KR20060113884A - 친유성의, 선형 또는 이차원적 다환 방향족을 포함하는층의 방지층 또는 봉지로서의 사용 및 이런 유형의 층으로구성되며 유기 중합체를 포함하는 전기 부품 - Google Patents
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Abstract
유기 층을 포함하는 전기 부품을 위하여, 잔기로서 수소 및/또는 불소, 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는, 금속 함유성 또는 금속 비함유성 프탈로시아닌을 포함하며 3 내지 12개의 링구조를 갖는 친유성의, 선형 또는 이차원적 다환 방향족을 포함하는 층이 방지층 또는 봉지로서 사용된다. 이로서 SM 층 및 폴리머층으로 이루어진 혼성 구조가 가능하다. 또한 상기 부품의 추가적 봉지가 필요치 않다.
친유성, 이차원적 다환 방향족, 방지층, 유기 중합체, 전기 부품
Description
유기 재료로 구성된 전기 부품과 관련하여 그 응용 가능성에 대한 연구가 점차 증가하고 있는데, 그 이유는 일반적으로 사용하는 반도체 부품에 비해 이런 전기 부품이 더 많은 이점을 제공하기 때문이다. 예를 들어 특정 유기 재료는 전압을 가함으로써 발광하도록 여기될 수 있다. 따라서 OLED(유기 발광 다이오드, organic light emitting diode)에 대한 다양한 구조가 이미 알려져 있다. 이와 관련하여 광학적 활성 층이 바람직하게도 복수의 층들로 이루어지며, 적어도 하나의 층이 특히 정공주입층(hole injection layer, HIL) 또는 정공수송층(hole transport layer, HTL)으로서 형성되며 다른 층이 특히 전자주입층(electron injection layer, EIL), 전자수송층(electron transport layer, ETL) 또는 발광층(emission layer, EML)으로서 형성된다.
이런 유형의 OLED의 알려진 구조에서는 유리 기판이 제공되는데, 이 유리 기판 위에는 예를 들어 산화인듐주석(ITO)과 같은 투명 전도 산화막(TCO)으로 이루어진 투명한 양극이 형성된다. 이런 구조 위에 예를 들어 HIL, HTL, EML 및 EIL이 순차적으로 증착되며 마지막으로 금속성 음극이 증착된다. 이런 구조에서는 빛이 "아래로", 즉 기판을 통과하여 방출된다.
재료 선택과 관련하여 이미 알려진 유형의 OLED는 복수의 저분자(SM-OLED, small molecule OLED)로 이루어진 층으로만 구성되거나 또는 복수의 중합체(PM-OLED)로 구성된다. 저분자는 진공 승화를 통해 박막층으로서 기판 위에 순차적으로 증착된다. 이와 달리 중합체는 용액(물 또는 유기 용매)에서 가공된다. 특히 풀리머층은 HIL 및 HTL로서 이점을 제공하는데, 그 이유는 폴리머층이 우수한 정공 운반 특성을 나타내기 때문이다. HIL로서 적합하다고 알려진 분자로는 예를 들어 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene) 및 펜타센(pentacene)을 들 수 있다(참고: 유럽 특허 EP 0 278 758 B1).
저분자로 이루어진 층은 아무런 문제없이 증착이 가능하고, 이에 비해 폴리머로 이루어진 층은 정공 운반에 있어 이점을 제공하므로, 이런 층들을 조합하려는 시도가 이루어졌다. 정공 운반에 중요한 폴리머층인 HIL 및 HTL이 양극(ITO 재질)에 습식으로 증착되며 그 다음 건조되고 진공탈기되는 경우에, 이런 시도가 종래 방식의 OLED 구조에서 성공한다. 그 후에 진공 승화를 통해 아무런 문제 없이 저분자를 증착하는 것이 가능하다.
직접적인 빛 방출을 가능하게 하기 위해, OLED의 반전된 구조를 실현하려는 시도가 증가하는 추세인데, 이런 반전된 구조에서는 임의의 기판 위에 금속성 음극을 증착하는데 그 다음에는, 정공수송층을 증착하고 투명한 양극으로 마무리하기 전에 우선 전자수송층을 증착한다. 이런 구조에서는 혼성 기술(hybrid technic)을 사용할 수 없는데, 그 이유는 정공수송층 HTL 및 HIL의 습식 구조에서는 전자수송층의 저분자가 HTL 및/또는 HIL을 위한 폴리머의 증착에 사용되는(예: 물) 용매 또는 분산제에 의해 손상되고 그 전기적 품질이 저하되며, 또한 금속성 음극이 습기에 민감하고 물과의 접촉으로 파괴될 수 있기 때문이다.
또한 OLED의 층들이 습기에 민감하여 제2 전극을 증착한 후에 오로지 전극의 연결부에만 접근할 수 있도록 OLED이 캡슐화되는 것도 이미 알려져 있다.
습기에 대한 유기 물질의 민감성도 다른 전기 부품에서 문제점으로 간주된다.
전술한 "저분자"와 중합체 사이의 구분은 전문가들 사이에서 일반적으로 인정된다. 따라서 "저분자"는 중합반응을 통해 사슬 또는 망상구조를 형성하지 않는 유기 분자이다.
따라서 본 발명의 목적은, 유기 물질로 이루어진 전기 부품의 구조와 관련하여 습기 민감성 및 확산 현상으로 인해 발생하는 한계를 극복하거나 또는 적어도 최소화하는 것이다.
놀랍게도 이 목적은, 잔기로서 수소(H) 및/또는 불소(F), 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는, 금속 함유성 또는 금속 비함유성 프탈로시아닌을 포함하며 3 내지 12개의 링구조를 갖는 친유성의, 선형 또는 이차원적 다환 방향족을 포함하는 층을 방지층으로서 사용하거나 또는 유기 층으로 구성된 전기 부품의 봉지로서 사용함으로써 달성된다.
본 발명은, 특히 바람직하게도 펜타센으로 이루어진 전술한 층이 유기성 전기 부품의 구조에서 기능성 층일 뿐 아니라 놀랍게도 방지층 특성을 갖는다는 것에 기초하는데, 이 특성은 해당 층이 방지층으로서 그 하단에 있는 층 및 금속성 음극을 습기로부터 보호하는 데 사용되는 것을 가능하게 한다.
바람직하게도 본 발명에 따라 사용된 층은 기(group)인 안트라센, 페난트렌(phenanthren), 테트라센, 크라이센(chrysen), 펜타센, 헥사센, 페닐렌, 트리페닐렌, 코로넨(coronene), m-나프토디안트라센, m-안트라세노디테트라센, m-테트라세노디펜타센, 피렌, 벤조피렌, 오바렌(ovalene), 비올안트렌(violanthrene)으로 이루어진 물질 및 잔기로서 수소 및/또는 불소, 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는 전술한 물질의 유도체로 이루어진다.
대안적으로 이 층은 아래의 화학식을 갖는 금속 함유성 프탈로시아닌으로 형성될 수 있는데,
여기에서 M = Cu, Zn, Fe, Mn, Co, Ni, V=O, Ti=O이고 각각의 R은 수소 및/또는 불소 및/또는 아킬기 및/또는 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소일 수 있다.
대안적으로 이 층은 아래의 화학식을 갖는 금속 비함유성 프탈로시아닌으로 형성될 수 있는데,
여기에서 M = Cu, Zn, Fe, Mn, Co, Ni, V=O, Ti=O이고 각각의 R은 수소 및/또는 불소 및/또는 아킬기 및/또는 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소일 수 있다.
어떤 경우에 있어서도, 방향족의 링구조의 수가 5 내지 10, 바람직하게는 4 내지 10, 더욱 바람직하게는 5 내지 8인 것이 유리하다.
상세히 전술한 층을 방지층 또는 봉지로서 사용할 경우, 이 층이 전기적 기능 뿐 아니라 방지층 또는 원위치(in-situ) 봉지로서도 증착되는 유기성 전기 부품이 구현된다.
따라서 하나의 기판, 이 기판 상에 증착된 제1 전극, 적어도 하나의 전자주입 및 전자수송 구역, 적어도 하나의 정공주입 및 정공수송 구역 및 제2 전극을 포함하는 본 발명에 따른 유기 발광다이오드는, 정공주입 및 정공수송 구역이, 잔기로서 수소 및/또는 불소, 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는, 금속 함유성 또는 금속 비함유성 프탈로시아닌을 포함하며 3 내지 12개의 링구조를 갖는 선형 또는 이차원적 사슬결합형 다환 방향족을 포함하는 층이며, 이 층이 봉지층으로서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 전술한 층을 통해 기능층이 형성될 뿐만 아니라 원위치 봉지도 실시된다. 이를 위해 이 층이 습기에 민감한, 이전에 증착된 모든 층을 덮도록 층구조가 형성된다.
또한 본 발명은 하나의 기판, 이 기판 상에 증착된 음극, 적어도 하나의 전자주입 및 전자수송 구역, 적어도 하나의 정공주입 및 정공수송 구역 및 투광성 양극을 포함하는 유기 발광다이오드를 가능하게 하며, 전자주입 및 전자수송 구역은 저분자로 구성되며 여기에 잔기로서 수소 및/또는 불소, 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는, 금속 함유성 또는 금속 비함유성 프탈로시아닌을 포함하 며 3 내지 12개의 링구조를 갖는 선형 또는 이차원적 사슬결합형 다환 방향족을 포함하는 층이 양극측으로 연결된다.
따라서 본 발명은 혼성 구조로 구성된 유기 발광다이오드(OLED)도 가능하게 하는데, 이 유기 발광다이오드에서는 발광이 "위로", 즉 기판측에서 멀어지는 방향으로 이루어진다. 이에 따라 본 발명은 위로 발광하는 OLED의 최적의 구조를 가능하게 하는데, 그 이유는 전술한 층이, 그 하단에 있는 층으로의 물의 확산을 방지하는 효과적인 방지층으로서 기능하기 때문이다. 이에 따라 OLED의 필요한 구동 전압을 줄이기 위해, 전술한 층 위에서 추가적인 수성의 정공주입층으로서 바람직하게도 예를 들어 PDOT:PSS로 이루어진 수성 폴리머 박막을 양극 측으로 증착시킬 수 있다.
예로서, 본 발명에 따라 방지층 또는 봉지로서 기능하는 층을 형성하는 물질은 아래와 같다:
R = 수소 및/또는 불소 및/또는 알킬, 아릴 및/또는 불소화 탄화수소임.
프탈로시아닌
금속 함유성
화학식 1
M = Cu, Zn, Fe, Mn, Co, Ni, V=O, Ti=O
금속 비함유성
화학식 2
R = 수소 및/또는 불소 및/또는 아킬, 아릴 및/또는 불소화 탄화수소
이해를 돕기 위해 다시 설명하자면, 본 발명에서는 이 층의 모든 분자들은, 이 분자 내에 12개까지의 링 구조가 포함되어 있음에도 불구하고 "저분자"인데, 그 이유는 중합반응이 존재하지 않기 때문이다.
본 발명은 아래에서 도면에 도시한 실시예를 근거로 상세히 설명된다.
도 1은 봉지층으로서 HIL 층을 포함하는 "위로" 발광하는 OLED의 개략적 구조로서, 모든 층은 SM 층으로서 증착된다.
도 2는 SM 측 및 폴리머층을 포함하는 혼성 구조를 갖는 OLED의 개략적 구조이다.
도 1 및 도 2에 도시한 OLED(Organic Light Emitting Diode)는 위로 발광한다. 이 OLED는 하나의 기판(1)을 포함하는데, 이 기판 위에 금속층이 음극(2)으로서 부착되어 있다. 적합한 금속층은 마그네슘 또는 LiF/Al 재질의 합금이다.
음극(2)에는 전자주입층(EIL, Electron Injecting Layer)이 연결되며, 이 전자주입층은 알려진 방식에 따라 자유 전자를 유도한다. 이 전자는 차후에 상세히 설명되는 다른 층으로부터 오는 정공(hole)과 발광층(EML, Emitting Layer)에서 재결합하는데, 이 발광층에서는 재결합을 통해 전자 발광(electro luminescence)가 발생한다. 즉 빛이 방출된다.
발광층(EML) 위에는 정공을 운반하는, 경우에 따라서 복수인 정공수송층(HTL, Hole Transport Layer)이 존재한다. 이 정공수송층은 정공주입층(HIL 1, Hole Injection Layer)에 의해 덮이는데, 도시한 실시예에서는 이 정공주입층이 펜 타센(pentacene)으로 형성될 수 있다. 이 층은, 실제 구조에서 그 하단에 있는 층들을 덮도록 형성됨으로써, 봉지층(encapsulation layer)으로서 사용된다. 정공주입층(HIL 1)에는 투명한 양극(3)이 연결되는데, 이 양극은 바람직하게도 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO)으로 이루어진다. 층(EIL, EML, HTL, HIL 1)은 알려진 바와 같이 막박으로서 형성되며, 음극(2)에 비해 충분히 높은 양전압을 양극(3)에 연결하면 빛을 방출한다. 도 1에서 위로 향하는 방출 방향은 화살표를 통해 표시된다.
봉지층으로서 층(HIL 1)을 사용함으로써 그렇지 않을 경우에 추가적으로(ex-situ, 이동처리) 필요한 OLED의 봉지가 필요치 않게 된다. 따라서 도 1의 본 발명에 따른 OLED는 원위치처리(in-situ) 방식으로 봉지 처리가 이루어지므로, 수증기에 비해 투과성과 관련하여 낮아진 요건으로 인해 추가적인 봉지 처리가 매우 간단하게 실시될 수 있다.
도 2에 도시한 OLED는 원칙적으로 동일한 구조를 갖지만, 층(EIL, EML, HTL, HIL 1) 모두가 작은 분자(SM 층으로서)로 이루어진다. 본 발명에 따라 방지층으로서 투입된 층(HIL 1)과 양극(3) 사이에는 또 다른 층(HIL 2)이 증착되는데, 이 다른 층은 예를 들어 PDOT와 같은 폴리머층으로서 형성된다. 이 폴리머층(HIL 2)은 습식으로 증착되지만, HIL 1의 방지층 효과로 인해 그 아래에 있는 습기에 민감한 층(HTL, EML, EIL)을 손상시키지 않는다.
층(HIL 2)은 양극(3)과 음극(2) 사이에서의 구동전압의 강하를 가능하게 하거나 또는 도 2에 따른 실시예에서도 위로 이루어지는 발광의 효율를 증가시킨다.
폴리머층(HIL 2)이 습기에 민감하지 않으므로, 이 실시예에서도 층(HIL 1)이 봉지층으로서 형성될 수 있다. 즉 그 아래에 있는 층(HTL, EMI, EIL)을 덮을 수 있다.
Claims (10)
- 잔기로서 수소(H) 및/또는 불소(F), 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는, 금속 함유성 또는 금속 비함유성 프탈로시아닌을 포함하며 3 내지 12개의 링구조를 갖는 친유성의, 선형 또는 이차원적 다환 방향족을 포함하는 층(HIL 1)의 방지층으로서 또는 유기 층으로 구성된 전기 부품의 봉지로서의 사용.
- 제1항에 있어서, 상기 층이 기(group)인 안트라센, 페난트렌, 테트라센, 크라이센, 펜타센, 헥사센, 페닐렌, 트리페닐렌, 코로넨, m-나프토디안트라센, m-안트라세노디테트라센, m-테트라세노디펜타센, 피렌, 벤조피렌, 오바렌, 비올안트렌으로 이루어진 물질 및 잔기로서 수소 및/또는 불소, 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는 전술한 물질의 유도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 사용.
- 제1항에 있어서, 상기 층이 아래의 화학식을 갖는 금속 함유성 프탈로시아닌으로 형성되며, 여기에서 M = Cu, Zn, Fe, Mn, Co, Ni, V=O, Ti=O이고 각각의 R은 수소 및/또는 불소 및/또는 아킬기 및/또는 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소인 것을 특징으로 하는 사용:화학식 1.
- 제1항에 있어서, 상기 층이 아래의 화학식을 갖는 금속 비함유성 프탈로시아닌으로 형성되며, 여기에서 M = Cu, Zn, Fe, Mn, Co, Ni, V=O, Ti=O이고 각각의 R은 수소 및/또는 불소 및/또는 아킬기 및/또는 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소인 것을 특징으로 하는 사용:화학식 2.
- 하나의 기판(1), 상기 기판(1) 상에 증착된 제1 전극(2), 적어도 하나의 전 자주입 및 전자수송 구역(EIL), 적어도 하나의 정공주입 및 정공수송 구역(HTL, HIL) 및 제2 전극(3)을 포함하는 유기 발광다이오드에 있어서,정공주입 및 정공수송 구역이, 잔기로서 수소 및/또는 불소, 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는, 금속 함유성 또는 금속 비함유성 프탈로시아닌을 포함하며 3 내지 12개의 링구조를 갖는 선형 또는 이차원적 사슬결합형 다환 방향족을 포함하는 층(HIL 1)이며, 이 층(HIL 1)이 봉지층으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광다이오드.
- 하나의 기판(1), 이 기판(1) 상에 증착된 음극(2), 적어도 하나의 전자주입 및 전자수송 구역(EIL), 적어도 하나의 정공주입 및 정공수송 구역(HTL, HIL) 및 투광성 양극(3)을 포함하는 유기 발광다이오드에 있어서,전자주입 및 전자수송 구역(EIL)이 저분자로 구성되며, 잔기로서 수소 및/또는 불소, 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는, 금속 함유성 또는 금속 비함유성 프탈로시아닌을 포함하며 3 내지 12개의 링구조를 갖는 선형 또는 이차원적 사슬결합형 다환 방향족을 포함하는 층이 이 구역에 양극측으로 연결되는 것을 특징으로 하는 유기 발광다이오드.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 층이 기(group)인 안트라센, 페난트렌, 테트라센, 크라이센, 펜타센, 헥사센, 페닐렌, 트리페닐렌, 코로넨, m-나프토디안트라센, m-안트라세노디테트라센, m-테트라세노디펜타센, 피렌, 벤조피렌, 오바렌, 비올안트렌으로 이루어진 물질 및 잔기로서 수소 및/또는 불소, 알킬기, 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소를 갖는 전술한 물질의 유도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광다이오드.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 층이 아래의 화학식을 갖는 금속 함유성 프탈로시아닌으로 형성되며, 여기에서 M = Cu, Zn, Fe, Mn, Co, Ni, V=O, Ti=O이고 각각의 R은 수소 및/또는 불소 및/또는 아킬기 및/또는 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소인 것을 특징으로 하는 유기 발광다이오드:화학식 1.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 층이 아래의 화학식을 갖는 금속 비함유성 프탈로시아닌으로 이루어지며, 여기에서 M = Cu, Zn, Fe, Mn, Co, Ni, V=O, Ti=O이고 각각의 R은 수소 및/또는 불소 및/또는 아킬기 및/또는 아릴기 및/또는 불소화 탄화수소인 것을 특징으로 하는 유기 발광다이오드:화학식 2.
- 제5항 내제 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층(HIL 1)과 제2 전극(3) 사이에 수성 용액에서 증착된, 정공주입층 및 정공수송 폴리머층(HIL 2)이 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 발광다이오드.
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