JPH10326675A - ポリマー電界発光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

ポリマー電界発光デバイスおよびその製造方法

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JPH10326675A JP10050393A JP5039398A JPH10326675A JP H10326675 A JPH10326675 A JP H10326675A JP 10050393 A JP10050393 A JP 10050393A JP 5039398 A JP5039398 A JP 5039398A JP H10326675 A JPH10326675 A JP H10326675A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】有機ポリマー電界発光デバイスのカラーディス
プレイは、ドープ済み電界発光層を利用して広発光スペ
クトルを作り、色フィルタを使ってこの1色ディスプレ
イを3色ディスプレイに変換する。従来技術では、その
輝度は単色ディスプレイより低い。また色フィルタを各
素子上で組み立てパターン化しなければならず、工程が
複雑である。 【解決手段】PPV前駆体とホトアシッド発生体とを有す
る材料から成る層を基板上に堆積し、基板上に電界発光
デバイスを構成する。ホトアシッド発生体は電磁放射が
照射されると酸を生成し、PPV前駆体は酸の存在でPPVに
変換される。PPV層をフォトリソグラフィによってパタ
ーン化することによって上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、電界発光デバイス(e
lectroluminescent device)に関し、より詳細には、有
機ポリマーを基体とした発光デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】ポリマーを基体とした電界発光デバイス
(polymer-based electroluminescentdevice、以下PLE
D)は、英数字表示及びx-yアドレッサブル表示に代わる
安価な代替法を提供し得る可能性を持っている。PLEDは
また、バックライト付き液晶表示に代わる代替法を提供
できる可能性もある。簡単なPLEDは、電子注入電極と正
孔注入電極とにサンドイッチ状に挟まれた電界発光層か
ら構成することができる。比較的複雑なデバイスは、上
述の電極と電界発光層との間に電子及び正孔伝送層を用
いる。ポリ-p-フェニレンビニレン(poly p-phenylenev
inylene、以下PPV)、又はその誘導体を基体としたデバ
イスは、十分な量的歩留りによってビジネス上魅力があ
ることが立証されている。
【0003】PLEDに基づくディスプレイは、典型的に
は、1つ以上のポリマー層を電極構造上にスピンキャス
ティング(回転塗布)して組み立てる。次いで、電子伝
送層と第二の電極とをPPV層の上に堆積する。別々にア
ドレス指定可能なデバイスは、電極群と電子伝送層をパ
ターン化することによって得られる。デバイスの全て
は、典型的には、共通のPPV層を分け合う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この組立様式は、全て
が同一波長で発光するデバイスを作るのに有用である
が、PLEDが異なった波長で発光することになるデバイス
には決して理想的ではない。例えば、カラーディスプレ
イは、互いに近接して配置された3つのカラー画素から
各画素を構成して組み立ててよい。異なった色の画素を
得るには、従来技術は、ドープ済み電界発光層を利用し
て広発光スペクトルを作る。次いで、色フィルタを使っ
てこの1色ディスプレイを3色ディスプレイに変換す
る。この方法で多色ディスプレイを組み立てることがで
きるが、その輝度は単色ディスプレイで得ることができ
るそれより低いので、利用できる光の一部だけが各色で
認識できるに過ぎない。加えて、色フィルタを各素子上
で組み立てて且つパターン化しなければならず、このこ
とがディスプレイのコストを高騰する。
【0005】PPV層をフォトリソグラフィによってパタ
ーン化できることが有益であろう。その時は、PLEDは、
集積回路の製造に利用されている十分発達した諸技術を
使って構成することができよう。
【0006】広義には、改良型のPLEDを提供することが
本願発明の目的である。本願発明のさらに別の目的は、
PLEDをパターン化するためのフォトリソグラフィ法を提
供することにもある。
【0007】本願発明に関する前記及びその他の目的
は、発明についての以下の詳細説明並びに添付図面類を
参照すれば熟練した当業者には明らかとなろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願発明は、PPVを基体
とした電界発光デバイスとその同一物を構成するための
方法を包含する。本願発明に従い、PPV前駆体とホトア
シッド(photoacid)発生体とを有する材料から成る層を
基板上に堆積することにより、該基板上に電界発光デバ
イスを構成する。該基板は、典型的には、デバイス用の
陽極を含む。PPV前駆体は、酸の存在でPPVに変換され
る。ホトアシッド発生体は、電磁放射が照射されると酸
を生成するものである。電界発光要素を含む予定のない
層部分を遮蔽(マスク)する。次いで、マスクしない部
分に電磁放射を照射し、未反応のPPV前駆体は残らず除
去して基板上に分離された複数のPPV領域を形成する。
次いで、電子伝送層をPPV領域上に堆積し且つその電子
伝送層の頂上面上に陰極を堆積する。電子伝送層を構成
するのに使われる材料とその厚さを適当に選択すれば、
電子伝送層は、PPV要素を含まないデバイス領域の陽極
と陰極間を電気的に絶縁する働きもある。
【0009】本願発明は、前駆物質を酸によって共役PP
Vへ変換することに基づいている。その酸は、PPV前駆体
と混合されている酸前駆体の光分解で生成される。故
に、PPVは、PPV前駆体と酸前駆体の混合物の層を堆積
し、次いで、PPVが生成されることになる部分を適当な
波長と強度を有する光で露光することによってマイクロ
リソグラフィ的にパターン化することができる。その
後、PPVに変換されない前駆体を取り除く。
【0010】
【実施例】これより、本願発明の好適な実施例に用いら
れる基本的化学物資を図解している図1を参照して説明
する。本願発明の好適な実施例では、溶解度及び粘度の
ような諸性質の制御ができるようにするためPPVをブロ
ック共重合体に混合する。PPV前駆体は、好適には、ポ
リ(9-ヒドロキシ-[2.2]パラシクロファネン-1)x-ブロッ
ク-ポリ(ノルボルネン)y(ポリ1x-ブロック-ポリNBEy)、
(poly(9-hydroxy-[2.2]paracyclophan-1-ene)x-block-
poly(norbornene)y(poly1x-block-polyNBEy))である。
ここで、下つき添字は平均重合度を指し、略語 NBEは、
ノルボルネンの代わりに使う。この前駆体は、酸の存在
において50-60℃でPPV2x-ブロック-ポリNBEyに変換す
る。好適なホトアシッド発生体は、トリフェニルスルホ
ニウム・トリフルオロメタンスルホン酸である。
【0011】次に、基板上におけるパターン化PPVのマ
イクロリソグラフィによる生成を図解している図2を参
照して説明する。先ず、ポリ1x-ブロック-ポリNBEyとホ
トアシッド発生体とを含んでいる均一な薄膜14をガラス
基板上にトルエン及び塩化メチレン溶液(95:5)からスピ
ンキャスティングする。水銀ランプからの光を使って4.
7 J/cm2の照射線量でのマスク16を介しての照射によ
り、露光位置にPPV領域20を生ずるトリフルオロメタン
スルホン酸の形成が促進される。変換された部分は、照
射領域だけに対応し且つそれらの可視領域の放射によっ
て直接識別することができる。クロロホルムによる現像
でパターン化されたPPV領域20を残して未反応のポリ1x-
ブロック-ポリNBEyを完全に洗い流す。
【0012】前駆体ブロックにおけるポリNBEに対するP
PVの比は、現像処理を最適化するよう調整することがで
きる。ポリNBE成分の比率が大きければ、照射部分がク
ロロホルム中で溶解する点まで溶解度が高められる。逆
に、xがyよりはるかに大きい時、例えば、比x/yが約15
を越える時は、ポリ1x-ブロック-ポリNBEyを完全に除去
することは困難である。許容し得る結果は、比x/yが0.5
≦x/y≦2の範囲にある時に得られ、そして最適の結果
は、比x/yが1≦x/y≦2の範囲にある時に得られる。
【0013】PPVに基づくLEDは、陰極物質からPPVへの
電子の注入を支援するために、典型的に、電子伝送層(E
TL)を用いる。代表的LEDは、ETLと接触しているPPV層か
ら成る2層構造である。この2層構造が陽極と陰極間に
サンドイッチ状に挟まれ、ETL層が陰極と接触する。原
理的には、ETLはPPVの頂上面上でパターン化でき且つLE
Dアレイにおける陽極と陰極間の接触を防ぐべくLED間に
絶縁体を堆積することができる。しかし、この配置構成
では、ETLをパターン化するのにマスク処理を追加する
必要がある。そうした処理は、デバイスの歩留りを低下
させ、且つ従って、PPVに基づくLEDのコストを増大させ
ることになる。
【0014】本願発明は、PPV及びETLの厚さが適当に選
択される限り、上述の電子注入機能を付与すると共に陽
極を陰極から絶縁するのにETLを使うことができるとい
う観測結果を利用している。これより、本願発明による
LEDアレイ100の断面図である図3を参照して説明する。
アレイ100は、陽極104を、典型的にはインジウム酸化ス
ズの層を基板101上に堆積して構成する。次いで、上述
の手順を使ってパターン化PPV要素108を陽極104上に堆
積する。その後、電子伝送層106をPPV要素上に堆積す
る。電子伝送層は、ポリスチレンと2-(4-ビフェニルイ
ル)-1,3,4オキサジアゾール、(2-(4-biphenylyl)-1,3,4
oxadiazole)(重量組成で50:50)を含有している溶液から
キャスティングしてよい。典型的膜厚は、ETLについて
は220nm及びPPVパターンとしては80-100 nmである。陰
極接点、典型的にはCaを適当な形状の多孔マスク(shado
w mask)を通して堆積させる。
【0015】理想的には、ETLは、PPV層108で覆われて
いない領域において陽極から陰極の方への正孔の流れを
阻止しながら陰極から放射PPV層へ電子を搬送するもの
と予測される。実際には、正孔阻止膜は完全でなく、十
分に高い電界の下では、正孔がETL中に注入され、そこ
でそれらが電子と再結合して光を発することがある。ET
Lの厚さ、Hは、PPVとETLの合計厚Tより薄いので、電界
は、PPV要素外の領域では比較的高くなければならな
い。これは、PPVとETLの誘電率がほぼ同じと想定してい
る。この差が大きい程、正孔がETLのみの領域中へ注入
される確立が高くなる。上述のデバイスに対しては、H/
(T+H)>0.5になるようにHとTを選択して、ETLだけで覆
われている領域に電流を通過させないようにしなければ
ならない。この条件が満足されれば、その時は、電子輸
送機能と陰極及び陽極の電気絶縁の両方の目的で未パタ
ーン化ETLを用いてよい。しかし、留意すべきは、この
条件は、一般に、ETLと電極に使用する材料に左右され
るということである。
【0016】図3に示す実施例では、キャリア注入と、
陰極及び陽極がPPVで分離されていないそれらの領域に
おける陰極及び陽極の電気絶縁の両方の目的でETLを用
いた。しかし、熟練した当業者には、類似の方法で正孔
伝送層を用いる実施態様も本願発明により構成してもよ
いということは上記の議論から明らかとなろう。前述の
配置を図4において200で示す。図3に示した要素と同
じ働きをするところの、図4に示したそれらの要素に
は、図3に使ったものと同じ数字指定を図4にも付し
た。図3に示した実施例と比べ、正孔伝送層212が図3
に示したETLに取って代わり且つ陽極204と陰極202の位
置が逆になっている。もしHとTが適当に選択されれば、
正孔伝送層も陰極及び陽極がPPVで分離されていないそ
れらの領域における陰極及び陽極間の電気絶縁を形成す
るであろう。HとT間の特定の関係は、勿論、陽極と陰極
が構成される材料同様、正孔伝送層の材料にも依存す
る。
【0017】本願発明に関わる種々の変形は、前出の説
明並びに添付図面より熟練した当業者には明らかとなろ
う。従って、本願発明は、前出の請求の範囲によっての
み専ら限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の好適な実施例に用いられた基本的化
学物質を示す図である。
【図2】基板上でのパターン化PPVのマイクロリソグラ
フィーによる生成を示す図である。
【図3】本願発明によるLEDアレイ100の断面図である。
【図4】本願発明によるLEDアレイ200の断面図である。
【符号の説明】
12、101:基板 14:PPV前駆体層 16:マスク 20:PPV領域 100、200:LEDアレイ 102、202:陰極 104、204:陽極 106、212:電子伝送層 108:パターン化PPV要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05B 33/22 H05B 33/22 C // C08F 293/00 C08F 293/00 C09K 11/06 602 C09K 11/06 602 680 680 (72)発明者 ギラルモ・バザン アメリカ合衆国ニューヨーク州 ロチェス ター ナンバー8 グランガー・プレイス 10 1/2 (72)発明者 ミシェル・リー・レナク アメリカ合衆国ニューヨーク州 ロチェス ター アパートメント2 スコッツビル・ ロード 144

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に電界発光デバイスを構成する方法
    であって、該方法は以下(a)から(d)のステップを
    含むことを特徴とする、(a)PPV前駆体とホトアシッ
    ド発生体とを含む材料で層を堆積するステップであっ
    て、前記PPV前駆体は酸の存在でPPVに変換され、前記ホ
    トアシッド発生体は電磁放射が照射されると酸を生成す
    る、(b)前記層のある部分をマスキングし、前記層の
    他の部分はマスキングしないステップ、(c)前記層の
    前記マスキングしない部分を電磁放射で照射するステッ
    プ、(d)未反応のPPV前駆体を除去して、前記基板上
    に分離された複数のPPV領域を形成するステップ。
  2. 【請求項2】前記PPV前駆体が、ポリ(9-ヒドロキシ-[2.
    2]パラシクロファネン-1)x-ブロック-ポリ(ノルボルネ
    ン)y(ポリ1x-ブロック-ポリNBEy)を含むことを特徴とす
    る請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記ホトアシッド発生体が、トリフェニル
    スルホニウム・トリフルオロメタンスルホン酸から成る
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の方法であって、該方法
    は、さらに電子伝送層を前記分離されたPPV領域上に堆
    積させるステップを含み、前記電子伝送層は前記PPV領
    域を覆いまた前記PPV領域間のいずれの空間も充填し、
    前記電子伝送層は正孔よりも電子を優先的に伝送する材
    料を含むことを特徴とする方法。
  5. 【請求項5】電界発光ディスプレイであって、該電界発
    光ディスプレイは以下(a)から(d)を含むことを特
    徴とする、(a)陽極、(b)前記陽極と接触している
    複数の分離されたPPV領域、(c)前記PPV領域を覆い前
    記PPV領域間の空間を充填する電子伝送層、(d)前記
    陽極から前記陰極を分離している前記電子伝送層上に堆
    積された層を含む陰極。
  6. 【請求項6】前記陰極が前記陽極の上にくる領域におけ
    る前記陽極と前記陰極間の最小距離が、前記陰極が前記
    PPV領域の上にくる領域における陽極と陰極間の距離
    と、前記陽極、陰極、及び電子伝送層が構成される材料
    とに依存する、予め定められた距離より大きくなるよう
    に、前記電子伝送層を堆積させることを特徴とする請求
    項5記載のディスプレイ。
  7. 【請求項7】電界発光ディスプレイであって、該電界発
    光ディスプレイは以下(a)から(d)を含むことを特
    徴とする、(a)陰極、(b)前記陰極と接触している
    複数の分離されたPPV領域、(c)前記PPV領域を覆い前
    記PPV領域間の空間を充填する正孔伝送層、(d)前記
    陽極から前記陰極を分離している前記正孔伝送層上に堆
    積された層を含む陽極。
  8. 【請求項8】前記陽極が前記陰極の上にくる領域におけ
    る前記陽極と陰極間の最小距離が、前記陽極が前記PPV
    領域の上にくる領域における陽極と陰極間の距離と、前
    記陽極、陰極、及び正孔伝送層が構成される材料とに依
    存する、予め定められた距離より大きくなるように、前
    記正孔伝送層を堆積させることを特徴とする請求項7記
    載のディスプレイ。
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