(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気活性材料の層の形成方法であって：
複数の活性領域を有するワークピースを提供するステップと；
前記ワークピース上に液体媒体中の前記電気活性材料を含む液体組成物を堆積して、湿潤層を形成するステップであって、前記液体媒体は、少なくとも２種の液体成分を含み、前記液体成分の少なくとも一方は１００℃を超える沸点を有するステップと；
２０〜８０℃の範囲内に制御された温度および１０-2〜１０Ｔｏｒｒの範囲内の減圧下、５〜２５分の第１の時間の間、前記ワークピース上の前記湿潤層を処理して、部分的に乾燥した層を形成するステップと；
前記部分的に乾燥した層を１００℃を超える温度まで１〜５０分の第２の時間の間加熱して、乾燥した層を形成するステップとを含み、
前記乾燥した層が、前記活性領域内に実質的に平坦な断面を有し、
前記乾燥した層が、前記活性領域の９０％にわたって±１０％未満の厚さのばらつきを有し、
前記電気活性材料が、第１の色に対応するホスト材料と光活性ゲスト材料とを含み、前記液体組成物が前記活性領域の第１の部分内に堆積される、方法。
【請求項２】
前記液体組成物が、インクジェット印刷および連続ノズルコーティングからなる群から選択される技術によって堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２の色に対応する第２のホスト材料と第２の光活性ゲスト材料とを含む第２の液体組成物が、前記活性領域の第２の部分内に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第３の色に対応する第３のホスト材料と第３の光活性ゲスト材料とを含む第３の液体組成物が、前記活性領域の第３の部分内に堆積される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ワークピース上の前記湿潤層が、３０〜６０℃の範囲内の温度、１０-2〜１Ｔｏｒｒの範囲内の圧力において、５〜１５分の時間の間処理される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
アノードと、カソードと、それらの間にある電気活性層とを含む少なくとも１つの活性領域を有する電子デバイスであって、前記電気活性層が、請求項１に記載の方法によって形成され、実質的に平坦な断面を有し、前記電気活性層は発光層であるデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、電気活性層の形成方法に関する。本開示は、さらに、本発明の方法によって作製された少なくとも１つの電気活性層を有する電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスとしては、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ、太陽電池などを挙げることができる。電子デバイスの製造は、溶液堆積技術を使用して行うことができる。電子デバイスの製造方法の１つは、印刷（たとえば、インクジェット印刷、連続印刷など）によって基体上に有機層を堆積することである。ある印刷方法では、印刷される液体組成物としては、有機溶媒、水性溶媒、または溶媒の組み合わせを有する溶液、分散体、エマルジョン、または懸濁物の中の有機材料が挙げられる。印刷後、溶媒を蒸発させると、有機材料が残存して電子デバイスの有機層を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
改善された性能を有するデバイスが得られる堆積方法が引き続き必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
電気活性材料の層の形成方法を提供する。この方法は：
少なくとも１つの活性領域を有するワークピースを提供するステップと；
有効領域内のワークピース上に電気活性材料を含む液体組成物を堆積して、湿潤層を形成するステップと；
２５〜８０℃の範囲内に制御された温度および１０-6〜１，０００Ｔｏｒｒの範囲内の減圧下、１〜１００分の第１の時間の間、ワークピース上の湿潤層を処理して、部分的に乾燥した層を形成するステップと；
部分的に乾燥した層を１００℃を超える温度まで１〜５０分の第２の時間の間加熱して、乾燥した層を形成するステップとを含み、
乾燥した層は、活性領域内に実質的に平坦な断面を有する。
【０００５】
アノードと、カソードと、それらの間にある少なくとも１つの電気活性層とを含む少なくとも１つの活性領域を有する電子デバイスであって、電気活性層が、液相堆積によって形成され、活性領域内に実質的に平坦な断面を有する、電子デバイスもまた提供する。
【０００６】
以上の概要および以下の詳細な説明は、単に例示的および説明的なものであり、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明を限定するものではない。
【０００７】
本明細書において提示される概念の理解をすすめるために、添付の図面において実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】不均一な膜厚さを有する乾燥電気活性膜の図である。
【図２】実質的に平坦な断面を有する乾燥電気活性膜の図である。
【図３】代表的な電子デバイスの図である。
【図４】実施例１の層厚さのグラフである。
【図５】比較例Ａの層厚さのグラフである。
【０００９】
当業者であれば理解しているように、図面中の物体は、平易かつ明快にするために示されており、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではない。たとえば、実施形態を理解しやすいようにするために、図面中の一部の物体の寸法が他の物体よりも誇張されている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
多数の態様および実施形態を以上に説明してきたが、これらは単に例示的で非限定的なものである。本明細書を読めば、本発明の範囲から逸脱しない他の態様および実施形態が実現可能であることが、当業者には分かるであろう。
【００１１】
いずれか１つ以上の本発明の実施形態のその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。この詳細な説明では、最初に、用語の定義および説明を扱い、続いて、方法、電子デバイス、ならびに最後に実施例を扱う。
【００１２】
１．用語の定義および説明
以下に説明する実施形態の詳細を扱う前に、一部の用語について定義または説明を行う。
【００１３】
用語「口径比」は、放射線を放出することができる、または放射線に応答することができるピクセルの面積の、ピクセルの全面積に対する比を意味することを意図している。
【００１４】
層、材料、部材、または構造に関して言及される場合、用語「電荷輸送」は、そのような層、材料、部材、または構造が、比較的効率的かつ少ない電荷損失で、そのような層、材料、部材、または構造の厚さを通過するそのような電荷の移動を促進することを意味することを意図している。正孔輸送材料はで正電荷を促進し；電子輸送材料は負電荷を促進する。「正孔輸送」は、正電荷の電荷輸送を意味する。「電子輸送」は、負電荷の電荷輸送を意味する。発光材料も、ある程度の電荷輸送特性を有する場合があるが、用語「電荷輸送層、材料、部材、または構造」は、主要な機能が発光である層、材料、部材、または構造を含むことを意図していない。
【００１５】
層または材料に関して言及される場合の用語「電気活性」は、デバイスの動作を電子的に促進する層または材料を示すことを意図している。活性材料の例としては、電荷を伝導、注入、輸送、または遮断する材料であって、電荷が電子または正孔のいずれであってもよい材料、あるいは放射線を受けたときに放射線を放出する、または電子−正孔対の濃度変化を示す材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。不活性材料の例としては、平坦化材料、絶縁材料、および環境障壁材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１６】
用語「電子デバイス」は、全体として、適切に電気的に接続され、適切な電位が供給される場合にある機能を果たす一群の回路、電子部品、またはそれらのあらゆる組み合わせを意味することを意図している。電子デバイスは、システムに含まれる場合もあるし、システムの一部である場合もある。電子デバイスの例としては、ディスプレイ、センサーアレイ、コンピューターシステム、アビオニクスシステム、自動車、携帯電話、その他の家庭用または産業用電子製品、あるいはそれらのあらゆる組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
用語「ゲスト材料」は、ホスト材料を含む層内で、その層の電子的特性、あるいは放射線の放出、受信、またはフィルタリングの目標波長を、そのような材料を含まない層の電子的特性、あるいは放射線の放出、受信、またはフィルタリングの波長に対して変化させる材料を意味することを意図している。
【００１８】
層、材料、部材、または構造に言及する場合の用語「正孔注入」は、アノードに隣接し電極機能を促進する導電性または半導体の材料、層、部材、または構造を意味することを意図している。
【００１９】
用語「ホスト材料」は、ゲスト材料を加える場合も加えない場合もある、通常は層の形態の材料を意味することを意図している。ホスト材料は、電子的特性、あるいは放射線の放出、受信、またはフィルタリングする能力を有する場合もあるし、有さない場合もある。
【００２０】
用語「層」は、用語「膜」と同義的に使用され、所望の領域を覆うコーティングを意味する。この用語は大きさによって限定されることはない。この領域は、デバイス全体の大きさであってもよいし、実際の視覚的表示などの特殊機能領域の小ささ、または１つのサブピクセルの小ささであってもよい。
【００２１】
用語「液体組成物」は、液体媒体中に溶解して溶液を形成する材料、液体媒体中に分散して分散体を形成する材料、液体媒体中に懸濁して懸濁物またはエマルジョンを形成する材料を意味することを意図している。
【００２２】
用語「液体媒体」は、溶液、分散体、懸濁物、またはエマルジョンの中の液体を意図している。用語「液体媒体」は、１種類の溶媒が存在するか、または２種類以上の溶媒が存在するかとは無関係に使用され、したがって、液体媒体は、その用語の単数形または複数形（すなわち、複数の液体媒体）として使用される。
【００２３】
用語「ピクセル」は、アレイの最小の完全な繰り返し単位を意味することを意図している。用語「サブピクセル」は、ピクセルのすべてではなく一部のみを構成するピクセルの一部を意味することを意図している。フルカラーディスプレイにおいて、フルカラーピクセルは、赤、緑、および青のスペクトル領域の原色を有する３つのサブピクセルを含むことができる。モノクロディスプレイは、ピクセルを含むがサブピクセルは含まない場合がある。センサーアレイは、サブピクセルを含む場合も含まない場合もあるピクセルを含むことができる。
【００２４】
用語「ワークピース」は、一連のプロセスの任意の特定の時点における基体を意味することを意図している。基体は、一連のプロセス中に顕著な変化がない場合があるが、一方、ワークピースは、一連のプロセス中に顕著な変化が生じることに留意されたい。たとえば、一連のプロセスの始めにおいては、基体とワークピースとは同じものである。基体上に層が形成された後、基体は変化していないが、このとき工作物は基体と層とを含む。
【００２５】
本明細書において使用される場合、用語「含んでなる」、「含んでなること」、「含む」、「含むこと」、「有する」、「有すること」、またはそれらの他のあらゆる変形は、非排他的な包含を扱うことを意図している。たとえば、ある一連の要素を含むプロセス、方法、物品、または装置は、それらの要素にのみに必ずしも限定されるわけではなく、そのようなプロセス、方法、物品、または装置に関して明示されず固有のものでもない他の要素を含むことができる。さらに、反対の意味で明記されない限り、「または」は、包含的な「または」を意味するのであって、排他的な「または」を意味するのではない。たとえば、条件ＡまたはＢが満たされるのは、Ａが真であり（または存在し）Ｂが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在せず）Ｂが真である（または存在する）、ならびにＡおよびＢの両方が真である（または存在する）のいずれか１つによってである。
【００２６】
また、本発明の要素および成分を説明するために「ａ」または「ａｎ」も使用されている。これは単に便宜的なものであり、本発明の一般的な意味を提供するために行われている。この記述は、１つまたは少なくとも１つを含むものと読むべきであり、明らかに他の意味となる場合を除けば、単数形は複数形も含んでいる。
【００２７】
元素周期表中の縦列に対応する族の番号は、ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｃｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，８１stＥｄｉｔｉｏｎ（２０００−２００１に見ることができる「新表記法」（Ｎｅｗ  Ｎｏｔａｔｉｏｎ）の規則を使用している。
【００２８】
特に定義しない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されている意味と同じ意味を有する。本明細書に記載されているものと類似または同等の方法および材料を使用して、本発明の実施形態の実施または試験を行うことができるが、好適な方法および材料については以下に説明する。本明細書において言及されるあらゆる刊行物、特許出願、特許、およびその他の参考文献は、特に明記しない限り、それらの記載内容全体が援用される。矛盾が生じる場合には、定義を含めて本明細書に従うものとする。さらに、材料、方法、および実施例は、単に説明的なものであって、限定を意図したものではない。
【００２９】
本明細書に記載されていない程度の、具体的な材料、処理行為、および回路に関する多くの詳細は従来通りであり、それらについては、有機発光ダイオードディスプレイ、光源、光検出器、光電池、および半導体要素の技術分野の教科書およびその他の情報源中に見ることができる。
【００３０】
２．方法
層が液相堆積法によって形成される場合、乾燥した膜は、膜領域全体で均一な厚さを有さないことが多い。これは、基体中の表面不均一性、エッジ効果、湿潤膜全体での蒸発速度の差などによって生じうる。ある実施形態においては、多くの場合でウェル構造と呼ばれる物理的な閉じ込め構造を有するワークピースの上に、液相堆積法によって電気活性材料が塗布される。乾燥した膜は、図１に示されるような不均一な厚さを有する場合がある。追加の層を有する場合もある基体１０は、開口部３０を画定する２０で示される閉じ込め構造を有する。乾燥した電気活性膜を４０で示している。この膜の厚さは、基体の面に対して垂直方向で測定される。Ｅにおける厚さは、Ｃにおける厚さよりもかなり厚いことが分かる。このような電気活性層の厚さの不均一性によって、デバイス性能に対して悪影響が生じることがある。ＯＬＥＤにおいては、発光層の不均一性によって、色の変化、効率の低下、および寿命の低下などの望ましくない影響が生じうる。
【００３１】
本明細書において、電気活性層の形成方法を説明する。本発明の方法は：
少なくとも１つの活性領域を有するワークピースを提供するステップと；
活性領域内のワークピースの上に電気活性材料を含む液体組成物を堆積して、湿潤層を形成するステップと；
−２５〜８０℃の範囲内に制御された温度および１０-6〜１，０００Ｔｏｒｒの範囲内の減圧下、１〜１００分の第１の時間の間、ワークピース上の湿潤層を処理することによって、部分的に乾燥した層を形成するステップと；
部分的に乾燥した層を１００℃を超える温度まで１〜５０分の第２の時間の間加熱して、乾燥した層を形成するステップとをこの順序で含み、
乾燥した層は、活性領域内に実質的に平坦な断面を有する。
【００３２】
用語「実質的に平坦」は、層が、層の面積の９０％にわたって±１５％以下の厚さのばらつきを有することを意味することを意図している。ある実施形態においては、厚さのばらつきは、層の面積の９０％にわたって±１０％以下である。実質的に平坦な断面を有する電気活性層を図２に示している。図１と同様に、基体１０は、開口部３０を画定する２０で示される閉じ込め構造を有する。乾燥後の堆積された電気活性膜を４０で示している。膜は実質的に平坦な断面を有し、Ｅ’における厚さはＣ’における厚さよりもわずかに厚いだけである。
【００３３】
ワークピースは、基体と、あらゆる所望の介在層とを含む。ある実施形態においては、ワークピースは、パターン化されたアノード層を上に有するＴＦＴ基体である。ある実施形態においては、ワークピースは液体閉じ込め構造をさらに有する。ある実施形態においては、ワークピースは第１の電気活性層をさらに有し、本明細書に記載の方法により第２の電気活性層が第１の電気活性層の上に堆積される。
【００３４】
ワークピースは、少なくとも１つの活性領域を有する。活性領域は、デバイスの機能性領域である。ある実施形態においては、ワークピースは複数の活性領域を有する。ある実施形態においては、活性領域はピクセル単位またはサブピクセル単位に相当する。
【００３５】
電気活性材料は、液体組成物からワークピース上に堆積されて湿潤層を形成する。電気活性材料を液体媒体中に分散させて、実質的に均一な溶液、分散体、エマルジョン、または懸濁物を形成することができるのであれば、あらゆる液体媒体を使用することができる。水性、半水性、および非水性の液体媒体を使用することができる。使用される厳密な液体媒体は、使用される電気活性材料に依存する。
【００３６】
ある実施形態においては、電気活性材料は正孔注入材料である。ある実施形態においては、電気活性材料は正孔輸送材料である。ある実施形態においては、電気活性材料は、ホスト材料と光活性ゲスト材料との組み合わせである。
【００３７】
連続技術および不連続技術を含めたあらゆる液相堆積技術を使用することができる。連続堆積技術としては、スピンコーティング、グラビアコーティング、カーテンコーティング、浸漬コーティング、スロットダイコーティング、スプレーコーティング、および連続ノズルコーティングが挙げられるが、これらに限定されるものではない。不連続堆積技術としては、インクジェット印刷、グラビア印刷、およびスクリーン印刷が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ある実施形態においては、堆積技術は、インクジェット印刷および連続ノズルコーティングからなる群から選択される。
【００３８】
液体組成物は、ワークピースの活性領域の少なくとも第１の部分に堆積される。ある実施形態においては、電気活性材料は、正孔注入材料または正孔輸送材料であり、ワークピースのすべての活性領域内に堆積される。ある実施形態においては、液体組成物は、第１の色に関連する光活性材料を含み、第１の組の活性領域内に堆積される。次に、第２の色に関連する第２の光活性材料を含む第２の液体組成物が、第２の組の活性領域内に堆積される。次に、第３の色に関連する第３の光活性材料を含む第３の液体組成物が、第３の組の活性領域内に堆積される。
【００３９】
次に、湿潤層を部分的に乾燥させる。これは、液体媒体の実質的な部分が除去されるが、すべて除去されるわけではないことを意味する。ある実施形態においては、７５重量％を超える液体媒体が除去され；ある実施形態においては、８５重量％を超えて除去される。この部分的乾燥ステップは、制御された温度、減圧、および時間の条件下で行われる。
【００４０】
温度、圧力、および時間の厳密な条件は、液体媒体の組成、および基体とウェル材料との液体相互作用に依存する。適切な温度および圧力条件は、乾燥速度（蒸気圧および除去速度による）と基体／液体相互作用とのバランスがとれるように選択される。液体媒体の表面張力および粘度によって、基体のぬれ性が制御されるので、これらを乾燥のための適切な温度および圧力の選択において考慮する必要がある。
【００４１】
ある実施形態においては、液体媒体は少なくとも２つの液体成分を含み、少なくとも１つの成分は１００℃を超える沸点を有する。ある実施形態においては、部分的乾燥ステップは、２０〜８０℃の範囲内の温度、１０-2〜１０Ｔｏｒｒの範囲内の圧力において、５〜２５分の時間の間行われる。ある実施形態においては、部分的乾燥ステップは、３０〜６０℃の範囲内の温度、１０-2〜１Ｔｏｒｒの範囲内の圧力において、５〜１５分の時間の間行われる。
【００４２】
ある実施形態においては、液体媒体は１つ以上の液体成分を含み、そのそれぞれが８０℃未満の沸点を有する。ある実施形態においては、部分的乾燥ステップは、−２５〜１０℃の範囲内の温度、１〜１０００Ｔｏｒｒの範囲内の圧力において、５〜２５分の時間の間行われる。ある実施形態においては、部分的乾燥ステップは、−１０〜０℃の範囲内の温度、１０〜１００Ｔｏｒｒの範囲内の圧力において、５〜１５分の時間の間行われる。
【００４３】
次に、ワークピースを、１００℃を超える温度まで１〜５０分の第２の時間の間加熱する。ある実施形態においては、この温度は１１０〜１５０°の範囲内であり、加熱時間は１０〜３０分の範囲内である。
【００４４】
ある実施形態においては、液体組成物は光活性材料を含み、第１、第２、および第３の色に関連する３つの異なる組成物が第１、第２、および第３の組の活性領域内に堆積される。この場合、部部的乾燥ステップおよび加熱ステップは、各色の堆積後に行うことができる。あるいは、３つの異なる色を堆積し、続いて部分的乾燥ステップおよび加熱ステップを行うこともできる。
【００４５】
３．電子デバイス
アノードと、カソードと、それらの間にある少なくとも１つの電気活性層とを含む少なくとも１つの活性領域を有する電子デバイスであって、電気活性層が、液相堆積によって形成され、活性領域内に実質的に平坦な断面を有する電子デバイスを提供する。
【００４６】
本明細書に記載の方法を使用できるデバイスとしては、有機電子デバイスが挙げられる。用語「有機電子デバイス」または場合により単に「電子デバイス」は、１つ以上の有機半導体層または材料を含むデバイスを意味することを意図している。有機電子デバイスとしては：（１）電気エネルギーを放射線に変換するデバイス（たとえば、発光ダイオード、発光ダイオードディスプレイ、ダイオードレーザー、または照明パネル）、（２）電子的過程を介して信号を検出するデバイス（たとえば、光検出器、光導電セル、フォトレジスタ、光スイッチ、光トランジスタ、光電管、赤外（「ＩＲ」）検出器、またはバイオセンサー））、（３）放射線を電気エネルギーに変換するデバイス（たとえば、光起電力デバイスまたは太陽電池）、（４）１つ以上の有機半導体層を含む１つ以上の電子部品（たとえば、トランジスタまたはダイオード）を含むデバイス、または項目（１）〜（４）のデバイスのあらゆる組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
図３中に示されるように、デバイスの一実施形態１００は、アノード層１１０、光活性層１４０、およびカソード層１６０を有する。用語「光活性」は、エレクトロルミネッセンスまたは感光性を示すあらゆる材料を意味することを意図している。３つの任意選択の層：正孔注入層１２０；正孔輸送層１３０；および電子注入／輸送層１５０も示されている。アノードおよびカソードの少なくとも１つは、光が電極を透過できるように光透過性である。
【００４８】
このデバイスは、アノード層１１０またはカソード層１６０に隣接することができる支持体または基体（図示せず）を含むことができる。ほとんどの場合、支持体はアノード層１１０に隣接している。支持体は、可撓性の場合も剛性の場合もあるし、有機の場合も無機の場合もある。支持体材料の例としては、ガラス、セラミック、金属、およびプラスチックフィルムが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４９】
アノード層１１０は、カソード層１６０よりも正孔の注入が効率的な電極である。したがって、アノードはカソードよりも高い仕事関数を有する。アノードは、金属、混合金属、合金、金属酸化物、または混合酸化物を含有する材料を含むことができる。好適な材料としては、２族元素（すなわち、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ）、１１族元素、４族、５族、および６族の元素、ならびに８〜１０族の遷移元素の混合酸化物が挙げられる。アノード層１１０が光透過性となる場合には、インジウム・スズ酸化物などの１２族、１３族、および１４族の元素の混合酸化物を使用することができる。本明細書において使用される場合、語句「混合酸化物」は、２族元素、あるいは１２族、１３族、または１４族の元素から選択される２種類以上の異なる陽イオンを有する酸化物を意味する。アノード層１１０の材料の一部の非限定的な具体例としては、インジウム・スズ酸化物（「ＩＴＯ」）、インジウム・亜鉛酸化物（「ＩＺＯ」）、アルミニウム・スズ酸化物（「ＡＴＯ」）、金、銀、銅、およびニッケルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
ある実施形態においては、図示していないが、アノードの上に液体閉じ込めパターンが存在する。用語「液体閉じ込めパターン」は、工作物上を液体が流れる時に、ある領域内または範囲内に液体を束縛または案内する主機能を果たすパターンを意味することを意図している。液体閉じ込めパターンは、物理的閉じ込め構造または化学的閉じ込め層であってよい。物理的閉じ込め構造としては、カソードセパレーターまたはウェル構造を挙げることができる。用語「化学的閉じ込め層」は、物理的障壁構造ではなく、表面エネルギー効果によって液体材料を閉じ込めるまたはその拡散を抑制するパターン化された層を意味することを意図している。層に言及する場合の用語「閉じ込め」は、層が堆積される領域を越えて層が大きく拡散することがないことを意味することを意図している。用語「表面エネルギー」は、材料が単位面積の表面を形成するために必要なエネルギーである。表面エネルギーの特徴の１つは、特定の表面エネルギーを有する液体材料は、それより低い表面エネルギーを有する表面をぬらさないことである。
【００５１】
正孔注入層１２０は、プロトン酸がドープされることが多いポリアニリン（ＰＡＮＩ）またはポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などのポリマー材料を使用して形成することができる。プロトン酸は、たとえば、ポリ（スチレンスルホン酸）、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸）などであってよい。正孔注入層１２０は、銅フタロシアニンおよびテトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタン系（ＴＴＦ−ＴＣＮＱ）などの電荷輸送材料などを含むことができる。一実施形態においては、正孔注入層１２０は、導電性ポリマーとコロイド形成性ポリマー酸との分散体から作製される。このような材料は、たとえば、米国特許出願公開第２００４−０１０２５７７号明細書、米国特許出願公開第２００４−０１２７６３７号明細書、および米国特許出願公開第２００５−２０５８６０号明細書に記載されている。
【００５２】
ある実施形態においては、アノード層１１０と光活性層１４０との間に任意選択の正孔輸送層１３０が存在する。ある実施形態においては、任意選択の正孔輸送層は緩衝層１２０と光活性層１４０との間に存在する。正孔輸送材料の例は、たとえば、Ｙ．ＷａｎｇによりＫｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｏｕｒｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１８，ｐ．８３７−８６０，１９９６にまとめられている。正孔輸送分子および正孔輸送ポリマーの両方を使用することができる。一般に使用される正孔輸送分子としては：４，４’，４”−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ）；４，４’，４”−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）；Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）；１，１−ビス［（ジ−４−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）；Ｎ，Ｎ’−ビス（４−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（４−エチルフェニル）−［１，１’−（３，３’−ジメチル）ビフェニル］−４，４’−ジアミン（ＥＴＰＤ）；テトラキス−（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−２，５−フェニレンジアミン（ＰＤＡ）；α−フェニル−４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチレン（ＴＰＳ）；ｐ−（ジエチルアミノ）−ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン（ＤＥＨ）；トリフェニルアミン（ＴＰＡ）；ビス［４−（Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノ）−２−メチルフェニル］（４−メチルフェニル）メタン（ＭＰＭＰ）；１−フェニル−３−［ｐ−（ジエチルアミノ）スチリル］−５−［ｐ−（ジエチルアミノ）フェニル］ピラゾリン（ＰＰＲまたはＤＥＡＳＰ）；１，２−ｔｒａｎｓ−ビス（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）シクロブタン（ＤＣＺＢ）；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＴＢ）；Ｎ，Ｎ’−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ビス−（フェニル）ベンジジン（α−ＮＰＢ）；および銅フタロシアニンなどのポルフィリン系化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。一般に使用される正孔輸送ポリマーとしては、ポリビニルカルバゾール、（フェニルメチル）ポリシラン、ポリ（ジオキシチオフェン）類、ポリアニリン類、およびポリピロール類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリスチレンおよびポリカーボネートなどのポリマー中に、上述のものなどの正孔輸送分子をドープすることによって、正孔輸送ポリマーを得ることもできる。
【００５３】
デバイスの用途に依存するが、光活性層１４０は、印加電圧によって励起する発光層（発光ダイオード中または発光電気化学セル中など）、放射エネルギーに応答し、バイアス電圧の印加を使用してまたは使用せずに信号を発生する材料層（光検出器中など）であってよい。一実施形態においては、光活性材料は有機エレクトロルミネッセンス（「ＥＬ」）材料である。限定するものではないが、小分子有機蛍光性化合物、蛍光性およびリン光性の金属錯体、共役ポリマー、およびそれらの混合物などのあらゆるＥＬ材料を本発明のデバイス中に使用することができる。蛍光性化合物の例としては、ピレン、ペリレン、ルブレン、クマリン、それらの誘導体、およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。金属錯体の例としては、トリス（８−ヒドロキシキノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）などの金属キレート化オキシノイド化合物；Ｐｅｔｒｏｖらの米国特許第６，６７０，６４５号明細書ならびに国際公開第０３／０６３５５５号パンフレットおよび国際公開第２００４／０１６７１０号パンフレットに記載されるような、フェニルピリジン、フェニルキノリン、またはフェニルピリミジンの配位子を有するイリジウム錯体などの、シクロメタレート化されたイリジウムおよび白金のエレクトロルミネッセンス化合物、ならびに、たとえば、国際公開第０３／００８４２４号パンフレット、国際公開第０３／０９１６８８号パンフレット、および国際公開第０３／０４０２５７号パンフレットに記載される有機金属錯体、ならびにそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。電荷キャリアホスト材料と金属錯体とを含むエレクトロルミネッセンス発光層が、Ｔｈｏｍｐｓｏｎらによる米国特許第６，３０３，２３８号明細書、ならびにＢｕｒｒｏｗｓおよびＴｈｏｍｐｓｏｎによる国際公開第００／７０６５５号パンフレットおよび国際公開第０１／４１５１２号パンフレットに記載されている。共役ポリマーの例としては、ポリ（フェニレンビニレン）類、ポリフルオレン類、ポリ（スピロビフルオレン）類、ポリチオフェン類、ポリ（ｐ−フェニレン）類、それらのコポリマー、およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５４】
任意選択の層１５０は、電子注入／輸送の両方を促進する機能を果たす場合もあるし、層界面における消光反応を防止する閉じ込め層として機能する場合もある。より具体的には、層１５０は、電子の移動を促進し、この層がなければ層１４０および１６０が直接接触する場合の消光反応の可能性を減少させることができる。任意選択の層１５０の材料の例としては、トリス（８−ヒドロキシキノラト）アルミニウム（ＡｌＱ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（ｐ−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＢＡｌｑ）、テトラキス−（８−ヒドロキシキノラト）ハフニウム（ＨｆＱ）、およびテトラキス−（８−ヒドロキシキノラト）ジルコニウム（ＺｒＱ）などの金属キノレート誘導体などのキレート化オキシノイド化合物；テトラキス（８−ヒドロキシキノリナト）ジルコニウム（ＺｒＱ）；２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、および１，３，５−トリ（フェニル−２−ベンズイミダゾール）ベンゼン（ＴＰＢＩ）などのアゾール化合物；２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリンなどのキノキサリン誘導体；９，１０−ジフェニルフェナントロリン（ＤＰＡ）および２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＤＤＰＡ）などのフェナントロリン誘導体；ならびにそれらの１種類以上のあらゆる組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。あるいは、任意選択の層１５０は無機であってよく、ＢａＯ、ＬｉＦ、Ｌｉ2Ｏ、ＣｓＦなどを含むことができる。ある実施形態においては、２つの電子輸送／注入層が存在する。第１の有機電子輸送層は光活性層に隣接して存在し、第２の無機電子注入層はカソードに隣接して存在する。
【００５５】
カソード層１６０は、電子または負電荷担体の注入に特に有効な電極である。カソード層１６０は、アノード層１１０よりも低い仕事関数を有するあらゆる金属または非金属であってよい。
【００５６】
カソード層の材料は、１族のアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ，）、２族金属（たとえば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａなど）、１２族金属、ランタニド類（たとえば、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｅｕなど）、およびアクチニド類（たとえば、Ｔｈ、Ｕなど）から選択することができる。アルミニウム、インジウム、イットリウム、およびそれらの組み合わせなどの材料を使用することもできる。カソード層１６０の材料の非限定的な具体例としては、バリウム、リチウム、セリウム、セシウム、ユウロピウム、ルビジウム、イットリウム、マグネシウム、サマリウム、ならびにそれらの合金および組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５７】
デバイス中の他の層は、そのような層が果たすべき機能を考慮することによってそのような層に有用であることが知られているあらゆる材料でできていてよい。
【００５８】
ある実施形態においては、水および酸素などの望ましくない成分がデバイス１００内に入るのを防止するために、接触層１６０の上に封入層（図示せず）が堆積される。このような成分は、有機層１４０に対して悪影響を及ぼす場合がある。一実施形態においては、封入層は障壁層またはフィルムである。一実施形態においては、封入層はガラス蓋である。
【００５９】
図示していないが、デバイス１００が追加の層を含むことができることは理解できよう。当技術分野において周知である別の層、またはその他の別の層を使用することができる。さらに、前述のいずれかの層は、２つ以上の副層を含む場合があるし、層状構造を形成する場合もある。あるいは、アノード層１１０、緩衝層１２０、正孔輸送層１３０、電子輸送層１５０、カソード層１６０、およびその他の層の一部またはすべては、電荷担体輸送効率またはデバイスの他の物理的性質を向上させるために、処理、特に表面処理を行うことができる。各構成層の材料の選択は、デバイスの稼働寿命を考慮して高いデバイス効率を有するデバイスを得ること、製造時間、および複雑な要因、ならびに当業者に認識されている他の問題点の目標の釣り合いを取ることによって、好ましくは決定される。最適な構成要素、構成要素の構成、および組成の決定は、当業者の日常的な作業であることは理解できるであろう。
【００６０】
ほとんどの場合、アノード１１０およびカソード１６０は、化学蒸着法または物理蒸着法によって形成される。ある実施形態においては、アノード層がパターン化され、カソードは全体的に連続した層となる。
【００６１】
ある実施形態においては、１つ以上の電子輸送／注入層も化学蒸着法または物理蒸着法によって形成される。
【００６２】
ある実施形態においては、少なくとも光活性層は、本明細書に記載の方法による液相堆積によって形成される。
【００６３】
ある実施形態においては、正孔注入層および正孔輸送層は、本明細書に記載の方法による液相堆積によって形成される。
【００６４】
一実施形態においては、種々の層は以下の範囲の厚さを有する：アノード１１０、５００〜５０００Å、一実施形態においては１０００〜２０００Å；任意選択の緩衝層１２０、５０〜２０００Å、一実施形態においては２００〜１０００Å；任意選択の正孔輸送層１３０、５０〜２０００Å、一実施形態においては１００〜１０００Å；光活性層１４０、１０〜２０００Å、一実施形態においては１００〜１０００Å；任意選択電子輸送層１５０、５０〜２０００Å、一実施形態においては１００〜１０００Å；カソード１６０、２００〜１００００Å、一実施形態においては３００〜５０００Å。デバイス中の電子−正孔再結合領域の位置、したがってデバイスの発光スペクトルは、各層の相対厚さによって影響されうる。たとえば、電子−正孔再結合領域が発光層中に存在するように、電子輸送層の厚さを選択すべきである。層の厚さの望ましい比は、使用される材料の厳密な性質に依存する。
【００６５】
動作中、適切な電源（図示せず）からの電圧がデバイス１００に印加される。したがって、デバイス１００の層全体に電流が流れる。電子が光活性層に入り、フォトンを放出する。アクティブマトリックスＯＬＥＤディスプレイと呼ばれる一部のＯＬＥＤでは、電流の流れによって個別のピクセルを独立に励起させることができる。パッシブマトリックスＯＬＥＤディスプレイと呼ばれる一部のＯＬＥＤでは、電気接触層の横列および縦列の交点において個別のピクセルを励起させることができる。
【００６６】
本明細書に記載されているものと類似または同等の方法および材料を使用して、本発明の実施または試験を行うことができるが、好適な方法および材料についてを以下に説明する。本明細書において言及されるあらゆる刊行物、特許出願、特許、およびその他の参考文献は、それらの記載内容全体が参照により援用される。矛盾が生じる場合には、定義を含めて本明細書に従うものとする。さらに、材料、方法、および実施例は、単に説明的なものであって、限定を意図したものではない。
【００６７】
明確にするため、別々の実施態様の状況で、前述または後述される本発明の特定の特徴は、１つの実施態様において組み合わせて提供することもできることを理解されたい。逆に、簡潔にするため、１つの実施態様の状況で説明される本発明の種々の特徴を、別々に提供したり、あらゆる副次的な組み合わせで提供したりすることもできる。さらに、ある範囲において記載される値への言及は、その範囲内にあるすべての値を含んでいる。
【実施例】
【００６８】
本明細書に記載される概念を以下の実施例でさらに説明するが、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲がこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００６９】
実施例１
この実施例では、実質的に平坦な断面を有するＯＬＥＤ用途の電気活性膜の製造を示す。以下の材料を使用した：
インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）：１８０ｎｍ
緩衝層＝緩衝液１（２０ｎｍ）、これは導電性ポリマーとポリマーフッ素化スルホン酸との水性分散体である。このような材料は、たとえば、米国特許出願公開第２００４／０１０２５７７号明細書、米国特許出願公開第２００４／０１２７６３７号明細書、および米国特許出願公開第２００５／０２０５８６０号明細書に記載されている。
【００７０】
正孔輸送層＝ＨＴ−１、これはアリールアミン含有コポリマーである。このような材料は、たとえば、米国特許出願公開第２００８／００７１０４９号明細書に記載されている
【００７１】
光活性層＝１３：１のホストＨ１：ドーパントＥ１。ホストＨ１はアントラセン誘導体である。このような材料は、たとえば、米国特許第７，０２３，０１３号明細書に記載されている。Ｅ１はアリールアミン化合物である。このような材料は、たとえば、米国特許出願公開第２００６／００３３４２１号明細書に記載されている。
【００７２】
電子輸送層＝金属キノレート誘導体
カソード＝ＬｉＦ／Ａｌ（０．５／１００ｎｍ）
ＯＬＥＤデバイスは、溶液処理と熱蒸着技術との組み合わせによって製造した。Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃのパターン化されたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）がコーティングされたガラス基体を使用した。これらのＩＴＯ基体は、５０Ω／□のシート抵抗および８０％の光透過率を有するＩＴＯがコーティングされたＣｏｒｎｉｎｇ  １７３７ガラスを主とするものである。標準的なフォトリソグラフィー法を使用してＩＴＯ基体上にウェルパターンを作製した。このウェルは３２ミクロンの幅によって画定された。
【００７３】
デバイス製造の直前に、このパターン化された基体を洗浄したものをＵＶオゾンで１０分間処理した。冷却した直後に、緩衝液１の水性分散体をＩＴＯ表面上にスピンコーティングし、加熱して溶媒を除去した。冷却後、次に基体に正孔輸送材料の溶液をスピンコーティングし、次に加熱して溶媒を除去した。米国特許出願公開第２００７／０２０５４０９号明細書に記載されるようにして、化学的閉じ込め層を形成した。このパターンによって、ノズル印刷された光活性インクを収容するための表面エネルギーウェルを画定した。この表面エネルギーウェルの幅は４０ミクロンであった。
【００７４】
国際公開第２００７／１４５９７９号パンフレットに記載されるようにして、前述のホストおよびドーパントを有機溶媒媒体中に溶解させることによって発光層溶液を調製した。
【００７５】
基体に発光層溶液をノズル印刷し、減圧乾燥によって溶媒を除去した。印刷直後に、この板を２０℃に維持した真空室に入れ、５００ｍＴｏｒｒまで１４分間減圧した後、窒素を流し込んだ。次にこの板をホットプレート上１４０℃で３０分間焼き付けした。
【００７６】
ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｐ−１５針式プロフィルメーターに低圧力ヘッドを使用して膜厚さおよび断面の測定を行った。印刷した光活性層の厚さおよび断面は、近傍に位置する印刷ラインから非印刷ラインを減じることによって求めた。この技術によって、発光層から分離すべき下層の断面の差が得られる。図４は、口径比＝０．９１を有する印刷された光活性層の断面を示している。
【００７７】
比較例Ａ
実施例１と同じ材料を使用してＯＬＥＤデバイスを製造した。印刷後の乾燥ステップを除けば、実施例１と同じ手順を使用してデバイスを製造した。基体に発光層溶液をノズル印刷した直後に、その板を１４０℃のホットプレート上に３０分間置いた。
【００７８】
実施例１と同様に膜厚さおよび断面の測定を行った。図５は、口径比＝０．４２を有する印刷された光活性層の断面を示している。
【００７９】
概要または実施例において前述したすべての行為が必要なわけではなく、特定の行為の一部は不要である場合があり、１つ以上のさらに別の行為が、前述の行為に加えて実施される場合があることに留意されたい。さらに、行為が列挙されている順序は、必ずしもそれらが実施される順序ではない。
【００８０】
以上の明細書において、具体的な実施形態を参照しながら本発明の概念を説明してきた。しかし、当業者であれば、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱せずに種々の修正および変更を行えることが理解できよう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく説明的なものであると見なすべきであり、すべてのこのような修正は本発明の範囲内に含まれることを意図している。
【００８１】
特定の実施形態に関して、利益、その他の利点、および問題に対する解決法を以上に記載してきた。しかし、これらの利益、利点、問題の解決法、ならびに、なんらかの利益、利点、または解決法を発生させたり、より顕著にしたりすることがある、あらゆる特徴が、特許請求の範囲のいずれかまたはすべての重要、必要、または本質的な特徴であるとして解釈すべきではない。
【００８２】
別々の実施形態の状況において、明確にするために本明細書に記載されている特定の複数の特徴は、１つの実施形態の中で組み合わせても提供できることを理解されたい。逆に、簡潔にするため１つの実施形態の状況において説明した種々の特徴も、別々に提供したり、あらゆる副次的な組み合わせで提供したりすることができる。さらに、ある範囲において記載される値への言及は、その範囲内にあるすべての値を含んでいる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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