(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機発光ダイオードであって：
平坦な表面（１１）を有する、導電性物質の第１導電層（１０）と、
各端部に第１及び第２の定着基（２２，２４）を各々有する半導体ポリマ分子（２０）の第１有機層（１５）であって、前記第１の定着基（２２）が、前記半導体ポリマ分子を前記平坦な表面に対して垂直方向に実質的に均一に方向付けするように、堆積および自己組織化技法によって前記第１導電層（１０）の平坦な表面上に配置されるとともに化学的に結合された前記第１有機層（１５）と、
前記第１有機層の前記第２の定着基（２４）上に配置され、かつ、前記第２の定着基（２４）と化学的に結合するために少なくとも一つの微小結晶又は多価イオンからなり、蛍光性物質からなる結合層（２５）と、
各端部に第３及び第４の定着基（３２，３４）を各々有する半導体ポリマ分子（３１）の第２有機層（３０）であって、前記第３の定着基（３４）が、前記半導体ポリマ分子を前記第１有機層の前記半導体ポリマ分子に平行に実質的に均一に方向付けするように、堆積および自己組織化技法によって前記結合層（２５）上に配置され、かつ、前記結合層（２５）の少なくとも一つの微小結晶または多価イオンと化学的に結合された前記第２有機層（３０）と、
前記第２有機層の第４の定着基（３２）と電気的に接触するように配置され、かつ化学的に結合された、導電物質の第２導電層（４０）と、
前記第１及び第２導電層（１０，４０）の少なくとも一方は光透過性物質からなることと
を特徴とする有機発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、有機発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
全ての有機発光素子（ＬＥＤ）では、基板上に有機材料を熱蒸着(thermal evapolation)またはスピンコート(spin-coating)することによって、有機層を形成する。その結果得られる有機層は、非結晶性(amorphous)かあるいは方位が不規則な多結晶質固体(random oriented polycrystalline solid)となる。結果として、有機層内の電荷キャリアの移動度(mobilities)は通常全体的に低く、典型的に１０-4ｃｍ2／Ｖｓ未満である。注入電流(injection current)（Ｊ）は、以下の関係で示されるように、キャリア移動度（μ）に比例する。
【０００３】
Ｊ＝εμ（Ｖ2／ｄ3）
ここで、εは有機層の誘電定数、Ｖは有機層間に印加される電圧、ｄは有機層の厚さである。
【０００４】
したがって、キャリア移動度が低いことは、注入電流に対する限定要因の１つとなり、このために、有機ＬＥＤ表示装置、具体的には直視型有機ＬＥＤ表示装置(direct view organic LED displays)の最大輝度が制限されることになる。
【０００５】
十分なキャリア移動度を有し、直視型表示装置に使用し得る輝度が得られる有機ＬＥＤを製造することが望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、キャリア移動度が改善された有機ＬＥＤを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、キャリア移動度が改善された有機ＬＥＤの製造方法を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、キャリア移動度が改善された有機ＬＥＤの製造方法であって、比較的簡単で費用がかからない製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、キャリア移動度が改善された有機ＬＥＤの製造方法であって、寸法に対する制御性に優れ分子レベルで処理される製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、キャリア移動度が改善された有機ＬＥＤの製造方法であって、全色および所望量の蛍光度(fluorescence)が達成できるように、有機分子および散在結合層(interspersed coupling layers)のサイズおよび種類を操作することを含む製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述のおよびその他の問題の少なくとも部分的な解決、ならびに上述のおよびその他の目的の実現は、本発明による有機発光ダイオードによって達成される。この有機発光ダイオードは、平坦な表面を有し導電性材料から成る第１導電層と、この第１導電層の平坦な表面上に配置され、各端部に定着基(anchoring groups)を有する半導体ポリマ分子から成る第１有機層とを含み、堆積および自己組織化技術(deposition and self-assembly technique)によって半導体ポリマ分子を実質的に均一に平坦な表面に垂直に方向付ける。
【００１２】
第１結合層を第１有機層上に配置し、各端部に定着基を有する半導体ポリマ分子から成る第２有機層を、堆積および自己組織化技術によって第１結合層上に配置し、半導体ポリマ分子を第１有機層の半導体ポリマ分子と平行に、実質的に均一に方位付ける。
【００１３】
第２有機層上において、追加の結合層および有機層を互いの上に交互に配置し、所望の寸法および輝度を達成する。
【００１４】
導電性物質の第２導電層が最終有機層上に配置され、ＬＥＤが完成する。一般的に、第１および第２導電層の一方は光透過性であり、発生された光の放出を可能とする。
【００１５】
【実施例】
図１を参照すると、本発明によって製造された有機発光素子が示されている。
【００１６】
図１を具体的に参照すると、導電性物質から成る第１導電層１０が、実質的に平坦な表面１１を有するものとして示されている。第１有機層１５が導電性層１０上に配置されている。有機層１５は、半導体ポリマ分子２０で構成され、各分子２０はその各端部に定着基２２，２４をそれぞれ含む。図では、各分子２０の定着基２２は、導電層１０の平坦な表面１１に定着または吸着(anchor)されている。
【００１７】
半導体ポリマ分子２０は、共役二重結合(conjugated double bonds)を含む細長炭化水素状分子(elongated hydrocarbon-like molecule)であれば事実上いかなるものを含んでもよく、更に、１つ以上の環構造（例えば、フェニル、ナフチル等）を固着剤(stiffener)として含むことができる。一般的に、選択される分子は、それらが堆積される面に垂直に方向付けられるように十分に伸びている一方、比較的良好な半導体を形成することができるよう十分に長くなければならない。また、「半導体ポリマ分子」という用語の定義は、ここに記載される機能を果たすものであれば、あらゆるポリマ、オリゴマ(oligomer)、または半導体有機物質を含むものする。更に、特定用途によっては、分子２０は蛍光性および／または比較的良好な半導体（導体）物質とすることができる。これらの物質の選択については、後により詳細に論じる。
【００１８】
先に述べたように、各分子２０はその各端部に定着基２２，２４を含む。定着基２２，２４も、構成される特定実施例および特定用途にしたがって選択される。一般的に、定着基は分子２０との化学的結合が良好であり、更にここで述べようとしている導電層１０やその他の物質との化学的結合も良好でなければならない。定着基の典型的名例には、チオル(-SH)、ヒドロキシ(-OH)、アミン(-NH2)、カルボキシル酸(-C02H)、スルホン酸(-S03H)、燐酸(-P03H2)、Si(OH)X等が含まれる。
【００１９】
分子２０および定着基２２，２４を適合させることによって、あらゆる所望の色を放出する有機層１５を形成することができる。各端部に定着基を有し、青色光、緑色光および赤色光を発光する半導体ポリマ分子の例を示す。
【００２０】
【化１】
（青色光）
0004070829.tif 000002
ポリフェニレン・オリゴマ
【００２１】
【化２】
（緑色光）
0004070829.tif 000003
ポリフェニレン・ビニレン・オリゴマ
【００２２】
【化３】
（赤色光）
0004070829.tif 000004
ポリ（ナフチレン・ビニレン）オリゴマ
分子２０は、堆積および自己組織化技法によって導電層１０の平坦な表面１１上に、各半導体ポリマ分子２０が平坦な表面１１に対して垂直方向に実質的に均一に方向付けされるように配置される。したがって、各分子２０の対向端にある定着基２４は、平坦な表面１１から遠ざかるように外側に向けられ、全ての定着基２４が全体的に協同して、平坦な表面１１とほぼ平行でかつ離間された表面を形成する。
【００２３】
有機化合物の単一層(monolayer)を作るいくつかの自己組織化方法(self-assembly method)は公知である。典型的な例の１つは、親水基(hydrophilic group)を定着基として用いることによって達成される。たとえば、ラングミュア・ブロジェット(Langmuir-Blodgett)手法を用いる場合は、親水性定着基を有する半導体ポリマ分子の層を、水面に浮遊させる。細長い半導体ポリマ分子の両端にある親水性定着基のために、分子は水面にほぼ垂直に自ら方向付けられる(self oriented)。次に所望の表面を水に浸漬することによって、正確に方向付けされた分子の層を当該表面に転移させる。垂直に方向付けされた分子も、溶液から固体表面上に直接自己組織化することができる。
【００２４】
自己組織化方法の少なくとも１つは、正および負に荷電されたポリマの単一層を交互に堆積することである。この層毎の堆積プロセスは、荷電されたポリマの希釈溶液を用いて行われ、分子レベルで制御可能な構造の薄膜を製造する、非常に簡単で効果的な方法である。正に荷電されたポリマを含む溶液に層１０の平坦な表面１１を単に浸漬(dip)し、表面１１を水で洗浄し、次に負に荷電されたポリマを含む溶液にそれを浸漬する。各浸漬において、溶液中の均一性が高いポリマの単一層が、溶液のｐＨ、イオン強度(ionic strength)および濃度といったようなパラメータによって決定される厚さおよび鎖構造(chain conformation)で、表面１１上に堆積される。
【００２５】
この自己組織化プロセスおよび他の自己組織化プロセスに伴う主要な問題は、一般的に１０〜５０オングストロームの範囲の薄い物質層しか生成できないことである。有機層１５は、１種類以上の自己組織化技法によって堆積された１層以上の分子単一層を含み、これら全てが分子２０で表されていることは理解されよう。分子２０を所望の（または最大）高さに堆積し、全体的に定着基２４上にある有機層１５上に、第１結合層２５を堆積する。
【００２６】
結合層２５は、例えば、微小結晶(nanocrystal)および／または多価イオン(multi-valent ions)を含む。具体例として、多価イオンが含まれている場合、イオンは層１５内の１つ以上の定着基の自由結合(free bonds)と化学的に結合し、更に第２有機層３０の１つ以上の定着基の自由結合部と化学的に結合する、更に別の自由結合を有する。場合によっては（例えば、極端に長い半導体ポリマ分子）、１つ以上の定着基と１つ以上の結合を形成する多価イオンを有し、構造全体の横方向の支持を補うことが有利な場合もある。結合層２５は定着基２４と物理的に接触するように形成され、有機層１５と第２有機層３０との間の橋架として作用する。第２有機層３０は有機層１５と同様であり、一般的に各分子３１の各端部に定着基３２，３４を有する複数の半導体ポリマ分子３１を利用して形成される。本例では、定着基３４は結合層２５に化学的に結合され、定着基３２はフリー(free)である。
【００２７】
結合層２５は通常無機物質(inorganic material)であり、蛍光または非蛍光物質および／または比較的良好な導体でもよい。ここでも、結合層２５は半導体ポリマ層１５，３０を用いて用途に応じて形成され、所望量の導電性、蛍光度および色が備えられる。特定実施例では、結合層２５は、Zr4+， Zn2+， Ca2+等のような多価イオンのいずれか、およびCdSe，CdTe，CdS，ZnS等のような物質の微小結晶を含む。微小結晶の場合、有色発光(color emission)は、微小結晶のサイズによって調整することができる（これについては例えば、１９９３年５月４日に出願され、同一譲受人に譲渡された、「A Fluorescent Device With Quantum Contained Particle Screen」と題する米国特許出願があり、出願番号は０８／０５５，８９９である）。例えば、約１６オングストローム未満のサイズを有するCdSeの微小結晶は、青色光を放出する。約２３〜３２オングストロームの範囲のサイズを有するCdSe微小結晶は緑色光を放出する。約４３〜６５オングストロームの範囲のサイズを有するCdSe微小結晶は赤色光を放出する。
【００２８】
金属またはその他の導電性物質の導電層４０が有機層３０上に堆積され、定着基３４が導電層４０の下側表面と化学的に結合し、有機ＬＥＤがほぼ完成する。一般的に、導電層１０または導電層４０のいずれかは、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）のような光透過性物質であるか、或いは何らかの方法で光がそれを貫通できるようにしてある。用途によっては、複数の非常に薄い金属層を十分に透明にし、有機ＬＥＤから十分な光を放出できるようにする。
【００２９】
この特定実施例では、ＩＴＯ層を形成(lay down)する際に必要とされる熱のために、層１０はガラス基板（図示せず）上に堆積されたＩＴＯ層とし、ＬＥＤの第１電気接点を形成する。次に、半導体ポリマ分子の単一層が所望の層数になるまで、有機層１５を導電層１０上に堆積する。結合層２５が有機層１５上に堆積され、第２有機層３０が結合層２５上に堆積されている。所望の厚さを達成するために、更に結合層や有機層をこの構造上に交互に堆積する。有機発光ダイオード内の有機層（即ち、１５，２５，３０および全ての追加層）の典型的な厚さは、３００〜５０００オングストロームであり、好適実施例では通常約５００〜１５００オングストロームの範囲である。次に、比較的低温で堆積可能な金属で形成された導電層４０が最終有機層上に堆積され、ＬＥＤの第２電気接点を形成する。通常、蒸着過程において基板を加熱する際、有機層が損傷を受ける温度未満に保持しなければならない。
【００３０】
多くの用途において、複数の有機ＬＥＤが単一基板上で作られる。このような場合、選択堆積または選択エッチングのような相応しい方法でＬＥＤを分離することを除いて、手順は実質的に同一である。更に、導電層１０，４０を行および列状に形成し、各交差領域間に有機ＬＥＤを作り、アドレス可能な巨大なＬＥＤアレイを形成することもできる。
【００３１】
ＬＥＤの各層内の半導体ポリマ分子のほぼ全ては、導電層１０，４０の面に対して垂直方向に、均一に方向付けられている。この特定方向付けによって、キャリアの移動度、したがって、注入電流が大幅に増大する。本製造方法は分子レベルで、しかも良好に寸法制御ができるように処理されるので、容易にかつ費用をかけずに寸法を調節し、所望の注入電流および輝度を達成することができる。例えば、十分な輝度を達成して直視型表示装置用の有機ＬＥＤアレイを作ることができる。更に、開示された製造方法は、半導体ポリマ分子のサイズおよび種類、ならびに散在された結合層および粒子のサイズの操作または製作(tailor)を含むので、全色および所望の蛍光度を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって製造された有機発光素子を示す図。
【符号の説明】
１１  表面
１０  導電層
１５，３０  有機層
２２，２４  定着基
２０  半導体ポリマ分子
２５  結合層
４０  第２導電層
【図１】
0004070829.tif 000005