JP2008243817A - 有機光電子及び電子装置の製造方法並びにこれによって得られた装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機電子又は光電子装置の基板製造方法を提供し、プロセス時間の短縮と連続プロセスを可能にする。
【解決手段】この方法は、基板１０１，１０２上のフッ素化ポリマー層１０３を積層し、リリーフパターンを形成するためにフッ素化ポリマーをパターン化し、溶液から基板１０５，１０６上に有機半導体又は導電性材料層を積層することを含む。フッ素化ポリマーはフッ素化フォトレジストであり得、有機半導体又は導電性材料を積層する前に紫外線及びオゾンを照射する処理がなされる。この方法は、特に、インクジェット印刷によって有機発光装置を製造する際に応用される。
【選択図】図１（ｉ）

Description

本発明は、溶液プロセスを用いた有機電子及び光電子装置の製造方法並びにこれによって得られた基板及び装置に関する。
この１０年間、有機電子及び光電子装置、例えば、ＷＯ９０／１３１４８及びＵＳ４５３９５０７に開示されている有機電子冷光放射性、ＵＳ５６７９１に開示されている有機光励起装置、及びＷＯ０１／４７０４３に開示されている有機トランジスタのような装置における有機材料の使用についての調査、研究の報告が増えている。有機半導体及び導電性ポリマーは、大きくはそのプロセス容易性により、及び、特に、被覆及び印刷分野の技術を使用して装置への組み込みを可能にする溶液プロセス容易性により、有機電子及び光電子装置における使用に適することがわかった。このような技術の使用は、ディスプレイ及びプラスチックマイクロチップのような高分子有機電子及び光電子装置の低コスト及び製造容易性の可能性を提供する。最近、インクジェットプリントは、有機電子及び光電子装置の製造において重要な方法として登場しており、インクジェットで印刷された有機電子冷光放射性装置はＥＰ０８８０３０３に開示され、インクジェットでプリントされたトランジスタは前記ＷＯ０１／４７０４３に開示されている。
溶液プロセスによる有機電子及び光電子装置の製造方法は、１０ミクロンオーダーの高レベルのパターン解像度を要求する。溶液プロセス技術を用いたこのような高レベルのパターン解像度を達成するためには、有機材料が被覆又は印刷される基板上にリリーフパターンを供給する必要があることがわかった。このリリーフパターンは、有機材料が不必要な領域に広がるのを防ぐ。ＥＰ０９８９７７８（特許文献１）は、フォトレジストの盛地の形をしたリリーフパターンを開示し、基板の表面特性及びリリーフパターンの材料は積層される有機材料の特性に大きな影響をもたらすことがわかった。基板の材料は湿潤表面を有し、よって有機材料の積層溶液によって被覆され、有機材料の溶液は基板材料の表面に低い接触角を有することが望ましい。リリーフパターンの材料は非湿潤表面を有し、有機材料の蒸着溶液によって被覆されず、有機材料の溶液は基板の表面の高い接触角を有することが望ましい。特に、基板の選択された領域に有機材料を積層するには、有機材料を積層することが要求される領域と有機材料の積層が要求されない領域との間の接触角の差をできるだけ大きくすべきである。前記ＥＰ０９８９７７８においては、盛地状のポリイミドフォトレジストのリリーフパターンがインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）で被覆された基板上に形成され、このパターン化された基板は、Ｏ2／ＣＦ4プラズマ処理にさらされ、これはポリイミド上での有機材料の接触角を増加させ、ＩＴＯ上での有機材料の接触角を減少させる。これによって、半導体又は導電性ポリマーの水溶液が隣の溝や望まれない領域に流れ出すことなく、盛地によって形成される溝に埋め込まれた。
ＥＰ０９８９７７８ ＷＯ０１／４７０４３
上記のポリイミドリリーフパターンを有する基板のＯ2／ＣＦ4プラズマ処理は、有機電子及び光電子装置の基板の製造方法の１つの選択肢として確立されたが、この製造方法は、真空及びプラズマシステム、環境に有害なガスの使用のような比較的複雑なプロセス設備を要求するという多くの欠点を有する。また、米国６９０４１５１４明細書で検討されているように、この処理ポリイミド材料の表面の部分的なフッ素化をもたらすものと考えられるが、このフッ素化はごく一時的なものであり、ポリイミドの表面特性は時間の経過
によって変化する。さらに、従来技術のＯ2／ＣＦ4プラズマ処理は数１０秒のオーダーの時間以上で実行されなければならず、このような長時間は有機電子又は光電子装置の寿命に有害な影響を有する。Ｏ2／ＣＦ4プラズマ処理の他の欠点は、産ラインの容易に組み込むことができる連続処理の使用が一般的には好まれるのに対して、真空チャンバー中でバッチ処理しなければならないことにある。この出願は、永久にフッ素化されたリリーフ形状で、表面リリーフ形状の事前のコントロールを必要とせず、複雑な装置や環境に有害なガスを必要としない有機電子及び光電子装置の基板の製造方法を提供し、これはプロセス時間の短縮化と連続プロセスを可能にする。
本出願の発明者は、従来のポリイミドフォトレジストに替わるフッ素化フォトレジストによるプロセスを開発した。パターン化されたフッ素化フォトレジストは、半導体又は導電性材料の蒸着溶液をはねのける表面特質を提供し、半導体又は導電性材料溶液が基板上にパターン化されて積層するのを可能とする。本出願の発明者はパターン化されたフッ素化フォトレジストの使用が、材料の積層が要求される基板の領域の表面と基板上に供給される有機半導体又は導電性材料のパターン化材料の積層が要求されない基板上の領域の表面エネルギーの十分な差をもたらすことを発見した。
本発明の第１の態様は、基板上にフッ素化フォトレジストを積層、リリーフパターンを形成するために前記フッ素化フォトレジスト層をパターン化する、及び有機半導体又は導電性材料を前記基板上に積層することを含む有機電子又は光電子装置の製造方法を提供する。
フォトレジストは、光画像化材料であり、一般的には薄膜として提供され、その溶解特性は、これに続く像を形成する現像ステップによって光化学的に変えることができる。本発明のフッ素化フォトレジストは、有機光電子装置においての使用が従来提案されていたフッ素化ポリマーとは異なる。従来のフッ素化ポリマーはフォトレジストではなく、したがって、これをパターン化するには、プラズマエッチングステップを必要とするいくつかの余分なステップが必要とされる。例えば、フッ素化ポリマーのパターニングプロセスを開示するＷＯ００／７６００８を参照。
本発明の目的のために、フッ素化フォトレジストは、その表面のみがフッ素化されているフォトレジストに対して共有結合フッ素をバルク材料全体にわたって含むフォトレジストを含むものと考えられる。表面のみがフッ素化されているフォトレジストの例は、Ｏ2
／ＣＦ4プラズマ処理ポリイミド、例えば、フッ素化部分を含むシロキサンのような他の
フッ素化物質によって処理されたポリイミドを含む。フッ素化ポリイミドの例としては、ＷＯ００／６７０７２に開示されるフッ素化モノマー及び光活性モノマーの共重合ポリマーを含む。フッ素化フォトレジストはフッ素化ポリイミドを含む。特に、光活性イミド部分及びフッ素化アルキル部分の共重合からなるフッ素化ポリイミドが好ましい。
前記層のパターン化は、公知のフォトリソグラフィープロセスを含む。フッ素化フォトレジストの前記層のリリーフパターンは、好ましくは盛地と窪地を有する。本発明の目的のためには、盛地は基板上のフォトレジストの盛り上がった部分を含むと考えられ、前記盛り上がった部分は１次元パターンを有し、好ましくは、連続した平行な線を形成する。窪地は、フォトレジスト層におけるフォトレジストの窪んだ部分を含むものと考えられ、これらの複数の窪んだ部分は２次元のパターンとして配列される。盛地と窪地の構造は、図１（ｆ）及び図１（ｇ）に示されている。前記窪地は蒸着溶液を保持するにはポジティブ壁断面が良好であり、ポジティブ壁断面を有する窪地が図４（ｂ）に示されている。
特別な実施例において、窪地形にパターン化されたフッ素化フォトレジスト層を含む基
板は、さらに、盛地を形成するためにパターン化されたフォトレジスト層を有することができる。本発明の基板を有機光電子装置及び電子装置に組み込むさらなるプロセスの目的のために、断面形状が基板表面に近いほど狭くなるネガティブ壁断面を有するフッ素化フォトレジストの盛地が好ましい。図４（ａ）は、ネガティブ壁断面のフッ素化フォトレジスト窪地を有する基板を示している。図４（ｂ）は、ポジティブ壁断面のフッ素化フォトレジスト窪地及びネガティブ断面形状を有するフッ素化フォトレジスト盛地の上部層を示す。ネガティブ壁断面はアンダーカット断面として知られる。
基板及びパターン化されたフッ素化フォトレジストは、溶液から有機半導体又は導電性材料層を基板上に積層する前に、基板の表面エネルギーを変えるために処理されることが好ましい。この処理は、前記基板及びフッ素化フォトレジストのパターン層にアルゴンプラズマ、大気プラズマ、紫外線並びにオゾン（ＵＶ／オゾン）、酸素プラズマ、王水、過酸化物又は他の酸化性物質を照射することを含む。特に好ましい実施例においては、前記基板及び前記フッ素化フォトレジストのパターン層を、溶液から有機半導体又は導電性材料層を基板上に積層する前に、紫外線及びオゾン層に照射される。この処理は、溶液から有機半導体及び導電性材料のくっきりとしたパターン層を形成するのに特に好適であることが証明された。
フッ素化フォトレジストの前記基板及び前記パターン層を紫外線及びオゾンに照射する前記ステップは、酸素が、前記基板及び前記フッ素化フォトレジストのパターン層の表面に接触し、前記酸素が紫外線の存在下でオゾンに転化する間前記基板及び前記パターン層を紫外線に照射することを含む。フッ素化フォトレジストの前記基板及び前記パターン層を紫外線及びオゾンに０．１〜３００秒、好ましくは１〜６０秒、特に好ましくは１〜３０秒照射することが特に好ましい。紫外線源は、波長１５０〜２５０ｎｍ、好ましくは１６０〜１８０ｎｍ、最も好ましくは１７５ｎｍ以下を放射することが好ましい。
好ましい実施例において、溶液から有機半導体又は導体材料を積層するステップは、水溶液からの積層を含む。
本発明の基板は、好ましくは、導電性材料層で被覆した基板を含み、前記導電性材料は４．３ｅＶより大きい仕事関数を有し、より好ましくは、前記導電性はインジウム錫酸化物である。最も好ましくは、前記導電性材料層はパターン化され、好ましくは、前記パターンは連続した平行なストライプを有する。この方法によって製造された基板は、有機電子冷光放射性装置においてアノードとして機能する。
本発明で使用される溶液蒸着の方法は当業者に公知な方法でよい。溶液から前記基板への有機半導体材料層の積層のステップは、スピンコート、ドクターブレード、侵漬、フレキソ印刷、インクジェット印刷、又はスクリーン印刷による有機半導体材料の積層を含む。最も好ましい溶液からの有機半導体又は導電性材料の基板上への積層方法は、選択された基板領域に有機半導体又は導電性材料を積層する方法、特に好ましくは、インクジェットプリントを用いた溶液蒸着の方法を用いる前記有機半導体又は導電性材料を積層する方法を含む。
本発明の好ましい実施態様において、前記有機半導体又は導電性材料は、有機ポリマー、より好ましくは、ドープされたポリチオフェン及びドープされたポリアニリンから選ばれる導電性有機ポリマーである。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳとして知られるポリ（エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルフォン酸塩は、特に好ましい半導体ポリマーである。ＰＥＤＴ：ＰＳＳ及び有機冷光放射性装置に使用されるそれは、ＥＰ０９０１１７６に開示されている。
本発明は、有機半導体又は導電性材料の複数層を含む装置を製造する方法にも関係する。特に、本発明の方法は、さらに、溶液から前記有機半導体又は導電性材料層に追加の材料層を積層する工程を含み、好ましくは前記追加の材料層は有機半導体材料を含む。この追加層の有機半導体材料は、ポリフルオレン及びポリ（フェニレンビニレン）を有する基から選択される発光ポリマーを含む。この追加層は、好ましくは、芳香族炭化水素溶媒を含む溶液から積層される。
他の実施例において、例えば、電子冷光放射性又は光励起装置を製造するためには、前記有機導電性若しくは半導体材料又は前記さらなる有機半導体材料上に低仕事関数の材料層を積層することによってカソードとして機能する追加の電極が供給される。ここで、好ましくは、前記低仕事関数の材料は、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム及びルミにウム、これらの金属の合金並びにこれらの金属と他の金属の合金から選ばれる。
本発明は、本発明の方法によって製造される有機光電子又は電子装置に関係する。本発明は、また、本発明の方法によって製造される有機発光装置、有機トランジスタ及び有機光励起装置に関係する。
本発明は、さらに、基板上のフッ素化ポリマーのリリーフパターンの形でパターン層を提供し、前記基板及びフッ素化ポリマーのリリーフパターンに紫外線を照射し、前記基板に溶液から有機半導体又は導電性材料積層することを含む有機電子又は光電子装置を製造する方法を提供する。
代替的実施例において、前記フッ素化ポリマーはフォトリソグラフィーによってパターン化される。フッ素化ポリマーはそれ自体フォトレジストではないが、フォトレジストからなる追加の層がフッ素化ポリマー上に適用され、このフォトレジストが、例えば、エッチングによってその後除去される照射されたフッ素化ポリマーを残してパターン化される。フォトレジストの除去がフッ素化ポリマーのパターン層を残す。
代替の実施例において、フッ素化ポリマーは印刷によってパターン層として積層されるか、又は、フッ素化ポリマー層は、好ましくはエンボス加工によって、積層後機械的にパターン化される。フッ素化ポリマーのリリーフパターンは、本発明の第１の実施態様に基づいて、上述した盛地及び／又は窪地の形状を有することができる。紫外線／オゾン照射は、好ましくは、本発明の第１の実施態様に基づいて上述したように実施される。基板のさらなるプロセスは、本発明の第１の実施態様に基づいて上述したように実施される。
本発明は、半導体ポリマーに基づいた有機発光装置の基板の製造方法として説明される。しかしながら、本発明の方法は、有機光励起装置、有機トランジスタ、光学モジュレーターのような他の有機電子及び光電子装置のための基板の製造にも応用できることは当業者にとって明らかである。
図１（ａ）は、発光装置１００に適切な基板の断面図を示す。有機電子装置に適切な基板としては、ガラス、セラミックス、並びにアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及び環状オレフィン樹脂のようなプラスチックを含む。基板は、透明、半透明、又は光が装置の反対側から照射される場合は不透明である。基板は、堅固又は柔軟で、例えば、ＥＰ０９４９８５０に開示されるガラス及びプラスチック複合材料のような複合材料を含むことができる。基板は、最終的な発光装置のアノードを形成するために高い仕事関数の導電性材料層で被覆され、ここで、光は基板を通して照射され、この導電性材料は透明又は半透明であり、ＩＴＯ，錫酸化物、アルミニウム、又はインジウムをドープした亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カ
ドミウム錫酸化物、金、銀、ニッケル、パラジウム及びプラチナのような仕事関数が４．３ｅＶより大きい材料から適切に選ばれる。図１（ａ）は、ＩＴＯ層１０２で被覆されたガラス基板１０１を有する基板１００を示している。
基板上の導電層は、次いで、図１（ｂ）に示されるようにパターン化される。ＩＴＯの場合、ＩＴＯ層はフォトレジストによって被覆され、ＵＶ源及びフォトマスクを使用してパターン化され、適当な現像溶液を用いて現像され、照射されたＩＴＯは化学エッチングによって除去され、ＩＴＯのパターン層を残すというフォトリソグラフィーを使用して実施される。典型的には、ＩＴＯは図１（ｃ）に示される連続したストライプを形成するようにパターン化される。図１（ｃ）は、基板の上から見た図であり、ＩＴＯ１０２ａの平行なストライプ及びＩＴＯが除去されているガラス基板の照射領域１０１ａを示している。
フッ素化フォトレジスト層１０３は、図１（ｄ）に示されるようにパターン化されたＩＴＯ上に積層される。フッ素化フォトレジストは、スピンコート、ドクターブレードコート又は他の適切な技術によってスピンコートされる。適切なフッ素化フォトレジストは、ＷＯ００／６７０７２に開示されるようなフッ素化モノマーと光活性モノマーの共重合ポリマーを含む。特に、光活性イミド部及びフッ素化アルキル部のコポリマーを含むフッ素化フォトレジストは、本発明で使用できる。このようなフッ素化ポリイミドの例はＰ１２７７１であり、ＨＤ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社より入手が可能である。
積層に続いて、フッ素化フォトレジストは、例えば、積層後フッ素化フォトレジストは乾燥され、マスクを通してＵＶ光を照射する、ソフト焼成、例えばテトラメチルアンモニウム水酸化物を用いた現像、洗浄及びハード焼成のような従来のフォトリソグラフィー技術を用いてパターン化される。図１（ｅ）は、ＩＴＯ層のパターン層１０２及びフッ素化フォトレジストのパターン層１０３を有する基板１０１を示す。好ましいパターンは、例えば、平行なストライプの１次元パターンである盛地、又はフッ素化フォトレジストにおける２次元のくぼみである窪地を規定するものである。盛地を有するパターン化された基板が図１（ｆ）に示されており、同図では、ＩＴＯのストライプ１０２ｂに直角なストライプのパターンでフッ素化フォトレジストの盛地１０３ｂを残して基板からフッ素化フォトレジストがエッチング除去され、フッ素化フォトレジストの盛地間のＩＴＯ領域が露光される。符号１０１ｂは、基板上の露光されたガラス領域を示す。盛地は、典型的には、０．５〜１０ミクロンの高さ及び１０〜１００ミクロンの幅を有し、１０〜６００ミクロンの幅を有するＩＴＯ領域を含む溝を規定する。この他の方法として、フッ素化フォトレジストは図１（ｇ）に示される連続の盛地を提供するようにパターン化され、この場合に、フッ素化フォトレジスト１０３ｃはＩＴＯの露光領域の２次元パターン１０２ｃを残して選択的に除去される。窪地は直径１０〜１００ミクロンでよい。明らかに、盛地又は窪地の直径は、有機光電子又は電子装置の意図する使用に応じるが、例えば、マイクロディスプレイは非常に高い解像度を要求する。
フッ素化フォトレジストが図４（ａ）に示されるネガティブ壁断面を有する盛地を残すようにエッチングされると有利である。同図は、ガラス基板４０１上のＩＴＯパターン層４０２及びフッ素化フォトレジスト盛地上部層４０３を有する基板４００を示す。盛地４０３はネガティブ壁断面であり、基板に近いほど狭く、典型的には上部の幅が焼く４０ミクロンであり、低部の幅がより狭い約２０〜３８ミクロンである。ネガティブ壁断面を有する盛地を得るための技術は公知であり、ネガ型フォトレジストの場合、過少露光した後過剰露光することを含む。ネガティブ壁断面を有する盛地の形成は基板の次の処理プロセスにとって便利である。特に、ネガティブ壁断面を有する盛地は、パターン化された金属カソードの積層を助ける。ＥＰ０９６９７０１は、有機電子冷光放射性装置におけるカソードの積層においてネガティブ壁断面を有する盛地の使用を開示している。フッ素化フォ
トレジストは壁パターンを含むとき、これらは通常ポジティブ壁断面であり、これは蒸着溶液を窪地により簡単に流れ込むことを可能にする。ポジティブ壁断面を有する窪地を得るための技術は公知であり、ネガ型フォトレジストの場合、フォトレジストを過剰露光後過少露光することを含む。図４（ｂ）は、ガラス基板４０１、ＩＴＯのパターン化された層４０２、及びポジティブ壁断面を有する窪地パターン４０４を形成するためにエッチングされたフッ素化フォトレジストを有する基板４００を示している。このような基板は、典型的には、さらに、図４（ｂ）に示されるような盛地４０３を形成するためにパターン化されたフッ素化フォトレジスト層を含む。このようなフッ素化フォトレジストのさらなる層は、標準のフォトリソグラフィー技術のような公知の手法による窪地のパターン層を含む基板上に積層される。図４（ｂ）に示されるようなフォトレジストの２層を含む基板においては、窪地を含むフォトレジストの低い方の層はフッ素化フォトレジストである。他のフォトレジスト材料は、公知のフォトレジストの範囲の中から選ぶことができ、特にネガティブ壁断面を有する盛地を形成することができるような望ましい特性を有するものを選ぶことができる。基板のさらなる溶液プロセスのためには、基板がフォトレジスト２層を有するときは、両者ともフッ素化フォトレジストを含む。
盛地又は窪地を形成するためのフッ素化フォトレジストのパターニングの選択は、最終的な発光装置の性質による。もし、装置が単一色の発光をすること、すなわち、モノクロ装置が望まれるなら、盛地を有する基板にパターン化することで十分である。もし、装置が２以上の色、特に、赤、緑及び青を発光することが望まれるなら、フッ素化フォトレジストが、通常、盛地を形成するためにパターン化され、これによって異なる色の発光材料が離れて積層されることを可能にする。
有機半導体又は導電性ポリマーの溶液は上記のように製造された基板に直接適用され、蒸着溶液はフッ素化フォトレジストのない基板領域に分散されるが、基板のさらなる処理は蒸着溶液がフォトレジストのない領域、本件においてはＩＴＯの露光領域に流れる性質を増加させる。このさらなる処理の影響は、フッ素化フォトレジストの表面エネルギーを減少させることによって蒸着溶液を追い出す傾向を増加させ、また、フッ素化フォトレジストで被覆されていない基板領域の表面エネルギーを増加させることによって蒸着溶液を引き寄せる傾向を増加させることにある。本件の場合、この処理はＩＴＯの表面エネルギーを増加させるように働く。基板は、アルゴンプラズマ、大気プラズマ、酸素プラズマ、王水、又は過酸化物で処理することができ、特に、基板に紫外線及びオゾンを照射する処理が有効であることがわかった。この処理はプラズマ処理、特に従来のＯ2／ＣＦ4処理より十分に優れている。
ＵＶ／オゾン処理を実行するための便利な方法は、基板を酸素雰囲気中でＵＶ光源にさらすことである。理論に拘束されないで言うならば、ＵＶ光源が大気中の酸素を攻撃してオゾンを及び酸素ラジカルを発生させ、基板の表面にＵＶ光及びオゾンを同時に照射させ、オゾンはさらに酸素ラジカルを発生して分解する。これらの活性物質が基板の表面特性を変えると考えられている。
この処理は、図１（ｈ）に概略的に示されており、ここでは、ＵＶ光源１０４はパターン化された基板１０１、１０２、１０３に照射される。ＵＶ／オゾン処理は、部分真空下で実行される。部分真空においてさえ、基板表面の処理のために残存酸素から十分なオゾンが発生することが確立された。基板表面上の酸素ガスの流れ、したがってオゾンを発生させることが効果的であり、これは、例えば、真空ポンプによって達成できることがわかった。
ＵＶ源は、例えば、５〜１２ｍＷ／ｃｍ2及の電力及び１５０〜２５０ｎｍ、好ましく
は１６０〜１８０ｎｍ、最も好ましくは、１７５ｎｍ以下の発光波長を有するＵＶランプ
を含む。基板からＵＶ源までの距離は、１〜１０ｍｎのオーダーであり、基板からの距離の増加に伴いＵＶ減の出力を増加させる必要があることが明らかである。
ＵＶ／オゾン処理の継続時間は１〜３００秒のオーダーである。１〜１５秒の処理時間が、処理の間の劣化による最終的な装置の特性の悪化を十分避けながら基板表面特性を十分に改良することがわかった。これらのプロセス時間の短縮化は、１５〜３０分のプロセス時間が一般的に使用されている従来のＯ2／ＣＦ4プラズマ処理に対して十分な改良をもたらしている。
本発明のＵＶ／オゾン表面処理は、従来のＯ2／ＣＦ4プラズマ処理のように真空チャンバーの使用を必要としない。これは、本発明の方法を、例えば、パターン化されたフッ素化フォトレジストが適切に位置したＵＶ源のもとでコンベヤーに沿って通過するというような連続製造ラインに適用することを可能にする。
フッ素化フォトレジストと上述したＵＶ／オゾン処理の結合は、例えば、ＩＴＯ又はガラスなどの親水性基板材料と疎水性フッ素化フォトレジストの接触角の差を増大させ、溶液として基板上に積層された有機導電性又は半導体材料がフッ素化フォトレジストで規定される溝又は窪地から流れ出して望まれない基板領域に流れ込まないことを保証する。パターン化されたフッ素化フォトレジストは、基板上に有機材料のパターンが形成するために積層された溶液を十分に追い出すが、フッ素化フォトレジストとＵＶ／オゾン処理の結合はより効果的であり、パターン解像度の増大をもたらし、盛地又は窪地から蒸着溶液が流れ出す傾向を十分に減少させることがわかった。ＵＶ／オゾン処理は、パターン化されたフッ素化フォトレジストを有するＩＴＯ被覆ガラス基板の処理に特に有利であることがわかった。
上述したＵＶ／オゾン処理は、リリーフパターンを有するフッ素化ポリマー層を有する基板にはどれも適用することができ、これによってプロセス時間の短縮化、真空又は加圧チャンバーの不必要、バッチプロセスとの両立及び環境に有害なガスの不使用というＯ2
／ＣＦ4プラズマ処理にない前述した利点を有する。本発明の目的のためには、フッ素化
ポリマーは、表面だけがフッ素化したポリマーとは異なりバルク材料全体を通じて共有結合フッ素を含むポリマーを含むものと考えられている。フッ素化ポリマーのパターン層を有する基板はフォトリソグラフィーによって得られるが、ここで、フッ素化ポリマーはフォトレジストではなく、フッ素化ポリマーの上にさらにフォトレジスト層を形成し、フォトレジストをパターン化し、フォトレジストを現像し、フォトレジストの露光部又は未露光部を除去して下層のフッ素化ポリマーを露出させ、例えば、エッチングによって露出されたフッ素化ポリマーを除去することによって達成され、このようなプロセスはＷＯ００／７６００８に記載されている。他の方法として、フッ素化ポリマーは、例えば、インクジェットプリント又はマイクロコンタクト印刷のような印刷又はマイクロ印刷によって表面上のリリーフパターンの形で供給することもできる。フッ素化ポリマー層は、例えば、ＷＯ００／７０４０６又はＷＯ９８／２１６２６に記載されるように、例えば、エンボス加工のような機械的加工によってパターン化することもできる。フッ素化ポリマーを使用して作成され、ＵＶ／オゾンを使用して処理される基板は、フッ素化フォトレジストを使用して作成される基板と同様の方法で製造される。
溶液から半導体又は導電性材料を積層する適切な方法としては、基板の選択された領域、すなわち、隣接する盛地の間又は窪地に有機材料を積層する方法があり、このような方法としては、インクジェットプリント、フレキソ印刷がある。これに替わる方法としては、有機半導体又は導電性材料が基板の全体表面に積層され、基板上の異なる領域間での表面エネルギーの差に応じて、溝や窪地に完全に流れ込むものであり、このような方法としては、スピンコート、ドクターブレードコート、又はディップコートがある。図１（ｉ）
は、有機半導体又は導電性材料溶液１０５が基板１０１、１０２、１０３上にインクジェットヘッド１０６からインクジェット印刷される状態を示している。積層方法の選択は、求められる有機電子冷光放射性装置の性質によって決まり、例えば、モノクロディスプレイの製造が求められるときには、装置の層の形成に必要な半導体有機ポリマーが、図１（ｆ）のような盛地及び溝を有するパターン化された基板に材料の溶液をスピンコートによって積層される。マルチカラーディスプレイの製造が求められる場合には、装置の層を形成するのに必要な半導体ポリマーは図１（ｇ）に示される基板の窪地にインクジェットプリントによって積層される。この場合、異なる色の発光材料が異なる適当な窪地に積層される。
積層される有機半導体又は導電性材料の選択は最終的な装置の性質に依存し、有機電子冷光放射性装置の場合、有機半導体材料は高分子発光材料又は非高分子材料、いわゆる低分子材料を含み、電子冷光放射性装置の使用に適する高分子材料の例は、ＷＯ０９０／１３１１４８に開示されており、電子冷光放射性装置の使用に適する低分子の例は、ＵＳ４５３９５０７に開示されている。低分子有機電子冷光放射性装置は、ＥＰ０８８０３０３に開示されているように、インクジェットのような溶液プロセスによって製造される。有機電子冷光放射性装置は、典型的には、電荷輸送層のような追加の材料層を含む。有機材料の積層に使用される溶媒は材料の溶解性及び特定の積層技術の要求に応じて選択される。
本発明の方法は、図２を参照して、モノクロ高分子電子冷光放射性装置の製造のために例証される。図２は、ガラス基板２０１、装置のアノードを形成する平行なストライプにパターン化された層２０２、ＩＴＯストライプに垂直なフッ素化フォトレジストの連続した平行な盛地２０３を有する高分子有機電子冷光放射性装置２００を示す。このような装置は上記に詳しく記載したように製造される。
次に、正孔輸送層２０４がパターン化されたＩＴＯに積層され、正孔輸送材料としては、ドープされたポリアニリンのような他の正孔輸送材料も使用できるが、ＷＯ９８／０５１８７に開示されるスルホン酸ポリスチレンがドープされたポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）が好ましい。正孔輸送材料は、水溶性溶液からスピンコートにより積層され、水溶性溶液は、低い表面エネルギーもフッ素化フォトレジストにより追い出されて高い表面エネルギーの溝に優先的に流れ込む。水溶性溶液は、典型的には、１〜１０％濃度の正孔輸送材料を有し、例えば、１０００〜６０００ｒｐｍの速さでスピンコートされる。次いで、水溶性溶液は、厚さ１０ｎｍ〜２００ｎｍの正孔輸送材料を残して蒸発する。
次いで、ポリフルオレン又はポリ（フェニレンビニレン）のような発光ポリマー層２０５がスピンコートによって正孔輸送材料層に積層される。典型的には、発光ポリマーは、トルエン又はキシレンのような芳香族炭化水素の溶液からスピンコートされる。他の適切な溶媒の例はＷＯ０１／１６２５１に開示される。発光ポリマーは、０．５〜１０％の濃度の溶液からスピンコートされ、発光ポリマーの積層の厚さは通常１０ｎｍ〜３００ｎｍである。
次いで、カソード２０６が発光材料層に積層される。カソードに適切な材料の例は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙｂ、Ｓｍ及びＡｌを含む。カソードは、上記金属の合金又は上記金属と他の金属の合金、例えば、ＭｇＡｇ合金及びＬｉＡｌ合金であってもよい。本発明の装置は、さらに、ＷＯ９７／４２６６６に開示されるようなカソードと発光層の間に誘電材料を有してもよい。特に、カソードと発光材料の間の誘電層としてアルカリ又はアルカリ土類金属を使用することが好ましい。特に好ましいカソードは、１〜１０ｎｍの厚さのＬｉＦ層、１〜２５ｎｍの厚さのＣａ層及び１０〜５
００ｎｍの厚さのＡｌ層を有するＬｉＦ／Ｃａ／Ａｌを含む。他のカソードとしては、ＢａＦ2／Ｃａ／Ａｌを使用することができる。
カソード材料は典型的には気相蒸着により積層される。個別に住所割り当てされる画素を含むパッシブマトリックスディスプレイの製造のためには、カソードはＩＴＯアノード電極の平行なストライプに垂直な平行なストライプにパターン化される。カソードのパターン化は、通常、パターン化されたシャドウマスクを通して実行される。ネガティブ壁断面の適切な形状を有するフッ素化フォトレジストの盛地は、マスクとして機能し、カソード材料を平行なストライプ状に気相蒸着させる。このようなカソード蒸着及びパターン化方法は、ＥＰ０９６９７０１に開示されている。他の方法として、パターン化されたカソード層の蒸着に外付けのシャドウマスクを用いることができる。
カソードの蒸着に続いて、酸素及び湿気から装置の材料を保護するために、高分子電子冷光放射性装置は、通常、カプセル化される。カプセル化は、装置を、酸素又は湿気の環境から保護するために装置を金属缶又はガラスカバーによって包囲することによって行われるが、吸収剤が金属缶又はガラスカバー内に含まれる。このような技術はＵＳ６０８００３１に開示されている。その他の方法として、ＷＯ００／３６６６１に開示されるように、装置上を不浸透性のコンポジット材料で薄板でカプセル化される。
有機電子冷光放射性装置は電子輸送材料及び電子又は正孔遮断層を含み、このような装置としては、高分子材料及び非高分子材料の両者を含む。
図３の高分子トランジスタは、本発明の方法を用いて製造される有機電子装置の典型であり、類似のトランジスタはＷＯ０１／４７０４５に開示されている。トランジスタ３００は、ガラス基板３０１、フッ素化フォトレジストのパターン層３０２、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのように導電性有機材料で形成されるソース及びドレイン電極３０５、ポリフルオレンのような半導体ポリマー３０３、ポリビニルフェノールのような絶縁性材料層３０４、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのような導電性有機材料で形成されるゲート電極３０６を含む。本発明の方法においては、フッ素化フォトレジストがガラス基板上に積層され、最終的なドレイン及びソース電極並びにパターン化されトランジスタをパッド又は他のトランジスタと連結させるインターコネクト線を規定し、選択的に上記のＵＶ／オゾン処理にさらす。露出されたガラスの領域は、フッ素化フォトレジストの領域より高い表面エネルギーを有し、導電性ポリマーの溶液が基板上に積層されるとき、それは露出されたガラスの領域に優先的に流れ込み、この表面エネルギーの相違はフッ素化フォトレジストを上記のＵＶ／オゾン処理にさらすことによってさらに増加する。導電性ポリマーは一般的には、絶縁材料３０４及びゲート電極３０６層のようにインクジェットプリントによって積層される。他の装置構造及び操作態様についてのより詳細は前述のＷＯ０１／４７０４５に明らかにされている。
２つの電極間に、１又は２以上の有機電子ドナー又は１又は２以上の有機電子アクセプターの混合物又は層状構造が、本発明の方法を用いて製造される。本発明の方法は、ＵＳ５６７０７９１に開示されるタイプの装置のような２つの半導体ポリマーの混合物を含む勇気光励起装置の製造に特に適合する。
本発明を実施例に基づいて、以下に詳細に説明する。
次の例において、使用されるフッ素化フォトレジストは、ＨＤマイクロシステムから得られたフッ素化ポリイミドＰ１２７７１である。ポリイミドフォトレジストは、Ｂｒｅｗｅｒ Ｐｏｌｙｉｎ Ｔ１５０１０である。ＵＶ光源は、１７２ｎｍ波長で７ｍＷ／ｃｍ
2を供給するＵｓｈｉｏ ＵＥＲ２００−１７２ランプであり、基板から１．１ｍｍに位
置し、上述したようにオゾンを発生させるために使用された。Ｏ2／ＣＦ4プラズマ処理が、オゾン中の０．５−２％ＣＦ4混合ガス、１．５Ｔｏｒｒの圧力で、４００Ｗの電力を
有する直径３００ｍｍ、深さ４５０ｍｍのＲＦバレルエッチング器で実行された。
従来技術のＯ 2 ／ＣＦ 4 プラズマ後処理したポリイミド被覆基板と本発明の１つの態様であるＵＶ／オゾン後処理したフッ素化ポリイミド被覆基板の比較
ＩＴＯ、ポリイミド及びフッ素化ポリイミドで被覆されたガラス基板の表面上の水溶液の接触角について、ＵＶオゾン処理の効果と従来のＯ2／ＣＦ4プラズマ処理を比較する実験が実行された。接触角を測定する技術は公知であり、本実施例においては、Ｋｒｕｓｓ
ＤＳＡ１０ Ｄｒｏｐ Ｓｈａｐｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ 接触角測定システムが使用された。表１に結果が示されており、各表面処理の被覆基体の表面の水溶液の接触角への影響が示されている。表１において、接触角が示されており（単位度）、ＩＴＯはＩＴＯで被覆されたガラス基板を意味し、ｆＰＩはフッ素化ポリイミドで被覆されたガラス基板を意味し、ＰＩはポリイミドで被覆されたガラス基板を意味する。
Figure 2008243817
 被覆基板に有機材料溶液を提供するためには、溶液が供給されることが要求される領域における接触角と溶液がないことが要求される領域における接触角との差が十分にあることが必要である。本実施例においては、ＩＴＯ上における水溶液の接触角とポリイミド上における水溶液の接触角に十分大きな差があることが望まれる。このようにして、蒸着溶液はＩＴＯに優先的に流れ込む。Ｏ2／ＣＦ4プラズマ処理ＩＴＯとＯ2／ＣＦ4プラズマ処理ポリイミドＩＰの間の接触角に最も大きな差があるが、ＵＶ／オゾン処理ＩＴＯとＵＶ／オゾン処理フッ素化ポリイミドの間の接触角の差は、蒸着水溶液がＩＴＯ被覆基板に優先的に流れ込むのに十分である。上記のテストは、パターン化されたフッ素化フォトレジストを有する基板が溶液プロセスによって有機電子又は光電子装置を製造するのに適切であることを示している。
有機電子冷光放射性装置の製造例
線の間隔が３０ミクロン、厚さ２７０ミクロンの平行な線を形成するパターン化されたＩＴＯで被覆されたガラス基板が提供された。ＨＤマイクロシステムから得られたＰ１２７７１フッ素化ポリイミドの層は基板上にスピンコートされ、ポリイミドは１０ミクロンの高さ、４０ミクロンの幅を有する平行な盛地を形成し、幅２６０ミクロンの盛地の間に露光ＩＴＯ部の溝を残すようにパターン化される。
次いで、上述した装置を用いてフッ素化ポリイミドのパターン層を有するＩＴＯ被覆ガラスをＵＶ及びオゾンに１５秒間照射する。
０．５％の水溶液（Ｂａｙｅｒ社から入手可能なＢａｙｔｒｏｎ）を含むＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層は、ＩＴＯ（適合するインクジェットプリンターがＬｉｔｒｅｘ，ＵＳＡより入手可）の露光領域上にインクジェット印刷され、厚さ５０ｎｍの層を形成する。ポリフルオレン発光ポリマー層が、１．５％キシレンとトリメチルベンゼン溶媒からＰＥＤＯＴ；
ＰＳＳ層にインクジェット印刷される。このようにして、厚さ１００ｎｍのポリフルオレンがＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ上に形成される。積層ポリマーが溝内にあり、盛地に流れ出していないことを確認するために顕微鏡が使用される。
次いで、厚さ５０ｎｍのカルシウム層を有するカソード及び厚さ２５０ｎｍのアルミニウム層が真空蒸着によりポリフルオレン層上に蒸着される。次いで、装置は金属缶を用いてカプセル化される。
上記の方法によって製造される装置の操作は、通常の（すなわち、フッ素化していない）ポリイミド及びＯ2／ＣＦ4処理を含む公知のプロセスと同様の装置特性及び寿命を示し、かつ、プロセスは盛地の事前処理を必要としない、特に、真空チャンバー及び有毒ガスの使用を必要としないという利点を有する。
この明細書に記載される技術は、本発明の他の多くの実施態様及び効果的な代替方法を可能にすることは当業者にとって自明である。本発明は、この明細書に記載される特定の実施例に限られるのではなく、当業者に自明の改良を包含し、本発明の特許請求の範囲の精神と範囲に基づいて決められる。
本発明に従って製造、処理された有機光電子又は電子装置のための基板を示す。 本発明に従って製造、処理された有機光電子又は電子装置のための基板を示す。 本発明に従って製造、処理された有機光電子又は電子装置のための基板を示す。 本発明に従って製造、処理された有機光電子又は電子装置のための基板を示す。 本発明に従って製造、処理された有機光電子又は電子装置のための基板を示す。 本発明に従って製造、処理された有機光電子又は電子装置のための基板を示す。 本発明に従って製造、処理された有機光電子又は電子装置のための基板を示す。 本発明に従って製造、処理された有機光電子又は電子装置のための基板を示す。 本発明に従って製造、処理された有機光電子又は電子装置のための基板を示す。 本発明の有機発光装置を示す。 本発明の有機トランジスタを示す。 盛地と窪地の形を有するフッ素化フォトレジストのパターン層を有する基板を示す。 盛地と窪地の形を有するフッ素化フォトレジストのパターン層を有する基板を示す。

Claims (31)

  1. 基板上にフッ素化フォトレジスト層を積層し、リリーフパターンを形成するために前記フッ素化フォトレジスト層をパターニングし、半導体又は導電性材料を前記基板上に積層することを含む有機半導体又は光電子装置の製造方法。
  2. 前記フッ素化フォトレジストはフッ素化ポリイミドを含む請求項１に記載の方法。
  3. 基板上にフッ素化ポリマーのリリーフパターンの形をしたパターン層を供給し、前記基板及び前記フッ素化ポリマーのパターン層に紫外線を照射し、前記基板上に溶液から有機半導体及び導電性材料の層を積層することを含む有機電子又は光電子装置の製造方法。
  4. 前記フッ素化ポリマーがフッ素化フォトレジストを含む請求項３に記載の方法。
  5. 前記フッ素化ポリマーのパターン層がフォトリソグラフィーによってパターン化されている請求項３に記載の方法。
  6. 前記フッ素化ポリマーのパターン層が印刷によりパターン化されている請求項３に記載の方法。
  7. 前記フッ素化ポリマーのパターン層が機械的に、好ましくはエンボス加工によってパターン化されている請求項３に記載の方法。
  8. 前記リリーフパターンが盛地を含む請求項１又は３に記載の方法。
  9. 前記リリーフパターンが窪地を含む請求項１又は３に記載の方法。
  10. 前記窪地がポジティブ壁断面を有する請求項９に記載の方法。
  11. フッ素化フォトレジスト又はフッ素化ポリマーの前記層の前記リリーフパターンが、さらに、盛地を含むためにパターン化されたフッ素化フォトレジスト又はフッ素化ポリマーを含む請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 前記盛地がネガティブ壁断面を有する請求項８又は１１に記載の方法。
  13. 溶液から前記基板上に有機半導体又は導電性材料を積層する前に、前記基板及びフッ素化フォトレジストの前記パターン層をアルゴンプラズマ、大気プラズマ、紫外線及びオゾン、酸素プラズマ、王水又は過酸化物にさらす請求項１、２、８ないし１２のいずれかに記載の方法。
  14. 溶液から基板上に有機半導体又は導電性材料を積層する前に、前記基板及び前記フッ素化フォトレジストのパターン層を紫外線及びオゾンにさらすことを含む請求項１３に記載の方法。
  15. 前記基板及び前記フッ素化フォトレジスト又はフッ素化ポリマーに紫外線及びオゾンを照射するステップが、酸素が前記基板の表面に接触し、前記酸素が紫外線の存在下においてオゾンに転化される間、前記基板及び前記フッ素化フォトレジスト又はフッ素化ポリマーのパターン層に紫外線を照射することを含む請求項３又は１４に記載の方法。
  16. 前記基板及び前記フッ素化フォトレジスト又はフッ素化ポリマーのパターン層を紫外線及
    びオゾンに０．１〜３００秒、好ましくは１〜６０秒、最も好ましくは１〜３０秒間照射する請求項３又は１４に記載の方法。
  17. 溶液から有機半導体又は導電性材料の層を積層する工程が水溶液から積層することを含む請求項１又は３に記載の方法。
  18. 前記基板は導電性材料層で被覆された基板を含み、前記導電性材料は好ましくは４．３ｅＶを超える仕事関数を有し、より好ましくは前記導電性材料はインジウム錫酸化物である請求項１又は３に記載の方法。
  19. 導電性材料の前記層がパターン化され、好ましくは、前記パターンは連続した平行なストライプを含む請求項１８に記載の方法。
  20. 溶液から基板上に有機半導体又は導電性材料を積層する工程は、スピンコート、ドクターブレードコート、浸漬コート、フレキソ印刷、インクジェットプリント又はスクリーン印刷の手段により前記有機半導体又は導電性材料を積層する工程を含む請求項１又は３に記載の方法。
  21. 溶液から基板上に有機半導体又は導電性材料を積層する工程は、インクジェットプリントの手段により前記有機半導体又は導電性材料を積層する工程を含む請求項２０に記載の方法。
  22. 前記有機半導体又は導電性材料は、有機ポリマーである請求項１ないし２１のいずれかに記載の方法。
  23. 前記有機導半導体又は導電性材料は、ドープされたポリチオフェン及びポリアニリン、好ましくは、前記有機導電性材料はポリ（エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸から選択される導電性有機ポリマーである請求項２２に記載の方法。
  24. 溶液から前記有機半導体又は導電性材料層上に追加の材料層を積層する工程を含む請求項１ないし２３のいずれかに記載の方法。
  25. 前記追加の材料層は、有機半導体材料を含み、好ましくは、前記有機半導体材料はポリフルオレン及びポリ（フェニレンビニレン）を有する基から選択される請求項２４に記載の方法。
  26. 前記追加の層は、芳香族炭化水素溶媒を含む溶液から積層される請求項２４又は２５に記載の方法。
  27. 低い仕事関数の材料層を前記有機導電性若しくは半導体材料層、又は前記有機半導体材料の追加層に積層する工程、好ましくは、前記低い仕事関数の材料はリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム及びアルミニウム、これら金属の合金及びこれら金属と他の金属との合金から選ばれる請求項１ないし２６のいずれかに記載の方法。
  28. 請求項１ないし２７のいずれかに記載の方法によって製造される有機光電子又は電子装置。
  29. 請求項１ないし２８のいずれかに記載の方法によって製造される有機発光装置。
  30. 請求項１ないし２９のいずれかに記載の方法によって製造される有機トランジスタ。
  31. 請求項１ないし３０のいずれかに記載の方法によって製造される有機光起電装置。
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