KR20120027294A

KR20120027294A - 전기루미네선스 디바이스

Info

Publication number: KR20120027294A
Application number: KR1020117028883A
Authority: KR
Inventors: 한스-피터 로에블
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2012-03-21
Also published as: US8624485B2; JP5856948B2; TWI593310B; US20120146488A1; EP2427925B1; WO2010128426A1; TW201106781A; CN102414858B; KR101815247B1; EP2427925A1; JP2012526346A; CN102414858A

Abstract

본 발명은 기판, 2개의 전극, 상기 2개의 전극 사이에 배치된 전기루미네선스 분자들을 포함하는 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층(1, 3)의 스택 및 상기 적어도 2개의 인접하는 발광층 사이에 배치된 중간층(2)을 포함하는 OLED 디바이스와 같은 컬래 조정 가능한 전기루미네선스 디바이스를 제공한다. 중간층은 더욱이 도핑되지 않은 중간층이고, 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층의 각각에 존재하는 전기루미네선스 분자들을 포함하는 계면 영역의 형성을 가능하게 하는 두께를 갖는다. 또한, 이러한 전기루미네선스 디바이스를 컬러 조정하고 제조하는 방법이 제공된다.

Description

전기루미네선스 디바이스{ELECTROLUMINESCENT DEVICE}

본 발명은 기판, 기판 위에 적층된 두 전극, 상기 두 전극 사이에 배치된 전기루미네선스 분자들을 포함하는 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층들의 스택(stack), 및 각 인접하는 발광층들 사이에 배치된 도핑되지 않은 중간층(interlayer)을 포함하는 OLED 디바이스들과 같은 전기루미네선스 디바이스의 분야에 관한 것이다. 더욱이, 이러한 전기루미네선스 디바이스를 컬러 조정(color tuning) 및 제조하는 방법들이 제공된다.

컬러 조정 가능한 OLED 디바이스들은 종종 상이한 발광 컬러들을 갖는 적층된 OLED 다이오드들을 포함한다. 이러한 적층된 OLED들은 외부에 연결된 상이한 다이오드들을 분리하는 투명 전극들로서 소위 전하 생성층들을 포함한다. 스택의 개별 OLED 다이오드들에 전압을 인가함으로써 컬러가 넓은 범위에 걸쳐서 조정될 수 있다.

이러한 컬러 조정 가능한 적층된 OLED 디바이스들의 한가지 단점은 전극들이 매우 투명해야 하며 이에 수반하여 시트 저항이 낮아야 한다. 그러나, 높은 투명도과 낮은 시트 저항은 시소 관계(contradictory requirements)에 있다. 따라서, 가장 현실적인 경우에서, 시트 저항과 투명도 사이의 절충은 넓은 면적의 컬러 조정 가능한 OLED들에 대하여는 실현이 곤란한 것으로 알려져 있다. 또한 전체 OLED 스택은 적층된 OLED들이 전형적으로 대량의 층들 포함하기 때문에 더 복잡해진다.

컬러 조정 가능한 OLED들을 실현하기 위한 다른 기술은 상이한 발광 컬러의 OLED 픽셀들을 개별적으로 어드레싱하는 것이다. 이는 디스플레이에서 공통 기술이며 물론 광원에 대하여 비용이 많이 든다. 픽셀들이 큰 크기로 이루어지는 경우, 하나의 특정 컬러의 균일한 광을 얻기 위해서는 부가적인 스캐터링 스크린이 요구된다.

<발명의 개요>

본 발명의 목적은 컬러 조정 가능한 전기루미네선스 디바이스 및 이러한 디바이스의 컬러를 조정하는 방법을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 컬러 조정 가능한 전기루미네선스 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

이 목적은 청구항 1에 따른 전기루미네선스 디바이스 및 청구항 12 내지 14에 따른 방법들에 의해서 성취된다. 특히, 전기루미네선스 디바이스는 기판, 2개의 전극 및 스택을 포함하고, 이 스택은 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층과 적어도 2개의 인접하는 전기루미네선스 발광층 사이에 배치된 적어도 하나의 중간층을 포함하고, 전기루미네선스 발광층들은 전기루미네선스 분자를 포함하고, 중간층은 도핑되지 않은 중간층이며 이 중간층에 의해서 분리되는 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층의 각각에 존재하는 전기루미네선스 분자를 포함하는 계면 영역(interface region)의 형성을 가능하게 하는 두께를 갖는다.

본 발명은 전기루미네선스 디바이스의 각 2개의 인접하는 발광층 사이에 배치된 전형적인 분자 두께의 도핑되지 않은 중간층이, 인접하는 발광층간 전자들 및 정공들의 수송이 일어날 수 있도록 전자들 및 정공들에 대한 계면 상태(interface states), 또는 트랩 상태(trap states)를 제공하는데 충분하다는 예상 밖의 발견에 기초한다. 특정 이론에 국한되는 것은 아니지만, 이들 트랩 상태들의 제공은 도핑되지 않은 중간층에서 인접하는 발광층들에 의해서 이루어지는 분자들의 혼합에 기인하고, 이에 의해서 계면 층이 형성되는 것으로 믿고 있다. 전자 트랩 상태들을 통한 수송을 위한 전자들의 이동도(mobility)가 정공 트랩 상태들을 통한 정공의 이동도와 상이한 경우, 전자 및 정공 이동도의 전계 의존성은 동일하지 않다. 따라서, 전기루미네선스 디바이스로의 가변 전압의 인가는 결과적으로 도핑되지 않은 중간층에 의해서 분리되는 스택의 발광층들 사이에서 발광의 시프트가 이루어지게 한다.

전기루미네선스(EL) 디바이스는 중간층에 의해서 분리된 적어도 2개의 적층된 발광층을 포함하는, 당업자에게 공지된 임의의 EL 디바이스가 될 수 있다. 바람직하게는, EL 디바이스는 유기 EL 디바이스, 즉, OLED 디바이스이다. 다른 실시예에서, 본 발명의 EL 디바이스는 광원, 램프 및/또는 일광(day-light) 램프로서 사용되거나 또는 이들을 구성하거나, 모니터 또는 텔레비전을 구성한다. 따라서, 본 발명의 EL 디바이스를 포함하는 광원, 램프, 일광 램프, 모니터 및 텔레비전 또한 본 발명에 포함된다.

이하에서, 2개의 유기 발광 다이오드(OLED)들을 포함하는 이러한 유기 EL 디바이스의 기본 구조를 기술한다. 그러나, EL 디바이스들, 특히 유기 EL 디바이스들의 각종 다른 기본 구조들은 당업자에게 공지되어 있고 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.

예시적인 기본 유기 EL 디바이스는 2개의 전극, 즉 애노드 및 캐소드를 포함하고, 여기서 애노드는 글라스 또는 가요성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 포일과 같은 기판에 선택적으로 배치된다. 애노드, 즉 기판 전극의 상부에 다음 층들이, 정공 수송층(HTL: hole transport layer), 제1 전기루미네선스층, 즉 에미터층(EmL), 장벽층으로서 역할을 하는 중간층(IL: interlayer), 제2 에미터층 및 전자 수송층(ETL: electron transport layer)이 이 순서대로 배치된다. 제2 전극, 즉 반대측 전극으로서 역할을 하는 캐소드는 ETL의 상부에 배치되고, 다음으로 바람직하게는 마찬가지로 글라스 또는 PET로 이루어진 선택적인 커버층이 배치된다. 애노드와 HTL 사이에 배치된 정공 주입층(HIL: hole injection layer) 및/또는 ETL과 캐소드 사이에 배치된 전자 주입층(EIL: electron injection layer)과 같은 부가적인 층들이 존재할 수 있다. HIL은 바람직하게는 폴리(3,4-에틸렌디옥시펜티오펜)/폴리스티롤술폰네이트(PEDOT/PSS)로 이루어지고, EIL은 바람직하게는 플르오르화리튬, 플르오르화세슘 또는 은으로 이루어진 아주 얇은 층이다.

또한 EL 디바이스들의 기본적인 예시적인 구조들은 배면 발광/전면 발광(bottom emission/top emission) 디바이스들 - 여기서 투명 또는 반투명 배면 및 전면 전극 각각이 이용됨 - ; 전면만 발광하거나, 또는 배면만 발광하거나 또는 전면 및 배면 모두 발광하도록(투명함) 제작될 수 있는 디스플레이들을 생성하기 위해 고유 투명 접촉(proprietary transparent contact)을 사용하는 TOLEDS와 같은 투명 LED 디바이스들; 애노드가 기판상에 배치되는 반전 OLED들과 같은 반전 EL 디바이스들; 및 기타 등등을 포함한다.

본 발명에 관련하여, EL 디바이스는 투명 기판, 투명 기판 전극 및 불투명 반대측 전극, 즉 통상적으로 반사 전극인 기판의 반대측에 있는 전극의 조합을 포함하고, 기판을 통한 발광은 "배면 발광"이라 칭한다. EL 디바이스가 불투명 기판 및/또는 불투명 기판 전극 및 투명 반대측 전극의 조합을 포함하는 경우, 반대측 전극을 통해 발광하는 것을 "전면 발광"이라고 칭한다. 바람직한 실시예들에서, EL 디바이스들은 배면 발광 또는 전면 발광이거나 2개의 투명 전극을 포함하고 양방향으로 발광한다.

본 발명의 일 실시예에서, 전극들, 즉 애노드 및/또는 캐소드 중 적어도 하나는 투명 또는 반투명이다. 용어 "투명 전극"은 가시 범위에서 ≥50%의 광의 투과율을 나타내는 전극을 지칭하는 것으로 한다. 따라서 나머지 광은 반사되고/거나 흡수된다. 용어 "반투명 전극"은 가시 범위에서 ≥10%와 <50% 사이의 광의 투과율을 나타내는 전극을 말한다. 바람직하게는, 가시 범위에 있는 광은 ≥450 nm와 ≤700nm 사이의 파장을 갖는다. 전극은 또한 바람직하게는 반대측 전극의 경우에 반사성일 수 있다.

바람직한 실시예에서, 전극들은 금속, 카본과 같은 다이아몬드로 이루어지고/거나 다음의 재료, 즉 인듐 주석 산화물(ITO: indium tin oxide), 알루미늄, 은, ZnO, 도핑된 ZnO 또는 산화물층 중 적어도 하나를 포함한다. 더 바람직하게는, 전극들은 ITO 또는 ZnO와 같은 투명한 도전성 산화물로 이루어진다. 선택적으로, 전극들은 기판으로부터 전극으로 이동하는 원자들 또는 이온들의 확산을 억제하기 위해 SiO₂ 및/또는 SiO로 언더코팅(undercoat)된다. 다른 실시예에서, 약 8 내지 15nm 두께의 박막 Ag 또는 Au 층들은 단독으로 또는 전극 층들과 조합하여 사용될 수 있다. 금속 및/또는 금속 포일이 전극으로서 사용되는 경우, 바람직하게는 이는 기판 및/또는 기판 전극, 즉 애노드 및/또는 캐소드 중 어느 하나의 역할을 할 수 있다. 바람직하게는, 전극들은 전기 도전체들을 통해 전압/전류원에 연결된다.

다른 실시예에서, EL 디바이스는 OLED 디바이스이고, 즉 전기루미네선스 발광층들은 유기 분자들을 포함한다. 다른 바람직한 실시예에서, 유기 분자들은 폴리머들(PLED) 또는 작은(small) 분자들(SMO-LED)을 포함한다. 다른 바람직한 실시예에서, EL 디바이스는 인광성 유기 발광 다이오드(PHOLED) 디바이스이다. 다른 바람직한 실시예에서, EL 디바이스는 인광성 및 형광성 에미터들의 조합(Hybrid OLED)을 포함한다. 다른 바람직한 실시예에서, OLED는 형광성 발광 다이오드이다.

본 발명은 EL 디바이스들에서 전기루미네선스 분자로서 사용하기에 적합하도록 제공된 특정 유기 분자에 제한되지 않는다. 각종 전기루미네선스 및/또는 유기 전기루미네선스 분자는 당업자에게 공지되어 있고, 이들 모두는 본 발명에 포함되는 것으로 한다. 본 발명에서 사용되는, "전기루미네선스 분자"는 바람직하게는 "유기 전기루미네선스 분자"를 의미한다. 바람직한 실시예에서, PLED의 폴리머들은 폴리(p-페닐렌-비닐렌)(PPV)의 유도체들과 같은 복합 폴리머들 또는 폴리플로렌(polyfluorenes)이고, SMOLED의 작은 분자들은 예를 들면 Alq3, Alq2p (BAlq), Ir(ppy)3, Ir(MDQ)2acac와 같은 유기-금속성 킬레이트(chelates) 및/또는 a-NPD, TCTA, TBPI, n-MTDATA와 같은 복합 덴드리머(dendrimer)들이다.

상술한 바와 같이, 용어 "스택"은 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층이 서로의 상부에 놓이거나 배치되고 중간층에 의해서 분리되는 것을 의미한다. 그러나, 본 발명의 EL 디바이스가 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층, 예를 들면 3개를 포함하고, 그 중에서 적어도 2개의 인접하는 발광층이 도핑되지 않은 중간층에 의해서 분리될 필요가 있는 경우, 각종 적층이 이루어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, EL 디바이스는 3개의 전기루미네선스 발광층을 포함하고, 그 중에서 2개만 또는 3개 모두 중간층에 의해서 분리된다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 EL 디바이스는 적색, 녹색 및 청색을 각각 방출하는 3개의 전기루미네선스 발광층을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 이들 3개의 전기루미네선스 발광층은 애노드로부터 시작해서 언급된 순서로 적층된다. 더욱 더 바람직하게는, 단지 녹색 및 청색을 방출하는 전기루미네선스 발광층은 중간층에 의해서 분리되고, 녹색 전기루미네선스 발광층은 적색 발광층의 상부에 직접 적층된다. 이러한 EL 디바이스는 흑체 곡선(black body curve)을 따라 컬러 시프트(color shift)를 생성하는데 매우 적합하다.

본 발명의 다른 실시예에서, 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층은 상이한 발광 컬러들을 갖는다. 이는 본 발명의 EL 디바이스가 전기 전압/전류의 인가에 의해서 발광이 야기되는 경우, 적어도 2개의 발광층의 각각은 상이한 파장에서 발광할 것임을 의미한다. n>2 발광층들이 ≥2과 ≤n-1 사이에 존재하는 경우, 발광층들은 바람직하게는 다른 발광층(들)과는 다른 발광 컬러를 갖는다.

상이한 발광 컬러들은 통상적으로 전기루미네선스 발광층을 구성하는 상이한 전기루미네선스 분자의 사용에 의해서 성취된다. 이러한 전기루미네선스 분자들에 대한 바람직한 실시예들은 적색을 방출하는 Ir(MDQ)2acac(비스(2-메틸디벤졸[F,H]퀴녹살린)(아세틸아세톤네이트)-IR-(III)); 녹색을 방출하는 Ir(ppy)3 (트리스-(페닐-피리딜)-IR); 및 청색을 방출하는 스피로DPVBi(4,4-비스-2, 2-디페닐비닐-1, 1-스피로비페닐)를 포함한다.

이하에서, 언급된 순으로 기판상에 배치된 층들을 기술하는 EL 디바이스의 바람직한 실시예들이 개시되어 있다. 특히, 층들의 재료 및 각 두께가 개시되고 이하 약어가 사용된다: α-NPD: N,N0-디페닐-N, N0-비스(1-나프틸)-1,10-비페닐-4,40-디아민; Ir(MDQ)2(acac): 비스(2- 메틸디벤졸[F,H]퀴녹살린)(아세틸아세톤네이트)-IR-(III); TBPI: 1,3,5-트리스-(1-페닐-1H-벤지미다졸-2-YL)-벤젠; TCTA: 4,4',4"-트리스(카바졸-9-YL)-트리페닐아민; Ir(ppy)3: 트리스-(페닐-피리딜)-IR; CBP: 4,4'-비스(카바졸-9-YL)-비페닐; 스피로-DPVBi: 4,4-비스-2, 2-디페닐비닐-1, 1-스피로비페닐; BAlq: 알루미늄(III) 비스(2-메틸-8-퀴놀리네이트)-4-페닐페놀레이트.

바람직한 실시예에서, EL 디바이스는 이하 층들을 포함한다: ITO, 100nm; α-NPD, 10nm; α-NPD: 10% Ir (MDQ)2acac, 10nm; TCTA: 15% Ir(ppy)3, 10nm; TBPi, 3nm; 스피로DPVBi, 10nm; BAlq, 50nm; LiF, 1nm; Al, 100nm.

다른 바람직한 실시예에서, EL 디바이스는 다음 층들을 포함한다: ITO, 100nm; α-NPD, 10nm; α-NPD: 10% Ir(MDQ)2acac, 10nm; TCTA: 15% Ir(ppy)3, 10nm; CBP, 3nm; 스피로DPVBi, 10nm; BAlq, 50nm; LiF, 1nm; Al, 100nm.

또 다른 바람직한 실시예에서, EL 디바이스는 다음 층들을 포함한다: ITO, 100nm; p-도핑된 층, 10nm; α-NPD, 10nm; α-NPD: 10% Ir (MDQ)2acac, 10nm; TCTA: 15% Ir(ppy)3, 10nm; TBPi, 3nm; 스피로DPVBi, 10nm; BAlq, 50nm; LiF, 1nm; Al, 100nm.

다른 바람직한 실시예에서, EL 디바이스는 다음 층들을 포함한다: ITO, 100nm; α-NPD, 10nm; α-NPD: 10% Ir(MDQ)2acac, 10nm; TCTA: 15% Ir(ppy)3, 10nm; TBPi, 3nm; 스피로DPVBi, 10nm; Alq3, 50nm; LiF, 1nm; Al, 100nm.

다른 바람직한 실시예에서, 전기루미네선스 발광층은 보색 또는 보색에 가까운 컬러들, 예를 들면, 노랑색과 청색, 적색과 녹색, 또는 적색과 시안(cyan)을 방출한다. 더 바람직하게는, 적어도 2개의 발광층들의 방출된 컬러들은 가시광의 대부분의 스펙트럼을 커버한다. 더욱 바람직하게는, 가시광의 대부분의 스펙트럼을 커버하는 예를 들면 적색, 녹색 및 청색의 3개의 전기루미네선스 발광층이 존재한다. 이는 넓은 범위의 컬러들 및 백색광 방출이 이루어질 수 있다는 이점을 갖는다.

본 발명의 다른 실시예에서, 디바이스의 컬러는 항상 CIE 색도 다이어그램에서 라인을 따라 조정될 수 있다. 바람직하게는, 컬러는 청색과 노랑색 사이 또는 청색과 오렌지색 사이에서 조정되어 결과 컬러들이 CIE 다이어그램의 흑체 라인에 근접하도록 한다. 이는 바람직하게는 디바이스의 컬러를 예를 들면 "차가운" 백색과 "따뜻한" 백색 사이에서 시프트시키는 것을 가능하게 해준다.

본 발명의 다른 실시예에서, EL 디바이스는 컬러 조정 가능하다. "컬러 조정 가능함"으로써, EL 디바이스의 광의 스펙트럼 분포 또는 광의 전체 스펙트럼, 즉, EL 디바이스에 존재하는 전기루미네선스 발광층들 모두에 의해서 방출되는 광이 변경될 수 있다는 것은 의미한다. 예를 들면, EL 디바이스가 제1 상태에서 청색의 광을 방출하면, 제2 상태에서 녹색의 광을 방출할 수 있다. 따라서, EL 디바이스에 의해서 방출되는 광의 컬러는 청색으로부터 녹색으로 변경 또는 조정된 것이고, 다시 말하면, EL 디바이스는 이제 청색 광 대신에 녹색 광을 방출하도록 컬러 조정된 것이다.

상술한 바와 같이, 얇은 중간층에 의하여, 개재된 중간층을 경계 짓는 2개의 발광층들의 전기루미네선스 분자들은 중간층을 통과하여 계면 영역을 형성하고, 여기서 두 종류의 전기루미네선스 분자들이 모두 나타난다. 다시 말하면, 전기루미네선스층들의 분자들의 혼합이 일어난다. 이는 결과적으로 중간층 내에서 생성되는 전자들 및 정공들에 대한 트랩 상태가 되어, 이에 의해서 전자들과 정공들의 수송이 일어난다. 중간층 내에서 전자들의 이동도는 중간층 내에서 정공들의 이동도와 상이하다. 더욱이, 전자들의 이동도의 전계 의존성은 정공들의 이동도의 전계 의존성과 상이하다. 특히, 낮은 이동도를 가지고 있는 대부분의 전자 수송자(electron transporters)에 대한 전계 의존성이 높은 이동도를 가지고 있는 양호한 정공 수송자들에 대한 전계 의존성보다 훨씬 강하다. 따라서, 중간층에서 전자 이동도의 전계 의존성이 정공 이동도의 전계 의존성보다 강하기 때문에, EL 디바이스에 인가되는 전계의 함수로서 컬러 조정이 가능하다.

다른 실시예에서, EL 디바이스는 또한 전력 및/또는 전압원을 포함한다. 바람직하게는, 상기 전력 및/또는 전압원은 EL 디바이스의 전극들, 즉 애노드 및 캐소드에 연결된다. 더 바람직하게는, 전력 및/또는 전압원은 애노드와 캐소드 사이에 DC 전압을 제공한다.

더 바람직한 실시예에서, 전력 및/또는 전압원은 EL 디바이스에 가변 전압을 제공하도록 되어 있어, 이에 의해서 EL 디바이스의 컬러 조정이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제공된 정공들의 이동도는 전자들의 이동도보다 좋고, 즉, 중간층에서 정공들은 보다 빠른 속도로 수송되고, 다음으로 제1 저전압에서, 캐소드에 인접하는 전기루미네선스 발광층만이 발광한다. 그 다음에 전압이 증가하면, 전자들의 이동도는 정공들의 이동도보다, 증가된 전계에 의해서 더 영향을 받게 되고, 즉 중간층에서 전자들이 수송되는 속도의 증가가 정공들이 수송되는 속도의 증가에 비하여 더 강하다. 결과적으로, 또한 애노드에 인접한 전기루미네선스 층이 발광을 시작한다.

캐소드에 인접한 전기루미네선스층의 발광 컬러가 청색이고, 애노드에 인접한 전기루미네선스층의 발광 컬러가 적색이면, 저전압으로부터 고전압으로의 변동에 의해서, EL 디바이스의 방출되는 광이 청색으로부터 두 컬러들의 혼합, 예를 들면 백색으로 조정될 수 있다. 더욱이, 고전압을 인가함으로써, 또한 EL 디바이스의 휘도 레벨이 변경되고, 즉 디바이스에 의해서 방출되는 광의 총량이 증가된다. 다른 실시예에서, 하늘색 컬러가 저휘도 레벨에서 인가된 저전압에서 이루어지는 한편, 밝고 따뜻한 백색 컬러는 고휘도 레벨 및 인가된 고전압에서 이루어질 수 있다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 컬러는 인가된 전압 및 휘도 레벨의 함수로서 조정될 수 있다. 더욱이, 모든 휘도 레벨에서 고효율로 흑체 곡선에 따르는 컬러 시프트들은 원하는 경우 가능하고/거나 크게 유효하다(high efficacy).

일반적으로, 본 발명에 따른 EL 디바이스에서 모든 컬러 변화들이 실현될 수 있고, 이에 의해서 바람직하게는 컬러들이 CIE 다이어그램의 라인에 놓이게 된다.

다른 바람직한 실시예에서, 전력 및/또는 전압원은 EL 디바이스에 펄스 구동 방식을 제공하도록 되어 있는데, 여기서 변화된 전압은 EL 디바이스의 2개 이상의 전기루미네선스층들에 인가된다. 바람직하게는, 인가된 전압은 구형파 전압(rectangular voltage)이다. 이러한 수단들에 의해서, 즉 단일 전기루미네선스층들의 발광 강도의 조정에 의해서, EL 디바이스의 컬러 조정은 EL 디바이스의 일정한 휘도 레벨에서 이루어질 수 있다.

펄스 구동 방식은 바람직하게는 컬러 조정 가능한 EL 디바이스에 인가되는 일련의 펄스, 바람직하게는 정방형의(rectangular) 펄스를 포함한다. 바람직하게는, 주파수는 kHz 범위에 있고, 더 바람직하게는 ≥100Hz와 ≤3kHz 사이에 있다. 이에 의해서 인가된 전압은 시간 간격 t2에서 0V와 시간 간격 t1에서 바람직하게는 ≥2V와 ≤20V의 전압 V 사이에서 변화된다. 순환 사이클은 t1 + t2에 의해서 나누어진 t1 사이의 비율로서 정의된다. 따라서 100%의 순환 사이클은 전압이 항상 온(on) 상태에 있는 것을 의미한다. 50% 순환 사이클은 온 및 오프(off) 시간 t1 및 t2가 동일한 것을 의미한다. 0의 순환 사이클은 디바이스가 스위치 오프된 상태를 의미한다.

도핑되지 않은 중간층은 전자들과 정공들의 수송에 대하여 장벽으로서 역할을 한다. 다시 말하면, 제1 전기루미네선스층과 중간층 사이 및 제2 전기루미네선스층과 중간층 사이의 에너지 장벽들이 임의 크기인 경우 바람직하게는 ≥0.4eV인 경우 중간층을 가로지르는 전자 및 정공 수송이 어려워진다. 중간층을 경계 짓는 2개의 전기루미네선스층들에 포함되는 전기루미네선스 분자들의 혼합에 의해서 중간층에 트랩 상태가 유도되는 경우, 전자들과 정공들의 수송은 이들 트랩 상태들을 통해 매우 용이하게 일어날 수 있다.

중간층은 전자들과 정공들의 수송에 대하여 장벽으로서 역할을 할 수 있고 경계성 전기루미네선스층들을 구성하는 전기루미네선스 분자들의 통과를 허용하는 임의 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 중간층은 에너지 장벽이 ≥0.2 eV, ≥0.3 eV, ≥0.4 eV, ≥0.5 eV, 또는 ≥0.7 eV인 경계성 전기루미네선스층과 중간층 사이에 있도록 하는 재료를 포함한다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 중간층은 TBPBi(1,3,5-트리스-(1-페닐-1H-벤지미다졸-2-YL)-벤젠) 및/또는 CBP(4,4'-비스(카바졸-9-YL)-비페닐)을 포함한다.

중간층의 두께는 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층의 각각에 존재하는 전기루미네선스 분자들을 포함하는 계면 영역의 형성을 가능하게 하는 범위에 있을 필요가 있다. 이러한 조건 하에서, 중간층은 완전히 근접한 것은 아니지만 인접 발광층들에 포함된 전기루미네선스 분자는 상기 분자의 혼합에 의해서 중간층 내에 트랩 상태를 형성할 수 있다. 다시 말하면, 전기루미네선스 분자들은 중간층을 도핑하는데 사용된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 중간층은 약 ≥0.5nm와 약 ≤30nm, ≥1nm와 약 ≤10nm, 바람직하게는, 약 ≥1nm와 약 ≤8nm, 약 ≥5nm와 약 ≤8nm, 또는 약 ≥2nm와 약≤ 5nm 및 가장 바람직하게는 약 ≥2nm와 약 ≤3 nm의 두께를 갖는다. 이는 중간층을 경계 짓는 전기루미네선스층들로부터 전기루미네선스 분자들의 편입에 의해서 중간층에서의 트랩 상태들이 가장 효율적으로 형성될 수 있는 이점을 갖는다. 따라서, 도핑된 중간층의 생성이 요구되지 않는다. 또한, 약 ≥5nm와 약 ≤8nm의 중간층의 두께는 이미 우수한 컬러 조정성을 제공하고 있지만, 약 ≥2nm와 약 ≤3 nm의 중간층의 두께는 결과적으로 최적의 결과가 되는 것을 나타내고 있다. 따라서, 조정 범위는 중간층의 두께의 함수이고, 여기서 약 ≥2nm와 약 ≤3 nm의 중간층은 결과적으로 가장 넓은 조정 범위가 된다.

다른 실시예에서, EL 디바이스는 기판의 반대 측에 있는 전극에 배치된 적어도 하나의 커버층(cover layer)을 더 포함한다. 바람직한 실시예에서, EL 디바이스의 상이한 층들은 제1 전극으로부터 시작하는 기판상에 증착되고, 커버층은 예를 들면 습기로부터 디바이스를 밀봉하고 보호하기 위해서 제2 전극의 상부에 배치된다.

바람직한 실시예에서, 커버층 및/또는 기판은 투명 또는 반투명이다. 용어 "투명"은 가시 범위에서 ≥50%의 광의 투과율을 나타내는 기판 및/또는 커버층을 말한다. 따라서 나머지 광은 반사 및/또는 흡수 중 어느 하나가 된다. 용어 "반투명"은 가시 범위에서 ≥10%와 <50% 사이의 광의 투과율을 나타내는 기판 및/또는 커버층을 말한다. 바람직하게는 가시 범위에서 광은 ≥450nm와 ≤700nm 사이의 파장을 갖는다.

다른 바람직한 실시예에서, 기판 및/또는 커버층은 글라스, 세라믹으로 이루어지고/거나 금과 은 중 적어도 하나를 포함한다. 기판 및/또는 커버층에 대한 다른 바람직한 재료들은 폴리머 시트 또는 포일을 포함하고, 더 바람직하게는, EL 디바이스에 들어가는 습기 및/또는 산소를 근본적으로 방지하기 위해서 적절한 습기 및 산소 장벽을 갖는다. 다른 실시예에서, 금속 및/또는 금속 포일로 이루어진 기판들 및/또는 커버층들과 같은 불투명 기판들 및/또는 커버층들이 이용된다. 기판 및/또는 커버층은 또한 예를 들면 광 외부 결합 향상(light out-coupling enhancement) 등과 같은 광학 목적을 위해서 부가적인 층들을 포함할 수 있다.

기판 및/또는 커버층은 임의 적절한 기하학적 구조, 형상 또는 형태를 가질 수 있지만, 바람직하게는 평탄할 수 있고, 가요성 재료가 이용되면 요구되는 임의 3차원 형상으로 형성되거나 또는 휘어질 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명은 디바이스의 휘도 변화시에, 본 발명에 따른 전기루미네선스 디바이스 또는 광원, 램프, 일광 램프, 모니터 또는 텔레비전을 컬러 조정하는 방법에 관한 것이다. 이러한 컬러 조정은 바람직하게는 예를 들면 EL 디바이스의 전극들, 즉 애노드와 캐소드에 연결된 전압원에 의해서 EL 디바이스의 전극들에 인가되는 전압을 변경함으로써 이루어진다. 매우 상세하게 상술한 바와 같이, 전자들의 이동도는 정공들의 이동도보다 인가된 전계에 더 의존한다. 결과적으로, 전압의 변화는 전자들의 이동도에 주로 영향을 주고, 즉 중간층에서 전자들이 수송되는 속도가 증가한다.

다른 양태에서, 본 발명은 디바이스의 일정한 휘도에서, 본 발명에 따른 전기루미네선스 디바이스 또는 광원, 램프, 일광 램프, 모니터 또는 텔레비전을 컬러 조정하는 방법에 관한 것이다. 이러한 컬러 조정은 바람직하게는 디바이스에 대한 펄스 구동 방식의 적용에 의해서 이루어진다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 기판을 제공하는 단계; 및 기판상에 제1 전극, 전기루미네선스 분자들을 포함하는 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층의 스택과 적어도 2개의 인접하는 발광층 사이에 배치된 중간층, 및 제2 전극을 이 순서로 형성하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 전기루미네선스 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

바람직한 실시예에서, 3개의 전기루미네선스 발광층이 스택으로서 증착되고, 이들 중 2개만 또는 3개 모두가 중간층에 의해서 분리된다. 더 바람직하게는, 적색, 녹색 및 청색 각각을 방출하는 3개의 전기루미네선스 발광층이 스택으로서 증착되고, 그 중 2개만 또는 3개 모두가 중간층에 의해서 분리된다. 가장 바람직하게는, 녹색 및 청색 발광 전기루미네선스 발광층들만 중간층에 의해서 분리되고, 녹색 전기루미네선스 발광층은 적색 발광층의 상부에 직접 적층된다.

전극들은 임의 적절한 수단에 의해서 형성될 수 있다. 바람직하게는, 전극들은 기상 증착용 진공 처리 시스템을 이용하여 증착된다. 다른 실시예들에서, 기상 증착은 증발 또는 스퍼터링과 같은 물리적인 기상 증착(PVD: physical vapor deposition), 화학적 기상 증착(CVD: chemical vapor depostion), 저압 CVD(LPCVD) 또는 플라스마 인핸스드 CVD(PECVD)로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 바람직하게는, 기상 증착은 LPCVD 또는 PECVD이다. 다른 바람직한 실시예들에서, 기상 증착은 금속 산화물의 증착, 바람직하게는 ZnO 또는 인듐 주석 산화물(ITO: indium tin oxide)의 증착이다. ITO 또는 ZnO 층들은 고성능을 나타낸다. 가장 바람직하게는, 기상 증착은 ZnO 또는 ITO LPCVD, 또는 ZnO 또는 ITO PECVD, 또는 ZnO 또는 ITO 스퍼터링 프로세스이다.

전기루미네선스층들의 증착을 위한 각종 방법은 당업자에게 공지되어 있고, 이 모든 것은 본 발명에 포함된다. 작은 분자들에 기초하는 전기루미네선스층들은 바람직하게는 PVD, OVPD에 의해서 증착된다. 작은 분자 OLED들에 사용될 수 있는 바람직한 증착 기술들은 유기 재료가 가스 흐름에 의해서 기판에 수송되는 유기 기상 증착(OVPD: organic vapor phase deposition) 및/또는 도가니로부터의 유기 재료들의 진공 열적 증발(VTE: vacuum thermal evaporation)을 포함한다. 이들 기술들은 중간층 두께의 정밀한 제어가 가능하다. 특히 OVPD 기술은 매우 우수한 두께 제어가 가능하고, 게다가 중간층의 필름 형태를 제어할 수 있다. 다른 바람직한 실시예들에서, 폴리머들, 즉 길이가 더 긴 분자들에 기초하는 전기루미네선스층들이 먼저 적절한 용매에서 용해되고 후속하여 인쇄 또는 스핀 코팅 방법들에 의해서 증착된다.

본 발명의 이들 및 다른 예들은 이하 기술된 실시예들을 참조하여 명백해지고 자세하게 설명될 것이다.
도 1은 중간층을 포함하는 전기루미네선스 디바이스의 에너지 다이어그램을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 중간층의 두께를 변화시킴에 따른 OLED 디바이스의 에너지 다이어그램을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 OLED 디바이스의 스택을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 OLED 디바이스에 대한 펄스 구동 방식을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 컬러 조정 가능한 OLED 디바이스의 CIE1931 컬러 좌표 x 및 y를 구동 전압에 따라 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 컬러 조정 가능한 OLED의 루미넌스(luminance)를 순환 사이클 및 전압의 함수로서 나타낸 도면.

도 1은 중간층(2) 및 상이한 컬러들을 방출하는 2개의 전기루미네선스 발광층(1, 3)을 포함하는 전기루미네선스 디바이스의 에너지 다이어그램을 나타낸 도면이다. 애노드(도시 생략)는 발광층(1)의 좌측에 위치되고, 캐소드(도시 생략)는 발광층(3)의 우측에 위치된다.

도핑되지 않은 중간층(2)은 장벽층으로서 역할을 하고, 그 자체로 장벽을 통해 전자들과 정공들의 수송을 어렵게 만든다. 도 1의 A에 도시된 바와 같이, 발광층(1)과 중간층(2) 사이(ΔE₁₂)와 발광층(3)과 중간층(2) 사이(ΔE₃₂)의 수송간 에너지 장벽은 매우 높고 전형적으로 대략 적어도 0.4eV 내의 범위이다.

본 발명에 따른 도 1의 B의 도핑되지 않은 중간층(2)은 중간층에 의해서 분리된 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층들(1, 3)의 각각에 존재하는 전기루미네선스 분자들을 포함하는 계면 영역의 형성을 가능하게 하는 두께를 갖는다. 이 방법, 트랩 상태들은 이들 트랩 상태들을 통해 중간층에서 전자들과 정공들의 보다 용이한 수송을 용이하게 하는 중간층(점선으로 표시됨)에 유도된다.

중간층에 존재하는 전기루미네선스 분자들이 중간층을 경계 짓는 2개의 발광층들로부터 나옴에 따라, 중간층에 인접하는 2개의 발광층들의 LUMO 및 HOMO 레벨들이 중간층에서 부가적인 트랩 레벨들의 에너지 레벨들과 정렬된다. 따라서, 전자들 및 정공들의 수송이 크게 향상된다.

도 2는 중간층의 두께를 변화시킴에 따른 OLED 디바이스의 에너지 다이어그램을 나타낸 도면이다. 2개의 전기루미네선스 발광층(1, 3)을 구비한 OLED 디바이스가 도시되어 있고, 여기서 발광층(1)은 오렌지 광을 방출하고, 발광층(3)은 보색 컬러인 청색의 광을 방출한다.

도 2의 A에서, 중간층(2)이 없고, 따라서 레벨 정렬도 존재하지 않는다. 정공들의 이동도(화살표 4로 도시됨)는 전자들의 이동도(화살표 5로 도시됨)보다 좋고, 발광존(zone)은 오른쪽의 발광층(3)에 있다. 결과적으로, 현재의 경우에는 중간층 없이, 발광층(3)만이 광, 즉 청색 광을 방출한다. 따라서, 전하 균형 및 이에 따른 재결합 존들의 위치가 인가되는 전압의 함수로서 조정될 수 있다.

도 2의 B는 본 발명에 따른 OLED 디바이스의 에너지 다이어그램을 나타내고, 여기서 도핑되지 않은 중간층(2)은 중간층에 의해서 분리되는 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층(1, 3)의 각각에 존재하는 전기루미네선스 분자들을 포함하는 계면 영역의 형성을 가능하게 하는 약 ≥2nm와 약 ≤3nm의 두께를 갖는다. 따라서, 트랩 상태들은 박막 중간층으로의 인접하는 발광층(1, 3)의 전기루미네선스 분자들의 도핑에 의해서 중간층(2) 내에서 생성된다. 전자들과 정공들의 수송은 중간층으로 유도되는 트랩 상태들을 통해 일어난다. 중간층에서 전자 이동도가 정공 이동도보다 전계 의존성이 강하기 때문에, 인가된 전계의 함수로서 컬러 조정, 예를 들면 3.3V로부터 4.5V로의 변경이 가능하다. 이 경우에, OLED 디바이스의 광의 컬러는 푸르스름한 색으로부터 백색으로 조정된다.

도 2의 C는 OLED 디바이스의 에너지 다이어그램을 나타내고, 도핑되지 않은 중간층(2)은 약 10nm의 두께를 가지며, 정공들의 수송에 대하여 장벽으로서 역할을 한다. 결과적으로, 발광이 발광층(1)에서만 발생되고, 즉 오렌지색 광이 OLED 디바이스에 의해서 방출된다.

도 3은 본 발명에 따른 OLED 디바이스의 스택을 개략적으로 나타낸 도면이고, 여기서 적색, 녹색 및 청색의 컬러 광을 방출하는 3개의 전기루미네선스 발광층이 존재하고, 여기서 중간층(2)은 녹색과 청색 발광층 사이에 증착된다. 스택은 CVD 기술을 사용하여 기판(도시 생략)상에 증착된 약 100nm(하부)의 두께를 갖는 ITO 애노드로 시작하는 9개의 층들을 포함한다. ITO 애노드에 적층된 이하 층들은 가시성이다: 약 10nm의 두께를 갖는 α-NPD층, α-NPD: 약 10nm의 두께를 갖는 10% Ir(MDQ)2acac층, TCTA: 약 10nm의 두께를 갖는 15% Ir(ppy)(3)층, 약 3nm의 두께를 갖는 TBPi 중간층(2), 약 10nm의 두께를 갖는 스피로DPVBi층, 약 50nm의 두께를 갖는 BAlq층, 약 1nm의 두께를 갖는 LiF층, 및 약 100nm의 두께를 갖는 Al층이다.

도 4는 본 발명에 따른 OLED 디바이스의 펄스 구동 방식을 나타낸 도면이고, 여기서 일련의 구형파 펄스가 컬러 조정 가능한 OLED 디바이스에 인가된다. 주파수는 약 1kHz로 설정된다. 인가된 전압은 t2에서 0V와 t1에서 약 10V 사이에서 변화된다. 이 예에서 순환 사이클은 약 60%이다.

도 5는 본 발명에 따른 컬러 조정 가능한 OLED 디바이스의 CIE1931 컬러 좌표 x 및 y를 구동 전압에 따라 나타낸 도면이다.

도 5의 A는 3nm의 중간층 두께를 갖는 컬러 조정 가능한 OLED의 전압 및 순환 사이클의 함수로서 CIE1931 x좌표를 나타낸 도면이다. 컬러는 순환 사이클에 독립적이고, 이는 컬러와 휘도가 독립적으로 제어될 수 있다는 것을 의미한다.

도 5의 B는 컬러 조정 가능한 OLED의 전압 및 순환 사이클의 함수로서 CIE1931 y좌표를 나타낸 도면이다. 다시, 컬러는 순환 사이클에 독립적이고, 이는 컬러와 휘도가 독립적으로 제어될 수 있다는 것을 의미한다.

요약하면, 본 발명에 따른 OLED의 x 및 y CIE1931 컬러 좌표는 순환 사이클에 대하여는 독립적이고 구동 전압(V)에만 의존하는 것이 명백하다. 따라서, 컬러 조정 가능한 디바이스의 컬러 및 루미넌스는 독립적으로 제어될 수 있다. 더욱이, 3nm의 두께를 갖는 중간층을 구비한 본 발명에 따른 OLED 디바이스의 전류와 전력 효율성 각각은 낮거나 높은 휘도 레벨에서 극히 양호하다.

도 6은 순환 사이클 및 전압의 함수로서 본 발명에 따른 컬러 조정 가능한 OLED의 루미넌스를 나타낸 도면이다. 알 수 있는 바와 같이, 용이하게 3.6V와 4.5V 사이에서 전압을 변화시키는 것이 가능하고, 90%와 10% 사이에서 순환 사이클을 변화시킴으로써 루미넌스를 약 1000Cd/m²로 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 상이한 발광 컬러로 일정한 루미넌스에서 본 발명의 EL 디바이스의 동작이 가능하다.

본 발명을 도면 및 상술한 설명에서 상세하게 기술하고 설명하였지만, 이러한 기술 및 설명은 설명 또는 예시적인 것으로 한정하지 않고, 본 발명은 개시된 실시예들에 한정되지 않는다.

개시된 실시예들의 다른 변경들은 도면, 상세한 설명 및 첨부된 청구범위를 숙지한 후에 청구된 발명을 실시 시에 당업자에 의해서 이해되거나 실현될 수 있다. 청구범위에서, 단어"포함"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정어 "임의" 또는 "어느"는 복수를 배제하지 않는다. 임의 방법들이 서로 상이한 종속 청구항들에 인용되는 사항들은 이들 방법들의 조합이 장점을 위해 사용되지 않는 것을 나타내는 것은 아니다. 청구범위에서 임의 참조 표시들은 발명의 범주를 한정하는 것으로 해석되지 않는다.

Claims

기판, 2개의 전극, 및 스택(stack)을 포함하는 전기루미네선스(EL) 디바이스로서, 상기 스택은 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층(electroluminescent emission layer)(1, 3) 및 적어도 2개의 인접하는 전기루미네선스 발광층 사이에 배치된 적어도 하나의 중간층(2)을 포함하고, 상기 전기루미네선스 발광층(1, 3)은 전기루미네선스 분자들을 포함하고, 상기 중간층(2)은 도핑되지 않은 중간층(undoped interlayer)이고, 상기 중간층에 의해서 분리되는 상기 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층(1, 3)의 각각에 존재하는 전기루미네선스 분자들을 포함하는 계면 영역의 형성을 가능하게 하는 두께를 갖는 전기루미네선스 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 전극들 중 적어도 하나는 투명하거나 반투명한, 전기루미네선스 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 전기루미네선스 디바이스는 유기 전기루미네선스 분자들을 포함하는 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층을 포함하는 OLED 디바이스인 전기루미네선스 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 전기루미네선스 발광층들은 상이한 발광 컬러들을 갖는 전기루미네선스 디바이스.
제4항에 있어서,
상기 발광 컬러들은 보색 컬러들인 전기루미네선스 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 전기루미네선스 디바이스는 일정한 또는 변화하는 휘도 레벨에서 컬러 조정 가능한(color tuneable) 전기루미네선스 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 전극들에 연결되고 상기 EL 디바이스에 가변 전압 및/또는 펄스 구동 방식을 제공하도록 되어 있는 전력 및/또는 전압원을 더 포함하는 전기루미네선스 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 도핑되지 않은 중간층은 ≥0.5nm와 ≤30nm 사이의 두께를 갖는 전기루미네선스 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 기판은 투명 또는 반투명 기판, 글라스 기판, 가요성 기판 및/또는 폴리머 기판으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 전기루미네선스 디바이스.
제1항에 따른 전기루미네선스 디바이스를 포함하는 광원, 램프, 일광 램프, 모니터 또는 텔레비전.
제7항 내지 제10항에 따른 전기루미네선스 디바이스, 또는 제11항에 따른 광원, 램프, 일광 램프, 모니터, 또는 텔레비전의 컬러를 디바이스의 휘도 변화시에 조정하는 방법으로서, 상기 전극에 인가된 전압이 변경되는 방법.
제7항 내지 제10항에 따른 전기루미네선스 디바이스, 또는 제11항에 따른 광원, 램프, 일광 램프, 모니터, 또는 텔레비전의 컬러를 디바이스의 일정한 휘도에서 조정하는 방법에 있어서, 펄스 구동 방식이 디바이스에 적용되는 방법.
제1항 내지 제10항에 따른 전기루미네선스 디바이스를 제조하는 방법으로서,
a) 기판을 제공하는 단계; 및
b) 상기 기판상에, 제1 전극, 전기루미네선스 분자들을 포함하는 적어도 2개의 전기루미네선스 발광층 및 적어도 2개의 인접하는 발광층 사이에 배치된 중간층의 스택 및 제2 전극을 이 순서대로 증착하는 단계를 포함하고,
상기 중간층은 도핑되지 않은 중간층인 방법.