(57)【要約】  本発明は、有機オプトエレクトロニクス素子に関するものである。この有機オプトエレクトロニクス素子は、電極基板、空隙を有するルーフ電極、および上記電極基板と上記ルーフ電極との間にあると共にこれらに電気的に接触している有機層配置を有しており、上記電極基板および上記ルーフ電極に電気エネルギーを印加する際に、発光領域において、光を生成することが可能である。ここでは、上記空隙の領域にも伸びると共に、上記ルーフ電極および上記発光領域とに電気的に接触している有機電流分布層が設けられている。
2009523304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを印加することにより、発光領域内に光を生成することが可能な有機オプトエレクトロニクス素子であって、
電極基板と、
空隙を有するルーフ電極と、
上記電極基板および上記ルーフ電極の間に形成され、上記電極基板および上記ルーフ電極と電気的に接触している有機層の層配列とを備え、
上記層配列は、上記空隙の領域にも伸びると共に、上記ルーフ電極および上記発光領域と電気的に接触している有機電流分布層を含んでいることを特徴とする有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項２】
上記有機電流分布層は、上記ルーフ電極と物理的に接触して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項３】
上記有機電流分布層は、少なくとも０．００１Ｓ／ｃｍの導電率、好ましくは少なくとも０．０５Ｓ／ｃｍの導電率、および、さらに好ましくは少なくとも１Ｓ／ｃｍの導電率を伴って形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項４】
上記空隙の最小の高さは、上記層配列の高さと同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項５】
上記ルーフ電極がアノードであるとき、
上記有機電流分布層は、当該層が拡張する方向に、電荷キャリアをホールの状態で輸送する層として形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項６】
上記ルーフ電極がカソードであるとき、
上記有機電流分布層は、当該層が拡張する方向に、電荷キャリアを電子の状態で輸送する層として形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項７】
上記有機電流分布層は、導電率を向上させるドーパントを有する、ドープされた有機層として形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項８】
上記有機電流分布層は、フラーレン層として形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項９】
上記有機電流分布層は、ｐｎ接合による接続部を有するように形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項１０】
上記有機電流分布層は、上記層配列から離れた上記ルーフ電極の面に、部分的に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の有機オプトエレクトロニクス素子。
【請求項１１】
有機発光ダイオードまたは有機太陽電池を含む装置、スクリーンまたはディスプレイを含むディスプレイ装置、および照明装置から成る群から選択されたいずれか１つの装置における請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機オプトエレクトロニクス素子の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機オプトエレクトロニクス素子に関し、特に、有機発光ダイオードに関するものである。
【発明の詳細な説明】
【０００２】
有機材料のエレクトロルミネセンスは、１９５３年に最初に観察されて以来（「Bernanose ら, J. Chem. Phys. １９５３年、５０頁、６５頁」）、集中的に研究される研究分野となった。有機材料は、光の生成において、例えば、再吸収が少ない点、量子効率が高い点、または分子構造を比較的容易に変形させることによって発光スペクトルを適合させることが可能である点などの長所が知られている。これらの長所は、近年、材料研究の持続的な発展、ならびに電荷キャリアを有機ダイオードの活性発光層（active emission layer）内に効果的に注入して輸送する新しい原理の実施によって、十分に利用可能となっている。
【０００３】
このような、いわゆる有機発光ダイオードを基にした最初のディスプレイ装置は、既に市場に出回っており、将来、有機発光ダイオードは液晶ディスプレイおよび無機発光ダイオードから成るディスプレイに並ぶ原理として確立されるであろう。有機発光ダイオードは、光を広範囲に且つ半空間内に均一に発光させることが可能であり、そのような特有の性質を有する有機発光ダイオードが展開されるさらなる市場は、照明の分野である。
【０００４】
多くの場合、有機発光ダイオードは透明な基板に光を透過させて発光させる（いわゆる「ボトムエミッション」型構造）。また、素子の出力パラメータを改善するため、または製造コストを低減させるために、不透明の基板を用いることが効果的な場合もある。この場合、層状構造を有するルーフ電極に光を透過させて発光させる（いわゆる「トップエミッション」型構造）。このため、十分に透明度の高いルーフ電極が必要となる。これら２つの構造は、透明な有機発光ダイオードを得るために組み合わせてもよい。
【０００５】
透明なルーフ電極は、従来、透明な導電性金属酸化物、特にインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）から形成されている。この酸化物は、透明なルーフ電極として利用できないようないくつかの欠点を有している。
【０００６】
ＩＴＯ層は導電率が低いため、当該層が広い面積に及ぶ場合には、層抵抗のために層内に電圧降下が生じ、これによって横方向に不均一な光の放射が生じる。さらに、この層はスパッタリング処理によって成長させるが、その下にある有機層は、通常、この処理によって生じる反応性イオンに対して極めて弱い。
【０００７】
素子の出力パラメータおよび寿命に不都合な作用は、バッファ層を挿入することによって、部分的に補うことができる。しかしながら、通常、金属酸化物はホールの注入、つまりアノードとしての利用には好適であるが、電子の注入においては問題が生じる。最終的に、ＩＴＯ層においてインジウムの含有量が高いということは、コスト要因が高いということを意味している。
【０００８】
また、透明なルーフ電極として金属層を用いることもできる。例えば、１５ｎｍの薄い銀の金属層は吸収率が低く、十分に透明である。しかしながら、このような薄層の成長を制御するのは難しいという欠点がある。さらに、この層は機械的に頑丈でなく、ルーフ電極内に亀裂が生じるので予想よりも早く素子の故障を引き起こす。結果として、ルーフ電極の反射率が高くなり、素子内の干渉作用を制御することが難しくなる。このとき、マイクロキャビテーションが高い頻度で生じるため、狭い波長領域の光が優先的に得られると同時に、他の波長領域の光は抑制される。これにより、特に白色光の発光の場合に、意図される発光スペクトルの品質が低下することになる。したがって、この金属層を、例えばＬＣＤディスプレイの照明素子または背景光素子のようないくつかの応用分野で用いることは不可能である。
【０００９】
さらに、文献ＵＳ２００４／００２１４３４Ａ１には、ルーフ電極に複数の空隙を設ける技術が提案されている。しかしながら、このような空隙を設けると、ルーフ電極の領域内に発光していない部分が生じるため、素子の発光強度に悪影響を与えることが分かっている。
【００１０】
〔発明の概要〕
本発明の課題は、素子の発光強度を阻害するように作用することのない空隙をルーフ電極内に有する有機オプトエレクトロニクス素子を実現することにある。
【００１１】
本発明によれば、この課題を、電極基板、空隙を有するルーフ電極、および該電極基板と該ルーフ電極との間に形成されると共にこれらに接触して形成された有機層配置を有する有機オプトエレクトロニクス素子によって解決する。本発明の有機オプトエレクトロニクス素子によれば、電極基板およびルーフ電極に電気エネルギーを印加する際に、発光領域内に光を生成することができる。この領域では、ルーフ電極と発光領域とに電気的に接触した有機電流分布層が、空隙の領域にも伸びた状態で設けられている。
【００１２】
この有機電流分布層によって、ルーフ電極から注入された、ホールまたは電子の状態の電荷キャリアは、有機層の層配列内の発光領域部分にも到達され得る。発光領域部分は、ルーフ電極の空隙（「凹部」または「開口部」と呼ぶこともある）の下方に存在している。このように、発光領域部分において電荷キャリアの再結合によって光が発生し、その結果この発光領域部分は発光に貢献する。従来技術では、光を生成する再結合は、基本的に電極が重なりあった領域において生じるものであり、空隙を含む領域には生じていない。空隙を含む領域の中にも有機電流分布層を形成するということは、有機電流分布層が空隙と重なり合いながら伸びているということであり、さらに空隙自体と重なり合いながら伸びているだけでなく、空隙の上方および下方、またはこれらの部分を任意に組み合わせた領域内に伸びていてもよい。有機電流分布層および空隙は、上から素子の上面を見ると完全に重なり合っていることが好ましい。
【００１３】
ルーフ電極内の空隙は、ルーフ電極が複数のウェブによって形成されることにより設けることが可能であり、複数のウェブは円形または四角形の空隙を部分的または完全に取り囲んでいる。また、細長い切れ状に形成された複数の電極素子を有するルーフ電極を設けてもよい。有効な一形態では、ルーフ電極を発光領域内で生成された光を透過しない電極として設けている。このため、１００ｎｍ以上の層厚を有する厚い金属層をルーフ電極として用いることが可能であり、その結果、素子の安定性は最適化される。有機オプトエレクトロニクス素子の様々な設計形態に応じて、ルーフ電極を、アノードまたはカソードとして形成することができる。
【００１４】
有機電流分布層は、真空蒸着によって堆積させることが可能な、熱に対して昇華可能な有機材料から形成されていることが好ましい。これにより、素子製造時に、有機層の形成に頻繁に用いられる真空蒸着による堆積技術を、有機電流分布層を形成するために利用することができる。
【００１５】
本発明の好ましいさらなる実施形態において、有機電流分布層はルーフ電極と物理的に接触して形成されている。この実施形態において、有機電流分布層はルーフ電極に直接接触しているか、または導電性材料部分を介して、有機電流分布層をルーフ電極に電気的に接触させてもよい。有機オプトエレクトロニクス素子の製造工程において、有機電流分布層とルーフ電極との間の物理的接触は、例えば有機電流分布層用の材料の上にルーフ電極用の材料を順に直接重ねて堆積させるか、またはこれらの材料を反対の順に堆積させることによって形成される。
【００１６】
本発明の有効な一形態において、有機電流分布層は、少なくとも０，００１Ｓ／ｃｍの導電率、好ましくは少なくとも０，０５Ｓ／ｃｍの導電率、および、さらに好ましくは少なくとも１Ｓ／ｃｍの導電率を伴って形成されていることが好ましい。有機電流分布層の電気的層抵抗値は代替可能であり、１０８オーム／平方よりも小さく、好ましくは１０６オーム／平方よりも小さく、および、さらに好ましくは１０５オーム／平方よりも小さいことが有効である。このような電気導電率であれば、有機電流分布層の最適化された機能性が保証される。これにより、電流を、電荷キャリアが有機電流分布層内へと輸送されるという形で、横方向に、つまり有機電流分布層が拡張する方向に最適に広がることができる。素子の層状構造を断面図に示すと、実施された電流分布は電荷キャリアの横軸の配線（transverse line/conduit）であるとみなすことができる。
【００１７】
有機電流分布層の形成には、電荷キャリアに高い移動度を提供する少なくとも一種類の材料が用いられることが好ましい。移動度は、１０−４ｃｍ２／Ｖｓよりも大きく、好ましくは１０−２ｃｍ２／Ｖｓよりも大きく、および、より好ましくは１０−１ｃｍ２／Ｖｓよりも大きいことが有効である。
【００１８】
本発明の有効な一形態では、空隙の最小の高さは、少なくとも有機層の層配列全体の高さと同じである。
【００１９】
本発明のさらなる一形態では、ルーフ電極がアノードであるとき、有機電流分布層は、層が拡張する方向に、電荷キャリアをホールの状態で輸送する層として形成されていることが好ましい。
【００２０】
本発明の有効な一形態では、ルーフ電極がカソードであるとき、有機電流分布層は、層が拡張する方向に、電荷キャリアを電子の状態で輸送する層として形成することが好ましい。
【００２１】
本発明のさらなる一形態において、有機電流分布層は、導電率を向上させるドーパントを有する、ドープされた有機層として形成されていてもよい。ドープされた有機層を形成する際には、１つ以上のドーパント材料が、有機半導体材料である有機基質材料内に導入される。有機基質材料がアクセプタの形のドーパントを含む場合、ドープされた有機層は、ｐ型ドープされた有機層と呼ばれる。導入されたドーパントが有機基質材料にとってのドナーを形成する場合は、ドープされた有機層はｎ型ドープされた有機層と呼ばれる。本明細書において電気的ドーピングとは、導入された１つ以上のドーパント材料が、有機基質材料と酸化還元反応を行うことによって生じるものであり、これにより、１つ以上のドーパント材料および有機基質材料の間には、少なくとも部分的に電荷移動が生じ、電荷の移動が行われる。このようにして、（付加的に）自由電荷キャリアが層内に形成され、該自由電荷キャリアが層の導電率を向上させる。当該有機基質材料には、ドープされていない材料と比べて高濃度の電荷キャリアが生じる。導電率には、次の物理的相関関係が成り立つ。電荷キャリアの濃度×電荷キャリアの移動度＝導電率。酸化還元反応によって基質材料内に形成される電荷キャリアの一部は、電極から注入される必要はなく、むしろ電気的ドーピングによって層内において既に利用可能である。
【００２２】
本発明の好ましいさらなる実施形態において、有機電流分布層は、フラーレン層として形成されている。
【００２３】
本発明の有効な一形態において、有機電流分布層は、ｐｎ接合と接続されていることもあり得る。このｐｎ接合は、有機電流分布層内に形成されてもよい。または、有機電流分布層は、該ｐｎ接合と境界を成しているか、もしくは該ｐｎ接合の一部を形成している。ルーフ電極がアノードとして形成され、電荷キャリアを電子の状態で層の拡張方向に効果的に輸送する有機層と電気的に接触している場合には、該ｐｎ接合によって、発光領域に、ホールの状態の電荷キャリアを有効に供給することができる。ｐｎ接合領域において有効に輸送された電子の状態の電荷キャリアは、ホールの状態の電荷キャリアに変わる。同様に、ルーフ電極がカソードであり、層の拡張方向にホールを輸送する層と電気的に接触している場合には、電子の状態の電荷キャリアが、有機電流分布層内のｐｎ接合領域に供給される。
【００２４】
本発明の有効な一形態において、有機電流分布層は有機層の層配列から離れたルーフ電極の面に、部分的に形成されている。この形態の場合には、有機電流分布層を素子の製造工程のうち、例えばルーフ電極上に有機電流分布層用の材料を堆積させる工程の後に成長させる。この場合、ルーフ電極用の材料の上に部分的に直に堆積してもよい。
【００２５】
ルーフ電極の最小横寸法、つまりルーフ電極の断面において平面状に拡張した部分の最小寸法は、少なくとも約１μｍ、好ましくは少なくとも約１０μｍであることが有効である。この場合、ルーフ電極は真空蒸着工程において、シャドーマスクを用いて容易に製造することができる。該ルーフ電極を格子として形成する場合には、ルーフ電極の特徴的な横寸法が、例えば上記格子のウェブの幅であり得る。
【００２６】
本発明の有効な一形態では、個々の空隙の部分面積の合計から成る全空隙面積の、ルーフ電極の全面積に対する相対的比率は、少なくとも約５０％、好ましくは少なくとも約８０％、および、さらに好ましくは少なくとも約９０％であることが可能である。これによって、開口部／空隙が光の抽出を有効に実施するのに十分な程度の面積を有することが保証される。
【００２７】
本発明の特に容易な一形態において、有機電流分布層は、電荷キャリア輸送材料から成る層と、当該層に隣接するドーパント材料から成る層とによって形成されている。これら２つの層の隣接面における化学反応によって、高導電性境界層が生じる。この境界層は、ドープされた境界面であると想定できる。電荷キャリア輸送材料およびドーパント材料から成る層の組み合わせの例としては、フラーレンＣ６０およびＷＰＷの組み合わせ、フラーレンＣ６０、およびＣｓまたはカリウムを有するアルカリ金属の組み合わせ、亜鉛フタロシアニンおよびＦ４ＴＣＮＱの組み合わせ、ＰＴＣＴＡおよびヨードの組み合わせ、ＢＥＤＴ−ＴＴＦおよびヨードの組み合わせ、ＴＴＦおよびＴＣＮＱの組み合わせが挙げられる。
【００２８】
有機電流分布層は、真空における材料堆積法、例えば高真空における堆積方法を用いて形成することが有効である。一形態においては、フラーレンを蒸着させる。また、ドープされた層の場合には、フラーレンおよび有機ドーパントを同時に蒸着させる。このため、この成長方法を、さらなる手間をかけることなく有機オプトエレクトロニクス素子の製造プロセスに導入することができる。したがって、噴霧法（スパッタリング法、反応性イオン効果）または他の堆積方法による溶液またはペーストの凝結（precipitate）（溶媒効果）のような不都合が起こる可能性を回避することができる。
【００２９】
透明な有機発光ダイオードの一発展形態は、透明な発光ダイオードを積層させることである（例えば「Gu ら. J. Appl. Phys. １９９９年、８６、４０６７頁」を参照のこと）。ここでは、複数の透明な発光ダイオードを連続的に基板上に積層して成長させており、連続して重なった２つの発光ダイオードは１つの透明電極を共有している。このように積層された発光ダイオードを個々に駆動可能にするために、透明電極を側面から導出させると共に接触させる。このとき、該電極は高い側方導電率を有している必要があるため、通常ＩＴＯが用いられる。したがって、透明な発光ダイオードの場合においても、上述した課題と同一の課題が生じることになる。しかしながら、本発明に係る有機オプトエレクトロニクス素子の構造では、このような構成にも同じく有効であることは明らかであろう。
【００３０】
空隙を有するルーフ電極と有機電流分布層との組み合わせは、任意の有機オプトエレクトロニクス素子において利用することが可能である。例えば、この素子は、透過電極をルーフ電極として形成した有機太陽電池に有効である。層の拡張方向に形成された高導電率を有する有機電流分布層は、ルーフ電極に面した太陽電池の活性層の側面に存在している。該太陽電池の活性層は、光を電荷キャリアに転換させるための層である。
【００３１】
〔本発明の好ましい実施形態の詳細〕
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつさらに詳細に説明する。
【００３２】
図１は、有機オプトエレクトロニクス素子の構造を概略的に示す断面図である。
【００３３】
図２は、有機オプトエレクトロニクス素子の構造を概略的に示す上面図である。
【００３４】
図３は、第１の実施形態に係る有機オプトエレクトロニクス素子の電圧に応じた電流密度および輝度を示すグラフである。
【００３５】
図４は、第１の実施形態に係る有機オプトエレクトロニクス素子の輝度に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【００３６】
図５は、第２の実施形態に係る有機オプトエレクトロニクス素子の電圧に応じた電流密度および輝度を示すグラフである。
【００３７】
図６は、第２の実施形態に係る有機オプトエレクトロニクス素子の輝度に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【００３８】
図７は、積層された有機発光ダイオードの構成を概略的に示す模式図である。
【００３９】
図１は、有機層の層配列２０内に有機電流分布層２０ａを有する有機オプトエレクトロニクス素子を示す図である。この層配列２０は、電極基板１０と空隙４０を有するルーフ電極３０との間に配置されている。
【００４０】
有機電流分布層２０ａは、ホールまたは電子の状態にある電荷キャリアの電気導電率を利用することが可能であり、これにより該電荷キャリアは、層が発光領域２０ｂの方へ拡張する方向、および空隙４０の領域内に分布することが可能である。この分布方向を、図１中の矢印（ａ）によって示す。発光領域２０ｂの下方には、電荷キャリア輸送層２０ｃが形成されており、該電荷キャリア輸送層によって、発光領域２０ｂの上から供給される電荷キャリアと逆の極性を有する電荷キャリアが、発光領域２０ｂまで輸送される。
【００４１】
有機電流分布層２０ａを用いれば、図１中ではほぼ垂直に伸びている電流経路（ｂ）の電気抵抗を、図１中（ａ）で示す電流経路の電気抵抗よりもわずかに低くすることができる。したがって、光の生成はルーフ電極３０内に形成された空隙４０のほぼ下方で行われる。
【００４２】
以下に、本発明のさらなる実施形態についてさらに詳細に説明する。本実施形態において、ｎｍで記した数値は、各実施形態において形成される、真空蒸着で成長させた熱的に昇華可能な各材料の層厚を示すものである。
【００４３】
実施形態１において、有機オプトエレクトロニクス素子は高真空内で蒸着によって製造されるものであり、以下の層構造を有している。
【００４４】
１．ガラス基板
２．５０ｎｍの銀電極
３．４ｍｏｌ％のＦ４−ＴＣＮＱがドープされた９５ｎｍのＭｅＯ−ＴＰＤ
６．１０ｎｍのスピロＴＡＤ
７．２０重量％のＩｒ（ｐｉｑ）３がドープされた２０ｎｍのＢＡｌｑ
８．１０ｎｍのＢＰｈｅｎ
９．ＷＰＷ（１０ｗ％）がドープされた６５ｎｍのフラーレン層
１０．素子片が離れて配置されたアルミニウムカソード
なお、該素子片間には空隙が形成されている（該素子片の間隔は５４０μｍであり、該素子片の幅は５０μｍであり、該素子片の厚みは１００ｎｍである）。
【００４５】
図２は、有機オプトエレクトロニクス素子の構造を具体的に説明するために示す上面図である。この構造では、電圧を印加すると（銀電極３の正極およびアルミニウムカソード１の負極に）、ルーフ電極を透過して光を発光する。発光面４（図２中斜線で示す）は、銀のアノード１とドープされたフラーレン層２とが横方向に重なり合った部分によって決定される。ドープされたフラーレン層２の導電率が０．５Ｓ／ｃｍよりも大きい場合、発光面４の輝度は、裸眼で観察する人にとっては均一に見える。フラーレンＣ６０から成る層の中の電子移動度は、０．１ｃｍ２／Ｖｓよりも高い。
【００４６】
本実施例では、他のｎ型ドープされた層、つまり２ｍｏｌ％の[ルテニウム（ｔ−ブチル−ｔｒｐｙ）２]０（[Ru(t-butyl-typy)2]0）がドープされたＣ６０を用いることによって、０．５Ｓ／ｃｍよりも低い低導電率を実現する。この構成では、アルミニウムカソード１のウェブ間の輝度はわずかに低減していることが、裸眼で視認され得る。
【００４７】
図３および図４は、実施形態１に係る有機オプトエレクトロニクス素子の特性曲線を示す図である。
【００４８】
比較例として、以下の層構造を有する有機オプトエレクトロニクス素子を作製した。
【００４９】
１．ガラス基板
２．５０ｎｍの銀電極または９０ｎｍのＩＴＯ
３．４ｍｏｌ％のＦ４−ＴＣＮＱがドープされた９５ｎｍのＭｅＯ−ＴＰＤ
６．１０ｎｍのスピロＴＡＤ
７．２０重量％のＩｒ（ｐｉｑ）３がドープされた２０ｎｍのＢＡｌｑ
８．１０ｎｍのＢＰｈｅｎ
９．６５ｎｍのＡｌｑ
１０．１ｎｍのＬｉＦ
１１．細長い一片として形成されたアルミニウムカソード（間隔４５０μｍ、幅５０ｎｍ、厚さ１００ｎｍ）
本比較例では、該有機電流分布層を、Ａｌｑから成る従来の非導電性の電子伝達層に置き換えた。電荷キャリアを注入する際の問題を改善するために、薄層をＬｉＦ（フッ化リチウム）から形成する。アノードが銀から形成されている場合、アルミニウムカソード１の一片の端部において、わずかな光の放射を認識することができる。これにより、実施形態１との違いをはっきりと認めることができる。ＩＴＯから成る透明な電極基板を用いる場合、ほとんど全ての光の放射は、電極基板およびルーフ電極が重なっている面から生じていることが視認できる。
【００５０】
実施形態２の有機オプトエレクトロニクス素子、つまり透明な有機発光ダイオードは、以下の層構造を有している。
【００５１】
１．ガラス基板
２．９０ｎｍのＩＴＯ
３．４ｍｏｌ％のＦ４−ＴＣＮＱがドープされた９５ｎｍのＭｅＯ−ＴＰＤ
６．１０ｎｍのスピロＴＡＤ
７．２０重量％のＩｒ（ｐｉｑ）３がドープされた２０ｎｍのＢＡｌｑ
８．１０ｎｍのＢＰｈｅｎ
９．６５ｎｍのｎ型ドープされたフラーレン層
１０．細長い一片として形成されたアルミニウムカソード（間隔４５０μｍ、幅５０μｍ、厚み１００ｎｍ）
本実施形態の構成では、ＢＰｈｅｎを、ホールブロック層および励起子ブロック層として用いている。ＢＰｈｅｎは、約３ｅＶではＣ６０よりも約０．９ｅＶだけ少ない電子親和力を有しており、これは電子に相当する高い障壁において見られることがある。しかしながら、驚いたことに、この素子は、図５および図６のいくつかの特性曲線データが示すように、極めて良好なパラメータを有している。
【００５２】
実施形態３の有機オプトエレクトロニクス素子は、以下の層構造を有している。
【００５３】
１．ガラス基板
２．９０ｎｍのＩＴＯ
３．４ｍｏｌ％のＦ４−ＴＣＮＱがドープされた９５ｎｍのＭｅＯ−ＴＰＤ
６．１０ｎｍのスピロＴＡＤ
７．２０重量％のＩｒ（ｐｉｑ）３がドープされた２０ｎｍのＢＡｌｑ
８．１０ｎｍのＢＰｈｅｎ
８ａ．Ｃｓがドープされた４０ｎｍのＢＰｈｅｎ
９．ナトリウムがドープされた２５ｎｍのＰＴＣＤＡ
１０．細長い一片として形成されたアルミニウムカソード（間隔４５０μｍ、幅５０μｍ、厚み１００ｎｍ）
実施形態３では、ナトリウムがドープされたＰＴＣＤＡも、光の放射を選択された電極形状にほぼ均一に分配するために、十分に高い導電率を有していることが示されている。この導電率は約０．１Ｓ／ｃｍである。電荷キャリアがＰＴＣＤＡ：Ｎａから成る層から隣接するＢＰｈｅｎ層内にさらに良好に転移させるために、ＢＰｈｅｎ層も同様にドープされている。しかしながら、ＢＰｈｅｎ：Ｃｓから成る層は、導電率が０．０００１Ｓ／ｃｍであっても、電流を横方向に分配することさえ確実に行うことが出来ない。このことは、ドープされたＰＴＣＤＡ層がなければ、光は電極基板とルーフ電極との重なり合った面においてのみ生成されることから明らかである。
【００５４】
実施形態４の有機オプトエレクトロニクス素子は、以下の層構造を有している。
【００５５】
１．ガラス基板
２．５０ｎｍの銀のカソード
３．Ｃｓがドープされた４０ｎｍのＢＰｈｅｎ
６．１０ｎｍのＢＰｈｅｎ
７．２０重量％のＩｒ（ｐｉｑ）３がドープされた２０ｎｍのＢＡｌｑ
８．５０ｎｍのスピロＴＡＤ
９．ヨードがドープされた２５ｎｍのペリレン
１０．細長い一片として形成された銀のアノード（間隔４５０μｍ、幅５０μｍ、厚み１００ｎｍ）
ここでドープされたペリレン層は、５Ｓ／ｃｍよりも高い導電率を有している。該ペリレン層内のホールの移動度は１０−１ｃｍ２／Ｖｓよりも高い。光の放射は、横方向に均一に行われる。ルーフ電極はアノードとして実施されている。
【００５６】
実施形態５において、有機オプトエレクトロニクス素子、つまり透明な中間電極としてフラーレン層を備えている積層された有機発光ダイオードは、以下の層構造を有している。
【００５７】
１．透明なガラス基板
２．ＩＴＯ
３．第１の有機発光ダイオード
４．金属ストリップ
５．ドープされたフラーレン層
６．第２の有機発光ダイオード
７．アルミニウムカソード
当然ながら、この積層を複数の発光ダイオードの上に拡大してもよく、各金属片はドープされたフラーレン層と共に透明な中間電極として機能する。また、該中間電極に好適な電位を印加するのであれば、別々の色に発光できる各発光ダイオードを、別々にアドレス指定することが可能である。これについては、既に文献ＵＳ５，９１７，２８０に開示されている。該文献では、さらに駆動図式が開示されている。この別々のアドレス指定は積層によって高ピクセル濃度を実現することができるため、ディスプレイ用途に有効である。さらに、光源の色を設定することができるため、照明用途に用いることも有効である。
【００５８】
実施形態５では該金属片を該積層から引き出すこと、およびショートを引き起こすことなく安定して別の電極と接触させることが特別な試みである。つまり、図７に示す構成では、中間電極を様々な積層側面から引き出すことによってこの課題に対処しており、これにより個々の電極間におけるショートが回避される。図７に示す有機発光ダイオードは、コンタクト１００ａ，１００ｂ，１００ｃ、透明なアノード（例えば、ＩＴＯから成る）２００、金属片およびドープされたフラーレン層から成る透明な中間電極３００ａ、中間電極３００ａとコンタクト１００ｂとを接続させる厚い金属層３００ｂ、第１の有機発光ダイオード４００ａ、第２の有機発光ダイオード４００ｂ、カソード（例えば、アルミニウムから成る）５００、および発光面（細かく平行線を付した、上記電極の重なった部分）６００である。
【００５９】
積層する有機発光ダイオードの数と共に、電極が引き出されることによって克服しなくてはならない段差の高さは増加する。これは、通常、元のコンタクトが基板の表面上に直接設けられているためである。しかしながら、上記金属片は、数１０ナノメートルの厚みしか有してはならないので、該金属片が該段差を介して伸びている場合、高さが上昇するにつれて、もはや該金属片が均一ではないという危険が生じる。本実施形態に示す構成では、この問題を、電極が重なり合った領域から金属片が引き出されるようにして、決してその下にある有機層を介して引き出されることのないようにすることによって解決する。その後、該金属片の上に、該段差を超えると共に元のコンタクトまで達する厚い金属層を成長させる。
【００６０】
有機発光ダイオードを２つ以上の積層として拡張するには、上述の説明に従って、形成する各中間電極を積層の別の面に向かって導出および接触させることによって可能となる。特に、４つ以上の電極と中間電極とを接触させる必要がある場合には、有機層を、長方形の形にする代わりに、多面形に成長させることが有効となり得る。これによって、接触させる各電極に、乗り越える必要のある段差の可能な限り短い隆線を実現する。
【００６１】
上述の実施形態において用いる有機材料を表にまとめて、以下に示す。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
【表２】
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以上、本明細書において開示する実施形態および図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態やそれぞれの実施形態を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る有機オプトエレクトロニクス素子の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る有機オプトエレクトロニクス素子の構造を概略的に示す上面図である。
【図３】第１の実施形態に係る有機オプトエレクトロニクス素子の電圧に応じた電流密度および輝度を示すグラフである。
【図４】第１の実施形態に係る有機オプトエレクトロニクス素子の輝度に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【図５】第２の実施形態に係る有機オプトエレクトロニクス素子の電圧に応じた電流密度および輝度を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態に係る有機オプトエレクトロニクス素子の輝度に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【図７】積層された有機発光ダイオードの構成を概略的に示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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