥＬ装置における望ましくない暗いスポット形成を招く。この厚さの電極は、有機電界発光層のようなものに覆われたダメージを受けやすい層に関する保護機能も与える。
【００１９】
個々のインク滴を基板上に配置するとき、前記滴は、一般に、最大厚を有する軸方向に対称な凸面の形状をとる。滴とその支持表面との間の接触角によって特徴付けられる、前記支持表面に関する滴の湿潤性に応じて、前記滴の形状は、多かれ少なかれ丸くなる。前記インク滴を電極材料の滴に変更した場合、前記凸面形状は、一般に、保たれる。変更に応じて、加えて、前記滴の堆積が実際的に変わらない場合、少なくとも５μｍの最大厚を、便利にかつ機械的に得ることができる。
【００２０】
個々の滴を含むジェットの場合において、前記インクジェットヘッドをインクを堆積すべき表面に関して移動することによって、滴のアレイをパターンにしたがって形成する。前記滴の頻度と、前記インクジェットヘッドを表面に関して移動する速度とを、相互に調節し、前記滴のアレイが合体し、単一の連続的な構造を形成するようにすることができる。
【００２１】
前記電極層の目的は、印加される電圧に応じて、電荷を、層の形成において代表的に与えられる電界発光材料に供給することである。電荷は、ホールとも呼ばれる場合において正であり、電子とも呼ばれる場合において負である。電荷を供給することは、発光領域の外部の場所から、例えば、接触パッドから、発光領域内の、例えば、特定の画素に輸送することを含む。この電荷輸送を、輸送の方向が、前記電極を設ける表面に対して横であるため、横電荷輸送と呼ぶ。
【００２２】
加えて、電荷輸送は、電荷を、前記電極から離れて、電極層に向かって輸送することにおいて生じる。これを、スタックされたＥＬ装置において、この輸送が前記電極を支持する表面に対して垂直であるため、縦電荷輸送と呼ぶ。多画素ＥＬ装置の場合において、縦電荷輸送は、代表的に、ＥＬ画素の内部で起こる。
【００２３】
縦輸送される間、電荷は、前記電極に隣接する機能層に注入される。この隣接する機能層を、電界発光層、または、前記電極層から離れた方を向く輸送／注入層の側において位置する第２の隣接する機能層に電荷を輸送および／または注入する電荷輸送および／または注入層としてもよい。このようにして、前記電界発光層を、前記電極から、電荷輸送／注入層のような１つ以上の機能層によって分離してもよい。
【００２４】
インクジェット印刷の利点は、前記電極をパターンにしたがって設けた場合、最も活用される。パターン化電極を使用し、画像、ロゴまたは他の種類の記号を表示することができるＥＬ装置を与えることができる。
【００２５】
また、本発明によるパターン化電極を有するＥＬ装置は、分割ディスプレイ装置、および、パッシブまたはアクティブ型のマトリックスディスプレイにおけるような、独立にアドレス可能なＥＬ素子（画素とも呼ばれる）の電極として使用できる。
【００２６】
原理的に、有機、または、より特には重合導電性材料のインクジェット印刷された層も電極として使用できるが、このような電極の導電率は、実際上のディスプレイ用途に関して、十分な横電荷輸送を与えるには低すぎることがわかっている。例えば、パッシブマトリックスディスプレイにおいて、このような有機電極に沿った電圧降下によって、このような電極によってアドレスされる電極間で輝度が許容し得ないほど不一様になる。
【００２７】
金属および合金が、電荷を前記ＥＬ材料に共有する目的に関して十分な導電性であるため、この目的への金属または合金の選択は、決定的なものではなく、どのような金属または合金を使用し、前記電極を製造してもよい。
【００２８】
前記ＥＬ装置は、前記電極が電荷を供給する、一般に層の形状における電界発光材料を具える。本発明の文脈において、使用するＥＬ材料の形式は、決定的なものではなく、当該技術分野において既知のどのようなＥＬ材料を使用することもできる。特に、好適なのは、有機（重合）ＥＬ材料である。このような材料は、低いまたは高い分子量の有機発光または電界発光、蛍光および燐光混合物を含んでもよい。好適な低分子量混合物は、当該技術分野において既知であり、トリス８アルミニウムキノリノール錯体およびクマリンを含む。このような混合物を、真空堆積法を使用して用いることができる。代わりに、低分子量混合物を、ポリママトリックスに埋め込むことができ、または、ポリマに、例えば、メインチェーンに含めることによって、または、サイドチェーンとして、化学的に結合することができ、例えば、ポリビニルカルバゾールとする。
【００２９】
好適な高分子量材料は、共役反復ユニットを有するＥＬポリマ、特に、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリチオフェンビニレン、またはより好適には、ポリ−ｐ−フェニレンビニレンのような、隣接する反復ユニットが共役に結合されたＥＬポリマを含む。特に好適なのは、（青色発光）ポリ（アルキル）フルオレンおよび赤色、黄色または緑色の光を放射するポリ−ｐ−フェニレンビニレンと、２−または２，５−置換ポリフェニレンビニレンであり、特に、これらは、Ｃ_１−Ｃ_２０、好適にはＣ_４−Ｃ_１０、アルキルまたはアルコキシグループのような、２−および／または２，５−位置における溶解性改善サイドグループを有する。好適なサイドグループは、メチル、メトキシ、３，７−ジメチルオクチロキシ、および、２−メチルプロポキシである。より特に好適なのは、２−アリール−１，４−フェニレンビニレン反復ユニットを含むポリマであり、アリールグループを、上述した形式のアルキルおよび／またはアルコキシグループ、特に、メチル、メトキシ、３，７−ジメチルオクチロキシ、または、依然としてより良好に２−メチルプロポキシによって置換する。前記有機材料は、これらの混合物の１つ以上を含んでもよい。これらのようなＥＬポリマを、ウェット堆積技術によって好適に付けることができる。
【００３０】
本発明の文脈において、有機という用語は、重合を含み、ポリマという用語およびそれから得られる付着物は、ホモポリマ、コポリマ、ターポリマ、および、より高い同族体およびオリゴマを含む。
【００３１】
任意に、前記有機ＥＬ材料は、性質において有機または無機の他の物質を含み、これを、分子の規模で均質的に分布させてもよく、または粒子分布の形態において存在させてもよい。特に、電子および／またはホールの電荷注入および／または電荷輸送能力を改善する混合物、放射される光の強度または色を改善および／または変化させる混合物、安定剤等を存在させてもよい。
【００３２】
前記有機ＥＬ層は、好適には、５０ｎｍないし２００ｎｍ、特に、６０ｎｍないし１５０ｎｍ、または、好適には７０ｎｍないし１００ｎｍの平均厚を有する。
【００３３】
前記インクジェット印刷された、または、パターン化された電極は、電荷を前記ＥＬ材料に１つ以上の電荷輸送／注入層を経て供給してもよい。これらのような機能層を、前記電極が正の電荷を供給する場合、ホール注入および／または輸送（ＨＴＬ）層、前記電極が電子を供給する場合、電子注入および／または輸送（ＥＴＬ）層としてもよい。１つ以上の機能層を具えるＥＬ装置の例は、アノード／ＨＴＬ層／ＥＬ層／カソード、アノード／ＥＬ層／ＥＴＬ層／カソード、または、アノード／ＨＴＬ層／ＥＬ層／ＥＴＬ層／カソードの積層品である。
【００３４】
前記金属または合金電極が発光領域の外部から特定の画素への横電荷輸送を与える場合、前記電荷注入／輸送層は、ある画素内での電荷輸送を与えるだけでよく、この場合において、前記電荷注入／輸送層の導電率を、前記電極導電率よりかなり小さくすることができる。
【００３５】
前記ＥＬ層がダイオード形式のものである場合、電荷注入／輸送層の仕事関数を、好適には、前記ＥＬ層への電荷注入を改善するために、前記電荷注入／輸送層に隣接する機能層の中間に選択する。
【００３６】
前記ホール注入および／またはホール輸送層の好適な材料を、芳香族第三級アミン、特にジアミン、またはより高い同族体、ポリビニルカルバゾール、キナクリドン、ポルフィリン、フタロシアニン、ポリアニリン、および、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェンとしてもよい。
【００３７】
電子注入および／または電子輸送層（ＥＴＬ）に好適な材料は、金属、合金、オキサジアゾールベースの混合物、および、アルミニウムキノリン混合物を含む。
【００３８】
ＩＴＯをアノードとして使用する場合、前記ＥＬ装置は、好適には、ホール注入／輸送層材料ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェンの５０ないし３００ｎｍ厚の層か、ポリアニリンの５０ないし２００ｎｍ厚の層を具える。
【００３９】
一般に、前記ＥＬ装置は、基板を有する。前記ＥＬ装置を、前記基板を経て光を放射するように配置した場合、前記基板を、放射すべき光に関して透明にすべきである。好適な基板材料は、柔軟であってもなくてもよい透明合成樹脂、水晶、セラミックおよびガラスを含む。前記基板は、レリーフパターンに関する支持表面を与える。
【００４０】
一実施形態において、前記ＥＬ装置は、第１および第２電極間に配置された有機（重合）電界発光層を具える有機、またはさらに特に重合ＥＬ装置である。一般に、前記有機ＥＬ装置は、前記ＥＬ層を前記第１および第２電極間に挟んだスタックＥＬ装置である。例を上述した電荷注入／輸送層を、電極と電界発光層との間に設けてもよい。
【００４１】
好適実施形態において、前記電極層は、低い融点を有する金属または合金を具える。
【００４２】
前記電極を形成する金属または合金が低い融点を有する場合、前記電極を、融解した金属からインクジェット印刷することができ、これは、融点が低くなるにつれ、より便利でエネルギー効率的になる。また、インクジェット印刷ヘッドは、融点が低くなるにつれ、より簡単な構造のものとすることができ、より長いサービスライフを有する。
【００４３】
融解した金属または合金を、前記ＥＬ層のような、前記ＥＬ装置の機能層で覆われた表面に設けるべき場合、前記融点を、（温度に敏感な）前記機能層が、前記融解した金属または合金によって熱的に劣化しないように選択する。
【００４４】
熱劣化が生じたかどうかを、例えば、前記装置の電流電圧特性、電流電圧輝度特性、またはサービスライフを測定することによって、前記ＥＬ装置の性能を試験することによって評価してもよい。この性能を、基本的な構成の点において同じ電極層材料の真空堆積電極層を有する対応するＥＬ装置と比較してもよい。
【００４５】
上記を考慮して、好適実施形態は、前記金属または合金が２５０℃以下の融点を有する本発明による電界発光装置である。
【００４６】
好適には、前記金属または合金は、２５０℃未満、またはより良くには２００℃未満、依然としてより良くには１７５℃未満の融点を有する。好適には、前記融点は、１５０℃未満である。液体金属電極は、機械的衝撃に対して驚くほど耐え、前記基板から容易に除去されない。しかしながら、一般に、前記電極は、前記ＥＬ装置の使用の種々の状況の下で固体であるのが好適である。したがって、前記金属または合金の融点は、好適には室温を超え、または、少なくとも３０℃、より良くは４５℃とする。電気通信設備におけるディスプレイ用には、少なくとも６０℃とする。自動車用途には少なくとも８０℃が好適である。
【００４７】
商業的に利用可能な低コスト低融点の金属および合金は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｈｇ、ＧａおよびＣｄから成るグループから選択された元素を具えるものである。広範にわたる融点とは別に、前記金属は、酸化に対する感度、他の材料への粘着性、熱膨張係数、延性、寸法の安定性、凝固時の収縮の程度および濡れのような重要な他の広範囲にわたる特性も提供する。毒性が重要な要素である用途において、Ｓｎ：（５０ｗｔ．％）：Ｐｂ（３２ｗｔ．％）：Ｃｄ（１８ｗｔ．％）合金のようなＨｇまたはＣｄを含む合金は好適ではない。ある程度柔軟なＥＬ装置が必要な場合、インジウム（融点１５７℃）または１００℃の融点を有するＳｎ：（３５．７ｗｔ．％）：Ｂｉ（３５．７ｗｔ．％）：Ｃｄ（２８．６ｗｔ．％）のような延性のある低融点金属を使用するのが有利である。凝固によって生じる応力を最小にするために、凝固に応じて結晶領域を形成せず、小さい収縮しか示さない、融点１３８℃のＢｉ（５８ｗｔ．％）：Ｓｎ（４２ｗｔ．％）のような金属が好適である。
【００４８】
発光ダイオードとも呼ばれるダイオード形式のＥＬ装置は、代表的に、アノードとも呼ばれるホール注入電極と、カソードとも呼ばれる電子注入電極との間に配置された電界発光層を具える。
【００４９】
前記アノードを、本発明によるインクジェット電極としてもよく、効率的なホール注入を達成するために、代表的に、高い仕事関数の材料で形成する。好適な高い仕事関数の電極材料は、４．５ｅＶより高い仕事関数を有する。例は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、ＣｕおよびＭｏのような金属を含む。
【００５０】
代わりに、前記アノードは、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化アンチモンのような酸化物導体を具えてもよい。好適には、前記アノードを、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明導体で形成する。当業者は、溶液から設けることができる多くの透明酸化物導体があることを知っているであろう。一般に、このような方法は、十分な導電率を得るための３００℃以上における加熱ステップを含む。したがって、このような方法は、用いられる基板に耐熱性ＥＬまたは他の機能層を設けた場合、特に好適である。温度に敏感な材料の場合において、ＰＰＶは一般的にこれらのような材料であり、前記インクジェットアノードを、前記温度に敏感な機能材料の堆積の前に堆積する。このような方法の例として、直径１０−２０ｎｍのＳｎＯ_２およびＳｂＯ_２（６ないし１５％ＳｎＯ_２、残りＳｂＯ_２）粒子をエタノールに加え、５ｗｔ．％懸濁液を得る。層をガラス上にインクジェット印刷し、空気中で３００℃またはより良くは５００℃において過熱すると、結果として、アンチモンスズ酸化物のインクジェットアノードが生じる。
【００５１】
好適実施形態は、前記電極を、電子を前記電界発光層に供給する電極とした、本発明による電界発光装置である。
【００５２】
一般に、ダイオード形式の代表的なＥＬ装置は、透明基板上に設けられ、前記アノードは前記基板と向き合う。この構成において、前記カソード層を設けるべきとき、機能層がすでに存在するため、前記カソードの堆積を前記機能層と両立させるべきであり、すなわち、前記堆積は、前もって堆積された前記機能層に損害を与えるべきではない。インクジェット印刷カソードは、この目的に好適である。
【００５３】
好適実施形態は、前記電極が４．５ｅＶ以下の仕事関数を有する、本発明による電界発光装置である。
【００５４】
効率的な電子注入を達成するために、前記金属または合金を、高い仕事関数を有するようにする。好適には、仕事関数を４．０ｅＶ未満、より良くは３．５ｅＶ未満とする。仕事関数を３．０ｅＶ未満、より良くは２．５ｅＶ未満とした場合、電子注入はさらに改善される。低仕事率金属の例は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ａｌ、Ｓｃ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｙｂ、ＢａおよびＭｇと、Ｂａ：Ａｌ、Ｍｇ：ＡｇおよびＬｉ：Ａｌのようなこれらの金属を含む合金とを含む。低仕事関数金属は、特に水および／または酸素に非常に反応する。この点で改善されたカソードは、第１の低仕事関数金属層と、前記第１の金属層より高い仕事関数を有する第２金属層との二重金属層カソードであり、前記第１低仕事関数金属層を前記ＥＬ層と向かい合わせる。このような二重カソードの例は、Ｂａ：Ａｌカソード層である。
【００５５】
特に好適なのは、ＩｎおよびＧａと、これらの金属を具える低融点合金とのような、低融点および低仕事関数を有する金属または合金を具える電子注入層を有するＥＬ装置である。
【００５６】
好適実施形態は、パターン式インクジェット印刷された電極をパターン化するレリーフパターンをさらに具える、本発明による電界発光装置である。
【００５７】
表面に堆積されるときにインクの滴によって自然にとられるサイズが所望のサイズより、特に、堆積される表面に対して平行な方向において大きく、結果として、所望のパターンにしたがわない電極層が生じる場合において、レリーフパターンを使用し、所望のサイズを得ることができる。インクを前記レリーフパターンによって規定される空間において堆積した場合、前記インクは、前記レリーフパターンによって規定された空間の境界を越えて広がることはできない。
【００５８】
好適実施形態において、前記ＥＬ装置は、ＥＬ層、電荷輸送層および／または電荷注入層のような他の機能層をパターン化するのにも使用されるレリーフパターンを有する。この場合において、レリーフパターンを、どんな方法を用いても設けなければならず、前記電極をパターン化するレリーフパターンを、他の機能層のレリーフパターンと集積することができ、これらと同時に設けることができる。
【００５９】
レリーフパターンの形式と、前記レリーフパターンを設ける方法とは、決定的ではない。前記レリーフパターンが、前記ＥＬ装置の不変の部分を残す場合、前記レリーフパターンを電気的に絶縁し、電極間の短絡を回避しなければならない。最も便利なように、前記レリーフパターンを、パターン化およびフォトレジストを含む慣例的なフォトリソグラフィによって設ける。
【００６０】
特定の実施形態において、本発明によるＥＬ装置を、行電極と列電極との間に挟まれた１つ以上の電界発光層を具え、独立にアドレス可能な電界発光素子を行および列電極の交点において形成したパッシブ形式のマトリックスディスプレイ装置とし、前記行電極を、金属または合金を具えるパターン式インクジェットプリント電極とした、電界発光装置とする。
【００６１】
前記ＥＬ素子のサイズを、用途にしたがって選択する。高精細度に関して、１０ないし７５μｍの画素を使用する。より少ない要求の用途に関して、１００ないし３００μｍの画素サイズで十分かもしれない。フルカラーディスプレイに関して、ＲＧＢ画素を形成する各々３つ組においてグループ化された赤色、緑色および青色発光画素が必要である。例えば、前記赤色、緑色および青色画素は、３００×３００μｍのＲＧＢ画素を与える、各々１００×３００μｍの寸法としてもよい。前記ディスプレイの合計の面積で割った発光に利用可能な合計の面積として規定されたフィルファクタを最大にするために、前記行および列電極が間隔をあける距離を、できるだけ小さく保つ。代表的に行電極を、１０ないし４０μｍ、より良くは１５ないし３０μｍの距離において間隔をあける。同じことが、前記列電極にもあてはまる。
【００６２】
本発明によるＥＬ装置は、ディスプレイ用途に好適な輝度を数ボルトのみの電位を必要とし、および／または、少量の電力しか消費しないため、本ＥＬ装置は、バッテリ動作および／または携帯の、特に、（ビデオ）画像の表示を必要とするインターネットアクセスまたは他のサービスを任意に設けたラップトップコンピュータ、パームトップコンピュータ、パーソナルオーガナイザ、携帯電話のようなハンドヘルド電子装置のディスプレイに特に好適である。前記ＥＬ装置は、インターネットデータおよび画像データをビデオレートにおいて表示することを可能にする。
【００６３】
他の態様において、本発明は、したがって、本発明によるＥＬディスプレイ装置を設けた携帯電話のようなバッテリ動作および／またはハンドヘルド電子装置に関する。
【００６４】
他の態様において、本発明は、電界発光装置を製造する方法に関する。
【００６５】
さらに特に、本発明は、所望のパターンにしたがって設けた金属または合金電極を具える電界発光装置を製造する方法において、該方法が、金属または合金電極を所望のパターンにしたがう基板表面上における１つ以上の堆積ステップによる堆積を含み、前記堆積が、前記所望のパターンまたはこれに相補的なパターンにしたがってインクジェット印刷する堆積ステップを含むことを特徴とする方法に関する。
【００６６】
インクジェット印刷によって電極層を設ける利点は、上述した。
【００６７】
方法の好適実施形態は、
第１電極層を設けるステップと、
電界発光層を設けるステップと、
第２電極層を設けるステップとを含み、
少なくとも前記第２電極層を、パターン式インクジェット電極層としたことを特徴とする。ある変形例において、前記第１電極層をカソード層とし、前記第２電極層をアノード層とする。他の変形例において、前記第１電極層をアノード層とし、前記第２電極層をカソード層とする。最も便利なように、前記機能層を、前記ＥＬ装置によって放射すべき光に対して好適には透明である基板上に設ける。上述したように、電荷輸送および注入層のような１つ以上の機能層を、任意の（インクジェット）電極層と電界発光層との間に堆積してもよい。
【００６８】
低融点金属または合金の電極層を堆積する特に好適な方法は、所望のパターンにしたがって設けられた金属または合金電極を具える電界発光層を製造する方法において、該方法が、溶けた金属または合金を表面上に前記所望のパターンにしたがってインクジェット印刷し、このようにして、前記表面上にインクジェット印刷された溶けた金属または合金の冷却に応じて、前記金属または合金電極を形成するステップを含むことを特徴とする方法である。
【００６９】
本発明は、溶けた金属または合金を加熱したインクジェットヘッドから放出するステップを含む。より低い温度の表面上に堆積された場合、前記溶けた金属は冷却され、用いられた金属（合金）の融点に応じて、凝固する。熱ショックを減らすため、前記基板表面を加熱してもよい。前記電極層を形成した後、インクジェット印刷中に前記層において生じるかもしれないなんらかの応力を除去するために、前記電極層をその融点以上に加熱し、次に再び凝固させることを含む後処置を行ってもよい。
【００７０】
溶けた金属または合金のインクジェット印刷は、低融点を有する低仕事関数金蔵または合金を堆積するのに特に魅力的である。容易に酸化する低仕事関数金属の酸化を防ぐために、インクジェット印刷を、窒素またはアルゴン雰囲気のような不活性雰囲気中で行うべきである。
【００７１】
二重金属層を、この方法において、双方の層の金属または合金を含む解けた金属混合物を放射することによって設けることもでき、前記溶けた金属は、基板上に堆積されたとき、冷却に応じて相分離し、前記二重層電極を形成する。
【００７２】
本発明による方法の他の実施形態は、所望のパターンにしたがう金属または合金電極を具える電界発光装置を製造する方法において、前記電極の堆積が、金属または合金に変化させることができる前駆物質インクを前記所望のパターンにしたがって表面上にインクジェット印刷し、次に、前記表面上にインクジェット印刷された前駆物質インクを金属または合金に変化させ、このようにして前記所望のパターンにしたがう電極を形成するステップを含む、方法である。
【００７３】
この方法は、いくつかの見地において、上述した融解金属方法の一般化である。しかしながら、一般に、前記前駆物質インクは、金属または合金が、（金属）ゾル、懸濁液、溶液または乳液のようなある程度便利な形状において存在する流体である。この方法は、高い融点を有する金属または合金を具える電極層を設けるべき場合、特定の用途のものである。
【００７４】
使用する前駆物質インクの形式に応じて、前記変化を、例えば、過熱、放射線、または、減圧への露出を用いることによって行ってもよく、単なる溶媒の除去または（加えて）化学変化を含んでもよい。
【００７５】
他の実施形態は、所望のパターンにしたがう金属または金属電極を具える電界発光装置を製造する方法において、該方法が、
選択層を表面上に、所望のパターンまたはこれに相補的なパターンにしたがってインクジェット印刷するステップであって、前記選択層が、金属、合金、または、金属または合金を得ることができる前駆物質インクを、前記表面上に選択的に堆積することを可能にする、ステップと、
任意に、前記前駆物質インク、金属または合金によって、前記所望のパターンにしたがって設け、このようにして、前記金属または合金電極を形成するステップとを含む方法である。
【００７６】
本発明の一実施形態において、前記選択層は、前記金属、合金または前駆物質に関して、前記選択層によって覆われない前記表面の部分より高い親和力を有する。この場合において、前記選択層のパターンは、前記所望のパターンに対応する。このような選択層の一例は、上に金属または合金を無電極放電によって選択的に堆積することができるアクティベーション層である。このようなアクティベーション層と、このようなアクティベーション層を準備するのに使用されるインクとは、当該技術分野において既知である。他の例として、前記選択層を、溶けた金属または合金、または、このような金属または合金に変化させることができる前駆体インクを選択的に吸収することができる粘着層とする。このような粘着層は、当該技術分野において既知である。
【００７７】
方法の他の実施形態において、前記選択層は、前記前記金属、合金または前駆物質に関して、前記選択層によって覆われない前記表面の部分より低い親和力を有する。この場合において、前記選択層のパターンを前記所望のパターンと相補的にする。この形式の選択層は、該選択層が、前記電極が電荷を前記ＥＬ層に供給する経路の一部でないという利点を有する。このような選択層の一例は、溶けた金属または合金、または、このような金属または合金に変化させることができる前駆体成分に関してあまり濡れない層である。このような層は、当該技術分野において既知である。一般に、フォトレジスト層のような無極層が、この目的に好適である。
【００７８】
前記選択層を含むすべての実施形態において、浸漬コーティング、カーテンコーティング、ドクターブレーディング、スピンコーティングまたはスプレーコーティングのような簡単な非選択的コーティング方法を使用し、前記電極材料を堆積することができる。
【００７９】
以上、本発明を、当該技術分野において発光ダイオードとも呼ばれるダイオード形式の電界発光装置に関して主に考察したが、本発明による装置を、どのような電界発光装置としてもよい。無機形式のものでもよいが、有機形式が好適である。１つの極性のみの電荷キャリヤの注入が光の発生に十分である単極電界発光装置でもよい。後者の形式は、観察できる光の放射を得るのに異なった仕事関数の電極を必要としない米国特許明細書第５６８２０４３号に開示された発光セル（ＬＥＣ）と、ホールを注入するのに高い仕事関数の電極を必要とし、電子を注入するのに低い仕事関数の電極を必要とする発光ダイオード（ＬＥＤ）とを含む。電荷注入電極を互いに関して下に、または代わりに隣接して配置した電界発光装置も含む。
【００８０】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載の実施形態の参照とともに明らかになるであろう。
【００８１】
図１は、本発明によるインクジェットプリント電極を具える発光ダイオード形式のＥＬ装置の一実施形態の断面を透視平面図において図式的に示す。
【００８２】
図示したＥＬ装置１は、一般的にＥＬ装置１によって放射される光に対して透明だが、本発明に必須ではない基板２を有する。基板２に、線および空間のパターンにしたがって設けられた列導体３を設ける。列電極３は、電荷を、電荷輸送／注入層５を経て、一緒にパターン化ＥＬ層を形成する電界発光層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂに供給する。フルカラー装置において、ＥＬ層７Ｒ、７Ｇおよび７Ｂの電界発光材料を、隣接するＥＬ層の３つ組においてグループ化し、３つ組の７Ｒ、７Ｇ、７Ｂの各ＥＬ層は、ＥＬ装置１の動作中に、赤色、緑色および青色の光を各々放射するしかしながら、これは、本発明に必須ではない。各ＥＬ層７Ｒ、７Ｇおよび７Ｂは、例えば、同じ色を放射してもよく、または、前記装置を、例えば２つの形式の発光層を有する多色装置としてもよい。ＥＬ層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂは、列電極３に対して横切って延びる。その後、ＥＬ層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂを覆って、複数のインクジェット行電極９を、電極３に対して横切って延びる線および空間のパターンにしたがって設ける。列電極３および行電極９の交点において、さらに特に、列電極３と、電荷輸送層５と、ＥＬ層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂと、行電極９とが重なる領域において、独立にアドレス可能なＥＬ素子を形成し、これらのＥＬ素子は、一緒にパッシブマトリックスディスプレイを形成する。前記行導体９を、インク滴２０５を放出するノズル２０３を有するインクジェットヘッド２０１を使用してインクジェット印刷する。行電極９の長手方向に対して垂直の面における行電極９の横輪郭は、表面において静止する流体の滴の特徴的な形状を有し、支持基板表面に関する接触角θによって特徴付けられる。行電極９は、５ないし１００μｍの最大厚を有する横断面を有する。この特定の横断面を有する行電極９を、溶けた金属または合金を前記基板表面にインクジェットすることによって得ることができる。
【００８３】
本発明に必須でないが好適には、列電極３を、放射すべき光に対して透明にする。透明列電極材料の便利な選択は、ＩＴＯであり、この場合において、列電極３は、一般に、ＥＬ層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂにホールを供給するように働く。この場合において、インクジェット印刷行電極９は、電子を前記ＥＬ層に供給するように働く。
【００８４】
図２は、本発明によるインクジェット印刷電極層を具えるＥＬ装置の他の実施形態の平面図を図式的に示す。
【００８５】
図３は、図２のラインＩ−Ｉに沿った断面図を図式的に示す。
【００８６】
図２および３を参照し、ＥＬ装置２１は、列電極３および行電極２９の交点において形成された独立にアドレス可能なＥＬ素子３１を具えるパッシブマトリックスＥＬ装置である。電極２と２９との間に、列電極３と平行に延びるＥＬ層２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂを挟む。列電極３は、電荷をＥＬ層２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂに、電荷輸送／注入層５を介して供給する。行電極２９は、図１に示す“表面上に静止する滴”横断面を有するインクジェット印刷電極である。
【００８７】
図４は、本発明によるパッシブマトリックスＥＬ装置の一実施形態の断面図を図式的に示す。
【００８８】
ＥＬ装置４１はＥＬ装置１と、ＥＬ装置４１がインクジェット印刷行電極４９をパターン化するレリーフパターン５１を有することを除いて同様である。前記レリーフパターンは、ＥＬ層４７Ｒ、４７Ｇ、４７Ｂをパターン化するようにも働く。この実施形態において、隣接する列電極３の間のクロストーク、特に漏れ電流を減らすために、前記レリーフパターンを、電荷輸送／注入層４５のパターン化にも使用するが、これは本発明に必須ではない。好適には、ＥＬ層４７Ｒ、４７Ｇ、４７Ｂおよび電荷輸送／注入層４５を、インクジェット印刷を使用して設けてもよい。同じレリーフパターンを、すべてのこれらの層のパターン化にも使用することは、ＥＬ装置４１を簡単で効率的に製造することを可能にする。
【００８９】
図５は、本発明によるインクジェット印刷電極を具えるＥＬ装置の他の実施形態の平面図を図式的に示す。
【００９０】
図６は、図５におけるラインＩＩ−ＩＩに沿った断面図を図式的に示す。
【００９１】
ＥＬ装置６１は、ＥＬ装置２１と同様であり、上に列電極３を設けた基板２を具える。ＥＬ層６７Ｒ、６７Ｇ、６７Ｂを、前記列電極３と、金属または合金を具えるインクジェット印刷行電極６９との間に挟む。しかしながら、ＥＬ装置２１と相違して、ＥＬ装置６１は、ＥＬ層６７Ｒ、６７Ｇ、６７Ｂをパターン化するレリーフパターン７１を有する。この実施形態において、列電極３の間のクロストーク、特に漏れ電流を減らすために、前記レリーフパターンを電荷輸送／注入層６５のパターン化にも使用するが、これは本発明に必須ではない。インクジェット印刷行電極６９は、電荷をＥＬ層６７Ｒ、６７Ｇ、６７Ｂに、パターン化電荷輸送／注入層７３を経て供給する。前記電極は、横電荷輸送を与え、これは、前記ディスプレイ領域の外部から前記ディスプレイ領域の適切な部分への輸送であり、縦電荷輸送を、パターン化電荷輸送／注入層７３を経て与える。層７３は、代表的に画素のサイズの領域を横切る横電荷輸送を与えるだけでよいため、この配置は、一方において、優秀な注入特性を有するがその導電率が発光ディスプレイ領域全体を横切って横電荷輸送を与えるには不十分な電荷輸送／注入材料の使用を可能にし、他方において、十分な導電率を有するが不満足な電荷輸送特性を有する金属電極の使用を可能にする。行電極６９の間のクロストーク、特に漏れ電流を減らすために、本発明に必須ではないが、電荷輸送／注入層７３を相互に分離した電荷輸送／注入領域にパターン化するレリーフパターンを使用し、隣接する行電極６９が任意のこのような領域を介して接触しないようにしてもよい。この場合において、レリーフパターン７１を、図５に示すように、マトリックスの形態において設け、このマトリックスの行は、層７３を適宜にパターン化するように働き、列は、ＥＬ層６７Ｒ、６７Ｇ、６７Ｂをパターン化するように働く。前記ＥＬ装置は、列電極３および行電極６９の交点において独立にアドレス可能な電極を有する。このＥＬ装置６１のＥＬ素子の発光領域は、ＥＬ層６７Ｒ、６７Ｇ、６７Ｂと、電荷輸送／注入層６５と、電荷輸送／注入層７３とが重なった領域に対応する。
【００９２】
図７は、本発明による分割ＥＬディスプレイ装置の一実施形態の平面図を図式的に示す。
【００９３】
ＥＬ装置８１は、点線によって囲まれた領域によって示される共通電極８３と、電荷をＥＬ装置８１のＥＬ層（図示せず）に供給する金属または金属合金を具えるインクジェット印刷電極部分８９の分割電極層とを有する。電極部分８９は、数字８を表すパターンにしたがって設けられ、独立にアドレス可能であり、共通電極８３と適切な部分電極８９との間に電圧を印加することによって、数字０ないし９を表示することを可能にする。
【００９４】
図８は、本発明による他のＥＬ装置の平面図を図式的に示す。
【００９５】
ＥＬ装置１０１は、基板１０２を具え、基板１０２の上に、電荷をＥＬ層（図示せず）から該ＥＬ装置に供給する電極１０３を設ける。前記装置は、文字“Ｅ”の形状におけるパターンにしたがって設けられた金属または合金を具えるインクジェット印刷電極１０９をさらに具える。適切な電圧を電極１０２および１０３に印加すると、文字“Ｅ”が明るくなる。
【００９６】
例１
すべてマイクロドロップによって供給される、制御されたヒータおよび６７μｍのノズル径を有する単一のノズル（マイクロディスペンサヘッド、タイプＭＤ−Ｋ−１４０Ｈ）を有するインクジェットヘッドと、インク貯蔵部（タイプＭＤ−Ｖ−３０４）と、垂直コンテナおよび配管（タイプＭＤ−Ｈ−７１５Ｈ）と、ドライバエレクトロニクス部（タイプＭＤ−Ｅ−２０１Ｈ）とを装備するインクジェットプリンタを、その全体において、４２℃の温度にし、前記インク貯蔵部を液体ガリウムで満たす。ガリウムは、融点約３０℃の低融点金属であり、約４．２ｅＶの低い仕事関数を有する。前記ノズルは、直径９０μｍのガリウムの滴を放出する。溶けたガリウムの粘度は数ｃＰと低いため、前記ノズルに、４０μｍのダンピングスロットルを設ける。前記ノズルの下に、放出された解けた金属的が酸化されるのを防ぐために、窒素ガス流を設置する。
【００９７】
ソーダ石灰ガラス基板を、移動可能なＸＹテーブル上に置き、前記インクジェットヘッドを、前記基板上に位置付ける。テーブルおよび基板の双方を、室温（約２３℃）とする。
【００９８】
前記ＸＹテーブルを速度２０ｍｍ／秒で移動し、溶けたガリウムのインク滴を７５Ｈｚの滴下頻度において放出しながら、金属の連続的なラインを前記基板の表面に印刷し、このようにして、低仕事関数金属のパターン化インクジェット印刷電極を形成する。前記溶けた金属が凝固した後、ＥＬ装置における電極として使用するのに好適なＧａ金属の１１０μｍ幅のラインが得られる。前記電極は、最大約７０μｍの横輪郭を有する。前記インクジェットヘッドが辿った経路に沿った電極の最大厚の点を接続することによって得られた輪郭は、最小７０μｍ厚、最大９０μｍ厚を有する起伏を示し、前記最大厚は、インク滴がインクジェット中に前記基板にあたった位置に対応する。前記ラインの方向に対して垂直の面における横輪郭は、形状において凸状である。さらに特に、表面において静止する液体の滴の断面の形状を有する。
【００９９】
３００Ｈｚの滴下頻度を使用して実験を繰り返すと、約１８５μｍ幅で、約４５μｍの最大厚を有する横断面を有するＧａ金属の連続ラインが得られる。前記インクジェットヘッドが辿った経路に沿った電極の最大厚の点を接続することによって得られた輪郭は、最小４５μｍ厚、最大６６μｍ厚を有する起伏を示し、前記最大厚は、インク滴がインクジェット中に前記基板にあたった位置に対応する。１１０μｍと１８５μｍの間の任意のライン幅を、７５と３００Ｈｚの間の適切な滴下頻度を選択することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインクジェットプリント電極を具える発光ダイオード形式のＥＬ装置の一実施形態の断面を透視平面図において図式的に示す。
【図２】本発明によるインクジェット印刷電極層を具えるＥＬ装置の他の実施形態の平面図を図式的に示す。
【図３】図２のラインＩ−Ｉに沿った断面図を図式的に示す。
【図４】本発明によるパッシブマトリックスＥＬ装置の一実施形態の断面図を図式的に示す。
【図５】本発明によるインクジェット印刷電極を具えるＥＬ装置の他の実施形態の平面図を図式的に示す。
【図６】図５におけるラインＩＩ−ＩＩに沿った断面図を図式的に示す。
【図７】本発明による分割ＥＬディスプレイ装置の一実施形態の平面図を図式的に示す。
【図８】本発明による他のＥＬ装置の平面図を図式的に示す。

Claims

電界発光装置において、電荷を該電界発光装置の電界発光層に供給するパターン式インクジェット印刷された電極を具え、前記電極が金属または合金を具えることを特徴とする電界発光装置。
電界発光装置において、電荷を電界発光層に供給するパターン化電極を具え、前記電極が、金属または合金を具えると共に少なくとも５μｍの最大厚を有する横断面を有することを特徴とする電界発光装置。
請求項１または２に記載の電界発光装置において、前記金属または合金が２５０℃以下の融点を有することを特徴とする電界発光装置。
請求項１、２または３に記載の電界発光装置において、前記ｄね極を、電子を前記電界発光層に供給する電極としたことを特徴とする電界発光装置。
請求項４に記載の電界発光装置において、前記電極が４．５ｅＶ以下の仕事関数を有することを特徴とする電界発光装置。
請求項１、２、３または４に記載の電界発光装置において、前記パターン式インクジェット印刷電極をパターン化するレリーフパターンをさらに具えることを特徴とする電界発光装置。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電界発光装置において、該装置を、行電極と列電極との間に挟まれた１つ以上の電界発光層を具え、独立にアドレス可能な電界発光素子を行および列電極の交点において形成したパッシブ形式のマトリックスディスプレイ装置とし、前記行電極を、金属または合金を具えるパターン式インクジェットプリント電極としたことを特徴とする電界発光装置。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電界発光装置を設けた、携帯電話機のようなバッテリ動作および／または携帯用電子装置。
所望のパターンにしたがって設けた金属または合金電極を具える電界発光装置を製造する方法において、該方法が、金属または合金電極を所望のパターンにしたがう基板表面上における１つ以上の堆積ステップによる堆積を含み、前記堆積が、前記所望のパターンまたはこれに相補的なパターンにしたがってインクジェット印刷する堆積ステップを含むことを特徴とする方法。
請求項９に記載の、所望のパターンにしたがって設けた金属または合金電極を具える電界発光装置を製造する方法において、溶けた金属または合金を表面上に前記所望のパターンにしたがってインクジェット印刷し、このようにして、前記表面上にインクジェット印刷された溶けた金属または合金の冷却に応じて、前記金属または合金電極を形成するステップを含むことを特徴とする方法。