JP2008270812A - 有機オプトエレクトロニクス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁放射を放出するのに適した有機オプトエレクトロニクス素子と、その製造方法とを提供すること。
【解決手段】基板と、基板上の第１の電極と、第１の電極上に設けられ動作中に電磁放射を放射するのに適した少なくとも１つの第１の有機層列と、前記少なくとも１つの有機層列上の導電性の無機保護層と、前記無機保護層上の第２の電極とを有し、前記第１の電極（２）および第２の電極（５）のうち少なくとも１つは、透明酸化物層（２１）および透明金属層（２２）を含む層列（２１，２２，２３）を有する、有機オプトエレクトロニクス素子およびその製造方法。
【選択図】図４Ｄ

Description

本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００７０１８３０１．３号および１０２００７０２４１５２．８号の優先権を主張するものであり、その開示内容は引用により本願に含まれるものとする。ここでは、独立請求項に記載された有機オプトエレクトロニクス素子および有機オプトエレクトロニクス素子の製造方法が記載されている。

特定の実施形態の少なくとも１つの課題は、電磁放射を放出するのに適した有機オプトエレクトロニクス素子を提供することである。これによってたとえば、照明または情報表示が可能になる。さらに、このような有機オプトエレクトロニク素子の製造方法を提供するという特定の実施形態の課題もある。

これらの課題は、独立請求項の特徴部分に記載されている特徴を有する対象および方法によって解決される。従属請求項に本対象および本方法の有利な実施形態および発展形態が規定されており、また以下の説明および図面にも記載されている。

１つの実施形態による有機オプトエレクトロニクス素子は、以下のものを有する：
・基板
・基板上の第１の電極
・第１の電極上に設けられ、動作中に電磁放射を放射するのに適した少なくとも１つの第１の有機層列
・前記少なくとも１つの有機層列上の導電性の無機保護層
・前記無機保護層上の第２の電極
ここでは、
・前記第１の電極（２）および第２の電極（５）のうち少なくとも１つは、透明酸化物層（２１）および透明金属層（２２）を含む層列（２１，２２，２３）を有する。

ここでは、層または要素が別の層または別の要素の「上」または「上方」にあるということは、この箇所および以降では次のことを意味する。すなわち、一方の層または要素が直に、直接的に機械的および／または電気的に接触して、他方の層または他方の要素の表面上に配置されることを意味する。さらに、これは次のことも意味する。すなわち、一方の層または要素が間接的に、他方の層または他方の要素の表面上にないし上方に配置されることも意味している。この場合には、別の層および／または要素が一方の層と他方の層との間に配置される。

第１の有機層列は導電性の無機保護層によって、動作中にもとりわけ素子の製造時にも、妨害および／または損傷から保護される。このような妨害および損傷は、たとえば有機オプトエレクトロニクス素子の製造時に発生する。第１の有機層列の妨害または損傷はたとえば、有機オプトエレクトロニクス素子の寿命を短くし、かつ／または、動作中に生成される電磁放射の放射強度を小さくすることになる。とりわけ、このような保護層によってたとえば、無機保護層がないと第１の有機層列を妨害または損傷さえしてしまう手法で第２の電極を被着することができる。たとえば、陰極スパッタリング（"sputtering"）のための手法によって、第２の電極または第２の電極の少なくとも一部を第１の有機層列上に被着することが望ましいかまたは必要であることがある。このような高エネルギーの工程は、保護層がないと、ガスイオンおよび／またはスパッタリング蒸着すべき材料ないしは材料粒子による有機層列との可能性のある衝撃によって、有機層列の劣化を引き起こし、ひいては、有機オプトエレクトロニクス素子の性能および信頼性を低下してしまう。陰極スパッタリングのための手法はたとえば、透明酸化物を有機層列上に被着して堆積させるのに適している。さらに、金属または金属化合物をスパッタリングによって被着することもできる。

たとえば第２の電極は、次のような層列を含む。すなわち、透明酸化物層として透明酸化物を含む層と、透明金属層として透明に形成された金属を含む層とを有する。たとえば前記金属層は、金属が透明になるように小さい厚さを有する。これによって、第２の電極を透明にすることができる。とりわけ「透明」電極は、この箇所および以降では、次のことを意味する。すなわち、有機層列によって動作中に生成される電磁放射の少なくとも一部を、電極を通して有機層列から、ひいては有機オプトエレクトロニクス素子から放射することが可能であることを意味する。したがって有機オプトエレクトロニクス素子は、電磁放射を第２の電極を通って放射するのに適している（「トップエミッタ」）。

択一的または付加的に、第１の電極も透明とすることができる。ここでは択一的または付加的に、第１の電極は、透明酸化物層および透明金属層を含む透明層列を有することができる。さらに、基板も透明とすることができる。このようにして有機オプトエレクトロニクス素子は、電磁放射を第１の電極および基板を通って放射するのに適するようになる（「ボトムエミッタ」）。基板はとりわけ透明な材料を含むことができる。基板は、ガラス、水晶、プラスチック、プラスチック箔、金属、金属箔、シリコンウエハ、または任意の別の適切な基板材料を含み得る。とりわけ基板は、上記で挙げられた材料の積層体または混合体を有することができる。

さらに「透明」とは、第１の電極および／または第２の電極および／または基板が、周辺から有機オプトエレクトロニクス素子に入射された電磁放射を少なくとも部分的に透過することも意味することができる。たとえば、第１の電極および第２の電極ならびに基板が透明である場合、有機オプトエレクトロニクス素子は「トップエミッタ」としても「ボトムエミッタ」としても構成され、有機オプトエレクトロニクス素子は透明となり、したがって少なくとも部分的に透視性となり、第１の有機層列から両側で第１の電極と第２の電極とを通って電磁放射を放射するのに適するようになる。

さらに、オプトエレクトロニクス素子は第２の電極上に封止部を有する。これによってたとえば、電極と第１の有機層列とに対し、湿度および／またはたとえば酸素等の酸化物質からの保護が実現される。この場合前記封止部は１つ又はそれ以上の層を含み得る。封止部のこれらの層は、例えば平坦化層、バリヤ層、水及び／又は酸素を吸収する層、結合層、またはそれらの組合わせであってもよい。封止部はたとえば、第２の電極の表面上ないしは上方にキャップの形態のカバーを有し、かつ／または、層または層列を有することができる。前記カバーは、とりわけ自由支持形のキャップである。適切な材料はたとえば、ガラス、プラスチック、金属、金属酸化物、たとえばＳｉＯ_ｘまたはＳｉＮ_ｘ等である非金属酸化物または非金属窒化物、セラミックまたはこれらの組み合わせを含むか、または、ガラス、プラスチック、金属、金属酸化物、たとえばＳｉＯ_ｘまたはＳｉＮ_ｘ等である非金属酸化物または非金属窒化物、セラミックまたはこれらの組み合わせである。さらに、カバーを積層体として構成することもできる。とりわけ、封止部を透明とし、有機オプトエレクトロニクス素子がこの封止部と一緒でも透明になるように形成することができる。付加的に第２の電極上に、たとえば封止部の面のうちで電極および有機層列に対向する面にゲッタ材料を設けることもできる。ゲッタ材料として有利には、酸化可能な材料が使用される。この酸化可能な材料は、酸素および湿気と反応してこれらの汚染物質を結合することができる。容易に酸化する酸化材料として、とりわけアルカリ金属およびアルカリ土類金属の群からの金属が使用される。たとえばゲッタ材料は、マグネシウムおよび／またはカルシウムおよび／またはバリウムおよび／またはセシウムを含む。さらに、たとえばアルミニウムおよび／またはジルコニウムおよび／またはタンタルおよび／またはチタン等である別の金属、または酸化可能な非金属材料も適している。さらにゲッタ材料は、ゼオライト群に属する材料および／またはシリカゲルを含むこともできる。

透明金属層と透明酸化物層とを組み合わせることにより、良好な電気的特性かつ良好な光学的特性を有する第１の電極および／または第２の電極を実現することができる。「良好な電気的特性」とはここでは、電極が、金属に典型的な小さい電気抵抗を有し、ひいては良好な横方向伝導度も有すること、すなわち、電極の延在方向に沿って、金属に典型的な高い電気伝導度も有することを意味する。とりわけ、透明金属層と透明酸化物層とを組み合わせることにより、たとえば透明導電性酸化物から成る層のみを有するより低い電気抵抗が実現され、ひいてはより高い横方向伝導度が実現される。「良好な光学的特性」はとりわけ、電極が高い透明度と、さらには低い反射度とを有すること、とりわけ、透明金属のみを含む層より低い反射度を有することを意味する。このことはとりわけ、透明酸化物層が反射防止部として作用することにより実現される。こうするためには、高屈折率を有する材料が適しており、たとえば誘電体酸化物、たとえば酸化シリコンまたは酸化タンタル等が適しており、とりわけ透明導電性酸化物、またはこれらの混合物が適している。高屈折率とはここでは、たとえば１．９以上の屈折率である。たとえばＴＣＯは、約１．９〜２．１の領域にある屈折率を有する。択一的または付加的に、第１の電極および／または第２の電極は、高屈折率を有する別の材料から成り反射防止に適した１つまたは複数の層を有することもでき、たとえばテルル化物または硫化物の領域からの材料から成る層、たとえば約２．５の屈折率を有するＺｎＳｅから成る層を有することもできる。さらに、上記の材料を組み合わせるかまたは混合して、第１の電極および／または第２の電極中に入れることもできる。

透明導電性酸化物（transparent conductive oxides、略して「TCO」）は透明かつ導電性の材料であり、通常は、例えば酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化インジウム、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）およびインジウム亜鉛酸化物等である金属酸化物である。たとえばＺｎＯ、ＳｎＯ_２またはＩｎ_２Ｏ_３等である第２級金属酸素化合物の他に、第３級金属酸素化合物もＴＣＯの群に属し、たとえばＺｎ_２ＳｎＯ_４、ＣｄＳｎＯ_３、ＺｎＳｎＯ_３、ＭｇＩｎ_２Ｏ_４、ＧａＩｎＯ_３、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５またはＩｎ_４Ｓｎ_３Ｏ_１２、または異なる透明導電性酸化物の混合物も属する。さらに、ＴＣＯは必ずしも化学量論的な組成に相応しなくてはならないわけではなく、ｐ型ドーピングまたはｎ型ドーピングすることもできる。

第１の電極および第２の電極のうち少なくとも１つはさらに、第１の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む第１の層と透明金属を含む第２の層と第２のＴＣＯを含む第３の層とを有する層列を含むことができる。それぞれＴＣＯを含む２つの層と、その間に、透明金属層として形成された層とを有する層列により、次のような電極が実現される。すなわち、透明金属層によって高い横方向伝導度を有し、ＴＣＯを含む高屈折性の層によって低減された反射特性を有する電極が実現される。両面において透明すなわち完全透視性である有機オプトエレクトロニクス素子では、両電極ともにそれぞれこのような層列を含むこともできる。とりわけこのようにして、２つの透明電極によって光マイクロ共振器が形成されることは全くなくなるか、または少なくとも、形成されるマイクロ共振器が低品質を有することが実現される。

第１のＴＣＯおよび／または第２のＴＣＯは、ＴＣＯ用の上記材料のうち１つまたは複数を有することができる。とりわけ第１のＴＣＯおよび／または第２のＴＣＯは、ＩＴＯおよび／またはインジウム亜鉛酸化物および／またはアルミニウム亜鉛酸化物および／または酸化亜鉛を含むか、または、ＩＴＯおよび／またはインジウム亜鉛酸化物および／またはアルミニウム亜鉛酸化物および／または酸化亜鉛から成る。さらに、第１のＴＣＯおよび／または第２のＴＣＯに、アルミニウムおよび／またはバナジウムおよび／またはガリウムをドープするか、またはこれらの組み合わせまたは混合物をドープすることもできる。

ＴＣＯを含む層はとりわけ、５ｎｍ以上かつ１５０ｎｍ以下である。

透明金属は、アルミニウム、クロム、モリブデン、ニッケル、銀、白金、バリウム、インジウム、金、マグネシウム、カルシウムまたはリチウムと、化合物、組み合わせおよび合金とを含むか、または、上記材料のうちいずれか１つから成るか、または上記材料の組み合わせまたは合金から成ることができる。ここでは透明金属を有する層は、１ｎｍ以上かつ５０ｎｍ以下の厚さを有することができ、とりわけ、２０ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の厚さを有することができる。

とりわけ、第１の電極及び／又は第２の電極をフラットに形成するか、または択一的に、第１の電極部分領域ないしは第２の電極部分領域において構造化して形成してもよい。例えば第１の電極は相互に平行に隣接するように配設された第１の電極ストライプの形態で設け、第２の電極はそれに対して垂直に延在する平行に隣接するように配置された第２の電極ストライプの形態で設けてもよい。第１の電極ストライプ及び第２の電極ストライプのオーバーラップは、別個に駆動制御可能な発光領域として形成することができる。さらに、第１の電極または第２の電極のみの構造化も可能である。

たとえば電子的装置を、たとえば構造化された照明装置またはディスプレイ等として、アクティブマトリクス構成またはパッシブマトリクス構成で文字数字情報および／またはグラフィック情報を表示するために構成することができる。

無機導電性保護層は遷移元素酸化物を含むことができ、この遷移元素酸化物はたとえば、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化ニッケル、またはこれらの組み合わせまたは混合物を含むか、または、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウム、酸化ニッケル、またはこれらの組み合わせまたは混合物から成ることができる。さらに無機保護層は、たとえばマグネシウムまたは銀等である金属も含むことができる。無機保護層に対して付加的に、たとえばメタロフタロシアン等である有機材料も被着することができる。無機保護層はさらに、上記材料のうち１つまたは複数を含む１つの層を有するか、または上記材料のうち１つまたは複数を含む複数の層から成る層列を有することができ、無機保護層を択一的または付加的に均質に形成するか、または無機保護層は、上記の材料の異なる混合比および／または組成を有する複数の領域を有することができる。さらに保護層は、第１の有機層列の隣接する有機層と完全または部分的に混合および／または組み合わせることもできる。

保護層の上方または表面上および／または第１の電極または第２の電極の上方または表面上にはさらに、第１の有機層列の均質な通電をサポートするのに適した金属を設けることもできる。たとえばこのような金属を、未構造化の均質な層中または構造化された層中に、たとえばスパッタリングによって設けることができる。たとえば、前記金属を網状に構造化することができる。択一的または付加的に、炭素ナノチューブ（「carbon nanotube」、ＣＮＴ）または金属ナノ粒子を含む材料も被着することができる。「ナノ粒子」とは、ここではとりわけ、材料が次のような粒子を含むことを意味する。すなわち、１ｎｍ以上かつ数百ｎｍ以下のサイズ、すなわちたとえば１ｎｍ以上かつ数百ｎｍ以下の平均粒度および／または直径を有する粒子、とりわけ、１０ｎｍ以上かつ１００ｎｍ以下の平均粒度および／または直径を有する粒子を含むことを意味する。ＣＮＴおよび／または金属ナノ粒子は、高導電性のネットワークを形成することができ、たとえばＣＮＴベースまたは自己組織性の金属ナノ複合体またはこれから成るエマルジョンの形態で設けることができ、１〜１０Ω／ｓｑ以下の比抵抗と７０％を上回る透明度とを有することができる。このような材料から成る層は、たとえばプリント法または噴霧法によって被着することができる。さらに有機オプトエレクトロニクス素子は、有機半導体層列として形成された第１の有機層列を有することができる。とりわけ有機半導体層列は、活性領域を有するように構成される。この有機オプトエレクトロニクス素子は、とりわけ有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）として構成される。第１の有機層列は、有機材料から成る１つまたは複数の層を有する機能領域を有することができる。前記機能層は、たとえば電荷担体輸送層および／または発光層を有することができる。すなわち、たとえば電子輸送層、エレクトロルミネセンス層、正孔注入層および／または正孔輸送層を有することができる。機能層では、第１の電極および第２の電極に電子注入および正孔注入と再結合とによって電圧印加または電流印加が行われると、１つの波長または波長の領域を有する電磁放射が生成される。その際には観察者側に、単色、複数色及び／又は混合色の発光印象を与え得る。

さらに、伝導度を上昇するために電子輸送層、正孔注入層および／または正孔輸送層にｐドーピングおよび／またはｎドーピングを行うこともできる。たとえば電子輸送層には、たとえばリチウムおよび／またはセシウム等であるアルカリ原子の添加によってドーピングすることができる。

第１の有機層列はとりわけ、少なくとも１つのｐドーピングされた有機層とｎドーピングされた有機層とを有し、これらの有機層間に少なくとも１つのエレクトロルミネセンス層が配置される。第１の電極はアノードとして形成し、第２の電極はカソードとして形成することができる。択一的に、電極の極性を交換することもできる。

第１の有機層列はエレクトロルミネセンス層として、たとえば白色発光性の層列を有することができ、この層列はたとえば、黄色〜橙色発光層と青色〜淡青色発光層とを有することができる。択一的または付加的に白色発光層列は、緑色発光性、青色発光性および赤色発光性の飽和層および／または非飽和層を有することもできる。択一的または付加的に、エレクトロルミネセンス層として形成された層は、１つまたは複数の異なる波長を有する電磁放射、たとえば黄色スペクトル領域と青色スペクトル領域とにある波長を有する電磁放射、または緑色スペクトル領域と青色スペクトル領域と赤色スペクトル領域とにある波長を有する電磁放射を放出するための１つまたは複数のエミッタ材料を有することができる。

前記機能層は例えば有機ポリマー、有機オリゴマー、有機モノマー、有機系の非ポリマー小分子（"small molecules"）またはそれらの組合わせを有していてもよい。さらに機能層は、有機的および／または無機的な発光物質および／または波長変換物質を含むことができる。

有機オプトエレクトロニクス素子はさらに、動作中に電磁放射を放射するのに適した第２の有機層列も含むことができる。第２の有機層列は、第１の電極と保護層との間に配置される。とりわけ、第２の有機層列は第１の有機層列と直接コンタクトして配置し、第１の有機層列と第２の有機層列とが第１の電極と保護層との間ないしは第１の電極と第２の電極との間に直列接続されるように構成することができる。第２の有機層列は、第１の有機層列に関して挙げられた特徴のうち１つまたは複数を有することができる。第２の有機層列は第１の有機層列と同様に、動作中に、単色、混合色、とりわけ白色の発光印象を観察者側に与えるのに適したものとすることができる。

第１の有機層列と第２の有機層列とを直列接続して、第１の有機層列のｎドーピングされた有機層が第２の有機層列のｐドーピングされた層に隣接するかまたはその逆になるようにすることができる。隣接するｎドーピング層とｐドーピング層とをこのような組み合わせは、いわゆる「電荷生成層」（Charge generation layer、ＣＧＬ）とも称される。１つまたは複数の「電荷生成層」を両電極のうち１つまたは双方に直接隣接して形成することにより、有機層列の有機層の順序を交換する必要なく、電極の極性を自由に設定することができる。

さらに、有機オプトエレクトロニクス素子は別の有機層列を有することもできる。これに関しては、第１の有機層列および第２の有機層列に関して記載された事項を適用することができる。有機オプトエレクトロニクス素子はたとえば、最大６つまでの有機層列を有することができ、これらの有機層列は、上記で記載されたように配置され、相互に直列接続される。有機層列を垂直スタックの形態でこのように配置することにより、光生成時の電流効率のほぼ線形の拡大が実現される。このようにして、有機オプトエレクトロニクス素子が大面積で形成される場合でも、高い発光効率かつ低い所要電流を実現することができる。したがって上記のような有機オプトエレクトロニクス素子は、数ｃｍ^２または数ｄｍ^２の発光面積を有する大面積の白色照明装置として形成されるのに特に適している。

有機オプトエレクトロニクス素子の製造方法は、とりわけ以下のステップを有する：
Ａ）基板を設けるステップ。
Ｂ）第１の電極を基板上に被着するステップ。
Ｃ）少なくとも１つの第１の有機層列を第１の電極上に被着するステップ。
Ｄ）導電性の無機保護層を前記有機層列上に被着するステップ。
Ｅ）第２の電極を保護層上に被着するステップ。
ここでは、ステップＢおよび／またはステップＥは以下の部分ステップを含む：
ＢＥ１）透明金属層を被着するステップ。
ＢＥ２）透明酸化物を含む第１の層を陰極スパッタリング法によって被着するステップ。

第１の有機層列は、上記のように形成することができる。その際にはステップＣ）において、機能層すなわち電子輸送層および／または正孔輸送層および／またはエレクトロルミネセンス層を、たとえば熱蒸着法または抵抗蒸着法またはプリント法または噴霧法によって被着することができる。

さらに、ステップＢおよび／またはステップＥは以下の部分ステップを有することができる：
ＢＥ３）透明酸化物を含む第２の層を被着するステップ。
ここでは金属層は、それぞれ透明酸化物を含む層間に設けることができる。とりわけ部分ステップＢＥ１）およびＢＥ３）において、それぞれ透明導電性酸化物を含む層を被着することができる。

上記で説明したように、ステップＤ）において遷移元素酸化物を保護層として、とりわけ酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化レニウムおよび／または酸化ニッケルを被着することができる。

ステップＣ）においてさらに、部分ステップＣ１）で第１の有機層列を被着し、部分ステップＣ２）で第２の有機層列を被着することもできる。さらにステップＣ）は、上記のようにさらに別の有機層列を被着する別の部分ステップを有することもできる。とりわけ、少なくとも１つのステップＣ）および／またはＣ１および／またはＣ２）は、以下の部分ステップを有することができる：
Ｃａ）第１の電荷担体輸送層を被着するステップ。
Ｃｂ）前記第１の電荷担体輸送層上に第１の有機エレクトロルミネセンス層を被着するステップ。
Ｃｃ）前記第１の有機エレクトロルミネセンス層上に第２の電荷担体輸送層を被着するステップ。

ここでは、第１の電荷担体輸送層は正孔輸送層とし、第２の電荷担体輸送層は電子輸送層とするか、またはその逆にすることができる。さらに、電荷担体輸送層にｐドーピングまたはｎドーピングすることができる。

別のステップＦ）で、上記のように別のステップで、炭素ナノチューブおよび／または金属ナノ粒子を第２の電極に被着することができる。たとえばこうするために、次のようなスクリーン印刷法を適用することができる。すなわち、ＣＮＴおよび／または金属ナノ粒子から成る拡散部を位置選択的に、３０ｎｍ以上または２００ｎｍ以下の厚さを有する層で被着し、この層を約５０℃で約１分の時間で乾燥するスクリーン印刷法を適用することができる。

本発明のさらなる特徴および利点を、図１〜図４Ｄに示した実施形態に則して以下で説明する。

実施例および図面において、同一の構成素子または同機能の構成素子にはそれぞれ同じ参照符号を付してある。ここに図示された要素および該要素相互間のサイズ比は、基本的に拡大比率どおりであると見なすべきではない。むしろ、たとえば層、構成部分、素子および領域等の個々の要素は、より良好に見やすくし、かつ／または理解しやすくするため、過度に厚く、ないしは過度に大きい寸法で図示されていることがある。

図１に、有機オプトエレクトロニクス素子１００の実施例が示されている。ここでは、基板１上にＩＴＯから成る第１の電極２が設けられており、これはアノードとして形成されている。基板１はガラスを有し、透明である。第１の電極２上に第１の有機層列３１が設けられており、これは機能層３１１，３１２，３１３を有する。層３１１はここでは正孔輸送層として形成されており、層３１３は電子輸送層として形成されている。層３１２はエレクトロルミネセンス層として形成されており、これは、動作中に白色電磁放射を放射する層とすることができる。図中の実施例では層３１２のみが示されているが、エレクトロルミネセンス層を択一的に、一般的に記載されるように、複数のエレクトロルミネセンス層を有する層列として構成することもできる。

有機層列３１上に無機導電性保護層４が設けられている。この無機導電性保護層４は、たとえばＷＯ_３，Ｖ_２Ｏ_５，ＭｏＯ_３，Ｒｅ_２Ｏ_７またはＮｉＯ等である遷移元素酸化物を含む。保護層４上に第２の電極５が設けられている。これは、第１の層５１および第２の層５２を有する。第１の層５１は、約２０〜約４０ｎｍの間の層厚さを有する透明金属から成り、これは保護層４上にスパッタリング蒸着されている。層５１上に、約５ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚さの層厚さを有する透明酸化物から成る層５２が設けられている。透明酸化物は、図中の実施例ではＴＣＯであり、たとえばＩＴＯ、酸化亜鉛、アルミニウム亜鉛酸化物またはインジウム‐亜鉛酸化物である。択一的に、層５１および５２の配置を交換して被着することもできる。第２の電極５は、ここではカソードとして形成されている。層５１と層５２とのこのような組み合わせにより、すなわち金属層と透明酸化物から成る層とのこのような組み合わせにより、第２の電極５の反射特性を透明金属電極より低減することができ、有機層列３１で生成された電磁放射を、第２の電極５を通って効率的に放射することができる。

第１の電極２はＴＣＯから成り、基板１も透明に形成されているので、有機オプトエレクトロニクス素子１００は両面で、すなわち第２の電極５と第１の電極２と基板１とを通って電磁放射を放射することができる。さらに、有機オプトエレクトロニクス素子１００はこのようにして、透明かつ透視性となる。

図２に有機オプトエレクトロニクス素子２００の別の実施例が示されている。これは上記実施例の有機オプトエレクトロニクス素子１００と比較して、２つの層２１および２２を含む第１の電極２も有する。層２１はここでは透明金属から形成されており、層２２はＴＣＯから形成されており、たとえばＩＴＯから形成されている。択一的に、層２１および２２の配置を交換して被着することもできる。上記の実施例の第２の電極５に関してすでに説明したように、こうすることによって第１の電極２の反射特性を効率的に低減することができる。このことにより、第１の有機層列３１で生成された電磁放射の一部が電極２および５で有機層列へ後方反射されることによって電極２および５の間に光マイクロキャビティが形成されるのを阻止することができる。

さらに有機オプトエレクトロニクス素子２００は、自由支持形のキャップの形態の封止部６を有する。これは、電極２および５と第１の有機層列３１とを湿度および酸素から保護することができ、このことによって、有機オプトエレクトロニクス素子２００の寿命を格段に上昇することができる。封止部６はここでは透明に形成されており、たとえばガラスから形成されることにより、有機オプトエレクトロニクス素子２００はさらに両面放出するように形成される。

図３に、有機オプトエレクトロニクス素子３００の別の実施例が示されている。ここでは第２の電極５上に、炭素ナノチューブを有する別の層７が設けられている。これによって第２の電極５の横方向伝導度が上昇され、第１の有機層列３１への電流の印加がより均質になる。

さらに、有機オプトエレクトロニクス素子３００も、有機オプトエレクトロニクス素子２００と同様に封止部を有することができる。

図４Ａ〜４Ｄに、有機オプトエレクトロニクス素子４００の製造方法が示されている。

ここでは、第１のステップで基板１を設け、たとえばガラス基板を設ける（図４Ａ）。択一的または付加的に、基板１はたとえば金属箔またはプラスチック箔を有することもできる。基板１上に、スパッタリングによって第１の電極２を堆積する。これは透明に形成される。第１の電極２はここでは、第１のＴＣＯから成る第１の層２１と、透明金属から成る第２の層２２と、第２のＴＣＯから成る第３の層２３とを有する。スパッタリングに対して択一的に、少なくとも１つの層２１，２２または２３を蒸着によって被着することもできる。

第１のＴＣＯおよび第２のＴＣＯは、たとえばＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物または酸化亜鉛を有し、これにＡｌまたはＶまたはＧａをドープすることができる。第１のＴＣＯおよび第２のＴＣＯを同じに形成するかまたは異なって形成することができる。層２１および２３はここでは、約５ｎｍ〜約１５０ｎｍの間の厚さを有する。層２２は、約１〜約５０ｎｍの厚さを有する透明金属を有し、ここでは金属は、Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，ＡｇまたはＰｔであるか、またはこれらから成る混合物または合金である。これら２つのＴＣＯ層２１および２３と埋め込まれた透明金属層２２とのこのような組み合わせにより、次のような第１の電極２、すなわち、高い電気伝導度を有し、とりわけ第１の電極２の延在方向に沿って高い横方向伝導度を有し、かつ低い反射係数を有する第１の電極２を実現することができる。このようにして、第１の電極２は高透明性に形成される。第１の電極２が基板１上に堆積されることにより、該第１の電極２の被着前に保護層を被着するステップを省略することができる。

図４Ｂに示されているように、後続のステップにおいて、第１の電極２上に有機層列３１，３２および３３を熱蒸着または抵抗蒸着によって被着する。ここでは、有機層列３１，３２および３３はそれぞれ有機機能層３１１，３１２，３１３，３２１，３２２，３２３，３３１，３３２，３３３を有し、これらは一般的に詳細に記載されているように、正孔輸送層３１１，３２１，３３１と、電子輸送層３１３，３２３，３３３と、それぞれこれらの間にエレクトロルミネセンス層３１２，３２２，３３２として形成されている。電気伝導度を上昇するためには、正孔輸送層３１１，３２１，３３１および電子輸送層３１３，３２３，３３３にそれぞれドーピングすることにより、低い動作電圧を保証することができる。ここでは、それぞれ隣接する正孔輸送層および電子輸送層はいわゆる「電荷生成層」を構成する。図中の実施例では、エレクトロルミネセンス層３１２，３２２，３３２はそれぞれ同じに形成されており、動作中にそれぞれ白色電磁放射を放出する。択一的に、たとえばエレクトロルミネセンス層３１２は赤色電磁放射を放射し、エレクトロルミネセンス層３１２は緑色電磁放射を放射し、エレクトロルミネセンス層３１２は青色電磁放射を放射することにより、動作中にこれらの異なる電磁放射の混合によっても、観察者側に白色発光印象が与えられるようにすることができる。付加的に、別の同様の有機層列または別の異なる有機層列を有機層列３１，３２，３３上に被着することもできる。

図４Ｃに示されているように、後続のステップにおいて熱蒸着により、遷移元素酸化物から成る無機導電性保護層４を有機層列３１，３２，３３上に堆積する。この保護層４はここでは、一般的に実施されているような遷移元素酸化物を含む。択一的に、保護層４が有機層と均質に混合されるかまたは不均質に混合されるように、たとえば構造化されて混合されるように、保護層４を被着することもできる。

後続のステップにおいて保護層４に第２の電極５を被着する。この第２の電極５は、第１のＴＣＯから成る第１の層５１と、透明金属から成る第２の層５２と、第２のＴＣＯから成る第３の層５３とを含む。第２の電極５の層５１，５２，５３はここでは、第１の電極２の層２１，２２，２３と同様に形成するか、または一般的に記載されているように形成することができる。保護層４が有機層列３１，３２，３３上に設けられることにより、層５１，５２，５３をスパッタリングによって、損傷または妨害することなく有機層列３１，３２，３３上に設けることができる。

さらに有機オプトエレクトロニクス素子４００上に、炭素ナノチューブまたは金属ナノ粒子を含む層と、透明な封止部とを被着することもできる（図示されていない）。

このようにして得られた有機オプトエレクトロニクス素子４００は、多層電極２，５を保護層４および有機層列３１，３２，３３のスタックとともに使用することと、高い透明度と高い発光出力と長寿命とを特徴とし、とりわけ大面積表示装置または照明装置として構成することもできる。

本発明は、実施例の説明によって該実施例に限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のあらゆる組み合わせが含まれる。このことはこのような特徴またはこのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていない場合であっても当てはまる。

幾つかの実施例による有機オプトエレクトロニクス素子の断面を概略的に示す。 幾つかの実施例による有機オプトエレクトロニクス素子の断面を概略的に示す。 幾つかの実施例による有機オプトエレクトロニクス素子の断面を概略的に示す。 別の実施例による有機オプトエレクトロニクス素子の製造方法を概略的に示す。 別の実施例による有機オプトエレクトロニクス素子の製造方法を概略的に示す。 別の実施例による有機オプトエレクトロニクス素子の製造方法を概略的に示す。 別の実施例による有機オプトエレクトロニクス素子の製造方法を概略的に示す。

符号の説明

１ 基板
２ 第１の電極
３１ 第１の有機層列
３１１，３２１，３３１ 有機機能層（正孔輸送層）
３１２，３２２，３３２ 有機機能層（エレクトロルミネセンス層）
３１３，３２３，３３３ 有機機能層（電子輸送層）
４ 無機導電性保護層
５ 第２の電極
６ 封止部

Claims (22)

1. 有機オプトエレクトロニクス素子において、
   ・基板（１）と、
   ・該基板（１）上の第１の電極（２）と、
   ・該第１の電極（２）上に設けられ、動作中に電磁放射を放射するのに適した少なくとも１つの第１の有機層列（３１）と、
   ・該少なくとも１つの第１の有機層列（３１）上の導電性の無機保護層（４）と、
   ・該無機保護層（４）上の第２の電極（５）
   とを有し、
   ・該第１の電極（２）および第２の電極（５）のうち少なくとも１つは、透明酸化物層（２１）および透明金属層（２２）を含む層列（２１，２２，２３）を有することを特徴とする、有機オプトエレクトロニクス素子。
2. ・前記第１の電極（２）および第２の電極（５）は、前記電磁放射に対して透明である、請求項１記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
3. ・前記第２の電極（５）の上方に封止部（６）を有し、
   ・前記基板（１）および封止部（６）は透明である、請求項１または２記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
4. ・前記第１の電極（２）および第２の電極（５）はそれぞれ、透明酸化物層（２１，５１）および透明金属層（２２，５２）を含む層列を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
5. ・前記第１の電極（２）および第２の電極（５）のうち少なくとも１つはさらに、第１の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む第１の層（２１）と透明金属を含む第２の層（２２）と第２のＴＣＯを含む第３の層（２３）とを有する層列（２１，２２，２３）を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
6. 前記透明金属を含む層（２２，５２）は、１ｎｍ以上かつ５０ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
7. 前記第１のＴＣＯおよび／または第２のＴＣＯは、
   インジウム錫酸化物と、インジウム亜鉛酸化物と、アルミニウム亜鉛酸化物と、酸化亜鉛
   とから成る群に属する少なくとも１つの材料を有する、請求項５記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
8. 前記第１のＴＣＯおよび／または第２のＴＣＯに、Ａｌ，ＶまたはＧａがドープされているか、またはこれらの組み合わせがドープされている、請求項１から７までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
9. 前記無機保護層（４）は遷移元素酸化物を含む、請求項１から８までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
10. 前記無機保護層（４）は、
    酸化タングステンと、酸化バナジウムと、酸化モリブデンと、酸化レニウムと、酸化ニッケル
    とから成る群に属する少なくとも１つの材料を含む、請求項１から９記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
11. 前記第２の電極（５）上に、炭素ナノチューブまたは金属ナノ粒子を有する材料（７）が被着されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
12. ・動作中に電磁放射を放射するのに適した少なくとも１つの第２の有機層列（３２）を有し、
    該第２の有機層列（３２）は、前記第１の電極（２）と前記無機保護層（４）との間に配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
13. 前記第１の有機層列（３１）と第２の有機層列（３２）とは、相互に直接コンタクトして配置されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
14. ・１つの有機層列（３１）は、ｐドーピングされた有機層（３１１）とｎドーピングされた有機層（３１３）とを有し、その間に有機エレクトロルミネセンス層（３１２）が配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
15. ・動作中に観察者側に白色の発光印象を与える照明装置として構成されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
16. 有機オプトエレクトロニクス素子の製造方法において、
    Ａ）基板（１）を設けるステップと、
    Ｂ）第１の電極（２）を該基板（１）上に被着するステップと、
    Ｃ）少なくとも１つの第１の有機層列（３１）を該第１の電極（２）上に被着するステップと、
    Ｄ）導電性の無機保護層（４）を該有機層列（３１）上に被着するステップと、
    Ｅ）第２の電極（５）を該無機保護層（４）上に被着するステップ
    とを有し、
    ステップＢ）および／またはステップＥ）は、
    ＢＥ１）透明金属層（２２，５２）を被着する部分ステップと、
    ＢＥ２）透明酸化物を含む第１の層（２１，５１）を陰極スパッタリング法によって被着する部分ステップ
    とを有することを特徴とする製造方法。
17. ステップＢ）および／またはステップＥ）は、
    ＢＥ３）透明酸化物を有する第２の層（２３，５３）を被着する部分ステップ
    を有し、
    ・前記透明金属層（２２，５２）を、それぞれ透明酸化物を含む前記第１の層と第２の層との間に設ける、請求項１６記載の製造方法。
18. ・ステップＤ）において、遷移元素酸化物を無機保護層として被着する、請求項１６または１７記載の製造方法。
19. ・ステップＤ）において、
    酸化タングステンと、酸化バナジウムと、酸化モリブデンと、酸化レニウムと、酸化ニッケル
    とから成る群に属する少なくとも１つの材料を被着する、請求項１６から１８までのいずれか１項記載の製造方法。
20. ステップＣ）は、
    Ｃ１）第１の有機層列（３１）を前記第１の電極（２）上に被着する部分ステップと、
    Ｃ２）少なくとも１つの第２の有機層列（３２）を該第１の有機層列（３１）上に被着する部分ステップ
    とを有する、請求項１６から１９までのいずれか１項記載の製造方法。
21. ステップＣは、
    Ｃａ）第１の電荷担体輸送層（３１１）を被着する部分ステップと、
    Ｃｂ）第１の有機エレクトロルミネセンス層（３１２）を該第１の電荷担体輸送層上に被着するステップと、
    Ｃｃ）第２の電荷担体輸送層（３１３）を該第１の有機エレクトロルミネセンス層上に被着するステップ
    とを有する、請求項１６から２０までのいずれか１項記載の製造方法。
22. Ｆ）前記第２の電極（５）上に、炭素ナノチューブおよび／または金属ナノ粒子を含む層（７）を被着するステップ
    を有する、請求項１６から２１までのいずれか１項記載の製造方法。

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