WO2005027587A1 - 有機デバイス用電極、有機デバイス用電極を有する電子機器、および有機デバイス用電極の形成方法 - Google Patents

有機デバイス用電極、有機デバイス用電極を有する電子機器、および有機デバイス用電極の形成方法 Download PDF

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WO2005027587A1
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organic device
fine particles
compound
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Tetsuo Tsutsui
Daisuke Kumaki
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Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.
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Definitions

  • Electrode for organic device electronic device having electrode for organic device, and method for forming electrode for organic device
  • the present invention relates to an electrode for an organic device used for an organic device such as an EL device or an F element utilizing the properties of an organic compound, an electronic device having the electrode for an organic device, and a method for forming the electrode for an organic device.
  • Electrodes in organic devices serve as contacts for connecting an organic compound exhibiting the function of the device to an inorganic compound such as wiring, and are therefore very important and have been devised in various ways.
  • a technique of doping a metal having a small work function such as an alkali metal as an electron injection electrode of an organic EL element is effective (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-270171).
  • a metal acts as a donor, and the metal and an organic compound form a charge transfer complex, thereby improving electron injection properties. Therefore, the ratio between the metal and the organic compound is 1:
  • Approximately 1 is considered to be optimal (eg, high-brightness organic EL devices with electron injection layers doped with r-metal, etc., Applied Physics II Letters, USA, Institute of Physics, 19 1982, January, Vo, 7 O, No. 2, p. 152-154, see).
  • the electrode for an organic device as described above is manufactured by a method in which an organic compound and a metal are each evaporated by resistance heating, mixed in a gas phase, and evaporated (so-called co-evaporation method). At this time, the ratio between the organic compound and the metal is monitored by a quartz oscillator, so that the ratio by weight is monitored.
  • organic compounds used in organic devices often have molecular weights of several hundreds or more (for example, the molecular weight of AIq used in the above-mentioned literature is 459), while the atomic weight of metal is much smaller than that. (For example, the atomic weight of Li used in the above literature is 7). Therefore, the ratio of metal to organic compound is When the metal ratio is about 1: 1, the ratio of metal by weight becomes extremely small.
  • the present invention relates to an electrode for an organic device used for an organic device, which is a functional element utilizing the properties of an organic compound, wherein a matrix of a single or a plurality of types of organic compounds is added to a conductive inorganic compound in the form of fine particles. It is characterized in that fine particles are dispersed and a Nani composite material is used.
  • the particle diameter of the conductive fine particles is set to 1 [nm]-100 Cnm].
  • conductivities Ning of the conductive fine particles it is desirable that the 1 0- 5 CS / m] or more.
  • the electrode for an organic device according to the above invention may be mounted on an electronic device.
  • Electronic devices include mobile phones, personal computers, monitors, video cameras, digital cameras, goggle-type displays, navigation systems, audio components, car audio, game machines, mobile computers, portable game machines, electronic books, An image reproducing device provided with a recording medium is exemplified.
  • a second invention is a method for forming an electrode for an organic device used for an organic device which is a functional element utilizing the properties of an organic compound, wherein the organic compound and conductive fine particles which are a fine-particle conductive inorganic compound are used. Are dispersed in the same solvent, and this is It is characterized in that an electrode for an organic device is formed by wet application to a surface for forming an electrode for a chair.
  • a third invention is a method for forming an electrode for an organic device used for an organic device, which is a functional element utilizing the properties of an organic compound, wherein the organic compound capable of being deposited and the conductive inorganic compound capable of being deposited are:
  • the weight ratio to be in the range of 4: 1-1: 4
  • co-evaporation is performed on the electrode forming surface of the organic device, so that the conductive fine particles in which excess conductive inorganic compound is formed into fine particles can be converted into organic fine particles. It is characterized in that it is dispersed in a matrix composed of a compound to form an electrode for an organic device.
  • the conductive fine particles dispersed in the matrix of the organic compound can realize the re-electron injection function and the mosquito L injection function, so that it can be applied to an organic device. It is easy to apply, and it is extremely practical and straightforward. Furthermore, a versatile electronic device can be provided by mounting the electrode for an organic device according to the above invention.
  • the particle size and the mixing amount of the conductive fine particles can be controlled in advance, the production is easy and the quality does not vary.
  • an inorganic compound that is difficult to deposit an inorganic compound having a low vapor pressure
  • the weight rate at the time of vapor deposition of the inorganic compound is close to that of the organic compound.
  • Controllability) Power ⁇ There is an advantage of increasing. Further, there is an advantage that an extremely clean contact interface between the fine particles of the conductive inorganic compound and the organic compound can be formed in a vacuum vessel having no impurities other than the organic compound and the conductive inorganic compound as the vapor deposition components.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 2 (a) is a schematic sectional view of an electrode for an organic device having a function of injecting electrons according to the present invention.
  • FIG. 2 (b) is a schematic cross-sectional view of an electrode for an organic device having a function of injecting holes according to the present invention.
  • FIG. 2 (c) is a schematic sectional view of an electrode for an organic device having a function of injecting electrons and holes according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional TEM photograph of an electrode for an organic device.
  • FIG. 4 (a) is a schematic configuration diagram showing one embodiment of an organic EL device using the electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 4 (b) is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the organic EL device using the electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram of a Nani organic EL device using the electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 6 (a) is a schematic configuration diagram showing one embodiment of an organic field-effect transistor using the electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 6 (b) is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the organic field-effect transistor using the electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 7 (a) is a schematic diagram showing one embodiment of a display device equipped with an electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 7 (b) is a schematic diagram showing an embodiment of a notebook personal computer equipped with an electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 7 (c) is a schematic view showing one embodiment of a mobile computer equipped with the electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 7 (d) is a schematic view showing an embodiment of a portable image reproducing apparatus equipped with the electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 7 (e) is a schematic view showing one embodiment of a goggle type display equipped with an electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 7 (f) is a schematic view showing an embodiment of a video camera equipped with the electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 7 (g) is a schematic diagram showing one embodiment of a mobile phone equipped with the electrode for an organic device according to the present invention.
  • FIG. 1 shows an organic device electrode 100 according to the present invention, in which conductive fine particles 102 made of fine particles of a conductive inorganic compound are dispersed in a single or plural kinds of organic compounds 101.
  • the composite material is formed in a layer on the electrode forming surface of the organic layer 11 O of the organic device.
  • the particle size of the conductive fine particles 102 is 1 [nm] to 100 Cnm], preferably "! [Nm] to 20 [nm]. That is, the electrode 100 for organic devices is made of a conductive inorganic material. This is a dispersion of CO conductive fine particles 102 in an organic compound 101 while maintaining the properties of the compound.
  • the metal acts at the atomic level with the organic compound to form a metal complex. This clearly distinguishes a state in which a portion where components retaining the original metal properties are not present in the electrode is present.
  • the conductive fine particles 102 dispersed at a high density have a large specific surface area
  • the interaction between the conductive fine particles 102 and the organic compound 101 causes Alternatively, it can function as an acceptor and, because of the presence of the matrix of organic compound 101, has good adhesion to the organic layer "I10", making it suitable for electrodes for organic devices.
  • a conductive inorganic compound having a conductivity 5 is 10 to 15 [SZm] or more
  • the organic compound 102 used for the organic device electrode 100 may be a single organic compound or an organic compound obtained by mixing a plurality of types. However, it is preferable to use a ⁇ -conjugated organic compound in order to assist carrier movement in the organic device electrode 100.
  • Organic compounds having a 7 ⁇ conjugated system include, for example, 4,4′-bis [ ⁇ — (3-methylphenyl) -1-phenyl-1-amino] biphenyl (abbreviation: TPD), 4,4′-bis [ ⁇ — (1-naphthyl) 100-phenyl-amino] biphenyl (abbreviation: Qi-NPD), 4, 4J, 4 "—tris (N, N-diphenyl / reamino) triphenylamine (abbreviation: TDATA) ), 4, 4 ', 4 "— Squirrel [N— (3-methylphenyl) -1-N-phenylamido Z] triphenylamine (abbreviation: MT DATA), 2,5-bis (1-1naphthyl) -1,3,4-oxodazole (abbreviation: BND) , 2- (4-biphenylyl) -1-5- (4-tert-butylphenyl
  • the conductive fine particles 102 include one or more kinds of typical metals, transition metals, lanthanoids and other metals and alloys (specifically, L Mg, Ca, A and Ag, Au, Cu, Pt ), Inorganic compounds containing Group 5 elements (nitrides, phosphides, arsenides), inorganic compounds containing Group 16 elements (oxides, sulphides, selenides, tellurides), such as an inorganic compound (bromide, iodide) containing 1 group 7 element, the inorganic compounds other than metals (specifically, M g 3 N 2, C a 3 N 2, ⁇ , ⁇ ⁇ 0, ⁇ i O, ⁇ 0 3, V 2 0 5, Z n S, Cd S, Cd S e, Cu l or the like), a visible light region In a transparent conductor (Rh, P d, C r , S i 0 2, I n 2 0 3, C d 0, T i 0 2, Z
  • the electrode for an organic device according to the present invention has a wide range of application IS, and is specialized in an electron injection function, a hole injection function, or one of an electron injection function and a hole injection function. It can be configured to have both functions.
  • the organic device electrode 100a shown in FIG. 2 (a) is a conductive fine particle 102a dispersed in a matrix of the organic compound 101a, and has a work number of 4.2 eV or less.
  • conductive inorganic compounds e.g., L i, Mg, Ca, Mg 3 n 2, C a 3 n 2 , etc.
  • the semiconductor showing a or n-type (e.g., Z nO, Z n S, Cd S, C d S e )
  • a or n-type e.g., Z nO, Z n S, Cd S, C d S e
  • the organic compound 1 01 a an electron transporting organic reduction ⁇ objects (e.g., BND, PBD, OXD- 7, TAZ, BP hen, B CP, TPBI, AI q 3, B e B q 2, BA 1 q, Z n (BOX) 2 etc.) ⁇ ) Desirable.
  • an electron transporting organic reduction ⁇ objects e.g., BND, PBD, OXD- 7, TAZ, BP hen, B CP, TPBI, AI q 3, B e B q 2, BA 1 q, Z n (BOX) 2 etc.
  • the electrode 100b for an organic device shown in FIG. 2 (b) is a conductive fine particle 102b dispersed in a matrix of an organic compound 101b, and has a conductivity of more than 4.2 [eV].
  • sex inorganic compounds e.g., a g, a u, Cu , P t, I tO etc.
  • the semiconductor showing a or p-type e.g., N i 0, Mo0 3, V 2 0 5 , etc.
  • the electrode 100c for organic devices shown in Fig. 2 (c) is a conductive fine particle 102c dispersed in the matrix of the organic compound 101c, and has a conductivity of 4.2 eV or less.
  • inorganic compounds e.g., L i, Mg, Ca, Mg 3 n 2, C a 3 n 2 , etc.
  • the semiconductor showing a or n-type (e.g., Z nO, Z n S, C d S, C d S e etc.
  • the first formation method involves dispersing an organic compound and conductive fine particles, which are finely divided conductive inorganic compounds, in the same solvent, and wet-coating (dip-coating, spin-coating) , Inkjet, etc.) to form an organic deposition electrode.
  • conductive fine particles which are finely divided conductive inorganic compounds
  • wet-coating dip-coating, spin-coating
  • Inkjet etc.
  • the particle size and the mixing amount of the conductive particles can be controlled in advance, so that the production is easy and the quality does not vary. Since it is possible to use an inorganic compound (an inorganic compound having a low vapor pressure) which is difficult to vaporize as conductive fine particles, there is an advantage that the material selection of the conductive fine particles is broadened.
  • a film In general, it is often difficult to form a film by uniformly mixing fine particles of a metal or an inorganic compound with an organic compound.
  • the surface of the metal or the mineralized t-substance is previously treated with alkylthiol. Dispersibility can be improved by treating with a surface stabilizer such as alkyl trisilane.
  • a conductive inorganic compound is generated by a reaction in an organic solvent under an inert atmosphere. It is also possible to prepare a mixed dispersion with an organic compound from a state in which the conductive inorganic compound has grown into fine particles, and form the film as a thin film by wet coating.
  • the second method is to form an electrode for an organic device while controlling the weight ratio of the organic compound capable of being vapor-deposited and the conductive inorganic compound capable of being vapor-deposited so that the weight ratio is in the range of 4 ::!
  • an electrode for an organic device is formed by dispersing a conductive fine particle in which an excessive amount of a conductive inorganic compound has been formed into fine particles by co-evaporating the conductive fine particles onto a matrix made of an organic compound.
  • the metal reacts with the organic compound in an atomic level to form a metal complex, thereby improving the properties of the metal.
  • the conductive inorganic compound / organic compound should be 1 Z 4 or more (preferably 12 or more) 4 Z 1 or less (preferably 2 1 or less) Control the weight ratio so that While it deposited by co-evaporation, a conductive matrix comprising an organic compound That is, the conductive fine particles are dispersed.
  • controllability at the weight J control (controllability at the crystal oscillator monitor) is improved.
  • an extremely clean contact interface between the fine particles of the conductive inorganic compound and the organic compound in a vacuum container having no impurities other than the organic compound and the conductive inorganic compound as the vapor deposition components. Can be formed.
  • FIG. 3 shows a TEM photograph of a cross section of the electrode for an organic device fabricated by the above-described second method.
  • This has a structure in which layers of ⁇ ⁇ I organic device electrode ZA I are stacked in this order.
  • the deposition rate of Mg used as the conductive inorganic compound is fixed at 0.1 [nmZs], and A1q used as the organic compound is 3 also evaporated, total deposition rate is 0. 2 [nm / s] become so co-deposition of the adjusted while Mg and AI q 3 was carried out.
  • Mg and AI q 3 ratio by weight of 1 since the conditions set to be 1.
  • the deposition rate of the Mg component tends to increase in the early stage of the evaporation of both components, resulting in excessive supply of IVlg on the side very close to the AI thin film formed on the substrate.
  • a shadow with a particle size of several nm to several tens of nm was observed in the electrode layer directly above the AI thin film on the substrate side.
  • This is considered to be a metal crystal because of its heterogeneous contrast. Therefore, it was confirmed that Mg crystallites (that is, conductive fine particles) can be dispersedly formed in an organic compound matrix by co-evaporation.
  • Figure 4 (a) shows the device structure.
  • FIG. 4 (a) is a known organic EL device in which a reference electrode for an organic device having an electron injection function (the type of FIG. 2 (a) described above) is introduced as an electron injection electrode, and 201 is an anode, 202 is a cathode, 203 is an electroluminescent layer, and 204 f is an electron injection electrode.
  • the electroluminescent layer 203 is capable of electroluminescence or emitted by carrier injection. This is a layer containing an organic compound that can emit light.
  • the glass substrate on which the ITO was used as the anode 201 was patterned and washed by boiling with ethanol, and the surface of the substrate was washed with an ozone plasma washing machine. After setting the material to be deposited with the cleaned substrate in a vacuum evaporation apparatus, the interior of the chamber one 1 0 - pressure was reduced to 4 [P a] degree.
  • TPD was deposited at a rate of about 0.2 to 0.4 [nmZs] to form a 70 [nm] film.
  • Alq 3 was deposited at a rate of about 0.2 to 0.4 CnmXs] to form a film of 60 [nm].
  • the above is the electroluminescent layer 203.
  • the device characteristics of the organic E element fabricated as described above are shown in Fig. 5 (Example D in the figure.
  • the horizontal axis is the current density [V]
  • the vertical axis is the external quantum efficiency [%: extracted outside. (Number of photons / Number of injected carriers) At the time of light emission (D external quantum efficiency was about 0.6 to 1.1%.
  • FIG. 4 shows an electrode for an organic device having both an electron injection function and a hole injection function (electrode of the type shown in FIG. 2 (c), or type shown in FIG. 2 (a) and FIG. 2 (a)).
  • B is a known organic EL element (MPE element) in which an electrode having a structure in which the type (b) is laminated) is introduced as an internal electrode, 201 is an anode, 202 is a free electrode, and 203a is a first electrode.
  • MPE element organic EL element
  • the electroluminescent layer of-, 203b is a second electroluminescent layer
  • 205 is a charge generation layer composed of an electron injection electrode layer 205a and a hole injection electrode layer 205b.
  • the first electroluminescent layer 203a and the second electroluminescent layer 203b are layers containing an organic compound which can reduce electroluminescence or can emit light by carrier injection.
  • the charge generation layer 205 is not connected to an external circuit, and serves as a floating internal electrode. In the organic EL device having the above-described configuration, when a voltage V is applied between the anode 201 and the cathode 202, the first electroluminescence is generated from the electron injection electrode layer 205a of the charge generation layer 205.
  • Electrons are injected into the layer 203a, and holes are injected from the hole injection electrode layer 205b of the charge generation layer 205 to the second electroluminescent layer 203b. You. On the other hand, from the perspective of the external circuit, holes are present from the anode 201 to the first electroluminescent layer 203a, and from the cathode 202 to the second electroluminescent layer 203b. Since electrons are injected, recombination of carriers occurs in both the first electroluminescent layer 203a and the second electroluminescent layer 203b, resulting in light emission.
  • both the first electroluminescent layer 203a and the second electroluminescent layer 203b can emit photons corresponding to the current I. Therefore, there is a merit that the same current can emit twice the amount of light as compared with an organic EL device in which electroluminescence I is a single layer.
  • MPE device As a charge generation layer in the above-mentioned organic EL device (MPE device), An example of manufacturing an organic EL device to which an electrode for an organic device is applied will be described.
  • the glass substrate on which the ITO was used as the anode 201 was patterned and washed by boiling with ethanol, and the substrate surface was further washed with an ozone plasma washing machine. After the washed substrate and the material to be deposited were set in a vacuum deposition apparatus, the pressure in the chamber was reduced to about 10 to 4 Pa.
  • TPD was deposited at a rate of about 0.2 to 0.4 nmZs to form a 70 nm film. Then, by depositing AI 3 3 0. 2 ⁇ 0. About Leh Bok 4 n mZ s, it was 60 nm deposited. The above is the first electroluminescent layer 203a.
  • a multiphoton emission element (I TOZT PD (70 nm) / AI q 3 (60 nm) / Mg: AI q 3 (1 O nm) using the organic device electrode of the present invention formed as described above.
  • the external quantum efficiency during light emission is 1.2 to 1.
  • the drive voltage of the device that was ⁇ : as Example 2 was higher than that of the device of Example 1, but the external quantum efficiency was higher than that of the device of Example 1; It turns out that it operates as a mission element. Therefore, it was clarified that the electrode for an organic device of the present invention having the structure as described in the above item 12 functions as a charge generation layer and can inject both holes and electrons.
  • Fig. 6 shows the device structure.
  • Fig. 6 (a) shows an organic field-effect transistor in which the charge generation layer is introduced as an internal electrode.
  • the substrate 301, the first gate electrode 302, and the first gate insulation are shown.
  • the electron transport layer 305a and the hole transport layer 305b are collectively referred to as an organic semiconductor layer.
  • FIG. 3 (a) As shown in (1), electrons are injected from the charge generation layer 306 into the electron transport layer 305a and holes are injected into the hole transport layer 305b by the electric field effect.
  • the first gate insulating film 303 and the second gate insulating film 308 exist, the first gate electrode 302 and the second gate electrode 310 Therefore, carriers are not injected into the organic semiconductor layer.
  • the first source electrode 304a and the first drain V sd 1 (> 0) between the in-electrode 304 b and V sd 2 ( ⁇ 0) between the second source electrode 300 b and the second drain electrode 307a Apply.
  • the electrons in the electron storage channel layer near the first gate insulating film 303 and the holes in the hole storage channel layer near the second gate insulating film 308 become the respective source-drain regions. Apply current to the circuit.
  • the amount of current flowing between the source and drain electrodes is determined to be determined by the amount of charge injected from the source electrode, which is the high-speed controllability and the control current of the organic field-effect transistor. Is the limiting factor.
  • the above-mentioned organic field effect transistor using the charge generation layer has the advantage that a large amount of current can be controlled at high speed because charges generated by applying an electric field from the charge generation layer are used instead of charges injected from the source electrode. Having.
  • the charge generation layer needs to have the function of injecting holes in the upward direction and electrons in the downward direction in FIG. That is, when the electrode for an organic device according to the present invention is used as the charge generation layer 303 (internal charge generation electrode), the above-described organic field effect transistor can be realized.
  • the electrode for an organic device according to the present invention can be mounted on an electronic device.
  • Electronic devices include mobile phones, personal computers, monitors, video cameras, digital cameras, goggle-type displays, navigation systems, audio components, car audio, game devices, mobile computers, portable game machines, electronic books, An image reproducing device provided with a recording medium is exemplified. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS. 7 (a) to (g).
  • FIG. 7 (a) shows an embodiment of the display device, including a housing 1001, a support base 1002, a display section 1003, a part of a speaker 1004, and a video input terminal 1010. Includes 0 5 etc.
  • the electrode for an organic device of the present invention is mounted on the display section 103 or the like.
  • Display devices equipped with electrodes for organic devices include devices for displaying information such as for computers, for receiving TV broadcasts, and for displaying advertisements.
  • FIG. 7 (b) shows an embodiment of the notebook type personal computer, which includes a main body 1201, a housing 122, a display section 123, a keypad 122, and an external connection port 1. 205, pointing mouse 1 206, etc.
  • the electrode for an organic device of the present invention is described in the display section 1203 and the like.
  • FIG. 7 (c) shows an embodiment of the mobile computer, which includes a main body 1301, a display section 1302, a switch 1303, an operation key 1304, an infrared port "I305", and the like.
  • the electrodes are mounted on the display section 1302 and the like.
  • FIG. 7 (d) shows an embodiment of a portable image reproducing device (specifically, a DZO D reproducing device) equipped with a recording medium.
  • Display unit 1 Reference numeral 403 mainly represents image information, and the display portions 1404 mainly display character information.
  • the organic device electrode of the present invention is mounted on these display portions 1403, 1404, and the like.
  • the provided image reproducing device includes a home game machine and the like.
  • FIG. 7 (e) shows an embodiment of a goggle type display, which includes a main body 1501, a display section 1502, and an arm section 1503.
  • the electrode for an organic device of the present invention is mounted on the display unit 1502 and the like.
  • FIG. 7 (f) shows an embodiment of the video camera, including a main body 1601, a display section 1602, a housing 1603, an external connection port 1604, a remote control receiving section 1605, an image receiving section 1606, and a battery 1 607, a voice input section 1608, an operation key 1609, an eyepiece section 1610, and the like.
  • the electrode for an organic device of the present invention is mounted on the display portion 2602 or the like.
  • FIG. 7 ( g ) shows an embodiment of a mobile phone, including a main body 1701, a housing 1702, a display section 1703, a voice input section 1704, a voice output section 1705, and operation keys 1706. , External connection port 1 707, antenna 1 708, and the like. It is manufactured by using the electrode for organic device of the present invention for the display portion 1703 and the like. Note that the display portion 1703 can reduce power consumption of the mobile phone by displaying white characters on a black background.
  • the applicable range of the electrode for an organic device of the present invention is extremely wide, and the versatility is expanded by mounting the electrode for an organic device on electronic devices in various fields.

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Abstract

単一もしくは複数種類の有機化合物(101)に、導電性無機化合物を微粒子状とした導電性微粒子(102)を分散さてなる複合材料を、有機デバイスの有機層(110)の電極形成面へ層状に形成してなる有機デバイス用電極(100)であって、有機化合物のマトリックスに分散された導電性微粒子により電子注入機能や正孔注入機能が実現できる。

Description

明 細 書 有機デノ イス用電極、 有機デバイス用電極を有する電子機器、 および有機デバィ ス用電 の形成方法 技術分野
本発明は、 有機化合物の性質を利用した E L素子や F Ε Τなどの有機デバイス に用いる有機デバイス用電極と、 その有機デバイス用電極を有する電子機器、 お よびその有機デバイス用電極の形成方法に関する。 背景技術
有機デバイスにおける電極は、 デバイスの機能を発現する有機化合物と配線等 の無機ィ匕合物とを接続する接点になるため、 非常に重要で リ、 様々な工夫がな されてし、る。 例えば、 有機 E L素子の電子注入電極として Iま、 アルカリ金属等の 仕事関数の小さい金属をドーピングする技術が有効である (例えば、 特開平 1 0 - 2 7 0 1 7 1号公報参照) 。 この技術は、 金属をドナーとして作用させ、 その 金属と有機化合物とが電荷移動錯体を形成することにより電子注入性が向上する というものである。 したがって、 その金属と有機化合物との比率はモル比で 1 :
1程度 最適とされている (例えば、 文献 キドほか, r金属ドープによる電 子注入層を有する高輝度有機 E L素子」 , アプライド'フ ジクス■ レターズ, アメリカ, インスティテュー卜 'ォブ 'フィジックス, 1 9 9 8年 1 1月, v o に 7 O , N o . 2, p . 1 5 2— 1 5 4、 参照) 。
上記のような有機デバイス用電極は、 有機化合物と金属とを抵抗加熱によりそ れぞれ蒸発させ、 気相中で混合して蒸着する方法 (いわゆる共蒸着法) で作製す る。 この時、 有機化合物と金属との比率は、 水晶振動子でモニタ一するため、 重 量比でモニタ一することになる。 通常、 有機デバイスで用いる有機化合物は分子 量が数百以上 (例えば、 上記文献で用いている A I qの分子量は 4 5 9 ) のもの が多く、 一方、 金属の原子量はそれに比べると非常に小さし、 (例えば、 上記文献 で用いている L iの原子量は 7 ) 。 したがって、 金属と有機化合物との比率をモ ル比で 1 : 1程度にする場合、 重量比での金属の比率は極めて小さくなる。
このことから、 金属と有機化合物とが電荷移動錯体を形成するように有機デ /く イス用の電極を作製する場合、 金属の蒸着レートの制御性が悪く、 安定して均質 なデバイスを作製することが困難であった。 また、 特に、 金属以外の半寧性ある いは導電性の無機化合物 (半導性■導電性の酸化物等) の多くは蒸気圧力《低く、 抵抗加熱で蒸発させることが困難であるため、 これらをドナーとして有機化合物 と混合させた有機デパイス用電極を形成することは出来なかった。
本発明は、 金属ドナードープとは全く異なる観点から、 電子注入機能および/ または正孔注入機能を実現した有機デバィス用電極を提供することを目^として し、る。 また、 本発明に係る有機デバイス用電極の特質から、 安定した均霞な電極 を作製できる有機デバイス用電極の形成方法も提供することを目的としている。 発明の開示
本発明は、 有機化合物の性質を利用した機能素子である有機デバイスに用いる 有機デバイス用電極において、 単一もしくは複数種類の有機化合物から るマト リクスに、 導電性無機化合物を微粒子状とした導電性微粒子を分散させナニ複合材 料を用いたことを特徴とする。
また、 上記発明の有機デバイス用電極において、 上記導電性微粒子の粒径を、 1 〔n m〕 - 1 0 0 C n m] とすることが望ましい。
また、 上記発明の有機デバイス用電極において、 上記導電性微粒子の寧電率は 、 1 0— 5 C S /m] 以上とすることが望ましい。
さらに、 上記発明に係る有機デバイス用電極を電子機器に搭載しても良い。 電 子機器としては、 携帯電話、 パーソナルコンピュータ、 モニタ、 ビデオカメラ、 ディジタルカメラ、 ゴーグル型ディスプレイ、 ナビゲーシヨンシステム、 オーデ ィォコンポ、 カーオーディオ、 ゲーム機器、 モバイルコンピュータ、 携 型ゲ一 ム機、 電子書籍、 記録媒体を備えた画像再生装置などが挙げられる。
また、 第 2の発明は、 有機化合物の性質を利用した機能素子である有機デバイ スに用いる有機デバイス用電極の形成方法において、 有機化合物と微粒子状の導 電性無機化合物である導電性微粒子とを同一の溶媒に分散させ、 これを有機デバ イス用の電極形成面へ湿式塗布することで、 有機デバイス用電極を形成するよう にしたことを特徴とする。
更に、 第 3の発明は、 有機化合物の性質を利用した機能素子である有機デバィ スに用いる有機デバイス用電極の形成方法において、 蒸着可能な有機化合物と、 蒸着可能な導電性無機化合物とを、 その重量比が 4 : 1 - 1 : 4の範囲となるよ うに制御しつつ有機デバイス用電極形成面へ共蒸着させることで、 過剰な導電性 無機化合物が微粒子状となった導電性微粒子を有機化合物からなるマ卜リクスに 分散させて有機デバイス用電極を形成するようにしたことを特徴とする。
上記のように構成した本発明に係る有機デバィス用電極によれぱ、 有機化合物 のマトリクスに分散された導電性微粒子によリ電子注入機能や正孑 L注入機能を実 現できるので、 有機デバイスへの適用が容易で、 極めて実用的価ィ直の高いものと なる。 さらに、 上記の発明に係る有機デバイス用電極を搭載することにより汎用 性した電子機器を提供できる。
上記第 2の本発明に係る有機デバイス用電極の形成方法によれ fま、 導電性微粒 子の粒径や混合量を予め制御できるため、 作製が容易で品質がばらつかない。 加 えて、 蒸着が困難な無機化合物 (蒸気圧の低い無機化合物) を導寬性微粒子とし て用いることができるため、 導電性微粒子の素材選択の幅が広が という利点も る。
上記第 3の発明に係る有機デバイス用電極の形成方法によれば、 無機化合物の 蒸着時の重量レートが有機化合物のそれに近くなるため、 重量比での制御性 (水 晶振動子モニタ一での制御性) 力《高まるという利点がある。 更に、 蒸着成分であ る有機化合物と導電性無機化合物以外に不純物が存在しない真空容器中で、 導電 性無機化合物の微粒子と有機化合物との極めて清浄な接触界面を开成できるとい う利点もある。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明に係る有機デバイス用電極の概略断面図である。
第 2図 (a ) は、 本発明に依る電子を注入する機能を有する有機デバイス用電 極の概略断面図である。 第 2図 (b ) は、 本発明に依る正孔を注入する機能を有する有機デバイス用電 極の概略断面図である。
第 2図 (c ) は、 本発明に依る電子と正孔を注入する機能を有する有機デバイ ス用電極の概略断面図である。
第 3図は、 有機デバイス用電極の断面 T E M写真である。
第 4図 (a ) は、 本発明に係る有機デバイス用電極を用いた有機 E L素子の一 実施例を示す概略構成図である。
第 4図 (b ) は、 本発明に係る有機デバイス用電極を用いた有機 E L素子の他 の実施例を示す概略構成図である。
第 5図は、 本発明に係る有機デバイス用電極を適用しナニ有機 E L素子の特性図 である。
第 6図 (a ) は、 本発明に係る有機デバイス用電極を用いた有機電界効果トラ ンジスタの一実施例を示す概略構成図である。
第 6図 (b ) は、 本発明に係る有機デバイス用電極を用いた有機電界効果トラ ンジスタの他の実施例を示す概略構成図である。
第 7図 (a ) は、 本発明に係わる有機デバイス用電極を搭載した表示装置の一 実施例を示す概略図である。
第 7図 (b ) は、 本発明に係わる有機デバイス用電極を搭載したノート型パ一 ソナルコンピュータの一実施例を示す概略図である。
第 7図 (c ) は、 本発明に係わる有機デバイス用電極を搭載したモバイルコン ピュータの一実施例を示す概略図である。
第 7図 (d ) は、 本発明に係わる有機デバイス用電極を搭載した携帯型の画像 再生装置の一実施例を示す概略図である。
第 7図 (e ) は、 本発明に係わる有機デバイス用電極を搭載したゴーグル型デ イスプレイの一実施例を示す概略図である。
第 7図 (f ) は、 本発明に係わる有機デバイス用電極を搭載したビデオカメラ の一実施例を示す概略図である。
第 7図 (g ) は、 本発明に係わる有機デバイス用電極を搭載した携帯電話の一 実施例を示す概略図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明に係る有機デバイス用電極をより詳細に説述するため fこ、 添付図面に従 つてこれを説明する。
第 1図に示すのは、 本発明に係る有機デバイス用電極 100で、 単一もしくは 複数種類の有機化合物 1 01に、 導電性無機化合物を微粒子状とした導電性微粒 子 1 02を分散させた複合材料を、 有機デバイスの有機層 1 1 Oの電極形成面へ 層状に形成したものである。 この導電性微粒子 1 02の粒径は 1 〔nm〕〜1 0 0 Cnm] 、 好ましくは"! 〔nm〕〜20 〔nm〕 とする。 すなわち、 有機デバ イス用電極 1 00は、 導電性無機化合物の特性を保持したまま CO導電性微粒子 1 02を有機化合物 1 01中に分散させたものであり、 金属が原子レベルで有機化 合物と作用して金属錯体のような状態になっていることによって、 本来の金属の 性質を保持した成分が集まった部分が電極中に存在しない状態とは、 明確に区別 される。
斯く構成した有機デバイス用電極 1 00では、 高密度に分散した導電性微粒子 1 02が大きな比表面積を有することから、 これら導電性微粒子 1 02と有機化 合物 1 01との相互作用によりドナ一あるいはァクセプタとしての機能を実現で きると共に、 有機化合物 1 01のマトリクスが存在していることで、 有機層" I 1 0との密着性も良いことから、 有機デバイス用の電極に適した のとなる。 なお 、 有機デバイス用電極の導電性を高めるため、 導電性微粒子 1 O 2には、 導電率 (5が 1 0一5 〔SZm〕 以上の導電性無機化合物を用いることが望ましい。
上記有機デバイス用電極 1 00に用いる有機化合物 1 02としては、 単一の有 機化合物でも、 複数種類を混合した有機化合物でも良い。 但し、 有機デバイス用 電極 1 00内でのキャリアの移動を補助するためには、 π共役 の有機化合物を 用いることが好ましい。 7Γ共役系を有する有機化合物としては、 例えば、 4, 4 ' 一ビス [Ν— (3—メチルフエニル) 一Ν—フエ二ル一ァミノ ] ビフエニル ( 略称: TPD) 、 4, 4' 一ビス [Ν— (1一ナフチル) 一Ν—フエニル一アミ ノ] ビフエニル (略称: Qi-NPD) 、 4, 4J , 4" —トリス (N, N—ジフ ェ二/レアミノ) トリフエニルァミン (略称: TDATA) 、 4, 4' , 4" —ト リス [N— (3—メチルフエニル) 一 N—フエニル一アミ Z] トリフエニルアミ ン (略称: MT DATA) 、 2, 5—ビス (1一ナフチル) 一 1, 3, 4ーォキ サジァゾール (略称: BN D) 、 2— (4—ビフエ二リル) 一 5— (4- t e r t一ブチルフエニル) 一1, 3, 4—ォキサジァゾール ( 称: PBD) 、 1 , 3—ビス [5— (p— t e r t—ブチルフエニル) 一 1, 3, 4一ォキサジァゾ 一ルー 2—ィル] ベンゼン (略称: OX D— 7) 、 3— ( — t e r t—ブチル フエニル) 一 4一フエ二ルー 5— (4—ビフエ二リル) ー1 , 2, 4一トリァゾ ール (略称: TAZ) 、 バソフェナント口リン (略称: BP h e n) 、 バソキュ プロイン (略称: BCP) 、 2, 2' , 2 " - ( 1 , 3, 5一ベンゼントリーィ ル) 一トリス [ 1一フエ二ルー 1 H—べンズイミダゾール] (略称: T PB I ) 、 卜リス (8—キノリノラト) アルミニウム (略称: A I q 3) 、 ビス (1 0— ヒドロキシーベンゾ [h] キノリナト) ベリリウム略称: & e B q2) 、 ビス ( 2—メチル一8—キノリノラト) 一 4一フエニルフエノラトーアルミニウム (略 称: BA I q) 、 ビス [2— (2—ヒドロキシフエニル) 一べンゾォキサゾラト ] 亜鉛 (略称: Z n (BOX) 2) 、 4, 4' 一ビス (N—カルバゾリル) ビフ ェニル (略称: CBP) 、 9, 1 0—ビス (2—ナフチル) アントラセン (略称 : β-DNA) などの低分子有機化合物や、 ポリ (ビニルト リフエニルァミン) (略称: PVT) 、 ポリ (N—ビニルカルバゾール) (略称: PVK) 、 ポリ ( 2, 5—ジアルコキシ一 1 , 4一フエ二レンビニレン) (赂称: RO— P PV) 、 ポリ (2, 5—ジアルコキシ一 1, 4一フエ二レン) (略称: RO— PPP) 、 ポリ (9, 9ージアルキルフルオレン) (略称: P DA F ) 、 ポリ (3—アル キルチオフェン) (略称: PAT) などの高分子有機化合物などが挙げられる。 一方、 導電性微粒子 1 02としては、 一種または複数種の典型金属、 遷移金属 、 ランタノイド等の金属や合金 (具体的には、 L Mg、 C a、 A し A g、 Au、 Cu、 P tなど) のほか、 第 1 5族元素を含む無機化 物 (窒化物、 リン 化物、 ヒ化物) 、 第 1 6族元素を含む無機化合物 (酸化物、 疏化物、 セレン化物 、 テルル化物) 、 第 1 7族元素を含む無機化合物 (臭化物、 ヨウ化物) 等の、 金 属以外の無機化合物 (具体的には、 Mg 3N2、 C a3N2、 〖 ΤΟ、 Ζ η 0、 Ν i O、 Μο03、 V205、 Z n S、 Cd S、 Cd S e、 Cu lなど) 、 可視光域 で透明な導電体 (Rh、 P d、 C r、 S i 02、 I n 203、 C d 0、 T i 02、 Z n S n04、 Mg I n 04、 C a G a 04 T i N、 Z r N、 H f N、 L a B6 など) を用いることが出来る。
そして、 本発明に係る有機デバイス用電極は、 その応用 IS囲も広く、 電子注入 機能に特化させたり、 正孔注入機能に特化させたり、 或い 1ょ、 電子注入機能と正 孔注入機能を併せ持つように構成したりすることが可能で feる。
第 2図 (a) に示す有機デバイス用電極 1 00 aは、 有機化合物 1 0 1 aのマ トリクスに分散させる導電性微粒子 1 02 aとして、 仕事閱数が 4. 2 〔e V〕 以下の導電性無機化合物 (例えば、 L i, Mg, Ca, Mg 3N2, C a3N2な ど) や n型を示す半導体 (例えば、 Z nO, Z n S, Cd S, C d S eなど) を 用いることで、 有機デバイスの有機層 1 1 0に電子を注入する機能を実現する。 なお、 有機化合物 1 01 aとしては、 電子輸送性の有機化^物 (例えば、 BND , PBD, OXD— 7, TAZ, BP h e n, B CP, T P B I , A I q 3, B e B q2, B A 1 q, Z n (BOX) 2など) を用いること^) 望ましい。
第 2図 (b) に示す有機デバイス用電極 1 00 bは、 有機化合物 1 0 1 bのマ トリクスに分散させる導電性微粒子 1 02 bとして、 仕事鬨数が 4. 2 〔eV〕 より大きい導電性無機化合物 (例えば、 A g, A u, Cu, P t, I TOなど) や p型を示す半導体 (例えば、 N i 0、 Mo03、 V205など) を用いることで 、 有機デバイスの有機層 1 1 0に正孔を注入する機能を実現する。 なお、 有機化 合物 1 01 bとしては、 正孔輸送性の有機化合物 (例えば、 T PD, 一 NPD , T DATA, MTDATA, P VT, PVKなど) を用 ΙΛることが望ましい。 第 2図 (c) に示す有機デバイス用電極 1 00 cは、 有機化合物 1 01 cのマ トリクスに分散させる導電性微粒子 1 02 cとして、 仕事閲数が 4. 2 〔eV〕 以下の導電性無機化合物 (例えば、 L i , Mg, Ca, Mg 3N2, C a 3N2な ど) や n型を示す半導体 (例えば、 Z nO, Z n S, C d S , C d S eなど) と 、 仕事関数が 4. 2 〔eV〕 より大きい導電性無機化合物 (例えば、 A g, Au , Cu, P t, I TOなど) や p型を示す半導体 (例えば、 N i 0、 Mo03、 V205など) を、 適宜な割合で混在させることにより、 有機デバイスの第 1有 機層 1 1 03から第2有機層1 1 O bへの電圧印加に応じて、 例えば、 第 1有機 層 1 1 0 aへ電子を注入し、 一方、 第 2有機層 1 1 0 bへ正 を注入する機能を 実現する。 なお、 有機化合物 1 0 1 cとしては、 ノくィポーラ性を有している兀共 役系の有機化合物を用いること力《望ましい。
次に、 上述した有機デバイス用電極の形成方法につき詳述する。
第 1の形成方法は、 有機化合物と微粒子状の導電性無機化合物である導電性微 粒子とを同一の溶媒に分散させ、 これを有機デバイス用の電極形成面へ湿式塗布 (ディップコート、 スピンコート、 インクジェット等) することで、 有機デパイ ス用電極を形成する方法である。 本方法によれば、 導電性微 子の粒径や混合量 を予め制御できるため、 作製が容易で品質がばらつかない。 カロえて、 蒸着が困難 な無機化合物 (蒸気圧の低い無機化合物) を導電性微粒子として用いることがで きるため、 導電性微粒子の素材選択の幅が広がるという利点 ある。 なお、 通常 、 微粒子状の金属や無機化合物と有機化合物を均一に混合して膜状物を形成する ことは困難である場合が多いが、 あらかじめ、 金属や無機化 t物の表面をアルキ ルチオールゃトリクロ口アルキルシランなどの表面安定化剤で処理しておけば、 分散性を向上させることができる。 また、 空気酸化を受けやすい金属や無機化合 物を用いて有機デバイス用電極を形成する場合には、 不活性雰囲気下で、 有機溶 媒中で反応によリ導電性無機化合物を生成し、 導電性無機化合物が微粒子に成長 した状態から有機化合物との混合分散液を調製し、 湿式塗布によリ膜状物として 形成することもできる。
第 2の形成方法は、 蒸着可能な有機化合物と、 蒸着可能な導電性無機化合物と を、 その重量比が 4: "! 〜 1 : 4の範囲となるように制御しつつ有機デバイス用 電極形成面へ共蒸着させることで、 過剰な導電性無機化合物が微粒子状となった 導電性微粒子を有機化合物からなるマトリクスに分散させて有機デバイス用電極 を形成する方法である。 すなわち、 本形成方法では、 有機化合物と無機化合物の モル比を 1 ·· 1程度にして共蒸着することで、 金属が原子レべソレで有機化合物と 作用して金属錯体のような状態となリ、 金属の性質を保持した成分が形成した膜 中に存在しないようにするのではなく、 導電性無機化合物 /有機化合物が 1 Z 4 以上 (好ましくは 1 2以上) 4 Z 1以下 (好ましくは 2ノ 1 下) となるよう に重量比を制御しつつ共蒸着することで、 有機化合物からなるマトリクスに導電 性微粒子を分散させた状態とするのである。 本方法によ札ば、 無機化合物の蒸着 時の重量レートが有機化合物のそれに近くなるため、 重量 J:ヒでの制御性 (水晶振 動子モニターでの制御性) が高まるという利点がある。 また、 本形成方法によれ ば、 蒸着成分である有機化合物と導電性無機化合物以外に不純物が存在しない真 空容器中で、 導電性無機化合物の微粒子と有機化合物との極めて清浄な接角虫界面 を形成できるという利点を有している。
上述した第 2の方法によリ作製した有機デバィス用電極の断面 T E M写真を第 3図に示す。 これは、 ΓΑ I 有機デバイス用電極 ZA I 」 の順に積層した構造 で、 導電性無機化合物として用いた Mgの蒸着レートを 0. 1 〔nmZs〕 に固 定し、 有機化合物として用いた A 1 q3も蒸発させ、 トータルの蒸着レートが 0 . 2 [nm/s] となるように調整しつつ Mgと A I q3の共蒸着を行った。 す なわち、 Mgと A I q3の比率が重量比で 1 : 1となるように条件設定したので ある。 但し、 実際には、 両成分の蒸発初期に Mg成分の蒸着レートが大きくなる 傾向があり、 基板上に形成された A I薄膜にごく近い側で IVlgの供給過剰になつ てしまう。 この断面 TEM写真では、 粒径が数 nm〜十数 nm程度の陰影が基板 側の A I薄膜直上の電極層に観測された。 これは不均質なコントラストを呈して いることから、 金属の結晶と考えられる。 したがって、 共蒸着によって Mgの微 結晶 (すなわち導電性微粒子) を有機化合物のマトリクスに分散形成できること 力《確認された。 なお、 不均質なコントラスト力《観察される都分の上方においては M g微粒子の直接観察はできないものの、 この部分には粒径が数 n m以下の M g 微粒子が形成されているものと推定される。
〔有機デバイス構成例 1〕
次に、 上述した有機デバイス用電極を用いて構成した有機デバイスの構成例 1 として、 有機 E L素子への適用例を説明する。 その素子構造を第 4図 (a) に示 す。
第 4図 (a) は、 電子注入機能を有する有機デバイス用覽極 (上述した第 2図 (a) のタイプ) を電子注入電極として導入した公知の有機 E L素子であり、 2 01は陽極、 202は陰極、 203は電界発光層、 204 fま電子注入電極である 。 なお、 電界発光層 203は、 電界発光可能な、 あるいはキャリア注入により発 光可能な有機化合物を含む層である。
〔有機 E L素子の実施例 1〕
上述した有機 E L素子における電子注入電極として、 本発明 (こ係る有機デバィ ス用電極を適用した有機 Eし素子の作製例を説明する。
まず、 陽極 20 1として用いる I TOがパターンされたガラス基板をエタノー ルで煮沸洗浄し、 さらにオゾンプラズマ洗浄機で基板表面を洗淨した。 この洗浄 した基板と蒸着する材料を真空蒸着装置内にセットした後、 チャンバ一内を 1 0 — 4 [P a]程度まで減圧した。
目的の真空度に到達した後、 まず、 TPDを 0. 2〜0. 4 〔nmZs〕 程度 のレートで蒸着し、 70 〔nm〕 成膜した。 次いで、 A l q3を 0. 2~0. 4 CnmXs] 程度のレートで蒸着し、 60 〔 n m〕 成膜した。 以上が電界発光層 203となる。
次に、 Mgの蒸着レートを 0. 1 〔nmZs〕 に固定しつつ、 A I q3も蒸発 させることにより、 Mgと A I q 3の共蒸着を行った。 この時、 1 »—タルの蒸着 レートが 0. 2 〔nmZs〕 となるように調整したため、 Mgと A l q 3の比率 は重量比で 1 : 1となっている。 したがって、 第 3図で観察されたような本発明 の有機デバイス用電極と同一の構造を得ることができる。 また、 仕事関数が 4. 2 〔eV〕 以下の導電性無機化合物である Mgを導電性微粒子として使用してい るため、 電子注入電極 205として作用する。 なお、 この電子;主入電極 205は 1 0 〔nm〕 形成した。 次いで 0. 2〜0. 4 〔nmZs〕 程度の蒸着レートに て A Iを 80 〔nm〕 成膜することにより、 陰極 202とした。
上記のように作製した有機 Eし素子の素子特性を第 5図 (図 の実施例 D に 示す。 なお、 横軸は電流密度 〔V〕 、 縦軸は外部量子効率 〔%: 外部に取り出さ れるフオトンの数/注入されたキャリアの数〕 である。 発光時 (D外部量子効率は 0. 6〜1. 1 %程度であった。
〔有機デバイス構成例 2〕
上述した有機デバイス用電極を用いて構成した有機デバイス€>構成例 2として 、 他の有機 E L素子への適用例を説明する。 その素子構造を第 Φ図 (b) に示す 第 4図 (b ) は、 電子注入機能と正孔注入機能を併せ持つ有機デバイス用電極 (上述した第 2図 (c ) のタイプの電極、 もしくは、 第 2図 (a ) のタイプと第 2図 (b ) のタイプを積層した構造の電極) を内部電極として導入した公知の有 機 E L素子 (M P E素子) であり、 2 0 1は陽極、 2 0 2は隨極、 2 0 3 aは第 —の電界発光層、 2 0 3 bは第二の電界発光層、 2 0 5は電子注入電極層 2 0 5 aと正孔注入電極層 2 0 5 bからなる電荷発生層である。 なお、 第一の電界発光 層 2 0 3 aおよび第二の電界発光層 2 0 3 bは、 電界発光可省な、 あるいはキヤ リア注入により発光可能な有機化合物を含む層である。 また、 電荷発生層 2 0 5 は外部回路と接続しておらず、 フローテイング状の内部電極となっている。 上述した構成の有機 E L素子において、 陽極 2 0 1と陰極 2 0 2との間に電圧 Vを印加した場合、 電荷発生層 2 0 5の電子注入電極層 2 0 5 aから第一の電界 発光層 2 0 3 aに対しては電子が、 電荷発生層 2 0 5の正孔注入電極層 2 0 5 b から第二の電界発光層 2 0 3 bに対しては正孔が、 それぞれ注入される。 一方、 外部回路から見れば、 陽極 2 0 1から第一の電界発光層 2 0 3 aに対しては正孔 が、 陰極 2 0 2から第二の電界発光層 2 0 3 bに対しては電子が注入されるため 、 第一の電界発光層 2 0 3 aおよび第二の電界発光層 2 0 3 bの両方でキャリア の再結合が起こり、 発光に至る。 この時、 電流 Iが流れているとすると、 第一の 電界発光層 2 0 3 aおよび第二の電界発光層 2 0 3 b共に、 電流 Iに対応する分 のフオトンを放出することができる。 したがって、 電界発光 I がー層のみの有機 E L素子に比べると、 同じ電流で二倍の量の光を放出できるというメリッ卜があ る。
なお、 本構成例では、 二層の電界発光層を電荷発生層で積 するものとしたが 、 より多くの電界発光層を積層する (各電界発光層の間には各々電荷発生層を揷 入する) ことにより、 電流効率を何倍にも向上させることができ、 理論上におい ては、 電流効率の向上に伴い、 素子寿命に関しても大きな向 _tが期待される。 但 し、 電界発光層の積層数が増えれば、 同じ電流 Iを流すため【こ、 高電圧が必要と なる。
〔有機 E L素子の実施例 2〕
上述した有機 E L素子 (M P E素子) における電荷発生層として、 本発明に係 る有機デバイス用電極を適用した有機 EL素子の作製例を説明する。
まず、 陽極 201として用いる I TOがパターンされたガラス基板をエタノー ルで煮沸洗浄し、 さらにオゾンプラズマ洗浄機で基板表面を洗浄した。 この洗浄 した基板と蒸着する材料を真空蒸着装置内にセットした後、 チャンバ一内を 1 0 —4P a程度まで減圧した。
目的の真空度に到達した後、 まず、 TPDを 0. 2〜0. 4 nmZs程度のレ 一卜で蒸着し、 70 nm成膜した。 次いで、 A I 33を0. 2~0. 4 n mZ s 程度のレー卜で蒸着し、 60 n m成膜した。 以上が第一の電界発光層 203 aと なる。
次に、 Mgの蒸着レートを 0. 1 nmZsに固定しつつ、 A I q3も蒸発させ ることにより、 Mgと A I q3の共蒸着を行った。 この時、 トータルの蒸着レー 卜が 0. 2 nmZsとなるように調整したため、 Mgと A I q 3の比率は重量比 で 1 : 1となっている。 なお、 この共蒸着層は 1 O nm形成した。 さらに、 Au の蒸着レートを 0. I nmZsに固定しつつ、 T P Dも蒸発させることにより、 A uと TP Dの共蒸着を行った。 この時、 I ^一タルの蒸着レートが 0. 2 nmZ sとなるように調整したため、 A uと TPDの比率は重量比で 1 : 1となってい る。 なお、 この共蒸着層は 1 O nm形成した。 以上の計 2 O nmの共蒸着層が本 発明の有機デバイス用電極であり、 電荷発生層 205として作用する。
このようにして形成された電荷発生層 205上に、 第一の電界発光層 203 a と同様に、 TP D (70 nm) と A l q3 ( 60 n m) とを積層した第二の電界 発光層 203 bを形成した。 さらに、 上述と同様の手法にて Mgと A I q3が重 量比で 1 : 1となるように共蒸着して 1 0 nmの共蒸着層を形成し、 次いで 0. 2〜0. 4 nmZs程度の蒸着レートにて A Iを 80 n m成膜することにより、 陰極 202とした。
上述のようにして形成された本発明の有機デバイス用電極を用いたマルチフォ 卜ンェミッション素子 ( I TOZT P D (70 nm) /A I q3 (60 n m) / Mg : A I q 3 (1 O nm) /A u : TPD (l O nm) ZT P D ( 70 n m) Z A I q 3 (60 nm) M g : A I q 3 ( 1 0 n m) /A I (80 nm) ) の 特性を第 5図 (図中の実施例 2) に示す。 発光時の外部量子効率は 1. 2〜1. L 3
6 0/0程度であった。
この結果から、 上記実施例 2として^:した素子では、 実施例 1の素子に比べて 駆動電圧が上昇しているが、 外部量子効率で実施例 1の素子を上回っており、 マ ルチフォトンェミッション素子として動作していることがわかる。 したがって、 本発明の有機デバイス用電極を上記実 1 2のような構成とすることで、 電荷発 生層として機能し、 正孔および電子の両方のキャリアを注入できることが明らか となった。
〔有機デバイス構成例 3〕
次に、 上述した各実施形態に係る有機デバイス用電極を用いて構成した有機デ バイスの構成例 3として、 有機電界効果 トランジスタへの適用例を説明する。 そ の素子構造を第 6図に示す。
第 6図 (a ) は、 電荷発生層を内部電ネ亟として導入した有機電界効果トランジ スタであり、 基板 3 0 1、 第一のゲ一ト電極 3 0 2、 第一のゲ一ト絶縁膜 3 0 3 、 第一のソース電極 3 0 4 a、 第一のドレイン電極 3 0 4 b、 電子輸送性の有機 化合物を用いた電子輸送層 3 0 5 a、 正 ¾輸送性の有機化合物を用いた正孔輸送 層 3 0 5 b、 電荷発生層 3 0 6、 第二の ドレイン電極 3 0 7 a . 第二のソース電 極 3 0 7 b、 第二のゲー卜絶縁膜 3 0 8、 第二のゲート電極 3 0 9、 から構成さ れている。 なお、 以下では、 電子輸送層 3 0 5 aと正孔輸送層 3 0 5 bとを併せ て有機半導体層と称する。
この構造において、 第一のゲート電極 3 0 2に V g 1 ( > 0 ) を、 第二のゲー ト電極 3 0 9に V g 2 ( < 0 ) を印加す と、 第 3図 (a ) に示すように、 電界 効果によって、 電荷発生層 3 0 6から電子輸送層 3 0 5 aに電子が、 正孔輸送層 3 0 5 bに正孔が、 それぞれ注入される。 一方、 第一のゲ一ト絶縁膜 3 0 3およ び第二のゲー卜絶縁膜 3 0 8力存在するため、 第一のゲ一ト電極 3 0 2や第二の ゲート電極 3 0 9から有機半導体層中にキャリアが注入されることはない。 した がって、 第一のゲート絶縁膜 3 0 3表面 ½傍の有機半導体層中に電子が、 第二の ゲート絶縁膜 3 0 8表面近傍の有機半導体層中に正孔が、 それぞれ蓄積され、 電 子と正孔それぞれの電荷蓄積チャネル層 形成する。
この時、 第 3図 (b ) に示すように、 第一のソース電極 3 0 4 aと第一のドレ イン電極 3 0 4 bとの間に V s d 1 ( > 0 ) を、 第二のソース電極 3 0 7 bと第 二のドレイン電極 3 0 7 aとの間に V s d 2 ( < 0 ) を印加する。 すると、 第一 のゲ一ト絶縁膜 3 0 3近傍の電子蓄積チャネル層の電子と、 第二のゲー卜絶縁膜 3 0 8近傍の正孔蓄積チャネル層の正孔が、 それぞれのソース一ドレイン回路に 電流を流す。
一般に、 有機電界効果トランジスタは、 ソース一ドレイン電極間を流れる電流 量がソース電極から注入される電荷量で決まるとされており、 このことが有機電 界効果トランジスタの高速制御性、 制御電流の大きさの制限要因となっている。 上述した電荷発生層を用いた有機電界効果トランジスタにおいては、 ソース電極 から注入される電荷ではなく、 電荷発生層から電界印加で発生させた電荷を用い るので、 大きな電流量を高速に制御できる利点を有する。 このためには、 電荷発 生層が、 第 6図における上方向に正孔を、 下方向に電子を、 それぞれ注入する機 能を持つ必要がある。 すなわち、 本発明に係る有機デバイス用電極を電荷発生層 3 0 6 (内部電荷発生電極) として用いれば、 上述した有機電界効果トランジス タを実現できる。
本発明に依る有機デバイス用電極を用いた有機電界効果トランジスタの説明を したが、 本発明に係る有機デバイス用電極は電子機器に搭載することもできる。 電子機器としては、 携帯電話、 パーソナルコンピュータ、 モニタ、 ビデオカメラ 、 ディジタルカメラ、 ゴーグル型ディスプレイ、 ナビゲージヨンシステム、 ォー ディォコンポ、 カーオーディオ、 ゲーム機器、 モバイルコンピュータ、 携帯型ゲ ーム機、 電子書籍、 記録媒体を備えた画像再生装置などが挙げられる。 これらの 電子機器の具体例を第 7図 (a ) 〜 (g ) に示す。
第 7図 (a ) は表示装置の一実施例を示し、 筐体 1 0 0 1、 支持台 1 0 0 2、 表示部 1 0 0 3、 スピーカ一部 1 0 0 4、 ビデオ入力端子 1 0 0 5等を含む。 本 発明の有機デバイス用電極は、 上記表示部 1 0 0 3等に搭載されている。 なお、 有機デバイス用電極を搭載した表示装置としては、 コンピュータ用、 T V放送受 信用、 広告表示用などの情報表示用装置が含まれる。
第 7図 (b ) はノート型パーソナルコンピュータの一実施例を示し、 本体 1 2 0 1、 筐体 1 2 0 2、 表示部 1 2 0 3、 キーポード 1 2 0 4、 外部接続ポート 1 205、 ポインティングマウス 1 206等を含む。 本発明の有機デバイス用電極 は上記表示部 1 203等に掲載されている。
第 7図 (c) はモバイルコンピュータのー実施例を示し、 本体 1 301、 表示 部 1 302、 スィッチ 1 303、 操作キー 1 304、 赤外線ポー卜" I 305等を 含む。 本発明の有機デバイス用電極は、 上記表示部 1 302等に搭載されている 第 7図 (d) は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置 (具体的には Dゾ D再 生装置) の一実施例を示し、 本体 1 401、 筐体 1 402、 表示部 1 403、 表 示部 1 404、 記録媒体 ( D V D等) 読み込み部 1 405、 操作キー 1 40 6、 スピーカ一部 1 407等を含む。 表示部 1 403は主として画像情報を表^し、 表示部 1,404は主として文字情報を表示するが、 本発明の有機デバイス用電極 をこれら表示部 1 403、 1 404等に搭載されている。 なお、 記録媒体を備え た画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
第 7図 (e) はゴーグル型ディスプレイの一実施例を示し、 本体 1 50 1 、 表 示部 1 502、 アーム部 1 503を含む。 本発明の有機デバイス用電極は、 上記 表示部 1 502等に搭載されている。
第 7図 (f ) はビデオカメラの一実施例を示し、 本体 1 601、 表示部 1 60 2、 筐体 1 603、 外部接続ポート 1 604、 リモコン受信部 1 605、 受像部 1 606、 バッテリー 1 607、 音声入力部 1 608、 操作キー 1 609、 接眼 部 1 6 1 0等を含む。 本発明の有機デバイス用電極は、 表示部 2602等に搭載 にされている。
ここで、 第 7図 (g) は携帯電話の一実施例を示し、 本体 1 701、 筐体 1 7 02、 表示部 1 703、 音声入力部 1 704、 音声出力部 1 705、 操作キー 1 706、 外部接続ポート 1 707、 アンテナ 1 708等を含む。 本発明の有機デ パイス用電極をその表示部 1 703等に用いることにより作製される。 なお、 表 示部 1 703は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を 抑えることができる。
以上の様に、 本発明の有機デバイス用電極の適用範囲は極めて広く、 この有機 デバイス用電極をあらゆる分野の電子機器に搭載することにより汎用性が拡大す
9T
LS ZlO/ OOZdT/lDd .8S.Z0/S00Z OAV

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 有機化合物の性質を利用した機能素子である有機デバイスに用いる有機ザ バイス用電極 ( 1 0 0 ) に S3いて、
単一もしくは複数種類の有機化合物 (1 0 1 ) からなるマトリクスに、 導電性 無機化合物を微粒子状としナニ導電性微粒子 (1 0 2 ) を分散させた複合材料を月 いたことを特徴とする有機デバイス用電極。
2 . 上記導電性微粒子の粒径は、 1 〔n m;! 〜 1 0 0 〔n m〕 であることを特 徵とする請求の範囲第 1項 t己載の有機デバイス用電極。
3 . 上記導電性微粒子の尊電率は、 1 0— 5 S /m] 以上であることを特徴 とする請求の範囲第 1項又 第 2項記載の有機デバイス用電極。
4 . 請求の範囲第 1項記載の前記有機デバイス用電極を有する電子機器であつ て、 前記電子機器は、 携帯置話、 パーソナルコンピュータ、 モニタ、 ビデオカメ ラ、 ディジタルカメラ、 ゴーグル型ディスプレイ、 ナビゲーシヨンシステム、 才 一ディォコンポ、 力一オーディオ、 ゲーム機器、 モパイルコンピュータ、 携帯型 ゲーム機、 電子書籍、 および記録媒体を備えた画像再生装置のグループから選ぱ れた一である有機デバイス用電極を有する電子機器。
5 . 有機化合物の性質を禾 1J用した機能素子である有機デバイスに用いる有機デ バイス用電極の形成方法において、
有機化合物と微粒子状の導電性無機化合物である導電性微粒子とを同一の溶媒 に分散させ、 これを有機デ イス用の電極形成面へ湿式塗布することで、 有機デ バイス用電極を形成するようにしたことを特徴とする有機デバイス用電極の形成 方法。
6 . 有機化合物の性質を禾 1J用した機能素子である有機デバイスに用いる有機デ バイス用電極の形成方法において、
蒸着可能な有機化合物と、 蒸着可能な導電性無機化合物とを、 その重量比が 4 : 1〜 1 : 4の範囲となるように制御しつつ有機デバイス用電極形成面へ共蒸着 させることで、 過剰な導電性無機化合物が微粒子状となった導電性微粒子を有機 化合物からなるマトリクスに分散させて有機デバイス用電極を形成するようにし たことを特徴とする有機デ/ ィス用電極の形成方法
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