KR20030069097A - 적층된 전기발광단위를 갖는 유기 전기발광 장치 - Google Patents

적층된 전기발광단위를 갖는 유기 전기발광 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 전기발광 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 장치는 애노드, 캐쏘드, 상기 애노드와 캐쏘드 사이에 배치된 2개 이상의 유기 전기발광 단위 및 각각의 인접하는 유기 전기발광 단위 사이에 배치된 도핑된 유기 접속자를 포함하며, 상기 유기 전기발광 단위는 하나 이상의 유기 정공 수송층 및 하나의 유기 전자 수송층을 포함한다. 상기 도핑된 유기 접속자는 하나 이상의 n형 도핑된 유기층 또는 하나의 p형 도핑된 유기층, 또는 이들 층의 조합물을 포함한다.

Description

적층된 전기발광단위를 갖는 유기 전기발광장치{AN ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE HAVING STACKED ELECTROLUMINESCENT UNITS}
본 발명은 유기 전기발광 장치를 형성하는 적층된 유기 전기발광 단위를 제공하고자 하는 것이다.
유기 전기발광(EL) 장치 또는 유기 발광 다이오드(OLED)는 인가된 전위에 응답하여 광을 방출하는 전자장치이다. OLED는 애노드, EL 매질 및 캐쏘드를 순차적으로 포함하는 구조로 구성된다. 애노드와 캐쏘드 사이에 배치된 EL 매질은 통상적으로 유기 정공 수송층(HTL) 및 유기 전자 수송층(ETL)을 포함한다. 정공 및 전자는 재결합하여 HTL의 계면 근처의 ETL에서 광을 방출한다. 탕(Tang) 등의 문헌[Applied Physics Letters, 51,913(1987), Journal of Applied Physics, 65,3610(1989), 및 공동으로 양도된 미국 특허 제4,769,292호]에서 층상 구조를 이용한 OLED가 매우 효율적인 것으로 밝혀졌다.
OLED의 휘도 산출값 및 작동수명은 다수의 인자에 의해 조절되는 장치의 중요한 파라메터이다. 상기 인자 중 하나가 구동전류이다. 반 슬라이케(Van Slyke) 등의 문헌(Applied Physics Letters, 69, 2160[1996])에서는 일반적으로 cd/m2의 단위로 측정된 휘도값은 장치를 통과하는 전류밀도에 비례하고 장치의 수명은 전류밀도에 반비례한다고 기술되어 있다.
따라서, 휘도값과 장치의 수명 사이에는 불가피한 균형이 존재한다. 따라서, 높은 휘도값과 긴 작동 수명을 둘 다 성취하는 것이 매우 유리하며 이 경우 OLED의 적용범위를 크게 확장시킬 수 있다.
다중 착색되거나 풀 칼라인 RGB OLED의 휘도 및 효율을 개선시키는 방법이 포레스트(Forrest) 등의 미국 특허 제5,703,436호에 개시되어 있다. 포레스트의 방법에서 OLED 장치는 개별적으로 어드레싱(addressing)가능하며 수직으로 적층된 다중의 OLED 단위에 의해 제작되며, 상기 단위들은 각각 상이한 색상의 광을 방출한다. 각각의 OLED 단뒤를 독립적으로 조절하는 수단으로서 OLED 단위들(내부 전극들) 사이에 전극이 탑재된다. 특히 상기 적층된 OLED는 전기전도성을 위해 금속 또는 무기물질로 제조된 실질적으로 투명한 내부 전극층을 요구한다. 또한 각각의 OLED 단위를 조절하는 전력을 제공하기 위한 버스 라인(bus line)을 요구한다. 종래의 OLED 디스플레이에서 RGB 서브-화소들의 병렬 구조와는 대조적으로 포레스트 등의 특허에서는 그 발명에서 적층배향이 각각의 칼러 서브-화소를 보다 넓은 영역으로 퍼지게 하고 따라서 낮은 전류밀도로 조작됨을 교시하고 있다. 그러나, 상기 장치에 대한 전체적인 전류 요구량은 감소되지 않으며 cd/A의 견지에서 휘도효율이 실제로 개선되지 않는다. 버로우스(Burrows) 등의 미국 특허에서는 모두 동일한 색상을 방출하는 다중 OLED 단위를 적층시켜 OLED 장치의 휘도 용량을 증가시키기 위해 포레스트 등의 방법을 사용할 수 있음을 제안하고 있다. 이러한 기술은 전극뿐만 아니라 적층된 OLED 단위들에 대한 별도의 전원을 요구하므로 보다 높은 휘도값의 성취를 가능하게 하지만, OLED의 총괄적인 구성이 복잡하다.
상기 포레스트 등 또는 버로우스 등의 적층된 OLED에서와 같이 금속 또는 무기 내부 전극을 사용하는 경우 몇몇 문제점이 있다. 첫째, 적층물에서 각각의 OLED 단위를 어드레싱하기 위해서는 복잡한 배선을 요구한다. 둘째, 적층물에서 OLED 단위들 사이의 전극층들은 광을 흡수하며, 이러한 층의 두께가 너무 두꺼운 경우 총괄적인 발광효율을 저하시키는 광학 손실을 야기한다. 이른바 "투명전극은 공지되어 있으나 여전히 상당 수준의 관을 흡수하고 유기 구조물 위로의 설치가 곤란하다. 실제로 버로우스 등의 특허에서는 내부 전극층에 의해 예측되는 광학 손실로 야기되는 휘도 효율의 심각한 저하를 수학적 모델링을 통해 나타내고 있다. 셋째, 전극이 너무 얇아 광학 특성을 개선시킬 수 없는 경우 시이트 저항은 각각의 OLED 요소에 대한 높은 구동전압 및 장치의 영역 내부에서의 불균일한 휘도값을 초래할 정도로 너무 높다.
또다른 설계양태에 있어서, 존스(Jones) 등의 미국특허 제6,337,492호에는 적층물에 개별적으로 어드레싱하는 OLED 단위가 없으며 개별적인 OLED 단위들 사이에 도체층을 갖는 적층된 OLED 구조물이 개시되어 있다. 이들 도체층들은 기본적으로 포레스트 등의 내부 전극층과 대등한 요소이나, 전원과 접속되지는 않는다. 이 경우 미국 특허 제5,703,436호 및 제6,274,980의 기술이 안고 있던 복잡한 배선문제는 완화되지만, 존스 등의 특허에 개시된 장치는 상기 특허들의 기술과 동일한 광학 문제를 안고 있다. 도체층은 0.1 내지 15nm가 바람직하며 이른바 투명한 금속 합금, 금속 옥사이드 OLED 장치에 통상적으로 사용되는 기타 공지의 무기 전극물질을 포함하며, 이들은 모두 원치않는 흡수특성 및 광 산란 효과를 보유한다. 존스 등의 특허에서는 개시된 장치 구조를 이용하여 보다 높은 휘도효율 및 조작 안정성을 갖는 OLED 장치를 제조할 수 있다고 제안하고 있으나, 이에 대한 실시예를 전혀 제시하고 있지 않다. 즉, 존스 등의 특허에서는 도체층없이 유용한 장치를 어떵게 제조할 수 있는지를 제안하지 않았다.
본 발명의 목적은 고 광도(brightness)의 OLED를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고 휘도 효율의 OLED를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 작동수명이 연장된 OLED를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 색상 조정이 용이한 OLED를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 구동전압이 감소된 적층된 OLED를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 광학 흡수능이 감소된 적층된 OLED를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 제작공정이 단순한 적층된 OLED를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 램프로서 적층된 OLED의 사용을 용이하게 하고자 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 양호한 휘도효율 및 수명을 갖는 풀 칼라 OLED 디스플레이를 제공하고자 하는 것이다.
상당히 놀랍게도 전기 특성이 변하도록 유기 물질을 도핑하는 경우 적층된 유기 전기발광 단위들은 효과적으로 접속되어 크게 개선된 전기발광 장치를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 목적은 (a) 애노드; (b) 캐쏘드; (c) 상기 애노드와 캐쏘드 사이에 배치된 다수의 유기 전기발광 단위; 및 (d) 각각의 인접하는 유기 전기발광 단위 사이에 배치된 도핑된 유기 접속자를 포함하는 적층된 유기 전기발광 장치에 의해 성취된다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명의 목적은 (a) 애노드에 접속된 제 1 유기 전기발광 단위, 및 캐쏘드에 접속된 제 2 유기 전기발광 단위를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 제 1 및 제 2 유기 전기발광 단위를 접속시키는 도핑된 유기 접속자를 제공하는 단계로서, 상기 도핑된 유기 접속자가 각각의 인접하는 유기 전기발광 단위 사이에 배치됨으로써 적층된 유기 전기발광 장치가 단일의 애노드 및 캐쏘드만을 포함하게 되는 단계를 포함하는 유기 전기발광 단위를 둘 이상 갖는 적층된 유기 전기발광 장치를 제조하는 방법에 의해 성취된다.
본 발명의 이점은 적층된 OLED로 하여금 내부 전극없이 작동할 수 있게 함으로써 광학 손실을 감소시킨다. 본 발명의 또다른 이점은 적층된 OLED 장치가 종래의 비적층 OLED 장치에 비해 cd/A로 측정한 휘도 효율의 측면에서 현저한 개선점을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 이점은 적층된 OLED가 종래의 OLED와 동일한 전류하에서 작동되는 경우 증가된 광도를 갖는다는 점이다.
또다른 이점은 적층된 OLED가 종래의 OLED와 동일한 광도하에서 작동되는 경우 연장된 수명을 갖는다는 점이다.
본 발명의 또다른 이점은 적층된 OLED가 종래기술의 적층된 OLED에 비해 감소된 구동전압 및 증가된 광학출력을 갖는다는 점이다.
본 발명의 또다른 이점은 적층된 OLED가 장치와 외부 회로를 접속시키는 2개의 전기 버스 접속자만을 갖는 단일의 전압 공급원으로 작동될 수 있다는 점이다.이와 같은 장치의 구조는 종래기술에 보고된 장치에 비해 현저히 덜 복잡하고 따라서 제작이 용이하고 제작단가가 저렴하다.
본 발명의 또다른 이점은 적층된 OLED가 상이한 색상을 방출하는 적당한 유기 전기발광 단위들을 혼합함으로써 장치의 방출 색상을 조정하는 신규한 방식을 갖는 점이다.
본 발명의 또다른 이점은 고효율의 백색 전기발광이 생성될 수 있다는 점이다.
본 발명의 또다른 이점은 적층된 장치가 램프에 효과적으로 사용될 수 있다는 점이다.
도 1은 종래기술의 적층된 유기 발광 다이오드(OLED)의 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 적층된 유기 전기발광(EL) 단위들을 가지며 각각의 유기 EL 단위들 사이에 도핑(doping)된 유기 접속자가 구비되어 있는 본 발명에 따르는 적층된 OLED의 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 유기 EL 단위에서의 일부 층상 구조물들을 예시하기 위해 본 발명에 따르는 또다른 적층된 OLED의 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 유기 EL 단위에서의 일부 다른 층상 구조물을 예시하기 위해 본 발명에 따르는 또다른 적층된 OLED의 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 n형의 도핑된 유기층 및 p형의 도핑된 유기층을 포함하는 도핑된 유기 접속자를 예시하기 위해 본 발명에 따르는 적층된 OLED의 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따르는 장치와 종래기술에 따라 제작된 비교용 장치의 유기 EL 특성을 나타낸 휘도 산출값 대 전류밀도의 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라 램프를 비추는 영역의 횡단면도를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 능동 매트릭스 디스플레이를 구동하기 위해 사용될 수 있는 회로의 단면도를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 풀 칼라 디스플레이(full color display)의 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 또다른 풀 칼라 디스플레이의 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 또다른 풀 칼라 디스플레이의 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 내지 5 및 도 7 내지 11에서 각 층들의 크기를 비례적으로 나타낼 수 없을 정도로 개별적인 층들의 두께가 너무 얇고 다양한 층들간의 두께차가 지나치게 커서 상기 도면에서 각 층들이 비례적으로 도시되지 않았음을 이해하여야 한다.
본 발명에서 유기 EL 단위 및 도핑된 유기 접속자를 갖는 적층된 OLED의 구성 및 성능이 보다 충분히 평가될 수 있도록 도 1에 종래 기술의 적층된 OLED가 도시되어 있다.
도 1에서 종래기술의 적층된 OLED(100)은 몇몇 OLED 단위를 갖는다. 이에 대한 설명을 간편하게 하기 위해 3개의 적층물만이 예로서 제시되었다. OLED 단위(1), (2) 및 (3)은 그들 자신의 애노드(11, 21 및 31), 캐쏘드(13, 23 및 33), 및 유기 EL 매질(12, 21 및 32)를 갖는다. 적층된 OLED(100)에서 각각의 OLED 단위의 애노드는 바람직하게는 투명하며 인듐 주석 옥사이드(ITO)로부터 형성된다. 적층된 OLED(100)에서 각각의 OLED 단위의 캐쏘드는 바람직하게는 투명하며 금속또는 다이아몬드형 탄소로부터 형성된다. 적층된 OLED(100)에서 각각의 OLED 단위의 유기 EL 매질은 바람직하게는 HTL, 하나 이상의 광 방출층(LEL) 및 ETL을 포함한다. 전술한 바와 같이, 적층된 OLED(100)에서 각각의 OLED 단위는 그 자신의 일련의 전극들을 가지므로 광학 흡수문제가 중요할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따르는 적층된 OLED(200)을 도시한 것이다. 상기 적층된 OLED는 애노드(210) 및 캐쏘드(240)를 가지며 이중 하나 이상은 투명하다. 상기 애노드와 캐쏘드 사이에는 N 유기 EL 단위(220)가 배치되며, 여기서 N은 1 보다 크다. 서로에 대해 연속적으로 그리고 애노드 및 캐쏘드에 대해 적층된 상기 유기 EL 단위는 220.1 내지 220.N으로 표시되었으며 상기 220.1은 (애노드와 인접한) 제 1 EL 단위이고 220.N은 (캐쏘드와 인접한) N번째 단위이다. N이 2보다 큰 경우 애노드 또는 캐쏘드에 인접하지 않는 유기 EL 단위가 존재하며, 이들은 중간 유기 EL 단위라 할 수 있다. 두 인접 유기 EL 단위 사이에 도핑된 접속자(230)가 배치된다. 모든 N-1 도핑된 유기 접속자는 N 유기 EL 단위와 연관되어 있으며 이들을 230.1 내지 230(N-1)으로 표시한다. 유기 접속자 230.1은 유기 EL 단위(220.1)과 (220.2) 사이의 도핑된 유기 접속자이며 230.(N-1)은 유기 EL 단위(220.(N-1))과 (220.N) 사이에 배치된 도핑된 유기 접속자이다. 적층된 OLED(200)은 전기 컨덕터(260)을 통해 전압/전류 공급원(250)과 접속된다.
적층된 OLED(200)는 애노드(210)이 캐쏘드(240)에 대해 보다 포지티브한 전위로 되도록 한쌍의 접촉 전극사이의 전압/전류 공급원(250), 애노드(210) 및 캐쏘드(240)에 의해 발생된 전기전위를 인가함으로써 작동된다. 이와 같이 외부에서인가된 전기전위는 각각의 단위의 전기 저항에 비례하여 N 유기 EL 단위 중에서 분배된다. 적층된 OLED에 대한 전기 전위는 정공(양으로 하전된 캐리어)을 애노드(210)로부터 제 1 유기 EL 단위(220.1)로 주입시키며, 전자(음으로 하전된 캐리어)를 캐쏘드(210)를 N번째 유기 EL 단위(220.N)로 주입시킨다. 이와 동시에 전자 및 정공이 각각의 도핑된 유기 접속자(230.1-230(N-1))에서 발생되어 이로부터 분리된다. 예를 들어, 도핑된 유기 접속자(230.(x-1))[여기서, x는 1＜x≤N이다]에서 상기와 같이 발생된 전자는 애노드를 향해서 인접 유기 EL 단위(220.(x-1))로 주입된다. 마찬가지로 도핑된 유기 접속자(230.(x-1))에서 발생된 정공은 캐쏘드를 향해서 인접 유기 EL 단위(220.x)로 주입된다. 후속적으로, 상기 전자 및 정공은 상응하는 유기 EL 단위에서 재결합되어 광을 생성하며, 이것은 OLED의 투명한 전극(들)을 통해 관측된다.
적층된 OLED에서 유기 EL 단위의 수는 원칙적으로는 2 이상이다. 바람직하게는 적층된 OLED에서 유기 EL 단위의 수는 cd/A 단위에서의 휘도 효율이 개선되거나 최대로되는 수이다.
장치의 구조
유기 전기발광(EL) 단위
적층된 OLED(200)에서 각각의 유기 EL 단위(220)은 정공 및 전자 수송 및 전자-정공 재결합을 지지하여 광을 생성할 수 있다. 각각의 유기 EL 단위(220)은 단일층 또는 다수의 층을 포함할 수 있다. 유기 EL 단위(220)은 당해 기술분야에 공지되어 있는 소분자 OLED 물질 또는 중합체성 LED 물질, 또는 이들 둘 다의 조합물로부터 형성될 수 있다. 본 발명의 유기 EL 단위로서 사용될 수 있는 다수의 유기 EL 다층 구조물 물질이 당해 기술분야에 공지되어 있다. 적층된 OLED 장치에서 각각의 유기 EL 단위는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 유기 EL 단위 중 일부는 중합체성 LED일 수 있으며 기타 단위는 소분자 OLED일 수 있다. 각각의 유기 EL 단위는 그 성능을 최적화하고 바람직한 특성 예를 들어 OLED 적층물을 통한 광투과성, 구동전압, 휘도 효율, 발광 색상, 제작성, 장치 안정성 등을 성취할 수 있도록 선택될 수 있다.
도 3은 적층된 OLED(300)로서 본 발명에 유용한 비제한적 양태를 도시한 것이다. 도 3에는 각각 HTL(323) 및 ETL(327)을 포함하는 N 유기 EL 단위(320)이 있다. 이러한 기초적 단위의 층상 구조는 HTL/ETL로 편리하게 표시된다. 또한, 도핑된 유기 접속자(230)가 유기 EL 단위들 사이에 제공되며 전술한 바와 같은 기능을 수행한다. 장치(300)에서 도핑된 유기 접속자는 하나의 유기 EL 단위의 HTL으로의 정공 주입 및 인접 유기 EL 단위의 ETL으로의 전자 주입을 촉진시킨다. 각각의 유기 EL 단위 내에서 정공 및 전자 캐리어의 수송은 각각 HTL 및 ETL에 의해 지지된다. 각각의 유기 EL 단위 내부의 HTL/ETL 계면 근처에서 정공 및 전자의 재결합은 광을 생성(전기발광)시킨다. 각각의 유기 EL 단위에서 HTL은 323.1 내지 323.N으로 표시되며 상기 323.1은 애노드에 인접한 유기 EL 단위(320.1) 중의 HTL이고 323.N은 캐쏘드에 인접한 유기 EL 단위(323.N) 중의 HTL이다. 유사하게는, 각각의 유기 EL 단위 중의 ETL은 327.1 내지 327.N으로 표시된다. 각각의 유기 EL 단위에서 HTL은 사용되는 물질, 층두께, 침착방법 등의 견지에서 동일하거나 상이할 수 있다. 장치에서 HTL의 특성은 개별적으로 바람직한 성능, 특징부, 예를 들어 OLED 적층물을 통한 광투과성, 구동전압, 휘도효율, 발광 색상, 제작성, 장치 안정성 등을 성취하도록 최적화된다. 필수적이지는 않으나, 애노드(210)와 제 1 HTL(323.N) 사이에 정공 주입층(HIL)(321.1)이 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 필수적이지는 않으나, 캐쏘드와 최종 ETL(327.N) 사이에 전자 주입층(EIL)(329.N)이 제공되는 것이 바람직하다. HIL 및 EIL은 둘 다 전하 주입능을 개선시킨다. 도 3에 도시되지는 않았으나, EL 단위는 임의적으로 HTL과 도핑된 유기 접속자 사이에 HIL을 포함할 수 있다. 유사하게, 유기 EL 단위는 임의적으로 ETL과 도핑된 유기 접속자 사이에 EIL을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또다른 양태인 적층된 OLED(400)를 도시한 것으로 여기서 유기 EL 단위(420)은 HTL과 ETL 사이에 배치된 광 방출층(LEL)(325)을 포함한다. 상기 단위의 구조물을 편리하게 HTL/LEL/ETL로 나타낸다. 본 양태에 있어서, 정공 및 전자 캐리어의 재결합과 전기발광은 주로 LEL에서 일어난다. 각각의 유기 EL 단위에서 LEL은 325.1 내지 325.N으로 표시되며, 당해 양태에 있어서 325.1은 애노드와 인접한 유기 EL 단위(420.1) 중의 LEL이고 325.N은 캐쏘드와 인접한 유기 EL 단위(420.N) 중의 LEL이다. 상기 장치에서 LEL의 특성은 바람직한 성능, 특징부, 예를 들어 OLED 적층물을 통한 광투과성, 구동전압, 휘도효율, 발광 색상, 제작성, 장치 안정성 등을 성취하도록 최적화된다. HTL, ETL, HIL 및 EIL에 대한 설명은 도 4에서 설명한 것을 적용한다.
적층된 OLED에 대한 구동전압을 최소화하기 위해서는 전기발광 효율의 손상없이 각각의 유기 EL 단위를 가능한한 박층화할 수 있는 것이 바람직하다. 각각의 유기 EL 단위의 두께는 바람직하게는 500nm 미만, 보다 바람직하게는 2 내지 200nm이다. 또한, 유기 EL 단위 내부의 각각의 층은 두께가 200nm 이하인 것이 바람직하다.
도핑된 유기 접속자
인접하는 유기 EL 단위들 사이에는 이들 단위로 효율적인 전자 및 정공 주입을 위해 접속이 요구되므로 도핑된 유기 접속자가 제공된다. 본 발명의 각각의 도핑된 유기 접속자는 하나 이상의 n형 도핑된 유기층, 하나 이상의 p형 도핑된 유기층 또는 이들 층의 조합을 포함한다. 바람직하게는 도핑된 유기 접속자는 서로 인접하게 배치되어 p-n 헤테로접합을 형성하는 n형 도핑된 유기층 및 p형 도핑된 유기층을 포함한다. 또한 n형 도핑된 유기층은 애노드측을 향해 배치되고 p형 도핑된 유기층은 캐쏘드측을 향해 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 배열의 비제한적 실시예가 도 5에 도시되어 있으며, 상기 도 5에는 2개의 적층된 유기 EL 단위(320.1 및 320.2)가 존재한다. ETL, HTL, HIL 및 EIL의 정의는 전술한 정의를 따른다. 적층된 OLED(500)에서 n형 도핑된 유기층(237)은 ETL(327.1)과 p형 도핑된 유기층(233) 사이에 제공된다. p형 도핑된 유기층(233)은 n형 도핑된 유기층(237)과 HTL(323.2) 사이에 제공된다. n형 도핑된 유기층, p형 도핑된 유기층 또는 이들 둘 다(p-n 접합)을 사용하여 선택하는 것은 부분적으로는 유기 EL 단위를 포함하는 유기 물질에 좌우된다. 각각의 접속자는 특정한 세트의 유기 EL 단위로 최상의 성능을 얻을 수 있도록 최적화될 수 있다. 이것은 물질, 층 두께, 침착방식 등을 포함한다.
n형 도핑된 유기층은 유기층이 도핑후 반전도 특성을 가지며 이러한 층을 통한 전류가 전자에 의해 실질적으로 운반되는 것을 의미한다. p-n 헤테로접합은 p형 층 및 n형 층이 서로 접촉하는 경우 형성된 계면영역(또는 접합)을 의미한다.
각각의 도핑된 유기 접속자에서 n형 도핑된 유기층은 호스트 유기 물질 및 하나 이상의 n형 도펀트를 포함한다. n형 도핑된 유기층에서 호스트 물질은 소분자 물질, 중합체성 물질 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있으며 상기 호스트 물질은 전자의 수송을 지지할 수 있는 것이 바람직하다. 각각의 도핑된 유기 접속자에서 p형 도핑된 유기층은 호스트 유기 물질 및 하나 이상의 p형 도펀트를 포함한다. 호스트 물질은 소분자 물질, 중합체성 물질 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있으며, 상기 호스트 물질은 정공의 수송을 지지할 수 있는 것이 바람직하다. 일부 경우에 있어서 동일한 호스트 물질이 n형 및 p형 도핑된 유기층 둘 다에 대해서 사용될 수 있지만, 위에서 제시한 전자 및 정공 수송특성을 둘 다 나타내야 한다. n형 도핑된 농도 및 p형 도핑된 농도는 바람직하게는 0.01 내지 10vol%의 범위이다. 각각의 도핑된 유기 접속자의 전체 두께는 전형적으로는 100nm 미만, 바람직하게는 약 1 내지 100nm이다.
종래의 OLED 장치에서 사용되는 유기 전자 수송 물질로서는 n형 도핑된 유기층을 위해 유용한 부류의 호스트 물질이다. 바람직한 물질은 금속 킬레이트화 옥시노이드 화합물, 예를 들어 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄과 같은 옥신 자체(8-퀴놀리놀 또는 8-하이드록시퀴놀린으로 종종 지칭됨)의 킬레이트를 들 수 있다. 다른 물질로는 탕(미국특허 제 4,356,429 호)에 의해 개시된 다양한 부타디엔 유도체, 반 슬라이케 및 탕 등(미국특허 제 4,539,507 호)에 의해 개시된 다양한 헤테로사이클릭 광학 증백제, 트리아진, 하이드록시퀴놀린 유도체 및 벤즈아졸 유도체를 들 수 있다. 무라타(Murata) 등에 의해 보고된(문헌[Applied Physics Letters, 80, 189(2002)] 참고) 2,5-비스(2',2"-비프리딘-6-일)-1,1-디메틸-3,4-디페닐 실라사이클로펜타디엔과 같은 실롤 유도체가 또한 유용한 호스트 물질이다.
도핑된 유기 접속자의 n형 도핑된 유기층에서 n형 도펀트로서 사용되는 물질로는 일함수가 4.0eV 미만인 금속 또는 금속 화합물을 들 수 있다. 특히 유용한 도펀트로는 알칼리 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속, 및 알칼리 토금속 화합물을 들 수 있다. "금속 화합물"이라는 용어는 유기금속 착체, 금속 유기 염과 무기 염, 산화물 및 할로겐화물을 들 수 있다. 금속-함유 n형 도펀트의 부류중에서, Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Sm, Eu, Tb, Dy 또는 Yb, 및 이들의 화합물이 특히 유용한다. 도핑된 유기 접속자의 n형 도핑된 유기층에서 n형 도펀트로서 사용되는 물질로는 또한 강한 전자-공여성 유기 환원제를 들 수 있다. "강한 전자 공여성"이란, 유기 도펀트가 적어도 일부 전자 전하를 호스트에게 제공하여 호스트와 전하-수송 착체를 형성할 수 있어야 함을 의미한다. 유기 분자의 비제한적인 예로는 비스(에틸렌디티오)-테트라티아풀발렌스(BEDT-TTF), 테트라티아풀발렌스(TTF) 및 이들의 유도체를 들 수 있다. 중합체성 호스트의 경우, 도펀트는 전술한 임의의 물질일 수 있거나 또한 부성분으로서 호스트와 함께 분자적으로 분산되거나 공중합된 물질일 수 있다.
종래의 OLED 장치에서 사용되는 정공-수송 물질로서는 p형 도핑된 유기층을 위해 유용한 부류의 호스트 물질을 들 수 있다. 바람직한 물질로는, 하나 이상의 3가 질소 원자를 갖는 방향족 3차 아민으로서, 단 상기 질소 원자가 단지 하나의 탄소 원자와 결합되고, 하나 이상의 질소 원자가 방향족 고리의 구성 원소이다. 한가지 형태로서, 방향족 3차 아민은 아릴아민, 예를 들어 모노아릴아민, 디아릴아민, 트리아릴아민 또는 중합체성 아릴아민을 들 수 있다. 하나 이상의 비닐 라디칼로 치환되고/치환되거나 하나 이상의 활성 수소 함유기를 갖는 기타 적당한 트리아릴아민은, 브랜틀리(Brantley)에 의해 개시되었다(미국특허 제 3,567,450 호 및 미국특허 제 3,658,520 호). 보다 바람직한 부류의 방향족 3차 아민은 반 슬리크 및 탕에 의해 개시된(미국특허 제 4,720,432 호 및 미국특허 제 5,061,569 호) 2개 이상의 방향족 3차 아민 잔기를 포함하는 것을 들 수 있다. 비제한적인 예로는 N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB) 및 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1-비페닐-4,4'-디아민(TPD) 및 N,N,N'N'-테트라나프틸-벤지딘(TNB)를 들 수 있다.
도핑된 유기 접속자의 p형 도핑된 유기층에서 p형 도펀트로서 사용되는 물질은 강한 전자-구인성(electron-withdrawing properties)를 갖는 산화제이다. "강한 전자 구인성"이란, 유기 도펀트가 호스트로부터 일부 전자 전하를 수용할 수 있어 호스트와 전하-수송 착체를 형성할 수 있음을 의미한다. 비제한적인 일부 예로는 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8-8-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ) 및 TCNQ의 기타 유도체와 같은 유기 화합물, 및 요오드, FeCl3및 일부 기타 금속 염화물과 같은 무기 산화제를 들 수 있다. 중합체성 호스트의 경우, 도펀트는 전술한 임의의 물질 또는 부성분으로서 호스트와 함께 분자적으로 분산되거나 공중합된 물질일 수 있다.
n형 또는 p형 도핑된 유기층을 위해 호스트로서 사용될 수 있는 물질의 예로는, 미국특허 제 5,972,247호 및 후술할 화학식 F에서 기술한 다양한 안트라센 유도체; 4,4-비스(9-디카바졸일)-비페닐(CBP)와 같은 특정 카바졸 유도체; 및 미국특허 제 5,121,029호에서 기술한 4,4'-비스(2,2'-디페닐 비닐)-1,1'-비페닐과 같은 디스티릴아릴렌 유도체를 들 수 있지만, 이로써 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 도핑된 유기 접속자를 제조하기 위해 사용되는 물질은 방출된 광에 대해 실질적으로 투명하다.
본 발명의 유용성
본 발명은 대부분의 OLED 장치의 구조에서 사용될 수 있다. 이들은 단일 애노드 및 캐쏘드를 포함하는 단순 구조물로부터 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스 디스플레이와 같은 보다 복잡한 장치를 포함한다. 수동 매트릭스 디스플레이는 애노드와 캐쏘드의 직교 어레이로 구성되어 이들의 교차점에서 화소를 형성하고, 여기서 각각의 화소는 다른 화소와는 독립적으로 전기적-활성화될 수 있는 OLED로서 작용한다. 능동 매트릭스 디스플레이에서, OLED 장치(화소)의 어레이는 박막 트랜지스터(TFT)와 접촉되어 이러한 TFT에 의해 독립적으로 각각의 화소가 활성화 및 제어된다. 적층된 OLED를 작동시키기에 충분한 전압을 발생시키기 위한 수단을 포함하는 임의의 장치가 제공되어야 함이 알려져 있다.
본 발명은 일반 영역 조명(area lighting), 영역 칼라 디스플레이, 풀 칼라 디스플레이(예를 들어, 휴대폰, PDA, 컴퓨터 스트린, 텔레비젼 세트 등), 헤드업 디스플레이(head-up display), 마이크로디스플레이 및 개선된 휘도 또는 수명을 요구하는 임의의 장치와 같은 용도에서 유용하게 사용될 수 있다. 일부 비제한적인 예는 하기에서 논의하는 바와 같다.
백색광-방출 장치
RGB 적층을 사용함으로써, 본 발명은 종래의 OLED 장치에 비해서 상당히 개선된 휘도 및 작동 수명으로 백색광을 발생시킬 수 있다. 이러한 개선된 백색광 생산 적층된 OLED에 있어서의 용도는 넓은 표면적으로부터의 높은 휘도가 바람직한 영역 조명에 있어서 일반적으로 목적이 된다. 도 7은 영역 조명 장치 또는 램프(350)으로서 사용될 수 있는 백색광 방출 구조물의 예를 도시한다. 도 7에서, 애노드(210)은 투명기판(201) 위에 형성된다. 교대로 배치된 전류 공급원(253)이 전기 도체(260)를 통해 램프의 애노드(210) 및 캐쏘드(240)에 전류를 제공하는 DC/펄스 변환기(252)와 연결되어 있다. 이러한 예에서, 유기 EL 장치(220.1)은 청색광을 방출하고, 유기 EL 장치(220.2)는 녹색광을 방출하고, 유기 EL 장치(220.3)은 적색광을 방출한다. 각각의 유기 EL 장치로부터의 광 방출의 강도 및 정확한 색조는, 이들이 혼합되어 백색광 또는 거의 백색광을 형성하도록 선택된다. 도핑된 유기 접속자(230.1 및 230.2)는 앞서 정의된 바와 같다. 이들은 백색을 나타내는 광을 수득하기 위해서 사용될 수 있는 다수의 기타 유기 EL 장치의 조합일 수 있다. 예를 들어, 청색광과 황색광을 방출하는 2층 구조물, 적색광과 청록색광을 방출하는 2층 구조물, 또는 녹색광과 자홍색광을 방출하는 2층 구조물이 백색광을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 모든 경우에, 이러한 장치는 수차례 조합될 수 있다. 예를 들어, 단일 장치에서 다수의 RGB 적층이 사용될 수 있다.
기타 용도로서, 백색광이 각각의 화소에 의해 발생하고 RGB 필터에 의해 여과되는 풀 칼라 디스플레이를 들 수 있다. 즉, RGB 필터는 디스플레이와 관측자 사이에 제공된다. 이는 RGB 방출 화소를 패턴화하는 것 보다 OLED 장치 제조 이후에 RGB 필터를 제공하는 것이 일반적으로 용이하기 때문에, 제작과정을 보다 간략화한다. RGB 필터법은 이러한 제조상의 이점을 보유하는 반면 상기 필터가 발생된 광의 대부분을 소모하기 때문에, 효율 손실로 인해 상당한 문제점이 지적되었다. 본 발명에 따른 고 효율의 RGB 적층은, 종래의 통상적으로 패턴화된 방출형 RGB OLED에 비해 효율상의 단점이 없으면서 제조상의 이점을 유지하는 필터화 RGB 디스플레이를 제조가능하게 한다.
도 8 및 도 9는 풀 칼라 매트릭스 디스플레이를 제작하는데 사용될 수 있는 백색 광 방출의 적층된 OLED 장치의 매트릭스 어레이의 비제한적인 일례를 예시하고 있다. 도 8은 각각의 적층된 OLED 장치(즉, 각각의 화소)를 독립적으로 활성시키는데 사용될 수 있는 전기 회로의 한 예를 나타내는 개략적인 단면도이다. 이러한 매트릭스 어레이는 통상적으로 활성 매트릭스 어레이로 지칭된다. 활성 매트릭스 어레이는 X 방향 신호 라인 X1, X2, X3, ..., Xn; Y 방향 신호 라인 Y1, Y2,Y3, .., Ym; 전원(Vdd) 라인 Vdd1, Vdd2, Vdd3, ..., Vddn; 스위칭용 박막 트랜지스터(TFT) TS11, TS21, TS31, ..., TS12, TS22, TS23, ..., TS31, TS32, TS33, ..., TSnm; 전류 제어용 박막 트랜지스터(TFT) TC11, TC21, TC31, ..., TC12, TC22, TC23, TC31, TC32, TC33, ..., TCnm; 적층된 OLED 장치 EL11, EL21, EL31, ..., EL12, EL22, EL23, ..., EL31, EL32, EL33, ..., ELnm; 커패시터 C11, C21, C31, ..., C12, C22, C23, ..., C31, C32, C33, ..., Cnm; X 방향 구동 회로(207); Y 방향 구동 회로(208) 등으로 이루어져 있다. 여기서, 단지 하나의 화소만이 X 방향 신호 라인 X1 내지 Xn 중의 하나 및 Y 방향 신호 라인 Y1 내지 Ym 중의 하나에 의해 선택되고, 스위칭용 박막 트랜지스터 TS는 상기 화소에서 "점등(on)" 상태가 되며, 이로 인해 전류 제어용 박막 트랜지스터 TC가 "점등" 상태로 된다. 따라서, 전원 라인 Vdd로부터 공급된 전류는 유기 EL 화소에서 흘러 광이 방출하게 된다.
도 9는 풀 칼라 매트릭스 디스플레이(600)의 3개의 화소를 예시하는 단면의 개략적인 다이아그램이다. 디스플레이(600)는 적층된 유기 전기발광 장치(ELnm)의 어레이 및 상기 장치와의 등록시 색상 필터의 어레이로부터 백색 광 방출을 이용한다. 색상 필터는 장치와 관측자 사이에 위치한다. 투명한 지지체(601)(전형적으로 유리 또는 석영) 위에는, 투명한 유기 절연체층(602 및 603), 및 어레이내 개별적인 적층된 OLED 장치 또는 화소를 구동시키는데 필요한 배선, 커패시터 및 트랜지스터가 제공된다. 명확히 하기 위해, 각각의 화소에서 전기 배선, 커패시터 및 트랜지스터는 각각, EL11, EL12 및 EL13을 구동시키는데 사용되는 블록 ELEC11,ELEC12 및 ELEC13으로 언급한다. 유기 절연체층(602) 위에는, 광학적으로 투명하거나 투명하지 않을 수 있는 전도성 배선(606)에 의해 ELEC11, ELEC12 및 ELEC13에 연결되는 광학적으로 투명한 애노드 패드(610)의 어레이가 제공된다. 유기 절연체(603)는 유기 절연체(602) 및 애노드 패드(610) 위에 제공되고, 애노드 패드를 드러내도록 패턴화된다. 애노드 패드 및 유기 절연체(603) 위에는, 백색 광 방출을 수득하는데 필요한 것으로 본 발명에 교시된 둘 이상의 유기 EL 단위 및 도핑된 유기 연결자의 적층물을 포함하는 백색 광 방출 유기층(605)이 제공된다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 발광 단위의 적층물, 또는 청색 및 황색 방출 단위의 적층물이 모두 효과적일 수 있다. 이러한 유기 EL 단위는 전체 디스플레이 장치 위에 침착될 수 있다. 이후, 각각의 적층된 OLED 장치에서 통상적인 캐쏘드(640)가 침착된다. 활성화되는 경우, 백색 광은 투명한 애노드(610), 투명한 유기 절연체(602) 및 투명기판(601)을 통해 방출된다. 각각의 적층된 OLED 장치(화소)의 방출 영역은 애노드와의 접촉 영역에 의해 한정된다. 백색 광 방출 유기 전기발광 장치의 매트릭스 어레이에 대향하는 투명기판의 표면상에는, 각각의 화소와의 등록시 위치하는 적색(651), 녹색(652) 및 청색(653) 필터의 어레이가 제공된다. 따라서, 도 9에서, EL11에 의해 발생하는 백색 광은 적색을 나타내고, EL12에 의해 발생하는 백색 광은 녹색을 나타내며, EL13에 의해 발생하는 백색 광은 청색을 나타낸다. 유리 기판상에 색상 필터 어레이를 침착시키는 물질 및 방법은 당해 분야에 널리 공지되어 있다.
색상-전환 디스플레이
본 발명의 다른 양태는 청색 방출 화소를 이용하고 이어서 색상 전환 매질 필터를 이용하여 적색 및 녹색 광을 발생함으로써 풀 칼라 디스플레이를 형성하는 장치 또는 디스플레이이다. 불리하게도, 청색 방출 OLED는 이제껏 최소 효율 및 최악의 수명을 나타내왔다. 본 발명에 따른 효율 및 수명 개선방법(예를 들어, 청색 방출 유기 EL 단위의 적층)을 이용하여 상기 장치에서 상당한 이점을 나타낼 수 있다.
이러한 디스플레이의 비제한적인 예가 도 10에 도시되어 있으며, 도 8에서 이미 나타낸 바와 동일한 능동 매트릭스 회로에 의해 구동된다. 도 9에서 풀 칼라 매트릭스 디스플레이(660)는 디스플레이(600)에 대해 전술한 바와 동일한 요소를 다수 갖지만, 청색 방출의 적층된 유기 전기발광 장치의 어레이 및 청색 방출 장치와의 등록시 색상 전환 필터의 어레이를 이용한다. 색상 전환 필터는 장치와 관측자 사이에 위치한다. 매트릭스 디스플레이(660)에서, 청색 광 방출 유기층(665)은 둘 이상의 청색 방출 유기 EL 단위의 적층물을 포함한다. 청색 광 방출 유기 전기발광 장치의 매트릭스 어레이에 대향하는 투명기판의 표면상에는, 각각의 화소와의 등록시 위치하는 청색에서 적색으로의 색상 전환 필터(661) 및 청색에서 녹색으로의 색상 전환 필터(662)의 어레이가 제공된다. 이러한 필터는 청색 광을 흡수하고 적색 또는 녹색 형광을 낸다. 필터는 청색 방출 영역(663)에서 요구되지 않지만, 투명한 물질 또는 청색 트리밍(trimming) 필터를 포함하여 색조를 조절할 수 있다. 따라서, 도 10에서, EL11에 의해 발생하는 청색 광은 적색을 나타내고, EL12에 의해 발생하는 청색 광은 녹색을 나타내며, EL13에 의해 발생하는 청색 광은 청색을나타낸다. 유리 기판에 색상 전환 필터 어레이를 침착시키는 물질 및 방법은 당해 분야에 널리 공지되어 있다.
삼중자 이미터(emitter)
Ir(ppy)3과 같은 삼중자 이미터 도펀트는 저 휘도에서 작동시 고 효율을 갖는 것으로 나타났다. 불리하게도, 고 휘도에서 작동시, 효율 및 장치 수명이 급속히 감소된다. 본 발명에서는(예를 들어, 유기 EL 단위와 삼중자 이미터와의 적층물) 낮은 전류밀도에서 작동함으로써 삼중자 이미터의 고 효율을 이용하여 안정성을 손상시키지 않고서 고 휘도를 성취할 수 있다.
영역(area) 색상 디스플레이
미세하게 패턴화된 화소가 바람직하지 않은 영역 색상 디스플레이의 경우, 종래의 OLED를 사용하여서는 정밀한 색조(예를 들어, 회사 로고의 경우)를 성취하기가 곤란할 수 있다. 종종, 정확한 색조를 방출하는 안정하고 효율적인 발광 염료는 존재하지 않는다. 달리, 적색, 녹색 또는 청색 발광 물질을 단일 층에서 혼합하여 정확한 색조를 수득할 수 있지만, 재료들간에 상당한 상호작용이 존재하므로 이는 매우 곤란하다. 예를 들어, 적색 방출 도펀트는 종종 청색 방출 도펀트를 퀸칭(quench)시킨다. 본 발명의 효율 이점 이외에, 각각의 적층물에 사용되는 유기 EL 단위는 목적하는 임의의 색상 색조를 용이하게 수득하도록 선택될 수 있다. 이러한 점에서 유기 EL 단위들간의 상호작용은 최소이다.
풀 칼라 화소화된 디스플레이
본 발명은, RGB 화소로서 작용하도록 모든 적색, 모든 녹색 및 모든 청색 유기 EL 단위의 개별적인 OLED 적층물을 제조함으로써 풀 칼라 매트릭스 디스플레이에서 이용될 수 있다. 즉, 적층물내 각각의 유기 EL 단위는 본질적으로 동일한 색상을 방출하도록 설계된다. 매우 개선된 발광 효율은 다수의 방식으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 종래의 OLED 장치에 비해 장치의 안정성을 손상시키지 않고서 풀 칼라 디스플레이의 휘도를 상당히 증가시킬 수 있다.
이러한 디스플레이 형태의 비제한적인 예가 도 11에 도시되어 있으며, 이는 도 8에서 이미 나타낸 바와 동일한 활성 매트릭스 회로에 의해 구동된다. 풀 칼라 매트릭스 디스플레이(680)는 도 9에서 디스플레이(600)에 대해 이미 나타낸 바와 동일한 요소를 다수 갖는다. 필터 어레이는 매트릭스 디스플레이(680)에서 요구되지 않는다. 적색(681), 녹색(682) 및 청색(683) 방출 유기층의 매트릭스 어레이가 제공되며, 이들은 각각 적색, 녹색 또는 청색의 둘 이상의 유기 EL 단위의 적층물을 포함한다. 이러한 유기층은 애노드 패드와의 등록시 장치 위에 패턴화된다. 따라서, 도 11에서, EL11은 적색을 나타내고, EL12는 녹색을 나타내며, EL13은 청색을 나타낸다.
기타 장치 특성
기판
적층된 OLED 장치는 전형적으로 지지 기판 위에 제공되며, 여기서 적층된 OLED의 캐쏘드 또는 애노드는 기판과 접촉할 수 있다. 기판과의 접촉시 전극은 편리하게 저부 전극으로 지칭한다. 통상적으로, 저부 전극은 애노드이지만, 본 발명은 이러한 형태로 한정되지 않는다. 기판은 의도한 광 방출 방향에 따라 광 투과성 또는 불투과성일 수 있다. 광 투과 특성은 기판을 통해 EL 방출을 관측하는 경우 바람직하다. 투명한 유리 또는 플라스틱은 상기와 같은 경우 통상적으로 사용된다. EL 방출이 상부 전극을 통해 관측되는 경우, 저부 지지체의 투과 특성은 중요하지 않으며, 따라서 광 투과성, 광 흡수성 또는 광 반사성일 수 있다. 이러한 경우에 사용되는 기판으로는 유리, 플라스틱, 반도체 물질, 규소, 세라믹 및 회로 기판 물질이 포함되나, 이로써 한정되는 것은 아니다. 물론, 광 투명 상부 전극을 상기와 같은 장치 형태에 제공하는 것은 필요하다.
애노드
EL 발광을 애노드(210)를 통해 관측하는 경우에는 상기 애노드가 흥미있는 발광에 대하여 투명하거나 실질적으로 투명해야 한다. 본 발명에 사용되는 통상적인 투명 애노드 물질은 인듐-주석 옥사이드(ITO) 및 주석 옥사이드이나, 다른 금속 옥사이드 또한 사용될 수 있으며, 이는 알루미늄 또는 인듐으로 도핑된 아연 옥사이드, 마그네슘-인듐 옥사이드 및 니켈-텅스텐 옥사이드를 포함하나 이로써 한정되는 것은 아니다. 상기 옥사이드 이외에도, 갈륨 니트라이드와 같은 금속 니트라이드 및 아연 셀레나이드와 같은 금속 셀레나이드 및 아연 설파이드와 같은 금속 설파이드를 애노드(210)로서 사용할 수 있다. 캐쏘드 전극을 통해 EL 발광을 관측하는 용도에서는, 상기 애노드의 투과 특성이 중요하지 않으므로 투명, 불투명 또는 반사성의 임의의 전도성 물질을 모두 사용할 수 있다. 상기 용도를 위한 전도체의 예로는 금, 이리듐, 몰리브데늄, 팔라듐 및 백금을 들 수 있으나 이로써 한정되는것은 아니다. 전형적인 애노드 물질은 투과성 또는 그렇지 않은 것 모두 4.1eV 이상의 일함수를 갖는다. 바람직한 애노드 물질은 통상적으로 증발, 스퍼터링, 화학적 증착 또는 전기화학적 수단과 같은 임의의 적당한 수단에 의해 침착된다. 익히 공지된 포토리쏘그래프 공정(photolithographic process)을 사용하여 애노드를 패터닝할 수 있다.
정공 주입층(HIL)
반드시 필요한 것은 아니나, 종종 애노드(210)와 정공 수송층(323) 사이에 정공 주입층(321)을 제공하는 것이 유용하다. 상기 정공 주입물질은 후속 유기층의 성막 특성을 개선시키고 정공 수송층으로의 정공 주입을 촉진시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 정공 주입층으로 사용하기 적당한 물질은 미국특허 제 4,720,432 호에 기술된 바와 같은 포피리닉(porphyrinic) 화합물, 및 미국특허 제 6,208,075 호에 기술된 플라스마-침착된 플루오로카본 중합체를 들 수 있으나, 이로써 한정되는 것은 아니다. 유기 EL 장치에 유용한 것으로 보고된 다른 정공 주입물질은 유럽특허 제 0 891 121 A1 호 및 제 1,029,909 A1 호에 기술되어 있다.
정공-수송층(HTL)
유기 EL 장치의 정공 수송층(323)은 방향족 3차 아민과 같은 정공 수송 화합물을 하나 이상 함유하는 것으로서, 상기 방향족 3차 아민은 하나 이상이 방향족 고리의 요소인 탄소 원자에만 결합되는 3가 질소 원자를 하나 이상 함유하는 화합물이다. 하나의 형태에서, 상기 방향족 3차 아민은 아릴아민, 예를 들어 모노아릴아민, 디아릴아민, 트리아릴아민 또는 중합체성 아릴아민일 수 있다. 단량체성 트리아릴아민의 예는 클럽펠(Klupfel) 등의 미국특허 제 3,180,730 호에 기술되어 있다. 하나 이상의 비닐 라디칼로 치환되고/치환되거나 하나 이상의 활성 수소 함유 그룹을 포함하는 기타 적당한 트리아릴 아민은 브랜틀레이(Brantley) 등의 미국특허 제 3,567,450 호 및 제 3,658,520 호에 개시되어 있다
방향족 3차 아민의 보다 바람직한 부류는 미국특허 제 4,720,432 호 및 미국특허 제 5,061,569 호에 기술된 방향족 3차 아민 잔기를 2개 이상 포함하는 화합물이다. 이러한 화합물로는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 들 수 있다:
상기 식에서,
Q1및 Q2는 독립적으로 선택된 방향족 3차 아민 잔기이고;
G는 탄소-탄소 결합의 연결 그룹, 예를 들어 아릴렌, 사이클로알킬렌 또는 알킬렌 그룹이다.
하나의 실시양태에서, 하나 이상의 Q1또는 Q2는 폴리사이클릭 축합 고리 구조, 예를 들어 나프탈렌을 함유한다. G가 아릴 그룹인 경우에는 하나 이상의 Q1또는 Q2가 통상적으로 페닐렌, 비페닐렌 또는 나프탈렌 잔기이다.
상기 화학식 1을 만족시키고 2개의 트리아릴아민 잔기를 함유하는 트리아릴아민으로 유용한 부류는 하기 화학식 2로 표시된다:
상기 식에서,
R1및 R2는 서로 독립적으로 수소 원자, 아릴 그룹 또는 알킬 그룹을 나타내거나, 모두 사이클로알킬 그룹을 완성시키는 원자를 나타내고;
R3및 R4는 하기 화학식 3으로 표시되는 것으로서, 서로 독립적으로, 교대로 디아릴 치환된 아미노 그룹으로 치환된 아릴 그룹을 나타낸다:
상기 식에서,
R5및 R6은 독립적으로 선택된 아릴 그룹이다.
하나의 실시양태에서, 하나 이상의 R5또는 R6은 폴리사이클릭 축합 고리 구조, 예를 들어 나프탈렌을 포함한다.
방향족 3차 아민의 또다른 부류는 테트라아릴디아민이다. 바람직한 테트라아릴디아민은 상기 화학식 3으로 표시되고 아릴렌 그룹을 통해 연결되는 2개의 디아릴아미노 그룹을 포함한다. 유용한 테트라아릴디아민은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함한다.
상기 식에서,
Are는 서로 독립적으로 선택된 아릴렌 그룹, 예를 들어 페닐렌 또는 안트라센 잔기이고;
n은 1 내지 4의 정수이고;
Ar, R7, R8및 R9는 독립적으로 선택된 아릴 그룹이다.
전형적인 실시양태에서, 하나 이상의 Ar, R7, R8및 R9는 폴리사이클릭 축합 고리, 예를 들어 나프탈렌이다.
상기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4의 다양한 알킬, 알킬렌, 아릴 및 아릴렌 잔기는 각각 교대로 치환될 수 있다. 전형적인 치환체로는 알킬 그룹, 알케닐 그룹, 알콕시 그룹, 아릴 그룹, 아릴옥시 그룹 및 할로겐(예를 들어, 불소, 염소 및 브롬)을 들 수 있다. 상기 다양한 알킬 및 알킬렌 잔기의 탄소수는 전형적으로 약 1 내지 6이다. 상기 사이크로알킬 잔기는 3 내지 약 10의 탄소수를 가질 수 있으나 전형적으로는 5 내지 7의 고리 탄소 원자를 함유한다(예를 들어, 사이클로펜틸, 사이클로헥실 및 사이클로헵틸 고리 구조). 상기 아릴 및 아릴렌 잔기는 일반적으로 페닐 및 페닐렌 잔기이다.
상기 정공 수송층은 단일 방향족 3차 아민 화합물 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 특히, 트리아릴아민, 예를 들어 화학식 2를 만족시키는 트리아릴아민을, 예를 들어 화학식 4로 표시되는 테트라아릴디아민과 조합하여 사용할 수 있다. 트리아릴아민을 테트라아릴디아민과 조합하여 사용하는 경우에는 상기 테트라아릴디아민이 상기 트리아릴아민과 전자 주입 및 수송층 사이에 삽입되는 층으로서 위치한다. 유용한 방향족 3차 아민의 예는 다음과 같다:
1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)사이클로헥산
1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)-4-페닐사이클로헥산
4,4'-비스(디페닐아미노)콰드리페닐
비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)-페닐메탄
N,N,N-트리(p-톨릴)아민
4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[4(디-p-톨릴아미노)-스트릴]스틸빈
N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4-4'-디아미노비페닐
N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노비페닐
N,N,N',N'-테트라-1-나프틸-4,4'-디아미노비페닐
N,N,N',N'-테트라-2-나프틸-4,4'-디아미노비페닐
N-페닐카바졸
4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-(2-나프틸)아미노]비페닐
4,4"-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]p-터페닐
4,4'-비스[N-(2-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(3-아세나프테닐)-N-페닐아미노]비페닐
1,5-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]나프탈렌
4,4'-비스[N-(9-안트릴)-N-페닐아미노]비페닐
4,4"-비스[N-(1-안트릴)-N-페닐아미노]-p-터페닐
4,4'-비스[N-(2-페난트릴)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(8-플루오르안테닐)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(2-피레닐)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(2-나프타세닐)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(2-페릴레닐)-N-페닐아미노]비페닐
4,4'-비스[N-(1-코로네닐)-N-페닐아미노]비페닐
2,6-비스(디-p-톨릴아미노)나프탈렌
2,6-비스[디-(1-나프틸)아미노]나프탈렌
2,6-비스[N-(1-나프틸)-N-(2-나프틸)아미노]나프탈렌
N,N,N',N'-테트라(2-나프틸)-4,4"-디아미노-p-터페닐
4,4'-비스{N-페닐-N-[4-(1-나프틸)-페닐]아미노}비페닐
4,4'-비스[N-페닐-N-(2-피레닐)아미노]비페닐
2,6-비스[N,N]-디(2-나프틸)아민]플루오린
1,5-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]나프탈렌
정공 수송층으로서 유용한 또다른 부류로는 유럽 특허 제 1 009 041 호에 기술된 폴리사이클릭 방향족 화합물을 들 수 있다. 또한, 중합체성 정공 수송 물질로는, 예를 들어 폴리(N-비닐카바졸)(PVK), 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린, 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌설포네이트)("PEDOT/PSS"로서 지칭됨)와 같은 공중합체가 사용될 수 있다.
광 방출층(LEL)
미국특허 제 4,769,292 호 및 제 5,935,721 호에서 보다 상세히 기술된 바에 따르면, 유기 EL 장치의 광 방출층(LEL)(325)은 발광 또는 형광 물질을 포함하며, 이 영역에서의 전자-정공상의 재조합의 결과로서 전기발광이 발생한다. 상기 광 방출층은 단일 물질을 포함할 수 있으나, 보다 통상적으로는 게스트 화합물, 또는 주로 도펀트로부터 발광이 발생하고 상기 발광이 임의의 칼라일 수 있는 화합물로 도핑된 호스트 물질로 이루어진다. 상기 광 방출층 내의 호스트 물질은 후술되는 전자 수송 물질, 전술된 정공 수송 물질, 또는 정공-전자 재조합을 보조하는 또다른 물질 또는 이들의 조합물일 수 있다. 일반적으로, 상기 도펀트는 고 형광 염료로부터 선택되나 인광 화합물, 예를 들어 국제 공보 제 WO 98/55561 호, 제 WO 00/18851 호, 제 WO 00/57676 호 및 제 WO 00/70655 호에 기술된 전이금속 착체 또한 유용하다. 도펀트는 전형적으로 0.01 내지 10 중량%로 호스트 물질에 코팅된다. 또한, 폴리플루오렌 및 폴리비닐아릴렌(예를 들어, 폴리(p-페닐렌비닐렌), PPV)과 같은 중합체성 물질이 호스트 물질로서 사용될 수 있다. 이러한 경우, 소분자 도펀트는 상기 중합체성 호스트 속으로 분자적으로 분산되거나 소량의 구성성분을 공중합시킴으로써 호스트 중합체 속으로 첨가될 수 있다.
도펀트로서 염료를 선택하는 중요한 관계는 분자의 최고 점유 분자 궤도와 최저 비점유 분자 궤도의 에너지 차에 따라 정의되는 띠간격 전위의 비교이다. 호스트로부터 도펀트 분자로의 효율적인 에너지 전달을 위해서는 도펀트의 띠간격이 호스트 물질의 띠간격보다 작아야 한다.
공지된 호스트 및 발광 분자로는 미국특허 제 4,768,292 호; 제 5,141,671 호; 제 5,150,006 호; 제 5,151,629 호; 제 5,405,709 호; 제 5,484,922 호; 제 5,593,788 호; 제 5,645,948 호; 제 5,683,823 호; 제 5,755,999호; 제 5,928,802 호; 제 5,935,720 호; 제 5,935,721 호; 및 제 6,020,078 호에 개시된 화합물이 있으나, 이로써 한정되는 것은 아니다.
8-하이드록시퀴놀린 및 유사한 유도체의 금속 착체(화학식 5)는 전기발광을 보조할 수 있는 유용한 호스트 화합물중 한 부류로 구성되며, 500nm 이상의 파장의 발광, 예를 들어 녹색, 황색, 주황색 및 적색의 발광에 특히 적당하다.
상기 식에서,
M은 금속을 나타내고;
n은 1 내지 4의 정수이고;
Z는 서로 독립적으로 2개 이상의 축합 방향족 고리를 갖는 핵을 완성하는 원자를 나타낸다.
전술한 바에 따르면, 상기 금속은 1가, 2가, 3가 또는 4가 금속일 수 있다. 상기 금속은, 리튬, 나트륨 또는 칼륨과 같은 알칼리 금속; 마그네슘 또는 칼슘과 같은 알칼리 토금속; 알루미늄 또는 갈륨과 같은 토금속, 또는 아연 또는 지르코늄과 같은 전이 금속일 수 있다. 일반적으로, 유용한 킬레이팅 금속으로 공지된 임의의 1가, 2가, 3가 또는 4가 금속을 사용할 수 있다.
Z는 2개 이상의 축합 방향족 고리(상기 고리 중 하나 이상은 아졸 또는 아진 고리이다)를 함유하는 헤테로사이클릭 핵을 완성한다. 지방족 및 방향족 고리를 모두 포함하는 추가의 고리는 경우에 따라 2개의 요구되는 고리와 축합될 수 있다. 기능의 개선을 수반하지 않으면서 분자 벌크가 증가하는 것은 방지하기 위해, 고리 원자의 수를 일반적으로 18 이하로 유지시킨다.
착화된 옥시노이드 화합물로 유용한 예는 다음과 같다:
CO-1: 알루미늄 트리속신[알리아스, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)]
CO-2: 마그네슘 비스옥신[알리아스, 비스(8-퀴놀리놀라토)마그네슘(II)]
CO-3: 비스[벤조{f}-8-퀴놀리놀라토]아연(II)
CO-4: 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)-μ-옥소-비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)
CO-5: 인듐 트리속신[알리아스, 트리스(8-퀴놀리놀라토)인듐]
CO-6: 알루미늄 트리스(5-메틸옥신)[알리아스, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)]
CO-7: 리튬 옥신[알리아스, 8-(퀴놀리놀라토)리튬(I)]
CO-8: 갈륨 옥신[알리아스, 트리스(8-퀴놀리놀라토)갈륨(III)]
CO-9: 지르코늄 옥신[알리아스, 테트라(8-퀴놀리놀라토)지르코늄(IV)]
9,10-디-(2-나프틸)안트라센(화학식 6)의 유도체는 전기발광을 보조할 수 있는 유용한 호스트의 한 부류로 구성되며, 400nm 이상의 파장, 예를 들어 청색, 녹색, 황색, 주황색 또는 적색의 파장의 발광에 특히 적당하다.
상기 식에서,
R1, R2, R3, R4, R5및 R6은 각각의 고리상의 하나 이상의 치환체를 나타내고, 치환체는 서로 개별적으로 하기 그룹으로부터 선택된다:
그룹 1: 수소, 탄소수 1 내지 24의 알케닐, 알킬 또는 사이클로알킬;
그룹 2: 탄소수 5 내지 20의 아릴 또는 치환된 아릴;
그룹 3: 안트라세닐, 피레닐, 또는 페릴레닐의 축합 고리를 완성시키는데 필요한 탄소수 4 내지 24;
그룹 4: 푸릴, 티에닐, 피리딜, 퀴놀리닐 또는 다른 헤테로사이클릭 시스템의 축합 헤테로방향족 고리를 완성시키는데 필요한 탄소수 5 내지 24의 헤테로아릴 또는 치환된 헤테로아릴;
그룹 5: 탄소수 1 내지 24의 알콕시아미노, 알킬아미노 또는 아릴아미노; 및
그룹 6: 불소, 염소, 브롬 또는 시아노.
예로는 9,10-디-(2-나프틸)안트라센 및 2-t-부틸-9,10-디-(2-나프틸)안트라센을 포함한다. 9,10-비스[4-(2,2-디페닐에테닐)페닐]안트라센의 유도체를 포함하는 다른 안트라센 유도체가 LEL 내의 호스트로서 유용할 수 있다.
벤즈아졸 유도체(화학식 7)는 전기발광을 보조할 수 있는 유용한 호스트의 또다른 부류로 구성되며, 400nm 이상의 파장, 예를 들어 청색, 녹색, 황색, 주황색 또는 적색의 파장의 발광에 특히 적당하다.
상기 식에서,
n은 3 내지 8의 정수이고;
Z는 O, NR 또는 S이고;
R 및 R'은 개별적으로 수소; 탄소수 1 내지 24의 알킬, 예를 들어 프로필, t-부틸 및 헵틸 등; 탄소수 5 내지 20의 아릴 또는 헤테로-원자로 치환된 아릴, 예를 들어페닐 및 나프틸, 푸릴, 티에닐, 피리딜, 퀴놀리닐 및 다른 헤테로사이클릭 시스템; 또는 클로로, 플루오로와 같은 할로; 또는 축합 방향족 고리를 완성하는데 필요한 원자이고, 벤즈아졸 단위당 4R' 이하의 그룹이 존재할 수 있으며;
L은 상기 복수개의 벤즈아졸을 모두 공액 또는 비공액으로 연결하는 알킬, 아릴, 치환된 알킬, 또는 치환된 아릴로 구성된 연결 단위이다.
유용한 벤즈아졸의 예로는 2,2',2"-(1,3,5-페닐렌)트리스[1-페닐-1H-벤즈이미다졸]을 들 수 있다.
미국특허 제 5,121,029 호에 기술된 디스티릴아릴렌 유도체 또한 LEL의 호스트 물질로서 유용하다.
바람직한 형광 도펀트로는 안트라센, 테트라센, 크잔텐, 페릴렌, 루브렌, 쿠마린, 로다민, 퀴나크리돈, 디시아노메틸렌피란 화합물, 티오피란 화합물, 폴리메틴 화합물, 피릴륨 및 티아피릴륨 화합물, 플루오렌 유도체, 페리플란텐 유도체 및 카보스티릴 화합물의 유도체를 들 수 있다. 유용한 도펀트의 예로는 하기 물질을들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다:
전자 수송층(ETL)
본 발명의 유기 EL 장치의 전자 수송층(327)을 형성하는데 사용하기에 바람직한 박막 형성 물질은 옥신(통상적으로 "8-퀴놀리놀" 또는 "8-하이드록시퀴놀린"으로서 지칭됨) 자체의 킬레이트를 포함하는 금속 착화된 옥시노이드 화합물이다. 상기 화합물은 전자의 주입 및 수송을 보조하고, 주입 및 수송 모두에서 높은 수준의 성능을 나타내고 박막의 형태로 용이하게 제조될 수 있도록 보조한다. 옥시노이드 화합물의 예로는 전술한 화학식 5의 구조를 만족시키는 화합물을 들 수 있다.
다른 전자 수송 물질로는 미국특허 제 4,356,429 호에 개시된 다양한 부타디엔 유도체 및 미국특허 제 4,539,507 호에 기술된 다양한 헤테로사이클릭 광학 표백제를 들 수 있다. 또한, 화학식 7의 구조를 만족시키는 벤즈아졸이 전자 수송 물질로 유용하다.
일부 경우에는, 임의적으로 층(327 및 325)을, 발광 및 전자 수송 모두를 보조하는 역할을 수행하는 단일층에 포함시킬 수 있다. 상기 층들은 모두 소분자 OLED 시스템 및 중합체성 OLED 시스템에 포함될 수 있다. 예를 들어, 중합체성 시스템에서, PPV와 같은 중합체성 광 방출층을 갖는 정공 수송층, 예를 들어 PEDOT-PSS를 사용하는 것이 통상적이다. 이러한 시스템에서, PPV는 발광 및 전자 수송 모두를 보조하는 역할을 수행한다.
캐쏘드
애노드를 통해 발광을 관측하는 경우, 캐쏘드(240)는 거의 모든 전도성 물질을 포함할 수 있다. 바람직한 물질은 양호한 성막 특성을 가져 하부 유기층과의 접촉을 양호하게 하고 낮은 전압에서의 전자 주입을 촉진하며 양호한 안정성을 갖게 한다. 유용한 캐쏘드 물질은 종종 낮은 일함수의 금속(4.0eV 미만) 또는 금속 합금을 함유한다. 하나의 바람직한 캐쏘드 물질은 미국특허 제 4,885,221 호에 기술된 Mg:Ag 합금(여기서, 은의 백분율은 1 내지 20%이다)을 포함한다. 캐쏘드 물질의 또다른 적당한 부류는 전도성 금속의 두꺼운 층으로 씌워진 유기층(예를 들어, ETL)과 접촉된 전자 주입 박층(EIL)(329)으로 구성된 이층을 포함한다. 여기서, 상기 EIL은 바람직하게는 낮은 일함수 금속 또는 금속염을 포함하며, 이러한 경우에는 보다 두꺼운 캡핑층이 낮은 일함수를 가질 필요가 없다. 이러한 캐쏘드중 하나는 미국특허 제 5,677,572 호에 기술된 바와 같이 LiF의 박층과 뒤이은 Al의 두꺼운 층으로 구성된다. 기타 유용한 캐쏘드 물질은 미국특허 제 5,059,861 호; 제 5,059,862 호; 및 제 6,140,763 호에 개시된 물질을 포함하나, 이로써 한정되는 것은 아니다.
캐소드를 통해 발광을 관측하는 경우에는 상기 캐쏘드 물질이 투명하거나 거의 투명해야 한다. 이러한 용도에서는, 금속이 얇거나 투명한 전도성 옥사이드, 또는 상기 물질의 조합물을 사용하여야 한다. 광학적으로 투명한 캐쏘드는 미국특허 제 5,776,623 호에 보다 상세히 기술되어 있다. 캐쏘드 물질은 증발, 스퍼터링 또는 화학적 증착에 의해 침착될 수 있다. 경우에 따라, 패터닝은 익히 공지된 다수의 방법을 통해 달성되며, 상기 방법으로는 미국특허 제 5,276,380 호 및 유럽특허 제 0 732 868 호에 개시된 바와 같은 관통-마스크(through-mask) 침착, 인테그랄 섀도우 마스킹(integral shadow masking), 레이저 제거 및 선택적 화학적 증착을 들 수 있으나, 이로써 한정되는 것은 아니다.
유기층의 침착
전술한 유기 물질은 승화와 같은 증기상 방법을 통해 적절히 침착되나, 유체, 예를 들어 임의의 결합제와 함께 용매로부터 침착되어 성막을 개선할 수 있다. 상기 물질이 중합체인 경우, 용매 침착이 유용하나 스퍼터링 또는 공여체 시이트로부터의 열 전이와 같은 방법이 사용될 수 있다. 승화에 의해 침착되는 물질은, 예를 들어 미국특허 제 6,237,529 호에 기술된 바와 같이 종종 탄탈륨 물질로 구성된 승화기 "보트"로부터 기화되거나, 공여체 시이트상에 먼저 코팅된 다음, 기판에 대해 보다 근접하게 승화될 수 있다. 물질의 혼합물의 층이 별도의 승화기 보트를 사용하거나 물질이 예비 혼합되고 단일 보트 또는 공여체 시이트로부터 코티될 수 있다. 패턴화된 침착은 섀도우 마스크, 인테그랄 셰도우 마스크(미국특허 제 5,294,870 호), 공간적으로 정의된 공여체 시이트로부터의 열 염료 전이(미국특허 제 5,851,709 호 및 제 6,066,357 호) 및 잉크젯 방법(미국특허 제 6,066,357 호)를 사용하여 수득될 수 있다.
캡슐화
대부분의 OLED 장치는 습기 또는 산소, 또는 둘 다에 대해 민감하므로, 통상적으로 알루미나, 보크사이트, 칼슘 설페이트, 점토, 실리카겔, 제올라이트, 알칼리 금속 옥사이드, 알칼리 토금속 옥사이드, 설페이트, 또는 금속 할라이드 및 퍼클로레이트와 같은 건조제와 함께 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 분위기로 밀봉된다. 캡슐화 및 건조방법은 미국특허 제 6,226,890 호에 기술된 방법을 포함하나 이로써 한정되는 것은 아니다. 또한, 당해 분야에는 캡슐화를 위한 SiOx, 테플론 및 무기/중합체성 층과 같은 장벽층이 공지되어 있다.
광학 최적화
본 발명의 적층된 OLED 장치는 경우에 따라 이들의 특성을 향상시키기 위해 익히 공지된 다양한 광학적 효과를 사용할 수 있다. 이는 층 두께를 최적화하여 최대 광투과를 달성하여, 유전 이방성 거울상 구조를 제공하고, 반사 전극을 광흡수 전극으로 대체하고, 눈부심 방지 또는 반사 방지 코팅을 디스플레이에 제공하며, 분극화 매질을 디스플레이에 제공하고, 또는 착색되거나 중성의 밀도 여과기를디스플레이에 제공하는 것을 포함한다.
본원의 모든 내용 및 다른 문헌은 모두 본원의 참조문헌으로 인용된다.
실시예
본 발명을 추가적으로 설명하기 위해 하기 실시예를 제시한다. 간편함을 위하여, 물질 및 이들로부터 형성된 층들을 다음과 같이 약칭한다.
ITO: 인듐-주석-옥사이드; 유리 기판 상에 투명 애노드(210)를 형성하는데 사용된다.
CFx: 중합된 플루오로카본 층; ITO의 상부에 정공 주입층을 형성하는데 사용된다.
NPB: N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘; 유기 EL 장치에서 정공 수송층을 형성하는데 사용되며 도핑된 유기 접속자의 p형 도핑된 유기층을 형성하는데 호스트로서 사용된다.
Alq: 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III); 유기 EL 장치의 전자 수송층을 형성하는데 사용되며, 도핑된 유기 접속자의 n형 도핑된 유기층을 형성하는데 호스트로서 사용됨.
F4-TCNQ: 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄; 도핑된 유기 접속자의 p형 도핑된 유기층을 형성하는데 p형 도펀트로서 사용된다.
CH3CO2Cs: 세슘 아세테이트; 도핑된 유기 접속자에 n형 도핑된 유기층을 형성하는데 n형 도펀트로서 사용된다.
Mg:Ag: 10:0.5 체적비의 마그네슘:실버; 캐쏘드를 형성하는데 사용됨
모든 제조장치의 전기발광 특성을 실온에서 일정한 전원 및 광도계를 사용하여 측정하였다.
실시예 1(종래 OLED-비교예):
종래의 비적층 OLED를 다음과 같이 제조한다: 투명한 ITO 전도층으로 코팅된 1mm 두께의 유리 기판을 세척하고 시판중인 유리 문지름 도구로 건조시켰다. ITO의 두께는 약 42nm이고 ITO의 시이트 저항성은 약 68Ω/cm2이다. 이어서, ITO 표면을 산화성 플라스마로 처리하여 상기 표면을 애노드로서의 상태로 조정하였다. RF 플라스마 처리 챔버에서 CHF3기체를 분해시킴으로써 1nm 두께의 CFx의 층을 세척된 ITO 표면 상에 HIL로서 침착시켰다. 이어서, 기판 상부에 다른 모든 층을 침착시키기 위해 상기 기판을 진공 침착 챔버로 이동시켰다. 약 10-6Torr의 진공하에서 가열된 보트로부터 승화시킴으로써 하기 층들을 다음과 같은 순서로 침착시켰다:
(1) HTL, 75nm 두께, NPB로 구성된다;
(2) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 60nm 두께, Alq로 구성된다;
(3) 캐쏘드, 약 210nm 두께, Mg:Ag로 구성된다.
상기 층들을 침착시킨 후, 캡슐화를 위해 장치를 침착 챔버로부터 건조 박스로 이동시켰다. 완성된 장치의 구조는 ITO/CFx/NPB(75)/Alq(60)/Mg:Ag로 표시된다.
상기 장치는 20mA/cm2를 초과하기 위해 6.2V의 구동전압을 필요로 한다. 휘도 효율은 2.4cd/A이다. 실시예 1의 휘도 효율-전류 특성은 도 6에 도시된다.
실시예 2(비교예):
다음과 같은 층들을 순서대로 침착시켜 적층된 OLED를 제조하였다:
(1) HTL, 50nm 두께, NPB로 구성된다;
(2) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 50nm 두께, Alq로 구성된다;
(3) 금속박 전극, 1nm 두께, Mg:Ag로 구성된다;
(4) 또다른 금속박 전극, 1.5nm 두께, Ag로 구성된다;
(5) HTL, 50nm 두께, NPB로 구성된다;
(6) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 50nm 두께, Alq로 구성됨;
(7) 캐쏘드, 약 210nm 두께, Mg:Ag로 구성됨.
전술한 층의 침착 이외의 공정 단계들은 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 상기 적층된 장치의 구조는 ITO/CFx/NPB(50)/Alq(50)/Mg:Ag/Ag/NPB(50)/Alq(50)/Mg:Ag로 표시된다.
상기 적층된 OLED 장치는 20mA/cm2를 초과하기 위해 21.2V의 구동전압을 필요로 한다. EL 효율은 0.1cd/A이다. 실시예 2의 휘도 효율-전류 특성은 도 6에 도시된다.
실시예 3(비교예):
다음의 층들을 순서대로 침착시켜 적층된 OLED를 제조하였다:
(1) HTL, 75nm 두께, NPB로 구성된다;
(2) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 60nm 두께, Alq로 구성된다;
(3) 금속 전극, 10nm 두께, Mg로 구성된다;
(4) HTL, 75nm 두께, NPB로 구성된다;
(5) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 60nm 두께, Alq로 구성된다;
(6) 캐쏘드, 약 210nm 두께, Mg:Ag로 구성된다.
전술한 층의 침착 이외의 공정 단계들은 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 상기 적층된 장치의 구조는 ITO/CFx/NPB(75)/Alq(60)/Mg/NPB(75)/Alq(60)/Mg:Ag로 표시된다.
적층된 OLED는 11.2V의 구동전압, 20mA/cm2의 전류밀도 및 1.3cd/A의 EL 효율을 갖는다. 실시예 3의 휘도 효율-전류 특성은 도 6에 도시된다.
실시예 4(비교예):
두 개의 EL 장치 사이에 금속 전극을 포함하지 않는 것을 제외하고 실시예 3과 유사하게 적층된 OLED를 제조하였다. 상기 적층된 장치의 구조는 ITO/CFx/NPB(75)/Alq(60)/NPB(75)/Alq(60)/Mg:Ag로 표시된다.
상기 적층된 OLED 장치는 20mA/cm2의 전류밀도를 초과하기 위해 매우 높은 구동전압(29V)을 필요로 한다. 해당하는 EL 효율은 3.1cd/A이다. 실시예 4의 휘도 효율-전류 특성은 도 6에 도시된다.
비교예 2, 3 및 4는 인접하는 유기 EL 장치 사이의 접속이, 비적층 OLED보다효율적인 적층된 OLED를 제조하는데 있어 매우 중요하다는 사실을 명백하게 보여주고 있다. 종래 기술에서 기술된 박막 내부전극층은 광학 흡수 및 반사로 인한 투과 손실을 유발할 수 있으며, 유기 EL 장치 사이에 배치되는 경우 장벽 주입의 난점을 유발할 수 있음이 명백하다. 광학 흡수는 EL 장치 사이의 임의의 전극 없이 감소될 수 있으나, 매우 높은 구동전압으로 알 수 있듯이 각 유기 EL 장치 사이의 캐리어 주입 장벽은 여전히 매우 높다.
실시예 5(본 발명):
다음의 층들을 순서대로 침착시켜 적층된 OLED를 제조하였다.
(1) HTL, 75nm 두께, NPB로 구성된다;
(2) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 55nm 두께, Alq로 구성된다;
(3) n형 도핑된 유기층, 5nm 두께, 2체적%의 CH3CO2Cs로 도핑된 Alq 호스트로 구성되며, 이는 도핑된 유기 접속자의 일부분이다;
(4) p형 도핑된 유기층, 5nm 두께, 2체적%의 F4-TCNQ로 도핑된 NPB 호스트로 구성되며, 이는 도핑된 유기 접속자의 또다른 일부분이다;
(5) HTL, 70nm 두께, NPB로 구성된다;
(6) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 60nm 두께, Alq로 구성된다;
(7) 캐쏘드, 약 210nm 두께, Mg:Ag로 구성된다.
전술한 층들의 침착 이외의 공정 단계는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 상기 적층된 장치의 구조는 ITO/CFx/NPB(75)/Alq(55)/Alq:n-도펀트(5)/NPB:p-도펀트(5)/NPB(70)/Alq(60)/Mg:Ag이다.
상기 적층된 OLED는 18.5V의 구동전압, 20mA/cm2의 전류밀도 및 3.9cd/A의 EL 효율을 갖는다. 실시예 5의 휘도 효율-전류 특성은 도 6에 도시된다.
실시예 6(본 발명):
다음의 층들을 순서대로 침착하여 적층된 OLED를 제조하였다:
(1) HTL, 75nm 두께, NPB로 구성된다;
(2) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 60nm 두께, Alq로 구성된다;
(3) p형 도핑된 유기층, 5nm 두께, 3체적%의 F4-TCNQ로 도핑된 NPB 호스트로 구성되며, 이는 도핑된 유기 접속자이다;
(4) HTL, 70nm 두께, NPB로 구성된다;
(5) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 60nm 두께, Alq로 구성된다;
(6) 캐쏘드, 약 210nm 두께, Mg:Ag로 구성된다.
전술한 층들의 침착 이외의 공정 단계는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 상기 적층된 장치의 구조는 ITO/CFx/NPB(75)/Alq(60)/NPB:p-도펀트(5)/NPB(70)/Alq(60)/Mg:Ag이다.
상기 적층된 OLED는 17.7V의 구동전압, 20mA/cm2의 전류밀도 및 4.0cd/A의 EL 효율을 갖는다. 실시예 6의 휘도 효율-전류 특성은 도 6에 도시된다.
실시예 7(본 발명):
발광을 최적화하기 위해, 실시예 6과 유사하나 상이한 층 두께를 갖는 적층된 OLED장치를, 다음의 층들을 순서대로 침착시켜 제조하였다:
(1) HTL, 75nm 두께, NPB로 구성된다;
(2) ETL(광 방출층의 역할을 수행할 수도 있음), 30nm 두께, Alq로 구성된다;
(3) p형 도핑된 유기층, 5nm 두께, 3체적%의 F4-TCNQ로 도핑된 NPB 호스트로 구성되며, 이는 도핑된 유기 접속자이다;
(4) HTL, 25nm 두께, NPB로 구성된다;
(5) LEL 및 ETL, 60nm 두께, Alq로 구성된다;
(6) 캐쏘드, 약 210nm 두께, Mg:Ag로 구성된다.
전술한 층들의 침착 이외의 공정 단계는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 또한, 상기 적층된 장치 구조는 ITO/CFx/NPB(75)/Alq(30)/NPB:p-도펀트(5)/NPB(25)/Alq(60)/Mg:Ag이다.
실시예 7의 적층된 OLED의 휘도 효율-전류 특성은 도 6에 도시된다. 상기 최적화된 장치는 12V의 구동전압, 20mA/cm2의 전류밀도 및 4.9cd/A의 EL 효율을 갖는다. 이는, 하나의 OLED안에 두 개의 유기 EL 단위를 연속적으로 적층함으로써 (2배의 구동전압과 함께) 2배의 휘도 효율이 수득될 수 있음을 보여준다. 휘도는 전류밀도에 비례하므로, 상기 적층된 OLED 장치는 동일한 전류밀도에 대하여 기준OLED(실시예 1)의 휘도 출력의 2배를 생성하도록 작동될 수 있다. 따라서, 상기 적층된 OLED의 수명은 휘도의 감소 없이 계수 2만큼 증가할 수 있다. 상기 실시예는 복수개의 유기 EL 장치를 본 발명에 기술된 바와 같은 도핑된 유기 접속자를 사용하여 적층시킴으로써 휘도 효율의 추가적인 개선이 달성될 수 있음을 설명하고 있다.
본 발명에 따른, 애노드, 캐쏘드, 상기 애노드와 캐쏘드 사이에 배치된 다수의 유기 전기발광 단위, 및 각각의 인접하는 유기 전기발광 단위 사이에 배치된 도핑된 유기 접속자를 포함하는 적층된 유기 전기발광 장치에 의해, 고 광도(brightness), 고 휘도 효율을 나타내고, 작동수명이 연장되고, 색상 조정이 용이하며, 구동전압이 감소되고, 광학 흡수능이 감소되며, 제작공정이 단순한 OLED를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. (a) 애노드; (b) 캐쏘드; (c) 상기 애노드와 캐쏘드 사이에 배치된 다수의 유기 전기발광 단위; 및 (d) 각각의 인접하는 유기 전기발광 단위 사이에 배치된 도핑된 유기 접속자를 포함하는 적층된 유기 전기발광 장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    유기 전기발광 단위가 소분자 물질을 포함하는 적층된 유기 전기발광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    유기 전기발광 단위가 정공 수송층 및 전자 수송층을 포함하는 유기 전기발광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    유기 전기발광 단위가 중합체성 물질을 포함하는 유기 전기발광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    유기 전기발광 단위가 정공 수송층 및 광 방출층을 포함하는 유기 전기발광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    3개 이상의 유기 전기발광 단위가 구비되어 있으며 도핑된 유기 접속자가 n형 도핑된 유기층, p형 도핑된 유기층 또는 이들 층의 조합물을 포함하는 적층된 유기 전기발광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    도핑된 유기 접속자의 두께가 1 내지 100nm인 적층된 유기 전기발광 장치.
  8. (a) 투명기판; 및 (b) 제 1 항에 따르는 적층된 유기 전기발광 장치를 포함하며,
    상기 유기 전기발광 장치가 투명기판 위에 제공되어 백색광을 방출하는 영역 조명용 램프.
  9. (a) 적색, 녹색 및 청색-방출 적층된 유기 전기발광 장치의 매트릭스 배열을 형성하는 제 1 항에 따르는 다수의 적층된 유기 전기발광 장치로서, 각각의 장치가 오로지 적색, 녹색 또는 청색만을 방출하는 장치; 및 (b) 각각의 장치를 독립적으로 전기적 활성화시키기 위한 수단을 포함하는, 관측자에 의해 관측될 수 있는 풀 칼라 매트릭스 디스플레이.
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