JP2009525584A - 大面積有機電子デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

有機電子デバイスの製造方法が提供される。具体的には、活性ポリマー層を有する有機エレクトロルミネセントデバイスの製造方法が提供される。活性ポリマー層を、マイクログラビア塗工のようなウェブコーティング法で配置する。活性ポリマー層を溶剤ワイピング法でパターニングする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、大面積有機電子デバイスの製造方法に関する。

電気エネルギーから光を発生する大面積半導体有機系デバイス（光源）と、光から電気エネルギーを発生するデバイス（光起電力装置）は、様々な用途に使用することができる。例えば、蛍光発光などの伝統的な区域光源に匹敵する、高効率な光源の開発が続けられている。発光ダイオードなどのエレクトロルミネセント装置は、これまで、インジケータ照明や数字ディスプレイ用に実用化されているが、発光ダイオード技術の進歩につれて、このような技術を区域照明に使用する利益が増大している。発光ダイオード（ＬＥＤ）及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換する固体半導体装置である。ＬＥＤは電気エネルギーを光に変換するのに無機半導体層を使用し、一方ＯＬＥＤは電気エネルギーを光に変換するのに有機半導体層を使用する。一般に、ＯＬＥＤを製造するには、２つの導体又は電極間に多数の有機薄膜層を配置する。通常、電極層及び有機層は２つの基板間に配置される。電流を電極に流すと、光が発生する。伝統的なＬＥＤとは異なり、ＯＬＥＤは低コストな大面積薄膜堆積法を用いて加工することができる。ＯＬＥＤ技術は超薄発光ディスプレイの作製に、また他の大面積用途に適している。ＯＬＥＤを用いる汎用的な区域照明を実現するために、活発な開発が行われてきた。

光起電力（ＰＶ）装置は、ＬＥＤ装置と同様の材料とコンセプトを用いて作製することができる。半導体ＰＶ装置は一般に、日光などの光源からの光子の吸収後に形成される電子−正孔対の分離に基づく。通常電界を与えて、電荷の分離を容易にする。電界は、金属−半導体界面にビルトイン電圧が存在するショットキー接触から、或いはｐ型及びｎ型半導体材料間のｐｎ接合から生じる。このような装置は普通、単結晶、多結晶又はアモルファス構造のいずれともすることができる無機半導体、特にケイ素から製造される。通常、光子変換効率が比較的高いのでケイ素を選択する。しかし、ケイ素技術は高コストと複雑な製造プロセスを組み合わせたもので、得られる装置はその装置が発生するパワーと比べて高価である。

ＯＬＥＤと同じく、有機光起電力（ＯＰＶ）装置は、活性な半導体有機材料に基づくものであるが、最近、有機半導体材料の進展の結果として、より注目を集めており、大面積用途に益々使用されるようになっている。これらの材料では、以前のＯＰＶ装置では達成できなかった良好な効率が保証される。代表的には、ＯＰＶ装置の活性成分は、２つの導体又は電極間に配置された２つ以上の有機半導体材料層である。少なくとも１つの有機半導体材料層は電子受容体であり、少なくとも１つの有機材料層は電子供与体である。電子受容体は、その高い電子親和性により隣接する別の材料から電子を受け取ることができる材料である。電子供与体は、その低いイオン化ポテンシャルにより隣接する材料から正孔を受けとることができる材料である。有機光導電性材料が光子を吸収すると、束縛された電子・正孔対が形成され、この電子・正孔対を解離しないと、電荷収集が起こりえない。分離された電子と正孔はそれぞれの受容体（半導体材料）中を移動し、反対側電極に収集される。

ＰＶ装置に組み込まれている有機半導体材料の特定の層はＯＬＥＤ装置に組み込まれている有機材料の特定の層とは異なることがあるが、ＯＰＶ装置とＯＬＥＤ装置の構造の類似から同じような設計及び製造上の課題がある。１例を挙げると、ＯＬＥＤ装置の製造に用いられる技術はＯＰＶ装置の製造にも用いることができ、その逆もある。したがって、大面積ＯＬＥＤ装置及び大面積ＯＰＶ装置の製造について考えると、同様の問題や課題が認められる。

ＯＬＥＤ、ＯＰＶなどの大面積有機電子デバイスを製造する場合の１つの課題は、活性ポリマー層をどう配置するかである。例えば、ＯＬＥＤは通常、２つの電極間に発光層、電子輸送層及び正孔輸送層を含む。このような有機エレクトロルミネセント層を大面積に適用する通常の方法は、高い加工コストと加工制約のため、高価である。活性ポリマー層を配置する普通の方法は、高速で回転する基板上に液体膜を広げるスピンコーティング法である。しかし、このアプローチは、スピン室の寸法制約のため小面積皮膜に限定される。さらに、スピンコーティングはバッチ操作である。スピンコーティング法では、コーティング溶液の９９％以上が無駄になり、その結果材料コストが高くなる。

大面積有機電子デバイスの製造と関連する別の設計上の課題が、活性ポリマー層のパターニングにある。デバイス設計仕様に適合させるとともに、デバイス歩留まりを高くするために、活性ポリマー層を含む有機層をしばしば種々のテキスチャ、トポグラフィ及び幾何形状にパターニングする。活性ポリマー層のパターニングは、従来、レーザアブレーションを用いて行われており、この場合パターニングフォトマスクでパターニングすべき区域を覆い、残りの区域をレーザビームを用いて選択的にエッチングする。このような有機電子デバイスにおける活性層のパターン形成に関連した１つの問題は、このプロセスがプラスチック基板に適合しないことである。レーザビームはかなりの局部的な熱を発生し、電極材料とその下側のプラスチック基板の熱膨張係数との大きなミスマッチのせいで、その熱が基板にダメージを与えるおそれがある。さらに、本プロセスは極端に遅く、高価であり、また大きな試料に対して、或いは実地作業で簡単に実施することができない。
米国特許出願公開第２００５／０１２９９７７号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１２１５０８号明細書 国際公開第０１／１８８８９号パンフレット

したがって、大面積有機電子デバイスの製造において優れた成膜及びパターニング方法が必要とされている。

本発明の１実施形態によれば、有機電子デバイスの製造方法が提供される。本方法は、ウェブコーティング法で第１活性ポリマー層を第１電極上に配置する工程、ウェブコーティング法で第２活性ポリマー層を第１活性ポリマー層上に配置する工程、さらに溶剤ワイピングによって第１及び第２活性ポリマー層の少なくとも１つをパターニングする工程を含む。

本発明の別の実施形態によれば、有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法が提供される。本方法は、可撓性基板上に導電層を配置する工程、導電層をパターニングして複数の電気的に分離された導電領域を形成する工程、ウェブコーティング法によって第１活性ポリマー層を導電層上に、導電層全体を第１活性ポリマー層で覆うように配置する工程を含む。本方法は、さらに、第１活性ポリマー層をパターニングして複数の分離された第１活性ポリマー領域を形成する工程を含み、この際、複数の分離された第１活性ポリマー領域のそれぞれが複数の電気的に分離された導電領域の対応する１つの少なくとも一部分を覆うようにパターニングし、またパターニングを溶剤ワイピングによって行う。

本発明の他の実施形態によれば、有機発光ダイオードシステムの製造方法が提供される。本方法は、複数の第１電極がパターニングされた可撓性基板上に正孔輸送層を配置する工程を含み、この際、ウェブコーティング法で正孔輸送層を配置する。本方法は、さらに、溶剤ワイピングによって正孔輸送層をパターニングする工程、ウェブコーティング法で発光ポリマー層を正孔輸送層上に配置する工程、溶剤ワイピングによって発光ポリマー層をパターニングする工程を含む。

本発明の上記その他の特徴、観点及び利点が一層よく理解できるように、以下に添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図面中同一符号は同じ部品を示す。

まず図１に有機デバイス１２の配列体１０を示す。配列体１０に含まれる有機デバイス１２の数はいくつでもよい。さらに、配列体１０は後述するように有機デバイス１２の大面積配列体として使用するように構成できる。ここで用いる用語「構成する」、「配設する」（される）などは、ある要素の寸法もしくは配置が特定の構造を形成するか、特定の結果を達成するようになっているか、ある要素がそのように製造されていることを意味する。有機デバイス１２は、例えば有機光起電力デバイス（ＯＰＶ）でも、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）でもよい。上述したように、有機デバイスの製造方法は、デバイスの種類に関わりなく、同様である。周知のように、電極の特定の材料層及び配線（インターコネクション）は様々であるが、層の成膜及びパターニングには同様の技法を用いることができる。

配列体１０の有機デバイス１２それぞれを可撓性透明材料のフィルム又はシート上に製造することができる。可撓性透明材料は配列体１０用の基板１４を形成するように構成することができる。可撓性基板１４は、任意適当な材料、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（例えばＬｅｘａｎ）、ポリマー材料（例えばＭｙｌａｒ）、ポリエステル、金属ホイルなどから形成することができる。１実施形態では、基板１４は高融点を有する材料から形成し、これにより高い加工温度（例えば＞２００℃）を可能にする。さらに、基板１４は透明であるのが有利であり、可視光の透過率が高い（例えば透過率＞８５％）。さらに、基板１４は、例えば高い衝撃強さ、難燃性及び熱成形性を有する材料から形成するのが有利である。

１実施形態では、基板１４は、例えば長さ約４フィート、幅約１フィートとすることができる。当然ながら、これ以外の望ましい寸法の基板１４を使用してもよい。基板１４は厚さ約１〜１２５ミルの範囲とすることができる。一般に、厚さ１０ミル未満の材料を「フィルム」と表現し、一方厚さ１０ミル超えの材料を「シート」と表現することができる。基板１４はフィルムもしくはシートいずれでもよい。さらに、これらの用語は特定の厚さを暗示しているものの、ここでは互換可能な用語として用いる。したがって、いずれの用語を用いてもそれぞれの材料の厚さを限定するつもりはなく、場合により便宜的に用いている。一般に、より薄い基板１４はより軽量かつより安価な材料となる。しかし、より厚い基板１４はより高い剛性を与え、したがって大面積有機デバイスにふさわしい構造的支持を与える。したがって、基板１４の厚さは特定の用途に依存する。

本発明の特定の実施形態によれば、基板１４が可撓性で、例えばロールから繰り出すことができるのが有利である。また、基板１４用のロールを用いることで、活性部分の大容量、低コスト、リール−リール間加工及び作製が可能になる。ロールは、例えば幅１フィートとすることができる。基板１４を特定の用途に合った長さにカットしてもよい。

当業者に明らかなように、大面積用途の場合、有機電子デバイス１２を配列してパターン又は配列体を形成する。即ち、配列体をパターニングもしくは「ピクセル」化して、個別の電気的に分離されたパッチ又は「ピクセル」の緻密な層を形成する。各個別デバイス１２の１つ又は複数の層をピクセル化することにより、上下電極間の短絡が、配列体全体を短絡するのではなく、短絡されたピクセルだけに作用する。このような方法は有機電子デバイスの完全な破損を緩和することが知られており、以下に詳述する。

ここで図２を参照すると、図１の切断線２−２に沿って見た有機電子デバイス１２の簡単な断面図を示す。図２の有機電子デバイス１２は、例えば配列体１０の単一ピクセルの表示である。本実施形態では、有機電子デバイスはＯＬＥＤを構成する。前述したように、有機電子デバイス（ＯＬＥＤ）１２は基板１４、第１電極１６、活性ポリマー層１８及び２０、及び第２電極２２を含む。第１電極１６はＯＬＥＤのアノードを形成するよう構成され、透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を含有することができる。透明ＩＴＯは、ロール−ロール間加工法を用いて可撓性透明基板１４上に配置することができる。例えば、第１電極１６をスパッタリング法によって配置して、約５０〜２５０ｎｍの範囲の厚さに設層することができる。第１電極１６の光透過比が０．８以上であるのが好ましい。

第２電極２２はカソードを形成するよう構成される。第２電極２２は、例えばカソードアクチベータＮａＦを添加したアルミニウムフィルムから形成することができる。或いは、第２電極２２は、例えばカルシウム、マグネシウム又は銀を含有することができる。第１電極１６と同様、第２電極２２もスパッタリング法によって配置して、例えば約５０〜２５０ｎｍの範囲の厚さに設層することができる。下方取出しＯＬＥＤデバイスの場合、第２電極２２が反射性で、衝突する光を（光を周囲環境に取出す）デバイスの前面に向かって反射するのが有利である。周知のように、電圧電位を第１電極１６と第２電極２２間にかけると、活性ポリマー層１８及び２０から光が発光される。或いはまた、両電極を透明にして透明な発光デバイスを実現したり、上取出しＯＬＥＤの場合、底部電極を反射性、頂部電極を透明にすることもできる。

前述したように、多数の活性ポリマー層を第１電極１６と第２電極２２の間に配置することができる。ＯＬＥＤデバイスの場合、活性ポリマー層は、代表的にはキシレン溶液からの、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレンなどの有機発光性ポリマーの層数層を含む。当業者に明らかなように、層の配置数及び有機ポリマーの種類は用途に応じて変わる。１実施形態のＯＬＥＤデバイスの場合、活性ポリマー層２０はポリフルオレンのような発光性ポリマー（ＬＥＰ）を含有し、活性ポリマー層１８はポリ（３，４）−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）のような正孔輸送層を含有することができる。なお、他の発光性ポリマー及び正孔輸送もしくは電子輸送層を用いてもよい。さらに、ＯＬＥＤデバイスに追加の活性ポリマー層を用いることができる。

有機電子デバイス１２がＯＰＶデバイスである場合、活性ポリマー層１８及び２０に用いる有機材料の種類は、ＯＬＥＤデバイスに関して前述したものとは異なるものとすることができる。ＯＰＶデバイスは、前述したように、電荷の電極への輸送を増進する１つ又は２つ以上の層を含む。例えば、ＯＰＶデバイスでは、活性ポリマー層１８及び２０は電子供与体材料及び電子受容体材料を含むことができる。電子供与体層は、例えば、金属を含まないフタロシアニン；銅、亜鉛、ニッケル、白金、マグネシウム、鉛、鉄、アルミニウム、インジウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、セリウム、プラセオジウム、ランタン、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムを含有するフタロシアニン色素；キナクリドン色素；インジゴ及びチオインジゴ色素；メロシアニン化合物；シアニン化合物；スクアリウム化合物；ヒドラゾン；ピラゾリン；トリフェニルメタン；トリフェニルアミン；共役導電性ポリマー、例えばポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（チエニレンビニレン）、ポリ（イソチアナフタレン）；及びポリ（シラン）を含有することができる。さらに、電子供与体材料には、正孔輸送材料、例えばトリアリールジアミン、テトラフェニルジアミン、芳香族第３級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、及びポリチオフェンも挙げられる。

ＯＰＶデバイスにおける電子受容体材料には、例えばペリレンテトラカルボキシジイミド、ペリレンテトラカルボキシジイミダゾール、アントラキノンアクリドン色素、多環式キノン、ナフタレンテトラカルボキシジイミダゾール、ＣＮ及びＣＦ₃置換ポリ（フェニレンビニレン）及びバックミンスターフラーレンが挙げられる。さらに、電子受容体材料には、電子輸送材料、例えば８−ヒドロキシキノリンの金属有機錯体；スチルベン誘導体；アントラセン誘導体；ペリレン誘導体；金属チオキシノイド化合物；オキサジアゾール誘導体及び金属キレート；ピリジン誘導体；ピリミジン誘導体；キノリン誘導体；キノキサリン誘導体；ジフェニルキノン誘導体；ニトロ置換フローリン誘導体；及びトリアジンも挙げられる。

前述したように、可撓性基板１４はリール−リール間加工と両立するので有利である。したがって、活性ポリマー層１８及び２０の成膜及びパターニングは、例えば普通の小面積インジケータ照明用ＯＬＥＤや小形ＯＰＶデバイスの場合より困難になる。活性ポリマー層１８及び２０を構成する種々の層を設層し、これらの層をパターニングするために、多数の被覆工程を実施する。したがって、活性ポリマー層１８及び２０の成膜及びパターニングに関する説明は、通常、多数の繰り返し被覆工程に言及するが、これらについては図５に関連して、また具体的には実施例において説明する通りである。本発明の実施形態によれば、活性ポリマー層１８及び２０のそれぞれをウェブコーティング法、例えば康井精機のマイクログラビア法（登録商標）により配置する。本発明の他の実施形態によれば、活性ポリマー層１８及び２０のそれぞれを溶剤ワイピング（ＳＡＷ）法を用いてパターニングする。成膜及びパターニング法について、図３及び図４を参照しながら説明する。

本発明の実施形態によれば、活性ポリマー層１８及び２０の成膜を任意適当なウェブコーティング法で行う。ウェブコーティング法は、通常、他の成膜法より材料の無駄が少なくなるので有利である。ウェブコーティング法はロール−ロール間製造システムとともに使用することができる。さらに、ウェブコーティング法は、大面積ＯＬＥＤやＯＰＶのような大面積デバイスの製造に簡単に使用することができる。

活性ポリマー層１８及び２０を配置するウェブコーティング法の１例は、康井精機から入手できるシステムを用いるマイクログラビア塗工（登録商標）である。マイクログラビア塗工は、低粘度液体の薄い均一な層を塗工するように構成された特別な連続被覆プロセスである。マイクログラビア塗工システムの１例を図３に２４で示す。パターン、セルもしくは溝が彫刻された小径の彫刻ロール（グラビアロール）２６を用意する。グラビアロール２６の表面には、有限な容積の内部収容能力を決める多数のセルが規則的な間隔で設けられている。セルの幾何形状、数、間隔、深さその他のパラメータを変えて、ある範囲の総容積を生成して塗工量（厚さ）制御を実現することができる。マイクログラビアロールは軸受けに装着され、塗液パン２８に部分的に浸漬状態で回転する。塗液パン２８には、ウェブ３２に塗工すべき液体３０が満たされている。本発明の実施形態によれば、液体３０は活性ポリマー材料、例えばＬＥＰ又はＰＥＤＯＴ層を含有することができ、ウェブ３２は可撓性基板材料とすることができる。さらに具体的には、ウェブ３２は、第１電極１６を形成するＩＴＯで被覆された可撓性基板１４とすることができる。液体３０は、ＩＴＯ被覆可撓性基板１４上に配置されて第１活性ポリマー層１８（例えばＰＥＤＯＴ層とすることができる）を形成する材料を含有することができる。同様のプロセスを用いて第２活性ポリマー層２０（例えばＬＥＰ層とすることができる）を第１活性ポリマー層１８の上に配置することができる。

製造中、グラビアロール２６は液体３０に浸漬され、一方ウェブ３２はロール３４及び３６によりグラビアロール２６の上を案内される。ローラ３４及び３６はロール３０をグラビアロール２６に上方接触関係で案内するように構成されている。ウェブ３２が液体３０で覆われたグラビアロール２６に到達すると、グラビアロール２６の表面のセル又は溝が充満される。グラビアロール２６は回転すると、液体３０を掻き揚げ、グラビアロール２６がウェブ３２との接触点に向かって回転するにつれて、可撓性鋼ブレード３８により液体３０が掻き取られる（予備計量される）。ブレード３８により余分な液体をグラビアロール２６の表面から掻き落とす。グラビアロール２６は移動中のぴんと張ったリール−リール間表面（例えばＩＴＯ層１６が設層された基板１４）に対して逆ワイプされ、グラビアロール２６の彫刻表面に溜まっている液体の一部分を前記表面に転写する。マイクログラビア塗工は連続被覆法であるので、以下に説明するように、配置された層をその後パターニングすることができる。

本発明の実施形態によれば、活性ポリマー層１８及び２０を配置するのに他のウェブコーティング法を用いてもよい。例えば、正転又は逆転ロールコーティング、直接正転グラビアコーティング、オフセットグラビア、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷を用いて活性ポリマー層１８及び２０のそれぞれを配置することができる。フレキソ印刷は、印刷すべき区域をロールに取り付けた可撓性プレート上の凸部とする方法である。彫刻ロールから凸部イメージにコーティングを転写した後、コーティングを表面に転写する。回転式スクリーン印刷はスクイーザを用いてコーティングを微細布メッシュの開口区域を通して基板に押し出す。インクジェット印刷では、まず、インクジェット装置のノズルに液滴を形成する。液滴を表面上に送り出し、液滴が表面にぶつかると、慣性力と表面張力により液滴を広げる。

活性ポリマー層１８又は２０を配置した後、その層をパターニングして、図１に示すような配列体１０の分離構造又はピクセルを形成することができる。本発明の実施形態によれば、溶剤ワイピング（ＳＡＷ）法を実施して活性ポリマー層１８及び２０をパターニングすることができる。ＳＡＷ法は、選択区域の材料除去を達成するために、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、トルエン、キシレン又はこれらの組合せの１種以上の溶剤で、材料の一部分、例えば活性ポリマー層１８及び２０の一部分を溶媒和する。次に、ワイピングヘッドにより活性ポリマー層１８又は２０の溶媒和部分の表面をワイプして、活性ポリマー層１８及び／又は２０の一部分を除去し、こうしてこれらの層をパターニングする。以下に説明するように、本発明の１実施形態では、活性ポリマー層１８を配置し、パターニングした後、活性ポリマー層２０を配置し、パターニングする。或いはまた、活性ポリマー層１８及び２０を配置し、その後同時にパターニングすることができる。ワイピングヘッドは通常、スポンジ、エラストマー、熱可塑性樹脂、熱硬化樹脂、繊維マット、多孔質材料、ポリウレタンゴム、合成ゴム、天然ゴム、シリコーン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、表面模様付き材料及びこれらの組合せの１種以上を含有する。さらに、ワイピングヘッドは、下側の層の所望のパターニングを達成する望ましいプロファイル（形状）を有することができる。

本発明の実施形態では、溶媒和種を、１回のワイピング操作で、下側の層にダメージを与えることなく、１つの活性ポリマー層１８又は２０を除去するように選択する。この実施形態では、活性ポリマー層１８を配置し、次いでパターニングすることができる。次に、活性ポリマー層２０を配置し、次いでパターニングすることができる。各層のパターニングに用いる溶剤は、パターニングする層の材料に応じて異なる。例えば、２層構造におけるＬＥＰ層は、溶剤としてキシレンを用いて、その下側のＰＥＤＯＴ層にダメージを与えることなく、パターニングすることができる。

別の実施形態では、溶媒和種を、１回のワイピング操作で、複数の活性ポリマー層１８及び２０を除去できるように選択する。即ち、活性ポリマー層１８及び２０両方を配置し、次いで活性ポリマー層１８及び２０両方を同時にパターニングすることができる。代表的な例では、活性ポリマー層１８は、極性が高く、水のような水素結合溶剤のみに溶解する、ＰＥＤＯＴのような導電性ポリマー皮膜である。活性ポリマー層２０は、非極性であり、トルエンやキシレンのような非極性溶剤のみに溶解するＬＥＰ材料を含有することができる。このような極端に異なる溶解度特性を有する複数のポリマー皮膜を１回のワイピング操作で除去するためには、それぞれのポリマーに適当な溶剤を第３の溶剤に分散して均質な溶液を形成する。第３の分散用溶剤は、多数の溶剤、例えばアルコール類（例えばイソプロパノール、エタノール、メタノールなど）、ケトン類（例えば、アセトン、メチルエチルケトンなど）、酢酸エステル、エーテル類、塩化メチレン、又は中間の溶解度パラメータを有する任意の溶剤から選択する。この実施形態では、２つの活性ポリマー層１８及び２０を、水及びキシレンを含有する溶剤系で、１工程で除去することもできる。この特定の実施形態では、イソプロパノールを用いて水とキシレンの混合を容易にし、均質な溶液を生成する。

前述したように、有機電子デバイス１２の配列体１０（図１）を形成するために、種々の層を配置し、パターニングして適切な電気通路を確保する。１実施形態では、単一行内の隣接するデバイス１２を直列に接続して耐短絡設計の構造を得る。図４に、電気的に直列接続された３つの有機電子デバイス１２の設計例を示す。図４は、図１の断面線４−４に沿って見た３つのデバイス１２の断面図である。当然ながら、図４に示す実施形態は例示に過ぎない。他の構成配置も使用できる。

具体的に、図４は、直列にカップリングした３つの有機電子デバイス１２を示す。第１電極１６を配置し、パターニングして、図４に示す分離構造を形成することができる。前述したように、また後述するように、活性ポリマー層１８，２０及び第２電極２２など、上に重なる層のそれぞれを、図示の通りに、配置し、パターニングすることができる。図４の実施形態では、配列体の単一行内の隣接するデバイスの第１電極１６への導電通路を確保するように、各第２電極２２を配置し、パターニングする。単一行内の隣接するデバイスのそれぞれを直列に接続することにより、電気的短絡に強い構造（耐短絡構造）が得られる。

本発明の実施形態によれば、活性ポリマー層１８及び２０を配置するのにウェブコーティング法を採用し、活性ポリマー層１８及び２０をパターニングするのに溶剤ワイピング法（ＳＡＷ）を採用することにより、有機電子デバイスの製造が簡単になる。本発明の実施形態にしたがって有機電子デバイスを製造する工程は、厳密には、製造する特定のデバイス、配列体の所望構造及び成膜する材料の種類に応じて、変動する。しかし、ここで開示した方法のそのような変動は当業者の予想の範囲内である。また、多数のベーキング及び処理工程を用いることができる。ベーキング及び処理工程は、成膜する材料、材料の厚さ、下側材料の種類、そして当業者に予想できるその他の設計上の変数に応じて、変動する。

ここで図５を参照すると、本発明の実施形態にしたがって有機電子デバイスの配列体を製造する簡単なプロセス４０がフローチャートに描かれている。第１に、ブロック４２に示すように、第１電極を形成する。第１電極は、ＩＴＯ層を可撓性基板上に配置し、パターニングして多数の分離したＩＴＯパターンを形成したものとすることができる。次に、ブロック４４に示すように、第１活性ポリマー層をＩＴＯ層上に配置する。第１活性ポリマー層は，例えばマイクログラビア塗工（登録商標）のようなウェブコーティング法を用いて配置する。第１活性ポリマー層は、例えばＰＥＤＯＴ層とすることができる。次に，ブロック４６に示すように、溶剤ワイピング法（ＳＡＷ）によりＰＥＤＯＴ層をパターニングする。ＰＥＤＯＴ層は，例えば図４に示したようにパターニングすればよい。製造する特定のデバイスに応じて、活性ポリマー層の成膜とパターニングを繰り返すことができる。１実施形態では、マイクログラビア塗工（登録商標）のようなウェブコーティング法を用いて、ＬＥＰ層をＰＥＤＯＴ層上に配置する。次にＬＥＰ層をＳＡＷ法でパターニングして図４に示す構造を形成することができる。或いはまた、ＰＥＤＯＴ層及びＬＥＰ層のそれぞれを配置した後、それぞれの層をパターニングしてもよい（ブロック４４）。両層を配置した後、両層をＳＡＷ法で同時にパターニングしてもよい（ブロック４６）。最後に、ブロック４８に示すように、第２電極を配置し、パターニングすることができる。第２電極は例えばアルミニウムから構成することができる。

これ以上詳しく説明しなくても、当業者であれば、本明細書の説明にしたがって、本発明を十分に利用できるはずである。以下に製造プロセスについての実施例を挙げて、当業者が本発明を実施する上でのさらなる指針を提示する。実施例は本発明の実施に寄与する実験の代表例に過ぎない。したがって、これらの実施例は、いかなる意味でも、特許請求の範囲に規定された本発明を限定するものではない。

ここに記載する実施例では、名目シート抵抗約４０Ω／□を有する可撓性ＩＴＯ被覆ＰＥＴ（幅４インチのウェブ）のロールを用意した。まずＩＴＯ被覆ＰＥＴの小片（４ｘ６μｍ）を切り出し、予備クリーニングした。被覆に先立って、小片をＵＶ／オゾンで１０分間処理し、表面濡れ性を向上させた。本実施例で採用したウェブコーティング法は前述したとおりのマイクログラビア塗工法（登録商標）である。つまり、クリーニング後に、マイクログラビア塗工装置にてクリーンなＩＴＯ被覆ＰＥＴをウェブにステッチングした。基板前処理モジュールを製造ラインに併合した場合には、切断及びステッチングを簡単にできる。即ち、ＩＴＯ被覆可撓性基板それ自身をウェブとすることができ、そうすればマイクログラビア塗工装置に直接供給できる。

次に、マイクログラビア塗工により正孔輸送層（０．７５％ＰＥＤＯＴ溶液、Ｂａｙｔｒｏｎ社製）をＩＴＯ基板に塗工した。ＰＥＤＯＴ溶液は固形分濃度０．７５重量％を有し、約２０％のイソプロパノールを含有した。溶液を０．４５μｍフィルターで予備濾過し、減圧下で５分間脱ガスした。次に溶液をマイクログラビア塗工装置の塗液パンに移した。グラビアロールは三重螺旋の彫刻を含み、ウェブ移動とは逆方向に回転させた。その結果、ＰＥＤＯＴなどのフィルムを剪断力によりＩＴＯ／ＰＥＴ基板に適用することができる。当然ながら、いくつかの要因がフィルム厚さや均一性に影響する。例えば、ウェブとグラビアロールの速度比、被覆溶液の濃度、三重螺旋彫刻のセル容量、ウェブ張力、ドクターブレード圧力、並びにウェブ−彫刻ロール間距離のすべてがフィルム厚さや均一性に影響する。本実施例では、０．７５％ＰＥＤＯＴ溶液を使用し、ウェブを約１〜２ｍ／分で送り、この際彫刻ロールとウェブ間の速度比を約１〜約１．５の範囲に保った。ＰＥＤＯＴフィルムをＩＴＯ被覆ウェブ上に成膜した後、被覆ＰＥＤＯＴフィルムを約３０℃の乾燥室内で乾燥した。当然ながら、温度を高くして、乾燥プロセスを加速することができる。次にＰＥＤＯＴで被覆されたステッチＩＴＯをウェブから取り外し、オフラインで１１０℃のオーブンで１０分間ベークした。乾燥ＰＥＤＯＴフィルムの最終厚さは約８０ｎｍで、厚さのばらつきは１０ｎｍ未満であった。

ベーキング後、ベーク済みＰＥＤＯＴ被覆フィルムを再びウェブ上にステッチングした。グラビアロール及び液体コンテナ両方をクリーニングし、発光ポリマー溶液と交換した。本実施例では、ポリフルオレンＡＤＳ３２９ＢＥ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｄｙｅ Ｓｏｕｒｃｅ社製）を使用した。ＰＥＤＯＴ皮膜に関して上述したのと同じコーティング法を、発光ポリマー皮膜の成膜にも繰り返した。１％ＬＥＰ溶液をウェブ速度１ｍ／分にて適用し、厚さ約１００ｎｍの均一なフィルムを得た。目に見える欠陥や厚さばらつきはなかった。

均一なＰＥＤＯＴ層及びＬＥＰ層を成膜した後、被覆サンプルを次に溶剤ワイピング（ＳＡＷ）モジュールに移動し、そこで微細な模様付き表面を有する順応性ヘッドにて、皮膜を選択的に溶媒和処理、除去した。本実施例では、デバイスを図４に関連して説明した耐短絡設計に準じてパターニングした。本実施例では、前述したように、ＰＥＤＯＴ層及びＬＥＰ層両方を配置し、次いでこれらの層を一緒にパターニングした。或いはまた、各層を、その層の成膜後かつ次の層の成膜前に、パターニングすることができる。ＰＥＤＯＴ層及びＬＥＰ層をパターニングし終わったら、次にデバイスをウェブから取り外し、１１０℃で１０分間ベークした。次に普通のカソード成膜・封止法使用して、第２電極を成膜した。

上述したように、大面積の有機電子デバイスを製造する方法が提供される。ロール−ロール間加工による製造を実現するウェブコーティング法、例えばマイクログラビア塗工法を用いて、活性ポリマー層、例えばＰＥＤＯＴ層及びＬＥＰ層を配置するのが有利である。さらに、活性ポリマー層を溶剤ワイピング法によってパターニングすることができる。ウェブコーティングは、約１０％未満の厚さばらつきにて約０．０１μｍ〜１μｍの範囲内の厚さの活性ポリマー層を実現する。ＳＡＷ法は、約１０μｍ〜約１０，０００μｍの範囲内の形状寸法の溶剤ワイピングパターンを実現する。

本発明には様々な変更や、別の形態が可能であるが、本発明の特定の実施形態を図面に例示として示し、本明細書で詳細に説明した。しかし、本発明は特定の形態に限定されるものではない。本発明は、すべての変更例、均等物及び代替物を、特許請求の範囲に規定された通りの本発明の範囲内に入るものとして包含する。

本発明の実施形態にしたがって製造できる有機電子デバイスの配列体を示す平面図である。 本発明の実施形態にしたがって製造できる、図１の有機電子デバイスの断面図である。 本発明の実施形態にしたがって、図１及び図２の有機電子デバイスの活性ポリマー層を配置するシステムを示す概略図である。 本発明の実施形態にしたがって製造できる図１の多数の有機電子デバイスの断面図である。 本発明の実施形態にしたがって有機電子デバイスを製造するプロセスのフローチャートである。

符号の説明

１０ 配列体
１２ 有機電子デバイス
１４ 基板
１６ 第１電極
１８，２０ 活性ポリマー層
２２ 第２電極
２４ マイクログラビア塗工システム
２６ グラビアロール
２８ 塗液パン
３０ 塗液
３２ ウェブ
３４，３６ ロール
３８ ドクターブレード

Claims (28)

1. ウェブコーティング法で第１活性ポリマー層を第１電極上に配置し、
   ウェブコーティング法で第２活性ポリマー層を第１活性ポリマー層上に配置し、
   溶剤ワイピングによって第１及び第２活性ポリマー層の少なくとも１つをパターニングする
   工程を含む、有機電子デバイスの製造方法。
2. 第１活性ポリマー層を第１電極上に配置する工程で、第１活性ポリマー層をインジウム錫酸化物で被覆した可撓性基板上に配置する、請求項１記載の有機電子デバイスの製造方法。
3. 第１活性ポリマー層を第１電極上に配置する工程で、マイクログラビア（登録商標）塗工法によって第１活性ポリマー層を配置する、請求項１記載の有機電子デバイスの製造方法。
4. 第１活性ポリマー層を第１電極上に配置する工程で、正孔輸送層を第１電極上に配置する、請求項１記載の有機電子デバイスの製造方法。
5. 第１活性ポリマー層を第１電極上に配置する工程で、ＰＥＤＯＴ層を第１電極上に配置する、請求項１記載の有機電子デバイスの製造方法。
6. 第２活性ポリマー層を配置する工程で、発光ポリマー層を配置する、請求項１記載の有機電子デバイスの製造方法。
7. 第１活性ポリマー層を配置する工程で、厚さ約０．０１μｍ〜１．０μｍの第１活性ポリマー層を配置する、請求項１記載の有機電子デバイスの製造方法。
8. 第２活性ポリマー層を配置する工程で、厚さ約０．０１μｍ〜１．０μｍの第２活性ポリマー層を配置する、請求項１記載の有機電子デバイスの製造方法。
9. パターニング工程で、第２活性ポリマー層を配置する前に第１活性ポリマー層をパターニングする、請求項１記載の有機電子デバイスの製造方法。
10. パターニング工程で、第１活性ポリマー層及び第２活性ポリマー層を同時にパターニングする、請求項１記載の有機電子デバイスの製造方法。
11. 可撓性基板上に導電層を配置し、
    導電層をパターニングして複数の電気的に分離された導電領域を形成し、
    ウェブコーティング法によって第１活性ポリマー層を導電層上に、導電層全体を第１活性ポリマー層で覆うように配置し、
    第１活性ポリマー層をパターニングして複数の分離された第１活性ポリマー領域を形成し、この際、複数の分離された第１活性ポリマー領域のそれぞれが複数の電気的に分離された導電領域の対応する１つの少なくとも一部分を覆うようにパターニングし、またパターニングを溶剤ワイピングによって行う、
    工程を含む、有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
12. 可撓性基板上に導電層を配置する工程で、ロール状可撓性材料の一部分上に導電層を配置する、請求項１１記載の有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
13. ウェブコーティング法で第１活性ポリマー層を導電層上に配置する工程で、マイクログラビア（登録商標）塗工法によって第１活性ポリマー層を配置する、請求項１１記載の有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
14. 第１活性ポリマー層を配置する工程で、正孔輸送層を配置する、請求項１１記載の有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
15. 第１活性ポリマー層を配置する工程で、ＰＥＤＯＴ層を配置する、請求項１１記載の有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
16. さらに、ウェブコーティング法によって第２活性ポリマー層を第１活性ポリマー層上に、第１活性ポリマー層全体を第２活性ポリマー層で覆うように配置し、
    第２活性ポリマー層をパターニングして複数の分離された第２活性ポリマー領域を形成し、この際、複数の分離された第２活性ポリマー領域のそれぞれが複数の分離された第１活性ポリマー領域の対応する１つの少なくとも一部分を覆うようにパターニングし、またパターニングを溶剤ワイピングによって行う
    工程を含む、請求項１１記載の有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
17. 第２活性ポリマー層を配置する工程で、マイクログラビア（登録商標）塗工法によって第２活性ポリマー層を配置する、請求項１６記載の有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
18. 第２活性ポリマー層を配置する工程で、発光ポリマー層を配置する、請求項１６記載の有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
19. さらに、第２導電層を第２活性ポリマー層上に配置する工程を含む、請求項１６記載の有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
20. 第１活性ポリマー層をパターニングする工程と第２活性ポリマー層をパターニングする工程を同時に行う、請求項１６記載の有機電子デバイスの大面積配列体の製造方法。
21. 複数の第１電極がパターニングされた可撓性基板上に正孔輸送層をウェブコーティング法で配置し、
    溶剤ワイピングによって正孔輸送層をパターニングし、
    ウェブコーティング法で発光ポリマー層を正孔輸送層上に配置し、
    溶剤ワイピングによって発光ポリマー層をパターニングする、
    工程を含む、有機発光ダイオードシステムの製造方法。
22. 正孔輸送層を配置する工程で、ＰＥＤＯＴ層を配置する、請求項２１記載の有機発光ダイオードシステムの製造方法。
23. 正孔輸送層を配置する工程で、正孔輸送層を厚さのばらつきが１０％未満となるように配置する、請求項２１記載の有機発光ダイオードシステムの製造方法。
24. 正孔輸送層を配置する工程で、厚さ約０．０１μｍ〜１．０μｍの層を配置する、請求項２１記載の有機発光ダイオードシステムの製造方法。
25. 正孔輸送層を配置する工程で、マイクログラビア（登録商標）塗工法によって正孔輸送層を配置する、請求項２１記載の有機発光ダイオードシステムの製造方法。
26. 発光層を配置する工程で、正孔輸送層を厚さのばらつきが１０％未満となるように配置する、請求項２１記載の有機発光ダイオードシステムの製造方法。
27. 発光層を配置する工程で、厚さ約０．０１μｍ〜１．０μｍの層を配置する、請求項２１記載の有機発光ダイオードシステムの製造方法。
28. 正孔輸送層をパターニングする工程と発光ポリマー層をパターニングする工程を同時に行う、請求項２１記載の有機発光ダイオードシステムの製造方法。

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