KR100324869B1

KR100324869B1 - 유기발광디바이스및디스플레이

Info

Publication number: KR100324869B1
Application number: KR1019980709981A
Authority: KR
Inventors: 월터 리스; 사무엘 클라게트 스트리트
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2002-05-09
Also published as: WO1997047051A1; US6433355B1; JP2000503798A; KR20000016407A; EP0902983A1; WO1997047050A1; EP0902983B1; JPH11511895A; DE69637686D1; JP3254221B2

Abstract

본 발명에 의하면 기판(60), 애노드 접촉 전극(anode contact electrode)(64), 캐소드 접촉 전극(cathode contact electrode)(61)과, 상기 애노드(64)와 캐소드(61)간에 전압 인가시 전계 발광(electroluminescence)이 발생되는 유기 영역(organic region)(62, 63)을 포함하는 유기 발광 디바이스(organic light emitting device)가 제공된다. 상기 전극들(61, 64) 중 적어도 하나는 비축퇴 반도체(non-degenerate wide bandgap semiconductor)를 포함한다.

Description

유기 발광 디바이스 및 디스플레이{NON-DEGENERATE WIDE BANDGAP SEMICONDUCTORS AS INJECTION LAYERS AND/OR CONTACT ELECTRODES FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICES}

유기 전계 발광(EL)은 개별 발광 디바이스, 어레이 및 디스플레이에 있어서의 응용 가능성으로 인해, 활발히 연구되어 왔다. 현재까지 연구된 유기 재료는 여러 응용 분야에서 통상적인 무기(inorganic) 재료를 잠재적으로 대체할 수 있으며, 완전히 새로운 응용을 가능하게 한다. 유기 EL 디바이스는 제조가 용이하고 매우 자유롭게 합성할 수 있기 때문에, 가까운 미래에 보다 효율적이고 내구성이 좋은 재료로 될 전망이며, 디바이스 아키텍처를 더욱 향상시킬 수 있다.

여러 해 전에 금속/유기물/금속 구조에서 낮은 효율의 유기 EL이 관측되었으며, 이것에 대해서는 예를 들면, 포프(Pope) 등에 의한, Journal Chem. Phys., Vol. 38, 1963, pp. 2024의 문헌 및 헬프리치(Helfrich) 등에 의한 "Recombination Radiation in Anthracene Crystals"란 명칭의 Physical Review Letters, Vol. 14, No. 7, 1965, pp. 229-231의 문헌에 기술되어 있다. 최근에는, 고효율 유기 EL에 관한 두 개의 보고서에 의해 주로 그 개발이 활성화되어 왔다. 이들 보고서는 씨. 더블유. 탕(C. W. Tang) 등에 의한, "Organic electroluminescent diodes"란 명칭의 Applied Physics Letters, Vol. 51, No. 12, 1987, pp. 913-915의 문헌 및 블로프(Burroughs) 등의 캠브리지 대학으로부터의 그룹에 의한 Nature, Vol. 347, 1990, pp. 539의 문헌에 기술되어 있다. 탕 등의 문헌에서는 진공 증착형 분자 다이 화합물(vacuum deposited molecular dye compounds)을 이용하여 두 개의 층으로 된 유기 발광 디바이스를 제조한 반면, 블로프의 문헌에서는 스핀 코팅된 폴리(poly)(피-페닐렌비닐렌(p-phenylenevinylene))(PPV), 폴리머(polymer)를 이용하였다.

탕에 의해 기술되고, 예를 들면, 엔. 그린햄(N. Greenham) 등에 의한, "Efficient LEDs based on polymers with high electron affinities"란 명칭의 Nature, Vol. 365, 1993, pp. 628-630의 문헌에서와 같은 캠브리지 그룹에 의한 차후의 연구에서의 진보는 적절한 유기 다층 및 컨택트 금속을 선택하여 EL 디바이스의 설계를 향상시킴으로써 주로 달성되었다.

일반적으로 유기 EL 발광 디바이스(Organic EL light emitting device;OLED)의 기능은, 투명한 유리 기판상에 증착된 투명한 전극을 통해 광선이 추출된다는 것을 제외하고는 무기 LED의 기능과 매우 유사하다. 도 1a에 개략적으로 도시된 실현가능한 가장 간단한 구조는 전자(e^-) 및 홀(hole)(h⁺)을 각각 주입시키는 두 개의 전극(11 및 12) 사이에 샌드위치된 유기 방사층(organic emission layer)(10)으로 구성된다. 이러한 구조는 예를 들면, 전술한 블로프 등의 논문에 기술되어 있다. 전극과 홀은 유기층(10)에서 만나 재결합하여 빛을 만들어낸다. 여러 연구소에서의 실험에 의하면, 유기층(10)을 형성하는 유기 재료의 각각의 분자 궤도들과 부합되는 전극 재료를 선택할 경우 성능이 향상되는 것을 볼 수 있었다. 이것에 대해서는, 예를 들면, 디. 디. 씨. 브래드리(Bradley)에 의한, "Conjugated polymer electroluminescence"란 명칭의 Synthetic Metals, Vol. 54, 1993, pp. 401-405의 문헌과, 제이. 펭(J. Peng) 등에 의한, "The effect of a metal electrode on the electroluminescence of Poly(p-phenylvinylene)"란 명칭의 Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 35. No. 3A, 1996, pp. L317-L319의 문헌과, 아이. 디. 파커(I. D. Parker)에 의한, "Carrier tunneling and device characteristics in polymer LEDs"란 명칭의 Journal of Applied Physics, Vol. 75, No. 3, 1994, pp. 1656-1666의 문헌을 참조하기 바란다. 도 1b에는 이와 같이 향상된 구조가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 최적화된 전극 재료(13 및 14)를 선택함으로써, 캐리어(carrier)의 주입에 대한 에너지 장벽(energy barrier)이 감소된다. 또한, 이와 같은 단순한 구조는 전자들이 유기층(10)을 가로질러애노드(anode)(14)에 도달하거나 또는 홀이 캐소드(cathode)(13)에 도달하는 것을 거의 막지 않기 때문에 성능이 떨어진다.

도 2a는 단지 몇 개의 전자만이 주입되도록 하는 큰 전자 장벽(16)을 갖는 디바이스를 도시하고 있으며, 이 때 홀은 어쩔 수 없이 캐소드(15)에서 재결합하게 된다.

도 2b에 도시된 두 번째 문제점은, 알려진 대부분의 유기 재료, 특히 전도성 재료들의 전자 및 홀의 이동도(mobility)가 크게 다르다는 점이다. 도 2b는 애노드(18)로부터 주입된 홀은 유기층(19)을 신속하게 통과하는 반면, 주입된 전자는 훨씬 느리게 이동하여, 그 결과로서 캐소드(17) 근처에서 재결합이 발생되는 예를 도시하고 있다. 유기층(19)내의 전자의 이동도가 홀의 이동도보다 크다면, 애노드(18) 근처에서 재결합이 발생될 것이다. 금속 컨택트(metal contact) 근처에서의 재결합은 컨택트에 의해서 강력하게 억제되며, 이것이 이와 같은 결함있는 디바이스의 효율을 제한한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 탕은 별도의 유기층들인 전자 전송층(electron transport layer; ETL)(20)과 홀 전송층(hole transport layer; HTL)(21) 사이에 전자와 홀의 전송 기능을 분리하여, 전술한 문제점들을 주로 극복하고 있다. 씨. 더블유. 탕 등에 의한, "Electroluminescence of doped organic thin films"란 명칭의 Journal of Applied Physics, Vol. 65, No. 9, 1989, pp. 3610-3616의 문헌에는, 두 개의 층으로 설계시 캐리어의 이동도가 보다 높아져서, 낮은 동작 전압에서 동일한 광선을 출력하면서도 디바이스의 직렬 저항을 감소시키는 것을 기술하고 있다. 컨택트 금속(22, 23)은 ETL(20) 및 HTL(21)의 분자 궤도들과 부합되도록 각각 선택할 수 있고, 두 개의 전극(22, 23)으로부터 멀리 떨어진 유기층들(20 및 21) 사이의 계면(interface)에서 재결합이 발생된다. 탕은 MgAg 합금을 캐소드로, 투명한 ITO(Indium-Tin-Oxide)를 애노드로 사용하였다. 에구사(Egusa) 등은 "Carrier injection characteristics of organic electroluminescent devices"란 명칭의 Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 33, No. 5A, 1994, pp. 2741-2745의 문헌에서, 유기 다층을 적절하게 선택하면 두 개의 전극으로부터 이격되어 있는 유기 계면에서 전자와 홀을 모두 차단(blocking)할 수 있음을 실험적으로 제시하였다. 이러한 효과에 대해서는 도 3의 구조에 의해 도시되어 있는데, 여기서는 HTL 및 ETL 재료를 적절하게 선택함으로써 HTL(21)에 대한 전자의 주입 및 ETL(20)에 대한 홀의 주입을 방지한다. 이러한 특징으로 인해, 도 1a에 도시된 바와 같은 금속 컨택트에서의 비방사(non-radiative) 재결합을 방지하고, 동일한 체적에 있어 전자 및 홀이 보다 고밀도로 되도록 촉진함으로써 방사 재결합을 향상시킬 수 있다.

도 3에 도시된 헤테로 접합(heterojunction)의 분자 궤도 에너지의 배치는 디바이스 설계(및 이하 기술될 본 발명)에 유리한 바람직한 OLED 재료에서의 경향을 실제로 반영하고 있다. 이러한 경향은, 높은 이동도를 가지고 전자를 전송하는 재료(20)는 부분적으로는 이들의 LUMO가 낮은 에너지 상태에 있기 때문에 높은 이동도로 전자를 전송한다는 점이다. 마찬가지로, 양호한 홀 전도 특성은 보다 높은 에너지 상태에 있는 HOMO와 부합된다. 이러한 사실로 인해, 각각의 분자 궤도들의 에너지의 불연속성으로 인해 전자 및 홀 전송 유기층 사이에 형성된 헤테로 접합이 계면에서 한 캐리어 또는 두 캐리어의 주입을 차단할 수 있게 된다. 차단 효과는 캐리어들이 가장 효율적으로 결합할 수 있는, 억제 전극으로부터 멀리 떨어진 곳으로 캐리어들을 국부적으로 모은다.

유기 분자 궤도의 두 가지 상대적인 위치를 기술하는 데에 기술적인 두 용어가 사용된다. 최고 점유 분자 궤도(the highest occupied molecular orbital; HOMO)와 최저 비점유 분자 궤도(the lowest unoccupied molecular orbital; LUMO), 혹은 반도체의 경우에는 이들의 각각의 대응하는 위치를 따라 가전자 대역(valence band; VB) 및 전도 대역(conduction band; CB)이라고 하는 것이 그것이다. 본 발명을 실시함에 있어서, 이들 두 개의 용어는 모두 자유 전자보다 낮은 에너지 단위를 가지는데, 이것은 그들이 속박되어 있으며 알려진 거의 모든 재료로부터 전자를 제거하는 데에는 에너지가 필요하다는 사실을 반영하는 것이다. 편의상, 자유 전자의 에너지는 임의로 0인 것으로 가정하며, 따라서 자유 전자(또는 진공) 상태에 대해 음(negative)의 에너지 값을 갖는 전술한 양(quantity)을 이용하여 기술한다.

이들 용어 중 처음 것은 일함수(work function)로서, 이것은 가장 약하게 속박된 전자를 재료 밖으로 '끌어내는데(pull)' 필요한 에너지의 양, 즉 그 전자를 자유 전자로 만드는데 필요한 에너지의 양을 기술한다. 금속 또는 축퇴 반도체(degenerate semiconductor)(즉, 극단적으로 높은 자유 캐리어 농도를 특징으로 하는 반도체)에서, 일함수는 페르미 에너지 준위(Fermi energy level)라고 지칭되는 다른 양(quantity)과 동일하다. 금속 또는 축퇴 반도체는 다수의 자유 전도 캐리어를 책임지는 부분적으로 채워진 대역을 갖는다. 페르미 에너지 준위는 가장 높은 에너지 대역이 채워지는 에너지이며, 이것은 이들 가장 높은 에너지의 전자는 자유롭게 활동시키기가 가장 용이하기 때문이다.

이후 에너지 준위라 할 경우에는, 일함수, HOMO나 LUMO, 전도 대역이나 가전자 대역, 또는 페르미 에너지 중 어느 것도 나타낼 수 있으며, 그 내용은 문맥에 따라 달라진다.

현재에는 잘 이해되고 흔히 사용되고 있는 다층 디바이스 구조의 경우, OLED의 주된 성능상의 한계는 이상적인 접촉 전극이 없다는 점이다. 당해 기술 분야에 알려진 전극 재료에 대한 주된 장점은 전극이 주입해야 하는 유기 분자 궤도의 에너지에 대한 전극의 페르미 준위에서의 위치이다(보다 상세한 내용에 대해서는 브래들리 및 파커의 문헌을 참조하기 바란다). 일부 응용 분야에서는, 전극 재료가 투명하거나, 반사도가 매우 좋은 것이 또한 바람직하다. 또한, 전극은 화학적으로 비활성이고, OLED를 효율적으로 밀봉할 수 있도록 조밀하고 균일한 막을 형성할 수 있어야 한다. 또한, 전극이 유기 EL을 강하게 억제하지 않는 것이 바람직하다.

투명하고, 전도성이 있고, 화학적으로 안정하며, OLED에 대해 양호한 전자 주입자인 캐소드 재료는 아직까지는 알려진 것이 없다. 양호한 전자 전송 유기 재료는 낮은 일함수의 금속하고만 에너지가 부합되는 LUMO를 갖는다. 금속에서의 낮은 일함수는 높은 화학적 반응성과 직결된다. 예를 들면, Ca는 Alq3(tris(8-hydroxyquinoline aluminum)) 유기 전자 전송층 LUMO에 에너지가 잘 부합되는 일함수를 가지며, Ca 캐소드는 단지 짧은 시간 동안만 공기중에서 무결 상태(intact)로 유지되며, 급격히 디바이스가 열화된다. 또한, 이러한 고반응성 금속은 주위의 유기 재료와 화학 반응을 할 수 있으며, 이것 디바이스의 성능에 악영향을 또한 미칠 수 있다. 이러한 메카니즘은 앞에서 인용된 참고 문헌에서 파커에 의해 제안되어 있으며, 이 문헌에는 Sm 및 Yb의 일함수가 Ca의 일함수보다 낮음에도 불구하고, Sm 또는 Yb의 캐소드 OLED가 Ca의 캐소드 OLED보다 저하된 성능을 갖는 이유가 설명되어 있다. 통상적인 환경에서의 동작을 원할 경우에는, 낮은 일함수 캐소드 금속이라는 접근 방안은 캐소드 금속의 오염을 방지하기 위해 디바이스를 주의깊게 처리해야 하고, 또한 디바이스를 즉각적이면서 고품질로 밀봉하기 위해 비록 잘 밀봉된 낮은 일함수의 금속 컨택트이라도 자연적으로 발생된 가스, 불순물, 유기 LED 재료로부터의 용제(solvent)로 인해 열화되기 쉽다.

한편, 보다 높은 일함수를 갖는 안정된 금속, 예를 들면, Al을 선택한다는 것은 디바이스가 고전압에서만 동작할 수 있음을 의미한다. Al로부터, 예를 들면, Alq3 LUMO로의 전자 주입은 전계의 도움이 필요하므로, 고전압이 요구된다. 높은 동작 전압은 증가된 옴적 손실(ohmic loss) 때문에 디바이스의 효율을 감소시킨다. 또한, 증가된 전압에서 나타나는 보다 높은 전계는 상호간의 확산(interdiffusion)을 일으키거나, 또는 기생 화학 반응(parasitic chemical reaction) 혹은 재결합 공정을 여기함으로써, 디바이스 재료를 보다 급격히 열화시키기 쉽다. Mg 또는 Ca에 비해 반응성이 약한 Al 컨택트는 OLED 동작동안 열화되는 것으로 관측되었으며, 이에 대해서는 예를 들면, 엘. 엠. 도(L. M. Do) 등에 의한, "Observation of degradation processes of Al electrodes in organic EL devices by electroluminescence microscopy, atomic force microscopy, and Auger electron microscopy"란 명칭의 Journal of Applied Physics, Vol. 76, No. 9, 1994, pp. 5118-5121의 문헌을 참조하기 바란다.

캐소드 전극의 불안정성, 열화 및 높은 주입 전압의 문제점을 해결하기 위해 여러 방법들이 시도되어 왔다. 통상적인 방법은 보다 두꺼운 막 아래에 후속적으로 매립된 낮은 일함수의 금속을 사용하는 것이다. 이 경우, 금속 내의 핀홀(pinhole)들은, 와이. 사토(Y. Sato) 등에 의한, "Stability of organic electroluminescent diodes"란 명칭의 Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 253, 1994, pp. 143-150의 문헌 및 제이. 키도(J. Kido) 등에 의한, "Bright organic electroluminescent devices with double-layer cathode"란 명칭의 IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 40, No. 7, 1993, pp. 1342-1344의 문헌에 기술된 바와 같이, 산소 및 물이 아래의 반응성 금속까지 도달할 수 있는 넓은 경로를 여전히 제공한다. 더욱이, 이러한 컨택트는 OLED 구성 재료로부터 발생된 가스에 의해 열화된다. 이 방법을 사용한 경우, OLED의 전체 수명이 단축되며, 극도의 밀봉이 요구된다.

일반적으로, ITO 또는 Au 애노드는 캐소드 컨택트보다 성능이 우수하므로, 애노드 컨택트의 최적화에는 훨씬 덜 관심이 주어졌다. 그러나, 애노드 전극이 향상될 수 있다면, 캐소드가 향상되는 경우와 마찬가지로 디바이스의 성능 및 신뢰도에 마찬가지로 긍적적인 영향을 미칠 것이다.

수 년간 애노드로서 ITO가 선택되어 왔다. ITO의 주된 이점은 큰 일함수(대략 4.9eV)를 또한 갖는 투명한 도체이므로, 유리 위에 투명한 애노드를 형성하기에 매우 적합하다는 것이다. 그러나, ITO는 바람직한 유기 HTL 재료로의 홀 주입에 대한 장벽을 갖는 것으로 알려져 있다. 파커는 동일한 OLED 구조에서 ITO를 보다 큰 일함수를 갖는 Au로 대체함으로써, ITO/유기 홀 주입 장벽이 제거되어, 디바이스 효율이 두 배로 향상된다는 것을 보여주고 있다. 또한, ITO는 ITO로부터 OLED로 방사되는 In 확산의 결과 디바이스가 열화되는 원인이 되며, 이로 인해 결국은 회로가 단락되고 만다. ITO로부터 PPV로의 In 확산은 지. 사우어(G. Sauer) 등에 의한, "Characterization of polymeric LEDs by SIMS depth profiling analysis"란 명칭의 Fresenius J. Analyt. Chem.의 문헌에 명확하게 기술되어 있다. 또한, ITO는 ITO로부터 유기층 안으로 확산할 때, 유기 LED 재료에 치명적인 산소의 저장체(reservoir)로서 작용한다. 이러한 문제점은 제이. 씨. 스코트(J. C. Scott) 등에 의한, "Degradation and failure of MEH-PPV light-emitting diodes"란 명칭의 Journal of Applied Physics, Vol. 79, 1996, pp. 2745-2751의 문헌에 기술되어 있다. ITO는 OLED를 위해 흔히 사용되는 형태의 다결정 재료이다. 그레인 경계(grain boundary)가 많아서 ITO를 통한 오염물의 확산에 대한 넓은 경로가 제공된다. 마지막으로, ITO는 일반적인 유기 재료에 해로운 영향을 미치는 것으로 알려진 산소 저장체이다. 이와 같이 ITO 애노드와 관련하여 알려져 있는 모든 문제점에도 불구하고, 이와 유사하거나 또는 보다 우수한 품질의 다른 투명한 전극이 본 발명의 기술 분야에서는 아직 알려져 있지 않기 때문에, 이들은여전히 선호되고 있다. 광을 이용하기 위해서는 이를 충분히 추출해야 하므로, 실제의 OLED를 위해서는 적어도 하나의 투명한 전극이 필요하다.

유럽 특허 출원 제 448,268 호는 두 개의 전극 사이에 위치하는 유기층을 갖는 반도체 발광 디바이스에 관한 것이다. 이들 전극 중 적어도 하나의 전극은 n형 무기 반도체로 구성된다. 이 전극과 유기층간의 접합은 전자 주입에 대해 차단 컨택트를 형성한다.

에이취. 큐. 킴(H. Q. Kim) 등에 의한, "Silicon Compatible Organic Light Emitting Diode"란 명칭의 Journal of Light wave Technology, Vol. 12, No. 12, December 1994, pp. 2107-2112의 문헌은 n 도핑 실리콘을 캐소드로 이용하거나, 또는 p 도핑 실리콘을 애노드로 이용한 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.

Au는 큰 일함수(5.2eV)를 갖지만, 유기 재료내의 Au는 확산성(diffusivity)이 매우 높기 때문에, Au 캐소드를 사용하여 수명이 긴 OLED 디바이스를 만들 수는 없다. ITO로부터의 In 또는 O(산소) 확산과 같이(나쁜 면으로서), 컨택트로부터 Au가 OLED를 통해 확산되고, 결국 디바이스가 단락된다. 또한, Au는 불투명하기 때문에 대부분의 아키텍처에 대해 실용적인 애노드 재료가 아니다. 투명한 캐소드 재료가 없으므로, 오늘날의 OLED에서는 애노드가 투명한 컨택트이어야 한다.

ITO 이외에도 다른 반도체들이 OLED 전극으로서 시도되었다. 아이. 디. 파커(I. D. Parker) 및 에이치. 에이치. 킴(H. H. Kim)에 의한, "Fabrication of polymer light-emitting diodes using doped silicon substrates"란 명칭의 Applied Physics Letters, Vol. 64. No. 14, 1994, pp. 1774-1776의 문헌에는 반도체의 도핑(doping)에 따라, Si/SiO2(실리콘/실리콘 산화물)가 유기 박막으로 홀 또는 전자를 주입할 수 있다고 기술되어 있다. 이러한 작업은 Si 반도체 전극을 다수 캐리어 주입에 사용하는데, 즉, 전자 주입에 대해 n형 Si 및 홀 주입에 대해 p형 Si를 사용한다. Si 전극은 OLED 재료로의 전자 및 홀 주입 모두에 대해 커다란 장벽을 갖는다. 이는 Si의 밴드갭이 작다는 점과, 에너지 면에서 Si의 전도 및 가전자 대역이 적당하게 위치하고 있기 때문이다. 또한, Si는 상당히 많은 가시 스펙트럼(visible spectrum)을 흡수하며, 통상적인 금속에 비해 향상된 점이 없다. 파커 및 킴은 Si 컨택트와 OLED 사이에 SiO2의 중간층을 추가함으로써, Si 대역 에너지의 위치가 나쁜 점을 해결하고 있다. SiO2 절연체 사이의 전압 강하로 인해 Si 대역이 그들의 유기 분자 궤도 상대와 나란히 정렬되도록 하지만, 전자는 직접 주입되지 않으며, SiO2 절연체를 관통해 버린다. 이러한 OLED의 턴온 전압(turn-on voltage)은 > 10V 이며, 이는 디바이스가 효율적으로 동작하기에는 너무 높은 값이다.

낮은 전압을 위한 비활성이고, 안정적이며, 에너지면에서 부합되고, 투명한 전극 재료가 없으므로, 효율적이고 안정된 OLED 동작은 OLED의 개발에 있어서 커다란 장애물로 남아 있다.

여러 응용 분야에서, 유기 LED는 통상적인 무기 LED를 능가할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다. 유기 LED에 기초한 OLED 및 디바이스가 갖는 하나의 커다란 이점은 가격으로서, 유기 LED는 그들이 (무기 LED의 경우와 같이) 비교적 높은 성장 온도에서 제한된 영역의 비싼 결정 기판에 증착해야 할 필요없이, 대형의 저렴한 유리 기판 또는 저온에서의 광범위한 다른 저렴한 투명, 반투명 혹은 심지어는 불투명 결정이나 비정질 기판상에 증착될 수 있기 때문이다. 기판은 가요성 OLED(pliant OLED) 및 새로운 타입의 디스플레이를 가능하게 할 만큼 유연하다. 오늘날, 유기 LED를 기초로 한 OLED 및 디바이스의 성능은 다음과 같은 몇 가지 이유로 인해 무기 디바이스에 비해 성능이 떨어진다.

1. 높은 동작 전압: 유기 디바이스는 활성 영역(방사층(emission layer))으로 전하를 주입 및 전송하는데 보다 큰 전압이 필요하므로, 이러한 디바이스의 전력 효율은 더 낮아진다. 높은 전압은 전극/유기 계면에서의 에너지 장벽을 넘어 캐리어를 주입하기 위한 높은 전계와, 커다란 전압 강하 및 전력 소모를 발생시키는 유기 전송층(ETL 및 HTL)에서의 캐리어의 낮은 이동도로 인한 것이다.

2. 낮은 휘도(brightness): 오늘날의 OLED는 통상적인 무기 LED와 거의 동일하게 전자 당 양자(photon)를 생성하므로, 이들의 양자 효율(quantum efficiency)은 양호하다. OLED는 무기 LED보다 휘도가 낮은데, 이는 저항성 전송층(HTL 또는 ETL)을 통해 비교적 적은 전하가 전도될 수 있기 때문이다. 이러한 잘 알려진 효과는 공간 전하 제한 전류(Space Charge Limited Current)라고 지칭된다. 유기 재료는 캐리어의 이동도가 낮기 때문에, 방사층에 도달하는 전자 및 홀의 흐름을 제한하는 트래픽 잼(traffic jam)이 발생된다. 고전도성 전송층을 또한 얻을 수 있을 때까지는, 보다 나은 방사 재료는 크게 향상된 휘도를 제공할 수 없다.

3. 신뢰도(Reliability): 유기 LED는 공기중에서 동작하는 동안 열화된다. 이에 대해서는 몇 가지 이유가 알려져 있다.

A) 효율적인 낮은 전계 전자 주입에는 Mg, Ca, Li 등과 같은 낮은 일함수의 캐소드 금속이 필요하며, 이들 모두는 산소 및 물과 격하게 반응한다. 유기 재료로부터의 환경 가스 및 불순물로 인해 컨택트가 열화된다.

B) 통상적인 AgMg 및 ITO 컨택트는 각각 바람직한 ETL 및 HTL 재료에서 여전히 캐리어 주입에 대한 큰 장벽을 갖는다. 따라서, 큰 주입 전류를 생성하기 위해서는 높은 전계가 필요하다. 높은 전계로부터 발생하는 스트레스 및 저항성 전극/유기 계면에서의 옴적 가열(ohmic heating)은 디바이스 열화의 원인이 된다.

C) 캐리어 전송층의 높은 저항은 동작중인 디바이스를 가열한다.

D) 대부분의 OLED 물질의 열적 안정성이 양호하지 못해 OLED가 가열에 민감하게 된다. 가열하는 동안, 많은 비정질(amorphous) 유기물은 그레인(grain)으로 결정화한다. 결정체(crystallite)는 비정질 고체보다 적은 체적을 갖게되고 비정질 고체보다 덜 균일하게 채워지게 된다. 가스 형태의 이물질을 방출하거나 주변 물질을 증착하기 위하여 다른 채널을 개방하는 동안, 결정의 갭(gap)과 불규칙한 형태(odd shape)는 하나의 결정체로부터 다른 결정체로의 전도를 어렵게 하고, 정궤환 루프(positive feedback loop)내에서 저항을 증가시켜 열이 발생된다. 유기 재료의 결정화 정도와 이동도간의 관계는 광전도체(photoconductor)에 관한 문헌, 예를 들면, 보르센버거(Borsenberger) 및 웨이스(Weiss)에 의한, "Organic photoreceptors for imaging systems"란 명칭의 Marcel Dekker Inc., New York, 1993의 문헌으로부터 잘 이해할 수 있다.

4. 낮은 화학적 안정성: OLED에 통상적으로 사용되는 유기 재료는 접촉 전극재료 및 주변 환경과의 반응 및 그 확산으로 인해 열화되기 쉽다.

OLED는 그들의 컨택트 및 전송층, 전송층 가열로부터의 피드백에 의해 주로 제한된다. 따라서, 낮은 일함수의 금속 기반형 캐소드를, OLED로의 무장벽(barrierless) 전하 주입을 특징으로 하는 안정되고, 가능한 한 투명한 캐소드로 대체하는 것이 매우 바람직하다. 또한, ITO 애노드를 OLED로의 무장벽 주입을 특징으로 하는 안정되고, 비확산적이며, 가능하다면 투명한 애노드로 대체하는 것이 매우 바람직하다.

그러나, 현재의 해결책으로는 성능이 제한되고, 디바이스의 신뢰도가 저하된다. 보다 높은 재결합 효율을 위해 금속 컨택트로부터 활성층을 이격하여 위치시키면 HTL/ETL을 통한 옴적 전압 강하가 발생하며, 그 결과 가열 및 전력 소비가 수반된다. 낮은 일함수의 금속은 불안정하고, 신뢰도가 없다. ITO는 불순물을 도입하며, 홀 주입에 대한 장벽을 갖는다.

전술한 예 및 본 기술 분야의 상태에 대한 설명으로부터 알 수 있듯이, 컨택트 재료를 향상시킴으로써, 그것을 기초로 하여 특성이 우수한 OLED 및 디스플레이를 실현할 필요가 있다. 연구자들은 양호한 전극 재료를 규정하는 알려진 패러다임(즉, 양호한 일함수를 갖는 재료라는)내에서만 연구하였기 때문에, 향상된 전극 재료에 대한 연구에 있어서 문서화된 진보는 거의 없다.

재료의 일함수는 페르미 에너지와 진공 기준 에너지(vacuum reference energy)간의 에너지 차이로서 규정된다. 금속의 경우에는, 페르미 에너지 바로 아래로부터, 또는 페르미 에너지 바로 위로부터 전자를 주입할 수 있다. 전자의밀도로 인해, 다른 대역을 이용할 가능성은 없다. 비록, ITO는 이론적으로는 광폭 밴드갭 반도체이지만, 이하 기술하는 바와 같이, 전통적인 금속계 모델에 대응한다.

ITO는 OLED로 홀을 주입하는데 성공적으로 사용되어 왔던 광폭 밴드갭 반도체이다. ITO는 10²¹cm^-3정도의 전자 농도를 특징으로 하는 고도의 축퇴 n형 재료이다. ITO 전도 대역은 대략 유기 HOMO에 홀을 주입하는데 적절한 에너지에 위치한다. 즉 ITO는 큰 일함수를 갖는다. 전자 농도가 크기 때문에, 주어진 ITO 샘플에 대한 일함수를 규정하는 ITO 페르미 에너지는 전도 대역 위 수 100meV에 놓여 있다. 페르미 준위의 위는 홀로서 작용하는 빈 상태(empty states)이며, 유기 재료로 주입되는 것은 VB의 홀들이 아니라, 이들 홀이다. 따라서, ITO 전극은 Au 전극이 주입하는 것과 정확히 같은 메카니즘으로 페르미 에너지 바로 위로부터 주입하며, ITO는 이하 기술된 본 발명의 방법에는 속하지 않는다.

본 발명의 목적은 이에 기초하여, 새롭고 향상된 유기 EL 디바이스, 어레이 및 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이에 기초하여, 향상된 효율, 보다 낮은 동작 전압, 향상된 안정성 및 신뢰도를 갖는, 새롭고 향상된 유기 EL 디바이스, 어레이 및 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 새롭고 향상된 유기 EL 디바이스, 어레이 및 디스플레이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

발명의 요약

전술한 본 발명의 목적은 애노드 또는 캐소드 중 적어도 하나의 접촉 전극이 비축퇴 광폭 밴드갭 반도체(n-d WBS), 즉 2.5eV보다 큰 밴드갭을 갖는 반도체를 포함하는 OLED를 제공함으로써 달성된다. 애노드가 n-d WBS로 이루어지면, 이 n-d WBS는 애노드의 가전자 대역으로부터 인접 유기 재료의 HOMO로 홀이 주입되도록 선택된다. n-d WBS 캐소드는 n-d WBS의 전도 대역으로부터 인접 유기 재료의 LUMO로 전자가 주입되도록 선택되어야 한다.

본 발명의 방법은, 그 밴드갭이 통상적인 OLED 재료의 밴드갭과 비슷하거나 또는 그 이상(즉, > 2.5eV)인 어떠한 반도체라도 그 전제로서 유기 HOMO 또는 LUMO 각각에 대해 바람직한 에너지 준위에 위치한 전도 대역 및/또는 가전자 대역을 가질 것이므로 에너지 장벽이 거의 또는 전혀 없는 저전압에서 하나의 캐리어 타입 혹은 두 캐리어 타입의 주입이 모두 발생될 수 있다는 사실에 근거한다. 또한, 본 발명의 방법은 양호한 전도성, 가시 스펙트럼에서의 투명성, 화학적 비활성, 견고성 및 매우 낮은 온도에서 유리, 유기 박막 또는 다른 비정질 혹은 결정 기판상에 비정질 혹은 다결정 상태로 증착될 수 있는 능력을 포함하는 OLED 전극을 위한 반도체, 특히 비축퇴 광폭 밴드갭 반도체의 여러 향상된 특성들로부터 이점을 얻을 수 있다. 또한, 플라스틱(plastic)이 기판으로서 작용할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 대응하는 유기층과 직접 접촉하는 n-d WBS 캐소드를 갖는 단일층 혹은 다층의 OLED 구조 및 통상적인 반대의 접촉 전극이 개시된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 대응하는 유기층과 직접 접촉하는 n-d WBS 애노드를 갖는 단일층 혹은 다층의 OLED 구조 및 통상적인 반대의 접촉 전극이 개시된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 대응하는 유기층과 직접 접촉하는 n-d WBS 애노드 및 n-d WBS 캐소드를 둘다 갖는 단일층 혹은 다층의 OLED 구조가 개시된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 제 2 및/또는 제 3 반도체를 도입함으로써, 그 성능이 향상되는 n-d WBS 전극을 갖는 OLED 구조가 개시된다. 제 2 반도체는 대응하는 유기층과 직접 접촉하며, 주입 대역과 대응하는 유기층 분자 궤도의 향상된 부합성을 특징으로 한다. 제 2 반도체는 n-d WBS의 합금이거나, 또는 완전히 상이한 반도체일 수 있다. 제 3 반도체는 유기층으로부터 가장 멀리 위치하며, 고전도성의 측방향 전송층에 향상된 저항 접촉을 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 제 3 반도체는 n-d WBS의 합금이거나, 또는 완전히 상이한 반도체일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, n-d WBS 주입층이 가장 근접한 유기층과 직접 접촉하는 OLED는 n-d WBS/유기 계면에 매우 근접한 얇은 내장 금속 중간층을 갖는다. 금속은 그 일함수, 유기 재료와 n-d WBS 사이의 확산 장벽으로서의 특성, 또는 투명성을 위해 선택될 수 있으며, n-d WBS/유기 계면의 안정성 또는 전자 주입을 더 향상시키고자 하는 목적을 제공한다. 얇은 내장 금속층의 반대 측면상의 n-d WBS는 동일한 n-d WBS 또는 상이한 n-d WBS일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 얇은 금속 중간층에 의해 가장 근접한 유기층으로부터 n-d WBS가 분리되는 OLED가 개시된다. 금속은 그 투명성, 일함수, 또는 유기 재료와 n-d WBS 사이의 장벽으로서의 특성을 위해 선택될 수 있으며, n-dWBS/유기 계면의 안정성 또는 전자 주입을 더 향상시키고자 하는 목적을 제공한다.

n-d WBS계 전극을 사용할 경우 다음과 같은 이점이 있다.

1. 바람직한 OLED 재료에 대한 n-d WBS 에너지의 매우 바람직한 정렬을 통해 저전압 캐리어 주입이 실현된다.

2. n-d WBS는 가시 광선에 대해 매우 투명하다.

3. n-d WBS는 화학적으로 비활성이고, 열적으로 안정하므로, 접촉하거나 또는 근접한 유기층과 바람직하지 못한 고체 상태의 상호 작용을 갖지 않는다.

4. n-d WBS는 거의 비정질 상태이며, 불순물 확산 속도가 낮기 때문에, OLED에 대한 뛰어난 밀봉 보호제(encapsulant) 및 기계적인 보호제(protectant) 재료이다.

5. n-d WBS는 전도 상태에서 OLED 형성에 필요한 조건(예를 들면, 저온, 비정질 기판, 성장 표면에 대한 최소의 손상)에서 증착될 수 있다.

6. n-d WBS는 전송층 두께를 감소시킬 수 있는 금속보다는 약하게 유기층 근처에서의 광학적 재결합을 억제한다.

본 발명은 개별 발광 디바이스(light emitting devices), 어레이(arrays), 디스플레이(displays)와 같은 유기 전계 발광 디바이스들(organic electroluminescent devices)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이러한 디바이스들에 적합한 주입층(injection layers) 및 접촉 전극(contact electrodes)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 다음의 개략도들을 참조하여, 이하에 상세히 기술된다(도면들은 실제 축적으로 도시된 것이 아님을 알아야 한다).

도 1a는 방사층 및 두 개의 전극을 갖는 공지된 OLED를 도시하고 있다.

도 1b는 캐리어 주입을 위한 에너지 장벽이 감소되도록 선택된 일함수를 갖는, 방사층 및 두 개의 금속 전극을 갖는 공지된 다른 OLED를 도시하고 있다.

도 2a는 애노드의 일함수는 홀 주입에 대한 에너지 장벽이 낮도록 선택되고, 캐소드의 일함수는 상기 방사층에 전자를 적게 주입하고, 방사 재결합을 거의 발생시키지 않으면서, 방사층과 잘 부합되지 않는, 방사층 및 두 개의 금속 전극을 갖는 공지된 다른 OLED를 도시하고 있다.

도 2b는 홀 이동도보다 낮은 전자 이동도를 갖는 방사층을 가져, 재결합이 억제되는 캐소드 근처에서 재결합이 발생되도록 하는 공지된 다른 OLED를 도시하고 있다.

도 3은 전자 전송층 및 홀 전송층을 갖는 공지된 다른 OLED를 도시하고 있다.

도 4는 n-d WBS의 전도 대역(CB) 및 가전자 대역(VB)과, n-d WBS와 접촉하는 유기 재료의 LUMO 및 HOMO 사이의 세 가지 가능한 형태의 대역 구성을 도시하고 있다. (A) CB는 LUMO 위에, VB는 HOMO 위에 위치한다. 즉, 이 계면은 유기물내로 전자를 주입할 수 있다. (B) n-d WBS는 유기물보다 약간 작은 밴드갭을 갖는다. CB는 LUMO 아래에, VB는 HOMO보다 약간 위에 위치한다. 즉, 이 계면은 작은 장벽을 넘어 유기물내로 홀을 효율적으로 주입할 수 있다. (C) CB는 LUMO 위에, VB는 HOMO 아래에 위치한다. 즉, 이것은 이상적인 경우로서, 바이어스(bias)의 방향에 따라 두 개의 극성이 저전압에서 주입될 수 있다.

도 5는 대역 부합을 위한 합금화에 따른 소수 캐리어 유기 접촉 전극 구성을 도시하고 있다.

도 6은 유기물과, 측방향의 전송층 재료에 대한 접촉 전극에 대한 대역 부합을 위한 합금화에 따른 다수 캐리어 유기 전극 구성을 도시하고 있다.

도 7은 GaN/Alq3 헤테로 접합에 대한 자외선 광방사 분광학(ultraviolet photoemission spectroscopy)에 의해 측정된 대역 구조를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 실험 오차는 Alq3 대역에 포함된다. 이 데이터는 GaN/Alq3이 도 4c의 바이폴라 주입의 경우에 대응함을 도시하고 있다. 실험에 의해 GaN의 애노드와 캐소드 모두 저전압에서 전하를 주입하는 것으로 확인되었다.

도 8은 본 발명의 연구에 의해 제조된 GaN계 캐소드 향상 OLED 구조에 대한 I-V 및 EL-V 특성을 도시하고 있다. 유기 재료의 상부에 증착되는 경우에도, 우수한 다이오드 특성 및 EL의 4.8V 시작은 GaN 캐소드의 현저한 품질을 증명해주고 있다.

도 9는 본 발명의 제 1 실시예의 단면도를 도시하고 있다.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예의 단면도를 도시하고 있다.

도 11은 본 발명의 제 3 실시예의 단면도를 도시하고 있다.

도 12는 본 발명의 제 4 실시예의 단면도를 도시하고 있다.

도 13은 본 발명의 제 5 실시예의 단면도를 도시하고 있다.

도 14는 본 발명에 따른 디스플레이 또는 어레이의 단면도를 도시하고 있다.

도 15는 본 발명에 따른 디스플레이 또는 어레이의 단면도를 도시하고 있다.

도 16은 본 발명에 따른 디스플레이 또는 어레이의 단면도를 도시하고 있다.

도 17은 본 발명에 따른 디스플레이 또는 어레이의 단면도를 도시하고 있다.

본 발명은, n-d WBS가 통상의 OLED 재료 안으로 전하를 주입시키기에 적당한 에너지 준위에 그 전도 대역(CB) 및 가전자 대역(VB) 중 어느 하나 혹은 이들을 동시에 가진다는 자각에 기초한다. 전극 재료로서의 n-d WBS를 평가하기 위해서는 이상적인 OLED 전극이 먼저 정의되어야 한다.

이상적인 접촉 전극 재료는 다음과 같은 특징을 가져야 한다.

1. 가시 스펙트럼내에서의 높은 투명성 및 근처의 방사 재결합이 작게 억제되어, 광선 추출 방향 및 유기층 두께 설계에 유연성을 갖는다.

2. 바람직한 OLED 재료로의 전하의 저전압 주입을 위한 하나 이상의 바람직한 에너지 대역 준위를 갖는다.

3. 충분한 전도성을 가짐으로 인해, 전체 수직 디바이스의 직렬 저항이 전극에 의해 영향을 받지 않는다. 추가적인 고전도층을 추가하여 측방향 전도성을 향상시킬 수 있으므로, 전극 재료의 전도성이 극도로 클 필요는 없다.

4. 저온에서 하부에 놓인 재료에 손상을 입히지 않으면서, 유기층 또는 비정질, 결정 혹은 다결정 기판상에 증착가능하다.

5. 화학적으로 비활성이다.

6. 불순물의 확산성이 낮다.

7. 기계적 견고함 및 열적 안정성을 갖는다.

항목 1은 n-d WBS가 정의에 의해 대부분 또는 모든 가시광에 대해 투명하기 때문에 만족된다. 이것은 2.5eV 이상의 금지 갭(forbidden gap)내에는 전자상태(electronic states)가 거의 존재하지 않기 때문(반도체 밴드갭 미만의 에너지를 갖는 광량자에 대해 발생하는 흡수는 무시할 수 있음을 의미함)이다.

항목 2는 n-d WBS의 밴드갭이 통상의 OLED 재료의 밴드갭과 비슷하거나, 또는 그 이상이기 때문에 만족된다. 이것은 CB, VB 중 어느 하나, 어떤 경우에는 두 개의 대역 모두(도 4c 참조)가 특정한 OLED 재료의 LUMO 또는 HOMO에 대해 바람직한 에너지 준위에 위치함을 의미한다. 간단히 말해서, n-d WBS가 OLED 재료에 홀을 효율적으로 주입하지 않는 경우에는 전자를 효율적으로 주입해야 하며, 또는 전자를 효율적으로 주입하지 않는 경우에는 홀을 효율적으로 주입해야 한다. 더욱이, 전자 전송 유기 재료는 홀 전송 재료보다 낮은 에너지의 LUMO를 갖고 홀 전송 재료는 전자 전송 유기 재료보다 높은 에너지의 HOMO를 갖는 경향으로 인해, n-d WBS는 자연히 바람직한 OLED 디바이스 구현을 위한 두 개의 극성의 양호한 주입자로 된다. 도 4a 내지 4c에는 유기 분자 궤도 에너지들에 대한 몇 가지의 통상적인 n-d WBS 대역 배치가 도시되어 있으며, 주의해야 할 점은 이들 모든 경우에 있어서 적어도 하나의 n-d WBS 대역은 작거나, 또는 전혀 존재하지 않는 에너지 장벽을 가로질러 유기 재료내의 분자 궤도내로 전하를 주입하도록 위치하고 있다는 점이다.

항목 3은 반도체가 도핑되거나, 또는 원래의 결함 또는 진성 캐리어(intrinsic carrier)로 인해 전도될 수 있고, 일반적인 OLED 재료보다 훨씬 높은 이동도를 갖기 때문에 만족된다. 대부분의 진성 n-d WBS는 일반적인 OLED 재료보다 잘 전도하며, 수직 디바이스 구조에서의 저항성 전압 강하를 제한하지 않을 것이다.

항목 4는 대부분의 공지된 n-d WBS는 저온에서 증착될 경우, 비정질 혹은 다결정 상태에서 반도체 특성을 나타내기 때문에 만족된다. 통상의 반도체 성장 기법들은 통상의 OLED 기판과 양립할 수 있도록 충분히 낮은 온도에서도 재료를 증착시킬 수 있으며, 통상의 OLED 재료의 유리 전이 온도 이하에서도 재료를 증착할 수 있다. OLED 기법과 양립하는 기법으로는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition), 레이저 절제(laser ablation), 증발(evaporation), 분자 빔 증착(molecular beam deposition; MBD) 및 플라즈마 강화 MBD가 있다.

항목 5 내지 7은 일반적으로 상대적으로 이온 결합을 갖거나, 또는 강한 공유 원자가(covalent) 결합을 갖는 n-d WBS에 대해 또한 만족된다. 이러한 결합은 분자간 판데르 바알스 결합(van der Waals bonding)에 의해 약하게 속박된 유기 재료의 결합보다 훨씬 강하다.

본 발명의 방법과 대비하기 위해 당해 기술 분야의 현 기술 수준을 요약하면, 고전도성 재료들은 이들이 금속이건 또는 축퇴 반도체이건 페르미 에너지 준위로부터 캐리어를 주입한다. 그들은 효율면에서 1 대역 시스템이며, 그들의 일함수에 의해 제한된다. ITO의 VB는 홀 주입자로서 작용하기에 매우 바람직하게 위치하고 있으며, 대부분의 유기 HOMO의 에너지보다 대략 3-4eV 낮다는 점에 유의해야 한다. 이것은 ITO가 실제로 광폭 밴드갭 반도체라는 사실 때문이며, 따라서, 논의한 바와 같이 저전압 주입을 할 수 있는 적어도 하나의 대역을 갖는다. 그러나, ITO의 축퇴 n형 특성으로 인해 ITO의 VB는 홀 주입에 사용될 수 없는데, 이는 VB에 자유 홀이 존재하지 않고, ITO의 VB에 주입된 홀은 존재하는 과잉 전자와의 재결합 이전에 무시할 수 있는 평균 자유 경로(mean free path)를 갖는다는 것을 의미한다. 이 경우에도 이것은, 대역은 여러 개를 갖지만 전도가 발생될 수 있는 대역은 하나뿐이라는 금속의 물리적 특성과 정확하게 일치한다.

반대로, 본 발명의 방법은 'n-d WBS'에서 VB가 홀 주입에 대해 적절하게 위치하거나, 또는 CB가 전자 주입에 대해 적절하게 위치한다는 사실, 또는 두 가지 경우 모두를 기초로 한다. 'n-d WBS'라 함은, 금속과는 달리 반도체처럼 행동할 수 있을 정도로 캐리어 농도가 적당한 WBS를 의미하는 것으로서, 여기서 적당하다라고 하는 것은 어느 쪽 대역이든 유기체로의 주입에 사용될 수 있을 정도로 충분히 적당한 캐리어 농도를 가진다는 것을 말한다. 소수 캐리어 전송의 경우(즉, n형 반도체를 통한 홀 전송 또는 p형 반도체를 통한 전자 전송)에는, 유용하고 실용적인 거리를 통해 소수 캐리어 전송을 재결합없이 지원하도록, 반도체는 다수 캐리어가 크게 공핍되어야 한다. 실용적인 자유 캐리어 농도의 상한은 대략 10²⁰cm^-3이며, 이것은 (반도체의 유전 상수에 따라) 1-3nm의 공핍 폭(depletion width)에 해당한다. 캐리어 농도가 너무 커서 1-3nm의 재료만이 소수 캐리어 전송을 위해 공핍되면, 재료는 적어도 하나의 극성의 양호한 전극 재료여야 한다는 전제 조건을 만족시키지 못하는데, 이는 소수 캐리어 극성은 유용하고 실용적인 실제 두께의 막에 의해 결코 주입될 수 없기 때문이다. 이러한 고농도로 도핑된 반도체는, 그것의 다수 캐리어 대역이 통상의 유기 분자 궤도에 비해 에너지 면에서 양호하게 위치한다면 여전히 양호한 다수 캐리어 전극이 될 수도 있다. 그러나, 이 경우는 과거의 패러다임에 해당하게 되며, 즉 축퇴 반도체는 단지 그 페르미 준위로부터의 전하만을 주입할 수 있으며, 본 발명에는 해당하지 않는다. 반도체에 대한 보다 상세한 내용은 에스. 스즈(S. Sze)에 의한, "Physics of Semiconductor Devices"란 명칭의 Pub: John Wiley and Sons, New York, 1981의 문헌에 기술되어 있다.

많은 WBS가 그들의 캐리어 농도를 제어하기가 어렵거나 또는 불가능하다는 면에서 ITO와 마찬가지이다. 그러나, 캐리어 농도가 적당한 한, 즉, < 10²⁰cm^-3의 범위에서는, 위에서 기술한 개념은 유효하다. 이는, 각각의 반도체의 유용한 실용적인 두께는 유기층 스택(stack)의 반대면상의 추가적인 금속 또는 반도체에 의해 공핍될 수 있기 때문이다. 이러한 공핍은 이전의 소수 캐리어가 비다수 캐리어 대역, 예를 들면, 평형(equilibrium) n형 반도체내의 가전자 대역을 통해 전송되도록 하며, 그 대역에서의 주입을 위한 바람직한 에너지 준위를 이용할 수 있도록 한다. 공핍이 없다면, 소수 캐리어는 유기물내로 주입되기 전에 다수 캐리어와 재결합할 것이다. 이러한 재결합 현상은 전체 디바이스 동작 효율을 직접적으로 저하시킨다. 단순히 주입된 n-d WBS는, 원칙적으로는 그들의 유기 분자 궤도 상대로의 캐리어 주입을 위해, 인접한 금속에 의해 유용한 두께만큼 공핍되어 두 개의 반도체 대역을 이용할 수 있다.

반도체의 다른 이점은 유사전자(isoelectronic) 소자, 또는 하나의 성분이유사전자 소자에 의해 대체된 다른 반도체와 합금될 때, 그들의 밴드갭 및 대역 에너지가 일반적으로 연속적으로 변한다는 것이다. 예를 들면, Si의 밴드갭은 Ge를 추가함으로써 연속적으로 변할 수 있으며, GaAs는 InAs 혹은 AlAs를 추가함으로써 변할 수 있다. 마찬가지로, 밴드갭 및 대역 에너지는 다른 반도체, 예를 들면, AlN 및 SiC와의 합금에 의해 또한 변할 수 있다. 반도체 전극에 걸쳐 합금 농도를 구배지게(grading) 할 수 있는 능력으로 인해 몇 가지 유용한 특성을 갖는데, 여기에는 합금 농도를 변화시킴으로써 대역 에너지를 튜닝(tune)하는 능력, 캐리어 전송에 대한 장벽을 제거하는 능력, 전극에 대한 저항 접촉로서 보다 적은 밴드갭 재료를 이용하는 능력이 포함된다.

일반적으로, 비축퇴 반도체 전극에 의해 유기 재료에 대한 두 가지 타입의 컨택트를 형성할 수 있다. 이것은 전자 또는 홀의 주입은 단지 페르미 에너지 준위로부터만 가능한 축퇴 반도체 및 금속의 경우와는 다르다. 이들 두 개의 컨택트 방안은 소수 및 다수 캐리어 컨택트이라고 각각 지칭된다. 저항 접촉 및 주입을 향상시키기 위해 구배를 갖는 합금을 구비하는 소수 캐리어 컨택트의 형성이 비축퇴 광폭 밴드갭 반도체에 대해 도 5에 도시되어 있다. 도 5의 비축퇴 광폭 밴드갭 반도체는 n 형 도전성을 갖지만, 홀 주입을 위한 애노드 전극, 즉 소수 캐리어 주입을 위한 애노드 전극으로서 사용된다. 이하 기술되는 내용은 전자를 주입하는데 사용되는 p형 반도체의 경우에도 또한 적용된다. 유기막 근처에서, 반도체를 (예를 들면, GaN에 AlN을 도입함으로써) 합금화하여, 밴드갭을 증가시키고 VB 에너지를 낮추어 유기 재료의 HOMO로의 주입에 대한 장벽을 없앤다. 다른 쪽에서는, 반도체를 (예를 들면, GaN에 InN을 도입함으로써) 합금화하여 밴드갭을 감소시켜, VB 에너지가 홀 주입 금속 또는 ITO의 에너지와 부합되도록 증가시킨다. 양쪽에서, 합금 내용물이 구배를 갖도록 되어, VB(또는 전자 주입의 경우 CB)의 천이가 유연하게 된다. 일반적으로, 홀을 유기물내로 이동시키기 위해서는 전압이 필요하지만, 홀이 갑작스런 장벽을 만나지는 않는다. 본 시스템에서는 홀이 소수 캐리어이기 때문에, 금속 또는 ITO 홀 주입층에 의해 전자가 거의 공핍되도록 전체 반도체 영역은 충분히 얇아야 한다. 이것은 전술한 바와 같이, 10²⁰cm^-3미만의 캐리어 농도를 갖는 비축퇴 반도체의 실용적이고 유용한 두께( > 1nm)의 반도체막에서만 수행될 수 있다.

저항 접촉 및 주입을 향상시키기 위해 구배를 가진 합금을 구비하는 다수 캐리어 컨택트의 형성이 n-d WBS에 대해 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 n-d WBS는 또한 본 실시예의 목적으로 n형으로 되어 있으며, 유기 LOMO내에 전자를 주입하는데 사용된다. 도 5에서와 마찬가지로 p형 극성으로 바뀔 수도 있으며, 이 경우에도 논의는 마찬가지이다. 합금의 밴드갭이 더 넓어지고, 구배가 질 경우에도 전극을 LOMO내에 부합시키고 합금 전이 영역에서 장벽을 피하는 기능에는 변함이 없다. 도 5의 경우와 같이, 합금의 밴드갭이 더 작아지면, 재료가 전자 주입 금속, 예를 들면, Al의 일함수와 보다 잘 부합하게 된다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 작은 밴드갭을 갖는 합금은 만일 이것이 높은 캐리어 밀도를 가지고 있다면, 에너지 면에서는 CB와 부합하지 않지만, 그 외의 면에서 바람직한 (투명도 및 전도성에 있어 유용한) ITO와 같은 재료에 대한 저항 접촉을 형성하는데 사용될 수 있다. 진성 캐리어의 증가, 도펀트 및 결함 레벨이 얕아지는 등의 몇 가지 이유로 인해 밴드갭이 감소함에 따라, 본 발명에서 관심을 가지는 온도에서의 반도체 캐리어의 농도는 일반적으로 증가한다. 따라서, 보다 작은 밴드갭이 되도록 합금하여, 옴적 터널링(tunneling) 컨택트를 형성하는 것이 유리하다. 예를 들면, InN 저항 접촉층으로까지 구배가 진 GaN 캐소드를 통해 ITO로부터 OLED로 전자를 성공적으로 주입하였다. 이것은 InN과 ITO의 일함수의 커다란 차이에도 불구하고 성공적이었는데, 이는 고농도로 도핑된 각각의 재료의 공핍폭이 관통되기에 충분할 만큼 얇았기 때문이었다. 이러한 사실은 저항 접촉의 형성을 위한 잘 알려진 반도체 물리학의 원리와 잘 맞는다. 명료성을 위해, 전술한 예에서 InN은 n-d WBS가 아님을 알아야 한다. 일반적으로, 2.5eV 미만의 밴드갭을 갖는 반도체는 자주 본 발명의 n-d WBS계 컨택트 방안에서 저항 접촉층으로서 유용하다. 이는 얇은 컨택트층은 저항 접촉 형성의 목적에 충분하며, 금속과 비교하여 심지어 작은 밴드갭 반도체의 주어진 낮은 흡수 계수는, 얇고 유용한 저항 접촉층의 추가로 인해 디바이스의 흡수 손실이 현저하게 증가되지는 않음을 나타낸다. 따라서, 보다 작은 밴드갭 반도체의 저항 접촉층을 포함하는 n-d WBS계 컨택트는 여전히 매우 투명한 전체 접촉 전극을 제공할 수 있다.

GaN은 전술한 논의 및 본 발명을 잘 나타내지만, 위에서 상세하게 기술된 기준을 만족할 경우, 일반적으로 비축퇴 광폭 밴드갭 반도체에도 마찬가지로 잘 적용된다. 유용한 전극 재료일 수 있는 다른 비축퇴 광폭 밴드갭 반도체의 예로는GaN, AlN, BN, AlGaN, InGaN, InAlGaN과 같은 비축퇴 광폭 밴드갭 Ⅲ-N 화합물 또는 ZnS, MgS, ZnSe, MgSe, ZnMgSSe, CdS, ZnO, BeO와 같은 Ⅱ-Ⅵ 화합물 또는 다이아몬드, SiC 혹은 ZnGaSSe, CaF2, AlP와 같은 보다 희귀한 비축퇴 광폭 밴드갭 반도체를 들 수 있다. 이것은 전도성을 변경하기 위해 도핑된 비축퇴 광폭 밴드갭 화합물에도 적용된다.

도 7은 GaN/유기(Alq3) 헤테로 접합의 자외선 광방사 분광(UPS) 연구의 결과를 도시하고 있다. UPS를 이용하여, Alq HOMO에 대한 GaN 가전자 대역의 위치를 관측한다. GaN의 VB와 CB간의 알려진 에너지 차이(즉, 3.39eV의 GaN 밴드갭 에너지) 및 Alq3 HOMO 및 LUMO를 고려하여, 도 7에 도시된 바와 같은 전체 대역 구조를 알 수 있다. 데이터에 의하면 GaN의 CB 및 VB가 Alq3으로의 전하 주입에 바람직하도록 위치하고 있음을 알 수 있다. 또한, 이것은 GaN의 VB가 바람직한 OLED HTL 재료로의 무장벽(barrierless) 홀 주입에 바람직한 에너지에 위치하고 있음을 나타내며, 전술한 바와 같이, 전자 전송 Alq3 HOMO 레벨보다 높은 HOMO 에너지를 갖는 경향이 있다.

GaN 대역의 바람직한 위치 설정에 대해서는 연구실에서 제조된 OLED 디바이스로부터 더 확인할 수 있다. 도 8은 유리/ITO/CuPc/NPB/Alq3/GaN계 캐소드 구조를 갖는 OLED에 대한 전류-전압(좌측 축, 선형 척도(linear scale)) 및 전계 발광-전압(우측 축, 로그 척도(log scale)) 특성을 도시하고 있다. 디바이스는 낮은 역 바이어스 전류를 갖는 우수한 다이오드 특성을 나타내며, 단지 4.8V에서 효율적으로 전계 발광을 시작함으로써 GaN 캐소드가 저전압에서 Alq3으로 전자를 주입할수 있음을―즉, 전자 주입에 대해 장벽이 거의 혹은 전혀 없음을―나타낸다. 도 8의 디바이스에서, GaN이 플라즈마 강화 분자 빔 증착에 의해 OLED 스택상에 직접 증착됨으로써, n-d WBS가 OLED 재료상에 성공적으로 증착될 수 있음을 나타냄에 유의할 필요가 있다. 그에 따라 전술한 이상적인 전극 특성 리스트의 항목 4가 만족된다.

유기층의 위 및 아래에 n-d WBS가 증착된, 본 발명자의 실험실에서 제조된 여러 가지 GaN 캐소드 및 애노드 디바이스는, 도 8의 데이터에 대해 GaN이 위에서 개괄한 본 발명의 방법과 부합하는, 일반적인 OLED 디바이스 구조에 대한 매우 훌륭한 애노드 및 캐소드라는 것을 확인시켜 준다. 이것은 GaN이 OLED로의 캐리어 주입에 대한 만족할 만한 CB 및 VB 에너지 준위를 갖는 n-d WBS이기 때문이다.

현 기술 수준에 비해 이미 향상된 본 발명의 가장 단순한 실시예가 도 9에 도시되어 있다. 기판으로부터 위로 증착된 순서대로 나열하여 유리/n-d WBS/ETL/HTL/금속 OLED 구조가 도시되어 있다. 유리 기판(60)상에 형성된 n-d WBS로 이루어진 캐소드(61)에 의해 제공된, 제거되거나 혹은 감소된 장벽 외에도, 감소된 광학 억제(optical quenching)에 의해 ETL(62)의 두께가 감소될 수 있고, 애노드(64)는 더 이상 투명한 컨택트가 아니기 때문에, 통상적인 ITO 애노드는 보다 높은 일함수의, 덜 확산적인 금속으로 대체될 수 있다. 도 9에 도시된 구조는 GaN 캐소드와 유리(60) 사이의 추가적인 층 또는 층들(예를 들면, InGaN 또는 ITO/InGaN)로부터 이점을 취하여, 추가적인 층이 측 전송층으로 작용하고 또한 n-d WBS 캐소드에 대해 양호한 저항 접촉을 형성하는 한, 캐소드(61)의 측방향 시트 저항(lateral sheet resistance)을 더 저하시킨다는 것을 알 수 있다. 추가적인 층은 캐소드의 일부를 형성하는 것으로 간주된다. 결국, 어떠한 기판이라도(비록 불투명할지라도) 도시된 유리 기판(60)을 대체할 수 있다. 이 경우, 캐소드(61)가 n-d WBS로 이루어진 경우, 바람직한 실시예는 투명한 상부 컨택트(64), 예를 들면, ITO를 가질 것이다. 제 1 실시예의 유기 영역(65)은 ETL(62) 및 HTL(63)로 이루어진다. 본 명세서에서의 도면들은 실제 축적으로 도시되지 않았음을 알아야 한다.

도 10에는 n-d WBS 애노드 디바이스인 제 2 실시예가 도시되어 있다. 기판(70)으로부터 위로 증착된 순서대로 유리/금속/ETL/EL/HTL/n-d WBS 애노드 OLED 구조가 도시되어 있다. 도 9와 도 10간의 주된 차이점은 n-d WBS로 이루어진 애노드(75)가 유기층 스택(76)의 최상부에 증착된다는 것이며, 이 경우 본 기술 분야에서 흔히 그러한 바와 같이, 별도의 방사층(73)(EL)을 포함한다. 또한, 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 애노드(75)는 저항 접촉층 또는 측방향 전송층(75.2)과 같은 추가적인 층 또는 층들을 포함할 수 있다. 저항 접촉층(75.2)의 경우, 추가적인 금속 또는 ITO 상부층(도시되지 않음)이 측방향 전도에 이로울 것이다. 유리가 아닌, 심지어 불투명한 소정의 다른 기판을 선택할 수 있다. 후자의 경우, 애노드(75)는 광선 추출의 용이성을 위해 완전히 투명하도록 설계하는 것이 바람직하다. 제 2 실시예의 유기 영역(76)은 ETL(74), 전계 발광에 적합한 층(73)(EL) 및 HTL(72)을 포함한다.

도 9 및 도 10에 도시된 디바이스는, 유기층의 극성 및 반대 전극 재료의 선택을 적절하게 변경할 경우, 각각 n-d WBS 애노드가 밑으로 간 아키텍처 또는 n-d WBS 캐소드가 위로 간 아키텍처에서 마찬가지로 잘 기능할 것이다. 예를 들어, 도 9에 도시된 디바이스는 유리/n-d WBS/HTL/ETL/MgAg 구조를 갖도록 변형될 수 있으며, 도 10에 도시된 디바이스는 유리/ITO/HTL/EL/ETL/n-d WBS 구조를 갖도록 변형될 수 있다.

본 발명의 제 3 실시예가 도 11에 도시되어 있다. 기판(80)으로부터 위로부터 증착 순서대로 나열하면 본 실시예는 유리/n-d WBS 애노드/HTL/(ETL, EL)/OIL/n-d WBS 캐소드로 이루어진다. 이 구조는, 디바이스가 n-d WBS로 이루어진 두 개의 컨택트를 구비함으로써 더 향상된다는 것을 제외하고는 도 9 및 도 10의 디바이스와 매우 유사하게 기능한다. 제 3 실시예의 유기 영역(85)은 본 기술 분야에서 자주 실시된 바와 같이, 조합된 ETL/EL층(83) 및 HTL(82)을 포함한다. 또한, 유기 주입층(organic injection layer; OIL)(83.2)이 추가되었다. OIL은 n-d WBS 캐소드의 증착에 의해 발생된 손상에 덜 민감하거나, 또는 n-d WBS(84.1) CB와 ETL(83.1) LUMO의 중간의 LUMO 에너지를 가짐으로써, 전자 주입에 대해 존재할 수 있는 장벽의 크기를 더 감소시키는 특성들을 가질 수 있다.

도 12에는 본 발명의 제 4 실시예가 도시되어 있다. 기판(90)으로부터 위로 증착된 순서대로 나열하여 유리/금속/HTL/(ETL, EL)/금속/n-d WBS OLED 구조를 이룬다. 이 구조는 외부 전극면상에 주 n-d WBS(94.2)의 전도성이 보다 좋은 합금(94.3)을 이용하여, 도 6과 관련하여 기술된 바와 같이 외부 캐소드에 대한 저항 접촉을 용이하게 한다. 또한, 얇은 금속(94.1)의 중간층은 낮은 금속(94.1) 일함수를 통해 주입을 향상시키거나, 또는 n-d WBS 캐소드(94) 증착 및/또는 교차 확산(cross diffusion) 및/또는 화학 반응으로부터 유기층 스택(85)을 보호함으로써 신뢰도 및 안정성을 향상시키는 추가적인 이점을 갖는다. 도 12에 도시된 n-d WBS 전극을 유익하게 합금화하는 개념은, 예를 들면, n-d WBS계 애노드, 또는 도 5와 관련하여 기술된 바와 같은 어느 한 극성의 소수 캐리어 n-d WBS 컨택트를 포함하는 관련 실시예에서도 마찬가지로 유효하다. 금속(94.1) 중간층의 개념은 만일 그 주된 역할이 홀 주입을 향상시키는 것이라면, 높은 일함수를 갖는 금속을 선택할 경우 애노드 형성에 대해서도 마찬가지로 유효하다. 애노드에서의 얇은 금속(94.1) 중간층의 역할이 기본적으로 장벽을 형성하는 것이라면, 금속이 얇거나 또는 인접한 유기층 또는 n-d WBS계 컨택트와의 화학 반응에 의해 대개가 소모되는 한, 낮은 일함수의 금속을 애노드 형성에도 또한 사용할 수 있다.

도 13은 n-d WBS 캐소드(104)가 캐소드/유기 계면 근처에 내장된 낮은 일함수의 얇은 금속(104.2)(TM) 중간층을 포함하는 OLED 구조를 도시하고 있다. TM은쌍극자(dipole)를 생성하거나 혹은 ETL(103)에 인접한 n-d WBS(104.1)의 CB에 전자를 제공함으로써 화학적, 기계적 보호 또는 확산 장벽으로서 기능하거나, 또는 전자 주입을 향상시킬 수 있다. 또한, 이것은 단지 소량만이 필요하므로, 매우 투명할 수 있다. 제 4 실시예의 유기 영역(105)은 조합된 ETL/EL층(103) 및 HTL(102)을 포함한다.

얇은 밀봉 금속의 일함수가 높은 경우에는 그것의 주요 역할이 홀 주입을 증진시키는 것인 한은 이러한 얇은 밀봉 금속의 개념이 마찬가지로 애노드에 대해 유효함을 알아야 한다. 또한, 이러한 개념은 유기 스택의 증착 이전 또는 이후에 성장한 n-d WBS계 컨택트에 대해서도 마찬가지로 유효하다. 결국, TM의 양쪽면의 n-d WBS가 동일한 재료이어야 할 이유는 없다. 사실상, 이들이 상이한 재료일 경우 일정한 이점을 얻을 수 있다. 예를 들면, n-d WBS 중간층(104.1)이 다른 바람직한 특성들, 예를 들면, 주입에 대한 장벽 또는 불량한 전도 특성을 갖더라도, 유기물에 직접 접촉한 유기 표면상으로 서서히 증발―혹은 다른 방식으로 유기물에무해한―될 수 있는 n-d WBS 중간층(104.1)을 갖는 것이 바람직하다. 이들 두 가지 문제점은 외부 n-d WBS(104.3)가 보다 높은 CB 에너지를 가질 경우, 인접한 TM으로부터의 전자들은 유기물에 직접 접촉한 n-d WBS(104.1)에 전달되고, 이것이 페르미 준위를 CB 이상 및 전자 주입에 대한 장벽 이하로 증가시키고, 또한 전도 전자를 제공할 것이기 때문에 해결될 수 있다. 다른 예는 유기물과 직접 접촉하는 n-d WBS 중간층(104.1)이 TM 페르미 준위보다 높은 CB 에너지를 갖는 경우이다. 이 경우, n-d WBS(104.1)가 충분히 얇게 형성된다면, TM으로부터의 전자는 중간에 위치하는 n-d WBS(104.1)를 관통할 수 있고, 여전히 저전압 주입을 달성할 수 있다. 이러한 방법은 그것으로 전자를 주입하거나, 또는 전도 전자를 제공하는 어려움에 대한 고려없이도, 고절연 n-d WBS를 사용할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명을 기초로 하여, 본 발명에 의해 가능한 몇 가지 디스플레이 실시예를 기술한다.

OLED 증착 이전에 기판이, 예를 들면, 활성 매트릭스, 드라이버, 메모리 등과 같은 활성 Si 디바이스를 포함하도록 제조될 수 있기 때문에, Si 기판상에 OLED를 집적할 수 있는 편이 바람직하다. 이러한 구조는 Si에서 기본적으로 실현되는 높은 분해능 및 성능을 갖는, 저렴하고 매우 작은 영역의 유기 디스플레이일 수 있다. OLED, OLED 어레이 또는 OLED 디스플레이는 Si 디바이스를 포함하는 이러한 Si 기판상에 직접 성장되거나, 또는 별도로 제조되어, 나중에 Si 기판상으로 옮겨질 수 있다. 문제는 Si의 금속화(metalization)이다. 통상적인 OLED 캐소드 금속은 Si 공정 또는 공기중에서 불안정하다. 다른 문제는 Si가 불투명하기 때문에, 투명한 상부 컨택트가 필요하다는 것이다. 본 발명은 이들 문제에 대한 해결책을 제시한다. 개시된 n-d WBS계 전극은 어느 쪽 극성이든 안정된 저전압의 컨택트가 표준 Si 공정 금속화물의 상부에 형성될 수 있도록 하므로, OLED 기법과 병존할 수 있다. 또한, n-d WBS계 전극은 패터닝(patterning)이 불필요할 수도 있으며, 이것은 OLED 증착 공정으로 완성된 Si IC 기판을 직접 삽입하는 것을 허용함으로써, 제조 노고를 덜 수 있다. 통상적인 금속 컨택트 재료에 비해 n-d WBS의 전도성이 낮으므로, n-d WBS계 컨택트가 전체 Si IC상에 블랭킷(blanket) 형태로 증착될 경우 치수가 작은(50nm 정도) 수직 방향으로 주로 전도가 발생되는 반면, 측방향(1μm 정도)으로는 무시할 수 있는 전도가 발생될 것이다. 픽셀(pixel)들간의 누화(crosstalk)를 피하기 위해서는, 측방향 전류 전도를 제어하는 것이 중요하다. n-d WBS계 캐소드와 애노드가 모두 증착되어, 투명한 상부 전극을 형성함으로써, 기판 평면상에서의 광선 추출이 가능하도록 한다. 결국 n-d WBS계 애노드, 특히 OLED 디바이스의 증착 이전에 증착된 n-d WBS계 애노드는 보다 낮은 전압 주입 뿐만 아니라, 안정성 및 신뢰도의 이유로 인해, 통상적인 ITO 또는 Au 금속화 방법에 비해 디스플레이에 유리하다.

Si 기판상에 형성된 유기 어레이 또는 디스플레이 구조가 도 15에 도시되어 있으며, 이하에 기술된다. 이 디스플레이는 메모리 셀, 드라이버, 캐패시터, 트랜지스터 등과 같은 능동 및/또는 수동 디바이스(이들 디바이스는 도시되지 않음)를 포함하는 집적 회로를 구비한 Si 기판(120)을 포함한다. Si 집적 회로 위에는, 안정된 OLED 애노드(예를 들면, 본 발명에 따른 n-d WBS계 애노드 또는 통상적인 ITO, Au, Ni, Pt 혹은 Cr 애노드)(121)가 패터닝되어, Si 디바이스를 OLED(122)에 접속한다. 캐소드가 위를 향한 모양의 OLED(122)가 패터닝된 애노드(121) 및 Si 기판(120)상에 증착된다. 마지막으로, n-d WBS계 캐소드(123)가 제공된다. 간략성을 위해 OLED를 상세하게 도시하지는 않았지만, OLED는 어떠한 색상도 될 수 있으며, 심지어 백색일 수도 있다. 백색 또는 청색 OLED 디바이스의 경우, 컬러 필터(color filter) 또는 변환기를 투명 캐소드(123)상으로 필립핑(flipping)함으로써, 투명 캐소드(123)상에서 컬러 필터 및/또는 변환층을 각각 패터닝하여 전체 컬러 디스플레이 기능을 실현할 수 있다. n-d WBS계 컨택트의 이점은 상부 캐소드(123)가 필수 패터닝 단계들에 저항적인 유기 디바이스(122)를 형성할 수 있다는 것인데, 이는 밀봉 보호제로서의 특성 때문이다. 마지막으로, Si IC 기판을 사용함으로써, 상부 캐소드(123)가 모든 디바이스에 대해 공통이 되도록 할 수 있으며, 이로 인해 각각의 픽셀 상부 전극의 비싸고 어려운 패터닝 또는 배선을 피할 수 있다.

예를 들어, 그 위에 Au, ITO 또는 InGaN/GaN 애노드(121)가 패터닝되는 Al 금속화된 Si 칩(120)은 OLED 어레이 또는 디스플레이(122)에 대한 기판으로서 기능할 수 있다. 이러한 하나의 OLED는 (하부로부터 상부로) 안정된 애노드층, HTL, 유기 도핑 혹은 비도핑 활성 영역, ETL과, GaN으로 이루어진 캐소드(123)를 포함한다. 이 캐소드(123)는 예를 들면, MgSe/TM/GaN/InGaN/ITO와 같은 '층들'의 스택으로 구성될 수 있다.

도 16에는 OLED(132)가 상부에 애노드를 갖는 다른 어레이 또는 디스플레이에 대한 실시예가 도시되어 있다. 이 도면에서는 Si 기판(130) 상부의 OLED(132)가 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우, Si 기판(130)은 n-d WBS 캐소드(131)로 전하를 주입하는 Al 금속 전극(131.1)에 의해 부분적으로 덮인다. 다른 영역(130.1)은 전류를 전도하지 않는다. 또한, Si IC 기판(130)은 Si 처리의 후단(back end) 동안 평탄화될 수 있다. 이러한 방법은 블랭킷 n-d WBS계 캐소드(131)가 OLED 증착 바로 이전에 층착될 수 있기 때문에 처리 비용이 낮아지며, 추가적인 패터닝이 필요하지 않다. 전술한 바와 같이, 이것은 의도한 수직 전류가 Al 컨택트 패드들(131.1)간의 공간보다 상당히 작은 거리를 통과해야 하므로 가능하다. 도 16에 도시된 바와 같이, 간단한 모양으로 인해 애노드(133)가 모든 디바이스에 공통일 때 조차도, 누화가 적게 발생되는 것이 보장된다. Si 기판(130)은 대부분의 가시광에 대해 불투명하기 때문에, 상부 애노드(133)는 투명해야 한다. 또한, n-d WBS계 컨택트를 사용할 경우 상부 애노드(133)가 향상될 수 있다. 애노드(133)는, 예를 들면, AlGaN/GaN/InGaN/ITO 층들의 스택으로 구성될 수 있다. 또한, 투명한 상부 컨택트 위에 증착 또는 패터닝되는 컬러 필터 및/또는 변환기(134)에 의해, 도 16에 도시된 실시예에서는 색상을 편리하게 정할 수 있다.

도 16의 Si 상부에 애노드가 위치하는 실시예는 바람직한 ETL층의 전자 이동도보다는 바람직한 HTL층에서의 홀 이동도가 일반적으로 높기 때문에, 도 15의 캐소드가 위에 위치하는 경우에 비해 이점이 있다. 전극 증착동안 상부 유기층에 소정의 손상이 발생되거나, 또는 전극을 통해 오염이 확산되어 HTL이 열화된다해도, 그것은 구배 없는 매립 ETL보다 여전히 높은 이동도를 가지므로, 전체 전류 전도에서 제한 요소로 작용하지 않을 것이다. 간단히 말하면, 처음부터 HTL은 공지된 OLED 디바이스의 ETL의 성능을 능가하므로, 단순히 디바이스는 ETL보다는 HTL의 초기 상태의 열화에 덜 민감하다.

도 17에는 다른 가능한 디스플레이의 실시예가 도시되어 있으며, 이하에 기술된다. 이 디스플레이는 투명한 기판(140)을 포함하며, 그 위에는 활성 매트릭스 액정 디스플레이(active matrix liquid crystal displays)를 위해 개발된 기술과 동일한 기술을 이용하여 비정질 Si 또는 폴리(poly) Si 구조가 형성된다. 통상적으로, Si는 박막 트랜지스터(thin-film-transistor; TFT)(141) 및 다른 디바이스를 제공하는 구조로 되어, 활성 매트릭스를 생성한다. 또한, 매우 투명하도록 충분히 얇은 단결정 Si 디바이스가 유리 기판상으로 전사되어, 폴리 실리콘 또는 비정질 Si 회로에 비해 향상된 성능으로 거의 동일한 기능을 수행한다. 그 후, 이들 Si 회로(141)는 특수층(special layer)(144)에 의해 덮이거나 평탄화될 수 있다. 또한, OLED(145)가 백색광 또는 청색광을 방사한다면, 컬러 필터 혹은 컬러 변환기(142)를 각각 제공할 수 있다. Si 디바이스(141)는, 예를 들면, 그 위에 OLED(145)를 증착할 수 있는 구조화된 n-d WBS계 투명 캐소드 또는 애노드(143)를 포함한다. 또한, 상부 전극은 n-d WBS계 컨택트이거나, 또는 통상적인 컨택트일 수 있다. 이 방법의 이점은 확립된 AMLCD(active matrix liquid crystal display) 기술을 OLED와 조합하여 사용함으로써, 넓은 영역에 걸쳐 저렴한 고성능 AM 디스플레이를 실현할 수 있다는 것이다. 더욱이, 적절하게 설계할 경우 유리기판(140)을 통해 광선이 방사될 수 있으므로, 투명한 컨택트(애노드(146))가 불필요하다. 애노드(146)는 캡층(cap layer)(147)에 의해 덮일 수 있다. 또한, 본 실시예에서의 애노드는 n-d WBS계일 수 있으며, 표면 방사 디바이스가 바람직한 경우에는 투명하게 만들어질 수도 있다.

본 발명의 디바이스의 유기 영역은―필요한 경우 전하 전송층 이외에도―

- 하나 이상의 유기 방사층(EL)들의 스택, 또는

- 전계 발광을 억제 및 향상시키도록 선택된, 하나 이상의 불순물, 유기물 혹은 무기물과 도핑된 유기 화합물, 또는

- 하나 이상의 유기 방사층의 스택―이들 중 일부는 특정한 유기 방사층의 전계 발광을 억제 또는 향상시키도록 도핑될 수 있음―, 또는

- 하나 이상의 유기층의 스택―여기서, 하나 이상의 상기 유기층의 역할은 하나 이상의 캐리어 타입을 전기적으로 제한하여, 인접한 유기층의 방사를 향상시키는 것임―을 포함할 수 있다.

이하, 사용할 수 있는 다른 유기 재료의 몇 가지 예를 기술한다.

전자 전송/방사 재료:

예를 들면, Alq3, Gaq3, Inq3, Scq3, BAlq3(q는 8-히드록시퀴놀린(hydroxyquinoline)을 의미함)과, Znq2, Beq2, Mgq2, ZnMq2, BeMq2 및 AlPrq3과 같은 다른 8-히드록시퀴놀린 금속 착화합물(complexes)이 있다. 이들 재료들은 ETL 또는 방사층으로서 사용될 수 있다. 전자 전송 재료에 대한다른 부류로는 불완전 질소 함유계(deficient nitrogen containing systems), 예를 들면, 옥사디아졸(oxadiazoles)형 PBD(임의의 여러 유도체들(derivatives)), 트리아졸(triazoles), 예를 들면, TAZ(1,2,4-트리아졸)가 있다. 이들 기능적인 그룹들은 또한 폴리머(polymers), 스타버스트(starburst) 및 스피로(spiro) 화합물로 구현될 수 있다. 또다른 부류로는 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyriimidine), 피라진(pyrazine) 및 피리다진(pyridazine) 기능성을 포함하는 재료들이 있다. 마지막으로, 퀴놀린(quinoline), 퀴녹살린(quinoxaline), 시놀린(cinnoline), 프탈라진(phthalazine) 및 퀴나질린(quinaziline) 기능성을 포함하는 재료들은 그들의 전자 전송 능력에 대해 잘 알려져 있다. 다른 재료로는 시아노 치환(cyano-substituted) 폴리머, 디데실 섹시티오펜(didecyl sexithiophene)(DPS6T), 비스-트리이소프로필시릴 섹시티오펜(bis-triisopropylsilyl sexithiophene)(2D6T), 아조메틴-아연(Azomethin-zinc) 착화합물, 피라진(예를 들면, BNVP), 스트리란트라센트(strylanthracent) 유도체(예를 들면, BSA-1, BSA-2), 비평탄 디스티릴라리렌(distyrylarylene) 유도체, 예를 들면, DPVBi(씨. 호소카와(C. Hosokawa) 및 티. 구스모토(T. Kusumoto)에 의한, International Symposium on Inorganic and Organic Electroluminescence 1994, Hamamatsu, 42의 문헌을 참조), 시아노 PPV(PPV는 폴리(피-페닐렌비닐렌)를 의미함) 및 시아노 PPV 유도체가 있다.

이하의 재료들은 방사층 및 도펀트로서 특히 적합하다:

안트라센(anthracene), 피리딘 유도체(예를 들면, ATP), 아조메틴-아연 착화합물, 피라진(예를 들면, BNVP), 스트리란트라센트 유도체(예를 들면, BSA-1, BSA-2), 코로넨(Coronene)(도펀트로서도 또한 적합함), 쿠마린(Coumarin)(도펀트로서도 또한 적합함), 디스티릴 아릴렌(distyryl arylene) 유도체(DSA), 알킬 치환(alkyl-substituted) 디스티릴벤젠(distyrylbenzene) 유도체(DSB), 벤지미다졸(benzimidazole) 유도체(예를 들면, NBI), 나프토스티릴라민(naphthostyrylamine) 유도체(예를 들면, NSD), 옥사디아졸 유도체(예를 들면, OXD, OXD-1, OXD-7), N,N,N',N'-테트라키스(tetrakis)(엠-메틸페눌(m-mehtylphenul)-1,3-디아미노벤젠(diaminobenzene)(PDA), 페릴렌(Perylene) 및 페릴렌 유도체, 페닐 치환(phenyl-substituted) 시클로펜타디엔(cyclopentadiene) 유도체, 12-프탈로페리논(phthaloperinone) 유도체(PP), 스퀘릴리움 다이(squarilium dye)(Sq), 1,1,4,4-테트라페닐(tetraphenyl)-1,3-부타디엔(butadiene)(TPBD), 섹시티오펜(6T), 폴리(2,4-비스(코레스타녹실(cholestanoxyl)-1-4-페닐렌-비닐렌(BCHA-PPV), 폴리티오펜(Polythiophenes), 퀴나크리돈(quinacridones)(QA)(티. 와키모토(T. Wakimoto) 등에 의한, International Symposium on Inorganic and Organic Electroluminescence, 1994, Hamamatsu, 77의 문헌을 참조), 및 치환된 퀴나크리돈(MQA), 루브린(Rubrene), DCJT(예를 들면, 씨. 탕에 의한, SID Conference San Diego; Proceedings, 1996, 181의 문헌을 참조), 공액 및 비공액(conjugated and non-conjugated) 폴리머, 예를 들면, PPV 및 PPV 유도체(가용성 프리커서(soluble precursor)), MEH-PPV(폴리(2-메톡실(methoxyl),5-(2'에틸-헥소시(ethyl-hexoxy)-1,4-페닐렌-비닐렌), 디알콕시(dialkoxy) 및 디알킬(dialkyl)PPV 유도체, 분할형 PPV(이. 스타링(E. Staring)에 의한, International Symposium on Inorganic and Organic Electroluminescence, 1994, Hamamatsu, 48의 문헌 및 티. 오시노(T. Oshino) 등에 의한, Sumitomo Chemicals, 1995 monthly report의 문헌을 참조).

홀 전송층 및 홀 주입층:

이하의 재료들은 홀 전송층 및 홀 주입층으로서 적합하다. TDP, NPB(씨. 탕에 의한, SID Meeting San Diego, 1996의 문헌 및 씨. 아다치(C. Adachi) 등에 의한, Applied Physics Letters, Vol. 66, p. 2679, 1995의 문헌을 참조), TPA, NIPC, TPM, DEH(약식 표기에 대해서는, 예를 들면, 피. 보르센버거 및 디. 에스. 웨이스에 의한, Organic Photoreceptors for Imaging Systems, Marcel Dekker, 1993의 문헌을 참조)와 같은 방향족 아미노(aromatic amino) 그룹을 포함하는 재료가 있다. 또한, 이들 방향족 그룹은 폴리머, 스타버스트(예를 들면, TCTA, m-MTDATA가 있으며, 와이. 구와바라(Y. Kuwabara) 등에 의한, Advanced Materials, 6, p. 677, 1994의 문헌과, 와이. 시로타(Y. Shirota) 등에 의한, Applied Physics Letters, Vol. 65, p. 807, 1994의 문헌을 참조) 및 스피로 화합물에 포함될 수 있다. 또다른 예로는, Cu(II) 프탈로시아닌(phtalocyanine)(CuPc), NPB(N,N'-디페닐-N-N'-비스-(4-페닐페닐)-1,1'-비페닐(biphenyl)-4,4'-디아민(diamine)) 디스티릴 아릴렌 유도체(DSA), 나프탈렌, 나프토스티리라민(naphthostyrylamine) 유도체(예를 들면, NSD), 퀴나크리돈(Quinacridone)(QA; 도펀트로서도 또한 적합함),폴리(3-메틸티오펜)계(family)(P3MT), 페릴렌 및 페릴렌 유도체, 폴리티오펜(PT), 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실릭 디안히드리드(perylenetetracarboxylic dianhydride)(PTCDA)(절연체로서도 또한 적합함), 테트라 페닐디아미노디페닐(tetra phenyldiaminodiphenyl)(TPD-1, TPD-2 또는 TAD), PPV 및 일부 PPV 유도체, 폴리(2-메톡실,5-(2'에틸-헥소시-1,4-페닐렌-비닐렌(MEH-PPV), 폴리(9-비닐카바졸(vinylcarbazole))(PVK), 디스코틱(discotic) 액정 재료(HPT)가 있다.

양호한 광선 방사기로서 알려진 여러 가지 다른 유기 재료들이 있으며, 앞으로도 더 발견될 것이다. 이들 재료는 본 발명에 따라 발광 구조를 제조하는 데에도 또한 사용될 수 있다. 이러한 재료들의 예는 본 명세서의 도입부에서 인용된 문헌에 기술되어 있다. 이들 문헌들의 내용은 참조로 인용된다.

또한, 폴리머 접합제(polymeric binder)내에 활성 그룹을 포함하는 혼합(blend)(즉, 게스트 호스트(guest host)) 시스템도 가능하다. OLED 응용을 위한 유기 재료의 설계시에 사용된 개념들은 유기 광수신기(organic photoreceptor)에서의 풍부한 현재의 경험으로부터 대부분 도출된다. 유기 광수신기의 제조에 사용된 일부 유기 재료에 대한 개략적인 내용은 기본적인 문헌 뿐만 아니라, 전술한 피. 브로센버거(P. Brosenberger) 및 디. 에스. 웨이스(D. S. Weiss)에 의한 문헌 및 Teltech, Technology Dossier Service, Organic Electroluminescence(1995)의 문헌에서 볼 수 있다.

OLED는 폴리머, 올리고머(oligomeric) 및 작은 유기 분자를 이용하여 구현되어 왔다. 각각의 타입의 분자로부터 형성된 디바이스들은 비록, 층의 증착은 매우 다양하지만, 그 기능은 유사하다. 본 발명은 폴리머 및 올리고머 유기 발광 디바이스에 대해 전술한 모든 형태에 마찬가지로 유효하다.

작은 분자 디바이스들은 통상적으로 진공 증발에 의해 제조된다. 이것은 GaN의 PEMBD와 극단적으로 양립한다. 벨 자 타입의 챔버(Bell jar type chamber)에서 독립적으로 제어되는 저항성과, 소스의 전자 빔 가열로 증발이 행해질 수 있다. 또한, 복수의 분출 셀(effusion cells) 및 전자 빔 증발기(electron-beam evaporator)를 포함하는 분자 빔 증착 시스템(Molecular Beam Deposition System)에서도 증발이 행해질 수 있다. 각각의 경우, 진공 접속형 챔버(vacuum connected chamber), 또는 대기 오염 정도가 수용가능한 경우 분리된 챔버일 수 있는 동일한 챔버내에서 GaN 증착이 발생될 수 있다.

올리고머 및 폴리머 유기물은 기판에서의 가열 또는 플라즈마 여기(plasma excitation)에 의한 이후의 폴리머화로, 그들의 단량체 성분(monomeric components)의 증발에 의해 또한 증착될 수 있다. 따라서, 상호 증발(co-evaporation)에 의해 또한 합금으로 될 수 있으며, 단량체 화합물과는 완전히 양립한다.

일반적으로, 폴리머 함유 디바이스(단일층, 다층, 폴리머 혼합 시스템 등)들은 용제에서 폴리머를 용해한 후, 그것을 스핀 코팅(spin coating) 또는 닥터 블레이드 기술(doctor blade technique)에 의해 기판상에 분포시킴으로써 제조될 수 있다. 기판을 코팅한 후, 가열 또는 다른 방법으로 용제를 제거한다. 이 방법에의하면, 각각의 후속 층이 이전에 증착된 층들을 용해하지 않는 한, 잘 규정된 다층 구조를 제조할 수 있다. 또한, 폴리머 및 증발된 소형 유기 분자를 모두 포함하는 하이브리드 디바이스(hybrid devices)도 가능하다. 이 경우, 일반적으로 폴리머막이 먼저 증착되는데, 이는 증발된 소형 분자층은 여러 가지 처리를 견딜 수 없기 때문이다. 보다 흥미있는 것은, 단량체층이 증발된 후, 가능하게는 합금을 포함하는 폴리머/무기 전송층을 그 상부에 형성할 수 있는 가능성이 있다는 것이다. 폴리머를 진공으로 도입하기 전에 비활성 환경에서 처리하면, 디바이스 제조를 위한 충분한 청결성이 유지된다. 어떤 경우, GaN 및 다른 n-d WBS의 화학적 비활성으로 인해 폴리머 OLED 처리를 잘 견딜 수 있다.

요약하면, 본 명세서에서의 모든 발명들은 그것들의 폴리머, 올리고머 및 소형 분자 OLED 설계, 또는 그것들의 소정의 하이브리드 설계에 적합하다.

Claims

유기 발광 디바이스(organic light emitting devices)에 있어서,

a) 기판과,

b) 두 개의 접촉 전극(contact electrode)―그 중 하나의 전극은 애노드(anode)로서 작용하고, 다른 전극은 캐소드(cathode)로서 작용함―과,

c) 상기 접촉 전극들간에 전압이 인가되면 전계 발광(electroluminescence)이 발생되는 유기 영역(organic region)을 포함하고,

상기 접촉 전극들 중 적어도 하나는 비축퇴 반도체를 포함하며,

상기 접촉 전극이 캐소드로서 작용하면, 상기 비축퇴 반도체의 전도 대역(conduction band)이 상기 유기 영역의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)에 대해 정렬되어, 상기 비축퇴 반도체의 상기 전도 대역(CB)으로부터 상기 유기 영역의 LUMO로 사전 결정된 저전압에서 에너지 장벽(energy barrier)이 실질적으로 없이 전자가 주입되며,

상기 접촉 전극이 애노드로서 작용하면, 상기 비축퇴 반도체의 가전자 대역(valence band)이 상기 유기 영역의 HOMO(highest occupied molecular orbital)에 대해 정렬되어, 상기 비축퇴 반도체의 상기 가전자 대역(VB)으로부터 상기 유기 영역의 HOMO로 사전 결정된 저전압에서 에너지 장벽이 실질적으로 없이 홀이 주입되는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 접촉 전극은 각각 비축퇴 광폭 밴드갭 반도체를 포함하는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 층들은 기판/캐소드/유기 영역/애노드의 순서로 형성되는 유기 발광 디바이스.
제 3 항에 있어서,

상기 전계 발광에 의해 생성되는 빛은 상기 유기 영역으로부터 상기 애노드를 통해 방사되거나, 또는 상기 유기 영역으로부터 상기 캐소드 및 기판을 통해 방사되는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 층들은 기판/애노드/유기 영역/캐소드의 순서로 형성되는 유기 발광 디바이스.
제 5 항에 있어서,

상기 전계 발광에 의해 생성되는 빛은 상기 유기 영역으로부터 상기 캐소드를 통해 방사되거나, 또는 상기 유기 영역으로부터 상기 애노드 및 기판을 통해 방사되는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 유기 영역은 단일의 유기층 또는 유기층들의 스택(stack)을 포함하는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 비축퇴 반도체는 광폭 밴드갭을 갖는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 비축퇴 반도체는 반도체를 도입하면서 합금되는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

비축퇴 반도체를 포함하는 상기 접촉 전극은 중간층을 더 포함하는 유기 발광 디바이스.
제 10 항에 있어서,

상기 중간층은 상기 유기 영역과 직접 접촉하거나, 또는 상기 비축퇴 반도체내에 내장되는 유기 발광 디바이스.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 유기 영역은 상기 캐소드와 직접 접촉하는 전자 전송층 및/또는 상기 애노드와 직접 접촉하는 홀 전송층을 포함하는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 기판은 투명하거나, 반투명하거나, 또는 불투명한 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 기판은 실리콘(silicon), 유리, 플라스틱(plastic) 중 하나를 포함하는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 기판은 유연성이 있는(flexible) 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 기판은 실리콘을 포함하며, 적어도 하나의 집적 회로를 포함하는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 접촉 전극들 중 적어도 하나의 전극은 ITO(Indium-Tin-Oxide)층을 포함하는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 있어서,

상기 유기 영역은,

① 하나를 초과하는 유기 방사층의 스택과,

② 전계 발광을 주도하고 향상시키도록 선택된, 유기물 또는 무기물의 하나 이상의 불순물로 도핑된 유기 화합물과,

③ 하나를 초과하는 유기 방사층의 스택―그 중 일부는 특정한 유기 방사층의 전계 발광을 주도하거나 또는 향상시키도록 도핑될 수 있음―과,

④ 하나를 초과하는 유기층의 스택―여기서, 하나 이상의 상기 유기층의 역할은 하나 이상의 캐리어 타입을 전기적으로 제한하여, 인접한 유기층의 방사를 향상시키는 것임―중 어느 하나를

포함하는 유기 발광 디바이스.
제 1 항에 따른 하나를 초과하는 유기 발광 디바이스를 포함하는 디스플레이(display).
제 19 항에 있어서,

상기 하나를 초과하는 유기 발광 디바이스는 동일한 기판을 공유하고, 상기기판은

적어도 하나의 다른 디바이스와,

적어도 하나의 회로와,

적어도 하나의 전기 접속기 중 적어도 하나를 부가적으로 포함하는 디스플레이.
제 20 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 다른 디바이스 또는 상기 적어도 하나의 회로 또는 상기 적어도 하나의 전기 접속기는 상기 하나를 초과하는 유기 발광 디바이스 중 적어도 하나를 구동하거나 제어하는 디스플레이.
제 19 항에 있어서,

적어도 하나의 컬러 필터와 적어도 하나의 컬러 변환기 중 적어도 하나를 더 포함하여,

상이한 파장으로 발광하는 디스플레이.
제 20 항에 있어서,

상기 발광 디바이스는 상기 실리콘 기판상에 캐소드가 먼저 증착되거나 애노드가 먼저 증착되는 디스플레이.
제 9 항에 있어서,

상기 반도체는 유사 전자소자(isoelectronic element)인 유기 발광 디바이스.
제 8 항에 있어서,

상기 광폭 밴드갭은 약 2.5 eV 이상인 유기 발광 디바이스.
유기 발광 디바이스에 있어서,

기판과,

두 개의 접촉 전극(contact electrode)―그 중 하나의 전극은 애노드(anode)로서 작용하고, 다른 전극은 캐소드(cathode)로서 작용함―과,

상기 접촉 전극들간에 전압이 인가되면 전계 발광(electroluminescence)이 발생되는 유기 영역(organic region)을 포함하고,

상기 접촉 전극들 중 적어도 하나는 캐리어 농도가 약 10²⁰cm^-3이하인 비축퇴 반도체를 포함하는 유기 발광 디바이스.