KR20100137396A - 유기 조명 장치 - Google Patents

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KR20100137396A
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얀 비른스톡
스벤 무라노
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노발레드 아게
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Abstract

본 발명은 투명한 기판(1), 투명한 저부 전극(2), 상부 전극(4), 저부 전극(2)과 상부 전극(4) 사이에 구비된, 발광 영역(3)을 포함하는 유기 영역, 및 캡슐화물(5)을 포함하는 스택을 포함하는 유기 발광 장치에 관한 것이다.

Description

유기 조명 장치 {Organic lighting device}
본 발명은 유기 조명 장치, 특히 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode: OLED)에 관한 것이다.
색상이 있는 광, 특히 백색광을 방출하는 유기 발광 다이오드(OLED) 형태의 유기 발광 부품으로도 일컬어지는 유기 조명 장치가 최근 주목이 증가하고 있다. 일반적으로, 유기 조명 부품의 기술은 조명 기술 분야에서 가능한 적용에 대한 큰 잠재성이 있는 것으로 공지되어 있다. 한편, 유기 발광 다이오드는 통상의 콤팩트 형광 램프 범위로 출력 효율이 달성되고 있다.
유기 발광 다이오드는 일반적으로는 기판상에 제공되는 층화된 구조에 의해서 생성된다. 유기층 시스템이 저부 전극(기판 근처)과 상부 전극(기판으로부터 떨어진 위치) 사이의 층화된 구조에 자리하여서, 유기층 시스템이 저부 전극과 상부 전극을 통해서 전압에 의해서 작동될 수 있게 한다. 유기층 시스템은 유기 재료로부터 생산되며, 발광 구역을 포함한다. 전하 캐리어(charge carrier), 즉, 전자와 홀(hole)이 발광 구역에서 재조합되고, 전압이 저부 전극과 상부 전극에 가해지는 때에 유기층 시스템내로 주입되고, 그 위치에서 발광 구역에 수송된다.
전극중 하나 이상이 투명하며, 전형적으로는 투명한 전도성 옥사이드(transparent conductive oxide: TCO)이다. 일반적인 TCO는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO), 플루오르 틴 옥사이드(Fluor Tin Oxide: FTO), 알루미늄 징크 옥사이드(Aluminium Zinc Oxide: AZO), 또는 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide: ATO)이다. 가장 많이 사용되는 TCO는 ITO(여기서, In의 농도는 일반적으로 Sn의 농도보다 높다)이며, 도핑 및 비-도핑된 틴 옥사이드이고, 또한 징크 옥사이드이다.
광 생산 효율에서의 상당한 증가가 전기적으로 도핑된 층을 유기층 시스템에 통합시킴으로서 달성되었다.
유기 조명 부품은 어떠한 주어진 색상의 광을 생성시키기 위한 여러 적용 분야에서 사용될 수 있다.
유기 조명 부품은 이들이 백색광을 방출하도록 하는 방식으로 설계될 수 있다. 그러한 부품은 현재 시장을 지배하고 있는 조명 기술, 예컨대, 백열 램프, 할로겐 램프, 또는 저압 형광 램프 등에 대한 의미 있는 대안을 대한 잠재성을 지닌다.
그러나, 상당한 기술적 문제가 유기 조명 부품을 위한 기술의 성공적인 상업화를 위해서 여전히 해결되어야 한다. 특별한 도전은 일반적인 조명 적용에 필요한 다량의 광을 생성시키기 위한 OLED 부품을 사용하는 것이다. OLED 부품에 의해서 방출된 광의 양은 두 가지 인자에 의해서 결정된다: 부품의 발광 표면 구역에서의 휘도 및 발광 표면의 크기. 유기 조명 부품의 휘도는 임의로 증가될 수 없다. 또한, 유기 부품의 수명은 휘도에 크게 영향을 받는다. 예를 들어, OLED 부품의 휘도가 두 배면, 그 수명은 두 배 내지 네 배로 감소된다. "수명"은 일정한 전류에서 작동하는 동안 최초 휘도의 절반으로 떨어지는 OLED 부품의 휘도에 대한 경과 시간으로 정의된다.
조명 적용을 위한 OLED 부품의 발광 표면은 요구된 발광량에 따라서 선택되어야 한다. 수 평방센티미터 내지 1 평방미터 이상의 범위의 발광 표면이 고려된다.
OLED 부품은 전형적으로는 약 2 V 내지 약 20 V 범위의 낮은 전압에서 전기 부품으로서 작동된다. OLED 부품을 통해서 흐르는 전류는 발광 표면에 의해서 결정된다. 약 100cm2의 OLED 전류의 비교적 작은 발광 표면의 경우에, 1A의 전류가 50cd/A의 가정된 전류 효율 및 5000cd/m2의 적용 휘도에서 필요로 할 것이다.
큰 면적의 OLED는 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 사이에 치명적인 단축(short cut)을 형성시키는 경향이 증가한다. 이러한 관찰에 대한 한 가지 가능한 설명은 장치를 통해서 흐르는 더 높은 전체 전류량이 OLED 층 구조, 소위 바람직한 전류 경로에서의 미세한 결함을 따라서 더 신속한 감소를 가능하게 할 수 있다는 것일 수 있다. 증가된 장치 활성 영역과 함께 더 높은 전체 장치 전류 흐름으로 인해서, 단락(short)이 더욱 신속하게 형성되고, 장치의 수명 및 생산율이 저하된다.
큰 면적의 OLED에서 단락 보호(short protection)를 개선시키기 위해서 몇 가지 방법이 이용되었다. 예를 들어, 문헌 US 2006/226522호는 OLED 패널에서의 OLED의 하이브리드 계열-평행 연결 고안을 설명하고 있으며; 전기적 단락의 발생으로, 단지 결함 OLED는 다른 사항을 훼손하지 않으면서 작동하지 않을 것이다. 또한, 실질적인 큰 OLED의 기능정지는 패널의 시각적 지각에 영향을 준다.
EP 1 933 400호에서는, 자체적으로 전류를 제한하는 특수의 전극 기하구조를 기재하고 있다. 단락이 발생되면, 단지 얇은 스트립이 기능정지되고 큰 면적의 OLED는 조명 및 파워 효율에서의 최소의 손실을 보이면서 작동을 유지할 것이다. EP 1 933 400호에서의 문제 해결은 US 2006/226522호에 비해서 상당히 진보된 것이지만; 두 기술 모두 복잡한 전극 패턴화를 필요로 하며, 이들은 큰 면적의 OLED의 시각적 효과를 훼손하는 결함 부분의 문제를 완전히 해결하지 못하고 있다.
큰 면적의 OLED에서 단순하고 효율적인 단락 회로 보호 구조를 위한 일반적인 요구가 있다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 단락 회로에 대한 개선된 보호를 나타내는 유기 발광 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 큰 면적의 조명 장치, 바람직하게는 백색 발광 장치 또는 OLED 램프, 즉, 디스플레이, 예컨대, 수동 또는 능동 매트릭스 디스플레이가 아닌 램프를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 가지 관점에 따르면, 투명한 기판, 투명한 저부 전극, 상부 전극, 발광 구역을 포함하며 상부 전극과 저부 전극 사이에 제공된 유기 구역, 및 캡슐화물(encapsulation)을 포함한 스택(stack)을 포함하는 유기 조명 장치로서, 상기 상부 전극에는 투명한 층으로서 제공되고 유기 구역에 전기적으로 접속된 전기 전도성 층(이러한 층은 저-전도성 층이라고도 칭한다), 폐쇄된 층으로서 제공되며 발광 구역에서 생성된 광을 반사하도록 구성된 반사층, 및 투명한 층으로서의 반사층과 전기 전도성 층 사이에 제공된 전기 비-전도성 층을 포함하는 층 구조가 제공되는, 유기 조명 장치가 제공된다.
본 발명은 개선된 단락 회로 보호가 확립되어 더 높은 생산율을 유도하는 이점이 있다. 본 발명의 추가의 이점은 장치의 더 높은 발광 균일성이다. 또한, 유기 조명 장치의 수명이 더 길다. 저부 전극과 상부 전극에는 감소된 측면 전도성이 제공되어서, 유기 발광 장치에서의 결함부를 통해서 흐를 수 있는 전류를 제한하여 치명적인 단축의 형성을 방지한다.
그러나, (반)투명 전극은 또한 단지 저항 손실(ohmic loss) 없이 전류를 전송하는 제한된 용량을 지니며, 그로 인해서, 장치의 균일성 및 파워 효율이 감소된다.
바람직한 구체예에 따르면, ITO 또는 얇은 금속층과 같이, 저전도성을 지닌 전극 층으로 구성된 상부 접촉부가 사용되며, 그러한 전극 층이 단락 감소 층으로서 기능한다. 제 2의 고도로 반사성인 두꺼운 금속 전극이 단락 감소 층의 상부상에 제공될 수 있다. 이러한 제 2 전극은 많은 적용에서 요구되는 거울 기능을 지니도록 사용된다. 단락 감소 작용성을 향상시키기 위해서, 분리층이 제 1 (단락 감소) 전극 층과 제 2 (반사) 층 사이에 제공된다. 반사 금속 층과 단락 감소 층 사이의 직접적인 접촉이 확립되는 일부 구역이 있을 수 있으며, 이는 불균일성 및 효율 손실을 피하기 위해서 고도의 전도성 반사 전극을 통한 전류 분포를 가능하게 할 것이다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 전기 전도성 층에는 약 1Ω 내지 약 50Ω/square 범위의 전기적 면저항(electrical sheet resistance)이 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에서, 전기 전도성 층은 반사층으로부터 전기적으로 단리된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에서, 전기 전도성 층과 반사 층 사이의 전기적 단리는 폐쇄된 전기적 비-전도성 층(전기 절연층)에 의해서 제공된다. 전기 비-전도성 층은 적어도 활성 영역에 폐쇄 층으로서 제공되고, 이러한 활성 영역은 저부로부터 발광 장치에서 볼 때 저부 전극과 전기 전도성 층 사이의 중첩 구역이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에서, 전기 전도성 층은 반사층에 전기적으로 접속된다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 전기 전도성 층과 반사층 사이의 전기 접속은 전기 비-전도성 층의 개방 구역을 통해서 제공된다. 개방 구역, 바람직하게는 활성 영역에 제공된 개방 구역에서, 전기적 비-전도성 층 덮개가 없고, 그에 따라서, 전기적 비-전도성 층이 그러한 개방 영역에서 폐쇄되지 않는다. 활성 영역에 제공된 개방 영역에서, 전기적 접속은 전기 전도성 층과 반사층 사이의 직접적인 접촉에 의해서 제공될 수 있다. 대안으로서, 활성 영역에 제공된 개방 영역은 전기 전도성 층과 반사층 둘 모두와 접촉되어 그러한 두 층 사이의 전기적 접속을 확립하는 전기 전도성 물질로 부분적으로 또는 전체적으로 충전된 충전 영역으로서 제공된다. 그러한 충전 영역은 또한 바이어스(vias)로서 일컬어질 수 있다. 또한, 전기 전도성 층과 반사층 사이의 직접적인 접촉 영역과 충전 영역의 조합이 또 다른 구체예에서 제공될 수 있다.
바람직한 구체예에서, 개방 구역은 활성 영역의 전체 영역의 5% 미만으로 제공된다. 결론적으로, 약 95% 이상의 활성 영역이 전기 비-전도성 층에 의해서 덮혀 있다.
본 발명의 또 다른 추가의 바람직한 구체예에서, 전기 비-전도성 층은 무기 재료로 제조된다.
본 발명의 또 다른 추가의 바람직한 구체예에서, 반사층은 전기 비-전도성 층으로서 제공된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 전기 비-전도성 층의 굴절 지수는 1.6 내지 2.1이다.
바람직한 구체예에서, 반사층은 가시 영역 파장에서 75% 이상 또는 초과의 반사율로 제공된다.
또 다른 바람직한 구체예에서, 전기 비-전도성 층은 층 두께가 400nm 내지 10μm범위로 제공된다. 본 발명의 추가의 구체예에서, 전기 비-전도성 층은 층 두께가 30nm 내지 100nm 범위로 제공된다.
또 다른 바람직한 구체예에서, 활성 영역의 약 95% 이상이 전기 비-전도성 층으로 덮힌다.
또 다른 바람직한 구체예에서, 캡슐화물(capsulation)은 박막 캡슐화물을 포함한다. 본 발명의 추가의 바람직한 구체예에서, 캡슐화물은 뚜껑을 포함한다. 바람직하게는, 뚜껑은 유리 또는 금속으로 제조된다.
하기에서 본 발명은 예시로서 상이한 구체예를 참조하여 보다 자세히 기술될 것이다.
도 1은 유기 발광 장치의 층 구조의 개략도이다.
도 2는 상부 전극을 구성하는 층들의 개략도이다.
도 3a은 연결부가 구비되어 있고, 캡슐화물이 상부 전극에 직접 접촉되어 있지 않은 유기 발광 장치의 층 구조의 개략도이다.
도 3b는 연결부가 구비되어 있고, 캡슐화물이 상부 전극에 직접 접촉되어 있는 유기 발광 장치의 층 구조의 개략도이다.
도 4는 유기 발광 장치의 표면 상에 분포된 전기 접촉점을 도시한 것이다.
도 1과 관련하면, 유기 발광 장치의 층 구조의 개략도가 도시된 것이다. 층 구조는 투명한 층으로서 구비된 기판(1), 또한 투명한 층으로서 구비되고, 한면이 기판과 접해 있는 저부 전극(2), 상부 전극(4), 저부 전극(2)과 상부 전극(4) 사이의 발광층 구역(3)을 포함한다. 발광층 구역(3)은 단일층 또는 1 초과의 층을 포함하는 다층 구역으로서 구비될 수 있다. 캡슐화물(5)의 한 표면은 상부 전극(4)과 접해 있으며, 캡슐화물(5)의 나머지 표면은 기판(1)과 떨어져서 접해 있다.
일반적으로, 저부 전극(2)는 기판(1)과 발광층 구역(3) 간에 위치하는 전극이다. 상부 전극(4)은 기판(1)과 발광층 구역(3) 사이에 위치하고 있지 않은 전극이다.
도 1에 도시된 유기 발광 장치는 발광층 구역(3)에서 생성된 광이 기판(1)을 통해 발광되는 소위 배면 발광 장치이다. 바람직한 구체예에서, 유기 발광 장치는 또한 OLED로서 칭해지는 유기 발광 장치로서 제공될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 발광층 구역(3)은 유기 발광층을 포함한다.
기판(1)은 예를 들어, 유리 또는 플라스틱으로 제조된 투명한 기판이다. 기판의 광투과율은 바람직하게는 80% 이상 또는 초과, 더욱 바람직하게는 90% 이상 또는 초과, 더욱 더 바람직하게는 98% 이상 또는 초과이다. 기판(1)에 대한 그 밖의 요건은 통상적인 배면 발광 OLED에 대한 것과 동일하다. 이러한 투과율 값은 유리 및 플라스틱 기판의 전형적인 값이다. 몇몇 구체예에서, 기판은 감소된 광투과율을 갖는 다층 구조(예컨대, 수분 장벽)일 수 있으나, 이러한 투과율은 80% 이상이어야 하며, 그렇지 않을 경우에는, 장치의 효율이 떨어질 것이다.
저부 전극(2)는 바람직하게는 투명한 전도성 옥사이드(transparent conductive oxide:TCO)로 제조된 투명한 전도성 층을 포함한다. 투명한 전도성 층의 두께는 10 내지 300nm(한계치 포함됨), 바람직하게는 40 내지 150nm(한계치 포함됨)이다. 10nm는 폐쇄된 층 구조에 대한 하한을 제공하며, 이는 폐쇄된 표면이 구비되어 있음을 의미한다. 300nm는 TCO의 투명도를 약 70% 초과로 적절하게 하는 최대 층 두께를 제공한다. 150nm는 OLED 등급 ITO에 대한 일반적인 두께이다. 이 수치는 최대 투명도와 최소 저항을 절충한 것이다.
투명한 전도성 층은 또한 매우 얇은 금속층으로서 구비될 수 있다. 이러한 얇은 금속층은 단일 금속, 예를 들어, Ag, Au, Al일 수 있으며; 얇은 금속 층은 또한 혼합물, 또는 금속의 합금, 예를 들어 Ag:Mg, Mg:Ag:Ti 등일 수 있다. 얇은 금속층은 두께가 8 내지 50nm, 바람직하게는 10 내지 20nm(한계치 포함됨) 범위이다. 얇은 금속 층의 두께는 사용된 금속에 의존할 것이며, 일반적으로 5nm 정도로 두꺼운 유연한 금속층은 거의 폐쇄된 층이며, 이는 전류를 전달하기에 충분한 침투 경로를 지닌다. 20nm 초과로 두꺼운 금속 층은 반사성인 경향이 있으므로(즉, 충분히 투명하지 않으므로), 몇몇 금속, 및/또는 혼합물(또는 합금)에 대해서는 50nm 정도로 두꺼운 투명한 층을 형성하는 것이 가능하다.
임의로, 저부 전극(2)에는 투명한 전도성 옥사이드 및 금속 층이 교대로 있는 스택으로서 구비될 수 있으며, 스택은 두개 이상의 교대된 층을 포함한다. 이러한 부류의 스택은 또한 IMI 스택으로서 공지되어 있다(IMI - 교대로 있는 투명한 전도성 옥사이드 층 및 금속 층). 바람직하게는, 상기 스택은 TCO-금속-TCO의 층 순서를 포함한다. 이러한 스택의 예는 ITO-금속-ITO이다. 임의의 금속이 이러한 스택에 사용될 수 있으며, 바람직한 금속은 Ag인데, 그 이유는 이것의 높은 전도도와 비교적 낮은 흡수율 때문이다.
저부 전극(2)은 1Ω/square(ohm/square) 내지 50Ω/square(한계치 포함됨)의 면저항에 의해 정해지는 제한된 전도도를 가지며; 바람직하게는 저부 전극(2)의 면저항은 1Ω/square 내지 20Ω/square(한계치 포함됨)이다. 1Ω/square의 면저항은 IMI 또는 얇은 금속 전극에 의해 일반적으로 달성될 수 있는 하한이다. 20/square는 70% 초과의 아주 충분한 투명도를 갖는 ITO 층에 의해 달성될 수 있는 대략적인 최저 저항이다. 열처리(열적 어닐링)되지 않는 ITO 층에 대해, 한계치는 다소 50Ω/square의 범위내에 있다.
저부 전극(2)는 지지 금속 메시(supporting metal mesh) 또는 격자(grid)를 추가로 포함할 수 있다. 저부 컨택트의 전도도는 이러한 메시 또는 격자 없이 정해질 것이다.
저부 전극(2)은 방출되는 광에 대해 70% 이상 또는 초과, 바람직하게는 85% 이상 또는 초과의 광 투과율로 투명하다. 70%는 OLED용으로 적합한 IMI 스택에 대해 일반적인 값이며, 85%는 OLED 등급 ITO에 대해 일반적인 값이다.
바람직한 구체예에서, 저부 전극(2)의 층들의 가시 범위 파장에서의 굴절 지수는 1.6 내지 2.1(한계치 포함됨)이다. 바람직하게는, 굴절 지수는 유기층의 굴절 지수에 가까운데, 그 이유는 이것이 내부 반사를 제한하기 때문이다. 유기층의 굴절 지수는 1.7 내지 1.8 범위(한계치 포함됨)이다.
저부 전극(2)과 상부 전극(4) 사이에는 발광층 구역(3)이 구비된다. 발광층 구역(3)은 이의 주성분으로서 유기 반도체를 포함한다. 발광층 구역(3)은 또한 장치가 저부 전극(2) 및 상부 전극(4)에 전압을 인가하여 여기되면 광을 방출할 수 있는 하나 이상의 물질을 포함하며, 이러한 물질은 층내 주요 성분 및/또는 이미터 도펀트(emitter dopant)일 수 있다.
바람직하게는, 추가의 층들은 저부 전극(2)과 상부 전극(4) 사이에 구비된다. 이러한 층들은 하기와 같이 분류될 수 있는 OLED에 사용되는 일반적인 층들이다: 전하 수송층, 전하 차단층, 여기 차단층, 전하 주입층, 이미터층, 완충층, 스페이서층, 내부 아웃커플링(outcoupling)층, 엑시톤(exciton) 수송층, 및 전하 생성층. OLED에 사용되는 것과 같은 통상적인 층들이 예를 들어 문헌, US 2004/0062949, US 2006/250076, EP 1 806 795에 기술되어 있다.
본 발명의 OLED는 또한 예를 들어 소위 탠덤(tandem)형, 스택형으로 불리우거나, 캐스케이드(cascade)형으로 불리우는 OLED에서 하나 초과의 발광층(3)을 포함할 수 있다. 스택형 OLED의 예는 EP 1 804 309, 및 US 2009/001885에 기술되어 있다.
본 발명의 또 다른 진보된 형태에서, OLED는 전하 수송층들 사이에 끼워지는 하나 초과의 발광층(3)을 포함한다. 이러한 층의 예는 특허 공개 EP 1 705 727, 및 US 2008/203406에 기술되어 있다. 이 구체예에서, 발광층 구역에서의 다수층들은 상이한 매트릭스 물질, 및 임의로 상이한 이미터 도펀트를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 혼합된 색광원(mixed color light source)을 제공한다. 또 다른 구체예에서, 유기 발광 장치는 백색광 발광 구조로 제공된다.
도 2는 상부 전극(4)을 포함하는 층의 개략도이다. 도시된 구체예에서, 상부 전극(4)은 하기 층 순서로 이루어진다: 전기 전도성인 하부 전도성 층(41), 전기적으로 비-전도성이고 하부 전도성 층(41) 위에 형성된 비-전도성 층(42), 및 비-전도성 층(42) 위에 형성된 반사층(43).
하기에서 하부 전도성 층(41)을 보다 상세히 기술한다.
1Ω/square(ohm/square) 내지 50Ω/square (한계치 포함됨)의 면저항을 갖는 하부 전도성 층(41)이 제공된다. 바람직하게, 저부 전극(2)의 면저항은 1Ω/square 내지 20Ω/square(한계치 포함됨)이다. 임의로, 하부 전도성 층(41)의 면저항은 저부 전극(2)의 면저항과 동일하다(10%의 허용 오차). 1Ω/square의 저항은 통상적으로 IMI 스택 또는 얇은 금속 전극에 의해 달성될 수 있는 하한이다. 20Ω/square는 70% 초과의 아주 충분한 투명도를 갖는 ITO층에 의해 달성될 수 있는 대략적인 최저 저항률이다. 열처리(열적 어닐링)되지 않은 ITO층의 경우에, 한계치는 다소 50Ω/square의 범위 내이다.
상부 전극은 지지 금속 메시 또는 격자를 추가로 포함할 수 있다. 상부 컨택트의 전도도는 이러한 메시 또는 격자 없이 규정될 것이다.
저부 전극(2) 또는 하부 전도성 층(41)은 전기 전도성의 나노튜브, 풀러렌(fullerene) 또는 그라펜(graphene) 층을 포함할 수 있다.
하부 전도성 층(41)은 저부 전극(2)에 대해 상기 기술된 투명한 전도성 층과 동일한 요건을 갖는 투명한 전도성 층을 포함한다. 하부 전도성 층(41)의 침적은 발광 구역(3)의 성질에 상당한 영향 또는 손상을 일으키지 않는 방식으로 이루어져야 한다. 이러한 제한된 생산 유연성은 대개 저부 전극(2)에서 사용될 수 있는 투명한 전도성 옥사이드 층과 비교하는 경우 상이한 성질을 갖는 하부 전도성 층(41)을 초래하는데, 예를 들어, 상부 컨택트를 위해 항상 열적 어닐링이 가능한 것은 아니다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 상부 전극 및 저부 전극의 면저항은 유사하다. 메시 또는 격자를 사용하는 경우에, 이러한 면저항은 메시 또는 격자를 포함한다.
바람직하게, 하부 전도성 층(41)은 투명한 전도성 옥사이드(TCO) 층이다. 임의로, 하부 전도성 층(41)은 얇은 금속 층이다. 다른 구체예에서, 하부 전도성 층(41)은 상기에서 설명된 바와 같이, 교대로 있는 투명한 전도성 옥사이드 및 금속 층(IMI)의 스택이다.
하부 전도성 층(41)은 장치에 의해 방출된 광에 대해, 70% 이상 또는 초과, 바람직하게 85% 이상 또는 초과의 광투과율로 투과성이어야 한다. 70%는 OLED용으로 적합한 IMI 스택에 대해 일반적인 값이며, 85%는 OLED 등급 ITO에 대해 일반적인 값이다.
바람직하게, 하부 전도성 층(41) 및 비-전도성 층(42)은 장치에 의해 방출된 광의 파장 범위에서 적어도 70% 이상, 보다 바람직하게 85% 이상의 전체 광투과율을 갖는다.
보다 바람직하게, 하부 전도성 층(41) 및 비-전도성 층(42)은 가시광 파장 범위에 걸쳐, 각 파장에 대해 75% 이상 또는 초과의 합쳐진 스펙트럼 광투과율을 갖는다.
하기에서 비-전도성 층(42)을 보다 상세히 기술한다.
비-전도성 층(42)은 가시광 파장 범위에 걸쳐, 각 파장에 대해 75% 이상 또는 초과의 스펙트럼 광투과율을 갖는다.
비-전도성 층(42)은 반사층(43)으로부터 하부 전도성 층(41)을 전기적으로 분리시키는 기능을 갖는다. 이에 따라, 이는 10-10S/cm 미만의 전도도를 갖는다. 이는 전도도가 OLED 전달 물질의 전도도보다 낮아야 함을 의미한다. 바람직하게, 비-전도성 층(42)은 절연체로 구성되고 10-18S/cm 미만의 전도도를 갖는다. 이러한 수치는 절연체 층에 대한 전형적인 전도도이다. 모든 전기 전도도는 DC(직류) 전도도로서 정의된다.
임의로, 비-전도성 층(42)은 컨쥬게이트된 물질로 제조될 수 있으며, 단 이는 매우 낮은 전도도 및 낮은 이동성을 갖는다. 통상적으로, 10-6㎠/(V.s) 미만의 전하 캐리어 이동도를 갖는 물질로 제조된 70nm보다 큰 두께를 갖는 층은 비-전도성 층으로서 사용될 수 있다. 이는 바람직한 해법은 아니지만, 매우 편리할 수 있는데, 이는 이러한 물질이 저렴하고 쉽게 가공될 수 있기 때문이다. 대안적으로 또는 이와 조합하여, 비-전도성 층(42)은 매우 높은 저항력을 갖는, 반도전성 올리고머, 덴드리머, 폴리머, 또는 코폴리머에 의해 이루어진다. 이의 예로는 폴리-플루오렌, 폴리(플루오렌-페닐렌), 폴리-티오펜, 폴리-p-페닐 페놀 등이 있다.
비-전도성 층(42)의 두께는 5nm 내지 10㎛(10 마이크로미터), 바람직하게 30nm 내지 10㎛일 수 있다. 5nm는 절연성의 폐쇄된 층의 경우의 하한이지만, 일부 물질은 단지 25nm보다 큰 두께를 갖는 폐쇄된 층을 형성한다. 10㎛는 진공 공정 또는 습식-화학 공정에 의해 15분 미만의 적절한 택트 타임(tact time)으로 도포될 수 있는 최대 값이다. 바람직하게, 비-전도성 층(42)의 두께는 5 내지 100nm의 범위 (한계치 포함됨), 보다 바람직하게 40 내지 100nm의 범위(한계치 포함됨)이다. 임의로, 비-전도성 층(42)의 두께는 400nm 내지 10㎛의 범위 (한계치 포함됨)이다. 이러한 두께 범위는, 광학적 효과의 발생, 예를 들어 장치의 방출된 칼라의 변화 및 마이크로 공동에 의해 생성된 각도 의존성 칼라 방출을 피할 수 있기 때문에, 바람직하다. 보다 낮은 범위 (5 내지 100nm, 바람직하게 40 내지 100nm)는, 이러한 두께 범위에서, 층 두께가 잘 조절될 수 있고 이에 따라 원치않는 광학적 공동 효과를 피할 수 있기 때문에, 바람직하다. 400nm 보다 크지만 10㎛ 이하의 범위에서, 층 두께를 변화시킴에 따라 (또는 상이한 시야 각도하에서) 칼라 및 효율의 변화가 보다 적게 나타나며, 이에 따라 통상적인 공정 범위에서 층 두께의 변화 하에서도 OLED의 균일한 외관이 제공된다.
바람직하게, 굴절률은 1.6 내지 2.1이다. 이상적으로, 굴절률은 상기에서 설명된 바와 같이 유기층의 굴절률에 가깝다.
바람직하게, 비-전도성 층(42)은 유기 물질로 이루어진다.
비-전도성 층(42)은 콘쥬게이트되거나 비-컨쥬게이트될 수 있는, 유기 물질에 의해, 예를 들어 유기층에 의해 이루어질 수 있다.
대안적으로 또는 이와 조합하여, 비-전도성 층(42)은 절연성 모노머, 올리고머, 덴드리머, 폴리머, 또는 코폴리머에 의해 이루어진다. 이의 예로는 아크릴 모노머, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 및 폴리스티렌이 있다. 다른 구체예에서, 비-전도성 층(42)은 무기 물질로 이루어진다. 이러한 무기 물질의 예로는 산화물, 질화물, 셀렌화물, 또는 이들의 조합이 있다. 다른 구체예에서, 비-전도성 층은 하기 화합물들 중 하나로 이루어진다: Al2O3, BaO, MgO, HfO2, ZrO2, CaO2, SrO2, Y2O3, Si3N4, AlN, GaN, ZnS, 및 CdS. 대안적으로, 비-전도성 층(42)은 유기 물질 및 무기 물질을 포함한다.
비-전도성 층(42)에서의 전기 절연성 폴리머 층은 예를 들어 이후에 UV 경화되는 기판 상에 액체 모노머 전구체를 분무함으로써 침적될 수 있다. 모노머 단위는 아크릴아미드 화합물, 스티렌 화합물, 말레산 무수물, (메트)아크릴레이트, 우레탄-(메트)아크릴레이트, 폴리에스테르-(메트)아크릴레이트, 에폭시(메트)아크릴레이트, α-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 디비닐벤진, 4-히드록시스티렌, 4-카르복시스티렌 등일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
비-전도성 층(42)에서 유기 물질을 사용하는 것의 장점은 동일한 침적 공정이 사용될 수 있다는 것인데, 이는 또한 유기 반도체 층을 형성시키기 위해 사용된다. 이러한 방식으로, 비-전도성 층(42), 발광층(3), 및 다른 층들은 동일한 장치로 용이하게 생산될 수 있다. 또한, 유기층의 굴절률은 대개 OLED 물질의 굴절률에 적합하다. 유기 물질의 층은 또한 하부 층들을 손상시키지 않으면서 다른 유기 물질 위에 용이하게 침적될 수 있다. 이에 반하여, 대부분의 경우에서, 무기 물질은 고온 또는 고에너지 입자를 이용하여 (스퍼터링에 의해) 침적되어야 하며, 하부 층들에 대한 손상을 피하기 위하여 주의를 기울어야 한다.
비-전도성 층(42)에서, 유기 물질 대신에 무기 물질을 사용하는 것의 장점은 이러한 무기 물질이 대개 보다 높은 전기적 저항을 갖으며; 무기 물질이 또한 기계적 손상에 대한 보다 높은 기계적 저항, 예를 들어 보다 높은 기계적 내스크래치성을 갖는다는 것이다. 유기 물질에 비해 무기 물질의 또다른 장점은 이러한 것들이 보다 값싸고 용이하게 입수가능하다는 것이다.
하기에서 반사층(43)을 보다 상세히 기술한다.
반사층(43)은 바람직하게 완전히 폐쇄된 층이다. 폐쇄된 층은 가장 높은 효율을 갖는 장치를 제조하기 위해 필수적이다.
반사층(43)은 75% 이상이거나 75%를 초과하는, 가시 범위 파장의 반사율을 갖는다. 바람직하게는, 반사층(43)은 전체 가시 범위에서 90% 이상 또는 90%를 초과하는 반사율을 갖는다. 반사층(43)이 가시 범위 파장에서 각각의 파장에 대해 75% 이상이거나 75%를 초과하는 스펙트럼 반사율을 갖는 것이 또한 바람직하다.
반사층(43)이 가시광선 및 적외선에 대해 불투명한 것이 또한 바람직하다. 반사층(43)이 450nm 이상 내지 1150nm, 더욱 바람직하게는 380nm 이상 내지 1150nm(한계치 포함됨)의 파장 범위에서 각각의 파장에 대해 75% 이상 또는 75% 초과, 더욱 바람직하게는 85% 이상 또는 80%를 초과하는 스펙트럼 반사율을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 확대된 범위가 다수의 이유로 바람직하며: 이중 하나의 이유는 외부 적용(예를 들어, 거리 램프)시에 상부(기판의 반대)에서 발생할 수 있는 일광 스펙트럼이 장치의 요망되지 않는 가열을 피하기 위해 반사되어야 한다는 점이다.
반사층(43)이 금속층, 예를 들어, 알루미늄 또는 은으로 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
반사층(43)의 두께는 50nm 내지 2㎛, 바람직하게는 50nm 내지 200nm이다.
임의로, 반사층(43)은 반사성이나 전기적으로 전도성이 아닌 단일층, 예를 들어, 층을 통한 전도성 침투 경로가 존재하지 않는 방식으로 서로 전기적으로 전열되는 반사성 금속 입자를 포함하는 투명한 매트릭스로 구성된다.
용어 반사율은 제공된 스펙트럼 범위 내의 전체 광학 반사율을 의미하고: 이는 제공된 스펙트럼 범위 내의 각각의 파장에 대해 정의되는 바와 같은 스펙트럼 내에서 분해되는 스펙트럼 반사율과는 대조적이다. 파장의 가시 범위는 380nm 내지 750nm의 파장의 범위로 정의된다.
반사층과 상부 컨택트 사이에 전기적 접속이 존재하지 않는 경우에 본 발명에서 최적의 단락 보호 효과가 달성된다. 저전도성 층(41) 및 반사층(43)이 완전히 전기적으로 절연되는 것이 본 발명의 바람직한 방식이다. 반사층(43)은 저부 전극(2)과 상부 전극(4) 사이에 포함된 층과 직접적으로 접촉해서는 안된다.
본 발명의 한 바람직한 방식에서, 층(41, 42 및 43)은 엇갈린 방식으로 증착되어, 층(43)은 층(42)보다 작은 면적을 갖고, 층(42)는 층(41)보다 작은 면적을 갖고; 여기서, 층(43)의 하나의 표면은 층(42)와 완전히 접촉하고, 층(42)의 하나의 표면은 층(41)과 완전히 접촉한다.
본 발명의 또 다른 방식에서, 층(41) 및 층(43)은 엇갈린 방식으로 증착되어, 층(43)은 층(41)보다 작은 면적을 갖고; 여기서 층(43)의 하나의 표면은 층(42)와 완전히 접촉하고, 층(42)는 층(41)의 경계를 넘어 증착된다.
반사층(43)의 영역은 최소한 장치의 활성 영역을 덮고, 이는 바람직하게는 10% 더 크다. 활성 영역은 광이 방출되는 영역으로 정의되고, 이러한 영역은 표면 법선(surface normal)(표면 법선은 기하학적 정의임)으로부터 기판을 관찰함으로써 결정될 수 있다. 장치의 활성 영역이 100mm2(100 제곱 밀리미터) 이상 또는 100mm2 초과인 것이 바람직하다. 본 발명의 장치의 활성 영역의 하나의 측면이 10mm 이상인 것이 바람직하다. 상기 장치의 비교적 큰 면적이 본 발명의 단락 보호 효과를 달성하는데 필요하다.
캡슐화물(5)은 캡슐화 덮개 또는 캡슐화 층일 수 있다. 캡슐화물(5)은 장치의 활성 영역의 완전한 밀봉을 제공한다. 캡슐화물은 장치의 활성 영역 내의 상부 전극 및 발광 구역에 도달하지 않아야 하는 수분, 가스 및 오염물질에 대한 장벽을 형성한다. 캡슐화물은 통상적으로 기판(1)에 연결(예를 들어, 아교 또는 유리 용접에 의함)된다. 전기적 접속(도 1에 도시되지 않음)이 기판(1)과 캡슐화물(5) 사이에 제공되어, 외부 접속을 가능케 하고; 이러한 접속은 상부 전극(4)의 연장, 저부 전극(2)의 연장, 저전도성 층(41)의 연장, 또는 추가 전기 전도성 층일 수 있다. 전기적 접속을 제공하는 매우 다양한 가능성을 용이하게 생각할 수 있다. 실시적인 이유로, 장치의 다른 층의 연장이 기판(1)과 캡슐화물(5) 사이에 배치되는 것이 회피되지 않을 수 있고; 이러한 경우, 적어도 장치의 활성 영역은 캡슐화물 용적에 함유되어야 한다.
한 바람직한 구체예에서, 연속 또는 평행하게 연결되거나, 연속적이고 평행하게 연결된 하나 이상의 OLED가 존재하며; 여기서 OLED는 모두 동일한 캡슐화물(5)에 의해 둘러싸여 있다.
또 다른 바람직한 구체예에서, 저전도성 층(41)은 상부 전극과 저부 전극 사이의 전기 단락(electrical short)을 피하기 위해, 저부 전극(2)과 상부 전극(4) 사이에 포함된 층을 완전히 덮진 않는다.
캡슐화물은 덮개 뚜껑일 수 있고; 이러한 캡슐화물의 예는 US 2005/24827호 및 US 2005/227114호에 기재되어 있다. 캡슐화물은 박층 캡슐화물일 수 있고; 이의 예는 US 2007/020451호, US 2004/229051호 및 US 2001/015620호에 기재되어 있다. 바람직하게는, 캡슐화물은 수분 및 산소를 흡수하는 게터(getter)를 포함한다. 이러한 게터의 예는 US 2005/238803호에 기재되어 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 장치의 가능한 구체예 중 하나의 단면도를 도시한다.
저부 전극(12)은 기판(11)을 부분적으로 덮는다. 전기 배선 컨택트(16)는 저부 전극(12)에 대한 직접적으로 전기 접촉하며; 이러한 전기 접촉은 저부 전극(12) 상에 전기 배선 컨택트(16)를 부분적으로 또는 전체적으로 형성시킴으로써 형성될 수 있다. 임의로, 전기 접촉은 부분적으로 또는 전체적으로 전기 배선 컨택트(16) 상에 저부 전극(12)을 형성시킴으로써 형성될 수 있다.
하나 이상의 발광층(13)이 저부 전극(12)을 부분적으로 덮도록 형성된다. 하나 이상의 발광층(13)이 임의로 저부 전극(12)의 경계 상에 증착될 수 있고; 추가 절연층(도시되지 않음)이 또한 하나 이상의 발광층(13)과 저부 전극(12)사이의 접촉 영역을 규정하기 위해 사용될 수 있다. 임의로, 층(13)은 유기층, 유기 또는 무기 주입층 또는 다른 층의 스택을 포함한다.
상부 전극(14)은 유기층(13)의 스택과 부분적으로 또는 전체적으로 중첩하여 형성된다. 상부 전극(14)은 활성 영역 밖으로 연장된다. 활성 영역 밖으로 연장 시, 상부 전극(14)은 전기 배선 컨택트(15)와 전기적으로 접촉한다. 전기 접촉은 부분적으로 또는 전체적으로 전기 배선 컨택트(15) 상에 상부 전극(14)을 형성시킴으로써 형성될 수 있다.
상부 전극(14)은 저부 전극(12)과 접촉하지 않을 수 있다.
전기 배선 컨택트(15)와 저전도성 층(이러한 층은 유사하여 본원에 도시되지 않음, 도 2, 층(41) 참조) 사이에 부분적 또는 전체적 중첩이 제공되고; 이러한 중첩은 기판(11)으로부터 떨어진 전기 배선 컨택트(15) 상에서 형성되고; 임의로 중첩은 기판(11)과 전기 배선 컨택트(15) 사이에 형성된다.
상기 장치는 캡슐화 덮개(17a) 또는 캡슐화 층(17b)에 의해 캡슐화된다. 도 3a는 수분 장벽인 캡슐화 덮개(17a)를 도시한다. 캡슐화 덮개(17a)는 기판(1)에 고정된다. 캡슐화 덮개(17a)와 기판(1)사이의 용적(층(11-15)의 용적은 이러한 경우에 관련되지 않음)은 바람직하게는 비활성 가스로 충전된다. 캡슐화된 장치 내의 용적은 임의로 게터 물질을 함유한다.
하기에서, 유기 발광 장치의 추가 구체예가 기재된다.
진보된 구체예에서, 상기 장치는 매우 큰 면적의 장치이고; 반사층(43)이 저전도성 층(41)의 원위 지점에 전류를 공급하기 위한 전도체로 이용된다. 본 발명의 이러한 방식에서, 본 발명의 장치의 활성 영역은 4cm2(제곱 센티미터) 이상이거나 이보다 더 크다. 바람직하게는, 상기 장치는 25cm2이상의 활성 영역을 갖는다. 본 발명의 장치의 활성 영역의 한 측면은 2cm 이상, 더욱 바람직하게는 5cm 이상인 것이 바람직하다.
각각의 장치의 하나 이하의 측면은 60cm보다 긴 것이 바람직하다. 장치에서의 전압 하락은 전극이 너무 큰 경우 유의한 전력 손실을 발생시킬 것이다.
진보된 구체예에서, 반사층(43)은 저전도성 층(41)과 전기 접촉된다. 전기 접촉은 비-전도성 층(42)의 중지에 의해 제공될 수 있으며, 이에 의해 반사층(43)과 저전도성 층(41) 사이에 직접적인 접촉 영역이 제공된다. 전기 접촉은 또한 전기 전도성 바이어스(vias)를 제공함으로써 확립될 수 있다. 반사층(43)과 저전도성 층(41) 사이의 전기 접촉 지점은 ECP로 언급된다. ECP의 수는 제한된다. 이들은 단기간 보호 효과를 손상시키지 않는 방식으로 위치한다; 상기 효과는 부분적으로 또는 전체적으로 저-전도성 층(41)에 의해 제공된다.
도 4는 외곽선(22)으로 한정된 활성 영역을 갖는 장치의 표면 상에 분포된 ECP 21을 보여준다. ECP에 바로 인접한 구역(23)은 강력한 단기간 보호를 제공하지 않는데, 그 이유는 ECP가 전도성이며 이를 통과하는 더욱 높은 전류를 제한하지 않기 때문이다. 도 4는 활성 영역 상에서의 ECP의 하나의 가능한 기하학적 분포를 보여주기 위한 도면이다; 도 4는 상기 장치의 시각적 인상(visual impression)을 보여주는 것이 아니다. 예를 들어, ECP는 금속 재질이고 따라서 이들은 반사성이며 반사층의 일부인 시각적 인상을 제공한다.
두개의 이웃하는 ECP 사이의 최소 거리 L은 커야 한다. ECP가 5mm 이상, 더욱 바람직하게는 10mm 이상인 서로 간의 최소 거리만큼 떨어져 있는 것이 바람직하다; 그렇지 않으면 본 발명의 효과가 더 이상 제공되지 않는다(양호한 단기간 보호가 제공되지 않음). 상한은 50mm이고; 그렇지 않으면 광 방출이 너무 불균일해진다.
ECP에 의해 한정된 면적은 임의의 목적하는 기하구조를 지닐 수 있다. 예를 들어, 이는 원형, 정사각형, 십자형 또는 다른 형태일 수 있다. ECP의 면적은 모든 ECP의 전체 합산된 면적이 장치의 전체 활성 영역의 5% 미만, 바람직하게는 1% 미만이 되도록 작아야 한다.
바람직하게는 각각의 단일 ECP의 면적은 0.01㎟ 내지 3㎟(한계치 포함됨), 더욱 바람직하게는 0.01㎟ 내지 0.02㎟(한계치 포함됨)이다. 단일 ECP의 더 큰 면적은, 이렇게 되면 단락 보호 효과가 손상되기 때문에 바람직하지 않다. 0.02㎟ 미만의 면적을 갖는 ECP는 2m 또는 그 초과의 거리에서 평균 사람 눈으로 구분되기 어렵다.
이하에서, 유기 발광 장치의 추가 구체예를 설명한다.
본 발명의 진보된 방식에서, 금속 격자가 저부 전극(2) 상에 제공된다. 이 금속 격자는 저부 전극(2) 아래(기판(1)과 저부 전극(2) 사이) 또는 위(기판(1)과 저부 전극(2) 사이에 있지 않음)에 위치한다. 금속 격자가 저부 전극(2) 위에 놓이는 경우, 이의 표면은 이것이 유기 반전도성 층과 직접 접촉하지 않도록 부동화된다(passivated). 상기 격자의 기하구조는 금속에 의해 방출된 광의 흡수가 최소화되도록 설계되며, 이는 여전히 저부 전극(2) 내 전류 분포에 상당히 영향을 미친다. 격자의 라인은, 2개의 금속 라인 간 최소 갭보다 10배 이상 더 작은 폭을 갖는다.
본 발명의 다른 진보된 방식에서, 장치에는 장치의 활성 영역을 가로질러 매우 높은 광투과 균일성이 제공된다. 이러한 진보된 방식에서, 상부 전극과 저부 전극을 전기적으로 접촉시키기 위해 전기적 연결부가 제공된다; 이때 전기적 연결부는 장치의 반대측 상에 위치하고(관찰자가 기판을 향해 직각에서 보는 경우); 상부 전극 또는 저부 전극과 직접 접촉하는 전기적 연결 부분은 본질적으로 서로에 대해 평행이다(15%의 각도 공차를 가짐). 이 방식에서, 저-전도성 층(41) 및 반사층(43)은 충분히 전기적으로 절연되어 있다. 균일성은 저부 전극과 상부 전극이 유사한 저항율을 갖는 경우에, 장치를 통과하는 임의의 주어진 전류가 동일한 유효 저항을 갖는다는 사실에 의해 제공된다. 예를 들어, 전류 경로는 거리 D1 위로 저부 전극을 따라 총 두께 D3인 유기 층 다발을 통해 그리고 거리 D2 위로 상부 전극을 따라 진행한다. 전류는 전기 배선에 의해 공급된다. 유기 발광 장치의 활성 영역에서, 전류 경로는 총 길이 d = D1 + D2 + D3을 가지며, 여기서 D2 및 D3은 d = D2 + D3에 따라 달라진다. 저부 전극(2) 및 저-전도성 층(41)은 유사한 표면 저항율(20%의 공차를 가짐)을 갖는데, 이는 전류 경로 D의 전체 저항이 거의 일정하고, 이 효과는 전류 분포 및 광 투과에서 매우 높은 균일성을 야기함을 암시한다. 이러한 진보된 방식에서, 저부 전극(2) 상에는 금속 격자가 또한 존재하지 않는데, 그 이유는 금속 격자는 저부 전극(2)의 전도성을 급격하게 변형시킬 것이고 이는 균일성을 손상시킬 것이기 때문이다.
본 발명의 다른 진보된 방식에서, 매우 큰 면적의 장치는 저부 전극에 격자를 가지며 상부 전극에 ECP를 갖는다.
다른 바람직한 구체예에서, 유기 발광 장치에는 하기한 특징 중 하나 이상이 부여된다:
- 저부 전극(2)의 주 성분은 투명한 전도성 옥사이드 층이다;
- 발광 층은 유기 매트릭스 물질을 포함한다;
- 폐쇄된 층으로서 형성된 전기 전도성 층(41)은 70% 초과의 가시 범위에서 광 투명성을 갖는 하나 이상의 층을 포함하며, 상기 하나 이상의 층은, 층 두께가 40nm 내지 300nm의 범위 내인 투명한 전도성 옥사이드 층이고, 층 두께가 8nm 내지 50nm(이는 한계치가 포함됨을 의미함)의 범위 내인 얇은 금속 층이다;
- 전기적 비-전도성 층(42)은 70% 이상의 광 투명도 및 30nm 내지 10㎛ 범위 내의 층 두께를 갖는 절연 층이다;
- 전기적 비-전도성 층(42)은 장치 활성 영역에서 전기 전도성 층(41)을 95% 넘게 덮는다;
- 반사층(43)은 90% 초과 또는 90% 이상의 가시 범위에서의 광학적 반사율 및 50mm 이상의 층 두께를 갖는 폐쇄된 층으로서 형성된다.
이하에서, 본 발명의 추가 양태를 실험적 연구를 참고로 설명한다.
실시예 1
유기 발광 장치를 ITO로 코팅된 유리 기판 상에서 제조하였다. 이 ITO 층은 두께가 약 90mm이고 전체 기판 표면을 덮지 않는다.
기판을 초음파 세척 조 중에서 이소프로판올로 세척하고 글러브박스로 이동시키고 이것을 진공 챔버로 옮겼다. 유기 층을 통상적인 진공 역 증발(VTE)을 이용하여 증착시켰다.
연속되는 약 2.2cm × 2.2cm의 면적 위를 ITO 층이 부분적으로 덮으면서 하기 층이 증착되었다: 정공 수송 층으로서, 4몰%의 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로나프토-2,6-키논테트라시아노메탄으로 p-도핑된 150nm 두께의 NPD 층; 전자 차단 층으로서 10nm 두께의 NPD (N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘) 층; 20nm 두께의 스피로-DPVBi(2,2,7,7-테트라키스(2,2-디페닐비닐)스피로-9,9-비스플루오렌); 10nm 두께의 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린; 8몰%의 테트라키스(1,3,4,6,7,8-헥사플루오로-2H-피리미도[1,2-a]피리미디나토) 디텅스텐(II)으로 n-도핑된 25nm의 두께의 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린; 4몰%의 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로나프토-2,6-키논테트라시아노메탄으로 p-도핑된 20nm 두께의 NPD 층; 8몰%의 방사체 도펀트 Irppy로 도핑된 10nm 두께의 TCTA (4,4',4"-트리스(카르바졸-9-일)-트리페닐아민); 12몰%의 방사체 도펀트 Irppy로 도핑된 15nm 두께의 TPBI (1,3,5-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸-2-일)벤젠); 8몰%의 테트라키스(1,3,4,6,7,8-헥사히드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미디나토) 디텅스텐(II)로 n-도핑된 35nm 두께의 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린; 4몰%의 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로나프토-2,6-키논테트라시아노메탄으로 p-도핑된 30nm 두께의 NPD 층; 10nm 두께의 NPD; 10몰%의 이리듐(III) 비스(2-메틸디벤조[f,h]퀴녹살린)(아세틸아세토네이트)로 도핑된 20nm 두께의 NPD; 10nm 두께의 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린; 30몰%의 테트라키스(1,3,4,6,7,8-헥사히드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미디나토) 디텅스텐(II)로 n-도핑된 70nm 두께의 2,4,7,9-테트라페닐-1,10-페난트롤린.
상기 샘플을 ITO 스퍼터링을 위해 다른 챔버로 옮겼다. 두께 80nm의 제 2 ITO 층을 아르곤 스퍼터링으로 증착시켰다. ITO 층 영역을 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 유기 층을 덮는 대략 2.0cm × 2.0cm로 한정하였다; ITO 층은 또한 일 측 상에 연장부를 지니는데, 이 연장부는 전기적 접촉 영역을 제공한다.
알루미늄 옥사이드를, 화학양론적 조성의 알루미늄 옥사이드가 얻어지도록 더 높은 산소 부분압을 갖는 동일한 챔버 중에서 증착시켰다. 최종 층 두께는 40nm이었다. 상기 영역은 유기 층과 정렬된, 대략 2.2cm × 2.2cm이었다.
샘플을 금속 증착을 위해 10-8mbar의 베이스 압력에서 다른 챔버로 옮겼다. 150nm 두께의 Al 층을 VTE로 증착시켰다. Al 층의 면적은 2.0cm ×2.0cm이었고, 이것은 제 2 ITO 층과 정렬되어 있었다. 이 층이 VTE로 증착되었기 때문에, 이는 섀도우 마스크로 잘 한정될 수 있다.
최종적으로, (수분 및 산소에 대한) 내부에 게터(getter)를 함유하는 개개의 유리 캡슐화 덮개를 기판 상에 아교접착시켰다; 질소 분위기 하에서 상기 장치의 활성 층을 완전히 캡슐화시켰다.
동일한 기판 상에서 12개의 장치를 100% 양품율로 제조하였다. 상기 장치는 9V의 작동 전압에서 60cd/A의 효율을 나타내며, x = 0.43, y = 0.45의 CIE 색 좌표계에 근사한다. 10mA/㎠의 전류 밀도에서 1000h 동안 작동시킨 후에, 모든 OLED가 여전히 작용되었다.
실시예 2
상부 전극(상부 ITO 층, 알루미늄 옥사이드 층, 및 상부 반사층)을 두께가 150nm인 단일 알루미늄 층으로 대체하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 층 구조 및 캡슐화물을 갖는 12개의 장치를 구비한 비교용 샘플을 제조하였다. 양품율은 또한 100%이었다. 10mA/㎠의 전류 밀도에서 1000h에 걸쳐 작동시킨 후에, 7개의 OLED가 작동 중이었다. 다른 5개의 OLED는 가변되는 수명, 에이징 테스트 동안 급작스런 고장을 나타냈다.
실시예 3
ITO로 코팅된 가요성 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 기판을 사용하여 샘플을 제조하였다. PET 기판은 ITO로 코팅되지 않은 측 상에 박막 수분 장벽을 지닌다.
유기 층 및 상부 전극을 실시예 1에서와 같이 증착시켰다. 전기적 연결부의 연장이 예상되는 모든 층을 덮는 박막 캡슐화물(thin film encapsulation)을 증착시켰다. 박막 캡슐화물은 250nm의 폴리머 및 50nm의 알루미늄 옥사이드의 3개의 연속체로 구성된다. 폴리머를, 장치 상에 액체 전구체를 분무시킴으로써 그리고 후 UV 경화에 의해 증착시켰다. 알루미늄 옥사이드를 DC 반응성 스퍼터링으로 증착시켰다. 박막 캡슐화물은 또한 강성 기판을 사용하는 실시예에서 또한 사용될 수 있다.
12개의 샘플을 100%의 양품율로 제조하였다. 10mA/㎠의 전류 밀도에서 3일 동안 작동시킨 후에, 모든 장치가 여전히 작동되었다.
실시예 4
상부 전극(상부 ITO 층, 알루미늄 옥사이드 층, 및 상부 반사층)을 두께가 150nm인 단일 알루미늄 층으로 대체하는 것을 제외하고는, 비교용 샘플을 실시예 4에 따라 제조하였다.
12개의 샘플을 83%의 양품율로 제조하였는데, 이중 10개의 샘플만이 작동되었다. 이는 PET 기판 상에서 훨씬 더 높은 ITO의 거칠기(roughness)에 기인한 것이며, 이는 용이하게 단락을 야기한다. 10mA/㎠의 전류 밀도에서 3일 동안 작동시킨 후에, 단지 8개의 장치만이 여전히 작동되었다.
실시예 5
상부 전극을 하기한 바와 같이 구성하는 것을 제외하고는, 15cm ×15cm의 활성 영역을 갖는 매우 큰 면적의 장치를 실시예 1에서의 과정에 따라 구성하였다:
두께가 80nm인 ITO 층을 아르곤 스퍼터링으로 증착시켰다. ITO 층 면적을 섀도우 마스크를 사용하여 유기 층을 덮는 대략 15cm × 15cm로 한정하였다; 이 ITO 층은 또한 장치의 일 측 상에 연장부를 구비하고 있는데, 이 연장부는 전기접 접촉 영역을 제공한다.
샘플을 폴리머 증착을 위해 다른 챔버로 옮겼다. 이 폴리머를 장치 상에서 액체 전구체(예를 들어 메타크릴레이트 모노머)를 분무시킴에 의해 그리고 후 UV 경화에 의해 증착시켰다. 절연 층을 증착시키기 위해 섀도우 마스크를 사용하였다; 이것은 본질적으로 5cm 간격으로 이격된 2개의 금속 막대를 함유하며 경계부가 5cm인 개방된 정사각형 구역이다. 각각의 금속 막대는 폭이 1mm이다. 폴리머 증착은 하기 2단계로 실시하였다: 먼저 섀도우 마스크를 통해 60nm를 증착시키고, 제 2 단계에서 섀도우 마스크를 동일 평면에서 90°만큼 회전시키고, 60nm의 다른 폴리머 층을 증착시켰다. 이 방법으로 4개의 작은 구역이 형성되었는데, 이들은 폴리머에 의해 덮지 않고 ECP로 사용된다.
샘플을 금속 증착을 위해 10-8mbar의 베이스 압력에서 다른 챔버로 옮겼다. 150nm 두께의 Al 층을 VTE로 증착시켰다. Al 층을 전체 활성 영역 위로 증착시키고, 폐쇄된 층을 형성시키고 상부 ITO 층을 갖는 4개의 ECP를 형성시켰다. 이 Al 층은 일 측으로의 연장부를 지니는데, 이는 장치의 활성 영역 내에 있지 않은 구역에서 상부 ITO 층의 연장부에 대해 전기 접촉시킨다. 이와 관련하여, 상부 Al 층은 거울층으로서만 아니라 상부 ITO 층에 대한 전류 공급원으로서 작용한다. 상기 장치를 실시예 1에서와 같은 과정을 이용하여 캡슐화하였다.
이러한 매우 큰 면적의 장치는, 실시예 1에서의 훨씬 더 작은 장치의 균일성에 필적하는 광방출 균일성을 보여주었다.
실시예 6, 7 및 8
15cm ×15cm의 활성 영역 및 매우 높은 광방출 균일성을 갖는 3개의 매우 큰 면적의 장치를 제조하였다.
격자 전극을 ITO 층 위에 증착된 연속 층으로서 형성하였다. 먼저 포토레지스트를 격자의 음의 픽쳐로 통상적인 포토리소그래피에 의해 ITO 위로 패턴화하였다. 두께가 150nm인 알루미늄 층을 VTE에 의해 포토레지스트를 사용하여 ITO 위로 증착시켰다. 과량의 알루미늄을 들어올려 냄으로써 포토레지스트를 사용하여 제거하였다. 남아있는 금속 격자는 폭이 450㎛이고 간격이 10mm인 라인을 갖는다.
ITO 및 알루미늄 격자를 갖는 기판을 산소 플라즈마로 처리하여 얇은 알루미늄 옥사이드 부동화를 형성시켰다.
실시예 6
3개의 샘플 중 하나를 실시예 2에서와 같은 층 구조 및 캡슐화물을 갖는 통상적인 저부 방출 층으로서 마무리하였다.
실시예 7
샘플 중 하나를 실시예 1에 따라 마무리하였다.
실시예 8
제 3의 샘플을 실시예 4에 따라 마무리하였다. 샘플 8의 장치는 실시예 7의 장치보다 더 높은 균일성을 나타내지만, 둘 모두의 장치는 실시예 6의 장치와 필적하는 경우에 매우 고도의 균일성을 나타낸다.
실시예 9
반사층을 비-전도성 금속 잉크를 스핀 코팅함으로써 증착시키는 것을 제외하고는 새로운 샘플들을 실시예 1에서와 같은 하기 과정에 따라 제조하였다. 상기 스핀 코팅은 질소 분위기 하에서 실시하였다. 45℃에서 1시간 동안 건조시킨 후에, 샘플을 실시예 1에서와 같이 캡슐화하였다.
분리되거나 다양한 조합물로 존재하는 본 명세서, 특허청구범위 및/또는 도면에서 개시된 특징들은 이의 다양한 구체예에서 본 발명의 실현에 대한 재료일 수 있다.
1: 기판,
2: 저부 전극,
3: 발광층 구역
4: 상부 전극
5: 캡슐화물

Claims (13)

  1. - 투명한 기판(1),
    - 투명한 저부 전극(2),
    - 상부 전극(4),
    - 저부 전극(2)과 상부 전극(4) 사이에 구비되는, 발광 구역(3)을 포함하는 유기 구역, 및
    - 캡슐화물(5)을 포함하는 스택(stack)을 포함하는 유기 발광 장치(organic light emitting device)로서,
    상부 전극(4)에
    - 투명한 층으로서 구비되고, 유기 구역에 전기적으로 접속되어 있는 전기 전도성 층(41),
    - 폐쇄된 층으로서 구비되고, 발광 구역(3)에서 생성된 광을 반사하도록 구성된 반사층(43), 및
    - 전기 전도성 층(41)과 투명한 층으로서 반사층(43) 사이에 구비된 전기 비-전도성 층(42)를 포함하는 층 구조가 구비된, 유기 발광 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 전기 전도성 층(41)이 약 1Ω/square 내지 약 50Ω/square 범위의 전기적 면저항(electrical sheet resistance)으로 구비된, 유기 발광 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 전기 전도성 층(41)이 반사층(43)으로부터 전기적으로 절연된, 유기 발광 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 전기 전도성 층(41)과 반사층(43) 간의 전기적 절연이 폐쇄된 전기 비-전도성 층(42)에 의해 제공된, 유기 발광 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 전기 전도성 층(41)이 반사층(43)과 전기적으로 접속된, 유기 발광 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 전기 전도성 층(41)과 반사층(43) 간의 전기적 절연이 폐쇄된 전기 비-전도성 층(42)에 의해 제공된, 유기 발광 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 비-전도성 층(42)이 무기 물질로 이루어진, 유기 발광 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 반사층(43)이 전기 비-전도성 층으로서 구비된, 유기 발광 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 비-전도성 층(42)의 굴절 지수가 1.6 내지 2.1인, 유기 발광 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 반사층(43)이 75% 이상의 가시 영역 파장에서의 반사율로 구비된, 유기 발광 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 비-전도성 층(42)이 400nm 내지 10㎛ 범위의 층 두께로 구비된, 유기 발광 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 전기 비-전도성 층(42)이 30nm 내지 100nm범위의 층 두께로 구비된, 유기 발광 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 활성 영역의 약 95% 이상이 전기 비-전도성 층(42)에 의해 덮혀진, 유기 발광 장치.
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