KR101081710B1 - 적어도 하나의 유기층을 갖는 상부-발광 전계발광 컴포넌트 - Google Patents
적어도 하나의 유기층을 갖는 상부-발광 전계발광 컴포넌트 Download PDFInfo
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Abstract
상부-발광 OLED에서 분리 효율을 개선하기 위하여, 상부-발광 전장발광 컴포넌트(100)는 기판, 상기 기판에 인접한 제 1 전극(120), 상기 기판으로부터 떨어져서 배치된 제 2 전극(14) 및 상기 두 개의 전극들 사이에 배열된 적어도 하나의 발광 유기층(130)을 포함하는 것으로 제안되며, 상기 발산된 광은 상기 제 2 전극을 통해 전달된다. 본 발명에 따른 컴포넌트는 상기 적어도 하나의 유기층과 다른 곳을 향하며 제 2 전극의 측면상에 배열되는 부가층(150)을 특징으로 하고, 상기 부가층은 특히 산란 센터 형태의 광학적으로 활성화되는 발광 불균일성분들(151, 152, 153)을 포함하고, 상기 발산된 광의 부가층의 투과도는 0.6 이상이다. 이러한 부가층은 다양한 습식-화학적 공정 및 진공 방법에 의하여 제공될 수 있으며, 불균일성분들은 제공 공정 중에 또는 그 후에 분리 부가층으로 유입되고/유입되거나 제공된다. 또한, 본 발명은 이러한 컴포넌트를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다(도 2).
Description
본 발명은 청구항 제1항의 전문에 따른 상부-발광 전계발광(electroluminescent) 컴포넌트 및 청구항 제20항의 전문에 따른 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 몇 년간, 더욱 작고 공간-절약적이고, 가벼우며, 경제적인 디스플레이 모듈 및 데이터의 신속하고 적합한 시각화를 위한 디스플레이들에 대한 요구가 커져가고 있다. 최근에, LCD(liquid crystal display)가 노트북, 핸드폰 및 디지털 카메라를 위한 평판 스크린 영역에서 주권을 장악하고 있다. 그러나, LCD는 명암 및 색의 강한 각 의존성(angular dependency), 이미지 및 명암 변화에 대한 느린 반응 시간 및 복수의 필터 및 편광기에 의해 조절되는 낮은 효율과 같은 몇 가지 단점들을 가져, 원하는 광도를 달성하기 위해 상대적으로 높은 에너지가 사용되어야 한다. 개선된 디스플레이 품질을 갖는 작고 고해상도인 컬러 전류-절약 스크린에 대한 요구 범위는 크다. 유기 발광 다이오드(OLED)에 기초한 디스플레이들이 LCD에 대한 대안책으로 제시되었으며, 이는 OLED들에 기초한 디스플레이들은 발광 픽셀들 자체로 구성되어 배경 조명이 없기 때문이다. 이러한 디스플레이들은 예를 들어 포일(foil) 형태로, 생산 단가가 낮으며 유연하고 얇게 생산되고, 상대적으로 낮은 에너지를 소비하여 작동될 수 있다. 주어진 낮은 작동 전압, 높은 에너지 효율, 임의의 색상의 발광을 위한 지면적인(areally) 발광 컴포넌트들의 제작 가능성으로 인하여, OLED들은 또한 조명 엘리먼트에 사용되기에 적합하다.
OLED들은 이른바 엑시톤(exciton)이라 불리는 전자-정공 쌍들이 광의 방출 하에 재결합되는 전계발광(electroluminescence) 원리에 기초한다. 이 때문에, OLED는 샌드위치 구조물의 형태로 구성되며, 여기서 적어도 하나의 유기막은 2개의 전극 사이에서 활성 물질로서 배열되어, 양전하 및 음전하 캐리어들이 유기 물질속으로 주입되어 정공들 또는 전자들로부터 유기층의 재결합 구역으로의 전하 전달이 이루어져 단일 및/또는 삼중(triplet) 엑시톤에 대한 전하 캐리어의 재결합이 광의 방출하에 이루어진다. 순차적인 엑시톤의 방사상 재결합은 발광 다이오드에 의해 방출되는 시각적으로 유용한 광의 방출을 야기시킨다. 이러한 광이 컴포넌트를 떠날 수 있도록 하기 위해, 적어도 하나의 전극은 투명해야 한다. 일반적으로 이러한 투명한 전극은 TCO(투명 전도성 산화물)로서 지정된 전도성 산화물들로 구성된다. OLED의 제조에 있어서의 출발점은 OLED의 개별 층들이 제공되는 기판이다. 상기 기판에 인접한 전극이 투명하다면, 컴포넌트는 "하부-발광 OLED"로서 설계되며, 다른 전극이 투명하다면, 컴포넌트는 "상부-발광 OLED"로서 설계된다. 이는 기판과 적어도 하나의 유기층 사이의 전극 뿐만 아니라 기판으로부터 간격을 두고 있는 전극이 투명하게 설계되는, 완전히 투명한 OLED들의 경우에도 동일하게 적용된다.
설명된 바와 같이, 전자들 및 결손 전자들(정공들)의 방사상 재결합에 의한 컴포넌트의 활성 영역 또는 발광 영역에서의 광의 발생은 엑시톤 상태(excitionic state)에서 발생한다. OLED들의 상이한 층들, 예컨대 투명 전극들 및 적어도 하나의 유기층은 일반적으로 본래 1 보다 큰 상이한 굴절률을 갖는다. 생성된 모든 광자들이 컴포넌트를 떠나 광으로서 감지될 수 있는 것은 아니며, 이는 컴포넌트 내의 또는 컴포넌트와 공기 사이의 상이한 경계 표면에서 전반사가 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 심지어 발생된 광의 일부는 컴포넌트내에 재흡수된다. OLED들의 구성에 따라, 앞에서 설명된 전반사에 기초한 외부 확산 모드에 이외에 광학 기판- 및/또는 유기 모드들의 형성(즉, 기판, 투명 전극 및/또는 적어도 하나의 유기층에서 광의 확산)이 일어난다. 기판에 인접한 전극이 투명하지 않다면(상부-발광 OLED), 외부 모드 외에도, 적어도 하나의 유기층 및/또는 기판으로부터 간격을 두고 있는 전극에서의 모드들만이 유기 모드로 공통되게 설계되도록 확산할 수 있다. 외부 광학 모드들만이 관찰자에 의해 광으로서 인지될 수 있으며, 컴포넌트 내부에서 발생된 전체 발광의 비는 OLED의 구성에 따라 20% 미만이다. 유기 발광 컴포넌트 효율의 가능한 가장 높은 등급을 달성하기 위하여, 이러한 내부 광학 모드들, 즉 유기- 및 선택적 기판 모드들을 컴포넌트로부터 더욱 강하게 분리시킬 필요가 있다.
분리 효율을 개선하기 위하여, 특히, 하부-발광 OLED들을 위한 복수의 방법 및 설계는 광학 기판 모드의 분리에 관한 것으로 공지되었다. 이 때문에, I.Schnitzer, Appl. Phys. Lett., Vol.63, P.2174(1993)의 논문 "30% external quantum efficiency from surface textured, thin-film light-emitting diodes"는 기판의 표면의 러프닝(roughening)을 제안하고 있으며, 이는 기판과 공기 사이의 경계 표면상에 전반사가 발생할 정도가 되는 것을 방지한다. 이러한 러프닝은 예를 들어, 상기 유기물로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 기판 표면을 샌드블라스팅(sandblasting)하거나 에칭함으로써 달성될 수 있다. C.F. Madigan, Appl. Phys. Lett., vol.76, P.1650(2000)의 논문 "Improvement of output coupling efficiency of organic light-emitting diodes by backside substrate modification"에서, 기판 표면의 후면상에 구형 패턴 적용이 개시되어 있다. 이러한 패턴은 예를 들어, 페이스팅(pasting) 또는 적층에 의해 기판상에 적용되는 렌즈들의 어레이(array)를 포함할 수 있다. T. Yamasaki 외, Appl. Phys. Lett., vol.76, P. 1243(2000)의 논문 "Organic light emitting device with an ordered monolayer of silica microspheres as a scattering medium"는 OLED에서 광의 분리를 개선하기 위해 기판 표면상에 석영 유리의 마이크로스피어(microsphere) 제공을 제안한다. 이러한 마이크로스피어들은 또한 OLED에 인접하게 배열될 수 있다. 또한, OLED에 의해 방출된 광의 파장 범위에서 주기적인 길이를 갖는 주기적 구조물들이 기판과 제 1 전극 사이에 생성될 수 있다는 것이 공지되었으며, 상기 주기적 구조물은 발광 다이오드의 광학적으로 활성화되는 층으로 전달된다. 최종 지시된 기하학구조는 결과적으로 컴포넌트의 효율을 증가시키는 브라그 분산(Bragg scattering)을 갖는다( J.M. Lupton 외, Appl. Phys. Lett., vol.77, P.3340(2000) 참조). 또한, 독일의 미심사 간행물(Offenlegungsschrift) DE 101 64 016 A1은 적어도 하나의 유기층이 다양한 굴절률을 갖는 상이한 부분 영역을 나타내는 유기 발광 다이오드에 관한 것이다. 유기물 내의 상 경계들에서 편향의 결과로써, 균일한 층둘에서 보다 적은 웨이브 전도 손실로 인해 보다 적은 광자들이 상기 유기물층에 남게된다.
또한, 활성 유기층에서의 내재성의 불균질성분((intrinsic inhomogeneities)에 대한 이러한 사용 외에도, 상기 유기물 내부의 웨이브 전도체 효과를 방지할 수 있도록 나노입자들과 같은 이질적인 물체(foreign body)들이 유기 전계발광 재료 내에 유입될 수 있는 것이 공지되어 있다(예를 들어, S.A. Carter 외, Appl. Phys. Lett., vol.71(1997)의 "Enhandced luminance in polymer composite light emitting devices" 참조). 이러한 나노입자들은 예를 들어, TiO2, SiO2 또는 Al2O3로 구성될 수 있으며, MEH-PPV와 같은 중합체 이미터 재료에 내장된다.
하부-발광 OLED들 외에도, 상부-발광 OLED들이 점차 적합해지고 있으며, 이는 상부-발광 OLED들이 특정 분야들에 대해 앞서 언급된 것들에 비해 장점을 갖기 때문이다. 2개의 전극들 뿐만 아니라 기판도 투명하다면, 컴포넌트는 전체가 전계발광하도록, 즉 위 아래로의 방사가 가능하도록 만들어질 수 있다. 기판이 상부-발광 OLED에서와 같이 투명하지 않아야 한다면, 유리 이외에, 예컨대, 컴포넌트가 플렉시블한, 즉 구부러질 수 있게 하는 다수의 다른 기판이 사용될 수 있다. 또한, 금속 포일, 실리콘 웨이퍼 또는 실리콘-기반 전자 컴포넌트를 갖는 다른 기판들 및 인쇄 회로 보드들이 상부-발광 전계발광 컴포넌트에서 기판으로 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 일반적인 상부-발광 전계발광 컴포넌트에서 적어도 하나의 유기층 내부에 발생된 광의 분리 효율을 개선하는 것이다. 상기 목적은 청구항 제 1 항의 특징을 갖는 컴포넌트를 갖춘 장치에 의하여 놀랍도록 간단한 방식으로 해결될 수 있다.
본 발명에 따른 상부-발광 전계발광 컴포넌트는 특히 유기 발광 다이오드 디바이스로 설계되며, 상기 유기 발광 다이오드 디바이스는 기판, 상기 기판에 인접한 제 1 전극, 상기 기판으로부터 이격된 제 2 전극 및 두 개의 전극들 사이에 배열된 적어도 하나의 발광 유기층을 포함하며, 방출되는 광은 상기 제 2 전극을 통해 전달된다. 상기 컴포넌트는 본 발명에 따라, 광학적으로 동작하며 특히 산란 센터(center) 형태의 광-산란 불균일성분을 포함하는 부가적인 층이 적어도 하나의 유기층으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 제 2 전극의 일측에 배열되며, 방출된 광의 부가층의 전달 정도는 0.6보다 크다는 것에서 특징화된다. 상기 부가층의 투과율(τ)은 적절한 공식 τ=e-(αd)에 따라 결정되며, 여기서 α는 흡수 계수를, d는 층의 두께를 나타낸다.
본 발명에 따른 상부-발광 전계발광 컴포넌트의 설계는 현저한 개선을 보이는 특정 실시예에 따라 4의 팩터(factor)까지 분리 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 부가층은 지시된 기능에 더하여 다른 기능들도 나타낼 수 있다.
본 발명은, 유기층 또는 유기층들으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 제 2 전극의 일측에 분리층을 제공함으로써 분리 효율이 증가되는 방식으로, 유기층들 및 투명 전극 내부의 광학 모드들의 확산에 영향을 미치는 사상을 기초로 한다. 임의의 방식으로 광의 편향을 야기하는 광학적으로 활성화되는 불균일성분이 이러한 사상에 적합하다. 그것들은 예를 들어, 산란 효과 또는 회절 효과를 일으킬 수 있고, 활성 센터는 그의 경계 표면상, 특히 전극으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 경계 표면 상에, 그리고 분리층 내부에 배열될 수 있다. 또한, 불균일성분은 층 자체에 의해 내재적으로(instrinsically) 야기될 뿐 아니라 외인성(extrinsic)일 수 있다. 분리층의 특정 설계는 광학 모드들이 유기층 또는 층들에서 및/또는 접촉층에서 전개되는 것을 방지하여 광은 우선 외부 모드들에 결합한다. 분리층은 부가층 내에 너무 많은 광이 흡수되는 것을 방지하도록 투명해야 한다. 본 발명의 발명자들은 0.6 이상의 투과도가 본 발명에 따라 컴포넌트의 외부로 더 많은 광을 결합하기에 충분하다는 것을 발견했다.
바람직한 실시예들이 종속 청구항에 기재된다.
부가층 또는 분리층은 제 2 전극에 바로 인접할 수 있으며, 실시예에 따라 제 2 전극에 연결될 수도 있으나, 적어도 단면으로(in section) 제 2 전극과 이격될 수도 있다. 부가층 및 제 2 전극이 공통 경계 표면을 형성하고/형성하거나 서로에 결합되는 경우, 이는 부가층에 유기 모드의 특별히 효율적인 결합을 초래한다. 그러나, 이것은 특정 적용예에서 부가층이 적어도 단면적으로 제 2 전극으로부터 이격되는 경우 바람직할 수 있다; 그러나, 그 간격은 대략적으로 방출된 광의 파장 미만이어야 한다.
광학적으로 효율적인 불균일성분이 층 내에서 산란 입자들로서 배열된다면, 특히 부가층의 체적 내부에 균일하게 배열된다면, 분리를 위한 특별히 높은 효율이 이용될 수 있으며, 상기 입자들은 대략 0.05㎛ 내지 100㎛의 크기를 갖는다. 산란 입자들의 지정된 크기는 밀도가 1/λ4에 비례하는 레일리(Reyleigh) 산란 형태의 파동-의존 산란이 발생하지 않게 한다. 산란 입자들이 약 100㎛보다 크다면, 증가된 흡수도로 전방향으로 매우 큰 범위로 산란이 발생되며, 이는 파장-의존 산란처럼 바람직하지 못하다. 본 발명에 따라, "산란 입자(scatter particles)"라는 개념은 실질적으로 파장-의존 특성인 미 산란(Mie scattering)을 가지는 0.05㎛ 내지 100㎛ 사이의 지시된 확장을 갖는 부가층에서 모든 입자들 또는 영역들을 포함한다.
그러나, 광학적으로 활성화되는 불균일성분들이 제 2 전극으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 부가층의 표면 상에 배열되는 것이 바람직할 수 있으며, 산란 센터들은 약 0.05㎛ 내지 100㎛의 크기를 갖는다.
특히 활성화되는 분리층은 지정된 불균일성분이 부가층 내부 뿐만 아니라 부가층 표면 상에 배열되는 것을 가능하게 할 수 있다.
제 2 전극의 두께는 바람직하게 200nm 미만, 특히 80nm 미만일 수 있으며, 이는 유기층으로부터 부가층으로의 광의 특별히 효과적인 결합을 초래할 수 있는데 이는 소멸계(evanescent field)가 제 2 전극에 의해 크게 약화되지 않기 때문이다. 부가층의 굴절률이 상기 전극들 사이에 배열된 인접한 유기층의 굴절률보다 크도록 조정되는 것이 바람직하다. 이는 제 2 전극의 두께가 특히 약 40 nm로 매우 작은 경우에 바람직하다.
전극으로부터의 광이 부가층으로 진입될 때, 제 2 전극과 부가층 사이의 경계 표면상에 광의 전반사를 방지하기 위하여, 부가층의 굴절률은 제 2 전극의 굴절률보다 크도록 제공될 수 있다. 부가층의 굴절률은 1.3 내지 2.3, 특히 1.6 내지 2.0인 것이 바람직할 수 있다. 결과적으로, 유기 모드들은 완벽하게, 또는 그 상당 부분이 분리층에 결합된다.
만약 다수의 유기층들을 포함한다면, 상부-발광 전계발광 컴포넌트들에는 본 발명에 따라 분리층이 제공되는 것으로 단정지을 수 있다. 특히 독일 미심사 문헌(Offenlegungsschrift) DE 102 15 210 A1에 개시된 바와 같이, 다른 유기층들이 두 개의 전극 사이의 발광 유기층에 인접하게 배열되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 컴포넌트의 일반적인 구조는 비반전(non inverted) 구조의 경우 다음의 층들을 갖는다:
1. 기판,
2. 제 1 전극, 정공-주입 애노드(anode),
3. p-도핑된 정공-주입 및 수송층
4. 주변 층들의 HOMO(highest occupied molecule orbital) 에너지 레벨이 HOMO 에너지 레벨과 매칭되는 재료로 구성된 정공측 상의 얇은 매개층,
5. 발광층,
6. 주변 층들의 LUMO(lowest unoccupied molecule orbital)의 에너지 레벨이 LUMO 에너지 레벨과 매칭되는 재료로 구성된 전자 측면 상의 얇은 매개층,
7. n-도핑된 전자-주입 및 수송층,
8. 제 2 전극, 전자-주입 캐소드(cathode).
컴포넌트의 반전 구조의 경우 다음의 층들을 갖는다:
1. 기판,
2.a) 제 1 전극, 전자-주입 캐소드,
3.a) n-도핑된 전자-주입 및 수송층
4.a) 주변 층들의 LUMO(lowest unoccupied molecule orbital) 에너지 레벨이 LUMO 에너지 레벨과 매칭되는 재료로 구성된 전자 측면 상의 얇은 매개층,
5.a) 발광층,
6.a) 주변 층들의 HOMO(highest occupied molecule orbital) 에너지 레벨이 HOMO 에너지 레벨과 매칭되는 재료로 구성된 정공측 상의 얇은 매개층,
7.a) p-도핑된 정공-주입 및 수송층
8.a) 제 2 전극, 전자-주입 애노드.
미심사 간행물(Offenlegungsschrift) DE 102 15 210 A1에 개시된 바와 같이, 정공 수송층은 억셉터(acceptor)형 유기 재료로 p-도핑될 수 있으며, 전극 수송층은 도너(donor)형 유기 재료로 도핑될 수 있다. 이러한 도핑은 높아진 전도성을 갖고, 그 결과 수송층들은 작동 전압이 극적으로 높아지지 않으면서 비도핑된 층들(일반적으로 20nm 내지 40nm)과 비교하여 통상적인 두께보다 더 높은 층 두께를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 컴포넌트의 비반전 구조의 경우에 또 하나의 유기층이 부가층과 활성 유기층 사이에 배열되는 것이 바람직할 수 있으며, 또 다른 층들은 도너형 유기 재료로 n-도핑되며 50nm 내지 2㎛ 사이의 두께, 특히 100nm 내지 1000nm 사이의 두께를 가지는 전극 수송층이다. 컴포넌트의 비반전 구조의 경우, 이러한 다른 유기층은 억셉터형 유기 재료로 p-도핑되며 50nm 내지 2㎛ 사이, 특히 100nm 내지 1000nm 사이의 두께를 가지는 정공 수송층이다. 본 발명에 따라 개시된 컴포넌트의 일반적인 구조에 따라, 필요하다면, 블록(block)층 뿐 아니라 또 다른 전극이 부가층과 활성 유기층 사이에 부가적으로 배열될 수 있다.
본 발명을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 컴포넌트의 실시예에 따른 앞서 개시된 모든 층의 타입들은 반전 또는 비반전 구조에 포함되어야만 한다는 것이 지적되었다: 그러나, 또한 예를 들어, (10nm 보다 작은) 얇은 접촉-개선층과 같은 다른 층들은 전자 수송층과 캐소드 사이에 및/또는 애노드와 정공 수송층 사이에 제공될 수 있다. 이어지는 공정 단계에 있어서, 특히 제 2 전극상에 또는 제 2 전극에 인접하여 경계 설정되는 분리층의 적용에 있어서, 두꺼운 도핑 전하 수송층이 발광 유기층과 분리층 사이에 제공되어 분리층을 제조하는 동안 발광층을 위한 보호물을 구성하는 것이 필수적이다.
부가층은 0.05㎛ 내지 1000㎛, 특히 0.5㎛ 내지 100㎛ 두께의 분리층을 갖는다.
부가층이 광의 분리 효율을 증가시키지 않음과 동시에, 기계적 부하, 전자기 방사선, 입자 방사선, 수분, 공기 및/또는 화학적 영향으로부터 전극들 사이에 배열된 층들을 보호하는 방식으로 설계되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 이러한 방식으로 부가층은 디스플레이 애플리케이션에서 특히 바람직한 보호 기능 또는 캡슐화 기능을 제공한다.
제 2 전극에 대한 부가층의 제공은 하나 이상의 공지된 기술에 의해 발생할 수 있다. 예를 들어, 부가층은 스퍼터링되거나, 결정 형태로 성장되거나, 또는 비결정질로 증착될 수 있다. 하나의 필수 조건은 부가층이 분리 효율을 증진시키기 위하여 앞서 개시된 광학 불균일성분들을 갖는 것이다.
부가층이 매트릭스, 특히 부가층을 제공하기 위한 해결책을 만들어내는 매트릭스를 가지는 것이 바람직하며, 상기 매트릭스에는 외인성, 광학적으로 활성화되는 불균일성분들이 도입된다. 이러한 매트릭스는 특히, 외인성의, 광학적으로 활성화되는 불균일성분들이 내장된 포토래커(photolacquer)를 포함할 수 있다. 그러나, 특히 그 표면상의 거칠게 된 포토래커를 구조화시키는 것이 가능하여, 광학적으로 활성화되는 불균일성분들이 표면상에 배열된다.
또한, 부가층이, 예를 들어 공간적으로 분리된 상이한 상(phase)들 또는 결함들과 같은 내재성의 광학적으로 활성화되는 불균일성분들을 갖는 것이 다양한 애플리케이션에 있어 바람직할 수 있다. 이러한 불균일성분들은 광의 미(Mie) 산란이 0.05㎛ 내지 100㎛ 범위의 확장을 가지는 정도까지 가능하도록 조정되어야 한다.
상기 방법과 관련하여, 본 발명은 기판에 인접한 제 1 전극, 기판으로부터 이격된 제 2 전극 및 상기 두 개의 전극들 사이에 위치된 적어도 하나의 발광 유기층이 배열되는, 특히 유기 발광 다이오드 디바이스로서 설계된 상부-발광 전계발광 컴포넌트를 제조하기 위한 방법을 이용하여 본 발명의 목적을 달성하며, 상기 제 2 전극은 방출된 광에 대하여 투명하다. 상기 방법은 광학적으로 활성화되는 광-산란 불균일성분들을 갖는 부가층이 적어도 하나의 유기층으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 제 2 전극의 일측에 제공되는 것에 의해 특징지어진다. 이러한 부가층은 얇은 층들을 제공하기 위하여 하나 이상의 공지된 기술에 의해 설계될 수 있다. 특히, 부가층은 습식 화학적으로 제 2 전극 상에 제공될 수 있다. 부가층은 매트릭스 재료로부터 주어진 입자 크기를 갖는 혼합된 산란 입자들로 형성될 수 있으며, 상기 혼합물은 습식 화학작용으로 제공된다. 용매는 프로세싱을 위해 매트릭스 재료에 부가될 수 있다. 용매는 부가층의 습식 화학 제공을 위해 작용하는 한편, 산란 입자들이 매트릭스 재료와 혼합되는 것을 가능하게 할 수 있다. 또한, 분산제는 입자들이 매트릭스 재료와 혼합되도록 하기 위하여 제공될 수 있다. 또한 본 발명의 범위 내에서 산란 입자체 매트릭스 재료에서의 적합한 방법들에 의해 발생된 가스 거품의 형태로 이용될 수 있다.
부가층을 제공하는 방법은 막을 적층하거나 페이스팅하는 단계로 구성된 간단한 방법으로 실행될 수 있기 때문에 특히 이로우며, 상기 막에는 산란 센터의 형태로 광학적으로 활성화되는 불균일성분들이 제공된다.
또한, 부가층은 스퍼터링, 성장, 또는 예를 들어 PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착) 방법에 의해 증착될 수 있다. 이러한 방식으로 부가층은 결정형, 비결정형 또는 심지어 유리 처럼 형성될 수 있다. 특히, 부가층이 기체상에서 기상-증착되는 것이 이로울 수 있으며, 기상 파라미터들은 다결정형의 마이크로구조물들 및 오프셋 구조물들의 형성이 컴포넌트의 분리 효율을 증가시키기 위한 광학 불균일성분들로서의 동작 동안 그러한 동작을 촉진시키는 방식으로 조정된다.
특히 높은 밀도의 광학적으로 활성화되는 불균일성분들을 생성하기 위하여, 상이한 격자 상수를 갖는 상이한 재료가 부가층을 제조하는 동안 기상-증착되도록 제공될 수 있다. 그 결과, 부가층에서 오프셋 구역들 및/또는 다결정형 성장의 발생이 증대된다. 상이한 재료는 동시에 또는 연속적으로 기상-증착되어 부가층이 상이한 재료들의 연속적인 얇은 층으로 구성될 수 있다.
또한, 광학적 불균일성분들을 형성하는 재료가 냉각 분사(cold spray) 방법에 의해 부가층으로 주입되는 동안 부가층의 재료가 기상-증착되거나, 스퍼터링되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 자체-결정화 또는 부분적 자체-결정화 유기층은 부가층을 형성하기 위하여 기상-증착되는 것이 바람직할 수 있다. 자체 결정화는 상기와 같이 야기된 광학적으로 활성화되는 불균일성분들로 다결정성으로 결정화하고, 상이한 상들(결정, 비결정)은 개시된 산란 센터들을 제조하고 나타내는 제 2 층에 나타난다. 부가층과 마찬가지로 유기층의 기상-증착은 이러한 층들이 실제 OLED 구조물상에 손상 없이 손쉽게 제공될 수 있다는 장점을 갖는다. 분리층의 굴절률은 실제 OLED에 대략적으로 일치하나, 상부-발광 컴포넌트의 경우에 용인된다.
위에서 이미 설명한 바와 같이, 유기 도핑을 포함하는 100nm 내지 1000nm 두께의 수송층이 바람직하게 제공되어 열적 기상-증착 또는 발광 유기층의 손상이 없는 스퍼터링에 의해, 부가층은 이어서 상부 얇은 접촉층(투명 전극)에 습식-화학적으로 제공될 수 있다. 또한 컴포넌트의 유기층들이 플라즈마와의 반응에 의해 손상되지 않도록, 부가층이 불활성 가스를 사용하여 스퍼터링되는 것이 바람직할 수 있다.
제조에 있어 부가층의 재료 및 산란 센터를 형성하는 재료는 부가층을 형성하기 위하여 선택적으로 스퍼터링되거나 기상-증착되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 광학적 애플리케이션 기술은 특정 재료를 위해 사용될 수 있다. 상기 두 가지 재료 모두는 상이한 기술로 또는 동일한 기술로 제공될 수 있다.
이미 설명된 바와 같이, 광학적 불균일성분들은 또한 제 2 전극으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 부가층의 표면상에 발생될 수 있다. 예를 들어, 브러싱(brushing), 그라인딩(grinding), 샌드블라스팅(sandblasting) 방법 또는 포토리소그래피(photolithographic) 기술에 의한 부가층의 마이크로구조화는 이러한 목적에 적합하다. 이러한 기계적 방법들에 있어서, 공정 파라미터들은 유기 발광 다이오드가 손상되지 않는 방식으로 선택된다. 이것을 위하여, 분리층은 충분한 기계적 안정성을 가져야만 한다. 이러한 요구사항들을 처리하기 위하여 부가층을 위하여 이중층 또는 다층을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 샌드블라스팅, 그라인딩 및 브러싱과 같은 지시된 방법들은 그것의 보조 불규칙(aid irregular) 재료가 분리층의 표면으로부터 제거될 수 있는 방법들이며, 상기 기재된 방식으로 개선된 광의 분리에 기여하는 거칠게 된 표면을 생산한다.
특히 유용한 방법은 부가층의 외부 표면에 마이크로구조화된 스탬프를 프레싱(press)함으로써 표면 구조의 제공에 의해 구성된다. 스탬핑 압력(stamp pressure) 적용 결과, 분리층의 재료는 영구적으로 변형되거나 부분적으로 분열되고, 이는 광의 분열을 증강하기 위한 원하는 효과를 생성하는 불규칙하게 형성된 표면을 생성한다.
분리층 밑에 위치되는 OLED가 스탬핑 압력을 제공하는 동안 손상되는 것을 막기 위하여, 스탬핑 압력에 의해 부가층으로 가해지는 힘은 실질적으로 상기 층을 따라 전해지도록 제공된다. 이것은 특히 스탬프의 적절한 기하학적 형상화에 의해 달성될 수 있다.
그러나, 또한 스탬프가 부가층의 표면을 구성하기 위하여 파형(wave form)을 갖고, 이러한 스탬프는 예컨대, 포토리소그래피 방법에 의해 제조되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 포토리소그래피 방법 또는 스크린 프린팅 방법은 부가층 상에 구조화된 표면을 제조하기 위하여 유리하게 사용될 수 있다.
특히 OLED에 보호적인 부가층을 제공하는 방법은 먼저 막으로서 부가층을 생성하는 단계 및 다음으로 컴포넌트상에 부가층을 적층 또는 페이스팅하는 단계로 구성된다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 하여 복수의 실시예들을 개시함으로써 설명될 것이다.
도 1은 종래의 상부-발광 OLED의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 설계된 상부-발광 컴포넌트의 개략도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 설계된 상부-발광 컴포넌트의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 상부-발광 컴포넌트의 제작 방법을 개략적으로 도시한다.
도 5는 실제 OLED 구조물상에서의 도 4에 도시된 개략적 방법을 도시한다.
도 6은 상이한 OLED 구조물상에서의 도 4에 도시된 개략적 방법을 도시한다.
도 1은 종래의 상부-발광 컴포넌트(100)의 개략적인 구성을 도시한다. 개시된 실시예에서, 기판(110)에 인접한 전극(120)은 제 1 전극으로서 하기에서 지정되며, 제 1 전극은 반사 금속층으로서 설계된다. 다수의 유기층들은 도면에서 유기층 구조물(130)로서 나타나는 제 1 전극상에 제공된다. 이러한 층 구조물은 적어도 하나의 유기 전계발광층을 포함한다. 층 구조물(130)에 이어서, 예를 들어, 전도성 산화물과 같은 투명한 재료로 구성되는 제 2 전극(140)이 제공된다.
전압이 두 개의 전극들 사이에 제공될 때, 전하 캐리어들, 즉, 한 측면으로부터의 전자들 및 다른쪽 측면으로부터의 정공들이 접촉부로부터 중간(intervening) 유기층들에 주입되며, 그 결과 광의 방출하에서 재결합하는 활성 영역에 전자-정공 쌍들이 형성된다. 도면에서 예시적인 발광점(emission point)은 번호 131로 표시되었다. 광은 도면에 개별 화살표로 표시된 방출 지점로부터 시작하여 전파된다. 인지될 수 있는 바와 같이, 광의 반사 및/또는 다음 층으로의 전달은 두 개의 층들 사이의 경계 표면에서 발생한다. 컴포넌트 내에, 본 명세서에서는 층 구조물(130) 및/또는 전극(140)(빔(OMI))내에 남아있는 광은 유기 모드로서 지정되고, 컴포넌트(빔들(EMI1, EMI2))를 떠나는 광은 외부 모드로서 지정된다. 유기층들이 층들 내부에 생성된 광에 대하여 0이 아닌 흡수 계수를 갖기 때문에, 상기 광은 층에 대하여 세로 방향으로 전파하는 동안에 흡수된다.
본 발명은 분리 효율이 상부-발광 컴포넌트에서 증강되는 OLED의 설계로부터 시작된다. 이 때문에, 분리층으로서 설계되는 부가층이 본 발명에 따라 광학적으로 효율적인 불균일성분들을 산란 센터로서 갖는 제 2 전극의 일측에 제공되고, 상기 불균일성분들은 일 실시예에 따라 분리층의 내부에 또는 분리층의 표면 상에 배열된다. 제 1 구성을 위한 전형적인 제 1 실시예가 도 2에 개략적으로 도시된다. 유기층들의 수는 본 발명에 대한 부가적 구성으로서의 역할을 하기 때문에, 유기층들은 또한 도 2에서 단지 층 구조물(130)로서 개시된다. 전극(120)은 백플레인(backplane)으로서 설계된 기판(110) 상에 제공되어 기판과 관련되며, 상기 전극(120)에 이어 광이 대개 가시 범위에서 생산되는 유기층 구조물(130)이 수반된다. 이는 본 발명에 따라 추가층인 분리층(150)이 제공되는 제 2 전극(140)으로 이어진다. 분리층(150) 체적 내에는 50nm 내지 100㎛ 사이의 입자 크기를 갖는 산란 입자들(151)이 포함된다. 도시된 실시예에서, 모든 산란 센터에서의 입자 크기의 범위는 약 20nm이다.
본 발명에 따른 도 2에 도시된 컴포넌트는 실시예에 따른 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 실시예에 따라 분리층은 프린팅 방법(잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 플렉소(flexo) 프린팅, 탐폰(tampon) 프린팅 및 다른 높은 압력의 다양한 깊이의 그라비어 평판 프린팅(photogravure planographic) 및 다공성 프린팅 방법들), 독터링(doctoring), 스핀코팅(spincoating), 딥코팅(dipcoating), 롤 코팅(roll coating), 스프레잉(spraying) 등에 의하여 습식-화학적으로 제공된다. 얻어진 분리층은 층 내부의 내재성의 불균일성분에 의해 단독으로 추가 첨가제 없이 지정된 크기로 산란되는 품질을 나타내거나 또는 실제 층으로부터 그들의 광학 품질과 상이한 추가된 입자들에 의해 생성된다. 이러한 경우, 산란 입자들은 예컨대 용액속으로 분산될 수 있다.
실시예에 따라, 용해(solution), 에멀젼(emulsion) 및/또는 분산제(dispersion)로서의 프로세싱 동안, 사용되는 적용 방법에 따라 제공되는 부가층을 위해 하기의 재료들중 하나 또는 몇 개의 재료가 사용되며 예를 들어, 용매의 증발(경화)에 의해 OLED 상에 제공된 후 분리층의 매트릭스가 형성된다:
·중합체 용액들, 유기 액체내에 예를 들어 크실렌, 톨루엔, 아니솔, 트리메틸벤젠 등의 방향족 용매와 같은 폴리플루오렌 (polyfluorene) 또는 폴리스티렌의 용액들.
· 크실렌과 같은 방향족 용매 내의 오르소터페닐(orthoterphenyl) 또는 1, 3,5,-트리-알파 나프틸(naphthyl) 벤젠과 같이, 유기 유리의 용액들과 같은 유기 비중합 층 형성 물질의 용액들.
·열적, 화학적 또는 광자-개시(photo-initiated) 방식이 적용된 후에 중합되는 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate) 또는 알킬디글리콜카보네이트(alkyldiglycolcarbonate) 또는 이들의 유도체가 제공된 후에 중합되는 단량체 또는 단량체의 혼합물.
·예를 들어, 폴리카보네이트와 같은 폴리부가(polyaddition)에 의한 제공 후에 결합되는 단량체 또는 단량체의 혼합물.
·광학 접착제.
·포토래커
·화학적으로 경화된 접착제(예를 들어, 2-컴포넌트 접착제), 열적으로 경화된 접착제(예를 들어, 아크릴레이트(acrylate), 에폭시 수지(epoxy resin)) 또는 UV-경화된 접착제(예를 들어, 아크릴레이트 또는 에폭시 수지)와 같은 반광투과성(semi-light-permeable) 또는 투명 접착제.
·저밀도 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 폴리우레탄(polyurethane)과 같은 투명한 열가소성 물질.
·페놀 수지(phenol resin) 또는 멜라민 수지(melamine resin)와 같은 듀로플라스틱(duroplastic).
·예를 들어, 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol) 또는 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate)의 수성 또는 유기 또는 불소-유기 에멀젼(emulsion)과 같은 에멀젼.
·알키드(alkid) 수지 래커, 니트로 및 니트로 조합 래커와 같은 투명 래커(clear lacquer), 폴리우레탄 래커, 물-희석가능 래커, 인공 수지 래커 및 알킬레이트 래커와 같은 2-컴포넌트 랙커.
·젤라틴(gelatin), 셀로판(cellophane) 또는 셀룰로이드(celluloid)와 같은 콜라겐 단백질.
·중합 분산제(예를 들어, 물 속의 폴리비닐 아세테이트 및 티타늄 이산화물 입자들)와 같은 분산제들(dispersions).
·식염수(saline solution)와 같은 무기 재료들의 분산제들 또는 용액들.
사용된 매트릭스 재료에 따라, 산란 입자들은 예를 들어, 다음의 복수의 가능한 것들의 그룹으로부터 선택된다:
·실리케이트, 사파이어 마이크로결정, MgO 또는 SiO2와 같은 금속 산화물 또는 염류(saline) 결정과 같은 무기 마이크로결정들.
·폴리이미드(polyimide), 폴리-3,4-에틸렌 디옥시티오펜(PEDOT):폴리-(스티렌 설포네이트)(PSS) 결정과 같은 합성 중합체, 셀룰로즈(cellulose) 또는 녹말(starch)과 같은 결정화 중합체 입자들, 탄수화물과 같은 유기 마이크로결정들.
·에어로실(aerosil).
·석영 유리(SiO2)와 같은 무기 비정질 재료들.
·나노입자들.
·폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르(polyether), 불소중합체, 폴리아마이드(polyamide) 및 폴리비닐 아세테이트와 같은 중합체로부터의 파우더(powder).
·방향족, 지방족 및 이종고리형(heterocyclics)과 같은 비중합 유기 재료들로부터의 파우더.
·예를 들어, 매트릭스 용액의 FCHC, N2, CO2, 희가스(아르곤), 또는 불활성 탄화수소(펜탄)와 같은 가스들을 이용한 포밍(foaminig)에 의해 주입되는 가스 거품.
·예를 들어, CO2 또는 N2와 같은 기체 반응 생성물이 생성되는 매트릭스 용액에서 화학적 반응에 의해 화학적으로 주입되는 가스 거품.
또한, 부가층은 미도시된 실시예에서 적층에 의해 건식 방법으로 제공될 수 있다. 또한 상술된 불균일성분들은 적층될 막의 생성 중에 이미 주입되며, 상기 개시된 산란 입자들과 결합된 모든 상술된 매트릭스 약품들은 적층되기에 적합하다. 예를 들어, 에어로실 입자들은 폴리비닐 아세테이트의 막에 내장되고, 상기 막은 상부-발광 OLED상에 적층된다. 대안적으로, 상기 막은 상기 OLED상에 페이스팅될 수도 있다. 막으로서 구성되는 부가층의 페이스팅은 특히 전극을 이용하여 페이스팅 막의 한 측면이 부가층 막과 접촉하게 되고 페이스팅 막의 다른 한 측면이 컴포넌트와 접촉하게 되는 양면 페이스팅 막으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 상부-발광 전계발광 컴포넌트들의 또 다른 종류는 PVD(물리 기상 증착), CVD(화학 기상 증착), PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착), MBE(분자 빔 에피택시), MEE(분자 강화 에피택시), MOVPE(금속 유기 기상 압력 에피택시) 또는 OVPD(유기 기상 증착) 등의 스퍼터링 방법 중 하나에 의해 제공되는 부가층에서 제작된다. 실시예에 의해 인용되는 이러한 방법들을 사용할 때 다음의 재료들이 사용될 수 있다:
·예를 들어 실리콘 산화물(SiO2), 아연 산화물(ZnO), 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 인듐-주석 산화물(ITO) 또는 인듐-아연 산화물(IZO), 티타늄 산화물(TiO2), 갈륨 산화물(Ga2O3)과 같은 금속 산화물.
·예를 들어, Ⅱ-Ⅵ 및 Ⅲ족-질화물 화합물들 및 이들의 화합물 반도체들 같이 큰 밴드 갭(band gap)을 갖는 이진 반도체 화합물.
·예를 들어, 기상 증착되고 이어서 중합되는 메틸 메타크릴레이트(MMA), 아크릴산과 같은 단량체와 같은 유기층들.
·예를 들어, 테트라키스디페닐아미노스피로바이플루오렌(spiro-TAD: tetrakisdiphenylaminospirobifluorene), 트리스카라톨릴트리페닐아민(TCTA: triscarazolytriphenylamine), 바토세난트롤린(Bphen: bathophenanthroline)과 같은 방향족, 지방족, 이종고리식, 케톤과 같은 작은 분자의 유기층들.
부가층을 위해 개시된 이러한 재료들의 대부분은 가시 스펙트럼 범위에서의 투명성 외에도 유기층들의 굴절률보다 크거나 동일한 굴절률에 의해 구별된다. 활성 유기층에서 발생된 광은 특히 유기층들로부터 본 발명에 따른 컴포넌트의 부가층으로 효과적으로 결합되고, 지시된 산란 센터들에 의해 구조물의 외부로 분리된다. 부가층의 이러한 재료들 대부분이 가시 스펙트럼 범위에서 투명하나, UV 범위에서 상당량 흡수되기 때문에, 이러한 부가층들은 유기층들에 수분과 공기뿐 아니라 UV 방사에 대해서도 보호를 제공한다.
상기 컴포넌트의 유기층들은 예를 들어, ITO 형태의 투명한 전극을 제공하기 위하여, 특히 금속 산화물들의 스퍼터링 동안에, 또는 부가층의 경우 SiO2를 제공할 때 플라즈마와의 반응에 의하여, 또는 기계적으로 손상을 입을 수 있다. 이러한 이유로 아르곤과 같은 비반응성 가스는 부가층을 위한 이러한 제조 방법이 사용될 때 사용되며, 또한 발광층을 보호하기 위하여 다이오드의 최상부의 유기층은 보통 특별히 두껍게 구성된다. 이를 피하기 위하여, 본 명세서에 참조로 포함되는 미심사 간행물(Offenlegungsschrift) DE 102 15 210 A1에 따라, 다이오드의 최상위 유기층을 통한 전압 강하는 매우 크고, 이러한 층의 전도성은 도핑에 의해 증가될 수 있다. 예를 들어, 상기 수송층 아래에 활성 유기층이 다음의 단계, 특히 투명 분리층의 스퍼터링 및/또는 부가층의 스퍼터링 단계에서 보호될 수 있도록, 수송층은 실시예에 따라 100nm 내지 1㎛의 두께를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 가스 플라즈마가 이러한 제조 방법에서 요구되지 않기 때문에 다이오드의 유기층들이 훨씬 더 적게 로딩되는 결과, 예를 들어, ZnSe 또는 GaN과 같은 부가층의 재료는 기체 상으로부터 증착된다. 부가층의 특정 재료는 진공에서 열적 증발에 의해 투명한 전극상에 제공된다. 일반적인 증발 온도는 예를 들어, ZnSe에 있어 대략 600℃ 내지 800℃ 이다. 기상 증착 공정 동안에 컴포넌트는 가열 소스로부터 충분히 떨어진 거리에 위치하여 층 구조물의 유기층들에 대한 열 방사의 위험을 없앤다. 다시 한번, OLED상에 열의 영향은 두꺼운 도핑된 수송층들에 의해 최소화될 수 있다.
층 속으로의 산란 센터들의 포함은 부가층에 대해 우세한 성장 조건을 고려하여 가스상에서의 기상 증착 동안 자동적으로 이루어진다. 컴포넌트 표면은 충분히 매끄럽지 않고 RT의 온도를 갖기 때문에, 단결정의 매끈한 막이 성장될 수 없다: 그러나, 열역학적 이유들로 완벽한 비결정형 층 성장은 존재하지 않는다. 성장 상태는 시간이 흐름에 따라 폐쇄층에 유착하는 제작된 성장 핵(nuclei) 상에 다결정 마이크로구조물들의 일체화(lumping out)를 초래한다. 이것은 산란 센터들(scatter centers)의 형태로 원하는 광학적 불균일성분들이 형성되는 결과로서 개별적인 마이크로결정 영역들의 오프셋 구역들을 형성한다. 이러한 오프셋 구역들은 성장 방향에서 두드러지며, 부가층에 결합된 광의 원하는 분산을 초래한다. 부가층 또는 분리층의 개별적인 마이크로결정 영역에 대한 분리는 예를 들어 ZnSe 및 CdS와 같은 대안적으로 상이한 Ⅱ-Ⅵ 재료 또는 GaN 및 AlN과 같은 그룹 Ⅲ 질화물들에서 강화될 수 있다. 후자는 분리된 결정 영역에서 그들의 상이한 격자 구조 때문에 응집(clump out)되는 것이 바람직하며, 또한 특히 활성화되는 광학적 불균일성분들이 형성될 수 있도록 상이한 굴절률을 갖는다.
분리층이 금속 산화물의 스퍼터링에 의해 형성되는 실시예에서, 완벽한 비결정 막이 제조된다. 일 실시예에서, 산란 입자들은 부가층의 재료를 교대로 스퍼터링함으로써 부가층에서 달성되며, 냉각 분사 방법으로 마이크로금속 입자들을 제공한다. 이러한 냉각 분사 방법에서, 금속 파우더, 예를 들어, 구리 파우더는 마이크로미터 크기를 갖는 산란 센터로서 분리층에 주입된다. 또 다른 실시에에서, 거기 포함되는 광학적 불균일성분들을 갖는 부가층은 교대로 화합물 상태로 스퍼터링되는 부가층 재료 및 구리와 같은 금속에서 생성된다. 상기 금속은 금속 클러스터(cluster)들만이 생성되고 연속적인 금속막은 매우 강하게 흡수될 수 있도록 매우 간단히 스퍼터링된다.
분리층을 형상화할 수 있도록 유기층들이 기상 증착되는 실시예에서, 스퍼터링 또는 냉각 분사에 의해 산란 센터들을 주입시킬 가능성이 있어, 마이크로금속 입자들 또는 금속 산화물 클러스터들은 부가층에 불균일성분으로 존재한다. 다른 실시예에서, 반도체 화합물들의 클러스터는 유기층들 사이에서 기상 증착된다. 본 발명에 따른 컴파운드의 또 다른 실시예에서, 분리층에서 산란 센터들을 생성하기 위하여 다결정을 자체-결정화하는 유기재료들이 선택된다. 실시예에 따라, 이러한 컴포넌트에서 예를 들어, 안트라센, 프탈로시아닌, 테르페닐 디아민(TPD), 페릴렌 테르카르복시 이무수화물(PTCDA) 또는 비펜(Bphen)에 의해 부가층이 형성된다.
또한, 부가층이 예를 들어, 유기층의 기상 증착 및 이어지는 UV 방사에 의한 중합 반응에 의해 생성되는 본 반명의 실시예가 존재한다. 마이크로금속 입자 또는 금속 산화물 클러스터(cluster) 형태의 부가적인 산란 센터들은 냉각 분사 방법 또는 분리층으로의 금속 스퍼터링을 통해 다시 주입될 수 있다. 메틸 메타크릴레이트(MMA)의 부가층이 전형적인 실시예로서 개시되며, 메틸 메타크릴레이트는 UV 광을 이용한 플렉시 유리(PMMA)로의 방사에 의해 산란 입자들의 주입 후에 중합된다. 이러한 층의 연속적인 중합 반응은 부가층이 산란 입자들의 주입에 의해 손상되지 않는다는 장점을 갖는다.
이전에 개시된 본 발명에 따른 컴포넌트의 실시예들은 제 2 전극상에서 부가적인 분리층을 갖는 OLED로 제한되며, 광학적인 불균일성분들은 부가층 내부에 배열된다.
또한, 다른 컴포넌트들에 있어서 부가층의 표면상에 이러한 불균일성분들을 배열하는 것이 가능하며, 상기 불균일성분들은 50nm 내지 100㎛의 크기를 갖는다. 이러한 타입에 있어서, 근본적으로 모든 상기 매트릭스 약품들, 모든 상기 적층 막들의 생산을 위한 재료들, 모든 상기 스퍼터링, 침전 및 기상 증착을 위한 재료들 및 이러한 재료들의 조합물들은 부가층을 위한 재료로서 사용될 수 있다. 부가층 표면의 구성은 실시예에 따라 기계적인 또는 비기계적인 방법에 의해 발생한다. 분리층 표면을 구성하기 위한 본 발명에 따른 컴포넌트를 제작하는 기계적인 방법은, 예를 들어 다음과 같다:
·마이크로구조화된(microstructured) 스탬프를 이용한 스탬핑
·유기 유리의 부가층의 샌드블라스팅
·브러싱
·그라인딩
도 3a 및 도 3b는 제 2 전극으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 표면이 구성되는 분리층을 갖는 본 발명에 다른 상부-발광 전계발광 컴포넌트의 실시예들을 도시한다. 기판(110), 제 1 전극(120), 유기층 구조물(130), 제 2 전극(140)의 설계는 도 2에 도시된 실시예와 동일하다. 표면의 구성은 측면도인 도 3a에 도시된 실시예의 경우에 분리층(150)의 표면상의 도랑(furrow)들 또는 홈들(152)의 균일한 라인-업(line-up)에 의해 가능해진다. 이러한 구성은 도 3a에 도시된 실시예에서 도면의 평면에 수직인 방향으로 부가층을 브러싱함으로써 제작된다. 일 실시예(미도시)에서 표면의 구성은 또한 구멍 또는 함몰부 형태로 실행될 수 있으며, 상기 구성은 2-차원뿐만 아니라 선형적인 1-차원으로 형성될 수 있다.
이와 대조를 이루어, 도 3b에 도시된 실시예는 불균일하나 임의로 분배되고 그라인딩 방법에 의해 생산된 발생(broken-out) 영역들 또는 리세스(recess)들(153)을 형성하는 부가층(150)의 표면의 구성을 갖는다.
도 4는 점을 향해 점점 작아지는 두 개의 표면들(172, 173)에 의해 형성된 복수의 고르게 배치된 커팅 에지들(171)을 포함하는 스탬프(170)에 의한 부가층(150)의 구성의 개략도를 도시한다. 방법의 제 1 단계에서, 부가층(150)은 제 2 전극 상에 제공되고, 이어서 도 4에 도시된 방법의 단계로 그 표면상에 구성된다. 이 때문에, 상기 개시된 스탬프(170)는 부가층(150)의 표면상에 배치되고 주어진 스탬프 힘(stamping force)(S)로 부가층(150)으로 프레싱(press)된다. 커팅 에지들(171)의 지시된 설계는 화살표(F1, F2)에 의해 지시된 것과 같이 부가층(150)에서 힘의 방향을 생성한다. 도면으로부터 명백하게 알 수 있는 바대로, 가해진 스탬프 힘의 상당 부분은 스탬프의 지시된 설계에 의하여 분리층(150) 내부에서 옆쪽으로 편향되어 그 밑에 배치된 유기층(130)이 로딩되지 않는다. 스탬프가 제거된 후, 그 표면상에 부가층의 분열은 취소될 수 없기 때문에, 분리층(150)의 표면은 고르게 배치된 다수의 홈들에 의해 구성된다. 이러한 홈들 및 그들의 제한 표면들은 따라서 광학적으로 활성적인 불균일성분들을 형성한다.
도 5에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에서, 부가적인 분리기(180)(예를 들어, 포토래커 또는 SiO2의)는 컴포넌트로 통합되고, 상기 분리기(180)는 형삭 도구로서 사용되는 스탬프(170)가 유기층 구조물에서 변형 또는 손상을 야기하는 것을 방지한다. 캐소드 분리 또는 픽셀 한정을 위한 이러한 구조물들은 특히 활성 또는 수동 매트릭스 디스플레이들에 제공된다. 디스플레이들에 존재하는 이러한 분리기(180)는 본 발명에서 오직 치수 및 안정성에 관해서 형삭 도구(170)를 사용하는 형성화 동작을 방해하는 방식으로 사용될 수 있도록 설계된다.
도 6은 유기층 구조물(130)의 손상을 막기 위하여 스페이서(spacer)(190)가 유입되는 조명 애플리케이션을 위한 본 발명에 따른 컴포넌트를 도시하는 본 발명의 유사한 실시예를 도시한다. 또한, 상기 스페이서는 특히 부가층의 외부 표면에 광학적 활성 불균일성분들을 생산하기 위하여 스탬핑 동작 중에 기계적 로딩을 방해하는 방식으로 기계적으로 설계되어야 한다.
화학적-습식으로 생산된 분리층들의 스탬핑은 실시예에 따라, 상기 분리층의 경화 동안에, 그 전에, 또는 그 후에 일어난다. 첫번째로 인용된 실시예에서, 기계적인 로딩은 적어도 유기층 구조물을 위한 것이다.
보호층을 구성할 때 특별히 보호적인 방법은 스크린 프린팅 방법 후에 주조되는 기술을 사용하여 수행된다. 여기서, 상기 지시된 방법들 중 하나인 습식-화학적으로 생성된 층들은 먼저 컴포넌트의 제 2 전극상에 제공되고, 그 위에 패브릭(fabric)을 배치하고 프레싱함으로써 구성된다. 스크린 프린팅 방법에서 그 중에서도 특히, 통상적인 닥터 블레이드(doctor blade)가 예를 들어, 폴리우레탄 독터 블레이드를 사용하여 상기 패브릭을 프레싱하기 위하여 사용된다. 또 다른 실시예에서, 추가적인(further) 층은 상기 구성을 통해 습식-화학적으로 독터링되고, 이는 아래에 배치된 층의 에칭을 야기하고 그로 인하여 상기 구성을 용이하게 한다. 관심사는 변형이 심지어 분리층의 경화 이후에도 영구하게 남아 있는 모든 경우이다.
이미 설명된 바와 같이, 분리층의 경화는 다른 실시예들에서 비기계적인 방식으로 발생한다. 기계적인 보호가 그 아래에 배치된 유기층들에 이용 가능하기에 충분하지 않을 수 있기 때문에, 분리층이 매우 얇거나 매우 부드러울 때 이러한 방법들은 특히 적용 가능하다. 부가층의 표면의 가능한 변형 방법들은 다음과 같다:
·반응성 건식 에칭
·비반응성 건식 에칭
·예컨대 산(acid)을 이용한 습식-화학적 에칭
·포토리소그래픽 구조화
특히 극도로 민감한 유기층 구조물의 경우에 분리층의 러프닝(roughening)은 분리층이 컴포넌트 상에 제공되기 이전에 발생한다. 이것은 컴포넌트의 기계적, 열적, 방사성 및/또는 화학적 부하를 명백하게 감소시킬 수 있다. 이러한 이로운 방법은 에를 들어, 미리 구성된 적층막상의 적층에 의하여 달성된다. 먼저, 상기 용매 재료들 중 하나의 투명 또는 반투명 적층막이 처리된다. 이어서 상기 적층막은 앞면이 거칠게되는 방식으로 그 표면상에 상기 기계적 또는 비기계적 방법들 중 하나로 구성되며, 이는 필름에서 전체 반사 및 컴포넌트에서 유기/전극 모드들의 형성을 감소시키거나 방지한다. 막의 컴포넌트로의 적층은 매끄러운 뒷면이 컴포넌트에, 일반적으로 제 2 전극에 연결되는 방식으로 발생한다.
본 발명에 따른 예시적 컴포넌트에서, 적층막은 그라인딩에 의하여 거칠게 되는 폴리비닐 아세테이트로 구성되며, 그 후 상부 전극인 투명 전극상에 그것의 매끄러운 측면으로 적층되거나 페이스팅 된다. 효율은 이러한 방식으로 생산된 컴포넌트로 300%까지 증가한다.
미도시된 특히 이로운 실시에에서, 부가층은 접착제에 의하여 미리 구성된 포일 형태로 컴포넌트의 투명한 상부 전극 상의 그것의 매끄러운 측면에 부착된다. 상기 접착제는 매우 투명하며, 그 품질은 유기층들을 잘 캡슐화하는 방식으로 선택된다. 이것은 환경적인 영향에 충분히 우수한 보호를, 더욱이 OLED의 추가적인 캡슐화가 없어서는 안 되는 방식으로 가능하게 한다. 상기 막의 구조화는 실시예에 따라 상이한 형태를 가질 수 있으며, 막의 구성은 특히 지붕 형태의 스트립들 및 1㎛ 내지 100㎛의 높이를 갖도록 설계되는 것이 바람직하다. 또한, 구조화는 예를 들어, 피라미드 구조물에 의해 지면적(areal)일 수 있다.
또 다른 특히 이로운 실시예에서, 분리층은 Bphen의 유기층으로서 투명한 상부 전극상에 기상 증착된다. 분산층에서의 산란 센터는 Bphen이 부분적으로 자체-결정화하는 곳에 형성된다. 유기층들을 환경적인 영향으로부터 보호하기 위하여, 추가적인 캡슐화에는 얇은 유리 디스크(disk)가 제공된다. 이러한 얇은 유리 디스크가 광의 분리에 영향을 미치는 것을 막기 위하여, 캡슐화 유리 디스크는 유리 디스크가 단지 평면-평행 판으로서 동작하는 분리층으로부터 적절한 거리만큼 떨어져서 부착된다.
Claims (36)
- 상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스로서,기판;상기 기판에 가장 인접한 제 1 전극;상기 기판으로부터 이격되어 있는 제 2 전극; 및상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배열된 적어도 하나의 발광 유기층을 포함하고,방출되는 광은 상기 제 2 전극을 통해 투과되며, 상기 적어도 하나의 발광 유기층으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는(facing away) 상기 제 2 전극의 측면 상에 부가층이 배열되고, 상기 부가층은 광학적으로 활성화되는 광-산란 불균일성분들(heterogeneities)을 포함하며, 상기 방출되는 광의 파장에서 상기 부가층의 투과도는 0.6보다 더 크고, 상기 광학적으로 활성화되는 광-산란 불균일성분들은 내재성(intrinsic) 불균일성분들로서 상기 부가층에 형성되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 부가층은 상기 제 2 전극에 인접하여 연결되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 부가층은 상기 제 2 전극으로부터 500mm 미만의 간격을 두고 이격되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 불균일성분들은 0.05㎛ 내지 100㎛의 크기를 갖는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 불균일성분들은 상기 부가층의 내부 및 상기 부가층 상에 배열되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 2 전극의 두께는 200nm 미만이고, 상기 부가층의 굴절률은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배열된 가장 인접한 유기층의 굴절률보다 더 큰,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층의 굴절률은 상기 제 2 전극의 굴절률보다 더 큰,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층의 굴절률은 1.3 내지 2.3인,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층에 가장 인접하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배열되는 유기층은 억셉터형 유기 물질로 p-도핑된 정공 수송층이며,상기 정공 수송층은 50nm 내지 2㎛의 두께를 갖는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층에 가장 인접하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배열되는 유기층은 도너형 유기 물질로 n-도핑된 전자 수송층이며,상기 전자 수송층은 50nm 내지 2㎛의 두께를 갖는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층은 50nm 내지 1000㎛의 두께를 갖는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층은 기계적 부하, 전자기 방사선, α/β 방사선과 같은 입자 방사선, 수분 및 공기 중 적어도 하나로부터 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배열된 층들에 대한 보호를 제공하는 방식으로 형성되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층은 상기 제 2 전극 상에 스퍼터링되거나, 성장되거나, 침지되거나, 또는 PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착) 방법에 의해 제공되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층은 화학적으로-습식 처리되거나, 적층되거나, 또는 페이스트(paste)되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층은 상이한 굴절률들을 갖는 공간적으로 분리된 몇개의 서브-층들을 포함하는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층은 기체상(gaseous phase)으로부터 기상 증착되거나, 스퍼터링되거나, 또는 PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착) 방법에 의해 제공되고, 공정 파라미터들은 다결정 마이크로구조물들 및 오프셋 구조물들의 형성이 촉진되도록 선택되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부가층은 자체-재결정화된(self-recrystallized) 또는 부분적으로 재결정화된 유기층인,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법으로서,기판에 가장 인접한 제 1 전극, 상기 기판으로부터 이격된 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 놓이는 적어도 하나의 발광 유기층이 상기 상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스에 형성되고,방출되는 광은 상기 제 2 전극을 통해 유도되며, 광학적으로 활성화되는 광-산란 불균일성분들을 갖는 부가층은 상기 적어도 하나의 발광 유기층으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 상기 제 2 전극의 측면 상에 제공되며,상기 광학적으로 활성화되는 광-산란 불균일성분들은 내재성 불균일성분들로서 상기 부가층에 형성되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 부가층은 상기 제 2 전극에 화학적으로-습식으로 제공되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 부가층은 스퍼터링되거나, 성장되거나, 침지되거나, 또는 PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착) 방법에 의해 제공되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 부가층은 기체상으로부터 기상 증착되거나, 스퍼터링되거나, 또는 PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착) 방법에 의해 제공되며, 공정 파라미터들은 다결정 마이크로구조물들 및 오프셋 구조물들의 형성이 촉진되도록 선택되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 부가층에서 오프셋 구역들(offsetting limits) 및 다결정 성장 중 적어도 하나의 발생을 증대시키기 위해, 상이한 격자 상수들을 갖는 물질들이 기상 증착되거나, 스퍼터링되거나, 또는 PECVD 방법에 의해 제공되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 부가층을 형성하기 위하여, 적어도 하나의 자체-재결정화하는 유기층 또는 부분적으로 자체-재결정화하는 유기층이 기상 증착되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 적어도 하나의 발광 유기층과 상기 제 2 전극 사이에 수송층이 제공되며, 상기 수송층은 유기-도핑을 나타내고 100nm 내지 1000nm의 두께를 갖는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 부가층은 불활성 가스를 이용하여 스퍼터링되거나, 또는 PECVD 방법에 의하여 제공되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법으로서,기판에 가장 인접한 제 1 전극, 상기 기판으로부터 이격된 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 놓이는 적어도 하나의 발광 유기층이 상기 상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스에 형성되고,방출되는 광은 상기 제 2 전극을 통해 유도되며, 내재성의 불균일성분들인 광학적으로 활성화되는 광-산란 불균일성분들을 갖는 부가층(150)은 상기 적어도 하나의 발광 유기층으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 상기 제 2 전극의 측면 상에 제공되며,상기 광학적으로 활성화되는 광-산란 불균일성분들은 상기 제 2 전극으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 상기 부가층(150)의 표면의 영역에서 마이크로구조화된 스탬프를 상기 부가층(150)의 표면에 프레싱함으로써 생성되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 스탬프는 상기 프레싱 동안 상기 부가층에 가해지는 힘이 실질적으로 상기 부가층(150)을 따라 전해지는(run) 방식으로 설계되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법으로서,기판에 가장 인접한 제 1 전극, 상기 기판으로부터 이격된 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 놓이는 적어도 하나의 발광 유기층이 상기 상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스에 형성되고,방출되는 광은 상기 제 2 전극을 통해 유도되며, 내재성의 불균일성분들인 광학적으로 활성화되는 광-산란 불균일성분들을 갖는 부가층은 상기 적어도 하나의 발광 유기층으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 상기 제 2 전극의 측면 상에 제공되고,상기 광학적으로 활성화되는 광-산란 불균일성분들은 상기 제 2 전극으로부터 떨어져 있는 쪽을 향하는 상기 부가층의 표면의 영역에서 상기 부가층의 표면의 포토리소그래피 공정에 의하여 구조화되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,표면-구조화된 상기 부가층은 막으로서 생성되고 후속적으로 적층되거나 페이스트되는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 전극의 두께는 80nm 미만인,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 8 항에 있어서,상기 부가층의 굴절률은 1.6 내지 2.0인,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 9 항에 있어서,상기 정공 수송층은 100nm 내지 1000nm의 두께를 갖는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 10 항에 있어서,상기 전자 수송층은 100nm 내지 1000nm의 두께를 갖는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 제 11 항에 있어서,상기 부가층은 0.5㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖는,상부-발광 유기 발광 다이오드 디바이스.
- 삭제
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