KR101262816B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자(light-emitting component)에 관한 것으로, 구체적으로 여러 색상의 광을 방출하도록 설계된 몇몇의 유기 구조 부재들을 구비한 디스플레이 또는 조명 장치에 관한 것이다. 각각의 유기 구조 부재는 전극, 카운터전극 및 유기층 스택을 포함하며, 유기층 스택은 모든 몇몇의 유기 구조 부재들에 대해 동일한 두께를 갖는 홀-수송층 영역과 전자-수송층 영역, 그리고 발광층 영역으로 이뤄진다. 발광층 영역은 모든 유기 구조 부재들에서 한 층 두께 영역에 위치되는 전극/카운터전극의 표면과 간격을 갖는 발광 존을 포함한다. 층 두께 영역은 전극/카운터전극, 발광층의 광루미네선스 스펙트럼의 최대 세기를 갖는 발광 파장, 및 발광층 영역과 대면하는 전극/카운터전극의 표면과 발광 존 사이의 유기층 스택의 영역에 대한 발광 파장에서의 굴절률의 함수이다. 전극/카운터전극이 유전체 전극 재료로 이루어져 있다면, 간격은 추가로 유전체 전극 물질의 두께 및 방출 파장에서의 이의 굴절률의 함수이다.

Description

발광 소자{Light-Emitting Component}
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 여러 색상의 광을 방출하도록 설계된 몇 가지 유기 구조 부재들을 구비한 디스플레이 또는 조명 장치에 관한 것이다.
유기 구조 부재들, 특히 OLED(Organic Light-Emitting Diode)로 지칭되는 유기 발광 다이오드의 형태인 유기 구조 부재들은 최근에 더 많은 관심이 쏠리게 되었으며, 이는 이들이 조명 및 디스플레이 기술 영역에서 응용할 수 있는 높은 잠재력을 갖고 있기 때문이다. 무엇보다도 유기 발광 다이오드의 다양한 측면들이 본 문맥에서 중요하며, 과거에 널리 보급된 LCD 기술을 능가하는 장점들을 두서너 가지 예만 들면, 고 성능 효율, 브릴리언트 컬러(brilliant color), 선명한 명암비(contrast), 빠른 스위칭 시간 및 큰 필링 팩터(filling factor)들이 있다. 보다 구체적으로, OLED는 기본적으로 디스플레이 기술에서 능동 및 수동 매트릭스 디스플레이의 실현 가능성과 새로운 시작점을 제시한다.
더구나 적색, 녹색 및 청색 OLED들의 조합은 상당히 많은 구조 부재들을 위한 기초를 제시한다. 따라서 예컨대 조절 가능한 색을 갖는 광원은 3가지 기본 색들을 갖는 OLED들의 선형 배치 및 스캐터 디스크(scatter disk)의 이용에 의해 생성될 수 있다(EP 1 425 803 A1, DE 101 45 492 A1 참조). 기본 색들에 의해 고정된 CIE 색 삼각형 내에 있는 임의의 희망하는 색은 여러 기본 색들의 휘도(brightness)를 개별적으로 조절함으로써 생성될 수 있다. 그러나 조명용 에어리얼 에미터(areal emitter)로 OLED를 사용하는 것 외에, 액체(liquid) 응용의 주된 영역은 언제나 풀-컬러(full-color) 유기 디스플레이를 실현하는 것으로 생각되었다.
이러한 모든 구조 부재들은 적색, 녹색 및 청색광을 방출하는 유기 구조 부재들이 공통 기판 상에 서로 인접하게 배열될 수 있다는 공통점을 갖는다. 디스플레이를 위해 필수적인 구동 전자장치(driver electronics)는 이미 기판 상에 통합될 수 있지만, 임의의 경우에 개별 OLED 픽셀들을 위해 사전-구축되는 콘택들 및 피드 라인들은 기판 상에 형성되어야만 한다. 여러 기능들을 갖는 다양한 유기층들은 각 픽셀의 이러한 기본 콘택 상에 증착되고, 그 후 제 2 콘택이 이들 위에 부착된다.
방출될 OLED의 광 파장을 갖는 유기층 스택의 조정(coordination)은 특정 OLED의 효율에 상당한 영향을 끼친다. 유기층 두께의 잘못된 선택은 발광 존(emission zone), 즉 전하 캐리어(전자, 홀)들이 광 방출 하에서 재결합하는 영역의 위치가 미세공동(microcavity), 즉 두 반사 경계 표면들 사이의 간격과 조화되지 않는다는 결과를 갖으며, 유기층 스택은 상기 두 반사 경계 표면들 사이에 배열된다. 발광 존은 유기층 스택의 발광층(light-emitting layer) 영역 내에 형성된다. 일반적으로, 광 방출은 발광층에 동종으로 분포되지 않으며, 차라리 좁은 발광 존 내의 전해 캐리어 평형에 따라 분포된다. 미세공동의 잘못된 선택은 발생된 광의 디커플링(decoupling) 악화를 야기할 수 있으며, 그 부분에서 발생된 광은 유기 구조 부재의 효율성의 상당한 손실을 야기하며, 선택된 발광 스펙트럼(luminescence spectrum)을 어긋나게 할 수 있다.
기본적으로, OLED의 두 가지 상이한 구조 형태는 소위 "상부-발광(top-emitting)" OLED와 "하부-발광(bottom-emitting)" OLED로 구별될 수 있다. 하부-발광 OLED에서, OLED로부터 방출되는 광은 유기 구조 부재들이 적용된 투명 기판을 통해 방사한다. 상부-발광 OLED에서, 방출된 광은 기판과 멀어지는 방향으로 방사한다.
하부-발광 OLED의 통상적인 구조 형태는, 예컨대 인듐-주석 산화물(ITO)로 이루어진 투명 또는 반투명 전극으로 코팅된 투명 기판 물질(예컨대, 유리)로 구성된다. 유기층들은 그 위에 증착되고, 그 후 반사 전극이 적용되는데, 구체적으로 다시 말하자면, Al, Au, Ag, Mg 등으로 구성된 금속층으로 형성된다.
상부-발광 OLE에서는 기판 물질이 투명할 필요가 없다. 최대 가능 효율을 달성하기 위해서 기판 물질에 적용되는 전극은 잘 반사할 수 있어야 한다. 예컨대 ITO로 이루어진 층 또는 얇은 금속층인 투명 또는 반투명 전극이 다음의 유기층들 위에 적용된다.
유기층들은 유기 구조 부재의 동작을 위해 필수적인 다양한 기능들을 수행한다. 이들은 전하 캐리어들, 즉 전자와 홀을 위한 주입층(injection layer)들 및 수송층(transporting layer)들로 기능한다. 광은 광자 방출 하에서의 전하 캐리어들의 재결합에 의해 발광층 영역 내의 발광 존에서 생성된다.
두 개의 상이한 유기층들은 OLED를 위한 최소 요구이며, 여기서 발광 존은 유기층 스택 내의 특정 위치로 이동될 수 있다. 이 경우, 극성을 갖는 전하 캐리어들의 주입 및 수송뿐만 아니라 광의 방출은 한 층에서 이뤄진다. 기술적으로 더욱 요구하는 유기 구조 부재들에서, 이러한 일들은 전하 캐리어 수송층들과 발광층을 서로 독립적으로 최적화할 수 있도록 상이한 층들에 의해 달성된다. 구체적으로, 도핑된 수송층들의 경우에, 재결합의 다양한 비-방사 가능성을 배제하고 본 방식의 효율성을 향상시키기 위해서 수송층과 발광층(emission layer) 사이에 추가 중간층들을 삽입하는 것이 유리하다(DE 100 58 578 C2).
RGB 시스템(RGB - 적-녹-청)에서, 유기 구조 부재들 내의 각각의 유기층 스택들은 특정 발광 색과 조화되어야만 한다는 것은 공지되어 있다. 이 경우, 공정의 불필요한 마스킹 단계들을 줄이기 위해 여러 색의 OLED들의 특정 유기층 스택에서 가능한 많은 층들의 층 두께를 동일하게 설계하는 것이 바람직하다. 이상적인 경우에, 유기층 스택은 적색, 녹색 및 청색 OLED를 위한 오직 한 층만이 달라야 한다.
이를 위한 가능한 방법은 추가 중간층을 스페이서(spacer)로서 기판에 적용하는 기판의 사전-구축(pre-structuring)이다(US 5,554,911 B2). 그러나 이것은 기판의 번거로운 공정과 불규칙한 기본 표면을 야기하며, 이것은 디스플레이를 제조하는데 문제를 야기할 수 있다.
가장 빈번하게 사용되는 방법은 수송층들의 두께를 가변하여 발광 존을 최적 의 위치로 이동시키는 것이다. 이것은 효율성의 증대 외에 색순도(color purity)의 향상도 달성할 수 있다(US 2003/0075714 A1). 이 방법은 미세공동의 발광 스펙트럼과의 이상적인 조정을 보장하지만, 다른 유기층 스택이 다른 색을 위해 선택되어야만 한다는 단점을 갖는다. 이 방법은 디스플레이를 생산하는데 많이 비용을 필요로 하기 때문에, EP 1 154 676 A1 공보에서 제안된 바와 같이, 개별 색들에 대한 용인될 수 있는 절충이 달성되는 모든 3개의 기본 색들에 대한 공통 광학 미세공동 길이로 후퇴하는 것이 정말로 필요하며, 여기서 된다.
또한 흔히, 추가 중간층이 미세공동이 특정 발광 색과 가능한 조화되는 절충으로서 도입된다. 심지어 이것은 추가 마스킹 단계를 전제로 한다. 이러한 추가층은 추가 주입층, 수송층 또는 발광층(emitter layer)일 수 있다(US 5,554,911 B2, US 6,541,130 B2 또는 US 6,861,800 B2).
또한, 3가지 에미터 재료들이 기본 색들을 위한 특정 발광층 영역에서 사용되지 않고, 차라리 균일한 광대역 스펙트럼 에미터 재료들이 여러 색의 픽셀들을 위해 선택되고 추가층의 도움으로 미세공동을 조화시킴으로써 색 선택이 단독으로 수행되는 방식으로, OLED 스택의 조정(regularization)을 달성하는 것이 제안되었다(US 5,554,911 B2 또는 US 6,861,800 B2).
그러나 대부분의 경우, RGB 시스템에서 오직 최저의 효율성만을 갖는 색을 위한 유기층 스택이 최적화된다는 문제를 회피하기 위한 시도를 하였다. 두 가지 다른 색을 위한 이러한 구조에 기인하는 효율성 손실을 감소시키기 위해, 유기 구조 부재 바깥의 추가 디커플링층에 의해 이를 최소화하기 위한 시도를 하였다.
공보(WO 2004/034750 A)는 몇몇의 유기 광 다이오드들을 포함하는 발광 소자를 개시하며, 유기 발광 다이오드들은 발광 존에 인접한 홀 수송층과 전자 수송층을 각각 구비하는 발광층을 포함한다.
공보(US 2004/164671 A1)는 기판, 투명 전극, 추가 전극 및 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 적어도 2개의 유기층들을 구비하는 유기 광 다이오드들을 개시하며, 전자 수송층의 두께는 60 ㎚보다 크고, 발광층과 전자 수송층의 총 두께는 90 ㎚보다 작다.
공보(US 2002/090449 A1)는 발광 소자를 제조하기 위한 방법을 개시하며, 유기 발광층(organic luminescent layer)들은 투명 전극 위에 형성되고, 유기 층들은 여러 파장의 광을 발산한다.
공보(US 2004/0169624 A1)는 투명 캐소드와 투명 애노드를 구비한 OLED를 개시하며, OLED는 애노드를 통해, 그리고 캐소드를 통해 광을 발산한다.
Jan Blochwitz-Nimoth 등의 논문: “29.1: Full Color Active Matrix OLED Displays with High Aperture Ratio“ 2004 SID International Symposium, Seattle, WA, May 25-27, 2004, SID International Symposium, San Jose, CA: SID, US, 25. May 2004, pages 1000-1003 는 대칭적으로 도핑된 캐리어 수송층들에 의한 상부-발광 OLED의 제조를 개시한다.
Zhou X 등의 논문: “High-efficiency electrophosphorescent organic light-emitting diodes with double light-emitting layers“ Applied Physics Letters, AIP, American Institute of Physics, Melville, NY, US, Bd. 81, Nr. 21, 18, November 2002, pages 4070-4072 는 개선된 광 효율을 위해 전하 캐리어 수송들을 도핑함으로써 생성된 장점들을 기술한다.
본 발명은 광 생성 및 광 디커플링의 높은 효율성이 여러 색의 유기 구조 부재들에 대해 달성되고 감소된 비용으로 생산될 수 있는 여러 색상의 광을 방출하도록 설계된 몇몇의 유기 구조 부재들을 구비한 발광 소자를 생성하는 문제를 포함한다.
본 발명은 독립 청구항 제1항에 따른 발광 소자로 이 문제를 해결한다.
본 발명은 여러 색상의 광을 방출하도록 구성된 몇몇의 유기 구조 부재들을 구비한 발광 소자를 제공한다는 사상을 포함하는데,
- 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 각각은 전극과 카운터전극 사이에 배열된 유기층 스택을 포함하며, 상기 스택은 홀들을 수송하는 층 영역, 전자들을 수송하는 층 영역, 및 상기 홀들을 수송하는 층 영역과 상기 전자들을 수송하는 층 영역들 사이에 형성된 발광층 영역을 포함하고;
- 상기 홀들을 수송하는 층 영역의 두께와 상기 전자들을 수송하는 층 영역의 두께는 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 전부에 대해 동일하고;
- 상기 발광층 영역은 발광 존을 포함하며;
- 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 각각은 상부-발광 구조 부재로서 설계되고;
a) 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 전부에 대한 상기 발광층 영역과 대면하는 상기 전극/카운터전극의 표면과 상기 발광 존 사이의 간격(LM)에 대해 다음이 유효하고:
삭제
Lpen = ln(100) * λmax / (4π * kmet)
Lmet = (m + 1 / 2) * λmax / (2 * nM org), m = 0, 1, 2, …,
일 때,
LM < LMmax = Lmet + 0.1 * Lmet
LM > LMmin = (Lmet - Lpen) - 0.1 * (Lmet - Lpen)
상기 전극/카운터전극이 금속성 전극 물질로 구성될 때, 여기서, λmax은 상기 발광층 영역에 대한 광루미네선스 스펙트럼(photoluminescence spectrum)의 최대 세기를 갖는 발광 파장이며, nM org는 상기 발광층 영역과 대면하는 상기 금속성 전극 물질로 이루어진 상기 전극/카운터전극의 표면과 상기 발광 존 사이의 상기 유기층 스택의 영역에 대한 상기 발광 파장(λmax)에서의 굴절률의 실수부이며, kmet은 상기 발광 파장(λmax)에서의 상기 금속성 전극 물질의 굴절률의 허수부이며;
b) 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 전부의 상기 발광층 영역과 대면하는 상기 전극/카운터전극의 표면과 상기 발광 존 사이의 간격(LD)에 대해 다음이 유효하며;
삭제
L0 = ((m+1) * λmax / 2 - Ldie * ndie) / nD org
Lpi/2 = (m + 1 / 2) * λmax / (2 * nD org), m = 0, 1, 2, …,
일 때,
LD < LDmax = Lpi/2 + (λmax/(π*555㎚) * Lpi/2
LD > LDmin = L0 - (λmax/(π*555㎚) * L0
상기 전극/카운터전극이 유전체 전극 물질로 구성될 때, 여기서, Ldie는 상기 유전체 전극/카운터전극의 층 두께이고, ndie는 상기 유전체 전극 물질의 발광 파장(λmax)에서의 굴절율의 실수부이고, nD org는 상기 발광층 영역과 대면하는 상기 유전체 전극 물질로 이루어진 상기 전극/카운터전극의 표면과 상기 발광 존 사이의 유기층 스택의 영역에 대한 발광 파장(λmax)에서의 굴절율의 실수부이다.
본 발명은 발광층 영역의 층 두께의 한정된 조정에 의해 여러 색의 유기 구조 부재들, 특히 적색, 녹색 및 청색 OLED 구조들을 위한 광 디커플링의 최적화를 달성할 수 있게 한다. 광 디커플링은 필수적인 유기층들의 특정 스택 바깥의 추가 디커플링 수단(decoupling measure) 없이 모든 구현 색들을 위한 디스플레이 또는 조명 어플리케이션에 대해 최적화된다. 발광층 영역 바깥의 나머지 층 영역들, 즉 전자-수송층 영역과 홀-수송층 영역의 두께들은 모든 유기 구조 부재들에 대해 동일한다. 이것은 유기 구조 부재들을 기반으로 하는 소자(component)의 생산을 간단히 할 수 있는데, 고비용의 마스킹 단계들이 발광층 영역의 분리를 위해서만 필요하며, 유기층들의 특정 스택 중 다른 기능의 층들에는 요구되지 않기 때문이다.
삭제
발광층 영역은 전자들 및/또는 홀들을 수송하도록 설계될 수 있으며, 하나 이상의 물질들이 전하 캐리어로서 전자들 및/또는 홀들을 수송하는데 사용된다.
LMmax는 유기층 스택에 대해 최저 굴절율(nM org(min))을 사용하여 다음과 같이 결정되며, LMmin은 유기층 스택에 대해 최고 굴절율(nM org(max))을 사용하여 다음과 같이 결정되는데,
Lpen = ln(100) * λmax / (4π * kmet)
일 때,
LM < LMmax = (m + 1 / 2) * λmax / (2 * nM org(min))
+ 0.1 * (m + 1 / 2) * λmax / (2 * nM org(min)), m = 0, 1, 2, …,
LM > LMmin = ((m + 1 / 2) * λmax / (2 * nM org(max)) - Lpen)
- 0.1 * ((m + 1 / 2) * λmax / (2 * nM org(max)) - Lpen)
여기서 발광층 영역과 마주하는 금속성 전극 물질로 이루어진 전극/카운터전극의 표면과 발광 존 사이의 유기층 스택의 영역에 대해 굴절율(nM org)은 발광 파장(λmax)에서 변하며, nM org(min) ≤ nM org ≤ nM org(max)이 적용되는, 본 발명의 추가 개발이 제공될 수 있다.
최대 간격(LDmax)은 유기층 스택의 최저 굴절율(nD org(min))을 사용하여 다음과 같이 결정되고, 최소 간격(LDmin)은 유기층 스택의 최고 굴절율(nD org(max))을 사용하여 다음과 같이 결정되는데,
L0 = ((m+1) * λmax / 2 - Ldie * ndie) / nD org(max)
Lpi /2 = (m+ 1 / 2) * λmax / (2 * nD org(min)), m = 0, 1, 2, …,
일 때,
LD < LDmax = Lpi/2 + (λmax/(π*555㎚) * Lpi/2
LD > LDmin = L0 - (λmax/(π*555㎚) * L0
- 발광층 영역과 마주하는 유전체 전극 물질로 이루어진 전극/카운터전극의 표면과 발광 존 사이의 유기층 스택의 영역에 대해 굴절율(nD org)은 발광 파장(λmax)에서 변하며, nD org(min) ≤ nD org ≤ nD org(max)이 적용됨 - 인, 다른 추가 개발이 제공될 수 있다.
전자-수송층 영역의 층 두께와 홀-수송층 영역의 층 두께를 최적화함에 있어서 최대 가능 적응성(flexibility)을 획득하기 위해서, 본 발명의 추가 개발은 도핑된 층들로부터 전체적으로 또는 부분적으로 전자-수송층 영역 및/또는 홀-수송층 영역을 형성하는 것을 제공할 수 있다. 도핑된 부분의 층 두께의 변화에 따라서 부하 캐리어 수송에 요구되는 전압이 상승하지 않거나 단지 근소하게 상승되도록 하는 방식으로 도핑은 특정 층 역역들의 도핑된 부분의 전도성을 높인다.
본 발명의 추가 개발은 방사된 광량이 추가 수단들의 도움으로, 예컨대 기판 상의 하나 이상의 디커플링 층들 및/또는 투명 커버 전극에 의해서, 추가적으로 증가될 수 있도록 한다. 이를 위해 요구되는 추가 구조들도 다른 색을 갖는 광을 방출하는 다른 구조 부재들과 동일한 방식으로 설계되는 것이 바람직하다.
미세공동은 유기층 스택을 둘러싸는 두 전극에 의해 상부-발광 OLED를 위해 형성된다. 이것은 개별 층들의 굴절율의 변화를 단지 관측함으로써 이해될 수 있다. 일반적으로 이러한 미세공동의 광학적 길이는 발광층 영역에서 생성되는 광의 파장보다 짧으며, 또한 가간섭성 길이(coherency length)보다 짧다. 이러한 이유로, 층 스택에 기인하는 간섭 효과(interference effect)는 광의 디커플링과 전파에 결정적인 역할을 한다. 심지어 예외적인 경우로서 미세공동의 광학적 길이가 방출된 광의 파장보다 큰 경우에도, 간섭은 발생할 수 있다.
또한 소자가 상술된 바에 따라서 형성된 유기 구조 부재들 외에 발광 존의 위치들이 충족되지 않은 유기 구조 부재들을 추가적으로 포함한다면 본 발명의 장점들이 생긴다. 그러나 소자 내의 모든 유기 구조 부재들은 홀-수송층 영역의 균일한 두께와 전자-수송층 영역의 균일한 두께를 지속적으로 가지며, 물론 이 두 두께는 다를 수 있다.
만약 발광 존이 전자-수송층 영역과 발광층 영역의 경계에 형성된다면, 전자-수송층 영역의 두께는 전자 수송층과 이에 인접한 다른 층들로부터 생긴 두께에 상응한다. 동일한 방식으로 홀-수소층 영역의 두께는 홀 수송층과 이에 인접한 다른 층들로부터 생긴 두께에 상응하며, 이 때 발광 존은 홀-수송층 영역들과 발광층 영역의 경계에 형성된다.
특정 파장으로 광을 방출하는 에미터 재료에 대해 광의 디커플링에 의한 광의 평가 효율에 관해 말하자면, 발광층 영역 내에 발광 존의 최적 위치가 존재한다. 유기 구조 부재의 방사 특성은 발광 존의 위치에 의해서만 최적화되며, 따라서 가능한 많은 광이 디커플링되고, 그 결과 최적화되지 않은 구조 부재와 비교할 때 효율이 상당히 개선된다. 층들의 특정 최적 구성은 전극, 기판 및 유기층 스택 내의 개별 층들의 물질의 반사 용량(reflection capacity), 흡수율 및 굴절율의 함수일 뿐만 아니라 전하 캐리어 결합에 의해 생성된 광의 스펙트럼의 함수이다. 3개의 기본 색상의 광을 방출하는 상이한 유기 구조 부재들의 미세공동 내의 발광 존의 최적 위치 및 층 스택의 구성이 상이하다는 것은 상술한 바에 기인한다.
여러 색상의 광을 방출하는 모든 유기 구조 부재들에 대해 두 전극들에 대한 발광 존의 최적 간격은 전달 행렬 이론(transfer matrix theory)의 도움으로 결정될 수 있다(O.S. Heavens: Optical Properties of Thin Solid Films, Dover Publications Inc., 1991을 참조). ITO로 이루어진 90 ㎚ 두께의 베이스 콘택과 알루미늄으로 이루어진 100 ㎚ 두께의 금속성 전극을 갖는 유리 기판 상의 적색, 녹색 및 청색 하부-발광 OLED에 대한 발광 존의 최적 위치는 예시적으로 여기에 언급되는데, 620 ㎚에서 최대 발광을 갖는 적색 에미터 재료에 대해, 발광 존은 ITO 층으로부터 85 ㎚, 그리고 금속성 콘택으로부터 75 ㎚의 간격을 가져야 한다. 511 ㎚에서 최대 발광을 갖는 녹색 에미터 재료에 대해서는, 발광 존은 ITO 층으로부터 60 ㎚, 그리고 금속성 콘택으로부터 65 ㎚의 간격을 가져야 한다. 450 ㎚에서 최대 발광을 갖는 청색 에미터 재로에 대해서는, 발광 존은 ITO 층으로부터 50 ㎚ 또는 195 ㎚(2번째 최대), 그리고 금속성 콘택으로부터 60 ㎚의 간격을 가져야 한다.
상기 언급된 간격에 대해 달성되는 휘도(luminance)가 최적화되지만 색 좌표들이 녹색으로 급격히 이동(x>0.16; y>0.20)하는 청색 에미터 재료들의 경우에 추가적인 복잡함이 생긴다. 이의 원인은, 미세공동의 영향(influence)으로 인한 550 ㎚ 만큼 상기 방향으로 광 스펙트럼이 이동하는 동안의 사람 눈의 증가하는 감도이다. 그러나 포화된 청색 성분은 많은 어플리케이션에 대해 요구된다. 명백히 우수한 색 좌표들(x=0.14; y=0.20)은 합리적인 효율 손실을 가지며 ITO 층으로부터 35 ㎚ 또는 160 ㎚(2번째 최대), 그리고 금속성 콘택으로부터 60 ㎚의 간격을 갖도록 생성된다.
일 실시예에서 본 발명은 적색, 녹색 및 청색 유기 구조 부재들이 동일한 재료들로부터 그리고 동일한 층 두께들을 갖도록 생성되는 풀-컬러 OLED 디스플레이 또는 조명 장치의 용이한 제조를 가능하게 한다. 개별 픽셀의 희망하는 색이 달성될 수 있도록, 발광층의 재료만 변해야만 한다. 이것은 여러 색의 픽셀들의 마스킹이 3개의 발광층의 제조 동안에만 필수적이며, 나머지 유기 층들은 개별 마스킹 단계 없이 높은 생산성을 갖으며 생산될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 이 경우, 발광층의 층 두께는 특정 색을 위해 적응될 수 있다.
예를 들면, 녹색 발광층으로 사용될 수 있는, 4,4',4''-트리스(N-카르바졸릴)-트리페닐아민 (TCTA) 및 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐 (Ir(ppy)3)으로 이루어진 혼합층은 바람직하게 홀들을 수송할 것이며, 다시 말하면, 상기 발광층은 홀들을 수송하기 위해 만들어지지만, 트리스-(8-히드록시퀴놀린) 알루미늄 (Alq)로 이루어진 녹색 발광층은 오로지 전자-도전 속성만을 가지며, 다시 말하면, 상기 발광층은 전자들을 수송하기 위해 만들어진다. 이것은 발광층 내의 발광 존의 위치에 대해, 전하 캐리어 결합은 전자-수송층 영역과의 경계 층의 영역에서 제 1 경우 (TCTA)에 위치되고, 홀-수송층 영역과의 경계 층의 영역에서 제 2 경우 (Alq)에 발생할 것이라는 것을 의미한다. 전하 캐리어들의 재결합 존, 즉, 발광 존은 전하 캐리어 수송 속성과 발광층 두께의 올바른 선택으로 유기층 스택 내의 최적 위치로 이동될 수 있으며, 따라서 미세공동으로부터의 광의 디커플링은 특정 희망하는 색과 조화될 수 있다.
발광 존을 미세공동과 조화시키기 위한 다른 가능성은 바람직하게 홀-수송하는 광 및 바람직하게 전자-수송하는 광을 방출하는 층들을 결합을 사용하자고 제안된다(DE 102 24 021 A1, EP 1 508 176 A2).
만약 미세공동 내의 발광 존의 상기 언급된 최적 위치들에서 시작된다면, 일반적으로 극단적으로 두꺼운 발광층들을 갖는 결과를 나을 것이다. 게다가 녹색 OLED의 홀 수송층은 최적화될 수 없으며, 결과적으로 틀림없이 효율을 잃을 것이다. 90 ㎚ 두께의 ITO-기반 전극을 갖는 유리 기판 상의 OLED 스택은 85 ㎚의 홀 수송층(HTL) 및 50 ㎚의 전자 수송층(ETL)을 구비할 것이며, 620 ㎚에 최대 발광을 갖는 전자-도전성 적색 발광층은 15 ㎚의 두께를 가져야만 할 것이다. 511 ㎚에서 최대 발광을 갖는 녹색 발광층은 바람직하게 50 ㎚ 두께의 전자-도전층과 15 ㎚ 두께의 홀-도전층으로 구성된 이중 에미터층이다. 450 ㎚에서 최대 발광을 갖는 홀-도전성 청색 발광층은 적어도 75 ㎚ 두께(좋은 색 좌표를 갖는 2번째 최대)를 가져야만 할 것이다.
명백히 우수한 해법은, 3가지 개별 기본 색들의 상기 언급된 최적화된 층 두께들에 따르는 것이 아니라 차라리 OLED가 최대 효율의 90%를 여전히 유지하는 미세공동 영역을 선택함으로써 OLED의 미세공동을 최적화하는 것이다. 이러한 영역은 특정 전극들에 대한 간격의 함수로써 3가지 기본 색들에 대해 전달 행렬 이론의 도움으로 매우 정확하게 결정될 수 있다. 이러한 층 두께 영역은 다음의 제조 명세서에 의해 기술될 것이다.
우선, 금속으로 이뤄진 전극에 대한 방출 존의 간격이 논의될 것이다.
다음의 관계가 여기에 제시된다. 금속 전극에 반사하는 방출된 광파의 위상 점프는 좋은 근사치로 π / 2이기 때문에, 이 경우, 구조적 간섭은 유기층 스택과 대면하는 금속성 전극의 표면과 발광 존 사의의 간격(Lmet)에서 발생한다.
다음은 유효하다:
Lmet = (m + 1 / 2) * λmax / (2 * nM org) (m = 0, 1, 2, …, 일 때)
λmax는 전기장 발광 스펙트럼의 최대 강도를 갖는 발광 파장이고, nM org는 유기층 스택과 대면하는 금속성 전극의 표면과 발광 존 사이의 유기층 영역에 대한 발광 파장(λmax)에서의 굴절율의 실수부이다. 정수(m)는 간섭의 특정 차수(order)를 나타낸다.
가장 간단한 예에서, 0차 조건을 만족하지만 더 높은 차수는 배제되는 층 두께들이 사용된다. 게다가 광파는 전극의 금속의 흡수 속성의 함수로 전극 안으로 일정 깊이까지 투과할 수 있다는 것을 고려해야 한다. 광 필드(light field)의 필드 세기가 1/100로 감소할 때까지의 투과 깊이(Lpen)는 다음의 관계에 의해 주어진다:
Lpen = ln(100) * λmax / (4π * kmet),
여기서 kmet는 발광 파장(λmax)에서의 금속성 전극의 굴절률의 허수부이다.
유기층 스택과 대면하는 금속성 전극의 표면과 발광 존 사이의 층 두께 영역의 상한(LMmax)과 하한(LMmin)으로서, 다음은 상술한 바에 따른 결과이다:
LMmax = Lmet + 0.1 * Lmet
LMmin = (Lmet - Lpen) - 0.1 * (Lmet - Lpen).
여러 색의 빛을 방출하는 유기 구조 부재들의 발광층 영역들은 홀들 및/또는 전자들을 수송하는 매트릭스 물질(matrix material)을 기초로 만들어질 수 있다.
유전체 물질, 예컨대 ITO로 이루어진 전극에 대한 발광 존의 간격은 다음에 논의될 것이다.
ndie를 유전체 전극에 대한 굴절률의 실수부라 하자. 다음의 관계들이 존재한다. 유전체 전극에 반사하는 발광 영역에서 생성된 광파의 위상 점프는 0과 π/2 사이이기 때문에, 이 경우 구조적인 간섭은 유기층 스택과 대면하는 유전체 전극의 표면과 발광 존 사이의 간격 영역(Ld)에서 발생하며, 다음과 같이 기술될 수 있다:
L0 = ((m+1) * λmax / 2 - Ldie * ndie) / nD org
Lpi/2 = (m + 1 / 2) * λmax / (2 * nD org) (m = 0, 1, 2, …, 일 때)
일 때,
삭제
L0 ≤ Ld ≤ Lpi/2
삭제
여기서, nD org는 발광 파장(λmax)에서의 유기층 영역의 굴절률의 실수부이며, 이는 유기층 스택과 대면하는 유전체 전극의 표면과 발광 존 사이에 위치된다.
유전체 전극의 두께(Ldie)가 사용되며, 발광 파장(λmax)에서의 유전체 전극의 굴절율의 실수부(ndie)는 무시될 수 없는 영향을 갖는다. 유기층 스택과 대면하는 유전체 전극의 표면과 발광 존 사이의 층 두께 영역의 상한(LDmax)과 하한(LDmin)으로서, 다음은 상술한 바에 따른 결과이다:
LDmax = Lpi/2 + (λmax/(π*555㎚) * Lpi/2
LDmin = L0 - (λmax/(π*555㎚) * L0
다음의 예시에서, 유기층 스택이 하부-발광 OLED을 위한 90 ㎚ 두께의 ITO 베이스 콘택을 갖는 유리 기판 상에 위치된다고 하자. 전극으로 기능하는 Al 커버 콘택 안으로의 통상적인 투과 깊이는 대략 30 ㎚이다. ITO 전극과 금속성 전극에 대한 발광 존의 다음의 간격 영역들은 상기 언급된 관계들을 사용하여 상기로부터 얻은 결과이다:
- 620 ㎚에서 최대 발광을 갖는 적색 광을 생성하기 위한 유기 구조 부재의 층 배열에서 발광 존은 50 ㎚ 내지 120 ㎚ 사이의 ITO 전극에 대한 간격을, 그리고 55 ㎚ 내지 100 ㎚ 사이의 금속성 전극에 대한 간격을 가져야만 한다.
- 511 ㎚에서 최대 발광을 갖는 녹색 광을 생성하기 위한 유기 구조 부재의 층 배열에서 발광 존은 35 ㎚ 내지 95 ㎚ 사이의 ITO 전극에 대한 간격을, 그리고 40 ㎚ 내지 80 ㎚ 사이의 금속성 전극에 대한 간격을 가져야만 한다.
- 450 ㎚에서 최대 발광을 갖는 청색 광을 생성하기 위한 유기 구조 부재의 층 배열에서 발광 존은 20 ㎚ 내지 80 ㎚ 사이의 ITO 전극에 대한 간격을, 그리고 30 ㎚ 내지 75 ㎚ 사이의 금속성 전극에 대한 간격을 가져야만 한다.
이제 전자-수송층 영역의 통일된 두께뿐만 아니라 홀-수송층 영역의 통일된 두께는, 3가지 기본 색들을 위한 상술된 간격 영역들을 고려하여, 3가지 기본 색 범위들에서 광을 방사하는 모든 하부-발광 OLED들의 소자로 정의될 수 있으며, 미세공동은 발광층의 적절한 선택에 의해 나중에 최적화될 수 있으며, 90 ㎚ 두께의 ITO 베이스 콘택이 본 예시에서 형성된다.
본 발명은 도면을 참조로 예시적인 실시예들을 사용하여 아래에 상세히 설명된다.
도 1은 유기 발광 다이오드의 층 배치에 대한 개념도를 도시한다.
도 2a는 전자-수송층 영역의 두께와 홀-수송층 영역의 두께에 대한 함수로서 청색 하부-발광 OLED에 대한 정규화된 발광 다이오드의 그래프를 백분율 등고선의 형태로 도시한다.
도 2b는 전자-수송층 영역의 두께와 홀-수송층 영역의 두께에 대한 함수로서 녹색 하부-발광 OLED에 대한 정규화된 발광 다이오드의 그래프를 백분율 등고선의 형태로 도시한다.
도 2c는 전자-수송층 영역의 두께와 홀-수송층 영역의 두께에 대한 함수로서 적색 하부-발광 OLED에 대한 정규화된 발광 다이오드의 그래프를 백분율 등고선의 형태로 도시한다.
도 3a는 전자-수송층 영역의 두께와 홀-수송층 영역의 두께에 대한 함수로서 청색 상부-발광 OLED에 대한 정규화된 발광 다이오드의 그래프를 백분율 등고선의 형태로 도시한다.
도 3b는 전자-수송층 영역의 두께와 홀-수송층 영역의 두께에 대한 함수로서 녹색 상부-발광 OLED에 대한 정규화된 발광 다이오드의 그래프를 백분율 등고선의 형태로 도시한다.
도 3c는 전자-수송층 영역의 두께와 홀-수송층 영역의 두께에 대한 함수로서 적색 상부-발광 OLED에 대한 정규화된 발광 다이오드의 그래프를 백분율 등고선의 형태로 도시한다.
도 4a는 100 cd/m2 및 1000 cd/m2에서의 핀(pin) 타입 적색 유기 발광 다이오드에 대한 상대 전류 효율의 그래프를 도시한다.
도 4b는 100 cd/m2 및 1000 cd/m2에서의 핀(pin) 타입 녹색 유기 발광 다이오드에 대한 상대 전류 효율의 그래프를 도시한다.
도 4c는 100 cd/m2 및 1000 cd/m2에서의 핀(pin) 타입 청색 유기 발광 다이오드에 대한 상대 전류 효율의 그래프를 도시한다.
도 1은 기판(110), 그 위에 배치된 베이스 전극(120), 전하 캐리어들을 수송하는 층 영역(130), 발광 존(141)을 구비한 발광층 영역(140), 전하 캐리어들을 수송하는 다른 층 영역(150), 및 커버 전극(160)을 포함하는 유기 발광 다이오드에 대한 층 배치(100)의 개념도를 도시한다.
여러 색들을 갖는 광을 방출하도록 설계된 몇몇의 유기 구조 부재들을 구비한 발광 소자에 대한 바람직한 실시예들이 다음에 설명된다. 일반적으로 몇몇의 유기 구조 부재들은 전극과 카운터전극 사이에 배열된 유기층 스택을 가지며, 이 스택은 홀-수송층 영역, 전자-수송층 영역 및 홀-수송층 영역과 전자-수송층 영역 사이에 형성된 발광층 영역을 포함한다. 홀-수송층 영역의 두께와 전자-수송층 영역의 두께는 모든 몇몇의 유기 구조 부재들에 대해 동일하다. 발광 존은 발광층 영역 내에 형성되고, 이 존에서 전하 캐리어, 즉 전자들 및 홀들은 광의 방출 하에서 재결합한다.
우선, 모든 3가지 기본 색을 위한 발광층의 층 두께의 순수한 변화를 기초로 층 배열의 최적화가 설명되며, 발광층은 전자-수송 재료로 구성된다. 이것은 발광층을 형성하는 재료에 대한 매트릭스(matrix)에 관한 것이며, 이 재료에 하나 또는 몇몇의 에미터 시스템(emitter system)들이 내장된다.
도 2a, 2b 및 2c는 전자-수송층 영역의 두께와 홀-수송층 영역의 도께의 함수로써 하부-발광 OLED에서 청색, 녹색 또는 적색 광을 방출하는 층에 대한 발광 다이오드의 그래프를 등고선의 형태로 도시한다.
3가지 기본 색의 정규화된 휘도들은 전달 행렬 이론의 도움으로 특정 전극들에 대한 간격의 함수로써 계산될 수 있다. 도 2a에서, 청색 하부-발광 OLED에 대한 정규화된 휘도들은 백분율 등고선으로 도시되는데, 유기층 스택은 ITO 전극과 알루미늄 전극 사이에 배열된다. 게다가 상술된 제조 명세서에서 주어진 영역은 점선으로 표시된다. 발광 존은 ITO 전극에 대해 20 ㎚ 내지 80 ㎚의 간격을, 그리고 알루미늄 전극에 대해 30 ㎚ 내지 75 ㎚의 간격을 가져야만 최대 휘도의 90%를 계속 달성할 수 있다. 발광 존과 ITO 전극 사이의 층 영역 내의 유기층 스택의 재료는 홀을 수송하며, 발광 존과 알루미늄 전극 사이의 층 영역 내의 유기층 스택의 재료는 전자를 수송한다.
두 전극과 발광 존의 간격의 선택은 청색 에미터 시스템에서 특히 주의 깊게 관찰되어야만 하는데, 간격의 선택은 휘도에 영향을 줄 뿐만 아니라 획득되는 색 좌표들에도 영향을 끼치기 때문이다. 적색 및 녹색 에미터 시스템에서, 색 좌표들에 끼치는 영향은 실질적으로 더 적다. 이러한 이유에서, 미세공동을 최적화할 때, 청색 발광 유기 구조 부재들로 시작하는 것이 유리하다. (x=0.14 / y=0.20)의 올바른 청색 좌표들이 최대 휘도의 92%에서 달성될 수 있는 미세공동이 주어지며, 이 때 ITO 전극과 발광 존 간의 간격은 75 ㎚이며, 알루미늄 전극과 발광 존 간의 간격은 50 ㎚이다. 청색 에미터 시스템을 위한 재료는 전자-수송 재료이기 때문에, 발광층의 두께도 알루미늄 전극과의 간격을 측정할 때 고려되어야만 한다. 발광층의 두께가 15 ㎚인 경우, 결과는 35 ㎚의 전자-수송층 영역의 최적 두께와 75 ㎚의 홀-수송층 영역의 최적 두께이다.
가능한 중간층들을 포함하는 전하 캐리어 수송층들의 두께는 적색 또는 녹색 광을 방출하는 유기 구조 부재들에 대해 그 후에도 유지되는 상수이다. 녹색 광을 얻기 위한 특정 발광층의 두께 및 전하 캐리어 수송 속성, 즉, 전자-수송 또는 홀-수송 디자인은 최대 휘도의 90% 이상이 달성되는 방식으로 미세공동을 특정 색과 조화시키기 위해 변한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 예컨대 녹색 발광 전자-수송층의 두께가 20 ㎚일 때 이에 대해 최대 휘도의 90% 이상이 달성된다. 이 두께로 최대 휘도의 96%가 (x = 0 .28 / y = 0 .63)의 색 좌표들로 달성될 수 있다. 45 ㎚의 두께를 갖는 적색 발광 전자-수송층의 경우, 예컨대 최대 휘도의 96%가 (x = 0 .68 / y = 0 .32)의 색 좌표들로 달성될 수 있으며, 도 2c에 도시된다.
홀-수송 재료들이 전자-수송 발광 재료들을 대신하여 발광층들에 대해 사용된다면, 다른 층 두께들을 갖는 다른 미세공동이 3가지 에미터 시스템들에 대해 최대 휘도들을 달성하고 청색의 색 좌표들을 만족하기 위해 사용되어야만 한다. 상이한 전하 캐리어 수송 속성들을 갖는 발광층들을 이용할 때나 다층 발광층들을 사용할 때나 동일하게 적용된다.
선택된 미세공동, 발광층의 특정 두께(dEL), 전하 캐리어 수송 속성(LTE), 계산된 색 좌표들 및 정규화된 휘도들의 백분율은 다음의 표 1에서 나열된다. 데이터는 90 ㎚ 두께의 ITO 베이스 전극과 100 ㎚ 두께의 알루미늄 커버 전극을 갖는 상이한 실시예들의 하부-발광 OLED에 관한 것이다. ETL 및 HTL은 유기층 스택 내의 전자 수송층의 두께와 홀 수송층의 두께를 지칭한다.
모든 발광층들이 전자-수송하는 경우, 미세공동: HTL: 75㎚ ETL: 35㎚
색 dEL LTE CRI-색 좌표 정규화된 휘도
적색 35㎚ ET (x=0.68 / y=0.32) 92%
녹색 20㎚ ET (x=0.28 / y=0.63) 96%
청색 15㎚ ET (x=0.14 / y=0.20) 92%
모든 발광층들이 홀-수송하는 경우, 미세공동: HTL: 35㎚ ETL: 65㎚
색 dEL LTE CRI-색 좌표 정규화된 휘도
적색 40㎚ HT (x=0.68 / y=0.32) 92%
녹색 20㎚ HT (x=0.27 / y=0.64) 100%
청색 10㎚ HT (x=0.14 / y=0.20) 99%
발광층들이 전자-수송 재료 및 홀-수송 재료를 포함하는 경우, 미세공동: HTL: 55㎚ ETL: 60㎚
색 dEL LTE CRI-색 좌표 정규화된 휘도
적색 30㎚ HT (x=0.68 / y=0.32) 91%
녹색 15㎚ HT (x=0.29 / y=0.63) 98%
청색 10㎚ ET (x=0.18 / y=0.23) 92%
발광층들이 전자-수송 재료 및 홀-수송 재료를 포함하고 발광층이 이중층인 경우, 미세공동: HTL: 55㎚n ETL: 55㎚
색 dEL LTE CRI-색 좌표 정규화된 휘도
적색 20㎚ / 20㎚ ET / HT (x=0.68 / y=0.32) 99%
녹색 10㎚ ET (x=0.27 ; y=0.64) 100%
청색 10㎚ ET (x=0.14 ; y=0.20) 97%
100 ㎚ 두께의 알루미늄 베이스 전극을 구비한 상부-발광 OLED, 및 100 ㎚ 두께의 알루미늄 베이스 전극과 20 ㎚의 얇은 Cr 커버 전극을 구비한 상부-발광 OLED가 아래에 설명된다.
상이한 전하 캐리어 수송 속성들을 갖는 발광층의 두께를 변화시키고 이중층(double-layer) 발광층들을 사용함으로써 최적화된다. 3가지 기본 색을 위한 간격 영역들을 위한 상술된 제조 명세서들을 고려하면, 청색, 녹색 또는 적색 광을 방출하는 소자의 상부-발광 OLED의 전자 수송층뿐만 아니라 홀 수송층의 공통적인 두께가 이제 결정될 수 있고, 그 후 이에 따라서 미세공동은 특정 발광층의 두께와 이의 전하 캐리어 수송 속성을 적절하게 선택함으로써 최적화될 수 있다. 알루미늄 베이스 전극으로의 통상적인 투과 깊이는 대략 30 ㎚이며, Cr 커버 전극에 대해서는 대략 55 ㎚의 값을 갖는다. 정규화를 위해, 얇은 Cr 커버 전극으로의 투과 깊이를 계산하는 경우, 심지어 이 콘택이 단지 20 ㎚의 얇기를 갖는다고 할지라도, 다량의 재료(volume material)로의 투과 깊이가 사용된다.
이제 3가지 기본 색들의 정규화된 휘도들이 전달 행렬 이론의 도움으로 특정 전극에 대한 간격의 함수로써 계산될 수 있다. 도 3a, 3b 및 3c는 백분율 등고선의 형태로 정규화된 휘도들을 도시한다. 또한 홀-수송층 영역의 두께와 전자-수송층 영역의 두께에 대한 상술된 제조 명세서로부터 생성된 경계선들은 점선으로 표시된다.
(x=0.13 / y=0.20)의 올바른 청색 좌표들이 최대 휘도의 98%에서 달성될 수 있는 미세공동이 주어지며, 이 때 450 ㎚에서 최대 발광을 갖는 청색 발광 유기층 스택의 발광 존은 알루미늄 전극으로부터 50 ㎚의 간격을, 그리고 Cr 전극으로부터 45 ㎚의 간격을 갖는다.
발광층을 위한 전자-수송 재료를 선택할 때, 알루미늄 전극으로부터의 간격을 위한 전극층의 두께도 고려되어야만하며, 이것은 도 3a로부터 명백하다. 따라서 10 ㎚ 두께의 발광층의 경우, 결과는 35 ㎚의 전자 수송층 - 발광 존의 상기 측 상의 임의의 다른 유기층들을 포함함 - 의 최적 두께와 50 ㎚의 홀 수송층 - 발광 존의 상기 측 상의 임의의 다른 유기층들을 포함함 - 의 최적 두께이다. 다른 가능한 중간층들을 포함한 전하 캐리어 수송층들의 두께는 적색 발광 구조 부재와 녹색 발광 요소에 대해 일정하게 유지되고, 상기 적색 및 녹색 발광층들이 변하여 최대 휘도의 90% 이상이 달성되는 방식으로 특정 색과 미세공동을 조화시킨다.
도 3b가 도시하는 바와 같이, 전자들을 수송하도록 설계된 발광층의 두께가 10 ㎚이고 홀들을 수송하도록 설계된 발광층의 두께가 5 ㎚일 때, 511 ㎚에서 최대 발광을 갖는 이중층 녹색 발광층에 대해 달성된다. 이 두께로 (x = 0 .23 / y = 0 .66)의 색 좌표들을 갖는 최대 휘도의 98%가 달성될 수 있다.
전자들을 수송하도록 설계된 620 ㎚에서 최대 발광을 갖는 40 ㎚ 두께의 적색 발광층의 경우, (x = 0 .68 / y = 0 .32)의 색 좌표들을 갖는 최대 휘도의 92%가 달성될 수 있으며, 이것은 도 3c로부터 알 수 있을 것이다.
여기서 주어진 예시들이 반전되지 않은(non-inverted) OLED의 제 1 간섭 최대를 배제하여 언급하였지만, 동일한 원리가 더 높은 최대들과 반전된 OLED에 대해서도 사용될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, OLED로 설계된 몇몇의 유기 구조 부재들 각각을 구비한 본 발명에 따른 소자들을 생산하기 위해서, 우선 ITO로 코팅된 유리 기판이 구성되고 세정된다. 전극으로 기능하는 ITO 층의 두께는 대략 20 Ω/sq의 시트 저항에서 대략 90 ㎚이다. 다음의 층들이 진공에서 열 증발(thermal vaporization)에 의해 연속적으로 적용되었으며, 진공은 유지되었다. 다음의 층들이 적용되었다:
1) p-도핑된 홀 수송층으로서, 70 ㎚ 내지 95 ㎚의 50:1의 분자비를 갖는 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄 (F4-TCNQ)으로 도핑된 N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐) 벤지딘 (MeO-TPD);
2) 중간층으로서, 10 ㎚의 2,2',7,7'-테트라키스-(N,N-디페닐아미노)-9,9' 스피로비플루오렌 (spiro-TAD);
3) (적색, 녹색 또는 청색 에미터 시스템을 갖는) 발광층;
4) 중간층으로서, 10 ㎚의 바쏘펜 안트롤린 (bphen: bathophen anthrolin);
5) n-도핑된 전자 수송층으로서, 25 ㎚ 내지 45 ㎚의 1:1의 분자비를 갖는 Cs로 도핑된 bphen;
6) 캐소드로서, 100 ㎚의 알루미늄.
다음의 재료들이 발광층들을 위해 사용되었다: 적색 - 1,3,5-트리(페닐-2-벤지미다졸) 벤젠: 트리스(1-페닐이소퀴노린) 이리듐 (III) ((TPBI:ADS068RE) / 45 ㎚ (전자-수송); 녹색 - TPBI:Ir(ppy)3 / 25 ㎚ (전자-수송) 및 청색 - 9,10-비스(9,9-스피로 비플루오렌-2-yl) 안트라센 (S-ANT) / 20 ㎚ (전자-수송).
적색, 녹색 또는 청색 광을 방출하는 이러한 유기 구조 부재들은 각각 대략 620 ㎚, 511 ㎚ 및 450 ㎚에서 최대 발광을 갖는다. 3 V, 2.7 V 및 3.6 V의 인가 전압이 주어진다면, 발광 휘도는 ITO 베이스 전극을 통해 측정하였을 때 1000 cd/m2이다.
위에서 지시된 제조 명세서에 의해 결정되는 값들을 검사하기 위해서(표 1 참조), 구조 부재들은 상술된 구조로 연구되었다. 모든 3가지 구조 부재들에 있어서, 홀 수송층에 대해 70 ㎚ 내지 95 ㎚의 층 두께 변화가 준비되었으며, 전자 수송층에 대해서는 25 ㎚ 내지 45 ㎚가 준비되었다. 전달 행렬 이론의 도움으로 계산된 바와 같이, 홀 수송층에 대해 75 ㎚의 층 두께와 전자 수송층에 대해 35 ㎚의 층 두께에서 모든 3가지 색에 대해 최대 효율의 90%보다 매우 큰 값이 달성된다. 이것은 100 cd/m2의 휘도뿐만 아니라 1000 cd/m2의 휘도에도 적용된다.
도 4a는 적색 핀(pin) OLED에 대한 상대 전류 효율을 도시한다. 100 cd/m2와 1000 cd/m2에 대하여 95.6%와 94.0%의 최대 전류 효율은 홀 수송층에 대한 75 ㎚의 층 두께와 전자 수송층에 대한 35 ㎚의 층 두께에 대한 결과이다.
도 4b는 녹색 핀(pin) OLED에 대한 상대 전류 효율을 도시한다. 94.7%와 94.5%의 값들이 홀 수송층에 대한 75 ㎚의 층 두께와 전자 수송층에 대한 35 ㎚의 층 두께의 경우의 최대 전류 효율에 대한 결과이다.
도 4c는 청색 핀(pin) OLED에 대한 상대 전류 효율을 도시한다. 100 cd/m2와 1000 cd/m2에서 98.1%와 96.5%의 최대 전류 효율이 홀 수송층에 대한 75 ㎚의 층 두께와 전자 수송층에 대한 35 ㎚의 층 두께의 경우에 달성된다.
앞의 설명에 개시된 본 발명의 특징들은, 청구범위 및 도면들은 개별적으로 중요할 뿐만 아니라, 다양한 실시예들로 본 발명을 실시하기 위한 임의의 조합으로서도 중요할 수 있다.

Claims (12)

  1. 상이한 색상들의 광을 방출하도록 구성되는 몇몇의 유기 구조 부재들을 구비한 발광 소자로서,
    상기 몇몇의 유기 구조 부재들 각각은 전극과 카운터전극 사이에 배열된 유기층들의 스택을 포함하며, 상기 스택은 홀들을 수송하는 층 영역, 전자들을 수송하는 층 영역, 및 상기 홀들을 수송하는 층 영역과 상기 전자들을 수송하는 층 영역 사이에 형성되는 발광층 영역을 포함하며;
    상기 홀들을 수송하는 층 영역의 두께는 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 전부에 대해 동일하고 그리고 상기 전자들을 수송하는 층 영역의 두께는 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 전부에 대해 동일하며;
    상기 발광층 영역은 발광 존을 포함하며; 그리고
    상기 몇몇의 유기 구조 부재들 각각은 상부-발광 구조 부재(element)로서 설계되고;
    a) 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 전부에 대한 상기 발광층 영역과 대면하는 상기 전극/카운터전극의 표면과 상기 발광 존 사이의 간격(LM)에 대해,
    Lpen = ln(100) * λmax / (4π * kmet)
    Lmet = (m + 1 / 2) * λmax / (2 * nM org), m = 0, 1, 2, …,
    일 때,
    LM < LMmax = Lmet + 0.1 * Lmet
    LM > LMmin = (Lmet - Lpen) - 0.1 * (Lmet - Lpen)
    가 유효하며, 여기서 상기 전극/카운터전극이 금속성 전극 물질로 구성될 때, λmax은 상기 발광층 영역의 광루미네선스 스펙트럼(photoluminescence spectrum)의 최대 세기의 발광 파장이고, nM org는 상기 발광층 영역과 대면하는 상기 금속성 전극 물질의 상기 전극/카운터전극의 표면과 상기 발광 존 사이의 상기 유기층들의 스택의 영역에 대한 상기 발광 파장(λmax)에서의 굴절률의 실수부이며, 그리고 kmet은 상기 발광 파장(λmax)에서의 상기 금속성 전극 물질의 굴절률의 허수부이며;
    그리고 추가적으로,
    b) 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 전부에 대한 상기 발광층 영역과 대면하는 상기 전극/카운터전극의 표면과 상기 발광 존 사이의 간격(LD)에 대해,
    L0 = ((m+1) * λmax / 2 - Ldie * ndie) / nD org
    Lpi/2 = (m + 1 / 2) * λmax / (2 * nD org), m = 0, 1, 2, …,
    일 때,
    LD < LDmax = Lpi/2 + (λmax/(π*555㎚) * Lpi/2
    LD > LDmin = L0 - (λmax/(π*555㎚) * L0
    가 유효하며, 여기서, 상기 전극/카운터전극이 두께(Ldie)를 갖는 유전체 전극 물질로 구성되는 경우, ndie는 상기 유전체 전극 물질에 대한 발광 파장(λmax)에서의 굴절율의 실수부이고, nD org는 상기 발광층 영역과 대면하는 상기 유전체 전극 물질의 상기 전극/카운터전극의 표면과 상기 발광 존 사이의 유기층들의 스택의 영역에 대한 발광 파장(λmax)에서의 굴절율의 실수부인,
    발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    하나 또는 몇몇의 매트릭스 재료(matrix material)들은 제 1 색상의 광을 방출하는 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 중 적어도 일부에 대한 상기 발광층 영역에서 전자를 수송하는,
    발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발광 존은 상기 제 1 색상의 광을 방출하는 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 중 적어도 상기 일부에 대한 상기 발광층 영역과 상기 홀-수송층 영역 사이의 경계 표면 영역에 형성되는,
    발광 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 또는 몇몇의 매트릭스 재료들은 제 2 색상의 광을 방출하는 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 중 적어도 일부에 대한 상기 발광층 영역에서 홀을 수송하는,
    발광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발광 존은 상기 제 2 색상의 광을 방출하는 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 중 적어도 상기 일부에 대한 상기 발광층 영역과 상기 전자-수송층 영역 사이의 경계 표면 영역에 형성되는,
    발광 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    하나 또는 몇몇의 다른 매트릭스 재료들은 상기 제 2 색상의 광을 방출하는 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 중 적어도 상기 일부에 대한 상기 발광층 영역에서 전자를 수송하는,
    발광 소자.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층 영역은 상기 몇몇의 유기 구조 부재들 중 적어도 일부에 대하여 다층으로 설계되는,
    발광 소자.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자-수송층 영역은 도핑된 전자 수송층을 갖는,
    발광 소자.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀-수송층 영역은 도핑된 홀 수송층을 갖는,
    발광 소자.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층 영역은 전자 및 홀 중 적어도 하나를 수송하도록 설계되는,
    발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자는 디스플레이 또는 조명장치인,
    발광 소자.
  12. 삭제
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