DE60027483T2

DE60027483T2 - Materialstrukturierungsverfahren

Info

Publication number: DE60027483T2
Application number: DE60027483T
Authority: DE
Inventors: Martin B. Saint Paul WOLK; Fred B. Saint Paul McCormick; Paul F. Saint Paul Baude
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-01-15
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: DE60003281T2; EP1144197A1; US6582876B2; HK1042675B; DE60003281D1; DE60035078T2; US6410201B2; US20020015907A1; HK1042675A1; WO2000041893A1; WO2000041893A8; US20010000744A1; US6291116B1; DE60027483D1; US20020197554A1; DE60035078D1; EP1144197B1; US6291126B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Strukturieren von Materialien (z.B. organische elektrolumineszente Vorrichtungen).
Allgemeiner Stand der Technik
Viele Miniaturelektronik- und Optikvorrichtungen werden unter Benutzung von Schichten aus unterschiedlichen Materialien, die aufeinandergestapelt werden, gebildet. Diese Schichten werden oft strukturiert, um die Vorrichtungen herzustellen. Beispiele für solche Vorrichtungen sind optische Anzeigevorrichtungen, in denen jedes Bildelement in einer strukturierten Anordnung gebildet ist, Lichtwellenleiterstrukturen für Telekommunikationsvorrichtungen und Metall-Isolator-Metall-Stapel für Vorrichtungen auf Basis von Halbleitern.
Ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen dieser Vorrichtungen weist das Bilden einer oder mehrerer Schichten auf einem Empfängersubstrat und das simultane oder sequentielle Strukturieren der Schichten, um die Vorrichtung zu bilden, auf. In vielen Fällen sind mehrere Abscheidungs- und Strukturierungsschritte erforderlich, um die endgültige Struktur der Vorrichtung herzustellen. Beispielsweise kann die Herstellung von optischen Anzeigevorrichtungen die separate Bildung von Rot-, Grün- und Blau-Bildelementen erfordern. Obwohl einige Schichten für jeden dieser Typen von Bildelementen gemeinsam abgeschieden werden können, müssen mindestens einige Schichten separat gebildet und oft separat strukturiert werden. Das Strukturieren der Schichten wird häufig mittels photolithographischer Techniken durchgeführt, die beispielsweise das Bedecken einer Schicht mit einem Photolack, das Strukturieren des Photolacks unter Benutzung einer Maske, das Entfernen eines Teils des Photolacks, um die darunterliegende Schicht entsprechend der Strukturierung freizulegen, und das nachfolgende Ätzen der freigelegten Schicht aufweisen.
In manchen Anwendungen kann es schwierig oder unmöglich sein, Vorrichtungen unter Anwendung von herkömmlichem photolithographischem Strukturieren herzustellen. Beispielsweise kann die Anzahl an Strukturierungsschritten für die praktische Herstellung der Vorrichtung zu groß sein. Außerdem können Nassverfahrensschritte beim herkömmlichen photolithographischen Strukturieren die Unversehrtheit, die Grenzflächenkennzeichen und/oder die elektrischen oder optischen Eigenschaften der vorher abgeschiedenen Schichten nachteilig beeinflussen. Es ist absehbar, dass viele potentiell vorteilhafte Konstruktionen, Ausführungen, Bauarten und Materialien von Vorrichtungen aufgrund der Grenzen des herkömmlichen photolithographischen Strukturierens unmöglich sind. US-A-5 756 240 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Farbfilteranordnungen mittels Übertragen von Farbmaterial. EP-A-0 851 714 offenbart einen Spenderfilm und ein Verfahren zum Herstellen von organischen elektrolumineszenten Vorrichtungen. Es besteht ein Bedarf an neuen Verfahren zum Bilden dieser Vorrichtungen mit einer verminderten Anzahl von Verfahrensschritten, insbesondere Nassverfahrensschritten. Mindestens in einigen Fällen kann dies die Konstruktion von Vorrichtungen mit größerer Zuverlässigkeit und größerer Komplexität ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs spezifiziert. Die vorliegende Erfindung stellt neue Thermotransfer-Spenderverfahren zum Strukturieren unter Benutzung von Thermotransfer-Spenderelementen bereit. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind besonders geeignet, um unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Materialien auf dasselbe Substrat wie lösungsmittelempfindliche Materialien aufzustrukturieren. Dies kann zum Konstruieren von organischen elektrolumineszenten Sichtanzeigen und Vorrichtungen sowie von Komponenten für organische elektrolumines zente Sichtanzeigen und Vorrichtungen besonders nützlich sein.
Unter einem Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer organischen elektrolumineszenten Vorrichtung bereit, welches den Schritt des thermischen Übertragens einer lichtemittierenden Polymerschicht und einer Kleinmolekülschicht von einem oder mehreren Thermotransfer-Spenderelementen auf einen Empfänger, derart, dass die lichtemittierende Polymerschicht und die Kleinmolekülschicht zwischen einer Anode und einer Kathode auf dem Empfänger angeordnet werden, aufweist.
Ein Thermotransfer-Spenderelement zur Benutzung zum Herstellen organischer elektrolumineszenter Vorrichtungen weist, in der folgenden Reihenfolge, ein Substrat, eine Licht-in-Wärme-Umwandlungsschicht, eine Zwischenschicht, eine Thermotransferschicht, die, in der folgenden Reihenfolge, eine Ablöseschicht, eine Kathodenschicht, eine lichtemittierende Polymerschicht, eine Kleinmolekül-Lochtransportschicht aufweist, und eine Anodenschicht auf.
Ein Verfahren zum Aufstrukturieren eines ersten Materials und eines zweiten Materials auf einen Empfänger weist das selektive thermische Übertragen des ersten Materials von einem ersten Spenderelement in die Nähe des zweiten Materials auf den Empfänger auf, wobei das erste Material durch Auftragen unter Benutzung von Lösemittel aus dem Lösemittel heraus auf dem Spenderelement gebildet wird, das zweite Material mit dem Lösemittel, das benutzt wird, um das erste Material aufzutragen, inkompatibel ist, wobei mindestens eines von dem ersten und dem zweiten Material ein organisches elektrolumineszentes Material, ein organischer Leiter oder ein organischer Halbleiter ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Strukturieren von Materialien bereit, welches das Bilden eines Spenderelementes, das ein Substrat und eine mehrkomponentige Thermotransferschicht aufweist, wobei die Thermotransferschicht mindestens eine erste Schicht, die ein unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenes Material aufweist, und eine zweite Schicht aufweist, die ein lösemittelempfindliches Material aufweist, wobei das lösemittelempfindliche Material mit dem Lösemittel, das benutzt wird, um das unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Material aufzutragen, inkompatibel ist, wobei die erste Schicht zwischen der zweiten Schicht und dem Spendersubstrat angeordnet wird. Dann wird die Thermotransferschicht des Spenders in der Nähe eines Empfängers angeordnet und die mehrkomponentige Transferschicht von dem Spenderelement selektiv thermisch auf den Empfänger übertragen. Mindestens eines von dem unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenen Material und dem lösemittelempfindlichen Material ist ein organisches elektrolumineszentes Material, ein organischer Leiter oder ein organischer Halbleiter.
Ein Verfahren zum Strukturieren von Materialien weist die Schritte des thermischen Übertragens von ausgewählten Abschnitten einer ersten Transferschicht von einem ersten Spenderelement auf einen Empfänger, wobei die erste Transferschicht ein erstes Material enthält, das erste Material unter Benutzung eines Lösemittels aus dem Lösemittel heraus auf den ersten Spender aufgetragen wird, und des thermischen Übertragens von ausgewählten Abschnitten einer zweiten Transferschicht von einem zweiten Spenderelement auf den Empfänger auf, wobei die zweite Transferschicht ein zweites Material enthält und das zweite Material mit dem Lösemittel inkompatibel ist. Mindestens eines von dem ersten und dem zweiten Material ist ein organisches elektrolumineszentes Material, ein organischer Leiter oder ein organischer Halbleiter.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Thermotransfer-Spenderelementes weist das Bilden eines Spenderelementes auf, das ein Spendersubstrat und eine Transferschicht aufweist, wobei die Transferschicht durch (a) Auftragen eines ersten Materials unter Benutzung eines Lösemittels aus dem Lösemittel heraus, (b) Trocknen des ersten Materials, um das Lösemittel im Wesentlichen zu entfernen, und (c) Abscheiden eines zweiten Materials gebildet wird, derart, dass das erste Material zwischen dem Spendersubstrat und dem zweiten Material angeordnet wird, wobei das zweite Material mit dem Lösemittel, das benutzt wird, um das erste Material aufzutragen, inkompatibel ist.
Eine organische elektrolumineszente Sichtanzeige weist eine erste organische elektrolumineszente Vorrichtung, die auf einem Sichtanzeigensubstrat angeordnet ist, wobei die erste organische elektrolumineszente Vorrichtung eine Emitterschicht aufweist, die ein lichtemittierendes Polymer ist, und eine zweite organische elektrolumineszente Vorrichtung auf, die auf dem Sichtanzeigensubstrat angeordnet ist, wobei die zweite organische elektrolumineszente Vorrichtung eine Emitterschicht aufweist, die ein Material aus organischen Kleinmolekülen ist.
Eine organische elektrolumineszente Sichtanzeige weist eine organische elektrolumineszente Vorrichtung auf, die auf einem Sichtanzeigensubstrat angeordnet ist, wobei die organische elektrolumineszente Vorrichtung, in der folgenden Reihenfolge vom Substrat aus, eine erste Elektrode, eine Kleinmolekül-Ladungstransportschicht, eine Polymer-Emitterschicht und eine zweite Elektrode aufweist.
Die obige Kurzdarstellung der vorliegenden Erfindung soll nicht jede offenbarte Ausführungsform oder jede praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung beschreiben. Die Figuren und die ausführliche Beschrei bung, welche folgen, stellen diese Ausführungsformen vielmehr beispielhaft dar.
Es versteht sich, dass mit der Angabe einer Reihenfolge in dem vorliegenden Dokument (z.B. die Reihenfolge von Schritten, die durchzuführen sind, die Reihenfolge von Schichten auf einem Substrat usw.) nicht beabsichtigt ist, Zwischenglieder zwischen den angegebenen Gliedern auszuschließen, sofern die Glieder in der angegebenen Reihenfolge erscheinen.
Die Erfindung kann bei Berücksichtigung der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen umfassender verstanden werden, wobei:
1A ein schematischer Querschnitt eines Beispiels für ein Thermotransferelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
1B ein schematischer Querschnitt eines zweiten Beispiels für ein Thermotransferelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
1C ein schematischer Querschnitt eines dritten Beispiels für ein Thermotransferelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
1D ein schematischer Querschnitt eines vierten Beispiels für ein Thermotransferelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
2A ein schematischer Querschnitt eines ersten Beispiels für eine erfindungsgemäße Transferschicht zur Benutzung in jedem beliebigen der Thermotransferelemente der 1A bis 1D ist,
2B ein schematischer Querschnitt eines zweiten Beispiels für eine erfindungsgemäße Transferschicht zur Benutzung in jedem beliebigen der Thermotransferelemente der 1A bis 1D ist,
2C ein schematischer Querschnitt eines dritten Beispiels für eine erfindungsgemäße Transferschicht zur Benutzung in jedem beliebigen der Thermotransferelemente der 1A bis 1D ist,
2D ein schematischer Querschnitt eines vierten Beispiels für eine erfindungsgemäße Transferschicht zur Benutzung in jedem beliebigen der Thermotransferelemente der 1A bis 1D ist,
2E ein schematischer Querschnitt eines fünften Beispiels für eine erfindungsgemäße Transferschicht zur Benutzung in jedem beliebigen der Thermotransferelemente der 1A bis 1D ist,
3A ein schematischer Querschnitt eines ersten Beispiels für eine erfindungsgemäße Transferschicht zur Benutzung zum Bilden einer organischen elektrolumineszenten Vorrichtung ist,
3B ein schematischer Querschnitt eines zweiten Beispiels für eine erfindungsgemäße Transferschicht zur Benutzung zum Bilden einer organischen elektrolumineszenten Vorrichtung ist,
die 4A bis 4C Querschnittsansichten sind, die Schritte in einem Beispiel für ein Verfahren zum Bilden einer Sichtanzeigenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen,
die 5A und 5B Querschnittsansichten sind, die Schritte in einem Beispiel für ein Verfahren zum Bilden einer Sichtanzeigenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und
6 eine Teildraufsicht einer Sichtanzeigenvorrich tung ist, die gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Während die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen zugänglich ist, sind Besonderheiten dieser in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden ausführlich beschreiben. Es versteht sich jedoch, dass nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die besonderen beschriebenen Ausführungsformen einzuschränken. Im Gegenteil: Die Erfindung soll alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen, die sich innerhalb des Umfangs der Erfindung befinden.
Die vorliegende Erfindung ist auf die Bildung oder teilweise Bildung von Vorrichtungen und anderen Gegenständen unter Benutzung von Thermotransferverfahren und Thermotransfer-Spenderelementen zum Bilden der Vorrichtungen oder anderer Gegenstände anwendbar. Als ein besonderes Beispiel kann ein Thermotransferelement zum Herstellen, mindestens teilweise, einer organischen elektrolumineszenten (OEL) Vorrichtung oder Reihe von Vorrichtungen und Komponenten zur Benutzung in OEL-Sichtanzeigen gebildet werden. Dies kann beispielsweise durch thermische Übertragung einer ein- oder einer mehrkomponentigen Transfereinheit eines Thermotransferelementes durchgeführt werden. Man wird erkennen, dass Einschicht- und Mehrschicht-Übertragungen angewendet werden können, um andere Vorrichtungen und Gegenstände zu bilden. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist, kann ein Verständnis verschiedener Gesichtspunkte der Erfindung durch eine Erörterung der Beispiele, die unten bereitgestellt ist, erreicht werden.
Materialien können durch selektive thermische Übertragung der Materialien von einem oder mehreren Thermotransferelementen aus auf Substrate aufstrukturiert werden. Ein Thermotransferelement kann durch Anwendung von gerichteter Wärme auf einen ausgewählten Abschnitt des Thermotransferelements erwärmt werden. Wärme kann unter Benutzung eines Heizelementes (z.B. eines Widerstandsheizelementes), durch Umwandeln von Strahlung (z.B. einen Lichtstrahl) in Wärme und/oder durch Anlegen eines elektrischen Stromes an eine Schicht des Thermotransferelementes zur Erzeugung von wärme erzeugt werden. In vielen Fällen ist die thermische Übertragung unter Benutzung von Licht von beispielsweise einer Lampe oder einem Laser wegen der Fehlerfreiheit und Genauigkeit, die häufig erreicht werden können, vorteilhaft. Die Größe und die Form der übertragenen Struktur (z.B. eine Linie, ein Kreis, ein Quadrat oder eine andere Form) können beispielsweise durch Auswählen der Größe des Lichtstrahls, der Belichtungsstruktur des Lichtstrahls, der Dauer des Kontaktes des gerichteten Strahles mit dem Thermotransferelement und der Materialien des Thermotransferelementes gesteuert werden.
Ein Thermotransferelement kann eine Transferschicht aufweisen, die zur Bildung verschiedener Elemente und Vorrichtungen oder Abschnitten davon benutzt wird. Beispielhafte Materialien und Transferschichten sind diejenigen, die zur Bildung von Bauteilen, Vorrichtungen und Teilen davon benutzt werden können, die in elektronischen Sichtanzeigen nützlich sind. Obwohl die Beispiele, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, meistens auf OEL-Vorrichtungen und Sichtanzeigen gerichtet sind, kann die Übertragung von Materialien von Thermotransferelementen aus auch benutzt werden, um, mindestens teilweise, elektronische Schaltkreise, Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Gleichrichter, elektrolumineszente Lampen, Speicherbausteine, Feldeffekttransistoren, bipolare Transistoren, Unifunktionstransistoren, MOS-Transistoren, Metall-Isolator-Halbleiter-Transistoren, organische Transistoren, ladungsgekoppelte Vorrichtungen, Isolator-Metall-Isolator-Stapel, Organischer-Leiter/Metall/organischer-Leiter-Stapel, integrierte Schaltkreise, Photodetektoren, Laser, Linsen, Wellenleiter, Gitter, holographi sche Bauteile, Filter (z.B. Add-Drop-Filter, Gain-Flattening-Filter, Cut-Off-Filter und dergleichen), Spiegel, Teiler, Koppler, Kombinatoren, Modulatoren, Sensoren (z.B. evaneszente Sensoren, Phasenmodulationssensoren, interferometrische Sensoren und dergleichen), optische Kavitäten, piezoelektrische Vorrichtungen, ferroelektrische Vorrichtungen, Dünnschichtbatterien oder Kombinationen davon, beispielsweise die Kombination von Feldeffekttransistoren und organischen elektrolumineszenten Lampen als eine Aktivmatrixanordnung für eine optische Anzeigevorrichtung, zu bilden. Andere Gegenstände können durch Übertragen einer mehrkomponentigen Transfereinheit und/oder einer einzelnen Schicht gebildet werden.
Thermische Übertragung unter Benutzung von Licht kann häufig für eine größere Fehlerfreiheit und Qualitätskontrolle für sehr kleine Vorrichtungen, wie z.B. kleinen optischen und elektronischen Vorrichtungen einschließlich beispielsweise Transistoren und anderer Komponenten von integrierten Schaltkreisen, sowie für Komponenten zur Benutzung in einer Sichtanzeige, wie z.B. elektrolumineszente Lampen und Steuerschaltkreise, sorgen. Zudem kann die thermische Übertragung unter Benutzung von Licht, mindestens in einigen Fällen, für bessere Passgenauigkeit sorgen, wenn mehrere Vorrichtungen auf einer Fläche gebildet werden, die im Vergleich zur Größe der Vorrichtung groß ist. Als ein Beispiel können Komponenten einer Sichtanzeige, die viele Bildelemente aufweist, unter Benutzung dieses Verfahrens gebildet werden.
In einigen Fällen können mehrere Thermotransferelemente benutzt werden, um eine Vorrichtung oder einen anderen Gegenstand zu bilden oder um benachbarte Vorrichtungen, andere Gegenstände oder Teile davon zu bilden. Die mehreren Thermotransferelemente können Thermotransferelemente mit mehrkomponentigen Transfereinheiten und Thermotransferelemente aufweisen, die eine einzelne Schicht übertragen. Beispielsweise kann eine Vorrichtung oder ein anderer Gegenstand unter Benutzung eines oder mehrerer Thermotransferelemente mit mehrkomponentigen Transfereinheiten und/oder eines oder mehrerer Thermotransferelemente, die jeweils benutzt werden können, um eine einzelne Schicht oder eine mehrschichtige Einheit zu übertragen, gebildet werden.
Die thermische Übertragung einer oder mehrerer Schichten zur Bildung einer Vorrichtung oder einer Anordnung von Vorrichtungen kann auch nützlich sein, um beispielsweise Nassverfahrensschritte von Verfahren, wie z.B. photolithographisches Strukturieren, die benutzt werden, um viele elektronische und optische Vorrichtungen zu bilden, zu verringern oder zu beseitigen. Thermisches Übertragen zum Aufstrukturieren von Schichten von Spenderelementen aus kann auch nützlich sein, um Schichtauftragsschritte von Strukturierungsschritten zu entkoppeln, beispielsweise dort, wo eine derartige Kopplung die Typen von Schichtstrukturen oder die Typen von benachbarten Strukturen, die aufstrukturiert werden können, einschränkt. In herkömmlichen Strukturierungsverfahren, wie z.B. der Photolithographie, Tintenstrahl-, Siebdrucken und verschiedenen Techniken auf Basis von Masken, werden Schichten typischerweise direkt auf das Substrat aufgetragen, auf dem das Strukturieren erfolgt. Das Strukturieren kann simultan mit dem Auftragen (wie beim Tintenstrahl-, Siebdrucken und in einigen Verfahren auf Basis von Masken) oder dem Auftragen nachfolgend mittels Ätzen oder einer anderen Technik der Entfernung stattfinden. Eine Schwierigkeit bei solchen herkömmlichen Ansätzen ist, dass Lösemittel, die zum Auftragen von Materialien benutzt werden, und/oder Ätzverfahren, die benutzt werden, um Materialien zu strukturieren, vorherig aufgetragene oder strukturierte Schichten oder Materialien beschädigen, lösen, penetrieren und/oder funktionsunfähig machen können.
In der vorliegenden Erfindung können Materialien auf Thermotransfer-Spenderelemente aufgetragen werden, um die Transferschichten der Spenderelemente zu bilden. Die Transferschichtmaterialien können dann mittels selektiver thermischer Übertragung von dem Spender auf einen Empfänger strukturiert werden. Das Auftragen auf einen Spender, gefolgt vom Strukturieren mittels selektiver Übertragung, stellt ein Entkoppeln von Schichtauftragsschritten von Strukturierungsschritten dar. Ein Vorteil des Entkoppelns von Auftrags- und Strukturierungsschritten ist, dass Materialien oben auf oder in die Nähe anderer Materialien strukturiert werden können, die unter Benutzung herkömmlicher Strukturierungsverfahren, wenn überhaupt möglich, schwierig zu strukturieren wären. Beispielsweise kann in Verfahren der vorliegenden Erfindung eine unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Schicht oben auf ein lösemittelempfindliches Material aufstrukturiert werden, das in der Gegenwart des Lösemittels gelöst, angegriffen, penetriert und/oder für seinen vorgesehenen Zweck funktionsunfähig würde, wenn die unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Schicht direkt auf das lösemittelempfindliche Material aufgetragen würde.
Eine Transferschicht eines Spenderelementes kann durch Auftragen eines ersten Materials unter Benutzung eines Lösemittels auf dem Spender, geeignetes Trocknen der Beschichtung und danach Abscheiden einer zweiten Schicht, die Material aufweist, das gegenüber dem Lösemittel, das benutzt wird, um das erste Material aufzutragen, empfindlich sein kann, hergestellt werden. Eine Beschädigung der zweiten Schicht kann durch Verdampfen oder in einer anderen Weise Entfernen von viel oder dem meisten des Lösemittels vor dem Auftragen der zweiten Schicht minimiert oder vermieden werden. Nach der thermischen Übertragung dieser mehrkomponentigen Transferschicht von dem Spenderelement auf einen Empfänger ist die zweite Schicht zwischen dem Empfänger und dem unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenen ersten Material angeordnet. Die thermische Übertragung von mehreren Schichteinheiten ergibt im Verhältnis zu der Anordnung in der Reihenfolge auf dem Spenderelement die Anordnung der übertragenen Schichten auf dem Empfänger in umgekehrter Reihenfolge. Deshalb können lösemittelempfindliche Schichten unter Schichten strukturiert werden, die unter Benutzung von Lösemittel aufgetragen werden. Außerdem brauchen die Schichten nicht gemeinsam als eine mehrschichtige Schichteinheit übertragen zu werden. Das (die) lösemittelempfindliche(n) Material(ien) kann (können) mittels jedes beliebigen geeigneten Verfahrens einschließlich der thermischen Übertragung von einem Spenderelement aus, gefolgt von einem anderen Thermotransferschritt unter Benutzung eines anderen Spenders zum Übertragen von unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenem(-en) Material(ien), aufstrukturiert werden. Gleiches gilt für die thermische Übertragung einer Struktur von unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenen Materialien in die Nähe von, aber nicht notwendigerweise in Kontakt mit, Materialien oder Schichten auf einem Empfänger, die mit dem Lösemittel inkompatibel sein können. Wie unten ausführlicher erörtert wird, stellt die Bildung von OEL-Vorrichtungen besonders geeignete Beispiele bereit.
Unter Berücksichtigung dieser allgemeinen Konzepte der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhafte Spenderelemente, Thermotransferverfahren und Vorrichtungen, die mittels Thermotransferverfahren hergestellt werden, beschrieben.
Ein Beispiel für ein geeignetes Thermotransferelement 100 ist in 1A veranschaulicht. Das Thermotransferelement 100 weist ein Spendersubstrat 102, eine optionale Grundiermittelschicht 104, eine Licht-in-Wärme-Umwandlungs-(LTHC)-Schicht 106, eine optionale Zwischenschicht 108, eine optionale Ablöseschicht 112 und eine Transferschicht 110 auf. Gerichtetes Licht von einer lichtemittierenden Quelle, wie z.B. einem Laser oder einer Lampe, kann benutzt werden, um das Thermotransferelement 100 entsprechend einer Struktur zu beleuchten. Die LTHC-Schicht 106 enthält ein Strahlungsabsorptionsmittel, das Lichtenergie in Wärmeenergie umwandelt. Die Umwandlung der Lichtenergie in Wärmeenergie führt zu der Übertragung eines Abschnitts der Transferschicht 110 auf einen Empfänger (nicht dargestellt).
Ein anderes Beispiel für ein Thermotransferelement 120 weist ein Spendersubstrat 122, eine LTHC-Schicht 124, eine Zwischenschicht 126 und eine Transferschicht 128 auf, wie in 1B veranschaulicht. Ein anderes geeignetes Thermotransferelement 140 weist ein Spendersubstrat 142, eine LTHC-Schicht 144 und eine Transferschicht 146 auf, wie in 1C veranschaulicht. Ein noch anderes Beispiel für ein Thermotransferelement 160 weist ein Spendersubstrat 162 und eine Transferschicht 164 auf, wie in 1D veranschaulicht, wobei in dem Spendersubstrat 162 und/oder der Transferschicht 164 ein optionales Strahlungsabsorptionsmittel zur Umwandlung von Lichtenergie in Wärmeenergie angeordnet ist. Alternativ kann das Thermotransferelement 160 zur thermischen Übertragung der Transferschicht 164 unter Benutzung eines Heizelementes, wie z.B. eines Widerstandsheizelementes, das mit dem Thermotransferelement in Kontakt ist, um das Thermotransferelement selektiv zu erhitzen und die Transferschicht entsprechend einer Struktur zu übertragen, ohne ein Strahlungsabsorptionsmittel benutzt werden. Ein Thermotransferelement 160 ohne Strahlungsabsorptionsmittel kann optional eine Ablöseschicht, eine Zwischenschicht und/oder andere Schichten (z.B. eine Beschichtung, um das Anhaften des Widerstandsheizelementes zu verhindern), die im Fachgebiet benutzt werden, aufweisen.
Zur thermischen Übertragung unter Benutzung von Strahlung (z.B. Licht) kann in der vorliegenden Erfindung eine Vielfalt an strahlungsemittierenden Quellen benutzt werden. Für analoge Techniken (z.B. Belichtung durch eine Maske hindurch) sind Lichtquellen mit hoher Leistung (z.B. Xenon-Blitzlampen und Laser) nützlich. Für digitale bilderzeugende Techniken sind Infrarot-, sichtbarer und Ultraviolettlaser besonders nützlich. Zu geeigneten Lasern gehören beispielsweise Einmoden-Laserdioden mit hoher Leistung (≥ 100 mW), fasergekoppelte Laserdioden und diodengepumpte Festkörperlaser (z.B. Nd:YAG und Nd:YLF). Die Laserexpositionszeiten können in dem Bereich von z.B. 0,1 bis 100 Mikrosekunden liegen, und die Laserfluenzen können in dem Bereich von z.B. 0,01 bis 1 J/cm² liegen.
Wenn hohe Punktanordnungsgenauigkeit (z.B. für Vollfarben-Sichtanzeigenanwendungen mit hohem Informationsgehalt) über große Substratflächen hinweg erforderlich ist, ist ein Laser als die Strahlungsquelle besonders nützlich. Laserquellen sind sowohl mit großen steifen Substraten, wie z.B. Glas von 1 m × 1 m × 1,1 mm, als auch mit kontinuierlichen oder bahnenförmigen Filmsubstraten, wie z.B. Polyimidbahnen von 100 μm, kompatibel.
Widerstands-Thermodruckköpfe oder -anordnungen können beispielsweise bei vereinfachten Spenderfilmkonstruktionen benutzt werden, denen eine LTHC-Schicht und ein Strahlungsabsorptionsmittel fehlt. Dies kann bei kleineren Substratgrößen (z.B. von weniger als etwa 30 cm in irgendeiner Dimension) oder für größere Strukturen, wie z.B. diejenigen, die für alphanumerisch segmentierte Sichtanzeigen erforderlich sind, besonders nützlich sein.
Während der Bilderzeugung wird das Thermotransferelement typischerweise in innigen Kontakt mit einem Empfänger gebracht. Mindestens in einigen Fällen werden Druck oder Vakuum angewendet, um das Thermotransferelement in innigem Kontakt mit dem Empfänger zu halten.
Dann wird eine Strahlungsquelle benutzt, um die LTHC-Schicht (und/oder die andere(n) Schicht(en), die Strahlungsabsorptionsmittel enthält (enthalten)) bildweise zu erwärmen (z.B. digital oder durch analoge Belichtung durch eine Maske hindurch), um eine bildweise Übertragung der Transferschicht von dem Thermotransferelement auf den Empfänger entsprechend einer Struktur durchzuführen.
Alternativ kann ein Heizelement, wie z.B. ein Widerstandsheizelement, benutzt werden, um die mehrkomponentige Transfereinheit zu übertragen. Das Thermotransferelement wird mit dem Heizelement selektiv in Kontakt gebracht, um die thermische Übertragung eines Teils der Transferschicht entsprechend einer Struktur zu bewirken. In einer anderen Ausführungsform kann das Thermotransferelement eine Schicht aufweisen, die einen elektrischen Strom, der an die Schicht angelegt wird, in Wärme umwandeln kann.
Typischerweise wird die Transferschicht auf den Empfänger übertragen, ohne eine der anderen Schichten des Thermotransferelementes, wie z.B. die optionale Zwischenschicht und die LTHC-Schicht, zu übertragen. Die Gegenwart der optionalen Zwischenschicht kann die Übertragung der LTHC-Schicht auf den Empfänger unterbinden oder verringern und/oder die Verzerrung in dem übertragenen Teil der Transferschicht verringern. Unter bilderzeugenden Bedingungen ist die Haftung der Zwischenschicht an der LTHC-Schicht vorzugsweise größer als die Haftung der Zwischenschicht an der Transferschicht. In einigen Fällen kann eine reflektierende oder eine absorbierende Zwischenschicht benutzt werden, um den Grad an bilderzeugender Strahlung, die durch die Zwischenschicht hindurchgelassen wird, abzuschwächen und eine Beschädigung des übertragenen Teils der Transferschicht, die sich aus der Wechselwirkung der durchgelassenen Strahlung mit der Transferschicht und/oder dem Empfänger ergeben kann, vermindern. Dies ist beson ders nutzbringend zum Verringern von thermischer Beschädigung, die erfolgen kann, wenn der Empfänger für die bilderzeugende Strahlung in hohem Maße absorptionsfähig ist.
Große Thermotransferelemente können benutzt werden, einschließlich Thermotransferelementen, die Längen- und Breitenabmessungen von einem Meter oder mehr aufweisen. In Betrieb kann ein Laserstrahl über das große Thermotransferelement gerastert oder in einer anderen Weise darüber hinweg bewegt werden, wobei der Laser in einer selektiven Weise betrieben wird, um Abschnitte des Thermotransferelementes entsprechend einer gewünschten Struktur zu beleuchten. Alternativ kann der Laser stationär sein und das Thermotransferelement unter dem Laserstrahl hinweg bewegt werden.
Thermotransfer-Spendersubstrate können Polymerfilme sein. Ein geeigneter Typ von Polymerfilm ist ein Polyesterfilm, z.B. Polyethylenterephthalat- oder Polyethylennaphthalat-Film. Jedoch können andere Filme mit hinreichenden optischen Eigenschaften (falls zum Erwärmen und Übertragen Licht benutzt wird) einschließlich hoher Durchlässigkeit für Licht einer bestimmten Wellenlänge sowie hinreichender mechanischer und thermischer Stabilität für die jeweilige Anwendung benutzt werden. Das Spendersubstrat ist mindestens in einigen Fällen eben, derart, dass gleichmäßige Beschichtungen darauf gebildet werden können. Das Spendersubstrat wird auch typischerweise aus Materialien ausgewählt, die trotz des Erwärmens der LTHC-Schicht stabil bleiben. Die typische Dicke des Spendersubstrats liegt in dem Bereich von 0,025 bis 0,15 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,1 mm, obwohl dickere oder dünnere Spendersubstrate benutzt werden können.
Die Materialien, die zum Bilden des Spendersubstrates und der LTHC-Schicht benutzt werden, werden typischerweise so ausgewählt, dass sie die Haftung zwischen der LTHC-Schicht und dem Spendersubstrat verbessern. Eine optionale Grundierschicht kann benutzt werden, um die Gleichmäßigkeit während der Auftragens nachfolgender Schichten zu erhöhen und auch um die Bindekraft zwischen der LTHC-Schicht und dem Spendersubstrat zu erhöhen. Ein Beispiel für ein geeignetes Substrat mit Grundiermittelschicht ist von Teijin Ltd. (Produkt Nr. HPE100, Osaka, Japan) erhältlich.
Für die durch Strahlung bewirkte thermische Übertragung wird typischerweise eine Licht-in-Wärme-Umwandlungs-(LTHC)-Schicht in das Thermotransferelement eingebunden, um die Lichtenergie, die von einer lichtemittierenden Quelle ausgestrahlt wird, an das Thermotransferelement zu binden. Die LTHC-Schicht enthält vorzugsweise ein Strahlungsabsorptionsmittel, das einfallende Strahlung (z.B. Laserlicht) absorbiert und mindestens einen Teil der einfallenden Strahlung in Wärme umwandelt, um die Übertragung der Transferschicht von dem Thermotransferelement auf den Empfänger zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen ist keine separate LTHC-Schicht vorhanden; stattdessen ist das Strahlungsabsorptionsmittel in einer anderen Schicht des Thermotransferelementes, wie z.B. dem Spendersubstrat oder der Transferschicht, angeordnet. In anderen Ausführungsformen weist das Thermotransferelement eine LTHC-Schicht und auch zusätzliches(-e) Strahlungsabsorptionsmittel auf, das (die) in einem oder mehreren der anderen Schichten des Thermotransferelementes, wie z.B. dem Spendersubstrat oder der Transferschicht, angeordnet ist (sind). In noch anderen Ausführungsformen weist das Thermotransferelement keine LTHC-Schicht oder Strahlungsabsorptionsmittel auf, und die Transferschicht wird unter Benutzung eines Heizelementes übertragen, das in Kontakt mit dem Thermotransferelement ist.
Das Strahlungsabsorptionsmittel in der LTHC-Schicht (oder in anderen Schichten) absorbiert typischerweise Licht in dem infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Das Strahlungsabsorptionsmittel ist typischerweise für die ausgewählte bilderzeugende Strahlung in hohem Maße absorptionsfähig und sorgt bei der Wellenlänge der bilderzeugenden Strahlung für eine optische Dichte in dem Bereich von 0,2 bis 3 und vorzugsweise von 0,5 bis 2. Zu geeigneten strahlungsabsorbierenden Materialien können beispielsweise Farbstoffe (z.B. sichtbare Farbstoffe, Ultraviolettfarbstoffe, Infrarotfarbstoffe, Fluoreszenzfarbstoffe und strahlungspolarisierende Farbstoffe), Pigmente, Metalle, Metallverbindungen, Metallfilme und andere geeignete absorbierende Materialien gehören. Beispiele für geeignete Strahlungsabsorptionsmittel können Kohlenstoffschwarz, Metalloxide und Metallsulfide sein. Ein Beispiel für eine geeignete LTHC-Schicht kann ein Pigment, wie z.B. Kohlenstoffschwarz, und ein Bindemittel, wie z.B. ein organisches Polymer, enthalten. Eine andere geeignete LTHC-Schicht kann Metall oder Metall/Metalloxid, das als ein dünner Film ausgebildet ist, z.B. schwarzes Aluminium (d.h. ein teilweise oxidiertes Aluminium mit einem schwarzen Aussehen), enthalten. Metallische und Metallverbindungsfilme können durch Techniken, wie z.B. Kathodenzerstäubung und Gasphasenabscheidung, gebildet werden. Beschichtungen aus Teilchen können unter Benutzung eines Bindemittels und einer beliebigen Trocken- oder Nassauftragstechniken gebildet werden.
Das Strahlungsabsorptionsmaterial kann gleichmäßig in der gesamten LTHC-Schicht angeordnet sein oder inhomogen verteilt sein. Wie beschrieben in gemeinsam übertragener US-A-6 228 555 mit der Bezeichnung „Thermal Mass Transfer Donor Elements", können beispielsweise inhomogene LTHC-Schichten benutzt werden, um Temperaturprofile in Spenderelementen zu steuern. Dadurch können Thermotransferelemente entstehen, die größere Übertragungsempfindlichkeiten (z.B. größere Widergabetreue zwischen den vorgesehenen Transferstrukturen und den wirklichen Transferstrukturen) aufweisen.
Farbstoffe, die zur Benutzung als Strahlungsabsorptionsmittel in einer LTHC-Schicht geeignet sind, können in einem Bindematerial gelöst oder mindestens teilweise in einem Bindematerial dispergiert in Teilchenform gegenwärtig sein. Wenn dispergierte teilchenförmige Strahlungsabsorptionsmittel benutzt werden, kann die Teilchengröße mindestens in einigen Fällen 10 μm oder weniger und möglicherweise etwa 1 μm oder weniger betragen. Zu geeigneten Farbstoffen gehören diejenigen Farbstoffe, die im IR-Bereich des Spektrums absorbieren. Beispiele für solche Farbstoffe finden sich in Matsuoka, M., „Infrared Absorbing Materials", Plenum Press, New York, 1990; Matsuoka, M., Absorption Spectra of Dyes for Diode Lasers, Bunshin Publishing Co., Tokyo, 1990, den US-Patentschriften Nr. 4,722,583; 4,833,124; 4,912,083; 4,942,141; 4,948,776; 4,948,778; 4,950,639; 4,940,640; 4,952,552; 5,023,229; 5,024,990; 5,156,938; 5,286,604; 5,340,699; 5,351,617; 5,360,694 und 5,401,607; den europäischen Patentschriften Nr. 321,923 und 568,993; und Beilo, K. A. et al., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1993, 452 bis 454 (1993). IR-Absorptionsmittel, die von Glendale Protective Technologies, Inc., Lakeland, Fla. unter der Bezeichnung CYASORB IR-99, IR-126 und IR-165 vermarktet werden, können ebenfalls benutzt werden. Ein spezifischer Farbstoff kann auf Basis von Faktoren, wie z.B. der Löslichkeit in und die Kompatibilität mit einem spezifischen Bindemittel und/oder einem zum Auftragen benutzten Lösemittel sowie dem Wellenlängenbereich der Absorption, ausgewählt werden.
Pigmentmaterialien können ebenfalls als Strahlungsabsorptionsmittel in der LTHC-Schicht benutzt werden. Beispiele für geeignete Pigmente sind Kohlenstoffschwarz und Graphit sowie Phthalocyanine, Nickel-dithiolene und andere Pigmente, die in den US-Patentschriften Nr. 5,166,024 und 5,351,617 beschrieben sind. Au ßerdem können schwarze Azopigmente auf Basis von Kupfer- oder Chromkomplexen von z.B. Pyrazolongelb, Dianisidinrot und Nickel-Azogelb nützlich sein. Anorganische Pigmente können ebenfalls benutzt werden, einschließlich z.B. Oxiden und Sulfiden von Metallen, wie z.B. Aluminium, Bismut, Zinn, Indium, Zink, Titan, Chrom, Molybdän, Wolfram, Kobalt, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silber, Gold, Zirkonium, Eisen, Blei und Tellur. Metallboride, -carbide, -nitride, -carbonitride, bronzestrukturierte Oxide und Oxide, die strukturell mit der Bronzefamilie verwandt sind (z.B. WO_2,9) können ebenfalls benutzt werden.
Metall-Strahlungsabsorptionsmittel können benutzt werden, entweder in der Form von Teilchen, wie z.B. in der US-Patentschrift Nr. 4,252,671 beschrieben, oder als Filme, wie offenbart in der US-Patentschrift Nr. 5,256,506. Zu geeigneten Metallen gehören z.B. Aluminium, Bismut, Zinn, Indium, Tellur und Zink.
Wie angegeben, kann ein teilchenförmiges Strahlungsabsorptionsmittel in einem Bindemittel angeordnet sein. Der Gewichtsprozentbetrag des Strahlungsabsorptionsmittels in der Beschichtung, ausschließlich des Lösemittels bei der Berechnung des Gewichtsprozentbetrages, beträgt in Abhängigkeit von dem (den) jeweiligen Strahlungsabsorptionsmittel(n) und Bindemittel(n), die in der LTHC-Schicht benutzt werden, im Allgemeinen 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 3 Gew.-% bis 20 Gew.-% und am stärksten bevorzugt 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%.
Zu Bindemitteln, die zur Benutzung in der LTHC-Schicht geeignet sind, gehören filmbildende Polymere, wie z.B. phenolische Harze (z.B. Novolak- und Resolharze), Polyvinylbutyralharze, Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylidenchloride, Polyacrylate, cellulosische Ether und Ester, Nitrocellulosen und Polycarbonate. Zu geeigneten Bindemitteln können Monomere, Oligomere oder Polymere gehören, die polymeri siert oder vernetzt wurden oder vernetzt werden können. In einigen Ausführungsformen wird das Bindemittel hauptsächlich unter Benutzung einer Beschichtung aus vernetzbaren Monomeren und/oder Oligomeren mit optionalem Polymer gebildet. Wenn in dem Bindemittel ein Polymer benutzt wird, enthält das Bindemittel 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 45 Gew.-%, Polymer (ausschließlich des Lösemittels beim Berechnen von Gew.-%).
Nach dem Auftragen auf das Spendersubstrat können die Monomere, Oligomere und Polymere vernetzt werden, um die LTHC-Schicht zu bilden. In einigen Fällen, wenn die Vernetzung der LTHC-Schicht zu gering ist, kann die LTHC-Schicht durch die Wärme beschädigt werden und/oder die Übertragung eines Teils der LTHC-Schicht mit der Transferschicht auf den Empfänger zulassen.
Die Einbindung eines thermoplastischen Harzes (z.B. Polymer) kann mindestens in einigen Fällen die Leistungsfähigkeit (z.B. Übertragungseigenschaften und/oder Auftragsfähigkeit) der LTHC-Schicht verbessern. Es wird angenommen, dass ein thermoplastisches Harz die Haftung der LTHC-Schicht an dem Spendersubstrat verbessern kann. In einer Ausführungsform enthält das Bindemittel 25 bis 50 Gew.-% (ausschließlich des Lösemittels beim Berechnen des Gewichtsprozentbetrages) thermoplastisches Harz und vorzugsweise 30 bis 45 Gew-%. thermoplastisches Harz, obwohl geringere Anteile an thermoplastischem Harz benutzt werden können (z.B. 1 bis 15 Gew.-%). Das thermoplastische Harz wird typischerweise so ausgewählt, dass es mit den anderen Materialien des Bindemittels kompatibel ist (d.h., eine einphasige Kombination bildet). Ein Löslichkeitsparameter kann benutzt werden, um die Kompatibilität anzuzeigen, Polymer Handbook, J. Brandrup, Hrsg., S. VII 519 bis 557 (1989). Mindestens in einigen Ausführungsformen wird ein thermoplastisches Harz, das einen Löslichkeitsparameter in dem Bereich von 9 bis 13 (cal/cm³)^0,5, vorzugsweise von 9,5 bis 12 (cal/cm³)^0,5 aufweist, für das Bindemittel ausgewählt. Beispiele für geeignete thermoplastische Harze sind Polyacryle, Styrol-Acryl-Polymere und -Harze und Polyvinylbutyral.
Herkömmliche Auftragshilfsmittel, wie z.B. Tenside und Dispergiermittel, können hinzugegeben werden, um das Auftragsverfahren zu erleichtern. Die LTHC-Schicht kann unter Benutzung einer Vielfalt an Auftragsverfahren, die in dem Fachgebiet bekannt sind, auf das Spendersubstrat aufgetragen werden. Eine polymere oder organische LTHC-Schicht wird, mindestens in einigen Fällen, in einer Dicke von 0,05 μm bis 20 μm, vorzugsweise von 0,5 μm bis 10 μm und am stärksten bevorzugt von 1 μm bis 7 μm aufgetragen. Eine anorganische LTHC-Schicht wird, mindestens in einigen Fällen, in einer Dicke in dem Bereich von 0,001 bis 10 μm und vorzugsweise von 0,002 bis 1 μm aufgetragen.
Eine optionale Zwischenschicht kann zwischen der LTHC-Schicht und der Transferschicht in Thermotransferelementen angeordnet sein, um eine Beschädigung und Kontamination des übertragenen Teils der Transferschicht zu minimieren, und sie kann auch die Verzerrung in dem übertragenen Abschnitt der Transferschicht vermindern. Die Zwischenschicht kann auch die Haftung der Transferschicht an dem Rest des Thermotransferelementes beeinflussen. Die Zwischenschicht weist typischerweise eine große thermische Beständigkeit auf. Vorzugsweise verzerrt oder zersetzt sich die Zwischenschicht unter den bilderzeugenden Bedingungen chemisch nicht, insbesondere nicht in einem Ausmaß, dass das übertragene Bild unbrauchbar wird. Die Zwischenschicht bleibt während des Übertragungsverfahrens typischerweise in Kontakt mit der LTHC-Schicht und wird im Wesentlichen nicht mit der Transferschicht übertragen.
Zu geeigneten Zwischenschichten gehören beispielsweise Polymerfilme, Metallschichten (z.B. aus der Gasphase abgeschiedene Metallschichten), anorganische Schichten (z.B. im Sol-Gel-Verfahren abgeschiedene Schichten und aus der Gasphase abgeschiedene Schichten aus anorganischen Oxiden (z.B. Siliciumdioxid, Titandioxid und andere Metalloxide)) und organische/anorganische Verbundschichten. Zu organischen Materialien, die als Zwischenschichtmaterialien geeignet sind, gehören sowohl duroplastische als auch thermoplastische Materialien. Zu geeigneten duroplastischen Materialien gehören Harze, die mittels Wärme, Strahlung oder chemischer Behandlung vernetzen können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf vernetzte oder vernetzbare Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyester, Epoxide und Polyurethane. Die duroplastischen Materialien können z.B. als thermoplastische Vorstufen auf die LTHC-Schicht aufgetragen und nachfolgend vernetzt werden, um eine vernetzte Zwischenschicht zu bilden.
Zu geeigneten thermoplastischen Materialien gehören z.B. Polyacrylate, Polymethacrylate, Polystyrole, Polyurethane, Polysulfone, Polyester und Polyimide. Diese thermoplastischen organischen Materialien können mittels herkömmlicher Auftragsverfahren aufgetragen werden (z.B. Auftragen unter Benutzung von Lösemittel, Sprühauftragen oder Extrusionsauftragen). Typischerweise ist die Glasübergangstemperatur (T_g) der thermoplastischen Materialien, die zur Benutzung in der Zwischenschicht geeignet sind, 25°C oder höher, vorzugsweise 50°C oder höher, stärker bevorzugt 100°C oder höher und am stärksten bevorzugt 150°C oder höher. Die Zwischenschicht kann bei der Wellenlänge der bilderzeugenden Strahlung entweder durchlässig, absorbierend, reflektierend oder eine Kombination davon sein.
Zu anorganischen Materialien, die als Zwischenschichtmaterialien geeignet sind, gehören z.B. Metalle, Metalloxide, Metallsulfide und anorganische Kohlenstoffbeschichtungen einschließlich derjenigen Materialien, die bei der Wellenlänge des bilderzeugenden Lichtes in hohem Maße durchlässig oder reflektierend sind. Diese Materialien können mittels herkömmlicher Techniken (z.B. Vakuum-Kathodenzerstäubung, Vakuum-Bedampfung oder Plasmaabscheidung) auf die Licht-in-Wärme-Umwandlungsschicht aufgetragen werden.
Die Zwischenschicht kann sehr nutzbringend sein. Die Zwischenschicht kann eine Sperre gegen die Übertragung von Material der Licht-in-Wärme-Umwandlungsschicht sein. Sie kann auch die Temperatur regulieren, die in der Transferschicht erreicht wird, derart, dass thermisch instabile Materialien übertragen werden können. Die Gegenwart einer Zwischenschicht kann auch ein verbessertes Formgedächtnis in dem übertragenen Material ergeben.
Die Zwischenschicht kann Zusatzstoffe einschließlich z.B. Photoinitiatoren, Tensiden, Pigmenten, Weichmachern und Auftragshilfsmitteln enthalten. Die Dicke der Zwischenschicht kann von Faktoren wie beispielsweise dem Material der Zwischenschicht, dem Material der LTHC-Schicht, dem Material der Transferschicht, der Wellenlänge der bilderzeugenden Strahlung und der Dauer der Belichtung des Thermotransferelementes gegenüber bilderzeugender Strahlung abhängen. Für polymere Zwischenschichten liegt die Dicke der Zwischenschicht typischerweise in dem Bereich von 0,05 μm bis 10 μm, vorzugsweise von 0,1 μm bis 4 μm, stärker bevorzugt von 0,5 bis 3 μm und am stärksten bevorzugt von 0,8 bis 2 μm. Für anorganische Zwischenschichten (z.B. Metall- oder Metallverbindungs-Zwischenschichten) liegt die Dicke der Zwischenschicht typischerweise in dem Bereich von 0,005 μm bis 10 μm, vorzugsweise von 0,01 μm bis 3 μm und stärker bevorzugt von 0,02 bis 1 μm.
Thermotransferelemente können eine optionale Ablöseschicht aufweisen. Die optionale Ablöseschicht erleichtert typischerweise das Ablösen der Transferschicht von dem Rest des Thermotransferelementes (z.B. von der Zwi schenschicht und/oder der LTHC-Schicht) beim Erwärmen des Thermotransferelementes, z.B. durch eine lichtemittierende Quelle oder ein Heizelement. Mindestens in einigen Fällen sorgt die Ablöseschicht vor der Einwirkung von Wärme für etwas Haftung der Transferschicht an dem Rest des Thermotransferelementes. Zu geeigneten Ablöseschichten gehören z.B. leitfähige und nichtleitfähige thermoplastische Polymere, leitfähige und nichtleitfähige gefüllte Polymere und/oder leitfähige und nichtleitfähige Dispersionen. Beispiele für geeignete Polymere sind Acrylpolymere, Polyaniline, Polythiophene, Polyphenylenvinylene, Polyacetylene und andere leitfähige organische Materialien, wie z.B. diejenigen, die im Handbook of Conductive Molecules and Polymers, Vols. 1–4, H. S. Nalwa, Hrsg., John Wiley and Sons, Chichester (1997) angeführt sind. Beispiele für geeignete leitfähige Dispersionen sind Tinten, die Kohlenstoffschwarz, Graphit, ultrafeines teilchenförmiges Indiumzinnoxid, ultrafeines Antimonzinnoxid enthalten, und im Handel von Firmen wie Nanophase Technologies Corporation (Burr Ridge, IL) und Metech (Elverson, PA) erhältliche Materialien. Zu anderen geeigneten Materialien für die Ablöseschicht gehören sublimierbare Isoliermaterialien und sublimierbare Halbleitermaterialien (wie z.B. Phthalocyanine) einschließlich z.B. derjenigen Materialien, die in der US-Patentschrift Nr. 5,747,217 beschrieben sind.
Die Ablöseschicht kann ein Teil der Transferschicht oder eine separate Schicht sein. Die gesamte oder ein Teil der Ablöseschicht kann mit der Transferschicht übertragen werden. Alternativ kann das meiste oder im Wesentlichen die gesamte Ablöseschicht auf dem Spendersubstrat zurückbleiben, wenn die Transferschicht übertragen wird. In einigen Fällen, beispielsweise bei einer Ablöseschicht, die ein sublimierbares Material enthält, kann ein Teil der Ablöseschicht während des Übertragungsvorganges abgebaut werden.
Die Transferschichten von Thermotransferelementen, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, können eine oder mehrere Schichten zur Übertragung auf einen Empfänger aufweisen. Diese eine oder mehreren Schichten können unter Benutzung organischer, anorganischer, metallorganischer und anderer Materialien gebildet werden. Obwohl die Transferschicht als eine oder mehrere eigenständige Schichten aufweisend beschrieben und veranschaulicht ist, wird man verstehen, dass mindestens in einigen Fällen, in denen mehr als eine Schicht benutzt wird, ein Grenzflächenbereich vorhanden sein kann, der mindestens einen Teil jeder Schicht aufweist. Dies kann vorkommen, wenn es beispielsweise vor, während oder nach der Übertragung der Transferschicht zu einem Vermischen der Schichten oder einer Diffusion von Material zwischen den Schichten kommt. In anderen Fällen können einzelne Schichten vor, während oder nach der Übertragung der Transferschicht vollständig oder teilweise vermischt werden. Jedenfalls werden diese Strukturen als mehr als eine unabhängige Schicht aufweisend bezeichnet, insbesondere, wenn von den unterschiedlichen Zonen unterschiedliche Funktionen der Vorrichtung ausgeübt werden.
Ein Vorteil des Benutzens einer mehrkomponentigen Transfereinheit, insbesondere wenn sich die Schichten nicht vermischen, ist, dass die wichtigen Grenzflächenkennzeichen der Schichten in der mehrkomponentigen Transfereinheit erzeugt werden können, wenn die Thermotransfereinheit hergestellt wird, und bei der Übertragung vorzugsweise bewahrt werden.
Ein Beispiel für eine Transferschicht weist eine mehrkomponentige Transfereinheit auf, die benutzt wird, um mindestens einen Teil einer mehrschichtigen Vorrichtung, wie z.B. einer OEL-Vorrichtung oder einer anderen Vorrichtung, die in Verbindung mit OEL-Vorrichtungen benutzt wird, auf einem Empfänger zu bilden. In anderen Fällen kann die Transferschicht alle Schichten aufwei sen, die notwendig sind, um eine funktionsfähige Vorrichtung zu bilden. In anderen Fällen kann die Transferschicht weniger als alle Schichten aufweisen, die notwendig sind, um eine funktionsfähige Vorrichtung zu bilden, wobei die anderen Schichten mittels Übertragung von einem oder mehreren Spenderelementen aus oder mittels eines anderen geeigneten Übertragungs- oder Strukturierungsverfahrens gebildet werden. In noch anderen Fällen können eine oder mehrere Schichten einer Vorrichtung auf dem Empfänger erzeugt werden, wobei die zurückbleibende Schicht oder Schichten in die Transferschicht eines oder mehrerer Spenderelemente eingebunden werden. Alternativ können eine oder mehrere zusätzliche Schichten einer Vorrichtung auf den Empfänger übertragen werden, nachdem die Transferschicht aufstrukturiert wurde. In einigen Fällen wird die Transferschicht benutzt, um nur eine einzelne Schicht einer Vorrichtung zu bilden.
Die Transferschicht weist eine mehrkomponentige Transfereinheit auf, die fähig ist, mindestens zwei Schichten einer mehrschichtigen Vorrichtung zu bilden. Diese beiden Schichten der mehrschichtigen Vorrichtung entsprechen oftmals den beiden Schichten der Transferschicht. In diesem Beispiel kann eine der Schichten, die durch Übertragung der mehrkomponentigen Transfereinheit gebildet wird, eine aktive Schicht sein (d.h. eine Schicht, die als eine leitende, halbleitende, elektronensperrende, lochsperrende, lichterzeugende (z.B. lumineszierende, lichtemittierende, fluoreszierende oder phosphoreszierende), elektronenerzeugende oder locherzeugende Schicht wirkt). Eine zweite Schicht, die durch Übertragung der mehrkomponentigen Transfereinheit gebildet wird, kann eine andere aktive Schicht oder eine funktionelle Schicht sein (d.h. eine Schicht, die in der Vorrichtung als eine isolierende, leitende, halbleitende, elektronensperrende, lochsperrende, lichterzeugende, elektronenerzeugende, locherzeugende, lichtabsorbierende, reflektierende, beugende, phasenverzögernde, streuende, dispergierende oder diffundierende Schicht wirkt). Die zweite Schicht kann auch eine nichtfunktionelle Schicht sein (d.h. eine Schicht, die im Betrieb der Vorrichtung keine Funktion erfüllt, jedoch bereitgestellt ist, um z.B. beim Strukturieren die Übertragung der Transfereinheit auf und/oder deren Haftung an dem Empfängersubstrat zu unterstützen. Die mehrkomponentige Transfereinheit kann auch benutzt werden, um zusätzliche aktive Schichten, funktionelle Schichten und/oder nichtfunktionelle Schichten zu bilden.
Die Transferschicht kann eine Haftschicht aufweisen, die auf einer äußeren Oberfläche der Transferschicht angeordnet ist, um die Haftung an dem Empfänger zu unterstützen. Die Haftschicht kann eine funktionelle Schicht sein, z.B. wenn die Haftschicht Elektrizität zwischen dem Empfänger und den anderen Schichten der Transferschicht leitet, oder eine nichtfunktionelle Schicht sein, z.B. wenn die Haftschicht nur für die Haftung der Transferschicht an dem Empfänger sorgt. Die Haftschicht kann unter Benutzung von z.B. thermoplastischen Polymeren, einschließlich leitfähiger und nichtleitfähiger Polymeren, leitfähiger und nichtleitfähiger gefüllter Polymere, und/oder leitfähigen und nichtleitfähigen Dispersionen gebildet werden. Beispiele für geeignete Polymere sind Acrylpolymere, Polyaniline, Polythiophene, Polyphenylenvinylene, Polyacetylene und andere leitfähige organische Materialien, wie z.B. diejenigen, die im Handbook of Conductive Molecules and Polymers, Vols. 1–4, H. S. Nalwa, Hrsg., John Wiley and Sons, Chichester (1997) angeführt sind. Beispiele für geeignete leitfähige Dispersionen sind Tinten, die Kohlenstoffschwarz, Graphit, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, ultrafeines teilchenförmiges Indiumzinnoxid, ultrafeines Antimonzinnoxid enthalten, und im Handel von Firmen wie Nanophase Technologies Corporation (Burr Ridge, IL) und Metech (Elverson, PA) erhältliche Materialien. Zu leitfähigen Haftschichten können auch aus der Gasphase oder im Vakuum abgeschiedene organische Leiter, wie z.B. N,N'-Bis(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidin (auch als NPB bekannt), gehören.
Die Transferschicht kann auch eine Ablöseschicht aufweisen, die auf der Oberfläche der Transferschicht angeordnet ist und sich in Kontakt mit dem Rest des Thermotransferelementes befindet. Wie oben beschrieben, kann bei der Übertragung der Transferschicht diese Ablöseschicht mit dem Rest der Transferschicht teilweise oder vollständig übertragen werden, oder im Wesentlichen die gesamte Ablöseschicht kann auf dem Thermotransferelement zurückbleiben, oder die Ablöseschicht kann sich vollständig oder zum Teil abbauen. Geeignete Ablöseschichten sind oben beschrieben.
Obwohl die Transferschicht mit eigenständigen Schichten gebildet werden kann, wird man verstehen, dass die Transferschicht mindestens in einigen Ausführungsformen Schichten aufweisen kann, die mehrere Komponenten und/oder in der Vorrichtung mehrere Anwendungen aufweisen können. Man wird ebenfalls verstehen, dass mindestens in einigen Ausführungsformen zwei oder mehr eigenständige Schichten während der Übertragung verschmolzen oder in einer anderen Weise vermischt oder kombiniert werden können. Jedenfalls werden diese Schichten, obwohl vermischt oder kombiniert, als individuelle Schichten bezeichnet.
Ein Beispiel für eine Transferschicht 170, die in 2A veranschaulicht ist, weist eine leitfähige Metall- oder Metallverbindungsschicht 172 und eine leitfähige Polymerschicht 174 auf. Die Transferschicht 170 kann so angeordnet sein, dass entweder die Schicht 172 oder die Schicht 174 die äußere Schicht des Spenders ist (d.h. die Schicht, die bei der Übertragung mit dem Empfänger (nicht dargestellt) in Kontakt kommt). Die leitfähige Polymerschicht 174 kann auch, mindestens teilweise, als eine Haftschicht wirken, um die Übertragung auf den Empfänger oder Elemente oder Schichten, die vorher auf dem Empfänger gebildet wurden, zu unterstützen, wenn die leitfähige Polymerschicht 174 die äußere Schicht ist.
Ein zweites Beispiel für eine Transferschicht 180, die in 2B veranschaulicht ist, weist eine Ablöseschicht 182, gefolgt von einer leitfähigen Metall- oder Metallverbindungsschicht 184, und dann eine leitfähige oder nichtleitfähige Polymerschicht 186 für den Kontakt mit einem Empfänger (nicht dargestellt) auf. In anderen Ausführungsformen kann die Reihenfolge der Schichten 184 und 186 umgekehrt sein, derart, dass die Schicht 184 die äußere Schicht ist.
Ein drittes Beispiel für eine Transferschicht 190, die in 2C veranschaulicht ist, weist eine leitfähige anorganische Schicht 191 (z.B. aus der Gasphase abgeschiedenes Indiumzinnoxid), eine leitfähige oder nichtleitfähige Polymerschicht 192 und eine optionale Ablöseschicht (nicht dargestellt) auf. Entweder die Schicht 191 oder die Schicht 192 kann die äußere Schicht sein.
Ein viertes Beispiel für eine Transferschicht 195, die in 2D veranschaulicht ist, besteht aus einem mehrschichtigen Metallstapel 196 aus alternierenden Metallen 197, 198, wie z.B. Gold-Aluminium-Gold, und einer leitfähigen oder nichtleitfähigen Polymerschicht 199 für den Kontakt mit einem Empfänger.
Ein fünftes Beispiel für eine Transferschicht 175, die in 2E veranschaulicht ist, weist eine unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Schicht 176 und eine benachbarte Schicht 177 auf, die gegenüber dem Lösemittel, das benutzt wird, um die Schicht 176 aufzutragen, empfindlich ist. Die Schicht 177 kann auf der unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenen Schicht 176 gebildet werden, nachdem die unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Schicht 176 auf das Spenderele ment aufgetragen und vorzugsweise getrocknet wurde, um das Lösemittel im Wesentlichen zu entfernen. Die Transferschicht 175 kann zusätzliche Schichten (nicht dargestellt), die über der Schicht 177, unter der Schicht 176 oder zwischen den Schichten 176 und 177 angeordnet sind, einschließlich Ablöse- und Haftschichten, aufweisen. Wenn die Transferschicht 175 auf einen Empfänger (nicht dargestellt) übertragen wird, wird die Schicht 177 zwischen dem Empfänger und der unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenen Schicht 176 angeordnet.
Die Übertragung einer oder mehrerer ein- oder mehrkomponentiger Transfereinheiten unter Bildung mindestens eines Teils einer OEL-Vorrichtung (organisch elektrolumineszent) stellt ein besonders anschauliches, nichteinschränkendes Beispiel für die Bildung einer aktiven Vorrichtung unter Benutzung eines Thermotransferelementes bereit. Mindestens in einigen Fällen weist eine OEL-Vorrichtung eine dünne Schicht bzw. Schichten aus einem oder mehreren geeigneten organischen Materialien auf, die zwischen einer Kathode und einer Anode eingefügt sind. Von der Kathode werden Elektronen in die organische(n) Schicht(en) injiziert, und von der Anode werden Löcher in die organische(n) Schicht(en) injiziert. Bei der Wanderung der injizierten Ladungen auf die entgegengesetzt geladenen Elektroden zu, können sie unter Bildung von Elektron-Loch-Paaren rekombinieren, die typischerweise als Exzitone bezeichnet werden. Diese Exzitone oder Spezies im angeregten Zustand können Energie in der Form von Licht emittieren, wenn sie in einen Grundzustand zurück fallen (siehe z.B. T. Tsutsui, MRS Bulletin, 22, 39 bis 45 (1997)).
Veranschaulichende Beispiele für OEL-Vorrichtungskonstruktionen sind molekulardisperse Polymervorrichtungen, in denen ladungstragende und/oder emittierende Spezies in einer Polymermatrix dispergiert sind (siehe J. Kido „Organic Electroluminescent Devices Based on Polymeric Materials", Trends in Polymer Science, 2, 350 bis 355 (1994)); konjugierte Polymervorrichtungen, in denen Schichten aus Polymeren, wie z.B. Polyphenylenvinylen, als die ladungstragende und emittierende Spezies wirken (siehe J. J. M. Halls et al., Thin Solid Films, 276, 13 bis 20 (1996), aus der Gasphase abgeschiedene Kleinmolekül-Heterostrukturvorrichtungen (siehe US-Patentschrift Nr. 5,061,569 und C. H. Chen et al., „Recent Developments in Molecular Organic Electroluminescent Materials", Macromolecular Symposia, 125, 1 bis 48 (1997), lichtemittierende elektrochemische Zellen (siehe Q. Pei et al., J. Amer. Chem. Soc., 118, 3922 bis 3929 (1996) und vertikal gestapelte organische lichtemittierende Dioden, die fähig sind, Licht mehrerer Wellenlänge zu emittieren (siehe US-Patentschrift Nr. 5,707,745 und Z. Shen et al., Science, 276, 2009 bis 2011 (1997).
Wie hierin benutzt, bezeichnet der Ausdruck „Kleinmolekül" ein nichtpolymeres organisches, anorganisches oder metallorganisches Molekül, und der Ausdruck „organisches Kleinmolekül" bezeichnet ein nichtpolymeres organisches oder metallorganisches Molekül. In OEL-Vorrichtungen können Materialien aus Kleinmolekülen als Emitterschichten, als Ladungstransportschichten, als Dotiermittel in Emitterschichten (z.B. zur Steuerung der emittierten Farbe) oder als Ladungstransportschichten und dergleichen benutzt werden.
Ein geeignetes Beispiel für eine Transferschicht 200 zur Bildung einer OEL-Vorrichtung ist in 3A veranschaulicht. Die Transferschicht 200 weist eine Anode 202, eine optionale Lochtransportschicht 204, eine Elektronentransport-/Emitterschicht 206 und eine Kathode 208 auf. Zwischen der Emitterschicht 206 und der Kathode 208 kann eine separate Elektronentransportschicht (nicht dargestellt) einbezogen sein. Auch kann zwischen der Emitterschicht und der Anode eine separate elektronensperrende Schicht (nicht dargestellt) einbezogen sein, und zwischen der Emitterschicht und der Kathode kann eine separate Lochsperrschicht (nicht dargestellt) einbezogen sein. Alternativ kann entweder die Kathode oder die Anode separat auf einem Empfänger (z.B. als eine leitfähige Beschichtung auf dem Empfänger oder als strukturierte leitfähige Streifen oder Felder auf dem Empfänger) und nicht in der Transferschicht gebildet sein. Dies ist in 3B für eine anodenlose Transferschicht 200' unter Benutzung gestrichener Bezugsnummern, um Schichten zu kennzeichnen, die sie mit der Transferschicht 200 gemeinsam aufweist, veranschaulicht.
Die Transferschicht 200 kann auch eine oder mehrere Schichten aufweisen, wie z.B. eine Ablöseschicht 210 und/oder eine Haftschicht 212, um die Übertragung der Transferschicht auf den Empfänger zu unterstützen. Eine dieser beiden Schichten kann aus leitfähigen Polymeren sein, um den elektrischen Kontakt mit einer leitfähigen Schicht oder Struktur auf dem Empfänger oder der (den) leitfähigen Schicht(en), die nachfolgend auf der Transferschicht gebildet wird (werden), zu fördern. Es versteht sich, dass die Positionen der Ablöseschicht und der Haftschicht bezüglich der anderen Schichten der Transferschicht gewechselt werden könnten, derart, dass die Transferschicht 200 so übertragen werden kann, dass entweder die Anode oder die Kathode in der Nähe der Empfängeroberfläche angeordnet ist.
Bei vielen Anwendungen, wie z.B. Sichtanzeigenanwendungen, ist vorzugsweise mindestens eine der Kathode und der Anode für das Licht, das von der elektrolumineszenten Vorrichtung emittiert wird, durchlässig. Dies hängt von der Orientierung der Vorrichtung (d.h., ob die Anode oder die Kathode dem Empfängersubstrat näher ist) sowie von der Richtung der Lichtemission (d.h. durch das Rezeptorsubstrat hindurch oder von dem Rezeptorsubstrat weg) ab.
Die Anode 202 und die Kathode 208 werden typischerweise unter Benutzung von leitfähigen Materialien, wie z.B. Metallen, Legierungen, metallischen Verbindungen, Metalloxiden, leitfähigen keramischen Stoffen, leitfähigen Dispersionen und leitfähigen Polymeren, einschließlich z.B. Gold, Platin, Palladium, Aluminium, Titan, Titannitrid, Indiumzinnoxid (ITO), Fluorzinnoxid (FTO) und Polyanilin, gebildet. Die Anode 202 und die Kathode 208 können einzelne Schichten aus leitfähigen Materialien sein, oder sie können mehrere Schichten aufweisen. Beispielsweise kann eine Anode oder eine Kathode eine Schicht aus Aluminium und eine Schicht aus Gold, eine Schicht aus Aluminium und eine Schicht aus Lithiumfluorid oder eine Metallschicht und eine leitfähige organische Schicht aufweisen. Es kann besonders nützlich sein, eine zweischichtige Kathode (oder Anode) zu erzeugen, die aus einer leitfähigen organischen Schicht (z.B. 0,1 bis 5 μm dick) und einer dünnen Metall- oder Metallverbindungsschicht (z.B. 100 bis 1.000 Angström) besteht. Solch eine zweischichtige Elektrodenkonstruktion kann gegenüber Feuchtigkeit oder Sauerstoff beständiger sein, die darunterliegende feuchtigkeits- oder sauerstoffempfindliche Schichten in einer Vorrichtung beschädigen können (z.B. organische lichtemittierende Schichten). Solch eine Beschädigung kann erfolgen, wenn in der dünnen Metallschicht sehr kleine Löcher vorhanden sind, die von der leitfähigen organischen Schicht bedeckt und dicht verschlossen werden können. Eine Beschädigung und/oder ein Versagen der Vorrichtung kann durch Reißen oder Brechen der dünnen Metallschicht verursacht werden. Die Hinzufügung einer leitfähigen organischen Schicht kann die Metallschicht bruchbeständiger machen, oder sie kann als eine Diffusionssperre gegen korrosive Substanzen und als eine leitfähige Brücke wirken, wenn ein Brechen erfolgt.
Die Lochtransportschicht 204 erleichtert die Injizierung von Löchern in die Vorrichtung und ihre Wanderung zur Kathode 208. Die Lochtransportschicht 204 kann ferner als eine Sperre gegen den Durchgang von Elektronen zu der Anode 202 wirken. Die Lochtransportschicht 204 kann beispielsweise ein Diaminderivat, wie z.B. N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenylbenzidin (auch als TPD bekannt), oder andere lochleitende Materialien, wie z.B. NPB, enthalten. Im Allgemeinen kann die Lochtransportschicht Materialien aus organischen Kleinmolekülen, leitfähige Polymere, eine Polymermatrix, die mit einem organischen Kleinmolekül dotiert ist, und andere geeignete organische oder anorganische leitfähige oder halbleitende Materialien enthalten.
Die Elektronentransport-/Emitterschicht 206 erleichtert die Injizierung von Elektronen und ihre Wanderung zur Anode 202. Die Elektronentransport-/Emitterschicht 206 kann ferner als eine Sperre gegen den Durchgang von Löchern zu der Kathode 208 wirken. Die Elektronentransport-/Emitterschicht 206 ist häufig aus einer Metallchelatverbindung, wie z.B. Tris(8-hydroxychinolin)aluminium (ALQ), gebildet. Emitterschichten (und/oder Elektronentransportschichten) können auch lichtemittierende Polymere, wie z.B. Polyphenylenvinylene (PPV), Poly-para-phenylene (PPP) und Polyfluorene (PF); Materialien aus organischen Kleinmolekülen, für die ALQ ein Beispiel ist; Polymere, die mit organischen Kleinmolekülen dotiert sind; und andere geeignete Materialien enthalten.
Die Grenzfläche zwischen der Lochtransportschicht 204 und der Elektronentransport-/Emitterschicht 206 bildet eine Sperre gegen den Durchgang von Löchern und Elektronen und erzeugt dadurch eine Loch/Elektron-Rekombinationszone und sorgt für eine effiziente organische elektrolumineszente Vorrichtung. Wenn das Emittermaterial ALQ ist, emittiert die OEL-Vorrichtung blaugrünes Licht. Die Emission von Licht unterschiedlicher Farben kann durch die Benutzung unterschiedlicher Emitter und Dotiermittel in der Elektronentransport-/Emitterschicht 206 erreicht werden (siehe C. H. Chen et al., „Recent Developments in Molecular Organic Electroluminescent Materials", Macromolecular Symposia, 125, 1 bis 48 (1997).
Andere mehrschichtige OEL-Vorrichtungskonstruktionen können unter Benutzung unterschiedlicher Transferschichten übertragen werden. Beispielsweise könnte die Lochtransportschicht 204 in 3A auch eine Emitterschicht sein und/oder die Lochtransportschicht 204 und die Elektronentransport-/Emitterschicht 206 könnten zu einer Schicht kombiniert sein. Zudem könnte zwischen die Schichten 204 und 206 in 3A eine separate Emitterschicht eingefügt sein.
Das Strukturieren von OEL-Materialien und -Schichten zur Bildung von OEL-Vorrichtungen stellt ein besonders geeignetes Beispiel zur Veranschaulichung einiger Schwierigkeiten bei herkömmlichen Strukturierungstechniken und wie diese Schwierigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung überwunden werden können, bereit. Bei herkömmlichen Strukturierungstechniken kann es einige Materialien oder Schichten geben, die aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber Angriff, Penetration oder Lösen durch die Einwirkung von Lösemitteln oder Ätzmitteln, die benutzt werden, um andere Schichten auf das Sichtanzeigensubstrat aufzutragen oder zu strukturieren, nicht benutzt werden können. Daher kann es Vorrichtungs- und/oder Sichtanzeigenkonstruktionen geben, die mit herkömmlichen Techniken nicht hergestellt werden können, weil eine unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Schicht oben auf oder in der Nähe einer lösungsmittelempfindlichen Schicht aufgetragen würde oder weil ein Ätzmittel benutzt würde, um Schichten oben auf oder in der Nähe von anderen Schichten zu strukturieren, die gegenüber dem Ätzmittel empfindlich sind. Beispielsweise kann beim Bilden einer OEL-Vorrichtung, die eine Anode auf einem Substrat, eine Kleinmolekül-Lochtransportschicht auf der Anode, eine Emitterschicht aus lichtemittierendem Polymer auf der Lochtransportschicht und eine Kathode auf der Emitterschicht aufweist, das Lösemittel, das benutzt wird, um das lichtemittierende Polymer aufzutragen, in herkömmlichen Verfahrenstechniken die Lochtransportschicht beschädigen. Die gleichen Beschränkungen können für das herkömmliche Strukturieren von benachbarten OEL-Vorrichtungen gelten, von denen eine eine Emitterschicht aus lichtemittierendem Polymer enthält und die andere eine Emitterschicht aus organischen Kleinmolekülen enthält. Diese Beschränkungen können unter Benutzung von thermischen Strukturierungsverfahren der vorliegenden Erfindung überwunden werden. Das Überwinden dieser Beschränkungen ermöglicht einen breiteren Bereich von möglichen Vorrichtungskonstruktionen und Materialalternativen, und diese können wiederum benutzt werden, um OEL-Vorrichtungen und Sichtanzeigen zu erzeugen, die Kennzeichen, wie z.B. Helligkeit, Standzeit, Farbreinheit, Effizienz usw., aufweisen, die sonst möglicherweise nicht erreicht werden könnten. Somit stellt die vorliegende Erfindung neue OEL-Vorrichtungs- und Sichtanzeigenkonstruktionen (sowie neue Strukturierungsverfahren und neue Thermotransfer-Spenderelemente) bereit.
Stapel von unterschiedlichen Typen von OEL-Materialien und/oder organischen Ladungstransportschichten sowie anderen Vorrichtungsschichten können mittels thermischer Übertragung von einem oder mehreren Spenderelementen aus gebildet werden. Beispielsweise kann ein Spenderelement hergestellt werden, das eine Transferschicht aufweist, die eine unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Schicht (z.B. ein lichtemittierendes Polymer, ein leitfähiges Polymer usw.) und eine aus der Gasphase oder im Vakuum abgeschiedene Schicht (z.B. Emitterschicht oder Ladungstransportschicht usw. aus organischen Kleinmolekülen) aufweist. Die unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Schicht kann aus jedem beliebigen Material sein, wie z.B. lichtemittierenden Polymeren, ob dotiert oder undotiert, anderen unter Benutzung von Lösungsmittel auftragbaren leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien, die als Lichtemitter, Ladungsträger (Elektronen- oder Lochtransport), Ladungsisolatoren (elektronen- oder lochsperrend), Farbfilter, Pufferschichten und dergleichen wirken können. Die aus der Gasphase abgeschiedene Schicht kann aus jedem beliebigem geeigneten Material sein, einschließlich Lichtemittern und/oder Ladungsträgern aus organischen Kleinmolekülen, anderen aus der Gasphase abgeschiedenen leitfähigen oder halbleitenden organischen oder organischen Materialien, isolierenden Materialien und dergleichen. Eine beispielhafte Ausführungsform ist eine, bei der die aus der Gasphase abgeschiedene Schicht auf der unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenen Schicht als Teil der Transferschicht eines Thermotransport-Spenderelementes aufgetragen wird, derart, dass die aus der Gasphase abgeschiedene Schicht nach der Übertragung auf einen Empfänger zwischen dem unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenen Material und dem Empfänger angeordnet ist. Dies ist besonders nützlich, wenn das aus der Gasphase abgeschiedene Material mit dem Lösemittel des unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenen Materials inkompatibel ist. Alternativ können unterschiedliche und/oder inkompatible Schichten oder Stapel von Schichten von separaten Spenderelementen aus thermisch übertragen werden, um mehrkomponentige Vorrichtungen oder Strukturen auf einem Empfänger zu bilden. Beispielsweise kann ein unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenes Material oben auf oder in die Nähe eines vorherig aufstrukturierten Materials übertragen werden, das mit dem Lösemittel inkompatibel ist.
Allgemein können mehrkomponentige Transferschichten von Thermotransfer-Spenderelementen durch Auftragen von Einzelschichten gemäß der folgenden Richtlinien gebildet werden: Aus der Gasphase abgeschieden werdende organische Kleinmoleküle oder anorganische Filme können oben auf jedem beliebigen anderen Schichttyp abgeschieden werden; in Lösemittel enthaltene Kleinmoleküle oder Polymere können auf Metallfilme oder auf jedes beliebige Material, das in dem zum Auftragen benutzten Lösemittel unlöslich ist, abgeschieden werden; in Wasser enthaltene Kleinmoleküle oder Polymere können auf Metallfilme oder auf jedes beliebige Material, das in dem wässrigen Lösemittel unlöslich ist, abgeschieden werden. Diese Transferschichten können mittels selektiver thermischer Übertragung auf Empfänger einschließlich Empfängern, die Schichten aufweisen, die vorher mittels eines beliebigen geeigneten Verfahrens darauf aufstrukturiert oder abgeschieden wurden, aufstrukturiert werden. Auch kann jeder Schichttyp, der von einem Spenderelement aus mittels thermischer Masseübertragung übertragen werden kann, oben auf oder in die Nähe jeder beliebigen anderen mittels thermischer Masseübertragung übertragener Schicht, übertragen werden.
Wie erörtert, können OEL-Vorrichtungen mittels selektiver thermischer Übertragung von einem oder mehreren Spenderelementen aus gebildet werden. Auch können mehrere Vorrichtungen zur Bildung einer Sichtanzeige aus Bildelementen auf einen Empfänger übertragen werden. Als ein Beispiel kann eine optische Anzeigevorrichtung gebildet werden, wie in den 4A bis 4C veranschaulicht ist. Beispielsweise können Grün-OEL-Vorrichtungen 302 auf das Empfängersubstrat 300 übertragen werden, wie in 4A dargestellt. Nachfolgend können Blau-OEL-Vorrichtungen 304 und dann Rot-OEL-Vorrichtungen 306 übertragen werden, wie in 4B und 4C dargestellt. Jede der Grün-, Blau- und Rot-OEL-Vorrichtungen 302, 304, 306 wird unter Benutzung von Grün-, Blau- bzw. Rot-Thermotransferelementen separat übertragen. Alternativ könnten die Rot-, Grün- und Blau-Thermotransferelemente aufeinander befindlich übertragen werden, um eine mehrfarbige gestapelte OLED-Vorrichtung des Typs zu erzeugen, die in der US-Patentschrift Nr. 5,707,745 offenbart ist. Ein anderes Verfahren zum Bilden einer Vollfarbvorrichtung weist das Abscheiden von Säulen aus Lochtransportschicht-Material und dann sequentielles Abscheiden von mehrkomponentigen Rot-, Grün- und Blau-Elektronentransport-/Emitterschicht-Transfereinheiten entweder parallel oder rechtwinklig zu dem Lochtransportmaterial auf. Ein noch anderes Verfahren zum Bilden einer Vollfarbvorrichtung weist das Abscheiden von Rot-, Grün- und Blau-Filtern (entweder herkömmliche Transmissionsfilter, Fluoreszenzfilter oder Leuchtstoffe) und dann das Abscheiden von mehrkomponentigen Transfereinheiten, die Weißlicht- oder Blaulichtemittern entsprechen, auf.
Ein noch anderes Verfahren zum Bilden von mehrfarbigen, aus Bildelementen bestehenden OEL-Sichtanzeigen ist, Rot-, Grün- und Blau-Emitter (z.B.) von drei separaten Spendern aus aufzustrukturieren und dann, in einem separaten Schritt, alle Kathoden (und wahlweise Elektronentransportschichten) von einem Einzelspenderelement aus aufzustrukturieren. Auf diese Weise wird jede OEL-Vorrichtung mindestens mittels zweier thermischer Übertragungen strukturiert, wobei durch die erste der Emitterteil (und wahlweise eine Haftschicht, Pufferschicht, Anode, Lochinjektionsschicht, Lochtransportschicht, elektronensperrende Schicht und dergleichen) aufstrukturiert und durch die zweite der Kathodenabschnitt (und wahlweise eine Elektroneninjektionsschicht, Elektronentransportschicht, Lochsperrschicht und dergleichen) aufstrukturiert wird. Ein Vorteil des Aufteilens der Vorrichtungsschichten auf zwei oder mehr Spenderelemente (z.B. auf einen Emitterspender und einen Kathodenspender) ist, dass dieselben Spenderelemente benutzt werden können, um den Emitterteil von OEL-Vorrichtungen für entweder Passivmatrix- oder Aktivmatrix-Sichtanzeigenkonstruktionen aufzustrukturieren. Im Allgemeinen weisen Aktivmatrix-Sichtanzeigen eine gemeinsame Kathode auf, die über alle Vorrichtungen hinweg abgeschieden wird. Für diese Konstruktion ist die thermische Übertragung eines Emitterstapels, der eine Kathode aufweist, nicht erforderlich, und ein kathodenloser Transferstapel kann wünschenswert sein.
Für Passivmatrix-Sichtanzeigen können kathodenlose Spender benutzt werden, um jeden der Emitterteile (für jede Farbe ein anderer Spender, wenn mehrere Farben gewünscht sind) zu übertragen, gefolgt vom Aufstrukturieren der Kathoden für jede Vorrichtung von demselben separaten Spenderelement aus. So können verschiedene Emitterspender für verschiedene Sichtanzeigekonstruktionen benutzt werden, alle unter Benutzung desselben oder eines ähnlichen Typs von Kathodenspender.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass OEL-Vorrichtungen beispielsweise zum Bilden benachbarter Vorrichtungen, die unterschiedliche und ansonsten inkompatible Typen von Emittermaterialien aufweisen, gemäß den beschriebenen Verfahren übertragen und auf strukturiert werden können. Beispielsweise können rot emittierende Vorrichtungen mit organischen Kleinmolekülen (z.B. diejenigen, bei denen eine aktive, aus der Gasphase abgeschiedene Kleinmolekülschicht benutzt wird) auf denselben Empfänger wie blau emittierende Vorrichtungen mit lichtemittierendem Polymer (z.B. diejenigen, bei den eine aktive, aus der Lösung heraus aufgetragene lichtemittierende Polymerschicht benutzt wird) aufstrukturiert werden. Dies ermöglicht Flexibilität, lichtemittierende Materialien (und andere Vorrichtungsschichtmaterialien) auf Grundlage der Funktionalität (z.B. Helligkeit, Effizienz, Lebensdauer, Leitfähigkeit, physikalische Eigenschaften nach dem Strukturieren (z.B. Flexibilität usw.)) und nicht der Kompatibilität mit den jeweiligen Auftrags- und/oder Strukturierungstechniken, die für die anderen Materialien in denselben oder benachbarten Vorrichtungen benutzt werden, auszuwählen. Die Fähigkeit, unterschiedliche Typen von Emittermaterialien für unterschiedliche Farbvorrichtungen in einer OEL-Sichtanzeige auszuwählen, kann größere Flexibilität beim Auswählen komplementärer Vorrichtungskennzeichen bieten. Die Möglichkeit, unterschiedliche Typen von Emittern zu benutzen, kann auch wichtig werden, wenn das bevorzugte Emittermaterial für eine OEL-Vorrichtung mit dem bevorzugten Emittermaterial für eine andere OEL-Vorrichtung inkompatibel ist.
Es wird wieder auf 4 Bezug genommen, wobei dieses Beispiel auch andere Vorteile des Benutzens von Thermotransferelementen zum Aufstrukturieren mehrerer unterschiedlicher Vorrichtungen auf einen Empfänger veranschaulicht. Beispielsweise kann die Anzahl der Verfahrensschritte im Vergleich zu herkömmlichen Photolithographieverfahren verringert werden, weil viele der Schichten jeder OEL-Vorrichtung simultan und nicht unter Benutzung mehrerer Ätz- und Maskierungsschritte übertragen werden können. Außerdem können mehrere Vorrichtungen und Strukturen unter Benutzung derselben bilderzeugenden Geräte erzeugt werden. Nur das Thermotransferelement muss für jede der verschiedenen Vorrichtungen 302, 304, 306 ausgewechselt werden.
Das Empfängersubstrat kann jeder beliebige Gegenstand sein, der für eine bestimmte Anwendung geeignet ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf transparente Filme, Sichtanzeigen-Schwarzmatrizes, passive und aktive Teile von elektronischen Sichtanzeigen (z.B. Elektroden, Dünnfilmtransistoren, organische Transistoren usw.), Metalle, Halbleiter, Glas, verschiedene Papiersorten und Kunststoffe. Nichteinschränkende Beispiele für Empfängersubstrate, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, sind anodisiertes Aluminium und andere Metalle, Kunststoffilme (z.B. Polyethylenterephthalat, Polypropylen), mit Indiumzinnoxid beschichtete Kunststoffilme, Glas, mit Indiumzinnoxid beschichtetes Glas, flexible Schaltungen, Platinen, Silicium oder andere Halbleiter und eine Vielfalt an verschiedenen Typen von Papier (z.B. gefüllt oder ungefüllt, kalandriert oder beschichtet). Bei OEL-Vorrichtungen hängt der Typ des benutzten Empfängers häufig davon ab, ob die Sichtanzeige eine Oberflächene missions-Sichtanzeige (Vorrichtungen zwischen dem Betrachter und dem Empfängersubstrat angeordnet) oder eine Bodenemissions-Sichtanzeige (Empfängersubstrat zwischen dem Betrachter und den Vorrichtungen angeordnet) ist. Bei einer Oberflächenemissions-Sichtanzeige braucht der Empfänger nicht transparent zu sein. Bei einer Bodenemissions-Sichtanzeige ist typischerweise ein transparentes Empfängersubstrat erwünscht.
Verschiedene Schichten (z.B. eine Haftschicht) können auf das Empfängersubstrat aufgetragen werden, um die Übertragung der Transferschicht auf das Empfängersubstrat zu erleichtern. Andere Schichten können auf das Empfängersubstrat aufgetragen werden, um einen Abschnitt einer mehrschichtigen Vorrichtung zu bilden. Beispielsweise kann eine OEL- oder eine andere elektronische Vorrichtung unter Benutzung eines Empfängersubstrates gebildet werden, das eine Metall- und/oder leitfähige organische Anode oder Kathode aufweist, die auf dem Empfängersubstrat vor der Übertragung der Transferschicht von dem Thermotransferelement aus gebildet wird. Die Anode oder die Kathode kann beispielsweise durch Abscheidung einer oder mehrerer leitfähiger Schichten auf das Empfängersubstrat und Strukturieren der Schicht zu einer oder mehreren Anoden oder Kathoden unter Benutzung jedes beliebigen geeigneten Verfahrens, z.B. photolithographischer Techniken oder der Thermotransfertechniken, die hierin gelehrt werden, gebildet werden.
Ein besonders nützliches Empfängersubstrat zum Aufstrukturieren von mehrschichtigen Vorrichtungen ist eines, das eine gemeinsame Elektrode oder eine Struktur von Elektroden zusammen mit einer Struktur von isolierenden Sperren oben auf der (den) Elektrode(n) aufweist. Die isolierenden Sperren können mit einer Struktur erzeugt werden, die der vorgesehenen Position der Ränder der mehrschichtigen Vorrichtungen entspricht, um dabei zu helfen, elektrische Kurzschlüsse zwischen der (den) Empfängerelektrode(n) und der gegenüberliegenden Elektrode, die zusammen mit oder oben auf einen mehrschichtigen Stapel übertragen wird, zu verhindern. Dies ist in Passivmatrix-Sichtanzeigen besonders nützlich. Auch können in Aktivmatrix-Sichtanzeigekonstruktionen die isolierenden Sperren dabei helfen, die Transistoren der Aktivmatrix von der gemeinsamen Elektrode, die im Allgemeinen gebildet ist, zu isolieren. Dies kann dabei helfen, Leckströme und parasitäre Kapazitäten zu vermeiden, welche die Effizienz von Vorrichtungen verringern können.
Beispielsweise zeigt 5A einen Querschnitt eines Empfängers 500, der ein Substrat 501, eine gemeinsame Elektrode 502, die darauf angeordnet ist, und eine Gruppe von parallelen isolierenden Streifen 504, die auf der Elektrode 502 angeordnet sind, aufweist. 5A zeigt auch ein Spenderelement 510, das eine mehrkomponentige Transferschicht 505 aufweist, die mindestens zwei Schichten, eine Elektrodenschicht 508 und eine Emitterschicht 506, aufweist. Die Transferschicht 505 muss als parallele Linien auf den Empfänger 500 übertragen werden, derart, dass die Emitterschicht 506 Licht emittieren kann, wenn zwischen der Empfängerelektrode 501 und der Vorrichtungselektrode 508 ein elektrisches Feld angelegt wird. In der Praxis (und großenteils durch die Dünnheit der Schichten 506 und 508 bedingt) können Teile der Elektrodenschicht 508 an den Rändern der übertragenen Linie nach der Übertragung wahrscheinlich in Kontakt mit Teilen des Empfängers kommen. Wenn diese geschähe, könnte die Emittervorrichtung aufgrund eines oder mehrerer elektrischer Kurzschlüsse funktionsunfähig werden. Daher können die isolierenden Sperren 504 auf den Empfänger strukturiert werden (mittels thermischer Übertragung oder anderer geeigneter Mittel), um Gebiete abzudecken, in denen die Ränder der Transferschichten bei der Übertragung angeordnet werden. Daher wird, wie in 5B gezeigt, wenn die Schicht 508 die Schicht 506 an den Rändern einer übertragenen Linie überlappt, die Schicht 508 mit der isolierenden Sperre 504 in Kontakt sein, und die Vorrichtung insgesamt wird nicht aufgrund von Kontakt mit der darunterliegenden Elektrode 502 an den Rändern kurzschließen. Isolierende Sperren können sowohl für Passivmatrix-Sichtanzeigen als auch für Aktivmatrix-Sichtanzeigen benutzt werden.
Ein anderes Empfängersubstrat, das zum Aufstrukturieren von OEL-Vorrichtungen nützlich ist, ist eines, das Elektrodenkontaktfelder zum Anschließen der Vorrichtungskathoden an das elektronische Treibersystem aufweist. Beispielsweise zeigt 6 einen Empfänger 600 für eine Passivmatrix-Sichtanzeige, der die Anoden 612a, 612b, 612c usw. in parallelen Linien strukturiert und mehrere Kontaktfelder 602a, 602b, 602c, 602d usw. zum Anschließen an Vorrichtungskathoden aufweist. Die parallelen Linien können dann von einem oder mehreren Spenderelementen aus übertragen werden, um die mehrschichtigen Stapel 610a, 610b, 610c, 610d usw. zur Vervollständigung von OEL-Vorrichtungen zu erzeugen. Jede OEL-Vorrichtung ist dort angeordnet, wo sich eine Anodenlinie und Linie eines mehrschichtigen Stapels kreuzen. An den Kreuzungsabschnitten ist eine Emitterschicht (eine optionale Elektronen- und Lochtransport- und Emitterschicht sowie andere Schichten) zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet. Jede Linie 610 endet an einem Ende, das einem Elektrodenkontaktfeld 602 benachbart ist. Leitermaterial kann dann in den Gebieten 604a, 604b, 604c, 604d usw. und um diese herum abgeschieden werden, um die Kathoden an die Elektrodenkontaktfelder anzuschließen, die wiederum an die Treiberelektronik angeschlossen werden können. Leitermaterial kann in den Gebieten 604 unter Benutzung jeder beliebigen geeigneten Technik einschließlich Photolithographie und Gasphasenabscheidung auf Basis von Masken abgeschieden werden. Alternativ kann Leitermaterial, wie z.B. ein organischer Leiter, mittels thermischer Übertragung von einem Spenderelement selek tiv in die Gebiete 604 übertragen werden. Wie oben beschrieben, kann die thermische Übertragung von einem Spenderelement aus benutzt werden, um Nassätzschritte zu beseitigen, die für photolithographische oder Techniken auf Basis von Masken erforderlich sein können. Thermisch übertragene organische leitfähige Schichten können auch benutzt werden, um die Enden der mehrschichtigen Stapel zu verkapseln und somit die lichtemittierenden Schichten vor korrosiven Mitteln zu schützen. Obwohl 6 die Situation für eine Passivmatrix-Sichtanzeige darstellt, ist das Konzept des thermischen Übertragens eines organischen Leiters, um eine Vorrichtung an ein Elektrodenkontaktfeld anzuschließen, gleichermaßen auf Aktivmatrix-Sichtanzeigen anwendbar.
Beispiele
In den folgenden Beispielen wurden alle im Vakuum abgeschiedenen Materialien thermisch verdampft und bei Raumtemperatur abgeschieden. Die Abscheidungsgeschwindigkeit und die Dicke jeder im Vakuum abgeschiedenen Schicht wurden mit einer Quarzkristall-Mikrowaage (Leybold Inficon Inc., East Syracuse, NY) überwacht. Der Hintergrunddruck (Kammerdruck vor der Abscheidung) betrug ungefähr 1 × 10^–5 Torr (1,3 × 10^–3 Pa).
Zu dem Laser-Transfersystem gehörte ein CW-Nd:YAG-Laser, ein akustooptischer Modulator, Kollimations- und Strahlenaufweitoptiken, ein optischer Isolator, ein lineares Galvanometer und eine f-theta-Scanlinse. Der Nd:YAG-Laser wurde im TEM-00-Modus betrieben und erzeugte eine Gesamtleistung von 7,5 Watt. Das Scannen wurde mit einem linearen Hochpräzisionsgalvanometer (Cambridge Technology Inc., Cambridge, MA) durchgeführt. Der Laser wurde auf einen Gauß-Punkt mit einem gemessenen Durchmesser zwischen 100 μm und 140 μm auf der 1/e²-Intensitätsstufe fokussiert. Der Punkt wurde durch Benutzen einer f-theta-Scanlinse über die Scanbreite konstant gehalten. Der Laserpunkt scannte die Bildoberfläche mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 Metern/Sekunde ab. Die f-theta-Scanlinse hielt die Scangeschwindigkeit gleichmäßig innerhalb von 0,1% und die Punktgröße konstant innerhalb von ±3 μm.
Beispiel 1: Herstellung eines Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Elementes (Bezug)
Eine Licht-in-Wärme-Umwandlungsschicht aus Kohlenstoffschwarz wurde durch Auftragen der folgenden LTHC-Beschichtungslösung gemäß Tabelle 1 mit einem Yasui Seiki Lab Coater, Model CAG-150 (Yasui Seiki Co., Bloomington, IN) unter Benutzung einer Mikrogravurwalze mit 381 gewendelten Zellen je laufenden cm (150 gewendelte Zellen je laufenden Inch) auf ein PET-Substrat von 0,1 mm hergestellt.
Tabelle 1 LTHC-Beschichtungslösung
Die Beschichtung wurde in einem Arbeitsgang bei 40°C getrocknet und bei 6,1 m/min (0,1017 ms^–1) unter Benutzung eines UV-Härtungssystems Fusion Systems Model I600 (400 W/Inch), ausgestattet mit H-Lampen (Fusion UV Systems, Inc., Gaithersburg, MD) gehärtet. Die getrocknete Beschichtung wies eine Dicke von etwa 3 μm auf.
Auf die Kohlenstoffschwarz-Beschichtung der Licht-in-Wärme-Umwandlungsschicht wurde unter Benutzung des Yasui Seiki Lab Coater, Model CAG-150 (Yasui Seiki Co., Bloomington, IN) eine Zwischenschicht-Beschichtungslösung gemäß Tabelle 2 im Rotationsgravurverfahren aufgetragen. Diese Beschichtung wurde in einem Arbeitsgang getrocknet (40°C) und bei 6,1 m/min unter Benutzung eines Fusion Systems Model I600 (600 W/Inch), ausgestattet mit H-Lampen, UV-gehärtet. Die Dicke der resultierenden Zwischenschichtbeschichtung betrug etwa 1,7 Mikrometer.
Tabelle 2 Zwischenschicht-Beschichtungslösung
Beispiel 2: Herstellung eines anderen Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Elementes (Bezug)
Eine Licht-in-Wärme-Umwandlungsschicht aus Kohlenstoffschwarz wurde durch Auftragen der folgenden LTHC-Beschichtungslösung gemäß Tabelle 3 mit einem Yasui Seiki Lab Coater, Model CAG-150 (Yasui Seiki Co., Bloomington, IN) unter Benutzung einer Mikrogravurwalze mit 228,6 gewendelten Zellen je laufenden cm (90 gewendelte Zellen je laufenden Inch) auf ein PET-Substrat von 0,1 mm hergestellt.
Tabelle 3 LTHC-Beschichtungslösung
Die Beschichtung wurde in einem Arbeitsgang bei 40°C getrocknet und bei 6,1 m/min (0,1017 ms^–1) unter Benutzung eines UV-Härtungssystems Fusion Systems Model I600 (400 W/Inch), ausgestattet mit H-Lampen, UV-gehärtet. Die getrocknete Beschichtung wies eine Dicke von etwa 3 μm auf.
Auf die Kohlenstoffschwarz-Beschichtung der Licht-in-Wärme-Umwandlungsschicht wurde unter Benutzung des Yasui Seiki Lab Coater, Model CAG-150 (Yasui Seiki Co., Bloomington, IN) eine Zwischenschicht-Beschichtungslösung gemäß Tabelle 4 im Rotationsgravurverfahren aufgetragen. Diese Beschichtung wurde in einem Arbeitsgang getrocknet (40°C) und bei 6,1 m/min (0,1017 ms^–1) unter Benutzung eines Fusion Systems Model I600 (600 W/Inch), ausgestattet mit H-Lampen, UV-gehärtet. Die Dicke der resultierenden Zwischenschichtbeschichtung betrug etwa 1,7 μm.
Tabelle 4 Zwischenschicht-Beschichtungslösung
Beispiel 3: Lochtransport-Thermotransferelement (Bezug)
Unter Benutzung des Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Elementes von Beispiel 1 wurde ein Lochtransport-Thermotransferelement gebildet. Eine Lochtransport-Beschichtungslösung, gebildet durch Vermischen der Komponenten von Tabelle 5, wurde unter Benutzung eines Mayer-Stabes Nr. 6 auf die Zwischenschicht aufgetragen. Die Beschichtung wurde während 10 min bei 60°C getrocknet.
Tabelle 5 Lochtransport-Beschichtungslösung
Beispiel 4: OEL-Kleinmolekül-Thermotransferelement
Ein OEL-Thermotransferelement mit einer mehrkomponentigen Transferschicht wurde durch Auftragen von Beschichtungen auf ein Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element, gebildet gemäß Beispiel 1, hergestellt. Eine Schicht aus Kupferphthalocyanin von 200 Angström wurde als eine halbleitende Ablöseschicht auf der Zwischenschicht ab geschieden. Dann wurde eine Schicht aus Aluminium von 250 Angström als eine Kathodenschicht abgeschieden. Eine Schicht aus Lithiumfluorid von 10 Angström wurde auf dem Aluminium abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus Tris(8-hydroxychinolato)-aluminium (ALQ) von 300 Å als eine Elektronentransportschicht abgeschieden. Abschließend wurde eine Schicht aus N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenylbenzidin (TPD) von 200 Å als eine Lochtransportschicht abgeschieden.
Beispiel 5: Herstellung einer OEL-Kleinmolekül-Vorrichtung
Ein Empfängersubstrat aus Glas, überzogen mit Indiumzinnoxid (ITO) (spezifischer widerstand von 10 Ω/Quadrat, Thin Film Devices Inc., Anaheim, CA), wurde benutzt, um die Anode der OEL-Vorrichtung zu bilden. Zuerst wurde das Lochtransport-Thermotransferelement von Beispiel 3 auf dem Empfänger abgebildet. Danach erfolgte das Abbilden des OEL-Kleinmolekül-Thermotransferelementes von Beispiel 4, um die OEL-Vorrichtung zu vervollständigen.
Bei jeder Übertragung wurde die Transferschicht-Seite des Thermotransferelementes in einer Unterdruckspannvorrichtung in innigem Kontakt mit dem Empfänger gehalten. Ein Laserstrahl wurde so gerichtet, dass er auf die Substratseite des Thermotransferelementes fiel. Die Belichtungen wurden derart durchgeführt, dass die beiden Schichten passgenau übertragen wurden. Dies erzeugte 120 μm breite Linien. Die fertige OEL-Vorrichtung wies Schichten in der folgenden Reihenfolge auf (von oben nach unten):
Aluminiumkathode
Lithiumfluorid
ALQ-Elektronentransportschicht/Emitter
TPD-Lochtransportschicht (vom OEL-Thermotransferelement)
TPD-Lochtransportschicht (vom Lochtransport-Thermotransferelement)
ITO und Empfänger aus Glas
Elektrischer Kontakt wurde an der ITO-Anode und der Aluminiumkathode hergestellt. Wenn ein Potential angelegt wurde, erzeugte die OEL-Vorrichtung visuell nachweisbares Licht. Der Injektionsstrom wurde als eine Funktion des angelegten Potentials (Spannung) überwacht, das kontinuierlich von 0 Volt auf 10 bis 30 Volt gekippt wurde. An einem Punkt wurden 70 μA bei 10 Volt gemessen, die durch eine Vorrichtung von 42 mm × 80 μm flossen. Dies entspricht einer Stromdichte von etwa 2 mA/cm². Die Stromdichte befindet sich gut innerhalb des normalen Betriebsbereiches von Kleinmolekül-Vorrichtungen, die unter Benutzung herkömmlicher Techniken direkt auf einem Empfängersubstrat hergestellt werden.
Beispiel 6: Ein anderes OEL-Kleinmolekül-Thermotransferelement
Ein OEL-Thermotransferelement mit einer mehrkomponentigen Transferschicht wurde durch Auftragen von Beschichtungen auf ein Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element, gebildet gemäß Beispiel 1, hergestellt. Zuerst wurde unter Benutzung eines Mayer-Stabes Nr. 3 eine Grundiermittellösung gemäß Tabelle 6 aufgetragen. Die Beschichtung wurde während etwa 5 Minuten bei etwa 60°C getrocknet.
Tabelle 6 Grundiermittellösung
Eine Schicht aus Kupferphthalocyanin von 200 Å wurde als eine halbleitende Ablöseschicht auf der Grundiermittelschicht abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus Aluminium von 250 Å als eine Kathodenschicht abgeschieden. Eine Schicht aus Lithiumfluorid von 10 Å wurde auf dem Aluminium abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus ALQ von 300 Å als eine Elektronentransportschicht abgeschieden. Abschließend wurde eine Schicht aus TPD von 200 Å als eine Lochtransportschicht abgeschieden.
Beispiel 7: Übertragung einer Teil-OEL-Kleinmolekül-Transferschicht auf ein flexibles Substrat
Das Empfängersubstrat bestand aus einem Stück PET-Film (ungrundiertes HPE100, Teijin Ltd., Osaka, Japan) von 4 Milli-Inch (etwa 100 μm). Zuerst wurde das Lochtransport-Thermotransferelement von Beispiel 3 auf dem Empfänger abgebildet. Dann wurde das OEL-Thermotransferelement von Beispiel 6 auf der Lochtransportschicht abgebildet.
Bei jeder Übertragung wurde die Transferschicht-Seite des Thermotransferelementes in einer Unterdruckspannvorrichtung in innigem Kontakt mit dem Empfänger gehalten. Ein Laserstrahl wurde so gerichtet, dass er auf die Substratseite des Thermotransferelementes fiel. Die Belichtungen wurden derart durchgeführt, dass die beiden Transferschichten passgenau übertragen wurden. Dies erzeugte 120 μm breite Linien. Die endgültige Konstruktion wies Schichten in der folgenden Reihenfolge auf (von oben nach unten):
Aluminiumkathode
Lithiumfluorid
ALQ-Elektronentransportschicht/Emitter
TPD-Lochtransportschicht (vom OEL-Thermotransferelement)
TPD-Lochtransportschicht (vom Lochtransport-Thermotransferelement)
PET-Empfänger
Beispiel 8: OEL-Thermotransferelement mit lichtemittierendem Polymer
Ein OEL-Thermotransferelement mit einer mehrkomponentigen Transferschicht wurde durch Auftragen von Beschichtungen auf ein Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element, gebildet gemäß Beispiel 1, hergestellt. Eine Schicht aus Kupferphthalocyanin von 100 Å wurde als eine Ablöseschicht auf der Zwischenschicht abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus Aluminium von 450 Å als eine Kathodenschicht abgeschieden. Eine Beschichtungslösung von lichtemittierendem Polymer wurde dann durch Zugeben von 2 Gew.-% Poly-9,9-di-n-octylfluoren (in diesen Beispielen als „PFC8" bezeichnet) zu Toluol und dann Verdünnen der Lösung mit MEK, bis eine Konzentration von 1 Gew.-% PFC8 erreicht wurde, hergestellt. PFC8 ist ein blau emittierendes Polyfluorenmaterial, das eine chemische Struktur wie unten gezeigt aufweist und das gemäß den Verfahren, die in der US-Patentschrift Nr. 5,777,070 offenbart sind, synthetisiert werden kann.
Die Beschichtungslösung wurde unter Benutzung eines Mayer-Stabes Nr. 6 von Hand auf die Aluminiumschicht aufgetragen und unter Bildung einer Schicht aus PFC8 von 1.000 Å als einer blaues Licht emittierenden Schicht getrocknet. Abschließend wurde eine Schicht aus NPB von 500 Å als eine Lochtransportschicht abgeschieden.
Beispiel 9: Ein anderes OEL-Thermotransferelement mit lichtemittierendem Polymer
Ein OEL-Thermotransferelement mit einer mehrkomponentigen Transferschicht wurde durch Auftragen von Beschichtungen auf ein Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element, gebildet gemäß Beispiel 1, hergestellt. Eine Schicht aus Kupferphthalocyanin von 100 Å wurde als eine Ablöseschicht auf der Zwischenschicht abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus Aluminium von 450 Å als eine Kathodenschicht abgeschieden. Eine Beschichtungslösung von lichtemittierendem Polymer wurde dann durch Zugeben von 2 Gew.-% eines Copolymers von PFC8 und Benzothiadiazol (Copolymer in diesen Beispielen als „PFC8/BDTZ" bezeichnet) zu Toluol und dann Verdünnen der Lösung mit MEK, bis eine Konzentration von 1 Gew.-% PFC8/BTDZ-Copolymer erreicht wurde, hergestellt. PFC8/BDTZ ist ein grünes Licht emittierendes Polyfluoren-Copolymer. Die Beschichtungslösung wurde unter Benutzung eines Mayer-Stabes Nr. 6 von Hand auf die Aluminiumschicht aufgetragen und unter Bildung einer Schicht aus PFC8/BTDZ von 1.000 Å als einer grünes Licht emittierenden Schicht getrocknet. Abschließend wurde eine Schicht aus NPB von 500 Å als eine Lochtransportschicht abgeschieden.
Beispiel 10: Herstellung einer OEL-Vorrichtung mit lichtemittierendem Polymer
Ein Empfängersubstrat aus Glas, überzogen mit ITO (spezifischer Widerstand 10 Ω/Quadrat, Thin Film Devi ces Inc., Anaheim, CA), wurde benutzt, um die Anode der OEL-Vorrichtungen zu bilden. Das mit ITO überzogene Glas wurde dann bei 3.000 U/min (50 s^–1) mit einer wässrigen Lösung von 2,5 Gew.-% Polypyrrol schleuderbeschichtet. Die Polypyrrolbeschichtung wurde dann während 5 Minuten bei 80°C getrocknet, um auf dem Empfängersubstrat eine Pufferschicht zu bilden.
Wenn das Thermotransferelement von Beispiel 8 auf dem Empfänger abgebildet wurde, wurde eine Vorrichtung mit blaues Licht emittierendem Polymer gebildet. Die Transferschicht-Seite des Thermotransferelementes von Beispiel 8 wurde in einer Unterdruckspannvorrichtung in innigem Kontakt mit dem Empfänger gehalten. Ein Laserstrahl wurde so gerichtet, dass er unter Anwendung einer Dosis von 0,6 J/cm² auf die Substratseite des Thermotransferelementes fiel. Dies erzeugte 100 μm breite Linien. Die fertige OEL-Vorrichtung wies Schichten in der folgenden Reihenfolge auf (von oben nach unten):
Aluminiumkathode
Blaues Licht emittierende PFC8-Polymerschicht
NPB-Lochtransportschicht
Polypyrrol-Pufferschicht (direkt auf den Empfänger aufgetragen)
ITO und Empfänger aus Glas
Elektrischer Kontakt wurde an der ITO-Anode und der Aluminiumkathode hergestellt. Wenn ein Potential angelegt wurde, erzeugte die OEL-Vorrichtung visuell nachweisbares grünes Licht.
Beispiel 11: Herstellung einer anderen OEL-Vorrichtung mit lichtemittierendem Polymer
Ein Empfängersubstrat aus Glas, überzogen mit ITO (spezifischer Widerstand 10 Ω/Quadrat, Thin Film Devices Inc., Anaheim, CA), wurde benutzt, um die Anode der OEL-Vorrichtungen zu bilden. Das mit ITO überzogene Glas wurde dann bei 3.000 U/min (50 s^–1) mit einer wässrigen Lösung von 2,5 Gew.-% Polypyrrol schleuderbeschichtet. Die Polypyrrolbeschichtung wurde dann während 5 Minuten bei 80°C getrocknet, um auf dem Empfängersubstrat eine Pufferschicht zu bilden.
Wenn das Thermotransferelement von Beispiel 9 auf dem Empfänger abgebildet wurde, wurde eine Vorrichtung mit grünes Licht emittierendem Polymer gebildet. Die Transferschicht-Seite des Thermotransferelementes von Beispiel 9 wurde in einer Unterdruckspannvorrichtung in innigem Kontakt mit dem Empfänger gehalten. Ein Laserstrahl wurde so gerichtet, dass er unter Anwendung einer Dosis von 0,6 J/cm² auf die Substratseite des Thermotransferelementes fiel. Dies erzeugte 100 μm breite Linien. Die fertige OEL-Vorrichtung wies Schichten in der folgenden Reihenfolge auf (von oben nach unten):
Aluminiumkathode
Schicht aus grünes Licht emittierendem PFC8/BTDZ-Polymer
NPB-Lochtransportschicht
Polypyrrol-Pufferschicht (direkt auf den Empfänger aufgetragen)
ITO und Empfänger aus Glas
Elektrischer Kontakt wurde an der ITO-Anode und der Aluminiumkathode hergestellt. Wenn ein Potential angelegt wurde, erzeugte die OEL-Vorrichtung visuell nachweisbares blaues Licht.
Die Beispiele 8 bis 11 zeigen, dass OEL-Vorrichtungen, die unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene lichtemittierende Polymerschichten aufweisen, die oben auf im Vakuum abgeschiedenen Schichten aus organischen Kleinmolekülen angeordnet sind, auf Substrate aufstrukturiert werden können. Dies wurde durch Bilden von Spenderelementen, die Material aus organischen Kleinmolekülen aufwiesen, das aus der Gasphase auf getrocknete, unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Schichten aus lichtemittierendem Polymer aufgetragen wurde, und dann selektives Übertragen der mehrkomponentigen Transferstapel auf ein Empfängersubstrat erreicht.
Beispiel 12: Kathodenschicht-Thermotransferelement (Bezug)
Unter Benutzung des Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Elementes von Beispiel 1 wurde ein Kathodenschicht-Thermotransferelement gebildet. Eine Schicht aus Kupferphthalocyanin von 100 Å wurde als eine Ablöseschicht auf der Zwischenschicht abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus Aluminium von 450 Å als eine Kathodenschicht abgeschieden. Abschließend wurde eine Schicht von 500 Å aus 3-(4-Biphenyl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1,2,4-triazol (TAZ-01) als eine Elektronentransport-/Haftvermittlungsschicht aus organischen Kleinmolekülen auf der Aluminiumschicht abgeschieden.
Beispiel 13: Thermotransferelement mit lichtemittierendem Polymer (Bezug)
Ein Thermotransferelement mit lichtemittierendem Polymer und einer einkomponentigen Transferschicht wurde hergestellt. Eine Beschichtungslösung von lichtemittierendem Polymer wurde dann durch Zugeben von 2 Gew.-% PFC8 zu Toluol und dann Verdünnen der Lösung mit MEK, bis eine Konzentration von 1 Gew.-% PFC8 erreicht wurde, hergestellt. Die Beschichtungslösung wurde unter Benutzung eines Mayer-Stabes Nr. 6 von Hand auf die Zwischenschicht eines Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Elementes (gebildet gemäß Beispiel 1) aufgetragen. Die Beschichtung wurde getrocknet und bildete eine Polyfluoren-Transferschicht von 1.000 Å.
Beispiel 14: Ein anderes Thermotransferelement mit lichtemittierendem Polymer (Bezug)
Ein Thermotransferelement mit lichtemittierendem Polymer und einer einkomponentigen Transferschicht wurde hergestellt. Eine Beschichtungslösung von lichtemittierendem Polymer wurde durch Zugeben von 2 Gew.-% PFC8/BTDZ zu Toluol und dann Verdünnen der Lösung mit MEK, bis eine Konzentration von 1 Gew.-% PFC8/BTDZ erreicht wurde, hergestellt. Die Beschichtungslösung wurde unter Benutzung eines Mayer-Stabes Nr. 6 von Hand auf die Zwischenschicht eines Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Elementes (gebildet gemäß Beispiel 1) aufgetragen. Die Beschichtung wurde getrocknet und bildete eine Polyfluoren-Transferschicht von 1.000 Å.
Beispiel 15: Herstellung einer OEL-Vorrichtung mit lichtemittierendem Polymer (Bezug)
Ein Empfängersubstrat aus Glas, überzogen mit ITO (spezifischer Widerstand 10 Ω/Quadrat, Thin Film Devices Inc., Anaheim, CA), wurde benutzt, um die Anode der OEL-Vorrichtungen zu bilden. Das mit ITO überzogene Glas wurde dann bei 3.000 U/min (50 s^–1) mit einer wässrigen Lösung von 2,5 Gew.-% Polypyrrol schleuderbeschichtet. Die Polypyrrolbeschichtung wurde dann während 5 Minuten bei 80°C getrocknet, um auf dem Empfängersubstrat eine Pufferschicht zu bilden.
Das Thermotransferelement von Beispiel 13 wurde auf dem Empfänger abgebildet, um 100 μm breite Linien eines blaues Licht emittierenden Polymermaterials auf der Polypyrrol-Pufferschicht zu bilden. Die Transferschicht-Seite des Thermotransferelementes von Beispiel 13 wurde in einer Unterdruckspannvorrichtung in innigem Kontakt mit dem Empfänger gehalten. Ein Laserstrahl wurde so gerichtet, dass er unter Anwendung einer Dosis von 0,6 J/cm² auf die Substratseite des Thermotransferelementes fiel. Dann wurde das Kathoden-Thermotransferelement von Beispiel 12 auf dem Empfänger abgebildet, um 100 μm breite Linien oben auf und passgenau zu den Linien aus lichtemittierendem Polymermaterial, die vorher übertragen wurden, zu bilden. Die Transferschicht-Seite des Thermotransferelementes von Beispiel 12 wurde in einer Unterdruckspannvorrichtung in innigem Kontakt mit dem Empfänger gehalten. Ein Laserstrahl wurde so gerichtet, dass er unter Anwendung einer Dosis von 0,6 J/cm² auf die Substratseite des Thermotransferelementes fiel.
Die fertige OEL-Vorrichtung wies Schichten in der folgenden Reihenfolge auf (von oben nach unten):
Aluminiumkathode
TAZ-01-Elektronentransportschicht
Blaues Licht emittierende PFC8-Polymerschicht
Polypyrrol-Pufferschicht (direkt auf den Empfänger aufgetragen)
ITO und Empfänger aus Glas
Elektrischer Kontakt wurde an der ITO-Anode und der Aluminiumkathode hergestellt. Wenn ein Potential angelegt wurde, erzeugte die OEL-Vorrichtung visuell nachweisbares blaues Licht.
Beispiel 16: Herstellung einer anderen OEL-Vorrichtung mit lichtemittierendem Polymer (Bezug)
Ein Empfängersubstrat aus Glas, überzogen mit ITO (spezifischer Widerstand 10 Ω/Quadrat, Thin Film Devices Inc., Anaheim, CA), wurde benutzt, um die Anode der OEL-Vorrichtungen zu bilden. Das mit ITO überzogene Glas wurde dann bei 3.000 U/min (50 s^–1) mit einer wässrigen Lösung von 2,5 Gew.-% Polypyrrol schleuderbeschichtet. Die Polypyrrolbeschichtung wurde dann während 5 Minuten bei 80°C getrocknet, um auf dem Empfän gersubstrat eine Pufferschicht zu bilden.
Das Thermotransferelement von Beispiel 14 wurde auf dem Empfänger abgebildet, um 100 μm breite Linien eines grünes Licht emittierenden Polymermaterials auf der Polypyrrol-Pufferschicht zu bilden. Die Transferschicht-Seite des Thermotransferelementes von Beispiel 14 wurde in einer Unterdruckspannvorrichtung in innigem Kontakt mit dem Empfänger gehalten. Ein Laserstrahl wurde so gerichtet, dass er unter Anwendung einer Dosis von 0,6 J/cm² auf die Substratseite des Thermotransferelementes fiel. Dann wurde das Kathoden-Thermotransferelement von Beispiel 12 auf dem Empfänger abgebildet, um 100 μm breite Linien oben auf und paßgenau zu den Linien aus lichtemittierendem Polymermaterial, die vorher übertragen wurden, zu bilden. Die Transferschicht-Seite des Thermotransferelementes von Beispiel 12 wurde in einer Unterdruckspannvorrichtung in innigem Kontakt mit dem Empfänger gehalten. Ein Laserstrahl wurde so gerichtet, dass er unter Anwendung einer Dosis von 0,6 J/cm² auf die Substratseite des Thermotransferelementes fiel.
Die fertige OEL-Vorrichtung wies Schichten in der folgenden Reihenfolge auf (von oben nach unten):
Aluminiumkathode
TAZ-01-Elektronentransportschicht
Grünes Licht emittierende PFC8/BTDZ-Polymerschicht
Polypyrrol-Pufferschicht (direkt auf den Empfänger aufgetragen)
ITO und Empfänger aus Glas
Elektrischer Kontakt wurde an der ITO-Anode und der Aluminiumkathode hergestellt. Wenn ein Potential angelegt wurde, erzeugte die OEL-Vorrichtung visuell nachweisbares grünes Licht.
Die Beispiele 12 bis 16 zeigen, dass zur Bildung von OEL-Vorrichtungen dasselbe Kathodenspenderelement benutzt werden kann, um Kathodenschichten oben auf unterschiedliche Emitterschichten aufzustrukturieren, die vorher aufstrukturiert wurden.
Beispiel 17: Herstellung von OEL-Vorrichtungen mit Kleinmolekülen und lichtemittierendem Polymer auf demselben Empfängersubstrat
Dieses Beispiel zeigt, dass funktionsfähige OEL-Vorrichtungen, die Emitterschichten aus lichtemittierendem Polymer aufweisen, und OEL-Vorrichtungen, die Emitterschichten aus organischen Kleinmolekülen aufweisen, in der Nähe zueinander auf Empfängersubstrate aufstrukturiert werden können.
Ein Thermotransferelement mit einer mehrkomponentigen Transferschicht, die einen Grünlicht-Kleinmolekül-Emitter aufwies („Grün-KM-Spender"), wurde durch Auftragen von Beschichtungen auf ein Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element, gebildet gemäß Beispiel 1, hergestellt. Eine Schicht aus Kupferphthalocyanin von 100 Å wurde als eine Ablöseschicht auf der Zwischenschicht abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus Aluminium von 450 Å als eine Kathodenschicht abgeschieden. Eine Schicht aus Lithiumfluorid von 10 Å wurde auf dem Aluminium abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus ALQ von 500 Å als eine Elektronentransportschicht abgeschieden. Abschließend wurde eine Schicht aus NPB von 500 Å als eine Lochtransportschicht abgeschieden.
Ein Thermotransferelement mit einer mehrkomponentigen Transferschicht, die einen Rotlicht-Kleinmolekül-Emitter aufwies („Rot-KM-Spender"), wurde durch Auftragen von Beschichtungen auf ein Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element, gebildet gemäß Beispiel 1, hergestellt. Eine Schicht aus Kupferphthalocyanin von 100 Å wurde als eine Ablöseschicht auf der Zwischenschicht abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus Aluminium von 450 Å als eine Kathodenschicht abgeschieden. Eine Schicht aus Lithiumfluorid von 10 Å wurde auf dem Aluminium abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus ALQ von 500 Å als eine Elektronentransportschicht abgeschieden. Platin-octaethylporphyrin (PtOEP) wurde als ein Dotiermittel zusammen mit der ALQ-Schicht aus der Gasphase abgeschieden. Das Dotiermittel PtOEP wurde abgeschieden, um eine Konzentration des Dotiermittels in der ALQ-Emitterschicht von 2 bis 3 Gew.-% zu erzielen. Abschließend wurde eine Schicht aus NPB von 500 Å als eine Lochtransportschicht abgeschieden.
Ein Thermotransferelement wurde gemäß Beispiel 8 angefertigt, um ein Spenderelement herzustellen, das einen blaues Licht emittierenden Polymeremitter aufwies („Blau-LEP-Spender"). Ein Thermotransferelement wurde gemäß Beispiel 9 angefertigt, um ein Spenderelement herzustellen, das einen grünes Licht emittierenden Polymeremitter („Grün-LEP-Spender") aufwies.
Ein Empfängersubstrat aus Glas, überzogen mit ITO (spezifischer Widerstand 10 Ω/Quadrat, Thin Film Devices Inc., Anaheim, CA), wurde benutzt, um die Anode der OEL-Vorrichtungen zu bilden. Das mit ITO überzogene Glas wurde dann bei 3.000 U/min (50 s^–1) mit einer wässrigen Lösung von 2,5 Gew.-% Polypyrrol schleuderbeschichtet. Die Polypyrrolbeschichtung wurde dann während 5 Minuten bei 80°C getrocknet, um auf dem Empfängersubstrat eine Pufferschicht zu bilden.
Der Blau-LEP-Spender wurde auf dem Empfängersubstrat abgebildet, um eine Reihe von parallelen Linien zu bilden. Dann wurde der Rot-KM-Spender auf demselben Empfängersubstrat abgebildet, um eine Reihe von parallelen Linien zu bilden, wobei jede Linie zwischen Linien angeordnet wurde, die von dem Blau-LEP-Spender übertragen wurden. Elektrischer Kontakt wurde an den ITO-Anoden und den Aluminiumkathoden hergestellt. Die Linien, die von dem Blau-LEP-Spender aufstrukturiert waren, emittierten visuell nachgewiesenes blaues Licht, und die Linien, die von dem Rot-KM-Spender aufstrukturiert waren, emittierten visuell nachgewiesenes rotes Licht.
Der Grün-LEP-Spender wurde dann auf einem anderen Empfängersubstrat abgebildet, um eine Reihe von parallelen Linien zu bilden. Dann wurde der Grün-KM-Spender auf demselben Empfänger abgebildet, um eine Reihe von parallelen Linien zu bilden, wobei jede Linie zwischen Linien angeordnet wurde, die von dem Grün-LEP-Spender übertragen wurden. Elektrischer Kontakt wurde an den ITO-Anoden und den Aluminiumkathoden hergestellt. Die Linien, die von dem Grün-LEP-Spender aufstrukturiert waren, emittierten visuell nachgewiesenes grünes Licht, und die Linien, die von dem Grün-KM-Spender aufstrukturiert waren, emittierten visuell nachgewiesenes grünes Licht.
Beispiel 18: Herstellung von Rot-, Grün- und Blau-OEL-Vorrichtungen auf demselben Empfängersubstrat
Dieses Beispiel zeigt, dass funktionsfähige Rot-, Grün- und Blau-OEL-Vorrichtungen in der Nähe zueinander auf dasselbe Empfängersubstrat aufstrukturiert werden können.
Ein Thermotransferelement mit einer mehrkomponentigen Transferschicht, die einen Blaulicht-Kleinmolekül-Emitter aufwies („Blau-KM-Spender"), wurde durch Auftragen von Beschichtungen auf ein Substrat/LTHC/Zwischenschicht-Element, gebildet gemäß Beispiel 1, hergestellt. Eine Schicht aus Kupferphthalocyanin von 100 Å wurde als eine Ablöseschicht auf der Zwischenschicht abgeschieden. Dann wurde eine Schicht aus Aluminium von 450 Å als eine Kathodenschicht abgeschieden. Eine Schicht aus Lithiumfluorid von 10 Å wurde auf dem Aluminium abgeschieden. Dann wurde eine Schicht von 500 Å aus Bis (2-methyl-8-chinolinolato)(para-phenyl-phenolato)-aluminium (BAlq) als eine Elektronentransport-/Emitterschicht abgeschieden. Das BAlq wurde synthetisiert, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,141,671 beschrieben. Perylen wurde als ein Dotiermittel zusammen mit der BAlq-Schicht aus der Gasphase abgeschieden. Das Dotiermittel Perylen wurde abgeschieden, um eine Konzentration des Dotiermittels in der BAlq-Emitterschicht von 2 bis 3 Gew.-% zu erzielen. Abschließend wurde eine Schicht aus NPB von 500 Å als eine Lochtransportschicht abgeschieden.
Ein Empfängersubstrat aus Glas, überzogen mit ITO (spezifischer Widerstand 10 Ω/Quadrat, Thin Film Devices Inc., Anaheim, CA), wurde benutzt, um die Anode der OEL-Vorrichtungen zu bilden. Das mit ITO überzogene Glas wurde dann bei 3.000 U/min (50 s^–1) mit einer wässrigen Lösung von 2,5 Gew.-% Polypyrrol schleuderbeschichtet. Die Polypyrrolbeschichtung wurde dann während 5 Minuten bei 80°C getrocknet, um auf dem Empfängersubstrat eine Pufferschicht zu bilden.
Der Rot-KM-Spender von Beispiel 17, der Grün-KM-Spender von Beispiel 17 und der Blau-KM-Spender dieses Beispiels wurden nacheinander auf demselben Empfängersubstrat abgebildet, um eine Reihe von parallelen Linien zu bilden. Die Linien wurden derart aufstrukturiert, dass eine Linie, die von einem Spender übertragen wurde, zwischen Linien angeordnet wurde, die von jedem der anderen beiden Spender übertragen wurden. Elektrischer Kontakt wurde an den ITO-Anoden und den Aluminiumkathoden hergestellt. Die Linien, die von dem Grün-KM-Spender aufstrukturiert waren, emittierten visuell nachgewiesenes grünes Licht, die Linien, die von dem Rot-KM-Spender aufstrukturiert waren, emittierten visuell nachgewiesenes rotes Licht, und die Linien, die von dem Blau-KM-Spender aufstrukturiert waren, emittierten visuell nachgewiesenes blaues Licht.

Claims

Materialstrukturierungsverfahren, aufweisend die Schritte: Bilden eines Spenderelementes, aufweisend ein Spendersubstrat und eine mehrkomponentige Thermotransferschicht, wobei die Thermotransferschicht mindestens eine erste Schicht, die ein unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenes Material aufweist, und eine zweite Schicht aufweist, die ein lösemittelempfindliches Material aufweist, wobei das lösemittelempfindliche Material mit dem Lösemittel, das benutzt wird, um das unter Benutzung von Lösemittel aufgetragene Material aufzutragen, inkompatibel ist, wobei die erste Schicht zwischen der zweiten Schicht und dem Spendersubstrat angeordnet ist, Anordnen der Thermotransferschicht in der Nähe eines Empfängers und selektives thermisches Übertragen der mehrkomponentigen Transferschicht vom Spenderelement auf den Empfänger, wobei mindestens eines von dem unter Benutzung von Lösemittel aufgetragenen Material und dem lösemittelempfindlichen Material ein organisches elektroluminiszentes Material, einen organischen Leiter oder einen organischen Halbleiter aufweist.