KR20040082963A - 직렬 병렬 ｏｌｅｄ 광원 - Google Patents

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KR20040082963A
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스트립데이비드알
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이스트맨 코닥 캄파니
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Abstract

유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 광원은 OLED의 다수 그룹을 포함하며, 각 그룹의 OLED는 서로 전기적으로 병렬 연결되고, 그룹은 서로 전기적으로 직렬 연결된다.

Description

직렬 병렬 ＯＬＥＤ 광원{SERIES PARALLEL OLED LIGHT SOURCE}
본 발명은 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode: OLED) 광원에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, OLED 광원에 있는 다수 개의 발광 소자를 전기적으로 연결하는 구조에 관한 것이다.
2002년 12월 19일에 공개된 Duggal 등에 의한 미국 특허 출원 제 2002/0190661 호에는 다수 개의 그룹에 배열된 다수 개의 OLED를 포함하는 유기 발광 다이오드(OLED)가 개시되어 있다. 한 그룹의 OLED는 서로 전기적으로 직렬 연결되고, 그룹은 서로 전기적으로 병렬 연결된다. 본 명세서에서, 이 배열은 병렬/직렬 배열로 지칭된다. 이 병렬/직렬 배열은 개개의 OLED에 걸리는 강하보다 더 큰 전압 전위로 AC 전원을 사용하며, 하나 혹은 그 이상의 그룹에 있는 하나 혹은 그 이상의 OLED의 단락 고장(short failure)에 대해 내성이 있다. 그러나, 병렬/직렬 배열은, 한 그룹의 OLED 중의 한 OLED에서의 개방 고장(open failure)이 전체 그룹의 모든 OLED를 작동하지 못하게 만든다는 문제점이 있다. 도시한 병렬/직렬 배열은 각 마스킹 단계에서 엄격한 허용차(tolerance)를 요구하기 때문에 제작하기 어렵다.
따라서, 상술한 문제점을 피하기 위해서, 광원의 OLED 배열을 개선할 필요가 있다.
본 발명에 따르면, 다수 개의 OLED 그룹을 포함하고, 각 그룹의 OLED는 서로 전기적으로 병렬 연결되고, 그룹은 서로 전기적으로 직렬 연결되어 있는 유기 발광 다이오드(OLED) 광원(본 명세서에서는 직렬/병렬 배열이라 칭함)을 제공하여, 상기 필요성을 충족한다.
장점
본 발명의 직렬/병렬 OLED 광원은 광원의 OLED에서의 단락 및 개방 고장 모두에 대해 내성이 있다는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 직렬/병렬 OLED 광원의 개략적 전기 회로도,
도 2는 도 1에 도시한 직렬/병렬 OLED 광원의 레이아웃 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 직렬/병렬 OLED 광원의 개략적 전기 회로도,
도 4는 도 3에 도시한 직렬/병렬 OLED 광원의 레이아웃 도면,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 직렬/병렬 OLED 광원의 개략적 전기 회로도,
도 6은 역 바이어스 전류를 다이오드 그룹에 순차적으로 인가하는 수단을 포함하는 도 1에 도시한 유형의 직렬/병렬 OLED 광원의 개략적 전기 회로도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 직렬/병렬 OLED 광원의 개략적 전기 회로도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 직렬/병렬 광원 12, 16: 병렬 연결 OLED 그룹
14: OLED 18: 전원
20: 퓨즈
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 직렬/병렬 OLED 광원(10)은 OLED(14)의 제 1 그룹(12) 및 OLED(14)의 제 2 그룹(16)을 포함한다. 제 1 및 제 2 그룹(12, 16)의 OLED(14)는 각각 전기적으로 병렬 연결되며, 그룹(12, 16)은 서로 직렬 연결된다. DC 전원 또는 배터리와 같은 전원(18)은 광원(10)에 연결되어, 광원에 동력을 공급한다. 각각 두 개의 다이오드를 갖는 두 개의 그룹은 도시의 목적으로 나타낸 것으로, 각각 세 개 이상의 다이오드를 갖는 세 개 이상의 그룹은 본발명에 따른 직렬/병렬 배열로 배치될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이 직렬/병렬 배열은, 이하에서 설명하는 바와 같이, 퓨즈가 포함될 때, 개방 및 단락 고장 모두에 내성이 있으므로, 종래의 병렬/직렬 배열보다 우수하다.
한 그룹의 한 OLED가 고장으로 개방되어도, 전류는 그 그룹의 다른 OLED에 계속 흐르게 되어, 그 그룹의 잔존 OLED를 밝히고, 그 직렬에 있는 다른 그룹에도 제공된다. OLED가 고장으로 단락되어도, 일부 전류는 그 단락 회로를 흐르지만, 일부 전류는 여전히 그 그룹의 다른 OLED에 유용하다.
한 그룹의 OLED 중의 한 OLED의 단락 고장은 그 그룹의 다른 OLED에 흐르는 전류를 감소시켜, 그 그룹의 다른 OLED를 더 어둡게 할 수 있다. 이러한 상황을 설명하기 위해, 퓨즈(20)를 각 OLED의 음극(cathode)과, OLED 그룹의 음극을 병렬 연결하는 전기도체 사이에 마련한다. 만일, OLED 중의 한 OLED에서 단락이 발생하면, 단락된 OLED를 통해 증가한 전류가 퓨즈를 개방시켜, 단락 고장을 개방 고장으로 변환시킨다.
도 2를 참조하면, 각각 4개의 OLED를 갖는 그룹이 세 개 있는, 도 1에 도시한 유형의 직렬/병렬 OLED 광원의 레이아웃 도면이 도시된다. 레이아웃은 각 OLED 그룹에 대한 공통 양극(anode)(32)을 규정하기 위해 기판(30) 위에 형성된 패터닝된 제 1 전도층을 포함한다. 패터닝되지 않은 OLED 물질 층(34)은 양극(32) 위에 놓인다. 패터닝된 제 2 전도층은 각 OLED 그룹에 대한 음극(36)을 규정하기 위해 OLED 물질 층(34) 위에 놓인다. 전도체 스트립(38)은 각 그룹의 음극(36)을 전기적으로 병렬 연결하고, 전도층의 좁은 넥(neck)(40)은 각각의 음극(36)을 전도체 스트립(38)에 연결한다. 좁은 넥(40)은 도 1에 도시한 퓨즈(20)로서 기능한다. 각 연속 그룹에서의 음극 전도체 스트립(38)은, 도 2에서 X로 표시한 중복 영역에서 그 직렬에 있는 이전 그룹의 양극(32)에 전기적으로 연결된다.
대부분의 보편적인 조명 응용에 대해, 유용한 전원은 AC이다. 도 1 및 2에 도시한 배열은, AC 전원이 전파(full-wave) 정류되지 않는다면, AC의 반주기만을 이용한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 교번 배열에서, 각 그룹(12, 16)은 한 방향으로 연결된 많은 다이오드(14)와 반대 방향으로 연결된 많은 다이오드(14')를 포함한다. 이 배열로, 한 방향으로 연결된 다이오드는 AC 전원(22)의 반주기 동안 빛을 발산하고, 반대 방향으로 연결된 다이오드는 다른 반주기 동안 빛을 발산할 것이다. 각 방향으로 배열된 광원의 다이오드의 수가 서로 같다면, 광원은 각 반주기 동안 같은 양의 빛을 발산할 것이다. 이 배열의 일 예시에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 각 그룹의 다이오드의 방향을 교대로 바꾼다.
도 4를 참조하면, 각각 8개의 OLED를 갖는 그룹이 세 개 있는, 도 3에 도시한 유형의 직렬/병렬 OLED 광원의 레이아웃 도면이 도시된다. 레이아웃은 각 OLED 그룹에 대한 공통 양극(32)을 규정하기 위해 기판(30) 위에 형성된 패터닝된 제 1 전도층을 포함한다. 패터닝되지 않은 OLED 물질 층(34)은 양극(32) 위에 놓인다. 패터닝된 제 2 전도층은 각 OLED 그룹에 대한 음극(36)을 규정하기 위해 OLED 물질 층(34) 위에 놓인다. 전도체 스트립(38)은 각 그룹의 음극(36)을 전기적으로 병렬 연결하고, 전도층의 좁은 넥(40)은 각각의 음극(36)을 전도체 스트립(38)에 연결한다. 좁은 넥(40)은 도 3에 도시한 퓨즈(20)로서 기능한다. 각 그룹은 한 방향으로 연결된 4개의 OLED 및 반대 방향으로 연결된 4개의 다이오드를 포함하고, 한 그룹의 첫 번째 4개의 OLED의 음극 전도체 스트립은, 장치의 중앙에 X로 나타낸 중복 영역에서, 그룹의 두 번째 4개의 OLED의 양극에 전기적으로 연결되고, 또한, 그 반대도 그렇다. 각 연속 그룹에서의 음극 전도체 스트립(38)은, 도 4에 도시한 장치의 양끝에 X로 나타낸 중복 영역에서 그 그룹 직렬에 있는 이전 그룹의 양극(32)에 전기적으로 연결된다.
또는, 광원의 레이아웃은, 도 5에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 한 방향으로 연결된 다이오드의 줄이 반대 방향으로 연결된 다이오드의 줄과 번갈아 포개지도록 배열되어, 교번 다이오드 줄은 AC 전원의 교번 상(alternating phase)에 밝혀질 것이다.
물리적 상수는 퓨즈(20)를 포함한 전도성 물질의 좁은 넥(40)의 크기를 조정하는 것을 어렵게 만들어, 다이오드에서 단락이 발생할 때 퓨즈가 신뢰성 있게 개방되게 할 수 있다. 다이오드의 단락에 대한 응답으로 퓨즈가 끊어지는 것을 보증(insure)하기 위해, 동일한 방향으로 병렬 연결된 다이오드 세트에 역 바이어스 전류를 주기적으로 인가할 수 있다. 도 6은 도 1에 도시한 바와 같이, 동일한 방향으로 모두 연결된 다이오드 그룹의 광원에 대한 이 기법을 개략적으로 나타낸다. 한 그룹의 다이오드가 다른 그룹의 다이오드로 흐르는 역 바이어스 전류를 차단하기 때문에, 광원으로 인가되는 전원의 극성을 간단히 바꾸어 역 바이어스를 인가하게 할 수 없다. 그 대신, 각 다이오드 그룹은, 도 6에서 개략적으로 도시된 로터리 스위치(26)로써, 반대 극성 전원(source of reverse polarity voltage)(24)에 순차적으로 연결된다. 역 바이어스 전압을 순차적으로 인가하는 전자 기술은 광원 자체, 또는, 광원을 수신하는 루미네어(luminaire)에 마련될 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 한 그룹의 다이오드가 반대 방향으로 연결된 서브그룹을 포함하는 경우의 배열에서는, 역 바이어스 전류를 각 그룹에서의 각 다이오드 서브그룹에 독립적으로 인가한다.
음극에 전기적 커넥션을 제공하는 전도체 스트립(38)의 전도성은 광원의 균일성에 영향을 미칠 수 있으므로, 전도체 스트립(38)과 전기적으로 접촉되어 있는, 은(silver) 또는 구리(copper)와 같은, 고전도성 버스를 마련하여 전도체 스트립(38)의 저항성을 감소시킬 수 있다. 이 기법은 상술한 배열 중의 임의의 것에 채용되어, 음극으로의 전기적 커넥션의 전도성을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 매우 다양한 통상적인 응용, 예컨대, 테이블-톱 램프(table-top lamp), 플로어 램프(floor lamp), 또는 샹들리에에 채용될 수 있다. 또는, 본 발명은 통상적인 서스펜딩된 천장(suspended ceiling)에 대한 평면 조명 장치로서 채용될 수 있다. 본 발명은 또한 DC 전원을 이용하는 휴대용 조명 장치에도 채용될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 본 발명은, 본 출원인에게 또한 양도된, Tang 등에게 1988년 9월 6일자로 허여된 미국 특허 제 4,769,292 호와 VanSlyke 등에게 1991년 10월 29일자로 허여된 미국 특허 제 5,061,569 호에 기재된 소형 분자 또는 폴리머 유기 발광 다이오드(OLED) 물질로 구성되지만 이것으로 제한되지 않는 OLED를포함하는 장치에 채용된다. 이러한 장치를 제작하는 데에는 유기 발광 물질의 많은 조합 및 변경을 이용할 수 있다.
본 발명의 OLED 장치는, 전형적으로, 음극 또는 양극 모두가 기판에 접촉될 수 있는 지지 기판 위에 마련된다. 기판과 접촉한 전극은 편의상 바닥 전극으로 지칭한다. 통상적으로, 바닥 전극은 양극이지만, 본 발명은 그러한 구성으로 제한되지 않는다. 기판은, 의도하는 발광 방향에 따라, 투광성 또는 불투광성일 수 있다. 투광성 특성은 기판을 통해 EL 발산을 관찰하기 위해 요망된다. 이러한 경우에는, 통상적으로 투명한 유리 또는 플라스틱을 채용한다. 상단 전극을 통해 EL 발산을 관찰하는 경우의 응용은, 바닥 지지의 투광 특성이 중요하지 않기 때문에, 광 투광성, 광 흡수성, 또는 광 반사성일 수 있다. 이 경우에 사용되는 기판은, 유리, 플라스틱, 반도체 물질, 실리콘, 세라믹, 및 회로 보드 물질을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 기판, 양극, 또는 음극은 하나 혹은 그 이상의 임의의 것이 투명할 수 있다.
EL 발산이 양극을 통할 때, 양극은 투명하거나 또는 관심이 있는 발산에 대해서 실질적으로 투명해야 한다. 본 발명에서 이용되는 통상적인 투명 양극 물질은 인듐 주석 산화물 (indium-tin oxide; ITO), 인듐 아연 산화물 (indium-zinc oxide; IZO) 및 산화 주석(tin oxide)이지만, 알루미늄 또는 인듐 도핑된 아연 산화물, 마그네슘-인듐 산화물, 및 니켈-텅스텐 산화물을 포함하는 다른 금속 산화물도 유효하게 작용할 수 있으며, 이러한 것으로 제한되지 않는다. 이러한 산화물 외에도, 갈륨 질화물(gallium nitride)과 같은 금속 질화물, 아연 셀렌(zincselenide)과 같은 금속 셀렌, 및 아연 황화물(zinc sulfide)과 같은 금속 황화물 등을 양극으로 이용할 수 있다. EL 발산이 음극 전극만을 통하는 경우의 응용은, 양극의 투광 특성이 중요하지 않고, 임의의 전도성 물질이 사용될 수 있으며, 투명성, 불투명성 또는 반사성일 수 있다. 이 응용에 대한 예시적인 전도체는 금, 이리듐(iridium), 몰리브덴(molybdenum), 팔라듐(palladium) 및 플래티넘(platinum)을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 투광성의 양극 물질 또는 다른 전형적인 양극 물질은 4.1 eV 또는 그 이상의 일 함수(work function)를 갖는다. 바람직한 양극 물질은, 통상적으로, 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 화학 증기 증착(chemical vapor deposition), 또는 전기화학적 수단과 같은 임의의 적합한 수단에 의해 증착된다. 양극은 제조 중에, 잘 알려진 포토리소그래피 공정(photolithographic processes) 또는 섀도우 마스크(shadow masks)를 이용하여 패터닝될 수 있다.
양극과 발산 층 사이에 홀 주입 층(hole-injecting layer)을 마련하는 것은 종종 유용하다. 홀 주입 물질은 연속 유기 층의 막 형성 특성을 개선하고, 홀을 홀 수송 층(hole-transporting layer)에 용이하게 주입하게 할 수 있다. 홀 주입 층으로 이용하는 적합한 물질은, 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 4,720,432 호에 개시된 바와 같은 포르피린 화합물(porphyrinic compounds) 및 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 6,208,075 호에 개시된 바와 같은 플라즈마-증착 플루오르화 탄소 폴리머(plasma-deposited fluorocarbon polymers)를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 유기 EL 장치에 유용한 것으로 보고된 다른 홀 주입 물질은EP 0 891 121 A1 및 EP 1 029 909 A1에 개시되어 있다.
홀 수송 층은 적어도 하나의 홀 수송 화합물(예컨대, 방향성 3차 아민(aromatic tertiary amine))을 포함하며, 방향성 3차 아민은 적어도 하나의 3가 질소(trivalent nitrogen) 원자-이 원자는 탄소 원자에만 접착되며, 탄소 원자는 적어도 하나가 방향성 고리의 멤버임-를 포함하는 화합물로 이해될 수 있다. 일 형태에서, 방향성 3차 아민은 모노아릴아민(monoarylamine), 디아릴아민(diarylamine), 트리아릴아민(triarylamine), 또는 폴리아릴아민(polymeric arylamine)과 같은 아릴아민(arylamine)일 수 있다. 미국 특허 제 3,180,730 호에는 Klupfel 등이 예시적인 모노트리아릴아민(monomeric triarylamine)에 대해 개시하고 있다. 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 3,567,450 호 및 제 3,658,520 호에는 Brantley 등이 하나 혹은 그 이상의 비닐기(vinyl radicals)로 대체되는, 혹은, 적어도 하나의 활성 수소를 포함하는 그룹을 포함하는 다른 적합한 트리아릴아민에 대해 개시하고 있다.
더욱 바람직한 종류의 방향성 3차 아민은 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 4,720,432 호 및 제 5,061,569 호에 개시된 적어도 2개의 방향성 3차 아민 부분을 포함하는 것들이다. 홀 수송 층은 방향성 3차 아민 화합물 또는 그 혼합물로 형성될 수 있다. 유용한 방향성 3차 아민에 대한 예시는 다음과 같다.
1,1-비스(4-디-p-토릴아미노페닐)시클로핵산
1,1-비스(4-디-p-토릴아미노페닐)-4-페닐시클로핵산
4,4'-비스(디페닐아미노)쿼드리페닐
비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)-페닐메탄
N,N,N-트리(p-토릴)아민
4-(디-p-토릴아미노)-4'-[4(디-p-토릴아미노)-스티릴]스틸벤
N,N,N',N'-테트라-p-토릴-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-아센나프테닐)-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-토릴아미노)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]플루오렌
1,5-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]나프탈렌
다른 종류의 유용한 홀 수송 물질은 EP 1 009 041에 기재된 바와 같은 여러고리 방향족 화합물(polycyclic aromatic compounds)을 포함한다. 또한, 폴리(N-비닐카바졸(vinylcarbazole))(PVK), 폴리티오펜(polythiophenes), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 및 PEDOT/PSS라고도 지칭되는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(ethylenedioxythiophene))/poly(4-스티렌설폰염(styrenesulfonate))와 같은 공중합체(copolymer) 등의 여러 고리 홀 수송 물질이 사용될 수 있다.
본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 4,769,292 호 및 제 5,935,721 호에 더욱 충분히 기재된 바와 같이, 유기 EL 소자의 발광 층(LEL)은 이 영역에서의전자-홀 쌍 재결합의 결과로 전기발광(electroluminescence)이 발생하는 발광성 또는 형광성 물질을 포함한다. 전기 발광층은 단일 물질을 포함할 수 있지만, 더욱 통상적으로는, 게스트 화합물 또는 화합물로 도핑된 호스트 물질로 구성되어, 광 발산이 주로 도펀트로부터 발생하고 임의의 색깔을 띨 수 있다. 전기 발광 층의 호스트 물질은, 이하에 정의하는 바와 같은 전자 수송 물질, 위에서 정의한 바와 같은 홀 수송 물질, 또는 홀-전자 재결합을 지원하는 다른 물질 또는 결합 물질일 수 있다. 도펀트는 일반적으로 높은 형광성 염료(fluorescent dye)로부터 선택되지만, 인광성(phosphorescent) 화합물, 예컨대, WO 98/55561, WO 00/18851, WO 00/57676, 및 WO 00/70655에 기재된 바와 같은 전이 금속 착물(transition metal complexes)도 또한 유용하다. 호스트 물질은 전형적으로 무게의 0.01 내지 10%의 도펀트로 도포된다. 또한, 폴리플루오렌(polyfluorenes) 및 폴리비닐아릴렌(polyvinylarylenes)(예컨대, 폴리(p-페닐렌비닐렌(phenylenevinylene)), PPV)와 같은 폴리머 물질이 호스트 물질로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 소형 분자 도펀트는 분자적으로 폴리머 호스트로 확산될 수 있으며, 또는 도펀트는 최소 구성요소를 호스트 폴리머에 공중합체화시킴으로써 첨가될 수 있다.
도펀트로서 염료를 선택하기 위해 중요한 관계는 분자의 최고 점유 분자 궤도와 최저 비점유 분자 궤도 사이의 에너지 차로 정의되는 밴드갭 포텐셜(bandgap potential)의 비교이다. 호스트로부터 도펀트 분자에 효율적으로 에너지를 전달하기 위한 필수 조건은 도펀트의 밴드갭이 호스트 물질의 것보다 작아야 한다는 것이다.
유용한 것으로 알려진 호스트 및 발산 분자는 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 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 5,755,999 호, 제 5,928,802 호, 제 5,935,720 호, 제 5,935,721 호, 및 제 6,020,078 호에 개시되어 있으나, 이들로 제한되지 않는다.
8-히드록시퀴놀린(옥신)(8-hydroxyquinoline; oxine) 및 유사한 유도체의 금속 착물은 전기발광을 지원할 수 있는 한 종류의 유용한 호스트 화합물을 구성한다. 유용한 킬레이트 옥시노이드 화합물(chelated oxinoid compounds)의 예시는 다음과 같다.
CO-1: 알루미늄 트리스옥신[별칭, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)]
CO-2: 마그네슘 비스옥신[별칭, 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 트리스옥신[별칭, 트리스(8-퀴놀리놀라토)인듐]
CO-6: 알루미늄 트리스(5-메틸옥신)[별칭, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)]
CO-7:리튬 옥신[별칭, (8-퀴놀리놀라토)리튬(I)]
CO-8: 갈륨 옥신[별칭, 트리스(8-퀴놀리놀라토)갈륨(III)]
CO-9: 지르코늄 옥신[별칭, 테트라(8-퀴놀리놀라토)지르코늄(IV)]
다른 종류의 유용한 호스트 물질은, 9,10-디-(2-나프틸)안트라센 및 그 유도체와 같은 안트라센(anthracene) 유도체, 미국 특허 제 5,121,029에 기재된 바와 같은 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 및 예컨대, 2,2',2"-(1,3,5-페닐렌)트리스[1-페닐-1H-벤즈이미다졸(benzimidazole)]과 같은 벤즈아졸(benzazole) 유도체를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다.
유용한 플루오르화 도펀트는 안트라센, 테트라센(tetracence), 크산텐(xanthene), 페릴렌(perylene), 루브렌(rubrene), 쿠마린(coumarin), 로다민(rhodamine), 퀴나크리돈(quinacridone), 디시아노메틸렌에피란(dicyanomethylenepyran) 화합물, 티오피란(thiopyran) 화합물, 폴리메틴(polymethine) 화합물, 피릴륨(pyrilium) 및 티아피릴륨(thiapyrilium) 화합물, 플루오렌(fluorene) 유도체, 페리플란텐(periflanthene) 유도체 및 카보스티릴(carbostyryl) 화합물을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다.
본 발명의 유기 EL 소자의 전자-수송 층을 형성하는 데에 이용되는 바람직한 박막 형성 물질은 옥신 자체의 킬레이트(또한, 통상적으로 8-퀴놀리놀(quinolinol) 또는 8-히드록시퀴놀린으로 지칭됨)를 포함하는 금속 킬레이트화 옥시노이드 화합물이다. 이러한 화합물은 전자의 주입 및 수송을 용이하게 하고, 높은 성능 레벨을 나타내며, 쉽게 박막 형태로 제작된다. 예시적인 옥시노이드 화합물은 이전에 나열되었다.
다른 전자 수송 물질은 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 4,356,429 호에 기재된 바와 같은 각종 부타디엔(butadiene) 유도체 및 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 4,539,507 호에 기재된 바와 같은 각종 헤테로고리 광학 브라이트너(heterocyclic optical brighteners)를 포함한다. 벤즈아졸(benzazoles)과 트리아진(triazines)도 또한 유용한 전자 수송 물질이다.
일부 예시에서, 발광 층 및 전자 수송 층은, 임의적으로, 광 발산 및 전자 수송 모두를 지원하는 기능을 하는 단일 층으로 컬랩스(collapse)될 수 있다. 이들 층은 소형 분자 OLED 시스템과 폴리머 OLED 시스템 모두에서 컬랩스될 수 있다. 예컨대, 폴리머 시스템에서, PPV와 같은 폴리머 발광 층을 갖는 PEDOT-PSS와 같은 홀 수송 층을 채용하는 것은 보편적이다. 이 시스템에서, PPV는 광 발산 및 전자 수송 모두를 지원하는 기능을 한다.
광 발산이 양극만을 통할 때, 본 발명에서 이용되는 음극은 대체로 임의의 전도성 물질을 포함할 수 있다. 바람직한 물질은 기초를 이루는 유기 층과 양호한 접촉을 확보하고, 저전압에서 전자 주입을 촉진하고, 양호한 안정성을 갖는 양호한 막 형성 특성을 갖는다. 유용한 음극 물질은 종종 낮은 일 함수 금속(<4.0 eV) 또는 금속 합금을 포함한다. 바람직한 음극 물질은 Mg:Ag 합금으로 구성되며, 은의 비율은, 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 4,885,221 호에 기재된 바와 같이, 1 내지 20%의 범위에 있다. 다른 적합한 종류의 음극 물질은, 두꺼운 전도성 물질 층으로 덮여진 유기 층(예컨대, ETL)과 접촉하는 얇은 전자 주입 층(EIL)을포함하는 이중 구조 층을 포함한다. 여기서, EIL은 바람직하게는 낮은 일 함수 금속 또는 금속염을 포함하며, 그런 경우, 두껍게 덮여진 층은 낮은 일 함수를 가질 필요가 없다. 이러한 음극은, 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 5,677,572 호에 기재된 바와 같이 두꺼운 Al 층 다음에 얇은 LiF 층으로 구성된다. 다른 유용한 음극 물질 세트는 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 5,059,861 호, 제 5,059,862 호, 및 제 6,140,763 호에 기재된 것을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다.
광 발산이 음극을 통한다면, 음극은 투명하거나 거의 투명해야 한다. 이러한 응용에 대해, 금속은 얇아야 하며, 또는, 투명한 전도성 산화물 또는 이들 물질의 조합을 사용해야 한다. 광학적으로 투명한 음극은 미국 특허 제 4,885,211 호, 제 5,247,190 호, 제 5,703,436 호, 제 5,608,287 호, 제 5,837,391 호, 제 5,677,572 호, 제 5,776,622 호, 제 5,776,623 호, 제 5,714,838 호, 제 5,969,474 호, 제 5,739,545 호, 제 5,981,306 호, 제 6,137,223 호, 제 6,140,763 호, 제 6,172,459 호, 제 6,278,236 호와, EP 1 076 368 및 JP 3,234,963 호에 더욱 상세히 기재되어 있다. 음극 물질은 전형적으로 증발, 스퍼터링, 또는 화학 증기 증착으로 증착된다. 필요하다면, 패터닝은 스로우-마스크(through-mask) 증착, 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 5,276,380 호 및 EP 0 732 868 호에 기재된 바와 같은 인테그랄 섀도우 마스킹(integral shadow masking), 레이저 제거(laser ablation) 및 선택적 화학 증기 증착을 포함하는 많은 잘 알려진 방법으로 달성될 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다.
상술한 유기 물질은 승화(sublimation)와 같은 증기 상(vapor-phase)을 통해 적합하게 증착되지만, 유체, 예컨대, 임의적인 바인더를 갖는 용제로부터 증착되어 막 형성을 개선할 수 있다. 그 물질이 폴리머이면, 용제 증착이 유용하지만, 스퍼터링 또는 도너 시트로부터의 열 전사와 같은 다른 방법이 사용될 수 있다. 승화에 의해 증착될 물질은, 예컨대, 본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 6,237,529 호에 기재된 바와 같은 탄탈륨(tantalum) 물질로 종종 구성되는 승화물 "보트(boat)"로부터 증발되거나, 먼저 도너 시트 상에 도포한 후, 기판에 더 가까운 곳에서 승화될 수 있다. 혼합 물질 층은 개별적인 승화물 보트를 이용할 수 있으며, 또는, 그 물질은 미리 혼합된 후 단일 보트 또는 도너 시트를 도포할 수 있다. 패터닝된 증착은 섀도우 마스크, 인테그랄 섀도우 마스크(본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 5,294,870 호), 도너 시트로부터의 공간적으로 규정된 열적 염료 전사(본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 5,851,709 호 및 제 6,066,357 호) 및 잉크젯 방법(본 출원인에게 또한 양도된 미국 특허 제 6,066,357 호)을 이용하여 달성될 수 있다.
대부분의 OLED는 습기 또는 산소, 또는 그 모두에 민감하여, 보통, 알루미나, 보크사이트(bauxite), 칼슘 황산염, 점토, 실리카 겔, 제올라이트(zeolites), 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물, 황산염, 또는 금속 할로겐화물(halides) 및 과염소산염(perchlorate)과 같은 건조제(desiccant)와 함께, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 분위기(inert atmosphere)로 밀봉된다. 밀봉 및 건조 방법은 미국 특허 제 6,226,890 호에 기재된 것을 포함하지만, 이것으로제한되지 않는다. 또한, SiOx, 테플론(Teflon), 및 다른 무기성(inorganic)/폴리머 층과 같은 배리어 층은 밀봉 분야에 알려져 있다.
본 발명은 광원의 OLED에서의 단락 및 개방 고장 모두에 대해 내성을 갖는 직렬/병렬 OLED 광원을 제공한다.

Claims (1)

  1. 유기 전기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 광원은 OLED의 다수 그룹을 포함하며, 각 그룹의 OLED는 서로 전기적으로 병렬 연결되고, 그룹은 서로 전기적으로 직렬 연결된
    OLED 광원.
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