【手続補正書】
【提出日】平成25年10月29日(2013.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重なり合った有機半導体層を有する電流制御素子であって、
・  第１の正孔輸送層と第２の正孔輸送層との間に電子輸送層が配置され、
または、
・  第１の電子輸送層と第２の電子輸送層との間に正孔輸送層が配置されている
電流制御素子。
【請求項２】
前記有機半導体層は垂直の積層体に積み重なっている請求項１記載の電流制御素子。
【請求項３】
前記積み重なった半導体層の間にヘテロ接合が形成されているか、又は前記半導体層間に真正の中間層が配置されている請求項１又は２記載の電流制御素子。
【請求項４】
・  前記第１の正孔輸送層と第２の正孔輸送層との間の電子輸送層が変調層として形成されている、
または
・  前記第１の電子輸送層と第２の電子輸送層との間の正孔輸送層が変調層として形成されており、
・  前記変調層は変調電圧のための接触部を有し、前記変調電圧を用いて前記変調層を介する変調電流の流れを生じさせることが可能であり、前記変調電流の流れを介して、前記第１の正孔輸送層から前記第２の正孔輸送層へ、または前記第１の電子輸送層から前記第２の電子輸送層への、それぞれの変調層を通る部品電流の流れが制御可能である請求項１から３のいずれか１項に記載の電流制御素子。
【請求項５】
前記変調層がこの変調層の半導体材料における少数電荷キャリアの拡散長より薄い層厚を有する請求項４記載の電流制御素子。
【請求項６】
前記変調電圧は、前記変調層と前記第１の正孔輸送層または前記第１の電子輸送層とに印加され、前記輸送層の半導体材料における多数電荷キャリア及び前記変調層の半導体材料における少数電荷キャリアである制御すべき電荷キャリアが前記第１の輸送層から前記変調層へ動かされる請求項４又は５記載の電流制御素子。
【請求項７】
ドーピングされた輸送層を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の電流制御素子。
【請求項８】
ドーピングされた変調層を備える請求項４から６のいずれか１項に記載の電流制御素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の少なくとも１つの電流制御素子を有する有機発光ダイオード。
【請求項１０】
前記有機発光ダイオードの演色性が前記変調電圧の印加によって変更可能である請求項９記載の有機発光ダイオード。
【請求項１１】
少なくとも２つの発光層からなる発光領域を有する請求項９又は１０記載の有機発光ダイオード。
【請求項１２】
前記変調電圧の印加によって効率が変更可能である請求項９から１１のいずれか１項に記載の有機発光ダイオード。
【請求項１３】
請求項１から８のいずれか１項に記載の電流制御素子の製造方法であって、第１の有機半導体層上に先ず第２の有機半導体層及び続いて第３の有機半導体層が垂直に重なり合うように堆積され、前記第１及び第３の半導体層に対しては同じ種類の多数電荷キャリアを有する材料が用いられ、前記第２の半導体層に対しては前記の材料とは異なる種類の多数電荷キャリアを有する材料が用いられる電流制御素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の半導体層の堆積と共に又は堆積後に、前記第２の半導体層の電気的接触形成が接触部により行われ、その接触部は、前記第２の半導体層が前記第１または第３の半導体層に対する変更された層レイアウトによって側面に配置された接触部上に共に堆積されることによって、前記第３の半導体層との直接の電気的接触を生じない請求項１３記載の製造方法。
【請求項１５】
請求項９から１２のいずれか１項に記載の有機発光ダイオードの製造方法であって、
・  アノードとエミッタとの間において電子輸送層が第１及び第２の正孔輸送層間に堆積され、
または
・  エミッタとカソードとの間において正孔輸送層が第１及び第２の電子輸送層間に堆積される
有機発光ダイオードの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】電流制御素子、有機発光ダイオード、電流制御素子の製造方法および有機発光ダイオードの製造方法
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、有機半導体素子及びその製造方法に関する。具体的には、本発明は、電流制御素子、有機発光ダイオード、電流制御素子の製造方法および有機発光ダイオードの製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、重なり合った有機半導体層を有する電流制御素子であって、
第１の正孔輸送層と第２の正孔輸送層との間に電子輸送層が配置され、
および／または、
第１の電子輸送層と第２の電子輸送層との間に正孔輸送層が配置されている
電流制御素子によって解決される（請求項１）。
電流制御素子に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・前記有機半導体層は垂直の積層体に積み重なっている（請求項２）。
・前記積み重なった半導体層の間にヘテロ接合が形成されているか、又は前記半導体層間に真正の中間層が配置されている（請求項３）。
・前記第１の正孔輸送層と第２の正孔輸送層との間の電子輸送層が変調層として形成されている、
および／または
前記第１の電子輸送層と第２の電子輸送層との間の正孔輸送層が変調層として形成されており、
前記変調層は変調電圧のための接触部を有し、前記変調電圧を用いて前記変調層を介する変調電流の流れを生じさせることが可能であり、前記変調電流の流れを介して、前記第１の正孔輸送層から前記第２の正孔輸送層へ、および／または前記第１の電子輸送層から前記第２の電子輸送層への、それぞれの変調層を通る部品電流の流れが制御可能である(請求項４)。
・前記変調層がこの変調層の半導体材料における少数電荷キャリアの拡散長より薄い層厚を有する（請求項５）。
・前記変調電圧は、前記変調層と前記第１の正孔輸送層および／または前記第１の電子輸送層とに印加され、前記輸送層の半導体材料における多数電荷キャリア及び前記変調層の半導体材料における少数電荷キャリアである制御すべき電荷キャリアが前記第１の輸送層から前記変調層へ動かされる（請求項６）。
・ドーピングされた輸送層、特に０．０１ｖｏｌ％と１０ｖｏｌ％との間のドーピング濃度を有する輸送層を備える（請求項７）。
・ドーピングされた変調層、特に０．０１ｖｏｌ％と１０ｖｏｌ％との間のドーピング濃度を有する変調層を備える（請求項８）。
前述の課題は、本発明によれば、本発明による電流制御素子を有する有機発光ダイオードによっても解決される（請求項９）。
有機発光ダイオードに関する本発明の実施態様は次の通りである。
・前記有機発光ダイオードの演色性が前記変調電圧の印加によって変更可能である（請求項１０）。
・少なくとも２つの発光層、特に異なる色の光を放出する発光層からなる発光領域を有する（請求項１１）。
・前記変調電圧の印加によって効率が変更可能である（請求項１２）。
前述の課題は、本発明によれば、電流制御素子の製造方法であって、第１の有機半導体層上に先ず第２の有機半導体層及び続いて第３の有機半導体層が垂直に重なり合うように堆積され、前記第１及び第３の半導体層に対しては同じ種類の多数電荷キャリアを有する材料が用いられ、前記第２の半導体層に対しては前記の材料とは異なる種類の多数電荷キャリアを有する材料が用いられる電流制御素子の製造方法によっても解決される（請求項１３）。
電流制御素子の製造方法に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・前記第２の半導体層の堆積と共に又は堆積後に、前記第２の半導体層の電気的接触形成が接触部により行われ、その接触部は、特に前記第２の半導体層が前記第１および／または第３の半導体層に対する変更された層レイアウトによって側面に配置された接触部上に共に堆積されることによって、前記第３の半導体層との直接の電気的接触を生じない（請求項１４）。
前述の課題は、本発明によれば、本発明による有機発光ダイオードの製造方法であって、
アノードとエミッタとの間において電子輸送層が第１及び第２の正孔輸送層間に堆積され、および／または、エミッタとカソードとの間において正孔輸送層が第１及び第２の電子輸送層間に堆積される
有機発光ダイオードの製造方法によっても解決される（請求項１５）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
電子電流の調整又は制御のために、２つの電子輸送層とその間に配置された正孔輸送層とを有する本発明に従う電流制御素子を用いることができる。その半導体層の間には再びヘテロ接合が形成されている。両電子輸送層間に外部電圧が印加されると、第１の電子輸送層から第２の電子輸送層への電子輸送が行われる。この電子輸送は、その間に配置された正孔輸送層が存在することによって減少されるか阻止される。第１の電子輸送体及び正孔輸送層、したがって変調層に変調電圧が印加されることによって、電子は第１の電子輸送体から正孔輸送層を介して流出する。したがって、正孔輸送層中に形成される電子バリヤは減少し、増大した電子電流が第１の電子輸送体から第２の電子輸送体へ流れる。電子電流のできるだけ良好な伝導率を保証するために、とりわけ第１の電子輸送層において高い電荷キャリア密度に留意しなければならない。この高い電荷キャリア密度は例えば層の適切な高いドーピングを介して保証される。第１の電子輸送層のドーピング濃度はとりわけ０．０１ｖｏｌ％と１０ｖｏｌ％との間である。このドーピング濃度はしかしたかだか５０ｖｏｌ％である。好ましくはドーピング濃度は２０ｖｏｌ％より小さい。変調層として利用される正孔輸送層における再結合が行われるのを阻止するため、正孔輸送層の厚さが正孔輸送材料における電子の拡散長より小さく選ばれると好ましい。正孔輸送層ないし変調層もまた高くドーピングされるのが好ましい。特に、変調層においてドーピング濃度は０．０１ｖｏｌ％と１０ｖｏｌ％との間にある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
変調体層ｅｔm、ｈｔmの最大層厚ｄmaxは、線図においては破線とｄmaxとによって明らかにされている。ｄmaxより小さい層厚ｄmに対して、実施可能な電荷キャリア変調体を実現することができる。ｄmaxの上にある層厚ｄBに対しては、複数の正孔輸送層又は複数の電子輸送層の内の１つの電子輸送層又は１つの正孔輸送層がバリア層を形成し、この層は印加された電圧に無関係に電荷バリアを形成し、電荷の流れを抑制ないし減少させる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図４においては、正孔変調体１０を有する有機発光ダイオード３０の模式的構成が示されている。その積層体は下方から上方へ向かって先ず基板３１を示し、この基板は例えばガラス基板である。ガラス基板３１上にはアノード３２が設けられている。アノードは好ましくは透明で、例えばインジウム錫酸化物から成る。ガラス基板３１上の透明のアノード３２を通して、有機発光ダイオード３０において生じる光が部品から出射することが可能である。光の出射５０は矢印で示されている。アノード３２上には正孔注入層ｈiが設けられている。その上には正孔変調体１０、すなわち第１の正孔輸送層ｈｔ1、その上の電子輸送層ｅｔm、そしてさらにその上の第２の正孔輸送層ｈｔ2が存在する。変調体電圧Ｕhは電子輸送層ｅｔm及びアノード３２に印加されている。正孔変調体１０の上方には発光領域４０が続く。発光領域４０は複数のエミッタ層から構成することができる。例えば正孔輸送体ｈｔ2上に赤色発光層４３、緑色発光層３２が、さらにその上に青色発光層４１が続く。この発光領域４０において電荷キャリアの再結合４５が生じるのが好ましい。再結合領域４５は正孔及び電子電流によって移動可能である。したがって、発光領域４０に到達する電子と正孔との比に応じてエミッタ層４１−４３の１つにおける再結合が増加するように行われる。エミッタ層４１−４３の上方には例えば正孔ブロック体ｈｂが続く。その上には電子輸送層ｅｔが堆積されている。その上には電子注入層ｅiが設けられている。その上方にはカソード３３が存在する。カソード３３及びアノード３２には部品を駆動するための電圧Ｕdが印加されている。電圧Ｕdは、カソード３３においては電子が部品内へ注入され、アノード３２においては正孔が部品内へ注入されるように印加される。注入層及び電子輸送層ｅi、ｅtを通ってエミッタ層４１−４３へ流れる電子電流Ｉeは、カソード３３から再結合中心４５へ向けた矢印によって示されている。正孔電流Ｉhmは、同様にアノード３２から正孔変調体層１０を通り再結合領域４５までの矢印で示されている。再結合領域４５に到達する正孔電流Ｉhmは、正孔変調体１０を介して調整可能である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図５には再び有機発光ダイオード３０が示されている。このダイオードは再び有機半導体層からなる積層体を含み、それらの半導体層はカソード３３とガラス基板３１上のアノード３２との間に存在する。１つの矢印が再び透明のアノード３２及び透明基板３１を通る光出射５０を示す。この基板３１及びアノード３２に有機層が続く。すなわち、先ず正孔注入層ｈi、その上に正孔輸送体ｈｔである。それに例えば３つのエミッタ層４３、４２、４１を有する発光領域４０が続く。エミッタ層４１−４３の上方には例えば正孔ブロック体ｈｂが配置されている。正孔ブロック体の上方には電子輸送領域が存在する。この領域は電子変調体２０である。すなわち、正孔ブロック体層ｈｂ上にはまず第２の電子輸送体ｅｔ2、その上に電子の変調のための正孔輸送体ｈｔm、そしてその上に第１の電子輸送体ｅｔ1が配置されている。電子変調体２０の上方にはさらに電子注入層ｅｉがカソード３３の下方で存在する。カソード３３及びアノード３２には再び部品電圧Ｕdが印加されている。この電圧Ｕdは、カソード３３から有機発光ダイオードへの電子の流れＩemが生じ、またアノード３２から有機発光ダイオードへの正孔輸送Ｉhmが行われるように印加される。カソード３３及び正孔輸送変調体層ｈｔmには、変調体電圧Ｕeが印加されている。この電圧は方向に関して、カソード３３から電子注入層ｅi及び第１の電子輸送層ｅｔ1を通り正孔変調体ｈｔmへの電子が生ずるように印加される。電圧Ｕeが印加されることにより、電子輸送層ｅｔ1/ｅｔ2内の正孔輸送体ｈｔmのバリア特性が低下し、その結果電子電流の流れＩemが高められる。そうして変調された電子注入電流Ｉemは、カソード３３から発光層４０の方向への矢印で示唆されている。正孔輸送Ｉhmは、アノード３２から発光層４０の方向へ行われ、また矢印によっても示されている。電子と正孔とが出会うところで、電荷キャリアの再結合４５が起こり得る。この場所は、正孔に対する電子の比によって影響を受けやすい。電子変調によって、発光領域４０内の再結合領域４５はそれぞれ異なる発光層４１−４３へ移動され得る。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2013541154.tif 000001
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2013541154.tif 000002
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2013541154.tif 000003