有機電気素子
【課題】正孔注入または正孔抽出用電極としてｎ型有機物層を備えた電気素子を提供する。
【解決手段】電気素子は、正孔を注入または抽出する第１電極であって、導電層及び導電層上に位置するｎ型有機物層を備える第１電極、電子を注入または抽出する第２電極、及び導電層と第２電極との間に位置するｐ型有機物層を備える。ｐ型有機物層は、ｎ型有機物層とｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成する。ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下であり、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下である。
【解決手段】電気素子は、正孔を注入または抽出する第１電極であって、導電層及び導電層上に位置するｎ型有機物層を備える第１電極、電子を注入または抽出する第２電極、及び導電層と第２電極との間に位置するｐ型有機物層を備える。ｐ型有機物層は、ｎ型有機物層とｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成する。ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下であり、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正孔注入または正孔抽出用電極にｎ型有機物層を有する電気素子に係り、さらに詳細には、本発明は、正孔注入または正孔抽出のためのエネルギー障壁を低める電気素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池、有機発光素子、または有機トランジスタのような電気素子は、通常、２個の電極とこれら電極の間に介在された有機物層とを備える。例えば、太陽電池は、太陽エネルギーによって有機物層で発生したエキシトン（励起子）から分離された電子及び正孔を利用して電気を発生させる。有機発光素子は、２個の電極から有機物層に電子及び正孔を注入して電流を可視光に変換させる。有機トランジスタは、ゲートに印加された電圧によって有機物層に形成された正孔または電子をソース電極とドレイン電極との間で輸送させる。電気素子はまた、性能を向上させるために電子／正孔注入層、電子／正孔抽出層、または電子／正孔輸送層をさらに備えうる。
【０００３】
しかし、金属、金属酸化物または導電性ポリマーを有する電極と有機物層との間の界面は不安定である。外部から加えられる熱、内部発生熱、または電気素子に加えられる電界は、電気素子の性能に悪影響を与える。また、電子／正孔注入層または電子／正孔輸送層と有機物層との間の導電エネルギー準位の差のため、素子動作のための駆動電圧が上昇しうる。したがって、電極に／から電子／正孔を注入／抽出するエネルギー障壁を最小化することだけでなく、電子／正孔注入層または電子／正孔輸送層と有機物層との間の界面を安定化させることが重要である。
【０００４】
電気素子において、電極と前記電極との間に位置する有機物層間のエネルギー準位の差を調節できるように開発されてきた。有機発光素子の場合、正極電極は、正孔注入層のＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位と類似したフェルミエネルギー準位を有するように調節されるか、または正極電極のフェルミエネルギー準位と類似したＨＯＭＯエネルギー準位を有する物質を正孔注入層として選択する。正孔注入層は、正極電極のフェルミエネルギー準位だけでなく、正孔輸送層または発光層のＨＯＭＯエネルギー準位を考慮して選択されねばならないので、正孔注入層用物質の選択には、制限がある。
【０００５】
したがって、有機発光素子の製造において、一般的に、正極電極のフェルミエネルギーを調節する方法が採用されている。しかし、正極電極用物質は制限される。例えば、有機トランジスタは、ソース／ドレイン電極として金または他の貴金属を使用している。しかし、金のような貴金属は、高コストであるだけでなく、加工性も他の金属に比べて不良であるので、素子の製造工程が複雑になり、かつ商業的に利用し難いという問題点がある。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の一態様によれば、正孔を注入または抽出する第１電極であって、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える第１電極と、電子を注入または抽出する第２電極と、前記第１電極の導電層と前記第２電極との間に位置するｐ型有機物層であって、前記第１電極の前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｐ型有機物層と、を備え、前記第１電極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位と前記第１電極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、前記第１電極の前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする電気素子が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える正極と、負極と、前記正極の導電層と前記負極との間に位置するｐ型有機物層であって、前記正極のｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｐ型有機物層と、を備え、前記正極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、また、前記正極の前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機発光素子が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える正極と、負極と、前記正極の導電層と前記負極との間に位置する電子ドナー層であって、ｐ型有機物層を備え、前記正極の前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成する電子ドナー層と、を備え、前記正極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、前記正極の前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機太陽電池が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、前記ゲート電極上に位置する絶縁層と、前記絶縁層上に位置するｐ型有機物層と、前記ソース電極または前記ドレイン電極とｐ型有機物層との間に位置するｎ型有機物層であって、前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｎ型有機物層と、を備え、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ソース電極または前記ドレイン電極のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機トランジスタが提供される。
【００１０】
発明の効果
本発明の例示的な具現例による電気素子は、正孔注入または正孔抽出用電極として導電層だけでなく、ｎ型有機物層を備える。前記ｎ型有機物層は、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｎ型有機物層の一面と接触する前記導電層のフェルミエネルギー準位との差が約２ｅＶ以下であり、また、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｎ型有機物層の他面と接触するｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位との差が約１ｅＶ以下となるように選択される。前記ｎ型有機物層は、正孔注入または正孔抽出に対する電気的障壁を低め、前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間にＮＰ接合を形成するため、前記電気素子は、電極物質として多様な物質を使用できるため、素子の製造工程を簡素化でき、素子効率が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するために発明者によって考案された最適の態様を説明することによって、本発明の望ましい具現例のみが図示されて説明される。しかし、本発明は、本発明の範囲を逸脱せずに、多様な変化が可能である。したがって、添付図面及び以下の詳細な説明は、その性質上、例示的なものであり、本発明を制限するためのものではない。
【００１２】
本発明の例示的な一具現例による電気素子は、正孔を注入または抽出する第１電極、電子を注入または抽出する第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に位置するｐ型半導体特性を有する有機物層（以下、“ｐ型有機物層”）を備える。前記ｐ型有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層を備える。前記電気素子は、前記ｐ型有機物層と前記第２電極との間に少なくとも一つ有機物層をさらに備えうる。
【００１３】
前記第１電極は、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型半導体特性を有する有機物層（以下、“ｎ型有機物層”）を備える。前記導電層は、金属、金属酸化物、または導電性ポリマーを含む。前記導電性ポリマーは、導電性ポリマーを含みうる。前記ｎ型有機物層は、前記導電層のフェルミエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とに対して所定のＬＵＭＯエネルギー準位を有する。
【００１４】
前記第１電極の前記ｎ型有機物層は、前記第１電極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記第１電極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差、及び前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が減少するように選択される。したがって、正孔が前記第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位を通じて前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位に容易に注入される。または、正孔が前記第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位を通じて前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位から容易に抽出される。
【００１５】
前記第１電極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記第１電極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下（０ｅＶは、含まれない）であり、望ましくは、約１ｅＶ以下（０ｅＶは、含まれない）である。このエネルギー差は、物質選択の観点では０.０１〜２ｅＶであることが望ましい。前記第１電極の前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下（０ｅＶは、含まれない）であり、望ましくは、約０.５ｅＶ以下（０ｅＶは、含まれない）である。このエネルギー差は、物質選択の観点では０.０１〜１ｅＶであることが望ましい。
【００１６】
前記第１電極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記第１電極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶより大きければ、正孔注入または正孔抽出のエネルギー障壁に対する表面双極子またはギャップステートの効果が減少する。前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶより大きければ、前記ｐ型有機物層と前記第１電極のｎ型有機物層とのＮＰ接合が容易に発生せず、正孔注入または正孔抽出のための駆動電圧が上昇する。前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位の範囲は、前述した範囲に限定されないが、前記第１電極の導電層のフェルミエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とに対して約０ｅＶエネルギー差より大きい。
【００１７】
図１の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の例示的な一具現例による電気素子で、正孔注入または正孔抽出用の第１電極内にｎ型有機物層を適用する前及び後の前記第１電極のエネルギー準位を示す。図１の（ａ）で、前記導電層は、ｎ型有機物層のフェルミエネルギー準位（ＥＦ２）より高いフェルミエネルギー準位（ＥＦ１）を有する。真空準位（ＶＬ）は、導電層及びｎ型有機物層で電子が自由に移動できるエネルギー準位を表す。
【００１８】
電気素子が第１電極の一部分としてｎ型有機物層を使用する場合、導電層は、ｎ型有機物層と接触する。図１の（ｂ）で、電子は、導電層からｎ型有機物層に移動するので、前記二層のフェルミエネルギー準位（ＥＦ１,２）は、同じになる。その結果、表面双極子が導電層とｎ型有機物層との間の界面に形成され、真空準位、フェルミエネルギー準位、ＨＯＭＯエネルギー準位、及びＬＵＭＯエネルギー準位は、図１の（ｂ）に示したように変わる。
【００１９】
したがって、導電層のフェルミエネルギー準位とｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差が大きいとしても、正孔注入または正孔抽出のためのエネルギー障壁は、前記導電層とｎ型有機物層とを接触させることによって低めうる。また、前記導電層がｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位より大きいフェルミエネルギー準位を有する場合、電子は、導電層からｎ型有機物層に移動して前記導電層とｎ型有機物層との間の界面にギャップステートを形成する。したがって、電子輸送のためのエネルギー障壁は最小化される。
【００２０】
前記ｎ型有機物層は、これに限定されないが、約５.２４ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位を有する２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、またはフッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡを含む。
【００２１】
本発明の例示的な一具現例による電気素子は、正孔を注入または抽出する第１電極のｎ型有機物層を接触するｐ型有機物層を備える。したがって、ＮＰ接合が電気素子内に形成される。図２は、前記第１電極のｎ型有機物層とｐ型有機物層との間で形成されたＮＰ接合を示す。
【００２２】
ＮＰ接合が形成された場合、第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位とｐ型有機物層のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位の差は、減少する。したがって、外部電圧や光源によって、正孔または電子が容易に形成される。ｐ型有機物層内で正孔、または第１電極のｎ型有機物層内で電子も、ＮＰ接合によって容易に形成される。前記ＮＰ接合で正孔と電子とが同時に発生するので、電子は、第１電極のｎ型有機物層を通じて第１電極の導電層に輸送され、正孔は、ｐ型有機物層に輸送される。
【００２３】
ＮＰ接合がｐ型有機物層に正孔を効率的に輸送するためには、第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位とｐ型有機物層のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位の差が所定レベルにあることが良い。すなわち、前記第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位とｐ型有機物層のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位の差は、例えば、約１ｅＶ以下であり、望ましくは、約０.５ｅＶ以下である。
【００２４】
本発明の例示的な一具現例の電気素子は、これに限定されないが、有機発光素子、有機太陽電池及び有機トランジスタを備える。
【００２５】
有機発光素子
有機発光素子は、正極、負極及び前記正極と負極との間に位置するｐ型有機物層を備える。前記ｐ型有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層を備える。前記有機発光素子はまた、前記ｐ型正孔注入層と負極との間に位置する少なくとも一つの有機物層をさらに備えうる。前記有機発光素子が複数の有機物層を備える場合、前記有機物層は、同じ物質または異なる物質で形成されうる。図３は、本発明の例示的な一具現例による有機発光素子を表す。
【００２６】
図３を参照すれば、有機発光素子は、基板３１、基板３１上の正極３２、正極３２上に位置し、正極３２から正孔を受けるｐ型正孔注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）３３、ＨＩＬ ３３上に位置し、発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）３５に正孔を伝達する正孔輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）３４、ＨＴＬ ３４上に位置し、正孔及び電子を利用して発光するＥＭＬ ３５、ＥＭＬ ３５上に位置し、負極３７からの電子をＥＭＬ ３５に輸送する電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）３６及びＥＴＬ ３６上に位置する負極３７を備えうる。ＨＴＬ ３４、ＥＭＬ ３５、及びＥＴＬ ３６は、同じ有機物質でまたは異なる有機物質で形成されうる。
【００２７】
本発明の例示的な他の具現例によれば、有機発光素子は、基板３１、基板３１上に位置する正極３２、正極３２上に位置するｐ型ＨＴＬ ３４、ＨＴＬ ３４上に位置するＥＭＬ ３５、ＥＭＬ ３５上に位置するＥＴＬ ３６及びＥＴＬ ３６上に位置する負極３７を含みうる。ＥＭＬ ３５及びＥＴＬ ３６は、同じ有機物質でまたは異なる有機物質で形成されうる。
【００２８】
本発明の例示的なさらに他の具現例によれば、有機発光素子は、基板３１、基板３１上の正極３２、正極３２上に位置するｐ型ＥＭＬ ３５、ＥＭＬ ３５上に位置するＥＴＬ ３６及びＥＴＬ ３６上に位置する負極３７を備えうる。ＥＴＬ ３６は、有機物質で形成されうる。
【００２９】
図３を再び参照すれば、正極３２は、正孔をＨＩＬ ３３、ＨＴＬ ３４、またはＥＭＬ ３５に正孔を輸送し、導電層３２ａ及びｎ型有機物層３２ｂを備える。導電層３２ａは、金属、金属酸化物、または導電性ポリマーで形成される。ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と導電層３２ａのフェルミエネルギー準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下であり、望ましくは、約１ｅＶ以下である。ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型ＨＩＬ３３のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下であり、望ましくは、約０.５ｅＶ以下である。ＮＰ接合が正極３２のｎ型有機物層３２ｂとｐ型ＨＩＬ ３３との間で形成される。
【００３０】
本発明の他の例示的な具現例によって、ＨＴＬ ３４またはＥＭＬ ３５がｐ型有機物で形成された場合、ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型ＨＴＬ ３４またはｐ型ＥＭＬ ３５のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下であり、望ましくは、約０.５ｅＶ以下である。ＮＰ接合が正極３２のｎ型有機物層３２ｂとｐ型ＨＴＬ ３４またはｐ型ＥＭＬ ３５との間で形成される。
【００３１】
ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と導電層３２ａのフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶより大きければ、ｐ型ＨＩＬ ３３への正孔注入のためのエネルギー障壁に対する表面双極子またはギャップステートの効果が減少する。前記ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型ＨＩＬ ３３のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶより大きければ、ｐ型ＨＩＬ ３３またはｎ型有機物層３２ｂでそれぞれ正孔または電子が容易に発生しない。したがって、正孔注入のための駆動電圧が上昇する。
【００３２】
図４は、有機発光素子の理想的なエネルギー準位を示す。このエネルギー準位で、正極及び負極からそれぞれ正孔及び電子を注入するためのエネルギー損失が最小化される。図５は、本発明の例示的な一具現例による有機発光素子のエネルギー準位を示す。
【００３３】
図５を参照すれば、本発明の他の例示的な具現例による有機発光素子は、導電層及びｎ型有機物層（図３参照）を有する正極、ｐ型ＨＩＬ、ＨＴＬ、ＥＭＬ、ＥＴＬ及び負極を備える。前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下であり、また、前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型ＨＩＬのＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下である。正孔／電子注入または抽出のためのエネルギー障壁が前記正極のｎ型有機物層によって低くなったため、前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位及び前記ｐ型ＨＩＬのＨＯＭＯエネルギー準位を利用して、正孔は、正極からＥＭＬに容易に輸送される。
【００３４】
前記正極のｎ型有機物層が正極からｐ型ＨＩＬ、ｐ型ＨＴＬまたはｐ型ＥＭＬへの正孔注入のためのエネルギー障壁を低めるので、前記正極の導電層は、多様な導電性物質で形成されうる。例えば、前記導電層は、負極のような物質で形成されうる。正極が負極と同じ物質で形成された場合、導電性物質が低い仕事関数を有するスタック型有機発光素子のようなものが製造されうる。
【００３５】
図８及び図９は、それぞれ本発明の例示的な一具現例によるスタック型有機発光素子を示す。図８を参照すれば、有機発光素子の正極７１は、隣接した有機発光素子の負極７５と直列に連結されている。正極７１は、導電層とｎ型有機物層とを備える。
【００３６】
図９を参照すれば、有機発光素子は、それぞれ有機物層８３と中間導電層８５とを有する反復単位の複数個が正極８１と負極８７との間に介在された等価構造を形成する。中間導電層８５は、導電層とｎ型有機物層とを備える。前記導電層は、仕事関数が負極８７物質と類似した値を有しつつ、可視光線の透過率が約５０％以上である透明な物質で形成されることが望ましい。不透明金属が導電層として利用される場合、導電層の厚さは、透明になるほどに薄く形成されねばならない。不透明金属は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、またはＣｕを含む。特に、Ａｌが中間導電層８５の導電層を形成する場合、前記導電層は、例えば、約５ないし１０ｎｍの厚さを有する。スタック型有機発光素子の場合、同じ駆動電圧下でスタック型有機発光素子の数に比例して輝度が向上するので、有機発光素子をスタック型にすれば、高輝度の有機発光素子が得られる。
【００３７】
以下、本発明の例示的な一具現例による有機発光素子を構成する各層について具体的に説明する。以下で説明する各層の物質は、単一物質または２以上の物質の混合物でありうる。
【００３８】
正極
正極は、ＨＩＬ、ＨＴＬまたはＥＭＬのようなｐ型有機物層内に正孔を注入する。前記正極は、導電層とｎ型有機物層とを備える。前記導電層は、金属、金属酸化物または導電性ポリマーを含む。前記導電性ポリマーは、導電性ポリマーを含みうる。
【００３９】
前記ｎ型有機物層は、ｐ型有機物層に正孔注入のためのエネルギー障壁を低めるため、前記導電層は、多様な導電性物質で形成されうる。例えば、前記導電層は、約３.５ないし５.５ｅＶのフェルミエネルギー準位を有する。例示的な導電性物質の例は、炭素、アルミニウム、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、銀、金、その他の金属及びこれらの合金；酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：インジウム Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウム亜鉛及びその他のこれと類似した酸化金属；ＺｎＯ：Ａｌ及びＳｎＯ２：Ｓｂのような酸化物と金属との混合物がある。有機発光素子が前面発光型である場合には、前記導電層として透明物質だけでなく、光反射率に優れた不透明物質も使われうる。背面発光型の有機発光素子の場合には、前記導電層として透明物質でなければならず、もし、不透明物質が使われる場合には、透明になるほどと薄膜に形成されねばならない。
【００４０】
ｎ型有機物層が前記導電層とｐ型有機物層との間に位置し、低電界で正孔をｐ型有機物層に注入する。ｎ型有機物層は、前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下となるように選択される。
【００４１】
前記ｎ型有機物層は、例えば、約４ないし７ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位及び約１０−８ｃｍ２／Ｖｓないし約１ｃｍ２／Ｖｓ、望ましくは、約１０−６ｃｍ２／Ｖｓないし約１０−２ｃｍ２／Ｖｓの電子移動度を有する。電子移動度が約１０−８ｃｍ２／Ｖｓ未満であれば、ｎ型有機物層からｐ型有機物層に正孔を注入し難い。電子移動度が約１ｃｍ２／Ｖｓを超えれば、このような物質は、非結晶性ではなく、結晶性である。このような結晶性有機物は、有機発光素子に適用し難い。
【００４２】
前記ｎ型有機物層は、真空蒸着または溶液プロセスで形成されうる。前記ｎ型有機物は、これに限定されるものではないが、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡまたはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含む。
【００４３】
ＨＩＬまたはＨＴＬ
ＨＩＬまたはＨＴＬは、正極と負極との間に位置するｐ型有機物層で形成されうる。前記ｐ型ＨＩＬまたはｐ型ＨＴＬと前記ｎ型有機物層とは、ＮＰ接合を形成するので、このＮＰ接合で形成された正孔は、前記ｐ型ＨＩＬまたはｐ型ＨＴＬを通じてＥＭＬに輸送される。
【００４４】
前記ｐ型ＨＩＬまたはｐ型ＨＴＬのＨＯＭＯエネルギー準位は、例えば、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位に対して約１ｅＶ以下のエネルギー差、望ましくは、約０.５ｅＶのエネルギー差を有する。前記ｐ型ＨＩＬまたはｐ型ＨＴＬは、アリールアミン系化合物、導電性ポリマー、または共役部分と非共役部分とが共にあるブロック共重合体を含むが、これに限定されるものではない。
【００４５】
ＥＭＬ
正孔伝達と電子伝達とがＥＭＬで同時に起こるので、ＥＭＬは、ｎ型特性及びｐ型特性を何れも有しうる。ＥＭＬは、電子輸送が正孔輸送に比べて速いｎ型ＥＭＬまたは正孔輸送が電子輸送に比べて速いｐ型ＥＭＬでありうる。
【００４６】
ｎ型ＥＭＬでは、電子輸送が正孔輸送より速いため、ＨＴＬとＥＭＬとの界面付近で発光がなされる。さらに良い発光効率を有するために、ＨＴＬのＬＵＭＯ準位がＥＭＬのＬＵＭＯ準位より高いことが良い。ｎ型ＥＭＬは、これに限定されるものではないが、アルミニウムトリス（８−ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ３）；８−ヒドロキシキノリンベリリウム（ＢＡｌｑ）；ベンズオキサゾール系化合物、ベンズチアゾール系化合物またはベンズイミダゾール系化合物；ポリフルオレン系化合物；またはシラシクロペンタジエン（ｓｉｌｏｌｅ）系化合物を含む。
【００４７】
ｐ型ＥＭＬでは、正孔輸送が電子輸送より速いため、ＥＴＬとＥＭＬとの界面付近で発光がなされる。したがって、さらに良い発光効率を有するために、ＥＴＬのＨＯＭＯ準位がＥＭＬのＨＯＭＯ準位より低いことが良い。
【００４８】
ｐ型ＥＭＬを使用する場合、ＨＴＬのＬＵＭＯ準位変化によって得られる発光効率の向上は、ｎ型ＥＭＬの場合に比べて小さい。したがって、ｐ型ＥＭＬを使用する有機発光素子は、ＨＩＬ及びＨＴＬを形成せず、ｎ型有機物層とｐ型ＥＭＬとの間でＮＰ接合を有しうる。ｐ型ＥＭＬは、これに限定されるものではないが、カルバゾール系化合物；アントラセン系化合物；ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系ポリマー；またはスピロ化合物を含む。
【００４９】
ＥＴＬ
ＥＴＬは、負極から電子をよく注入されてＥＭＬによく輸送できるように、大きい電子移動度を有する。前記ＥＴＬは、これに限定されるものではないが、Ａｌｑ３；Ａｌｑ３構造を含む有機化合物；ヒドロキシフラボン−金属錯化合物またはシラシクロペンタジエン（ｓｉｌｏｌｅ）系化合物を含む。
【００５０】
負極
負極物質としては、ＨＴＬのようなｐ型有機物層に電子注入が容易になされるように、小さな仕事関数を有する。前記負極は、これに限定されるものではないが、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ及び鉛のような金属またはこれらの合金；ＬｉＦ／ＡｌまたはＬｉＯ２／Ａｌのような多層構造物質を含む。前記負極は、正極の導電層と同じ物質で形成されうる。または、負極または正極の導電層は、透明物質を含みうる。
【００５１】
有機太陽電池
有機太陽電池は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在された有機薄膜を備える。前記有機薄膜は、有機太陽電池の効率及び安定性を高めるために、複数の層を備える。図６は、本発明の例示的な一具現例による有機太陽電池を示す。
【００５２】
図６を参照すれば、有機太陽電池は、基板４１、基板４１上に位置し、導電層４２ａとｎ型有機物層４２ｂとを有する正極４２、ｎ型有機物層４２ｂ上に位置する電子ドナー層４３、電子ドナー層４３上に位置する電子アクセプタ層４４、及び電子アクセプタ層４４上に位置する負極４５を備える。有機太陽電池が外部光源から光子を受ければ、電子ドナー層４３と電子アクセプタ層４４との間で電子及び正孔が発生する。発生した正孔は、電子ドナー層４３を通じて正極４２に輸送される。
【００５３】
電子ドナー層４３は、ｐ型有機物で形成される。前記有機物は、２種以上の物質の組合わせでありうる。図面で示されていないが、本発明の他の例示的な具現例による有機太陽電池は、付加的な有機薄膜をさらに備え、または製造工程を簡単にするために特定の有機薄膜を省略できる。前記有機太陽電池は、色々な機能を同時に有する有機物を使用して、有機物層の数を減少させうる。
【００５４】
従来の有機太陽電池は、電子ドナー層のような有機薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位に沿って正孔を正極に輸送する。したがって、正極のフェルミエネルギー準位と電子ドナー層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー準位差が小さいほど、正孔抽出がさらに増加する。しかし、本発明の例示的な一具現例による有機太陽電池は、正孔を抽出するために導電層４２ａ及びｎ型有機物層４２ｂを何れも有する正極４２を備える。
【００５５】
ｎ型有機物層４２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と導電層４２ａのフェルミ準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下である。ｎ型有機物層４２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と電子ドナー層４３のようなｐ型有機物層４４のＨＯＭＯ準位との差は、約１ｅＶ以下である。ｎ型有機物層４２ｂと電子ドナー層４３との間でＮＰ接合が形成されて正孔が効率的に抽出される。このように抽出された正孔は、ｎ型有機物層４２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位を通じて導電層４２ａに注入される。したがって、導電層４２ａは、多様なフェルミエネルギー準位を有する物質で形成され、負極４５と正極４２とは、同じ物質で形成されうる。
【００５６】
前記有機太陽電池の導電層４２ａ及び負極４５は、それぞれ前記有機発光素子の導電層及び負極物質と同じ物質で形成されうる。また、前記有機発光素子でのｎ型有機物層用物質と同じ物質が前記有機太陽電池のｎ型有機物層を形成できる。前記有機太陽電池で、電子アクセプタ層４４は、前記有機発光素子でのＥＴＬ物質またはｎ型ＥＭＬ物質またはフラーレン系化合物で形成されうる。前記電子ドナー層４３は、前記有機発光素子でのｐ型ＨＴＬ物質またはｐ型ＥＭＬ物質またはチオフェン系化合物で形成されうる。
【００５７】
有機トランジスタ
図７は、本発明の例示的な一具現例による有機トランジスタを示す。図７を参照すれば、有機トランジスタは、基板６１、ソース電極６５、ドレイン電極６６、ゲート６２、基板６１及びゲート６２上に位置する絶縁層６３、絶縁層６３上に位置し、正孔を形成するｐ型有機物層６４、ソース電極６５及び／またはドレイン電極６６とｐ型有機物層６４との間に位置するｎ型有機物層６７を備える。ｎ型有機物層６７のＬＵＭＯエネルギー準位とソース電極６５またはドレイン電極６６のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下である。ｎ型有機物層６７のＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型有機物層６４のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下である。
【００５８】
ｎ型有機物層６７は、ＬＵＭＯ準位を通じて正孔をソース電極６５から抽出して、これをドレイン電極６６に注入できる。ｎ型有機物層６７とｐ型有機物層６４との間にＮＰ接合が形成されるため、正孔がソース電極６５とドレイン電極６６との間で円滑に輸送されうる。本発明の他の例示的な具現例で、ｎ型有機物層６７は、ソース電極６５またはドレイン電極６６の一部分を形成できる。この場合には、多様なフェルミエネルギー準位を有する物質がソース電極６５及びドレイン電極６６を形成できる。
【００５９】
本発明の例示的な一具現例の有機トランジスタで、ｎ型有機物層６７は、前記有機発光素子のｎ型有機物層用物質で形成されうる。ゲート６２としては、前記有機発光素子の正極または負極物質として例示された物質で形成されうる。ソース電極６５またはドレイン電極６６は、前記有機発光素子の正極物質として例示された物質で形成されうる。ｐ型有機物層６４は、これに限定されないが、ペンタセン系化合物、アントラジチオフェン系化合物、ベンゾジチオフェン系化合物、チオフェン系オリゴマー類、ポリチオフェン類、混合されたサブユニットチオフェンオリゴマー類、またはオキシ−官能化されたチオフェンオリゴマー類を含む。絶縁層６３は、酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイミド、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（４−ビニルフェノール）、またはポリ（メチルメタクリレート）のようなポリマーで形成されうる。
【実施の態様】
【００６０】
以下、実施例を通じて、本発明の多様な態様及び特徴をさらに詳細に説明する。しかし、下記の実施例は、本発明の多様な態様及び特徴を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００６１】
ＵＰＳ及びＵＶ−ＶＩＳ吸収方法によるＨＡＴのＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ準位の測定
ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（Ｈｅｘａｎｉｔｒｉｌｅ ｈｅｘａａｚａｔｒｉｐｈｅｎｙｌｅｎｅ：ＨＡＴ）をｎ型半導体特性の有機物として使用した。ＨＡＴのＨＯＭＯ準位は、ＵＰＳ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）方法で測定された。この方法では、超真空（＜１０−８Ｔｏｒｒ）下で、試料にＨｅランプから出る真空ＵＶ線（２１.２０ｅＶ）を照射するとき、試料から出る電子の運動エネルギーを分析した。
【００６２】
ＵＰＳ方法で、それぞれ金属の場合に仕事関数が、有機物の場合にイオン化エネルギー（ＨＯＭＯ準位及びフェルミエネルギー準位）が測定される。すなわち、放出される電子の運動エネルギーは、試料の電子結合エネルギーと真空ＵＶエネルギー（約２１.２ｅＶ）との差となる。したがって、放出される電子の運動エネルギー分布を分析することによって、試料内物質の分子内結合エネルギー分布が分かる。放出された電子の運動エネルギーが最大エネルギー値を有する場合、試料の結合エネルギーは、最小値を有する。この結合エネルギーの最小値を利用して、試料の仕事関数（フェルミエネルギー準位）及びＨＯＭＯ準位を決定できる。
【００６３】
金フィルムを利用して、金の仕事関数を測定した。前記金フィルムにＨＡＴ物質を真空蒸着し、このＨＡＴから出る電子の運動エネルギーを分析することによって、ＨＡＴのＨＯＭＯ準位を測定した。図１０は、前記金フィルムとその上のＨＡＴフィルムとから出るＵＰＳデータを示すグラフである。Ｈ.Ｉｓｈｉｉ，ｅｔ ａｌ.，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１１，ｐｐ６０５−６２５（１９９９）。前記ＨＡＴフィルムは、２０ｎｍの厚さを有する。
【００６４】
図１０を参照すれば、ｘ軸は、金フィルムの仕事関数を基準として測定された結合エネルギー（ｅＶ）を表す。すなわち、本測定で、金の仕事関数は、照射した光エネルギー（約２１.２０ｅＶ）から結合エネルギーの最大値（約１５.９２ｅＶ）を減算した値である約５.２８ｅＶと測定された。前記ＨＡＴに照射された光エネルギー（約２１.２０ｅＶ）から結合エネルギーの最大値（約１５.２１ｅＶ）と最小値（約３.７９ｅＶ）との差を減算した値と定義されるＨＡＴのＨＯＭＯ準位は、約９.７８ｅＶであり、フェルミエネルギー準位は、約６.０２Ｖである。
【００６５】
前記ＨＡＴをガラス表面に蒸着して形成された有機物を利用して、他のＵＶ−ＶＩＳスペクトルを得、吸収エッジを分析した結果、約３.２６ｅＶのバンドギャップを有することが分かった。したがって、ＨＡＴのＬＵＭＯは、約６.５４ｅＶの値を有することが分かる。この値は、ＨＡＴ物質のエキシトン結合エネルギーによって変化されうる。約６.５４ｅＶのＨＯＭＯエネルギーは、約６.０２ｅＶのフェルミ準位より大きい値であるので、ＬＵＭＯ準位がフェルミ準位よりさらに小さな値を有するためには、エキシトン結合エネルギーが約０.５２ｅＶ以上でなければならない。有機物のエキシトン結合エネルギーは、通常、約０.５ｅＶないし約１ｅＶの値を有するので、前記ＨＡＴのＬＵＭＯ準位は、約５.５４ないし６.０２ｅＶの値を有する。
【実施例２】
【００６６】
ＨＡＴの正孔注入特性
約１０００Åの厚さのＩＴＯがコーティングされたガラス基板（Ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９ ｇｌａｓｓ）を洗剤（製造社：Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｃｏ.，製品番号：１５−３３５−５５）が溶解された蒸溜水に入れて超音波で３０分間洗浄した。次いで、前記ガラス基板を蒸溜水に入れて１０分間実施する超音波洗浄を２回反復した。
【００６７】
蒸溜水の洗浄が終われば、イソプロピルアルコール、アセトン、及びメタノール溶剤で、前記ガラス基板をこの順序で各１回ずつ超音波洗浄を実施して乾燥させた。次いで、プラズマ洗浄器内で窒素プラズマを利用して１４ｍｔｏｒｒの圧力及び５０Ｗの電力条件で、前記ＩＴＯコーティングされたガラス基板を５分間プラズマ処理した。このように表面処理されたＩＴＯ正極の仕事関数は、約４.８ｅＶを表した。
【００６８】
前記ＩＴＯ電極上に約１００Åの厚さのＨＡＴを熱真空蒸着してＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する正極を形成した。次いで、約１５００Åの厚さの４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）及び約５００Åの厚さのアルミニウムを順次に真空蒸着して、それぞれｐ型ＨＴＬ及び負極を形成して“素子Ａ”を製作した。前記有機物及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ０.４〜０.７Å／ｓｅｃ、及び２Å／ｓｅｃであった。前記蒸着時の真空度は、約２Ｘ１０−７ないし５Ｘ１０−８ｔｏｒｒであった。
【比較例１】
【００６９】
ｎ型有機物層であるＨＡＴ層がないことを除いては、実施例２と同じ方法で“素子Ｂ”を製作した。図１１は、それぞれ実施例２の素子Ａ及び比較例１の素子Ｂの電流−電圧特性を示すグラフである。図１１を参照すれば、素子Ａでは、約６Ｖの電圧で約４０ｍＡ／ｃｍ２以上の電流密度が観察されたが、素子Ｂでは、約１０Ｖの電圧でも約１０−３ｍＡ／ｃｍ２以下の電流密度が観察された。
【００７０】
ＮＰＢ層とＩＴＯ導電層との間にＨＡＴ ｎ型有機物層を挿入した素子Ａ（実施例２）の場合、図１の（ｂ）に示したように、ＩＴＯ導電層の仕事関数（約４.８ｅＶ）がＨＡＴ ｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位（約５.５４ないし６.０２ｅＶ）より小さいため、電子がＩＴＯ導電層からＨＡＴ ｎ型有機物層に移動し、これを通じて図１の（ｂ）に示したように、真空準位ＶＬが変化する。したがって、ＩＴＯ導電層とＨＡＴ ｎ型有機物層との間のエネルギー障壁が低くなり、また、ＮＰＢ層のＨＯＭＯ準位（約５.４ｅＶ）からＨＡＴ ｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位（約５.５４ないし６.０２ｅＶ）への電子移動を通じて、正孔がＮＰＢ層に移動する。したがって、素子Ａは、所定電圧以上でさらに高い電流密度を有する。
【００７１】
しかし、素子Ｂ（比較例１）は、ＩＴＯ導電層の仕事関数（約４.８ｅＶ）とＮＰＢ層のＨＯＭＯ準位（約５.４ｅＶ）との間で正孔注入に対するエネルギー障壁を有する。したがって、素子Ｂにさらに高い電圧が印加されても、素子Ｂの電流密度は向上しなかった。
【実施例３】
【００７２】
ガラス基板（ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９ ｇｌａｓｓ）を分散剤を溶かした蒸溜水に入れて超音波で洗浄した。洗剤は、Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｃｏ.の製品を使用し、蒸溜水は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏ.の製品のフィルタで２回濾過した蒸溜水を使用した。前記ガラス基板を３０分間洗浄した後、蒸溜水で２回反復して超音波洗浄を１０分間進めた。
【００７３】
蒸溜水洗浄が終われば、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノール溶剤の順序で超音波洗浄して乾燥させた。前記ガラス基板上に約５００Åの厚さのＡｌを真空蒸着し、前記Ａｌ導電層上に約１００Åの厚さのＨＡＴ ｎ型有機物層を熱真空蒸着してＡｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する正極を形成した。次いで、約１５００Åの厚さの４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）及び約５００Åの厚さのアルミニウムを順次に熱真空蒸着して、それぞれｐ型ＨＴＬ及び負極を形成した。
【００７４】
前記得られた素子を“素子Ｃ”という。前記有機物、及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、及び約２Å／ｓｅｃであった。前記真空蒸着時の真空度は、約２Ｘ１０−７ないし５Ｘ１０−８ｔｏｒｒであった。
【比較例２】
【００７５】
ＨＡＴ ｎ型有機物層がないことを除いては、実施例３と同じ方法で“素子Ｄ”を製作した。図１２は、それぞれ実施例３の素子Ｃ及び比較例２の素子Ｄの電流−電圧特性を示すグラフである。図１２を参照すれば、約６ＶのＤＣ電圧で、素子Ｃの電流密度は、約２０ｍＡ／ｃｍ２以上であったが、素子Ｄの電流密度は、約１０−３ｍＡ／ｃｍ２以下であった。
【００７６】
Ａｌの仕事関数（約４.２ｅＶ）がＩＴＯの仕事関数（４.８ｅＶ）より低いが、素子Ｃのターンオン電圧には変化がなく、電圧値が特定値に到達すれば、電流密度は向上した。逆に、素子Ｄは、素子Ｂのように、悪い電流−電圧特性を表した。したがって、ＩＴＯまたはＡｌ導電層の仕事関数の変化に比例してＶＬが変化し、また、前記導電層とＮＰＢ ｐ型有機物層との間の正孔注入または正孔抽出のエネルギー障壁は、ＨＡＴ ｎ型有機物層を通じて大きく変化しなかった。
【実施例４】
【００７７】
酸素プラズマ処理ＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
約１０００Åの厚さのＩＴＯがコーティングされたガラス基板を、実施例２のように洗浄した。次いで、プラズマ洗浄器内で、酸素プラズマを利用して１４ｍｔｏｒｒの圧力及び５０Ｗの電力条件で前記ＩＴＯコーティングされたガラス基板を５分間プラズマ処理した。このＩＴＯの仕事関数は、約５.２ｅＶを表した。
【００７８】
前記ＩＴＯ上に約５００Åの厚さのＨＡＴを熱真空蒸着してＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する透明正極を形成した。ＨＡＴのＨＯＭＯエネルギー準位は、約９.７８ｅＶであった。次いで、約４００Åの厚さ及び約５.４ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）を真空蒸着して、ｐ型ＨＴＬを形成した。前記ｐ型ＨＴＬ上に約５.７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有するＡｌｑ３を約３００Åの厚さに真空蒸着して、ＥＭＬを形成させた。
【００７９】
前記ＥＭＬ上に約５.７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する下記化学式１で表示される化合物を２００Åの厚さに真空蒸着してＥＴＬを形成させた。
【化１】
【００８０】
前記ＥＴＬ上に約１２Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのＡｌとを真空蒸着して負極を形成することによって、有機発光素子を完成した。前記有機物、ＬｉＦ、及びＡｌの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約２Å／ｓｅｃであった。蒸着チャンバ内の真空度は、約２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒであった。
【実施例５】
【００８１】
窒素プラズマ処理ＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例２のように、前記ガラス基板を洗浄し、プラズマ処理した。このガラス基板上に形成されたＩＴＯの仕事関数は、約４.８ｅＶであった。以下の有機物層及び負極は、前記ＩＴＯ導電層が形成されたガラス基板上に実施例４と同じ方法によって形成された。
【実施例６】
【００８２】
Ａｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例３と同じ方法でガラス基板を洗浄した後、約１００Åの厚さにＡｌを真空蒸着して、仕事関数が約４.２ｅＶである半透明Ａｌ導電層を前記ガラス基板上に形成した。以下の有機物層及び負極は、前記Ａｌ導電層が形成されたガラス基板上に実施例４と同じ方法によって形成された。
【実施例７】
【００８３】
Ａｇ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例３と同じ方法でガラス基板を洗浄した後、約１００Åの厚さにＡｇを真空蒸着して、仕事関数が約４.２ｅＶである半透明Ａｇ導電膜をガラス基板上に形成した。以下の有機物層及び負極は、前記Ａｌ導電層が形成されたガラス基板上に実施例４と同じ方法によって形成された。
【００８４】
図１３は、実施例４ないし実施例７の有機発光素子の電流−電圧特性を表すグラフである。実施例４ないし実施例７の有機発光素子の導電層の仕事関数値は、それぞれ約５.２ｅＶ、約４.８ｅＶ、約４.２ｅＶ、及び約４.２ｅＶであった。たとえ実施例４ないし実施例７の素子は、異なる仕事関数値を有するとしても、これらの電流−電圧特性は相互類似した。したがって、前記素子の電流−電圧特性は、仕事関数値に依存しなかった。
【００８５】
表１は、電流密度及び電圧に対する実施例４ないし実施例７の素子の輝度を表す。それぞれＡｌ及びＡｇ導電層を有する実施例６及び実施例７の素子は、それぞれ約３０％未満及び約５０％未満の可視光透過度を有した。これは、ＩＴＯ導電層を有する素子の場合の約８０％以上の値に比べて低い。したがって、Ａｌ及びＡｇ導電層を有する素子の輝度は、前記可視光透過度を鑑みるとき、ＩＴＯ導電層を有する素子の輝度と同等なものである。
【表１】
【００８６】
表１に示したように、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位を通じてＨＴＬに正孔が円滑に注入された。ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位が約５.５４ないし６.０２ｅＶであり、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記導電層の仕事関数とのエネルギー差が約２ｅＶ以下である場合、有機発光素子の電流−電圧特性は、導電層の仕事関数値に独立的であった。実施例４ないし実施例７の有機発光素子において、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と導電層の仕事関数とのエネルギー差は、それぞれ約０.２４ないし０.８２ｅＶ、約０.６４ないし１.２２ｅＶ、約１.２４ないし１.８２ｅＶ、及び約１.２４ないし１.８２ｅＶであった。
【実施例８】
【００８７】
Ａｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例３と同じ方法でガラス基板を準備した。約１００Åの厚さにＡｌを真空蒸着して、仕事関数が約４.２ｅＶである半透明Ａｌ導電層を前記ガラス基板上に形成した。真空蒸着機内で、このＡｌ導電層が形成されたガラス基板上に約９.７８ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位及び約５００Åの厚さのＨＡＴを熱真空蒸着してＡｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する正極を形成した。
【００８８】
次いで、約６００Åの厚さ及び約５.４６ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）を真空蒸着してｐ型ＨＴＬを形成した。前記ｐ型ＨＴＬ上に約５.６２ｅＶのＨＯＭＯ準位及び約３００Åの厚さのＡｌｑ３を真空蒸着して電子輸送及びＥＭＬを形成させた。前記電子輸送及びＥＭＬ上に約１２Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのＡｌとを順次に真空蒸着して負極を形成した。
【００８９】
前記有機物、ＬｉＦ、及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ約０。４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約１〜２Å／ｓｅｃであった。蒸着チャンバ内の真空度は、約２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒであった。
【比較例３】
【００９０】
実施例３と同じ方法でガラス基板を準備した。次いで、前記ガラス基板上に約１００Åの厚さにＡｌを真空蒸着して、仕事関数が約４.２ｅＶである半透明Ａｌ導電層を前記ガラス基板上に形成した。約５.２０ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位及び約１５０Åの厚さを有する銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）層を、前記Ａｌ導電層が形成されたガラス基板上に形成して、ＨＩＬを形成した。
【００９１】
次いで、約６００Åの厚さ及び約５.４６ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位を有する４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）を前記真空蒸着してｐ型ＨＴＬを形成した。前記ｐ型ＨＴＬ上に約５.６２ｅＶのＨＯＭＯ準位及び約３００Åの厚さのＡｌｑ３を真空蒸着して電子輸送及びＥＭＬを形成させた。前記電子輸送及びＥＭＬ上に約１２Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのＡｌとを順次に真空蒸着して負極を形成した。
【００９２】
前記有機物、ＬｉＦ、及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約１〜２Å／ｓｅｃであった。蒸着チャンバ内の真空度は、約２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒであった。
【比較例４】
【００９３】
ＣｕＰｃ ＨＩＬを形成していないことを除いては、比較例３と同じ方法で有機発光素子を製造した。すなわち、実施例８の導電物質の仕事関数及び比較例３−４の正極の仕事関数は、約４.２ｅＶと同一であった。
【００９４】
実施例８の素子は、正極のｎ型有機物層として電子親和性のＨＡＴを使用したが、比較例３〜４の素子は、正極にｎ型有機物層を備えなかった。図１４は、実施例８及び比較例３〜４の電流−電圧特性を示すグラフであった。
【００９５】
図１４を参照すれば、実施例８の素子は、約５Ｖで向上した電流密度を表したが、比較例３−４の素子は、約５Ｖで向上した電流密度を表さなかった。表２は、Ａｌｑ３による緑色発光についての実施例８及び比較例３〜４の素子の輝度を表す。
【表２】
【００９６】
表２に示したように、正極がＡｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備える実施例８の素子は、低電圧でさらに大きい輝度を表したが、正極が導電層のみを備える比較例３−４の素子は、同じ電圧ではるかに低い輝度を表した。これは、比較例３〜４の素子では、Ａｌ導電層とＣｕＰｃ ＨＩＬとの間のエネルギー障壁が、正孔注入するには過度に大きかったためである。
【実施例９】
【００９７】
ＩＴＯ導電層及びＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例２と同じ方法で、仕事関数が約４.８ｅＶであるＩＴＯ導電層を備えるガラス基板を準備した。前記ＩＴＯ導電層が形成されたガラス基板上に約５.２４ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位及び約３６０Åの厚さのＦ４ＴＣＮＱを真空蒸着して正極を形成した。
【００９８】
次いで、約４００Åの厚さ及び約５.４６ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位を有する４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）を真空蒸着して、ｐ型ＨＴＬを形成した。前記ｐ型ＨＴＬ上に約５.６２ｅＶのＨＯＭＯ準位及び約５００Åの厚さのＡｌｑ３を真空蒸着して、電子輸送及びＥＭＬを形成させた。前記電子輸送及びＥＭＬ上に約１２Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのＡｌとを順次に真空蒸着して負極を形成した。
【００９９】
前記有機物、ＬｉＦ、及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約１〜２Å／ｓｅｃであった。蒸着時に蒸着チャンバ内の真空度は、約２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒであった。本実施例９の前記有機発光素子の正極と負極との間に約８Ｖの順方向電界を印加したとき、約１９８ｍＡ／ｃｍ２の電流密度が発生した。Ａｌｑ３による緑色発光が前記ＩＴＯ導電層とＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層とを有する正極を通じて観察された。
【実施例１０】
【０１００】
Ａｌ導電層及びＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例３と同じ方法でガラス基板を準備した。前記ガラス基板上に約１００Åの厚さ及び約４.２ｅＶの仕事関数を有するＡｌを真空蒸着して、半透明のＡｌ導電層を前記ガラス基板上に形成した。実施例９と同じ方法で前記Ａｌ導電層上にＦ４ＴＣＮＱを形成して、Ａｌ導電層及びＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層を備えた正極を形成した。次いで、実施例９と同様に、ＨＴＬ、及び電子輸送及びＥＭＬを順次に形成した。
【０１０１】
本実施例１０の有機発光素子の正極と負極との間に約８Ｖの順方向電界を印加したとき、約１９０ｍＡ／ｃｍ２の電流が発生した。このとき、Ａｌｑ３による緑色発光が前記Ａｌ導電層及びＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層を備えた正極を通じて観察された。たとえ実施例１０の導電層の仕事関数は、実施例９の場合と異なったとしても、実施例１０の素子でも緑色発光が観察された。
【比較例５】
【０１０２】
ＩＴＯ／Ｆ４ＴＣＮＱを有する正極の代りに、ＩＴＯ／Ａｌｑ３を有する正極を形成したことを除いては、実施例９と同じ方法で有機発光素子を製造した。すなわち、約２.８５ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位及び約５００Åの厚さを有するＡｌｑ３をＩＴＯ導電層上に形成した。
【０１０３】
本比較例５の有機発光素子の正極と負極との間に約８Ｖの順方向電界を印加したとき、この素子の電流密度は、約１０−２ｍＡ／ｃｍ２であった。このとき、Ａｌｑ３による緑色発光が観測されなかった。
【０１０４】
Ａｌｑ３及びＮＰＢ ＨＴＬの界面で電子または正孔が形成されなかった。それは、Ａｌｑ３のＬＵＭＯエネルギー準位（約２.８５ｅＶ）とＮＰＢ ＨＴＬのＨＯＭＯエネルギー準位（約５.４６ｅＶ）との差（約２.６１ｅＶ）が過度に大きいためである。逆に、Ｆ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層及びＩＴＯまたはＡｌ導電層を備えた正極を含む実施例９及び１０の素子は、高輝度を表した。実施例９及び１０の素子で、ＩＴＯ導電層のフェルミエネルギー準位（約４.８ｅＶ）またはＡｌ導電層の仕事関数（約４.２ｅＶ）とＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位（約５.２４ｅＶ）とは、約０.４４ｅＶないし１.０４ｅＶであり、また、ＮＰＢ ＨＴＬのＨＯＭＯエネルギー準位とＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位（約５.２４ｅＶ）との差は、約０.２２ｅＶであった。
【実施例１１】
【０１０５】
有機太陽電池
約１０００Åの厚さのＩＴＯがコーティングされたガラス基板（Ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９ ｇｌａｓｓ）を洗剤（製造社：Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｃｏ.，製品番号：１５−３３５−５５）が溶解された蒸溜水に入れて超音波で３０分間洗浄した。次いで、前記ガラス基板を蒸溜水に入れて５分間実施する超音波洗浄を２回反復した。
【０１０６】
蒸溜水の洗浄後、イソプロピルアルコール、アセトン、及びメタノール溶剤で、前記ガラス基板をこの順序で各１回ずつ超音波洗浄を実施して乾燥させた。次いで、プラズマ洗浄器内で窒素プラズマを利用して１４ｍｔｏｒｒの圧力及び５０Ｗの電力条件で前記ＩＴＯコーティングされたガラス基板を５分間プラズマ処理した。このＩＴＯの仕事関数は、４.８ｅＶであった。
【０１０７】
前記ＩＴＯ透明電極上に約２００Åの厚さのＨＡＴを熱真空蒸着してＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する正極を形成した。次いで、約４００Åの厚さ及び約５.２０ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位を有するＣｕＰｃを真空蒸着してｐ型電子ドナー層を形成した。
【０１０８】
前記ｐ型電子ドナー層上に約４００Åの厚さ、約６.２０ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位、及び約４.５０ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位を有するフラーレン（Ｃ６０）を真空蒸着して電子アクセプタ層を形成させた。次いで、前記電子アクセプタ層上にＨＯＭＯエネルギー準位が約７.００ｅＶであり、ＬＵＭＯエネルギー準位が約３.５０ｅＶである２,９−ジメチル−４,７−ジフェニル−１,１０−ペナントロリン（ＢＣＰ）を１００Åの厚さに真空蒸着して、エキシトン遮断層を形成させた。前記エキシトン遮断層は、太陽電池の効率をさらに高めるためのものである。
【０１０９】
前記エキシトン遮断層上に約５Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのアルミニウムとを順次に真空蒸着して負極を形成した。前記有機物、ＬｉＦ、及びＡｌの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約２Å／ｓｅｃであった。蒸着チャンバ内の真空度は、２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒを維持した。
【０１１０】
前記有機太陽電池に、キセノンランプから出た光を照射して前記太陽電池のＩ−Ｖカーブを測定することによって、有機太陽電池の効率を計算した。有機太陽電池の効率は、測定された電圧と電流との積の最大値を、照射された光エネルギーで割算することによって得られる。本実施例１１の太陽電池は、約０.３６％の効率を有する。
【実施例１２】
【０１１１】
有機太陽電池
ＨＡＴ ｎ型有機物層を約４００Åの厚さに蒸着したことを除いては、実施例１１と同じ方法を利用して、有機太陽電池を完成した。本実施例１２の太陽電池は、約０.４５％の効率を有した。
【比較例６】
【０１１２】
ＨＡＴ ｎ型有機物層を形成していないことを除いては、実施例１１と同じ方法を利用して、有機太陽電池を完成した。本比較例６の太陽電池は、約０.０４％の効率を有した。ＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を何れも有する正極を含む実施例１１及び１２の有機太陽電池は、高効率を表したが、ＩＴＯ導電層のみを有する正極を含む比較例６の有機太陽電池は、低効率を表した。
【０１１３】
本明細書は、例示的な具現例について記述されたが、本発明の範囲を逸脱せずに、多様な変化が可能であり、また、当業者ならば、前記具現例の何れかの構成要素を他の均等な要素に置換することが可能であるということが分かるであろう。また、特定の状況または材料に合わせて、本発明の本質的な範囲を逸脱しない範囲で多様な改良がなされうる。したがって、本明細書は、本発明を実施するために考案された最適の態様であって、開示された特定の具現例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に属する全ての具現例を含むと意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明による電気素子は、正孔注入または正孔抽出用電極として導電層以外にｎ型有機物質層を備える。前記ｎ型有機物質層は、前記ｎ型有機物質層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｎ型有機物質層の一側面と接触する導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー準位の差が約２ｅＶ以下であり、また、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｎ型有機物質層の他の側面と接触するｐ型有機物層のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位の差が約１ｅＶ以下となるように選択される。前記ｎ型有機物質層は、正孔注入または正孔抽出に対するエネルギー障壁を低め、また、ｎ型有機物質層とｐ型有機物層との間にＮＰ接合を形成するために、本発明の電気素子は、電極として多様な物質を使用できて製造工程が簡素化され、素子効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の例示的な一具現例による電気素子で、正孔注入または正孔抽出用の第１電極内にｎ型有機物層を適用する前及び後の前記第１電極のエネルギー準位を示す図面である。
【図２】本発明の例示的な一具現例による電気素子で、正孔注入または正孔抽出用の第１電極のｎ型有機物層とｐ型有機物層との間で形成されたＮＰ接合を示す図面である。
【図３】本発明の例示的な一具現例による有機発光素子を示す模式的な断面図である。
【図４】有機発光素子の理想的なエネルギー準位を示す図面である。
【図５】本発明の例示的な一具現例による有機発光素子のエネルギー準位を示す図面である。
【図６】本発明の例示的な一具現例による有機太陽電池を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の例示的な一具現例による有機トランジスタを示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の例示的な一具現例によるスタック型有機発光素子を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の例示的な一具現例によるスタック型有機発光素子を示す模式的な断面図である。
【図１０】金フィルム及び前記金フィルム上に位置するＨＡＴフィルムのＵＰＳデータを示すグラフである。
【図１１】実施例２と比較例１の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図１２】実施例３と比較例２の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図１３】実施例４ないし７の電流−電圧特性を表すグラフである。
【図１４】実施例８と比較例３〜４の電流−電圧特性を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正孔注入または正孔抽出用電極にｎ型有機物層を有する電気素子に係り、さらに詳細には、本発明は、正孔注入または正孔抽出のためのエネルギー障壁を低める電気素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池、有機発光素子、または有機トランジスタのような電気素子は、通常、２個の電極とこれら電極の間に介在された有機物層とを備える。例えば、太陽電池は、太陽エネルギーによって有機物層で発生したエキシトン（励起子）から分離された電子及び正孔を利用して電気を発生させる。有機発光素子は、２個の電極から有機物層に電子及び正孔を注入して電流を可視光に変換させる。有機トランジスタは、ゲートに印加された電圧によって有機物層に形成された正孔または電子をソース電極とドレイン電極との間で輸送させる。電気素子はまた、性能を向上させるために電子／正孔注入層、電子／正孔抽出層、または電子／正孔輸送層をさらに備えうる。
【０００３】
しかし、金属、金属酸化物または導電性ポリマーを有する電極と有機物層との間の界面は不安定である。外部から加えられる熱、内部発生熱、または電気素子に加えられる電界は、電気素子の性能に悪影響を与える。また、電子／正孔注入層または電子／正孔輸送層と有機物層との間の導電エネルギー準位の差のため、素子動作のための駆動電圧が上昇しうる。したがって、電極に／から電子／正孔を注入／抽出するエネルギー障壁を最小化することだけでなく、電子／正孔注入層または電子／正孔輸送層と有機物層との間の界面を安定化させることが重要である。
【０００４】
電気素子において、電極と前記電極との間に位置する有機物層間のエネルギー準位の差を調節できるように開発されてきた。有機発光素子の場合、正極電極は、正孔注入層のＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位と類似したフェルミエネルギー準位を有するように調節されるか、または正極電極のフェルミエネルギー準位と類似したＨＯＭＯエネルギー準位を有する物質を正孔注入層として選択する。正孔注入層は、正極電極のフェルミエネルギー準位だけでなく、正孔輸送層または発光層のＨＯＭＯエネルギー準位を考慮して選択されねばならないので、正孔注入層用物質の選択には、制限がある。
【０００５】
したがって、有機発光素子の製造において、一般的に、正極電極のフェルミエネルギーを調節する方法が採用されている。しかし、正極電極用物質は制限される。例えば、有機トランジスタは、ソース／ドレイン電極として金または他の貴金属を使用している。しかし、金のような貴金属は、高コストであるだけでなく、加工性も他の金属に比べて不良であるので、素子の製造工程が複雑になり、かつ商業的に利用し難いという問題点がある。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の一態様によれば、正孔を注入または抽出する第１電極であって、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える第１電極と、電子を注入または抽出する第２電極と、前記第１電極の導電層と前記第２電極との間に位置するｐ型有機物層であって、前記第１電極の前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｐ型有機物層と、を備え、前記第１電極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）エネルギー準位と前記第１電極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、前記第１電極の前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする電気素子が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える正極と、負極と、前記正極の導電層と前記負極との間に位置するｐ型有機物層であって、前記正極のｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｐ型有機物層と、を備え、前記正極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、また、前記正極の前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機発光素子が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える正極と、負極と、前記正極の導電層と前記負極との間に位置する電子ドナー層であって、ｐ型有機物層を備え、前記正極の前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成する電子ドナー層と、を備え、前記正極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、前記正極の前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機太陽電池が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、前記ゲート電極上に位置する絶縁層と、前記絶縁層上に位置するｐ型有機物層と、前記ソース電極または前記ドレイン電極とｐ型有機物層との間に位置するｎ型有機物層であって、前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｎ型有機物層と、を備え、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ソース電極または前記ドレイン電極のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機トランジスタが提供される。
【００１０】
発明の効果
本発明の例示的な具現例による電気素子は、正孔注入または正孔抽出用電極として導電層だけでなく、ｎ型有機物層を備える。前記ｎ型有機物層は、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｎ型有機物層の一面と接触する前記導電層のフェルミエネルギー準位との差が約２ｅＶ以下であり、また、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｎ型有機物層の他面と接触するｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位との差が約１ｅＶ以下となるように選択される。前記ｎ型有機物層は、正孔注入または正孔抽出に対する電気的障壁を低め、前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間にＮＰ接合を形成するため、前記電気素子は、電極物質として多様な物質を使用できるため、素子の製造工程を簡素化でき、素子効率が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するために発明者によって考案された最適の態様を説明することによって、本発明の望ましい具現例のみが図示されて説明される。しかし、本発明は、本発明の範囲を逸脱せずに、多様な変化が可能である。したがって、添付図面及び以下の詳細な説明は、その性質上、例示的なものであり、本発明を制限するためのものではない。
【００１２】
本発明の例示的な一具現例による電気素子は、正孔を注入または抽出する第１電極、電子を注入または抽出する第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に位置するｐ型半導体特性を有する有機物層（以下、“ｐ型有機物層”）を備える。前記ｐ型有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層を備える。前記電気素子は、前記ｐ型有機物層と前記第２電極との間に少なくとも一つ有機物層をさらに備えうる。
【００１３】
前記第１電極は、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型半導体特性を有する有機物層（以下、“ｎ型有機物層”）を備える。前記導電層は、金属、金属酸化物、または導電性ポリマーを含む。前記導電性ポリマーは、導電性ポリマーを含みうる。前記ｎ型有機物層は、前記導電層のフェルミエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とに対して所定のＬＵＭＯエネルギー準位を有する。
【００１４】
前記第１電極の前記ｎ型有機物層は、前記第１電極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記第１電極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差、及び前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が減少するように選択される。したがって、正孔が前記第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位を通じて前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位に容易に注入される。または、正孔が前記第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位を通じて前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位から容易に抽出される。
【００１５】
前記第１電極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記第１電極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下（０ｅＶは、含まれない）であり、望ましくは、約１ｅＶ以下（０ｅＶは、含まれない）である。このエネルギー差は、物質選択の観点では０.０１〜２ｅＶであることが望ましい。前記第１電極の前記ｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下（０ｅＶは、含まれない）であり、望ましくは、約０.５ｅＶ以下（０ｅＶは、含まれない）である。このエネルギー差は、物質選択の観点では０.０１〜１ｅＶであることが望ましい。
【００１６】
前記第１電極の前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記第１電極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶより大きければ、正孔注入または正孔抽出のエネルギー障壁に対する表面双極子またはギャップステートの効果が減少する。前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶより大きければ、前記ｐ型有機物層と前記第１電極のｎ型有機物層とのＮＰ接合が容易に発生せず、正孔注入または正孔抽出のための駆動電圧が上昇する。前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位の範囲は、前述した範囲に限定されないが、前記第１電極の導電層のフェルミエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とに対して約０ｅＶエネルギー差より大きい。
【００１７】
図１の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の例示的な一具現例による電気素子で、正孔注入または正孔抽出用の第１電極内にｎ型有機物層を適用する前及び後の前記第１電極のエネルギー準位を示す。図１の（ａ）で、前記導電層は、ｎ型有機物層のフェルミエネルギー準位（ＥＦ２）より高いフェルミエネルギー準位（ＥＦ１）を有する。真空準位（ＶＬ）は、導電層及びｎ型有機物層で電子が自由に移動できるエネルギー準位を表す。
【００１８】
電気素子が第１電極の一部分としてｎ型有機物層を使用する場合、導電層は、ｎ型有機物層と接触する。図１の（ｂ）で、電子は、導電層からｎ型有機物層に移動するので、前記二層のフェルミエネルギー準位（ＥＦ１,２）は、同じになる。その結果、表面双極子が導電層とｎ型有機物層との間の界面に形成され、真空準位、フェルミエネルギー準位、ＨＯＭＯエネルギー準位、及びＬＵＭＯエネルギー準位は、図１の（ｂ）に示したように変わる。
【００１９】
したがって、導電層のフェルミエネルギー準位とｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位との差が大きいとしても、正孔注入または正孔抽出のためのエネルギー障壁は、前記導電層とｎ型有機物層とを接触させることによって低めうる。また、前記導電層がｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位より大きいフェルミエネルギー準位を有する場合、電子は、導電層からｎ型有機物層に移動して前記導電層とｎ型有機物層との間の界面にギャップステートを形成する。したがって、電子輸送のためのエネルギー障壁は最小化される。
【００２０】
前記ｎ型有機物層は、これに限定されないが、約５.２４ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位を有する２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、またはフッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡを含む。
【００２１】
本発明の例示的な一具現例による電気素子は、正孔を注入または抽出する第１電極のｎ型有機物層を接触するｐ型有機物層を備える。したがって、ＮＰ接合が電気素子内に形成される。図２は、前記第１電極のｎ型有機物層とｐ型有機物層との間で形成されたＮＰ接合を示す。
【００２２】
ＮＰ接合が形成された場合、第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位とｐ型有機物層のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位の差は、減少する。したがって、外部電圧や光源によって、正孔または電子が容易に形成される。ｐ型有機物層内で正孔、または第１電極のｎ型有機物層内で電子も、ＮＰ接合によって容易に形成される。前記ＮＰ接合で正孔と電子とが同時に発生するので、電子は、第１電極のｎ型有機物層を通じて第１電極の導電層に輸送され、正孔は、ｐ型有機物層に輸送される。
【００２３】
ＮＰ接合がｐ型有機物層に正孔を効率的に輸送するためには、第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位とｐ型有機物層のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位の差が所定レベルにあることが良い。すなわち、前記第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位とｐ型有機物層のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位の差は、例えば、約１ｅＶ以下であり、望ましくは、約０.５ｅＶ以下である。
【００２４】
本発明の例示的な一具現例の電気素子は、これに限定されないが、有機発光素子、有機太陽電池及び有機トランジスタを備える。
【００２５】
有機発光素子
有機発光素子は、正極、負極及び前記正極と負極との間に位置するｐ型有機物層を備える。前記ｐ型有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層を備える。前記有機発光素子はまた、前記ｐ型正孔注入層と負極との間に位置する少なくとも一つの有機物層をさらに備えうる。前記有機発光素子が複数の有機物層を備える場合、前記有機物層は、同じ物質または異なる物質で形成されうる。図３は、本発明の例示的な一具現例による有機発光素子を表す。
【００２６】
図３を参照すれば、有機発光素子は、基板３１、基板３１上の正極３２、正極３２上に位置し、正極３２から正孔を受けるｐ型正孔注入層（ＨＩＬ：Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）３３、ＨＩＬ ３３上に位置し、発光層（ＥＭＬ：Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）３５に正孔を伝達する正孔輸送層（ＨＴＬ：Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）３４、ＨＴＬ ３４上に位置し、正孔及び電子を利用して発光するＥＭＬ ３５、ＥＭＬ ３５上に位置し、負極３７からの電子をＥＭＬ ３５に輸送する電子輸送層（ＥＴＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）３６及びＥＴＬ ３６上に位置する負極３７を備えうる。ＨＴＬ ３４、ＥＭＬ ３５、及びＥＴＬ ３６は、同じ有機物質でまたは異なる有機物質で形成されうる。
【００２７】
本発明の例示的な他の具現例によれば、有機発光素子は、基板３１、基板３１上に位置する正極３２、正極３２上に位置するｐ型ＨＴＬ ３４、ＨＴＬ ３４上に位置するＥＭＬ ３５、ＥＭＬ ３５上に位置するＥＴＬ ３６及びＥＴＬ ３６上に位置する負極３７を含みうる。ＥＭＬ ３５及びＥＴＬ ３６は、同じ有機物質でまたは異なる有機物質で形成されうる。
【００２８】
本発明の例示的なさらに他の具現例によれば、有機発光素子は、基板３１、基板３１上の正極３２、正極３２上に位置するｐ型ＥＭＬ ３５、ＥＭＬ ３５上に位置するＥＴＬ ３６及びＥＴＬ ３６上に位置する負極３７を備えうる。ＥＴＬ ３６は、有機物質で形成されうる。
【００２９】
図３を再び参照すれば、正極３２は、正孔をＨＩＬ ３３、ＨＴＬ ３４、またはＥＭＬ ３５に正孔を輸送し、導電層３２ａ及びｎ型有機物層３２ｂを備える。導電層３２ａは、金属、金属酸化物、または導電性ポリマーで形成される。ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と導電層３２ａのフェルミエネルギー準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下であり、望ましくは、約１ｅＶ以下である。ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型ＨＩＬ３３のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下であり、望ましくは、約０.５ｅＶ以下である。ＮＰ接合が正極３２のｎ型有機物層３２ｂとｐ型ＨＩＬ ３３との間で形成される。
【００３０】
本発明の他の例示的な具現例によって、ＨＴＬ ３４またはＥＭＬ ３５がｐ型有機物で形成された場合、ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型ＨＴＬ ３４またはｐ型ＥＭＬ ３５のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下であり、望ましくは、約０.５ｅＶ以下である。ＮＰ接合が正極３２のｎ型有機物層３２ｂとｐ型ＨＴＬ ３４またはｐ型ＥＭＬ ３５との間で形成される。
【００３１】
ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と導電層３２ａのフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶより大きければ、ｐ型ＨＩＬ ３３への正孔注入のためのエネルギー障壁に対する表面双極子またはギャップステートの効果が減少する。前記ｎ型有機物層３２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型ＨＩＬ ３３のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶより大きければ、ｐ型ＨＩＬ ３３またはｎ型有機物層３２ｂでそれぞれ正孔または電子が容易に発生しない。したがって、正孔注入のための駆動電圧が上昇する。
【００３２】
図４は、有機発光素子の理想的なエネルギー準位を示す。このエネルギー準位で、正極及び負極からそれぞれ正孔及び電子を注入するためのエネルギー損失が最小化される。図５は、本発明の例示的な一具現例による有機発光素子のエネルギー準位を示す。
【００３３】
図５を参照すれば、本発明の他の例示的な具現例による有機発光素子は、導電層及びｎ型有機物層（図３参照）を有する正極、ｐ型ＨＩＬ、ＨＴＬ、ＥＭＬ、ＥＴＬ及び負極を備える。前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下であり、また、前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型ＨＩＬのＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下である。正孔／電子注入または抽出のためのエネルギー障壁が前記正極のｎ型有機物層によって低くなったため、前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位及び前記ｐ型ＨＩＬのＨＯＭＯエネルギー準位を利用して、正孔は、正極からＥＭＬに容易に輸送される。
【００３４】
前記正極のｎ型有機物層が正極からｐ型ＨＩＬ、ｐ型ＨＴＬまたはｐ型ＥＭＬへの正孔注入のためのエネルギー障壁を低めるので、前記正極の導電層は、多様な導電性物質で形成されうる。例えば、前記導電層は、負極のような物質で形成されうる。正極が負極と同じ物質で形成された場合、導電性物質が低い仕事関数を有するスタック型有機発光素子のようなものが製造されうる。
【００３５】
図８及び図９は、それぞれ本発明の例示的な一具現例によるスタック型有機発光素子を示す。図８を参照すれば、有機発光素子の正極７１は、隣接した有機発光素子の負極７５と直列に連結されている。正極７１は、導電層とｎ型有機物層とを備える。
【００３６】
図９を参照すれば、有機発光素子は、それぞれ有機物層８３と中間導電層８５とを有する反復単位の複数個が正極８１と負極８７との間に介在された等価構造を形成する。中間導電層８５は、導電層とｎ型有機物層とを備える。前記導電層は、仕事関数が負極８７物質と類似した値を有しつつ、可視光線の透過率が約５０％以上である透明な物質で形成されることが望ましい。不透明金属が導電層として利用される場合、導電層の厚さは、透明になるほどに薄く形成されねばならない。不透明金属は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、またはＣｕを含む。特に、Ａｌが中間導電層８５の導電層を形成する場合、前記導電層は、例えば、約５ないし１０ｎｍの厚さを有する。スタック型有機発光素子の場合、同じ駆動電圧下でスタック型有機発光素子の数に比例して輝度が向上するので、有機発光素子をスタック型にすれば、高輝度の有機発光素子が得られる。
【００３７】
以下、本発明の例示的な一具現例による有機発光素子を構成する各層について具体的に説明する。以下で説明する各層の物質は、単一物質または２以上の物質の混合物でありうる。
【００３８】
正極
正極は、ＨＩＬ、ＨＴＬまたはＥＭＬのようなｐ型有機物層内に正孔を注入する。前記正極は、導電層とｎ型有機物層とを備える。前記導電層は、金属、金属酸化物または導電性ポリマーを含む。前記導電性ポリマーは、導電性ポリマーを含みうる。
【００３９】
前記ｎ型有機物層は、ｐ型有機物層に正孔注入のためのエネルギー障壁を低めるため、前記導電層は、多様な導電性物質で形成されうる。例えば、前記導電層は、約３.５ないし５.５ｅＶのフェルミエネルギー準位を有する。例示的な導電性物質の例は、炭素、アルミニウム、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、銀、金、その他の金属及びこれらの合金；酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：インジウム Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウム亜鉛及びその他のこれと類似した酸化金属；ＺｎＯ：Ａｌ及びＳｎＯ２：Ｓｂのような酸化物と金属との混合物がある。有機発光素子が前面発光型である場合には、前記導電層として透明物質だけでなく、光反射率に優れた不透明物質も使われうる。背面発光型の有機発光素子の場合には、前記導電層として透明物質でなければならず、もし、不透明物質が使われる場合には、透明になるほどと薄膜に形成されねばならない。
【００４０】
ｎ型有機物層が前記導電層とｐ型有機物層との間に位置し、低電界で正孔をｐ型有機物層に注入する。ｎ型有機物層は、前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下となるように選択される。
【００４１】
前記ｎ型有機物層は、例えば、約４ないし７ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位及び約１０−８ｃｍ２／Ｖｓないし約１ｃｍ２／Ｖｓ、望ましくは、約１０−６ｃｍ２／Ｖｓないし約１０−２ｃｍ２／Ｖｓの電子移動度を有する。電子移動度が約１０−８ｃｍ２／Ｖｓ未満であれば、ｎ型有機物層からｐ型有機物層に正孔を注入し難い。電子移動度が約１ｃｍ２／Ｖｓを超えれば、このような物質は、非結晶性ではなく、結晶性である。このような結晶性有機物は、有機発光素子に適用し難い。
【００４２】
前記ｎ型有機物層は、真空蒸着または溶液プロセスで形成されうる。前記ｎ型有機物は、これに限定されるものではないが、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡまたはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含む。
【００４３】
ＨＩＬまたはＨＴＬ
ＨＩＬまたはＨＴＬは、正極と負極との間に位置するｐ型有機物層で形成されうる。前記ｐ型ＨＩＬまたはｐ型ＨＴＬと前記ｎ型有機物層とは、ＮＰ接合を形成するので、このＮＰ接合で形成された正孔は、前記ｐ型ＨＩＬまたはｐ型ＨＴＬを通じてＥＭＬに輸送される。
【００４４】
前記ｐ型ＨＩＬまたはｐ型ＨＴＬのＨＯＭＯエネルギー準位は、例えば、前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位に対して約１ｅＶ以下のエネルギー差、望ましくは、約０.５ｅＶのエネルギー差を有する。前記ｐ型ＨＩＬまたはｐ型ＨＴＬは、アリールアミン系化合物、導電性ポリマー、または共役部分と非共役部分とが共にあるブロック共重合体を含むが、これに限定されるものではない。
【００４５】
ＥＭＬ
正孔伝達と電子伝達とがＥＭＬで同時に起こるので、ＥＭＬは、ｎ型特性及びｐ型特性を何れも有しうる。ＥＭＬは、電子輸送が正孔輸送に比べて速いｎ型ＥＭＬまたは正孔輸送が電子輸送に比べて速いｐ型ＥＭＬでありうる。
【００４６】
ｎ型ＥＭＬでは、電子輸送が正孔輸送より速いため、ＨＴＬとＥＭＬとの界面付近で発光がなされる。さらに良い発光効率を有するために、ＨＴＬのＬＵＭＯ準位がＥＭＬのＬＵＭＯ準位より高いことが良い。ｎ型ＥＭＬは、これに限定されるものではないが、アルミニウムトリス（８−ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ３）；８−ヒドロキシキノリンベリリウム（ＢＡｌｑ）；ベンズオキサゾール系化合物、ベンズチアゾール系化合物またはベンズイミダゾール系化合物；ポリフルオレン系化合物；またはシラシクロペンタジエン（ｓｉｌｏｌｅ）系化合物を含む。
【００４７】
ｐ型ＥＭＬでは、正孔輸送が電子輸送より速いため、ＥＴＬとＥＭＬとの界面付近で発光がなされる。したがって、さらに良い発光効率を有するために、ＥＴＬのＨＯＭＯ準位がＥＭＬのＨＯＭＯ準位より低いことが良い。
【００４８】
ｐ型ＥＭＬを使用する場合、ＨＴＬのＬＵＭＯ準位変化によって得られる発光効率の向上は、ｎ型ＥＭＬの場合に比べて小さい。したがって、ｐ型ＥＭＬを使用する有機発光素子は、ＨＩＬ及びＨＴＬを形成せず、ｎ型有機物層とｐ型ＥＭＬとの間でＮＰ接合を有しうる。ｐ型ＥＭＬは、これに限定されるものではないが、カルバゾール系化合物；アントラセン系化合物；ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系ポリマー；またはスピロ化合物を含む。
【００４９】
ＥＴＬ
ＥＴＬは、負極から電子をよく注入されてＥＭＬによく輸送できるように、大きい電子移動度を有する。前記ＥＴＬは、これに限定されるものではないが、Ａｌｑ３；Ａｌｑ３構造を含む有機化合物；ヒドロキシフラボン−金属錯化合物またはシラシクロペンタジエン（ｓｉｌｏｌｅ）系化合物を含む。
【００５０】
負極
負極物質としては、ＨＴＬのようなｐ型有機物層に電子注入が容易になされるように、小さな仕事関数を有する。前記負極は、これに限定されるものではないが、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ及び鉛のような金属またはこれらの合金；ＬｉＦ／ＡｌまたはＬｉＯ２／Ａｌのような多層構造物質を含む。前記負極は、正極の導電層と同じ物質で形成されうる。または、負極または正極の導電層は、透明物質を含みうる。
【００５１】
有機太陽電池
有機太陽電池は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在された有機薄膜を備える。前記有機薄膜は、有機太陽電池の効率及び安定性を高めるために、複数の層を備える。図６は、本発明の例示的な一具現例による有機太陽電池を示す。
【００５２】
図６を参照すれば、有機太陽電池は、基板４１、基板４１上に位置し、導電層４２ａとｎ型有機物層４２ｂとを有する正極４２、ｎ型有機物層４２ｂ上に位置する電子ドナー層４３、電子ドナー層４３上に位置する電子アクセプタ層４４、及び電子アクセプタ層４４上に位置する負極４５を備える。有機太陽電池が外部光源から光子を受ければ、電子ドナー層４３と電子アクセプタ層４４との間で電子及び正孔が発生する。発生した正孔は、電子ドナー層４３を通じて正極４２に輸送される。
【００５３】
電子ドナー層４３は、ｐ型有機物で形成される。前記有機物は、２種以上の物質の組合わせでありうる。図面で示されていないが、本発明の他の例示的な具現例による有機太陽電池は、付加的な有機薄膜をさらに備え、または製造工程を簡単にするために特定の有機薄膜を省略できる。前記有機太陽電池は、色々な機能を同時に有する有機物を使用して、有機物層の数を減少させうる。
【００５４】
従来の有機太陽電池は、電子ドナー層のような有機薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位に沿って正孔を正極に輸送する。したがって、正極のフェルミエネルギー準位と電子ドナー層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー準位差が小さいほど、正孔抽出がさらに増加する。しかし、本発明の例示的な一具現例による有機太陽電池は、正孔を抽出するために導電層４２ａ及びｎ型有機物層４２ｂを何れも有する正極４２を備える。
【００５５】
ｎ型有機物層４２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と導電層４２ａのフェルミ準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下である。ｎ型有機物層４２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位と電子ドナー層４３のようなｐ型有機物層４４のＨＯＭＯ準位との差は、約１ｅＶ以下である。ｎ型有機物層４２ｂと電子ドナー層４３との間でＮＰ接合が形成されて正孔が効率的に抽出される。このように抽出された正孔は、ｎ型有機物層４２ｂのＬＵＭＯエネルギー準位を通じて導電層４２ａに注入される。したがって、導電層４２ａは、多様なフェルミエネルギー準位を有する物質で形成され、負極４５と正極４２とは、同じ物質で形成されうる。
【００５６】
前記有機太陽電池の導電層４２ａ及び負極４５は、それぞれ前記有機発光素子の導電層及び負極物質と同じ物質で形成されうる。また、前記有機発光素子でのｎ型有機物層用物質と同じ物質が前記有機太陽電池のｎ型有機物層を形成できる。前記有機太陽電池で、電子アクセプタ層４４は、前記有機発光素子でのＥＴＬ物質またはｎ型ＥＭＬ物質またはフラーレン系化合物で形成されうる。前記電子ドナー層４３は、前記有機発光素子でのｐ型ＨＴＬ物質またはｐ型ＥＭＬ物質またはチオフェン系化合物で形成されうる。
【００５７】
有機トランジスタ
図７は、本発明の例示的な一具現例による有機トランジスタを示す。図７を参照すれば、有機トランジスタは、基板６１、ソース電極６５、ドレイン電極６６、ゲート６２、基板６１及びゲート６２上に位置する絶縁層６３、絶縁層６３上に位置し、正孔を形成するｐ型有機物層６４、ソース電極６５及び／またはドレイン電極６６とｐ型有機物層６４との間に位置するｎ型有機物層６７を備える。ｎ型有機物層６７のＬＵＭＯエネルギー準位とソース電極６５またはドレイン電極６６のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差は、約２ｅＶ以下である。ｎ型有機物層６７のＬＵＭＯエネルギー準位とｐ型有機物層６４のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差は、約１ｅＶ以下である。
【００５８】
ｎ型有機物層６７は、ＬＵＭＯ準位を通じて正孔をソース電極６５から抽出して、これをドレイン電極６６に注入できる。ｎ型有機物層６７とｐ型有機物層６４との間にＮＰ接合が形成されるため、正孔がソース電極６５とドレイン電極６６との間で円滑に輸送されうる。本発明の他の例示的な具現例で、ｎ型有機物層６７は、ソース電極６５またはドレイン電極６６の一部分を形成できる。この場合には、多様なフェルミエネルギー準位を有する物質がソース電極６５及びドレイン電極６６を形成できる。
【００５９】
本発明の例示的な一具現例の有機トランジスタで、ｎ型有機物層６７は、前記有機発光素子のｎ型有機物層用物質で形成されうる。ゲート６２としては、前記有機発光素子の正極または負極物質として例示された物質で形成されうる。ソース電極６５またはドレイン電極６６は、前記有機発光素子の正極物質として例示された物質で形成されうる。ｐ型有機物層６４は、これに限定されないが、ペンタセン系化合物、アントラジチオフェン系化合物、ベンゾジチオフェン系化合物、チオフェン系オリゴマー類、ポリチオフェン類、混合されたサブユニットチオフェンオリゴマー類、またはオキシ−官能化されたチオフェンオリゴマー類を含む。絶縁層６３は、酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイミド、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（４−ビニルフェノール）、またはポリ（メチルメタクリレート）のようなポリマーで形成されうる。
【実施の態様】
【００６０】
以下、実施例を通じて、本発明の多様な態様及び特徴をさらに詳細に説明する。しかし、下記の実施例は、本発明の多様な態様及び特徴を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００６１】
ＵＰＳ及びＵＶ−ＶＩＳ吸収方法によるＨＡＴのＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ準位の測定
ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（Ｈｅｘａｎｉｔｒｉｌｅ ｈｅｘａａｚａｔｒｉｐｈｅｎｙｌｅｎｅ：ＨＡＴ）をｎ型半導体特性の有機物として使用した。ＨＡＴのＨＯＭＯ準位は、ＵＰＳ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）方法で測定された。この方法では、超真空（＜１０−８Ｔｏｒｒ）下で、試料にＨｅランプから出る真空ＵＶ線（２１.２０ｅＶ）を照射するとき、試料から出る電子の運動エネルギーを分析した。
【００６２】
ＵＰＳ方法で、それぞれ金属の場合に仕事関数が、有機物の場合にイオン化エネルギー（ＨＯＭＯ準位及びフェルミエネルギー準位）が測定される。すなわち、放出される電子の運動エネルギーは、試料の電子結合エネルギーと真空ＵＶエネルギー（約２１.２ｅＶ）との差となる。したがって、放出される電子の運動エネルギー分布を分析することによって、試料内物質の分子内結合エネルギー分布が分かる。放出された電子の運動エネルギーが最大エネルギー値を有する場合、試料の結合エネルギーは、最小値を有する。この結合エネルギーの最小値を利用して、試料の仕事関数（フェルミエネルギー準位）及びＨＯＭＯ準位を決定できる。
【００６３】
金フィルムを利用して、金の仕事関数を測定した。前記金フィルムにＨＡＴ物質を真空蒸着し、このＨＡＴから出る電子の運動エネルギーを分析することによって、ＨＡＴのＨＯＭＯ準位を測定した。図１０は、前記金フィルムとその上のＨＡＴフィルムとから出るＵＰＳデータを示すグラフである。Ｈ.Ｉｓｈｉｉ，ｅｔ ａｌ.，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１１，ｐｐ６０５−６２５（１９９９）。前記ＨＡＴフィルムは、２０ｎｍの厚さを有する。
【００６４】
図１０を参照すれば、ｘ軸は、金フィルムの仕事関数を基準として測定された結合エネルギー（ｅＶ）を表す。すなわち、本測定で、金の仕事関数は、照射した光エネルギー（約２１.２０ｅＶ）から結合エネルギーの最大値（約１５.９２ｅＶ）を減算した値である約５.２８ｅＶと測定された。前記ＨＡＴに照射された光エネルギー（約２１.２０ｅＶ）から結合エネルギーの最大値（約１５.２１ｅＶ）と最小値（約３.７９ｅＶ）との差を減算した値と定義されるＨＡＴのＨＯＭＯ準位は、約９.７８ｅＶであり、フェルミエネルギー準位は、約６.０２Ｖである。
【００６５】
前記ＨＡＴをガラス表面に蒸着して形成された有機物を利用して、他のＵＶ−ＶＩＳスペクトルを得、吸収エッジを分析した結果、約３.２６ｅＶのバンドギャップを有することが分かった。したがって、ＨＡＴのＬＵＭＯは、約６.５４ｅＶの値を有することが分かる。この値は、ＨＡＴ物質のエキシトン結合エネルギーによって変化されうる。約６.５４ｅＶのＨＯＭＯエネルギーは、約６.０２ｅＶのフェルミ準位より大きい値であるので、ＬＵＭＯ準位がフェルミ準位よりさらに小さな値を有するためには、エキシトン結合エネルギーが約０.５２ｅＶ以上でなければならない。有機物のエキシトン結合エネルギーは、通常、約０.５ｅＶないし約１ｅＶの値を有するので、前記ＨＡＴのＬＵＭＯ準位は、約５.５４ないし６.０２ｅＶの値を有する。
【実施例２】
【００６６】
ＨＡＴの正孔注入特性
約１０００Åの厚さのＩＴＯがコーティングされたガラス基板（Ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９ ｇｌａｓｓ）を洗剤（製造社：Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｃｏ.，製品番号：１５−３３５−５５）が溶解された蒸溜水に入れて超音波で３０分間洗浄した。次いで、前記ガラス基板を蒸溜水に入れて１０分間実施する超音波洗浄を２回反復した。
【００６７】
蒸溜水の洗浄が終われば、イソプロピルアルコール、アセトン、及びメタノール溶剤で、前記ガラス基板をこの順序で各１回ずつ超音波洗浄を実施して乾燥させた。次いで、プラズマ洗浄器内で窒素プラズマを利用して１４ｍｔｏｒｒの圧力及び５０Ｗの電力条件で、前記ＩＴＯコーティングされたガラス基板を５分間プラズマ処理した。このように表面処理されたＩＴＯ正極の仕事関数は、約４.８ｅＶを表した。
【００６８】
前記ＩＴＯ電極上に約１００Åの厚さのＨＡＴを熱真空蒸着してＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する正極を形成した。次いで、約１５００Åの厚さの４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）及び約５００Åの厚さのアルミニウムを順次に真空蒸着して、それぞれｐ型ＨＴＬ及び負極を形成して“素子Ａ”を製作した。前記有機物及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ０.４〜０.７Å／ｓｅｃ、及び２Å／ｓｅｃであった。前記蒸着時の真空度は、約２Ｘ１０−７ないし５Ｘ１０−８ｔｏｒｒであった。
【比較例１】
【００６９】
ｎ型有機物層であるＨＡＴ層がないことを除いては、実施例２と同じ方法で“素子Ｂ”を製作した。図１１は、それぞれ実施例２の素子Ａ及び比較例１の素子Ｂの電流−電圧特性を示すグラフである。図１１を参照すれば、素子Ａでは、約６Ｖの電圧で約４０ｍＡ／ｃｍ２以上の電流密度が観察されたが、素子Ｂでは、約１０Ｖの電圧でも約１０−３ｍＡ／ｃｍ２以下の電流密度が観察された。
【００７０】
ＮＰＢ層とＩＴＯ導電層との間にＨＡＴ ｎ型有機物層を挿入した素子Ａ（実施例２）の場合、図１の（ｂ）に示したように、ＩＴＯ導電層の仕事関数（約４.８ｅＶ）がＨＡＴ ｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位（約５.５４ないし６.０２ｅＶ）より小さいため、電子がＩＴＯ導電層からＨＡＴ ｎ型有機物層に移動し、これを通じて図１の（ｂ）に示したように、真空準位ＶＬが変化する。したがって、ＩＴＯ導電層とＨＡＴ ｎ型有機物層との間のエネルギー障壁が低くなり、また、ＮＰＢ層のＨＯＭＯ準位（約５.４ｅＶ）からＨＡＴ ｎ型有機物層のＬＵＭＯ準位（約５.５４ないし６.０２ｅＶ）への電子移動を通じて、正孔がＮＰＢ層に移動する。したがって、素子Ａは、所定電圧以上でさらに高い電流密度を有する。
【００７１】
しかし、素子Ｂ（比較例１）は、ＩＴＯ導電層の仕事関数（約４.８ｅＶ）とＮＰＢ層のＨＯＭＯ準位（約５.４ｅＶ）との間で正孔注入に対するエネルギー障壁を有する。したがって、素子Ｂにさらに高い電圧が印加されても、素子Ｂの電流密度は向上しなかった。
【実施例３】
【００７２】
ガラス基板（ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９ ｇｌａｓｓ）を分散剤を溶かした蒸溜水に入れて超音波で洗浄した。洗剤は、Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｃｏ.の製品を使用し、蒸溜水は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏ.の製品のフィルタで２回濾過した蒸溜水を使用した。前記ガラス基板を３０分間洗浄した後、蒸溜水で２回反復して超音波洗浄を１０分間進めた。
【００７３】
蒸溜水洗浄が終われば、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノール溶剤の順序で超音波洗浄して乾燥させた。前記ガラス基板上に約５００Åの厚さのＡｌを真空蒸着し、前記Ａｌ導電層上に約１００Åの厚さのＨＡＴ ｎ型有機物層を熱真空蒸着してＡｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する正極を形成した。次いで、約１５００Åの厚さの４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）及び約５００Åの厚さのアルミニウムを順次に熱真空蒸着して、それぞれｐ型ＨＴＬ及び負極を形成した。
【００７４】
前記得られた素子を“素子Ｃ”という。前記有機物、及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、及び約２Å／ｓｅｃであった。前記真空蒸着時の真空度は、約２Ｘ１０−７ないし５Ｘ１０−８ｔｏｒｒであった。
【比較例２】
【００７５】
ＨＡＴ ｎ型有機物層がないことを除いては、実施例３と同じ方法で“素子Ｄ”を製作した。図１２は、それぞれ実施例３の素子Ｃ及び比較例２の素子Ｄの電流−電圧特性を示すグラフである。図１２を参照すれば、約６ＶのＤＣ電圧で、素子Ｃの電流密度は、約２０ｍＡ／ｃｍ２以上であったが、素子Ｄの電流密度は、約１０−３ｍＡ／ｃｍ２以下であった。
【００７６】
Ａｌの仕事関数（約４.２ｅＶ）がＩＴＯの仕事関数（４.８ｅＶ）より低いが、素子Ｃのターンオン電圧には変化がなく、電圧値が特定値に到達すれば、電流密度は向上した。逆に、素子Ｄは、素子Ｂのように、悪い電流−電圧特性を表した。したがって、ＩＴＯまたはＡｌ導電層の仕事関数の変化に比例してＶＬが変化し、また、前記導電層とＮＰＢ ｐ型有機物層との間の正孔注入または正孔抽出のエネルギー障壁は、ＨＡＴ ｎ型有機物層を通じて大きく変化しなかった。
【実施例４】
【００７７】
酸素プラズマ処理ＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
約１０００Åの厚さのＩＴＯがコーティングされたガラス基板を、実施例２のように洗浄した。次いで、プラズマ洗浄器内で、酸素プラズマを利用して１４ｍｔｏｒｒの圧力及び５０Ｗの電力条件で前記ＩＴＯコーティングされたガラス基板を５分間プラズマ処理した。このＩＴＯの仕事関数は、約５.２ｅＶを表した。
【００７８】
前記ＩＴＯ上に約５００Åの厚さのＨＡＴを熱真空蒸着してＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する透明正極を形成した。ＨＡＴのＨＯＭＯエネルギー準位は、約９.７８ｅＶであった。次いで、約４００Åの厚さ及び約５.４ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）を真空蒸着して、ｐ型ＨＴＬを形成した。前記ｐ型ＨＴＬ上に約５.７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有するＡｌｑ３を約３００Åの厚さに真空蒸着して、ＥＭＬを形成させた。
【００７９】
前記ＥＭＬ上に約５.７ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する下記化学式１で表示される化合物を２００Åの厚さに真空蒸着してＥＴＬを形成させた。
【化１】
【００８０】
前記ＥＴＬ上に約１２Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのＡｌとを真空蒸着して負極を形成することによって、有機発光素子を完成した。前記有機物、ＬｉＦ、及びＡｌの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約２Å／ｓｅｃであった。蒸着チャンバ内の真空度は、約２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒであった。
【実施例５】
【００８１】
窒素プラズマ処理ＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例２のように、前記ガラス基板を洗浄し、プラズマ処理した。このガラス基板上に形成されたＩＴＯの仕事関数は、約４.８ｅＶであった。以下の有機物層及び負極は、前記ＩＴＯ導電層が形成されたガラス基板上に実施例４と同じ方法によって形成された。
【実施例６】
【００８２】
Ａｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例３と同じ方法でガラス基板を洗浄した後、約１００Åの厚さにＡｌを真空蒸着して、仕事関数が約４.２ｅＶである半透明Ａｌ導電層を前記ガラス基板上に形成した。以下の有機物層及び負極は、前記Ａｌ導電層が形成されたガラス基板上に実施例４と同じ方法によって形成された。
【実施例７】
【００８３】
Ａｇ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例３と同じ方法でガラス基板を洗浄した後、約１００Åの厚さにＡｇを真空蒸着して、仕事関数が約４.２ｅＶである半透明Ａｇ導電膜をガラス基板上に形成した。以下の有機物層及び負極は、前記Ａｌ導電層が形成されたガラス基板上に実施例４と同じ方法によって形成された。
【００８４】
図１３は、実施例４ないし実施例７の有機発光素子の電流−電圧特性を表すグラフである。実施例４ないし実施例７の有機発光素子の導電層の仕事関数値は、それぞれ約５.２ｅＶ、約４.８ｅＶ、約４.２ｅＶ、及び約４.２ｅＶであった。たとえ実施例４ないし実施例７の素子は、異なる仕事関数値を有するとしても、これらの電流−電圧特性は相互類似した。したがって、前記素子の電流−電圧特性は、仕事関数値に依存しなかった。
【００８５】
表１は、電流密度及び電圧に対する実施例４ないし実施例７の素子の輝度を表す。それぞれＡｌ及びＡｇ導電層を有する実施例６及び実施例７の素子は、それぞれ約３０％未満及び約５０％未満の可視光透過度を有した。これは、ＩＴＯ導電層を有する素子の場合の約８０％以上の値に比べて低い。したがって、Ａｌ及びＡｇ導電層を有する素子の輝度は、前記可視光透過度を鑑みるとき、ＩＴＯ導電層を有する素子の輝度と同等なものである。
【表１】
【００８６】
表１に示したように、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位を通じてＨＴＬに正孔が円滑に注入された。ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位が約５.５４ないし６.０２ｅＶであり、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記導電層の仕事関数とのエネルギー差が約２ｅＶ以下である場合、有機発光素子の電流−電圧特性は、導電層の仕事関数値に独立的であった。実施例４ないし実施例７の有機発光素子において、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と導電層の仕事関数とのエネルギー差は、それぞれ約０.２４ないし０.８２ｅＶ、約０.６４ないし１.２２ｅＶ、約１.２４ないし１.８２ｅＶ、及び約１.２４ないし１.８２ｅＶであった。
【実施例８】
【００８７】
Ａｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例３と同じ方法でガラス基板を準備した。約１００Åの厚さにＡｌを真空蒸着して、仕事関数が約４.２ｅＶである半透明Ａｌ導電層を前記ガラス基板上に形成した。真空蒸着機内で、このＡｌ導電層が形成されたガラス基板上に約９.７８ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位及び約５００Åの厚さのＨＡＴを熱真空蒸着してＡｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する正極を形成した。
【００８８】
次いで、約６００Åの厚さ及び約５.４６ｅＶのＨＯＭＯ準位を有する４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）を真空蒸着してｐ型ＨＴＬを形成した。前記ｐ型ＨＴＬ上に約５.６２ｅＶのＨＯＭＯ準位及び約３００Åの厚さのＡｌｑ３を真空蒸着して電子輸送及びＥＭＬを形成させた。前記電子輸送及びＥＭＬ上に約１２Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのＡｌとを順次に真空蒸着して負極を形成した。
【００８９】
前記有機物、ＬｉＦ、及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ約０。４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約１〜２Å／ｓｅｃであった。蒸着チャンバ内の真空度は、約２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒであった。
【比較例３】
【００９０】
実施例３と同じ方法でガラス基板を準備した。次いで、前記ガラス基板上に約１００Åの厚さにＡｌを真空蒸着して、仕事関数が約４.２ｅＶである半透明Ａｌ導電層を前記ガラス基板上に形成した。約５.２０ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位及び約１５０Åの厚さを有する銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）層を、前記Ａｌ導電層が形成されたガラス基板上に形成して、ＨＩＬを形成した。
【００９１】
次いで、約６００Åの厚さ及び約５.４６ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位を有する４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）を前記真空蒸着してｐ型ＨＴＬを形成した。前記ｐ型ＨＴＬ上に約５.６２ｅＶのＨＯＭＯ準位及び約３００Åの厚さのＡｌｑ３を真空蒸着して電子輸送及びＥＭＬを形成させた。前記電子輸送及びＥＭＬ上に約１２Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのＡｌとを順次に真空蒸着して負極を形成した。
【００９２】
前記有機物、ＬｉＦ、及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約１〜２Å／ｓｅｃであった。蒸着チャンバ内の真空度は、約２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒであった。
【比較例４】
【００９３】
ＣｕＰｃ ＨＩＬを形成していないことを除いては、比較例３と同じ方法で有機発光素子を製造した。すなわち、実施例８の導電物質の仕事関数及び比較例３−４の正極の仕事関数は、約４.２ｅＶと同一であった。
【００９４】
実施例８の素子は、正極のｎ型有機物層として電子親和性のＨＡＴを使用したが、比較例３〜４の素子は、正極にｎ型有機物層を備えなかった。図１４は、実施例８及び比較例３〜４の電流−電圧特性を示すグラフであった。
【００９５】
図１４を参照すれば、実施例８の素子は、約５Ｖで向上した電流密度を表したが、比較例３−４の素子は、約５Ｖで向上した電流密度を表さなかった。表２は、Ａｌｑ３による緑色発光についての実施例８及び比較例３〜４の素子の輝度を表す。
【表２】
【００９６】
表２に示したように、正極がＡｌ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を備える実施例８の素子は、低電圧でさらに大きい輝度を表したが、正極が導電層のみを備える比較例３−４の素子は、同じ電圧ではるかに低い輝度を表した。これは、比較例３〜４の素子では、Ａｌ導電層とＣｕＰｃ ＨＩＬとの間のエネルギー障壁が、正孔注入するには過度に大きかったためである。
【実施例９】
【００９７】
ＩＴＯ導電層及びＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例２と同じ方法で、仕事関数が約４.８ｅＶであるＩＴＯ導電層を備えるガラス基板を準備した。前記ＩＴＯ導電層が形成されたガラス基板上に約５.２４ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位及び約３６０Åの厚さのＦ４ＴＣＮＱを真空蒸着して正極を形成した。
【００９８】
次いで、約４００Åの厚さ及び約５.４６ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位を有する４,４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）を真空蒸着して、ｐ型ＨＴＬを形成した。前記ｐ型ＨＴＬ上に約５.６２ｅＶのＨＯＭＯ準位及び約５００Åの厚さのＡｌｑ３を真空蒸着して、電子輸送及びＥＭＬを形成させた。前記電子輸送及びＥＭＬ上に約１２Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのＡｌとを順次に真空蒸着して負極を形成した。
【００９９】
前記有機物、ＬｉＦ、及びアルミニウムの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約１〜２Å／ｓｅｃであった。蒸着時に蒸着チャンバ内の真空度は、約２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒであった。本実施例９の前記有機発光素子の正極と負極との間に約８Ｖの順方向電界を印加したとき、約１９８ｍＡ／ｃｍ２の電流密度が発生した。Ａｌｑ３による緑色発光が前記ＩＴＯ導電層とＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層とを有する正極を通じて観察された。
【実施例１０】
【０１００】
Ａｌ導電層及びＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層を備えた正極を含む有機発光素子
実施例３と同じ方法でガラス基板を準備した。前記ガラス基板上に約１００Åの厚さ及び約４.２ｅＶの仕事関数を有するＡｌを真空蒸着して、半透明のＡｌ導電層を前記ガラス基板上に形成した。実施例９と同じ方法で前記Ａｌ導電層上にＦ４ＴＣＮＱを形成して、Ａｌ導電層及びＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層を備えた正極を形成した。次いで、実施例９と同様に、ＨＴＬ、及び電子輸送及びＥＭＬを順次に形成した。
【０１０１】
本実施例１０の有機発光素子の正極と負極との間に約８Ｖの順方向電界を印加したとき、約１９０ｍＡ／ｃｍ２の電流が発生した。このとき、Ａｌｑ３による緑色発光が前記Ａｌ導電層及びＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層を備えた正極を通じて観察された。たとえ実施例１０の導電層の仕事関数は、実施例９の場合と異なったとしても、実施例１０の素子でも緑色発光が観察された。
【比較例５】
【０１０２】
ＩＴＯ／Ｆ４ＴＣＮＱを有する正極の代りに、ＩＴＯ／Ａｌｑ３を有する正極を形成したことを除いては、実施例９と同じ方法で有機発光素子を製造した。すなわち、約２.８５ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位及び約５００Åの厚さを有するＡｌｑ３をＩＴＯ導電層上に形成した。
【０１０３】
本比較例５の有機発光素子の正極と負極との間に約８Ｖの順方向電界を印加したとき、この素子の電流密度は、約１０−２ｍＡ／ｃｍ２であった。このとき、Ａｌｑ３による緑色発光が観測されなかった。
【０１０４】
Ａｌｑ３及びＮＰＢ ＨＴＬの界面で電子または正孔が形成されなかった。それは、Ａｌｑ３のＬＵＭＯエネルギー準位（約２.８５ｅＶ）とＮＰＢ ＨＴＬのＨＯＭＯエネルギー準位（約５.４６ｅＶ）との差（約２.６１ｅＶ）が過度に大きいためである。逆に、Ｆ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層及びＩＴＯまたはＡｌ導電層を備えた正極を含む実施例９及び１０の素子は、高輝度を表した。実施例９及び１０の素子で、ＩＴＯ導電層のフェルミエネルギー準位（約４.８ｅＶ）またはＡｌ導電層の仕事関数（約４.２ｅＶ）とＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位（約５.２４ｅＶ）とは、約０.４４ｅＶないし１.０４ｅＶであり、また、ＮＰＢ ＨＴＬのＨＯＭＯエネルギー準位とＦ４ＴＣＮＱ ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位（約５.２４ｅＶ）との差は、約０.２２ｅＶであった。
【実施例１１】
【０１０５】
有機太陽電池
約１０００Åの厚さのＩＴＯがコーティングされたガラス基板（Ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９ ｇｌａｓｓ）を洗剤（製造社：Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｃｏ.，製品番号：１５−３３５−５５）が溶解された蒸溜水に入れて超音波で３０分間洗浄した。次いで、前記ガラス基板を蒸溜水に入れて５分間実施する超音波洗浄を２回反復した。
【０１０６】
蒸溜水の洗浄後、イソプロピルアルコール、アセトン、及びメタノール溶剤で、前記ガラス基板をこの順序で各１回ずつ超音波洗浄を実施して乾燥させた。次いで、プラズマ洗浄器内で窒素プラズマを利用して１４ｍｔｏｒｒの圧力及び５０Ｗの電力条件で前記ＩＴＯコーティングされたガラス基板を５分間プラズマ処理した。このＩＴＯの仕事関数は、４.８ｅＶであった。
【０１０７】
前記ＩＴＯ透明電極上に約２００Åの厚さのＨＡＴを熱真空蒸着してＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を有する正極を形成した。次いで、約４００Åの厚さ及び約５.２０ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位を有するＣｕＰｃを真空蒸着してｐ型電子ドナー層を形成した。
【０１０８】
前記ｐ型電子ドナー層上に約４００Åの厚さ、約６.２０ｅＶのＨＯＭＯエネルギー準位、及び約４.５０ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位を有するフラーレン（Ｃ６０）を真空蒸着して電子アクセプタ層を形成させた。次いで、前記電子アクセプタ層上にＨＯＭＯエネルギー準位が約７.００ｅＶであり、ＬＵＭＯエネルギー準位が約３.５０ｅＶである２,９−ジメチル−４,７−ジフェニル−１,１０−ペナントロリン（ＢＣＰ）を１００Åの厚さに真空蒸着して、エキシトン遮断層を形成させた。前記エキシトン遮断層は、太陽電池の効率をさらに高めるためのものである。
【０１０９】
前記エキシトン遮断層上に約５Åの厚さのＬｉＦ薄膜と約２５００Åの厚さのアルミニウムとを順次に真空蒸着して負極を形成した。前記有機物、ＬｉＦ、及びＡｌの蒸着速度は、それぞれ約０.４ないし０.７Å／ｓｅｃ、約０.３Å／ｓｅｃ、及び約２Å／ｓｅｃであった。蒸着チャンバ内の真空度は、２×１０−７ないし５×１０−８ｔｏｒｒを維持した。
【０１１０】
前記有機太陽電池に、キセノンランプから出た光を照射して前記太陽電池のＩ−Ｖカーブを測定することによって、有機太陽電池の効率を計算した。有機太陽電池の効率は、測定された電圧と電流との積の最大値を、照射された光エネルギーで割算することによって得られる。本実施例１１の太陽電池は、約０.３６％の効率を有する。
【実施例１２】
【０１１１】
有機太陽電池
ＨＡＴ ｎ型有機物層を約４００Åの厚さに蒸着したことを除いては、実施例１１と同じ方法を利用して、有機太陽電池を完成した。本実施例１２の太陽電池は、約０.４５％の効率を有した。
【比較例６】
【０１１２】
ＨＡＴ ｎ型有機物層を形成していないことを除いては、実施例１１と同じ方法を利用して、有機太陽電池を完成した。本比較例６の太陽電池は、約０.０４％の効率を有した。ＩＴＯ導電層及びＨＡＴ ｎ型有機物層を何れも有する正極を含む実施例１１及び１２の有機太陽電池は、高効率を表したが、ＩＴＯ導電層のみを有する正極を含む比較例６の有機太陽電池は、低効率を表した。
【０１１３】
本明細書は、例示的な具現例について記述されたが、本発明の範囲を逸脱せずに、多様な変化が可能であり、また、当業者ならば、前記具現例の何れかの構成要素を他の均等な要素に置換することが可能であるということが分かるであろう。また、特定の状況または材料に合わせて、本発明の本質的な範囲を逸脱しない範囲で多様な改良がなされうる。したがって、本明細書は、本発明を実施するために考案された最適の態様であって、開示された特定の具現例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に属する全ての具現例を含むと意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明による電気素子は、正孔注入または正孔抽出用電極として導電層以外にｎ型有機物質層を備える。前記ｎ型有機物質層は、前記ｎ型有機物質層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｎ型有機物質層の一側面と接触する導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー準位の差が約２ｅＶ以下であり、また、ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｎ型有機物質層の他の側面と接触するｐ型有機物層のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位の差が約１ｅＶ以下となるように選択される。前記ｎ型有機物質層は、正孔注入または正孔抽出に対するエネルギー障壁を低め、また、ｎ型有機物質層とｐ型有機物層との間にＮＰ接合を形成するために、本発明の電気素子は、電極として多様な物質を使用できて製造工程が簡素化され、素子効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の例示的な一具現例による電気素子で、正孔注入または正孔抽出用の第１電極内にｎ型有機物層を適用する前及び後の前記第１電極のエネルギー準位を示す図面である。
【図２】本発明の例示的な一具現例による電気素子で、正孔注入または正孔抽出用の第１電極のｎ型有機物層とｐ型有機物層との間で形成されたＮＰ接合を示す図面である。
【図３】本発明の例示的な一具現例による有機発光素子を示す模式的な断面図である。
【図４】有機発光素子の理想的なエネルギー準位を示す図面である。
【図５】本発明の例示的な一具現例による有機発光素子のエネルギー準位を示す図面である。
【図６】本発明の例示的な一具現例による有機太陽電池を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の例示的な一具現例による有機トランジスタを示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の例示的な一具現例によるスタック型有機発光素子を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の例示的な一具現例によるスタック型有機発光素子を示す模式的な断面図である。
【図１０】金フィルム及び前記金フィルム上に位置するＨＡＴフィルムのＵＰＳデータを示すグラフである。
【図１１】実施例２と比較例１の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図１２】実施例３と比較例２の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図１３】実施例４ないし７の電流−電圧特性を表すグラフである。
【図１４】実施例８と比較例３〜４の電流−電圧特性を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正孔を注入または抽出する第１電極であって、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える第１電極と、
電子を注入または抽出する第２電極と、
前記第１電極の導電層と前記第２電極との間に位置するｐ型有機物層であって、前記第１電極の前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｐ型有機物層と、を備え、
前記第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記第１電極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、
前記第１電極のｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする電気素子。
【請求項２】
前記ｐ型有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項３】
前記ｐ型有機物層と前記第２電極との間に少なくとも一つの有機物層をさらに備え、
前記少なくとも一つの有機物層は、正孔輸送層、発光層または電子輸送層を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項４】
前記第１電極のｎ型有機物層は、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡ、またはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項５】
前記第１電極の前記導電層は、金属、金属酸化物または導電性ポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項６】
前記第１電極の導電層と前記第２電極とは、同じ物質で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項７】
導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える正極と、
負極と、
前記正極の導電層と前記負極との間に位置するｐ型有機物層であって、前記正極のｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｐ型有機物層と、を備え、
前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、
前記正極のｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項８】
前記ｐ型有機物層は、ｐ型正孔注入層を備え、前記有機発光素子は、前記ｐ型正孔注入層と前記負極との間に位置する少なくとも一つの有機物層をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項９】
前記少なくとも一つの有機物層は、前記ｐ型正孔注入層上に位置する正孔輸送層、前記正孔輸送層上に位置する発光層、または前記発光層上に位置する電子輸送層を備えることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子。
【請求項１０】
前記発光層は、ｎ型発光層またはｐ型発光層を備えることを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
【請求項１１】
前記ｐ型有機物層は、ｐ型正孔輸送層を備え、前記有機発光素子は、前記ｐ型正孔輸送層と前記負極との間に位置する少なくとも一つの有機物層をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
前記少なくとも一つ有機物層は、前記ｐ型正孔輸送層上に位置する発光層、または前記発光層上に位置する電子輸送層を備えることを特徴とする請求項１１に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
前記発光層は、ｎ型発光層またはｐ型発光層を備えることを特徴とする請求項１２に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
前記ｐ型有機物層は、ｐ型発光層を備え、前記有機発光素子は、前記ｐ型発光層と前記負極との間に位置する有機物層をさらに備え、前記有機物層は、電子輸送層を備えることを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１５】
前記正極の前記導電層及び前記負極のうち少なくとも一つは、透明物質を含むことを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１６】
前記正極の導電層と前記負極とは、同じ物質で形成されたことを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１７】
前記ｎ型有機物層は、約４ないし７ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位及び約１０−８ｃｍ２／Ｖｓないし１ｃｍ２／Ｖｓまたは約１０−６ｃｍ２／Ｖｓないし１０−２ｃｍ２／Ｖｓの電子移動度を有することを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１８】
前記ｎ型有機物層は、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡまたはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含むことを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１９】
請求項７に記載の前記正極、前記ｐ型有機物層及び前記負極をそれぞれ有する複数の反復単位を含み、
一つの反復単位の前記負極は、直列に連結された隣接した反復単位の前記正極に連結されたことを特徴とするスタック型有機発光素子。
【請求項２０】
導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える正極と、
負極と、
前記正極の導電層と前記負極との間に位置する電子ドナー層であって、ｐ型有機物層を備え、前記正極の前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成する電子ドナー層と、を備え、
前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、
前記正極のｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機太陽電池。
【請求項２１】
前記負極と前記電子ドナー層との間に位置する電子アクセプタ層をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の有機太陽電池。
【請求項２２】
前記正極の導電層と前記負極とは、同じ物質で形成されたことを特徴とする請求項２０に記載の有機太陽電池。
【請求項２３】
前記正極のｎ型有機物層は、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡまたはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含むことを特徴とする請求項２０に記載の有機太陽電池。
【請求項２４】
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に位置する絶縁層と、
前記絶縁層上に位置するｐ型有機物層と、
前記ソース電極または前記ドレイン電極と前記ｐ型有機物層との間に位置するｎ型有機物層であって、前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｎ型有機物層と、を備え、
前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ソース電極または前記ドレイン電極のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、
前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２５】
前記ｎ型有機物層は、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡ、またはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含むことを特徴とする請求項２０に記載の有機トランジスタ。
【請求項１】
正孔を注入または抽出する第１電極であって、導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える第１電極と、
電子を注入または抽出する第２電極と、
前記第１電極の導電層と前記第２電極との間に位置するｐ型有機物層であって、前記第１電極の前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｐ型有機物層と、を備え、
前記第１電極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記第１電極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、
前記第１電極のｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする電気素子。
【請求項２】
前記ｐ型有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項３】
前記ｐ型有機物層と前記第２電極との間に少なくとも一つの有機物層をさらに備え、
前記少なくとも一つの有機物層は、正孔輸送層、発光層または電子輸送層を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項４】
前記第１電極のｎ型有機物層は、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡ、またはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項５】
前記第１電極の前記導電層は、金属、金属酸化物または導電性ポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項６】
前記第１電極の導電層と前記第２電極とは、同じ物質で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
【請求項７】
導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える正極と、
負極と、
前記正極の導電層と前記負極との間に位置するｐ型有機物層であって、前記正極のｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｐ型有機物層と、を備え、
前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、
前記正極のｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項８】
前記ｐ型有機物層は、ｐ型正孔注入層を備え、前記有機発光素子は、前記ｐ型正孔注入層と前記負極との間に位置する少なくとも一つの有機物層をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項９】
前記少なくとも一つの有機物層は、前記ｐ型正孔注入層上に位置する正孔輸送層、前記正孔輸送層上に位置する発光層、または前記発光層上に位置する電子輸送層を備えることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子。
【請求項１０】
前記発光層は、ｎ型発光層またはｐ型発光層を備えることを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
【請求項１１】
前記ｐ型有機物層は、ｐ型正孔輸送層を備え、前記有機発光素子は、前記ｐ型正孔輸送層と前記負極との間に位置する少なくとも一つの有機物層をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１２】
前記少なくとも一つ有機物層は、前記ｐ型正孔輸送層上に位置する発光層、または前記発光層上に位置する電子輸送層を備えることを特徴とする請求項１１に記載の有機発光素子。
【請求項１３】
前記発光層は、ｎ型発光層またはｐ型発光層を備えることを特徴とする請求項１２に記載の有機発光素子。
【請求項１４】
前記ｐ型有機物層は、ｐ型発光層を備え、前記有機発光素子は、前記ｐ型発光層と前記負極との間に位置する有機物層をさらに備え、前記有機物層は、電子輸送層を備えることを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１５】
前記正極の前記導電層及び前記負極のうち少なくとも一つは、透明物質を含むことを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１６】
前記正極の導電層と前記負極とは、同じ物質で形成されたことを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１７】
前記ｎ型有機物層は、約４ないし７ｅＶのＬＵＭＯエネルギー準位及び約１０−８ｃｍ２／Ｖｓないし１ｃｍ２／Ｖｓまたは約１０−６ｃｍ２／Ｖｓないし１０−２ｃｍ２／Ｖｓの電子移動度を有することを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１８】
前記ｎ型有機物層は、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡまたはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含むことを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
【請求項１９】
請求項７に記載の前記正極、前記ｐ型有機物層及び前記負極をそれぞれ有する複数の反復単位を含み、
一つの反復単位の前記負極は、直列に連結された隣接した反復単位の前記正極に連結されたことを特徴とするスタック型有機発光素子。
【請求項２０】
導電層及び前記導電層上に位置するｎ型有機物層を備える正極と、
負極と、
前記正極の導電層と前記負極との間に位置する電子ドナー層であって、ｐ型有機物層を備え、前記正極の前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成する電子ドナー層と、を備え、
前記正極のｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記正極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、
前記正極のｎ型有機物層の前記ＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機太陽電池。
【請求項２１】
前記負極と前記電子ドナー層との間に位置する電子アクセプタ層をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の有機太陽電池。
【請求項２２】
前記正極の導電層と前記負極とは、同じ物質で形成されたことを特徴とする請求項２０に記載の有機太陽電池。
【請求項２３】
前記正極のｎ型有機物層は、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡまたはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含むことを特徴とする請求項２０に記載の有機太陽電池。
【請求項２４】
ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に位置する絶縁層と、
前記絶縁層上に位置するｐ型有機物層と、
前記ソース電極または前記ドレイン電極と前記ｐ型有機物層との間に位置するｎ型有機物層であって、前記ｎ型有機物層と前記ｐ型有機物層との間でＮＰ接合を形成するｎ型有機物層と、を備え、
前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ソース電極または前記ドレイン電極のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約２ｅＶ以下であり、
前記ｎ型有機物層のＬＵＭＯエネルギー準位と前記ｐ型有機物層のＨＯＭＯエネルギー準位とのエネルギー差が約１ｅＶ以下であることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２５】
前記ｎ型有機物層は、２,３,５,６−テトラフルオロ−７,７,８,８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、フッ素置換の３,４,９,１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）、シアノ置換のＰＴＣＤＡ、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）、フッ素置換のＮＴＣＤＡ、シアノ置換のＮＴＣＤＡ、またはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を含むことを特徴とする請求項２０に記載の有機トランジスタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１３４１５９（Ｐ２０１２−１３４１５９Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２２３４（Ｐ２０１２−１２２３４）
【出願日】平成２４年１月２４日（２０１２．１．２４）
【分割の表示】特願２００６−５４２５１１（Ｐ２００６−５４２５１１）の分割
【原出願日】平成１７年５月１１日（２００５．５．１１）
【出願人】（５００２３９８２３）エルジー・ケム・リミテッド (1,221)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月２４日（２０１２．１．２４）
【分割の表示】特願２００６−５４２５１１（Ｐ２００６−５４２５１１）の分割
【原出願日】平成１７年５月１１日（２００５．５．１１）
【出願人】（５００２３９８２３）エルジー・ケム・リミテッド (1,221)
【Ｆターム（参考）】
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