(57)【要約】  本発明は、アノードと、カソードと、少なくとも１つの有機層配列とを有する電子素子、特に発光電子素子に関する。上記少なくとも１つの有機層配列は、アノードとカソードとの間に配置されると共にアノードおよびカソードに電気接触している。上記少なくとも１つの有機層配列はまた、アノードとカソードとに電位が印加されると電荷を生成する領域であって、ｐ型の有機半導体材料から成る層と、アノードの導電層と接触しているｎ型の有機半導体材料から成るｎ型ドープされた層とによって形成されるｎｐ接合を有する領域、および、アノードとカソードとに電位が印加されるとさらなる電荷を生成する領域であって、ｎ型の有機半導体材料から成る層と、カソードの導電層と接触しているｐ型の有機半導体材料から成るｐ型ドープされた層とによって形成されるｐｎ接合を有する領域のうちの少なくとも１つの領域を有している。
2010514174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、カソードと、少なくとも１つの有機層配列とを有する電子素子、特に発光電子素子であって、
上記少なくとも１つの有機層配列は、上記アノードと上記カソードとの間に配置されると共に上記アノードおよび上記カソードに電気接触しており、
−上記アノードと上記カソードとに電位が印加されると電荷を生成する領域であって、ｐ型の有機半導体材料から成る層と、上記アノードの導電層と接触しているｎ型の有機半導体材料から成るｎ型ドープされた層とによって形成されるｎｐ接合を有する領域、および
−上記アノードと上記カソードとに電位が印加されると、さらなる電荷を生成する領域であって、ｎ型の有機半導体材料から成る層と、上記カソードの導電層と接触しているｐ型の有機半導体材料から成るｐ型ドープされた層とによって形成されるｐｎ接合を有する領域のうちの少なくとも１つの領域を有する電子素子。
【請求項２】
上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は、別のｎ型ドープされた層であることを特徴とする、請求項１に記載の電子素子。
【請求項３】
上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は、別のｐ型ドープされた層であることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子素子。
【請求項４】
上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は、電子輸送層および正孔ブロック層から成る層の種類の群から選択された少なくとも１つの層の種類として形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子素子。
【請求項５】
上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は、正孔輸送層および電子ブロック層から成る層の種類の群から選択された少なくとも１つの層の種類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項に記載の電子素子。
【請求項６】
上記少なくとも１つの有機層配列は、選択的に単層または多層に形成された発光領域を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子素子。
【請求項７】
上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は、上記発光領域の一部として形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の電子素子。
【請求項８】
上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は、上記発光領域の一部として形成されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の電子素子。
【請求項９】
上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は多層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項に記載の電子素子。
【請求項１０】
上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は多層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項に記載の電子素子。
【請求項１１】
上記ｐ型ドープされた層のｐ型の有機半導体材料は、トリアリールアミンと、フタロシアニンと、コバルトセンといった有機金属錯化合物と、Ｃｒ（ｈｐｐ）４といった金属錯体と、ペンタフェニルシクロペンタジエニルといった遊離基と、テトラチアフルバレン誘導体またはアミノ置換ポリサイクルといった有機還元剤とから成る有機半導体材料群から選択された１つの有機半導体材料であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電子素子。
【請求項１２】
有機発光素子、有機ダイオード、有機太陽電池、有機トランジスタ、および、有機発光ダイオードから成る素子群から選択された１つの素子として実施される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電子素子。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、アノード、カソード、および、少なくとも１つの有機層配列を有する電子素子、特に発光電子素子に関する。前記少なくとも１つの有機層配列は、アノードとカソードとの間に配置されると共にアノードおよびカソードに電気接触している。
【０００２】
〔発明の背景〕
このような電子素子は、様々な実施形態において知られている。前記様々な実施形態には、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、有機ダイオード、有機太陽電池、および有機トランジスタといった有機発光素子が含まれる。一実施例では、特に発光領域を含む多数の独立した有機層配列がアノードとカソードとの間に積層されたスタック型の有機発光素子も知られている。つまり、例えばスタック型構造のＯＬＥＤが知られている。
【０００３】
典型的には、有機層配列は、重なり合って配置された多数の有機層を含む。有機層配列の内部には、１つまたは複数のｐｎ接合が設けられていてもよい。これについては、スタック型ＯＬＥＤにおいて公知の通りである（ＥＰ第1 478 025 A2号を参照されたい。スタック型ＯＬＥＤでは、このようなｐｎ接合は、一実施例において、ｐ型ドープされた正孔輸送層とｎ型ドープされた電子輸送層とによって形成されており、前記正孔輸送層および前記電子輸送層は、互いに直接接触した状態で形成されている。このようなｐｎ接合は、電位が印加されると、特に前記ｐ型ドープされた正孔輸送層と前記ｎ型ドープされた電子輸送層との間の境界領域において電荷が生成される電荷生成構造である。
【０００４】
有機発光ダイオードにおいて公知の設計では、ドープされた電荷キャリア輸送層を用いた場合、ｐ型ドープされた正孔輸送層は、アノードに接触しているか、または、ｐ型ドープされた正孔輸送層と前記アノードとの間に配置された正孔注入層に接触している。ｎ型ドープされた電子輸送層は、カソードに接触しているか、または、ｎ型ドープされた電子輸送層とカソードとの間に配置された電子注入層に接触している。
【０００５】
ドープされた有機層を形成するには、１つまたは複数のドーピング材料が有機マトリクス材の中に導入される。ここで、有機マトリクス材とは有機半導体材料である。有機マトリクス−半導体材料がアクセプタの形のドーパントを含む場合、層はｐ型ドープされた有機層と呼ばれる。導入された有機マトリクス材用のドーパントがドナーを形成する場合、ドープされた層はｎ型ドープされた有機層と呼ばれる。
【０００６】
電気ドーピングとは、本願の意味するところでは、導入された１つまたは複数のドーピング材料が、マトリクス材と酸化還元反応し、これによって、１つまたは複数のドーピング材料とマトリクス材との間に少なくとも部分的に電荷移動が行われること、すなわち、これらの材料間を電荷が移動することをさす。このようにして、層内に（追加的に）自由電荷キャリアが形成される。前記自由電荷キャリアによって層の導電率は向上する。マトリクス材には、ドープされていない材料よりも高い密度の電荷キャリアが生成される。導電率には、電荷キャリアの密度×電荷キャリアの移動度＝導電率といった物理的関係が成り立つ。酸化還元反応によって形成されたマトリクス材中の電荷キャリアの一部は、１つの電極から注入される必要はなく、むしろこのような電荷キャリアは、電気ドーピングの結果、層内において既に利用可能である。
【０００７】
他方、正孔の形の電荷キャリアを輸送することが可能な場合、すなわち、半導体材料内の正孔の移動度が輸送に十分な程度である場合、半導体材料は、ｐ型の半導体材料と呼ばれる。同様に、電子の形の電荷キャリアを輸送することが可能な場合、すなわち、半導体材料内の電子の移動度が輸送に十分な程度である場合、半導体材料は、ｎ型の半導体材料と呼ばれる。
【０００８】
有機電子素子内のエネルギー特性を改善するために、文献ＷＯ第2005/109542 A1号には、ｎ型の有機半導体材料から成る層とｐ型の有機材料から成る層とによってｐｎ接合を形成することが提案されている。ここでは、ｎ型の有機半導体材料から成る層は、アノードとして構成された電極と接触している。このようにして、正孔の形の電荷キャリアがｐ型の有機半導体材料から成る層の中により良好に注入されることを実現する。
【０００９】
〔発明の概要〕
本発明の課題は、改善された動作特性を有する、アノード、カソード、および、アノードとカソードとの間に配置された少なくとも１つの有機層配列を備える電子素子を実現することにある。
【００１０】
本発明によれば、この課題は、独立請求項１に記載の電子素子によって解決される。
【００１１】
本発明に従って、アノード、カソード、および、少なくとも１つの有機層配列を備える電子素子、特に発光電子素子を実現する。少なくとも１つの有機層配列は、アノードとカソードとの間に配置されると共にアノードおよびカソードに電気接触しており、アノードおよびカソードに電位が印加されると電荷を生成する領域であって、ｐ型の有機半導体材料から成る層と、アノードの導電層と接触しているｎ型の有機半導体材料から成るｎ型ドープされた層とによって形成されるｎｐ接合を有する領域、および、アノードおよびカソードに電位が印加されるとさらなる電荷を生成する領域であって、ｎ型の有機半導体材料から成る層と、カソードの導電層と接触しているｐ型の有機半導体材料から成るｐ型ドープされた層とによって形成されるｐｎ接合を有する領域のうちの少なくとも１つの領域を有している。
【００１２】
ｎｐ接合／ｐｎ接合を用いることによって、有機層配列内に、自由電荷キャリアを、１つまたは両方の電極（アノード、カソード）に隣接して効果的に生成可能であることが分かった。電位がアノードおよびカソードに印加されると、自由電荷キャリアが、特に接合を形成する層の間の接合領域において生成される。
【００１３】
ドーピングを用いることによって形成される導電性によって、動作電圧は、従来技術と比べて低減される。特に、電荷キャリア輸送時の欠点を生じさせることなく、ｎｐ接合／ｐｎ接合のドープされた層の厚さを大きな範囲で変動させることが可能になる。
【００１４】
従来の有機発光素子は、１つの型の電荷キャリア（通常は電子）を注入することが、別の型の電荷キャリア（つまり正孔）を注入することよりも困難であるという問題を有していた。これによって、結果的に電荷キャリア注入のバランスが崩れてしまう。このため、素子の電流効率が低減する場合が多い。これは例えば、電荷キャリアが効果的に再結合しないため、バランスの取れていない空間電荷が形成されるからである。これに関して、考えられる特に有利な構成は、カソードとの接合、および、アノードとの接合に同一のｐｎ接合を用いた形の構成である。両方のｐｎ接合が同一の構成をしているため、電荷キャリアの生成は、電子を提供する場合にも正孔を提供する場合にも同じ様に有効に行われる。これによって電荷キャリアのバランスが改善され、素子内の発光効率が向上する。
【００１５】
さらに、提案するｐｎ接合の利用法によって、従来の有機発光ダイオードでは用いられなかった接点材料の使用が可能になる。このため例えば、ＡｕまたはＩＴＯを、カソードの形の上部電極として実施することが可能になる。すなわち、素子が動作している間、このコンタクトは電圧源の陰極に接続された状態で実施され得る。技術的理由によって特定の電極材料を使用することが望ましいが、従来の素子構造では電荷キャリア輸送層に一般的に用いられる有機材料に対して不適合が生じる場合（例えば化学反応や原子またはイオンの拡散）、ここに提案する１つまたは２つのｐｎ接合を利用することによって、金属または輸送材料をより自由に選択することが出来る。例えば、ＡｌまたはＡｇといった、仕事関数が５．１ｅＶよりも小さく、好ましくは４．５ｅＶよりも小さい金属をアノードとして用いることが可能である。同時に、ＡｕまたはＩＴＯといった、仕事関数が４．２ｅＶよりも大きい金属をカソードとして用いることも可能である。さらに、カソードと接続された正孔輸送材料、および／または、アノードと接続された電子輸送材料を用いることも可能になる。このようにして、適合する好適な接点材料と、有機輸送材料とを組み合わせることが容易になる。
【００１６】
有機発光素子を利用する際の大きな問題は、いわゆる反転構造を実現することが極めて困難なことである。反転構造とは、カソードが基板の上にあり、アノードが上部コンタクトを形成した構造である。従来、このような構造は、利用されている非反転構造と比べて、動作電圧が明らかに高く、耐用年数が明らかに短いことによって特徴付けられていた。１つまたは２つのｐｎ接合を使用することによって、反転構造の特性は改善される。これは、非反転構造において用いられるアノードおよびカソード用の電極材料、例えばアノード用のＩＴＯ、および、カソード用のＡｇまたはＡｌは、今まで通り素子の同じ位置に、つまりＩＴＯは底部コンタクト、およびＡｇまたはＡｌは上部コンタクトとして保持され得るが、これらは、反転構造では、１つまたは複数のｐｎ接合と接続されてカソードおよびアノードとして機能するからである。
【００１７】
ｐ型の有機半導体材料では、正孔の形の電荷キャリアの移動度が１０−７ｃｍ２／Ｖｓよりも大きく、好ましくは１０−５ｃｍ２／Ｖｓよりも大きい場合が有効である。さらに、ドープされたｐ型の有機半導体材料が、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で０．５Ｖよりも小さい、好ましくは対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で０Ｖよりも小さい、さらに好ましくは対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で−０．５Ｖよりも小さい低酸化電位を有していることが有効である。結果的に、ドープされたｐ型の有機半導体材料が、１０−７Ｓ／ｃｍよりも大きく、好ましくは１０−５Ｓ／ｃｍよりも大きく、さらに好ましくは１０−３Ｓ／ｃｍよりも大きい導電率を有している場合が有効である。
【００１８】
ｎ型の有機半導体材料では、電子の形の電荷キャリアの移動度が１０−７ｃｍ２／Ｖｓよりも大きく、好ましくは１０−５ｃｍ２／Ｖｓよりも大きい場合が有効である。さらに、ドープされたｎ型の有機半導体材料が、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で−２．５Ｖよりも大きい、好ましくは対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で−２．０Ｖよりも大きい、さらに好ましくは対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で−１．５Ｖよりも大きい高酸化電位を有していることが有効である。結果的に、ドープされたｎ型の有機半導体材料が、１０−７Ｓ／ｃｍよりも大きく、好ましくは１０−５Ｓ／ｃｍ、さらに好ましくは１０−３Ｓ／ｃｍよりも大きい導電率を有している場合が有効である。
【００１９】
さらに、ｎ型ドープされたｎ型の有機半導体層の材料の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ「Lowest Unoccupied Molecular Orbital」）と、隣接するｐ型の有機半導体材料から成る層の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ「Highest Occupied Molecular Orbital」）との間のエネルギー差が１．５ｅＶよりも小さく、好ましくは１．０ｅＶよりも小さく、さらに好ましくは０．５ｅＶよりも小さい場合が有効である。上記隣接するｐ型の有機半導体材料から成る層が同じくｐ型にドープされている場合、エネルギー差は２．５ｅＶよりも小さく、好ましくは２．０ｅＶよりも小さく、さらに好ましくは１．５ｅＶよりも小さいことが有効である。
【００２０】
追加的または選択的に、ｐ型の有機半導体材料から成るｐ型ドープされた層のＨＯＭＯと、隣接するｎ型の有機半導体材料から成る層のＬＵＭＯとの間のエネルギー差が、１．５ｅＶよりも小さく、好ましくは１．０ｅＶよりも小さく、さらに好ましくは０．５ｅＶよりも小さくなるようにしてもよい。上記隣接するｎ型の有機半導体材料から成る層が同じくｎ型にドープされている場合、エネルギー差は２．５ｅＶよりも小さく、好ましくは２．０ｅＶよりも小さく、さらに好ましくは１．５ｅＶよりも小さいことが有効である。
【００２１】
本発明の好ましい一発展形態では、上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は、別のｎ型ドープされた層である。このｎ型ドーピングを用いて、電子の形の自由電荷キャリアを提供する。
【００２２】
本発明の実用的な一形態では、上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は、別のｐ型ドープされた層であってよい。このｐ型ドーピングを用いて、正孔の形の自由電荷キャリアを提供する。
【００２３】
本発明の有効な一実施形態では、ｐ型の有機半導体材料から成る層は、正孔輸送層および電子ブロック層から成る層の種類の群から選択された少なくとも１つの層の種類として形成される。正孔輸送層は、正孔の輸送に十分な程度の正孔の移動度を有して形成されていることによって特徴付けられる。簡素化した一実施形態では、ｐ型の有機半導体材料から成る層は電子ブロック層であり、前記電子ブロック層によって、電子がアノードの方向に輸送されることは阻止されるが、正孔の形の電荷キャリアは輸送される。この特性は、電子ブロック層において、電子輸送および正孔輸送の場合でエネルギー障壁が異なることに基づいている。
【００２４】
本発明の一発展形態では、ｎ型の有機半導体材料から成る層は、電子輸送層および正孔ブロック層から成る層の種類の群から選択された少なくとも１つの層の種類として形成されていることが好ましい。電子輸送層は、電子の輸送に十分な程度の電子の移動度を有して形成されていることによって特徴付けられる。簡素化した一実施形態では、ｎ型の有機半導体材料から成り、カソードの導電層と接触している層は正孔ブロック層であり、この正孔ブロック層によって、有機層配列における電荷キャリアの輸送は、カソードの方向から遮断されるが、電子の形の電荷キャリアは輸送される。この特性は、正孔ブロック層における電子および正孔を輸送するためのエネルギー障壁が異なることに基づいている。
【００２５】
本発明の有効な一形態では、少なくとも１つの有機層配列は、１つの発光領域を含んでいてよい。前記発光領域は、選択的に単層または多層に構成されていることが可能である。前記発光領域では、自由電荷キャリア、すなわち電子および正孔は、光を放出することによって再結合する。この発光領域には、１つまたは複数の発光材料が配置されていてもよく、複数の発光材料が配置された場合、この光は異なる色を照射し、全体的に好ましくは白色光を生成することが可能である。
【００２６】
本発明の実用的な一形態では、上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は、上記発光領域の一部として形成されていてよい。その後、この発光領域は、有機層配列の内部において、ｎ型の有機半導体材料から成るｎ型ドープされた層に直接隣接する。
【００２７】
本発明の一発展形態では、上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は、上記発光領域の一部として形成されていることが好ましい。その後、この発光領域は、有機層配列の内部において、ｐ型の有機半導体材料から成るｐ型ドープされた層に直接隣接する。
【００２８】
本発明の実用的な一発展形態では、上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は多層に形成されている。
【００２９】
本発明の有効な一形態では、ｐ型の有機半導体材料から成る層は多層に形成されていてよい。
【００３０】
本発明の好ましいさらなる一形態では、ｐ型の有機半導体材料から成るｐ型ドープされた層のｐ型の有機半導体材料は、トリアリールアミンと、フタロシアニンと、コバルトセンといった有機金属錯化合物と、Ｃｒ（ｈｐｐ）４といった金属錯体と、ペンタフェニルシクロペンタジエニルといった遊離基と、テトラチアフルバレン誘導体またはアミノ置換ポリサイクルといった有機還元剤とから成る有機半導体材料群から選択された１つの有機半導体材料である。
【００３１】
本発明の実用的な一形態では、電子素子は、有機発光素子、有機ダイオード、有機太陽電池、有機トランジスタ、および、有機発光ダイオードから成る素子の群から選択された１つの素子として実施されるように提供可能である。
【００３２】
さらに、ｐ型ドープされたｐ型の有機半導体材料から成る層とｎ型の有機半導体材料から成る層との間、または、ｎ型ドープされたｎ型の有機半導体材料から成る層とｐ型の有機半導体材料から成る層との間に、薄い中間層が挿入されていてもよい。このような中間層は、例えば、金属から構成されていてもよいし、または、アクセプタおよび／またはドナーから構成されていてもよい。前記中間層によって、特に、ｐｎ接合の安定性が改善される。
【００３３】
実用的には、ｎ型の有機半導体材料から成るｎ型ドープされた層のｎ型の有機半導体材料は、フラーレンＣ６０、ヘキサアザトリフェニレン、特にヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン、および、１，３，４，５，７，８−ヘキサフルオロナフト−２，６−キノンテトラシアノメタンから成る有機半導体材料群から選択された１つの有機半導体材料であってよい。
【００３４】
〔発明の好ましい実施形態の説明〕
本発明を以下に、実施形態に基づいて、図面を参照しながらより詳細に説明する。
【００３５】
図１は、電極とその対向電極との間に、前記電極と前記対向電極とに接触した有機層配列が配置されている有機電子素子を示す概略的な図である。
【００３６】
図２は、有機電子素子の様々な実施形態の電圧に応じた電流密度を示すグラフである。
【００３７】
図３は、有機電子素子の様々な実施形態の電圧に応じた輝度を示すグラフである。 
【００３８】
図４は、有機電子素子の様々な実施形態の輝度に応じた電流効率を示すグラフである。
【００３９】
図５は、有機電子素子の実施例１０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。
【００４０】
図６は、実施例１０の輝度に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【００４１】
図１は、電極１と基板３上に形成された対向電極２との間に有機層配列４が配置されている有機電子素子を示す概略的な図である。有機層配列４は、電極１および対向電極２に電気接触している。電圧が、アノードおよびカソードによって形成された電極１および対向電極２を介して、有機層配列４に印加され得る。光を放射する有機電子素子として実施する場合、この電圧の印加によって、自由電荷キャリア、すなわち電子および正孔が、有機層配列４の内部で発光領域に移動し、前記発光領域において、光を放出することによって互いに再結合される。
【００４２】
以下の好ましい実施形態の説明では、次に示す短縮記号を用いる。ＥＴＬは電子輸送層、ＨＴＬは正孔輸送層、ＥＢＬは電子ブロック層、ＨＢＬは正孔ブロック層、ＥＬは発光領域である。
【００４３】
図１に示した有機電子素子の有機層配列４を、様々な形態の層構造として形成することが可能である。次に示す層配列が有効である。
−アノード／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ＥＢＬ／ＥＬ／ＨＢＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／カソード、
−アノード／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ＥＢＬ／ＥＬ／ＨＢＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／カソード、
−アノード／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ＥＢＬ／ＥＬ／ＨＢＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／カソード、
−アノード／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ＥＢＬ／ＥＬ／ＨＢＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／カソード、
−アノード／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ＥＢＬ／ＥＬ／ＨＢＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／カソード、
−アノード／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ＥＢＬ／ＥＬ／ＨＢＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／カソード、
−カソード／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ＨＢＬ／ＥＬ／ＥＢＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／アノード、
−カソード／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ＨＢＬ／ＥＬ／ＥＢＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／アノード、
−カソード／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ＨＢＬ／ＥＬ／ＥＢＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／アノード、
−カソード／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ＨＢＬ／ＥＬ／ＥＢＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／アノード、
−カソード／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ＨＢＬ／ＥＬ／ＥＢＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／アノード、
−カソード／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ＨＢＬ／ＥＬ／ＥＢＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／アノード。
【００４４】
いくつかの実施形態では、例えば、層ＥＬが電子輸送型／正孔輸送型に形成されているならば、層ＨＢＬおよび／またはＥＢＬは省いてもよい。
【００４５】
この実施形態では、常に少なくとも１つのｐｎ接合／ｎｐ接合が形成され、前記ｐｎ接合／ｎｐ接合では、両電極に電圧が印加されると、電荷キャリア、すなわち電子および正孔が生成される。上述の有機層配列４の構成を、任意により互いに組み合わせて、有機層配列４内に２つの接合を形成してもよい。少なくとも各１つのｐｎ接合／ｎｐ接合に加えて、１つまたは複数の電荷を生成する領域、または、電荷を生成する層が形成される。これは例えば、アノード／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ＥＢＬ／ＥＬ／ＨＢＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／カソード、または、アノード／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／ＥＢＬ／ＥＬ／ＨＢＬ／ｎ型ドープされたＥＴＬ／ｐ型ドープされたＨＴＬ／カソードである。
【００４６】
簡素化された一実施形態において、ｎ型ドープされたＥＴＬとＥＢＬとの間に、効率のよい電荷生成が行われることが分かった。同様に、ｐ型ドープされたＨＴＬとＨＢＬとの間にも電荷の生成が観察された。
【００４７】
簡素化された実施形態では、ｎ型ドープされたＥＴＬの材料の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ「Lowest Unoccupied Molecular Orbital」）と、ＥＢＬの材料の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ「Highest Occupied Molecular Orbital」）との間のエネルギー差は、１．５ｅＶよりも小さく、好ましくは１．０ｅＶよりも小さく、さらに好ましくは０．５ｅＶよりも小さいことが有効である。
【００４８】
追加的または選択的に、ｐ型ドープされたＨＴＬの材料のＨＯＭＯとＨＢＬの材料のＬＵＭＯとの間のエネルギー差が、１．５ｅＶよりも小さく、好ましくは１．０ｅＶよりも小さく、さらに好ましくは０．５ｅＶよりも小さくなるようにしてもよい。
【００４９】
以下に、図１に概略的に示した、様々な構造の有機層配列４を有する構成に係る有機電子素子の例についてより詳細に説明する。通常の真空蒸着の技術を利用して、材料を層の積み重ねとして堆積させることによって、上記素子を製造する。
【００５０】
以下に記載する実施例では、ＩＴＯはインジウムスズ酸化物、Ａｌはアルミニウム、ＳＴＴＢは２，７−テトラ−（ジ−ｐ−トリルアミン）−９，９’−スピロビフルオレン、Ｐｄｏｐは１，３，４，５，７，８−ヘキサフルオロナフト−２，６−キノンテトラシアノメタン、ＮＰＢはＮ，Ｎ’−ジ（ナフタリン−２−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、Ｎｄｏｐはテトラキス（１，２，３，３ａ，４，５，６，６ａ，７，８−デカヒドロ−１，９，９ｂ−トリアザフェナレニル）ジタングステン（ＩＩ）、ＥＴＭは２，４，７，９−テトラフェニルフェナントロリン、ＯＲＥはイリジウム（ＩＩＩ）ビス（２−メチルジベンゾ−［ｆ，ｈ］キノキサリン）（アセチルアセトネート）、ＨＴＭはトリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（ＩＩＩ）、Ｂｐｈｅｎはバソフェナントロリン、ＨＡＴはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレンを指す。
【００５１】
Ｐｄｏｐは、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で約＋０．２Ｖの還元電位を有する。ＮＰＢは、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で約０．３Ｖの酸化電位を有する。Ｎｄｏｐは、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で約−２．２Ｖの酸化電位を有する。ＥＴＭは、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で約−２．２Ｖの還元電位を有する。ＨＴＭは、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で約０．２Ｖの酸化電位を有する。フラーレンＣ６０は、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で約−１Ｖの還元電位を有する。ＳＴＴＢは、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で約０．１Ｖの酸化電位を有する。ＨＡＴは、対Ｆｃ／Ｆｃ＋基準で約−０．６Ｖの還元電位を有する。
【００５２】
様々な構造に関して、一般的に、「ｐ」はｐ型ドープされた層を示し、「ｉ」は非ドープの層（絶縁体）を示し、「ｎ」はｎ型ドープされた層を示す。
【００５３】
〔実施例１〕
参考に、実施例１として、従来のｐｉｎ構造で有機電子素子を製造した。この素子は、次の層構造を有している。基板：ガラス／アノード：９０ｎｍのＩＴＯ／ｐ型ドープされた層：５０ｎｍ、ＳＴＴＢ中のＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／真性層：１０ｎｍのＮＰＢ／真性ＥＬ：２０ｎｍ、ＮＰＢ中のＯＲＥ（１０％）／真性中間層：１０ｎｍのＥＴＭ／ｎ型ドープされた層：５５ｎｍ、ＥＴＭ中のＮｄｏｐ（８重量パーセント）／カソード：１００ｎｍのＡｌ。
【００５４】
〔実施例２〕
実施例２として、ｎｐｉｎ構造で有機電子素子を製造した。ガラス／アノード：９０ｎｍのＩＴＯ／４５ｎｍ、ＥＴＭ中のＮｄｏｐ（８重量パーセント）／５ｎｍ、ＨＴＭ中のＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／１０ｎｍのＮＰＢ／ＮＰＢ中の２０ｎｍのＯＲＥ（１０％）／１０ｎｍのＥＴＭ／５５ｎｍ、ＥＴＭ中のＮｄｏｐ（８重量パーセント）／１００ｎｍのＡｌ。ＥＴＭ中のＮｄｏｐから成る層の導電率は、約２×１０−５Ｓ／ｃｍである。
【００５５】
〔実施例３〕
さらなる実施例３として、次のｐｉｎｐ層構造で有機電子素子を製造した。ガラス／アノード：９０ｎｍのＩＴＯ／５０ｎｍ、ＳＴＴＢ中のＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／１０ｎｍのＮＰＢ／２０ｎｍ、ＮＰＢ中のＯＲＥ（１０％）／１０ｎｍのＥＴＭ／５５ｎｍ、ＥＴＭ中のＮｄｏｐ（８重量パーセント）／５ｎｍ、ＨＴＭ中のＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／１００ｎｍのＡｌ。ＨＴＭ中のＰｄｏｐから成る層の導電率は、約４×１０−５Ｓ／ｃｍである。
【００５６】
〔実施例４〕
さらに実施例４として、次の層構成（ｎｐｉｎｐ）で有機電子素子を製造した。ガラス／アノード：９０ｎｍのＩＴＯ／４５ｎｍ、ＥＴＭ中のＮｄｏｐ（８重量パーセント）／５ｎｍ、ＨＴＭ中のＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／１０ｎｍのＮＰＢ／２０ｎｍ、ＮＰＢ中のＯＲＥ（１０％）／１０ｎｍのＥＴＭ／５５ｎｍ、ＥＴＭ中のＮｄｏｐ（８重量パーセント）／５ｎｍ、ＨＴＭ中のＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／１００ｎｍのＡｌ。
【００５７】
〔実施例５〕
さらに実施例５として、次の層構成（ｐｎｉｐｎ）で有機電子素子を製造した。ガラス／９０ｎｍのＩＴＯ／５ｎｍ、ＨＴＭ中のＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／４５ｎｍ、ＥＴＭ中のＮｄｏｐ（８重量パーセント）／１０ｎｍのＥＴＭ／ＮＰＢ中の２０ｎｍのＯＲＥ（１０％）／１０ｎｍのＮＰＢ／５ｎｍ、ＨＴＭ中のＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／５５ｎｍ、ＥＴＭ中のＮｄｏｐ（８重量パーセント）／アノード：１００ｎｍのＡｌ。
【００５８】
〔実施例６〕
実施例６として、次のような簡素化した構造で有機電子素子を製造した。ガラス／アノード：ＩＴＯ／Ｎｄｏｐ（５０ｎｍ）でドープされた１，３，４，５，７，８−ヘキサフルオロナフト−２，６−キノンテトラシアノメタン／ＮＰＤ：ＯＲＥ（２０ｎｍ、１０重量パーセント）／ＢＰｈｅｎ（１０ｎｍ）／ＢＰｈｅｎ：Ｃｓ（８：１、６０ｎｍ）／Ａｌ。２．８Ｖの動作電圧で、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度を測定した。Ｎｄｏｐでドープされた１，３，４，５，７，８−ヘキサフルオロナフト−２，６−キノンテトラシアノメタンから成る層の導電率は、約ｇ×１０−５Ｓ／ｃｍである。
【００５９】
〔実施例７〕
比較のために、実施例７として１つの構造を製造した。ガラス／アノード：ＩＴＯ／１，３，４，５，７，８−ヘキサフルオロナフト−２，６−キノンテトラシアノメタン（５０ｎｍ）／ＮＰＤ：ＯＲＥ（２０ｎｍ、１０重量パーセント）／ＢＰｈｅｎ（１０ｎｍ）／ＢＰｈｅｎ：Ｃｓ（６０ｎｍ）／Ａｌ。３．３Ｖの動作電圧で、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度を測定した。
【００６０】
〔実施例８〕
実施例８として、次のような簡素化した構造で有機電子素子を製造した。ガラス／アノード：ＩＴＯ／Ｎｄｏｐ（５０ｎｍ）でドープされたＨＡＴ／ＮＰＤ：ＯＲＥ（２０ｎｍ、１０重量パーセント）／ＢＰｈｅｎ（１０ｎｍ）／ＢＰｈｅｎ：Ｃｓ（８：１、６０ｎｍ）／Ａｌ。４．４Ｖの動作電圧で、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度を測定した。Ｎｄｏｐでドープされた層ＨＡＴの導電率は、約５×１０−５Ｓ／ｃｍである。
【００６１】
〔実施例９〕
実施例９として、次の層構成でさらなる有機電子素子を製造した。
１．透明なガラス基板
２．金属片、間隔４５０μｍ（アノード）
３．ドナー状の有機分子でｎ型ドープされたフラーレン層
４．閉鎖されていない金層、中程度の厚さ１ｎｍ
５．正孔輸送層
６．電子ブロック層
７．発光層
８．正孔ブロック層
９．電子輸送層
１０．アルミニウムカソード
層３、すなわちドナー状の有機分子でドープされたフラーレン層と、層５、すなわち正孔輸送層とが、ｐｎ接合を形成する。これら両方の層の間には、安定化金属層として、層４が配置される。
【００６２】
〔実施例１０〕
さらに、実施例１０として、次の層構成で有機電子素子を製造した。
２０．      透明なガラス基板
２１．      クロム片、間隔４５０μｍ、幅５０μｍ、厚さ１０ｎ（アノード）
２２．      ２モル％の［Ｒｕ（ｔ−ブチル−ｔｒｐｙ）２］０でドープされた３０ｎｍのＣ６０
２３．      呼び寸法１ｎｍの金（閉鎖されていない層）
２４．      ４モル％のＦ４−ＴＣＮＱでドープされた９５ｎｍのＭｅＯ−ＴＰＤ
２５．      １０ｎｍのスピロ−ＴＡＤ
２６．      ２０重量％のＩｒ（ｐｉｑ）３でドープされた２０ｎｍのＢＡｌｑ
２７．      １０ｎｍのＢＰｈｅｎ
２８．      Ｃｓでドープされた６５ｎｍのＢＰｈｅｎ
２９．      １００ｎｍのＡｌ（カソード）
本実施形態では、層２２と層２４とがｐｎ接合を形成する。これらの層の間には、それ自体は閉鎖されていない安定化金属層として、金から成る層２３を設ける。層２２の導電率は０，５Ｓ／ｃｍよりも少なかった。図５および図６は、実施例１０のデータを示すものである。
【００６３】
実施例９および１０では、それぞれ、フラーレンから成るドープされた層が用いられる。フラーレン、特にバックミンスターフラーレンＣ６０は、これが発見された１９８５年以降集中的に研究され、例えば有機太陽電池では、アクセプタ材料として用いられている（ＵＳ第6,580,027 B2を参照されたい）。文献ＷＯ92/04279には、大量のＣ６０およびＣ７０を製造する方法が開示されている。現在フラーレンは、低コストの原料として利用されている。ＷＯ第2005/086251A2号に記載されているように、フラーレンＣ６０は、ドーパントと置き換えられ、２Ｓ／ｃｍよりも高い導電率を有している。フラーレンから形成される層は、有利には、高真空において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とによって、つまり、有機薄膜に一般的に用いられる方法によって堆積させる。従ってこのようなフラーレン層の堆積工程は、余計な手間をかけることなく、有機発光素子の製造プロセスに導入される。
【００６４】
上述の実施例９または実施例１０において用いた、または、用いられ得る有機材料を、以下の表に列挙する。
【００６５】
【表１】
2010514174.tif 000003
【００６６】
〔実施例１１〕
さらに比較のために、実施例１１として、次の層構成（ｎｉｐ）で有機電子素子を製造した。カソードＩＴＯ／Ｎｄｏｐでドープされた７５ｎｍのＥＴＭ（９重量パーセント）／１０ｎｍのＥＴＭ／Ｉｒ（ｐｉｃ）３でドープされた２０ｎｍのＢＡｌｑ（１０重量パーセント）／１０ｎｍのＮＰＢ／Ｐｄｏｐでドープされた４５ｎｍのＳＴＴＢ（６重量パーセント）／アノード１００ｎｍのＡｌ。ここではＩＴＯから成るカソードが、透明なガラス基板上に配置される。
【００６７】
〔実施例１２〕
さらに実施例１２として、次の層構成（ｎｉｐｎ）で有機電子素子を製造した。カソードＩＴＯ／Ｎｄｏｐでドープされた７５ｎｍのＥＴＭ（９重量パーセント）／１０ｎｍのＥＴＭ／Ｉｒ（ｐｉｃ）３でドープされた２０ｎｍのＢＡｌｑ（１０重量パーセント）／１０ｎｍのＮＰＢ／Ｐｄｏｐでドープされた２０ｎｍのＳＴＴＢ（６重量パーセント）／Ｎｄｏｐでドープされた２５ｎｍのＥＴＭ（９重量パーセント）／アノード１００ｎｍのＡｌ。実施例１１と比較すると、アノードとのｐｎ接合を用いた場合に、より低い動作電圧、および、より高い電流効率が測定された。
【００６８】
〔実施例１３〕
次の層構成を用いて、有機電子素子を製造した。アノード：９０ｎｍのＩＴＯ／ＳＴＴＢ中の５０ｎｍのＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／１０ｎｍのＮＰＢ／ＮＰＢ中の２０ｎｍのＯＲＥ（１０％）／１０ｎｍのＥＴＭ／ＥＴＭ中の１０ｎｍのＮｄｏｐ（８重量パーセント）／ＨＴＭ中の５ｎｍのＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／ＳＴＴＢ中の４０ｎｍのＰｄｏｐ（１．５重量パーセント）／１００ｎｍのＡｌ。ここで、ｐ型ドープされたｐ型の層を多層に構成して、上記素子の安定性を向上させる。
【００６９】
図２は、有機素子の様々な実施形態の電圧に応じた電流密度を示すグラフである。
【００７０】
図３は、有機電子素子の様々な実施形態の電圧に応じた輝度を示すグラフである。
【００７１】
図４は、有機電子素子の様々な実施形態の輝度に応じた電流効率を示すグラフである。
【００７２】
上述の明細書、特許請求の範囲、および、図面に開示した本発明の特徴を、本発明を実現するために、その様々な実施形態において単独で用いるだけでなく、任意により組み合わせることが重要であろう。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】電極と電極対向電極との間に、前記電極と前記対向電極とに接触した有機層配列が配置されている有機電子素子を示す概略的な図である。
【図２】有機電子素子の様々な実施形態の電圧に応じた電流密度を示すグラフである。
【図３】有機電子素子の様々な実施形態の電圧に応じた輝度を示すグラフである。
【図４】有機電子素子の様々な実施形態の輝度に応じた電流効率を示すグラフである。
【図５】有機電子素子の実施例１０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】実施例１０の輝度に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【図１】
2010514174.tif 000004
【図２】
2010514174.tif 000005
【図３】
2010514174.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010514174.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月25日(2009.8.25)
【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】
アノードと、カソードと、少なくとも１つの有機層配列とを有する電子素子、特に発光電子素子であって、
上記少なくとも１つの有機層配列は、上記アノードと上記カソードとの間に配置されると共に上記アノードおよび上記カソードに電気接触しており、
−上記アノードと上記カソードとに電位が印加されると、さらなる電荷を生成する領域であって、ｎ型の有機半導体材料から成る層と、上記カソードの導電層と接触しているｐ型の有機半導体材料から成るｐ型ドープされた層とによって形成されるｐｎ接合を有する領域のうちの少なくとも１つの領域を有する電子素子。
【請求項２】
上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は、別のｎ型ドープされた層であることを特徴とする、請求項１に記載の電子素子。
【請求項３】
上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は、別のｐ型ドープされた層であることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子素子。
【請求項４】
上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は、電子輸送層および正孔ブロック層から成る層の種類の群から選択された少なくとも１つの層の種類として形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子素子。
【請求項５】
上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は、正孔輸送層および電子ブロック層から成る層の種類の群から選択された少なくとも１つの層の種類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項に記載の電子素子。
【請求項６】
上記少なくとも１つの有機層配列は、選択的に単層または多層に形成された発光領域を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子素子。
【請求項７】
上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は、上記発光領域の一部として形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の電子素子。
【請求項８】
上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は、上記発光領域の一部として形成されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の電子素子。
【請求項９】
上記ｎ型の有機半導体材料から成る層は多層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項に記載の電子素子。
【請求項１０】
上記ｐ型の有機半導体材料から成る層は多層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項に記載の電子素子。
【請求項１１】
上記ｐ型ドープされた層のｐ型の有機半導体材料は、トリアリールアミンと、フタロシアニンと、コバルトセンといった有機金属錯化合物と、Ｃｒ（ｈｐｐ）４といった金属錯体と、ペンタフェニルシクロペンタジエニルといった遊離基と、テトラチアフルバレン誘導体またはアミノ置換ポリサイクルといった有機還元剤とから成る有機半導体材料群から選択された１つの有機半導体材料であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電子素子。
【請求項１２】
有機発光素子、有機ダイオード、有機太陽電池、有機トランジスタ、および、有機発光ダイオードから成る素子群から選択された１つの素子として実施される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電子素子。
【国際調査報告】
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