JP3327558B2 - 有機エレクトロルミネセント・デバイスを改良するために使用される有機／無機合金 - Google Patents

有機エレクトロルミネセント・デバイスを改良するために使用される有機／無機合金

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、有機エレクトロルミネセント・デバイス、
アレイ、ディスプレイ、及びそれらを製造するための方
法に関するものである。
背景技術 有機エレクトロルミネセンスは、個別の（discrete）
発光デバイス、アレイ、及びディスプレイにおけるそれ
の応用が可能であるために広範囲にわたって研究されて
きた。これまでに調べられた有機材料は、潜在的には、
数多くの応用において通常の無機材料に取って代わるこ
とができ、全く新しい応用も可能にする。有機合成にお
ける極めて高い自由度は、近い将来における更に素晴ら
しい材料さえ約束している。
低効率の有機エレクトロルミネセンスは、何年も前
に、例えば、Journal Chem.Phys.誌のVol.38,1963,pp.2
024におけるPope氏他の論文において、及びPhysical Re
view Letters誌のVol.14,No.7,1965,pp.229−231におけ
る“Recombination Radiation in Anthracene Crystal
s"と題したHelfrich氏他の論文において報告されている
ように金属／有機物／金属の構造で観察された。最近の
開発は、高効率の有機エレクトロルミネセンスに関する
２つの論文によって大いに拍車をかけられた。これは、
Applied Physics Letters誌のVol.51,No.12,1987,pp.91
3−915における“Organic electroluminescent diodes"
と題したC.W.Tang氏他の論文、及びNature誌のVol.347,
1990,pp.539におけるBurroughs氏他の論文である。それ
ぞれ、基板として透明のITO（インジウム−錫−酸化
物）及び金属／ガラスを利用した。Tang氏他は、真空蒸
着された単量体化合物を使用して２層有機発光デバイス
を作り、一方、Burroughs氏他は、スピン・コートされ
たポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（PPV）、ポリマを
使用した。
Tang氏他及びBurroughs氏他によって開示された先進
技術は、主として、適切な有機多層及びコンタクト金属
の選択を通したエレクトロルミネセント・デバイスの設
計における改良によって得られた。Tang氏他は、有機材
料が一般には電子及びホールの両方を完全に等しく伝導
するものではないために、２層構造が非常に有利である
ことを示した。所与の有機材料は、通常、高効率での発
光のみに最もよく適するか、又は単極の電荷トランスポ
ートに最もよく適するか、又は金属コンタクトから特定
の有機材料への効率的電荷注入に最もよく適する。この
傾向は、日本の刊行物である応用物理（Applied Physic
s）誌のVol.27,No.2,1988,pp.L269−L271における“Ele
ctroluminescence in Organic Films with Three−Laye
r Structure"と題したC.Adachi氏他の論文、及び同誌の
Vol. 27,No.4,pp.L713−L715における“Organic Elect
roluminescence Devices with a Three−Layer Structu
re"と題したC.Adachi氏他の論文に表れている。これら
の論文において、Adachi氏他は、各有機材料が単一の機
能しか果たさないように電子伝導、ホール伝導及び発光
を分離した３層構造を紹介した。
有機エレクトロルミネセント発光デバイス（OLED）は
無機発光ダイオード（LED）とほとんど同様に機能す
る。最も簡単な可能性ある構造が第1A図に概略的に示さ
れる。それは、それぞれ電荷（e-）及びホール（h+）を
注入する２つの電極11及び12の間に挟まれた有機発光層
10より成る。そのような構造は、例えば、上記Burrough
s氏他の論文に開示されている。電子及びホールは有機
層10において遭遇し、再結合して光を発生する。有機層
10を形成する有機材料の電子バンド及びホール・バンド
を整合させように電極材料が選択される時、性能上の改
良が得られる。そのような改良された構造が第1B図に示
される。適正な電極材料13及び14を選択することによっ
て、図示のように、キャリアの注入に対するエネルギ障
壁は減少する。なお、そのような簡単な構造は、電子が
有機層10を横切ってアノード14に達したり或いはその逆
に移動したりするのを止めるものは何もないので、十分
な働きをしない。第2A図は、電子がほとんど注入され
ず、ホールをカソード15において再結合するほかないよ
うな大きな電子障壁16を持ったデバイスを示す。
第2B図に示される第２の問題は、ほとんどの既知の有
機材料、特に、導電性のものにおいて電子及びホールの
移動度が大きく異なるということである。第2B図は、ア
ノード18から注入されたホールが有機層19を素早く横切
るが、注入された電子はずっとゆっくり移動し、その結
果、カソード17の付近で再結合を生じるという例を示
す。有機層19における電子移動度がホールの移動度より
も大きい場合、アノード18の付近で再結合が生じるであ
ろう。金属コンタクト付近での再結合はそのコンタクト
によって強力にクエンチ（quench）され、それはそのよ
うな欠陥のあるデバイスの効率を制限する。
第3A図にしめされるように、Tang氏他は、電子トラン
スポート層（ETL）20及びホール・トランスポート層（H
TL）21を導入して電子及びホールのトランスポート機能
を２つの材料の間で分離し、主として上記の問題を克服
した。Journal of Applied Physics誌のVol.65,No.9,19
89,pp.3610−3616における“Electroluminescence of d
oped organic thin films"と題したC.W.Tang氏他による
論文には、２層設計において高いキャリア移動度が得ら
れたことが記述されており、それは、低い動作電圧で等
しい光出力を可能にするデバイス直列抵抗の減少に通じ
るものである。コンタクト金属22、23は、それぞれ、ET
L20及びHTL21バンドに整合するように個々に選択可能で
あり、一方、再結合は、電極22、23のいずれからも遠く
離れた有機層20及び21の間のインターフェース24におい
て生じた。第3A図に示す構造は、HTL及びETL材料を上手
に選択することによって電子がHTLに入ること及びその
逆を阻止する。この特徴は、第1A図に示されたような金
属コンタクトにおける非放射性再結合を排除し、更に、
同じ体積における高密度の電子及びホールを助長し、放
射性再結合の増強に通じるものである。有機発光層が他
の有機化合物、この場合は、クマリン540染料又はDCM化
合物でもってドープされ、OLED効率を改良し、或いはそ
れの発光スペクトルを変更するということもTang氏他に
よるこの論文において最初に開示された。又、Tang氏他
は、有機ドーパント及びホスト材料の適正な選択によっ
て、再結合がそのドーパントによって制御されることも
示した。
今や、望ましい構造は３つの有機層、例えば、日本の
刊行物である応用物理（Applied Physics）誌のVol.27,
No.2,1988,pp.L269−L271における“Electroluminescen
ce in Organic Films with Three−Layer Structure"と
題したC.Adachi氏他の論文、及び5th International Wo
rkshop on Electroluminescence,Helsinki 1990,ACTA P
olytechnica Scandinavica,Applied Physics Series N
o.170,pp.215−218における“Electroluminescent Mech
anism of Organic Thin Film Devices"と題したC.Adach
i氏他の論文に記述されているようなものを有する。そ
のような構造は、第3B図に示されるようにETL31とHTL32
との間に挟まれた明瞭な発光層30を有する。その３層構
造は、Physical Review Letters誌のVol.66,No.20,20 M
ay 1991,pp.2649−2652における“Evidence for Excita
tion Confinement in Crystalline Organic Multiple Q
uantum Wells"と題した記事において、量子井戸コンセ
プトが有機エレクトロルミネセント材料にとって無機半
導体と全く同様に有効であることを示したF.F.So氏他の
研究によってある程度動機づけられている。その３層構
造は、電子及びホールが最も効率的に再結合し得る活性
層にそれら電子及びホールの両方を閉じ込めることから
効果を上げる。更なる利点はそれらの層の特殊化の増進
である。２層構造では、一方の材料が必然的に中間物と
なってトランスポート及び放出の両方を遂行しなければ
ならず、一方、３層構造は、トランスポート層及び活性
層がそれぞれそれらの伝導特性及び発光特性を排他的に
選択されることを可能にする。
有機LEDは数多くの応用において通常の無機LEDより優
れている大きな可能性を有する。OLED及びそれに基づく
デバイスの１つの重要な利点は価格である。それは、そ
れらが、無機LEDの場合のように結晶基板上の限定され
た領域に高い温度で析出されるのではなく、大きなガラ
ス基板上に又は透明、半透明、又は不透明の基板上の広
い範囲に低い温度で付着可能であるためである。それら
の基板は撓み得るものでもよく、可撓性のOLED及び新し
いタイプのディスプレイを可能にする。現在まで、OLED
及びそれの基づくデバイスの性能は、以下のようないく
つかの理由で無機LEDに対して大きく劣っている。即
ち、 1.高い動作電圧：有機デバイスは電荷を活性領域（発光
層）に注入し及びトランスポートするために大きな電圧
を必要とする。それはそのようなデバイスの電力効率を
低下させる。高電圧は、金属／有機インターフェースに
おけるエネルギ障壁を越えてキャリアを注入するために
高い電界を必要とすること、及び大きなオーム電圧降下
及び電力消費に通じる有機トランスポート層（ETL及びH
TL）におけるキャリアの移動度が低いことに起因してい
る。
2.低い輝度：現在のOLEDは、無機LEDのように１電子当
たり多くの光子をどうにか生じさせることができる。即
ち、それらの量子効率は良好である。OLEDは、比較的小
さい電荷が抵抗性トランスポート層（HTL又はETL）を通
して伝導可能であるという単純な理由のために、輝度に
おいて無機LEDに劣る。このよく知られた効果は空間電
荷制限電流と呼ばれる。簡単に云えば、有機材料におけ
るキャリアの低い移動度のために、発光層に到達する電
子及びホールの流速を制限するトラフィック・ジャムが
発生する。高伝導率のトランスポート層が得られるま
で、より良い発光材料でも、大きく改良された輝度を提
供することはできない。
3.信頼性：有機LEDは空気中で及び動作中に劣化する。
以下のような幾つかの問題点が関与していることが知ら
れている。
（Ａ）．効率的な低電界電子注入は、Mg、Ca、Ｆ、Li等
のような低い仕事関数のカソード金属を必要とする。そ
れらはすべて酸素及び水の中では高い反応性を示す。周
囲のガス及びオーム発熱時の有機材料から出るガスはコ
ンタクトを劣化させる。
（Ｂ）．通常のAgMg及びITOコンタクトは、依然とし
て、既知のETL及びHTL材料におけるキャリア注入に対す
る大きな障壁を持っている。従って、大きな注入電流を
生じさせるためには、高い電界が必要である。その抵抗
性インターフェースにおける高い電界及びオーム発熱か
らのストレスはデバイス劣化の一因となる。
（Ｃ）．通常のキャリア・トランスポート層の高抵抗は
動作中のデバイスを発熱させる。
（Ｄ）．ほとんどのOLED材料の熱的安定性はそれらを発
熱に対してあまりセンシティブにはしない。発熱時に、
多くのアモルファス有機材料が結晶化して粒子になる。
その微結晶はアモルファス固体よりも小さい体積を持
ち、アモルファス固体のように一様にはパックしない。
その結果生じるギャップ及びその微結晶の奇妙な形状
は、１つの微結晶から次の微結晶への伝導を困難なもの
にし、正のフィードバック・ループにおける抵抗及び発
熱を増加させ、一方、ガス汚染が浸透するための及び近
隣の材料が拡散するための更なるチャネルを開くことに
なる。
３層有機構造（例えば、第3B図参照）でさえ、トラン
スポート層が２つのタスク、即ち、電荷注入及びキャリ
ア・トランスポートを行うことを必要とする。しかし、
それらは１つのタスクに対して最適化されるだけのこと
もある。当然の改良として、２つの注入層が加えられた
５層構造がある。これらの新しい層は、それらがコンタ
クト金属とトランスポート層との間でエネルギ・オフセ
ットを分離する場合に有用であろう。電子及びホールに
とっては、２つの小さい障壁を克服する方が、それら２
つの障壁の和となる高さを持った単一の障壁を克服する
よりもずっと容易である。２つの小さい障壁が設けられ
たOLEDデバイスの一部分が第４図に示される。このデバ
イスは、電子注入層40及び電子トランスポート層（ET
L）42が後に続くカソード金属41を含む。これらの３つ
の層40−42の仕事関数は、電子に対する２つの小さいエ
ネルギ・ステップがカソード及びELTの間だけに存在す
る大きいエネルギ・ステップに取って代わるように選択
される。同じことがホールにも適用する。これは、注入
層がそれの仕事関数のために選択されること及びトラン
スポート層がそれの移動度のために選択されることを可
能にする。
OLEDは、主として、それらの発光層によってではなく
それらのコンタクト及びトランスポート層によって制限
される。従って、電荷をOLEDに容易に注入することがで
きる安定した材料でもって低い仕事関数の金属を置換す
ることが非常に望ましいことである。
有機材料は非常に効率的な発光材料ではあるけれど
も、それらは不十分な移動度及び低いキャリア濃度を持
った非常に不十分な電気的導体である。この一例は、現
在、OLEDのための最も一般的な電子トランスポート材料
であるAlq3（トリス（８−ヒドロキシキノリン・アルミ
ニウム））である。Applied Physics Letters誌のVol.6
6,No.26,1995,pp.3618−3620における“Electron and h
ole mobility in tris（８−hydroxyquinoline aluminu
m）”と題したKepler氏他の論文では、Alq3における電
子及びホールの移動度が測定され、それぞれ、1.4×10
-6及び２×10-8cm2/Vsが得られた。それに比べて、太陽
電池及び薄膜トランジスタにおいて一般的に使用される
ようなガラス上に付着されたアモルファス・シリコン
（Si）は６桁も高い、即ち、〜1cm2/Vsの移動度を有す
る。無機金属も低い移動度を有するが、これは電荷伝導
に関与する大きなキャリア濃度によって補償される。例
えば、金属は、一般に10-6オームcm以下の抵抗率を有す
る。ドープされた半導体は、10-3乃至10-4のような低い
抵抗率である。一方、有機導体（絶縁体とも呼ばれる）
は、一般に106オームcm以上の抵抗率を有する。従っ
て、各材料に、それが最善を尽くしていることを行わせ
ることは意味のあることである。
高分子材料及び単量体材料は種々の特性を有し、それ
らの特性は、各材料から作られたOLEDの性能において反
映する。これは、両方を使用するデバイスを魅力的なも
のにする。例えば、Applied Physics Letters誌のVol.6
6,No.6,1995,pp.653−655における“Poly（ｐ−phenyle
ne vinylene）/tris（８−hydroxy）quinoline aluminu
m heterostructure light emitting diode"と題したC.
C.Wu氏他による論文では、デバイスを形成するために高
分子層及び単量体層の両方が使用されている。大きい分
子量を有するポリマは、一般的なHTL材料のように結晶
化することはない。この方法の欠点は、２つの異なる製
造技術が必要とされることである。遅延、移動等はイン
ターフェースにおける汚染を導く。Applied Physics Le
tters誌のVol.61,No.7,1992,pp.761−763における“Org
anic electroluminescent devices based on molecular
ly doped polymers"と題したJ.Kido氏他による論文で
は、ポリマが単量体でもってドープされる。これらの方
法は、上記のOLEDに伴う問題点を解決するものではな
い。
Applied Physics Letters誌のVol.66,No.6,1995,pp.6
73−675における“Organic electroluminescent device
s fabricated using a diamine doped MgF2 thin film
as a hole−transporting layer"と題したS.Tokito氏他
による論文には、有機化合物でもってドープされた無機
層を有するデバイスが示されている。この動機づけは、
ジアミンの再結晶化を回避することであった。無機材料
MgF2は、導入された有機成分がすべてのホール伝導率に
関与するような絶縁体である。
別々の有機層を無機層でもって一体化することによっ
て実現された無機／有機ハイブリッド・デバイスが別の
グループによって報告されている。その例は、Applied
Physics Letters誌のVol.65,No.6,1994,pp.676−678に
おける“Organic−Inorganic heterostructure electro
luminescent device using a layered perovskite semi
conductor（C6H5C2H4NH3）2PbI4"と題したM.Era氏他に
よる論文である。そのEra氏他のデバイスは、有機オキ
シジアゾールのETLと共に、HTL及び発光層として無機ペ
ロブスカイトを使用した。Fujita氏他は、ETL及び発光
層として、有機ジアミンのHTLと共にｎ型エピタキシャ
ルZnSe/GaAsを使用した。Era氏他のデバイスは、ペロブ
スカイト活性層の光学的な質が不十分であるので、効率
が不十分であった。それは、ETLの伝導率が不十分であ
り、しかも不安定なカソード金属が必要であるという点
で従来のOLEDの欠点の多くを受ける。Fujita氏他の方法
は、通常の無機LEDに関してOLEDの望ましい特性を何も
持っていない。エピタキシャルZnSe/GaAs方法は困難且
つ高価であり、GaAs基板によって小さい領域に限定され
る。アノード及びGaAs基板の両方とも、ZnSeによって発
光された青色光を強く吸収し、光出力を減少してしま
う。更に、ジアミンのHTLのホール伝導は、多くのｐ型
無機半導体よりもずっと不十分である。
以上から明らかなように、OLEDは、最も良く機能する
ためには２つの問題、即ち、効率的な再結合及びアノー
ド／カソードから発光有機材料への効率的な電荷移動と
いう問題を解決しなければならない。ETL及びHTLは、効
率的な再結合のためにクエンチを生ずるようなコンタク
トから活性領域を離す必要がある。既知の電子伝導有機
物はすべて低い仕事関数を持っているので、低い仕事関
数のカソード金属は効率的な電荷移動のための選択方法
である。
しかし、これらの各解決方法は性能を抑制し、デバイ
スの信頼性を低下させる。より良い再結合効率のために
金属コンタクトから活性層を取り除く代償はHTL/ETLに
またがるオーム電圧降下であり、発熱及び電力消費に通
じる。低い仕事関数の金属は不安定であり、信頼性に欠
ける。
上記の例及び現在の技術的水準からわかるように、受
容し得る特性を持ったOLED及びそれに基づくディスプレ
イを実現するために解決されなければならない２つの主
要な問題がある。
本発明の目的は、新しい且つ改良された有機エレクト
ロルミネセント・デバイス、アレイ、及びそれに基づく
ディスプレイを提供することにある。
本発明の更なる目的は、改良された効率、低い動作電
圧、高い輝度、及び高められた信頼性を有する新しい且
つ改良された有機エレクトロルミネセント・デバイス、
アレイ、及びそれに基づくディスプレイを提供すること
にある。
本発明の更なる目的は、新しい且つ改良された有機エ
レクトロルミネセント・デバイス、アレイ、及びディス
プレイを製造するための方法を提供することにある。
発明の開示 上記の目的は、少なくとも１つの発光層（EL）を持っ
た有機活性領域を有するOLEDを提供することによって達
成された。更に、そのOLEDは少なくとも１つの有機電荷
トランスポート層（ホール・トランスポート層又は電子
トランスポート層のどちらか）、アノード、及びカソー
ドを含む。この有機電荷トランスポート層は無機成分の
導入によって合金化される。上記合金化された電荷トラ
ンスポート層が、例えば、ホール・トランスポート層
（HTL）である場合、ホールがその無機構成要素により
そのトランスポート層を通して伝導され、電圧降下及び
発熱を減少する。
有機トランスポート層に導入された無機物の高い伝導
率を利用する本発明の方法は、Applied Physics Letter
s誌のVol.66,No.6,1995,pp.673−675における“Organic
electroluminescent devices fabricated using a dia
mine doped MgF2 thin film as a hole−transporting
layer"と題したS.Tokito氏他による論文に記載された方
法とは全く逆である。又、キャリア注入のためにエネル
ギ障壁を小さくするか或いは排除することによってコン
タクトを改良するための必要な方式は、Tokito氏他によ
って認識されてはいなかった。
少なくとも１つのトランスポート層は有機／無機合金
層とすべきであるという事実に加えて、電荷を無機合金
から有機活性領域に移動するのに適したもう１つの層を
持つことは有利であろう。本発明によれば、これは、一
方のサイドにおける活性領域と他方のサイドにおける有
機／無機合金トランスポート層との間に有機バッファ層
を設けることによって得られる。従って、発光層におけ
る電子及びホールの放射再結合は、近くの有機／無機合
金層に影響を与えることなく生じる。さもなくば、有機
／無機合金層は、場合によっては再結合をクエンチして
しまうであろう。この場合、バッファ層は、キャリアが
活性領域に拡散するか或いは低い電圧によって駆動され
るほど十分に薄くなければならない。一方、バッファ層
は合金による再結合のクエンチングを回避するのに十分
に厚くなければならない。有機バッファ層の厚さは、特
定の合金が如何に多くのルミネセンスを劣化させるか次
第で或いは他の多くのパラメータ次第で、1nm乃至100nm
の範囲になければならない。
本発明のもう１つの態様では、両方のトランスポート
層が合金化され、更に、これらの合金化されたトランス
ポート層の１つが有機バッファ層によって活性領域から
分離されてもよい。
又、発光層の両サイドに有機バッファ層及び有機／無
機合金層が設けられる対称的なデバイス構造を持つこと
も有利である。
更に、有機又は無機の拡散障壁がバッファ層と合金層
の間に挿入され、その合金層、バッファ層、及び活性層
の間の拡散を抑制するようにしてもよい。
有機／無機合金層の合金濃度は、その濃度が有機活性
領域からの距離によって減少又は増加するように徐々に
変化するようにしてもよい。
そのような有機／無機合金を得るために、無機成分の
伝導率が有機マトリクスの全体的な性質を乱すことなく
優位になるように無機成分が有機マトリクス内に分散さ
れる。トランスポート層を形成する有機マトリクスは、
１つの無機成分を導入することによって、或いは種々の
無機成分を導入することによって合金化することができ
る。ホール・トランスポート層を合金化するために使用
される無機材料以外の無機材料を使用して電子トランス
ポート層を合金化してもよい。
その無機材料は、有機材料に関してその移動度が高い
ために又はそのキャリア濃度が高いために選択される。
いずれの選択の結果も、所与の駆動電圧における高い電
流及び低い抵抗、或いは低い電圧における等しい電流を
生じるであろう。
トランスポート層として有機／無機合金を導入するこ
とは次のような３つの利点に通じる。
1.ここでは、無機コンタクト材料と有機／無機合金トラ
ンスポート層の無機成分との間に電荷注入が生じ得る。
従って、電荷を注入することの問題は十分に理解されて
おり（例えば、金属／半導体）、後で詳述するように通
常の方法を使用して化学的に安定した材料でもって容易
に最適化される。
2.電極から発光領域（活性領域）へのキャリアの移動
は、有機マトリクスにおける無機成分の高い移動度又は
高いキャリア濃度のために改良される。
3.電荷移動は、最早、電極／トランスポート層インター
フェースでは生じず、むしろデバイス内で生じる。これ
は次の２つの理由で非常に望ましい。
（１）有機マトリクス内に分散した無機成分より成る
合金の微細構造は、無機領域がはっきりした平均的フィ
ーチャーサイズを持つであろうと云うことを示してい
る。所与の動作電圧において、伝導性無機化合物におけ
るはっきりしたフィーチャーは、無機／有機インターフ
ェースにおける局所的な電界の増加と直接に相関し、更
に効率的な電荷移動を生じる。
（２）その合金の分散された性質は、無機化合物と有
機化合物との間に極めて高い全接触領域も生じる。所与
の電界又は電圧において、全電流は注入に関与したコン
タクト領域に直接比例する。有機／無機接合が２つの平
坦な層の表面の間の極めて滑らかなインターフェースで
あるという通常の方法に比べると、その利点は大きい。
OLED構造が更に頑丈なものに且つ耐汚染力のあるもの
にするために、有機／無機合金の使用は、そのOLED構造
をより厚く設計することを可能にする。通常のOLEDの設
計者は、直列抵抗とデバイスの信頼性との間のトレード
オフを行うように強いられる。特に、オーム発熱及び電
力消費を最小にするために、設計者はトランスポート層
をできるだけ薄くしたいであろう。トランスポート層を
薄くすることは、コンタクト金属によるエレクトロルミ
ネセンスのクエンチング、デバイス動作電圧における高
い電界、及び粒子汚染によって生じた回路短絡にデバイ
スを曝すことになろう。後者の影響は、100nm金属の金
属汚染粒子という例を使用するとわかる。それが有機層
によって完全にはカバーされず、アノード電極とカソー
ド電極との間を直接に導通させて壊滅的な短絡回路を生
じさせ、75nmの厚さのOLEDを完全に崩壊してしまうであ
ろう。一方、250nmの厚さのデバイスは、最上部の金属
がその下の金属への直接パスを持たないように、主とし
て有機層でもって金属粒子を完全に没入させてしまうで
あろう。トランスポート層の伝導率を徹底的に改良する
ことによって、有機／無機合金化はより厚いOLEDの設計
を可能にする。
金属又は半導体の選択次第で、合金化したトランスポ
ート層／コンタクト・インターフェースについて以下の
ような４つの異なる実用上の可能性が存在する。いずれ
のケースにおいても、安定し且つ信頼性のある、しかも
無視し得る程度のオーム損でもって容易に電荷を注入す
る無機材料がインターフェースの両側で選択可能であ
る。
（１）．金属無機合金成分／金属コンタクト：いずれの
極性のキャリア注入に対する障壁も、仕事関数に無関係
には生じ得ない。例えば、任意の２つの金属の仕事関数
のように広範囲に、しかも、わずかに異なる仕事関数を
持ったAl及びAuは、それらの伝導バンドの各々が部分的
にしか占有されないので、いずれの方向においても電子
トランスポートに対する障壁を示さない。
（２）及び（３）．半導体無機合金成分／金属コンタク
ト、又は金属無機合金成分／半導体コンタクト：金属／
半導体接合、即ち、ショットキー・ダイオードは広く研
究されており、よく理解されている。それらは両方向に
おける電荷の流れに対して障壁を与え、これら２つのケ
ースをほぼ等しいものにする。所与の接合電圧で流れる
電流の量は、ショットキー障壁の高さ（インターフェー
スの物理的性質によって決まる）及びその障壁の幅（半
導体におけるキャリア濃度によって決まる）の両方の関
数である。
事実、通常のOLEDにおけるトランスポート層／コンタ
クト接合はショットキー・ダイオードであり、その場
合、障壁の高さは２つの材料の仕事関数によって決定さ
れ、その幅は有機トランスポート層のキャリア濃度によ
って決定される。電気的にはドープされ得ない有機材料
は、適度な電圧におけるトンネル現象を防ぐ幅広い障壁
を生じる非常に低い固有のキャリア濃度を有する。従っ
て、通常のOLEDにおける電荷注入は、主として、金属と
有機材料との間の仕事関数の差によって表される。
大きい全体的な障壁の高さが存在する場合でも、大き
いトンネル電流を許容する薄い障壁を生じさせるため
に、無機半導体はしばしば極めて大量にドープされるこ
とがある。室温におけるドープされてない無機半導体で
さえ、有機化合物よりも高い固有のキャリア濃度を有
し、それは比較的薄い障壁幅を導く。従って、OLEDの電
荷注入が無機半導体と金属との間に生じる場合、通常の
OLEDに比べて大きな利点が、無機半導体材料によって提
供された高いキャリア濃度から生じる。
（４）．半導体無機合金成分／半導体コンタクト：ホモ
接合又はヘテロ接合の半導体接合もよく知られており、
ショットキー・ダイオードの場合と全く同じである。障
壁高はインターフェースの物理的性質によって決定さ
れ、一方、その幅はキャリア濃度によって与えられる。
ホモ接合は、一方のサイドにおけるフェルミ・エネルギ
における差のみに等しい小さい障壁高を有する。各サイ
ドを同様にドープすることによって障壁を一緒に取り除
くことが可能である。半導体相互間のヘテロ接合は、一
方の方向における電荷の流れに対する障壁がないように
作られる。一般に、一方のサイドにおける半導体の注意
深い選択及びそれらのドーピングの制御を通して、この
タイプのインターフェースは、電荷注入において、非常
に効率的であろう。
図面の簡単な説明 第1A図は、発光層及び２つの電極を有する既知のOLED
を示す。
第1B図は、発光層及び２つの金属電極を有し、キャリ
ア注入のためのエネルギ障壁が減少するように選択され
た仕事関数を有する、別の既知のOLEDを示す。
第2A図は、発光層及び２つの金属電極を有し、ホール
注入のためのエネルギ障壁が低くなるようにアノードの
仕事関数が選択され、一方、カソードの仕事関数が発光
層と不十分に整合して前記発光層におけるわずかな電子
注入及びわずかな放射性再結合を生じる、更に別の既知
のOLEDを示す。
第2B図は、クエンチされるくらいカソードに近接した
ところで再結合が生じるほど、ホール移動度に比べて低
い電子移動度を持った発光層を有する、更に別の既知の
OLEDを示す。
第3A図は、電子トランスポート層及びホール・トラン
スポート層を有する、別の既知のOLEDを示す。
第3B図は、３つの層、即ち、有機発光層を包含する電
子トランスポート層とホール・トランスポート層とを有
する、更に別の既知のOLEDを示す。
第４図は、電子注入層及び電子トランスポート層が存
在し、小さい直列した（cascaded）エネルギ障壁がコン
タクト層及びトランスポート層の間に生じるようにその
電子注入層が選択された、別の既知のOLEDの一部分を示
す。
第５図は、ホール・トランスポート層として働く有機
／無機合金層及び発光層として働く通常の有機層を含
む、本発明による２層発光デバイスの断面を示す。
第6A図は、電子トランスポート層として働く有機／無
機合金層、ホール・トランスポート層として働く通常の
有機層、及び発光層として働く通常の有機層を含む、本
発明による３層発光デバイスの断面を示す。
第6B図は、第6A図に示されたデバイスのバンド図を示
す。
第7A図は、電子トランスポート層として働く有機／無
機合金層・有機バッファ層、通常の有機発光層、及びホ
ール・トランスポート層として働く有機／無機合金層を
含む、本発明による４層発光デバイスの断面を示す。
第7B図は、第7A図に示されたデバイスのバンド図を示
す。
第8A図は、伝導を促進するために電子及びホール・ト
ランスポート層において無機化合物をドープされた単一
の有機マトリクスを主として含み、所望の波長で発光を
行うために有機又は無機化合物をドープ可能である第２
有機材料より成る発光層を、ドープされてないバッファ
層が囲んで成る、本発明による５層発光デバイスの断面
を示す。
第8B図は、第8A図に示されたデバイスのバンド図を示
す。
第９図は、アノードを上にした構成でSi基板上に実施
された本発明の実施例を示す。
第10図は、カソードを上にした構成でSi基板上に実施
された本発明の実施例を示す。
第11図は、カソードを上にした構成で、Siデバイスが
パターン化された透明の基板上に実施された本発明の実
施例を示す。
発明を実施するための最良の形態 個別の発光器、発光アレイ、及びディスプレイに応用
するための通常の有機発光デバイスの問題点を克服する
ために、第５図、第6A図、第7A図、及び第8A図に示され
るような改良された構造が提供され、第９図、第10図、
及び第11図に示されるような新しいアレイ及びディスプ
レイへの応用を可能にする。
次に、第５図、第6A図、及び第6B図に関連して、本発
明の基本的原理を詳述する。その思想は、キャリア・ト
ランスポート層として働く有機／無機合金層を、通常の
有機トランスポート層の代わりに使用することである。
必要な場合、そのような有機／無機合金層は、再結合が
生じる有機活性領域から有機バッファ層によって分離可
能であり、或いは、その合金の無機成分濃度は、活性領
域付近で低い濃度となるよう次第に変化させることがで
きる。
本発明の第１実施例である第５図に示された２層発光
デバイスは、無機成分（例えば、Ge）の導入によって合
金化されたジアミン（TAD）有機層52を含む。それは、I
TOアノード電極51に隣接したホール・トランスポート層
（HTL）として働く。その有機／無機合金ホール・トラ
ンスポート層52の上には、Al上部コンタクト54（カソー
ド）を有するAlq3有機発光層53が形成される。これは、
１つの合金化されたトランスポート層の導入によって、
改良されたパフォーマンスを既に示した最も簡単なデバ
イスである。
有機／無機合金層52は、１つのまたは複数の無機成分
を含む有機層である。その無機成分は、活性領域又はバ
ッファ層（それが存在する場合）への電荷移動及び伝導
が最適化されるように選択される。それは、大きな障壁
損又はオーム損なしにコンタクトからトランスポート層
の無機成分への注入を可能にする。
第6A図には、第２実施例である３層発光デバイスが示
される。この図には、アノード61に隣接したホール・ト
ランスポート層（HTL）として働く通常の有機層62及び
カソード65に隣接した電子トランスポート層（ETL）と
して働く有機／無機合金層64が示される。
有機／無機合金層64は、第１実施例に関して説明した
ように無機成分を含む有機層である。そのトランスポー
ト層64の無機成分の仕事関数が第6B図において細い破線
によって表される。
電極とトランスポート層との間のエネルギ障壁の影響
を少なくするために又はそのエネルギ障壁を完全に除去
するために適当な無機成分を選択する場合に得られる融
通性に加えて、その無機成分は、最小の電圧降下又はデ
バイス発熱でもって有機／無機合金層を通したキャリア
の伝導を大いに助ける。それぞれのトランスポート層62
及び64を通した電荷の伝導は実線の波形状の矢印によっ
て概略的に表される。
金属の無機合金成分は、一般の有機トランスポート材
料の移動度にほぼ等しい低い移動度を補って余りある極
めて大きいキャリア密度によって特徴づけられる。一
方、半導体は、金属に関して適度のキャリア密度を有す
る（しかし、通常の有機トランスポート層材料よりも数
桁高い）が、移動度はずっと高い。両方のケースとも、
無機成分の伝導率は通常の有機トランスポート材料より
もかなり高い（103−1015倍）。従って、無機合金の低
い濃度でも、依然として、非常に改良されたトランスポ
ート層の伝導率を導く。
電荷及びホールが有機／無機合金層から有機活性領域
に効果的に移動されることが更に必要である。この点に
関して、詳しく上述したように、その合金の性質は、無
機成分の分散した性質によって電荷移動を促進するとい
う更なる有益な効果を有する。
本願において開示されるデバイスの活性領域は、単一
の有機発光層又は複数の有機エレクトロルミネセント層
のスタックより成る。又、それは、キャリアを閉じ込め
る１つ又は複数の有機量子井戸構造、又はドーパント
（有機又は無機）が活性再結合サイトであるドープされ
た有機材料も含むものでよい。有機エレクトロルミネセ
ント活性領域は、その活性領域における電子又はホール
を電気的に閉じ込めて隣接の有機層の発光を改良するた
めに使用される複数の有機層のスタックを含むことも可
能である。
以下では、第6A図及び第6B図におけるデバイスの更に
特定の詳細が示される。しかし、厚さ、有機又は無機材
料の選択及び組合せのような特定事項及び構造的詳細は
本発明の主旨から逸脱することなく修正可能である。表
１に示されるように、HTL62は一般的なジアミン（TAD）
を含む。ETL64は有機ホスト材料としてAlq3及び無機材
料としてアルミニウム（Al）を含む。ETL64及び安定し
たAlカソード65の間には電子に対するエネルギ障壁は存
在しない。活性層（EL）63はETL64と同じ有機材料、即
ち、Alq3である。
この有機発光デバイスを更に改良するために、有機バ
ッファ層が活性領域と合金化トランスポート層との間に
形成可能である。第7A図には、そのような有機バッファ
層70がETL71と活性領域69との間に位置した構造が示さ
れる。有機バッファ層70は、活性領域69におけるキャリ
アの再結合時に合金化ETL71の影響を緩和する。実験で
は、無機材料が、例えば、非常に薄いトランスポート層
を持った通常のデバイスにおける活性領域にぴったりと
接触している場合に再結合がクエンチされることが示さ
れた。本発明による有機バッファ層70はトランスポート
中のかなりのオーム損を回避するに十分なほど、或い
は、トランスポート層と活性領域との間の拡散トランス
ポートを可能にするほど薄くなればならない。又、それ
は、活性領域をトランスポート層から分離するというそ
れの目的を達成するのに十分なほど厚くなければならな
い。有機バッファ層の実際の厚さは、トランスポート層
の無機成分及び有機ホスト材料、活性領域69の有機材料
及び構造、並びに、最後だが大事なこととして、最も重
要な要素と云うべきバッファ材料自体のような種々のパ
ラメータに依存する。非常に薄い有機バッファ層70は、
活性領域の成長を変更することによって又は活性領域に
対する拡散障壁又は電気的閉じ込めを設けることによっ
て、予想された影響を徹底的に改良することができる。
上記のパラメータ次第で、1nm乃至100nmの範囲の厚さが
妥当である。活性領域69の片側のみに有機バッファ層70
のようなものを設ける代わりに、同様のもの又は別のタ
イプのものを他方の側に同様に設けることも可能であ
る。
ACTA Polytechnica Scandinavica誌におけるAdachi氏
他により開示された３層デバイス構造に基づく、しか
し、本発明による第２のデバイスが第7A図及び第7B図に
示される。
この実施例は、上述のように、合金化されたETL71及
びHTL68の両層、並びにETL71と発光層69との間に有機バ
ッファ層70を組み込む。活性領域69は、放射性再結合の
効率を改良するために電子及びホールの両方を閉じ込め
る。本発明の要旨の中に、HTL68及び発光層69の間にお
ける第２バッファ層を加えてもよい。更に、発光層69
は、ドープされた有機材料又は当分野で知られた他の任
意の活性層であってもよい。更に、バッファ層70は,ETL
71に対して選択された有機材料に対立するものとして、
種々の有機材料のうちの任意のものでよい。本実施例で
は、有機／無機HTL合金68（TAD/Ge）がガラス基板66の
上のITOアノード67上に付着される。有機発光領域69は
トリフェニルアミン誘導体（NSD）を含む。有機バッフ
ァ層70及びAl/PBD ETL合金71の有機成分としてオキサ
ジアゾール誘導体（PBD）が使用される。Alカソード72
はETL合金71へのAlの無障壁注入をもたらす。
第8A図及び第8B図には、本発明の第４実施例が示され
る。このデバイスは、発光層77を除けばその構造全体を
通して一様に有機マトリクス材料であることによって特
徴づけられる。その利点は、有機マトリクス材料がその
安定度、大きいバンドギャップ、エレクトロルミネセン
ト・ドーパント不純物との相容性、及び添加物に対する
小さい拡散係数に関して選択可能であり、一方、個々の
デバイス機能が各領域における添加物の選択によって最
適化可能であるということである。優れたマトリクス材
料は３、４、７、８ナフタレンテトラカルボキシリック
・ジアンヒドリド（NTCDA）である。これは、それが結
晶化されて、So氏他による前述の論文に見られるように
有機ルミネセンスと相容性があることが知られている非
常に安定した拡散抵抗性の広いバンドギャップ有機マト
リクスを形成するように作られるためである。好適な発
光層77は、電子及びホールの両方を閉じ込める量子井戸
をNTCDAにおいて形成する３、４、９、10ペリレンテト
ラカルボキシリック・ジアンヒドリド（PTCDA）を含
む。本発明の要旨では、PTCDAは、ルミネセンス効率を
改良し、又は発光波長を変更するためにドープすること
ができる。同様に、ドープされたNTCDAが発光層として
使用されて、ドーパントがその発光層におけるキャリア
閉じ込めの欠如を克服するのに十分に効果的である場
合、単一の有機マトリクスを完全に実現することができ
るであろう。この例では、有機／無機HTL合金75（NTCDA
/Au）がガラス基板73の上のITOアノード74上に付着され
る。NTCDAバッファ層76、78は、クマリン540がドープさ
れたPTCDA発光領域77を一方のサイドにおけるHTL75及び
他方のサイドにおけるNTCDA/Al合金ETL79から分離す
る。Alカソード80はETL合金79のAlへの無障壁注入をも
たらす。
第6A図、第7A図、及び第8A図の構造では、光は活性領
域から、又は、更に厳密に云えば、それの発光層（EL）
からHTL、透明なITOアノード、及びガラス基板を通して
その基板平面の下の半空間に放出される。このため、光
路内にあるすべての層及びコンタクトが、そのデバイス
によって発光された波長範囲では強く吸収しないことが
重要である。これは、上記の３つの例において示された
濃度及び厚さのような適度の無機濃度及び厚さにその合
金を制限することによって達成される。半導体は金属よ
りも低い効率で電荷を伝導するので、同様のパフォーマ
ンスを達成するためには、一般に、より高い合金含量を
必要とする。半導体は光の吸収が金属よりもずっと弱い
ので、高い合金含量が可能である。
両方のコンタクトを通して、又は不透明もしくは反射
性の下部コンタクトもしくは基板の場合には上部コンタ
クトだけを通して光を放出することが望ましい。本発明
は、ドープされた又はドープされてない半導体を、すぐ
下の有機／無機合金トランスポート層と関連した上部コ
ンタクトとして許容することによってこの機能を可能に
する。上述のように、半導体は金属よりもずっと弱く光
を吸収し、従って、厚い半導体の上部コンタクトは効率
を損なうことのないように設計可能である。厚い半導体
の上部コンタクトを使用できるという利点は、側面抵抗
を最小にするために、ITOのような透明の金属によって
その構造全体を覆うことが可能であるということであ
る。現在の酸素化学及び一般に使用されるプラズマ付着
プロセスの破壊的性質のために、ITOをOLED上に直接に
析出することは不可能である。
以下では、本発明に基づく及び本発明によって可能に
される幾つかのディスプレイの実施例を開示する。
OLEDの付着前に、例えば、アクティブ・マトリクス、
ドライバ、メモリ等のようなアクティブ・Siデバイスを
含むように基板を製造することができるので、OLEDをそ
のSi基板上に集積化することができれば、それは有益な
ことであろう。そのような構造は、Siにおいて実現され
る高解像度及び高性能を伴った非常に安価な小領域の有
機ディスプレイとなり得る。OLED、OLEDアレイ、又はOL
EDディスプレイは、Siデバイスを搭載したそのようなSi
基板上で直接に成長されてもよく、或いは別々に製造
し、その後でSi基板上に移植されてもよい。問題は、従
来のSi金属化がそれの安定性のために選択され、従っ
て、従来のOLEDへの電荷の良好なインジェクタとはなら
ないことである。従来のOLEDカソード金属は、Siプロセ
スにおいて、又は空気中では安定ではない。もう１つの
問題は、Siが透明でないため、透明な上部コンタクトが
必要であるということである。本発明はこれらの問題に
対する解決法を提供する。開示された有機／無機合金電
子トランスポート層は、SiプロセスがOLEDに適合するよ
うに、電子を注入するのに安定したカソード金属を許容
する。有機／無機合金HTLは、機械的なプラズマ損傷及
び有害な酸素の化学的性質のためにOLED上にスパッタリ
ングされ得ない、アノードを上にした幾何学形状でのIT
Oよりも良好なアノード選択を可能にする。合金化され
たHTLは、ITO又は他の透明な導体が付着される厚い半導
伝性コンタクトを提供する。本発明は、不活性な半透明
の薄いAu層が、障壁の有害な影響なしにHTLに注入され
ることを可能にする。
Si基板上に形成された有機アレイ又はディスプレイ構
造が第９図に示されるが、以下でそれを説明する。この
ディスプレイは、メモリ・セル、ドライバ、キャパシ
タ、トランジスタ等のような能動的デバイス又は受動的
デバイス（これらのデバイスは図示されていない）を含
む集積回路を持ったSi基板90を含む。そのSi集積回路の
上には、安定したカソード金属91が、そのSiデバイスを
OLED92に接続するようにパターン化される。アノードを
上にした結合構造（geometry）では有機／無機合金ETL
でもって始まるOLEDが、そのパターン化されたカソード
91及びSi基板90上に付着される。OLED92は、有機／無機
合金HTL及びほとんど透明の半導体アノード93も組み込
んでいる。最後に、厚いITOキャップ94が施される。簡
単にするためにOLEDの詳細は図示されないことに留意し
て欲しい。
第10図には、OLEDがカソードを上にした構造を有する
別のアレイ又はディスプレイが示される。この図では、
Si基板95の上のOLED97が概略的に示される。パターン化
されたITO100はSiプロセスに完全に適合可能であるの
で、アノード96は必ずしも本発明では必要としない。カ
ソードを上にした構造を持ったOLEDによる問題は、透明
の信頼性あるカソード98が必要とされることである。通
常、良好な電子インクジェクタは安定したものではな
く、空気中で、或いは透明な金属の付着中及び付着後の
反応において劣化するであろう。有機／無機合金ETL
（参照番号97によって表されたOLEDを形成する層のスタ
ックの１つである）は、カソード98が、OLED97とその後
の層との間の安定した透明又は半透明の障壁としての特
性によって、或いは処理又は動作環境によって純粋に選
択されることを可能にする。
例えば、その上にパターン化されたITOアノード96、1
00を有するAl金属化されたSiチップ95は、OLEDアレイ又
はディスプレイ97に対する基板として働くことが可能で
ある。そのようなOLEDの１例は、（下部から上部に云う
と）、安定したアノード層、例えば、ITO100、任意選択
的な有機／無機合金HTL、有機物がドープされた、また
はドープされていない活性領域、有機／無機合金ETL、
薄い安定した金属の半透明層間カソード98、及び透明な
金属又は半導体のキャップ金属化物99より成る。
第11図に示されたもう１つの可能なディスプレイの実
施例を以下で説明する。このディスプレイは透明の基板
102を含み、その基板の上には、アクティブ・マトリク
ス液晶ディスプレイのために開発されたテクノロジと同
じテクノロジを使用してアモルファスSi又はポリSi構造
が形成される。通常、Siは、薄膜トランジスタ101（TF
T）及び他のデバイスを設けるように構成され、アクテ
ィブ・マトリクスを生じさせる。そこで、その形成され
たSiデバイス101、102は特別層104によって覆われるか
又は平坦化される。更に、OLEDが白色光を発光する場
合、更に、カラー・フィルタ102が設けられる。Siデバ
イスは、例えば、構造化されたITOコンタクト金属化物1
03を含み、その上にOLED105が付着される。この方法の
利点は、安価な高性能アクティブ・マトリクス・ディス
プレイを大きなエリアで実現するために、確立されたア
クティブ・マトリクス液晶ディスプレイ（AMLCD）テク
ノロジをOLEDと組み合わせて梃子入れすることができる
ことである。更に、巧妙な設計では、光がガラス基板を
通して放出されることを可能にし、従って、透明な上部
コンタクトを必要としない。
上記の構造のいずれも、有機／無機合金から再結合領
域への無機成分の拡散を更に減らすように、バッファ層
とは別の特別な拡散障壁層がHTL又はETLと活性領域との
間に設けられるということで更に改良可能である。即
ち、HTL及び有機バッファ層の間又は有機バッファ層及
び活性領域の間のインターフェースを横切る分子の交差
拡散を更に減少させたい場合、これらの間に同様の拡散
障壁を挿入することも可能である。電子が注入されたサ
イドにおいて同じことを行うことも可能である。特に、
拡散障壁は、純粋な無機層、純粋な有機層、又は有機／
無機合金層であってもよい。物質の拡散がインターフェ
ースを横切って活性領域におよぶのを抑止するように選
択される。それはエレクトロルミネセント光の発光とも
適合可能でなければならない。
以下では、使用可能な種々の有機材料の幾つかの例を
示す。Alq3としても知られたAlqは、例えば、Znq2、Beq
2、Mgq2、ZnMq2、BeMg2、及びAlPrg3のような他の８−
ヒドロキシキノリン金属錯体によって置換可能である。
これらの材料はETL又は発光層として使用可能である。E
TLとして使用可能な他の材料は、シアノ置換ポリマ、ジ
デシル・セクシチオフェン（DPS6T）、ビス−トリイソ
プロピルシリル・セクシチオフェン（2D6T）、アゾメチ
ン−亜鉛錯体、ピラジン（例えば、BNVP）、スチリルア
ントラセント誘導体（例えば、BSA−１、BSA−２）、
１、２、４−トリアゾール誘導体（TAZ）である。
次の材料は発光層として特によく適している。即ち、
アントラセン、フィリジン誘導体（例えば、ATP）、ア
ゾメチン−亜鉛錯体、ピラジン（例えば、BNVP）、スチ
リルアントラセント誘導体（例えば、BSA−１、BSA−
２）、コロネン（ドーパントとしても適する）、クマリ
ン（ドーパントとしても適する）、DCM化合物（DCM1、D
CM2:両方ともドーパントとして適する）、ジスチリル・
アリーレン誘導体（DSA）、アルキル置換ジスチリルベ
ンゼン誘導体（DSB）、ベンゾイミダゾール誘導体（例
えば、NBI）ナフトスチリルアミン誘導体（例えば、NS
D）、オキサジアゾール誘導体（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、フェニル置換シクロペンタジエン誘導体、12−フタ
ロペリノン誘導体（PP）、スクアリリウム染料（Sq）、
1,1,4,4−テトラフェニル−1,3−ブタジエン（TPBD）、
ポリ（２−メトキシ−５−（2'−エチル−ヘキサオキ
シ）−1,4−フェニレン−ビニレン）（MEH−PPV）、セ
クシチオフェン（6T）、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−PP
V）、ポリチオフェン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレ
ン）（PPV）。
下記の材料はHTLとして適している。即ち、Cu（II）
フタロシアニン（CuPc）、ジスチリル・アリーレン誘導
体（DSA）、ナフタレン、ナフトスチリルアミン誘導体
（例えば、NSD）、キナクリドン（QA;ドーパントとして
も適する）、ポリ（３−メチルチオフェン）ファミリ
（P3MT）、ペリレン、ポリチオフェン（PT）、3,4,9,10
−ペリレンテトラカルボキシリック・ジアンヒドリド
（PTCDA）（絶縁体としても適する）、テトラフェニル
ジアミノジフェニル（TPD−１、TPD−２、又はTAD）、
ポリ（２−メトキシ−５−（2'−エチル−ヘキサオキ
シ）−1,4−フェニレン−ビニレン）（MEH−PPV）、ポ
リ（９−ビニルカルバゾール）（PVK）。
このOLEDの実施例に対するマトリクスとして適する別
の材料は、ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボキシリッ
ク−1,8,4,5−ジアンヒドリドである。
良好な光発光体として知られている他の多くの材料が
あり、更に多くのものが発見されるであろう。これらの
材料も、本発明に従って発光構造を作るために同様に使
用可能である。そのような材料の例は本願の背景技術の
項において引用された刊行物に示されている。これらの
刊行物の内容は参考文献として本願に組み込まれる。
単量体デバイスは真空蒸着によって慣例どおりに行わ
れる。これは、それが層厚の正確な制御、優れた一様
性、及び２つ以上の材料の同時蒸着による再生可能な合
金化を可能にするので、合金化に非常に適用し得るもの
である。それはデバイス形成のための極めてクリーンな
環境を提供し、高純度の原材料が維持可能である。蒸着
は、ベル・ジャー形のチャンバにおいて、独立して制御
される抵抗性及び電子ビームによる原材料の加熱によっ
て、実施可能である。それはまた、複数の分子ふき出し
セル及び電子ビーム蒸着器を組み込んだ分子ビーム付着
システムにおいても実施可能である。
本発明によれば、有機ホール又は電子トランスポート
層に導入された無機成分は金属、又は単体半導体、又は
複合半導体であってもよい。単体半導体又は複合半導体
はそれらの電気的特性を変更又は強化するために意図的
にドープしてもよい。次の材料が特に適している。即
ち、それは、Al、Au、Pt、Ag、Be、Ni、In、Ga、As、S
b、Sn、Se、Cd、Te、Hg、又はそれらの合金である。
又、Ge、Si、InAs、InN、InP、GaAs、GaN、GaP、AlAs、
ZnTe、MgTe、ZnSe、Ｃ、CdTe、HgTe、又はそれらの合金
も適している。
オリゴマ有機物及び高分子有機物も、それらの単量体
成分の蒸着の後、基板における加熱又はプラズマ励起に
よる重合によって付着可能である。従って、相互蒸着に
よってこれらを合金化することも可能であり、それらは
単量体化合物とも十分に適合し得るものである。
一般に、ポリマ含有のデバイスは、溶媒中にポリマを
溶解すること、及びスピン・コーティング又はブレード
によりそれを基板上に拡げることによって作られる。こ
の場合、無機成分も溶媒中に懸濁または溶解されなけれ
ばならない。基板のコーティングの後、溶媒は加熱によ
って蒸発される。この方法は、各層に対する溶媒加熱サ
イクルを採用する必要があり、しかも前に付着された層
のいずれも再溶解しない新たな溶媒を採用する必要があ
るため、本願において開示したような多層構造の開発に
は有望ではない。使用することに更に興味あるものは、
上部に単量体層が蒸着されるポリマ／無機トランスポー
ト層を、合金も組み込んで作る可能性である。ポリマが
真空への導入前に不活性雰囲気において処理される場
合、デバイス製造のための十分な清潔さが維持される。
第５図乃至第8A図に示された構造は、広い領域の発光
ダイオードであると云うべきであろう。例えば、メサ構
造のような他の任意の種類の発光ダイオード構造にも十
分に適するであろう。本発明は、１つの発光ダイオード
構造における所定の層の改良に注目したものであり、
又、ダイオード内に追加の層を設けるものであるが、任
意の種類の有機発光ダイオードにおいても使用可能であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−274695（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−132189（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−268317（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−325869（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−125683（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−313892（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−267887（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 33/00 - 33/28

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】有機エレクトロルミネセント活性領域と、 電極から前記活性領域に電荷をトランスポートするため
    の少なくとも１つの有機電荷トランスポート層と、 を有し、 前記有機電荷トランスポート層は、無機成分を分散され
    て成る有機／無機合金材料を形成するために導入された
    無機成分を含み、175nmより厚いことを特徴とする発光
    デバイス。
  2. 【請求項２】前記無機成分を含む前記有機電荷トランス
    ポート層は、カソードとして働く前記電極から前記活性
    領域に電子をトランスポートする電子トランスポート
    層、もしくは、アノードとして働く前記電極から前記活
    性領域にホールをトランスポートするホール・トランス
    ポート層、またはその両方である、請求項１に記載の発
    光デバイス。
  3. 【請求項３】前記無機成分は、金属、ドープされた及び
    ドープされていない単体半導体、並びに、ドープされた
    及びドープされていない複合半導体からなる群から選択
    されることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイ
    ス。
  4. 【請求項４】前記無機成分は、Al、Au、Pt、Ag、Be、N
    i、In、Ga、As、Sb、Sn、Se、Cd、Te、Hg、Ge、Si、InA
    s、InN、InP、GaAs、GaN、GaP、AlAs、ZnTe、MgTe、ZnS
    e、Ｃ、CdTe、HgTe、及びそれらの合金からなる群から
    選択されることを特徴とする請求項３に記載の発光デバ
    イス。
  5. 【請求項５】前記有機／無機合金材料は、前記有機電荷
    トランスポート層のマトリクスにおける分散された無機
    成分より成る合金微小構造を有することを特徴とする請
    求項１に記載の発光デバイス。
  6. 【請求項６】前記有機／無機合金トランスポート層と前
    記活性領域との間に薄い有機バッファ層を含み、 前記有機バッファ層は前記活性領域の発光層の前記有機
    電荷トランスポート層における無機成分によるクエンチ
    ングを減少する又は抑止することを特徴とする請求項１
    に記載の発光デバイス。
  7. 【請求項７】前記活性領域の両サイドにおいて薄い有機
    バッファ層を含むことを特徴とする請求項６に記載の発
    光デバイス。
  8. 【請求項８】有機／無機合金材料を形成するために導入
    された前記無機成分は、前記活性領域からの距離と共に
    濃度が減少又は増加するように勾配がつけられることを
    特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
  9. 【請求項９】前記デバイス全体を通して単一の有機マト
    リクスを有し、 前記デバイスの個別の層は前記有機トランスポート層に
    おける無機成分、及び前記活性領域における有機又は無
    機エレクトロルミネセント・ドーパントのみによって区
    別されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１
    つに記載の発光デバイス。
  10. 【請求項１０】前記活性領域の一部分である前記有機発
    光層を除いて、前記デバイス全体を通して単一の有機マ
    トリクスを有し、 前記活性領域の有機発光層はその発光特性から選択さ
    れ、周辺のデバイスにおける有機マトリクスとの間で量
    子井戸を形成することを特徴とする請求項１乃至８のい
    ずれか１つに記載の発光デバイス。
  11. 【請求項１１】請求項１乃至10のいずれか１つに記載の
    発光デバイスを複数含み、 前記発光デバイスは共通の基板上に付着又はフリップさ
    れることを特徴とする有機発光アレイ又はディスプレ
    イ。
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