TW201117446A - Method for forming organic layer of electronic device by contact printing - Google Patents

Description

201117446 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種形成電子元件有機材料層之方法， 尤指一種以接觸印刷形成電子元件有機材料層之方法，以 5 快速且大面積的形成電子元件有機材料層。 【先前技術】 電子元件目前已廣泛應用於曰常生活中。有鑒於有機 材料較便宜且容易取得，各種研究企圖開發出應用有機材 10 料之電子元件’以減少電子元件之生產成本。因此，目前 已逐漸發展出如：有機薄膜電晶體（OTFT)、有機記憶體 (organic memory)、有機電池（organic radical battery)等有機 電子元件。 一般用於形成電子元件有機材料層之方法，可為真空 15 蒸鍍法、旋轉塗佈法、喷墨印刷法等。然而，這些方法仍 有其缺點。 以真空真鍍法而言，由於製程需於真空下進行，故需 配置有真空設備。然而，真空設備往往非常昂貴，反而導 致製作成本相對提高。同時，真空真鍍法不利於大面積製 20造。以旋轉塗佈法而言，雖然可達到低成本且大面積製作 之目的，但旋轉塗佈僅可塗佈在平面基材上。因此，旋轉 塗佈具有無法應用在非平面基材上、以及缺乏圖案化能力 等缺點。 201117446 、為了縮減電子元件之製作成本，目前亟需發展出一種 方法’其可快速且低成本的製作電子元件之有機材料層。 同時更可達到大面積生產且形成圖案化有機材料層之目 的。 【發明内容】 本發明之主要目的係在提供一種形成電子元件有機材 齡料層之方法，俾能快速且大面積製作電子元件之有機材料 層0 10 $達成上述目的’本發明提供-種形成電子元件有機 材料層之方法，包括下列步驟：（A)提供一基板，其上方 叹有一第一電極；（B)塗佈一第一有機材料墨水於一第一 模具上；（C)將塗佈有第一有機材料墨水之第一模具壓印 在基板上，而第一有機材料墨水係轉印至基板之第一電極 15上，以形成一有機材料層；以及（D)於有機材料層上形成一 第二電極。 本發明之方法係利用接觸印刷製程具有速度快、製程 簡單、及成本低廉等優點，以形成電子元件之有機材料層。 同時，本發明方法所用之模具可重複使用並容易量產，故 20可減少電子元件之製作成本。再者，本發明之方法更透過 接觸印刷可大面積生產之優點，而可製作出大面積之電子 元件。此外，本發明之方法除了可用於平面基板上，更可 應用於非平面或軟性基板，故可在已具有圖案之基板上形 成有機材料層。 201117446 於本發明之製作方法中，於步驟（c)後可更包括一步驟 (C1)及一步驟（C2): (C1)塗佈一第二有機材料墨水於一第 二模具上；以及（C2)將塗佈有第二有機材料墨水之第二模 具壓印在基板上，以形成另一有機材料層。此外，於步驟 5 (C2)後可更包括一步驟(C，）：重複步驟（C1)及步驟（C2), 以形成複數有機材料層。 於本發明之製作方法中，步驟（B)可以旋轉式塗佈、浸 沾式塗佈、滾筒式塗佈、或印刷法將第一有機材料墨水塗 佈在第一模具上。此外，步驟（C1)亦可以旋轉式塗佈浸 10沾式塗佈、滾筒式塗佈、或印刷法將第二有機材料墨水塗 佈在第二模具上。 此外，於本發明之製作方法中，上述之第一模具及第 一模具可相互為相同或不同之模具。其中，第一模具或第 二模具之表面可具有一圖案。此外，第一模具或第二模具 15 可採用一般壓印常用之模具材料；較佳為，第一模具或第 二模具之材料為聚二曱基矽氧烷（p〇ly(dimethyl sil〇xane)， PDMS)»藉由pDMS所製作之模具表面之極低自由能，可使 有機材料墨水接觸到基板上時，能以化學或物理吸附的方 式黏著於基板上。 20 於本發明之製作方法中，基板可為一矽基板、一玻璃 基板、一石英基板、或一塑膠基板。 當本發明之製作方法係用以形成有機薄膜電晶體之有 機材料層時，第一有機材料及第二有機材料可相互為相同 201117446 或不同之有機材料’且可各自選自由P3HT、五環素 (pentacene)、 或其混合物所組成之群組。 當本發明之製作方法係用以形成有機記憶體之有機材 料層時，第一有機材料及第二有機材料可相互為相同或不 5同之有機材料，且可各自選自由聚偏二乙稀 (polyvinylidene)、聚偏氣 6 稀（Polyvinylidene fluoride， PVDF)、聚偏二乙烯-聚偏氟乙烯共聚物、三氟乙烯 (trifluorothylene，TrFE)、叶啉（PorPhyrin)、2_胺基·1Η_咪吐 -4,5-二叛基腈（2-amino-lH-imidazole-4,5-dicarbonitrile， 10 AIDCN)、AIDCN衍伸物、或其混合物所組成之群組。 當本發明之製作方法係用以形成有機電池之有機材料 層時，第一有機材料及第二有機材料可相互為相同或不同 之有機材料，且可各自選自由氮氧化物衍伸物、石墨、或 其混合物所組成之群組。 15 本發明之方法，可用於形成如：有機薄膜電晶體、有 機記憶體、有機電池等電子元件之有機材料層。相較於以 ► 往使用真空蒸鍍法，本發明所述之方法可快速、便宜、且 大面積形成電子元件之有機材料層。此外’相較於以往使 用旋轉塗佈法，本發明所述之方法可解決旋轉塗佈法無法 20 形成圖案化有機材料層、且無法於非平面基材上形成有機 材料層之缺點》 【實施方式】 201117446 以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方 式’熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之内容輕易地 了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同 的具體實施例加以施行或應用’本說明書中的各項細節亦 5 可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各 種修_與變更。 實施例1·製作有機薄膜電晶體 圖1A至圖1E係本實施例製作有機薄臈電晶體之流程 剖面示意圖。 10 首先，如圖1A所示，提供一基板10,其上方設有一閘 極11。而後，於基板10及閘極11上方以喷塗法形成一由氮 化矽所組成之閘極絕緣層12。而後，如圖1B所示，於閘極 絕緣層12形成源極13及汲極14。 如圖1C所示，提供一由PDMS所製成之第一模具17， 15 且第一模具17表面具有一圖案，此圖案係對應於閘極絕緣 層12上之源極13及汲極14。而後，以浸沾式塗佈法於第一 模具17上方塗佈一第一有機材料墨水m。於本實施例中， 第一有機材料墨水171係由五環素所纟且成。 由於PDMS係為一軟性材料，故當以由pDMSm製成之 20第一模具17進行壓印，可使第一模具17上之圖案與待壓印 表面完全密合。 接著，如圖1D所示，將塗佈有第一有機材料墨水171 之第一模具π壓印在基板ίο上，而第一有機材料墨水171則 轉印至基板10之閘極絕緣層12、源極丨3、及没極14上，而 201117446 形成-有機材料層15，如圖1E所示。在此，有機材料層i5 係做為一有機薄膜電晶體之有機半導體層（有機主動層 經由上述製程，則完成本實施例之下接觸式有機薄犋 電晶體。相較於以往需透過喷塗或蒸鍍方式形成第—有機 5 材料層，本實施例係透過壓印方式而可快速、低成本且大 面積的形成第一有機材料層。 實施例2_製作有機薄膜電晶體 圖2Α至圖2Ε係本實施例製作有機薄膜電晶體之流程 剖面示意圖。 10 首先，如圖2Α所示’提供一基板10，其上方設有一開 極11。而後’於基板10及閘極U上方以喷塗法形成一由氮 化矽所組成之閘極絕緣層12。 而後，如圖2Β所示，提供一由PDMS所製成之第一模 具17’並以旋轉塗佈法於第一模具17上方塗佈一第一有機 15 材料墨水171。 接著’如圖2C所示，將塗佈有第一有機材料墨水171 货之第一模具17壓印在基板10上，而第一有機材料墨水pi則 轉印至基板10之閘極絕緣層12上，而形成一有機材料層 15，如圖2D所示。在此，有機材料層15係做為一有機薄膜 2〇 電晶體之有機半導體層（有機主動層）。 最後，再於有機材料層15上形成源極13及汲極14，則 完成本實施例之上接觸式有機薄膜電晶體。 實施例3-製作有機記憶體 201117446 圖3 A至圖3E係本實施例製作有機記憶體之流程剖面 示意圖。 首先，如圖3A所示，於第一模具37上塗佈一第一有機 材料墨水371。於本實施例中，第一有機材料墨水371係由 5 AIDCN所組成。 如圖3B所示，提供一基板30，其上方設有一第一電極 31 ^於本實施例中，基板30係為一表面形成有si〇2層之矽 基板’第一電極31係為一鋁電極，且鋁電極係形成在矽基 板之Si〇2層上。 1〇 而後’將塗佈有第一有機材料墨水371之第一模具37 壓印在基板30上，而第一有機材料墨水371則可轉印至基板 30之第一電極31上’以形成一有機材料層32,如圖3C所示。 接著，如圖3D所示，以蒸鍍法形成一金屬層33。在此， 金屬層33亦由A1所組成。 15 於形成金屬層33後，再一次將第一有機材料墨水371 塗佈在第一模具37，並進行壓印製程，而可形成另一有機 材料層34,如圖3E所示。最後，再以蒸鍍法形成一第二電 極35。 經由上述製程，則完成本實施例之有機記憶體。於本 20實施例中，各有機材料層均透過壓印製程形成，且使用同 一第一模具即可形成各層有機材料層❶此外，相較於使用 蒸鍍法形成有機材料層，本實施例形成有機材料層之方法 更加快速且便宜，亦可改善無法大面積蒸鑛之缺點。因此， 201117446 本實施例之製程除了可重複使用相同模具，更可以快速且 低成本之方式大面積製作有機記憶體之有機材料層。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 5 於上述實施例。 【圖式簡單說明】 故圖1A至圖1E係本發明實施例1之製作有機薄膜電晶體之流 程剖面示意圖。 10 圖2A至圖2E係本發明實施例2之製作有機薄膜電晶體之流 程剖面示意圖。 圖3 A至圖3E係本發明實施例3之製作有機記憶體之流程剖 面示意圖。

【主要元件符號說明】 10,3〇 基板 11 閘極 12 閘極絕緣層 13 源極 14 15, 32, 34 17, 37 171, 371 汲極 有機材料層 第一模具 第一有機材料墨水 201117446 31 第一電極 33 金屬層 35 第二電極

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Claims (1)

1. 201117446 七、申請專利範圍： 1. 一種形成電子元件有機材料層之方法，包括： (A) 提供一基板，其上方設有一第一電極； (B) 塗佈一第一有機材料墨水於一第一模具上； 5 10 15

   20 (C) 將該塗佈有該第一有機材料墨水之第一模具壓印 在該基板上，而該第一有機材料墨水係轉印至該基板之該 第一電極上，以形成一有機材料層；以及 (D)於該有機材料層上形成一第二電極。 2·如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中於步驟（c) 後更包括一步驟（C1)及一步驟（(：2): (C1)塗佈一第二有機材料墨水於一第二模具上；以及 (C2)將該塗佈有該第二有機材_墨水之第二模具壓 印在該基板上，以形成另一有機材料層。 3·如申清專利範圍第2項所述之方法，其中於步驟 後更包括一步驟(c，）：重複步驟(ci)及步 數有機材料層。 4·如申請專利範圍第1項所述之古土 ^ ^ 叮迅之方法，其中該步驟（I 係以旋轉式塗佈、浸沾式塗佈、滾芮 /及向式塗佈、或印刷法另 該第一有機材料墨水塗佈在該第一模具上。 5. 如申請專利範圍第2項所述之古、土 ^ ^ 过、&之方法，其中該步驟（C 係以紅轉式塗佈、浸沾式塗佈、 ^澴琦式塗佈 '或印刷法男 該第二有機材料墨水塗佈在該第二模具上。 6. 如申請專利範圍第1項所述 θ ^ ^ 义之方法，其中該第一本 具之表面具有一圖案。 4 13 201117446 7广申請專利範圍第2項所 具之表面具有一圖案。 电具中該第一模 8·如申請專利制第丨項㈣ 具之材料係為PDMS。 在其中該第-模 9.如 申請專利範圍第2項所述之方法， 具之材料係為PDMS » 其中該第二模 為夕W請專㈣㈣1項所述之方法，其中該基板係 為一夕基板、-玻璃基板、-石英基板、或—塑膠基板。 10 II.如中請專利制&項所述之方法，其中該電子元 仵係為一有機薄膜電晶體。 12.如申請專利制第^項所述之方法，其中該第一有 機材料層係選自由P3HT、五環素（pentaeene)、或其混合物 所組成之群組。 13.如申清專利範圍第2項所述之方法，其中該第二有 15機材料層係選自由P3HT、五環素（pentacene)、或其混合物 所組成之群組。 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電子元 件係為一有機記憶體。 15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該第一有 20機材料層係選自由聚偏二乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏二乙烯· 聚偏氟乙烯共聚物、三氤乙烯、卟琳、2-胺基-1H-咪唾_4,5_ 二羰基腈（AIDCN)、AIDCN衍伸物、或其混合物所組成之 群組。 201117446 16.如申諳專利範圍第2項所述之方法，其中該第二有 機材料層係選自由聚偏二乙稀、聚偏氟乙烯、聚偏二f稀_ 聚偏氟乙埽共聚物、三氟乙稀、外琳、aidcn、地CN衍 伸物、或其混合物所組成之群組β ' 5 I7.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電子元 件係為一有機電池。 70 18.如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該第一有 機材料層係選自由氮氧化物衍伸物、石墨、或其混合物所 組成之群組》 10 19.如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該第二有 機材料層係選自由氮氧化物衍伸物、石墨、或其混合物所 組成之群組。

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