JP2009500861A - 有機発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1電極、1層以上の有機物層、および第2電極を含む有機発光素子であって、
前記第1電極は導電層および前記導電層上に位置するn−型有機物層を含み、前記第1電極のn−型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記第1電極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が4eV以下であり、
前記第1電極のn−型有機物層と前記第2電極との間に位置する有機物層のうちの1層は、前記第1電極のn−型有機物層とNP接合を形成するp−型有機物層で、前記第1電極のn−型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記p−型有機物層のHOMOエネルギー準位とのエネルギー差が1eV以下であり、
前記第1電極の導電層と前記第2電極との間に位置する有機物層のうちの1層以上は、有機物または無機物によってn−型ドーピングまたはp−型ドーピングされることを特徴とする有機発光素子を提供する。
第1電極、1層以上の有機物層、および第2電極を含む有機発光素子の製造方法であって、
導電層上にn−型有機物層を形成し、第1電極を形成するステップ、および
前記第1電極のn−型有機物層上にp−型有機物層を形成するステップを含み、
前記有機物層のうちの1層以上を有機物または無機物を用いてn−型ドーピングまたはp−型ドーピングして形成するステップ
を含む有機発光素子の製造方法を提供する。
陽極は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層のようなp−型有機物層内に正孔を注入する。前記陽極は、導電層とn−型有機物層を含む。前記導電層は、金属、金属酸化物、または導電性ポリマーを含む。前記導電性ポリマーは電気伝導性ポリマーを含むことができる。
正孔注入層または正孔輸送層は、陽極と陰極との間に位置するp−型有機物層で形成することができる。前記p−型正孔注入層またはp−型正孔輸送層と前記n−型有機物層はNP接合を形成するため、このNP接合で形成された正孔は前記p−型正孔注入層またはp−型正孔輸送層を介して発光層に輸送される。
発光層では、正孔伝達と電子伝達とが同時に行われるため、発光層はn−型の特性とp−型の特性を全て有することができる。便宜上、電子輸送が正孔輸送に比べて速い場合はn−型発光層、正孔輸送が電子輸送に比べて速い場合はp−型発光層であると定義することができる。
電子輸送層物質としては陰極から電子を円滑に注入されて、発光層に円滑に輸送することができるように電子移動度(electron mobility)が大きい物質が好ましい。前記電子輸送層は、これに限定されないが、アルミニウムトリス(8−ヒドロキシキノリン)(Alq3);Alq3構造を含む有機化合物;ヒドロキシフラボン−金属錯化合物またはシラシクロペンタジエン(silole)系化合物などを含む。
陰極物質では、通常、正孔輸送層、または電子輸送層のような有機物層に電子注入が容易に行われるように仕事関数が小さい物質が好ましい。前記陰極は、これに限定されないが、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ、および鉛のような金属またはこれらの合金;LiF/AlまたはLiO2/Alのような多層構造物質などを含む。前記陰極は、陽極の導電層と同一の物質で形成することができる。または、陰極あるいは陽極の導電層は、透明物質を含むことができる。
実施例1
UPSおよびUV−VIS吸収(absorption)方法によるHATのHOMOとLUMO準位測定
ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(Hexanitrile hexaazatriphenylene:HAT)をn−型半導体特性の有機物として用いた。HATのHOMO準位を測定するためにUPS(Ultraviolet photoelectron spectroscopy)方法を用いた。この方法は、超真空(0−8Torr)下で試料にHeランプから出る真空UV線(21.20eV)を照射する時、試料から出る電子の運動エネルギーを分析することによって、金属の場合は仕事関数を、有機物の場合はイオン化エネルギー、すなわちHOMO準位およびフェルミエネルギー準位を確認することができる方法である。すなわち、真空UV線(21.20eV)を試料に照射する時、試料から放出される電子の運動エネルギーは真空UVエネルギーの21.2eVと、測定しようとする試料の電子結合エネルギー(electron binding energy)との差となる。したがって、試料から放出される電子の運動エネルギー分布を分析することによって、試料内物質の分子内結合エネルギー分布を確認することができるようになる。この時、電子の運動エネルギー中の最大エネルギー値を有する場合、試料の結合エネルギーは最小値を有するようになる。これを用いて試料の仕事関数(フェルミエネルギー準位)およびHOMO準位を決定することができるようになる。
約1000Å厚さのITO(indium tin oxide)がコーティングされたガラス基板(Corning 7059 glass)を洗剤(Fischer Co.製、製品番号:15−335−55)が溶解された蒸溜水に入れて超音波で30分間洗浄した。続いて、前記ガラス基板を蒸溜水に入れて5分間超音波洗浄を2回繰り返した。
電子輸送層をCsでドーピングせず、前記化学式1で示す化合物(HOMO=5.7eV、LUMO=2.8eV)を用いて200Å厚さで形成し、この電子輸送層上に12Åフッ化リチウムLIF薄膜と2500Å厚さのアルミニウムを順次真空蒸着して陰極を形成したことを除いては、実施例2と同一の方法で有機発光素子を製作した。前記過程で有機物の蒸着速度は、約0.4〜0.7Å/secを維持し、LiFは約0.3Å/sec、アルミニウムは約2Å/secの蒸着速度を維持した。蒸着の際、蒸着チャンバー内の真空度は約2×10−7〜5×10−8torrを維持した。
32:陽極
37:陰極
33:正孔注入層
34:正孔輸送層
35:発光層
36:電子輸送層
Claims (20)
- 第1電極、1層以上の有機物層、および第2電極を含む有機発光素子であって、
前記第1電極は導電層および前記導電層上に位置するn−型有機物層を含み、前記第1電極のn−型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記第1電極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が4eV以下であり、
前記第1電極のn−型有機物層と前記第2電極との間に位置する有機物層のうちの1層は、前記第1電極のn−型有機物層とNP接合を形成するp−型有機物層で、前記第1電極のn−型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記p−型有機物層のHOMOエネルギー準位とのエネルギー差が1eV以下であり、
前記第1電極の導電層と前記第2電極との間に位置する有機物層のうちの1層以上は、有機物または無機物によってn−型ドーピングまたはp−型ドーピングされることを特徴とする有機発光素子。 - 前記p−型有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層であることを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記p−型有機物層と前記第2電極との間に少なくとも1つの有機物層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記第1電極のn−型有機物層は、2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(F4TCNQ)、フッ素−置換された3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)、シアノ−置換されたPTCDA、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTCDA)、フッ素−置換されたNTCDA、シアノ−置換されたNTCDA、およびヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(HAT)からなる群より選択される有機物からなることを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記第1電極の導電層は、金属、金属酸化物、および導電性ポリマーからなる群より選択される物質からなることを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記第1電極の導電層と前記第2電極とは、同一の物質で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記第1電極の導電層および前記第2電極のうち少なくとも1つは、透明物質を含むことを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記n−型有機物層は、約4〜7eVのLUMOエネルギー準位および約10−8cm2/Vs〜1cm2/Vsの電子移動度を有することを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記有機物または無機物によってn−型ドーピングまたはp−型ドーピングされた有機物層において、前記無機物はLi、Na、K、Rb、およびCsからなる群より選択される請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記有機物または無機物によってn−型ドーピングまたはp−型ドーピングされた有機物層において、前記有機物はシクロペンタジエン、シクロヘプタトリエン、6員の複素環またはこれらの環が含まれた縮合環を含む有機物である請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記有機物は、キサンテン系、アクリジン系、ジフェニルアミン系、アジン系、オキサジン系、チアジン系、およびチオキサンテン系の有機物からなる群より選択される請求項10に記載の有機発光素子。
- 前記有機物または無機物によってn−型ドーピングまたはp−型ドーピングされた有機物層は、非電荷性有機物をドーピングされる有機物層に注入した後、非電荷性有機物から水素、一酸化炭素、窒素、またはヒドロキシラジカルを分離して、前記有機物から1つ以上の電子がドーピングされる有機物層の材料に移動するか、前記有機物がドーピングされる有機物層の材料から電子を受容するようにすることによって形成されることを特徴とする請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記非電荷性有機物から水素、一酸化炭素、窒素、またはヒドロキシラジカルを分離することは光または電子線照射によって行われる請求項12に記載の有機発光素子。
- 前記有機物または無機物によってn−型ドーピングまたはp−型ドーピングされた有機物層は、ドーピング濃度が1:5000〜1:10である請求項1に記載の有機発光素子。
- 前記有機物または無機物によってn−型ドーピングまたはp−型ドーピングされた有機物層は、有機物または無機物によってn−型ドーピングされた電子注入および/または輸送有機物層である請求項1に記載の有機発光素子。
- 第1電極、1層以上の有機物層、および第2電極を含む反復単位として、前記第1電極は導電層および前記導電層上に位置するn−型有機物層を含み、前記第1電極のn−型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記第1電極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が4eV以下であり、前記第1電極のn−型有機物層と前記第2電極との間に位置する有機物層のうちの1層は前記第1電極のn−型有機物層とNP接合を形成するp−型有機物層で、前記第1電極のn−型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記p−型有機物層のHOMOエネルギー準位とのエネルギー差が1eV以下であり、前記第1電極の導電層と前記第2電極との間に位置する有機物層のうちの1層以上は有機物または無機物によってn−型ドーピングまたはp−型ドーピングされることを特徴とする反復単位を2つ以上含み、1つの反復単位の前記第2電極は直列連結された隣り合う反復単位の前記第1電極に連結されたことを特徴とするスタック型有機発光素子。
- 直列連結された反復単位の界面に位置する第1電極と第2電極が単一層で構成された請求項16に記載のスタック型有機発光素子。
- 第1電極、1層以上の有機物層、および第2電極を含む有機発光素子の製造方法であって、
導電層上にn−型有機物層を形成し、第1電極を形成するステップ、および
前記第1電極のn−型有機物層上にp−型有機物層を形成するステップを含み、
前記有機物層のうちの1層以上を有機物または無機物を用いてn−型ドーピングまたはp−型ドーピングして形成するステップ
を含む有機発光素子の製造方法。 - 前記有機物層のうちの1層以上を有機物または無機物を用いてn−型ドーピングまたはp−型ドーピングして形成するステップは、非電荷性有機物をドーピングされる有機物層に注入した後、非電荷性有機物から水素、一酸化炭素、窒素、またはヒドロキシラジカルを分離して、前記有機物から1つ以上の電子がドーピングされる有機物層の材料に移動するか、前記有機物がドーピングされる有機物層の材料から電子を受容するようにすることによって 行われる請求項18に記載の有機発光素子の製造方法。
- 前記非電荷性有機物から水素、一酸化炭素、窒素、またはヒドロキシラジカルを分離することは光または電子線照射によって行われる請求項19に記載の有機発光素子の製造方法。
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