KR101386657B1 - 발광 구성요소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에 층들의 배열을 갖는 발광 구성요소, 특히 발광 다이오드에 관한 것이고, 층들의 배열은 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부를 갖고, 상기 애노드 접촉부 및 상기 캐소드 접촉부는 상기 애노드 접촉부와 상기 캐소드 접촉부 사이에 배열된 발광 층 스택과 전기 접촉하고, 상기 발광 층 스택은 그 일부 상에, 진공에 인가되는 유기 재료의 작은 분자들의 저분자 층 및 폴리머 재료로 구성된 폴리머 층을 포함하며, 저분자 층의 작은 분자들은 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열된다면 최대 대략 -1.5V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가진 도너 분자들로서, 그리고 저분자 층이 애노드 층에 인접하게 배열된다면 최대 대략 -0.3V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 환원 전위를 가진 어셉터 분자들로서 형성된다.

Description

발광 구성요소{LIGHT-EMITTING COMPONENT}
본 발명은 기판 상에 층들의 배열을 가진 발광 디바이스, 특히 발광 다이오드에 관한 것이고, 상기 층들의 배열은 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부뿐 아니라, 폴리머 재료로 구성된 폴리머 층 및 진공 증착된 유기 재료의 작은 분자들을 가진 저분자 층을 구비하고, 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부 사이에 배열된 발광 층 스택을 포함한다.
낮은 작동 전압들의 실연(demonstration)으로 인해[Tang 등과 비교: Appl.Phys.Lett.51(12),913(1987)], 유기 발광 다이오드들은 넓은 표면의 디스플레이들 및 조명 엘리먼트들과 같은 다른 애플리케이션들의 구현을 위한 가능성 있는 후보들이 되었다. 이러한 다이오드들은 유기 재료의 얇은 층들의 배열을 포함한다. 어느 쪽이든, 층들은 바람직하게 분자들 형태로 진공에서 증기 증착된다. 저분자 층들은 이런 방식으로 형성된다. 진공 증발에 의하여 분리될 수 있는 분자들로부터 이런 방식으로 형성된 저분자 층들을 바탕으로 하는 유기 발광 다이오드는 약어 형태로 OLED라 한다. 또한, 이것과 관련하여 "작은 분자" 기술이 참조된다.
선택적으로, 재료들로 구성된 층들은 용액으로부터 스핀 코팅되거나, 프린팅되거나 임의의 다른 적당한 형태로 인가되는 폴리머 재료들로부터 형성되어, 폴리머(유기) 층들이 형성된다. 이런 방식으로 형성된 폴리머 층들을 바탕으로 하는 유기 발광 다이오드는 약어로 PLED라 한다.
전극 접촉부들에 외부 전압을 인가할 때 전극 접촉부들로부터 상기 접촉부들 사이에 배열된 유기 층들로, 유기 층들 내의 액티브 발광 존(방사 존)에서 엑시톤들(exitone)(전자-홀 결합들)의 형성 및 엑시톤들의 방사 재결합 후 전하 캐리어들, 즉 전자들 및 홀들의 주입으로 인해, 광이 생성되고 디바이스로부터 방사된다.
PLED 구성을 가진 유기 발광 다이오드들은 일반적으로 다음 층 구조를 바탕으로 한다: (1) 캐리어 기판(예를 들어, 유리로 만들어져 투명함); (2) 애노드 접촉부(일반적으로 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어져 투명함); (3) 홀 전달 또는 홀 주입 층(예를 들어 PEDOT:PSS 또는 PANI로부터 - PSS와 같은 혼합물을 가진 폴리아닐린; PEDOT = 폴리에틸렌 디옥시시오펜, PSS = 폴리스티렌 술포네이트); (4) 폴리머 재료(예를 들어 MEH-PPV, 폴리플루오렌, 다른 PPV들, 폴리스피로들, 폴리시오펜 또는 폴리파라페닐렌)로부터의 발광 존으로서의 폴리머 층 및 (5) (예를 들어 바륨, 칼슘 같은 낮은 일함수를 가진 금속으로부터의) 캐소드 접촉부.
폴리머 층들, 즉 홀 전달 또는 홀 주입 층 및 발광 존은 액체 용액, 예를 들어 물 또는 용매로 제조된다. 전극 접촉부들(애노드 및 캐소드 접촉부)은 통상적으로 진공 처리들에 의해 형성된다.
애플리케이션들, 예를 들어 디스플레이들을 위한 유기 발광 다이오드의 이런 구조의 장점은 폴리머 층들을 형성하기 위한 처리들의 다양성이다. 여기에는 PLED의 평면 측면 구조화, 즉 잉크젯 프린팅 기술을 허용하는 처리들이 포함된다. 이런 방법으로 인해 다른 타입의 폴리머 재료들은 미리 처리된 위치들 상에 프린트되고, 상기 위치들을 통하여 다른 방사 컬러의 인접 영역들이 발생할 수 있다. 다른 구조화 방법들은 스크린 프린팅 기술을 포함한다.
공지된 PLED 구조들의 단점은 여러 가지 것들 중에서, 폴리머 재료들의 용매들이 서로 영향을 주지 않는, 즉 폴리머 재료들의 용매들이 구조 재료를 공격하지 않는 방식으로 폴리머 재료들의 용매들이 선택되어야 하기 때문에 둘 이상의 다른 폴리머 층들이 적당한 방식으로 증착되지 않는다는 사실이다. 이것은 증착된 폴리머 재료가 동시에 전자 전달을 위하여 우수해야 하고 캐소드 접촉부로부터 전자 주입에 적당해야 하는 것을 의미하고, 요건은 재료 선택 및 구조 최적화를 위한 주요 제한 조건이 된다. 최근 시험들은 3개의 층 구조들이 또한 구현 가능하다는 것을 나타내었다.
게다가, 주어진 재료 시스템에 대한 구조의 시퀀스는 매우 어렵게만 변화될 수 있다. 상기된 바와 같이, 애노드 접촉부는 시작 지점이다.
이것은 특히 접촉 엘리먼트로서 n 채널 트랜지스터들을 가진 액티브 매트릭스 디스플레이 기판들 상에 PLED 구조를 통합하는데 바람직하지 않다. 투명한 최상부 접촉부들의 사용은 상기 접촉부들이 (ⅰ) 전자 주입을 위해 바람직하지 않은 일함수를 가지며(일함수가 너무 큼) (ⅱ) 일반적으로 스퍼터링 처리에 의해 제조되기 때문에 어렵다. 이런 처리는 유기 재료들을 파괴한다. PLED의 상부층이 발광 층일 때, 유기 발광 다이오드의 광 생성 효율성은 결과적으로 감소된다. 스퍼터링 손상에 대해 안정성을 개선하기 위하여, 작은 분자들로 구성되고 진공에서 기상 증착된 저분자 유기 층의 제공이 고안되었다. 이 경우, 또한 캐소드 접촉부로부터의 전자 주입이 문제이다.
종래 PLED 구조의 추가 단점은 효율적인 전자 주입이 바륨 또는 칼슘과 같은 매우 안정하지 않은 접촉 재료들로 얻어진다는 사실이다. 이들 재료들은 산소 및 물에 의해 공격을 받는다. 게다가, 3개의 컬러들 중 하나로 인한 상당한 성능 손실들을 수반하기 때문에 3개의 기본적인 방사 컬러들, 적색, 녹색 및 청색의 모든 방사체 재료들을 위하여 하나 및 동일한 전극(캐소드)을 사용하는 것은 매우 어렵다. 청색 방사 폴리머 재료에 대하여 최적화된 캐소드 접촉부는 적색 폴리머 재료에 단점을 가지며 그 반대도 역시 그러하다.
"작은 분자" 기술 분야에 할당된 OLED 구성을 가진 유기 발광 다이오드들은 유기 구조들로서, 분자들이 하나 또는 여러 유기 재료들인 경우 진공에서 기상 증착되는 분자들로부터의 층들을 가진다. 유기 재료의 분자들이 충분히 작다면, 이러한 분자들은 일반적으로 열 처리에 의해 분해 없이 증착될 수 있다. 이를 위해, 분자들은 진공에서 증발된다.
OLED 구성을 가진 유기 발광 다이오드의 통상적인 구조(최대 구성)는 다음과 같다: (1) 캐리어 기판(예를 들어, 유리); (2) 애노드 접촉부(예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어진, 바람직하게는 투명한 홀 주입); (3) (예를 들어 CuPc(구리-프탈로시아닌) 또는 스타버스트(starburst) 유도체들로부터의) 홀-주입 층; (4) 홀 전달 층(예를 들어 TPD로부터(트리페닐디아민 및 유도체들); (5) (발광 영역으로부터의 엑시톤 확산을 방지하고 발광 영역, 예를 들어 알파-NPB로부터 전하 캐리어 누설을 방지하기 위한) 홀-측 차단 층; (6) 발광 영역(예를 들어 방사체 혼합물을 가진 CBP(예를 들어 이리듐-트리스-페닐피리딘 Ir(ppy)3); (7) (발광 영역으로부터의 엑시톤 확산을 방지하고 방사 영역, 예를 들어 BCP(bathocuproine)으로부터의 전하 캐리어 누설을 방지하기 위한) 전자 측 차단 층; (8) 전자 전달 층(예를 들어 Alq3(알루미늄-트리스-퀴놀레이트); (9) 전자 주입 층(예를 들어 무기 리튬 플로라이드(LiF)); 및 (10) 캐소드 접촉부(일반적으로 작은 일함수를 가진 금속, 예를 들어 알루미늄으로 이루어진 전자 주입). 기술된 바와 같은 설계는 최대 개수의 가능 층들을 포함한다. 다른 설계들에서, 층들은 생략될 수 있다. 하나의 층은 몇몇 기능들을 가질 수 있다. 예를 들어, 홀 주입 층 및 홀 전달 층 또는 홀 전달 층 및 홀 측 차단 층 또는 홀 주입 층, 홀 전달 층 및 홀 측 차단 층은 구성될 수 있다. 게다가 전자 전달 층에 전자 주입 층의 재료들을 혼합하는 옵션이 있다.
OLED 구성으로 인해 전기 전도성을 개선하기 위한 전기 도핑을 가진 도핑된 전달 층들을 고안하는 옵션이 있다. 일반적이고 통상적인 구조는 다음과 같다: (1) 캐리어 기판(예를 들어, 유리); (2) 애노드 접촉부(홀 주입, 바람직하게 투명하고, ITO뿐 아니라, Ag, Au로 만들어지고 다른 반사 접촉부로서 만들어짐); (3) p 도핑 홀들 주입 및 전달 층(도판트는 매트릭스 재료, 예를 들어 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA로부터 전자들을 넘겨줄 수 있는 어셉터 재료이고, 추가 어셉터 도판트들을 위하여 US 6,908,783 B1을 참조함); (4) 홀 측 차단 층(p 도핑 홀 주입 및 전달 층상 홀들 및 발광 영역의 전자들 사이의 엑시플렉스(exciplex) 형성이 방지되도록, 테이프 층들이 그를 둘러싸는 층들의 테이프 층들과 매칭하는 재료로 만들어지고; 예를 들어 알파-NPB로 만들어짐); (5) 발광 영역(예를 들어 방사체 혼합물을 가진 TCTA로부터, 예를 들어 이리듐-트리스-페닐피리딘 Ir(ppy)3); (6) 전자 측 차단 층(통상적으로 다음 이름의 층보다 얇음; p 도핑 홀들 주입 및 전달 층상 홀들 및 발광시 전자들 사이의 엑시플렉스(exciplex) 형성이 방지되도록, 테이프 층들이 그를 둘러싸는 층들의 테이프 층들과 매칭하는 재료로 만들어짐; 예를 들어 BCP로부터); (7) n 도핑 전자 주입 및 전달 층(도판트는 매트릭스 재료상에 부가적인 전자들을 전달할 수 있는 도너임; BPhen- 예를 들어 무기 도판트들로서 세슘으로 도핑된 배소페난스로린 또는 W2(Xpp)4(테트라키스(1,2,3,3a,4,5,6,6a,7,8-데카히드로-1,9,9b-트리아자페날레닐)디텅스텐(Ⅱ); 추가 도판트들에 대해 US 2005/00403990 A1, US 2005/006132 A1, WO 2005/03667 A1, WO 2005/086251 A3 참조); 및 (8) 캐소드 접촉부(전자 주입, 일반적으로 낮은 일함수를 가진 금속, 예를 들어 Al, 및 Ag, Au로 만들어짐).
증발 처리의 시작시, 도핑된 층들의 도판트들은 선택적으로 제공된 선구체 재료가 예를 들어 전자 빔의 사용으로 변형될 수 있는 증발 처리 동안 도판트를 형성하는 한 최종 형태로 머물지 않는다. 혼합된 층들의 제조는 통상적으로 혼합된(공동-) 증발에 의해 이루어진다.
OLED 구성의 장점들은 보다 높은 광 생성 효율성뿐 아니라 수명 서비스 및 구조의 변화이다. PLED 구성을 가진 디바이스들과 비교하여 OLED 구성을 가진 디바이스들의 보다 긴 수명의 서비스는 진공 세척 방법들로 얻어진 보다 큰 정도의 다수의 제공된 유기 재료로 설명할 수 있다. 게다가 장점들은 개별 층들의 특성들의 독립된 최적화 능력, 및 전극 접촉부들에 대한 발광 영역의 조절 가능하게 큰 틈이다. 핀 OLED 타입의 도핑된 디바이스들로 인해, 낮은 동작 전압 및 전극 재료들의 변화가 있다. 도큐먼트 US 2004/0251816 A1 및 Zhou 등(Appl.Phys.Lett.81,922(2002))에서 제공된 바와 같이, 이런 구조는 또한 및 추가로 쉽게 반전되고 최상부 방사성이거나 완전히 투명하게 만들어질 수 있다(US 2006/0033115 A1과 비교).
이러한 디바이스들의 단점은 디스플레이에서 다른 컬러 화소들의 구성에 대한 OLED 구조의 측면 구조화가 일반적으로 쉐도우(shadow) 마스크들로 수행되는 것이다. 이런 처리는 대략 50㎛ 미만의 가장 작게 얻을 수 있는 화소 크기들과 관련하여 제한들을 가진다. 제조 처리시 쉐도우 마스킹은 비교적 상당한 작업 노력을 가진다. 폴리머 재료들을 증착하기 위하여 사용되는 잉크젯 처리는 작은 분자들의 유기 재료들의 불안정성으로 인해 작은 분자 층들의 형성 동안 사용할 수 없거나 작은 분자들에 대해 제한들을 가지고 사용할 수 있다. LITI("레이저 유도 열적 이미지화")는 일부 상에서 처리 호환 가능 재료들의 선택에 대해 제한들을 가지는 선택적 처리이다.
게다가, 하이브리드 구조를 가진 유기 발광 디바이스들이 공지되었고 이런 이유 때문에 하이브리드 유기 디바이스들로서 설계된다. 도큐먼트 US 2003/020073 A1에서, 증기 증착 저분자 차단 층들 및 폴리머 홀 전달 층 상 전자 전달 층들의 사용이 기술된다. 그러나, 이런 배열로 인해 캐소드 접촉부로부터 저분자 전자 전달 층으로의 전하 캐리어들, 즉 전자들의 주입이 문제가 된다. 디바이스의 동작 전압은 결과적으로 증가된다.
도큐먼트 WO 2005/086251은 유기 반도체 매트릭스 재료, 유기 반도체 재료 및 전자 디바이스에 대한 n 도펀트뿐 아니라 도판트 및 리간드로서 금속 복합물의 사용에 집중한다.
도큐먼트 EP 1 511 094 A2에서, 유기 분자 층들 및 폴리머 층들이 예상되는 발광 디바이스가 개시된다.
포함된 다른 재료들의 특성들은 가장 낮은 비점유 분자 궤도 함수(LUMO) 및 가장 높은 점유 분자 궤도 함수(HOMO)의 에너지 레벨들에 의해 PLED 구성 및 OLED 구성에서 기술될 수 있다. 관련된 차단 재료들을 포함하는 홀 전달 층들은 일반적으로 진공 레벨 하에서 4.5eV 내지 5.5eV의 범위의 HOMO들, 1.5eV 내지 3eV 범위의 LUMO들을 가진다. 발광 범위에 대한 재료들에 대해, HOMO들은 5eV 내지 6.5eV 범위 내에 놓이고 LUMO들은 2 내지 3eV 범위 내에 놓인다. 적당한 차단 재료들을 포함하는 전자 전달 층들에 대한 재료들에 대해, HOMO는 5.5eV 내지 6.8eV 범위 내에 놓이고 LUMO는 2.3eV 내지 3.3eV 범위 내에 놓인다. 애노드 접촉부에 대한 재료들을 가진 전기 전하 캐리어들의 추출을 위한 일함수들은 4eV 내지 5eV 범위 내에 놓이고 캐소드 접촉부에 대한 재료들을 가진 전기 전하 캐리어들의 추출을 위한 일함수들은 3eV 내지 4.5eV 범위 내에 놓인다.
본 발명의 목적은 구조에 관련하여 증가된 가요성을 가지며 발광 층 스택들의 전기 접촉부들로부터 전하 캐리어들의 개선된 주입을 가진 발광 디바이스를 제공하는 것이다. 게다가, 이 경우 발광 디바이스의 우수한 구조화 능력이 유지된다.
이런 목적은 독립항 제 1 항에 따른 발광 디바이스에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들의 주제이다.
기판 상에 층들의 배열을 가진 발광 디바이스, 특히 발광 다이오드가 본 발명에 따라 예상되고, 층들의 배열은 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부를 갖고, 상기 애노드 접촉부 및 상기 캐소드 접촉부는 상기 애노드 접촉부와 상기 캐소드 접촉부 사이에 배열된 발광 층 스택과 전기 접촉하고, 상기 발광 층 스택은 그 일부 상에, 진공 증발에 의해 분리 가능한 유기 재료의 진공 증착된 작은 분자들의 저분자 층 및 폴리머 재료로부터의 폴리머 층을 포함하며, 상기 저분자 층의 작은 분자들은,
― 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열된다면, 최대 대략 -1.5V의 Fc/Fc+(페론센(ferrocene)/페로세늄(ferrocenium) 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가진 도너 분자들로서, 그리고
― 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하게 배열된다면, 최대 대략 -0.3V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 환원 전위를 가진 어셉터 분자들로서 형성된다.
폴리머 재료로부터의 폴리머 층 및 발광 디바이스에서 유기 재료의 진공 증착된 작은 분자들을 가진 저분자 층의 결합에 의해, 발광 층 스택에 대한 보다 높은 가요성이 얻어지고, 폴리머 층의 형성으로 인해 다양한 컬러들의 광을 방출하는 화소 영역들을 형성하기 위한 디바이스의 보다 쉬운 구조화 능력이 유기 재료들의 작은 분자들을 기초로 형성된 발광 유기 디바이스들에 일반적으로 사용되는 바와 같은 쉐도우 마스크들을 사용할 필요성 없이 얻어진다.
게다가, 전극 접촉부들을 위한 재료가 자유롭게 선택 가능하다는 장점이 있다. 전하 캐리어들의 주입 동안 손실들은 최소화되거나 심지어 전체적으로 방지된다. 긴 수명 서비스를 가진 안정한 발광 디바이스들이 생성되었다. 그렇지 않은 유기 재료들의 통상적인 동시 증발은 필요하지 않다.
본 발명의 추가 발전으로, 층 스택이 유기 재료와 선택적으로 다른 진공 증발에 의해 분리할 수 있는 추가 유기 재료의 진공 증착 작은 분자들로부터의 추가 저분자 층을 포함하는 것이 고안되었고, 추가 저분자 층의 작은 분자들은:
― 추가 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하게 배열되고 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열된다면, 최대 대략 -1.5V의 Fc/Fc+(페론센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가진 어셉터 분자들로서, 그리고
― 추가 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열되고 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하에 배열된다면, 최대 대략 -0.3V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 환원 전위를 가진 도너 분자들로서 형성된다.
본 발명의 중요 실시예는 도너 분자들이 최대 대략 -2.0V, 바람직하게 최대 대략 -2.2V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가지는 것을 고려한다.
본 발명의 다른 바람직한 개선은 어셉터 분자들이 최대 대략 0V, 바람직하게 최대 대략 0.24V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 환원 전위를 가지는 것을 고려한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 도너 분자들 및/또는 어셉터 분자들이 대략 100g/mol 및 대략 200g/mol, 바람직하게 대략 200g/mol 내지 대략 1000g/mol의 몰 질량(molar mass)을 가지는 것을 고려한다.
본 발명의 중요한 실시예에서 도너 분자들이 적어도 부분적으로 W2(Xpp)4 분자들로서 형성되는 것이 고려된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 어셉터 분자들이 적어도 부분적으로 C14DCNQI 분자들로서 형성되는 것이 고려된다.
본 발명의 중요한 실시예는 저분자 및/또는 추가 저분자 층이 대략 0.5nm 내지 대략 20nm, 바람직하게 대략 1nm 및 대략 10nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 1nm 및 대략 5nm 사이의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 폴리머 층이 발광 및 전하 캐리어 전달 층인 것을 고려한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 폴리머 층이 대략 20nm 내지 대략 500nm, 바람직하게 대략 40nm 내지 대략 150nm 및 보다 바람직하게 대략 50nm 내지 대략 100nm의 층 두께를 가지는 것이 고안된다.
본 발명의 중요 실시예에서, 폴리머 층이 폴리플루오렌, PPV들, 폴리스피로들, 폴리시오펜 및 폴리파라페닐렌의 폴리머 재료들의 그룹으로부터의 폴리머 재료로 선택되는 것이 고안된다.
본 발명의 다른 개선에서, 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열된다면, 폴리머 홀 주입 층이 애노드 접촉부 및 폴리머 층 사이에 배열되는 것이 고안된다.
본 발명의 중요 실시예는 폴리머 홀 주입 층이 대략 20nm 내지 대략 500nm, 바람직하게 대략 40nm 내지 대략 150nm 및 보다 바람직하게 대략 50nm 내지 대략 100nm의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 개선은 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열된다면, 저분자 유기 전자 전달 층이 저분자 층과 폴리머 층 사이에 배열되는 것을 고려한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 저분자 유기 전자 전달 층이 저분자 유기 도너 재료로 전기적으로 도핑된 유기 매트릭스 재료를 포함하는 것이 고려된다.
본 발명의 중요한 실시예에서 저분자 유기 전자 전달 층이 1:1000 내지 1:2, 바람직하게 1:100 내지 1:5 및 보다 바람직하게 1:100 내지 1:10의 도핑 농도(도너 재료 분자들: 매트릭스 재료 분자들)를 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 다른 개선에서, 유기 도너 재료가 대략 100g/mol 내지 대략 2000g/mol, 및 바람직하게 대략 200g/mol 내지 대략 1000g/mol의 몰 질량을 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 중요한 실시예는 저분자 유기 전자 전달 층이 대략 10nm 내지 대략 500nm, 바람직하게 대략 20nm 내지 대략 200nm, 및 보다 바람직하게 대략 20nm 내지 대략 100nm의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
다른 바람직한 개선은 저분자 유기 도너 재료가 W2(Xpp)4인 것을 고안한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열된다면, 저분자 유기 차단 층이 저분자 층과 폴리머 층 사이에 배열되는 것이 고안된다.
본 발명의 중요 실시예에서 저분자 유기 차단 층이 대략 2nm 내지 대략 50nm, 바람직하게 대략 2nm 내지 대략 30nm, 및 보다 바람직하게 대략 5nm 내지 대략 20nm의 층 두께를 가지는 것이 고안된다.
본 발명의 다른 개선에서, 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하게 배열된다면, 폴리머 전자 주입 층이 캐소드 접촉부 및 폴리머 층 사이에 배열되는 것이 고려된다.
본 발명의 중요 실시예는 폴리머 전자 주입 층이 대략 20nm 내지 대략 500nm, 바람직하게 대략 40nm 내지 대략 150nm, 및 보다 바람직하게 대략 50nm 내지 대략 100nm의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 개선은 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하게 배열된다면, 저분자 유기 홀 전달 층이 저분자 층과 폴리머 층 사이에 배열되는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 저분자 유기 홀 전달 층이 저분자 유기 어셉터 재료로 전기적으로 도핑된 유기 매트릭스 재료를 포함하는 것이 고려된다.
본 발명의 중요 실시예에서, 저분자 유기 홀 전달 층이 1:1000 내지 1:2, 바람직하게 1:100 내지 1:5 및 보다 바람직하게 1:100 내지 1:10의 도핑 농도(어셉터 재료 분자들: 매트릭스 재료 분자들)를 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 다른 개선에서, 유기 어셉터 재료가 대략 100g/mol 내지 대략 2000g/mol, 및 바람직하게 대략 200g/mol 내지 대략 1000g/mol의 몰 질량을 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 중요 실시예는 저분자 유기 홀 전달 층이 대략 10nm 내지 대략 500nm, 바람직하게 대략 20nm 내지 대략 200nm, 및 보다 바람직하게 대략 20nm 내지 대략 100nm의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
다른 바람직한 개선은 저분자 유기 어셉터 재료가 C14DCNQI인 것을 고려한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하게 배열된다면, 추가 저분자 유기 차단 층이 저분자 층과 폴리머 층 사이에 배열되는 것이 고려된다.
본 발명의 중요 실시예에서, 추가 저분자 유기 차단 층이 대략 2nm 내지 대략 50nm, 바람직하게 대략 2nm 및 대략 30nm, 및 보다 바람직하게 대략 5nm 내지 대략 20nm의 층 두께를 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 다른 개선에서 층들의 배열이 다음 구성들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구성에 따라 형성되는 것이 고려된다: 반전된 구성; 비-반전된 구성; 기판으로부터 멀리 떨어져 방사하는("최상부 방사부"), 발광 층 스택에서 생성된 광을 가진 구성, 및 기판을 통과하여 방사하는("최하부 방사부") 발광 층 스택에서 생성된 광을 가진 구성.
본 발명의 중요 실시예는 기판에 대한 층들의 배열이 투명하다는 것을 고려한다.
본 발명의 다른 바람직한 개선은 애노드 접촉부 또는 캐소드 접촉부에 의해 형성되고 하나 또는 여러 개의 금속들, 금속 및 축퇴한 반도체 재료의 조합물 또는 금속 합금으로 이루어진 최하부 접촉부 및 최상부 접촉부를 고려한다.
하나 또는 여러 폴리머 재료들로부터 형성된 폴리머 층들의 증착은 높은 정밀도로 복잡하지 않은 수단에 의해 이루어진다. 이런 방식으로 달성된 구조화는 작업 집약적 구조화 단계들 또는 수단을 요구하지 않고 발광 디바이스의 구조화를 위해 동시에 제공된다. 바람직한 실시예에서 폴리머 층들이 잉크젯 프린팅 방법에 의해 제공되는 것이 고려된다.
하나 또는 여러 유기 재료들로부터의 저분자 층들을 포함하는 것은 폴리머 재료들을 증착하기 위하여 일반적으로 단지 두 개의 독립된 용매들의 존재로부터 발생하는 폴리머 층들의 변형 제한을 회피하게 하고, 이런 방식으로 디바이스의 층 구조의 변형 옵션들을 증가시킨다. 발광 디바이스의 제조 동안, 저분자 층(들)을 위한 도너 및/또는 어셉터 분자들은 선구체로서 작동하는 유기 기본 재료를 증발시킴으로써 선구체로부터 우선 진공에서 형성될 수 있고, 이런 기본 재료는 증발 처리 동안 도너/어셉터 분자들을 형성한다.
본 발명에 따른 발광 디바이스들은 다양한 애플리케이션들에서 디바이스로서 사용될 수 있다. 이들 애플리케이션 옵션들은 디스플레이들, 판독 및 모든 타입의 발광 장비에서 발광 디바이스들의 사용을 포함한다. 일 실시예에서 상기 디바이스는 다양한 컬러들의 광, 특히 적색, 녹색 및 청색 광을 발광하는 화소 존들이 형성된다. 다중 컬러 디바이스는 이런 방식으로 형성된다.
본 발명은 도면을 참조하여 예시적인 실시예들을 기초로 보다 상세히 기술된다. 도면들은 다음과 같이 도시된다.
도 1은 비-반전 구성을 가진 층들의 배열을 가진 발광 디바이스의 개략도이다.
도 2는 반전 구성을 가진 층들의 배열을 가진 추가 발광 디바이스의 개략도이다.
도 1은 애노드 접촉부(2)가 기판(1) 상에 형성되는 비-반전된 구성을 가진 층들의 배열을 구비한 발광 디바이스(100)의 개략도를 도시한다. 발광 디바이스(100)는 발광 층 스택(100)에 생성되는 광을 기판(1)을 통하여 방사하고, 이런 이유로 기판(1) 및 애노드 접촉부(2)는 생성된 광에 대해 투명하다. 기판(1)은 적당한 층 두께를 가진다. 투명한 애노드 접촉부(2)는 10nm 내지 대략 500nm의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서, 층 두께는 대략 20nm 내지 대략 200nm이다. 애노드 접촉부(2)에 대한 재료로서, 예를 들어 축퇴한 유기 반도체 재료, 예를 들어 얇은 층 두께를 가지며 반투명인 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 금속이 사용된다.
폴리머 재료로부터의 폴리머 홀 주입 층(3)이 도 1에 따른 애노드 접촉부(2) 상에 배열된다. 폴리머 홀 주입 층은 대략 20nm 내지 대략 500nm의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 40nm 내지 150nm이고, 바람직하게 대략 50nm 내지 대략 100nm이다.
폴리머 재료의 폴리머 층(4)이 도 1에 따른 폴리머 홀 주입 층(3) 상에 배열된다. 폴리머 방사 층(4)은 도 1에 따른 실시예에서 홀을 전달하도록 형성되고, 이는 홀들 형태의 전기 전하 캐리어들을 전달하는 것을 의미한다. 폴리머 방사 층(4)은 대략 20nm 내지 대략 500nm의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 40nm 내지 150nm, 바람직하게 대략 50nm 내지 대략 100nm이다. 폴리머 방사 층(4)은 다음 폴리머 재료들 중 적어도 하나를 사용하여 형성된다: 폴리플루오렌, PPV들, 폴리스피로, 폴리시오펜 및 폴리파라페닐렌.
하나 또는 여러 유기 재료들의 작은 분자들로부터의 저분자 전자 측 차단 층(5)이 도 1에 따라 폴리머 방사 층(4) 상에 배열된다. 전자 측 차단 층(5)의 도움으로, 홀들 형태의 전기 전하 캐리어들이 폴리머 방사 층(4)에서 탈선하는 것이 방지된다. 게다가, 전자 측 차단 층(5)은 폴리머 방사 층(4)으로부터 전자-홀-결합들을 의미하는 엑시톤들을 차단하기 위하여 사용한다. 게다가 전자 측 차단 층(5)의 도움으로, 저분자 전자 전달 층(6)에서 전자 형태의 고밀도 전하 캐리어들 및 폴리머 방사 층(4)에서 홀들 형태의 고밀도 전하 캐리어들은 서로 분리되어, 엑시플렉스들의 형성이 방지된다. 엑시플렉스 형성은 발광 디바이스(100)의 효율성을 최소화한다. 전자 측 차단 층(5)은 대략 2nm 내지 대략 50nm의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 5nm 및 대략 30nm, 바람직하게 대략 5nm 내지 대략 20nm이다.
하나 또는 여러 유기 재료들의 작은 분자들로부터의 저분자 전자 전달 층(6)이 도 1에 따라 전자 측 차단 층(5) 상에 배열된다. 바람직한 실시예에서, 저분자 전자 전달 층(6)은 유기 매트릭스 재료에 도핑된 강한 저분자 유기 도너 재료로 전기적으로 도핑된다. 저분자 유기 도너 재료는 유기 매트릭스 재료에 전자들을 방전할 수 있다. 유기 도너 재료의 몰 질량은 대략 100g/mol 내지 대략 2000g/mol이다. 다른 실시예에서, 몰 질량은 대략 200g/mol 내지 대략 1000g/mol이다. 몰 도핑 농도로서 설계된 도너 분자들 대 매트릭스 재료 분자들의 비는 1:1000 내지 1:2, 다른 설계들에서 1:100 내지 1:5 또는 1:100 내지 1:10이다. 저분자 전자 전달 층(6)은 대략 10nm 내지 500nm의 두께로 형성된다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 20nm 내지 대략 200nm 또는 대략 20nm 내지 대략 100nm이다.
진공 증착된 작은 유기 도너 분자들을 가진 도너 분자 층(7)이 도 1에 따라 저분자 전자 전달 층(6) 상에 배열된다. 도너 분자들은 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 -1.5V의 산화 전위를 가진다. 다른 실시예들에서, 산화 전위는 최대 대략 -2.0V 또는 최대 -2.2V이다. 이런 산화 전위는 대략 3.3eV 미만, 대략 2.8eV 미만 및 2.6eV 미만의 도너 분자들의 가장 높은 점유 분자 궤도 함수(HOMO)에 대응한다. 도너 분자들의 HOMO는 산화 전위의 사이클로(cyclo)-전압 측정값으로부터 결정될 수 있다. 유기 도너 분자들이 저분자 층(7)의 층 형성 동안 중요한 실시예에서 선구체로부터 형성된다면, HOMO에 대한 세부항목들은 이런 방식으로 최종적으로 형성된 도너 분자들을 말한다. 도너 분자들의 언급된 특성들을 바탕으로 캐소드 접촉부(8)(도 1과 비교) 및/또는 인접한 저분자 전자 전달 층(6)의 유기 분자들과의 반응으로 인한 도너 분자들(양으로 충전됨)의 이온화가 이루어진다. 이런 방식으로 형성된 공간 충전은 캐소드 접촉부(8)로부터 저분자 전자 전달 층(6)으로의 전하 캐리어들의 주입을 지원한다.
캐소드 접촉부(8)는 도 1에 따라 도너 분자들을 가진 저분자 층(7) 상에 배열된다. 캐소드 접촉부(8)는 적어도 10nm의 층 두께를 가진다. 캐소드 접촉부(8)에 대한 재료로서, 금속들은 예를 들어 Al, Ag, Au, Ca 및 Ba 금속 합금들, 금속 및 ITO 같은 축퇴한 반도체의 조합물이 채택된다.
발광 디바이스(100)의 다른 실시예들(도시되지 않음)에서, 발광 층 스택(10)의 하나 또는 몇몇의 층들은 필요하지 않을 수도 있다. 예를 들어 이들 층들은 폴리머 홀 주입 층(3), 저분자 전자 측 차단 층(5) 및/또는 저분자 전자 전달 층(6)일 수 있다. 발광 디바이스(100)는 대안으로, 발광 층 스택(10)에서 생성된 특정 광이 기판(1)으로부터 멀리 방사하는 것과 같이도 실행될 수 있다. 이 경우, 애노드 접촉부(2)는 생성된 광을 반사하고, 캐소드 접촉부(8)는 투명하다. 다른 실시예에서 양쪽 애노드 접촉부(2)뿐 아니라 캐소드 접촉부(8)는 (반)투명 발광 디바이스가 형성되도록 투명하다.
발광 디바이스(100)의 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 하나 또는 여러 유기 재료들의 어셉터 분자들로부터의 저분자 유기층이 애노드 접촉부(2)로부터 발광 층 스택(10)으로의 홀들의 형태의 전기 전하 캐리어들에 대한 주입 층으로서 사용하는 애노드 접촉부(2)에 인접하게 형성된다. 어셉터 분자들을 가진 발광 층은 도 2에 따른 실시예와 관련하여 하기에 보다 상세히 설명된 바와 같이 바람직하게 동일한 특성들을 가진다.
다음과 같이, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 발광 디바이스의 이전 실시예에 대한 예들이 보다 상세히 기술된다.
실시예 1
실시예 1에 따라 발광 디바이스는 유기 재료의 도너 분자들로부터의 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구조를 가진다:
1.1 투명한 기판(유리)
1.2 애노드 접촉부(인듐 주석 산화물 ITO; 90nm 두께)
1.3 폴리머 홀 주입 층, (PEDOT:PSS(H.C. Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
1.4 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 70nm 두께(톨루엔 용액으로 스핀 코팅됨)
1.7 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
1.8 캐소드 접촉부(반사; A1)
실시예 2
실시예 2에 따라 발광 디바이스는 유기 재료의 도너 분자들로부터의 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구조를 가진다:
2.1 투명한 기판(유리)
2.2 애노드 접촉부(인듐 주석 산화물 ITO; 90nm 두께)
2.3 폴리머 홀 주입 층, (PEDOT:PSS(H.C. Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
2.4 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 60nm 두께(톨루엔 용액으로 스핀 코팅됨)
2.6 n 도핑된 저분자 전자 전달 층(W2(Xpp)4로부터, 질량 도핑 농도 20%(대략 10%의 몰 도핑 농도에 대응); 20nm 두께)
2.7 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
2.8 캐소드 접촉부(반사; Al)
n 도핑된 전자 전달 층(2.6)의 삽입에 의해, 하이브리드 디바이스의 광학 공동은 전기-광학 특성 데이터 동작 전압 및 광 생성 효율성과 관련하여 손실 없이 적응될 수 있다. n 도핑된 전자 전달 층(2.6)은 두 개의 독립적으로 제어되는 증발 소스들(매트릭스 재료 및 도너 분자들에 대해)로부터 혼합된 증발에 의해 진공에서 제조된다. 층들(2.6 및 2.7)의 도너들은 다른 유기 재료들의 분자들일 수 있다.
실시예 3
실시예 3에 따라 발광 디바이스는 유기 재료의 도너 분자들로부터의 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구조를 가진다:
삭제
3.1 투명한 기판(유리)
3.2 애노드 접촉부(인듐 주석 산화물 ITO; 90nm 두께)
3.3 폴리머 홀 주입 층, (PEDOT:PSS(H.C. Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
3.4 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 70nm 두께(톨루엔 용액으로 스핀 코팅됨)
3.6 저분자 전자 전달 층(Alq3로부터; 20nm 두께)
3.7 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
3.8 캐소드 접촉부(반사; A1)
실시예 2와 대조적으로, 이 디바이스는 비도핑된 저분자 전자 전달 층을 가진다. 실시예 2와 비교하여, 결과적으로 측정된 동작 전압과 관련하여 약간의 손실들이 있다. 그러나, 혼합된 증발 처리는 필요하지 않을 수 있다.
실시예 4
실시예 4에서 발광 디바이스는 유기 재료의 도너 분자들로부터의 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구조를 가진다:
4.1 투명한 기판(유리)
4.2 애노드 접촉부(인듐 주석 산화물 ITO; 90nm 두께)
4.3 폴리머 홀 주입 층, (PEDOT:PSS(H.C. Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
4.4 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 60nm 두께(톨루엔 용액으로 스핀 코팅됨)
4.5 전자 측 차단 층(BPhen(배소페난스로린); 5nm 두께)
4.6 n 도핑된 저분자 전자 전달 층(W2(Xpp)4로 도핑된 Alq3로부터, 질량 도핑 농도 20%(대략 10%의 몰 도핑 농도에 대응); 15nm 두께)
4.7 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
4.8 캐소드 접촉부(반사; A1)
n 도핑된 전자 전달 층(4.6)의 삽입에 의해, 발광 디바이스의 광학 공동은 전기-광학 특성 데이터 동작 전압 및 광 생성 효율성과 관련하여 손실들 없이 적응될 수 있다. n 도핑된 전자 투명 층(4.6)은 두 개의 독립적으로 제어되는 증발 소스들(매트릭스 재료 및 도판트에 대해)로부터 혼합된 증발에 의해 진공에서 제조된다. 층들(4.6 및 4.7)의 도너 분자들은 다른 유기 재료들의 분자들일 수 있다.
실시예 1 내지 실시예 4에 따른 모든 발광 디바이스들에 대해, 캐소드 접촉부에 높은 품질이 아닌 금속이 채택되더라도 최소 동작 전압이 측정되었다. 4V 미만의 동작 전압에 대한 모든 경우들에서 100cd/m2의 값이 얻어졌다. 방사된 광의 컬러는 노랑이었다. MEH-PPV의 LUMO는 -2.8eV 내지 -2.9eV이다. MEH-PPV를 사용한 전류 효율성들은 일반적으로 매우 작다. 0.5cd/A의 값이 측정되었다.
도 2는 기판(21) 상에서 반전된 설계의 발광 층 스택(20) 및 발광 층 스택(20)에서 생성된 광이 기판(21)을 통하여 방사하도록 형성되는 발광 디바이스(200)의 개략도를 도시한다. 이런 목적을 위하여, 기판(21)은 발광 층 스택(20)에서 생성된 광에 대해 투명하다.
캐소드 접촉부(22)는 도 2에 따라 기판(21) 상에 배열된다. 캐소드 접촉부(22)는 대략 10nm 내지 대략 500nm의 층 두께를 가진다. 다른 설계에서, 층 두께는 대략 20nm 내지 대략 200nm이다. 투명한 것으로 실행되는 캐소드 접촉부(22)에 대한 재료로서, 설계된 유기 반도체 재료, 예를 들어 인듐 주석 산화물(ITO), 또는 금속, 예를 들어 Ca, Ba, Au, Ag 또는 Al이 사용된다. 금속 합금 설계가 고려될 수 있다.
폴리머 재료로부터의 폴리머 전자 주입 층(23)이 도 2에 따라 캐소드 접촉부(22) 상에 배열된다. 폴리머 전자 주입 층(23)은 대략 20nm 내지 대략 500nm의 층 두께를 가진다. 다른 실시예들에서 층 두께는 대략 40nm 내지 150nm, 바람직하게 대략 50nm 내지 대략 100nm이다.
폴리머 재료로부터의 폴리머 방사 층(24)이 도 2에 따라 폴리머 전자 주입 층(23) 상에 배열된다. 폴리머 방사 층(24)은 전자들 형태의 전기 전하 캐리어들을 전달하고, 즉 폴리머 주입 층(23)으로부터 주입된 전자들이 전달된다. 폴리머 방사 층(24)은 대략 20nm 내지 대략 500nm의 층 두께를 가진다. 다른 실시예들에서, 층 두께는 대략 40nm 내지 대략 150nm, 바람직하게 대략 50nm 내지 대략 100nm이다. 폴리머 재료로서, 다음 재료들이 사용될 수 있다: 폴리플루오렌, PPV들, 폴리스피로들, 폴리시오펜 및 폴리파라페닐렌.
하나 또는 여러 유기 재료들로부터의 저분자 홀 측 차단 층(25)이 도 2에 따라 폴리머 방사 층(24) 상에 배열된다. 홀 측 차단 층(25)은 폴리머 방사 층(24)으로부터의 전자들 형태의 전기 전하 캐리어들의 부가적인 차단을 제공한다. 게다가, 폴리머 방사 층(24)으로부터의 엑시톤들이 차단된다. 게다가, 홀 측 차단 층(25)은 저분자 홀 전달 층(26)에서 홀들 형태의 높은 전하 캐리어 밀도들 및 폴리머 방사 층(24)에서 전자들 형태의 높은 전하 캐리어 밀도들의 분리 기능을 수행한다. 이런 방식으로 방지되어 엑시플렉스들의 형성이 발광 디바이스(200)의 효율성을 최소화한다. 홀 측 차단 층(25)은 대략 2nm 내지 대략 50nm의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 5nm 내지 대략 30nm, 바람직하게 대략 5nm 내지 대략 30nm이다.
저분자 홀 전달 층(26)은 도 2에 따라 홀 측 차단 층(25) 상에 배열되고 하나 또는 여러 유기 재료들로 형성된다. 저분자 홀 전달 층(26)은 대략 10nm 내지 대략 500nm의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 20nm 내지 대략 200nm, 바람직하게 대략 20nm 내지 대략 100nm이다. 저분자 홀 전달 층(26)은 유기 재료의 저분자 어셉터 분자들로부터 강한 어셉터 재료로 전기적으로 도핑될 수 있다. 어셉터 분자들은 유기 혼합 재료로 형성된다. 어셉터 분자들의 몰 질량은 대략 100g/mol 내지 대략 200g/mol, 바람직하게 200g/mol 내지 1000g/mol이다. 어셉터 분자들 및 유기 매트릭스 재료의 분자들 사이의 비율은 1:1000 내지 1:2, 바람직하게 1:100 내지 1:5, 보다 바람직하게 1:100 내지 1:10이다.
유기 재료의 어셉터 분자들로부터 저분자 유기 층(27)이 도 2에 따라 저분자 홀 전달 층(26) 상에 배열된다. 어셉터 분자들은 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대해 적어도 대략 -0.3V의 환원 전위를 가진다. 다른 실시예들에서, 환원 전위는 적어도 대략 0V, 바람직하게 적어도 대략 0.3V이다. 이런 분자 특성은 적어도 4.5eV, 바람직하게 적어도 4.8eV 및 보다 바람직하게 적어도 5.1eV의 어셉터 분자들의 가장 낮은 위치를 차지하지 않는 분자 궤도 함수(LUMO)에 대응한다. 어셉터 분자들의 몰 질량은 대략 100g/mol 내지 대략 2000g/mol, 바람직하게 대략 200g/mol 내지 대략 1000g/mol이다.
도 2에 따라, 애노드 접촉부(28)가 어셉터 분자들로부터의 저분자 유기 층(27) 상에 배열된다. 애노드 접촉부(28)는 발광 층 스택(20)에서 생성된 광을 반사하고 적어도 대략 10nm의 두께를 가진다. 애노드 접촉부(28)에 대한 재료로서, 금속들은 예를 들어 Au 또는 Ag, 금속 및 축퇴한 반도체 재료, 예를 들어 ITO의 조합물, 또는 금속 합금과 같은 것이다.
발광 디바이스(200)의 다른 실시예들(도시되지 않음)에서, 단일 또는 여러 층들, 예를 들어 폴리머 전자 주입 층(23), 저분자 홀 측 차단 층(25) 및/또는 저분자 홀 전달 층(26)이 필요하지 않을 수 있다.
도 2에 도시된 발광 디바이스의 실시예는 발광 층 스택(20)에서 생성된 광이 기판(21)으로부터 방사되도록 선택적으로 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 캐소드 접촉부(22)는 반사하고 애노드 접촉부(28)는 예를 들어 축퇴한 반도체 재료를 사용하여 투명하다. 캐소드 접촉부(22)뿐 아니라 애노드 접촉부(28) 모두의 투명 실시예가 고려될 수 있다.
다음과 같이, 도 2를 참조하여 설명된 다양한 설계들의 실시예들이 보다 상세히 설명된다.
실시예 5
실시예 5에서, 발광 디바이스는 유기 재료의 어셉터 분자들로 구성된 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구성을 가진다:
5.1 투명한 기판(유리)
5.2 캐소드 접촉부(인듐 주석 산화물 ITO; 90nm 두께)
5.4 폴리머 홀 전달 방사 층(C8-폴리플루오렌(청색 방사))
5.7 저분자 어셉터 분자 층(C14DCNQI(N,N'-디시안-2,3,5,6-테트라클로로-1,4-퀴논디민); 2nm 두께)
5.8 애노드 접촉부(반사; Ag)
측정된 동작 전압은 대략 4V였다. 그러나, 이용할 수 있는 폴리머 전자 전달 재료들로 우수한 전자 주입 및 우수한 전자 전달은 달성할 수 없었다. 이런 이유로, 저분자 어셉터 분자 층의 전위를 완전히 사용하는 것은 가능하지 않다.
실시예 6
실시예 6에서, 발광 디바이스는 유기 재료의 어셉터 분자들로 구성된 저분자 유기 주입 층 및 도너 분자들로 구성된 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구성을 가진다:
6.1 투명한 기판(유리)
6.2 애노드 접촉부(인듐 주석 산화물 ITO; 90nm 두께)
6.3 저분자 어셉터 분자 층(C14DCNQI(N.N'-디시안-2,3,5,6-테트라클로로-1,4-퀴논디민); 2nm 두께)
6.4 폴리머 홀 주입 층(PEDOT:PSS(H.C.Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
6.5 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 70nm 두께(톨루엔 용액으로부터 스핀 코팅됨)
6.6 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
6.7 캐소드 접촉부(반사; Al)
실시예 6에서 어셉터 분자들을 가진 주입 층이 폴리머 홀 주입 층에 부가적으로 선택적 층으로서 형성된다.
설명된 실시예들의 장점은 균일한 최상부 전극 접촉부가 모든 발광 폴리머 재료들, 예를 들어 폴리플루오렌, PPV들, 폴리스피로들, 폴리시오펜 및 폴리파라페닐렌에 사용될 수 있고, 그러므로 모든 방사 컬러들에 사용될 수 있다는 사실이다. 게다가, 기판에서 멀리 떨어져 방사하는 디바이스들 및 투명한 디바이스들이 효율적으로 제조될 수 있다.
상기된 바와 같이 상세한 설명, 청구항들 및 도면들에 개시된 본 발명의 특징들은 다양한 실시예들에서 본 발명의 구현을 위하여 개별적으로뿐 아니라 임의의 랜덤 결합 모두에 중요할 수 있다.

Claims (34)

  1. 기판(1;21) 상에 층들의 배열을 가진 발광 디바이스로서,
    상기 층들의 배열은 애노드 접촉부(2;28) 및 캐소드 접촉부(22;8)를 갖고, 상기 애노드 접촉부(2;28) 및 상기 캐소드 접촉부(22;8)는 상기 애노드 접촉부(2;28)와 상기 캐소드 접촉부(22;8) 사이에 배열된 발광 층 스택(10;20)과 전기 접촉하고, 상기 발광 층 스택(10;20)은 그 일부 상에, 진공 증발에 의해 증착 가능한 유기 재료의 진공 증착된 작은 분자들의 저분자 층(7;27) 및 폴리머 재료로부터의 폴리머 층(4;24)을 포함하며, 상기 저분자 층(7;27)은 상기 캐소드 접촉부(8) 또는 상기 애노드 접촉부(28) 중 하나에 인접하게 배열되며,
    상기 저분자 층(7;27)의 작은 분자들은,
    ― 상기 저분자 층(7)이 상기 캐소드 접촉부(8)에 인접하게 배열되는 경우, 최대 -1.5V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가진 도너(donor) 분자들로서 형성되고, 그리고
    ― 상기 저분자 층(27)이 상기 애노드 접촉부(28)에 인접하게 배열되는 경우, 최소 -0.3V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 환원 전위를 가진 어셉터(acceptor) 분자들로서 형성되는,
    발광 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 층은 상기 유기 재료와는 다르며 진공 증발에 의해 분리 가능한 추가 유기 재료의 진공 증착된 작은 분자들로부터의 추가 저분자 층을 포함하고,
    상기 추가 저분자 층의 작은 분자들은,
    ― 상기 추가 저분자 층이 상기 애노드 접촉부에 인접하게 배열되고 상기 저분자 층이 상기 캐소드 접촉부에 인접하게 배열되는 경우, 최대 -1.5V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가진 어셉터 분자들로서, 그리고
    ― 상기 추가 저분자 층이 상기 캐소드 접촉부에 인접하게 배열되고 상기 저분자 층이 상기 애노드 접촉부에 인접하게 배열되는 경우, 최대 -0.3V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 환원 전위를 가진 도너 분자들로서 형성되는,
    발광 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도너 분자들은 최대 -2.0V 또는 최대 -2.2V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가지는,
    발광 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 어셉터 분자들은 최소 0V 또는 최소 0.24V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 환원 전위를 가지는,
    발광 디바이스.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도너 분자들 및 상기 어셉터 분자들 중 적어도 하나는 100g/mol 내지 2000g/mol의 몰 질량(molar mass)을 가지는,
    발광 디바이스.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도너 분자들은 적어도 부분적으로는 W2(Xpp)4-분자(테트라키스(1,2,3,3a,4,5,6,6a,7,8-데카히드로-1,9,9b-트리아자페날레닐)디텅스텐(Ⅱ)으로서 형성되는,
    발광 디바이스.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 어셉터 분자들은 적어도 부분적으로는 Cl4DCNQI-분자들(N.N'-디시아노-2,3,5,6-테트라클로로-1,4-퀴논디민)으로서 형성되는,
    발광 디바이스.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 저분자 층 및 상기 추가 저분자 층 중 적어도 하나의 층은 0.5nm 내지 20nm의 층 두께를 가지는,
    발광 디바이스.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리머 층(4;24)은 발광 및 전하 캐리어 전달 층인,
    발광 디바이스.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리머 층(4;24)은 20nm 내지 500nm의 층 두께를 가지는,
    발광 디바이스.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리머 층(4;24)은 폴리플루오렌들, PPV들, 폴리스피로들, 폴리시오펜들 또는 폴리파라페닐렌들로 이루어진 폴리머 재료들의 그룹으로부터 선택된 폴리머 재료로 이루어지는,
    발광 디바이스.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저분자 층(7)이 상기 캐소드 접촉부(8)에 인접하게 배열되는 경우, 상기 애노드 접촉부(2)와 상기 폴리머 층(4) 사이에 폴리머 홀 주입 층(3)이 배열되는,
    발광 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴리머 홀 주입 층(3)은 20nm 내지 500nm의 층 두께를 가지는,
    발광 디바이스.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저분자 층(7)이 상기 캐소드 접촉부(8)에 인접하게 배열되는 경우, 상기 저분자 층(7)과 상기 폴리머 층(4) 사이에 저분자 유기 전자 전달 층(6)이 배열되는,
    발광 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저분자 유기 전자 전달 층(6)은 저분자 유기 도너 재료로 전기적으로 도핑된 유기 매트릭스 재료를 포함하는,
    발광 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 저분자 유기 전자 전달 층(6)은 1:1000 내지 1:2의 도핑 농도(도너 재료 분자들 : 매트릭스 재료 분자들)를 가지는,
    발광 디바이스.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 유기 도너 재료는 100g/mol 내지 2000g/mol의 몰 질량을 가지는,
    발광 디바이스.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 저분자 유기 전자 전달 층(6)은 10nm 내지 500nm의 층 두께를 가지는,
    발광 디바이스.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 저분자 유기 도너 재료는 W2(Xpp)4인,
    발광 디바이스.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저분자 층(7)이 상기 캐소드 접촉부(8)에 인접하게 배열되는 경우, 상기 저분자 층(7)과 상기 폴리머 층(4) 사이에 저분자 유기 차단 층(5)이 배열되는,
    발광 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 저분자 유기 차단 층(5)은 2nm 내지 50nm의 층 두께를 가지는,
    발광 디바이스.
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저분자 층(27)이 상기 애노드 접촉부(28)에 인접하게 배열되는 경우, 상기 캐소드 접촉부(22)와 상기 폴리머 층(24) 사이에 폴리머 전자 주입 층(23)이 배열되는,
    발광 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 폴리머 전자 주입 층(23)은 20nm 내지 500nm의 층 두께를 가지는,
    발광 디바이스.
  24. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저분자 층(27)이 상기 애노드 접촉부(28)에 인접하게 배열되는 경우, 상기 저분자 층(27)과 상기 폴리머 층(24) 사이에 저분자 유기 홀 전달 층(26)이 배열되는,
    발광 디바이스.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 저분자 유기 홀 전달 층(26)은 저분자 유기 어셉터 재료로 전기적으로 도핑된 유기 매트릭스 재료를 포함하는,
    발광 디바이스.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 저분자 유기 홀 전달 층(26)은 1:1000 내지 1:2의 도핑 농도(어셉터 재료 분자들 : 매트릭스 재료 분자들)를 가지는,
    발광 디바이스.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 유기 어셉터 재료는 100g/mol 내지 2000g/mol의 몰 질량을 가지는,
    발광 디바이스.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 저분자 유기 홀 전달 층(26)은 10nm 내지 500nm의 층 두께를 가지는,
    발광 디바이스.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 저분자 유기 어셉터 재료는 C4DCNQI인,
    발광 디바이스.
  30. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저분자 층(27)이 상기 애노드 접촉부(28)에 인접하게 배열되는 경우, 상기 저분자 층(27)과 상기 폴리머 층(24) 사이에 추가 저분자 유기 차단 층(25)이 배열되는,
    발광 디바이스.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 추가 저분자 유기 차단 층(25)은 2nm 내지 50nm의 층 두께를 가지는,
    발광 디바이스.
  32. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 층들의 배열은 반전된 구성; 비-반전된 구성; 상기 기판으로부터 떨어져 방사하는("최상부 방사"), 상기 발광 층 스택에서 생성된 광을 가진 구성, 및 상기 기판을 통과하여 방사하는("최하부 방사"), 상기 발광 층 스택에서 생성된 광을 가진 구성으로 이루어진 구성들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구성에 따라 형성되는,
    발광 디바이스.
  33. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판(1;21)을 가진 층들의 배열은 투명한,
    발광 디바이스.
  34. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 애노드 접촉부(2;28) 또는 상기 캐소드 접촉부(22;8)에 의해 형성되며, 하나 또는 여러 개의 금속들, 금속과 축퇴한(degenerate) 반도체 재료의 조합물 또는 금속 합금으로 이루어지는 최하부 접촉부 및 최상부 접촉부를 특징으로 하는,
    발광 디바이스.
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