JP2005513737A

JP2005513737A - 電子およびオプトエレクトロニクス・デバイス用の電極構造

Info

Publication number: JP2005513737A
Application number: JP2003555862A
Authority: JP
Inventors: アルヴァラード、サントス、エフ; バイアーライン、ティルマン; クローン、ブライアン; ドレクスラー、ウテ; ゲルマン、ローラント、ヴェー; カルク、ジークフリート、エフ; ミュラー、ペーター; リール、ハイケ; リース、ヴァルター; ルーシュトーラー、ベアト; ザイトラー、パウル; ヴィドマー、ローラント、ヴェー
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: US20050045873A1; KR20040070166A; CN100531500C; EP1457093A1; AU2002347506A1; CA2470206A1; CA2470206C; US6995391B2; CN1871876A; WO2003055275A1; JP3943548B2; KR100781620B1

Abstract

【課題】電子およびオプトエレクトロニクス・デバイス用の電極構造を提供すること。
【解決手段】該デバイスは、導電層（２０４）を実質的に有する第１の電極と、この導電層上に形成された非金属層（２０６）と、この非金属層上に形成されたフルオロカーボン層（２０８）と、このフルオロカーボン層上に形成された構造（２１０）とを含む。この電極はさらに導電層と非金属層の間にバッファ層（２０５）を含む。

Description

本発明は電子デバイス用の電極設計に関する。詳細には本発明は、電子デバイスおよびオプトエレクトロニクス・デバイス用の電極の改良に関する。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの電子およびオプトエレクトロニクス・デバイスは当技術分野で知られている。ＯＬＥＤは有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）デバイスとも呼ばれ、一般に、２つの電極の間にはさみ込まれた有機エレクトロルミネセンス（発光）材料を含んでいる。有機エレクトロルミネセンス材料は一般に、電子輸送層、エレクトロルミネセンス層および正孔輸送層を含む多層構造である。電流を流すと、有機エレクトロルミネセンス材料は、有機材料内での電子と正孔の再結合によって発生した光を放射する。しかし、有機ルミネセンス材料は不純物、酸素および湿度に敏感である。さらに、いくつかの電子またはオプトエレクトロニクス・デバイスでは、電極が、デバイスの強度、安定性および信頼性に影響を与える。有機エレクトロルミネセンス・デバイス（材料および構造）は、例えば米国特許第４３５６４２９号、米国特許第５５９３７８８号または米国特許第５４０８１０９号に開示されているように当技術分野では知られている。

多層デバイス・アーキテクチャは現在十分に理解されており、幅広く使用されているので、ＯＬＥＤの性能を制限する残りの条件は電極である。電極材料の主要な性能指数（figure of merit）は、当該（relevant）有機分子エネルギー準位に対する電極のフェルミ・エネルギー準位（positionof the electrode Fermi energy）である。いくつかの応用ではさらに、電極が光の抽出を助けることが望ましい。エレクトロルミネセンス・デバイスの長期安定性を達成するためには、電極はさらに、隣接する有機材料に対して化学的に不活性でなければならない。

カソードに多くの注意が払われているが、これは主に、良好な電子注入をするのは仕事関数の低い金属であって、仕事関数の低い金属は同時に化学的に反応性であり、空気中ですぐに酸化し、ＯＬＥＤの信頼性および寿命を制限するからである。アノード・コンタクト（anode contact）の最適化に払われている注意はこれよりもずっと少ないが、これは、従来のＩＴＯアノードが一般にカソード・コンタクトよりも性能に優れ、正孔過剰（excessof holes）をもたらすためである。この過剰のため、ならびにインジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）の導電率および透過率に関連した利便性のために、アノードの改良はカソードの改良ほどには積極的に追求されなかった。

有機エレクトロルミネセンス・デバイスが使用されるにつれて、十分な正孔注入および動作安定性に関する問題が生じた。いくつかの問題は、デバイスのアノードのフルオロカーボン（fluorocarbon）処理によって軽減された。米国特許第６１２７００４号は、エレクトロルミネセンス・デバイスを形成する方法に関し、この方法は、インジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）を有するアノードを含む材料の上面コーティングを有する基板を準備するステップと、ラジカル源キャビティ（radicalsource cavity）にフルオロカーボン・ガスを供給し、このフルオロカーボンを０．１から２０ｍＴの範囲に減圧することによって、アノードの上にアモルファス（amorphous）導電層を形成するステップとを含む。さらに、ラジカル源キャビティの中のフルオロカーボン・ガスを横切るＲＦ場（field）を適用してＣＦｘラジカルを有するプラズマを形成し、ＣＦｘラジカルをアノードに付着させてアノード上にアモルファスＣＦｘ導電性ポリマー層を形成する。次いで、このアモルファスＣＦｘ導電性ポリマー層の上に、少なくとも１層の有機エレクトロルミネセンス層を含む複数の層を形成し、このエレクトロルミネセンス層の上にカソードを形成する。

米国特許第６２０８０７５号も、アノードの上に配置された導電性フルオロカーボン・ポリマー層を有する有機エレクトロルミネセンス・デバイスに関し、米国特許第６２０８０７７号は、アノードの上に配置された薄い非導電性フルオロカーボン・ポリマー層を記載している。上述のフルオロカーボン・ポリマー層を適用するのはその輸送特性のためであり、したがってフルオロカーボン・ポリマー層は正孔注入層の働きをする。フルオロカーボン・ポリマー層は、酸素を含むアノード（例えばＩＴＯ）上に付着することが好ましく、他の材料を使用するとデバイス性能は不安定になる。

現在は本出願の譲受人に譲渡されている国際公告番号ＷＯ９９／３９３９３を有する国際出願は、アノード、バリア（barrier）層、アノード改良層、有機領域およびカソードをこの順番に有する有機発光デバイスに関する。アノード改良層は有機領域と直接に接触する。バリア層は、アノード改良層をアノードから分離するように配置されているが、バリア層がバリア特性を示すとこの層は注入を妨害する。

オプトエレクトロニクス・デバイスは、トップ・エミッション・デバイス（topemission device）として、またはボトム・エミッション・デバイス（bottom emission device）として動作することができる。ボトム・エミッション・デバイスはバック・エミッション・デバイス（backemission device）とも呼ばれる。ボトム・エミッション・デバイスでは、放射された光がアノードを通過できるように、アノードはほぼ透明でなければならない。インジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）がアノードとして広く適用されているのは、ほぼ透明な層を形成するからである。ＩＴＯの欠点は、その上の層、例えば正孔輸送有機材料といくらか反応することである。これによりデバイスの寿命は短くなる。寿命の短縮を回避するために通常は、アノードと有機材料の間にバッファ（buffer）層、例えばＣｕＰｃを使用するが、バッファ層は抵抗が大きく注入を妨害する。先に述べたとおり、フルオロカーボン・ポリマー層を使用することによってバッファ層を省くことができる。

トップ・エミッション・デバイスに対してはモリブデンまたは白金が適用されている。これらの材料は不透明であり強い光吸収を有する。白金の反射率は最適ではない。銀（Ａｇ）およびアルミニウム（Ａｌ）は高い反射率を有するが、仕事関数が低く、したがってアノード材料としては不適当である。一般に、アノード材料として最適なのは仕事関数が高い材料である。仕事関数の低い材料、例えばＡｌは一般に、バッファ層、例えばＣｕＰｃで被覆しても化学的に非常に活性であり、したがってこのような材料はアノードの形成には適さない。さらに、このような材料とフルオロカーボン・ポリマー層との組合せも信頼できる性能を与えず、したがってデバイスは役に立たないものとなる。

以上のことから、長期安定性および高い効率を示す電子およびオプトエレクトロニクス・デバイスの改良型の電極構造が依然として求められている。
米国特許第４３５６４２９号米国特許第５５９３７８８号米国特許第５４０８１０９号米国特許第６１２７００４号米国特許第６２０８０７５号米国特許第６２０８０７７号国際公告番号ＷＯ９９／３９３９３タン（C. Tang）、SID ConferenceProceedings San Diego、1996年アダチ（C. Adachi）他、Applied PhysicsLetters、第66巻、2679ページ、1995年ボルゼンベルガー（P. Borsenberger）およびワイス（D.S. Weiss）、Organic Photoreceptors for Imaging Systems、Marcel Dekker、1993年クワバラ（Y. Kuwabara）他、AdvancedMaterials、6、677ページ、1994年シロタ（Y. Shirota）他、Applied PhysicsLetters、第65巻、807ページ、1994年 International Symposium onInorganic and Organic Electroluminescence 1994、浜松、42 ワキモト（T. Wakimoto）他、InternationalSymposium on Inorganic and Organic Electroluminescence 1994、浜松、77 タン（C. Tang）、SID ConferenceProceedings San Diego、1996年、181 スターリング（E. Staring）、InternationalSymposium on Inorganic and Organic Electroluminescence 1994、浜松、48 オシノ（T. Oshino）他、Sumitomo Chemicals、monthlyreport、1995年

したがって本発明の目的は、有機材料およびそれに基づいたディスプレイを含む電子デバイス用の改良型の電極構造を提供することにある。

本発明によれば、導電層を実質的に有する第１の電極と、この導電層上に形成された非金属層と、この非金属層上に形成されたフルオロカーボン（フッ化炭素）層と、このフルオロカーボン層上に形成された構造と、この構造上に形成された第２の電極とを備えた電子デバイスが提供される。

この電子デバイスはさらに、導電層と非金属層の間にバッファ層を備えることができる。このようなバッファ層は、第１の電極と他の層との間の反応を有利に低減させる。特に酸化プロセスを防ぐことができる。

好ましい一実施形態では、導電層がアルミニウム（Ａｌ）を含む。アルミニウムは通常、非常に反射率が高く、反応性も高い。しかし、導電層の上に非金属層または非金属層と前述のバッファ層を配置すると、優れた属性および特性（properties and characteristics）を有するエレクトロルミネセンス（発光）・デバイスを設計することができる。

非金属層は酸化物を含むことができる。酸化物は豊富に使用することができ、あるいは多くの材料または化合物から形成することができる材料である。酸化物は、以下の族（group）のうちの１つから選択された材料に基づくことができる：３ｄ遷移金属族、ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族、希土類金属族またはこれらの組合せ。

非金属層が、導電層によって形成される可能性のある（potential）酸化物とは異なる酸化物（外来酸化物（foreignoxide）とも呼ばれる）であるときは、電極の電気および光学特性、例えば注入および透過率（transparency）を調節できるという利点が生じる。例えば、導電層がＡｌから形成されているときには、導電層によって形成または生成される可能性のある酸化物は酸化アルミニウムである。酸化アルミニウムは例えば酸化ニッケル（ＮｉＯ_ｘ）よりも高い抵抗を有する。したがってＮｉＯ_ｘを外来酸化物として使用して非金属層を形成すると、酸化アルミニウムよりも良好な正孔注入特性が得られる。高い反射率を有する導電層と正孔注入をサポートする非金属層とを組み合わせるとさらに、光出力が向上した信頼性が高く大幅に改良されたエレクトロルミネセンス・デバイスが得られる。

導電層の性質に応じて非金属層の厚さが、単分子層から２０ｎｍまでの範囲にある場合には、電子デバイスが優れた長期安定性および高い効率を示すので有利である。エレクトロルミネセンス・デバイス（ＯＬＥＤ）、例えばアクティブ駆動デバイスでは、層の厚みがしばしば駆動電圧の大きさに関連する。

導電層は金属、半導体または有機導体を含むことができる。さらに、導電層は光反射材料を含むことができる。好ましい導電層材料すなわち電極材料はアルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）である。これらの材料は、導電層上の非金属層として酸化物または外来酸化物が使用されるときに明確（有効）になる。

導電層は鏡のような（mirror-like）表面を形成することができる。このことは、アノードが鏡の働きをし、放射された光を反射して光出力を強めることを意味する。この概念は、トップ・エミッション・デバイスとボトム・エミッション・デバイスの両方に当てはまる。

用語「オプトエレクトロニクス・デバイス」は、電気−光変換器または光−電気変換器として働く任意のデバイス、あるいは動作時にこのようなデバイスを使用する機器を指すことを理解されたい。

電子デバイスは、導電層または構造と接触した基板を備えることができる。基板は、ガラスすなわちトップ・エミッション・デバイス用の透明（transparent）材料、Ｓｉ、プラスチックすなわちボトム・エミッション・デバイス用の不透明（opaque）材料を含む任意の材料とすることができる。この基板を、電子デバイスを形成するためのベースとして使用することができる。

この電子デバイスを、エレクトロルミネセンス・デバイス、トランジスタまたはセンサの一部分とすることができる。このことは、この電極設計を幅広く使用できることを示している。しかしこの構造は前述の応用だけに限定されない。さらに、この構造は、有機構造との使用だけに限定されるものではなく、以下の構造とともに使用することもできる：有機／無機、有機−無機ハイブリッドまたは無機構造。さらに、この構造を有する電極設計は、幅広いさまざまな電子およびオプトエレクトロニクス応用に適用できる。

本発明はさらに、この電子デバイスを形成する方法に関する。この方法は、第１の電極の働きをする導電層を準備するステップと、この第１の電極上に非金属層を形成するステップと、この非金属層上にフルオロカーボン層を付着させるステップと、このフルオロカーボン層上に複数の層を構造として形成するステップと、この構造上に第２の電極を形成するステップとを含む。

以下では、本発明の好ましい実施形態を、添付の略図を参照して例示的かつ詳細に説明する。

これらの図面は例示だけを目的に提示したものであり、本発明の実際の例をスケールどおりに提示したものでは必ずしもない。

本発明は、幅広いさまざまな電子およびオプトレクトリク応用に適用できるが、ここでは、有機エレクトロルミネセンス・デバイス、すなわち有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）および有機トランジスタへの応用に焦点を当てて説明する。

本発明の実施形態を説明する前に、従来技術のエレクトロルミネセンス・デバイスの構成について言及する。

図１に、有機エレクトロルミネセンス・デバイス１００を示す。このデバイスは基板１０２を有し、その上にインジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）アノード１０４が配置されている。基板１０２およびＩＴＯアノード１０４は光透過（light transparent）である。ＩＴＯアノード１０４と直接に接触してポリマー層１０８が配置されている。ポリマー層１０８でコーティングされたＩＴＯアノード１０４とカソード１２０の間には、有機発光構造１１０が形成されている。有機発光構造１１０は、順番に、有機正孔輸送層１１２、有機発光層１１４および有機電子輸送層１１６からなる。アノード１０４がカソード１２０に対して電気的に正（positive）となるようにアノード１０４とカソード１２０の間に電圧を印加すると、カソード１２０は電子輸送層１１６に電子を注入し、注入された電子は、電子輸送層１１６および発光層１１４を横断する（traverse）。同時に、アノード１０４から正孔輸送層１１２に正孔が注入され、注入された正孔は層１１２を通り抜け、最終的に、正孔輸送層１１２と発光層１１４の界面（interface）付近で電子と再結合する。伝導帯（conductionband）の電子が価電子帯（valence band）の正孔と放射性の再結合をすると、矢印で指示するように、光透過性のアノード１０４および基板１０２を通り抜けて光子が放射され、視認される。

ポリマー層１０８は、ＲＦプラズマ中でのフルオロカーボン・ガスのプラズマ重合によって形成することができる。フルオロカーボン・ポリマーはテフロン（Ｒ）に似たポリマーであり、実質的に炭素とフッ素から構成されている。フルオロカーボン・ポリマーはさらに、水素、および／または窒素、酸素などの少量の不純物を含む場合がある。このポリマー層の厚さは、その下の導電層を完全に被覆し、かつその低い導電率がデバイス性能にマイナスの影響を与えないように選択される。

図２に、有機エレクトロルミネセンス・デバイス２００の第１の実施形態の略図を示す。ここではトップ・エミッション・デバイスである有機エレクトロルミネセンス・デバイス２００は基板２０２を有し、その上に、アノード２０４とも呼ばれる第１の電極２０４が配置されている。アノード２０４は、Ｍで標識された導電性高反射材料の層を含み、そのため鏡のような表面を提供する。アノード２０４の上には、実質的に酸化物からなる非金属層２０６が形成されている。さらに、非金属層２０６の上には、実質的にフルオロカーボンからなるポリマー層２０８が形成されている。フルオロカーボン層２０８でコーティングされた非金属層２０６とカソード２２０の間には有機発光構造２１０が形成されている。有機発光構造２１０は、順番に、有機正孔輸送層２１２、有機発光層２１４および有機電子輸送層２１６からなる。ここで説明した構造は、図１を参照して示した従来技術の構造とははっきり異なっている。アノード２０４とポリマー層２０８の間に非金属層２０６が配置されている。

ポリマー層２０８は、ＲＦプラズマ中でのフルオロカーボン・ガスのプラズマ重合によって形成する。化学的気相堆積法（ＣＶＤ）を適用することもできる。

アノード２０４は、導電性高反射材料層、好ましくはＡｌまたはＡｇ層を含み、そのため鏡のような表面を提供する。非金属層２０６は、酸素と接触した場合に、または例えばＩＴＯ、ＮｉＯ_ｘなどの環境で導電性高反射材料が形成する酸化物とは異なる酸化物を含む。非金属層２０６を付着させるいくつかの方法を以下に示す。
−プラズマ化学的気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）を含む化学的気相堆積法（ＣＶＤ）
−スパッタ付着（堆積）または（例えば酸素環境中での）反応性スパッタ付着
−熱蒸着
−電子ビーム蒸着
−酸素プラズマ（プラズマ支援酸化）
−酸化環境での熱アニール
−ＵＶオゾン処理
−湿式化学酸化
−電気化学酸化

基板２０２はベース（土台）として使用され、電気的に絶縁されていなければならない。ここで示したデバイスはトップ・エミッション・デバイスであり、すなわち生成した光はアノード２０４の鏡のような表面で反射され、矢印が指示するようにカソード２２０を透過するので、基板は不透明であり得る。この場合、カソード２２０は光透過性でなければならない。

本発明は、トップ・エミッション・デバイスだけに限定されるものではなく、当然ながら全ての利点を有したままボトム・エミッション・デバイスにも適用することができる。その場合、アノード２０４は透過特性を有していなければならない。

ボトム・エミッション・デバイスまたはアーキテクチャが望ましいときには、アノード２０４および基板２０２は光透過性でなければならない。この場合、アノード２０４は半透明（semi-transparent）材料または金属膜を適当に含む。これらは、インジウム−スズ−酸化物、ドープされたスズ酸化物、アルミニウムをドープした酸化亜鉛などの透明な導電性酸化物を含むことができる。これらの材料は、石英ガラスまたは、例えばポリエチレンテレフタラートまたはポリ酢酸ビニルのポリマー基板などの透明な基板２０２上に適当に付着させなければならない。

有機発光構造２１０に対してはさまざまな組成物を利用することができる。

正孔輸送層および正孔注入層：以下の材料は、正孔注入層および有機正孔輸送層２１２として適している：テトラフェニルジアミノジフェニル（tetraphenyldiaminodiphenyl）（ＴＰＤ−１、ＴＰＤ−２またはＴＡＤ）、ＮＰＢ（タン（C. Tang）、SIDMeeting San Diego、1996年およびアダチ（C. Adachi）他、Applied Physics Letters、第66巻、2679ページ、1995年を参照されたい）、ＴＰＡ、ＮＩＰＣ、ＴＰＭ、ＤＥＨ（これらの略語については例えばボルゼンベルガー（P.Borsenberger）およびワイス（D. S. Weiss）、Organic Photoreceptors for Imaging Systems、MarcelDekker、1993年を参照されたい）のような芳香族アミノ基（aromatic amino group）を含む材料。これらの芳香族アミノ基をポリマー、スターバースト（starburst）（例えばＴＣＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ。クワバラ（Y.Kuwabara）他、Advanced Materials、6、677ページ、1994年およびシロタ（Y. Shirota）他、Applied PhysicsLetters、第65巻、807ページ、1994年を参照されたい）およびスピロ化合物（spiro compound）に組み込むこともできる。

他の例には、銅（ＩＩ）フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス−（４−フェニルフェニル）−１、１’−ビフェニル−４、４’−ジアミン）、ジスチリルアリーレン（distyrylarylene）誘導体（derivatives）（ＤＳＡ）、ナフタレン、ナフトスチリルアミン（naphthostyrylamine）誘導体（例えばＮＳＤ）、キナクリドン（quinacridone）（ＱＡ）、ポリ（３−メチルチオフェン）（Ｐ３ＭＴ）およびその誘導体、ペリレン（perylene）およびペリレン誘導体、ポリチオフェン（polythiophene）（ＰＴ）、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジアンヒドリド（perylenetetracarboxylicdianhydride）（ＰＴＣＤＡ）、ＰＰＶおよびいくつかのＰＰＶ誘導体、例えばＭＥＨ−ＰＰＶ、ポリ（９−ビニルカルバゾール（vinylcarbazole））（ＰＶＫ）、ディスコティック液晶材料（ＨＰＴ）などがある。

電子輸送／発光材料は、Ａｌｑ_３、Ｇａｑ_３、Ｉｎｑ_３、Ｓｃｑ_３（ｑは、８−ヒドロキシキノラート（8-hydroxyquinolate）またはその誘導体を指す）、およびＺｎｑ_２、Ｂｅｑ_２、Ｍｇｑ_２、ＺｎＭｑ_２、ＢｅＭｑ_２、ＢＡｌｑ、ＡｌＰｒｑ_３などの他の８−ヒドロキシキノリン金属錯体である。これらの材料を、有機電子輸送層２１６または有機発光層２１４として使用することができる。

電子輸送材料の他の類（class）は電子不足（electron-deficient）窒素含有系、例えばＰＢＤ（および多くの誘導体）のようなオキサジアゾール（oxadiazoles）や、ＴＡＺ（１，２，４−トリアゾール）などのトリアゾール（triazoles）である。

これらの官能基を、ポリマー、スターバーストおよびスピロ化合物に組み込むこともできる。他の類は、ピリジン（pyridine）、ピリミジン（pyrimidine）、ピラジン（pyrazine）およびピリダジン（pyridazine）官能基を含む材料である。

最後に、キノリン（quinoline）、キノキサリン（quinoxaline）、シンノリン（cinnoline）、フタラジン（phthalazine）およびキナジリン（quinaziline）官能基を含む材料は、電子輸送能力を有する点でよく知られている。

他の材料には、ジデシルセキシチオフェン（didecyl sexithiophene）（ＤＰＳ６Ｔ）、ビス−トリイソプロピルシリルセキシチオフェン（bis-triisopropylsilylsexithiophene）（２Ｄ６Ｔ）、アゾメチン−亜鉛錯体、ピラジン（pyrazine）（例えばＢＮＶＰ）、スチリルアントラセン（styrylanthracene）誘導体（例えばＢＳＡ−１、ＢＳＡ−２）、非平面（non-planar）ジスチリルアリーレン（distyrylarylene）誘導体、例えばＤＰＶＢｉ（ホソカワ（C.Hosokawa）およびクスモト（T. Kusumoto）、International Symposium on Inorganic and OrganicElectroluminescence 1994、浜松、42を参照されたい）、シアノＰＰＶ（ＰＰＶはポリ（ｐ−フェニレンビニレン（phenylenevinylene））を意味する）、シアノＰＰＶ誘導体などのシアノ置換ポリマーなどがある。

以下の材料は、発光層およびドーパントとして特によく適している：アントラセン、ピリジン誘導体（例えばＡＴＰ）、アゾメチン−亜鉛（Azomethin-zinc）錯体、ピラジン（例えばＢＮＶＰ）、スチリルアントラセン（styrylanthracene）誘導体（例えばＢＳＡ−１、ＢＳＡ−２）、コロネン（coronene）、クマリン（coumarin）、ＤＣＭ化合物（ＤＣＭ１、ＤＣＭ２）、ジスチリルアリーレン誘導体（ＤＳＡ）、アルキル置換されたジスチリルベンゼン誘導体（ＤＳＢ）、ベンゾイミダール（benzimidazole）誘導体（例えばＮＢＩ）、ナフトスチリルアミン（naphthostyrlamine）誘導体（例えばＮＳＤ）、オキサジアゾール（oxadiazole）誘導体（例えばＯＸＤ、ＯＸＤ−１、ＯＸＤ−７）、Ｎ、Ｎ、Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｍ−メチルフェニル）−１，３−ジアミノベンゼン（ＰＤＡ）、ペリレンおよびペリレン誘導体、フェニル置換シクロペンタジエン（cyclopentadiene）誘導体、１２−フタロペリノンセキシチオフェン（phthaloperinonesexithiophene）（６Ｔ）、ポリチオフェン（polythiophene）、キナクリドン（quinacridone）（ＱＡ）（ワキモト（T.Wakimoto）他、International Symposium on Inorganic and Organic Electroluminescence1994、浜松、77を参照されたい）および置換キナクリドン（ＭＱＡ）、ルブレン（rubrene）、ＤＣＪＴ（例えばタン（C. Tang）、SIDConference San Diego Proceedings、1996年、181を参照されたい）、共役（conjugated）および非共役ポリマー、例えばＰＰＶおよびＰＰＶ誘導体、ジアルコキシおよびジアルキルＰＰＶ誘導体、例えばＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ）−５−（２’−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン）、ポリ（２，４−ビス（コレスタノキシル）−１，４−フェニレンビニレン（ＢＣＨＡ−ＰＰＶ）およびセグメント化ＰＰＶ（例えばスターリング（E.Staring）、International Symposium on Inorganic and Organic Electroluminescence1994、浜松、48、およびオシノ（T. Oshino）他、Sumitomo Chemicals、1995年、monthly reportを参照されたい）。

良好な発光体、電荷輸送材料および電荷注入材料であることが知られている有機材料はこの他にも多数有り、これからもより多くのものが発見されるであろう。これらの材料を使用して発光構造を形成することもできる。

有機正孔輸送層２１２は、少なくとも１種の正孔輸送芳香族第３アミン（aromatictertiary amine）を含む。芳香族第３アミンは、炭素原子だけに結合した三価の窒素原子を少なくとも１つ含む化合物であって、これらの炭素原子のうちの少なくとも１つが芳香環の環原子である化合物であると理解される。一形態では、この芳香族第３アミンを、モノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ポリアリールアミンなどのアリールアミンとすることができる。

有機発光層２１４は、ルミネセンス（luminescent）または蛍光（fluorescent）材料、あるいはルミネセンスまたは蛍光材料の組合せ（ホストと１種または数種のドーパント）からなり、エレクトロルミネセンス（発光）は、この領域での電子−正孔対の再結合の結果として生み出される。最も単純な構造ではルミネセンス（発光）層が単一の成分からなり、この成分が、高い蛍光効率を有する純粋な材料である。よく知られている材料は、トリス（８−キノリナト）アルミニウム（tris(8-quinolinato)aluminium）（Ａｌｑ）である。

カソード電極２２０は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、ＬｉＦ／Ａｌ、Ｌｉ_２Ｏ／Ａｌなどの結合化合物（combined compound）またはこれらの合金から選択された低い仕事関数（例えば４．０ｅＶ未満、好ましくは３．５ｅＶ未満）の金属つまり電極構成を含む。好ましい金属はカルシウム、またはマグネシウム／銀、リチウム／アルミニウム、マグネシウム／アルミニウムなどの合金である。これらのカソード構成は低い仕事関数を提供し、したがって量子効率の増加をデバイスに提供する。

同じ部分または類似の部分は同じ参照符号を使用して示す。

図３に、有機エレクトロルミネセンス・デバイス２０１の第２の実施形態の略図を示す。有機エレクトロルミネセンス・デバイス２０１は基板２０２を有し、その上にアノード２０４が配置されている。アノード２０４の上には非金属層２０６が形成されている。非金属層２０６とポリマー層２０８の間にはバッファ層２０５が形成されている。適当なバッファ層材料はＴｉ、Ｎｉ、ＰｔまたはＩＴＯである。バッファ層２０５は、厚さ数オングストロームから数ナノメートルの薄い層でなければならない。このバッファ層２０５は化学反応を低減させ、アノード２０４の導電性高反射層と他の層との間の相互拡散を防ぐ。特に、酸化プロセスおよび相互拡散プロセスを回避することができる。非金属層２０６とカソード２２０の間には、先に説明したとおりの有機発光構造２１０が形成されている。

図４に、有機トランジスタ３００の第３の実施形態の略図を示す。有機トランジスタ３００は、基板３０２、金属からなるゲート層３３０、ゲート絶縁層３４０、例えばＳｉＯ、および有機構造３１０を備える。有機トランジスタ３００はさらに、周知のコネクタとして、有機構造３１０上に配置されたソース電極３２０およびドレイン電極３１１を備える。さらに、ソース電極３２０は、導電層３０４、非金属層３０６、および有機構造３１０と直接に接触するポリマー層３０８を含む。他の実施形態では、ドレイン電極３１１が、導電層３０４、非金属層３０６およびポリマー層３０８（図示せず）を含む。ドレイン電極３１１とソース電極３２０が同じ構造を有することもできる。

図５に、他の有機トランジスタ３０１の第４の実施形態の略図を示す。同じ部分または類似の部分は同じ参照符号を使用して示す。他の有機トランジスタ３０１は、基板３０２、ゲート層３３０、ゲート絶縁層３４０および有機構造３１０を備える。図４との違いは、ソース電極３２０およびドレイン電極３１１が有機構造３１０の中に埋め込まれていることである。導電層３０４、非金属層３０６およびポリマー層３０８はゲート絶縁層３４０に結合されている。

図６は、第１試作のエレクトロルミネセンス・デバイス（標識Ｉ）の電流−電圧関係、ならびに本発明に基づく第２試作のエレクトロルミネセンス・デバイス（標識II）の電流−電圧関係（太い曲線）および輝度−電圧関係（細い曲線）を示す図である。第２試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの構造は以下のとおりである：アノード構成Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３／ＣＦ_ｘ（３ｎｍ）；有機発光構造ＮＰＢ（４５ｎｍ）／Ａｌｑ_３（６５ｎｍ）；カソードＣａ（１５ｎｍ）。第２試作のエレクトロルミネセンス・デバイスは、周知の構成を有する第１試作のエレクトロルミネセンス・デバイスよりもはるかに良好な性能を示し、これは特に輝度において顕著である。

図７は、以下の構造を有する第３試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの電流−電圧特性（太い曲線）および輝度−電圧特性（細い曲線）を示す図である：アノード構成Ａｌ／Ｎｉ／ＮｉＯ_ｘ／ＣＦ_ｘ（４ｎｍ）；有機発光構造ＮＰＢ（５０ｎｍ）／Ａｌｑ_３（５０ｎｍ）；カソードＣａ（１５ｎｍ）。Ｎｉを含むバッファ層およびＮｉＯ_ｘを含む非金属層を有するこの第３試作のエレクトロルミネセンス・デバイスは、図６に比べてよりいっそう急勾配の特性を示し、このことは、第３試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの優れた性能を示している。

図８は、第２試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの効率−電圧関係を示す図である。このグラフは、第２試作のエレクトロルミネセンス・デバイスがＯＬＥＤに対して最適であることを示している。

図９は、第４試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの寿命を規格化した図である。第４試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの構造は以下のとおりである：アノード構成Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３／ＣＦ_ｘ（１０ｎｍ）；有機発光構造ＣｕＰｕ（１０ｎｍ）／ＮＰＢ（４５ｎｍ）／Ａｌｑ_３（６５ｎｍ）；カソードＣａ（３ｎｍ）／Ａｇ（１５ｎｍ）。外挿した寿命、すなわち一定電流条件下でデバイスが当初の半分の輝度を示すまでの時間は約２８年であり、このことは、このデバイスが非常に信頼性の高いエレクトロルミネセンス・デバイスであることを示している。当初の輝度は８８Ｃｄ／ｍ^２であった。

理解を深めるために以下の実施例を提示する。簡潔にするため、材料および材料から形成される層は以下のように略記する。
ＩＴＯ：インジウム−スズ−酸化物
ＮＰＢ：４，４’−ビス−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−ビ−フェニル（4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-bi-phenyl）（正孔輸送層）
Ａｌｑ：トリス（８−キノリノラト−Ｎ１，０８）−アルミニウム（tris(8-quinolinolato-N1,08)-aluminium）（電子輸送層。ここでは発光層と電子輸送層とが結合した層として機能する）。
ＭｇＡｇ：体積比１０:１のマグネシウム銀

有機発光構造は以下の方法で構築した。
１ａ）ガラス（基板）上にＴｉを蒸着。
１ｂ）Ｔｉ／ガラス上にＡｌを蒸着。
１ｃ）ＩＴＯを付着（堆積）。任意選択でＰｔまたはＴｉのバッファ層をＡｌとＩＴＯの間に形成することもできる。
２）この構造をプラズマ・エッチング／堆積装置に挿入。
ａ）クリーニングおよび酸化（ＩＴＯ用も）のために酸素プラズマ処理、
ｂ）１３．６ＭＨｚプラズマ中でのＣＨＦ_３ガスのプラズマ重合によって厚さ３ｎｍのフルオロカーボン・ポリマーを付着。
３）ＯＬＥ材料付着チャンバへ移送。
ａ）フルオロカーボン・ポリマー層上に厚さ５０〜６０ｎｍのＮＰＢ正孔輸送層を従来の熱蒸着（thermal vapor deposition）によって付着させ、
ｂ）ＮＰＢ層上に厚さ６５ｎｍのＡｌｑ電子輸送／発光層を従来の熱蒸着によって付着させ、
ｃ）その上に１０〜２０ｎｍのＣａ層を付着させ、
ｄ）Ｃａ層上に厚さ２０ｎｍのＭｇＡｇ層を、２つの源（ＭｇおよびＡｇ）からの同時蒸着によって付着させた。

開示した任意の実施形態を、図示および／または記述した１つまたは複数の他の実施形態と組み合わせることができる。これらの実施形態の１つまたは複数の特徴を組み合わせることもできる。

従来技術の有機エレクトロルミネセンス・デバイスの略図である。有機エレクトロルミネセンス・デバイスの第１の実施形態の略図である。有機エレクトロルミネセンス・デバイスの第２の実施形態の略図である。有機トランジスタの第３の実施形態の略図である。有機トランジスタの第４の実施形態の略図である。第１試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの電流−電圧関係、ならびに第２試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの電流−電圧関係および輝度−電圧関係を示す図である。第３試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの電流−電圧関係および輝度−電圧関係を示す図である。第２試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの効率−電圧関係を示す図である。第４試作のエレクトロルミネセンス・デバイスの寿命を規格化した図である。

Claims

導電層（２０４、３０４）を実質的に有する第１の電極と、
前記導電層（２０４、３０４）上に形成された非金属層（２０６、３０６）と、
前記非金属層（２０６、３０６）上に形成されたフルオロカーボン層（２０８、３０８）と、
前記フルオロカーボン層（２０８、３０８）上に形成された構造（２１０、３１０）と、
前記構造（２１０、３１０）上に形成された第２の電極（２２０、３１１、３３０）と
を備えた電子デバイス。
前記導電層（２０４）と前記非金属層（２０６）の間にバッファ層（２０５）をさらに備えた、請求項１に記載のデバイス。
前記非金属層（２０６、３０６）が酸化物を含む、請求項１または２に記載のデバイス。
前記酸化物が、以下の族のうちの１つから選択された材料に基づく、請求項３に記載のデバイス：３ｄ遷移金属族、ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族、希土類金属族、またはこれらの組合せ。
前記非金属層（２０６、３０６）の前記酸化物が、前記導電層（２０４、３０４）によって形成される可能性のある酸化物とは異なる、請求項３に記載のデバイス。
前記非金属層（２０６、３０６）の厚さが、単分子層から２０ｎｍまでの範囲にある、請求項１ないし５のいずれかに記載のデバイス。
前記導電層（２０４、３０４）が光反射材料を含む、請求項１ないし６のいずれかに記載のデバイス。
前記導電層（２０４、３０４）が鏡のような表面を形成する、請求項１ないし７のいずれかに記載のデバイス。
前記導電層（２０４、３０４）がアルミニウム（Ａｌ）を含む、請求項１ないし８のいずれかに記載のデバイス。
前記導電層（２０４）または前記構造（２１０）と接触した基板（２０２）をさらに含む、請求項１ないし９のいずれかに記載のデバイス。
エレクトロルミネセンス・デバイス（ＯＬＥＤ）、トランジスタまたはセンサの一部である、請求項１ないし１０のいずれかに記載のデバイス。
請求項１ないし１１のいずれかに記載の電子デバイスを形成する方法であって、
第１の電極の働きをする導電層（２０４、３０４）を準備するステップと、
前記導電層（２０４、３０４）上に非金属層（２０６）を形成するステップと、
前記非金属層（２０６、３０６）上にフルオロカーボン層（２０８、３０８）を付着させるステップと、
前記フルオロカーボン層（２０８、３０８）上に複数の層を、構造（２１０、３１０）として形成するステップと、
前記構造（２１０、３１０）上に第２の電極（２２０、３１１、３３０）を形成するステップと
を含む方法。