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JPH1074586A - エレクトロルミネセンスデバイスで用いられる二層電子注入電極 - Google Patents

エレクトロルミネセンスデバイスで用いられる二層電子注入電極

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JPH1074586A
JPH1074586A JP9195744A JP19574497A JPH1074586A JP H1074586 A JPH1074586 A JP H1074586A JP 9195744 A JP9195744 A JP 9195744A JP 19574497 A JP19574497 A JP 19574497A JP H1074586 A JPH1074586 A JP H1074586A
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layer
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organic
fluoride
electron injection
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ハン リャン−サン
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ダブリュ タン チン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エレクトロルミネセンスデバイス用の効率の
良い電子注入電極を提供する。 【解決手段】 陽極と、エレクトロルミネセンス層と、
陰極とからなるエレクトロルミネセンスデバイス。陰極
はエレクトロルミネセンス層に接触するフッ化物層と、
フッ化物層に接触する導電層とからなり、フッ化物層の
厚さは２層が電子注入接触として動作し、２層は大気の
腐食に対する安定性を提供するように選択される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連する出願の相互参照 Ｈｕｎｇ等により同時に出願された米国特許出願０８／
６８１７３４、”Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ−Ｅｌｃｔｒｏｄｅ ｆｏ
ｒ Ｕｓｅ ｉｎ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅ
ｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ”及びＨｕｎｇ等により同時
に出願された米国特許出願０８／６８１５６５、”Ｂｉ
ｌａｙｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｏｎ ａ Ｎ−ｔｙ
ｐｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”の開示を参考とし
て引用する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明はエレクトロルミネセ
ンス構造で用いられる有機ＬＥＤデバイスと共に用いら
れる特に効率的な二層電子注入電極に関する。
【０００３】
【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）又はエレクト
ロルミネセンス（ＥＬ）デバイスの製造に対する有機材
料の使用に大きな関心が集まっている。最良のデバイス
性能を達成するよう有機材料に電子を注入するために低
い仕事関数を有する材料を用いることが望ましい。しか
しながら低仕事関数を有する金属は大気による酸化を常
に被る。例えばＭｇは３．７ｅＶの仕事関数を有し、電
子インジェクタのよい候補である。ＭｇＡｇのようなそ
の合金は有機ＥＬ装置で一般に用いられているが、それ
らは腐食耐性に乏しい。２層陰極は電子移動有機層及び
薄いアルミニウム外側層の隣の薄いリチウム−アルミニ
ウム層と共に用いられてきた。しかしながらリチウムは
またよく知られているように湿気と反応して水酸化リチ
ウムを形成し、二酸化炭素と反応して炭酸リチウムを形
成する。
【０００４】表示器への応用に対して有機デバイスの配
列がドライバ電子素子及び画素スイッチング素子を含む
半導体基板上に含まれる能動アドレッシング表示パネル
を製造することが望ましい。Ｓｉのような半導体ウエー
ハが基板として用いられるときに基板を通した光放出は
基板が不透明なために阻止される。故にこれらの基板上
に製造される有機ＥＬパネルは表面放出、即ち放出が基
板から離れて方向付けられる必要がある。この構成はＥ
Ｌデバイスの上の電極が光透過性であり、下の電極が基
板と適合する必要がある。通常の光透過性電極はインジ
ウム錫酸化物（ＩＴＯ）及びＡｕの薄い金属層である。
これらの高い仕事関数の材料をホールインジェクタとし
て上に有することで低い仕事関数を有する金属は電子注
入をなす下の電極を形成する必要がある。しかしながら
半導体基板に隣接して低い仕事関数の材料はＳｉと高い
反応性を有するか又は早い拡散種として振る舞うかのい
ずれかであり、斯くして潜在的にデバイス性能に影響す
る。故に低仕事関数の材料以外の新たな材料がＳｉ基板
と適合する安定な電子注入電極を製造するために必要と
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はエレク
トロルミネセンスデバイス用の効率の良い電子注入電極
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的は陽極と、エレ
クトロルミネセンス層と、陰極とからなり、該陰極は２
層構造を有し： ａ） エレクトロルミネセンス層に接触するフッ化物層
と； ｂ） フッ化物層に接触する導電層とからなり、 ｃ） フッ化物層の厚さは２層が電子注入接触として動
作し、２層は大気の腐食に対する安定性を提供するよう
に選択されるエレクトロルミネセンスデバイスにより達
成される。
【０００７】特に本発明が有機エレクトロルミネセンス
デバイスで実施されるときにはそのデバイスは、基板
と、透明な導電性ホール注入陽極と、有機ＥＬ層と、有
機ＥＬ層と接触する電子注入電極とを有し、電子注入電
極は： ａ） 有機エレクトロルミネセンス層に接触するフッ化
物層と； ｂ） フッ化物層に接触する導電層とからなり、 ｃ） フッ化物層の厚さは２層が電子注入接触として動
作し、２層は大気の腐食に対する安定性を提供するよう
に選択される。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１を参照するに本発明によるＥ
Ｌデバイス１０は順に基板１１、ホール注入電極１３、
有機層構造１５、電子注入電極１７を有する。一番上の
電極はフッ化物層１７ａと導電性オーバーレイ層１７ｂ
を含む。基板１１はガラス基板である。それはベア又は
多結晶シリコンの層に覆われている。ある応用では基板
の一部分はＥＬデバイスに対して基板１１として用いら
れ、一方で多結晶シリコンコートされたウエーハの残り
はドライバ、スイッチ、又は他の電子デバイスを形成す
るために処理されうる。
【０００９】ホール注入電極１３はこの電極が正にバイ
アスされるときにホールを有機ＥＬ層に注入する。それ
は光がこの層及び基板を横切ることを許容するために光
学的に充分透明な導電性酸化物又は薄い金属層のいずれ
かである。適切な金属酸化物はインジウム錫酸化物、ア
ルミニウム又はインジウムをドープされた酸化亜鉛、酸
化錫、マグネシウム−インジウム酸化物、カドミウム−
錫酸化物を含む。適切な金属は金、銀、ニッケル、パラ
ジウム、プラチナを含む。望ましい金属酸化物及び金属
は蒸発、スパッタリング、レーザーアブレーション、化
学蒸着により堆積される。金属酸化物層に対して５０か
ら１０００ｎｍの範囲の厚さはホール注入器として有用
であり、好ましくは１００から５００ｎｍであり；金属
層に対して５から５０ｎｍの範囲の厚さが有用であり、
好ましくは１０から３０ｎｍである。
【００１０】有機層構造１５は光放出器として動作する
単層又は光放出及びキャリア閉じ込め（コンファインメ
ント）層を含む多層構造のいずれかを有する。例えば有
用な構造はジアミン層及びドープされない又はドープさ
れたＡｌｑ層を含む。光放出器用に用いられる他の適切
な材料はポリ（パラフェニレンビニレン）（ＰＰＶ）の
ような共役ポリマー；ＰＰＶコポリマー；誘導体；ポリ
（３−アルキルチオフェン）；ポリ（３−オクチルチオ
フェン）；ポリ（パラフェニレン）；ここで参考として
引用する米国特許第５２９４８６９及び５１５１６２９
号に開示されるような蛍光色素又は顔料又はそれらの重
合バインダ内での混合物を含む。有機層構造１５は熱蒸
発又は溶液からのスピンコーティングにより調整され
る。
【００１１】電子注入電極１７は電極が負にバイアスさ
れるとき電子を有機ＥＬに注入する。それは薄いフッ化
物層１７ａ及び厚い導電性オーバーレイ層１７ｂを含
む。本発明に記載された例１、２はフッ化物はアルカリ
フッ化物及びアルカリ土類フッ化物の群から選択され
る。導電性の外側の層は金属元素、合金、及び他の導電
性材料の群から選択される。
【００１２】図２を参照するに本発明のＥＬデバイス２
０は順に基板２１、電子注入電極２３、有機層構造２
５、ホール注入電極２７を有する。電子注入電極２３は
フッ化物層２３ａと導電層２３ｂを含む。基板２１はＳ
ｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＮ，ＧａＳｂ，Ｉｎ
Ａｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂまたはＡｌX Ｇａ1-X Ａｓから
なる群から選択された単結晶半導体基板であり、ここで
ｘは０から１である。基板２１はドープされた、軽度に
ドープされた、重度にドープされたもののいずれかであ
りうる。基板２１はベア又はＳｉ酸化物又はＳｉチッ化
物いずれかのような誘電材料の層で覆われる。ある応用
では半導体の一部分はエレクトロルミネセンスデバイス
２０用の基板２１として用いられ、他方で半導体ウエー
ハの残りはドライバ、スイッチ、又は他の電子装置を形
成するために処理されうる。
【００１３】電子注入電極２３の大気の酸化に対する良
好な安定性は基板２１と相互作用を示さないことと両立
する。２層は薄いフッ化物層２３ａと厚い導電層２３ｂ
とを含む。本発明で記載される例１、２はフッ化物がア
ルカリフッ化物及びアルカリ土類フッ化物の群から選択
されうることを示す。導電層は金属元素、金属合金、導
電性材料の群から選択されうる。
【００１４】本発明によればフッ化物層の厚さは０．３
から５．０ｎｍであり、好ましくは０．５から１．０ｎ
ｍである。厚さが０．３ｎｍ以下のときにはフッ化物層
は連続にならず、故にその有機ＥＬ層への電子注入効率
は減少する。厚さが５．０ｎｍ以上のときには２層を通
して有機層に印加された電流は減少する。有用な導電層
の厚さの範囲は１０から１０００ｎｍであり、好ましく
は５０から５００ｎｍである。電子注入電極２３は蒸
発、スパッタリング、レーザーアブレーション、化学蒸
着のような多くの従来技術の手段により堆積されうる。
【００１５】有機層構造２５は光放出器として動作する
単層又は光放出及びキャリア閉じ込め層を含む多層構造
のいずれかを有する。この層の組成は図１の有機層１５
に対して記載されるのと類似である。電子注入電極２７
は透明導電性酸化物又は薄い金属層のいずれかであり、
故に上面から光を放出することを許容する。適切な金属
酸化物はインジウム錫酸化物、アルミニウム又はインジ
ウムをドープされた酸化亜鉛、酸化錫、マグネシウム−
インジウム酸化物、カドミウム−錫酸化物を含む。材料
は効率的なホール注入を提供するためにまた高い、即ち
４．２ｅＶより大きな仕事関数を有さなければならな
い。適切な金属は金、銀、ニッケル、パラジウム、プラ
チナを含む。薄い金属層がホールインジェクタとして用
いられるときに透明なカプセル層が薄い金属及び有機Ｅ
Ｌ層を湿気から保護するために必要である。望ましい金
属酸化物及び金属は蒸発、、スパッタリング、レーザー
アブレーション、化学蒸着により堆積される。金属酸化
物層に対して５０から１０００ｎｍの範囲の厚さが有用
であり、好ましくは１００から５００ｎｍであり；金属
層に対して５から５０ｎｍの範囲の厚さが有用であり、
好ましくは１０から３０ｎｍである。
【００１６】
【実施例】以下の例は本発明の更なる理解のためのもの
である。例１ 本発明の要求を満足する有機ＥＬデバイスは以下のよう
な方法で製造される： ａ） インジウム錫酸化物を塗布された透明陽極は市販
の表面活性剤で超音波処理され、脱イオン化水ですすが
れ、トルエン蒸気で脱脂され、強い酸化剤に接触され
た。
【００１７】ｂ） １５ｎｍ厚さのＣｕＰｃ層は陽極上
に堆積された。 ｃ） ６０ｎｍ厚さのホール移動ＮＰＢ層はＣｕＰｃ層
上に堆積された。 ｄ） ７５ｎｍ厚さの電子移動Ａｌｑ層はＮＰＢ層上に
堆積された。 ｅ） ０．５ｎｍ厚さのフッ化リチウム層がＡｌｑ層上
に堆積された。 ｆ） １２０ｎｍ厚さのアルミニウム層がＬｉＦ層上に
堆積された。 全ての材料はタンタルのボートから熱蒸発により調製さ
れた。例２ 同じ材料及び処理過程がフッ化リチウム層がフッ化マグ
ネシウム層又はフッ化カルシウム層に置き換えられたこ
とを除き例１に記載されるように用いられた。 例３ 有機ＥＬデバイスは以下のような方法で製造される： ａ） インジウム錫酸化物を塗布された透明陽極は市販
の表面活性剤で超音波処理され、脱イオン化水ですすが
れ、トルエン蒸気で脱脂され、強い酸化剤に接触され
た。
【００１８】ｂ） １５ｎｍ厚さのＣｕＰｃ層は陽極上
に堆積された。 ｃ） ６０ｎｍ厚さのホール移動ＮＰＢ層はＣｕＰｃ層
上に堆積された。 ｄ） ７５ｎｍ厚さの電子移動Ａｌｑ層はＮＰＢ層上に
堆積された。 ｅ） １２０ｎｍ厚さのアルミニウム層がＡｌｑ層上に
堆積された。 全ての材料はタンタルのボートから熱蒸発により調製さ
れた。例４ 同じ材料及び処理過程がアルミニウム層が原子比がＭ
ｇ：Ａｇ＝９：１である２００ｎｍ厚さのＭｇＡｇ層に
置き換えられたことを除き例３に記載されるように用い
られた。
【００１９】全てのデバイスは電圧／電流及び電流／光
励起の特性を決定するために正の電位を陽極に印加さ
れ、陰極は接地されて測定され、結果は図３に要約され
ている。プロットで横軸は０．１ｍＷ／ｃｍ2 の光出力
を発生するための駆動電圧を示し、縦軸はエレクトロル
ミネセンス効率を示す。アルミニウム陽極を有するデバ
イスは０．１ｍＷ／ｃｍ2 の光出力を発生するために約
１２Ｖの駆動電圧を必要とし、これはＭｇＡｇ陽極を有
するデバイスのそれよりも実質的に高い。より高い駆動
電圧の発生はＥＬ効率を低下させる。差はＡｌの仕事関
数（４．３ｅＶ）がＭｇのそれ（３．７ｅＶ）より大き
いことによる。しかしながら驚くべきことにＡｌ陽極で
のデバイス性能はＡｌｑとＡｌとの間に一から二のＬｉ
Ｆ，ＭｇＦ２，又はＣａＦ２の単層が介装されることに
より劇的に改善される。例えば２層カソード（Ａｌ／Ｌ
ｉＦ）で駆動電圧は７．４Ｖに減少し、ＥＬ効率は０．
０２８ｍＷ／ｃｍ2 に増加する。結果はＭｇＡｇ陽極を
用いるよりも遥かによい。
【００２０】本発明はその好ましい実施例を特に参照し
て詳細に説明されてきたが、変更及び改良は本発明の精
神及び範囲内で有効である。
【００２１】
【発明の効果】Ｍｇ及びＡｇを共に蒸発させること（ｃ
ｏｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）と酸化リチウム及びアルミ
ニウムの順次の堆積の両方は基準陽極を形成するために
用いられた。ＭｇＡｇは酸化に敏感であり、直流電流の
相互作用による腐食耐性に劣る。リチウムは湿気や二酸
化炭素と反応して水酸化リチウム又は炭酸リチウムを形
成する。対照的にアルカリ及びアルカリ土類金属フッ化
物は非常に安定であり、ほとんどの物質との反応は熱力
学的に阻止される。
【００２２】フッ化リチウムは優れた絶縁物質である。
何故ならばそれは酸化物とフッ化物との間で１２ｅＶの
最大バンドギャップエネルギーを有するからである。し
かしながらフッ化リチウムは適切な金属層により裏打ち
された非常に薄い膜（数十オングストローム）の形態で
は効率的な電子インジェクタであることが本発明で開示
される。開示された陰極を有する光放出ダイオードは低
い動作電圧及び低い電流密度での高いデバイス効率を示
す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエレクトロルミネセンスデバイスの実
施例の概略図である。
【図２】本発明のエレクトロルミネセンスデバイスの代
替実施例の概略図である。
【図３】２層陰極を用いたデバイス特性を示す。
【符号の説明】
１０、２０ エレクトロルミネセンスデバイス １１、２１ 基板 １３、２７ ホール注入電極層 １５、２５ 有機層構造 １７、２３ 電子注入電極 １７ａ、２３ａ フッ化物層 １７ｂ 導電性オーバーレイ層 ２３ｂ 導電層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 陽極と、エレクトロルミネセンス層と、
    陰極とからなり、該陰極は２層構造を有するエレクトロ
    ルミネセンスデバイスであって、 ａ） エレクトロルミネセンス層に接触するフッ化物層
    と； ｂ） 該フッ化物層に接触する導電層とからなり、 ｃ） フッ化物層の厚さは２層が電子注入接触として動
    作し、２層は大気の腐食に対する安定性を提供するよう
    に選択されるエレクトロルミネセンスデバイス。
  2. 【請求項２】 順に、基板と、透明な導電性ホール注入
    陽極と、有機エレクトロルミネセンス層と、有機エレク
    トロルミネセンス層と接触する陰極とを有し、陰極は： ａ） 有機層に接触するフッ化物層と； ｂ） フッ化物層にわたる導電性オーバーコート層とか
    らなり、 ｃ） フッ化物層の厚さは２層が電子注入接触として動
    作し、２層は大気の腐食に対する安定性を提供するよう
    に選択されるエレクトロルミネセンスデバイス。
  3. 【請求項３】単結晶半導体基板と、 基板上の導電性層と０．３から５．０ｎｍの範囲の厚さ
    のオーバーレイフッ化物層とを含む２層電極と；有機エ
    レクトロルミネセンス層と；４．１ｅＶより大きい値の
    仕事関数を有するホール注入透明電極とからなるエレク
    トロルミネセンスデバイス。
JP19574497A 1996-07-29 1997-07-22 エレクトロルミネセンスデバイスで用いられる二層電子注入電極 Expired - Lifetime JP4138912B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US681680 1991-04-08
US08/681,680 US5776622A (en) 1996-07-29 1996-07-29 Bilayer eletron-injeting electrode for use in an electroluminescent device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1074586A true JPH1074586A (ja) 1998-03-17
JP4138912B2 JP4138912B2 (ja) 2008-08-27

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ID=24736299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19574497A Expired - Lifetime JP4138912B2 (ja) 1996-07-29 1997-07-22 エレクトロルミネセンスデバイスで用いられる二層電子注入電極

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5776622A (ja)
EP (1) EP0822603B2 (ja)
JP (1) JP4138912B2 (ja)
DE (1) DE69734131T2 (ja)

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