光電子素子及びその製造方法
【課題】第１及び第２の電極間に設けられた発光材料を、第１及び第２の電極と発光材料との間を電荷キャリアが移動できるように含む発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、第１及び第２の電極の間に設けられたポリマー・ブレンドの層を含み、発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、ポリマー・ブレンドの少なくとも一部においてポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離が生じている。
【解決手段】発光素子は、第１及び第２の電極の間に設けられたポリマー・ブレンドの層を含み、発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、ポリマー・ブレンドの少なくとも一部においてポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離が生じている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、及び光起電力又は光検出素子等のポリマー光／電子素子、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー光電子素子は、通常、電極間に設けられた光電子的に活性なポリマー材料から成る層を備えており、電極と光電子的活性材料との間を電荷キャリアが移動できるようになっている。発光素子は、電極から注入された電荷キャリアがポリマー材料内で結合して減衰することで動作し、そのプロセスの結果として光を放出する。光起電力素子は、ポリマー材料上へ光が入射したときにそのポリマー材料内部に電荷キャリア対を生成する動作をし、電荷キャリア対が分離しそれぞれの電極に電荷キャリアが移動することで、電極間に電位を発生させる。光検出器は、外部回路内に入射光の強度に比例して誘導される電流が所望の出力であることを除いて、光起電力素子のそれと同じ基本原理で動作する。光検出器は、それらが本質的に短絡回路とされる回路（電極対電極）又は「検出効率」を増大させるために外部バイアスが素子の両端に印加される回路の中に含まれることが多い。
【０００３】
電極と光電子的活性材料との間での電荷キャリアの移動を促進するために、光電子的活性層と電極の一方又は両方との間にポリマー電荷輸送層を設けることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、有用な光電子素子構造とその製造方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の特徴によれば、第１及び第２の電極間に設けられた発光材料を備え、第１及び第２の電極と発光材料との間を電荷キャリアが移動できるようにした発光素子であって、第１及び第２の電極の間に設けられたポリマー・ブレンドの層を含み、前記発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、前記ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離が生じていることから成る発光素子が提供される。
【０００６】
この素子の一実施形態においては、ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離は、発光材料から放出された光の伝搬を第１及び第２の電極間の方向に制御するように、ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において生じている。別の実施形態においては、ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離は、発光材料から放出された光の伝搬をポリマー・ブレンド層の平面に平行な方向に制御するように、ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において生じている。
【０００７】
また、第１及び第２の電極間に設けられた発光材料を備え、前記第１及び第２の電極と前記発光材料との間を電荷キャリアが移動できるようにした発光素子の製造方法であって、
前記第１電極を含む基板上に流体の形態でポリマー・ブレンドの層を被着(deposit) させるステップであって、前記ポリマー・ブレンドが前記発光材料を含むステップと、
使用中に、前記発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、前記ポリマー・ブレンド中に制御された態様で相分離を生じさせるステップと、
前記第２電極を前記ポリマー・ブレンド層上に被着させるステップとから成る発光素子の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第２の特徴によれば、ポリマー・ブレンドの層を含んで成り、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離によって２つ以上の集積された光及び／又は電子コンポーネントが定められる光素子が提供される。
【０００９】
一実施形態においては、素子は、発光用の第１コンポーネントと、使用中に前記発光コンポーネントから放出された光を所定の方向にガイドし及び／又は前記発光コンポーネントから放出された光を変調するための光ガイド／変調用の第２コンポーネントとを備え、前記第１及び第２のコンポーネントは、ポリマー・ブレンドの単一層内において、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの制御された相分離によって定められている。別の実施形態においては、光電子素子は、光検出用の第１コンポーネントと、使用中に光を前記第１コンポーネントにガイドするための光ガイド用の第２コンポーネントとを備え、前記第１及び第２のコンポーネントは、ポリマー・ブレンドの単一層内において、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの制御された相分離によって定められている。
【００１０】
本発明の第３の特徴によれば、制御された相分離がなされたポリマー・ブレンド層の製造方法であって、有機基板を用意すること、前記基板表面の選択された部分の表面エネルギーをプラズマ処理によって変更して、前記基板の有機表面を表面エネルギーの異なる領域にパターニングすること、及び異なる前記表面エネルギーの影響を受けて前記ポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた前記基板表面上に流体の形態で前記ポリマー・ブレンドを被着させることから成るポリマー・ブレンド層の製造方法が提供される。
【００１１】
また制御された相分離がなされたポリマー・ブレンド層の製造方法であって、有機基板を用意すること、前記基板の有機表面をプラズマ処理によって活性化すること、活性化された前記基板表面の選択された部分上にカウンタ(counter) 層を形成して、前記基板表面を表面エネルギーの異なる領域にパターニングすること、及び異なる前記表面エネルギーの影響を受けて前記ポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた前記基板表面上に流体の形態で前記ポリマー・ブレンドを被着させることを含むポリマー・ブレンド層の製造方法が提供される。
【００１２】
上記カウンタ層は、それが形成される基板部分の表面エネルギーを変更する機能を果たす。
【００１３】
第１ポリマーと第２ポリマーとを含むポリマー・ブレンドからなる制御された相分離層の製造方法の一変形によれば、この製造方法は、第１及び第２のポリマーに対する化学親和性が異なる材料から成るシールド(shielding) 層を基板表面の選択された部分上に形成するステップと、第１及び第２のポリマーに対するシールド層の異なる化学親和性の影響を受けてポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた基板表面上に流体の形態でポリマー・ブレンドを被着させるステップとを含む。
【００１４】
この方法を用いて光素子、電子素子、又は光電子素子を作製する場合、シールド層又はカウンタ層の材料及び／又は厚みは、完成した素子の基本的な機能にそれらが実質的に影響を及ぼさないように選択される。素子が動作するために電荷キャリアがシールド層又はカウンタ層を通って移動することが必要となる特定の光電子素子又は電子素子の場合においては、シールド層又はカウンタ層の材料及び／又は厚みは、層を横切る電荷キャリアの移動が通常の動作条件下において妨げられないように選択される。
【００１５】
本発明の第４の特徴によれば、第１及び第２の電極構造間に設けられたボディを、前記ボディと前記第１及び第２の電極構造との間を電荷キャリアが移動できるように含んでな成るポリマー光電子素子であって、前記ボディは平面アレイの活性領域を非活性マトリックス中に含み、前記アレイはポリマー・ブレンドの層内において前記ポリマー・ブレンドの制御された相分離によって定められ、前記電極構造は、使用中に各活性領域を独立にアドレス指定できるようにパターニングされているポリマー光電子素子が提供される。
【００１６】
本発明の第５の特徴によれば、第１の型の電荷キャリアを受け取るための第１表面と第２の型の電荷キャリアを受け取るための第２表面とを有するポリマー・ブレンド層を備え、前記ポリマー・ブレンドは光電子的に活性な第１ポリマーと電荷輸送用の第２ポリマーとを含んで成る光電子素子であって、使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への電荷キャリアの受け入れを促進するため前記第１表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が相対的に高い比率で前記第２ポリマーを含むように、前記第１及び第２のポリマーの相対比率が前記ポリマー・ブレンド層内で変化する光電子素子が提供される。
【００１７】
前記ポリマー・ブレンドは更に電荷輸送用の第３ポリマーを含んでおり、この場合、使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への第１の型の電荷キャリアの受け入れを促進するため第１表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が前記第２ポリマーを相対的に高い比率で含むように、及び使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への第２の型の電荷キャリアの受け入れを促進するため第２表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が前記第３ポリマーを相対的に高い比率で含むように、前記第１、第２及び第３のポリマーの相対比率が前記ポリマー・ブレンド層内で変化している。
【００１８】
用語「相対的に高い比率」は、ポリマー・ブレンド層の個々の部分が、ポリマー・ブレンド層の他の部分よりも、個々のポリマーを多く含むことを示す。それぞれの個々の部分は、実質的に個々のポリマーからなることが好ましい。
【００１９】
また、光電子的に活性な第１ポリマーと電荷輸送用の第２ポリマーとを含んでなるポリマー・ブレンド層を第１及び第２の電気接点間に設けている光電子素子の製造方法であって、前記第１電気接点を含む基板を用意するステップと、前記基板の第１表面上に前記ポリマー・ブレンドを流体の形態で被着させるステップと、前記ポリマー・ブレンドを固化させるステップと、固化された前記ポリマー・ブレンド層上に前記第２接点を形成するステップとを含み、前記基板の前記第１表面は前記第１ポリマーよりも前記第２ポリマーに対する親和性が大きくなるように選択され、前記基板上の前記ポリマー・ブレンドの固化は、結果として生じる前記ポリマー・ブレンド層が、使用中に前記第１接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記基板の前記第１表面に隣接し前記第２ポリマーを相対的に高い比率で有する部分を含むように制御される方法が提供される。
【００２０】
本方法の一実施形態においては、前記ポリマー・ブレンド層は、光電子的に活性な第１ポリマーと、電荷輸送用の第２ポリマーと、電荷輸送用の第３ポリマーとを含み、前記基板の第１表面は、前記第１ポリマーよりも前記第２ポリマーに対する親和性が大きいが、前記第１ポリマーよりも前記第３ポリマーに対する親和性が小さくなるように選択され、前記基板上の前記ポリマー・ブレンドの固化は、結果として生じる前記ポリマー・ブレンド層が、使用中に前記第１接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記第２ポリマーを相対的に高い比率で有する前記基板の前記第１表面に隣接する第１部分と、前記第１部分に対向し且つ使用中に前記第２接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記第３ポリマーを相対的に高い比率で有する第２部分とを含み、前記第１部分と前記第２部分とが前記第１ポリマーを相対的に高い比率で有する第３部分によって分離されるように制御されている。
【００２１】
以下に本発明の実施形態を、例としてのみであるが、添付の図面を参照して、より詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１には、本発明の第１の実施形態による発光素子の模式的な断面図が示されている。ＩＴＯがコーティングされたガラス基板２には、そのＩＴＯコーティング表面上に、金のストリップ４が設けられている。Ｆ８ＢＴ（ポリ（９，９’ジオクチルフルオレン−コ−３，６−ベンゾチアジアゾール））(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-3,6-benzothiadiazole))と、ＰＦＢ（ポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−ブチルフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン））(poly (9,9'-dioctylfluorene-co-bis-N ,N'-(4-butylphenyl)-bis-N,N'-phenyl-1,4-phenylenediamine)とからなる相分離されたブレンド６が、溶液コーティング・プロセスによって、基板２上に設けられている。ブレンドの相分離は、パターニングされた基板表面を反映している。主にＦ８ＢＴからなる第１相８の列は、相対的に親和力のある（attractive）金ストリップの上に位置し、金ストリップ間のスペースのガラス表面上に位置するＰＦＢが支配的な第２相１０の列によって互いに分離されている。カルシウムなどの低い仕事関数を持つ金属の層１２が、層分離されたポリマー・ブレンド層の上に設けられている。
【００２３】
この素子の作動において、ＩＴＯは陽極として機能し、カルシウム層１２は陰極として機能する。素子の両端に電位が印加されると、陽極及び陰極からポリマー・ブレンド層６内に電荷キャリアが注入され、ポリマー・ブレンド層６において電荷キャリアは再結合して減衰し、そのプロセスの結果として光を放出する。ポリマー・ブレンド６の層分離のパターニングが層内の光の伝搬に影響するので、素子の平面に対して垂直及び平面内に放出される光の分布が変更される。
【００２４】
この素子は、以下の方法によって製造することができる。
【００２５】
ガラス基板には、その一方の表面上に、蒸発させた金の層が設けられる。レジストを、コンタクト・マスクを通してＵＶ輻射に曝してパターニングし、焼き付けし、そして現像液中ですすぐことによって、金の頂面上のレジストに所望するパターンのポジ像が作製される。次に、基板をエッチングして、露出する金が取り除かれ、その後、レジストが取り除かれた。金の厚みは、数１００ナノメートルから約２０ｎｍであると考えられる。図２平面図において、この作製段階での素子が模式的に示されている。
【００２６】
上記の方法に代えて、その上面全体に金層が設けられた基板の、ソフト・リソグラフィ・ベース(a soft lithography-based)の自己組織化単分子膜（self-assembled monolayer）の表面改質によって、パターニングされた基板を製造することができる。パターンは、スタンピング表面上に物理的グレーティング(physical grating)を有するシリコーン・エラストマー・スタンプから作製しても良い。スタンプに、ＣＨ3-及びフッ素化された炭化水素で終端されたチオール溶液によって「インク付け」し、乾燥させ、その後に金表面と接触させる。スタンプ上の隆起ライン上に存在するインク分子のチオール端は、表面と接触している間に、金に付着して、この領域内の金の単層カバレッジ(monolayer coverage)を形成する。ラインの幅は、スタンピング圧力によってある程度まで制御することができる。このスタンピング・ステップによって、金表面上のスタンプされたラインは疎水性領域に変わる。この疎水性パターニングの後に、金コーティングされた基板をＣＯＯＨ終端されたチオールを含む溶液中で洗浄する。この結果、最早この疎水性の単層によって既に覆われなくなっている金領域上には相対的に親水性の表面が形成されるため、相対的に親水性の領域と相対的に疎水性の領域とを有する基板表面が形成される。同じ終端の単層パターンを、他の付着化学反応によって形成することができる。これには、酸化された無機及び有機表面上へ疎水性／親水性パターンを形成するために用いることができるシリル化ベースの単層（silylation-based
monolayers ）が含まれる。
【００２７】
次に、Ｆ８ＢＴ：ＰＦＢ（ポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−ブチルフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン））の１：１（重量で）のブレンドの溶液の層が、パターニングされた表面上に被着される。この被着は、例えばポリマー・ブレンド溶液のスピン・コーティング又はドロップ・キャスティングによって行なうことができる。溶液濃度は、通常、スピン・コーティングの場合にはｐ−キシレンのリットル当たり１５グラムの全ポリマーであり、ドロップ・キャスティング溶液の場合には１〜１．７ｇ／Ｌであった。
【００２８】
他のポリマー・ブレンド、例えば１：１（重量で）のＦ８ＢＴ：Ｆ８（ポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン））ブレンドを用いても良い。この場合、ブレンドが、パターニングされた基板表面上に被着された後に、制御された相分離を受けるように、成分ポリマーの相対的な親水性を選ぶことが条件となる。ポリマー・ブレンド層の膜厚は、１００〜２００ｎｍの範囲である。
【００２９】
ブレンド比は、パターニングされた基板上の親水性表面領域部分の割合に従って、調整することができる。
【００３０】
パターニングされた基板表面上に存在するポリマー・ブレンド溶液の層からの溶媒の除去は、ポリマー・ブレンドが基板表面上のパターンに従った相分離時間を持つように、制御される。パターニングされた基板上に溶液を落とした後の固化及び相分離の速度は、サンプルと溶媒リザーバとをガラス皿で覆ってサンプルからの溶媒の蒸発を遅くすることによって制限しても良い。場合によっては、溶媒が富化された雰囲気の下で溶液をパターニングされた基板表面上にスピン・コーティング又はドロップ・キャストしても良い。
【００３１】
また、スピン・コーティングとアニーリングとの組み合わせによって、微細なパターン転写（サブ・ミクロン）を実現することができる。先ず、パターニングされた基板上に高ブレンド膜をスピン・コーティングすることによって揮発性溶媒から分離されて、非常に微細なナノ構造の相分離が得られるが、これは膜の深さ方向を通じて基板パターンにはまだ完全には追従していないことが考えられる。その後、溶媒蒸気が富化された雰囲気の存在下でアニーリング・ステップを行なうことによって、更なる相分離が進み基板パターンとの一致が得られる。
【００３２】
最後に、蒸発技術によって、カルシウム等の低仕事関数金属の層が、相分離したポリマー・ブレンド層上に被着される。
【００３３】
別の実施形態においては、発光素子は、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのような正孔輸送ポリマー層を、ポリマー・ブレンドと陽極との間に備えている。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜は、発光ダイオード構造において、ＩＴＯ陽極からそれに続くポリマー層内への正孔注入を改善するために用いられている。この場合、パターニングされたＰＥＤＯＴ：ＰＳＳコーティング済み陽極基板を、以下のようにして作製しても良い。先ず最初に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜１６０を、酸素プラズマ処理されたＩＴＯ／ガラス基板１４０上に、最初にスピン・コーティング、そして加熱（乾燥窒素下で）することによって形成する。次にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜１６０を酸素プラズマ中で処理する。これは、その後のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ表面上への自己組織化膜１８０，１８２の直接的なマイクロコンタクト・プリンティング(microcontact printing) を促進するためである。次に、マイクロコンタクト・プリンティング及び残りのステップを、例えば上述したように行なう。図１０に、このような素子を模式的に示す。図１０では、同様の構成要素を同一の参照数字によって示している。
【００３４】
別の技術においては、プラズマ処理自体を用いて、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層をパターニングすることができる。この技術においては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の選択された領域のみがプラズマ処理を受けて、相対的に親水性の領域と相対的に疎水性の領域とのパターンが形成される。また別の技術においては、単一のマイクロコンタクト・プリンティング工程のみを行なってＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の選択された部分を覆い、マイクロ・コンタクト・プリントされた領域と覆われていないＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ領域との間での親水性の違いを用いて、ポリマー・ブレンドの所望する相分離を引き起こすことができる。
【００３５】
図３は、本発明の別の実施形態による発光素子の模式的な断面図を示している。相分離されたポリマー・ブレンド１４が、陽極基板１２と陰極１６との間に設けられている。ポリマーは、親水性の異なる３つの半導体共役ポリマーを含み、そのうちの少なくとも１つは発光ポリマーである。３つのポリマーの選択は、ポリマー・ブレンドの相分離を制御して図３に示すパターンを生成できるように行なわれる。即ち、３つのポリマーのうち主に第１ポリマーから成る第１相１８の層が陽極基板１２に隣接して位置し、３つのポリマーのうち主に第２ポリマーから成る第２相２０の層が第１相１８の層の上方に位置し、３つのポリマーのうち主に第３ポリマーから成る第３相２２の層が第２相２０の層の上方に位置するパターンである。本実施形態においては、陽極基板には均一な親水性又は疎水性を有する上面２４が設けられ（親水性又は疎水性の度合いは、所望する相分離がポリマー・ブレンド中に生じるように選択される）、ポリマー・ブレンドの溶液がこの表面２４上に被着され、上述したようにパターニングされたポリマー・ブレンド層が得られるように溶媒の除去が制御される。好ましい変形においては、第１ポリマーは陽極基板に隣接して正孔輸送層を提供する正孔輸送用ポリマーであり、第３ポリマーは陰極に隣接して電子輸送層を提供する電子輸送用ポリマーであり、第２ポリマーは電荷輸送層の間で発光層を提供する発光ポリマーである。
【００３６】
作動においては、好適な電位が電極間に印加されたときに発光ポリマーから光が放出され、放出された光は、相分離されたポリマー・ブレンドのパターニングによって素子の層と実質的に平行な方向にガイドされる。
【００３７】
図４及び図５は、本発明の代替的な実施形態による光電子素子の模式図を示している。図５を参照すると、素子は、パターニングされた陽極基板３２と陰極３４との間にポリマー・ブレンド層３６を備えている。陽極基板３２は、断面Ａ−Ａについての模式図である図４に示す態様で、ポリマー・ブレンドの相分離を起こすようにパターニングされる。ポリマー・ブレンドの相分離は、主に光電子的に活性な第１ポリマーからなる第１領域３８と、主に光電子的に不活性な第２ポリマーからなる第２領域４０とを形成するように制御される。第１領域によって、第１コンポーネントとしての発光領域４２と、第２コンポーネントとしての第１導波管４４と、第３コンポーネントとしての反射器４６と、第４コンポーネントとしての第２導波管４８とが定められている。作動においては、発光領域で放出された光は、導波管及び反射器によって素子の外へ予め決められた方向にガイドされる。この素子は、陽極基板を列ではなく図４に示すパターンに沿ってパターニングするということを除いて、図１に示す第１の実施形態と同じ一般的な方法で製造しても良い。陰極３６を、単に光が発光領域３８で放出されるようにパターニングしても良い。
【００３８】
図６及び図７に、本発明による素子の別な実施形態の模式図を示している。図７を参照すると、相分離されたポリマー・ブレンド層５６が、陽極基板５２と陰極５４との間に設けられている。ポリマー・ブレンド層の相分離は、図６に示す種類のパターンを生成するように生じている。即ち、主に発光性の第１ポリマーからなる複数の第１領域５８が、主に非発光性の第２ポリマーからなるマトリックス状の第２領域６０によって囲まれている。この素子は、陽極基板を、例えば相対的に疎水性の表面領域によって囲まれる規則的な２Ｄアレイの相対的に親水性の表面領域を有するようにパターニングすることを除いて、図１に示す素子と同じ一般的な方法で作製することができる。
【００３９】
作動において、発光性の第１領域５８のみから光が放出されるため、画素化されたディスプレイが規定される。陰極及び／又は陽極を、各発光領域を独立にアドレス指定できるようにパターニングしても良い。
【００４０】
図８は、本発明の別の実施形態による素子の模式図を示す。相分離されたポリマー・ブレンド６４が、陽極基板６２と陰極６６との間に設けられている。ポリマーは、親水性の異なる２つの半導体共役ポリマー、即ち発光性の第１ポリマーと正孔輸送用の第２ポリマーとを含んでいる。陽極基板は、その上に被着されるポリマー・ブレンドの溶液が図８に示す仕方で相分離を起こすように選択される。即ち、主に第２ポリマーからなる正孔輸送用の第１層６８が陽極基板に隣接して位置し、主に第１ポリマーからなる発光性の第２層７０が正孔輸送用の第１層を覆うように位置する。
【００４１】
図９に示す変形例においては、ポリマー・ブレンドは、親水性の異なる３つの半導体共役ポリマー、即ち、正孔輸送用の第１ポリマー、発光性の第２ポリマー、及び電子輸送用の第３ポリマーを含む。３つのポリマーは、ポリマー・ブレンドの相分離を制御して図９に示すパターンを生成できるように選択される。即ち、そのパターンとは、主に第１ポリマーからなる第１相８０を成す正孔輸送用の第１層が陽極基板６２に隣接して位置し、主に第２ポリマーからなる第２相８２を成す発光性の第２層が第１相８０の層の上方に位置し、主に第３ポリマーからなる第３相８４を成す電子輸送用の第３層が第２相８２の層の上方に位置するパターンである。
【００４２】
図８及び９に示す実施形態においては、陽極基板には、均一な親水性又は疎水性を有する上面２４が備わっている。親水性又は疎水性の度合いは、所望する仕方でポリマー・ブレンドが層分離を起こすように選択される。ポリマー・ブレンドの溶液をこの表面２４上に被着させ、溶媒の除去を制御することによって、上述したようにパターニングされたポリマー・ブレンド層が得られる。
【００４３】
出願人としては、本明細書において暗黙的若しくは明示的に開示したいかなる特徴若しくは特徴の組み合わせも又はそれらのどんな一般化も、本特許請求の範囲の何れの範囲も限定することなく、本発明に含まれ得るという事実に注意喚起を求める。上述の記載を考慮すれば、本発明の範囲内において種々の変更を行なっても良いことが、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図２】図１の素子を、その製造の中間段階で示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
２ ガラス基板 ４ ストリップ
６ ポリマー・ブレンド ８ 第１相
１０ 第２相 １２ 陽極基板
１４ ポリマー・ブレンド １６ 陰極
１８ 第１相 ２０ 第２相
２２ 第３相 ２４ 上面
３２ 陽極基板 ３４ 陰極
３６ ポリマー・ブレンド層 ３８ 第１領域
４０ 第２領域 ４２ 発光領域
４４ 第１導波管 ４６ 反射器
４８ 第２導波管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、及び光起電力又は光検出素子等のポリマー光／電子素子、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー光電子素子は、通常、電極間に設けられた光電子的に活性なポリマー材料から成る層を備えており、電極と光電子的活性材料との間を電荷キャリアが移動できるようになっている。発光素子は、電極から注入された電荷キャリアがポリマー材料内で結合して減衰することで動作し、そのプロセスの結果として光を放出する。光起電力素子は、ポリマー材料上へ光が入射したときにそのポリマー材料内部に電荷キャリア対を生成する動作をし、電荷キャリア対が分離しそれぞれの電極に電荷キャリアが移動することで、電極間に電位を発生させる。光検出器は、外部回路内に入射光の強度に比例して誘導される電流が所望の出力であることを除いて、光起電力素子のそれと同じ基本原理で動作する。光検出器は、それらが本質的に短絡回路とされる回路（電極対電極）又は「検出効率」を増大させるために外部バイアスが素子の両端に印加される回路の中に含まれることが多い。
【０００３】
電極と光電子的活性材料との間での電荷キャリアの移動を促進するために、光電子的活性層と電極の一方又は両方との間にポリマー電荷輸送層を設けることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、有用な光電子素子構造とその製造方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の特徴によれば、第１及び第２の電極間に設けられた発光材料を備え、第１及び第２の電極と発光材料との間を電荷キャリアが移動できるようにした発光素子であって、第１及び第２の電極の間に設けられたポリマー・ブレンドの層を含み、前記発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、前記ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離が生じていることから成る発光素子が提供される。
【０００６】
この素子の一実施形態においては、ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離は、発光材料から放出された光の伝搬を第１及び第２の電極間の方向に制御するように、ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において生じている。別の実施形態においては、ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離は、発光材料から放出された光の伝搬をポリマー・ブレンド層の平面に平行な方向に制御するように、ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において生じている。
【０００７】
また、第１及び第２の電極間に設けられた発光材料を備え、前記第１及び第２の電極と前記発光材料との間を電荷キャリアが移動できるようにした発光素子の製造方法であって、
前記第１電極を含む基板上に流体の形態でポリマー・ブレンドの層を被着(deposit) させるステップであって、前記ポリマー・ブレンドが前記発光材料を含むステップと、
使用中に、前記発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、前記ポリマー・ブレンド中に制御された態様で相分離を生じさせるステップと、
前記第２電極を前記ポリマー・ブレンド層上に被着させるステップとから成る発光素子の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第２の特徴によれば、ポリマー・ブレンドの層を含んで成り、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離によって２つ以上の集積された光及び／又は電子コンポーネントが定められる光素子が提供される。
【０００９】
一実施形態においては、素子は、発光用の第１コンポーネントと、使用中に前記発光コンポーネントから放出された光を所定の方向にガイドし及び／又は前記発光コンポーネントから放出された光を変調するための光ガイド／変調用の第２コンポーネントとを備え、前記第１及び第２のコンポーネントは、ポリマー・ブレンドの単一層内において、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの制御された相分離によって定められている。別の実施形態においては、光電子素子は、光検出用の第１コンポーネントと、使用中に光を前記第１コンポーネントにガイドするための光ガイド用の第２コンポーネントとを備え、前記第１及び第２のコンポーネントは、ポリマー・ブレンドの単一層内において、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの制御された相分離によって定められている。
【００１０】
本発明の第３の特徴によれば、制御された相分離がなされたポリマー・ブレンド層の製造方法であって、有機基板を用意すること、前記基板表面の選択された部分の表面エネルギーをプラズマ処理によって変更して、前記基板の有機表面を表面エネルギーの異なる領域にパターニングすること、及び異なる前記表面エネルギーの影響を受けて前記ポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた前記基板表面上に流体の形態で前記ポリマー・ブレンドを被着させることから成るポリマー・ブレンド層の製造方法が提供される。
【００１１】
また制御された相分離がなされたポリマー・ブレンド層の製造方法であって、有機基板を用意すること、前記基板の有機表面をプラズマ処理によって活性化すること、活性化された前記基板表面の選択された部分上にカウンタ(counter) 層を形成して、前記基板表面を表面エネルギーの異なる領域にパターニングすること、及び異なる前記表面エネルギーの影響を受けて前記ポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた前記基板表面上に流体の形態で前記ポリマー・ブレンドを被着させることを含むポリマー・ブレンド層の製造方法が提供される。
【００１２】
上記カウンタ層は、それが形成される基板部分の表面エネルギーを変更する機能を果たす。
【００１３】
第１ポリマーと第２ポリマーとを含むポリマー・ブレンドからなる制御された相分離層の製造方法の一変形によれば、この製造方法は、第１及び第２のポリマーに対する化学親和性が異なる材料から成るシールド(shielding) 層を基板表面の選択された部分上に形成するステップと、第１及び第２のポリマーに対するシールド層の異なる化学親和性の影響を受けてポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた基板表面上に流体の形態でポリマー・ブレンドを被着させるステップとを含む。
【００１４】
この方法を用いて光素子、電子素子、又は光電子素子を作製する場合、シールド層又はカウンタ層の材料及び／又は厚みは、完成した素子の基本的な機能にそれらが実質的に影響を及ぼさないように選択される。素子が動作するために電荷キャリアがシールド層又はカウンタ層を通って移動することが必要となる特定の光電子素子又は電子素子の場合においては、シールド層又はカウンタ層の材料及び／又は厚みは、層を横切る電荷キャリアの移動が通常の動作条件下において妨げられないように選択される。
【００１５】
本発明の第４の特徴によれば、第１及び第２の電極構造間に設けられたボディを、前記ボディと前記第１及び第２の電極構造との間を電荷キャリアが移動できるように含んでな成るポリマー光電子素子であって、前記ボディは平面アレイの活性領域を非活性マトリックス中に含み、前記アレイはポリマー・ブレンドの層内において前記ポリマー・ブレンドの制御された相分離によって定められ、前記電極構造は、使用中に各活性領域を独立にアドレス指定できるようにパターニングされているポリマー光電子素子が提供される。
【００１６】
本発明の第５の特徴によれば、第１の型の電荷キャリアを受け取るための第１表面と第２の型の電荷キャリアを受け取るための第２表面とを有するポリマー・ブレンド層を備え、前記ポリマー・ブレンドは光電子的に活性な第１ポリマーと電荷輸送用の第２ポリマーとを含んで成る光電子素子であって、使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への電荷キャリアの受け入れを促進するため前記第１表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が相対的に高い比率で前記第２ポリマーを含むように、前記第１及び第２のポリマーの相対比率が前記ポリマー・ブレンド層内で変化する光電子素子が提供される。
【００１７】
前記ポリマー・ブレンドは更に電荷輸送用の第３ポリマーを含んでおり、この場合、使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への第１の型の電荷キャリアの受け入れを促進するため第１表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が前記第２ポリマーを相対的に高い比率で含むように、及び使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への第２の型の電荷キャリアの受け入れを促進するため第２表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が前記第３ポリマーを相対的に高い比率で含むように、前記第１、第２及び第３のポリマーの相対比率が前記ポリマー・ブレンド層内で変化している。
【００１８】
用語「相対的に高い比率」は、ポリマー・ブレンド層の個々の部分が、ポリマー・ブレンド層の他の部分よりも、個々のポリマーを多く含むことを示す。それぞれの個々の部分は、実質的に個々のポリマーからなることが好ましい。
【００１９】
また、光電子的に活性な第１ポリマーと電荷輸送用の第２ポリマーとを含んでなるポリマー・ブレンド層を第１及び第２の電気接点間に設けている光電子素子の製造方法であって、前記第１電気接点を含む基板を用意するステップと、前記基板の第１表面上に前記ポリマー・ブレンドを流体の形態で被着させるステップと、前記ポリマー・ブレンドを固化させるステップと、固化された前記ポリマー・ブレンド層上に前記第２接点を形成するステップとを含み、前記基板の前記第１表面は前記第１ポリマーよりも前記第２ポリマーに対する親和性が大きくなるように選択され、前記基板上の前記ポリマー・ブレンドの固化は、結果として生じる前記ポリマー・ブレンド層が、使用中に前記第１接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記基板の前記第１表面に隣接し前記第２ポリマーを相対的に高い比率で有する部分を含むように制御される方法が提供される。
【００２０】
本方法の一実施形態においては、前記ポリマー・ブレンド層は、光電子的に活性な第１ポリマーと、電荷輸送用の第２ポリマーと、電荷輸送用の第３ポリマーとを含み、前記基板の第１表面は、前記第１ポリマーよりも前記第２ポリマーに対する親和性が大きいが、前記第１ポリマーよりも前記第３ポリマーに対する親和性が小さくなるように選択され、前記基板上の前記ポリマー・ブレンドの固化は、結果として生じる前記ポリマー・ブレンド層が、使用中に前記第１接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記第２ポリマーを相対的に高い比率で有する前記基板の前記第１表面に隣接する第１部分と、前記第１部分に対向し且つ使用中に前記第２接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記第３ポリマーを相対的に高い比率で有する第２部分とを含み、前記第１部分と前記第２部分とが前記第１ポリマーを相対的に高い比率で有する第３部分によって分離されるように制御されている。
【００２１】
以下に本発明の実施形態を、例としてのみであるが、添付の図面を参照して、より詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１には、本発明の第１の実施形態による発光素子の模式的な断面図が示されている。ＩＴＯがコーティングされたガラス基板２には、そのＩＴＯコーティング表面上に、金のストリップ４が設けられている。Ｆ８ＢＴ（ポリ（９，９’ジオクチルフルオレン−コ−３，６−ベンゾチアジアゾール））(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-3,6-benzothiadiazole))と、ＰＦＢ（ポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−ブチルフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン））(poly (9,9'-dioctylfluorene-co-bis-N ,N'-(4-butylphenyl)-bis-N,N'-phenyl-1,4-phenylenediamine)とからなる相分離されたブレンド６が、溶液コーティング・プロセスによって、基板２上に設けられている。ブレンドの相分離は、パターニングされた基板表面を反映している。主にＦ８ＢＴからなる第１相８の列は、相対的に親和力のある（attractive）金ストリップの上に位置し、金ストリップ間のスペースのガラス表面上に位置するＰＦＢが支配的な第２相１０の列によって互いに分離されている。カルシウムなどの低い仕事関数を持つ金属の層１２が、層分離されたポリマー・ブレンド層の上に設けられている。
【００２３】
この素子の作動において、ＩＴＯは陽極として機能し、カルシウム層１２は陰極として機能する。素子の両端に電位が印加されると、陽極及び陰極からポリマー・ブレンド層６内に電荷キャリアが注入され、ポリマー・ブレンド層６において電荷キャリアは再結合して減衰し、そのプロセスの結果として光を放出する。ポリマー・ブレンド６の層分離のパターニングが層内の光の伝搬に影響するので、素子の平面に対して垂直及び平面内に放出される光の分布が変更される。
【００２４】
この素子は、以下の方法によって製造することができる。
【００２５】
ガラス基板には、その一方の表面上に、蒸発させた金の層が設けられる。レジストを、コンタクト・マスクを通してＵＶ輻射に曝してパターニングし、焼き付けし、そして現像液中ですすぐことによって、金の頂面上のレジストに所望するパターンのポジ像が作製される。次に、基板をエッチングして、露出する金が取り除かれ、その後、レジストが取り除かれた。金の厚みは、数１００ナノメートルから約２０ｎｍであると考えられる。図２平面図において、この作製段階での素子が模式的に示されている。
【００２６】
上記の方法に代えて、その上面全体に金層が設けられた基板の、ソフト・リソグラフィ・ベース(a soft lithography-based)の自己組織化単分子膜（self-assembled monolayer）の表面改質によって、パターニングされた基板を製造することができる。パターンは、スタンピング表面上に物理的グレーティング(physical grating)を有するシリコーン・エラストマー・スタンプから作製しても良い。スタンプに、ＣＨ3-及びフッ素化された炭化水素で終端されたチオール溶液によって「インク付け」し、乾燥させ、その後に金表面と接触させる。スタンプ上の隆起ライン上に存在するインク分子のチオール端は、表面と接触している間に、金に付着して、この領域内の金の単層カバレッジ(monolayer coverage)を形成する。ラインの幅は、スタンピング圧力によってある程度まで制御することができる。このスタンピング・ステップによって、金表面上のスタンプされたラインは疎水性領域に変わる。この疎水性パターニングの後に、金コーティングされた基板をＣＯＯＨ終端されたチオールを含む溶液中で洗浄する。この結果、最早この疎水性の単層によって既に覆われなくなっている金領域上には相対的に親水性の表面が形成されるため、相対的に親水性の領域と相対的に疎水性の領域とを有する基板表面が形成される。同じ終端の単層パターンを、他の付着化学反応によって形成することができる。これには、酸化された無機及び有機表面上へ疎水性／親水性パターンを形成するために用いることができるシリル化ベースの単層（silylation-based
monolayers ）が含まれる。
【００２７】
次に、Ｆ８ＢＴ：ＰＦＢ（ポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−ブチルフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン））の１：１（重量で）のブレンドの溶液の層が、パターニングされた表面上に被着される。この被着は、例えばポリマー・ブレンド溶液のスピン・コーティング又はドロップ・キャスティングによって行なうことができる。溶液濃度は、通常、スピン・コーティングの場合にはｐ−キシレンのリットル当たり１５グラムの全ポリマーであり、ドロップ・キャスティング溶液の場合には１〜１．７ｇ／Ｌであった。
【００２８】
他のポリマー・ブレンド、例えば１：１（重量で）のＦ８ＢＴ：Ｆ８（ポリ（９，９’−ジオクチルフルオレン））ブレンドを用いても良い。この場合、ブレンドが、パターニングされた基板表面上に被着された後に、制御された相分離を受けるように、成分ポリマーの相対的な親水性を選ぶことが条件となる。ポリマー・ブレンド層の膜厚は、１００〜２００ｎｍの範囲である。
【００２９】
ブレンド比は、パターニングされた基板上の親水性表面領域部分の割合に従って、調整することができる。
【００３０】
パターニングされた基板表面上に存在するポリマー・ブレンド溶液の層からの溶媒の除去は、ポリマー・ブレンドが基板表面上のパターンに従った相分離時間を持つように、制御される。パターニングされた基板上に溶液を落とした後の固化及び相分離の速度は、サンプルと溶媒リザーバとをガラス皿で覆ってサンプルからの溶媒の蒸発を遅くすることによって制限しても良い。場合によっては、溶媒が富化された雰囲気の下で溶液をパターニングされた基板表面上にスピン・コーティング又はドロップ・キャストしても良い。
【００３１】
また、スピン・コーティングとアニーリングとの組み合わせによって、微細なパターン転写（サブ・ミクロン）を実現することができる。先ず、パターニングされた基板上に高ブレンド膜をスピン・コーティングすることによって揮発性溶媒から分離されて、非常に微細なナノ構造の相分離が得られるが、これは膜の深さ方向を通じて基板パターンにはまだ完全には追従していないことが考えられる。その後、溶媒蒸気が富化された雰囲気の存在下でアニーリング・ステップを行なうことによって、更なる相分離が進み基板パターンとの一致が得られる。
【００３２】
最後に、蒸発技術によって、カルシウム等の低仕事関数金属の層が、相分離したポリマー・ブレンド層上に被着される。
【００３３】
別の実施形態においては、発光素子は、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのような正孔輸送ポリマー層を、ポリマー・ブレンドと陽極との間に備えている。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜は、発光ダイオード構造において、ＩＴＯ陽極からそれに続くポリマー層内への正孔注入を改善するために用いられている。この場合、パターニングされたＰＥＤＯＴ：ＰＳＳコーティング済み陽極基板を、以下のようにして作製しても良い。先ず最初に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜１６０を、酸素プラズマ処理されたＩＴＯ／ガラス基板１４０上に、最初にスピン・コーティング、そして加熱（乾燥窒素下で）することによって形成する。次にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜１６０を酸素プラズマ中で処理する。これは、その後のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ表面上への自己組織化膜１８０，１８２の直接的なマイクロコンタクト・プリンティング(microcontact printing) を促進するためである。次に、マイクロコンタクト・プリンティング及び残りのステップを、例えば上述したように行なう。図１０に、このような素子を模式的に示す。図１０では、同様の構成要素を同一の参照数字によって示している。
【００３４】
別の技術においては、プラズマ処理自体を用いて、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層をパターニングすることができる。この技術においては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の選択された領域のみがプラズマ処理を受けて、相対的に親水性の領域と相対的に疎水性の領域とのパターンが形成される。また別の技術においては、単一のマイクロコンタクト・プリンティング工程のみを行なってＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の選択された部分を覆い、マイクロ・コンタクト・プリントされた領域と覆われていないＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ領域との間での親水性の違いを用いて、ポリマー・ブレンドの所望する相分離を引き起こすことができる。
【００３５】
図３は、本発明の別の実施形態による発光素子の模式的な断面図を示している。相分離されたポリマー・ブレンド１４が、陽極基板１２と陰極１６との間に設けられている。ポリマーは、親水性の異なる３つの半導体共役ポリマーを含み、そのうちの少なくとも１つは発光ポリマーである。３つのポリマーの選択は、ポリマー・ブレンドの相分離を制御して図３に示すパターンを生成できるように行なわれる。即ち、３つのポリマーのうち主に第１ポリマーから成る第１相１８の層が陽極基板１２に隣接して位置し、３つのポリマーのうち主に第２ポリマーから成る第２相２０の層が第１相１８の層の上方に位置し、３つのポリマーのうち主に第３ポリマーから成る第３相２２の層が第２相２０の層の上方に位置するパターンである。本実施形態においては、陽極基板には均一な親水性又は疎水性を有する上面２４が設けられ（親水性又は疎水性の度合いは、所望する相分離がポリマー・ブレンド中に生じるように選択される）、ポリマー・ブレンドの溶液がこの表面２４上に被着され、上述したようにパターニングされたポリマー・ブレンド層が得られるように溶媒の除去が制御される。好ましい変形においては、第１ポリマーは陽極基板に隣接して正孔輸送層を提供する正孔輸送用ポリマーであり、第３ポリマーは陰極に隣接して電子輸送層を提供する電子輸送用ポリマーであり、第２ポリマーは電荷輸送層の間で発光層を提供する発光ポリマーである。
【００３６】
作動においては、好適な電位が電極間に印加されたときに発光ポリマーから光が放出され、放出された光は、相分離されたポリマー・ブレンドのパターニングによって素子の層と実質的に平行な方向にガイドされる。
【００３７】
図４及び図５は、本発明の代替的な実施形態による光電子素子の模式図を示している。図５を参照すると、素子は、パターニングされた陽極基板３２と陰極３４との間にポリマー・ブレンド層３６を備えている。陽極基板３２は、断面Ａ−Ａについての模式図である図４に示す態様で、ポリマー・ブレンドの相分離を起こすようにパターニングされる。ポリマー・ブレンドの相分離は、主に光電子的に活性な第１ポリマーからなる第１領域３８と、主に光電子的に不活性な第２ポリマーからなる第２領域４０とを形成するように制御される。第１領域によって、第１コンポーネントとしての発光領域４２と、第２コンポーネントとしての第１導波管４４と、第３コンポーネントとしての反射器４６と、第４コンポーネントとしての第２導波管４８とが定められている。作動においては、発光領域で放出された光は、導波管及び反射器によって素子の外へ予め決められた方向にガイドされる。この素子は、陽極基板を列ではなく図４に示すパターンに沿ってパターニングするということを除いて、図１に示す第１の実施形態と同じ一般的な方法で製造しても良い。陰極３６を、単に光が発光領域３８で放出されるようにパターニングしても良い。
【００３８】
図６及び図７に、本発明による素子の別な実施形態の模式図を示している。図７を参照すると、相分離されたポリマー・ブレンド層５６が、陽極基板５２と陰極５４との間に設けられている。ポリマー・ブレンド層の相分離は、図６に示す種類のパターンを生成するように生じている。即ち、主に発光性の第１ポリマーからなる複数の第１領域５８が、主に非発光性の第２ポリマーからなるマトリックス状の第２領域６０によって囲まれている。この素子は、陽極基板を、例えば相対的に疎水性の表面領域によって囲まれる規則的な２Ｄアレイの相対的に親水性の表面領域を有するようにパターニングすることを除いて、図１に示す素子と同じ一般的な方法で作製することができる。
【００３９】
作動において、発光性の第１領域５８のみから光が放出されるため、画素化されたディスプレイが規定される。陰極及び／又は陽極を、各発光領域を独立にアドレス指定できるようにパターニングしても良い。
【００４０】
図８は、本発明の別の実施形態による素子の模式図を示す。相分離されたポリマー・ブレンド６４が、陽極基板６２と陰極６６との間に設けられている。ポリマーは、親水性の異なる２つの半導体共役ポリマー、即ち発光性の第１ポリマーと正孔輸送用の第２ポリマーとを含んでいる。陽極基板は、その上に被着されるポリマー・ブレンドの溶液が図８に示す仕方で相分離を起こすように選択される。即ち、主に第２ポリマーからなる正孔輸送用の第１層６８が陽極基板に隣接して位置し、主に第１ポリマーからなる発光性の第２層７０が正孔輸送用の第１層を覆うように位置する。
【００４１】
図９に示す変形例においては、ポリマー・ブレンドは、親水性の異なる３つの半導体共役ポリマー、即ち、正孔輸送用の第１ポリマー、発光性の第２ポリマー、及び電子輸送用の第３ポリマーを含む。３つのポリマーは、ポリマー・ブレンドの相分離を制御して図９に示すパターンを生成できるように選択される。即ち、そのパターンとは、主に第１ポリマーからなる第１相８０を成す正孔輸送用の第１層が陽極基板６２に隣接して位置し、主に第２ポリマーからなる第２相８２を成す発光性の第２層が第１相８０の層の上方に位置し、主に第３ポリマーからなる第３相８４を成す電子輸送用の第３層が第２相８２の層の上方に位置するパターンである。
【００４２】
図８及び９に示す実施形態においては、陽極基板には、均一な親水性又は疎水性を有する上面２４が備わっている。親水性又は疎水性の度合いは、所望する仕方でポリマー・ブレンドが層分離を起こすように選択される。ポリマー・ブレンドの溶液をこの表面２４上に被着させ、溶媒の除去を制御することによって、上述したようにパターニングされたポリマー・ブレンド層が得られる。
【００４３】
出願人としては、本明細書において暗黙的若しくは明示的に開示したいかなる特徴若しくは特徴の組み合わせも又はそれらのどんな一般化も、本特許請求の範囲の何れの範囲も限定することなく、本発明に含まれ得るという事実に注意喚起を求める。上述の記載を考慮すれば、本発明の範囲内において種々の変更を行なっても良いことが、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図２】図１の素子を、その製造の中間段階で示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の別の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による発光素子を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
２ ガラス基板 ４ ストリップ
６ ポリマー・ブレンド ８ 第１相
１０ 第２相 １２ 陽極基板
１４ ポリマー・ブレンド １６ 陰極
１８ 第１相 ２０ 第２相
２２ 第３相 ２４ 上面
３２ 陽極基板 ３４ 陰極
３６ ポリマー・ブレンド層 ３８ 第１領域
４０ 第２領域 ４２ 発光領域
４４ 第１導波管 ４６ 反射器
４８ 第２導波管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の電極間に設けられた発光材料を備え、前記第１及び第２の電極と前記発光材料との間を電荷キャリアが移動できるようにした発光素子であって、前記第１及び第２の電極の間に設けられたポリマー・ブレンドの層を含み、前記発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、前記ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離が生じていることから成る発光素子。
【請求項２】
前記ポリマー・ブレンド中の前記ポリマーの前記相分離は、前記発光材料から放出された光の伝搬を前記第１及び第２の電極間の方向に制御するように、前記ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において生じていることから成る請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記ポリマー・ブレンド中の前記ポリマーの前記相分離は、前記発光材料から放出された光の伝搬を前記ポリマー・ブレンド層の平面に平行な方向に制御するように、前記ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において生じていることから成る請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記ポリマー・ブレンドが前記発光材料を含んでいることから成る請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項５】
発光素子中の発光材料から放出された光の伝搬方向を制御するため、ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離が制御された態様で生じていることから成る前記ポリマー・ブレンドの層の使用。
【請求項６】
第１及び第２の電極間に設けられた発光材料を備え、前記第１及び第２の電極と前記発光材料との間を電荷キャリアが移動できるようにした発光素子の製造方法であって、
前記第１電極を含む基板上に流体の形態でポリマー・ブレンドの層を被着させるステップであって、前記ポリマー・ブレンドが前記発光材料を含むステップと、
使用中に、前記発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、前記ポリマー・ブレンド中に制御された態様で相分離を生じさせるステップと、
前記第２電極を前記ポリマー・ブレンド層上に被着させるステップとから成る発光素子の製造方法。
【請求項７】
ポリマー・ブレンド層を含んで成り、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離によって２つの集積された光及び／又は電子コンポーネントが定められていることから成る光素子。
【請求項８】
集積された前記光及び／又は電子コンポーネントは、反射器及び／又は導波管を含んでいることから成る請求項７に記載の光素子。
【請求項９】
発光用の第１コンポーネントと、使用中に前記発光コンポーネントから放出された光を所定の方向にガイドし及び／又は前記発光コンポーネントから放出された光を変調するための光ガイド／変調用の第２コンポーネントとを備え、前記第１及び第２のコンポーネントは、ポリマー・ブレンドの単一層内において、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの制御された相分離によって定められていることから成る光電子素子。
【請求項１０】
光検出用の第１コンポーネントと、使用中に光を前記第１コンポーネントにガイドするための光ガイド用の第２コンポーネントとを備え、前記第１及び第２のコンポーネントは、ポリマー・ブレンドの単一層内において、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの制御された相分離によって定められていることから成る光電子素子。
【請求項１１】
制御された相分離がなされたポリマー・ブレンド層の製造方法であって、有機基板を用意すること、前記基板表面の選択された部分の表面エネルギーをプラズマ処理によって変更して、前記基板の有機表面を表面エネルギーの異なる領域にパターニングすること、及び異なる前記表面エネルギーの影響を受けて前記ポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた前記基板表面上に流体の形態で前記ポリマー・ブレンドを被着させることから成るポリマー・ブレンド層の製造方法。
【請求項１２】
制御された相分離がなされたポリマー・ブレンド層の製造方法であって、有機基板を用意すること、前記基板の有機表面をプラズマ処理によって活性化すること、活性化された前記基板表面の選択された部分上にカウンタ層を形成して、前記基板表面を表面エネルギーの異なる領域にパターニングすること、及び異なる前記表面エネルギーの影響を受けて前記ポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた前記基板表面上に流体の形態で前記ポリマー・ブレンドを被着させることから成るポリマー・ブレンド層の製造方法。
【請求項１３】
前記活性化された基板の選択された部分上に第１シールド層を形成するステップと、その後に、活性化された前記基板の第１シールド層によって覆われていない部分上に第２カウンタ層を形成するステップとを含み、前記第１及び第２のシールド層は異なる表面エネルギーを持つことから成る請求項１２に記載のポリマー・ブレンド層の製造方法。
【請求項１４】
前記基板がポリマー基板であることから成る請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のポリマー・ブレンド層の製造方法。
【請求項１５】
電子素子、光電子素子、又は光素子の製造における請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法の使用。
【請求項１６】
第１及び第２の電極構造間に設けられたボディを、前記ボディと前記第１及び第２の電極構造との間を電荷キャリアが移動できるように含んで成るポリマー光電子素子であって、前記ボディは平面アレイの活性領域を非活性マトリックス中に含み、前記アレイはポリマー・ブレンドの層内において前記ポリマー・ブレンドの制御された相分離によって定められ、前記電極構造は、使用中に各活性領域を独立にアドレス指定できるようにパターニングされていることから成るポリマー光電子素子。
【請求項１７】
第１の型の電荷キャリアを受け取るための第１表面と第２の型の電荷キャリアを受け取るための第２表面とを有するポリマー・ブレンド層を備え、前記ポリマー・ブレンドは光電子的に活性な第１ポリマーと電荷輸送用の第２ポリマーとを含んで成る光電子素子であって、使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への電荷キャリアの受け入れを促進するため前記第１表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が相対的に高い比率で前記第２ポリマーを含むように、前記第１及び第２のポリマーの相対比率が前記ポリマー・ブレンド層内で変化していることから成る光電子素子。
【請求項１８】
前記ポリマー・ブレンドは更に電荷輸送用の第３ポリマーを含み、使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への第１の型の電荷キャリアの受け入れを促進するため第１表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が前記第２ポリマーを相対的に高い比率で含むように、及び使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への第２の型の電荷キャリアの受け入れを促進するため第２表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が前記第３ポリマーを相対的に高い比率で含むように、前記第１、第２及び第３のポリマーの相対比率が前記ポリマー・ブレンド層内で変化していることから成る請求項１７に記載の光電子素子。
【請求項１９】
前記第２ポリマーは正孔輸送用のポリマーであり、前記第３ポリマーは電子輸送層であることから成る請求項１８に記載の光電子素子。
【請求項２０】
第１及び第２の電気接点間に設けられたポリマー・ブレンド層を含み、前記ポリマー・ブレンド層は光電子的に活性な第１ポリマーと電荷輸送用の第２ポリマーとを含んでいる光電子素子の製造方法であって、前記第１電気接点を含む基板を用意するステップと、前記基板の第１表面上に前記ポリマー・ブレンドを流体の形態で被着させるステップと、前記ポリマー・ブレンドを固化させるステップと、固化された前記ポリマー・ブレンド層上に前記第２接点を形成するステップとを含み、前記基板の前記第１表面は前記第１ポリマーよりも前記第２ポリマーに対する親和性が大きくなるように選択され、前記基板上の前記ポリマー・ブレンドの固化は、結果として生じる前記ポリマー・ブレンド層が、使用中に前記第１接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記基板の前記第１表面に隣接し前記第２ポリマーを相対的に高い比率で有する部分を含むように制御されることから成る光電子素子の製造方法。
【請求項２１】
前記ポリマー・ブレンド層は、光電子的に活性な第１ポリマーと、電荷輸送用の第２ポリマーと、電荷輸送用の第３ポリマーとを含み、前記基板の第１表面は、前記第１ポリマーよりも前記第２ポリマーに対する親和性が大きいが、前記第１ポリマーよりも前記第３ポリマーに対する親和性が小さくなるように選択され、前記基板上の前記ポリマー・ブレンドの固化は、結果として生じる前記ポリマー・ブレンド層が、使用中に前記第１接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記第２ポリマーを相対的に高い比率で有する前記基板の前記第１表面と隣接する第１部分と、前記第１部分に対向し且つ使用中に前記第２接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記第３ポリマーを相対的に高い比率で有する第２部分とを含み、前記第１部分と前記第２部分とが前記第１ポリマーを相対的に高い比率で有する第３部分によって分離されるように制御されることから成る請求項２０に記載の光電子素子の製造方法。
【請求項１】
第１及び第２の電極間に設けられた発光材料を備え、前記第１及び第２の電極と前記発光材料との間を電荷キャリアが移動できるようにした発光素子であって、前記第１及び第２の電極の間に設けられたポリマー・ブレンドの層を含み、前記発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、前記ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離が生じていることから成る発光素子。
【請求項２】
前記ポリマー・ブレンド中の前記ポリマーの前記相分離は、前記発光材料から放出された光の伝搬を前記第１及び第２の電極間の方向に制御するように、前記ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において生じていることから成る請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記ポリマー・ブレンド中の前記ポリマーの前記相分離は、前記発光材料から放出された光の伝搬を前記ポリマー・ブレンド層の平面に平行な方向に制御するように、前記ポリマー・ブレンドの少なくとも一部において生じていることから成る請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記ポリマー・ブレンドが前記発光材料を含んでいることから成る請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項５】
発光素子中の発光材料から放出された光の伝搬方向を制御するため、ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離が制御された態様で生じていることから成る前記ポリマー・ブレンドの層の使用。
【請求項６】
第１及び第２の電極間に設けられた発光材料を備え、前記第１及び第２の電極と前記発光材料との間を電荷キャリアが移動できるようにした発光素子の製造方法であって、
前記第１電極を含む基板上に流体の形態でポリマー・ブレンドの層を被着させるステップであって、前記ポリマー・ブレンドが前記発光材料を含むステップと、
使用中に、前記発光材料から放出された光の伝搬を所定の方向に制御するために、前記ポリマー・ブレンド中に制御された態様で相分離を生じさせるステップと、
前記第２電極を前記ポリマー・ブレンド層上に被着させるステップとから成る発光素子の製造方法。
【請求項７】
ポリマー・ブレンド層を含んで成り、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの相分離によって２つの集積された光及び／又は電子コンポーネントが定められていることから成る光素子。
【請求項８】
集積された前記光及び／又は電子コンポーネントは、反射器及び／又は導波管を含んでいることから成る請求項７に記載の光素子。
【請求項９】
発光用の第１コンポーネントと、使用中に前記発光コンポーネントから放出された光を所定の方向にガイドし及び／又は前記発光コンポーネントから放出された光を変調するための光ガイド／変調用の第２コンポーネントとを備え、前記第１及び第２のコンポーネントは、ポリマー・ブレンドの単一層内において、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの制御された相分離によって定められていることから成る光電子素子。
【請求項１０】
光検出用の第１コンポーネントと、使用中に光を前記第１コンポーネントにガイドするための光ガイド用の第２コンポーネントとを備え、前記第１及び第２のコンポーネントは、ポリマー・ブレンドの単一層内において、前記ポリマー・ブレンド中のポリマーの制御された相分離によって定められていることから成る光電子素子。
【請求項１１】
制御された相分離がなされたポリマー・ブレンド層の製造方法であって、有機基板を用意すること、前記基板表面の選択された部分の表面エネルギーをプラズマ処理によって変更して、前記基板の有機表面を表面エネルギーの異なる領域にパターニングすること、及び異なる前記表面エネルギーの影響を受けて前記ポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた前記基板表面上に流体の形態で前記ポリマー・ブレンドを被着させることから成るポリマー・ブレンド層の製造方法。
【請求項１２】
制御された相分離がなされたポリマー・ブレンド層の製造方法であって、有機基板を用意すること、前記基板の有機表面をプラズマ処理によって活性化すること、活性化された前記基板表面の選択された部分上にカウンタ層を形成して、前記基板表面を表面エネルギーの異なる領域にパターニングすること、及び異なる前記表面エネルギーの影響を受けて前記ポリマー・ブレンドが相分離することを可能にする条件下で、パターニングされた前記基板表面上に流体の形態で前記ポリマー・ブレンドを被着させることから成るポリマー・ブレンド層の製造方法。
【請求項１３】
前記活性化された基板の選択された部分上に第１シールド層を形成するステップと、その後に、活性化された前記基板の第１シールド層によって覆われていない部分上に第２カウンタ層を形成するステップとを含み、前記第１及び第２のシールド層は異なる表面エネルギーを持つことから成る請求項１２に記載のポリマー・ブレンド層の製造方法。
【請求項１４】
前記基板がポリマー基板であることから成る請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のポリマー・ブレンド層の製造方法。
【請求項１５】
電子素子、光電子素子、又は光素子の製造における請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法の使用。
【請求項１６】
第１及び第２の電極構造間に設けられたボディを、前記ボディと前記第１及び第２の電極構造との間を電荷キャリアが移動できるように含んで成るポリマー光電子素子であって、前記ボディは平面アレイの活性領域を非活性マトリックス中に含み、前記アレイはポリマー・ブレンドの層内において前記ポリマー・ブレンドの制御された相分離によって定められ、前記電極構造は、使用中に各活性領域を独立にアドレス指定できるようにパターニングされていることから成るポリマー光電子素子。
【請求項１７】
第１の型の電荷キャリアを受け取るための第１表面と第２の型の電荷キャリアを受け取るための第２表面とを有するポリマー・ブレンド層を備え、前記ポリマー・ブレンドは光電子的に活性な第１ポリマーと電荷輸送用の第２ポリマーとを含んで成る光電子素子であって、使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への電荷キャリアの受け入れを促進するため前記第１表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が相対的に高い比率で前記第２ポリマーを含むように、前記第１及び第２のポリマーの相対比率が前記ポリマー・ブレンド層内で変化していることから成る光電子素子。
【請求項１８】
前記ポリマー・ブレンドは更に電荷輸送用の第３ポリマーを含み、使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への第１の型の電荷キャリアの受け入れを促進するため第１表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が前記第２ポリマーを相対的に高い比率で含むように、及び使用中に前記ポリマー・ブレンド層内への第２の型の電荷キャリアの受け入れを促進するため第２表面に隣接する前記ポリマー・ブレンド層の部分が前記第３ポリマーを相対的に高い比率で含むように、前記第１、第２及び第３のポリマーの相対比率が前記ポリマー・ブレンド層内で変化していることから成る請求項１７に記載の光電子素子。
【請求項１９】
前記第２ポリマーは正孔輸送用のポリマーであり、前記第３ポリマーは電子輸送層であることから成る請求項１８に記載の光電子素子。
【請求項２０】
第１及び第２の電気接点間に設けられたポリマー・ブレンド層を含み、前記ポリマー・ブレンド層は光電子的に活性な第１ポリマーと電荷輸送用の第２ポリマーとを含んでいる光電子素子の製造方法であって、前記第１電気接点を含む基板を用意するステップと、前記基板の第１表面上に前記ポリマー・ブレンドを流体の形態で被着させるステップと、前記ポリマー・ブレンドを固化させるステップと、固化された前記ポリマー・ブレンド層上に前記第２接点を形成するステップとを含み、前記基板の前記第１表面は前記第１ポリマーよりも前記第２ポリマーに対する親和性が大きくなるように選択され、前記基板上の前記ポリマー・ブレンドの固化は、結果として生じる前記ポリマー・ブレンド層が、使用中に前記第１接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記基板の前記第１表面に隣接し前記第２ポリマーを相対的に高い比率で有する部分を含むように制御されることから成る光電子素子の製造方法。
【請求項２１】
前記ポリマー・ブレンド層は、光電子的に活性な第１ポリマーと、電荷輸送用の第２ポリマーと、電荷輸送用の第３ポリマーとを含み、前記基板の第１表面は、前記第１ポリマーよりも前記第２ポリマーに対する親和性が大きいが、前記第１ポリマーよりも前記第３ポリマーに対する親和性が小さくなるように選択され、前記基板上の前記ポリマー・ブレンドの固化は、結果として生じる前記ポリマー・ブレンド層が、使用中に前記第１接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記第２ポリマーを相対的に高い比率で有する前記基板の前記第１表面と隣接する第１部分と、前記第１部分に対向し且つ使用中に前記第２接点と前記ポリマー・ブレンド層との間の電荷の輸送を促進するように前記第３ポリマーを相対的に高い比率で有する第２部分とを含み、前記第１部分と前記第２部分とが前記第１ポリマーを相対的に高い比率で有する第３部分によって分離されるように制御されることから成る請求項２０に記載の光電子素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２７２０８（Ｐ２００９−２７２０８Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８７２２０（Ｐ２００８−２８７２２０）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【分割の表示】特願２００２−５８１６００（Ｐ２００２−５８１６００）の分割
【原出願日】平成１４年４月１２日（２００２．４．１２）
【出願人】（５０３３７２８４２）ケンブリッジ エンタープライズ リミティド (32)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【分割の表示】特願２００２−５８１６００（Ｐ２００２−５８１６００）の分割
【原出願日】平成１４年４月１２日（２００２．４．１２）
【出願人】（５０３３７２８４２）ケンブリッジ エンタープライズ リミティド (32)
【Ｆターム（参考）】
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