JP4842289B2 - Hole injection electrode and organic EL element using the electrode - Google Patents
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Description
本発明は、有機半導体に対してホール注入障壁を小さくした、低電圧でホール注入が可能
なホール注入電極及び該電極を用いた有機EL素子に関する。
The present invention relates to a hole injection electrode capable of hole injection at a low voltage with a small hole injection barrier with respect to an organic semiconductor, and an organic EL device using the electrode.
現在、有機半導体を用いた電子デバイス、特に有機EL素子の研究・開発が活発に行われ
ている。本来、有機半導体は電気伝導を担うキャリア(電子やホール)が内在しておらず、
電気伝導が非常に小さな電気絶縁体である。こうした電気絶縁体へ、電極を通じて電子や
ホールを注入することで、半導体としての特徴が現れる。有機薄膜トランジスタや有機E
L素子等において、電子を注入する電極を陰極、ホールを注入する電極を陽極と呼ぶ。
Currently, research and development of electronic devices using organic semiconductors, in particular organic EL elements, are being actively conducted. Originally, organic semiconductors do not have carriers (electrons and holes) responsible for electrical conduction,
An electrical insulator with very low electrical conduction. By injecting electrons or holes into such an electrical insulator through electrodes, the characteristics of a semiconductor appear. Organic thin film transistor and organic E
In an L element or the like, an electrode for injecting electrons is called a cathode, and an electrode for injecting holes is called an anode.
陰極から注入された電子は有機半導体中の最もエネルギーの低い空の軌道(最低空軌道:L
UMO)を占め、陽極から注入されたホールは、最もエネルギーの高い占有軌道(最高被占軌
道:HOMO)を占め、該電子及びホールはLUMOやHOMO上で、有機半導体材料中を移動する。
物質中で電子はエネルギーの低い準位から順次占められていき、エネルギーが最も大きな
占有準位はフェルミ準位と呼ばれる。
Electrons injected from the cathode are the lowest energy orbits in the organic semiconductor (lowest orbital: L
The holes injected from the anode occupy the highest energy occupied orbit (highest occupied orbit: HOMO), and the electrons and holes move in the organic semiconductor material on the LUMO and HOMO.
Electrons are sequentially occupied from the lowest energy level in the material, and the occupied level with the largest energy is called the Fermi level.
図10に示す有機半導体と電極のエネルギー準位の模式図から分かるように、有機半導体
に低電圧でホールを注入するためには、フェルミ準位は、HOMOと同等、又はそれより深い
ことが必要である。電子が固体から外部に離脱するエネルギー準位を「真空準位」と呼び
、「真空準位」と「フェルミ準位」とのエネルギー差を「仕事関数」と呼ぶ。実用素子に
使われるほとんどの有機半導体のHOMOは、真空準位から4.6〜6.0eV深いエネルギー位置に
あるため、実用素子の陽極材料は、4.6〜6.0eVと同等以上の仕事関数を有することが望ま
しい。
As can be seen from the schematic diagram of the energy levels of the organic semiconductor and electrode shown in FIG. 10, in order to inject holes into the organic semiconductor at a low voltage, the Fermi level needs to be equal to or deeper than HOMO. It is. The energy level at which electrons leave the solid is called “vacuum level”, and the energy difference between “vacuum level” and “Fermi level” is called “work function”. Most organic semiconductor HOMOs used in practical devices are at an energy position that is 4.6 to 6.0 eV deep from the vacuum level. Therefore, it is desirable that the anode material for practical devices has a work function equivalent to or better than 4.6 to 6.0 eV. .
有機半導体を用いた電子デバイスの中で実用化が最も進んでいる有機EL素子は、発光層
となる有機半導体を陰極と陽極で挟んだ構造(陰極/発光層/陽極)を有している。実用デ
バイスでは、キャリアの注入効率を上げるために、陽極と発光層の間にホール注入層(例
えば、CuPc;銅フタロシアニン)及びホール輸送層(例えば、TPD;トリフェニルジアミ
ン誘導体)を挟んだ構造とするか、陰極と発光層の間に電子注入層及び電子輸送層を挟ん
だ構造(陰極/電子注入層/電子輸送層/発光層/ホール輸送層/ホール注入層/陽極)
とすることが多い。
An organic EL element that is most practically used among electronic devices using an organic semiconductor has a structure (cathode / light-emitting layer / anode) in which an organic semiconductor to be a light-emitting layer is sandwiched between a cathode and an anode. In practical devices, a structure in which a hole injection layer (for example, CuPc; copper phthalocyanine) and a hole transport layer (for example, TPD: triphenyldiamine derivative) are sandwiched between the anode and the light emitting layer in order to increase carrier injection efficiency. Or a structure in which an electron injection layer and an electron transport layer are sandwiched between a cathode and a light emitting layer (cathode / electron injection layer / electron transport layer / light emitting layer / hole transport layer / hole injection layer / anode).
And often.
有機EL素子において、2層以上の発光層を有し、それらの間に中間電極層を介在させた
構造も知られている(特許文献1)。ホール輸送層は、発光層への正孔注入を容易にし、
正孔を正孔注入電極から安定して輸送し、電子を遮断する層であるが、無機ホール輸送層
として、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタル、ニオブ、モリブデ
ン、及びタングステンなどの遷移金属、及びスズなどの非遷移金属のジカルコゲン化物ま
たはモノカルコゲン化物を用いることが知られている(特許文献2)。
An organic EL element has a structure in which two or more light emitting layers are provided and an intermediate electrode layer is interposed therebetween (Patent Document 1). The hole transport layer facilitates hole injection into the light emitting layer,
It is a layer that stably transports holes from the hole injection electrode and blocks electrons, but as an inorganic hole transport layer, transition metals such as titanium, zirconium, hafnium, vanadium, tantalum, niobium, molybdenum, and tungsten, It is known to use dichalcogenides or monochalcogenides of non-transition metals such as tin (Patent Document 2).
有機EL素子においては光を外部に取り出す必要があるため、発光層を挟んでいる陽極と
陰極の内少なくとも一方は可視光に対して透明である必要がある。素子構造は、光を取り
出す面が素子表面であるか、又は基板面であるかにより、図8に示す「トップエミッショ
ン型構造」と、図9に示す「ボトムエミッション型構造」とに分けられる。
In the organic EL element, since it is necessary to extract light to the outside, at least one of the anode and the cathode sandwiching the light emitting layer needs to be transparent to visible light. The element structure is divided into a “top emission type structure” shown in FIG. 8 and a “bottom emission type structure” shown in FIG. 9 depending on whether the light extraction surface is the element surface or the substrate surface.
ホール注入電極(陽極)材としては、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白
金等の、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、導電性化合物、ヨウ化銅等のハロゲン化金
属、カーボンブラック等が用いられるが、いずれの構造でも、実用素子としては、酸化イ
ンジウムに錫を添加したIn2O3:Sn (ITO)が用いられている。ITOは可視域での高い透過率
と103S/cmを超える高い電気伝導性を有しているためである。また、ITOの仕事関数は約4.
4〜4.7 eV(非特許文献1)であり、さらに酸素プラズマやUVオゾンを用いた表面酸化処
理を施すことにより、仕事関数を4.8〜 5.3 eVに増加させることができる。
Hole injection electrode (anode) materials such as aluminum, gold, silver, nickel, palladium, platinum, etc., high work function (4 eV or more) metals, conductive compounds, halogenated metals such as copper iodide, carbon black, etc. In any structure, In 2 O 3 : Sn (ITO) in which tin is added to indium oxide is used as a practical element. This is because ITO has high transmittance in the visible region and high electrical conductivity exceeding 10 3 S / cm. ITO's work function is about 4.
The work function can be increased to 4.8 to 5.3 eV by performing surface oxidation treatment using oxygen plasma or UV ozone.
しかしながら、ITOは電子伝導性(n型)半導体であるために、該表面酸化処理を施すとIT
O最表面のキャリア(電子)濃度が減少し、電気抵抗が増加し、陽極とホール注入層間の接
触抵抗が増加してしまう。
However, since ITO is an electron-conducting (n-type) semiconductor, if this surface oxidation treatment is performed, IT
The carrier (electron) concentration on the O outermost surface decreases, the electrical resistance increases, and the contact resistance between the anode and the hole injection layer increases.
また、ITOの表面層には凹凸があり有機半導体との界面の接触抵抗が大きいので、
ITO電極と有機半導体の界面に光透過性を損なわないように1〜3nmの厚さの金、ニッ
ケル、マンガン、イリジウム、モリブデン、パラジウム、白金等の金属やMoO3,V2O5,NiO
等のp型伝導性金属酸化物の極薄膜を挿入したり(特許文献3)、層厚 3〜100nm
程度の有機高分子を塗布したり(特許文献4)することにより接触抵抗を低減しホール注
入効率を高めることが行われている。こうした陽極と有機半導体の界面の接触抵抗を小さ
くしホール注入効率を高める極薄膜を「陽極バッファ層」と呼ぶ。
Also, since the ITO surface layer has irregularities and the contact resistance at the interface with the organic semiconductor is large,
Metals such as gold, nickel, manganese, iridium, molybdenum, palladium, and platinum, and MoO 3 , V 2 O 5 , NiO with a thickness of 1 to 3 nm so as not to impair the light transmittance at the interface between the ITO electrode and the organic semiconductor
Or insert a p-type conductive metal oxide ultrathin film (Patent Document 3), or a layer thickness of 3 to 100 nm
By applying a certain degree of organic polymer (Patent Document 4), the contact resistance is reduced and the hole injection efficiency is increased. Such an ultrathin film that reduces the contact resistance at the interface between the anode and the organic semiconductor and increases the hole injection efficiency is called an “anode buffer layer”.
一方、ホール注入電極としてp型縮退半導体を用いれば、表面処理を施しても、ホール濃
度が減少することはないと考えられるので、接触抵抗の増加を避けることができると期待
される。本発明者らは、p型半導体であるLaCuOSeでホール輸送層であるNPBに対して0.
3eVの低ホール注入障壁を実現できることを報告した(非特許文献2)。
On the other hand, if a p-type degenerate semiconductor is used as the hole injection electrode, it is considered that the hole concentration does not decrease even if the surface treatment is performed, and therefore it is expected that an increase in contact resistance can be avoided. The present inventors have compared the NPB that is a hole transport layer with LaCuOSe, which is a p-type semiconductor, to a ratio of 0.2.
It was reported that a low hole injection barrier of 3 eV can be realized (Non-patent Document 2).
「ボトムエミッション型構造」有機EL素子では、基板上に透明陽極ITOを製膜し、その
上に有機素子を作製する。該構造では、基板上に作製する有機EL素子駆動用薄膜トラン
ジスタが不透明であるため、光を取り出せる面積が制約される問題点があった。
In the “bottom emission type structure” organic EL element, a transparent anode ITO is formed on a substrate, and an organic element is formed thereon. In this structure, since the organic EL element driving thin film transistor formed on the substrate is opaque, there is a problem that an area where light can be extracted is limited.
これを解決するため、光を基板と逆側の面(正面)から取り出す「トップエミッション型構
造」を有する有機EL素子が開発された。該構造の有機EL素子においては、発光面を素
子正面とすることで駆動回路の影響を排除できるが、光を効率よく、外部に取り出すため
に、正面に透明陰極を用いる必要がある。透明陰極には、一般的には、ITOを用いる。
In order to solve this problem, an organic EL element having a “top emission structure” in which light is extracted from a surface (front surface) opposite to the substrate has been developed. In the organic EL device having such a structure, the influence of the drive circuit can be eliminated by setting the light emitting surface to the front surface of the device, but it is necessary to use a transparent cathode on the front surface in order to efficiently extract light to the outside. Generally, ITO is used for the transparent cathode.
トップエミッション型構造で基板側に陽極を形成する場合は、陽極として使用される物質
は高い反射率を有していなければならないので、Al,Agまたはこれらの合金が用いられる
(特許文献5、6)。陽極に、Ag,Alのような光反射性電極を用いると発光効率の向上が
期待できるが、AgやAlから直接に有機層13にホールを注入することは困難であって、有
機EL素子の動作電圧上昇を引き起こす。
When the anode is formed on the substrate side in the top emission type structure, since the material used as the anode must have a high reflectance, Al, Ag, or an alloy thereof is used (Patent Documents 5 and 6). ). If a light reflective electrode such as Ag or Al is used for the anode, the light emission efficiency can be expected to be improved, but it is difficult to inject holes directly into the organic layer 13 from Ag or Al. Causes an increase in operating voltage.
トップエミッション型構造の別の方式として、陰極を基板面に作製し、ITO等の半導体材
料を用いた透明陽極を正面電極として用いることもできる。しかし、ITOを陽極として正
面電極として用いた場合には、ITO陽極/有機半導体界面の酸化処理が原理的に不可能な
ために、該界面におけるホール注入障壁が高くなり、ホール注入効率が低下する。
As another method of the top emission type structure, a cathode can be produced on a substrate surface, and a transparent anode using a semiconductor material such as ITO can be used as a front electrode. However, when ITO is used as the front electrode as the anode, the ITO anode / organic semiconductor interface cannot be oxidized in principle, so that the hole injection barrier at the interface increases and the hole injection efficiency decreases. .
また、正面電極としてITOを用いる場合、良好なITO膜を得るには、基板温度を200℃以
上にすることが好ましい。しかし、有機EL素子は、有機物で構成されており、200℃
では、層構造の変化等により、素子が劣化したり、300℃を超えると、揮発しやすい成
分が蒸発し、化合物が分解したりする等の損傷を与える。そのため、正面電極としてITO
膜を有機半導体層上に製膜するのは困難である。有機半導体層に加熱による損傷を与えず
に正面電極を製膜するためには、低温(室温から300℃程度、好ましくは室温から200
℃未満の範囲)で製膜できることが必要不可欠である。
When ITO is used as the front electrode, the substrate temperature is preferably set to 200 ° C. or higher in order to obtain a good ITO film. However, the organic EL element is composed of an organic substance and is 200 ° C.
Then, due to a change in the layer structure or the like, the element deteriorates, and when the temperature exceeds 300 ° C., a component that easily volatilizes evaporates and the compound decomposes. Therefore, ITO as a front electrode
It is difficult to form a film on the organic semiconductor layer. In order to form the front electrode without damaging the organic semiconductor layer by heating, the temperature is low (from room temperature to about 300 ° C., preferably from room temperature to 200 ° C.
It is indispensable that the film can be formed within a range of less than ° C.
ホール注入電極として、有機半導体層上に製膜可能であり、製膜後に表面酸化処理を施さ
なくても有機半導体層との間に良好な界面を形成し、かつ、低電圧でホール注入ができる
電極材料が求められている。本発明では、低電圧でホール注入可能な、仕事関数の大きな
電極材料の提供を目的とし、さらに、有機半導体層上に製膜する場合に、室温〜300℃
以下で製膜可能な電極材料の提供を目的とする。さらには、トップエミッション型構造の
有機EL素子の正面電極として特に適する材料の提供を課題とする。
As a hole injection electrode, a film can be formed on an organic semiconductor layer, and a good interface can be formed with the organic semiconductor layer without performing surface oxidation after film formation, and hole injection can be performed at a low voltage. There is a need for electrode materials. In the present invention, an object is to provide an electrode material having a large work function capable of hole injection at a low voltage.
It aims at providing the electrode material which can be formed into the following film. Furthermore, it is an object to provide a material particularly suitable as a front electrode of an organic EL element having a top emission type structure.
本発明者は、有機半導体素子のホール注入電極材料として、式Cu2-xCh(ただし、Chは、S
,Se,又はTeのカルコゲン元素のうち少なくとも1種、0<x<0.5)で示される組成を有し、
4.6eV以上の仕事関数を有する銅カルコゲン化物からなるp型縮退半導体を用いることによ
り上記の課題が解決できることを見出した。このホール注入電極材料は、電極本体はもち
ろん、ホール注入作用を有する中間電極層の材料、陽極バッファ層の材料としても好適で
ある。
The inventor has used the formula Cu 2-x Ch (where Ch is S
, Se, or Te chalcogen element, at least one, having a composition represented by 0 <x <0.5),
It has been found that the above problem can be solved by using a p-type degenerate semiconductor made of a copper chalcogenide having a work function of 4.6 eV or more. This hole injection electrode material is suitable not only as an electrode body but also as a material for an intermediate electrode layer having a hole injection function and a material for an anode buffer layer.
具体的には、本発明者は、室温から300℃程度の低温で製膜された式Cu2-xChで示される組
成を有する銅カルコゲン化物薄膜がp型半導体であり、102S/cm超の高い電気伝導性を示し
、4.6〜5.0 eV程度と大きな仕事関数を有することを見出した。
Specifically, the present inventors have found that a copper chalcogenide thin film having a composition represented by the formula Cu 2-x Ch formed at a low temperature of room temperature to about 300 ° C. is a p-type semiconductor, and 10 2 S / cm It has been found that it exhibits super high electrical conductivity and has a large work function of about 4.6 to 5.0 eV.
さらに、該カルコゲン化物薄膜は、酸素プラズマ処理等の表面酸化処理により、仕事関数
を6.0〜7.0 eVまで大きくでき、ホール注入電圧を低下させることができる。この酸化処
理はホール輸送特性に影響を及ぼさず、酸化処理後も高いホール輸送特性が維持される。
したがって、基板側にホール注入電極層としてこのp型半導体層を製膜し、表面酸化処理
し、表面酸化処理を施したこのp型半導体層上に有機半導体を製膜することにより、さら
なる低ホール注入障壁を有する界面が形成でき、有機半導体へ低電圧でホールを注入でき
る。
Furthermore, the chalcogenide thin film can have a work function increased from 6.0 to 7.0 eV by surface oxidation treatment such as oxygen plasma treatment, and the hole injection voltage can be lowered. This oxidation treatment does not affect the hole transport properties, and high hole transport properties are maintained after the oxidation treatment.
Therefore, by forming this p-type semiconductor layer as a hole injection electrode layer on the substrate side, surface oxidizing treatment, and forming an organic semiconductor on this p-type semiconductor layer subjected to surface oxidation treatment, further lower hole An interface having an injection barrier can be formed, and holes can be injected into the organic semiconductor at a low voltage.
すなわち、本発明は、(1)式Cu2-xCh(ChはS、Se、Teのカルコゲン元素のうち少なくと
も1種、xは1価の銅の欠損量を示し、0.2〜0.4)で示される組成を有し、仕事関
数が4.6eV以上で、p型縮退電気伝導性を示す半導体化合物層を電極としたことを特徴と
する有機半導体へのホール注入電極、である。
また、本発明は、(2)式Cu2-xCh(ChはS、Se、Teのカルコゲン元素のうち少なくとも1
種、xは1価の銅の欠損量を示し、0.2〜0.4)で示される組成を有し、仕事関数が
4.6eV以上で、p型縮退電気伝導性を示す半導体化合物層が陽極バッファ層として積層さ
れていることを特徴とする有機半導体へのホール注入電極、である。
That is, the present invention relates to the formula (1) Cu 2 -x Ch (Ch is at least one of chalcogen elements of S, Se, Te), x indicates the amount of monovalent copper deficiency, 0.2-0. 4 ) A hole injection electrode for an organic semiconductor, characterized in that a semiconductor compound layer having a composition represented by 4 ) and having a work function of 4.6 eV or more and exhibiting p-type degenerate electrical conductivity is used as an electrode.
In addition, the present invention provides at least one of the chalcogen elements of formula (2): Cu 2-x Ch (Ch is S, Se, Te)
Species, x represents a deficiency of monovalent copper , has a composition represented by 0.2 to 0.4 ), and has a work function of
A hole injection electrode into an organic semiconductor, wherein a semiconductor compound layer having a p-type degenerate electrical conductivity at 4.6 eV or more is laminated as an anode buffer layer.
また、本発明は、(3)前記半導体化合物層は、室温で製膜されたものであることを特徴
とする上記(1)又は(2)に記載されるホール注入電極、である。
また、本発明は、(4)前記半導体化合物層は、その表面を酸素プラズマ処理し、仕事関
数を6.0 以上としたものであることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載される電極
、である。
The present invention is also (3) the hole injection electrode described in (1) or (2) above, wherein the semiconductor compound layer is formed at room temperature.
In addition, the present invention provides (4) the semiconductor compound layer described above in (1) or (2), wherein the surface of the semiconductor compound layer is subjected to oxygen plasma treatment to have a work function of 6.0 or more. Electrodes.
また、本発明は、(5)上記(1)〜(4)のいずれかに記載されるホール注入電極を用
いた有機EL素子、である。
また、本発明は、(6)上記(1)〜(4)のいずれかに記載されるホール注入電極を用
い、陰極として[Ca24Al28O64]4+(e-)4エレクトライドを用いたことを特徴とするトップエ
ミッション型有機EL素子、である。
Moreover, this invention is (5) the organic EL element using the hole injection electrode as described in any one of said (1)-(4).
The present invention also provides (6) using the hole injection electrode described in any of (1) to (4) above, and using [Ca 24 Al 28 O 64 ] 4+ (e − ) 4 electride as a cathode. It is a top emission type organic EL element characterized by being used.
本発明は、有機半導体からなる電子デバイスの有機素子へ低電圧でホールを注入すること
ができ、低電圧駆動の有機半導体素子の実現を可能とする材料を提供する。さらに、本発
明は、有機EL素子の室温製膜可能なホール注入電極、特に、トップエミッション型構造
の有機EL素子の正面電極として適するホール注入電極として好適な材料を提供する。ま
た、陽極本体の材料のみならず、ホール注入効率を高める中間電極、陽極バッファ層とし
ても好適な材料を提供する。
The present invention provides a material capable of injecting holes at a low voltage into an organic element of an electronic device made of an organic semiconductor, and realizing a low-voltage driven organic semiconductor element. Further, the present invention provides a material suitable as a hole injection electrode capable of forming an organic EL element at room temperature, particularly as a hole injection electrode suitable as a front electrode of an organic EL element having a top emission type structure. Further, not only the material of the anode body, but also a material suitable as an intermediate electrode and an anode buffer layer that increase the hole injection efficiency is provided.
本発明の有機半導体へのホール注入電極の材料は、式Cu2-xCh(Chは、S、Se、Teのカルコ
ゲン元素のうち少なくとも1種、0<x<0.5)で示される組成を有する。銅カルコゲ
ン化物として、硫化銅(I) (Cu2S)、硫化銅(II) (CuS) 、セレン化銅(I) (Cu2Se)、セレン
化銅(II) (CuSe) 、テルル化銅(I) (Cu2Te)、テルル化銅(II) (CuTe)が挙げられる。すな
わち、銅カルコゲン化物は、銅が1価と2価の場合があるが、式Cu2-xCh のxは1価の銅
の欠損量を示している。Cu2-xCh中のホール濃度はxの増加とともに増加するが、xが0
.5以上になるとCuの価数が2価になり移動度の低下が顕著となる。xが0の場合、すな
わちCu2Chの場合は、ホール濃度が少なく、電気伝導度が小さくなる。xのより好ましい
範囲は0.2〜0.4である。セレン化銅又はテルル化銅は、同等な、硫化銅より大きな
Cu+イオン導電性を示す。Cu2-xChの組成は、硫化銅、セレン化銅、テルル化銅から選ばれ
る複数種のカルコゲン化銅の混合物又はその固溶体とし、所望の特性を得るようにしても
よい。
The material of the hole injection electrode to the organic semiconductor of the present invention is a composition represented by the formula Cu 2-x Ch (Ch is at least one of chalcogen elements of S, Se, Te, 0 <x <0.5). Have Copper chalcogenides include copper sulfide (I) (Cu 2 S), copper sulfide (II) (CuS), copper selenide (I) (Cu 2 Se), copper selenide (II) (CuSe), copper telluride (I) (Cu 2 Te), copper telluride (II) (CuTe). That is, the copper chalcogenide may be monovalent or divalent in copper, but x in the formula Cu 2-x Ch indicates the amount of monovalent copper deficiency. The hole concentration in Cu 2-x Ch increases with increasing x, but x is 0
. When it is 5 or more, the valence of Cu becomes divalent, and the decrease in mobility becomes remarkable. When x is 0, that is, Cu 2 Ch, the hole concentration is small and the electric conductivity is small. A more preferable range of x is 0.2 to 0.4. Copper selenide or telluride is larger than equivalent copper sulfide
Cu + ion conductivity. The composition of Cu 2-x Ch may be a mixture of a plurality of types of chalcogenide copper selected from copper sulfide, copper selenide, and copper telluride, or a solid solution thereof to obtain desired characteristics.
有機EL素子において、陽極、陽極バッファ ー層、陰極、陰極バッファ ー層、及び基板
の材質は図8に示すトップエミッション方式と図9に示すボトムエミッション方式とのど
ちらの素子であるかにより異なる。本発明において、有機半導体素子及び陰極の構造、材
料等については、通常採用されるものでよい。図8に示すように、トップエミッション方
式の有機EL素子は、絶縁性基板11と、陽極12と、光透過性電極からなる陰極14と
、陽極12と陰極14との間に、陽極12側から正孔輸送層及び発光層の順で積層された
発光層を含む有機層(積層体)13が設けられている。また、陽極12と正孔輸送層との
間に、陽極バッファ 層が設けられる場合もある。さらに、2層以上の発光層を有し、そ
れらの間に中間電極層を介在させる場合もある。
In the organic EL element, the materials of the anode, the anode buffer layer, the cathode, the cathode buffer layer, and the substrate differ depending on which element is the top emission method shown in FIG. 8 or the bottom emission method shown in FIG. In the present invention, the structures and materials of the organic semiconductor element and the cathode may be those usually employed. As shown in FIG. 8, the top emission type organic EL element includes an insulating substrate 11, an anode 12, a cathode 14 made of a light transmissive electrode, and an anode 12 and a cathode 14 between the anode 12 and the anode 12. An organic layer (laminated body) 13 including a light emitting layer laminated in order of a hole transport layer and a light emitting layer is provided. Further, an anode buffer layer may be provided between the anode 12 and the hole transport layer. Further, there are cases where two or more light emitting layers are provided and an intermediate electrode layer is interposed between them.
陽極12は、正孔輸送層に正孔を注入する電極である。陽極12の材料としては、仕事関
数が大きく、導電性に優れ、また透光性を有する必要がある。本発明のホール注入電極に
用いられる式Cu2-xCh(ただし、Chは、S,Se,又はTeのカルコゲン元素のうち少なくとも1
種、0<x<0.5)で示される組成を有する銅カルコゲン化物は、p型半導体であり、102S/c
m超の高い電気伝導性を示し、4.6〜5.0 eV程度と大きな仕事関数を有する。得られた薄膜
のキャリア(ホール)濃度の温度依存性は少なく、電気伝導度が温度に依存しない縮退伝導
を示す。また、価電子帯の光電子分光スペクトルでも価電子帯上端部にフェルミ端が観察
されたことから縮退半導体であることが分かる。「ボトムエミッション型構造」又は「ト
ップエミッション型構造」の有機EL素子のいずれにおいても、このp型半導体と有機半
導体の密着性の優れた接合を低温の製膜により作製することにより該有機半導体へ低電圧
でホール注入が可能となる。
The anode 12 is an electrode that injects holes into the hole transport layer. The material of the anode 12 needs to have a large work function, excellent conductivity, and translucency. Formula Cu 2-x Ch used for the hole injection electrode of the present invention (where Ch is at least one of the chalcogen elements of S, Se, or Te)
A copper chalcogenide having a composition represented by a species, 0 <x <0.5) is a p-type semiconductor, 10 2 S / c
It exhibits high electrical conductivity exceeding m and has a large work function of about 4.6 to 5.0 eV. The obtained thin film has little temperature dependence of the carrier (hole) concentration, and the electric conductivity exhibits degenerate conduction independent of temperature. In addition, in the photoelectron spectrum of the valence band, a Fermi edge is observed at the upper end of the valence band, which indicates that the semiconductor is a degenerate semiconductor. In both the “bottom emission type structure” and the “top emission type structure” organic EL elements, a junction having excellent adhesion between the p-type semiconductor and the organic semiconductor is formed by low-temperature film formation. Hole injection is possible at a low voltage.
陽極12の平均厚さは、特に限定されないが、2〜200nm程度であるのが好ましい。
陽極12の厚さが薄すぎると、陽極としての機能が充分に発揮されなくなるおそれがあり
、一方、厚過ぎると、光の透過率が低下する。有機薄膜トランジスタ等の電子デバイスの
ホール注入電極として用いる場合は、80〜120nmが好ましく、有機EL素子のホー
ル注入電極として用いる場合は、2〜20nm程度が好ましく、3〜6nmがより好まし
い。
The average thickness of the anode 12 is not particularly limited, but is preferably about 2 to 200 nm.
If the thickness of the anode 12 is too thin, the function as the anode may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if it is too thick, the light transmittance decreases. When used as a hole injection electrode of an electronic device such as an organic thin film transistor, the thickness is preferably 80 to 120 nm. When used as a hole injection electrode of an organic EL element, the thickness is preferably about 2 to 20 nm, and more preferably 3 to 6 nm.
陽極はスパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、プラズマCVD法、及び塗布
法によって形成されることが多く、中でもスパッタリング法や塗布法は一度に大面積の製
膜が形成可能であるため、比較的良く用いられる。
The anode is often formed by sputtering, vacuum vapor deposition, electron beam vapor deposition, plasma CVD, and coating, among which sputtering and coating methods can form a large area film at once, It is used relatively well.
本発明のホール注入電極を気相法で製膜する例を以下に説明する。式Cu2-xCh(ただし、C
hは、S,Se,又はTeのカルコゲン元素のうち少なくとも1種、0<x<0.5)で示される組成を
有する銅カルコゲン化物の薄膜は、該化合物をターゲットとした気相法で、基板を特に加
熱しない条件(室温基板)により作製できる。例えば、ターゲットの組成を変えることで
xの値をコントロールすることができる。Cu2-xCh薄膜はCu2Ch多結晶体をターゲットとし
た気相法で、基板温度は300℃以下、好ましくは200℃未満であればよいが、製法の
簡便性から、より好ましくは、特に加熱をせず、室温にて作製する。気相製膜法としては
、レーザー堆積法(PLD法)が簡便であり、優れているが、蒸着法やスパッタ法が量産的に
は優れている。
An example of forming the hole injection electrode of the present invention by a vapor phase method will be described below. Formula Cu 2-x Ch (where C
h is a copper chalcogenide thin film having a composition represented by at least one of chalcogen elements of S, Se, or Te, and 0 <x <0.5), by a vapor phase method using the compound as a target. In particular, it can be produced under conditions that do not heat (room temperature substrate). For example, the value of x can be controlled by changing the composition of the target. The Cu 2-x Ch thin film is a vapor phase method using Cu 2 Ch polycrystal as a target, and the substrate temperature is 300 ° C. or less, preferably less than 200 ° C., but from the simplicity of the production method, more preferably, It is produced at room temperature without heating. As a vapor deposition method, a laser deposition method (PLD method) is simple and excellent, but a vapor deposition method and a sputtering method are excellent in mass production.
図9に示すボトムエミッション方式において、ホール注入電極として製膜したCu2-xCh薄
膜上に有機半導体素子を作製する場合、該薄膜は基板上に室温で製膜できるので、基板に
は、単結晶基板、ガラス基板、プラスチック基板、有機フイルム基板を用いることができ
る。得られた該薄膜のホール濃度は1020 cm-3超であり、伝導キャリアはホール(p型)で
あり、電気抵抗は温度にほとんど依存しない縮退電気伝導を示す。
In the bottom emission method shown in FIG. 9, when an organic semiconductor element is formed on a Cu 2-x Ch thin film formed as a hole injection electrode, the thin film can be formed on a substrate at room temperature. A crystal substrate, a glass substrate, a plastic substrate, or an organic film substrate can be used. The obtained thin film has a hole concentration of more than 10 20 cm −3 , conductive carriers are holes (p-type), and electric resistance exhibits degenerate electric conduction almost independent of temperature.
Cu2-xCh薄膜の表面に酸素プラズマを照射することで該薄膜表面は酸化処理され、Cuの状
態は+1価から+2価になる。酸化処理後の該薄膜表面は主にCu2+、O2-、及びCh2-で構
成されており、その仕事関数は6eV程度である。したがって、表面酸化処理したCu2-xCh薄
膜上に有機半導体層を製膜することが好ましい。表面を酸化するのであれば、表面酸化処
理法は、酸素プラズマ照射方法に限られるものではない。
By irradiating the surface of the Cu 2-x Ch thin film with oxygen plasma, the surface of the thin film is oxidized, and the state of Cu is changed from +1 to +2. The surface of the thin film after the oxidation treatment is mainly composed of Cu 2+ , O 2− , and Ch 2− , and its work function is about 6 eV. Therefore, it is preferable to form a film of an organic semiconductor layer on a surface oxidation-treated Cu 2-x Ch thin film. As long as the surface is oxidized, the surface oxidation treatment method is not limited to the oxygen plasma irradiation method.
前記半導体化合物層を陽極バッファ層としてITO等従来から用いられている陽極本体に積
層する場合も上記と同様な条件で成膜すればよい。また、同様に酸素プラズマの照射等で
表面酸化処理をすることができる。陽極バッファ層に使用する材料は、陽極本体とのコン
タクトが良く均一な表面平坦な薄膜を形成できることが望ましいとされる。
When the semiconductor compound layer is laminated on a conventionally used anode body such as ITO as an anode buffer layer, it may be formed under the same conditions as described above. Similarly, surface oxidation treatment can be performed by oxygen plasma irradiation or the like. It is desirable that the material used for the anode buffer layer be capable of forming a thin film with a uniform surface and good contact with the anode body.
Cu2-xChは、表面荒さが約0.5nm程度と表面平坦で均一な薄膜作成が可能であり、更
に仕事関数が大きく、陽極からのホール注入が容易なこと、ホール移動度が大きいことで
、バッファ層として適している。従来の陽極バッファ層の層厚は通常3〜100nmであ
り、好ましくは10〜50nmであるとされるが、Cu2-xChの場合は、1〜10nmであ
り、好ましくは、3〜6nmとする。厚すぎると光が吸収されるので好ましくない。本発
明のホール注入電極を中間電極層として用いる場合も陽極バッファ層と同様に製膜すれば
よい。
Cu 2-x Ch has a surface roughness of about 0.5 nm and can be used to create a flat and uniform thin film. It also has a large work function, easy hole injection from the anode, and high hole mobility. Therefore, it is suitable as a buffer layer. The layer thickness of the conventional anode buffer layer is usually 3 to 100 nm, preferably 10 to 50 nm. In the case of Cu 2-x Ch, it is 1 to 10 nm, preferably 3 to 6 nm. To do. If it is too thick, light is absorbed, which is not preferable. When the hole injection electrode of the present invention is used as an intermediate electrode layer, it may be formed in the same manner as the anode buffer layer.
トップエミッション型構造で、基板側に陰極を成膜し、Cu2-xChを正面電極として用いる
場合、有機半導体層上にCu2-xChの直接室温製膜を行うことができる。この場合、基板上
に製膜する陰極材料としては、通常用いられる陰極材料でもよいが、本発明者らが先に見
いだした仕事関数が約2.4eVの[ Ca24Al28O64]4+(e-)4エレクトライド(「C12A7:e-
」と略記する)が好ましい。
In the case of a top emission type structure in which a cathode is formed on the substrate side and Cu 2-x Ch is used as a front electrode, Cu 2-x Ch can be directly deposited on the organic semiconductor layer at room temperature. In this case, the cathode material to be formed on the substrate may be a commonly used cathode material, but [Ca 24 Al 28 O 64 ] 4+ having a work function of about 2.4 eV, which the present inventors previously found. (e -) 4-elect ride ( "C12A7: e -
"Is abbreviated as").
このエレクトライドは、再公表特許WO2005/000741号公報に開示されているとおり、ケー
ジ中に含まれるフリー酸素イオンのうち、1×1018個/cm3以上、1.1×102
1個/cm3未満のフリー酸素イオンを、該酸素イオン1個当り2個の電子で置換した、
2×1018個以上、2.2×1021個/cm3未満の電子をケージ中に含み、室温の
電気伝導率が、10−4S/cm以上、103S/cm未満である化合物、である。有機
EL素子の陰極は、効率よく電子を注入でき、電気抵抗が小さい必要があるが、C12A7:e-
は、金属的伝導を示し、仕事関数が約2.4eVと小さく、かつ空気中で安定であるという
特徴をもち、有機半導体への高効率電子注入電極として好ましい。
This electride is 1 × 10 18 ions / cm 3 or more, 1.1 × 10 2 of free oxygen ions contained in the cage, as disclosed in re-published patent WO2005 / 000741.
Free oxygen ions of less than 1 / cm 3 were replaced with 2 electrons per oxygen ion,
Compound having 2 × 10 18 or more and 2.2 × 10 21 / cm 3 electrons in a cage and having an electric conductivity at room temperature of 10 −4 S / cm or more and less than 10 3 S / cm . The cathode of the organic EL element must be able to inject electrons efficiently and have low electrical resistance, but C12A7: e −
Shows metallic conduction, has a small work function of about 2.4 eV, and is stable in air, and is preferable as a high-efficiency electron injection electrode for organic semiconductors.
また、有機半導体層上に1〜10nm、好ましくは、3〜6nmの厚みのCu2-xCh極薄膜を
製膜し、その上にITO膜等の透明電極を正面電極として作製することにより透明性と低電
圧でのホール注入特性の両立を図ることができる。すなわち、Cu2-xCh層を正面電極の陽
極バッファ層として用いても、駆動電圧の低電圧化を実現できる。この場合の、Cu2-xCh
極薄膜の表面酸化処理は行えないが、未処理でもバッファ層として機能する。
In addition, a Cu 2-x Ch ultra-thin film having a thickness of 1 to 10 nm, preferably 3 to 6 nm, is formed on the organic semiconductor layer, and a transparent electrode such as an ITO film is formed thereon as a front electrode. Compatibility with hole injection characteristics at a low voltage can be achieved. That is, even if the Cu 2-x Ch layer is used as the anode buffer layer of the front electrode, the drive voltage can be lowered. In this case, Cu 2-x Ch
Although the surface oxidation treatment of the ultrathin film cannot be performed, it functions as a buffer layer even if it is not treated.
セレン化銅を陽極とする素子構造を作製した。
ガラス(基板)/Cu2-xSe(陽極)/CuPc(有機半導体層)/Al(陰極)素子
<Cu2-xSe薄膜の作製>
陽極としてCu2-xSe薄膜を、室温で、ガラス基板上に約10-5Paの真空中でPLD法により堆積
した。Cu2-xSe (x≒0)焼結体をターゲットに用い、1nm/min程度の製膜速度で約100nm堆積
した。得られた薄膜のx値は、0.3であること、すなわちCu1.7Seの組成であることが
蛍光x線分析により分かった。室温でファン・デル・ポウル法により測定した該薄膜の電
気伝導度、移動度、キャリア濃度は、それぞれ、4.5×103 S/cm、2 cm2・V-1・s-1、1.4
×1022 cm-3であり、紫外光光電子分光法(UPS)から求めた仕事関数は4.7〜5.0 eVであっ
た。また、キャリア濃度が温度変化を示さないことから、縮退電気伝導であることが分か
った。
An element structure having copper selenide as an anode was produced.
Glass (substrate) / Cu 2-x Se (anode) / CuPc (organic semiconductor layer) / Al (cathode) element <Preparation of Cu 2-x Se thin film>
A Cu 2-x Se thin film was deposited as an anode by a PLD method at room temperature on a glass substrate in a vacuum of about 10 −5 Pa. A Cu 2-x Se (x≈0) sintered body was used as a target, and the film was deposited about 100 nm at a film forming speed of about 1 nm / min. It was found by fluorescent x-ray analysis that the obtained thin film had an x value of 0.3, that is, a composition of Cu 1.7 Se. The electrical conductivity, mobility, and carrier concentration of the thin film measured by the van der Poul method at room temperature were 4.5 × 10 3 S / cm, 2 cm 2 · V −1 · s −1 , 1.4, respectively.
× 10 22 cm −3 , and the work function determined from ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) was 4.7 to 5.0 eV. Further, since the carrier concentration did not show a temperature change, it was found that the electric conductivity was degenerate electric conduction.
<Cu1.7Se/ CuPc界面の作製>
上記で製膜した表面酸化処理を施したCu1.7Se薄膜上にCuPc(銅フタロシアニン)膜を約0
.5 nm/minの製膜速度で真空蒸着し(真空槽の真空度:約10-6Pa)、Cu1.7Se/CuPc界面を作
製した。蒸着源には昇華精製処理されたCuPcを用いた。図1に、UPSにより測定したこの
界面の電子状態を示す。Cu1.7Seのフェルミ準位(EF)とCuPcのHOMOのエネルギー差から見
積もられるホール注入障壁は、約0.5 eVであり、Cu1.7Se/CuPc界面において低ホール注入
障壁が実現したことが示された。
<Preparation of Cu 1.7 Se / CuPc interface>
A CuPc (copper phthalocyanine) film is formed on the Cu 1.7 Se thin film subjected to the surface oxidation treatment formed as described above.
Vacuum deposition was performed at a film forming rate of .5 nm / min (vacuum degree of vacuum: about 10 −6 Pa) to prepare a Cu 1.7 Se / CuPc interface. Sublimation purified CuPc was used as the evaporation source. FIG. 1 shows the electronic state of this interface measured by UPS. The hole injection barrier estimated from the energy difference between the Fermi level (E F ) of Cu 1.7 Se and the HOMO of CuPc is about 0.5 eV, indicating that a low hole injection barrier has been realized at the Cu 1.7 Se / CuPc interface. It was.
<Cu1.7Se/ CuPc /Al素子の作製>
上記で作製したCu1.7Se/CuPc二層膜の表面に陰極としてAl金属膜を蒸着し、Cu1.7Se/CuPc
/Al素子を作製し、その電流−電圧特性を測定した。図2に示すように、電流は0.4 V以下
で立ち上がり、その後の電流−電圧特性は、直線を示し、オーミック特性であった。印加
電圧1 Vで1.5 A・cm-2以上の高い電流密度が得られ、低電圧で高電流密度が得られ、低電
圧でのホール注入が実現したことが示された。
<Preparation of Cu 1.7 Se / CuPc / Al device>
An Al metal film was deposited as a cathode on the surface of the Cu 1.7 Se / CuPc bilayer film prepared above, and Cu 1.7 Se / CuPc
An / Al element was fabricated and its current-voltage characteristics were measured. As shown in FIG. 2, the current rose at 0.4 V or less, and the subsequent current-voltage characteristics showed a straight line and were ohmic characteristics. It was shown that a high current density of 1.5 A · cm -2 or more was obtained at an applied voltage of 1 V, a high current density was obtained at a low voltage, and hole injection was achieved at a low voltage.
セレン化銅を陽極とする素子構造を作製した。
ガラス(基板)/表面酸化処理をしたCu2-xSe(陽極)/NPB(有機半導体層)/Al(陰極
)素子
<Cu1.7Se薄膜の表面酸化処理>
実施例1で得られたCu1.7Se薄膜表面に、酸素分圧6.0×10-1Pa、RFパワー50Wの条件下で
、30秒間、酸素プラズマを照射した。照射後の表面は、XPS測定の結果から、表面汚染物
質の炭化水素はほぼ完全に除去できたことが分かった。同時に、Cuの価数が1価から2価に
変化し、また、O 1sのピークが強くなり、酸化されたことが示された。この表面酸化処理
により仕事関数は6.1 eVに増加したが、薄膜のキャリア輸送特性は変化しなかった。
An element structure having copper selenide as an anode was produced.
Glass (substrate) / Cu 2-x Se (anode) with surface oxidation treatment / NPB (organic semiconductor layer) / Al (cathode) element <Surface oxidation treatment of Cu 1.7 Se thin film>
The surface of the Cu 1.7 Se thin film obtained in Example 1 was irradiated with oxygen plasma for 30 seconds under the conditions of an oxygen partial pressure of 6.0 × 10 −1 Pa and an RF power of 50 W. As a result of XPS measurement on the surface after irradiation, it was found that the surface contaminants were almost completely removed. At the same time, the valence of Cu changed from monovalent to divalent, and the O 1s peak became stronger, indicating that it was oxidized. This surface oxidation treatment increased the work function to 6.1 eV, but did not change the carrier transport properties of the thin film.
<Cu1.7Se/NPB界面の作製>
表面酸化処理を施したCu1.7Se薄膜上にホール輸送材料であるNPBを2nm/min程度の製膜速
度で真空蒸着法(約10-6Pa)により製膜し、Cu1.7Se/NPB界面を作製した。蒸着源には昇華
精製処理されたNPBを用いた。UPS測定とNPBの製膜を繰り返し行うことにより測定したこ
の界面の電子状態を図3に示す。図3は、Cu1.7Seのフェルミ準位(EF)を基準にNPBのHOMO
とCu1.7Seの真空準位(EVAC)をNPB膜厚に対してプロットしたものである。Cu1.7Seのフェ
ルミ準位(EF)とNPBのHOMOのエネルギー差からホール注入障壁は、約0.4 eVであることが
明らかとなり、Cu1.7Se/NPB界面において低ホール注入障壁が実現したことが示された。
<Preparation of Cu 1.7 Se / NPB interface>
NPB, which is a hole transport material, is deposited on the Cu 1.7 Se thin film that has been subjected to surface oxidation treatment at a deposition rate of about 2 nm / min by vacuum deposition (about 10 -6 Pa), and the Cu 1.7 Se / NPB interface is formed. Produced. Sublimation purified NPB was used as the vapor deposition source. FIG. 3 shows the electronic state of this interface measured by repeatedly performing UPS measurement and NPB film formation. Figure 3 shows the HOMO of NPB based on the Fermi level (E F ) of Cu 1.7 Se.
And the vacuum level (E VAC ) of Cu 1.7 Se plotted against the NPB film thickness. From the energy difference between the Fermi level (E F ) of Cu 1.7 Se and the HOMO of NPB, it is clear that the hole injection barrier is about 0.4 eV, and that a low hole injection barrier was realized at the Cu 1.7 Se / NPB interface. Indicated.
<Cu1.7Se/NPB/Al素子の作製>
上記で得られたCu1.7Se/NPB二層膜に陰極としてAl金属膜を蒸着し、Cu2-xSe /NPB/Al素子
を作製し、その電流−電圧特性を測定した。図4に示すように、電流は0.6 V以下で立ち
上がり、その後の電流−電圧特性は直線であり、オーミック特性が得られた(図4に、内
挿図として片対数グラフを示す)。印加電圧1 Vで1 A・cm-2以上の高い電流密度が得られ
、低電圧でのホール注入が実現したことが示された。電流−電圧特性が空間電荷制限電流
で律則されていると仮定したとき、NPB中のキャリア濃度は、2×1018cm-3超となり、NPB
中にホールがドーピングされたことが示された。
<Preparation of Cu 1.7 Se / NPB / Al element>
An Al metal film was deposited as a cathode on the Cu 1.7 Se / NPB bilayer film obtained above to produce a Cu 2-x Se / NPB / Al element, and its current-voltage characteristics were measured. As shown in FIG. 4, the current rose at 0.6 V or less, and the subsequent current-voltage characteristic was a straight line, and an ohmic characteristic was obtained (FIG. 4 shows a semilogarithmic graph as an interpolated diagram). A high current density of 1 A · cm -2 or higher was obtained at an applied voltage of 1 V, indicating that hole injection was achieved at a low voltage. Assuming that the current-voltage characteristics are governed by the space charge limited current, the carrier concentration in NPB is over 2 × 10 18 cm −3 , and NPB
It was shown that holes were doped inside.
セレン化銅を陽極バッファ層とする「トップエミッション型構造」の有機EL素子を作製
した。
MgO(基板)/C12A7:e-(陰極)/Alq3(発光層)/NPB(ホール輸送層)/CuPc(ホール注入層)
/Cu2-xSe(陽極バッファ層)/ITO(正面陽極)
An organic EL element having a “top emission type structure” using copper selenide as an anode buffer layer was produced.
MgO (substrate) / C12A7: e - (cathode) / Alq 3 (light emitting layer) / NPB (hole transport layer) / CuPc (hole injecting layer)
/ Cu 2-x Se (anode buffer layer) / ITO (front anode)
陰極にC12A7:e-エレクトライド、発光層にAlq3 、陽極バッファ層にCu1.7Se(5nm)を用い
た有機EL素子を、以下の方法で作製した。最初に、MgO単結晶基板上にPLD法を用いて、
ターゲットとして12CaO・7Al2O3(C12A7)焼結体を用いて、C12A7薄膜(150nm)を製膜し、
真空中でプラズマ中に保持して、該薄膜に電子を添加しC12A7:e-薄膜を得た。
An organic EL device using C12A7: e - electride for the cathode, Alq 3 for the light emitting layer, and Cu 1.7 Se (5 nm) for the anode buffer layer was produced by the following method. First, using the PLD method on an MgO single crystal substrate,
Using 12CaO · 7Al 2 O 3 (C12A7) sintered body as a target, a C12A7 thin film (150 nm) was formed,
And kept in plasma in a vacuum, added electrons to the thin film C12A7: e - a thin film was obtained.
その後、C12A7:e-薄膜上に、真空蒸着法によりAlq3(60nm)、NPB (20nm)、CuPc(50nm)を順
に製膜した。各有機物の蒸着源には昇華精製処理された物を用いた。次に、PLD法により
室温でCu1.7Se薄膜を5nm製膜し、ターゲットとしてITO焼結体を用い、PLD法により室温で
ITO(100nm)を製膜して、図5に示した構造を有する素子1を作製した。比較試料としてCu
1.7Seを用いずCuPc上に直接ITOを製膜した素子2を作製した。
Thereafter, C12A7: e - on the thin film, Alq 3 (60nm) by a vacuum deposition method, NPB (20nm), were successively film-forming a CuPc (50 nm). Sublimation-purified products were used as the organic vapor deposition sources. Next, a Cu 1.7 Se thin film was formed to 5 nm at room temperature by the PLD method, using an ITO sintered body as a target, and at room temperature by the PLD method.
ITO (100 nm) was formed into a device 1 having the structure shown in FIG. Cu as a comparative sample
1.7 Device 2 in which ITO was directly formed on CuPc without using Se was fabricated.
図6に、素子1及び素子2の電圧−発光特性を示す。素子2は7.5 Vから発光が立ち上が
ったのに対し、素子1では、発光開始電圧が6 Vへ低下し、発光強度も、素子2に比較し
て増加した。図7に、素子1及び素子2の発光効率の電流密度依存性を示す。素子1の発
光効率は電流密度の増加に伴い上昇し、115 mA/cm2において3.9 cd/Aに達した。この値は
素子2の値(1.5 cd/A)の2.6倍に達した。以上の結果よりCu1.7Se陽極バッファ層の導入に
より界面の注入障壁が低下し、有機EL素子が低電圧で駆動できることが示された。
FIG. 6 shows voltage-luminescence characteristics of the element 1 and the element 2. In the device 2, light emission started from 7.5 V, whereas in the device 1, the light emission start voltage decreased to 6 V, and the light emission intensity increased compared to the device 2. FIG. 7 shows the current density dependence of the luminous efficiency of the element 1 and the element 2. The luminous efficiency of device 1 increased with increasing current density, reaching 3.9 cd / A at 115 mA / cm 2 . This value reached 2.6 times the value of element 2 (1.5 cd / A). From the above results, it was shown that the introduction of the Cu 1.7 Se anode buffer layer lowered the interface injection barrier, and the organic EL device could be driven at a low voltage.
下記の硫化銅を陽極とする素子構造を作製した。
PLD法のターゲットにCu2-xS(x≒0)焼結体を用いて実施例1と同様に製膜することでCu1.7
S (x=0.3)薄膜が得られた。得られた薄膜の電気伝導度、移動度、キャリア濃度、仕事
関数はそれぞれ1.8×103 S/cm、0.9 cm2・V-1・s-1、1.42×1022 cm-3、4.6 eVとCu1.7Se
薄膜と同等であった。Cu1.7S薄膜においてもCu1.7Se薄膜と同様にホール注入電極又は陽
極バッファ層として機能する特性が示された。
An element structure having the following copper sulfide as an anode was produced.
By using a Cu 2-x S (x ≒ 0) sintered body as the target for the PLD method and forming a film in the same manner as in Example 1, Cu 1.7
An S (x = 0.3) thin film was obtained. The obtained thin film has electrical conductivity, mobility, carrier concentration and work function of 1.8 × 10 3 S / cm, 0.9 cm 2 · V −1 · s −1 , 1.42 × 10 22 cm -3 and 4.6 eV, respectively. Cu 1.7 Se
It was equivalent to a thin film. The Cu 1.7 S thin film showed the characteristics of functioning as a hole injection electrode or an anode buffer layer like the Cu 1.7 Se thin film.
本発明の有機半導体へのホール注入電極は、有機EL素子の従来の代表的なホール注入電
極であるITO膜に置き換えて用いて低電圧で大きなホール電流を得られる電極として有用
性を発揮することができる。また、ITO膜等の透明電極本体を用いた場合、Cu2-xCh陽極バ
ッファ層を積層したホール注入電極は可視域での透過性を維持できるので透明電極として
機能する。Cu2-xCh薄膜は5nm程度の極薄膜でも上述した低電圧で大ホール電流を得ること
が可能なため、ITO膜等の透明電極とCu2-xChバッファ層を組み合わせて陽極として用いる
ことにより透明性と実装デバイスの低電圧駆動という有用性を発揮することができる。
The hole injection electrode to the organic semiconductor of the present invention is used as an electrode capable of obtaining a large hole current at a low voltage by replacing with an ITO film which is a conventional typical hole injection electrode of an organic EL element. Can do. In addition, when a transparent electrode body such as an ITO film is used, the hole injection electrode in which the Cu 2-x Ch anode buffer layer is laminated functions as a transparent electrode because it can maintain transparency in the visible range. The Cu 2-x Ch thin film can obtain a large hole current at the low voltage mentioned above even with an ultra-thin film of about 5 nm, so use a transparent electrode such as an ITO film and the Cu 2-x Ch buffer layer as an anode. Thus, the transparency and the usefulness of low voltage driving of the mounted device can be exhibited.
Claims (6)
量を示し、0.2〜0.4)で示される組成を有し、仕事関数が4.6eV以上で、p型縮退
電気伝導性を示す半導体化合物層を電極としたことを特徴とする有機半導体へのホール注
入電極。 Formula Cu 2-x Ch (Ch is at least one of chalcogen elements of S, Se, Te, x is deficiency of monovalent copper)
An organic semiconductor having a composition expressed by 0.2 to 0.4 ), a work function of 4.6 eV or more, and a semiconductor compound layer exhibiting p-type degenerate electrical conductivity as an electrode Hole injection electrode to.
量を示し、0.2〜0.4)で示される組成を有し、仕事関数が4.6eV以上で、p型縮退
電気伝導性を示す半導体化合物層が陽極バッファ層として積層されていることを特徴とす
る有機半導体へのホール注入電極。 Formula Cu 2-x Ch (Ch is at least one of chalcogen elements of S, Se, Te, x is deficiency of monovalent copper)
A semiconductor compound layer having a composition of 0.2 to 0.4 ), a work function of 4.6 eV or more, and p-type degenerate electrical conductivity is laminated as an anode buffer layer. A hole injection electrode for organic semiconductors.
記載されるホール注入電極。 The hole injection electrode according to claim 1, wherein the semiconductor compound layer is formed at room temperature.
のであることを特徴とする請求項1又は2に記載される電極。 The electrode according to claim 1 or 2, wherein the surface of the semiconductor compound layer is subjected to oxygen plasma treatment to have a work function of 6.0 eV or more.
+(e-)4エレクトライドを用いたことを特徴とするトップエミッション型有機EL素子。
[Ca 24 Al 28 O 64 ] 4 as a cathode using the hole injection electrode according to claim 1.
+ (E -) top emission type organic EL element characterized in that it uses a 4 electride.
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