KR20090071573A - 잠재적 활성화된 층을 갖는 유기 발광 디바이스 - Google Patents

잠재적 활성화된 층을 갖는 유기 발광 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잠재적 활성화제 물질(latent activator material)을 갖는 유기 발광 디바이스를 개시한다. 또한, 본 발명은 잠재적 활성화제 물질의 활성화 생성물을 포함하는 유기 발광 디바이스도 개시한다. 패턴화된 유기 발광 디바이스의 양태 또한 개시되며, 이때 패턴화는 디바이스를 제조하기 전에 또는 제조한 후에 일어날 수 있다. 또한, 본 발명은 잠재적 활성화제 물질을 갖거나 또는 활성화제 물질의 활성화 생성물을 갖는 유기 발광 디바이스를 제조하는 방법도 제공한다.

Description

잠재적 활성화된 층을 갖는 유기 발광 디바이스{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICES HAVING LATENT ACTIVATED LAYERS}
관련된 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 그 전체 내용이 본원에 참고로 혼입되어 있는 동시 계류중인 출원 제11/243194호(2005년 10월 4일 출원)의 부분 계속 출원이다.
연방 정부의 지원을 받는 연구 및 개발에 관한 언급
본 발명은 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)에 의해 제공된 계약번호 70NANB3H3030 하에서 정부 지원하에 이루어진 것이다. 정부는 본 발명에 대한 특정 권리를 갖는다.
본 발명은 일반적으로는 유기 전자 디바이스(organic electonic device)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유기 발광 디바이스(organic light emitting device)에 관한 것이다.
유기 전자 디바이스는 유기 발광 디바이스 및 유기 광발전 디바이스(organic photovoltaic device)를 포함한다. 유기 전자 디바이스는, 발광 디바이스에서와 같이 전하를 주입시켜 이의 조합으로 인해 에너지를 방사하거나, 또는 광발전 디바이스에서와 같이 전하를 분리시킴으로써 작동한다. 당업자가 알고 있는 바와 같이, 유기 발광 디바이스(OLED)는 전형적으로는 2개의 전극 사이에 삽입된 하나 이상의 유기 층을 포함한다. OLED는 정공 주입 층(hole injection layer), 정공 수송 층(hole transport layer), 발광 층(emissive layer) 및 전자 수송 층(electron transport layer)과 같은 추가의 층을 포함할 수 있다. OLED에 적절한 전압을 인가할 때, 주입된 양전하와 음전하가 발광 층내에서 재조합되어 광을 생성한다.
디바이스 내에 특정의 물질을 첨가하여 전하 주입, 수송, 재조합, 분리 등을 촉진시킬 수 있다. 몇 가지 실례에서, 이러한 물질의 첨가는 시스템 내에 존재하는 전하 운반체(charge carrier)(전자 또는 정공)의 수를 증가시킴으로써 시스템 또는 디바이스 내의 전도도를 증가시킬 수 있다. 종래의 방법으로는 산성 화합물(정공 공여체 또는 전자 수용체의 첨가) 및 금속 불화물, 알칼리 또는 알칼리토금속과 같은 환원성 물질(전자 공여체의 첨가)을 첨가하는 공정이 있다. 이러한 물질의 반응 특성은 다층 디바이스를 형성하는 경우에 문제를 유발할 수 있다. 예를 들면, 층내에 존재하는 강산은 전형적으로는 층의 상부에 다른 층들을 부가할 때 이동한다. 더욱이, 공지된 전자 공여체는 전형적으로는 공기 또는 수분과 반응하며, 제조 도중에 분해될 수 있다.
낮은 일 함수 캐소드를 생성하기 위한 전형적인 방법은 증착을 포함한다. 증착은 연속 제조의 경우 바람직하지 않다. 유기 발광 디바이스는 광 패널을 포함 한다. 유기 발광 디바이스는 전하를 주입하고, 이 전하가 발광 디바이스에서는 조합되어 에너지를 방사하고, 광발전 디바이스에서는 전하가 분리됨으로서 작동한다. 당 분야의 숙련자들에게 인지되는 바와 같이, 유기 발광 디바이스(OLED)는 전형적으로 2개의 전극 사이에 삽입된 하나 이상의 유기 층을 포함한다. OLED는 정공 주입 층, 정공 수송 층, 발광 층, 및 전자 수송 층과 같은 추가의 층을 포함할 수 있다. 적절한 전압을 OLED에 인가하면, 주입된 양전하와 음전하가 발광 유기 층에서 재조합되어 광을 생성한다.
OLED의 캐소드는 낮은 일 함수를 갖는 최고의 성능을 갖는다. OLED를 위한 낮은 일 함수 캐소드를 생성하는 전형적인 방법은 증착을 포함한다. 증착은 공기 민감성 전구체를 이용한 연속적인 제조에는 바람직하지 않다. OLED의 제조는 통상적으로 제조동안 작업 환경의 불활성화를 요구한다.
따라서, 발광 디바이스와 같은 유기 광전자 디바이스에서의 하나 이상의 상술된 문제들을 처리할 기술이 요구된다.
카에가와(Kaegawa) 등의 미국 특허 제4,249,105호(1981)는 바륨 비스 아자이드를 열 분해시켜 Ba와 Ba3N2를 생성함으로써 가스 방출 디스플레이 패널용 캐소드가 제조될 수 있음을 개시하고 있다. 제 5 컬럼의 제11행 내지 제20항을 참고할 수 있다.
힐(Hill) 등의 미국 특허 제5,534,312호(1996)는 공기 중에서 금속 착체의 필름을 기판 상으로 스핀 코팅시켜 착체를 광에 가하는 방법을 개시하고 있다. 요 약 부분을 참고할 수 있다.
사이토(Saito) 등의 미국 특허 출원 제2001/0005112호는 2 내지 3 [eV] 이하의 일 함수을 갖는 전자 방출 기판을 이용하여 금속 전구체로부터 필드 방출 캐소드를 제조할 수 있음을 개시하고 있다. 단락 [0153] 및 [0154]를 참고할 수 있다.
로만(Roman) 등의 미국 특허 출원 제2004/0101988호는 자발적으로 열 분해되는 리간드로부터 마스크를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 단락 [0114] 내지 [0117]을 참고할 수 있다.
말로니(Maloney) 등의 미국 특허 출원 제2004/0164293호는 대기압 조건에서 전구체를 침적시키고, 전구체를 영상화 층으로 전환시킴으로써 차단벽 층을 생성하는 방법을 개시하고 있다. 단락 [0008], [0013], [0018] 및 [0158]을 참고할 수 있다.
발명의 개요
간단히, 본 기술의 한 가지 양태에 따르면, 유기 발광 디바이스가 제공된다. 이러한 유기 발광 디바이스는 기판, 및 잠재적 활성화제 물질(latent activator material)을 포함하는 하나 이상의 층을 포함한다.
본 기술의 다른 양태에 따르면, 유기 발광 디바이스가 제공된다. 이러한 유기 발광 디바이스는 기판, 및 잠재적 활성화제 물질의 활성화 생성물을 포함하는 하나 이상의 층을 포함한다.
본 기술의 다른 양태에 따르면, 잠재적 활성화제 물질 또는 잠재적 활성화제 물질의 활성화 생성물을 갖는 유기 발광 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 본 발명은 특히 유기 발광 디바이스에 관한 것이다.
OLED 디바이스는 열 또는 광에 노출되었을 때 하나 이상의 낮은 일 함수 금속을 방출할 수 있는 하나 이상의 금속 전구체의 반응 생성물을 포함하는 캐소드 층을 갖는다. 한 양태에서, 하나 이상의 낮은 일 함수 금속은 3.0eV 미만의 일 함수 값을 갖는다.
다른 양태에서, 하나 이상의 낮은 일 함수 금속은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 카에슘(Cs) 및 프랜슘(Fr)을 포함하는 주기율표의 1족의 원소의 알칼리 금속 계열; 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 및 라듐(Ra)의 주기율표의 2족의 원소의 알칼리 토금속 계열; 및 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀 및 루테튬을 포함하는 란타나이드인 주기율표의 IIIb족의 희토류 금속으로 본질적으로 구성되는 군에서 선택된다.
또다른 양태에서, 낮은 일 함수 금속은 바륨을 포함한다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 화학식 RxM(여기서, M은 금속이고, x는 1 내지 3의 값이고, 이 값은 금속의 원자가이고, R은 지방족 또는 방향족 라디칼이다)을 갖는 유기금속 화합물을 포함한다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 화학식 RxM(여기서, M은 II족 금속 또는 란타나이드 계열 금속 또는 이의 임의의 조합이고, x는 M이 II족 금속이면 2이고, M이 란타나이드 계열 금속이면 2 또는 3이고, R은 지방족 또는 방향족 라디칼이다)을 갖는 유기금속 화합물을 포함한다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 알칼리 토금속의 사이클로펜타다이에닐 유도체, 비스(테트라-아이소프로필사이클로펜타다이에닐) 바륨, 비스(테트라-아이소프로필사이클로펜타다이에닐) 칼슘, 비스(펜타아이소프로필사이클로펜타다이에닐)M(여기서, M은 칼슘, 바륨 또는 스트론튬이다), 비스(트라이-t-부틸사이클로펜타다이에닐)M(여기서, M은 칼슘, 발륨 또는 스트론튬이다), 란타나이드 전이 금속의 사이클로펜타다이에닐 유도체, 알칼리 토금속의 플루오레닐 유도체, 비스(플루오레닐)칼슘, 비스(플루오레닐)바륨 또는 란타나이드 전이 금속의 플루오레닐 유도체 또는 이의 임의의 조합을 포함한다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 화학식 M(N3)x의 화합물을 포함하며, 여기서, M은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 카에슘(Cs) 및 프랜슘(Fr)을 포함하는 주기율표의 1족(IUPAC 스타일)의 원소의 알칼리 금속 계열; 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 및 라듐(Ra)의 주기율표의 2족의 원소의 알칼리 토금속 계열; 또는 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀 및 루테튬을 포함하는 란타나이드인 주기율표의 IIIb족의 희토류 금속이고, x는 1 내지 3의 값이고, M이 알칼리 금속이면 1의 값을 갖고, M이 알칼리 토금속이면 2의 값을 갖고, M이 희토류 금속이면 2 또는 3의 값을 갖는다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 화학식 Ba(N3)2의 바륨 비스 아자이드를 포함한다.
다른 양태에서, 유기 발광 디바이스는
a) 기판,
b) 기판의 한 표면의 적어도 일부를 덮으며, 화학식 M(N3)x(여기서, M은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 카에슘(Cs) 및 프랜슘(Fr)을 포함하는 주기율표의 1족(IUPAC 스타일)의 원소의 알칼리 금속 계열; 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 및 라듐(Ra)의 주기율표의 2족의 원소의 알칼리 토금속 계열; 및 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀 및 루테튬을 포함하는 란타나이드인 주기율표의 IIIb족의 희토류 금속으로 본질적으로 구성되는 군에서 선택되고, x는 1 내지 3의 값이고, M이 알칼리 금속이면 1의 값을 갖고, M이 알칼리 토금속이면 2의 값을 갖고, M이 희토류 금속이면 2 또는 3의 값을 갖는다)의 하나 이상의 금속 전구체를 분해시켜 나온 반응 생성물을 포함하는 하나 이상의 캐소드 층;
c) 제 2의 기판의 적어도 일부를 덮는 애노드 층 물질, 및
d) 캐소드 층과 애노드 층 사이에 위치하고, 이에 의해 반대 전하가 애노드와 캐소드 층에 인가될 때 광이 방출되는 유기 발광 물질
을 포함한다.
다른 양태에서, 캐소드 층 물질은 바륨을 포함한다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 화학식 R2M(여기서, M은 알칼리 토금속이고, R은 지방족 또는 방향족 라디칼 또는 치환된 지방족 또는 방향족 라디칼이다)을 갖는 유기금속 화합물을 포함한다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 화학식 RxM(여기서, M은 II족 금속 또는 란타나이드 계열 금속 또는 이의 임의의 조합이고, R은 지방족 또는 방향족 라디칼이고, x는 M이 II족 금속이면 2의 값을 갖고, M이 란타나이드 계열 금속이면 2 내지 3의 값을 갖는다)의 유기금속 화합물을 포함한다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 알칼리 토금속의 사이클로펜타다이에닐 유도체, 비스(테트라-아이소프로필사이클로펜타다이에닐) 바륨, 비스(테트라-아이소프로필사이클로펜타다이에닐) 칼슘, 비스(펜타아이소프로필사이클로펜타다이에닐)M(여기서, M은 칼슘, 바륨 또는 스트론튬이다), 및 비스(트라이-t-부틸사이클로펜타다이에닐)M(여기서, M은 칼슘, 바륨 또는 스트론튬이다), 란타나이드 전이 금속의 사이클로펜타다이에닐 유도체, 알칼리 토금속의 플루오레닐 유도체, 비스(플루오레닐)칼슘, 비스(플루오레닐)바륨 또는 란타나이드 전이 금속의 플루오레닐 유도체 또는 이의 임의의 조합을 포함한다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 화학식 M(N3)x의 화합물을 포함하며, 여기서, M은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 카에슘(Cs) 및 프랜슘(Fr)을 포함하는 주기율표의 1족(IUPAC 스타일)의 원소의 알칼리 금속 계열; 베릴륨(Be), 마 그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 및 라듐(Ra)의 주기율표의 2족의 원소의 알칼리 토금속 계열; 및 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀 및 루테튬을 포함하는 란타나이드인 주기율표의 IIIb족의 희토류 금속으로 본질적으로 구성되는 군에서 선택되고, x는 1 내지 3의 값이고, M이 알칼리 금속이면 1의 값을 갖고, M이 알칼리 토금속이면 2의 값을 갖고, M이 희토류 금속이면 2 또는 3의 값을 갖는다.
다른 양태에서, 금속 전구체는 바륨 비스 아자이드를 포함한다.
다른 양태에서, 유기 발광 디바이스를 제조하는 방법은
a) 화학식 M(N3)x(여기서, M은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 카에슘(Cs) 및 프랜슘(Fr)을 포함하는 주기율표의 1족(IUPAC 스타일)의 원소의 알칼리 금속 계열; 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 및 라듐(Ra)의 주기율표의 2족의 원소의 알칼리 토금속 계열; 및 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀 및 루테튬을 포함하는 란타나이드인 주기율표의 IIIb족의 희토류 금속으로 본질적으로 구성되는 군에서 선택되고, x는 1 내지 3의 값이고, M이 알칼리 금속이면 1의 값을 갖고, M이 알칼리 토금속이면 2의 값을 갖고, M이 희토류 금속이면 2 또는 3의 값을 갖는다)의 하나 이상의 금속의 아자이드를 포함하는 하나 이상의 금속 전구체의 용액을 대기 공기중에서 기판에 도포하는 단계;
b) 하나 이상의 금속 전구체를 열 또는 광에 노출시켜 하나 이상의 금속을 방출시키는 단계
를 포함한다.
본 발명의 방법의 한 양태에서, 하나 이상의 금속 전구체는 바륨 비스 아자이드이다.
유기 발광 다이오드를 제조하는 방법의 다른 양태는
a) 침적된 금속 함유 층으로 전환될 수 있는 하나 이상의 금속 전구체를 제공하는 단계;
b) 하나 이상의 금속 전구체를 포함하는 층을 기판 상에 형성하는 단계;
c) 침적된 금속 함유 캐소드를 형성하도록 전구체 층을 전환시키는 단계;
d) 발광 유기 층을 캐소드와 조합하는 단계; 및
e) 발광 층이 캐소드와 애노드 사이에 위치하도록 애노드를 캐소드와 발광 층과 조합하는 단계
를 포함한다.
상기 방법의 한 양태에서, 하나 이상의 금속 전구체는 화학식 M(N3)x(여기서, M은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 카에슘(Cs) 및 프랜슘(Fr)을 포함하는 주기율표의 1족(IUPAC 스타일)의 원소의 알칼리 금속 계열; 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 및 라듐(Ra)의 주기율표의 2족의 원소의 알칼리 토금속 계열; 및 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀 및 루테튬을 포함하는 란타나이드로 본질적으로 구성되는 군에서 선택되고, x는 1 내지 3의 값이고, M이 알칼리 금속이면 1의 값을 갖고, M이 알칼리 토금속이면 2의 값을 갖고, M이 란타나이드에서 선택되면 2 또는 3의 값을 갖는다)의 화합물을 포함한다.
상기 방법에서 하나 이상의 금속 전구체는 금속 아자이드이다. 하나 이상의 금속 전구체는 바륨 비스 아자이드일 수 있다.
상기 방법에서 전환은 광, 열, 전기 빔 조사, 이온 빔 조사 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택된 에너지 공급원을 이용하여 달성된다.
상기 방법에서, 하나 이상의 금속 전구체는 유체로서 도포된다.
상기 방법에서, 캐소드는 3.0eV 미만의 일 함수 값을 갖는다.
다른 양태에서, 상기 개시된 발광 디바이스는 광 패널을 포함한다. 광 패널에서, 캐소드 층 물질은 한 양태에서는 바륨을 포함한다. 광 패널의 다른 양태에서, 하나 이상의 금속 전구체는 바륨 비스 아자이드를 포함한다.
본 발명의 이들 및 기타 다른 특징, 양태 및 잇점들은 첨부된 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명을 읽어 보면 더 잘 이해될 것이다. 도면에서 유사한 문자는 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 한 가지 예시적인 실시 태양의 단면도이고;
도 2는 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 다른 예시적인 실시태양의 단면도이고;
도 3은 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 또 다른 예시적인 실시태양의 단면도이고;
도 4는 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 또 다른 예시적인 실시태양의 단면도이고;
도 5는 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 또 다른 예시적인 실시태양의 단면도이고;
도 6은 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 또 다른 예시적인 실시태양의 단면도이고;
도 7 내지 도 22는 본 발명의 양태에 따른, 도 1 내지 도 6에 도시된 유기 발광 디바이스의 예시적인 제조 공정의 단면도이고;
도 23은 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 한 가지 예시적인 제조 공정을 도시한 흐름도이고;
도 24는 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 한 가지 예시적인 제조 공정을 도시한 흐름도이고;
도 25는 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 한 가지 예시적인 제조 공정을 도시한 흐름도이며;
도 26은 본 발명의 양태에 따른 유기 발광 디바이스의 효율 대 전류 밀도 프 로파일을 도시한 그래프이다.
도 27 및 28은 실시예 6에 대해 계산된 전류 효율과 전력 효율을 나타낸다.
도 29와 30은 실시예 7에 대해 계산된 전류 효율과 전력 효율을 나타낸다.
도 31은 전류 효율 대 전압을 나타낸다.
도 32는 실시예 8의 제 1 OLED에 대한 전력 효율 대 전압을 나타낸다.
도 33은 전류 효율 대 전압을 나타내는 다른 그래프이다.
도 34는 폴리에틸렌 글리콜을 이용하여 제조된 실시예 8의 OLED의 전력 효율 대 전압을 보여주는 다른 그래프이다.
하기 설명 및 첨부된 특허청구의 범위에서, 많은 용어는 다음의 의미를 갖는 것으로 정의되어야 할 것이다. 단수 형태는 달리 분명하게 지적하지 않는 한은 복수의 의미를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "전기활성 물질(electroactive material)"은 (1) 전하(양전하 또는 음전하)를 수송, 차단 또는 저장할 수 있고, (2) 전형적으로는 필수적으로 형광은 아닐지라도 흡광성 또는 발광성이고/이거나, (3) 광-유도 전하(photo-induced charge) 발생시에 유용하고/하거나 (4) 바이어스 인가시에 색상, 반사율, 투과율을 변화시키는 물질을 지칭한다. 용어 "전기활성 디바이스(electroactive device)"는 전기활성 물질을 포함하는 디바이스이다. 본 명세서에서, 전기활성 층은 하나 이상의 전기활성 유기 물질 또는 하나 이상의 전극 물질을 포함하는, 전기활성 디바이스를 위한 층이다. 본원에서 사용된 용어 "유기 물질(organic material)"은 덴드리머(dendrimer)를 포함한(그로 국한되는 것은 아님) 베이킹자 유기 화합물(small melecular organic compound) 또는 고분자 유기 화합물(high melecular organic compound), 또는 2 내지 10개 범위의 많은 반복 단위를 갖는 올리고머 및 10개 이상의 많은 반복 단위를 갖는 중합체를 포함한 거대 분자 중합체(large melecular polymer)를 지칭할 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "활성화제 물질(activator material)"은 전하 주입, 전하 수송, 전하 재조합, 또는 전하 분리를 증가시킬 수 있는 물질을 지칭한다. 몇 가지 실시태양에서, 활성화제 물질은 정공 또는 전자 공여체이다. 활성화제 물질의 예로는 광산(photoacid)(또는 호환적으로는 광발생 산(photogenerated acid)) 및 광염기(photobase)(또는 호환적으로는 광발생 염기(photogenerated base))가 있지만, 그들로 국한되는 것은 아니다.
본원에서 사용된 용어 "활성화된 층(activated layer)"은 하나 이상의 활성화제 물질을 갖는 층을 지칭한다. 비한정적 실시예에서, 활성화된 층은 광산 또는 광염기를 포함한다. 추가적인 실시예에서, 정공 공여체를 갖는 층, 즉 p-활성화된 층은 활성화제 물질이 없는 층과 비교하였을 때 일 함수의 증가가 예견될 수 있는 반면, 전자 공여체를 갖는 층, 즉 n-활성화된 층은 활성화제 물질이 없는 층과 비교하였을 때 일 함수의 감소가 예견된다.
본원에서 사용된 "잠재적 활성화제 물질(latent activator material)"은 활성화 생성물이 하나 이상의 활성화제 물질을 포함하는 물질을 지칭한다. 잠재적 활성화제 물질의 예로는 광산 발생제(photoacid generator) 및 광염기 발생제(photobase generator)가 포함되지만, 그들로 국한되는 것은 아니다.
본원에서 사용된 "잠재적 활성화된 층(latent activated layer)"은 하나 이상의 잠재적 활성화제 물질을 갖는 층을 지칭한다. 비한정적 실시예에서, 잠재적 활성화된 층은 다이페닐요도늄 헥사플루오로포스페이트와 같은 잠재적 활성화제 물질을 추가로 포함하는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 테트라메타크릴레이트(PEDOT) 물질을 포함하는 전하 수송 층이다.
본원에서 사용된 용어 "활성화(activation)"는 광 또는 열을 사용하여 활성화제 물질을 발생시키는 것을 지칭한다.
본원에서 사용된 용어 "활성화 생성물(activation product)"은 잠재적 활성화제 물질의 열 또는 광 활성화에 기인한 직접 또는 간접 반응 생성물을 지칭한다. 예를 들면, 광산은 광활성화된 광산 발생제 잠재적 활성화제 물질의 활성화 생성물이다.
본원에서 사용된 용어 "패시베이션(passivation)"은 활성화된 영역과 접촉하는 잠재적 활성화제 물질을 조사하여 층내의 활성화된 영역을 비활성화하여 상대 활성화제 물질을 제공함으로써 활성화된 영역내의 활성화제 물질을 중화하는 것을 지칭한다. 예를 들면, 염기 물질을 광산 발생제와 같은 잠재적 활성화제 물질과 접촉시킨 다음 광산 발생제를 활성화시켜 광산을 방출시켜 염기 물질을 중화시킴으로써 염기 물질을 중화시킬 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "-상에 배치된(disposed over)" 또는 "-상에 침적된(deposited over)"은 층의 상부에 바로 접촉하여 배치 또는 침적되거나, 또는 층의 상부에 배치 또는 침적되지만 그들 사이에 간섭 층을 갖는 것을 지칭한다.
본 발명의 다양한 실시태양에서 사용된 용어 "알킬"은 탄소원자 및 수소원자를 포함하고, 임의적으로는 탄소 및 수소 이외의 원자, 예를 들면 원소 주기율표의 15족, 16족 및 17족 원소중에서 선택된 원자를 함유하는 선형 알킬, 분지된 알킬, 아르알킬, 사이클로알킬, 바이사이클로알킬, 트라이사이클로알킬 및 폴리사이클로알킬 라디칼을 지칭하는 것으로 간주한다. 알킬기는 포화되거나 불포화될 수 있으며, 예를 들면 바이닐 또는 알릴을 포함할 수 있다. 용어 "알킬"은 또한 알콕사이드기의 알킬 부분도 포함한다. 별도로 지적하지 않는 한, 다양한 실시태양에서, n-알킬 및 분지된 알킬 라디칼은 1 내지 약 32개의 탄소원자를 함유하는 라디칼이며, 비제한적 실례로서 (C1-C32 알킬, C3-C15 사이클로알킬 및 아릴중에서 선택된 하나 이상의 기로 임의 치환된) C1-C32 알킬; 및 C1-C32 알킬 또는 아릴중에서 선택된 하나 이상의 기로 임의 치환된 C3-C15 사이클로알킬을 포함한다. 몇 가지의 예시적인 비제한적 실례는 메틸, 에틸, n-프로필, 아이소프로필, n-부틸, s-부틸, t-부틸, 펜틸, 네오펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실 및 도데실을 포함한다. 사이클로알킬 및 바이사이클로알킬 라디칼의 몇 가지의 특히 예시적인 비제한적 실례는 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 메틸사이클로헥실, 사이클로헵틸, 바이사이클로헵틸 및 아다만틸을 포함한다. 다양한 실시태양에서, 아르알킬 라디칼은 7 내지 약 14개의 탄소원자를 함유하는 라디칼을 포함하며; 그들의 예로는 벤질, 페닐부틸, 페닐프로필 및 페닐에틸이 있지만, 그들로 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 다양한 실시태양에서 사용된 용어 "아릴"은 6 내지 20개의 고리 탄소원자를 포함하는 치환되거나 치환되지 않은 아릴 라디칼을 지칭하는 것으로 간주한다. 아릴 라디칼의 몇 가지 예시적인 비제한적 실례에는 C1-C32 알킬, C3-C15 사이클로알킬, 아릴, 및 원소 주기율표의 15족, 16족 및 17족 원소중에서 선택된 원자를 포함하는 작용기중에서 선택된 하나 이상의 기로 임의 치환된 C6-C20 아릴이 포함된다. 아릴 라디칼의 몇 가지의 특히 예시적인 비제한적 실례는 치환되거나 치환되지 않은 페닐, 바이페닐, 톨릴, 자일릴, 나프틸 및 바이나프틸을 포함한다.
본 발명의 한 가지 실시태양에 따르면, 하나 이상의 잠재적 활성화제 물질을 포함하는 하나 이상의 잠재적 활성화된 층을 포함하는 유기 발광 디바이스가 제공된다. 도 1을 참조하여 보면, 유기 발광 디바이스(OLED)(10)의 제1 예시 실시태양이 도시되어 있다. 도시된 실시태양에서, 발광 디바이스(10)는 제 1 전극(12), 잠재적 활성화제 물질을 갖는 잠재적 활성화된 층(14), 전기활성 층(16) 및 제 2 전극(18)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 비제한적 실례에서, 제 1 전극은 애노드이고, 잠재적 활성화된 층은 정공 주입 층 및/또는 정공 수송 층이고, 전기활성 층은 발광 층이며, 제 2 전극은 캐소드이다. 당업자가 알고 있는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시태양에서, 더 적거나 더 많은 수의 전기활성 층이 존재할 수 있다.
잠재적 활성화된 층은 정공 수송 물질, 정공 주입 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질, 광흡수 물질, 전기발광 물질, 캐소드 물질 또는 애노드 물질 또는 이들의 임의의 조합과 같은 물질을 추가로 포함할 수 있다.
잠재적 활성화제 물질은 무기 물질, 또는 유기금속성 물질, 또는 유기 물질, 또는 중합체 물질, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 몇 가지 실시태양에서, 활성화제 물질은 유기 매트릭스내에서 분산제로서 존재한다. 특정 실시태양에서, 잠재적 활성화제 물질은 작용기를 발생하는 하나 이상의 광산, 또는 작용기를 발생하는 광염기, 또는 작용기를 발생하는 열산(thermoacid) 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 물질이다. 잠재적 정공 공여체 물질은 광산 또는 열산 발생제를 포함하지만 그로 국한되는 것은 아니며, 잠재적 전자 공여체 물질은 광염기 발생제 및 활성화시에 제로(0) 산화 상태의 금속을 생성하는 유기금속성 화합물을 포함하지만 그로 국한되는 것은 아니다.
예를 들면, 광산 발생제인 하기 화학식(1)의 다이페닐요도늄 헥사플루오로포스페이트(Ph2IPF6)가 p-활성화에 대한 잠재적 활성화제 물질로서 사용될 수 있다:
Figure 112009018334732-PCT00001
전형적으로, 광활성화시에는 페닐 및 페닐요오드 라디칼이 발생된다.
Figure 112009018334732-PCT00002
광 발생된 페닐(Ph+●) 및 페닐요오드(PhI+●) 라디칼은 고반응성 종이며, 용매 및 다른 불순물과 더 반응하여 p-활성화제로서 작용하는 헥사플루오로인산을 생 성하는 것으로 예측된다. 광산 발생도 또한 당업계에 잘 알려져 있다. 이에 대해서는 본원에서 그 전체가 참고로 인용된 문헌[참조: "Crivello, Journal of Polymer Science part A: Polymer Chemistry, Volume 37, pp4241-4254"]과 같은 많은 참고 문헌에 기술되어 있다.
잠재적 n-활성화의 실시예에서는, 비스(플루오레닐) 칼슘과 같은 유기금속성 화합물이 잠재적 활성화제 물질로서 사용될 수 있다.
Figure 112009018334732-PCT00003
활성화시에, 비스(플루오레닐) 칼슘은 환원성 제거 반응을 일으켜 제로(0) 산화상태의 금속 및 유기 생성물을 형성하는 것으로 예견된다. 금속은 전자 공여체로서 작용한다.
Figure 112009018334732-PCT00004
몇 가지 실시태양에서, 잠재적 활성화된 층은 100중량%의 잠재적 활성화제 물질을 포함한다. 특정의 다른 실시태양에서, 잠재적 활성화제 물질은 잠재적 활성화된 층의 약 99중량% 내지 0.1중량% 범위의 양으로 존재한다. 다른 실시태양에서, 잠재적 활성화제 물질은 잠재적 활성화된 층의 약 90중량% 내지 약 20중량% 범위의 양으로 존재한다. 또 다른 실시태양에서, 잠재적 활성화제 물질은 잠재적 활 성화된 층의 약 90중량% 내지 약 50중량% 범위의 양으로 존재한다. 몇 가지 다른 실시태양에서, 잠재적 활성화제 물질은 총 잠재적 활성화된 층 조성의 100ppm 정도의 적은 양으로 존재할 수 있다.
광산 발생제의 비제한적 실례로는 오늄 염, 요도늄 염, 설포늄 염, 옥소늄 염, 할로늄 염, 포스포늄 염, 나이트로벤질 에스터, 설폰, 포스페이트, N-하이드록시이미도설포네이트, 다이페닐요도늄 헥사플루오로포스페이트, 다이아조나프토퀴논, 다이페닐요도늄 트라이플레이트, 다이페닐요도늄 p-톨루엔설포네이트, 트라이아릴설포늄 설포네이트, (p-메틸페닐, p-아이소프로필페닐)요도늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 비스(아이소프로필페닐)요도늄 헥사플루오로안티모네이트, 비스(n-도데실페닐)요도늄 헥사플루오로안티모네이트 및 유사 물질이 포함된다.
열산 발생제의 예로는 싸이올라늄염, 벤질싸이올라늄 헥사플루오로-프로판-설포네이트, 나이트로벤질 에스터, 2-나이트로벤질 토실레이트, 아민 트라이플레이트, 요도늄 염, 요도늄 염과 벤조피나콜과 같은 유리 라디칼 발생제와의 혼합물, 금속 염과 혼합된 요도늄 염 및 유사 물질이 포함되지만, 그들로 국한되는 것은 아니다.
광염기 발생제의 비제한적 실례로는 O-아실옥심, 4차 암모늄 염, O-페닐아세틸-2-아세토나프톤 옥심, 벤조일옥시카보닐 유도체, O-나이트로벤질 N-사이클로헥실카바메이트, 니페디핀, N-메틸니페디핀 및 유사 물질이 포함된다.
본 발명의 또 다른 실시태양에서, 잠재적 활성화제 물질은 열적 활성화 또는 광학 활성화시에 제로 산화 상태의 금속을 방출하는 유기금속성 화합물을 포함한 다. 이러한 금속의 비제한적 실례로는 I족 금속 및 II족 금속, III족 금속, IV족 금속, 스칸듐, 이트륨, 및 란타나이드 계열 금속이 포함된다. 하나의 실시태양에서, 활성화제 물질은 화학식 R2M(여기서, M은 금속이며, R은 지방족 또는 방향족 라디칼이다)의 물질이다. 몇 가지 실시태양에서, M은 그들로 국한되는 것은 아니지만 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 마그네슘과 같은 II족 금속, 또는 그들로 국한되는 것은 아니지만 란타늄, 세륨, 유로퓸, 프라세오디뮴 및 네오디뮴과 같은 란타나이드 계열 금속이다. 이러한 유기금속성 화합물의 비제한적 실례로는 비스(테트라-i-프로필-사이클로펜타다이에닐)바륨, 비스(테트라-i-프로필-사이클로펜타다이에닐)칼슘, 비스(펜타-아이소프로필사이클로펜타다이에닐)M(여기서, M은 칼슘, 바륨 또는 스트론튬이다) 및 비스(트라이-t-부틸사이클로펜타다이에닐)M(여기서, M은 칼슘, 바륨 또는 스트론튬이다)과 같은 알칼리토금속 또는 란타나이드족 전이 금속의 사이클로펜타다이에닐 유도체, 및 비스(플루오레닐)칼슘 또는 비스(플루오레닐)바륨과 같은 알칼리 토금속 또는 란타나이드족 전이 금속의 플루오레닐 유도체가 포함된다.
본 발명의 다른 양태에서, 잠재성 활성화제 물질은 이에 열 또는 광학적 활성화가 가해지면 금속을 제로 산화 상태로 방출하는 무기 금속 화합물을 포함한다. 이런 금속의 비한정적인 예는 I족 금속 및 II족 금속 및 란타나이드 계열의 금속을 포함한다. 한 양태에서, 활성화제 물질은 화학식 R2M(여기서 M은 금속이고, R은 아자이드(N3)이다)을 갖는다. 일부 양태에서, M은 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 마그네슘 을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 II족 금속, 또는 란타늄, 세륨, 유로퓸, 프라세오디뮴 및 네오디뮴을 포함하지만, 이로 한정되지는 않는 란타나이드 계열 금속, 또는 알칼리 금속과 같은 I족 금속이다. 이런 무기 화합물의 비 한정적인 예는 화학식 Ba(N3)2의 바륨 비스 아자이드를 포함한다. 바람직하게는, 금속은 3eV 미만의 일 함수를 갖는다. 바람직한 양태에서, 금속 화합물은 대기 공기중에서 용액으로 베이스에 적용된다. 베이스는 바람직하게는 전극, 전자 전도체이다. 금속 화합물은 또한 상기 논의된 바와 같은 유기금속 화합물일 수 있다.
다른 양태에서, OLED 디바이스는 열 또는 광에 노출되었을 때 금속 또는 금속 화합물을 방출할 수 있는 하나 이상의 금속 전구체로부터 유래된 낮은 일 함수 금속 또는 금속 화합물을 포함하는 캐소드 층을 갖는다. 이 조합의 이점은 금속 화합물의 용액을 이용하여 제조동안 작업 환경을 불활성화시킬 필요가 없이 주위 공기 대기압에서 캐소드 층을 제조할 수 있다는 것이다.
낮은 일 함수 금속 또는 금속 화합물은 3.0eV 미만의 일 함수 값을 가질 수 있다. 금속은 주기율표의 I족, II족 및 란타나이드 계열을 포함하는 군에서 선택된다.
한 양태에서, 유기 발광 디바이스(OLED)는
a) 기판,
b) 기판의 한 표면의 적어도 일부를 덮으며, 1족 원소, 2족 원소 및 란타나이드 족 원소로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하며, 상기 물질이 상응하는 아자이드 (N3)x(여기서, x는 상응하는 원소의 원자가에 상응하는 값을 갖는다)의 용액을 대기 공기 중에서 침적한 후 아자이드의 적어도 일부를 제거함으로서 형성되는, 하나 이상의 캐소드 층,
c) 제 2의 기판의 적어도 일부를 덮는 애노드 층 물질, 및
d) 캐소드 층과 애노드 층 사이에 위치하고, 이에 의해 반대 전하가 애노드와 캐소드 층에 인가될 때 광이 방출되는 유기 발광 물질
을 포함한다.
유기 발광 물질은 a) 광흡수 층 물질, b) 전자발광 층 물질, c) 통전변색성 물질 또는 d) 이의 임의의 조합, 및 선택적으로 e) 정공 수송 층 물질, f) 정공 주입 층 물질, g) 전자 수송 층 물질, h) 전자 주입 층 물질 또는 i) 이의 임의의 조합을 포함하는 군에서 선택된다.
한 양태에서, 캐소드 층 물질은 바륨을 포함한다. 다른 양태에서, 아자이드는 화학식 Ba(N3)2의 바륨 비스 아자이드를 포함한다.
본 발명의 한 양태에서, OLED는 a) 광 패널 기판, b) 기판의 한 표면의 50% 이상을 덮고, 1족 및 2족 원소 및 란타나이드 족의 원소로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하며, 상응하는 아자이드의 용액을 대기 공기하에서 침적시킨 후 아자이드를 제거함으로서 형성되는 하나 이상의 물질을 포함하는, 하나 이상의 연속적 캐소드 층, c) 애노드 층 물질, 및 d) 캐소드 층과 애노드 층 사이에 위치하여 이에 의해 반대 전하가 애노드 층과 캐소드 층에 인가될 때 광이 방출되 는 유기 발광 물질을 포함하는 광 패널이다.
한 양태에서, 유기 발광 물질은 e) 광흡수 층 물질, f) 전자발광 층 물질, g) 통전변색성 물질 또는 h) 이의 임의의 조합을 포함하는 군에서 선택된다.
광 패널은 추가로 a) 정공 수송 층 물질, b) 정공 주입 층 물질, c) 전자 수송 층 물질, d) 전자 주입 층 물질 또는 e) 이의 임의의 조합을 추가로 함유할 수 있다.
한 양태에서, 광 패널은 바륨을 포함하는 캐소드 층 물질을 갖고, 상응하는 바륨 비스 아자이드는 화학식 Ba(N3)2를 갖는다.
한 양태에서, 유기 발광 디바이스를 제조하는 방법은
a) 1족 및 2족 원소 및 란타나이드 족 원소의 아자이드로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 물질의 용액의 코팅을 대기 공기 중에서 기판에 도포함으로써 캐소드를 형성하는 단계;
b) 아자이드를 제거하여 1족 및 2족 원소중 하나 이상 및 란타나이드 족의 원소들 또는 이들 원소중 하나 이상의 화합물을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 물질의 코팅을 기판 상에 형성하여 캐소드를 형성하는 단계
를 포함한다.
아자이드는 화학식 Ba(N3)2의 바륨 비스 아자이드일 수 있다.
다른 양태에서, 유기 발광 다이오드를 제조하는 방법은 a) 침적된 금속-함유 층으로 전환될 수 있는 하나 이상의 전구체 화합물을 선택하는 단계, b) 하나 이상 의 전환되지 않은 전구체를 포함하는 층을 기판 상에 형성하는 단계, c) 전구체 층을 실질적으로 완전히 전환하여 침적된, 금속-함유 캐소드를 형성하는 단계, d) 발광 유기 층을 캐소드와 조합하는 단계, 및 e) 발광 층이 캐소드와 애노드 사이에 위치하도록 애노드를 캐소드와 발광 층과 조합하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 전구체 화합물은 아자이드, 그리고 I족 및 II족의 금속 및 란타나이드 족의 금속 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 리간드를 포함한다.
전구체는 화학식 Ba(N3)2의 바륨 비스 아자이드일 수 있다. 빛, 열, 전자 빔 조사, 이온 빔 조사 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 에너지 공급원을 이용하여 전환이 달성될 수 있다. 전구체 화합물은 유체로서 적용될 수 있다. 기판 표면 상에 형성된 전구체 층은 다수의 금속-유기 전구체 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다. 개선된 효율을 위해서, 캐소드는 3.0eV 미만의 일 함수 값을 갖는다.
상기 OLED 모두에서, 유기 발광 디바이스는 정공 수송 층, 정공 주입 층, 전자 수송 층, 전자 주입 층, 전자발광 층, 캐소드 층 또는 애노드 층 또는 이의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 층을 추가로 포함할 수 있다. OLED는 중합체 기판을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 기판 층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시태양에서, 유기 발광 디바이스는 공간 선택적 광 활성화 또는 열적 활성화될 수 있는 하나 이상의 잠재적 활성화된 층을 포함한다. 공간 선택적 활성화에 의해 유기 발광 디바이스를 패턴화할 수 있다. 열적 활성화의 비제한적 실례로는 핫플레이트(hot plate)상에 잠재적 활성화된 층을 갖는 디바이스를 위치시키거나 레이저 광원과 같은 광원을 사용하여 잠재적 활성화 물질을 갖는 층의 특정 영역을 선택적으로 가열하는 공정이 포함된다. 잠재적 활성화제 물질에 의해 흡수된 열 에너지는 활성화제 물질의 방출을 유도한다. 광 활성화 방법에는 레이저를 비롯한 적외선, 가시광선, 자외선 광원을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 광원을 사용하여 잠재적 활성화제 물질을 조사하는 방법이 포함된지만, 이로 한정되지는 않는다. 잠재적 활성화제 물질은 광선을 흡수하였을 때 광-개시되어 활성화제 물질을 방출한다.
본 발명의 특정의 다른 실시태양에서, 유기 발광 디바이스는 활성화된 영역과 접촉하는 하나 이상의 잠재적 상대 활성화제 물질을 포함한다. 활성화된 영역과 접촉하는 잠재적 활성화제 물질을 조사하여 상대 활성화제를 제공하여 활성화된 영역내의 공여체를 중화시킴으로써, 활성화된 영역을 부동화시킬 수 있다. 예를 들면, p-활성화된 영역과 접촉하는 잠재적 광염기 발생제를 조사함으로써, 전자 공여체가 방출되어 활성화된 영역내의 정공 공여체를 중화시킬 것이다. 공간 선택적 패시베이션 또한 OLED 디바이스를 패턴화시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시태양에 따르면, 유기 발광 디바이스는 하나 이상의 잠재적 전하-공여체 물질의 광활성화 또는 열적 활성화 생성물을 포함하는 하나 이상의 활성화된 층을 포함한다. 도 2를 참조하여 보면, 발광 디바이스(20)의 제 2의 예시적인 실시태양이 도시되어 있다. 도시된 실시태양에서, 발광 디바이스(20) 는 제 1 전극(22), 하나 이상의 잠재적 활성화제 물질의 광활성화 또는 열적 활성화 생성물을 갖는 활성화된 층(24), 전기활성 층(26) 및 제 2 전극(28)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 몇 가지 실시태양에서, 활성화된 유기 전기활성 층은 발광성 중합체 층이다. 또 다른 실시태양에서, 활성화된 유기 전기활성 층은 전하 수송 층이다.
활성화된 층은 정공 수송 층 물질, 정공 주입 층 물질, 전자 수송 층 물질, 전자 주입 층 물질, 광 흡수 층 물질, 캐소드 층 물질, 애노드 층 물질 또는 전기발광 층 물질, 또는 이들의 임의의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 활성화된 층은 하나 이상의 파장에서의 광-활성화 생성물을 포함할 수 있다. OLED는 중합체 기판과 같은 기판 층을 추가로 포함할 수 있지만, 중합체 기판으로 국한되는 것은 아니다.
몇 가지 실시태양에서, 활성화된 층은 100중량%의 활성화제 물질을 포함한다. 특정의 다른 실시태양에서, 활성화제 물질은 활성화된 층의 약 99중량% 내지 1중량% 범위로 존재한다. 다른 실시태양에서, 활성화제 물질은 활성화된 층 조성의 약 90% 내지 약 20% 범위로 존재한다. 또 다른 실시태양에서, 활성화제 물질은 활성화된 층의 약 90% 내지 약 50% 범위로 존재한다. 몇 가지 다른 실시태양에서, 활성화제 물질은 총 활성화된 층 조성의 100ppm 정도의 적은 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시태양에서, 유기 발광 디바이스는 패턴화된다. 이러한 패턴은 알파벳, 숫자 및 기하학적 구조와 같이 규칙적일 수 있지만, 그들로 국 한되는 것은 아니다. 이러한 패턴은 또한 임의적이고 불규칙할 수도 있다. OLED 디바이스는 광 또는 열 유도된 공간 선택적 활성화에 의해 패턴화할 수 있다. 공간 선택적 활성화는 미리 규격화된 마스크(pre-machined mask), 네거티브 필름, 또는 기타 다른 수단을 이용하여 달성한다.
본 발명의 특정의 다른 실시태양에서, 이러한 패턴화는 또한 공간 선택적 패시베이션에 의해 달성될 수도 있다. 선택적 패시베이션은 활성화된 영역과 접촉하는 상대 전하-공여체 물질을 선택적으로 조사하는 탈-활성화를 포함한다.
도 3을 참조하면, 또 다른 예시적인 실시태양의 발광 디바이스(30)를 도시한 것이다. 도시된 실시태양에서, 발광 디바이스(30)는 제 1 전극(32), 하나 이상의 잠재적 전하-공여체 물질의 광 또는 열적 활성화 생성물을 포함하는 활성화된 영역(34)을 갖는 선택적으로 활성화된 전기활성 층(33), 및 하나 이상의 잠재적 활성화제 물질을 갖는 비-활성화된 영역(36)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이러한 디바이스는 추가의 유기 전기활성 층(38) 및 제 2 전극(40)을 추가로 포함한다. 선택적으로 활성화된 층(33)에서는 층의 단지 특정의 부분 또는 구획만이 선택적으로 활성화되는 반면, 특정 구획이 잠재적 활성화제 물질을 가진 채로 잔류하거나 또는 일정 영역이 탈활성화되거나 또는 부동화될 수 있다. 이러한 선택적 활성화에 의해 OLED를 패턴화할 수 있다. 이러한 패턴화는 그로 국한되는 것은 아니지만 알파벳 또는 숫자 또는 기하학적 패턴과 같은 규칙적인 형상을 포함할 수 있으며, 또한 임의적인 형상 및 패턴을 포함할 수도 있다.
도 4에 도시된 실시태양에서, 발광 디바이스(42)는 제 1 전극(44), 하나 이 상의 잠재적 활성화제 물질의 광 또는 열적 활성화 생성물을 갖는 제 1 활성화된 층(46), 하나 이상의 잠재적 활성화제 물질의 광 또는 열적 활성화 생성물을 갖는 제 2 활성화된 층(48) 및 제 2 전극(50)을 포함한다. 비제한적 실례에서, 층(46)은 정공을 주입 및/또는 수송할 수 있는 방식으로 활성화되며, 층(48)은 전자를 주입 및/또는 수송할 수 있는 방식으로 활성화된다.
도 5를 참조하면, 또 다른 예시적인 실시태양의 발광 디바이스(52)를 도시한 것이다. 도시된 실시태양에서, 발광 디바이스(52)는 제 1 전극(54), 하나 이상의 잠재적 전하-공여체 물질의 광 또는 열적 활성화 생성물을 갖는 제 1 활성화된 층(56) 및 하나 이상의 잠재적 전하-공여체 물질의 광 또는 열적 활성화 생성물을 갖는 제 2 활성화된 층(60)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이러한 디바이스는 2개의 활성화된 층 사이의 전기활성 층(58), 및 제 2 전극(62)을 추가로 포함할 수 있다. 비제한적 실례에서, 제 1 전극(54)은 애노드이며, 제 2 전극(62)은 캐소드이다.
도 6에 도시된 실시태양에서, 탠덤형 발광 디바이스(tandem light emitting device)(64)는 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 애노드(66), 하나 이상의 잠재적 전하-공여체 물질의 광 또는 열적 활성화 생성물을 갖는 정공 주입 층과 같은 활성화된 전기활성 층(68), 발광성 중합체 층(70), 투명 캐소드(72), 하나 이상의 잠재적 전하-공여체 물질의 광 또는 열적 활성화 생성물을 갖는 제 2 활성화된 정공 주입 층(74), 제 1 발광 층과 동일한 다른 파장에서 발광하는 제 2 전기활성 층(76) 및 캐소드(78)를 포함한다.
전하 수송 층 물질의 비제한적 실례로는 저분자량 내지 중간 분자량(예를 들면 약 200,000 미만)의 유기 분자, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)(PEDOT), 폴리아닐린, 폴리(3,4-프로필렌다이옥시싸이오펜)(PProDOT), 폴리스타이렌설포네이트(PSS), 폴리바이닐 카바졸(PVK) 또는 유사 물질, 또는 이들의 조합이 포함된다.
정공 수송 층 물질의 비제한적 실례로는 트라이아릴다이아민, 테트라페닐다이아민, 방향족 3차 아민, 하이드라존 유도체, 카바졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 아미노기를 갖는 옥사다이아졸 유도체, 폴리싸이오펜 및 유사 물질이 포함된다. 정공 차단층용으로 적합한 물질은 폴리(N-바이닐 카바졸) 및 유사 물질을 포함한다.
정공 주입 증강층 물질의 비제한적 실례로는 3,4,9,10-페릴렌테트라-카복실산 이무수물, 비스(1,2,5-싸이아다이아졸로)-p-퀴노비스(1,3-다이싸이올) 및 유사 물질과 같은 아릴렌계 화합물이 포함된다.
전자 주입 증강층 물질 및 전자 수송 층 물질용으로 적합한 물질은 옥사다이아졸 유도체, 페릴렌 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이페닐퀴논 유도체, 나이트로-치환된 플루오렌 유도체 및 유사 물질과 같은 금속 유기 착체를 포함한다.
발광 층에 사용될 수 있는 물질의 비제한적 실례에는 폴리(N-바이닐카바졸)(PVK) 및 그의 유도체; 폴리(알킬플루오렌), 예를 들면 폴리(9,9-다이헥실플루오렌), 폴리(다이옥틸플루오렌) 또는 폴리{9,9-비스(3,6-다이옥사헵틸)-플루오렌-2,7-다이일}과 같은 폴리플루오렌 및 그의 유도체; 폴리(2-데실옥시-1,4-페닐렌) 또는 폴리(2,5-다이헵틸-1,4-페닐렌)과 같은 폴리(p-페닐렌)(PPP) 및 그의 유도체; 다이알콕시-치환된 PPV 및 시아노-치환된 PPV와 같은 폴리(p-페닐렌 바이닐렌)(PPV) 및 그의 유도체; 폴리(3-알킬싸이오펜), 폴리(4,4'-다이알킬-2,2'-바이싸이오펜), 폴리(2,5-싸이에닐렌 바이닐렌)과 같은 폴리싸이오펜 및 그의 유도체; 폴리(피리딘 바이닐렌) 및 그의 유도체; 폴리퀴녹살린 및 그의 유도체; 및 폴리퀴놀린 및 그의 유도체가 포함된다. 하나의 특정 실시태양에서, 적합한 발광 물질은 N,N-비스(4-메틸페닐)-4-아닐린으로 말단 캡핑된 폴리(9,9-다이옥틸플루오레닐-2,7-다이일)이다. 하나 이상의 이러한 중합체 및 다른 중합체를 기본으로 하는 중합체 또는 공중합체의 혼합물도 또한 사용될 수 있다.
발광 층에 사용되는 다른 부류의 적합한 물질은 폴리실란이다. 전형적으로, 폴리실란은 다양한 알킬 및/또는 아릴 측쇄로 치환된 선형 규소-주쇄 중합체이다. 이는 중합체 주쇄를 따라 비편재된 시그마-결합 전자를 갖는 준 일차원 물질(quasi one-dimensional material)이다. 폴리실란의 예로는 폴리(다이-n-부틸실란), 폴리(다이-n-펜틸실란), 폴리(다이-n-헥실실란), 폴리(메틸페닐실란) 및 폴리{비스(p-부틸페닐)실란}을 포함한다.
전기활성 디바이스에 적합한 캐소드 물질은 전형적으로는 낮은 일 함수 값을 갖는 물질을 포함한다. 캐소드 물질의 비제한적 실례는 K, Li, Na, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Ag, Au, In, Sn, Zn, Zr, Sc, Y, Mn, Pb, 란타나이드 계열의 원소, 이들의 합금, 특히 Ag-Mg 합금, Al-Li 합금, In-Mg 합금, Al-Ca 합금 및 Li-Al 합금, 및 이들의 혼합물과 같은 물질을 포함한다. 캐소드 물질의 다른 예는 알칼리금속 플 루오라이드, 또는 알칼리 토금속 플루오라이드, 또는 이러한 플루오라이드의 혼합물을 포함할 수 있다. 인듐 주석 산화물, 산화주석, 산화인듐, 산화아연, 인듐 아연 산화물, 아연 인듐 주석 산화물, 산화안티몬, 탄소 나노튜브, 및 이들의 혼합물과 같은 다른 캐소드 물질도 또한 적합하다. 다르게는, 캐소드를 2개의 층으로 만들어 전자 주입을 향상시킬 수 있다. 비제한적 실례는 LiF 또는 NaF로 이루어진 내층에 이어 알루미늄 또는 은으로 이루어진 외층을, 또는 칼슘으로 이루어진 내층에 이어 알루미늄 또는 은으로 이루어진 외층을 포함하지만, 그로 국한되는 것은 아니다.
전기활성 디바이스용으로 적합한 애노드 물질은 전형적으로는 높은 일 함수 값을 갖는 물질을 포함한다. 애노드 물질의 비제한적 실례는 인듐 주석 산화물(ITO), 산화주석, 산화인듐, 산화아연, 인듐 아연 산화물, 니켈, 금 및 유사 물질, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
기판의 비제한적 실례에는 열가소성 중합체, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리에테르설폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 아크릴레이트, 폴리올레핀, 유리, 금속 및 유사 물질, 및 이들의 조합이 포함된다.
본 발명의 유기 발광 디바이스는 하나 이상의 내마모성층, 접착 층, 내화학성층, 발광 층, 방사선 흡수 층, 방사선 반사층, 차단층, 평면화층, 광학적 확산층 및 이들의 조합과 같은 추가의 층을 포함할 수 있지만, 그들로 국한되는 것은 아니다.
또 다른 실시태양에서, 도 7 내지 도 24를 참조로 하여 하기에서 더 설명되 는 바와 같이, 본 발명은 유기 발광 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 일반적으로는 기판을 제공하는 단계 및 상기 기판상에 하나 이상의 잠재적 활성화제 물질을 포함하는 하나 이상의 유기 디바이스 층을 배치하는 단계를 포함한다. 기판은 전형적으로는 전극이다. 전극 기판은 또한 중합체 기판과 같은 다른 기판을 포함할 수도 있지만 그들로 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 방법은 잠재적 활성화제 물질을 광-활성화 또는 열-활성화시켜 염기나 산을 발생시키는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 활성화는 유기 발광 디바이스를 제조하는 도중에 특정 단계에서 실시될 수 있다. 이러한 활성화는 또한 디바이스를 조립한 후 디바이스의 수명 기간중에 어느 때라도 실시될 수 있다. 본 발명의 방법은 패턴화 단계 또는 공간 선택적 활성화 단계를 추가로 포함할 수 있다. 패턴화는 알파벳, 숫자 및 기하학적 구조와 같이 규칙적일 수 있지만, 그로 국한되는 것은 아니다. 패턴화는 또한 임의적이고 불규칙할 수도 있다. 공간 선택적 활성화는 미리 기계가공된 마스크, 네거티브 필름 또는 기타 다른 수단을 사용하여 달성한다. 이러한 활성화는 하나 이상의 파장에서의 하나 이상의 잠재적 전하-공여체 물질의 광활성화를 포함할 수 있다.
몇 가지 실시태양에서, 본 발명의 방법은 공간 선택적 패시베이션 단계를 추가로 포함할 수 있는데, 이때 공간 선택적 패시베이션은 활성화된 영역과 접촉하는 잠재적 상대 활성화제 물질을 조사하는 단계를 포함한다. 예를 들면, p-활성화된 층은 p-활성화된 층과 접촉하는 광염기-발생제를 조사함으로써 선택적으로 부동화되거나 탈활성화될 수 있다. OLED의 패턴화 또한 공간 선택적 패시베이션에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 방법은 기판상에 정공 수송 층 물질, 정공 주입 층 물질, 전자 수송 층 물질, 전자 주입 층 물질, 광흡수 층 물질, 캐소드 층 물질, 애노드 층 물질 또는 전기발광 층 물질, 또는 이들의 임의의 조합을 배치하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 몇 가지 실시태양에서, 이러한 방법은 각 층들을 잠재적 활성화제 물질 또는 잠재적 활성화제 물질의 활성화 생성물을 포함하는 하나 이상의 층과 함께 적층하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
몇 가지 실시태양에서, 잠재적 활성화제 물질은 다른 OLED 층 물질과 함께 침적된다. 예를 들면, 잠재적 활성화제 물질은 발광 층 물질과 함께 침적될 수 있다. 다른 실시태양에서, 잠재적 활성화제 물질은 OLED 층의 상부에 침적된다. 활성화시에, 표면에서 방출된 활성화제 물질이 하부 층을 개질시킨다.
층을 침적 또는 배치하는 방법은 스핀 코팅, 딥 코팅, 리버스롤(reverse roll) 코팅, 와이어-권취(wire-wound) 또는 메이어 로드(Mayer rod) 코팅, 다이렉트 및 오프셋 그라비어 코팅(direct and offset gravure coating), 슬롯 다이 코팅, 블레이드 코팅, 핫멜트 코팅, 커튼 코팅, 나이프 오버롤 코팅(knife over roll coating), 압출, 에어 나이프 코팅(air knife coating), 분무, 회전식 스크린 코팅, 다층 슬라이드 코팅, 공압출, 메니스커스 코팅(meniscus coating), 콤마식 및 마이크로 그라비어 코팅, 리쏘그래피 공정, 랭뮤어 공정(langmuir process) 및 플래시 증발, 증착, 플라스마-증강식 화학증착("PECVD")(plasma-enhanced chemical-vapor deposition), 무선 주파수 플라즈마-증강식 화학증착("RFPECVD")(radio- frequency plasma-enhanced chemical-vapor deposition), 팽창식 열-플라즈마 화학증착("ETPCVD")(expanding thermal-plasma chemical-vapor deposition), 반응성 스퍼터링을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 스퍼터링, 전자-사이클로트론-공명 플라즈마-증강식 화학증착("ECRPECVD")(electron-cyclotron-resonance plasma-enhanced chemical-vapor deposition), 유도 결합식 플라즈마-증강식 화학증착("ICPECVD")(inductively coupled plasma-enhanced chemical-vapor deposition) 및 유사 기법, 및 이들의 조합과 같은 기법을 포함하지만, 그들로 국한되는 것은 아니다.
도 7 내지 도 22는 본 발명의 양태에 따른, 도 1 내지 도 6에 도시된 유기 발광 디바이스를 제조하는 예시적인 공정의 단면도이다. 도 7에 도시된 전극(80)은 후속 층들을 증착시키기 위한 기판으로서 사용된다. 전극의 예는 ITO 애노드이다. 특정 실시태양에서, 전극은 중합체 기판을 추가로 포함할 수 있다. 전극을 UV/오존 표면 처리한 다음 후속 층들을 침적시킬 수 있다. 본원에서 사용된 디바이스 하부구조물(device sub-structures)은 하나 이상의 기판 층, 하나 이상의 전극 층, 하나 이상의 잠재적 활성화된 층, 하나 이상의 활성화된 층, 하나 이상의 전기활성 층, 또는 접착 층을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 하나 이상의 추가의 층, 및 차단 층을 포함할 수 있다. 몇 가지 실시태양에서는, 2개 이상의 디바이스 하부구조물을 서로 상에 침적시키거나 배치하여 유기 발광 디바이스를 형성시킬 수 있다. 다른 실시태양에서는, 적층을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 공정을 이용하여 2개 이상의 디바이스 하부구조물을 조합시켜 유기 발광 디바이스를 형 성시킬 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 잠재적 활성화제 물질을 갖는 잠재적 활성화된 전기활성 층(82)은 전극 상에 증착된다. 잠재적 활성화된 전기활성 층(82)은 유기 전기활성 층일 수 있으며, 예를 들면, 정공 수송 물질 또는 발광 물질을 추가로 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 이어서 참조 번호(84)로 표시된 바와 같이, 각각 열 또는 광선을 적용함으로써 열적 활성화 또는 광 활성화시켜 잠재적 활성화제 물질을 포함한 잠재적 활성화된 전기활성 층(82)을 활성화시킨다. 잠재적 활성화된 전기활성 층(82)의 활성화가 도 10에 도시된 바와 같은 활성화된 전기활성 층(86)내에서 일어나 디바이스 하부구조물(89)을 형성한다. 다른 층들이 하부구조물 상에 침적되어 발광 디바이스를 형성할 수 있다. 이러한 공정은 하나 이상의 전기활성 층(88)을 침적시켜 추가로 진행될 수 있다. 마지막으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 캐소드 층과 같은 제 2 전극(90)을 전기활성 층(88) 상에 침적하여 발광 디바이스(20)를 형성시킬 수 있다(도 2 참조).
다른 방법으로, 이러한 공정은 도 8에 도시된 공정 단계에서 전기활성 층(88)이 잠재적 활성화된 전기활성 층(82)상에 침적되는 도 12에 도시된 공정 단계까지 진행시킬 수 있다. 전극(90)을 전기활성 층(82)상에 침적시킬 때 디바이스(10)(도 1 참조)가 완성된다. 열 또는 광활성화(84)를 적용함으로써 잠재적 활성화된 전기활성 층(82)을 후속적으로 활성화시켜, 도 15에 도시된 바와 같은 활성화된 층(86) 및 디바이스(20)를 형성시킬 수 있다.
또 다른 공정 경로에서, 이러한 공정은 도 8에 도시된 공정 단계에서 전기활 성 층(88)이 선택적으로 활성화될 수 있는 도 16에 도시된 공정 단계까지 진행될 수 있다. 선택적 활성화는 OLED 디바이스의 패턴화를 일으킬 수 있다. 이러한 패턴화는 바람직하게는 규칙적이거나 임의적일 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 선택적 활성화는 활성화제 물질을 갖는 활성화된 영역(92) 및 아직도 잠재적 활성화된 영역(94)을 갖는 패턴화된 층(91)을 생성시킨다. 전기활성 층(88) 및 전극 층(90)과 같은 추가의 층들을 침적시켜 도 18에 도시된 바와 같은 발광 디바이스(30)를 제조할 수 있다.
다른 방법으로, 이러한 공정은 도 12에 도시된 공정 단계에서 제 2 잠재적 활성화된 층(95)이 전기활성 층(88) 상에 침적되는 도 19에 도시된 공정 단계까지 진행될 수 있다. 잠재적 활성화된 층(95)을 광 또는 열적 활성화(94)시켜 도 20에 도시된 바와 같은 제 2 활성화된 층(96)을 제공한다. 도 21에 도시된 바와 같이, 제 2 전극을 제 2 활성화된 층(96)상에 배치하여 디바이스(52)를 생성시킬 수 있다. 비제한적 실례에서는, 제 1 활성화된 층(86)은 p-활성화된 층이며, 제 2 활성화된 층(96)은 n-활성화된 층이다.
다른 방법으로, 전극(80), 제 1 활성화된 층(86) 및 추가의 전기활성 층(88)을 포함한 제 1 디바이스 하부구조물(89)이 형성되는 도 10에 도시된 공정 단계를 포함하는 공정이 또한 활성화된 층(96) 및 제 2 전극 기판 층(90)을 포함하는 제 2 하부구조물(97)이 형성되는 도 22에 도시된 공정 단계를 포함할 수도 있다. 활성화된 층(96)은 도 19에 도시된, 층(95)과 같은 잠재적 활성화된 층(95)을 활성화시킴으로써 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 디바이스 하부구조물(89 및 97)을 제조하 는 공정 단계에 이어서, 2개의 하부구조물을 함께 적층하여 도 21에 도시된 바와 같은 디바이스(52)를 형성할 수 있다. 몇 가지 실시태양에서, 이러한 적층은 제 1 디바이스 하부구조물 및 제 2 디바이스 하부구조물을 함께 합친 다음, 구조물에 압력 또는 열 또는 이들의 조합을 적용함으로써 실시한다. 하나의 실시태양에서, 제 1 디바이스 하부구조물(89) 및 제 2 디바이스 하부구조물(97)을 오버레이시킨 다음 롤 적층기에 통과시켜 디바이스(52)를 형성한다. 몇 가지 실시태양에서, 이러한 적층은 150℃의 온도에서 실시한다. 특정 실시태양에서는, 도 10 및 도 19에 도시된 바와 같이 하부구조물내의 잠재적 활성화제 물질을 활성화한 다음 적층시킬 수 있다. 다른 실시태양에서는, 적층 후에 하부구조물 내의 잠재적 활성화제 물질을 활성화함으로써, 적층시에 제 1 및/또는 제 2 디바이스 구조물이 잠재적 활성화된 층을 포함할 수 있다. 비제한적 실례에서, 제 1 및 제 2 디바이스 구조물은 하나 이상의 기판 층, 하나 이상의 전극, 하나 이상의 잠재적 활성화된 층, 하나 이상의 활성화된 층, 하나 이상의 전기활성 층, 또는 접착 층을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 하나 이상의 다른 층 및 차단층을 포함할 수 있다.
도 23은 본 발명 기술의 양태에 따라 유기 발광 디바이스를 제조하는 예시적인 공정(100)을 도시한 생산 공정도이다. 이러한 공정(100)은 전극일 수 있는 기판(102)을 제공하는 단계(도 7 참조), 예를 들면, 잠재적 활성화제 물질을 포함하는 층을 기판(104)상에 배치하는 단계(도 8 참조), 하나 이상의 추가적인 유기 층을 기판(106)상에 배치하는 단계(도 12 참조), 및 이어서 제 2 전극을 기판(108)상에 배치하는 단계(도 13 참조)를 포함한다.
도 24는 본 발명 기술의 양태에 따라 유기 발광 디바이스를 제조하는 예시적인 공정(110)을 도시한 생산 공정도이다. 이러한 공정(110)은, 예를 들면, 전극일 수 있는 기판을 제공하는 단계(112)에서 시작된다(도 7 참조). 이러한 공정(110)은 잠재적 활성화제 물질을 포함하는 층을 기판상에 배치하는 단계(114)로 진행한다(도 8 참조). 단계(116)에서는, 광활성화 또는 열적 활성화에 의해 이러한 공정을 진행시켜 활성화제 물질을 활성화시킨다(도 9 참조).
도 25는 본 발명 기술의 양태에 따라 유기 발광 디바이스를 제조하는 예시적인 공정(118)을 도시한 생산 공정도이다. 이러한 공정(118)의 단계(120)에서는, 예를 들면, 전극일 수 있는 기판이 제공된다(도 7 참조). 이러한 공정(118)은 잠재적 활성화제 물질을 포함하는 층을 기판 상에 배치하는 단계(122)로 진행한다(도 8 참조). 단계(124)에서는, 광활성화 또는 열적 활성화에 의해 이러한 공정을 진행시켜 활성화제 물질을 활성화시키고(도 9 참조), 이어서 하나 이상의 추가의 유기 층을 기판(126) 상에 배치하는 단계로 진행시킨 다음(도 10 참조), 마지막으로 기판 상에 제 2 전극을 배치하는 단계(128)로 진행한다(도 11 참조).
추가적인 설명이 없이도, 당업자는 본원에 기술된 내용을 이용하여 본 발명을 완전하게 이용할 수 있을 것이라 생각된다. 하기 실시예는 청구된 본 발명을 실시하는데 있어서 당업자에게 추가적인 지침을 제공하기 위하여 포함된 것이다. 제공된 실시예는 단지 본 발명의 교시내용에 도움을 주는 대표적인 작업일 뿐이다. 따라서, 이들 실시예는 어떠한 방법으로든 첨부된 특허청구의 범위에 정의된 바와 같은 본 발명을 국한하려는 것이 아니다.
켈빈 프로브(Kelvin probe)(KP)는 통상적인 프로브에 대한 전압(V) 단위의 접촉 전위차(contact potential difference)(CPD, 유효 표면 일 함수(effective surface work function)에 있어서의 변화에 상응함)를 측정함으로써 전도성/반전도성 물질의 유효 표면 일 함수에 있어서의 변화를 측정하는데 사용되는 진동 커패시터 기법(vibrating capacitor technique)이다. KP 측정은 디지털 켈빈 프로브 KP6500을 사용하여 실시하였다.
실시예 1
본 실시예에서는 알드리히(Aldrich)사로부터 프로필렌 카보네이트중의 0.5중량% 분산액으로서 입수한, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)테트라메타크릴레이트 말단-캡핑된 싸이오펜계 전도성 중합체(PEDOT-TMA)가 사용되었다. 잠재적 활성화제 물질로서는 알드리히사로부터 입수한 요도늄염인 다이페닐요도늄 헥사플루오로포스페이트 Ph2IPF6가 사용되었다. 프로필렌 카보네이트중의 2g의 PEDOT-TMA를 1.5ml의 프로필렌 카보네이트중의 100mg의 Ph2IPF6와 혼합하여 PEDOT-TMA 및 Ph2IPF6의 (PEDOT-TMA:Ph2IPF6로서 지칭되는) 혼합물 용액을 제조하였다.
접촉 전위차(CPD)의 켈빈 프로브(KP) 측정의 실험 결과
샘플번호 샘플 구조 CPD
20개 데이터 값의 평균 표준편차
샘플 1 (세정된) ITO -0.275 0.007
샘플 2 (스핀-코팅된) ITO/PEDOT-TMA -0.247 0.006
활성화된 샘플 2 (5분간 UV-오존처리된) ITO/PEDOT-TMA -0.304 0.007
샘플 3 (스핀-코팅된) ITO/PEDOT-TMA:Ph2IPF6 -0.271 0.007
활성화된 샘플 3 (5분간 UV-오존처리된) ITO/PEDOT-TMA:Ph2IPF6 -1.293 0.005
KP 측정을 위한 3개의 샘플(표 1 참조)은 다음과 같이 제조하였다. 어플라이드 필름스 코포레이션(Applied Films Corporation)사로부터 입수한 인듐 주석 산화물(ITO, 약 140nm) 코팅된 유리를 전도성 기판으로서 사용하였다. 샘플 1은 미가공된 예비-세정된 ITO였고, 샘플 2는 ITO, 및 4000rpm의 스핀-속도에서 프로필렌 카보네이트중의 용액으로부터 스핀-코팅하여 도포한 PEDOT-TMA의 층(약 40nm)으로 구성되었으며, 샘플 3은 ITO, 및 4000rpm의 스핀-속도에서 혼합물 용액으로부터 스핀-코팅하여 도포한 PEDOT-TMA:Ph2IPF6의 층(약 35nm)으로 구성되었다. 이어서, UV 오존 처리전 및 처리후에 각 샘플에 대해 KP 측정을 실시하였다. UV-오존 처리 및 KP 처리(미국 CA 92618 어빈에 소재한 제라이트 캄파니(Jelight Company)사로부터 입수한 자외선 오존 클리너 모델 42를 사용)는 모두 약 24℃의 실온 및 약 64%의 상대 습도를 갖는 주변 환경에서 실시하였다.
상기 표 1에 열거된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, PEDOT-TMA를 UV-오존처리(활성화된 샘플 2)하던지 하지 않던지(샘플 2)에 무관하게 PEDOT-TMA를 도입하는 것이 ITO 기판의 CPD(및 등가적으로는, 유효 일 함수)에 상당한 변화를 유발시키지 않았다. 이와 유사하게, (스핀-코팅된) PEDOT-TMA:Ph2IPF6의 존재(샘플 3)는 측정된 CPD를 상당히 변경시키지 않았다. 그러나, PEDOT-TMA:Ph2IPF6 혼합물 층을 UV-오존 처리한 후에는 CPD에 있어서 상당한 감소(등가적으로는, 유효 일 함수에 있어서의 증가)가 관찰되었다.
실시예 2
6개의 OLED 디바이스를 제조하였다. 청색-발광 중합체(LEP), ADS329BE[N,N-비스(4-메틸페닐)-아닐린으로 말단-캡핑된 폴리(9,9-다이옥틸플루오레닐-2,7-다이일)]로 이루어진 OLED를 캐나다 소재의 아메리칸 다이 소시즈, 인코포레이티드(American Dye Sources, Inc.)사로부터 입수하여 추가의 정제없이 발광 층 물질로서 사용하였다.
OLED는 다음과 같이 제조하였다. 표준 포토리쏘그래피 기법을 이용하여 패턴화한 ITO 코팅 유리를 애노드 기판으로서 사용하였다. OLED는 ITO 애노드를 추가의 애노드-활성화 층과 함께 또는 애노드-활성화 층이 없이 사용하지만, 달리는 유사한 구조이다. 하기 표 2에 나타나 있는 바와 같이, 디바이스 B내의 ITO 기판을 ADS329BE를 도포하기 전에 5분 동안 추가로 UV-오존 처리하였다는 것을 제외하고는, 디바이스 A 및 디바이스 B는 모두 동일한 ITO 애노드를 가졌다. 디바이스 D내의 PEDOT-TMA 층을 ADS329BE를 도포하기 전에 약 5분 동안 추가로 UV-오존 처리하였다는 것을 제외하고는, 디바이스 C 및 디바이스 D는 모두 PEDOT-TMA의 동일한 애노드-활성화 층(약 40 내지 45nm)을 가졌다. 디바이스 F내의 PEDOT-TMA:Ph2IPF6 층을 ADS329BE를 도포하기 전에 약 5분 동안 추가로 UV-오존 처리하였다는 것을 제외하고는, 디바이스 E 및 디바이스 F는 모두 PEDOT-TMA:Ph2IPF6의 동일한 애노드-활성화 층(약 35nm)을 가졌다. 이어서, ADS329BE의 층(65±3nm)을 애노드-활성화 층과 함께 또는 애노드-활성화 층없이 그의 p-자일렌중의 용액으로부터 ITO의 상부에 스핀-코팅하였다. 애노드-활성화 층 및 ADS329BE 층의 도포 뿐만 아니라 UV-오존 처리 모두 24℃의 실온 및 64%의 상대 습도를 갖는 주변 환경에서 실시하였다. 이어서, 샘플을 아르곤으로 충진된 글로브박스(glovebox)(수분 및 산소는 각각 약 1ppm 미만 및 약 10ppm이었다)로 옮겼다. 다음으로, 이어서 NaF(4nm)/Al(110nm) 이층 캐소드를 ADS329 발광 층의 상부에서 열-증발시켰다. 금속화(금속화는 알루미늄과 같은 금속 층을 배치하여 다양한 디바이스 구조물을 전기적으로 연결하거나 상호 연결하는 것을 지칭한다)시킨 후, 디바이스를 미국 뉴저지 08512 크랜베리에 소재한 놀랜드 프로덕츠, 인코포레이티드(Norland products, Inc.)로부터 입수한 광학 접착제 놀랜드 68(Norland 68)를 사용하여 밀봉한 커버 그라스로 캡슐화하였다. 활성 영역은 약 0.2㎠ 였다.
OLED 디바이스의 측정된 성능 특성
디바이스 애노드/애노드-활성화 층 작동 전압 10mA/㎠의 고정 전류 밀도에서
전압 효율
(V) (V) cd/A lm/w
디바이스 A (세정된) ITO ＞12.0 9.1 0.00012 0.000042
디바이스 B (5분간 UV-오존 처리된) ITO 10.1 9.1 0.002 0.00077
디바이스 C (스핀-코팅된) ITO/PEDOT-TMA ＞12.0 8.4 0.00026 0.000098
디바이스 D (5분간 UV-오존 처리된) ITO/PEDOT-TMA 7.4 7.2 0.0078 0.0034
디바이스 E (스핀-코팅된) ITO/PEDOT-TMA:Ph2IPF6 7.8 7.4 0.005 0.0020
디바이스 F (5분간 UV-오존 처리된) ITO/PEDOT-TMA:Ph2IPF6 3.5 4.6 0.4 0.27
디바이스의 측정된 성능 특성이 상기 표 2에 요약되어 있다. UV-오존 처리된 PEDOT-TMA:Ph2IPF6 애노드-활성화 층을 사용한 경우에 처리되지 않은 ITO 애노드를 갖거나 또는 PEDOT-TMA 애노드-활성화 층을 갖는 디바이스에 비하여 상당히 향상된 효율 및 (상응하는 휘도가 1cd/㎡에 도달했을 때의 인가 전압으로서 정의되는) 훨씬 더 낮아진 작동 전압을 갖는 OLED 디바이스가 수득되었음을 알 수 있다. 모든 디바이스가 동일한 타입의 발광 층 뿐만 아니라 동일한 타입의 이층 캐소드를 공유하기 때문에, 성능에 있어서의 향상은 ITO 전극이 PEDOT-TMA:Ph2IPF6에 의해 활성화되어 훨씬 더 향상된 정공-주입을 유발한다는 사실에 기인할 수 있다. 측정된 성능 특성은 Ph2IPF6의 존재 및 UV-오존 처리가 관측된 활성화 효과에 기여하는 주요 인자임을 나타낸다.
출원인이 임의의 특정 이론에 구속되기를 원치 않을 지라도, UV 조사시에(및/또는 다른 잠재적 수단), 광산 발생제로서 널리 알려진 Ph2IPF6가 분해하여 강산(HPF6)을 발생시키고, (광)-발생 산은 PEDOT-TMA 정공 및 또한 가장 유사하게는 PEDOT-TMA:Ph2IPF6/LEP 계면을 활성화시킴으로써 ITO 전극에서 활성 LEP 층내로의 정공-주입, 및 결과적으로는 전반적인 성능을 훨씬 더 향상시킬 수 있다.
실시예 3
2리터 들이 3구 플라스크를 아도젠 464(Adogen 464)(약 23g), 2-브로모-프로판(약 235ml), 수산화칼륨(포화 수용액, 약 1.2리터), 및 새롭게 분해하여 증류한 사이클로펜타디엔(41ml)으로 충진하였다. 내용물을 기계식 교반기를 사용하여 교반한 다음, 24시간 동안 약 80℃로 가열하였다. 상부 층을 가스 크로마토그래피로 분석한 결과 테트라-아이소프로필사이클로펜타디엔으로 탁월하게 전환되었음을 나타내었다. 반응 혼합물 전체를 분리 깔대기내로 쏟아 부었다. 물 및 헥산을 첨가하여 유화액을 분할한 다음, 상층을 수거하였다. 저부 수층을 헥산으로 세척한 다음, 약 1.5리터의 유기 용매 전체를 수거하였다. 이어서, 유기 층을 황산 마그네슘으로 건조하여 여과한 다음 추가량의 헥산으로 세척하였다. 이어서, 전체 유기물을 회전 증발(30mmHg 및 80℃)시켜 헥산을 제거한 결과 고비점 오일이 잔류하였다. 이어서, 생성된 오일을 비그로 컬럼(Vigreaux column)(0.6mmHg)을 통하여 진공 증류하였다. 110-130℃ 사이에서 비등한 분획을 수거하였다(약 53.1g). 전체 증류물을 무수 테트라하이드로퓨란(THF)(약 500ml)중에 용해시킨 다음, 칼륨(약 10g)을 서서히 첨가하였으며, 가스 폭발을 주의하였다. 내용물을 17시간 동안 교반하였다. 물을 첨가하여 반응을 정지시켰다. 내용물을 헥산으로 추출하고, 황산 마그네슘으로 건조한 다음, 헥산을 진공에서 제거하였다. 회수된 오일을 냉장고에 넣어 무색 결정, C5H2(i-프로필)4을 수득하였다.
상기에서 제조된 C5H2(i-프로필)4(약 8.12g)을 THF(약 100ml) 및 수소화칼륨(약 1.4g)과 혼합하여 약 24시간 동안 교반하였다. 용액을 질소하에 여과한 다음 질소하에 무수 THF로 세척하여 백색 고체, 테트라-i-프로필-사이클로펜타다이에닐 칼륨(K[HC5(i-프로필)4])를 수득하였다. K[HC5(i-프로필)4](약 2.81g)을 THF(50ml)중에서 요오드화바륨(약 2g)과 합한 다음 질소하에 약 24시간 동안 교반하였다. 용액을 질소하에 여과하고 요오드화칼륨을 제거한 다음, 고체를 THF로 세척하였다. THF를 진공에서 제거하여 비스(테트라-i-프로필-사이클로펜타다이에닐) 바륨(Ba-TPCP)을 함유한 고체를 수득하였다.
약 55.7mg의 Ba-TPCP를 약 11ml의 자일렌중에 용해시켜 약 0.5중량%의 공칭 농도를 갖는 용액을 제조하였다. 이러한 용액은 아르곤으로 충진된 글로브박스(수분 및 산소의 함량은 각각 약 1ppm 및 약 3ppm 미만이었다)내에서 제조하였다. 제조된 용액은 유리 바이얼(vial)의 바닥에 침전된 약간의 용해되지 않은 물질(들)을 함유하였다. 상부의 등명한 용액을 임의의 여과단계없이 사용하였다.
KP 측정을 위하여 3개의 샘플, 즉 샘플 4, 샘플 5 및 샘플 6을 제조하였다. 이들 모든 샘플의 경우, 전도성 기판으로서 사용된 Al의 층(약 80nm)을 미리 세정한 유리 슬라이드상에서 초기에 열적으로 증발시켰다.
샘플 4에 대한 KP 측정은 주변 환경에 노출("공기 노출"이라 지칭됨)시키고 베이킹(baking)하기 전 및 후에 Al 기판상에서 실시하였다. 주변 환경은 실험을 실시하였을 때 약 24℃의 온도 및 약 62%의 상대 습도를 갖는 전형적인 실내 조건을 지칭한다. 샘플 5의 경우에는, Ba-TPCP의 용액을 동일한 글로브박스 내에서 Al의 상부에 스핀-코팅하였다. 이어서, 샘플 5에 대하여 (1) 스핀-코팅하였을 때, (2) 3분 동안 공기 노출시키는 단계 후, (3) 글로브박스 내에서 약 15분 동안 약 180℃에서 베이킹 단계를 실시한 후, (4) 3분 동안 또 다른 공기 노출시킨 후, (5) 동일한 글로브박스 내에서 약 15분 동안 약 180℃에서 또 다른 베이킹 단계를 실시한 후 및 (6) 약 3분 동안 또 다른 공기 노출시킨 후에 일련의 KP 측정을 실시하였다. 샘플 6의 경우에는, Ba-TPCP의 용액을 글로브박스 내에서 Al상에 스핀-코팅하였다. 이어서, 샘플 6에 대하여 (1) 스핀-코팅하였을 때, (2) 동일한 글로브박스 내에서 약 15분 동안 약 180℃에서 베이킹 단계를 실시한 후 및 (3) 3분 동안 공기 노출시킨 후에 일련의 KP 측정을 실시하였다.
KP 측정 결과가 하기 표 3에 요약되어 있다. 측정치는 글로브박스 내에서의 베이킹 단계가 임계적임을 나타낸다. 베이킹 단계(또는 샘플 A에 대해서는 1st 베이킹 단계)에 대응하는 CPD의 증가는 유효 일 함수의 상당한 감소에 상응한다.
Ba-TPCP 층을 갖거나 갖지 않은 Al상에서의 접촉 전위차(contact potential difference, CPD)의 켈빈 프로브(KP) 측정의 실험적 결과
CPD
처리 20개 데이터 값의 평균 표준편차
샘플 4 Al 기판 제조된 상태 1.372 0.006
공기 노출(3분)시킨 후 1.369 0.006
180℃에서 15분 동안 베이킹한 후 1.371 0.007
샘플 5 Al/Ba-TPCP 스핀-코팅된 상태 1.357 0.007
공기 노출(3분)시킨 후 1.175 0.005
글로브박스 내에서 180℃에서 15분 동안 베이킹한 후 1.456 0.007
공기 노출(3분)시킨 후 1.055 0.007
글로브박스 내에서 180℃에서 15분 동안 베이킹한 후 1.123 0.005
공기 노출(3분)시킨 후 1.078 0.007
샘플 6 Al/Ba-TPCP 스핀-코팅된 상태 1.351 0.006
글로브박스 내에서 180℃에서 15분 동안 베이킹한 후 1.545 0.007
공기 노출(3분)시킨 후 1.013 0.007
실시예 4
4개의 OLED 디바이스를 제조하였다. 동일한 글로브박스(수분 및 산소의 함량은 각각 1ppm 및 3ppm 미만이었다)내에서 2가지 용액을 제조한 다음, 디바이스를 제조하였다. (OAP9903:SR454로서 지칭되는) 제 1 용액은 미국 FL 33477 쥬피터에 소재한 에이치. 더블유. 샌즈, 코포레이션(H. W. Sands, Corporation)사로부터 입수된 녹색 발광 중합체인 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-알트(alt)-코-(벤조[2,1,3]싸이아다이아졸-4,7-다이일)](OPA9903) 및 미국 PA 19341 엑스톤에 소재한 사토머(Sartomer)사로 입수된 아크릴레이트계 접착제인 에톡시화된 (3)트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트(SR454)를 포함하였다. 이들 2가지 물질은 모두 임의의 추가적인 정제없이 입수된 채로 사용하였다. p-자일렌중의 2% OPA9903 용액 약 2.5ml를 p-자일렌중의 1% SR454 용액 약 2ml와 혼합하여 혼합물 용액을 제조하였다. OPA9903에 대한 SR454의 생성비는 약 30중량%였다. OPA9903 및 Ba-TPCP를 포함하는 (OPA9903:Ba-TPCP로서 지칭되는) 제 2 용액은 자일렌중의 0.6중량% OPA9903 용액 약 1.5ml를 자일렌중의 Ba-TPCP 용액 약 3ml와 혼합하여 제조하였다.
OLED는 다음과 같이 제조하였다. 애노드 기판으로서 사용된 예비-패턴화한 ITO 코팅 유리를 10분 동안 UV-오존으로 세정하였다. 이어서, 스핀-코팅을 이용하여 바이엘 코포레이션사로부터 입수된 [폴리(3,4)-에틸렌다이옥시싸이오펜/폴리스타이렌 설포네이트](PEDOT/PSS) 중합체 층(60nm)를 ITO의 상부에 증착시킨 다음, (24℃의 실온 및 62%의 상대 습도를 가진) 주변 환경에서 1시간 동안 180℃에서 베이킹하였다. 이어서, 샘플들을 동일한 글로브박스 내로 이동시켰다. 추가적으로 특정되지 않는 한은, 동일한 글로브박스 내에서 하기의 단계들을 실시하였다. 다음으로, OPA9903:SR454로 이루어진 발광 층을 p-자일렌중 그의 용액으로부터 PEDOT/PSS 층의 상부에 스핀-코팅한 다음, UV 램프(미국 캘리포니아 91796 업랜드에 소재한 울트라바이올렛 프로덕츠(Ultraviolet Products)사로부터 입수된, 필터가 제거된 R-52 그리드 램프)(약 310nm, 365nm 및 400nm에서 측정된 강도는 0.39, 0.43 및 1.93 mW/㎠였다)를 사용하여 1분 동안 경화하였다. 다음으로, OPA9903:Ba-TPCP의 혼합물 층을 경화된 발광 층 상에 스핀-코팅한 다음, 약 180℃에서 약 15분 동안 베이킹하였다. 마지막으로, Al의 층(약 110nm)을 OPA9903:Ba-TPCP 층의 상부에서 섀도 마스크를 통하여 열적으로 증발시켰다. 금속이 증발한 다음에, 광학 접착제인 노랜드 68(Norland 68)로 밀봉된 유리 슬라이드를 사용하여 디바이스를 캡슐화하였다. 활성 영역은 약 0.2㎠이다.
4개의 OLED 디바이스를 제조하였다. 대조용 디바이스인 디바이스 G는 OPA9903:Ba-TPCP의 혼합물 층을 갖지 않았다. 디바이스 H, I 및 J는 Al 침적 전에 OPA9903:Ba-TPCP의 혼합물 층을 다르게 처리하였다는 것을 제외하고는 동일한 구조를 가졌다. 디바이스 H의 경우, 혼합물 층을 스핀-코팅된 상태로 약 3분 동안 주변 환경에 노출시킨 다음, 동일한 글로브박스내에서 약 15분 동안 180℃에서 베이킹하였다. 디바이스 I의 경우에는, 혼합물 층을 주변 환경에 노출시키지 않았으며, 디바이스 J의 경우에는, 혼합물 층을 베이킹 단계를 실시한 후에 3분 동안 주변 환경에 노출시켰다. 도 25는 디바이스 G, H, I 및 J에 대한 효율(cd/A) 대 전류 밀도(mA/㎠)의 관계를 나타낸 도면이다.
효율(130) 대 전류 밀도(132) 곡선을 비교한 결과, 디바이스 H(곡선 136), I(곡선 140) 및 J(곡선 138)에서와 같이 OPA9903:Ba-TPCP의 혼합물 층을 도입하면 대조용 디바이스 G(곡선 134)에 비해 디바이스 효율이 상당히 개선되었음을 나타낸다. 4개의 디바이스는 모두 동일한 애노드를 공유하기 때문에, 효율에 있어서 관찰된 개선 효과는 처리되지 않은 Al 캐소드의 활성에 직접적으로 영향을 미치는 것으로 생각된다. 더욱이, 상기 도면은 또한 베이킹하고 주변 환경에 노출시키는 순서도 또한 중요함을 보여준다. 주변 환경에 노출시키지 않은 디바이스 I는 디바이스 H 및 J에 비해 최상으로 개선된 것으로 나타났다. 주변 환경에 노출시킨 다음 베이킹 단계를 실시한 디바이스 H는 베이킹 단계를 실시한 후에 주변 환경에 노출시킨 디바이스 J에 비해 더 양호한 효율을 나타낸다.
출원인들은 특정 이론으로 국한시키려는 것은 아니지만, 베이킹 (및/또는 다른 잠재적인 수단)시에 바륨 화합물(Ba-TPCP)이 분해하여 결과적으로는 활성 중합체(OPA9903)를 활성화시킬 수 있는 유리 바륨 원자를 방출하는 것으로 생각된다. 하기 반응식(5)은 알칼리 토금속 유기금속성 화합물 M-TPCP(여기서, M은 바륨을 비롯한 알칼리 토금속이다)이 가열시에 분해되어 유리 금속원자를 방출함을 나타낸 것이다:
Figure 112009018334732-PCT00005
활성화된 OPA9903은 처리되지 않은 Al 캐소드에서 OPA9903의 활성 층 내로의 전자 주입을 촉진한다.
실시예 5
하기 자료는 바륨 아자이드 Ba(N3)2 수용액의 알루미늄 유리(Al/유리) 상으로의 공기-침적, 그런 다음 150 내지 200℃에서 불활성 대기 중에서의 활성화로 인해 일 함수가 0.5V 이상 낮아진다는 것을 보여준다.
실시예는 공기 중에서 켈빈 프로브의 Al/유리 표면의 접촉 전위차(CPD)를 측정한 후, 바륨 아자이드의 다양한 용액을 Al/유리 표면으로 스핀 코팅함으로써 수행되었다. 시료를 글로브박스 중의 고온 플레이트 상에서 가열하고, 글로브박스 중의 켈빈 프로브로 부하하여 CPD 값을 수득하였다. 시료를 활성화시킨 후 공기 중에 노출시키고 CPD 값을 측정하였다.
Ba(N3)2는 병 바닥 상에 명확한 Ba(N3)2 결정이 있는 팔츠 앤드 바우어(Pfaltz & Bauer)의 수용액으로 수득되었다. 결정이 존재하는 것은 용액이 포화되었고, 따라서 CRC 보고된 값에서 17℃에서 100g의 물 중에 17.3g의 Ba(N3)2, 0.078몰/L인 것으로 추정된다. Al/유리는 약 5ppm의 O2 수준의 글로브박스 중의 켈빈 프로브에 부하되었을 때 약 1V의 CPD 값을 가졌다. 공기 노출된 후, Al/유리의 일 함수는 0.1 내지 0.15V 감소되었다. 달리 언급되지 않은 한, 모든 시료를 4000rpm에서 공기 중에서 스핀 코팅하였고, 200℃에서 10분간 가열하였다.
하기 표에서, BaN6는 바륨 아자이드인 Ba(N3)2이고, CPD는 접촉 전위차이고, O2는 산소이다. 하기 실시예의 물리적 구조는 도면에 도시되어 있다.
시료 번호 CDP(V) Al/유리(공기) CPD(V) BaN6 가열 후 △ CDP CPD(V) 공기 노출 후 언급
41-6 0.796 1.317 -0.52 1.00 물중의 0.071M BaN6
42-1 0.882 1.116 -0.23 0.953 물중의 0.071M BaN6
42-2 0.873 1.594 -0.721 0.883 물중의 0.13M BaN6
43-1 0.901 1.557 -0.656 1.47 물중의 0.13M BaN6, 공기중의 1.5시간 후의 CPD, 1.33V
43-2 0.910 1.273 -0.36 0.94 물중의 0.78M BaN6, 보이는 두꺼운 코팅
43-3 0.936 0.739 +0.2 - 물중의 0.13M BaN6, 공기중에서 가열됨
43-4 0.813 1.515 -0.7 1.236 물중의 0.13M BaN6, 150℃에서 글로브박스에서 가열됨
48-1 1.044 1.649 +0.605 1.314 물중의 0.13M BaN6, 150℃에서 글로브박스에서 가열됨
48-2 -0.924 (ITO,UV/03) +0.023 물중의 0.13M BaN6, 스핀 코팅 후의 CPD 값, 가열 후에 변화 없음
48-3 -0.418 (ITO,No UV/03) +0.123 물중의 0.13M BaN6, 스핀 코팅 후의 CPD 값, 가열 후에 변화 없음
49-1 -0.327 (ITO, No UV/03) -0.087 물중의 0.12M BaCl2, 스핀 코팅 후의 CPD 값
51-1 0.902 1.107 0.2 0.985 물/IPA 중의 0.13M BaN6, 글로브박스, > 100 ppm O2,
52-1 1.038 1.14 0.1 물중의 0.13M BaN6, 150℃, >100ppm O2에서 글로브박스에서 가열
59-4 1.263 1.782 0.5 1.468 물중의 0.13M BaN6, 150℃, <10ppm O2에서 글로브박스 에서 가열, 새로운 Al/유리
59-5 1.040 1.486 0.4 1.48 물중의 0.13M BaN6, 150℃, <10ppm O2에서 글로브박스 에서 가열, 오래 된 Al/유리
60-1 1.063 1.477 0.4 1.417 1ml BaN6, 5ml 물, 2.4ml IPA, 150℃, <10ppm O2에서 글로브박스에서 가열, 새로운 Al/유리
60-2 1.011 1.322 0.3 1.3 2ml BaN6, 0.5ml DMSO, 150℃, <10ppm O2에서 글로브박스에서 가열, 새로운 Al/유리
1.150V의 CPD를 갖는 Al/유리를 글로브박스에 부하하였다. 공기 노출 후 Al/유리는 1.044V의 CPD를 가졌다. Al/유리를 4000rpm에서 바륨 아자이드(BaN6)로 스핀 코팅하고 글로브박스로 가져가서 10분동안 150℃로 가열하였다. 그런 다음 CPD는 1.649V였다. 공기에 노출시킨 후 CPD는 1.314V였다. 이는 며칠 전에 수행된 실험의 재현 실험이었고, 일 함수의 큰 변화를 보여주었다.
40-48.1은 수용액 중의 0.13M 바륨 아자이드를 이용하였다.
실시예 6
유기 발광 디바이스를 다음과 같이 제조하였다:
ITO(인듐 도핑된 산화주석)로 미리 코팅시킨 유리 기판을 질소 취입 건과 충분한 아이소프로판올로 세척하였다. 그런 다음, 탈이온수에 빨리 던져넣고 2% 알코녹스(Alconox) 욕에서 초음파처리하여 이를 세정하였다. 이를 다시 탈이온수에 빨리 던져놓고 세정한 후, 세정/건조기를 이용하여 건조시키고, 자외선 조사/오존 으로 세척하였다. 약 60nm의 두께를 갖는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리스티렌 설포네이트(PEDOT/PSS) 층을 세척된 ITO-코팅된 유리의 ITO 측면 상에 스핀 코팅에 의해 침적시키고, 질소 오븐 중에서 110℃에서 10분동안 베이킹하였다. 그런 다음, 코팅된 기판을 질소 드라이 박스에서 냉각시킨 후, PEDOT/PSS 층의 상부에 약 80nm의 두께를 갖는 그린 유기 중합체(수메이션(Sumation) 1304)의 층을 스핀 코팅하였다. 그런 다음, 기판을 아르곤 글로브박스로 이동시키고, 130℃에서 15분간 베이킹하고, 실온으로 냉각시켰다. 그런 다음 박스로부터 꺼냈다. 약 14nm의 두께를 갖는 바륨 아자이드 층을, 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)에서 구입한 바륨 아자이드 농축 용액을 탈이온수 및 아이소프로판올로 희석시킴으로써 제조된 수성 아자이드 용액으로 스핀 코팅시켜 침적시켰다. 그런 다음, 기판을 글로브박스로 옮기고, 150℃에서 10분동안 베이킹시켰다. 약 200nm의 두께를 갖는 알루미늄 층을 쿠르덱스(Kurdex) 가열 증발기에서 아자이드 코팅된 기판 상으로 증착시켰다. 그런 다음, 전체 다층 앙상블을 유리 슬라이드로 캡슐화시키고, 에폭시로 밀봉시켰다. 포토다이오드와 소스 미터(source meter)를 이용하여 휘도, 전류 밀도 및 바이어스 전압을 측정하였다. 도 26 및 27에 도시된 바와 같이 전류 효율과 전력 효율을 계산하였다.
실시예 7
다른 유기 발광 디바이스는 다음과 같이 제조되었다:
ITO로 미리 코팅된 유리 기판을 아세톤/초음파 욕 및 아이소프로판올/초음파 욕 중에서 각각 5분간 세척하였다. 그런 다음, 알코녹스(Alconox) 수용액으로 문지르고, 충분한 탈이온수로 세정하고, 탈이온수, 아세톤 및 아이소프로판올 욕에서 각각 5분동안 초음파처리하였다. 150℃에서 2시간동안 건조시키고, 주위 대기 중에서 냉각시키고, 자외선 조사와 오존으로 세척하였다. 약 60nm의 두께를 갖는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리스티렌 설포네이트(PEDOT/PSS) 층을 세척된 ITO-코팅된 유리의 ITO 측면 상에 스핀 코팅에 의해 침적시키고, 주위 대기 하에서 180℃에서 20분동안 베이킹하였다. 그런 다음, 코팅된 기판을 아르곤 글로브박스로 옮기고, 기판의 상부 상에 약 80nm의 두께를 갖는 그린 유리 중합체(수메이션 1304)의 층을 스핀 코팅하였다. 박스에서 130℃에서 10분간 베이킹한 후, 코팅된 기판을 실온으로 냉각시키고, 박스 외부로 이동시켰다. 약 20nm의 두께를 갖는 폴리에틸렌 글리콜(분자량 = 35,000, 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)에서 구입)과 혼합된 바륨 아자이드의 층을 그린 EL 중합체의 상부 상에 스핀 코팅으로 침적시켰다. 그런 다음, 기판을 글로브박스로 이동시키고, 200℃에서 10분간 베이킹시켰다. 약 120nm의 두께를 갖는 알루미늄 층을 가열 증발기에서 아자이드 코팅된 기판 상으로 증착시켰다. 그런 다음, 전체 다층 앙상블을 유리 슬라이드로 캡슐화시키고, 에폭시로 밀봉시켰다. 포토다이오드와 소스 미터를 이용하여 휘도, 전류 밀도 및 바이어스 전압을 측정하였다. 도 28 및 29에 도시된 바와 같이 전류 효율과 전력 효율을 계산하였다.
아자이드와 함께 이용된 폴리에틸렌 글리콜은 필름 형성 성질을 개선시켰다.
실시예 8
ITO/PEDOT/수메이션 1304/Al의 구조를 갖는 유기 발광 디바이스(OLED)를 다음과 같이 가공하였다:
ITO(인듐 도핑된 산화주석)으로 미리 코팅된 유리 기판을 질소 취입 건과 충분한 아이소프로판올로 세척하였다. 그런 다음 탈이온수에 빨리 떨어뜨린 후 2% 알코녹스 욕중에서 초음파 처리함으로써 이를 세정하였다. 다시 탈이온수 중에 빨리 떨어드리고 세정한 후, 세정/건조기에서 건조시키고, 자외선 조사/오존 세척하였다. 약 60nm의 두께를 갖는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리스티렌 설포네이트(PEDOT/PSS) 층을 세척된 ITO-코팅된 유리의 ITO 측면 상에 스핀 코팅시켜 침적시키고, 질소 오븐 중에서 110℃에서 10분간 베이킹시켰다. 그런 다음, 코팅된 기판을 질소 드라이 박스에서 냉각시킨 후, PEDOT/PSS 층의 상부에 약 80nm의 두께를 갖는 그린 유기 EL 중합체(수메이션 1304)의 층을 스핀 코팅하였다. 수메이션 1304는 수미토마(Sumitoma)에서 제조한 발광 중합체이다. 이는 방출 층으로 사용된다. 그런 다음, 기판을 아르곤 글로브박스로 이동시키고, 130℃에서 15분동안 베이킹하고, 실온으로 냉각시켰다. 바륨 아자이드는 다음과 같이 코팅된다: 0.7M의 바륨 아자이드의 농축된 수용액을 탈이온수와 아이소프로판올로 희석시켰다. 희석된 용액(20% v/v)을 4000rpm(분당 속도) 스핀 속도로 캐소드 상에 코팅시켜 약 14nm의 두께를 생성하였다. 습윤을 개선시키기 위해 PEG(폴리에틸렌 글리콜)을 이용하여 실험을 반복한다. 약 200nm의 두께를 갖는 알루미늄 층을 쿠르덱스 가열 증발기에서 아자이드 코팅된 기판 상으로 증착시켰다. 그런 다음, 전체 다층 앙상블을 유리 슬라이드로 캡슐화시키고, 에폭시로 밀봉시켰다. 포토다이오드 및 소스 미터를 이용하여 휘도, 전류 밀도 및 바이어스 전압을 측정하였다. 도 30은 전류 효율 대 전압을 나타내고, 도 31은 제 1 OLED에 대한 전력 효율 대 전압을 보여준다. 도 32는 전류 효율 대 전압을 보여주는 다른 그래프이고, 도 33은 PEG을 이용하여 제조된 OLED의 전력 효율 대 전압을 보여주는 다른 그래프이다.
본 발명의 상술된 많은 실시태양은 큰 전도도를 갖는 OLED 디바이스를 제공함으로써 OLED 발광효율을 증가시킬 수 있는 등의 많은 잇점을 갖는다.
지금까지 본 발명의 단지 몇 가지 특징을 예시하고 설명하였지만, 당업자는 많은 변경 및 변화를 행할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 범주내에 속하는 그러한 모든 변경 및 변화를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (32)

  1. 열 또는 광에 노출되었을 때 하나 이상의 낮은 일 함수 금속을 방출할 수 있는 하나 이상의 금속 전구체의 반응 생성물을 포함하는 캐소드 층을 갖는 OLED 디바이스.
  2. 제 29 항에 있어서,
    하나 이상의 낮은 일 함수 금속이 3.0eV 미만의 일 함수 값을 갖는 OLED 디바이스.
  3. 제 29 항에 있어서,
    하나 이상의 낮은 일 함수 금속이 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 카에슘, 프랜슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀, 루테튬 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 OLED 디바이스.
  4. 제 29 항에 있어서,
    낮은 일 함수 금속이 바륨인 유기 발광 디바이스.
  5. 제 29 항에 있어서,
    금속 전구체가 화학식 RxM(여기서, M은 금속이고, x는 1 내지 3의 값이고, 이 값은 금속의 원자가이고, R은 지방족 또는 방향족 라디칼이다)을 갖는 유기금속 화합물을 포함하는 유기 발광 디바이스.
  6. 제 29 항에 있어서,
    금속 전구체가 화학식 RxM(여기서, M은 II족 금속 또는 란타나이드 계열 금속 또는 이의 임의의 조합이고, x는 M이 II족 금속이면 2이고, M이 란타나이드 계열 금속이면 2 또는 3이고, R은 지방족 또는 방향족 라디칼이다)을 갖는 유기금속 화합물을 포함하는 유기 발광 디바이스.
  7. 제 29 항에 있어서,
    금속 전구체가 알칼리 토금속의 사이클로펜타다이에닐 유도체, 란타나이드 전이 금속의 사이클로펜타다이에닐 유도체, 알칼리 토금속의 플루오레닐 유도체, 또는 란타나이드 전이 금속의 플루오레닐 유도체 또는 이의 임의의 조합을 포함하는 유기 발광 디바이스.
  8. 제 29 항에 있어서,
    금속 전구체가 비스(테트라-아이소프로필사이클로펜타다이에닐) 바륨, 비스 (테트라-아이소프로필사이클로펜타다이에닐) 칼슘 또는 이의 혼합물인 유기 발광 디바이스.
  9. 제 29 항에 있어서,
    금속 전구체가 비스(펜타아이소프로필사이클로펜타다이에닐)M(여기서, M은 칼슘, 바륨, 스트론튬 또는 이의 조합이다)인 유기 발광 디바이스.
  10. 제 29 항에 있어서,
    금속 전구체가 비스(트라이-t-부틸사이클로펜타다이에닐)M(여기서, M은 칼슘, 바륨, 스트론튬 또는 이의 조합이다)인 유기 발광 디바이스.
  11. 제 29 항에 있어서,
    금속 전구체가 비스(플루오레닐)칼슘, 비스(플루오레닐)바륨 또는 이의 조합인 유기 발광 디바이스.
  12. 제 29 항에 있어서,
    금속 전구체가 화학식 M(N3)x의 화합물을 포함하며, 여기서, M은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 카에슘, 프랜슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀, 루테튬, 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택되고, x는 1 내지 3인 유기 발광 디바이스.
  13. 제 29 항에 있어서,
    금속 전구체가 바륨 비스 아자이드를 포함하는 유기 발광 디바이스.
  14. 기판,
    기판의 한 표면의 적어도 일부를 덮으며, 화학식 M(N3)x(여기서, M은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 카에슘, 프랜슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀, 루테튬, 및 이의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, x는 1 내지 3이다)의 하나 이상의 금속 전구체를 분해시켜 나온 반응 생성물을 포함하는 하나 이상의 캐소드 층;
    제 2의 기판의 적어도 일부를 덮는 애노드 층 물질, 및
    캐소드 층과 애노드 층 사이에 위치하고, 이에 의해 반대 전하가 애노드와 캐소드 층에 인가될 때 광이 방출되는 유기 발광 물질
    을 포함하는 유기 발광 디바이스.
  15. 제 42 항에 있어서,
    캐소드 층 물질이 바륨을 포함하는 유기 발광 디바이스.
  16. 제 42 항에 있어서,
    금속 전구체가 화학식 R2M(여기서, M은 알칼리 토금속이고, R은 지방족 또는 방향족 라디칼 또는 치환된 지방족 또는 방향족 라디칼이다)을 갖는 유기금속 화합물을 포함하는 유기 발광 디바이스.
  17. 제 42 항에 있어서,
    금속 전구체가 화학식 RxM(여기서, M은 II족 금속 또는 란타나이드 계열 금속 또는 이의 임의의 조합이고, R은 지방족 또는 방향족 라디칼이고, x는 2 또는 3의 값을 갖는다)의 유기금속 화합물을 포함하는 유기 발광 디바이스.
  18. 제 42 항에 있어서,
    금속 전구체가 알칼리 토금속의 사이클로펜타다이에닐 유도체, 란타나이드 전이 금속의 사이클로펜타다이에닐 유도체, 알칼리 토금속의 플루오레닐 유도체, 또는 란타나이드 전이 금속의 플루오레닐 유도체 또는 이의 임의의 조합을 포함하는 유기 발광 디바이스.
  19. 제 42 항에 있어서,
    금속 전구체가 화학식 M(N3)x의 화합물을 포함하며, 여기서, M이 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 카에슘, 프랜슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀, 루테튬, 및 이의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, x는 1 내지 3인 유기 발광 디바이스.
  20. 제 42 항에 있어서,
    금속 전구체가 바륨 비스 아자이드인 유기 발광 디바이스.
  21. 화학식 M(N3)x(여기서, M은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 카에슘, 프랜슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀, 루테튬, 및 이의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, x는 1 내지 3이다)의 하나 이상의 금속의 아자이드를 포함하는 하나 이상의 금속 전구체의 용액을 대기 공기 중에서 기판에 도포하는 단계; 및
    하나 이상의 금속 전구체를 열 또는 광에 노출시켜 하나 이상의 금속을 방출시키는 단계
    를 포함하는, 유기 발광 디바이스의 제조 방법.
  22. 제 49 항에 있어서,
    하나 이상의 금속 전구체가 바륨 비스 아자이드인 방법.
  23. 침적된 금속 함유 층으로 전환될 수 있는 하나 이상의 금속 전구체를 제공하는 단계;
    하나 이상의 금속 전구체를 포함하는 층을 기판 상부에 형성하는 단계;
    침적된 금속 함유 캐소드를 형성하도록 전구체 층을 전환시키는 단계;
    발광 유기 층을 캐소드와 조합하는 단계; 및
    발광 층이 캐소드와 애노드 사이에 위치하도록 애노드를 캐소드 및 발광 층과 조합하는 단계
    를 포함하는, 유기 발광 다이오드의 제조 방법.
  24. 제 51 항에 있어서,
    하나 이상의 금속 전구체가 화학식 M(N3)x(여기서, M은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 카에슘, 프랜슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 튤륨, 이터븀, 루테튬, 및 이의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, x는 1 내지 3이다)의 화합물을 포함하는 방법.
  25. 제 51 항에 있어서,
    하나 이상의 금속 전구체가 금속 아자이드인 방법.
  26. 제 51 항에 있어서,
    하나 이상의 금속 전구체가 바륨 비스 아자이드인 방법.
  27. 제 51 항에 있어서,
    빛, 열, 전자 빔 조사, 이온 빔 조사 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 에너지 공급원을 이용하여 전환이 달성되는 방법.
  28. 제 51 항에 있어서,
    하나 이상의 금속 전구체가 유체로서 적용되는 방법.
  29. 제 51 항에 있어서,
    캐소드가 3.0eV 미만의 일 함수 값을 갖는 방법.
  30. 제 33 항에 따른 유기 발광 디바이스를 포함하는 광 패널.
  31. 제 58 항에 있어서,
    캐소드 층이 바륨을 포함하는 광 패널.
  32. 제 58 항에 있어서,
    하나 이상의 금속 전구체가 바륨 비스 아자이드를 포함하는 광 패널.
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