KR20070009730A - 유기 발광 다이오드를 위한 층 배치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상부-발광 타입의 유기 발광 다이오드(OLED)를 위한 층 배치에 관한 것으로서, 층 배치를 갖는 디스플레이 장치 및 발광 장치에 관한 것이다. 상기 층 배치는 하부 전극(A), 투명한 상부 전극(K), 상기 2개의 전극들(A; K) 사이에서 상기 하부 전극과 상부 전극(A; K)에 접촉되게 배치되는 유기층 영역(O)을 포함하고, 광은 전자들과 정공들의 재결합에 의해 형성될 수 있으며, 광은 상기 상부 전극(K)을 통해 방출되고, 상기 하부 전극(A)은 하부 전극층이 금속층인 층 구조물을 갖는다. 보호성 변형층은 상기 하부 전극(A)의 층 구조물에서 상기 금속층상에 배치되고 상기 유기층 영역(O)에 접촉된다(도 3A).
Description
본 발명은 유기 발광 다이오드(OLED)를 구비한 장치, 및 상기 장치를 이용하는 디스플레이 장치 및 발광 장치에 관한 것이다.
정보의 그래픽 디스플레이는 일상 생활의 많은 영역들에서 매우 많은 역할을 하고 있다. 기술적 설비는 사용자들과 통신하거나 사용자들에게 알리는데 사용되는 다양한 크기의 디스플레이 장치들을 구비하고 있다. 영상 출력의 품질을 위한 요구조건들은 지속적으로 증가하고 있다.
현재 사용되는 대부분의 디스플레이 장치들은 음극선관 또는 액정 디스플레이의 원리를 기반으로 한다. 또한, 플라즈마, 전계발광, 진공 형광 또는 전계 방출 디스플레이들과 같은 다른 발광 디스플레이 기술들이 존재한다. 최근 몇년간, 생성되는 기술에 대한 경쟁은 유기 발광 다이오드들을 기반으로 한 디스플레이들의 사용에 의해 현저하게 증가하고 있다. 뛰어난 컬러, 우수한 명암비(contrast), 자가-방출 능력, 저온에서 급속 스위칭 시간, 넓은 시야각들 및 큰 충진 팩터들은 이러한 기술의 장점들이다. 디스플레이들과 더불어, OLED들은 광 엘리먼트들에도 사용된다. OLED들의 장점은 이 경우 임의의 목표된 컬러들에서, 높은 에너지 효율성 들, 낮은 동작 전압들 및 평면(flat)-발광 컴포넌트들을 형성하는 능력이다.
무기 발광 다이오드들과 대조적으로, 유기 발광 다이오드들은 평면 컴포넌트들이다. OLED의 경우, 유기 물질로 이루어진 하나 이상의 층들을 갖는 유기층 영역이 2개의 전극들 사이에 내장되고, 상기 전극들 중 적어도 하나는 투명해야 한다. 전도성 산화물들, 소위 TCO들(투명 전도성 산화물들)은 일반적으로 2개의 전극들 중 투명한 전극을 위해 사용된다. 전극들과 유기층 영역이 배치되는 상부의 기판과 유기층 영역(하부 전극) 사이의 전극이 투명하면, "저면-방출(bottom-emission) OLED"로 지칭되고, 다른 전극(상부 전극)이 투명하면, "상부-방출(top-emission) OLED"이다. 컴포넌트들은 두 전극들이 투명하게 형성될 수도 있다. 모든 다양한 실시예들에서, 방출되는 광은 전자들과 부족 전자들(정공들)의 발광 재결합을 기초로 소위 발광 영역에서 형성된다. 광은 투명 전극 또는 전극들을 통해 컴포넌트를 빠져나온다.
기판 상에 위치된 하부 전극은 많은 특성들을 가져야 한다. 예를 들어, 하부-발광 컴포넌트들을 위한 바람직한 솔루션은 ITO에서 발견되었다. 대조적으로, 상부-발광 컴포넌트들을 위한 적절한 전극 물질을 선택하는 것은 어렵다. 상부-발광 OLED들은 예를 들어, 소위 능동 매트릭스 디스플레이들의 후면판들(backplanes)(기판을 형성함)에서 OLED들을 집적시킬 수 있도록 하기 위해 요구된다. 이러한 목적을 위해, 후면판들은 비정질 실리콘(a-Si) 또는 다결정 실리콘(폴리-Si) 후면판 제조를 위한 팩토리에서 TFT 전자 회로(TFT-박막 트랜지스터) 및 최종 접촉부(contact)로 제조되는 것이 바람직하다. 그 다음, 후면판들은 바람직하 게는 공기에 의해 OLED 제조 지점으로 수송된다. 상기 OLED는 그 다음, 예를 들어 진공 기상 증착에 의해 상기 후면판의 최종 상부 접촉부에 제공된다. 이 경우, 후면판의 상부 접촉부는 OLED를 위한 기본적인 접촉부를 형성한다. 이러한 방식으로 제조되는 디스플레이 장치의 디스플레이 엘리먼트들간의 영역들은 구조화된 절연층을 이용하여 서로로부터 분리된다. 절연층은 또한 a-Si 또는 폴리-Si 팩토리에서 형성된다.
문헌 US 2002/0117962 A1은 상부-발광 타입의 OLED를 갖는 층 배치를 개시한다. OLED의 상부 전극은 투명 캐소드이다. OLED의 하부 애노드는 2개 이상의 층들에 의해 형성된다. 금속층은 기판상에 배치되고, 2개 이상의 금속층들의 적층부일 수도 있다. 상이한 금속들 또는 합금들은 금속층을 위해 제안되었고, 이들에 의해 OLED를 위한 적합한 애노드가 형성될 수 있다. 금속층은 가시광선 스펙트럼의 광에 대해 우수한 반사력을 갖는다. 마찬가지로 2개 이상의 층들을 가질 수 있는 배리어층이 상기 금속층에 제공된다. 상기 배리어층의 물질은 전도성 또는 절연성일 수 있다. 금속층은 배리어층에 의해 배리어층상에 배치되는 애노드 변형층으로부터 물리적 및 화학적으로 분리된다. 상기 애노드 변형층을 위한 물질 또한 전도성 또는 절연성일 수 있다. 애노드로부터의 정공들에 대한 이온화 에너지는 애노드 변형층을 이용하여 설정되므로, 그 상부에 위치된 유기층 영역에 대한 안정한 경계 표면이 허용될 수 있다. 문헌 US 2002/0117962 A1은 금속층과 배리어층 및 애노드 변형층에 대한 층 두께들 뿐만 아니라 물질들을 위한 다양한 실시예들을 개시한다. 공지된 OLED들에서 애노드의 다층 구조물은 제조 프로세스를 복잡하게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 용이하고 비용 효율적으로 제조될 수 있는 배치를 이용한 개선된 디스플레이 장치/발광 장치를 제공할 뿐만 아니라 OLED를 위한 개선된 층 배치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항 제1항에 청구된 층 배치, 독립항 제19항에 청구된 디스플레이 장치, 독립항 제20항에 청구된 발광 장치, 및 독립항 제21항에 청구된 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 하부 전극, 투명한 상부 전극, 및 2개의 전극들 사이에서 상기 하부 전극과 상부 전극에 접촉되게 배치된 유기층 영역을 갖는 상부-발광 타입의 유기 발광 다이오드(OLED)를 위한 층 배치를 제공하는 사상을 포함하고, 여기서 광은 상부 전극을 통해 광이 나타나는 전자들과 정공들의 재결합에 의해 형성될 수 있으며, 상기 하부 전극은 하부 전극층이 금속층인 층 구조물을 갖고, 상기 유기층 영역과 접촉되는 보호성 변형층은 하부 전극의 층 구조물에서 금속층상에 배치된다.
종래기술과 비교하여 본 발명에 의해 달성되는 하나의 주요한 장점은 상부-발광 OLED를 위한 하부 전극의 층 구조물이 보다 심플하고 이와 같은 접촉층에 대해 이하의 상세한 설명에서 기술되는 많은 요구조건들이 보다 양호하게 충족된다는 것이다.
놀랍게도, 하부 전극의 기술된 층 구조는 하부 전극의 층들에 대한 물질들과 두께들의 적절한 선택에 의해 다음과 같은 특징적인 장점들을 달성할 수 있게 한다는 것이 발견되었다:
i. 가시광선 스펙트럼 대역에서 광에 대한 높은 반사력,
ⅱ. 낮은 전기 저항,
ⅲ. 적은 거칠기,
ⅳ. 유기층 영역을 위한 주입된 전하 캐리어들에 대한 이온화 에너지의 적응성(adaptability),
v. 예를 들어 접촉층들로부터 OLED 층들로 전하 캐리어 주입을 위한 배리어 형성의 결과로서, 이러한 층 시스템 상에서 OLED의 특성들을 감소시키는 일반적인 환경 조건들(산소, 수분)에서 표면층들의 형성 방지, 및
ⅵ. 전극을 구조화하는 능력.
이러한 바람직한 특성들 또는 개별 특성들의 임의의 서브-조합은 모두 본 발명에 따른 층 배치 및 본 발명에 따른 디스플레이 장치/발광 장치를 통해 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제한점들은 종속항들의 청구 대상이다.
본 발명은 예시적인 실시예들과 도면을 참조로 이하의 상세한 설명에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 상부 발광 OLED의 하부 전극을 위한 층 구조물의 개념적 단면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은, 하부 전극을 이용한 OLED들을 갖는 디스플 레이 장치의 단면의 개념적 단면도를 도시한다.
도 3A 및 도 3B는 단일층의 형태의 유기층 영역을 갖는 정상 형태 및 반전된 형태의 OLED를 구비한 층 구조물의 개념적 단면도를 도시한다.
도 4A 및 도 4B는 다층 유기층 영역을 갖는 표준 타입 및 반전된 타입의 OLED를 구비한 층 구조물의 개념적 단면도들을 도시한다.
도 5A 및 도 5B는 p-도핑된 정공 수송층과 n-도핑된 전자 수송층을 갖는 유기층 영역을 구비한 표준 타입 및 반전된 타입의 OLED를 구비한 층 구조물의 개념적 단면도를 도시한다.
도 6A 및 도 6B는 p-도핑된 정공 수송층과 n-도핑된 전자 수송층 및 중간층들을 갖는 유기층 영역을 구비한 표준 타입 및 반전된 타입의 OLED를 구비한 층 구조물의 개념적 단면도를 도시한다.
도 1은 상부-발광 OLED에서 하부 전극(10)을 위한 층 구조물의 개념적 단면도를 도시한다. 도 1에 도시된 층 구조물의 층들은 이하의 상세한 설명에서 보다 상세히 설명될 것이다. 도 1에 도시된 바와 같은 하부 전극(10)을 위한 층 구조물은 다음의 층들을 갖는다:
(a) 금속층
금속층(11a)은 10nm 내지 500nm의 두께, 바람직하게는 40nm 내지 150nm의 두께를 갖는 최하부 층으로서 제공되고, 다음의 특성들을 갖는다:
- 전도도는 과도한 전압 강하 없이 미리 결정된 전류가 수송될 수 있기에 충 분하게 높다. 전압 강하는 약 0.2V 미만이다.
- 금속층(11a)의 표면 저항은 전형적으로 10Ω/sq 미만이고, 바람직하게는 1Ω/sq 미만이다.
- 거칠기 레벨은 낮다. 전형적으로 2nm RMS 미만이고, 바람직하게는 1nm RMS 미만이다.
이러한 특성들은 Cr, Ti, Mo, Ta 등과 같은 금속들, 또는 예를 들어 CrMo와 같은 이들의 혼합물들을 이용함으로써 달성된다. 또한, Al은 층 두께가 75nm 미만으로 제공되는 물질로서 사용될 수 있다. 금속 물질들은 스퍼터링, 열적 기상 증착 또는 전자빔 기상 증착에 의해 처리된다.
층(11a)은 OLED를 구비한 디스플레이 엘리먼트들에 전류를 공급하는 접촉 커넥션들을 위해 후면판의 디스플레이 장치 또는 발광 장치에서 본 발명에 따라 설계된 하부 전극을 갖는 OLED를 사용할 때 사용되는 것과 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 접촉 커넥션들은 전형적으로 약 150nm의 두께를 갖는다.
(b) 추가적인 금속층
도 1로부터 알 수 있는 것처럼, 약 5nm 내지 80nm의 두께, 바람직하게는 약 15nm 내지 40nm의 두께를 가진 금속으로 이루어진 추가층(11b)이 제공된다. 적층부에서 층(11a)과 함께 추가층(11b)은 하부 전극(10)을 위한 금속층(12)을 형성한다. 금속층(12)은 다음의 특성들을 갖는다:
- 반사력은 약 50% 보다 더 크고, 바람직하게는 약 80% 보다 더 크다.
- 전도도는 과도한 전압 강하 없이 미리 결정된 전류가 수송될 수 있기에 충 분히 높다. 전압 강하는 약 0.2V 미만이다. 층들(11a, 11b)로부터 형성된 금속층(12)의 표면 저항은 전형적으로 약 10Ω/sq 미만이고, 바람직하게는 약 1Ω/sq 미만이다.
- 거칠기 레벨은 전형적으로 약 2nm RMS 보다 더 낮고, 바람직하게는 약 1nm RMS 미만이다.
금속으로 이루어진 추가층(11b)은 높은 반사력을 갖는다. 적절한 금속들은 AlTi 합금들과 같은 반사 물질들의 높은 컴포넌트(>50%)를 가진 예를 들어 Al, Ag 또는 합금들이다. 추가층(11b)을 위한 물질은 스퍼터링, 열적 기상 증착 또는 전자빔 기상 증착에 의해 처리된다. 추가층(11b)이 덜 두껍다는 사실은 금속층(12)에 대한 적층부의 전체 거칠기가 여전히 약 2nm RMS 이하이고 바람직하게는 약 1nm RMS 이하라는 것을 보장한다.
(c) 보호성 변형층(Protective and modification layer)
도 1로부터 알 수 있는 것처럼, 금속, 산화물 또는 그외의 질화물로 이루어지고 약 2nm 내지 약 50nm의 두께를 갖는 보호성 변형층(13)이 제공되고, 바람직하게는 약 5nm 내지 약 30nm의 두께를 갖는다. 금속층(12)을 갖는 적층부와 보호성 변형층(13)은 다음과 같은 특성들을 갖는다:
- 금속층(12)과 보호성 변형층(13)을 갖는 층 구조물은 예를 들어 에칭에 의해 구조화될 수 있다.
- 적층부의 이온화 에너지는 보호성 변형층(13)을 위한 물질의 적절한 선택에 의해 순차적인 유기층 영역에 일치된다.
- 보호성 변형층(13)은 산화를 방지함으로써 그 아래에 위치된 층들(11a, 11b)을 보호한다.
- 반사력은 50% 보다 더 크고, 바람직하게는 약 80% 보다 더 크다.
- 층의 전도도는 과도한 전압 강하 없이 미리 결정된 전류를 수송할 수 있기에 충분하게 높다. 전압 강하는 약 0.2 V 미만이다. 적층부의 표면 거칠기는 전형적으로 약 10Ω/sq 미만이고, 바람직하게는 1Ω/sq이다.
- 거칠기 레벨은 낮고, 전형적으로 2nm RMS 이하이고, 바람직하게는 1nm RMS 미만이다.
따라서, 보호성 변형층(13)은 후면판의 수송 동안 산화물에 대항하여 및 추가적인 처리 동안 저하에 대항하여 그 아래에 위치된 층들(11a, 11b)을 보호한다. 이러한 특성들은 예를 들어, 보호성 변형층(13)을 위한 이하의 물질들을 이용함으로써 달성될 수 있다:
TiyNx, ITO, Cr, Mo, Ta, Ti, Ni, NiyOx, TiyOx, NiyNx, PdyOx, PtyOx, PdyNx, PtyNx, 및 적절하다면 1 내지 4 범위의 x 및 y를 갖는 추가적인 물질들. 상기 물질들은 스퍼터링, 열적 기상 증착 또는 전자빔 기상 증착에 의해 처리된다.
바람직한 실시예들에서, 층(11a)은 Mo 또는 Cr로 이루어지고, 추가층(11b)은 Al 또는 Ag로 이루어지며, 보호성 변형층(13)은 TiN 또는 TiOx로 이루어진다.
도 1에 도시된 실시예에서, 금속층(12)은 상기에서 각각 상세히 기술된 층(11a) 및 추가층(11b)을 포함한다. 하부 전극(10)의 선택적 실시예(미도시)는 단 일층의 형태인 금속층(12)으로 인해 이와 상이하다. 단일층의 금속층은 그 다음, 사용되는 물질과 층 두께의 적절한 선택에 의해 설계됨으로써, 단일층으로서, 예를 들어 반사력, 전도도 및 거칠기와 관련하여 금속층(12)에 대해 전술한 특징들을 갖는다.
디스플레이 장치 또는 발광 장치에서 사용하기 위한 일 실시예에서, 층들(11a, 11b)을 갖는 적층부는 보호성 변형층(13)의 제공 이전에 구조화된다. 그 다음, 보호성 변형층(13)은 구조화되지 않은 형태로 제공된다.
하부 전극(10)의 기능성은 구조화되지 않은 보호성 변형층(13)에 의해 유지될 수도 있다. 디스플레이 또는 발광 장치에서 OLED들을 위한 하부 전극을 사용할 때 2개의 인접한 디스플레이/발광 엘리먼트들(픽셀들) 사이에서 임의의 단락 회로를 초래하지 않도록(낮은 크로스토크) 보호성 변형층(13)의 횡방향 전도도는 충분히 낮아야 한다.
디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조를 위한 후면판 제조 프로세스에서, 층(11a), 추가층(11b) 및 보호성 변형층(13)을 갖는 적층부가 넓은 영역에 제공된 다음, 예를 들어 에칭 프로세스에 의해 측방향으로 구조화된다. 보호성 변형층(13)은 추가적인 처리 동안 손상에 대해 층들(11a, 11b)을 보호한다. 층(11a), 추가층(11b) 및 보호성 변형층(13)을 가진 적층부가 공동으로 구조화됨으로써 에칭 프로세스가 이용가능하지 않다면, 다음의 프로세스 변수들이 선택적으로 제공될 수 있다:
(1) 층(11a)을 제공하고 구조화한다. 그 다음, 추가층(11b)과 보호성 변형 층(13)이 제공되고 공동으로 구조화된다.
(2) 층(11a)과 추가층(11b)이 제공되고 공동으로 구조화된다. 그 다음, 보호성 변형층(13)이 구조화 없이 제공된다. 이 경우, 보호성 변형층(13)의 횡방향 전도도는 낮아야 한다.
(3) 층(11a)과 추가층(11b)이 제공되고 공동으로 구조화된다. 그 다음, 보호성 변형층(13)이 제공되고 구조화된다.
하부 OLED 접촉부, 구체적으로는 하부 전극(10)의 부분들이 또한 외부 전자장치들을 위한 접촉 패드들을 형성하는데 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 이것은 다음의 가능한 방식들로 달성될 수 있다:
a) 층(11a)은 외부 구동 전자장치들에 대한 디스플레이의 접속을 위해 측면 디스플레이 커넥션들을 형성하도록 구조화된다. 이러한 커넥션들은 일반적으로 평면 케이블들의 접착에 의해 형성된다.
b) a)에서 설명된 구조화 타입은 층(11a)과 추가층(11b), 즉 금속층(12)이 제공되었으면 수행될 수 있다.
c) 선택적으로, 금속층(12)과 보호성 변형층"(13)이 제공되고 각각 개별적으로 또는 공동으로 구조화되어, 층 조합물이 외부 전자장치들을 위한 커넥션들을 형성한다.
처리 변수들 (2) 및 (3)을 기반으로 한 방법은 층(11a) 및 추가층(11b)의 구조화 동안 형성되는 추가층(11b)에 대한 손상에 의존하고, 상기 손상은 전하 캐리어들이 추가층(11b)에서 보호성 변형층(13)으로 여전히 효율적으로 주입될 수 있을 정도로 매우 적다. 더욱이, 추가층(11b)은 보호성 변형층(13)이 구조화될 때 손상되지 않아야 한다(처리 변수 (3)).
도 1을 참조로 기술된 것처럼, 하부 전극(10)을 위한 층 구조물이 표준 타입의 OLED와 연계하여 사용될 수 있고, 그 하부 전극은 애노드의 형태이며, 광은 상부에 위치된 투명 캐소드를 통해 발광되며, 반전된 OLED에 대해, 캐소드는 하부 전극에 의해 형성되고, 광은 상부에 위치된 투명 애노드를 통해 발광된다. 이러한 방식으로 설계된 하부 전극을 갖는 OLED는 특히, 도 2에 도시된 것처럼 디스플레이 엘리먼트들(20a, 20b)을 가진 디스플레이 장치(20)를 위해 사용될 수 있다.
도 2는 디스플레이 엘리먼트(20)의 개념적 횡단면도를 도시하고, 여기서 후면층(22)은 기판(21)상에 배치되고, 후면층(22)이 패시베이션층으로서 일측상에 위치되며, 타측상에는 전자 컴포넌트들이 형성되어 OLED들(23, 24)을 구동하는데 사용된다. 후면층(22)은 예를 들어, 공지된 실리콘 전자장치들을 기반으로 설계되고, 즉 도핑 또는 비도핑된 실리콘으로 이루어지는 구조화된 또는 구조화되지 않은 층들로 설계되고, 실리콘의 산화물들 또는 질화물들로 이루어진 구조화된 또는 구조화되지 않은 패시베이션 층들로 설계된다. OLED들(23, 24)을 위한 하부 전극들(23a, 24a)이 후면층(22)에 제공된다. 하부 전극들(23a, 24a)은 도 1과 연계하여 상세히 전술한 실시예들 중 하나에 따라 설계된다. 하부 전극들(23a, 24a)은 광(25)이 발광되는 각각의 유기 영역(23b, 24b)에 접속된다. 상부 전극(26)은 유기 영역들(23b, 24b) 상부에서 연장된다. 또한, 구조화된 절연층(27)이 도 2에 제공된다.
하부 전극(10)의 사용은 디스플레이 장치(20)를 위한 도 2에서 기술되었다. 상기 설명들은 도 1에 도시된 것처럼 하부 전극을 갖는 2개 이상의 OLED들을 이용하는 발광 장치에 상응하는 방식으로 적용된다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 이하의 상세한 설명은 하부 전극(10)이 도 1을 참조로 설명된 실시예들 중 하나를 기초로 형성되며, 구체적으로는 하나 이상의 층들 및 보호성 변형층(13)의 형태일 수 있는 금속층(12)을 갖는 층 구조물로서 형성된다. 층 구조물은 각각의 하부 전극의 종방향의 라인들에 의해 도 3 내지 도 6에서 개념적으로 나타낸다. 도 3 내지 도 6의 기술된 배치들은 예를 들어 도 2를 참조로 설명된 바와 같은 디스플레이 장치들 또는 발광 장치들과 연계하여 사용될 수 있다. 도 3 내지 도 6의 다양한 실시예들은 각각의 경우 표준 타입과 반전된 타입의 OLED들에 대해 기술된다. 하부 전극(10)을 위한 층 구조물은 애노드가 유기층 영역 아래에 배치되고 캐소드는 유기층 영역 상부에 배치되는 표준 타입, 및 캐소드가 유기층 영역 아래에 배치되며 애노드가 유기층 영역 상부에 배치되는 반전된 타입의 상부-발광 OLED를 제조할 수 있도록 한다는 것이 발견되었다.
반전된 타입은 표준 타입에 비해, 예를 들어 CMOS 기술에 의해 또는 비정질 n-채널 Si-TFT들을 이용함으로써 연동되는 드라이버 전자장치들과 OLED의 간단한 통합이 가능하다는 장점을 갖는다. 더욱이, 유기층 영역 아래에 캐소드의 배치는 캐소드가 산소 또는 물과 같은 환경적 오염물들에 대해 양호하게 보호된다는 장점을 갖는다. 상부에 위치된 캐소드 물질들 상의 환경적 오염물들은 예를 들어 상부 전극의 명백한 분리들의 결과로서 컴포넌트의 장기간의 안정성에 바람직하지 못한 영향을 줄 수 있다. 부분적인 핀-홀들의 결과로서, 이것은 장기간의 안정성 면에서 문제들을 초래할 수 있다.
도 3A 및 도 3B는 표준 타입(도 3A 참조) 및 반전 타입(도 3B 참조)의 OLED를 갖는 층 구조물의 개념적 단면도를 도시한다. 도 3A 및 도 3B에 도시된 실시예들에서, 전자들과 정공들의 재결합에 의해 광이 방출되는 유기 영역(O)은 단일층을 갖고, 가장 간단한 형태의 OLED에 해당하는 경우 애노드(A)와 캐소드(K) 사이에 배치된다. 애노드(A), 캐소드(K) 및 유기층 영역(O)을 가진 적층부는 기판(S)상에 배치된다.
도 4A 및 도 4B는 표준 타입(도 4A 참조) 및 반전 타입(도 4B 참조)의 OLED를 갖는 층 구조물의 개념적 단면도들을 도시한다. 도 4A 및 도 4B에 도시된 실시예들에서, 유기층 영역(O)은 2개 이상의 층들을 갖는다. 전자 수송층(40)은 전자들을 위한 수송 기능을 수행한다. 정공 수송층(41)은 정공들을 위한 수송 기능을 수행한다. 광은 유기 물질로 형성된 전자 수송층(40)과 정공 수송층(41) 사이의 경계 영역(42)에서 전자들과 정공들의 재결합을 기초로 발광된다. 상기 경계 영역은 추가적인 유기 물질을 이용하는 부가층의 형태일 수도 있다.
도 5A 및 도 5B는 표준 타입(도 5A 참조) 및 반전 타입(도 5B 참조)의 OLED를 갖는 층 구조물의 개념적 단면도들을 도시한다. 유기층 영역(O)은 2개 이상의 층들을 갖는다. p-도핑된 정공 수송층(50), n-도핑된 전자 수송층(51) 및 발광층(52)이 유기층 영역(O)에 제공된다. 이러한 범주에서, 도핑이란 표현은 외부로부터의 원자들/분자들의 첨가에 의해 반도체층의 전도도의 영향을 고려하는 의미로 무기 반도체들에 대해 일반적으로 방식으로 사용된다. 도핑된 전하 캐리어 수송층들은 예를 들어 문헌 DE 102 15 210 A1의 다양한 실시예들에서와 같이 기술된다.
OLED의 층 시퀀스는 정공-주입 접촉부(애노드 A)가 상부 전극의 형태가 되도록 반전될 수 있다(도 5B 참조). 일반적으로, 이것은 반전된 유기 발광 다이오드들의 경우, 동작 전압들이 비교적 비반전 구조물들에서보다 상당히 더 높다는 것을 의미한다. 이것은 접촉부들의 이온화 에너지가 더 이상 특정하게 최적화될 수 없기 때문에, 접촉부들로부터 유기층 영역(O)으로의 보다 부족한 주입으로 인한 것이다. n-도핑된 정송 수송층 및/또는 p-도핑된 전자 수송층을 사용할 때, 정공 수송층 및/또는 전자 수송층(50, 51)이든지 상관없이, 상기 도핑은 전극들(A, K)로부터 유기층 영역(O)으로의 전하 캐리어들의 주입이 전극들(A, K) 자체의 이온화 에너지에 더 이상 의존하지 않는다는 것을 의미하기 때문에 상기한 단점이 극복될 수 있다. 상기 도핑은 전하 캐리어 수송층들(50, 51)이 증가되는 동작 전압 없이 보다 두껍게 형성될 수 있다는 것을 의미한다.
얇은 공간의 전하 영역은 전극들(A, K)의 도핑된 전하 캐리어 수송층들(50, 51)에 형성되고, 이를 통해 전하 캐리어들(전자들/정공들)이 효율적으로 주입될 수 있다. 터널 주입 및 매우 얇은 공간의 전하 영역은 주입 프로세스가 매우 활성적인(energetic) 배리어의 경우에도 더 이상 방해받지 않는다는 것을 의미한다. 각각의 전하 캐리어 수송층들(50, 51)은 유기 또는 무기 물질(도펀트)의 첨가에 의해 도핑되는 것이 바람직하다. 이러한 큰 분자들은 전하 캐리어 수송층들(50, 51)의 매트릭스 분자 구조에서 안정한 형태로 포함된다. 이것은 OLED의 동작 동안 및 열 적 부하를 받을 때, 높은 안정성을 유도한다(확산이 없음). 억셉터-타입 분자들은 정공 수송층을 위한 도펀트로서 사용되고, 도너-타입 분자들은 전자 수송층을 위한 도펀트로서 사용된다.
전도도 증가의 원인은 도핑된 층들에서 평형(equilibrium) 전하 캐리어들의 증가된 밀도이다. 이 경우, 전자 수송층(51)은 동작 전압을 급격히 상승시킬 필요 없이, 비도핑 층들에서 보다 더 두꺼운 층 두께들을 가질 수 있다(전형적으로 비도핑층들에 대해 약 20nm 내지 약 40nm의 두께). 정공 수송층(50)은 동작 전압의 증가를 유발하지 않으면서 비도핑 층들로 가능할 수 있는 것보다 더 두껍게 제조될 수도 있다. 따라서, 두 층들은 제조 프로세스 동안 이들 아래에 위치된 층들을 손상으로부터 보호하기에 충분하게 두껍다.
도 6A 및 도 6B는 표준 타입(도 6A 참조) 및 반전 타입(도 6B 참조)의 층 구조물의 개념적 단면도를 도시하고, OLED들은 도 5A 및 도 5B에 도시된 실시예들과 비교하여, 유기층 영역(O)에 중간층들을 부가적으로 갖는다.
문헌 DE 100 58 578.7 A1(X. Zhou 외의 Appl. Phys. Lett. 78, 410(2001) 참조)는 도핑된 전하 캐리어 수송층들이 중간층들과 안정적으로 결합될 때, 도 5A 및 도 5B를 참조로 상술한 것처럼 도핑된 전하 캐리어 수송층들을 갖는 유기 발광 다이오드들이 최적의 발광을 형성하는 방법을 기술한다. 도 6A 및 도 6B에 도시된 실시예들에서, 도핑된 전하 캐리어 수송층들(60, 61)은 유기층 영역(O)에서 중간층들(62, 63)과 결합된다. 중간층들은 각각의 경우 전하 캐리어 수송층(60, 61)과 발광층(64) 사이에 위치되고, 컴포넌트를 통과하는 전류 흐름의 결과로서 주입된 전하 캐리어들의 전기 에너지가 광으로 변환된다.
중간층들(62, 63)의 물질들은 동작 전압의 방향으로 전압이 인가될 때, 이들의 에너지 레벨이 도핑된 전하 캐리어 수송층과 중간층 사이의 경계층에서 과도하게 방해받는 다수 전하 캐리어(정공들 또는 전자들)를 초래하지 않고(낮은 배리어) 다수 전하 캐리어가 발광층(64)과 중간층(62, 63) 사이의 경계층에서 효율적으로 유지되도록(높은 배리어) 선택된다. 더욱이, 중간층(62, 63)에서 발광층(64)으로의 전하 캐리어들의 주입을 위한 배리어 높이는 경계 표면에서 전하 캐리어 쌍을 발광층(64)의 엑시톤으로 변환하는 것이 바람직하게 활발하도록 하기에 충분히 작아야 한다. 이것은 발광층(64)의 경계 표면들 상에서 발광 효율성을 감소시키는 엑시플렉스(exciplex: 들뜬 복합체) 형성을 방지한다. 전하 캐리어 수송층들(60, 61)은 높은 밴드갭을 갖기 때문에, 중간층들(62, 63)은 매우 얇게 선택될 수 있고, 그럼에도 불구하고 전하 캐리어들이 발광층(64)으로부터 전하 캐리어 수송층들(60, 61)의 에너지 상태들로 터널링하는 것은 불가능할 수 있다. 이것은 중간층들(62, 63)에도 불구하고 낮은 동작 전압을 사용할 수 있도록 한다. 이러한 면에서, 중간층들(62, 63)은 또한 전하 캐리어 수송층들(60, 61)의 매트릭스 물질과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
표준 타입의 일 실시예(도 6A 참조)는 다음의 층 배치를 포함한다:
1. 장착 기판(S),
2. 하부 전극(애노드 A),
3. 정공들을 주입 및 수송하기 위한 p-도핑 층(60),
4. 밴드 레벨들이 이들을 둘러싸는 층들의 밴드 레벨들과 일치하는 물질로 이루어진 정공 측상의 얇은 중간층(62),
5. 발광층(64)(가능한 이미터 다이(emitter dye)로 도핑됨),
6. 밴드 레벨들이 이들을 둘러싸는 층들의 밴드 레벨들과 일치하는 물질로 이루어진 얇은 전자 측의 중간층(63),
7. 전자들을 주입 및 수송하기 위한 n-도핑 층(61),
8. 상부 전극(캐소드 K), 및
9. 환경적 영향들을 배제시키기 위한 캡슐화부.
반전 타입의 다른 실시예(도 6B 참조)는 다음의 층 배치를 갖는다:
1. 장착 기판(S),
2. 하부 전극(캐소드 K),
3. 전자들을 주입 및 수송하기 위한 n-도핑 층(61),
4. 밴드 레벨들이 이들을 둘러싸는 층들의 밴드 레벨들과 일치하는 물질로 이루어진 얇은 전자-측의 중간층(63),
5. 발광층(64)(가능한 이미터 다이로 도핑됨),
6. 밴드 레벨들이 이들을 둘러싸는 층들의 밴드 레벨들과 일치하는 물질로 이루어진 정공 측상의 얇은 중간층(62),
7. 정공들을 주입 및 수송하기 위한 p-도핑 층(60),
8. 상부 전극(애노드 A), 및
9. 환경적 영향들을 배제시키기 위한 캡슐화부.
또한, 전하 캐리어 수송층(60, 61)과 발광층(64)의 밴드갭들이 이미 일 측면상에서 서로 일치되기 때문에 중간층들(62, 63) 중 단지 하나만이 사용되도록 제공될 수 있다. 더욱이, 전하 캐리어 주입과 전하 캐리어 수송층들(60, 61)의 전하 캐리어 수송의 기능들은 2개 이상의 층들 사이에서 분리될 수 있고, 상기 층들 중 적어도 하나는 정확히 각각의 전극(A, K)에 가장 근접하게 도핑된다. 도핑된 층이 각각의 전극(A, K)에 인접하게 위치되지 않으면, 도핑 층과 각각의 전극(A, K) 사이의 모든 층들은 전하 캐리어들이 효율적으로 터널링할 수 있도록 충분히 얇아야 한다(예를 들어 10nm 미만). 이러한 층들은 매우 높은 전도도를 갖는다면 더 두꺼울 수 있고, 이들 층들의 경로 저항은 인접한 도핑 층 보다 더 낮아야 한다. 그 다음, 중간층들은 전극(A, K)의 일부로서 간주되어야 한다. 몰 도핑 농도들은 전형적으로 1:10 내지 1:10000 범위이다. 도펀트들은 약 200g/mol 이상의 분자 질량들을 갖는 유기 분자들이다.
상기 상세한 설명, 청구범위 및 도면에서 기술되는 본 발명의 특징들은 개별적으로 및 임의의 목표된 조합으로 본 발명의 다양한 실시예들의 구현을 위해 중요할 수 있다.
Claims (30)
- 하부 전극(A; K), 투명한 상부 전극(K; A), 및 상기 2개의 전극들(A; K) 사이에서 상기 하부 전극과 상부 전극(A; K)에 접촉되게 배치된 유기층 영역(O)을 포함하고, 전자들과 정공들의 재결합에 의해 광이 형성될 수 있으며, 광이 상기 상부 전극(K; A)을 통해 방출되고, 상기 하부 전극(A; K)은 하부 전극층이 금속층(12)인 층 구조물을 갖는, 상부-발광 타입의 유기 발광 다이오드(OLED)를 위한 층 배치(layer arrangement)로서,상기 하부 전극(A; K)의 층 구조물에서 상기 금속층(12)상에 배치되고 상기 유기층 영역(O)에 접촉되는 보호성 변형층(13)을 포함하는, 유기 발광 다이오드(OLED)를 위한 층 배치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호성 변형층(13)은 금속, 산화물 또는 질화물 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보호성 변형층(13)은 약 2nm 내지 약 50nm의 층 두께를 갖고, 바람직하게는 약 5nm 내지 약 30nm의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호성 변형층(13)은 이하의 물질들 중 하나로 형성되거나 2개 이상의 이하의 물질들의 조합물로 형성되며, 이하의 물질은 TiyNx, ITO, Cr, Mo, Ta, Ti, Ni, NiyOx, TiyOx, NiyNx, PdyOx, PtyOx, PdyNx, PtyNx인 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층(12) 및 상기 보호성 변형층(13)을 갖는 적층부는 약 10nm 내지 약 500nm의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층(12) 및 상기 보호성 변형층(13)을 갖는 적층부는 고 반사성인 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층(12) 및 상기 보호성 변형층(13)을 갖는 적층부는 약 2nm RMS 미만의 거칠기를 갖고, 바람직하게는 약 1nm RMS 미만의 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층(12)은 2개 이상의 개별적인 금속층들(11a, 11b)로 이루어진 다층 구조물인 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 금속층(12)은 약 10nm 내지 약 500nm의 층 두께, 바람직하게는 약 40nm 내지 약 150nm의 층 두께를 갖는 하부의 개별적인 금속층(11a), 및 상기 하부의 개별적인 금속층(11a) 상에 배치되고 고 반사성(highly reflective)이며 약 5nm 내지 약 80nm의 층 두께, 바람직하게는 약 15nm 내지 약 40nm의 층 두께를 갖는 추가적인 개별적 금속층(11b)을 갖는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 개별적인 금속층들(11a, 11b) 중 하나 또는 모두는 Al, Ag, Al 또는 Ag의 합금, Cr, Ti, Mo, Ta, 또는 Cr, Ti, Mo 및/또는 Ta의 혼합물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부의 개별적인 금속층(11a) 및/또는 상기 추가적인 개별적 금속층(11b)은 약 2nm RMS 미만의 거칠기, 바람직하게는 약 1nm RMS 미만의 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 전극(10)은 기판(S)에 제공되는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 하부 전극 및 상부 전극(A; K)을 구동하기 위한 회로가 상기 기판(S)에 형성되고, 상기 회로는 접속 접촉부들(connecting contacts) 을 통해 상기 하부 전극 및 상부 전극(A; K)에 접속되는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 13 항 및 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부의 개별적 금속층(11a)은 상기 하부 전극(10)에 접속된 접속 접촉부를 형성하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 전극(10)의 층 구조물은 약 10Ω/sq 미만의 표면 저항, 바람직하게는 약 1Ω/sq 미만의 표면 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 전극(10)은 애노드(A)이고, 상기 상부 전극은 투명 캐소드(K)인 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 전극(10)은 캐소드(K)이고, 상기 상부 전극은 투명 애노드(A)인 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기층 영역(O)은 p-도핑된 정공 수송층(50; 60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기층 영역(O)은 n-도핑된 전자 수송층(51; 61)을 포함하는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 유기층 영역(O)은 정공-측 중간층(62) 및/또는 전자-측 중간층(63)을 포함하는 것을 특징으로 하는 층 배치.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 층 배치를 갖는 상부-발광 타입의 적어도 하나의 유기 발광 다이오드(OLED)를 각각 갖는 하나 이상의 디스플레이 엘리먼트들을 갖는 기판(S)상의 디스플레이 장치.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 층 배치를 갖는 상부-발광 타입의 적어도 하나의 유기 발광 다이오드(OLED)를 각각 갖는 하나 이상의 발광 엘리먼트들을 갖는 기판(S)상의 디스플레이 장치.
- 디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조를 위한 방법으로서, 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 층 배치를 갖는 상부-발광 타입의 적어도 하나의 유기 발광 다이오드(OLED)를 각각 갖는 하나 이상의 디스플레이 엘리먼트들/발광 엘리먼트들이 다음의 단계들을 포함하는 방법으로 기판(S)상에 형성되며, 상기 방법은,(a) 상기 기판(S)상에 하부 전극(A; K)을 형성하는 단계 - a1) 금속층(12)이 상기 기판(S)상에 형성되고, a2) 보호성 변형층(13)이 상기 금속층(12)상에 형성됨 -;(b) 유기층 영역(O)이 상기 하부 전극(A; K)에 접촉되도록 상기 하부 전극(A; K)상에 유기층 영역(O)을 형성하는 단계; 및(c) 상기 유기층 영역(O)이 상기 상부 전극(K; A)에 접촉되도록 상기 유기층 영역(O)상에 투명한 상부 전극(K; A)을 형성하는 단계를 포함하는 디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조 방법.
- 제 23 항에 있어서, 2개 이상의 개별적인 금속층들(11a, 11b)이 상기 금속층(12)을 형성하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조 방법.
- 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 금속층(12)은 상기 보호성 변형층(13)의 형성 이전에 구조화되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조 방법.
- 제 24 항 및 제 25 항에 있어서, 하부의 개별적인 금속층(11a)이 제공되어 구조화되고, 그 다음 추가적인 개별적 금속층(11b)이 제공되어 구조화되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조 방법.
- 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 보호성 변형층(13)이 그 다음 제공되어 구조화되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조 방법.
- 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 보호성 변형층(13)은 그 다음 구조화되지 않는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조 방법.
- 제 24 항에 있어서, 상기 하부의 개별적 금속층(11a)의 제공 및 구조화 이후, 상기 추가적인 개별적 금속층(11b)과 상기 보호성 변형층(13)이 형성되어 공동으로 구조화되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조 방법.
- 제 23 항에 있어서, 상기 금속층(12)과 상기 보호성 변형층(13)은 상기 기판(S)의 넓은 영역에 제공된 다음 구조화되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 또는 발광 장치의 제조 방법.
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