KR20080087006A - 유기 컴포넌트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 컴포넌트, 특히 전극(1; 2) 및 카운터 전극(2; 1)을 갖는 발광 유기 컴포넌트로서, 발광 유기 컴포넌트는, 전극(1; 2)과 카운터 전극(2; 1) 사이에 배열되고, 전극(1; 2) 및 카운터 전극(2; 1)과 전기적으로 접촉하며, 유기층들의 배열(3)은 전극(1; 2) 및 카운터 전극(2; 1)으로부터 주입된 전하 캐리어들을 유기층들의 배열(3)로 수송하기 위한 전하 캐리어 수송층들(4, 8)을 포함하는 유기층들의 배열(3)을 더 포함하고, 분자 도핑 물질로 만들어진 주입층(5; 9)이 전극(1, 2)과 전하 캐리어 수송층(4, 8) 사이에 유기층들의 배열(3)로 형성되고, 주입층은 전극(1; 2)에 대향되게 배열되는 전하 캐리어 수송층(4; 8)과 접촉되며, 분자 도핑 물질이 적어도 300 g/mol의 분자 질량으로 제공된다(도 1).

Description

유기 컴포넌트{ORGANIC COMPONENT}
본 발명의 전극 및 카운터 전극을 갖고, 전극과 카운터 전극 사이에 배열되며 전극 및 카운터 전극과 전기적으로 접촉하는 유기층들의 배열을 더 갖는 유기 컴포넌트에 관한 것이며, 유기층들의 배열은 전극 및 카운터 전극으로부터 주입된 전하 캐리어들을 유기층들의 배열로 수송하기 위한 전하 캐리어 수송층들을 포함한다.
그러한 컴포넌트들은 다양한 실시예들에서, 특히 발광 유기 컴포넌트들에 공지된다. 발광 유기 컴포넌트의 하나의 타입은 유기 발광 다이오드(OLED)들이다. Tang 등에 의한 낮은 작동 전압의 논증 이래로(C.W.Tang 등, Appl. Phys. Lett. 51(12), 913(1987) 참조), 유기 발광 다이오드들은 새로운 조명 및 디스플레이 엘리먼트들을 제조하기 위한 후보자들을 보장하였다. 이러한 모든 컴포넌트들은 유기 물질들의 얇은 층들의 시퀀스를 포함하며, 상기 시퀀스는 바람직하게는 기상 증착에 의해 진공에서 인가되거나 또는 용액에서 그들의 중합체 또는 저중합체 형태로 처리되는 것이 바람직하다. 금속층들에 의한 전기적 접촉 이후에, 접촉부들이 생성된 결과, 그들은 광범위한 전자 또는 광전자 컴포넌트들, 예를 들어, 다이오드들, 발광 다이오드들, 포토다이오드들, 트랜지스터들 및 가스 센서들을 형성하며, 이는 그들의 특성의 관점에서 무기층들에 기초하여 설립된 컴포넌트들과 경쟁한다.
유기 발광 다이오드들의 경우에, 광은 전하 캐리어들, 즉, 전극으로부터의 전자들 및 카운터 전극으로부터의 정공들의 그 사이에 배열된 유기층들의 배열로의 주입 또는 그 반대의 주입에 의해 발생되고, 외부적으로 인가된 전압, 활성화 영역의 후속하는 엑시톤들(전자/정공 쌍들)의 형성 및 광을 생성하기 위한 발광 영역에서의 이러한 엑시톤들의 재조합의 결과로서, 상기 광은 발광 다이오드로부터 방사된다.
종래의 무기-기반 컴포넌트들, 예를 들어, 실리콘 또는 갈륨 비화물과 같은 반도체들 위의 그러한 유기-기반 컴포넌트들의 이점은 큰 디스플레이 엘리먼트들(디스플레이 패널들, 스크린들)로 일컬어지는, 매우 큰 표면 영역을 갖는 엘리먼트들을 제조하는 것이 가능하다는 사실에 있다. 유기 시작 물질들은 무기 물질들과 비교하여 상대적으로 저렴하다. 또한, 유기 물질과 비교하여 낮은 그들의 처리 온도로 인하여, 이러한 물질들은 디스플레이 및 조명 기술 분야에서 많은 개수의 새로운 애플리케이션들을 개시하였다.
US 5,093,698호 문헌은 PIN 타입 유기 발광 다이오드(PIN-OLED)를 개시하며, 이는 도핑된 전하 캐리어 수송층들을 갖는 유기 발광 다이오드이다. 특히, 두 개의 전극들 사이에 위치되는 3개 유기층들로 만들어진 것이 사용된다. 상기 문헌에서, n-도핑된 및 p-도핑된 층들은 개별적으로 도핑된 층으로 정공들 및 전자들의 수송 및 전하 캐리어들의 주입을 개선한다. 제안된 구조는 적어도 5개 물질들을 포함하는 적어도 3개 층들로 구성된다.
에너지 레벨들 HOMO("Highest Occupied Molecular Orbital") 및 LUMO("Lowest Unoccupied Molecular Orbital")은 전자들 및 정공들의 충분한 재조합을 확보하도록 방사 영역에서 두 개 타입의 전하 캐리어가 트랩핑(trap)되도록 선택되는 것이 바람직하다. 방사 영역으로의 전하 캐리어의 제한은 방사 층 및/또는 전하 캐리어 수송층에 대한 이온화 전위 또는 전자 친화력을 적절히 선택함으로써 달성되며, 이는 하기에서 보다 상세히 논의될 것이다.
가시광을 발생시키는 하나의 필요조건은 재조합 영역에 형성된 엑시톤들이 방사될 광의 파장에 대응하는 적어도 한 에너지를 갖는 것이다. 여기서, 가장 노은 에너지들은 400 내지 475 nm 범위의 파장을 갖는 청색 광을 생성하도록 요구된다. 전하 수송층들로부터 방사 영역으로의 전하 캐리어들의 주입을 용이하게 하기 위하여 전자 수송층의 전자들의 레벨과 정공 수송층의 정공들의 레벨 간의 가능한 가장 높은 에너지 차가 존재하도록 방사 영역으로 그들의 에너지 레벨들의 관점에서 구성되는 바람직한 물질들을 이러한 층들을 위한 매트릭스 물질들로서 사용하는 것이 바람직하다.
발광 컴포넌트들의 작동 모드는 가시 스펙트럼 범위에 가까운 전자기 광, 예를 들어 적외선 또는 자외선 광을 방사하는 컴포넌트들의 작동 모드와 상이하지 않다.
전자 수송층들을 위한 물질들의 경우에, 실험은 LUMO의 에너지가 많아야 -2.7eV 또는 그 미만이어야 한다는 것을 발견하였다. 이것은 많아야 -2.1 V 대 Fc/Fc+(대 페로센/페로세늄(ferrocene/ferrocenium))의 값에 대응한다. OLED의 전자 수송층들을 위한 물질로서 사용되는 표준 물질들은 그러한 LUMO, 예를 들어, BPhen(LUMO -2.33 eV) 및 Alq3(LUMO -2.47 eV)를 갖는다. 정공 수송층들을 위한 물질의 경우에, HOMO는 바람직하게는 0 V 대 Fc/Fc+(대 페로센/페로세늄) 또는 그 이상에 대응하는, -4.8 eV이다.
적절한 도핑 효과를 달성하기 위하여, p-도펀트 및 n-도펀트는 p-도핑을 달성하도록 정공 수송층의 매트릭스의 산화 및 n-도핑을 달성하도록 전자 수송층의 매트릭스의 환원을 획득하기 위하여 특정 환원 전위/산화 전위를 가져야만 한다.
이온화 전위를 결정하기 위하여, 자외선 광전자 스펙트로스코피(UPS: ultraviolet photoelectron spectroscopy) 방법이 선호된다(R. Schlaf 등, J. Phys. Chem. B 103, 2984(1999)를 참조). 그러나, 이론적으로 가스 이온화 전위를 결정하는 것이 가능하다. 그러나, 두 개의 상이한 방법들에 의해 획득된 측정된 값들은 고체로 발생하는 상호작용으로 인하여 상이하다. 상호작용으로 인한 그러한 효과의 일실시예는 광이온화의 결과로서 생성되는 정공의 분극 에너지이다(N. Sato 등, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 2, 77, 1621(1981)). 이온화 전위는 높은 운동 에너지의 측면, 즉, 가장 약한 경계선 광전자상에서 광전자 방출이 시작하는 지점에 대응한다.
관련된 방법인 역 광전자 스펙트로스코피(IPES: inverse photoelectron spectroscopy)는 전자 친화력들을 결정하는데 사용되나(W. Gao 등, Appl. Phys. Lett. 82, 4815(2003) 참조), 이것은 덜 성립된 방법이다. 대안적으로, 고체 전위는 예를 들어, 순환성 전압 전류법(CV: cyclic voltammetry)에 의하여(J. D. Anderson, J. Amer. Chem. Soc. 120, 9646(1998) 참조) 용액에서 산화 전위(Eox) 및 환원 전위(Ered)의 전자화학적 측정에 의해 추정될 수 있다.
물리적(완전) 에너지 스케일(이온화 전위)로 전자 화학적 전압 스케일(산화 전위)을 변환하기 위한 경험적 공식이 공지된다(예를 들어, B. W. Andrade 등, Org. Electron. 6, 11(2005); T. B. Tang, J. Appl. Phys. 59, 5(1986); V. D. Parker, J. Amer. Chem. Soc. 96, 5656(1974); L. L. Miller, J. Org. Chem. 37, 916(1972); Y. Fu 등, J. Amer. Chem. Soc. 127, 7227(2005) 참조). 전자 친화력이 간신히 측정될 수 있기 때문에, 환원 전위와 전자 친화력 사이에는 상호 관계가 공지되지 않는다. 따라서, 간략화를 위하여, 전자 화학적 및 물리적 에너지 스케일이 IP = 4.8 eV + e*Eox(대 페로센/페로세늄) 및 EA = 4.8 eV + e*Ered(대페로센/페로세늄)을 사용하여 서로 변환된다(B. W. Andrade 등, Org. Electron. 6, 11(2005) 참조). 다양한 표준 전위 또는 산화 환원 쌍들의 변환이 예를 들어, A. J. Bard 등의 "Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications", Wiley, 2nd edition 2000에 개시된다. 측정을 위해 사용되는 용매의 영향과 관련된 정보는 N.G. Connelly 등의 Chem. Rev. 96, 877(1996)에서 발견될 수 있다.
HOMO의 에너지(또는 에너지층) 및 LUMO의 에너지(또는 에너지층)라는 용어와 동의적으로 이온화 전위 및 전자 친화력이라는 용어를 사용하는 것이 통상적이다 (쿠프만(Koopman) 원리). 이온화 전위/전자 친화력이 더 큰 값이 개별적인 분자에 해제된/부착된 전자의 더 강한 결합을 의미하는 방식으로 개시되었음을 유념해야 한다. 분자 오비탈(예를 들어, HOMO 또는 LUMO)의 에너지 스케일은 다른 방식으로 측정된다.
본 애플리케이션에서 주어진 전위는 고체에서의 값과 관련된다.
US 5,093,698호 문헌은 전극들로부터 유기층들로의 현저히 개선된 전하 캐리어 주입을 초래하는 OLED를 위한 컴포넌트 구조를 개시한다. 이러한 효과는 터널 메커니즘에 기초한 전하 캐리어 주입이 가능한 결과, 전극들로의 인터페이스에서 유기층의 에너지 레벨들의 현저한 밴드 벤딩(bending)에 기초한다(J. Blochwitz 등, Org. Electronics 2, 97(2001)). 도핑된 층들의 높은 전도성은 또한 OLED의 작동 동안에 거기 일어나는 전압 강하를 방지한다.
전극들과 전하 캐리어 수송층들 사이에 OLED들에서 발생할 수 있는 주입 배리어들은 열역학적으로 정당화된 최소 작동 전압과 비교하여 작동 전압의 증가에 대한 주 요인들 중 하나이다. 이러한 이유로, 예를 들어, 칼슘, 마그네슘 또는 바륨과 같은 금속들 등의 낮은 작업 기능을 갖는 캐소드 물질들에 의하여, 주입 배리어들을 감소시키기 위하여 많은 시도들이 있었다. 그러나, 이러한 물질들은 매우 반응적이고, 처리하기 어려우며, 전극 물질로서 제한된 범위에 적합하다. 또한, 그러한 캐소드들을 사용함으로써 야기된 작동 전압의 임의 감소는 단지 부분적이다.
캐소드로부터 전자 수송층으로의 전자들의 주입을 개선하기 위한 추가의 가 능성은 알루미늄 캐소드와 전극 수송층 사이에 얇은 층으로서 통합되는 LiF 또는 다른 리튬 화합물들을 사용하는 것을 돕는다. 알루미늄보다 더 낮은 작업 기능을 갖는 리튬이 프로세스에서 형성되는 것으로 추정된다(M. Matsumura 등, Appl. Phys. Lett. 2872, (1998)). 그러나, 이러한 방법은 단지 캐소드 물질로서 알루미늄을 사용할 때만 기능한다. 또한, 수 나노미터의 영역에서 매우 얇은 층들만이 원하는 효과를 일으키기 때문에, LiF 층에 대한 층 두께의 정확한 제어가 필수적이다. 방법은 유기층 시퀀스를 수반하는, 캐소드가 먼저 증착되는 반전된 구조들에 대한 만족스러운 방식으로 기능하지 않는다.
캐소드로부터 전자 수송층으로의 개선된 주입에 대한 다른 가능성이 공지되며(Bloom 등, J. Phys. 초드 2933, (2003) 참조), 여기서 낮은 작업 기능을 갖는 유기금속 착물들이 OLED들의 전자 수송층과 캐소드 사이에 얇은 층으로서 통합된다.
애노드 물질로서, OLED들에서 상대적으로 높은 작업기능을 갖는 물질들의 사용이 이루어진다. 예로서, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO) 등의 투명한 도전성 산화물들의 사용이 이루어진다. ITO 애노드들로부터 OLED들의 정공 투명 층들로의 주입을 개선하기 위한 시도가 이루어졌다. 예로서, ITO의 작업 기능은 산소 플라즈마로 ITO 표면을 타겟 처리함으로써 증가될 수 있다(M. Ishii 등, J. Lumin. 1165(2000)).
추가로, US 6,720,573 B2 및 US 2004/0113547 A1 문헌은 정공 주입 및/또는 정공 수송을 위한 층으로서 대체된 헥사아자트리페닐렌(hexaazatriphenylene)의 사 용을 제안하며, 결과적으로 애노드와 정공 수송층 사이에 주입 배리어가 감소된다. US 2004/0113547 A1 문헌은 헥사아자트리페닐렌으로 만들어진 주입층을 사용할 때 형성하는 "가상 전극"을 제안한다. 본 명세서에서, 주입층에서의 물질은 주입층의 물질이 중성 상태에서보다 환원 상태에서 더 높은 안정성을 가지는 것으로 추정된다. 추가로, 물질은 높은 정공 이동성 및 낮은 전자 이동성을 갖는다. US 2004/0113547 A1 문헌에서, 애노드 물질로부터의 자유 전자들이 헥사아자트리페닐렌층에 주어져, 결과적으로 이러한 층의 분자들이 부분적으로 환원되는 것이 제안된다. 전자들이 물질에서 낮은 이동성을 보이기 때문에, 그들은 가상 캐소드를 형성하는 애노드에 대한 인터페이스에 대항하여 빽빽한 채로 남아있다. 전압이 인가될 때, 애노드로부터 헥사아자트리페닐렌층으로의 정공들의 주입은 "가상 캐소드", 즉 애노드 바로 다음의 네거티브 전하들의 결과 보다 쉽게 이루어진다. 이러한 층의 높은 정공 이동성으로 인하여, 정공들은 그 후 실제 캐소드의 방향으로 계속해서 빠르게 이주한다.
추가로 US 2004/0113547 A1 문헌에서 이러한 주입층이 특히 낮은 작업 기능을 갖는 애노드 물질들로 우수한 결과를 초래한다는 것이 개시된다. 이러한 발견은 높은 작업 기능을 갖는 애노드 물질들을 사용하기 위한 통상의 시도에 대항한다. 그러나, 이것은 이러한 물질들의 사용가능성과 관련한 제약을 명백하게 나타낸다.
따라서 애노드로부터 OLED들의 전하 캐리어 수송층으로의 전하 캐리어 주입 및 캐소드로부터 OLED들의 전하 캐리어 수송층으로의 전하 캐리어 주입 모두에 대 한 제안이 공지된다. 그러나, 이러한 것들은 주입과 관련된 현존하는 문제점들을 단지 부분적으로만 해결할 수 있다. 특히, 전하 캐리어 수송층들로의 전하 캐리어들의 주입은 PIN-OLED들의 경우와 같이 주로 배리어들 없이 일어날 것이라는 것을 보장하지 않는다.
PIN-OLED 기술은 하기에서 보다 상세히 논의될 것이다.
추가로, 전하 캐리어의 수송은 원치 않는 전압 강하의 가능한 소스이다. 도핑되지 않은 층들에서, 전하 수송은 공간 전하-제한 전류 이론에 따라 발생된다(M. A. Lampert, Rep. Progr. Phys. 27, 329(1964) 참조). 여기서, 특정 전류 밀도를 유지시키는데 필요한 전압은 층 두께가 증가함에 따라, 그리고 전하 캐리어 이동성이 증가함에 따라 증가한다. 오늘날 유기 반도체 물질들은 10-5 cm2/Vs 이상의 높은 전하 캐리어 이동성을 가지나, 이것들은 종종 높은 휘도를 갖는 OLED들의 작동에서 필요한 것들과 같은 증가된 전류 밀도에서 전압 손실로부터 매우 자유로운 전하 캐리어 수송을 보장하기에 충분하지 않다. 이에 비하여, 수송층 두께를 위한 최소 층 두께가 예를 들어, 전극들 사이의 단락 및 금속 컨택들에서 발광의 소멸을 방지하기 위하여 접착되어야 한다.
PIN-OLED들에 대하여, 도핑된 층의 전도성은 도핑되지 않은 층보다 다섯 배까지 크거나 그보다 더 크다. 층은 저항 컨덕터처럼 작용하여, 결과적으로 (도핑된) 전하 캐리어 수송층들에 걸친 전압 강하가 심지어 높은 전류 밀도를 갖는 OLED들이 작동할 때조차 매우 낮다. 10-5 S/cm의 전도성으로, 예를 들어, 0.1 V의 전압 이 100 mA/cm2의 전류에서 100 nm의 두께를 갖는 도핑된 유기 전하 캐리어 수송층에 걸쳐 하강한다. 대조적으로, 10-5 S/cm의 이동성을 갖는 도핑되지 않은 전하 캐리어 수송층(전류의 공간 전하 제한)의 경우에, 5.4 V의 전압이 이러한 전류 밀도에 대하여 요구된다.
DE 100 58 578 C1 문헌에서, 중앙 방사층과 적어도 하나의 전하 캐리어 수송층 사이에 차단층이 삽입된다. 여기서, 전하 캐리어 수송층들은 마찬가지로 억셉터 또는 도너 중 하나로 도핑된다. 차단 물질들의 에너지 레벨이 발광 영역에서 전자들 및 정공들을 제한하도록, 즉, 확산에 의하여 전하 캐리어들이 발광 영역을 떠나는 것을 방지하도록 선택되어야 하는 방법이 개시된다. 따라서, 공지된 구조는 부가적인 중간층들이 또한 도펀트 불순물 장소에서 이전에 가능한 소광 효과들에 대해 버퍼 영역으로서 작용하기 때문에 실제로 높은 효율을 허용한다.
발광의 소거는 다수의 효과들에 의해 야기될 수 있다. 하나의 가능한 메커니즘은 엑시플렉스(exciplex) 형성으로 공지된다. 그러한 경우에, 실제로 발광 영역에서 이미터 분자상에 서로 재조합되도록 고안되는 정공들 및 전자들은 발광층에 대한 인터페이스들 중 하나에서 두 개의 상이한 분자들상에 위치된다. 이러한 소위 엑시플렉스 상태는 전하 수송 엑시톤으로서 이해될 수 있으며, 부자들은 상이한 특성을 수반한다. 차단 및 발광층에 대한 물질들의 부적합한 선택의 경우에, 실제 요구되는 엑시톤의 에너지가 이러한 엑시플렉스 상태에서 이미터 분자에 전송될 수 있도록, 이러한 엑시플렉스는 에너지에 관하여 가능한 가장 낮은 활성화 상태이다. 이것은 전장 발광의 양자 수율 및 따라서 OLED의 양자 수율의 감소를 초래한다. 이것은 적색 쪽으로 시프트되나, 그 후 일반적으로 매우 낮은 양자 수율에 의해 특징화되는 엑시플렉스의 전장발광과 관련된다.
OLED에서 발생하는 발광 소거에 대한 추가의 메커니즘은 한편으로 충전되거나 비충전된 도핑 분자들과의 엑시톤들의 상호작용 및/또는 다른 한편으로는 전하 캐리어들과 엑시톤들의 상호작용의 결과 발생한다. 제1 메커니즘은 상호작용의 짧은 범위(예를 들어, <10 nm)로 인하여 도핑되지 않은 차단층들을 사용함으로써 효과적으로 억제된다. 전하 캐리어들은 OLED의 작동 동안에 발광 영역에서 그리고 근처에서 발생해야만 하기 때문에, 최적화는 여기서 예를 들어, 밴드 불연속점에서 전하 캐리어들의 축적이 방지되는 효과에만 일어날 수 있다. 이것은 전하 캐리어 주입에 대한 배리어들을 방지하고, 따라서 전하 캐리어들의 축적을 방지하기 위하여 차단 물질 및 이미터에 대한 밴드 레벨의 선택 특정 요구사항들을 제기한다.
엑시톤들의 비발광 소광 프로세스들을 억제함으로써 OLED 효율을 증가시키는 상기 개시된 효과 외에도, 수송층과 발광 영역 사이의 인터페이스에서의 중간층들의 사용은 또한 발광 영역으로의 전하 캐리어 주입을 용이하게 하기 위한 목적을 충족시킬 수 있다. 가시광을 생성하기 위하여, 적어도 OLED에 의해 방사된 광의 파장에 대응하는 에너지를 갖는 이미터 분자들상에 엑시톤들을 발생시키는 것이 필수적이다. 이러한 에너지는 종종 정공 수송층의 HOMO와 전자 수송층의 LUMO 사이의 차에 의해 한정되는 레벨의 차보다 큰 값에 대응한다. 그 후 이러한 인터페이스에서의 증가된 전하 캐리어 밀도 및 공간 전하 영역의 형성을 초래할 수 있는 전 하 캐리어 수송층들로부터 발광 영역으로의 주입에 대한 과도하게 큰 주입 배리어들을 방지하기 위하여, 종종 전하 캐리어 수송층과 발광 영역 사이의 수 나노미터 범위의 두께를 갖는 부가적인 얇은 층들을 도입하는 것이 바람직하다. 이러한 것들은 그 후 그들의 에너지의 관점에서, 전하 캐리어 수송층들 사이에 그들의 HOMO(정공 수송층의 경우에) 또는 그들의 LUMO(전자 수송층의 경우에)의 레벨 및 발광 영역의 레벨에 있어야하며, 그 결과 전하 캐리어 수송이 용이해지고, 공간 전하 영역의 형성이 방지된다.
적절한 층 배열로, PIN 기술 기반 OLED들은 매우 낮은 작동 전압을 갖는 동시에 매우 높은 전류 효율을 달성하며, 그 결과, 100 lm/W를 초과하는 극도로 높은 성능 효율을 달성하는 것이 가능하며(J. Birnstock 등, IDW, Proceedings, S. 1265-1268(2004)), 이는 대안적인 기술들로 가능하지 않다.
그러나, 도핑된 전하 캐리어 수송층들의 제조는 OLED의 제조에 있어서의 부가적인 기술적 장애물을 나타낸다. 하나 이상의 층들에서의 두 개 이상의 물질들의 동시적 증발에 의해 종종 구성되는 발광 영역 이외에, 부가적으로 PIN OLED들에 대하여 각각의 경우에 두 개 물질들로부터 수송층들을 제조하는 것이 필수적이다. 따라서, 이 때문에 개별적으로 가열되고 제어되어야만 하는 두 개의 증발 소스들이 요구되며, 증발 소스들은 보다 복잡하고 따라서 제조 설비 설계 비용이 많이 드는 것과 연관된다. 예를 들어, OLED 물질들과 로딩되는 캐리어 가스로부터 층들을 성장시키는 단계에 의하여, OLED층들을 제조하는 다른 방법은 또한 동시적 증착에 관하여 보다 복잡해진다. 그러한 방법들에 대하여, 제조 설비에서 냉각기 부분들에 서 덜 휘발성인 재료의 가능한 증착을 방지하도록, 증착될 물질들의 증발 온도는 가능한 한 서로 가까운 것이 바람직하다는 것이 특히 보장되어야 한다. 그러나, 그러나 증발 온도들이 너무 멀다면, 따라서, 가스 스트림과 접촉하는 설비 부분들은 그러한 증착을 방지하도록 적절히 높은 온도를 초래해야 하며, 뜨거운 용기 벽들에서 보다 휘발성인 컴포넌트의 화학적 분해의 위험이 존재한다. 또한, 전하 수송층들의 도핑의 경우에, 수송 매트릭스와 도펀트 사이에 반응이 이미 가스 위상에서 발생할 수 있다는 것을 상상할 수 있다.
WO 2005/086251호 문헌은 유기 반도체 매트릭스 물질, 유기 반도체 물질 및 전자 컴포넌트들에 대한 n-도펀트로서, 그리고 또한 도펀트 및 리간드로서 금속 복합물의 사용을 다룬다.
유기 발광 다이오드들에 대한 애플리케이션의 주요 분야들 중 하나는 디스플레이 기술이다. 패시브 매트릭스 디스플레이 엘리먼트들의 분야 및 액티브 매트릭스 디스플레이 엘리먼트들의 분야에서, OLED들은 근 몇 년간 시장 점유율 증가를 보였으며, 가격 압박이 자연적으로 높아졌다. 이 때문에, PIN OLED의 제조에 있어서의 증가된 기술적 제조 경비는 종래의 OLED들과 비교하여 개선된 성능 특성에 대항하여 신중히 판단되어야만 하며, 이는 몇몇 환경 하에서 PIN 기술의 상업적 성공이 손상될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 목적은 전극들로부터 전극들 사이에 유기층들의 배열로의 전하 캐리어 주입이 개선된 유기 컴포넌트를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 유기 컴포넌트, 특히 발광 유기 컴포넌트에 의해 달성되는데, 상기 발광 유기 컴포넌트는 전극(1; 2), 카운터 전극(2; 1), 및 전극(1; 2)과 카운터 전극(2; 1) 사이에 배열되고, 전극(1; 2) 및 카운터 전극(2; 1)과 전기적으로 접촉하는 유기층들의 배열(3)을 포함하며, 유기층들의 배열(3)은 전극(1; 2) 및 카운터 전극(2; 1)으로부터 유기층들의 배열(3)로 주입되는 전하 캐리어들을 수송하기 위한 전하 캐리어 수송층들(4, 8)을 포함하고, 분자 도핑 물질로 만들어진 주입층(5; 9)이 전극(1, 2)과 전하 캐리어 수송층(4, 8) 사이에 유기층들의 배열(3)로 형성되고, 주입층은 전극(1; 2)에 대향되게 배열되는 전하 캐리어 수송층(4; 8)과 접촉하며, 분자 도핑 물질은 적어도 300 g/mol의 분자 질량으로 제공된다. 분자 도핑 물질은 도핑 물질이 p-타입이라면, Fc/Fc+에 관하여 대략 0 V 이상인 환원 전위를 갖는다. 분자 도핑 물질은 분자 도핑 물질이 n-타입이라면, Fc/Fc+에 관하여 대략 -1.5 V 이하인 산화 전위를 갖는다.
전극이 애노드로서 형성된다면, 애노드에 대향하여 배열되는 전하 캐리어 수송층은 정공 수송층이며, 주입층은 p-타입의 분자 도핑 물질로 만들어진다. 전극이 캐소드로서 형성된다면, 캐소드에 대향하여 배열되는 전하 캐리어 수송층은 전극 수송층이며, 주입층은 n-타입의 분자 도핑 물질로 만들어진다.
놀랍게도, 전극들과 전하 캐리어 수송층들 사이에 전하 캐리어 수송층들의 도핑을 위하여 예를 들어, PIN OLED들에서 사용되는 바와 같이 분자 도핑 물질들로 만들어진 하나 이상의 주입층들에 의하여 유기 컴포넌트의 작동 동안의 작동 전압이 현저히 감소될 수 있다는 것이 발견되었다. 본 발명은 애플리케이션 전압을 최소 값으로 낮추는 것을 가능하게 함과 동시에, 지금까지 PIN 타입의 OLED들에 대한 유기 발광 컴포넌트들의 경우에 가능하였다.
추가로, 분자 도핑 물질로 만들어진 주입층(들)의 사용으로 인하여, 특히, 발광 유기 컴포넌트들의 경우에, 강한 광에 노출될 때조차 컴포넌트가 작동 전압의 어떠한 상승도 보이지 않는 결과, 유기 컴포넌트의 UV광 노출로 인한 저하가 방지된다.
분자 도핑 물질들은 층들을 형성하기 위하여 어떠한 분해도 없이 진공 증발에 의하여 증착될 수 있는 분자 재료이다. 이러한 것들은 유기 또는 무기 재료들, 적어도 6개 원자들, 바람직하게는 20개 이상의 원자들을 포함하는 분자들이다. 분자 도핑 물질은 또한 적어도 두 개의 분자 서브-유닛들이 형성되는 분자 염이고, 분자 서브-유닛들의 원자들은 다시 한번 적어도 6개 원자들, 바람직하게는 20개 이상의 원자들을 포함한다. 유사하게, 분자 도핑 물질은 분자 전하 수송 착물, 상기 언급된 조건을 만족하는 원자들일 수 있다. 분자 도핑 물질들은 적어도 300 g/mol의 분자 질량을 가진다.
본 발명의 바람직한 일실시예에서, 전극이 애노드(1)로서 형성되는 경우, 카운터 전극은 캐소드(2)이며, n 타입의 추가의 분자 도핑 물질로 만들어지는 추가의 주입층(9)이 캐소드(2)와 캐소드(2)에 대향하여 배열된 전극 수송층(8) 사이에 유기층들의 배열(3)로 형성되고, 추가의 주입층은 캐소드(2)에 대향하여 배열된 전극 수송층(8)과 접촉하고, n-타입의 추가의 분자 도핑 물질은 적어도 300 g/mol의 분자 질량을 갖는다. 결과적으로, 전극으로부터의 전하 캐리어들의 개선된 주입 외에도, 카운터 전극으로부터의 전하 캐리어들의 주입은 또한 개선될 수 있다. 컴포넌트에서의 전하 캐리어 균형은 개선되어, OLED들의 경우에 효율 증가를 초래한다. 또한, 작동 전압은 두 개 전극들에서 이제 더 낮은 주입 배리어가 존재하기 때문에 감소된다.
본 발명의 의미 있는 일실시예에서, 전극에 대향하여 배열된 전하 캐리어 수송층은 도핑된 전하 캐리어 수송층이도록 제공될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 바람직한 효과들은 도핑된 수송층들의 명확한 특성들과 결합된다. 그러한 배열은 개선된 UV 안정성 및 추가의 개선된 전하 캐리어 주입을 초래하며, 결과적으로 작동 전압은 더 감소될 수 있다.
본 발명의 하나의 추가의 전개는 전극에 대향하여 배열된 전하 캐리어 수송층이 분자 도핑 물질로 도핑되는 것을 제공한다. 결과적으로, 부가적인 소스가 요구되지 않고, 제조 프로세스는 보다 저렴해지며, 더 적은 상이한 물질들이 요구된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에서, 카운터 전극에 대향하여 배열된 전하 캐리어 수송층은 도핑된 전하 캐리어 수송층이도록 제공될 수 있다. 본 발명의 추가의 하나의 전개는 전극에 대향하여 배열된 전하 캐리어 수송층이 추가의 분자 도핑 물질로 도핑되도록 제공한다.
본 발명의 바람직한 추가의 전개에서, 주입층이 대략 0.1 nm 내지 대략 100 nm 사이의 두께로, 바람직하게는 대략 0.5 nm 내지 대략 10 nm 사이의 두께로 형성되도록 제공된다. 바람직하게는, 본 발명의 하나의 전개는 추가의 주입층이 대략 0.1 nm 내지 대략 100 nm 사이의 두께로, 바람직하게는 대략 0.5 nm 내지 대략 10 nm 사이의 두께로 형성되도록 제공된다. 얇은 층들에 의하여, 가능한 흡수 손실 및 물질 소비의 최소화가 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에서, 주입층은 전극과 접촉하도록 제공될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 추가의 바람직한 한 전개에 있어서, 전극과 접촉하는 금속층 및 주입층이 전극과 주입층 사이에 형성되도록 제공된다. 전하 캐리어들의 주입은 금속 중간층으로부터 전하 캐리어 수송층들로 발생하여, 주입 특성들의 개선이 또한 이러한 지점에서 달성된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에서, 카운터 전극과 접촉하는 추가의 주입층이 제공될 수 있다. 대안적인 일실시예에서, 본 발명의 한 전개는 카운터 전극 및 추가의 주입층과 접촉하는 추가의 금속층이 카운터 전극과 추가의 주입층 사이에 형성되는 것을 제공한다.
본 발명의 바람직한 추가적인 한 전개에 있어서, 유기층들의 배열에서 하나 또는 복수의 유기층들이 진공 증발에 의하여 증착되도록 제공된다. 또한 유기층들의 배열에서 하나 또는 복수의 유기층들이 중합체층들로서 형성되도록 제공될 수 있다.
기술적인 제조 프로세스에 대하여, 또한 사용되는 분자 도핑 물질들이 진공 프로세스에서 처리될 수 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 하나의 바람직한 실시예는 분자 도핑 물질 및/또는 추가의 분자 도핑 물질이 적어도 100℃의, 바람직하게는 적어도 140℃의, 보다 바람직하게는 적어도 160℃의 최소 증발 온도를 갖도록 제공된다. 이것은 도핑 물질이 컴포넌트의 다른 기능적 층들로 멀리 이송되지 않도록 보장하며, 이는 컴포넌트의 성능에 부정적인 영향을 초래할 수 있다. 특히 대량 제조 프로세스에서의 물질들의 사용에 대하여, 도핑 물질의 증기압 및 증발 온도는 두 개의 임계적 파라미터들이며, 이는 너무 낮은 증발 온도 또는 실온에서 너무 높은 증기압은 제조 프로세스에서 다른 적절한 물질들을 제외시키기 위한 기준이기 때문이다.
추가적으로, 분자 도핑 물질들이 증발에 의해 정화될 수 있다면, 도핑 물질은 컴포넌트를 제조할 때 높은 정도의 순도에 사용된다. 이 때문에, 도핑 물질은 도핑 물질의 열적 분해 온도보다 현저히 아래의 온도에서 승화를 겪을 수 있도록 제공된다. 증발 온도와 분해 온도 사이의 차는 적어도 20℃, 바람직하게는 적어도 대략 40℃, 보다 바람직하게는 적어도 대략 60℃이다. 이것은 또한 컴포넌트의 제조 동안에, 제조 설비에서 도핑 물질의 분해 및 후반부의 오염이 발생하지 않는 것을 보장한다. 따라서, 바람직하게는, 본 발명의 한 전개는 분자 도핑 물질 및/또는 추가의 분자 도핑 물질에 대하여, 증발 온도와 분해 온도 사이의 차는 적어도 20℃, 바람직하게는 적어도 대략 40℃, 보다 바람직하게는 적어도 대략 60℃이도록 제공된다.
본 발명의 바람직한 일실시예는 p-타입의 상기 분자 도핑 물질이 Fc/Fc+에 관하여 대략 0.18 V 이상, 바람직하게는 대략 0.24 V 이상인 환원 전위를 갖도록 제공한다. 환원 전위는 적절한 용매, 예를 들어 아세토니트라일에서 물질의 순환성 전압 전류법에 의하여 결정될 수 있다. 순환성 전압 전류법 및 환원 전위를 결정하기 위한 다른 방법들을 수행하는 것과, 기준 전극 페로센/페로세늄(Fc/Fc+)과 다른 기준 전극들 사이의 관계에 대한 상세한 정보는 A. J. Bard 등, "Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications", Wiley, 2nd edition 2000에서 발견될 수 있다. 환원 전위가 더 클수록, 정공 수송층으로서 사용될 수 있는 물질의 범위도 더 커진다. 결과적으로, 보다 안정한(UV/온도) 저렴한 물질들을 사용하고, 더 긴 수명을 갖는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 일실시예는 카운터 전극이 캐소드이고, 캐소드에 대향하여 배열된 전하 캐리어 수송층이 전자 수송층이며, 추가의 주입층이 n-타입의 분자 도핑 물질로 만들어지는 것을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예는 n 타입의 분자 도핑 물질이 Fc/Fc+에 관하여 대략 -2.0 V 이하, 바람직하게는 대략 -2.2 V 이하인 산화 전위를 갖는 것을 제공한다. 산화 전위가 더 낮을수록, 전자 수송층으로서 사용될 수 있는 물질의 범위는 더 커진다.
도핑되지 않은 전하 캐리어 수송층을 사용할 때, 복수의 물질들의 동시적 증발에 의하여 전하 캐리어 수송층들을 제조할 필요가 없어지고, 결과적으로 제조 프로세스는 도핑된 층들의 형성과 비교하여 간략화된다.
본 발명은 특히 발광 유기 컴포넌트들에 관하여 개시된 장점들을 야기한다. 본 발명의 바람직한 일실시예는 유기층들의 배열이 발광 영역을 포함하고, 결과적으로 발광 유기 컴포넌트가 형성되는 것을 제공한다. 한 실시예에서, 도핑된 수송층들의 제거의 경우에, 발광 소거가 충전되거나 충전되지 않은 도핑 분자들과 엑시톤들의 상호작용의 결과로서 발생할 수 있기 때문에, 전하 캐리어 수송층들과 발광 영역 사이의 중간층들을 제거하는 것이 선택적으로 가능하다.
본 발명의 추가의 바람직한 전개에 있어서, 발광 유기 컴포넌트는 최상부 발광하도록 제공된다. 바람직하게는, 본 발명의 대안적인 전개는 발광 유기 컴포넌트가 바닥부 발광하는 것을 제공한다. 발광 유기 컴포넌트는 투명하게 제공될 수 있다. 반전된 배열 또한 제공될 수 있다.
본 발명은 실시예들에 기초하여 도면들을 참조로 하기에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 애노드와 캐소드 사이에 유기층들의 배열이 배열되는 유기 컴포넌트의 개략적인 도면을 보여준다.
도 2는 애노드와 캐소드 사이에 발광층을 포함하는 유기층들의 배열이 배열되는 발광 유기 컴포넌트의 개략적인 도면을 보여준다.
도 3은 종래 기술에 따른 유기 PIN 발광 다이오드 및 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 대한 전압에 따른 휘도를 그래프 형태로 개시한다.
도 4는 종래 기술에 따른 유기 PIN 발광 다이오드 및 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드에 대한 전압에 따른 전류 밀도를 그래프 형태로 개시한다.
도 1은 애노드(1)와 캐소드(2) 사이에 유기층들의 배열(3)이 형성되는 유기 컴포넌트의 개략적인 도면을 보여준다. 전압은 애노드(1) 및 캐소드(2)를 통해 유기층들의 배열(3)에 인가될 수 있다. 그러한 구조는 다양한 유기 컴포넌트들, 예를 들어, 다이오드들, 발광 다이오드들, 광 다이오드들 등에서 통합될 수 있다.
유기층들의 배열(3)은 애노드(1)에 대향하여 배열되는 정공 수송층(4)을 포함한다. 유기층들의 배열(3)에서 정공 수송층(4)에 의하여, 전압이 인가될 때 p-타입의 분자 도핑 물질로 만들어진 애노드-측면 주입층(5)을 통해 애노드(1)로부터 주입되는 정공들이 능동 영역(6)으로 수송된다. p-타입의 분자 도핑 물질로서, 예를 들어, 다음의 물질로 만들어진 것이 사용될 수 있다: 2-(6-디시아노메틸렌-1,3,4,5,7,8-헥사플루오로-6H-나프탈렌-2-이리덴)-말로노니트라일.
능동 영역(6)은 예를 들어 발광 영역이며, 정공들 및 전자들이 재조합되어, 발광한다.
도 1에 따르면, 유기층들의 배열(3)은 추가로 캐소드(2)에 대향하여 배열되는 전자 수송층(8)을 포함한다. 유기층들의 배열(3)의 전자 수송층(8)에 의하여, 전압이 인가될 때, n-타입 분자 도핑 물질로 만들어진 캐소드-측면 주입층(9)을 통해 캐소드(2)로부터 주입되는 전자들은 능동 영역(6)으로 수송된다. n-타입의 분자 도핑 물질로서, 예를 들어, 다음의 물질로 만들어진 것이 사용될 수 있다: 테트라키스(1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘)디텅스텐(Ⅱ).
도 2는 발광 유기 컴포넌트의 개략적인 도면을 보여주며, 여기서 발광층으로 서 설계된 능동 영역(6)을 포함하는 유기층들의 배열(3)은 애노드(1)와 캐소드(2) 사이에 배열된다.
도 1 및 2에 도시된 유기 컴포넌트들은 다른 실시예들(미도시)에서 유기층들의 배열(3)내의 또는 유기층들의 배열(3) 외부의 추가 층들을 포함한다. 예를 들어, 특히 발광 유기 컴포넌트에 대하여, 전하 캐리어들을 차단하도록 작용하는 중간층들이 제공되는 실시예들에 공지된다.
도 3은 본 발명에 따른 유기 발광 다이오드(본 발명에 따른 OLED; 삼각형); 및 종래 기술에 따른 유기 PIN 발광 다이오드(종래 기술에 따른 PIN-OLED; 사각형)에 대한 전압에 따른 휘도의 그래프 형태 도면을 보여준다.
도 4는 본 발명에 따른 OLED(삼각형) 및 종래 기술에 따른 PIN-OLED에 따른 전류 밀도의 그래프 형태 도면을 보여준다.
두 개의 OLED들을 제조하기 위하여, 유기층들 및 금속층들이 제조 프로세스 동안에 진공을 중단하지 않고, 대략 10-7 mbar의 압력에서 초고진공 시스템으로 ITO-코팅된 유리상에 열적 증발에 의하여 증착되었다. 증착율 및 증착 두께는 수정 발진기에 의하여 모니터링되었다.
본 발명에 따른 OLED는 다음의 구조를 갖는다:
1.1) 2 nm 2-(6-디시아노메틸렌-1,3,4,5,7,8-헥사플루오로-6H-나프탈렌-2-이리덴)말로노니트라일
1.2) 50 nm 2,2',7,7'-테트라키스(N,N-디메틸페닐아미노)-9,9'-스피로비플루 오렌
1.3) 10 nm NPB
1.4) 10% 이리듐(Ⅲ) 비스(2-메틸디벤조[f,h]퀴노잘린)(아세틸아세토네이트)으로 도핑된 20 nm NPB
1.5) 70 nm 2,4,7,9-테트라페닐페난쓰롤린
1.6) 2 nm 테트라키스(1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘)디텅스텐(Ⅱ)
1.7) 100 nm 알루미늄
이것은 615 nm에서 방사 최대치를 갖는 적색 OLED이다. 샘플은 3.1 V의 전압에서 1000 cd/m2의 휘도에 도달한다. 이러한 휘도에서 전류 효율은 24cd/A이다.
참조로서 제조된 종래 기술에 따른 OLED는 다음의 구조를 갖는다:
2.1) 4% 2-(6-디시아노메틸렌-1,3,4,5,7,8-헥사플루오로-6H-나프탈렌-2-이리덴)말로노니트라일로 도핑된 50 nm 2,2',7,7'-테트라키스(N,N-디메틸페닐아미노)-9,9'-스피로비플루오렌
2.2) 10 nm NPB
2.3) 10% 이리듐(Ⅲ) 비스(2-메틸디벤조[f,h]퀴노잘린)(아세틸아세토네이트)으로 도핑된 20 nm NPB
2.4) 10 nm 2,4,7,9-테트라페닐페난쓰롤린
2.5) 2% 테트라키스(1,3,4,6,7,8-헥사하이드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘) 디텅스텐(Ⅱ)으로 도핑된 60 nm 2,4,7,9-테트라페닐페난쓰롤린
2.6) 100 nm 알루미늄
이것은 610에서 방사 최대치를 갖는 PIN 타입의 적색 OLED이다. OLED는 2.7 V의 전압에서 1000cd/m2의 휘도에 도달한다. 이러한 휘도에서 전류 효율은 26cd/A이다.
도 4의 곡선은 낮은 전류 밀도에서, 먼저 본 발명에 따른 OLED 및 종래 기술에 따른 OLED에 대하여 달성된다. 단지 0.1mA/cm2의 전류 밀도로부터 곡선들에 차가 존재한다. 본 발명에 따른 OLED에 대한 곡선에는 느린 상승이 존재한다. 10mA/cm2의 전류 밀도에 대하여, 본 발명에 따른 OLED보다 종래 기술에 따른 OLED에 대하여 0.5 V 낮은 전압이 요구된다.
애노드 및 캐소드로부터의 전하 캐리어들의 주입은 임의의 캐리어들 없이 발생하여, 접촉 저항 때문에 부가적인 전압 강하가 발생하지 않는다. 특히, 임계치 전압은 단지 2.0 V이다. 반면에, 컴포넌트에 의해 방사된 광자들의 에너지는 단지 2.0eV이다. 이것은 또한 종래 기술에 따른 OLED 및 본 발명에 따른 OLED에서 접촉 저항이 발생하지 않는 것을 의미한다.
놀랍게도 종래 기술에 따른 OLED 및 본 발명에 따른 OLED의 비교에서 특정 전류 밀도에 도달하기 위한 전압의 상승은 이것과 마찬가지로 낮다. 이것은 심지어 본 발명에 따른 OLED의 도핑되지 않은 전하 수송층들의 전체 층 두께가 100 nm 두께를 초과할 때의 경우이다.
이것은 특히 종래 기술과 비교하여 놀라운 결과를 보인다. 정공 주입층으로서 1.6 V 내지 1 V의 높은 환원 전위(US 2004/0113547 A1 참조) 및 표준 수소 전극에 대항하여 순환성 전압 전류법에 의하여 측정된(Bloom 등, J. Phys. Chem. 2933(2003)), 1.28 V 내지 1.44 V의 낮은 산화 전위를 갖는 물질들로 만들어진 주입층들이 공지된다. US 2004/0113547 A1호 문헌으로부터 공지된 주입층들에 대하여, 낮은 작동 기능을 갖는 특별한 애노드 물질들이 낮은 작동 전압을 달성하기 위하여 요구된다. 달성된 임계치 전압들은 본 발명과 비교하여 더 높고, 곡선들은 납작한 프로파일을 갖는다. 낮은 산화 전위를 갖는 공지된 물질들(Bloom 등, J. Phys. Chem. 2933, (2003) 참조)은 또한 본 발명과 비교하여 더 높은 임계치 전압들을 보인다.
PIN-OLED들에서 전하 캐리어 수송층들의 도핑에 적합한 도핑 물질들로 만들어진 주입층들을 사용함으로써, 종래 기술에 비하여 현저한 개선을 달성하는 것이 간으하다. 특히, US 2004/0113547 A1호 문헌에서보다 애노드 측면상에 사용된 p-도펀트의 전자 친화력이 더 높다. 유사하게, 캐소드 측면상에 사용된 n-도펀트의 이온화 전위는 종래 기술에서 사용된 것보다 낮다(Bloom 등, J. Phys. Chem. 2933, (2003) 참조). 결과적으로 현저하게 가파른 곡선들만이 달성될 수 있는 동시에 OLED 컴포넌트의 낮은 임계치 전압을 갖는다. 결과적으로 현저하게 높은 성능 효율이 달성될 수 있다. 종래 기술에 비하여 이러한 전개의 단계는 놀라우며, 이전에 작업들로부터 추론되거나 명백해지지 않는다. 두꺼운 수송층들의 사용 가능성으로 인하여, 제조 프로세스는 층 두께의 변화에 민감하지 않고, 결과적으로 제조 수율은 증가되고 컴포넌트 제조의 전체 비용이 감소된다.
특히, 1000 cd/m2에 이르는 휘도에 대하여 본 발명에 따른 OLED와 종래 기술에 따른 OLED 사이의 작동 전압의 차는 작다. 가능한 다수의 애플리케이션들에 대하여, 예를 들어, 능동 매트릭스 디스플레이 엘리먼트들 또는 조명 엘리먼트들에 대하여, 1000 cd/m2의 이하의 휘도면 매우 충분하다. 따라서, 특히, 중간 컴포넌트 휘도에 대한 낮은 가능한 애플리케이션들에 대하여 본 발명은 PIN 기술에 대한 매우 우수한 대안을 나타낸다. 본 발명에 의하여, 낮은 작동 전압을 달성하기 위하여 도핑된 전하 캐리어 수송층들의 동시적 증발을 수행할 필요성을 방지하는 것이 가능하다. 또한, 높은 효율을 달성하기 위하여 PIN-OLED들이 요구되는 층들을 제거하는 것이 선택적으로 가능하다. 이것은 전하 캐리어 수송층들 및 발광 영역 사이의 인터페이스에서 도핑되지 않은 얇은 중간층들과 관련되며, 이는 보통 PIN-OLED들에서 요구된다.
상기 설명, 청구항 및 도면들에 개시된 본 발명의 특징들은 개별적으로도 중요하고, 그것의 다양한 실시예들에서 본 발명의 실행을 위한 임의적인 서로간의 조합 또한 중요하다.

Claims (23)

  1. 유기 컴포넌트, 특히 발광 유기 컴포넌트로서,
    상기 발광 유기 컴포넌트는 전극(1; 2), 카운터 전극(2; 1), 및 전극(1; 2)과 카운터 전극(2; 1) 사이에 배열되고, 상기 전극(1; 2) 및 상기 카운터 전극(2; 1)과 전기적으로 접촉하는 유기층들의 배열(3)을 포함하며, 상기 유기층들의 배열(3)은 상기 전극(1; 2) 및 상기 카운터 전극(2; 1)으로부터 상기 유기층들의 배열(3)로 주입된 전하 캐리어들을 수송하기 위한 전하 캐리어 수송층들(4, 8)을 포함하고,
    분자 도핑 물질로 만들어진 주입층(5; 9)이 상기 전극(1, 2)과 상기 전하 캐리어 수송층(4, 8) 사이에 유기층들의 배열(3)로 형성되고, 상기 주입층은 상기 전극(1; 2)에 대향되게 배열되는 상기 전하 캐리어 수송층(4; 8)과 접촉하고,
    상기 분자 도핑 물질은 적어도 300 g/mol의 분자 질량으로 제공되며,
    상기 주입층(5; 9)은:
    - 상기 주입층(5)이 Fc/Fc+에 관하여 대략 0 V 이상인 환원 전위를 갖는 p-타입의 분자 도핑 물질로 만들어지고, 상기 전극은 애노드(1)로서 형성되고, 상기 애노드(1)에 대향하여 배열된 상기 전하 캐리어 수송층은 정공 수송층(4)인 구성, 및
    - 상기 주입층(9)이 Fc/Fc+에 관하여 대략 -1.5 V 이하인 산화 전위를 갖는 n-타입의 분자 도핑 물질로 만들어지고, 상기 전극은 캐소드(2)로서 형성되고, 상기 캐소드(2)에 대향하여 배열된 상기 전하 캐리어 수송층은 전자 수송층(8)인 구성
    중 하나의 구성에 따라 형성되는, 유기 컴포넌트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극이 애노드(1)로서 형성되는 경우, 상기 카운터 전극은 캐소드(2)이며, n 타입의 추가의 분자 도핑 물질로 만들어지는 추가의 주입층(9)이 상기 캐소드(2)와 상기 캐소드(2)에 대향하여 배열된 전자 수송층(8) 사이에 유기층들의 배열(3)로 형성되고, 상기 추가의 주입층은 상기 캐소드(2)에 대향하여 배열된 상기 전자 수송층(8)과 접촉하고, 상기 n-타입의 추가의 분자 도핑 물질은 적어도 300 g/mol의 분자 질량을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극(1; 2)에 대향하여 배열되는 상기 전하 캐리어 수송층(4; 8)은 도핑된 전하 캐리어 수송층인 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극(1; 2)에 대향하여 배열되는 상기 전하 캐리어 수송층(4; 8)은 상기 분자 도핑 물질로 도핑되는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카운터 전극(2; 1)에 대향하여 배열되는 상기 전하 캐리어 수송층(8; 4)은 도핑된 전하 캐리어 수송층인 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카운터 전극(2; 1)에 대향하여 배열되는 상기 전하 캐리어 수송층(8; 4)은 상기 추가의 분자 도핑 물질로 도핑되는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 이어서,
    상기 주입층(5; 9)은 대략 0.1 nm 내지 대략 100 nm의 두께로, 바람직하게는 대략 0.5 nm 내지 대략 10 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가의 주입층(9)은 대략 0.1 nm 내지 대략 100 nm의 두께로, 바람직하게는 대략 0.5 nm 내지 대략 10 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입층(5; 9)은 상기 전극(1; 2)과 접촉하는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극(1; 2) 및 상기 주입층(5; 9)과 접촉하는 금속층이 상기 전극(1; 2)과 상기 주입층(5; 9) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가의 주입층(9)이 상기 카운터 전극(2)과 접촉하는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  12. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카운터 전극(2) 및 상기 추가의 주입층(9)과 접촉하는 추가의 금속층이 상기 카운터 전극(2)과 상기 추가의 주입층(9) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기층들의 배열(3)의 하나의 또는 복수의 상기 유기층이 진공 증발된 층들로서 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기층들의 배열(3)의 하나의 또는 복수의 상기 유기층이 중합체층들로서 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분자 도핑 물질 및/또는 추가의 분자 도핑 물질은 적어도 100℃, 바람직하게는 적어도 140℃, 보다 바람직하게는 적어도 160℃의 최소 증발 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분자 도핑 물질 및/또는 추가의 분자 도핑 물질에 대하여, 증발 온도와 분해 온도 간의 차는 적어도 20℃, 바람직하게는 적어도 대략 40℃, 보다 바람직하게는 적어도 대략 60℃인 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    p-타입의 상기 분자 도핑 물질은 Fc/Fc+에 관하여 대략 0.18 V 이상, 바람직하게는 대략 0.24 V 이상인 환원 전위를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n 타입의 분자 도핑 물질이 Fc/Fc+에 관하여 대략 -2.0 V 이하, 바람직하게는 대략 -2.2 V 이하인 산화 전위를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  19. 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-타입의 추가의 분자 도핑 물질이 Fc/Fc+에 관하여 대략 -1.5 V 이하, 바람직하게는 대략 -2.0 V 이하, 보다 바람직하게는 대략 -2.2 V 이하인 산화 전위를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기층들의 배열(3)은 발광 유기 컴포넌트가 형성되는 발광 영역(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 발광 유기 컴포넌트는 최상부 발광하는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 발광 유기 컴포넌트는 바닥부 발광하는 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 유기 컴포넌트는 투명한 것을 특징으로 하는 유기 컴포넌트.
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