有機光電構成素子およびその製造方法
有機光電構成素子であって、第１の電極と、該第１の電極の上に配置された第１の平坦化層と、該第１の平坦化層の上に配置された第１の注入層と、該第１の注入層の上に配置された有機機能層と、該有機機能層の上に配置された第２の電極とを有し、第１の電極がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または第１の電極がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：ここでＥＦはフェルミエネルギー、ＥＨＯＭＯはそれぞれの層が最大で有するエネルギーレベルのエネルギー、そしてＥＬＵＭＯはそれぞれの層が最小で有しないエネルギーレベルのエネルギーである有機光電構成素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許願は、ドイツ特許出願１０２００９０４７８８３．３の優先権を主張するものであり、その開示内容はここに参照として取り入れる。
【０００２】
請求項１による有機光電構成素子が記載される。
【背景技術】
【０００３】
有機光電構成素子の製造の際の大きな問題は、構成素子の内部を指す電極の表面上に小さな粒子または他の汚染物が堆積することがあり、またはこの表面がたとえば金属先端を有することがあることである。これはたとえば構成素子における局所的短絡、または局所的に高抵抗の電流経路の原因となり得る。この問題を取り除くためにこれまで使用された手段は、表面に非常に面倒なクリーニング法を施すことである。別の解決アプローチは、厚い層を電極の上に取付け、金属先端を覆うことである。このような層ではとりわけ、ランダムなばらつきが電流電圧特性曲線に発生するという問題が生じる。その原因は、たとえば汚染に起因する局所的な層厚の変動である。ここからさらに、プロセス安定性に不利に作用する抵抗変動が生じ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態の課題は、多数の構成素子における電流電圧特性曲線のランダムなばらつきが緩和された有機光電構成素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１による有機光電構成素子によって解決される。有機光電構成素子のさらなる実施形態は従属請求項の対象である。
【０００６】
本発明の実施形態による有機光電構成素子は、
・第１の電極と、
・該第１の電極の上に配置された第１の平坦化層と、
・該第１の平坦化層の上に配置された第１の注入層と、
・該第１の注入層の上に配置された有機機能層と、
・該有機機能層の上に配置された第２の電極とを有し、
第１の電極がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．≦ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
第１の電極がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ≦ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立ち、
ここでＥＦはフェルミエネルギー、ＥＨＯＭＯはそれぞれの層が最大で有するエネルギーレベルのエネルギー、そしてＥＬＵＭＯはそれぞれの層が最小で有しないエネルギーレベルのエネルギーである。
【０００７】
第１の電極がアノードである場合には、有利にはエネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
第１の電極がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立つ。
【０００８】
第１の平坦化層を第１の注入層と所期のように組み合わせることにより、電流電圧特性曲線におけるランダムなばらつきが格段に低減される。第１の平坦化層、第１の注入層、および有機機能層のエネルギーレベルを所期のように整合することにより、内部リザーブが形成される。有機光電構成素子の作動中に第１の電極から放出される電荷担体は、第１の平坦化層を通って第１の注入層へ移動する。エネルギーレベルに基づいて第１の注入層内にはポテンシャルポットが形成され、このポテンシャルポット内に電荷担体が集まることができる。注入層のポテンシャルポットにより形成されたこの内部リザーブは有機光電構成素子内部にあり、すなわち構成素子の２つの電極間にある。したがってこの内部リザーブにより、電極または平坦化層の局所的な抵抗変動を調整することができる。構成素子内の電荷担体輸送がこれにより安定し、場合により発生する電界変動または抵抗変動を調整することができる。ポテンシャルポットは電荷担体に対する固有のソースであり、このソースは構成素子の作動中に電荷担体を一定の量で、有機機能層が続く所定の平面に放出することができる。これにより電極の内側に汚染または金属先端が存在しても、安定した電荷輸送を構成素子内で達成することができる。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、第１の電極がアノードである場合にエネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
第１の電極がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、ＦＵｎｋ−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦが成り立つ。
【００１０】
エネルギーレベルを対応して整合することにより、ポテンシャルポットの高い「側壁」を決定することができる。この側壁の高さは、エネルギー的には電荷担体が次に隣接する層へ達するために乗り越えなければならない抵抗である。この抵抗を十分に高く選択すれば、ポテンシャルポット内に十分な電荷担体が集まることが保証され、注入層内の電荷担体を、これに続く層への注入のためにいつでも使用できるようになる。したがって電荷担体を、時間的および／または空間的に均等に一定に放出することができる。側壁の高さにより、ポテンシャルポットの電荷担体における「貯蔵能力」も調整することができる。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、第１の電極から放出された電荷担体が第１の注入層内に蓄積される。これは、有機光電構成素子の作動中に電荷担体密度が注入層においては、これに直接隣接する層におけるよりも高いことを意味する。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層に蓄積された電荷担体がこれに続く層に注入される。
【００１３】
蓄積された電荷担体のこれに続く層への注入は、これに続く層に連続的に一定の電荷担体が供給されることを保証し、これにより構成素子内での電荷輸送が安定化される。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、第１の平坦化層（ＲＰｌａｎ．）と第１の注入層（ＲＩｎｊ．）の抵抗Ｒならびに境界面抵抗に対しては第１の平坦化層と第１の注入層とが接触することにより（ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｉｎｊ．）、ならびに境界面抵抗に対しては第１の注入層と有機機能層とが接触することにより（ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｆｕｎｋ．）条件：
ＲＰｌａｎ．＋ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｉｎｊ．≦ＲＩｎｊ．＋ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｆｕｎｋ．が成り立つ。
【００１５】
ここで平坦化層の抵抗は好ましくは、注入層の抵抗の範囲にある。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層は１から２０ｎｍの層厚を有する。
【００１７】
ここでは１から３ｎｍの範囲が好ましい。非常に薄い注入層は電荷担体輸送の安定性を格段に高めることができる。これの利点は、すでに厚い平坦化層を非常に厚い層の上に施与する必要がないことである。そうでないと、構成素子の層厚全体が拡大することになってしまう。
【００１８】
さらにより好ましくは３から２０ｎｍの範囲である。この厚さの層は、電荷輸送に関してすでに良好な安定特性を有している。
【００１９】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層にドープされる。第１の電極がアノードの場合、第１の注入層は好ましくはｐドープされる。第１の電極がカソードの場合、第１の注入層は好ましくはｎドープされる。
【００２０】
注入層をドープすることにより、たとえばそのエネルギーレベルを所期のように調整することができる。さらにドープすることにより、注入層での電荷担体輸送または電荷担体蓄積を改善することができる。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、ドープ物質は次から選択される：ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＲｅＯ３、Ｒｅ２Ｏ７、Ｖ２Ｏ５。これらのドープ物質は、好ましくはｐドーパンドとして使用される。
【００２２】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層は次から選択される混合材料を有する：
Ａｌｑ３（ＬＵＭＯ−３．１ｅＶ）、ＢＣＰ（ＬＵＭＯ−２．９ｅＶ）、Ｂｐｈｅｎ（ＬＵＭＯ−２．９ｅＶ）、ＮＴＣＤＡ（ＬＵＭＯ−４．０ｅＶ）、ＺｎＰｃ、ＴＨＡＰ（ＬＵＭＯ−４．６ｅＶ）。ここでこの混合材料は以下の物質の１つによりｎドープされている：Ｌｉ、Ｃｓ、ＢＥＤＴ−ＴＴＦ、ピロニン−Ｂ−塩化物、Ｃｓ２ＣＯ３、Ｒｕ（テルピー）２、ＣｏＣｐ２。ここで「ＬＵＭＯ」は、最小の非占有分子軌道に対するものである。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層は次から選択される物質を有する：４、４’４、４’’−トリス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミノ、フタロシアニン銅複合体、４、４’、４’’−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミノ、Ｎ、Ｎ’−ビス（ナフタリン−１−ｙｌ）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン、２、２’、７、７’−テトラキス（Ｎ、Ｎ−ジフェニルアミン）−９、９’−スピロビフルオレン、ジ−［４＝（Ｎ、Ｎ−ジトリルアミン）−フェニル］シクロヘキサン、Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’ービス（フェニル）−ベンジジン。
【００２４】
以下の表にはそれぞれの物質がそれぞれ最高で有する分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルが記入されている。
【表１】
【００２５】
ＨＯＭＯの位置はたとえばサイクロボルタンメトリーによって決定することができる。
【００２６】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層は次から選択される物質を有する：
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリ（Ｎ、Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリアニリン。
【００２７】
以下の表にはこれら３つの物質に対するＨＯＭＯ範囲が記入されている。
【表２】
【００２８】
個々の層の正確なエネルギーレベル値は、それぞれのドーピングにより調整することができる。したがって第１の注入層と第１の平坦化層に対して、正確なエネルギーレベルをドープ物質により調整することのできる同じ混合材料を使用することができる。
【００２９】
本発明の別の実施形態では、第１の平坦化層は次から選択される物質を有する：
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ＰＥＤＯＴベースの材料、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリ（Ｎ、Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリアニリン。
【００３０】
本発明の別の実施形態では、第１の平坦化層は無機平坦化層を有する。これは次から選択される物質を有することができる：ＩｎＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＭｏＯ、ＶＯ、ＳｂＯ、ＢｉＯ、ＲｅＯ、ＴａＯ、ＷＯ、ＮｂＯ、ＮｉＯ。
【００３１】
第１の注入層または第１の平坦化層のエネルギーレベルの知識により、これらをドーピングおよび／または材料選択および材料混合により前に説明した関係でのエネルギーレベルが存在するように互いに整合することができる。対応することが第１の注入層と有機機能層とのエネルギーレベルの整合に対しても当てはまる。
【００３２】
前記物質は電極上に平坦化層として、または平坦化層の上に注入層として施与される。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、第１の平坦化層は電極上に直接配置されている。したがって第１の平坦化層は、第１の電極上の起伏部の高さよりも大きな厚さを有する。これにより、第１の平坦化層により第１の電極上の起伏部を調節することができる。
【００３４】
本発明の別の実施形態では、有機光電構成素子は付加的に、
・第２の電極と有機機能層との間に配置された第２の平坦化層と、
・第２の平坦化層と有機機能層との間に配置された第２の注入層とを有する。
【００３５】
この実施形態で２つの電極はそれぞれ１つの平坦化層を有し、２つの平坦化層と有機機能層との間にはそれぞれ１つの注入層が配置されている。これによりカソードからの電子の放出と、アノードから有機機能層への正孔の放出とがそれぞれ１つの注入層により安定化される。したがってこのような実施形態はとくに安定した電荷担体輸送を有する。
【００３６】
本発明の別の実施形態では有機光電構成素子がエレクトロルミネセンス構成素子として形成されている。
【００３７】
これはたとえば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。ＯＬＥＤを形成することのできる層積層体はアノードとカソードを有する。電圧の印加により一方の電極から正孔または電子が放出され、それぞれ他方の電極に移動する。ここで電荷担体は、これが発光層に互いに到着する前に正孔輸送層または電子輸送層を最初に通って移動する。ここでは電子が正孔と励起子を形成する。励起子は、放射層に存在する発光物質を、光線を放射させるために励起することができる。ＯＬＥＤは、たとえば発光層、電荷担体ブロック層もしくは電荷担体輸送層またはそれらの組合せとすることのできる有機機能層を有することができる。
【００３８】
本発明の少なくとも１つの別の実施形態は、有機光電構成素子の製造方法に係るものである。
【００３９】
有機光電構成素子の製造方法の実施形態でこの方法は、
Ａ）第１の電極を準備する工程、
Ｂ）第１の平坦化層を第１の電極上に取り付ける工程、
Ｃ）第１の注入層を第１の平坦化層上に取り付ける工程、
Ｄ）有機機能層を第１の注入層上に取り付ける工程、
Ｅ）第２の電極を有機機能層の上に取り付ける工程、を有し、
第１の電極がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．≦ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
第１の電極がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ≦ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立ち、
ここでＥＦはフェルミエネルギー、ＥＨＯＭＯはそれぞれの層が最大で有するエネルギーレベルのエネルギー、そしてＥＬＵＭＯはそれぞれの層が最小で有しないエネルギーレベルのエネルギーである。
【００４０】
さらに本方法は、前記特徴の１つまたは複数を備える有機光電構成素子が製造できるという特徴と工程を有する。
【００４１】
第１の平坦化層は、方法工程Ｂ）で第１の電極の上に気相析出または湿式化学処理によって取り付けることができる。第１の平坦化層により、たとえば埃、ガラス、金属または有機粒子のような汚染物から保護される。このような汚染物はクリーニングしても電極上に存在することがある。さらに電極の金属ピークを取り囲むような厚さを有する第１の平坦化層が取り付けられる。この厚さは第１の電極を作製するためのスパッタ技術により生じることができる。これにより有機光電構成素子の作動中に形成される電極間の過剰の電界が減衰され、この汚染物への電気的影響も低減される。注入層を方法工程Ｃ）で取り付け、有機機能層を方法工程Ｄ）で適切なエネルギーレベルにすることにより、上記の形のポテンシャルポットが形成される。第１の注入層と有機機能層の両方は、ガス気相析出によっても湿式化学処理によっても取り付けることができる。
【００４２】
本発明の別の変形実施形態では、第１の注入層が方法工程Ｃ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００４３】
本発明の別の変形実施形態では、第１の平坦化層が方法工程Ｂ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００４４】
本発明の別の変形実施形態では、有機機能層が方法工程Ｄ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００４５】
湿式化学処理を使用することにより、処理コストを低減することができる。この層はたとえばスピンコート法、ドクター法、または印刷法により取り付けることができる。そのためにたとえば溶剤ベースの有機材料を使用することができる。
【００４６】
択一的に第１の注入層、第１の平坦化層、および有機機能層を、それぞれ互いに依存しないで気相から析出することができる。
【００４７】
本発明の別の変形実施形態では、本方法は付加的に：
Ｆ）第２の電極を注入層を有機機能層の上に取り付ける工程、
Ｇ）第２の平坦化層を第２の注入層の上に取り付ける工程、を有する。
【００４８】
ここで工程Ｆ）とＧ）は方法工程Ｅ）の前に実施される。
【００４９】
したがって付加的工程Ｆ）とＧ）を備える方法の後に作製された構成素子は、２つの電極上のそれぞれ有機機能層に向いた側に平坦化層と注入層を有する。
【００５０】
本発明の別の変形実施形態では、第２の注入層が方法工程Ｆ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００５１】
本発明の別の変形実施形態では、第２の平坦化層が方法工程Ｇ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００５２】
択一的に第２の注入層、第２の平坦化層を、それぞれ互いに依存しないで気相から析出することができる。
【００５３】
本発明のさらなる利点および有利な実施形態は、図１Ａから６Ｂに関連して説明する以下の実施形態から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態の概略的断面図である。
【図２】第２の平坦化層と第２の注入層を有する本発明の実施形態の概略的断面図である。
【図３】本発明の実施形態の有機光電構成素子に関与する層のそれぞれのエネルギースキームを示す図である。
【図４】有機光電構成素子の５つの電流／電圧特性曲線を示す線図である。
【図５】実施形態による本発明の構成素子の特性曲線と、第１のポリマーを備える従来の構成素子の特性曲線とを比較して示す線図である。
【図６】実施形態による本発明の構成素子の特性曲線と、第２のポリマーを備える従来の構成素子の特性曲線とを比較して示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１ａからｄは、本発明の実施例を断面図に示す。層積層体の左横にある矢印９は、層が順次取り付けられる順序を示す。この取り付けはそれぞれ、上に説明した方法の方法工程Ａ）からＥ）にしたがって行われる。構成素子の上または下にあるブロック矢印１０は、それぞれの構成素子の光放射方向を示す。４つの実施例のそれぞれは、表面に非平坦部６を備える第１の電極１を含む層列を有し、非平坦部は汚染物または電極表面の表面構造によって形成される。非平坦部は、その上に配置された第１の平坦化層２によって覆われ、これにより調整される。第１の平坦化層２には、これと比較して薄い第１の注入層３が続く。これに続く有機機能層４とともに、材料を適切に選択することにより第１の注入層３内にはポテンシャルポットが冒頭部分に述べたように形成される。さらにこの層列は第２の電極５を有する。
【００５６】
図２ａからｄは、本発明の実施形態の概略的断面を示す。この実施形態は、図１ａからｄに示した実施形態都は異なり付加的に第２の平坦化層２’と第２の注入層３’を有する。これらは上記の方法工程Ｆ）とＧ）により形成することができる。ここで第２の平坦化層２’は、第２の電極５と第２の注入層３’との間に配置されている。第２の注入層３’は、第２の平坦化層２’と有機機能層４との間に配置されている。
【００５７】
有機機能層４は、たとえば発光層、電荷担体ブロック層もしくは電荷担体輸送層またはそれらの組合せとすることができる。
【００５８】
第１および／または第２の電極１、５は、互いに依存せずにスパッタリングされた電極、熱的に蒸着された電極、また溶液から化学処理された電極とすることできる。
【００５９】
図３ａと３ｂは、第１の平坦化層２、これに続く第１の注入層３ならびに有機機能層４のエネルギースキームを示す。上半分はそれぞれコンタクトが形成される前のエネルギースキームであり、下半分は個々の層のコンタクトが形成された後のエネルギースキームを示す。コンタクト形成の後、熱力学的調整がポテンシャルポットを形成するため行われる。図中のＥＦにより、フェルミにエネルギーが示されている。
【００６０】
図３ａには、最高で有する分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルが示されている。電極（この場合はアノード）から、図では左から正孔７が第１の平坦化層２に放出される。個々の層のコンタクト形成により、第１の注入層３内にはポテンシャルポットが形成され、この中に正孔７を蓄積することができる。このポテンシャルポットから正孔を、これに続く有機機能層４に放出することができる。これは、隣接する有機機能層４に正孔７を均等かつ持続的に供給することを保証する。このことは構成素子内の電荷輸送の安定化に寄与する。
【００６１】
図３ｂには、最低で有しない分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルが示されている。ここでは電極（この場合はカソード）から、図では右から電子８が平坦化層２に注入される。ここでも物質の適切な選択により、第１の注入層３内にポテンシャルポットが形成され、これにより電子８がポテンシャルポットに収集される。このポテンシャルポットから電子８を、有機機能層４に放出することができる。
【００６２】
図４には、５つの異なる構成素子に対する５つの電流電圧特性曲線がローマ数字ＩからＶにより示されている。それぞれ電流密度Ｊが印加される電圧Ｕに対してプロットされている。この構成素子は、もっぱら正孔を電荷担体とする構成素子（いわゆるホールオンリー素子）である。これらは次の構造を有する。ＩＴＯアノード、同時に正孔注入層（ＨＩＬ）として用いられる１２０ｎｍ厚の平坦化層、場合により２０ｎｍ厚のｐドープされた注入層、１００ｎｍ厚のＮ、Ｎ’−ジ（ナフサ−１−ｙｌ）−Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン、およびＡｌカソード。特性曲線ＩとＩＩが記録された構成素子はそれぞれ第１の注入層を有しておらず、したがって本発明の構成素子ではない。これに対して特性曲線ＩＩＩからＩＶが測定された構成素子は、注入層を有する構成素子である。特性曲線ＩとＩＩＩの構成素子に対しては、第１の平坦化層と第１の注入層に対してそれぞれ同じポリマーが選択された。同じことが特性曲線ＩＩおよびＩＶが記録された構成素子にも当てはまる。したがって特性曲線ＩとＩＩＩが記録された構成素子と特性曲線ＩＩとＩＶが記録された構成素子とは、それぞれ第１の注入層が存在するかまたは存在しないかの点で異なる。特性曲線Ｖが記録された構成素子は、第１の平坦化層および第１の注入層を有していない。線図から分かるように、１つの平坦化層しか有しておらず、注入層を有しない構成素子の特性曲線はかなり異なっているが、平坦化層と注入層を有する構成素子の特性曲線は１から７Ｖの範囲でほとんど重なっている。
【００６３】
図５ａと５ｂおよび図６ａと６ｂには、それぞれ構造の同じ３２の構成素子に対する電流電圧特性曲線が重ねて図示されている。ここでも電流密度Ｊが電圧Ｕに対してプロットされている。各図には、３２の構成素子に対して所定の測定点で存在するばらつきが示されている。測定された構成素子はそれぞれ４ｍｍ２の活性面積を有する。構成素子はそれぞれ白色発光ＯＬＥＤである。
【００６４】
図５ａと６ａに示された構成素子はそれぞれ本発明の構成素子である。
これらはそれぞれ次の構造を有する。ＩＴＯアノード、１００ｎｍ厚の第１の平坦化層、２０ｎｍ厚の第１の注入層、９０ｎｍ厚の有機機能層およびＡｌカソード。図５ａと図６ａで測定された２つの構成素子は、平坦化層と注入層に使用されたポリマーが異なっているだけである。
【００６５】
これに対して図５ｂと６ｂは、本発明の構成素子で測定されたものではない。それらの構造は、図５ａと６ａに示した本発明の構成素子に対して、第１の平坦化層と第１の注入層の組合せではなく、１２０ｎｍ厚の１つの平坦化層しか使用されていない点で異なる。この平坦化層の厚さは、第１の平坦化層と第１の注入層からなる本発明の構成素子での層厚の和に相当する。図５ａと５ｂで測定された構成素子に対しては、それぞれ同じポリマーが平坦化層に使用された。同じことが図６ａと６ｂの構成素子に対しても当てはまる。
【００６６】
線図から明らかなように、本発明の２つの実施例は、電流密度が約１ｍＡ／ｃｍ２の際に、それぞれ図５ｂと６ｂに示した第１の注入層を備えない本発明ではない構成素子よりも格段にばらつきが小さい。したがって、第１の平坦化層と第１の注入層を所期のように組合わせることにより、電流電圧特性曲線における統計的ばらつきを格段に低減できることが分かる。したがって本発明の構成素子は、３Ｖから４Ｖの典型的な作動電圧の範囲で、注入層を備えない本発明ではない構成素子よりも格段に改善された処理安定性を有する。
【００６７】
本発明は、実施例に基づく説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はいずれの新規の特徴、ならびに特徴のいずれの組合せも含むものであり、これらの特徴またはこれらの組合せが明示的に特許請求の範囲または実施例に記載されていなくても、とりわけ請求の範囲の特徴のいずれの組合せも含むものである。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【技術分野】
【０００１】
本特許願は、ドイツ特許出願１０２００９０４７８８３．３の優先権を主張するものであり、その開示内容はここに参照として取り入れる。
【０００２】
請求項１による有機光電構成素子が記載される。
【背景技術】
【０００３】
有機光電構成素子の製造の際の大きな問題は、構成素子の内部を指す電極の表面上に小さな粒子または他の汚染物が堆積することがあり、またはこの表面がたとえば金属先端を有することがあることである。これはたとえば構成素子における局所的短絡、または局所的に高抵抗の電流経路の原因となり得る。この問題を取り除くためにこれまで使用された手段は、表面に非常に面倒なクリーニング法を施すことである。別の解決アプローチは、厚い層を電極の上に取付け、金属先端を覆うことである。このような層ではとりわけ、ランダムなばらつきが電流電圧特性曲線に発生するという問題が生じる。その原因は、たとえば汚染に起因する局所的な層厚の変動である。ここからさらに、プロセス安定性に不利に作用する抵抗変動が生じ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態の課題は、多数の構成素子における電流電圧特性曲線のランダムなばらつきが緩和された有機光電構成素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１による有機光電構成素子によって解決される。有機光電構成素子のさらなる実施形態は従属請求項の対象である。
【０００６】
本発明の実施形態による有機光電構成素子は、
・第１の電極と、
・該第１の電極の上に配置された第１の平坦化層と、
・該第１の平坦化層の上に配置された第１の注入層と、
・該第１の注入層の上に配置された有機機能層と、
・該有機機能層の上に配置された第２の電極とを有し、
第１の電極がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．≦ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
第１の電極がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ≦ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立ち、
ここでＥＦはフェルミエネルギー、ＥＨＯＭＯはそれぞれの層が最大で有するエネルギーレベルのエネルギー、そしてＥＬＵＭＯはそれぞれの層が最小で有しないエネルギーレベルのエネルギーである。
【０００７】
第１の電極がアノードである場合には、有利にはエネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
第１の電極がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立つ。
【０００８】
第１の平坦化層を第１の注入層と所期のように組み合わせることにより、電流電圧特性曲線におけるランダムなばらつきが格段に低減される。第１の平坦化層、第１の注入層、および有機機能層のエネルギーレベルを所期のように整合することにより、内部リザーブが形成される。有機光電構成素子の作動中に第１の電極から放出される電荷担体は、第１の平坦化層を通って第１の注入層へ移動する。エネルギーレベルに基づいて第１の注入層内にはポテンシャルポットが形成され、このポテンシャルポット内に電荷担体が集まることができる。注入層のポテンシャルポットにより形成されたこの内部リザーブは有機光電構成素子内部にあり、すなわち構成素子の２つの電極間にある。したがってこの内部リザーブにより、電極または平坦化層の局所的な抵抗変動を調整することができる。構成素子内の電荷担体輸送がこれにより安定し、場合により発生する電界変動または抵抗変動を調整することができる。ポテンシャルポットは電荷担体に対する固有のソースであり、このソースは構成素子の作動中に電荷担体を一定の量で、有機機能層が続く所定の平面に放出することができる。これにより電極の内側に汚染または金属先端が存在しても、安定した電荷輸送を構成素子内で達成することができる。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、第１の電極がアノードである場合にエネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
第１の電極がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、ＦＵｎｋ−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦが成り立つ。
【００１０】
エネルギーレベルを対応して整合することにより、ポテンシャルポットの高い「側壁」を決定することができる。この側壁の高さは、エネルギー的には電荷担体が次に隣接する層へ達するために乗り越えなければならない抵抗である。この抵抗を十分に高く選択すれば、ポテンシャルポット内に十分な電荷担体が集まることが保証され、注入層内の電荷担体を、これに続く層への注入のためにいつでも使用できるようになる。したがって電荷担体を、時間的および／または空間的に均等に一定に放出することができる。側壁の高さにより、ポテンシャルポットの電荷担体における「貯蔵能力」も調整することができる。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、第１の電極から放出された電荷担体が第１の注入層内に蓄積される。これは、有機光電構成素子の作動中に電荷担体密度が注入層においては、これに直接隣接する層におけるよりも高いことを意味する。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層に蓄積された電荷担体がこれに続く層に注入される。
【００１３】
蓄積された電荷担体のこれに続く層への注入は、これに続く層に連続的に一定の電荷担体が供給されることを保証し、これにより構成素子内での電荷輸送が安定化される。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、第１の平坦化層（ＲＰｌａｎ．）と第１の注入層（ＲＩｎｊ．）の抵抗Ｒならびに境界面抵抗に対しては第１の平坦化層と第１の注入層とが接触することにより（ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｉｎｊ．）、ならびに境界面抵抗に対しては第１の注入層と有機機能層とが接触することにより（ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｆｕｎｋ．）条件：
ＲＰｌａｎ．＋ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｉｎｊ．≦ＲＩｎｊ．＋ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｆｕｎｋ．が成り立つ。
【００１５】
ここで平坦化層の抵抗は好ましくは、注入層の抵抗の範囲にある。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層は１から２０ｎｍの層厚を有する。
【００１７】
ここでは１から３ｎｍの範囲が好ましい。非常に薄い注入層は電荷担体輸送の安定性を格段に高めることができる。これの利点は、すでに厚い平坦化層を非常に厚い層の上に施与する必要がないことである。そうでないと、構成素子の層厚全体が拡大することになってしまう。
【００１８】
さらにより好ましくは３から２０ｎｍの範囲である。この厚さの層は、電荷輸送に関してすでに良好な安定特性を有している。
【００１９】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層にドープされる。第１の電極がアノードの場合、第１の注入層は好ましくはｐドープされる。第１の電極がカソードの場合、第１の注入層は好ましくはｎドープされる。
【００２０】
注入層をドープすることにより、たとえばそのエネルギーレベルを所期のように調整することができる。さらにドープすることにより、注入層での電荷担体輸送または電荷担体蓄積を改善することができる。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、ドープ物質は次から選択される：ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＲｅＯ３、Ｒｅ２Ｏ７、Ｖ２Ｏ５。これらのドープ物質は、好ましくはｐドーパンドとして使用される。
【００２２】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層は次から選択される混合材料を有する：
Ａｌｑ３（ＬＵＭＯ−３．１ｅＶ）、ＢＣＰ（ＬＵＭＯ−２．９ｅＶ）、Ｂｐｈｅｎ（ＬＵＭＯ−２．９ｅＶ）、ＮＴＣＤＡ（ＬＵＭＯ−４．０ｅＶ）、ＺｎＰｃ、ＴＨＡＰ（ＬＵＭＯ−４．６ｅＶ）。ここでこの混合材料は以下の物質の１つによりｎドープされている：Ｌｉ、Ｃｓ、ＢＥＤＴ−ＴＴＦ、ピロニン−Ｂ−塩化物、Ｃｓ２ＣＯ３、Ｒｕ（テルピー）２、ＣｏＣｐ２。ここで「ＬＵＭＯ」は、最小の非占有分子軌道に対するものである。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層は次から選択される物質を有する：４、４’４、４’’−トリス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミノ、フタロシアニン銅複合体、４、４’、４’’−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミノ、Ｎ、Ｎ’−ビス（ナフタリン−１−ｙｌ）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン、２、２’、７、７’−テトラキス（Ｎ、Ｎ−ジフェニルアミン）−９、９’−スピロビフルオレン、ジ−［４＝（Ｎ、Ｎ−ジトリルアミン）−フェニル］シクロヘキサン、Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’ービス（フェニル）−ベンジジン。
【００２４】
以下の表にはそれぞれの物質がそれぞれ最高で有する分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルが記入されている。
【表１】
【００２５】
ＨＯＭＯの位置はたとえばサイクロボルタンメトリーによって決定することができる。
【００２６】
本発明の別の実施形態では、第１の注入層は次から選択される物質を有する：
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリ（Ｎ、Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリアニリン。
【００２７】
以下の表にはこれら３つの物質に対するＨＯＭＯ範囲が記入されている。
【表２】
【００２８】
個々の層の正確なエネルギーレベル値は、それぞれのドーピングにより調整することができる。したがって第１の注入層と第１の平坦化層に対して、正確なエネルギーレベルをドープ物質により調整することのできる同じ混合材料を使用することができる。
【００２９】
本発明の別の実施形態では、第１の平坦化層は次から選択される物質を有する：
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ＰＥＤＯＴベースの材料、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリ（Ｎ、Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリアニリン。
【００３０】
本発明の別の実施形態では、第１の平坦化層は無機平坦化層を有する。これは次から選択される物質を有することができる：ＩｎＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＭｏＯ、ＶＯ、ＳｂＯ、ＢｉＯ、ＲｅＯ、ＴａＯ、ＷＯ、ＮｂＯ、ＮｉＯ。
【００３１】
第１の注入層または第１の平坦化層のエネルギーレベルの知識により、これらをドーピングおよび／または材料選択および材料混合により前に説明した関係でのエネルギーレベルが存在するように互いに整合することができる。対応することが第１の注入層と有機機能層とのエネルギーレベルの整合に対しても当てはまる。
【００３２】
前記物質は電極上に平坦化層として、または平坦化層の上に注入層として施与される。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、第１の平坦化層は電極上に直接配置されている。したがって第１の平坦化層は、第１の電極上の起伏部の高さよりも大きな厚さを有する。これにより、第１の平坦化層により第１の電極上の起伏部を調節することができる。
【００３４】
本発明の別の実施形態では、有機光電構成素子は付加的に、
・第２の電極と有機機能層との間に配置された第２の平坦化層と、
・第２の平坦化層と有機機能層との間に配置された第２の注入層とを有する。
【００３５】
この実施形態で２つの電極はそれぞれ１つの平坦化層を有し、２つの平坦化層と有機機能層との間にはそれぞれ１つの注入層が配置されている。これによりカソードからの電子の放出と、アノードから有機機能層への正孔の放出とがそれぞれ１つの注入層により安定化される。したがってこのような実施形態はとくに安定した電荷担体輸送を有する。
【００３６】
本発明の別の実施形態では有機光電構成素子がエレクトロルミネセンス構成素子として形成されている。
【００３７】
これはたとえば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。ＯＬＥＤを形成することのできる層積層体はアノードとカソードを有する。電圧の印加により一方の電極から正孔または電子が放出され、それぞれ他方の電極に移動する。ここで電荷担体は、これが発光層に互いに到着する前に正孔輸送層または電子輸送層を最初に通って移動する。ここでは電子が正孔と励起子を形成する。励起子は、放射層に存在する発光物質を、光線を放射させるために励起することができる。ＯＬＥＤは、たとえば発光層、電荷担体ブロック層もしくは電荷担体輸送層またはそれらの組合せとすることのできる有機機能層を有することができる。
【００３８】
本発明の少なくとも１つの別の実施形態は、有機光電構成素子の製造方法に係るものである。
【００３９】
有機光電構成素子の製造方法の実施形態でこの方法は、
Ａ）第１の電極を準備する工程、
Ｂ）第１の平坦化層を第１の電極上に取り付ける工程、
Ｃ）第１の注入層を第１の平坦化層上に取り付ける工程、
Ｄ）有機機能層を第１の注入層上に取り付ける工程、
Ｅ）第２の電極を有機機能層の上に取り付ける工程、を有し、
第１の電極がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．≦ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
第１の電極がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ≦ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立ち、
ここでＥＦはフェルミエネルギー、ＥＨＯＭＯはそれぞれの層が最大で有するエネルギーレベルのエネルギー、そしてＥＬＵＭＯはそれぞれの層が最小で有しないエネルギーレベルのエネルギーである。
【００４０】
さらに本方法は、前記特徴の１つまたは複数を備える有機光電構成素子が製造できるという特徴と工程を有する。
【００４１】
第１の平坦化層は、方法工程Ｂ）で第１の電極の上に気相析出または湿式化学処理によって取り付けることができる。第１の平坦化層により、たとえば埃、ガラス、金属または有機粒子のような汚染物から保護される。このような汚染物はクリーニングしても電極上に存在することがある。さらに電極の金属ピークを取り囲むような厚さを有する第１の平坦化層が取り付けられる。この厚さは第１の電極を作製するためのスパッタ技術により生じることができる。これにより有機光電構成素子の作動中に形成される電極間の過剰の電界が減衰され、この汚染物への電気的影響も低減される。注入層を方法工程Ｃ）で取り付け、有機機能層を方法工程Ｄ）で適切なエネルギーレベルにすることにより、上記の形のポテンシャルポットが形成される。第１の注入層と有機機能層の両方は、ガス気相析出によっても湿式化学処理によっても取り付けることができる。
【００４２】
本発明の別の変形実施形態では、第１の注入層が方法工程Ｃ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００４３】
本発明の別の変形実施形態では、第１の平坦化層が方法工程Ｂ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００４４】
本発明の別の変形実施形態では、有機機能層が方法工程Ｄ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００４５】
湿式化学処理を使用することにより、処理コストを低減することができる。この層はたとえばスピンコート法、ドクター法、または印刷法により取り付けることができる。そのためにたとえば溶剤ベースの有機材料を使用することができる。
【００４６】
択一的に第１の注入層、第１の平坦化層、および有機機能層を、それぞれ互いに依存しないで気相から析出することができる。
【００４７】
本発明の別の変形実施形態では、本方法は付加的に：
Ｆ）第２の電極を注入層を有機機能層の上に取り付ける工程、
Ｇ）第２の平坦化層を第２の注入層の上に取り付ける工程、を有する。
【００４８】
ここで工程Ｆ）とＧ）は方法工程Ｅ）の前に実施される。
【００４９】
したがって付加的工程Ｆ）とＧ）を備える方法の後に作製された構成素子は、２つの電極上のそれぞれ有機機能層に向いた側に平坦化層と注入層を有する。
【００５０】
本発明の別の変形実施形態では、第２の注入層が方法工程Ｆ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００５１】
本発明の別の変形実施形態では、第２の平坦化層が方法工程Ｇ）で湿式化学法によって取り付けられる。
【００５２】
択一的に第２の注入層、第２の平坦化層を、それぞれ互いに依存しないで気相から析出することができる。
【００５３】
本発明のさらなる利点および有利な実施形態は、図１Ａから６Ｂに関連して説明する以下の実施形態から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態の概略的断面図である。
【図２】第２の平坦化層と第２の注入層を有する本発明の実施形態の概略的断面図である。
【図３】本発明の実施形態の有機光電構成素子に関与する層のそれぞれのエネルギースキームを示す図である。
【図４】有機光電構成素子の５つの電流／電圧特性曲線を示す線図である。
【図５】実施形態による本発明の構成素子の特性曲線と、第１のポリマーを備える従来の構成素子の特性曲線とを比較して示す線図である。
【図６】実施形態による本発明の構成素子の特性曲線と、第２のポリマーを備える従来の構成素子の特性曲線とを比較して示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１ａからｄは、本発明の実施例を断面図に示す。層積層体の左横にある矢印９は、層が順次取り付けられる順序を示す。この取り付けはそれぞれ、上に説明した方法の方法工程Ａ）からＥ）にしたがって行われる。構成素子の上または下にあるブロック矢印１０は、それぞれの構成素子の光放射方向を示す。４つの実施例のそれぞれは、表面に非平坦部６を備える第１の電極１を含む層列を有し、非平坦部は汚染物または電極表面の表面構造によって形成される。非平坦部は、その上に配置された第１の平坦化層２によって覆われ、これにより調整される。第１の平坦化層２には、これと比較して薄い第１の注入層３が続く。これに続く有機機能層４とともに、材料を適切に選択することにより第１の注入層３内にはポテンシャルポットが冒頭部分に述べたように形成される。さらにこの層列は第２の電極５を有する。
【００５６】
図２ａからｄは、本発明の実施形態の概略的断面を示す。この実施形態は、図１ａからｄに示した実施形態都は異なり付加的に第２の平坦化層２’と第２の注入層３’を有する。これらは上記の方法工程Ｆ）とＧ）により形成することができる。ここで第２の平坦化層２’は、第２の電極５と第２の注入層３’との間に配置されている。第２の注入層３’は、第２の平坦化層２’と有機機能層４との間に配置されている。
【００５７】
有機機能層４は、たとえば発光層、電荷担体ブロック層もしくは電荷担体輸送層またはそれらの組合せとすることができる。
【００５８】
第１および／または第２の電極１、５は、互いに依存せずにスパッタリングされた電極、熱的に蒸着された電極、また溶液から化学処理された電極とすることできる。
【００５９】
図３ａと３ｂは、第１の平坦化層２、これに続く第１の注入層３ならびに有機機能層４のエネルギースキームを示す。上半分はそれぞれコンタクトが形成される前のエネルギースキームであり、下半分は個々の層のコンタクトが形成された後のエネルギースキームを示す。コンタクト形成の後、熱力学的調整がポテンシャルポットを形成するため行われる。図中のＥＦにより、フェルミにエネルギーが示されている。
【００６０】
図３ａには、最高で有する分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルが示されている。電極（この場合はアノード）から、図では左から正孔７が第１の平坦化層２に放出される。個々の層のコンタクト形成により、第１の注入層３内にはポテンシャルポットが形成され、この中に正孔７を蓄積することができる。このポテンシャルポットから正孔を、これに続く有機機能層４に放出することができる。これは、隣接する有機機能層４に正孔７を均等かつ持続的に供給することを保証する。このことは構成素子内の電荷輸送の安定化に寄与する。
【００６１】
図３ｂには、最低で有しない分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルが示されている。ここでは電極（この場合はカソード）から、図では右から電子８が平坦化層２に注入される。ここでも物質の適切な選択により、第１の注入層３内にポテンシャルポットが形成され、これにより電子８がポテンシャルポットに収集される。このポテンシャルポットから電子８を、有機機能層４に放出することができる。
【００６２】
図４には、５つの異なる構成素子に対する５つの電流電圧特性曲線がローマ数字ＩからＶにより示されている。それぞれ電流密度Ｊが印加される電圧Ｕに対してプロットされている。この構成素子は、もっぱら正孔を電荷担体とする構成素子（いわゆるホールオンリー素子）である。これらは次の構造を有する。ＩＴＯアノード、同時に正孔注入層（ＨＩＬ）として用いられる１２０ｎｍ厚の平坦化層、場合により２０ｎｍ厚のｐドープされた注入層、１００ｎｍ厚のＮ、Ｎ’−ジ（ナフサ−１−ｙｌ）−Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン、およびＡｌカソード。特性曲線ＩとＩＩが記録された構成素子はそれぞれ第１の注入層を有しておらず、したがって本発明の構成素子ではない。これに対して特性曲線ＩＩＩからＩＶが測定された構成素子は、注入層を有する構成素子である。特性曲線ＩとＩＩＩの構成素子に対しては、第１の平坦化層と第１の注入層に対してそれぞれ同じポリマーが選択された。同じことが特性曲線ＩＩおよびＩＶが記録された構成素子にも当てはまる。したがって特性曲線ＩとＩＩＩが記録された構成素子と特性曲線ＩＩとＩＶが記録された構成素子とは、それぞれ第１の注入層が存在するかまたは存在しないかの点で異なる。特性曲線Ｖが記録された構成素子は、第１の平坦化層および第１の注入層を有していない。線図から分かるように、１つの平坦化層しか有しておらず、注入層を有しない構成素子の特性曲線はかなり異なっているが、平坦化層と注入層を有する構成素子の特性曲線は１から７Ｖの範囲でほとんど重なっている。
【００６３】
図５ａと５ｂおよび図６ａと６ｂには、それぞれ構造の同じ３２の構成素子に対する電流電圧特性曲線が重ねて図示されている。ここでも電流密度Ｊが電圧Ｕに対してプロットされている。各図には、３２の構成素子に対して所定の測定点で存在するばらつきが示されている。測定された構成素子はそれぞれ４ｍｍ２の活性面積を有する。構成素子はそれぞれ白色発光ＯＬＥＤである。
【００６４】
図５ａと６ａに示された構成素子はそれぞれ本発明の構成素子である。
これらはそれぞれ次の構造を有する。ＩＴＯアノード、１００ｎｍ厚の第１の平坦化層、２０ｎｍ厚の第１の注入層、９０ｎｍ厚の有機機能層およびＡｌカソード。図５ａと図６ａで測定された２つの構成素子は、平坦化層と注入層に使用されたポリマーが異なっているだけである。
【００６５】
これに対して図５ｂと６ｂは、本発明の構成素子で測定されたものではない。それらの構造は、図５ａと６ａに示した本発明の構成素子に対して、第１の平坦化層と第１の注入層の組合せではなく、１２０ｎｍ厚の１つの平坦化層しか使用されていない点で異なる。この平坦化層の厚さは、第１の平坦化層と第１の注入層からなる本発明の構成素子での層厚の和に相当する。図５ａと５ｂで測定された構成素子に対しては、それぞれ同じポリマーが平坦化層に使用された。同じことが図６ａと６ｂの構成素子に対しても当てはまる。
【００６６】
線図から明らかなように、本発明の２つの実施例は、電流密度が約１ｍＡ／ｃｍ２の際に、それぞれ図５ｂと６ｂに示した第１の注入層を備えない本発明ではない構成素子よりも格段にばらつきが小さい。したがって、第１の平坦化層と第１の注入層を所期のように組合わせることにより、電流電圧特性曲線における統計的ばらつきを格段に低減できることが分かる。したがって本発明の構成素子は、３Ｖから４Ｖの典型的な作動電圧の範囲で、注入層を備えない本発明ではない構成素子よりも格段に改善された処理安定性を有する。
【００６７】
本発明は、実施例に基づく説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はいずれの新規の特徴、ならびに特徴のいずれの組合せも含むものであり、これらの特徴またはこれらの組合せが明示的に特許請求の範囲または実施例に記載されていなくても、とりわけ請求の範囲の特徴のいずれの組合せも含むものである。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・第１の電極（１）と、
・該第１の電極（１）の上に配置された第１の平坦化層（２）と、
・該第１の平坦化層（２）の上に配置された第１の注入層（３）と、
・該第１の注入層（３）の上に配置された有機機能層（４）と、
・該有機機能層（４）の上に配置された第２の電極（５）とを有する有機光電構成素子であって、
前記第１の電極（１）がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
前記第１の電極（１）がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立ち、
ここでＥＦはフェルミエネルギー、ＥＨＯＭＯはそれぞれの層が最大で有するエネルギーレベルのエネルギー、そしてＥＬＵＭＯはそれぞれの層が最小で有しないエネルギーレベルのエネルギーである有機光電構成素子。
【請求項２】
前記第１の電極（１）がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
前記第１の電極（１）がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ．Ｆｕｎｋ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦが成り立つ、
請求項１に記載の有機光電構成素子。
【請求項３】
前記第１の電極（１）から放出される電荷担体が前記第１の注入層（３）に蓄積される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の注入層（３）に蓄積された電荷担体が、該注入層（３）に続く層に注入される、請求項３に記載の有機光電構成素子。
【請求項５】
前記第１の平坦化層（２）（ＲＰｌａｎ．）と第１の注入層（３）（ＲＩｎｊ．）の抵抗Ｒならびに境界面抵抗に対しては前記第１の平坦化層（２）と前記第１の注入層（３）とが接触することにより（ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｉｎｊ．）、および境界面抵抗に対しては前記第１の注入層（３）と有機機能層（４）とが接触することにより（ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｆｕｎｋ．）条件：
ＲＰｌａｎ．＋ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｉｎｊ．≦ＲＩｎｊ．＋ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｆｕｎｋ．が成り立つ、請求項１から４のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項６】
前記第１の注入層（３）の層厚は１から２０ｎｍである、請求項１から５のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項７】
前記第１の注入層（３）はドープされている、請求項１から６のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項８】
ドーピング物質は、ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＲｅＯ３、Ｒｅ２Ｏ７、Ｖ２Ｏ５から選択されている、請求項７に記載の有機光電構成素子。
【請求項９】
前記第１の注入層（３）は次から選択された物質を含む：４、４’４、４’’−トリス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミノ、フタロシアニン銅複合体、４、４’、４’’−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミノ、Ｎ、Ｎ’−ビス（ナフタリン−１−ｙｌ）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン、２、２’、７、７’−テトラキス（Ｎ、Ｎ−ジフェニルアミン）−９、９’−スピロビフルオレン、ジ−［４＝（Ｎ、Ｎ−ジトリルアミン）−フェニル］シクロヘキサン、Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’ービス（フェニル）−ベンジジン、請求項１から８のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１０】
前記第１の注入層（３）は次から選択された物質を含む：ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリ（Ｎ、Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリアニリン、請求項１から９のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１１】
前記第１の平坦化層（２）は次から選択された物質を含む：ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリ（Ｎ、Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリアニリン、請求項１から１０のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１２】
付加的に：
・前記第２の電極（５）と前記有機機能層（４）との間に配置された第２の平坦化層（２’）と、
・前記第２の平坦化層（２’）と前記有機機能層（４）との間に配置された第２の注入層（３’）とを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１３】
エレクトロルミネセンス構成素子として構成されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１４】
機光電構成素子の製造方法において、
Ａ）第１の電極（１）を準備する工程、
Ｂ）第１の平坦化層（２）を前記第１の電極（１）上に取り付ける工程、
Ｃ）第１の注入層（３）を前記第１の平坦化層（２）上に取り付ける工程、
Ｄ）有機機能層（４）を前記第１の注入層（３）上に取り付ける工程、
Ｅ）第２の電極（５）を前記有機機能層（４）の上に取り付ける工程、
を有し、
前記第１の電極（１）がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．≦ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
前記第１の電極（１）がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立ち、
ここでＥＦはフェルミエネルギー、ＥＨＯＭＯはそれぞれの層が最大で有するエネルギーレベルのエネルギー、そしてＥＬＵＭＯはそれぞれの層が最小で有しないエネルギーレベルのエネルギーである製造方法。
【請求項１５】
前記第１の注入層（３）は、方法工程Ｃ）において湿式化学法により取り付けられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１】
・第１の電極（１）と、
・該第１の電極（１）の上に配置された第１の平坦化層（２）と、
・該第１の平坦化層（２）の上に配置された第１の注入層（３）と、
・該第１の注入層（３）の上に配置された有機機能層（４）と、
・該有機機能層（４）の上に配置された第２の電極（５）とを有する有機光電構成素子であって、
前記第１の電極（１）がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
前記第１の電極（１）がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立ち、
ここでＥＦはフェルミエネルギー、ＥＨＯＭＯはそれぞれの層が最大で有するエネルギーレベルのエネルギー、そしてＥＬＵＭＯはそれぞれの層が最小で有しないエネルギーレベルのエネルギーである有機光電構成素子。
【請求項２】
前記第１の電極（１）がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
前記第１の電極（１）がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ．Ｆｕｎｋ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦが成り立つ、
請求項１に記載の有機光電構成素子。
【請求項３】
前記第１の電極（１）から放出される電荷担体が前記第１の注入層（３）に蓄積される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の注入層（３）に蓄積された電荷担体が、該注入層（３）に続く層に注入される、請求項３に記載の有機光電構成素子。
【請求項５】
前記第１の平坦化層（２）（ＲＰｌａｎ．）と第１の注入層（３）（ＲＩｎｊ．）の抵抗Ｒならびに境界面抵抗に対しては前記第１の平坦化層（２）と前記第１の注入層（３）とが接触することにより（ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｉｎｊ．）、および境界面抵抗に対しては前記第１の注入層（３）と有機機能層（４）とが接触することにより（ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｆｕｎｋ．）条件：
ＲＰｌａｎ．＋ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｉｎｊ．≦ＲＩｎｊ．＋ＲＫｏｎｔａｋｔ、Ｆｕｎｋ．が成り立つ、請求項１から４のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項６】
前記第１の注入層（３）の層厚は１から２０ｎｍである、請求項１から５のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項７】
前記第１の注入層（３）はドープされている、請求項１から６のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項８】
ドーピング物質は、ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＲｅＯ３、Ｒｅ２Ｏ７、Ｖ２Ｏ５から選択されている、請求項７に記載の有機光電構成素子。
【請求項９】
前記第１の注入層（３）は次から選択された物質を含む：４、４’４、４’’−トリス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミノ、フタロシアニン銅複合体、４、４’、４’’−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミノ、Ｎ、Ｎ’−ビス（ナフタリン−１−ｙｌ）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン、２、２’、７、７’−テトラキス（Ｎ、Ｎ−ジフェニルアミン）−９、９’−スピロビフルオレン、ジ−［４＝（Ｎ、Ｎ−ジトリルアミン）−フェニル］シクロヘキサン、Ｎ、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’ービス（フェニル）−ベンジジン、請求項１から８のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１０】
前記第１の注入層（３）は次から選択された物質を含む：ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリ（Ｎ、Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリアニリン、請求項１から９のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１１】
前記第１の平坦化層（２）は次から選択された物質を含む：ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、ポリ（Ｎ、Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ、Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリアニリン、請求項１から１０のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１２】
付加的に：
・前記第２の電極（５）と前記有機機能層（４）との間に配置された第２の平坦化層（２’）と、
・前記第２の平坦化層（２’）と前記有機機能層（４）との間に配置された第２の注入層（３’）とを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１３】
エレクトロルミネセンス構成素子として構成されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の有機光電構成素子。
【請求項１４】
機光電構成素子の製造方法において、
Ａ）第１の電極（１）を準備する工程、
Ｂ）第１の平坦化層（２）を前記第１の電極（１）上に取り付ける工程、
Ｃ）第１の注入層（３）を前記第１の平坦化層（２）上に取り付ける工程、
Ｄ）有機機能層（４）を前記第１の注入層（３）上に取り付ける工程、
Ｅ）第２の電極（５）を前記有機機能層（４）の上に取り付ける工程、
を有し、
前記第１の電極（１）がアノードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．≦ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｐｌａｎ．かつＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｉｎｊ．＜ＥＦ−ＥＨＯＭＯ、Ｆｕｎｋ．が成り立ち、または
前記第１の電極（１）がカソードである場合には、エネルギーレベルに対して：
ＥＬＵＭＯ、Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｐｌａｎ．−ＥＦかつＥＬＵＭＯ．Ｉｎｊ．−ＥＦ＜ＥＬＵＭＯ、Ｆｕｎｋ−ＥＦが成り立ち、
ここでＥＦはフェルミエネルギー、ＥＨＯＭＯはそれぞれの層が最大で有するエネルギーレベルのエネルギー、そしてＥＬＵＭＯはそれぞれの層が最小で有しないエネルギーレベルのエネルギーである製造方法。
【請求項１５】
前記第１の注入層（３）は、方法工程Ｃ）において湿式化学法により取り付けられる、請求項１４に記載の方法。
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５０６９４９（Ｐ２０１３−５０６９４９Ａ）
【公表日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３１４１８（Ｐ２０１２−５３１４１８）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６４４９４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３９２７７
【国際公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（５９９１３３７１６）オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (586)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ−９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６４４９４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３９２７７
【国際公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（５９９１３３７１６）オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (586)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ−９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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