(57)【要約】本発明は、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びこれらに基づく回路を、熱可塑性射出成形体等の溶媒感受性及び／又は温度感受性を有するプラスチックの表面に作製する方法に関する。ポリアクリレートやポリフェノール、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂等のポリマー化合物を含む保護層を、基板表面又は有機電子コンポーネントから形成される機能決定層中の一層に、１００℃未満の低温プロセスによって水性アルコール性溶液を用いるか又は無溶媒で塗工し、乾燥させる。該保護層は、望ましくない溶媒の作用から基板を保護すると共に平坦化層及び／又は電気絶縁層として機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子半導体コンポーネントである有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びこれらに基づく電子回路を作製するための方法であって、例えばＡＢＳポリマー、ポリカーボネート又はポリスチロールから選択される溶媒感受性及び／又は温度感受性を有するプラスチック体を基板として含み、前記基板の上に全体的又は部分的に形成された機能決定層から成る層システムと、基板を溶媒の化学作用から守る保護層とを更に含み、前記保護層はポリアクリレート、ポリフェノール、メラミン樹脂又はポリエステル樹脂等のポリマー化合物から選択され、且つ前記保護層は基板表面又は機能決定層中の一層の全体又は一部に、１００℃未満の温度で行う低温プロセスによって水性アルコール性溶液を用いて又は無溶媒で塗工されて乾燥され、前記コンポーネントの電子機能層の前記プラスチック体上への形成と電子機能層の配設は自体公知の方法段階によって行う方法。
【請求項２】
有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びこれらに基づく電子回路を作製するための請求項１に記載の方法において、前記保護層を形成するポリマー化合物の熱架橋又は光化学的架橋を行うことを特徴とする方法。
【請求項３】
有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びこれらに基づく電子回路を作製するための請求項２に記載の方法において、前記ポリマー化合物の熱架橋を、１００℃未満の温度で、好ましくは８０℃未満の温度で行うことを特徴とする方法。
【請求項４】
有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びこれらに基づく電子回路を作製するための請求項１に記載の方法において、ポリマー性保護層は、オフセットプリンティング、インクジェットプリンティング、パッドプリンティング、スクリーンプリンティング若しくはドクターブレード法等のプリンティングプロセスによって、又は微量適用プロセスによって前記プラスチック体に好ましく塗布されることと、自体公知の方法により各コンポーネントから形成される電子機能層を塗工及び配設することを特徴とする方法。
【請求項５】
基板である溶媒感受性及び／又は温度感受性を有するプラスチック体と、前記基板に配置された機能決定層から成る層システムと、前記基板への溶媒の化学作用に対する保護層とを含み、前記保護層は、ポリアクリレート、ポリフェノール、メラミン樹脂又はポリエステル樹脂等の架橋性ポリマー化合物から成るものであって、請求項１〜４に記載の作製方法によることを特徴とする、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びこれらに基づく電子回路。
【請求項６】
プラスチック体として、電子ハウジング、ＣＤ、ＤＶＤ又はチップカード等の射出成形体又はスタンプ成形体を用いることを特徴とする、請求項５に記載の有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びこれらに基づく電子回路。
【請求項７】
ポリマー性保護層は、電気絶縁層及び／又は平坦化層として設計されることを特徴とする、請求項５に記載の有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びこれらに基づく電子回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びこれらに基づく回路を、熱可塑性射出成形体等の溶媒感受性及び／又は温度感受性を有するプラスチックの表面に作製する方法に関する。更に本発明は、該方法により製造される電子コンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体コンポーネントは経済的な側面からも重要性が高まっている。例えば有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）は、簡単な方法で種々の基板（例えば、シリコンやガラス、ポリエステルフィルム（ＰＥＴやＰＥＮ）、ポリイミドフィルム）上に容易に作製することができ、従って低コストでの作製が可能である（Ｃ．Ｊ．Ｄｒｕｒｙ、Ｃ．Ｍ．Ｊ．Ｍｕｔｓａｅｒｓ、Ｃ．Ｍ．Ｈａｒｔ、Ｍ．Ｍａｔｔｅｒｓ及びＤ．Ｍ．ｄｅ Ｌｅｅｕｗ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７３（１９９８）、１０８；Ｆ．Ｅｄｅｒ、Ｈ．Ｋｌａｕｋ、Ｍ．Ｈａｌｉｋ、Ｕ．Ｚｓｃｈｉｅｓｃｈａｎｇ、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄ及びＣ．Ｄｅｈｍ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８４（２００４）、２６７３；Ｊ．Ｆｉｃｋｅｒ、Ａ．Ｕｌｌｍａｎｎ、Ｗ．Ｆｉｘ、Ｈ．Ｒｏｓｔ及びＷ．Ｃｌｅｍｅｎｓ、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ４４６６（２００１）、９５；Ｍ．Ｓｃｈｒoｅｄｎｅｒ、Ｈ．〜Ｋ．Ｒｏｔｈ、Ｓ．Ｓｅｎｓｆｕｓｓ及びＫ．Ｓｃｈｕｌｔｈｅｉｓ、ｅ＆ｉ、２００３（６）、２０５６；Ｍ．Ｈａｌｉｋ、Ｈ．Ｋｌａｕｋ、Ｕ．Ｚｓｃｈｉｅｓｃｈａｎｇ、Ｔ．Ｋｒｉｅｍ、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄ及びＷ．Ｒａｄｌｉｋ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８１（２００２）、２８９；Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ、Ｔ．Ｋａｗａｓｅ、Ｒ．Ｈ．Ｆｒｉｅｎｄ、Ｔ．Ｓｈｉｍｏｄａ、Ｍ．Ｉｎｂａｓｅｋａｒａｎ、Ｗ．Ｗｕ及びＥ．Ｐ．Ｗｏｏ；Ｓｃｉｅｎｃｅ、２９０（２０００）、ｐ．２１２３）。有機半導体コンポーネントの作製は通常、基板表面が滑らかであればあるほど、基板材料が有機溶媒に対して非感受性であればあるほど、良好に行うことができる。また、ポリマー電子回路の製造プロセスは、熱処理と乾燥の段階を必要とする場合が非常に多いので、基板材料の最大連続使用温度もプロセスの制御に重要である。このような必要条件は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド等でほぼ満足される。
【０００３】
また、水及び酸素の拡散を低減させるための無機バリア層をコーティングしたフィルム上に、有機電子半導体コンポーネントを作製することが知られている（米国特許第６６６４１３７号）。このバリア層は動作時の回路と電界効果トランジスタの劣化を防ぐべきものであり、十分な厚さで塗布され且つ低温プロセスにより欠陥が生じなければ、溶媒から基板材料を保護することもできる。しかしながらこのバリア層は、有機保護層と比べると、高価で時間のかかる真空プロセスにより析出させる必要があるという問題点を有する。
【０００４】
ＷＯ２００４／０９１００１は、有機半導体コンポーネント用（特に電界効果トランジスタ用）のゲート絶縁体を開示しており、この絶縁体は１５０℃〜２００℃の温度で架橋されたポリシロキサン化合物から成る。しかしながら、ポリシロキサン層を電気絶縁に使用しているということは別として、ポリシロキサン化合物の架橋温度の高さにより、該層を塗工するとＡＢＳ基板やポリカーボネート基板、ポリスチレン基板を該層製造中に溶媒による損傷作用から保護することができない。
【０００５】
ＵＳ２００３／０２２４６２１には、有機半導体システムを別の種類の基板（例えばテキスタイル）に作製するための方法が開示されている。この方法はまた、半導体直下の基板表面に保護層を塗工することを含む。しかしながら、この保護層は、溶媒の化学作用から基板を保護する機能は有さないことは明らかである。更に、該保護層の組成に関する情報は何ら開示されていない。
【０００６】
経済的な理由から、有機又はポリマー電子回路を物体の上に直接作製して使用することが有利である場合が非常に多い。これを実現するためには、ＡＢＳポリマーやポリカーボネート、ポリスチレン等を射出成形した材料が特に適した材料であると考えられる。シリコンやガラス、ポリイミドその他の基板材料とは対照的に、電子部品のケーシングやコンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤの材料として頻繁に使用されるこれら射出成形材料の多くは有機溶媒に対して感受性を有する。更に、大抵の場合これらの材料の熱負荷に耐える能力は低いものでしかない。更にまた、使用する射出成形機の表面粗さで基板の表面粗さが決まるので、射出成形材料は、有機エレクトロニクスのための基礎となる材料として用途が非常に限定されてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の理由から、これら材料の使用はこれまでに問題をかかえてきており、前述の困難性を克服する適切な解決策は存在しなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）、太陽電池又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を、溶媒感受性及び温度感受性を有するプラスチックの表面に作製するための簡単で安価な方法を提供することにある。本発明の方法によれば、これら半導体コンポーネントやこれらのコンポーネントに基づく回路を、成形体の劣化（例えば、表面の初期の溶解や熱変形）を伴うことなしに作製することができる。
【０００９】
本発明の目的は、請求項１に記載の特徴により実現される。本発明の他の有利な実施形態は、複数の従属請求項の請求対象となっている。本発明方法においては、射出成形体の基板表面に部分的に又は全体的に有機層を塗工する。該有機層は、後に使用される溶媒に不溶であり、且つ該有機層の作製にはあまり高温を必要としない。このプラスチック体の表面を溶媒の作用から保護するには、通常、層厚は１μｍ〜５μｍで十分である。また同時に、粗い表面が平坦になる。アクリレートやポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の架橋可能なポリマーが特に適していることが分かっている。プラスチック体に熱応力がかからないようにするためには、低温で又は光化学的に架橋を行う必要がある。保護層の塗工はまた、大面積コーティングプロセス（例えば、プリンティングやドクターブレード法、ローカル・ドロッピング（微量適用法））により行うこともできる。その後、種々の有機コンポーネントやこれらのコンポーネントから形成される回路を設ける。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、２種の電界効果トランジスタ例に基づき、図１〜４を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。
【００１１】
本発明における有機又はポリマー電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）は、少なくとも次の機能決定層を基板上に有する。即ち該機能決定層は、導電性の有機又は無機材料から成る少なくとも１個のソース電極と少なくとも１個のドレイン電極との間に、これら電極の上方又は下方に形成される有機半導体層、該半導体層の上方又は下方に形成される有機絶縁層、及び有機導電層である。集積された有機又はポリマー電子回路は、少なくとも２個の有機又はポリマー性電界効果トランジスタから成る。
【００１２】
図１、２は、実施形態例である２種の電界効果トランジスタの模式的な断面図であり、図２はその層構造において、図１に示す構造と逆の順序で各層を配置させたものである。ここでゲート電極５は、導電性ポリマー分散物を用いてプラスチック体１の表面に直接形成されるので、この導電性ポリマー分散物がプラスチックの表面を侵襲することはない。この分散物は例えば、カーボンブラックコンポジットの水性又はアルコール性分散物とすることができる。ゲート電極５の上に（絶縁性）保護層６を塗布する。この保護層は、プラスチック体或いは射出成形体１をそれぞれ溶媒から保護すると共にゲート電極５とソース電極２の間、及びゲート電極５とドレイン電極４の間の絶縁体として機能する。続いて、前記保護層６の上に有機半導体層３、ソース電極２及びドレイン電極４を塗工する。ポリマー層の作成は、プリンティングやドロッピング（微量適用プロセス）により行うことができる。各電極は、プリンティングによって既に配設されていない場合には、レーザー法等で設けることができる。
【実施例】
【００１３】
実施例１
本実施例は、図１に示す本発明の一態様について記載する。保護層７として、光硬化性アクリレート層をドクターブレード法によりプラスチック体１（厚さ１ｍｍのＡＢＳプレート）に塗工する。高出力ＵＶランプを用い３秒迄の露光時間で架橋させる。層の厚さは約５μｍである。その上に、再度ドクターブレード法を用いて導電性カーボンブラックポリマーコンポジット層を塗工する。このコンポジット層に、ソース電極２とドレイン電極４をエキシマレーザーを用いた選択的アブレーションにより形成する。この上に、ポリマー半導体３（ポリ−３−ドデシルチオフェン）をその０．２５％クロロホルム又はトルオール溶液からスピンコーティング（４０００ｒｐｍ）により塗工する。絶縁層６は、２０％ポリビニルフェノール溶液を２０００ｒｐｍでスピンコーティングして形成する。ゲート電極５は、コロイド状グラファイトを部分的に塗工することにより形成する。図３に、このようにして製造した電界効果トランジスタの出力特性曲線を示す。
【００１４】
実施例２
本実施例は、図２に示す本発明の一態様について記載する。導電性ポリマーであるポリエチレンジオキシチオフェン（Ｂａｙｔｒｏｎ）の層をドクターブレード法によりプラスチック体１である厚さ１ｍｍのＡＢＳプレートに塗工する。該層を、エキシマレーザーを用いた選択的レーザーアブレーションにより加工し、ゲート電極５を得る。該層の上に（絶縁性）保護層６を形成するために、架橋剤を含有するアルコール性ポリビニルフェノール溶液を２０００ｒｐｍでスピンコーティングして塗工する。次に、ポリビニルフェノール層を３時間７０℃で熱処理する。この上に金の薄層（約２０ｎｍ）をスパッタリングし、該薄層からソース電極２とドレイン電極４をエキシマレーザーを用いて形成する。最後に、０．２５％ポリ−３−ヘキシルチオフェンのトルオール溶液をスピンコーティングして半導体層３を塗工する。このようにして製造した電界効果トランジスタの出力特性を図４に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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