KR20090009252A - 발광 구성요소 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판상에 층들의 배열을 갖는 발광 구성요소, 특히 발광 다이오드에 관한 것이고, 상기 층들의 배열은 그 일부에 폴리머 재료로 구성된 폴리머 층 및 유기 재료의 진공 증착 작은 분자들의 저분자 층을 포함하고, 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부 사이에 배열된 발광 층 스택과 전기 접촉하는 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부를 가지며, 저분자 층의 작은 분자들은 만약 분자층이 캐소드 접촉부에 인접하여 배열되면 최대 대략 -1.5V의 산화 전위 대 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)를 가진 도너 분자들, 및 만약 저분자 층이 애노드 층에 인접하여 배열되면 최대 대략 -0.3V의 감소 전위 대 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)을 가진 어셉터 분자들로서 형성된다.
Description
본 발명은 기판상에 층들의 배열을 가진 발광 장치, 특히 발광 다이오드에 관한 것이고, 상기 층들의 배열은 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부뿐 아니라, 폴리머 재료로 구성된 폴리머 층 및 진공 증착된 유기 재료의 작은 분자들을 가진 저분자 층을 구비하고, 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부 사이에 배열된 발광 층 스택을 포함한다.
낮은 작동 전압들의 실연으로 인해[Tang 등과 비교: Appl.Phys.Lett.51(12),913(1987)], 유기 발광 다이오드들은 큰 표면 디스플레이들 및 조명 엘리먼트들 같은 다른 애플리케이션들의 구현을 위한 가능성있는 후보들이 되었다. 상기 다이오드들은 유기 재료의 얇은 층들의 배열을 포함한다. 층들은 바람직하게 분자들 형태로 진공에서 증기 증착된다. 저분자 층들은 이런 방식으로 형성된다. 진공 증기에 의하여 분리될 수 있는 분자들로부터 이런 방식으로 형성된 저분자 층들을 바탕으로 하는 유기 발광 다이오드는 약어 형태로 OLED라 한다. 또한 이것과 관련하여 "작은 분자" 기술이 참조된다.
선택적으로, 재료들로 구성된 층들은 용액으로부터 스핀 코팅되거나, 프린팅되거나 임의의 다른 적당한 형태로 인가되는 폴리머 재료들로부터 형성되어, 폴리 머(유기) 층들은 형성된다. 이런 방식으로 형성된 폴리머 층들을 바탕으로 하는 유기 발광 다이오드는 약어로 PLED라 한다.
전극 접촉부들에 외부 전압을 인가할 때 전극 접촉부들로부터 상기 접촉부들 사이에 배열된 유기 층들로, 유기 층들내의 액티브 발광 존(방사 존)에서 익사이톤들(exitone)(전자-홀 결합들)의 형성 및 익사이톤들의 방사 재결합 후 전하 캐리어들, 즉 전자들 및 홀들의 주입으로 인해, 광은 생성되고 장치로부터 방사된다.
PLED 구성을 가진 유기 발광 다이오드들은 일반적으로 다음 층 구조를 바탕으로 한다: (1) 캐리어 기판(예를들어 유리로 만들어져 투명함); (2) 애노드 접촉부(일반적으로 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어져 투명함); (3) 홀 전달 또는 홀 주입 층(예를들어 PEDOT:PSS 또는 PANI로부터 - PSS 같은 혼합물을 가진 폴리아닐린; PEDOT = 폴리에틸렌 디옥시시오펜, PSS = 폴리스티렌 술포네이트); (4) 폴리머 재료(예를들어 MEH-PPV, 폴리플로렌, 다른 PPV들, 폴리스피로스, 폴리시오펜 또는 폴리파라페닐렌)로부터의 발광 존으로서의 폴리머 층 및 (5) 캐소드 접촉부(예를들어 바륨, 칼슘 같은 낮은 일함수를 가진 금속으로부터).
폴리머 층들, 즉 홀 전달 또는 홀 주입 층 및 발광 존은 액체 용액, 예를들어 물 또는 용매로 제조된다. 전극 접촉부들(애노드 및 캐소드 접촉부)은 진공 처리들에 의해 통상적으로 형성된다.
애플리케이션들, 예를들어 디스플레이들을 위한 유기 발광 다이오드의 이런 구조의 장점은 폴리머 층들을 형성하기 위한 처리들의 다양성이다. 여기에는 PLED의 평면 측면 구조화, 즉 잉크젯 프린팅 기술을 허용하는 처리들이 포함된다. 이 런 방법으로 인해 다른 타입의 폴리머 재료들은 미리 처리된 위치들상에 프린트되고, 상기 위치들을 통하여 다른 방사 컬러의 인접 영역들은 발생할 수 있다. 다른 구조화 방법들은 스크린 프린팅 기술을 포함한다.
공지된 PLED 구조들의 단점은 여러가지 것들 중에서, 폴리머 재료들의 용매들이 서로 영향을 주지 않는, 즉 폴리머 재료들의 용매들이 구조 재료를 공격하지 않는 방식으로 폴리머 재료들의 용매들이 선택되어야 하기 때문에 둘 이상의 다른 폴리머 층들이 적당한 방식으로 증착되지 않는다는 사실이다. 이것은 증착된 폴리머 재료가 동시에 전자 전달을 위하여 우수하여야 하고 캐소드 접촉부로부터 전자 주입에 적당하여야 하는 것을 의미하고, 요구조건은 재료 선택 및 구조 최적화를 위한 주요 제한 조건이 된다. 최근 시험들은 3개의 층 구조들이 또한 구현 가능하다는 것을 나타내었다.
게다가, 주어진 재료 시스템에 대한 구조의 시퀀스는 매우 어렵게만 변화될 수 있다. 상기된 바와 같이, 애노드 접촉부는 시작 지점이다.
이것은 특히 접촉 엘리먼트로서 n 채널 트랜지스터들을 가진 액티브 매트릭스 디스플레이 기판들상에 PLED 구조를 통합하는데 바람직하지 않다. 투명한 최상부 접촉부들의 사용은 상기 접촉부들이 (ⅰ) 전자 주입을 위해 바람직하지 않은 일함수를 가지며(일함수가 너무 큼) (ⅱ) 일반적으로 스프터링 처리에 의해 제조되기 때문에 어렵다. 이런 처리는 유기 재료들을 파괴한다. PLED의 상부층이 발광 층일 때, 유기 발광 다이오드의 광 생성 효율성은 결과적으로 감소된다. 스퍼터링 손상에 대해 안정성을 개선하기 위하여, 작은 분자들로 구성되고 진공에서 기상 증 착된 저분자 유기 층의 제공은 고안되었다. 이 경우, 또한 캐소드 접촉부로부터 전자 주입은 문제이다.
종래 PLED 구조의 추가 단점은 효율적인 전자 주입이 바륨 또는 칼슘 같은 매우 안정하지 않은 접촉 재료들로 얻어진다는 사실이다. 이들 재료들은 산소 및 물에 의해 공격을 받는다. 게다가, 3개의 컬러들 중 하나로 인해 상당한 성능 손실들을 포함하기 때문에 3개의 기본적인 방사 컬러들, 적색, 녹색 및 청색의 모든 방사체 재료들을 위하여 하나 및 동일한 전극(캐소드)를 사용하는 것은 매우 어렵다. 청색 방사 폴리머 재료에 대하여 최적화된 캐소드 접촉부는 적색 폴리머 재료에 단점을 가지며 그 반대도 역시 가능하다.
"작은 분자" 기술 분야에 할당된 OLED 구성을 가진 유기 발광 다이오드들은 유기 구조들로서, 상기 분자들이 하나 또는 몇몇 유기 재료들인 경우 진공에서 기상 증착되는 분자들로부터의 층들을 가진다. 만약 유기 재료의 분자들이 충분히 작으면, 상기 분자들은 일반적으로 열 처리에 의해 분해없이 증착될 수 있다. 이런 목적을 위하여, 분자들은 진공에서 증발된다.
OLED 구성을 가진 유기 발광 다이오드의 통상적인 구조(최대 구성)는 다음과 같다: (1) 캐리어 기판(예를들어, 유리); (2) 애노드 접촉부(예를들어, 홀 주입, 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어진 바람직하게 투명함); (3) 홀-주입 층(예를들어 CuPc(구리-프탈로시아닌) 또는 스타버스트(starburst) 유도체들로부터); (4) 홀 전달 층(예를들어 TPD로부터(트리페닐디아민 및 유도체들); (5) 홀-측 차단 층(발광 영역으로부터 익사이톤 확산을 방지하고 발광 영역, 예를들어 알파-NPB로부터 전하 캐리어 누설을 방지하기 위해); (6) 발광 영역(예를들어 방사체 혼합물을 가진 CBP(예를들어 이리듐-트리스-페닐피리딘 Ir(ppy)3); (7) 전자측 차단 층(발광 영역으로부터 익사이톤 확산을 방지하고 방사 영역, 예를들어 BCP(배소크로린)으로부터 전하 캐리어 누설을 방지하기 위하여); (8) 전자 전달 층(예를들어 Alq3(알루미늄-트리스-퀴놀레이트); (9) 전자 주입층(예를들어 무기 리튬 플로라이드(LiF)); 및 (10) 캐소드 접촉부(전자 주입, 일반적으로 작은 일함수를 가진 금속으로 만들어짐, 예를들어 알루미늄). 기술된 바와 같은 설계는 최대 가능 층들을 포함한다. 다른 설계들에서, 임의의 층들은 필요하지 않을 수 있다. 하나의 층은 몇몇 기능들을 가질 수 있다. 예를들어, 홀 주입 층 및 홀 전달 층 또는 홀 전달 층 및 홀측 차단 층 또는 홀 주입 층, 홀 전달 층 및 홀측 차단층은 구성될 수 있다. 게다가 전자 전달 층에 전자 주입 층의 재료들을 혼합하는 옵션이 있다.
OLED 구성으로 인해 전기 전도성을 개선하기 위한 전기 도핑을 가진 도핑된 전달 층들을 고안하는 옵션이 있다. 일반적이고 통상적인 구조는 다음과 같다: (1) 캐리어 기판(예를들어, 유리); (2) 애노드 접촉부(홀 주입, 바람직하게 투명하고, ITO뿐 아니라, Ag, Au로 만들어지고 다른 반사 접촉부로서 만들어짐); (3) p 도핑 홀들 주입 및 전달 층(도판트는 매트릭스 재료, 예를들어 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA로부터 전자들을 넘겨줄 수 있는 어셉터 재료이고, 추가 어셉트 도판트들을 위하여 US 6,908,783 B1을 참조함); (4) 홀측 차단 층(p 도핑 홀 주입 및 전달 층상 홀들 및 발광 영역의 전자들 사이의 익시플렉스(exciplex) 형성이 방지되도 록, 테이프 층들이 그를 둘러싸는 층들의 테이프 층들과 매칭하는 재료로부터 만들어지고; 예를들어 알파-NPB로부터 만들어짐); (5) 발광 영역(예를들어 방사체 혼합물을 가진 TCTA로부터, 예를들어 이리듐-트리스-페닐피리딘 Ir(ppy)3); (6) 전자측 차단 층(통상적으로 다음 이름의 층보다 얇음; p 도핑 홀들 주입 및 전달 층상 홀들 및 발광시 전자들 사이의 익시플렉스(exciplex) 형성이 방지되도록, 테이프 층들이 그를 둘러싸는 층들의 테이프 층들과 매칭하는 재료로부터 만들어짐; 예를들어 BCP로부터); (7) n 도핑 전자 주입 및 전달 층(도판트는 매트릭스 재료상에 부가적인 전자들을 전달할 수 있는 도너임; BPhen- 예를들어 무기 도판트들로서 세슘으로 도핑된 배소페난스로린 또는 W2(Xpp)4(테트라키스(1,2,3,3a,4,5,6,6a,7,8-디캐디캐시드로-1,9,9b-트리아자페날레닐)디텅스텐(Ⅱ); 추가 도판트들에 대해 US 2005/00403990 A1, US 2005/006132 A1, WO 2005/03667 A1, WO 2005/086251 A3 참조); 및 (8) 캐소드 접촉부(전자 주입, 일반적으로 낮은 일함수를 가진 금속, 예를들어 Al, 및 Ag,Au로부터 만들어짐).
증발 처리의 시작시, 도핑된 층들의 도판트들은 선택적으로 제공된 선구체 재료가 예를들어 전자 빔의 사용으로 변형될 수 있는 증발 처리 동안 도판트를 형성하는 한 최종 형태로 머물지 않는다. 혼합된 층들의 제조는 통상적으로 혼합된(공동-) 증발에 의해 이루어진다.
OLED 구성의 장점들은 보다 높은 광 생성 효율성뿐 아니라 수명 서비스 및 구조의 변화이다. PLED 구성을 가진 장치들과 비교하여 OLED 구성을 가진 장치들 의 보다 긴 수명 서비스는 진공 세척 방법들로 얻어진 보다 큰 정도의 다수의 제공된 유기 재료에 의해 설명할 수 있다. 게다가 장점들은 개별 층들의 특성들의 독립된 최적화 능력, 및 전극 접촉부들에 대한 발광 영역의 조절 가능하게 큰 틈이다. 핀 OLED 타입의 도핑된 장치들로 인해, 낮은 동작 전압 및 전극 재료들의 변화가 있다. 도큐먼트 US 2004/0251816 A1 및 Zhou 등(Appl.Phys.Lett.81,922(2002))에서 제공된 바와 같이, 이런 구조는 또한 및 추가로 쉽게 반전되고 최상부 방사성이거나 완전히 투명하게 만들어질 수 있다(US 2006/0033115 A1과 비교).
상기 장치들의 단점은 디스플레이에서 다른 컬러 화소들의 구성에 대한 OLED 구조의 측면 구조화가 일반적으로 쉐도우(shadow) 마스크들로 수행되는 것이다. 이런 처리는 대략 50㎛ 미만의 가장 작게 얻을 수 있는 화소 크기들과 관련하여 제한들을 가진다. 제조 처리시 쉐도우 마스킹은 비교적 상당한 작업 노력을 가진다. 폴리머 재료들을 증착하기 위하여 사용되는 잉크젯 처리는 작은 분자들의 유기 재료들의 불안정성으로 인해 작은 분자 층들의 형성 동안 사용할 수 없거나 작은 분자들에 대해 제한들을 가지고 사용할 수 있다. LITI("레이저 유도 열적 이미지화")는 일부 상에서 처리 호환 가능 재료들의 선택에 대해 제한들을 가지는 선택적 처리이다.
게다가, 하이브리드 구조를 가진 유기 발광 장치들은 공지되었고 이런 이유때문에 하이브리드 유기 장치들로서 설계된다. 도큐먼트 US 2003/020073 A1에서, 증기 증착 저분자 차단 층들 및 폴리머 홀 전달 층 상 전자 전달 층들의 사용은 기 술된다. 그러나, 이런 배열로 인해 캐소드 접촉부로부터 저분자 전자 전달 층으로 전하 캐리어들, 즉 전자들의 주입은 문제가 된다. 장치의 동작 전압은 결과적으로 증가된다.
도큐먼트 WO 2005/086251은 유기 반도체 매트릭스 재료, 유기 반도체 재료 및 전자 장치뿐에 대한 n 도펀트뿐 아니라 도판트 및 리간드로서 금속 복합물의 사용에 집중한다.
도큐먼트 EP 1 511 094 A2에서, 발광 장치는 개시되고 유기 분자 층들 및 폴리머 층들은 예상된다.
포함된 다른 재료들의 특성들은 가장 낮게 차지되지 않은 분자 오비탈(LUMO) 및 가장 높게 차지된 분자 오비탈(HOMO)의 에너지 레벨들에 의해 PLED 구성 및 OLED 구성에서 기술될 수 있다. 관련된 차단 재료들을 포함하는 홀 전달 층들은 일반적으로 진공 레벨하에서 4.5eV 내지 5.5eV의 범위의 HOMO들, 1.5eV 내지 3eV 범위의 LUMO들을 가진다. 발광 범위에 대한 재료들에 대해, HOMO들은 5eV 내지 6.5eV 범위내에 놓이고 LUMO들은 2 내지 3eV 범위 내에 놓인다. 적당한 차단 재료들을 포함하는 전자 전달 층들에 대한 재료들에 대해, HOMO는 5.5eV 내지 6.8eV 범위 내에 놓이고 LUMO는 2.3eV 내지 3.3eV 범위내에 놓인다. 애노드 접촉부에 대한 재료들을 가진 전기 전하 캐리어들의 추출을 위한 일함수들은 4eV 내지 5eV 범위내에 놓이고 캐소드 접촉부에 대한 재료들을 가진 전기 전하 캐리어들의 추출을 위한 일함수들은 3eV 내지 4.5eV 범위내에 놓인다.
본 발명의 목적은 구조에 관련하여 증가된 가요성을 가지며 발광 층 스택들의 전기 접촉부들로부터 전하 캐리어들의 개선된 주입을 가진 발광 장치를 제공하는 것이다. 게다가, 발광 장치의 우수한 구조화 능력은 이 경우 유지된다.
이런 목적은 독립항 제 1 항에 따른 발광 장치에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들의 주제이다.
발광 장치, 특히 발광 다이오드는 기판상에 층들의 배열을 가진 본 발명에 따라 예상되고, 층들의 배열은 그 일부상에 폴리머 재료로부터의 폴리머 층 및 진공 증발에 의해 분리할 수 있는 유기 재료의 진공 증착된 작은 분자들의 저분자 층을 포함하는 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부 사이에 배열된 발광 층 스택과 전기 접촉하는 애노드 접촉부 및 캐소드 접촉부를 가지며, 저분자 층의 작은 분자들은:
- 만약 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하여 배열되면 최대 대략 -1.5V의 Fc/Fc+(페론센(ferrocene)/페로세늄(ferrocenium) 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가진 도너 분자들, 및
- 만약 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하여 배열되면, 최대 대략 -0.3V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 감소 전위를 가진 어셉터 분자들로서 형성된다.
폴리머 재료로부터의 폴리머 층 및 발광 장치에서 유기 재료의 진공 증착된 작은 분자들을 가진 낮은 분자 층의 결합에 의해, 발광 층 스택에 대한 보다 높은 가요성은 얻어지고, 폴리머 층의 형성으로 인해 다양한 컬러들의 광을 방출하는 화소 영역들을 형성하기 위한 장치의 보다 쉬운 구조화 능력은 유기 재료들의 작은 분자들을 기초로 형성된 발광 유기 장치들에 일반적으로 사용되는 바와 같은 쉐도우 마스크들을 사용할 필요성 없이 얻어진다.
게다가 전극 접촉부들을 위한 재료가 자유롭게 선택 가능하다는 장점이 있다. 전하 캐리어들의 주입동안 손실들은 최소화되거나 심지어 전체적으로 방지된다. 긴 수명 서비스를 가진 안정한 발광 장치들은 생성되었다. 그렇지 않은 유기 재료들의 통상적인 공동 증발은 필요하지 않다.
본 발명의 추가 발전으로, 층 스택이 유기 재료와 선택적으로 다른 진공 증착에 의해 분리할 수 있는 추가 유기 재료의 진공 증착 작은 분자들로부터의 추가 저분자 층을을 포함하는 것이 고안되었고, 추가 저분자 층의 작은 분자들은:
- 만약 추가 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하게 배열되고 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열되면, 최대 대략 -1.5V의 Fc/Fc+(페론센/페로세늄 산화환원 결합)의 산화 전위를 가진 어셉터 분자들, 및
- 만약 추가 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열되고 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하에 배열되면, 최대 대략 -0.3V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 감소 전위를 가진 도너 분자들로서 형성된다.
본 발명의 중요 실시예는 도너 분자들이 최대 대략 -2.0V, 바람직하게 최대 대략 -2.2V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가지는 것을 고려한다.
본 발명의 다른 바람직한 개선은 어셉터 분자들이 최대 대략 0V, 바람직하게 최대 대략 0.24V의 Fc/Fc+(페로센/세로세늄 산화환원 결합)에 대한 감소 전위를 가지는 것을 고려한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 도너 분자들 및/또는 어셉터 분자들이 대략 100g/mol 및 대략 200g/mol, 바람직하게 대략 200g/mol 및 대략 1000g/mol 사이의 몰라 질량을 가지는 것을 고려한다.
본 발명의 중요한 실시예에서 도너 분자들이 적어도 부분적으로 W2(Xpp)4 분자들로서 형성되는 것이 고려된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 어셉터 분자들이 적어도 부분적으로 C14DCNQI 분자들로서 형성되는 것이 고려된다.
본 발명의 중요한 실시예는 저분자 및/또는 추가 저분자 층이 대략 0.5nm 및 대략 20nm 사이, 바람직하게 대략 1nm 및 대략 10nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 1nm 및 대략 5nm 사이의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 폴리머 층이 발광 및 전하 캐리어 전달 층인 것을 고려한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 폴리머 층이 대략 20nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 40nm 및 대략 150nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 50nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는 것이 고안된다.
본 발명의 중요 실시예에서, 폴리머 층이 폴리풀루렌, PPV들, 폴리스피로스, 폴리시오펜 및 폴리파라페닐렌의 폴리머 재료들의 그룹으로부터의 폴리머 재료로 선택되는 것이 고안된다.
본 발명의 다른 개선에서, 만약 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하게 배열되면, 폴리머 홀 주입 층이 애노드 접촉부 및 폴리머 층 사이에 배열되는 것이 고안된다.
본 발명의 중요 실시예는 폴리머 홀 주입 층이 대략 20nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 40nm 및 대략 150nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 50nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 개선은 만약 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하여 배열되면 저분자 유기 전자 전달 층이 저분자 층 및 폴리머 층 사이에 배열되는 것을 고려한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 저분자 유기 전자 전달 층이 저분자 유기 도너 재료로 전기적으로 도핑된 유기 매트릭스 재료를 포함하는 것이 고려된다.
본 발명의 중요한 실시예에서 저분자 유기 전자 전달 층이 1:1000 및 1:2 사이, 바람직하게 1:100 및 1:5 사이 및 보다 바람직하게 1:100 및 1:10 사이의 도핑 농도(도너 재료 분자들: 매트릭스 재료 분자들)를 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 다른 개선에서, 유기 도너 재료가 대략 100g/mol 및 대략 2000g/mol 사이, 및 바람직하게 대략 200g/mol 및 대략 1000g/mol 사이의 몰라 질량을 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 중요한 실시예는 저분자 유기 전자 전달 층이 대략 10nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 20nm 및 대략 200nm 사이, 및 보다 바람직하게 대략 20nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
다른 바람직한 개선은 저분자 유기 도너 재료가 W2(Xpp)4인 것을 고안한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 만약 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하여 배열되면 저분자 유기 차단 층이 저분자 층 및 폴리머 층 사이에 배열되는 것이 고안된다.
본 발명의 중요 실시예에서 저분자 유기 차단 층이 대략 2nm 및 대략 50nm 사이, 바람직하게 대략 2nm 및 대략 30nm 사이, 및 보다 바람직하게 대략 5nm 및 대략 20nm 사이의 층 두께를 가지는 것이 고안된다.
본 발명의 다른 개선에서, 만약 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하여 배열되면 폴리머 전자 주입 층이 캐소드 접촉부 및 폴리머 층 사이에 배열되는 것이 고려된다.
본 발명의 중요 실시예는 폴리머 전자 주입 층이 대략 20nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 40nm 및 대략 150nm 사이, 및 보다 바람직하게 대략 50nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 개선은 만약 버준자 층이 애노드 접촉부에 인접하게 배열되면, 저분자 유기 홀 전달 층이 저분자 층 및 폴리머 층 사이에 배열되는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 저분자 유기 홀 전달 층이 저분자 유기 어셉터 재료로 전기적으로 도핑된 유기 매트릭스 재료를 포함하는 것이 고려된다.
본 발명의 중요 실시예에서, 저분자 유기 홀 전달 층이 1:1000 및 1:2 사이, 바람직하게 1:100 및 1:5 사이 및 보다 바람직하게 1:100 및 1:10 사이의 도핑 농도(어셉터 재료 분자들: 매트릭스 재료 분자들)를 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 다른 개선에서, 유기 어셉터 재료가 대략 100g/mol 및 대략 2000g/mol 사이, 및 바람직하게 대략 200g/mol 및 대략 1000g/mol 사이의 몰라 질량을 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 중요 실시예는 저분자 유기 홀 전달 층이 대략 10nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 20nm 및 대략 200nm 사이, 및 보다 바람직하게 대략 20nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는 것을 고려할 수 있다.
다른 바람직한 개선은 저분자 유기 어셉터 재료가 C14DCNQI인 것을 고려한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 만약 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하여 배열되면 추가 저분자 유기 차단 층이 저분자 층 및 폴리머 층 사이에 배열되는 것이 고려된다.
본 발명의 중요 실시예에서, 추가 저분자 유기 차단 층이 대략 2nm 및 대략 50nm 사이, 바람직하게 대략 2nm 및 대략 30nm, 및 보다 바람직하게 대략 5nm 및 대략 20nm 사이의 층 두께를 가지는 것이 고려된다.
본 발명의 다른 개선에서 층들의 배열이 다음 구성들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구성에 따라 형성되는 것이 고려된다: 반전된 구성; 비반전된 구성; 기판("최상부-방사부")로부터 멀리 떨어져 방사하는 발광 층 스택에서 생성된 광을 가진 구성, 및 기판("최하부 방사부")를 통하여 방사하는 발광 층 스택에서 생성된 광을 가진 구성.
본 발명의 중요 실시예는 기판에 대한 층들의 배열이 투명하다는 것을 고려한다.
본 발명의 다른 바람직한 개선은 애노드 접촉부 또는 캐소드 접촉부에 의해 형성되고 하나 또는 몇몇 금속들, 금속 및 축퇴된 반도체 재료의 결합 또는 금속 합금인 최하부 접촉부 및 최상부 접촉부를 고려한다.
하나 또는 몇몇 폴리머 재료들로부터 형성된 폴리머 층들의 증착은 고정밀도로 복잡하지 않은 수단에 의해 이루어진다. 이런 방식으로 달성된 구조화는 동시에 작업 집약적 구조화 단계들 또는 수단을 요구하지 않고 발광 장치의 구조화가 제조되도록 하는 목적을 제공한다. 바람직한 실시예에서 폴리머 층들이 잉크젯 프린팅 방법에 의해 제공되는 것이 고려된다.
하나 또는 몇몇 유기 재료들로부터의 저분자 층들을 포함하는 것은 폴리머 재료들을 증착하기 위하여 일반적으로 단지 두 개의 독립된 용매들의 존재로부터 발생하는 폴리머 층들의 변형 제한을 회피하게 하고, 이런 방식으로 장치의 층 구조의 변형 옵션들을 증가시킨다. 발광 장치의 제조 동안, 저분자 층(들)을 위한 도너 및/또는 어셉터 분자들은 선구체로서 작동하는 유기 기본 재료를 증발시킴으로써 선구체로부터 우선 진공에서 형성될 수 있고, 이런 기본 재료는 증발 처리 동안 도너/어셉터 분자들을 형성한다.
본 발명에 따른 발광 장치들은 다양한 애플리케이션들에서 장치로서 사용될 수 있다. 이들 애플리케이션 옵션들은 디스플레이들, 판독 및 모든 타입의 발광 장치에 발광 장치들의 사용을 포함한다. 일 실시예에서 상기 장치는 다양한 컬러들의 광, 특히 적색, 녹색 및 청색 광을 방사차는 화소 존들이 형성된다. 다중 컬러 장치는 이런 방식으로 형성된다.
본 발명은 도면을 참조하여 예시적인 실시예들을 기초로 보다 상세히 기술된다. 도면들은 다음과 같이 도시된다.
도 1은 비반전 구성을 가진 층들의 배열을 가진 발광 장치의 개략도이다.
도 2는 반전 구성을 가진 층들의 배열을 가진 추가 발광 장치의 개략도이다.
도 1은 애노드 접촉부(2)가 기판(1)상에 형성되는 비반전된 구성을 가진 층들의 배열을 구비한 발광 장치(100)의 개략도를 도시한다. 발광 장치(100)는 발광 층 스택(100)에 생성되는 광을 기판(1)을 통하여 방사하고, 이런 이유로 기판(1) 및 애노드 접촉부(2)는 생성된 광에 대해 투명하다. 기판(1)은 적당한 층 두께를 가진다. 투명한 애노드 접촉부(2)는 10nm 및 대략 500nm 사이의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서, 층 두께는 대략 20nm 및 대략 200nm 사이이다. 애노드 접촉부(2)에 대한 재료로서, 예를들어 축퇴된 유기 반도체 재료, 예를들어 얇은 층 두께를 가지며 반투명인 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 금속이 사용된다.
폴리머 재료로부터 폴리머 홀 주입 층(3)은 도 1에 따른 애노드 접촉부(2) 상에 배열된다. 폴리머 홀 주입 층은 대략 20nm 및 대략 500nm 사이의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 40nm 및 150nm 사이이고, 바람직하게 대략 50nm 및 대략 100nm 사이이다.
폴리머 재료의 폴리머 층(4)은 도 1에 따른 폴리머 홀 주입 층(3) 상에 배열된다. 폴리머 방사 층(4)은 도 1에 따른 실시예에서 홀을 전달하도록 형성되고, 이는 홀들 형태의 전기 전하 캐리어들을 전달하는 것을 의미한다. 폴리머 방사 층(4)은 대략 20nm 및 대략 500nm 사이의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 40nm 및 150nm 사이, 바람직하게 대략 50nm 및 대략 100nm 사이이다. 폴리머 방사 층(4)은 다음 폴리머 재료들 중 적어도 하나를 사용하여 형성된다: 폴리풀로렌, PPV들, 폴리스피로, 폴리시오펜 및 폴리파라페닐렌.
하나 또는 몇몇 유기 재료들의 작은 분자들로부터의 저분자 전자측 차단 층(5)은 도 1에 따라 폴리머 방사 층(4) 상에 배열된다. 전자측 차단 층(5)의 도움으로, 홀들 형태의 전기 전하 캐리어들은 폴리머 방사 층(4)에서 탈선하는 것이 방지된다. 게다가, 전자측 차단 층(5)은 폴리머 방사 층(4)으로부터 전자-홀-결합들을 의미하는 익사이톤들을 차단하기 위하여 사용한다. 게다가 전자측 차단층(5)의 도움으로, 저분자 전자 전달층(6)에서 전자 형태의 고밀도 전하 캐리어들 및 폴리머 방사 층(4)에서 홀들 형태의 고밀도 전하 캐리어들은 서로 분리되어, 익시플렉스들의 형성은 방지된다. 상기 익시플렉스 형성은 발광 장치(100)의 효율성을 최소화한다. 전자측 차단 층(5)은 대략 2nm 및 대략 50nm 사이의 층 두께를 가진 다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 5nm 및 대략 30nm, 바람직하게 대략 5nm 및 대략 20nm 사이이다.
하나 또는 몇몇의 유기 재료들의 작은 분자들로부터의 저분자 전자 전달 층(6)은 도 1에 따라 전자측 차단 층(5) 상에 배열된다. 바람직한 실시예에서, 저분자 전자 전달 층(6)은 유기 매트릭스 재료에 도핑된 강한 저분자 유기 도너 재료로 전기적으로 도핑된다. 저분자 유기 도너 재료는 유기 매트릭스 재료에 전자들을 방전할 수 있다. 유기 도너 재료의 몰라 질량은 대략 100g/mol 및 대략 2000g/mol 사이이다. 다른 실시예에서, 몰라 질량은 대략 200g/mol 및 대략 1000g/mol 사이이다. 몰라 도핑 농도로서 설계된 도너 분자들 대 매트릭스 재료 분자들의 비는 1:1000 및 1:2 사이, 다른 설계들에서 1:100 및 1:5 사이 또는 1:100 및 1:10 사이이다. 저분자 전자 전달 층(6)은 대략 10nm 및 500nm 사이의 두께로 형성된다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 20nm 및 대략 200nm 사이 또는 대략 20nm 및 대략 100nm 사이이다.
진공 증착된 작은 유기 도너 분자들을 가진 도너 분자 층(7)은 도 1에 따라 저분자 전자 전달층(6) 상에 배열된다. 도너 분자들은 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대해 -1.5V의 산화 전위를 가진다. 다른 실시예들에서, 산화 전위는 최대 대략 -2.0V 또는 최대 -2.2V이다. 이런 산화 전위는 대략 3.3eV 미만, 대략 2.8eV 미만 및 2.6eV 미만의 도너 분자들의 가장 높게 차지된 분자 오비탈(HOMO)에 대응한다. 도너 분자들의 HOMO는 산화 전위의 씨클로(cyclo)-전압측정 값으로부터 결정될 수 있다. 만약 유기 도너 분자들이 저분자 층(7)의 층 형성 동안 중요한 실시예에서 선구체로부터 형성되면, HOMO에 대한 항목들은 이런 방식으로 최종적으로 형성된 도너 분자들을 말한다. 도너 분자들의 언급된 특성들을 바탕으로 캐소드 접촉부(8)(도 1과 비교) 및/또는 인접한 저분자 전자 전달 층(6)의 유기 분자들과의 반응으로 인한 도너 분자들(양으로 충전됨)의 이온화가 이루어진다. 이런 방식으로 형성된 공간 충전은 캐소드 접촉부(8)로부터 저분자 전자 전달 층(6)으로 전하 캐리어들의 주입을 지원한다.
캐소드 접촉부(8)는 도 1에 따라 도너 분자들을 가진 저분자 층(7) 상에 배열된다. 캐소드 접촉부(8)는 적어도 10nm의 층 두께를 가진다. 캐소드 접촉부(8)에 대한 재료로서, 금속들은 예를들어 Al, Ag, Au, Ca 및 Ba 금속 합금들, 금속 및 ITO 같은 축퇴된 반도체의 결합물이 채택된다.
발광 장치(100)의 다른 실시예들(도시되지 않음)에서, 발광 층 스택(10)의 하나 또는 몇몇의 층들은 필요하지 않을 수 있다. 예를들어 이들 층들은 폴리머 홀 주입 층(3), 저분자 전자측 차단 층(5) 및/또는 저분자 전자 전달 층(6)일 수 있다. 발광 장치(100)는 선택적으로 실행되어 발광 층 스택(10)에서 생성된 특정 광은 기판(1)으로부터 멀리 방출한다. 이 경우 애노드 접촉부(2)는 생성된 광을 반사하고, 캐소드 접촉부(8)는 투명하다. 다른 실시예에서 양쪽 애노드 접촉부(2)뿐 아니라 캐소드 접촉부(8)는 (반)투명 발광 장치가 형성되도록 투명하다.
발광 장치(100)의 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 하나 또는 몇몇 유기 재료들의 어셉터 분자들로부터 저분자 유기 층은 애노드 접촉부(2)로부터 발광 층 스 택(10)으로 홀들의 형태의 전기 전하 캐리어들에 대한 주입 층으로서 사용하는 애노드 접촉부(2)에 인접하여 형성된다. 어셉터 분자들을 가진 발광 층은 도 2에 따른 실시예와 관련하여 하기 보다 상세히 설명된 바와 같이 바람직하게 동일한 특성들을 가진다.
다음과 같이, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 발광 장치의 이전 실시예에 대한 예들은 보다 상세히 기술된다.
실시예 1
실시예 1에 따라 발광 장치는 유기 재료의 도너 분자들로부터 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구조를 가진다:
1.1 투명한 기판(유리)
1.2 애노드 접촉부(인듐 주속 산화물 ITO; 90nm 두께)
1.3 폴리머 홀 주입 층, (PEDOT:PSS(H.C. Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
1.4 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 70nm 두께(톨루엔 용액으로 스핀 코팅됨)
1.7 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
1.8 캐소드 접촉부(반사; A1)
실시예 2
실시예 2에 따라 발광 장치는 유기 재료의 도너 분자들로부터 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구조를 가진다:
2.1 투명한 기판(유리)
2.2 애노드 접촉부(인듐 주속 산화물 ITO; 90nm 두께)
2.3 폴리머 홀 주입 층, (PEDOT:PSS(H.C. Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
2.4 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 60nm 두께(톨루엔 용액으로 스핀 코팅됨)
2.6 n 도핑된 저분자 전자 전달 층(W2(Xpp)4로부터, 질량 도핑 농도 20%(대략 10%의 몰라 도핑 농도에 대응); 20nm 두께)
2.7 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
2.8 캐소드 접촉부(반사; Al)
n 도핑된 전자 전달 층(2.6)의 삽입에 의해, 하이브리드 장치의 광학 공동은 전기-광학 특성 데이터 동작 전압 및 광 생성 효율성과 관련하여 손실없이 적응될 수 있다. n 도핑된 전자 전달 층(2.6)은 두 개의 독립적으로 제어되는 증발 소스들(매트릭스 재료 및 도너 분자들에 대해)로부터 혼합된 증발에 의해 진공에서 제조된다. 층들(2.6 및 2.7)의 도너들은 다른 유기 재료들의 분자들일 수 있다.
실시예 3
실시예 3에 따라 발광 장치는 유기 재료의 도너 분자들로부터 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구조를 가진다:
실시예 1에 따라 발광 장치는 유기 재료의 도너 분자들로부터 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구조를 가진다:
3.1 투명한 기판(유리)
3.2 애노드 접촉부(인듐 주속 산화물 ITO; 90nm 두께)
3.3 폴리머 홀 주입 층, (PEDOT:PSS(H.C. Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
3.4 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 70nm 두께(톨루엔 용액으로 스핀 코팅됨)
3.6 저분자 전자 전달 층(Alq3로부터; 20nm 두께)
3.7 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
3.8 캐소드 접촉부(반사; A1)
실시예 2와 대조하여, 이 장치는 비도핑된 저분자 전자 전달 층을 가진다. 실시예 2와 비교하여, 결과적으로 측정된 동작 전압과 관련하여 약간의 손실들이 있다. 그러나, 혼합된 증발 처리는 필요하지 않을 수 있다.
실시예 4
실시예 4에서 발광 장치는 유기 재료의 도너 분자들로부터 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구조를 가진다:
4.1 투명한 기판(유리)
4.2 애노드 접촉부(인듐 주속 산화물 ITO; 90nm 두께)
4.3 폴리머 홀 주입 층, (PEDOT:PSS(H.C. Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
4.4 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 60nm 두께(톨루엔 용액으로 스핀 코팅됨)
4.5 전자측 차단 층(BPhen(배소페난스로린); 5nm 두께)
4.6 n 도핑된 저분자 전자 전달 층(W2(Xpp)4로 도핑된 Alq3로부터, 질량 도핑 농도 20%(대략 10%의 몰라 도핑 농도에 대응); 15nm 두께)
4.7 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
4.8 캐소드 접촉부(반사; A1)
n 도핑된 전자 전달 층(4.6)의 삽입에 의해, 발광 장치의 광학 공동은 전기-광학 특성 데이터 동작 전압 및 광 생성 효율성과 관련하여 손실들 없이 적응될 수 있다. n 도핑된 전자 투명 층(4.6)은 두 개의 독립적으로 제어되는 증발 소스들(매트릭스 재료 및 도판트에 대해)로부터 혼합된 증발에 의해 진공에서 제조된다. 층들(4.6 및 4.7)의 도너 분자들은 다른 유기 재료들의 분사들일 수 있다.
실시예들 1 내지 4에 따른 모든 발광 장치들에 대해, 최소 동작 전압은 비록 높은 품질 아닌 금속이 캐소드 접촉부를 위하여 채택될지라도 측정되었다. 100cd/m2의 값은 4V 미만의 동작 전압에 대해 모든 경우들에서 얻어졌다. 방사된 광의 컬러는 노랑이었다. MEH-PPV의 LUMO는 -2.8eV 및 -2.9eV 사이에 놓인다. MEH-PPV를 사용한 전류 효율성들은 일반적으로 매우 작다. 0.5cd/A의 값은 측정되 었다.
도 2는 기판(21) 상에서 반전된 설계의 발광 층 스택(20) 및 발광 층 스택(20)에서 생성된 광이 기판(21)을 통하여 방출되도록 형성되는 발광 장치(200)의 개략도를 도시한다. 이런 목적을 위하여, 기판(21)은 발광 층 스택(20)에서 생성된 광에 대해 투명하다.
캐소드 접촉부(22)는 도 2에 따라 기판(21)상에 배열된다. 캐소드 접촉부(22)는 대략 10nm 및 대략 500nm 사이의 층 두께를 가진다. 다른 설계에서, 층 두께는 대략 20nm 및 대략 200nm 사이에 있다. 투명한 것으로 실행되는 캐소드 접촉부(22)에 대한 재료로서, 설계된 유기 반도체 재료, 예를들어 인듐 주석 산화물(ITO), 또는 금속은 사용되고, 예를들어 Ca,Ba,Au,Ag 또는 Al이 있다. 금속 합금 설계는 고려될 수 있다.
중합체 재료로부터 폴리머 전자 주입 층(23)은 도 2에 따라 캐소드 접촉부(22)상에 배열된다. 폴리머 전자 주입 층(23)은 대략 20nm 및 대략 500nm 사이의 층 두께를 가진다. 다른 실시예들에서 층 두께는 대략 40nm 및 150nm 사이, 바람직하게 대략 50nm 및 대략 100nm 사이이다.
폴리머 재료로부터 폴리머 방사 층(24)은 도 2에 따라 폴리머 전자 주입 층(23) 상에 배열된다. 폴리머 방사 층(24)은 전자들 형태의 전기 전하 캐리어들을 전달하고, 즉 폴리머 주입 층(23)으로부터의 주입된 전자들은 전달된다. 폴리머 방사 층(24)은 대략 20nm 및 대략 500nm 사이의 층 두께를 가진다. 다른 실시예들에서, 층 두께는 대략 40nm 및 대략 150nm 사이, 바람직하게 대략 50nm 및 대 략 100nm 사이이다. 폴리머 재료로서, 다음 재료들은 사용될 수 있다: 폴리풀로렌, PPV들, 폴리스피로스, 폴리시오펜 및 폴리파라페닐렌.
하나 또는 몇몇 유기 재료들로부터 저분자 홀측 차단 층(25)은 도 2에 따라 폴리머 방사 층(24) 상에 배열된다. 홀측 차단 층(25)은 폴리머 방사 층(24)으로부터 전자들 형태의 전기 전하 캐리어들의 부가적인 차단을 제공한다. 게다가, 폴리머 방사 층(24)으로부터 익사이톤들은 차단된다. 게다가, 홀측 차단 층(25)은 저분자 홀 전달 층(26)에서 홀들 형태의 높은 전하 캐리어 밀도들 및 폴리머 방사 층(24)에서 전자들 형태의 높은 전하 캐리어 밀도들의 분리 기능을 수행한다. 익시플렉스들의 형성은 이런 방식으로 방지되어 발광 장치(200)의 효율성을 최소화한다. 홀측 차단 층(25)은 대략 2nm 및 대략 50nm 사이의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 5nm 및 대략 30nm 사이, 바람직하게 대략 5nm 및 대략 30nm 사이이다.
저분자 홀 전달 층(26)은 도 2에 따라 홀측 차단 층(25) 상에 배열되고 하나 또는 몇몇의 유기 재료들로 형성된다. 저분자 홀 전달 층(26)은 대략 10nm 및 대략 500nm 사이의 층 두께를 가진다. 다른 설계들에서 층 두께는 대략 20nm 및 대략 200nm 사이, 바람직하게 대략 20nm 및 대략 100nm 사이이다. 저분자 홀 전달 층(26)은 유기 재료의 저분자 어셉터 분자들로부터 강한 어셉트 재료로 전기적으로 도핑될 수 있다. 어셉터 분자들은 유기 혼합 재료로 형성된다. 어셉터 분자들의 몰라 질량은 대략 100g/mol 및 대략 200g/mol 사이, 바람직하게 200g/mol 및 1000g/mol 사이이다. 어셉터 분자들 및 유기 매트릭스 재료의 분자들 사이의 비율 은 1:1000 및 1:2 사이, 바람직하게 1:100 및 1:5 사이, 보다 바람직하게 1:100 및 1:10 사이이다.
유기 재료의 어셉터 분자들로부터 저분자 유기 층(27)은 도 2에 따라 저분자 홀 전달 층(26) 상에 배열된다. 어셉터 분자들은 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대해 적어도 대략 -0.3V의 감소 전위를 가진다. 다른 실시예들에서, 감소 전위는 적어도 대략 0V, 바람직하게 적어도 대략 0.3V이다. 이런 분자 특성은 적어도 4.5eV, 바람직하게 적어도 4.8eV 및 보다 바람직하게 적어도 5.1eV의 어셉터 분자들의 가장 낮은 위치를 차지 않은 분자 오비탈(LUMO)에 대응한다. 어셉터 분자들의 몰라 질량은 대략 100g/mol 및 대략 2000g/mol 사이, 바람직하게 대략 200g/mol 및 대략 1000g/mol 사이이다.
도 2에 따라, 애노드 접촉부(28)는 어셉터 분자들로부터의 저분자 유기 층(27) 상에 배열된다. 애노드 접촉부(28)는 발광 층 스택(20)에서 생성된 광을 반사하고 적어도 대략 10nm의 두께를 가진다. 애노드 접촉부(28)에 대한 재료로서, 금속들은 예를들어 Au 또는 Ag, 금속 및 축퇴된 반도체 재료, 예를들어 ITO의 결합물, 또는 금속 합금 같은 것이다.
발광 장치(200)의 다른 실시예들(도시되지 않음)에서, 단일 또는 몇몇 층들, 예를들어 폴리머 전자 주입 층(23), 저분자 홀측 차단 층(25) 및/또는 저분자 홀 전달 층(26)이 필요하지 않을 수 있다.
도 2에 도시된 발광 장치의 실시예는 발광 층 스택(20)에서 생성된 광이 기 판(21)으로부터 방사되도록 선택적으로 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 캐소드 접촉부(22)는 반사하고 애노드 접촉부(28)는 예를들어 축퇴된 반도체 재료를 사용하여 투명하다. 캐소드 접촉부(22)뿐 아니라 애노드 접촉부(28) 모두의 투명 실시예는 고려될 수 있다.
다음과 같이, 도 2를 참조하여 설명된 다양한 설계들의 실시예들은 보다 상세히 설명된다.
실시예 5
실시예 5에서, 발광 장치는 유기 재료의 어셉터 분자들로 구성된 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구성을 가진다:
5.1 투명한 기판(유리)
5.2 캐소드 접촉부(인듐 주속 산화물 ITO; 90nm 두께)
5.4 폴리머 홀 전달 방사 층(C8-폴리풀렌(청색 방사))
5.7 저분자 어셉터 분자 층(C14DCNQI(N,N'-디시안-2,3,5,6-테트라클로로-1,4-퀴논에디마인); 2nm 두께)
5.8 애노드 접촉부(반사; Ag)
측정된 동작 전압은 대략 4V였다. 그러나, 우수한 전자 주입 및 우수한 전자 전달은 이용할 수 있는 폴리머 전자 전달 재료들로 달성할 수 없었다. 이런 이유로, 저분자 어셉터 분자 층의 전위를 완전히 사용하는 것은 가능하지 않다.
실시예 6
실시예 6에서, 발광 장치는 유기 재료의 어셉터 분자들로 구성된 저분자 유기 주입 층 및 도너 분자들로 구성된 저분자 유기 주입 층을 포함하는 다음 구성을 가진다:
6.1 투명한 기판(유리)
6.2 애노드 접촉부(인듐 주속 산화물 ITO; 90nm 두께)
6.3 저분자 어셉터 분자 층(C14DCNQI(N.N'-디시아노-2,3,5,6-테트라클로로-1,4-퀴논에디마인); 2nm 두께)
6.4 폴리머 홀 주입 층(PEDOT:PSS(H.C.Starck, Germany의 베이트론-P); 80nm 두께(물 분산으로부터 스핀 코팅됨)
6.5 폴리머 홀 전달 방사 층(MEH-PPV; 70nm 두께(톨루엔 용액으로부터 스핀 코팅됨)
6.6 저분자 도너 분자 층(W2(Xpp)4; 2nm 두께)
6.7 캐소드 접촉부(반사; Al)
실시예 6에서 어셉터 분자들을 가진 주입 층은 폴리머 홀 주입 층에 부가적으로 선택적 층으로서 형성된다.
설명된 실시예들의 장점은 균일한 최상부 전극 접촉부가 모든 발광 폴리머 재료들, 예를들어 폴리풀로렌, PPV들, 폴리스피로스, 폴리시오펜 및 폴리파라페닐렌에 사용될 수 있고, 그러므로 모든 방사 컬러들에 사용될 수 있다는 사실이다. 게다가, 기판에서 멀리 떨어져 방사하는 장치들 및 투명한 장치들은 효율적으로 제 조될 수 있다.
상기된 바와 같이 상세한 설명, 청구항들 및 도면들에 개시된 본 발명의 특징들은 다양한 실시예들에서 본 발명의 구현을 위하여 개별적으로뿐 아니라 임의의 랜덤 결합 모두에 중요할 수 있다.
Claims (34)
- 기판(1;21)상에 층 배열을 가진 발광 장치, 특히 발광 다이오드로서,층 배열은 그 일부상에 진공 증발에 의해 증착할 수 있는 유기 재료의 진공 증착된 작은 분자들의 저분자 층(7;27) 및 폴리머 재료로부터의 폴리머 층(4;24)을 포함하는 애노드 접촉부(2;28) 및 캐소드 접촉부(22;8) 사이에 배열된 발광 층 스택(10;20)과 전기 접촉하는 애노드 접촉부(2;28) 및 캐소드 접촉부(22;8)를 가지며, 저분자 층(7;27)의 작은 분자들은,- 만약 저분자 층(7)이 캐소드 접촉부(8)에 인접하여 배열되면, 최대 대략 -1.5V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가진 도너 분자들, 및만약 저분자 층(27)이 애노드 접촉부(28)에 인접하여 배열되면, 최소 대략 -0.3V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 감소 전위를 가진 어셉터 분자들로서 형성되는,발광 장치.
- 상기 발광 층은 유기 재료와 다른 진공 증발에 의해 분리할 수 있는 추가 유기 재료의 진공 증착 작은 분자들로부터 추가 저분자 층을 포함하고, 상기 추가 저분자 층의 작은 분자들은,- 만약 추가 저분자 층이 애노드에 인접하여 배열되고 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하여 배열되면, 최대 대략 -1.5V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가진 어셉터 분자들, 및- 만약 추가 저분자 층이 캐소드 접촉부에 인접하여 배열되고 저분자 층이 애노드 접촉부에 인접하여 배열되면, 최대 대략 -0.3V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 감소 전위를 가진 도너 분자들로서 형성되는,발광 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도너 분자들은 최대 대략 -2.0V, 바람직하게 최대 대략 -2.2V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 산화 전위를 가지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 어셉터 분자들은 최소 대략 0V, 바람직하게 최소 대략 0.24V의 Fc/Fc+(페로센/페로세늄 산화환원 결합)에 대한 감소 전위를 가지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 적어도 한 항에 있어서, 도너 분자들 및/또는 어셉터 분자들은 대략 100g/mol 및 대략 2000g/mol, 바람직하게 대략 200g/mol 및 대략 1000g/mol 사이의 몰라 질량을 가지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 도너 분자들은 적어도 부분적으로 W2(Xpp)4-분자(테트라키스(1,2,3,3a,4,5,6,6a,7,8-디캐스로-1,9,9b-트리아자페날레닐)디텅스텐(Ⅱ)으로서 형성되는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어셉터 분자들은 적어도 부분적으로 Cl4DCNQI-분자들(N.N'-디시아노-2,3,5,6-테트라클로로-1,4-퀴논네디마인)으로서 형성되는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 저분자 및/또는 추가 저분자 층은 0.5nm 및 대략 20nm 사이, 바람직하게 대략 1nm 및 대략 10nm 사이 및 보다 바람직하게 1nm 및 대략 5nm 사이의 층 두께를 가지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 폴리머 층(4;24)은 발광 및 전하 캐리어 전달 층인,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 폴리머 층(4;24)은 대략 20nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 40nm 및 대략 150nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 50nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 폴리머 층(4;24)은 폴리풀로렌, PPV들, 폴리스피로스, 폴리시오펜 또는 폴리파라페닐렌의 폴리머 재료들의 그룹으로부터 선택된 폴리머 재료로 만들어지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 폴리머 홀 주입 층(3)은, 만약 저분자 층(7)이 캐소드 접촉부(8)에 인접하여 배열되면, 애노드 접촉부(2) 및 폴리머 층(4) 사이에 배열되는,발광 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 폴리머 홀 주입 층(3)은 대략 20nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 40nm 및 대략 150nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 50nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 적어도 한 항에 있어서, 저분자 유기 전자 전달 층(6)은, 만약 저분자 층(7)이 캐소드 접촉부(8)에 인접하여 배열되면 저분자 층(7) 및 폴리머 층(4) 사이에 배열되는,발광 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 저분자 유기 전자 전달 층(6)은 저분자 유기 도너 재료로 전기적으로 도핑된 유기 매트릭스 재료를 포함하는,발광 장치.
- 제 15 항에 있어서, 상기 저분자 유기 전자 전달 층(6)은 1:1000 및 1:2 사이, 바람직하게 1:100 및 1:5 사이 및 보다 바람직하게 1:100 및 1:10 사이의 도핑 농도(도너 재료 분자들: 매트릭스 재료 분자들)를 가지는,발광 장치.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 유기 도너 재료는 대략 100g/mol 및 대략 2000g/mol 사이 및 바람직하게 대략 200g/mol 및 대략 1000g/mol 사이의 몰라 질량을 가지는,발광 장치.
- 제 14 항 내지 제 17 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 저분자 유기 전자 전달 층(6)은 대략 10nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 20nm 및 대략 200nm 사이 및 보다 바람직하게 20nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는,발광 장치.
- 제 15 항 내지 제 18 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 저분자 유기 도너 재료는 W2(Xpp)4인,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 19 항 중 적어도 한 항에 있어서, 저분자 유기 차단 층(5)은, 만약 저분자 층(7)이 캐소드 접촉부(8)에 인접하여 배열되면, 저분자 층(7) 및 폴리머 층(4) 사이에 배열되는,발광 장치.
- 제 20 항에 있어서, 상기 저분자 유기 차단 층(5)은 대략 2nm 및 대략 50nm 사이, 바람직하게 대략 2nm 및 대략 30nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 5nm 및 대략 20nm 사이의 층 두께를 가지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 21 항 중 적어도 한 항에 있어서, 폴리머 전자 주입 층(23)은, 만약 저분자 층(27)이 애노드 접촉부(28)에 인접하게 배열되면 캐소드 접촉부(22) 및 폴리머 층(24) 사이에 배열되는,발광 장치.
- 제 22 항에 있어서, 상기 폴리머 전자 주입 층(23)은 대략 20nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 40nm 및 대략 150nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 50nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 적어도 한 항에 있어서, 저분자 유기 홀 전달 층(26)은, 만약 저분자 층(27)이 애노드 접촉부(28)에 인접하여 배열되면 저분자 층(27) 및 폴리머 층(24) 사이에 배열되는,발광 장치.
- 제 24 항에 있어서, 상기 저분자 유기 홀 전달 층(26)은 저분자 유기 어셉터 재료로 전기적으로 도핑된 유기 매트릭스 재료를 포함하는,발광 장치.
- 제 25 항에 있어서, 상기 저분자 유기 홀 전달 층(26)은 1:1000 및 1:2 사이, 바람직하게 1:100 및 1:5 사이 및 보다 바람직하게 1:100 및 1:10 사이의 도핑 농도(어셉터 재료 분자들 : 매트릭스 재료 분자들)를 가지는,발광 장치.
- 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 유기 어셉터 재료는 대략 100g/mol 및 대략 2000g/mol 사이 및 바람직하게 대략 200g/mol 및 대략 1000g/mol 사이의 몰라 질량을 가지는,발광 장치.
- 제 24 항 내지 제 27 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 저분자 유기 홀 전달 층(26)은 대략 10nm 및 대략 500nm 사이, 바람직하게 대략 20nm 및 대략 200nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 20nm 및 대략 100nm 사이의 층 두께를 가지는,발광 장치.
- 제 25 항 내지 제 28 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 저분자 유기 어셉 터 재료는 C4DCNQI인,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 29 항 중 적어도 한 항에 있어서, 추가 저분자 유기 차단 층(25)은, 만약 분자 층(27)이 애노드 접촉부(28)에 인접하여 배열되면, 저분자 층(27) 및 폴리머 층(24) 사이에 배열되는,발광 장치.
- 제 30 항에 있어서, 상기 추가 저분자 유기 차단 층(25)은 대략 2nm 및 대략 50nm 사이, 바람직하게 대략 2nm 및 30nm 사이 및 보다 바람직하게 대략 5nm 및 대략 20nm 사이의 층 두께를 가지는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 31 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 층들의 배열은 반전된 구성; 비반전된 구성; 기판("최상부-방사")으로부터 멀리 떨어져 방사하는 발광 층 스택에서 생성된 광을 가진 구성, 및 기판("최하부 방사")을 통하여 방사하는 발광 층 스택에서 생성된 광을 가진 구성의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구성에 따라 형성되는,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 32 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 기판(1;21)을 가진 층들의 배열은 투명한,발광 장치.
- 제 1 항 내지 제 33 항 중 적어도 한 항에 있어서, 애노드 접촉부(2;28) 또는 캐소드 접촉부(22;8)에 의해 형성되고 하나 또는 몇몇의 금속들, 금속 및 축퇴된 반도체 재료의 결합물 또는 금속 합금으로 만들어지는 최하부 접촉부 및 최상부 접촉부를 특징으로 하는,발광 장치.
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