KR20120103571A - 다층구조의 유기 장치 - Google Patents

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앤드류 몽크먼
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손 라이팅 리미티드
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Abstract

양극(12)과 음극(20)을 갖는 기판을 포함하며, 여기에서 상기 양극(12)과 상기 음극(20) 사이에 제1 유기 반도체 물질을 포함하는 적어도 하나의 제1층(16); 및 상기 제1층(16) 위로 제2 유기 반도체 물질을 포함하는 제2층(18)이 위치되며; 상기 제1 유기 반도체 물질이 고분자이고 제2 유기 물질이 고분자 또는 소분자이고, 상기 제1 유기 반도체 물질의 평균 분자량이 상기 제2 유기 반도체 물질의 평균 분자량 보다 더 높은 것임을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치가 개시된다.

Description

다층구조의 유기 장치 {Multilayer Organic Device}
본 발명은 일반적으로 다층구조의 유기 장치 및 이러한 장치의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 이러한 다층구조의 유기 장치는 고분자 발광다이오드(polymeric light emitting diode ; PLED)를 포함하는 유기 전계 발광 장치(organic electroluminescent device) 또는 고분자 유기 광전지(organic photovoltaic ; OPV) 장치를 형성하는 태양전지(solar cell) 등과 같은 광감응장치(photoresponsive device)가 될 수 있다.
반도체 고분자(semiconducting polymers)들은 광전자 소자(optoelectronic devices)들의 분야에서 통상의 무기 반도체들에 대하여 뚜렷하게 효과적인 대체물이 된다. 이러한 장치들은 발광다이오드(light emitting diodes ; LEDs), 광전지(PV) 다이오드들, 전계효과 트랜지스터(field effect transistors ; FETs) 및 레이저들을 포함할 수 있다. 공액화된 고분자들은 화학적으로 조정가능한 광전자 특성들 및 인쇄된 전자장치(printed electronics)에 적절한 저온, 용액-기반의 가공을 포함하여 무기 반도체들에 비하여 상당한 재료상 이점들을 제공한다.
단일층 유기 장치는 한 쌍의 전극들 및 원하는 발광 파장(emission wavelength)을 달성하고 그리고 주입된 전하 운반자들의 균형을 맞추도록 일반적으로 공중합되거나 또는 혼성된 활성물질(active material)을 포함한다. 상기 활성물질의 서로 다른 전자와 정공 이동성 특성들, 상기 전극들로부터의 비-이상적인 전자 및 정공 주입 그리고 전극들에 의한 퀀칭(quenching)들은 단일층 유기 장치들이 많은 응용예들에서 충분치 못하게 만든다.
이러한 단일층 유기 장치들과는 대조적으로, 소위 다층구조의 유기 장치들은 상기 전극들 사이에 적어도 2개의 유기물질의 층들을 포함한다. 상기 전극들 다음의 바깥층(outer layers)들을 정공 또는 전자 주입을 강화하도록 가공할 수 있으며, 이는 차례로 발광장치들의 경우에서는 턴온 전압(turn on voltage)을 감소시키거나 또는 유기 태양전지들의 경우에서는 캐리어 수집들을 용이하게 하기 때문에, 이들 다층구조의 유기 장치들은 단일층 유기 장치들 보다 더 효과적으로 제조될 수 있다. 반도체 고분자들을 포함하는 공정들의 제조에서의 하나의 제한은 다층구조의 유기 장치를 제조하는 데에 어려움이 있다는 것이다. 이러한 다층구조의 유기 장치들의 형성에 대한 도전은 층들의 상호혼합(intermixing) 또는 층퇴적공정(layer depositing process) 동안의 기존의 층들의 손상 없이 상기 장치의 층들을 구축하는 것이다.
진공 중에서의 유기 분자들의 승화(sublimation)에 후속하여 서로 다른 층들 내로의 퇴적(deposition)에 의하여 효과적인 다층구조의 유기 장치들을 형성하는 것이 당해 기술분야에서는 잘 알려져 있다. 이러한 진공 퇴적 기술의 단점은 이것이 고가의 기계류의 사용 및 거기에 더해 재료의 높은 낭비율을 요구한다는 것이다. 가장 중요하게는, 소분자(oligomers) 또는 고분자(polymers)들은 유기 물질의 파괴 없이는 열적으로 증발되지 않기 때문에, 소분자 또는 고분자 등과 같은 비교적 큰 분자량을 갖는 유기 반도체 물질로의 진공 퇴적을 통한 다층구조의 유기 장치들의 제조는 상당히 실현이 어렵다. 따라서, 상당히 큰 분자량을 갖는 유기 반도체 물질은 주로 용액으로, 즉 스핀코팅(spin coating), 잉크젯(ink jet), 스크린 또는 롤-투-롤 인쇄(screen or roll-to-roll printing)를 포함하여 습식-화학퇴적기술(wet-chemical deposition techniques)들을 통하여 가공된다.
비용의 관점에서, 습식-화학퇴적 등과 같은 용액가공기술(solution processing techniques)은 대량 생산, 특히 보다 큰 크기의 유기 장치들의 생산에 보다 매력적인 기술이다. 비용적으로 그리고 복잡한 기계의 요구 없이 반도체 고분자들의 단일층을 용액 내에서 상대적으로 저렴하게 잘 제어된 방법으로 내려놓을 수 있다. 그러나, 용액들로부터의 다층구조의 구조들의 제조는 심각한 과제들에 직면하게 된다. 연속적인 층들의 퇴적에 있어서, 용매들이 선행하여 퇴적된 층들을 재-용해시켜, 잠재적으로 층들의 상호혼합(intermixing) 또는 층퇴적공정(layer depositing process) 동안의 기존의 층들을 손상시키는 문제점이 있었다. 이는 또한 공정을 재현불가능하게 하거나 또는 그 결과의 장치들의 효율의 감소를 야기할 수 있다. 이들 단점들을 피하기 위하여는, 용액으로부터 이미 퇴적된 층들이 후속의 층들의 퇴적에 사용되는 용매들에 대하여 저항하는 것을 확실하게 하는 것이 중요하다.
실제로, 그들의 제조의 속성으로 인하여 단지 소수의 용액들로 가공된 다층구조의 장치들이 보고되었다. 선행하여 퇴적된 층들의 재-용해의 문제를 해결하는 하나의 방법은 직교하는 용매(orthogonal solvents ; 서로 영향을 주지 않는 용매)들, 즉 예를 들어 그들의 극성들에 의하여 그들의 용해도 특성들과 관련하여 뚜렷하게 다른 용매들을 사용할 수 있는 물질들을 사용하는 것이다. 그들의 하나의 예는 극성과 무극성 용매들이다. 일반적으로, 극성 물질들은 극성 용매들에서 용해될 수 있는 반면에 무극성 물질들은 무극성 용매들에 용해될 수 있다. 그러나, 극성 용매들은 전형적으로 무극성 물질들을 용해시키지 못하며, 역으로, 무극성 용매들은 극성 물질들을 용해시키지 못한다.
원칙적으로, 다층구조의 장치들은 교호하는 층들 내에서 극성 및 무극성의 물질들을 적용하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 그에 의하여, 극성 물질들은 극성 용매 내에 용해되고 그리고 무극성 물질들은 무극성 용매 내에 용해되며, 이들 두 물질들은 서로에 대하여 연속적인 단계들에서 스핀코팅 된다.
직교하는 용매들과 관련한 다층구조의 유기 장치들의 제조에 대한 선택들은 매우 제한되어 있다. 이러한 접근법에는 커다란 단점이 존재한다. 전형적으로, 대부분의 공액화된, 반도체 고분자들은 우선적으로 유기 및/또는 비극성의 매질에 용해된다. 따라서, 적어도 2개의 반도체 고분자들의 층들을 갖는 다층구조의 유기 장치들을 제조하기 위해서는, 상기 고분자들 중의 하나가 물과 같은 극성 용매 중에 용해될 수 있도록 화학적으로 변성되어야 한다. 일반적으로, 반도체 고분자의 극성의 변화는 쉬운 일이 아니며, 대개는 상기 물질의 악화를 수반하게 될 것이다. 따라서, 상기 장치의 효율 및/또는 작동 수명이 부정적으로 영향을 받게 될 것이다.
직교하는 용매들을 사용하는 이러한 전략이 고분자 발광다이오드에 대하여 실현되는 하나의 예는 문헌 Gong et al, 'Multilayer Polymer Light-Emitting Diodes: White-Light Emission with High Efficiency', Adv. Mater. 2005, 17, 2053에서 주어졌다. 여기에서는, 정공-전달층(hole-transport layer ; HTL)으로서 수용성 PVK 유도체와 전자-전달층(electron-transport layer ; ETL)으로서 수용성 PBD 유도체 사이에 개재된 폴리플루오렌 호스트(polyfluorene host)와 이리듐 도펀트(iridium dopant)(둘 다 유기 용매들에서 가용성이고; 물에는 불용성임)의 발광층으로 이루어지는 3층구조의 장치가 제조되었다.
다층구조의 유기 장치들을 제조하는 다른 접근법은 퇴적-후 처리(post-deposition treatment)를 통하여 퇴적된 층들을 불용화시키는 것을 포함한다. 완전한 용액-가공된 발광 장치에 대한 그의 하나의 예가 앞서 공개된 유럽특허출원 제EP　1　753　047　A1호에 기술되어 있다. 이에 의하여, 그 종합적인 아이디어는 개개 층에 대하여 가교가능한 물질(crosslinkable material)을 적용시키고, 그 물질이 퇴적된 후 열적, 화학적 또는 자외선 경화 등과 같은 조사수단(irradiative means)들에 의하여 가교화를 개시시키는 것이다. 이에 의하여 개개 퇴적된 층이 후속의 층을 퇴적하는 데 사용되는 용매들에 대하여 불용화된다.
도 15는 앞서 공개된 유럽특허출원 제EP　1　753　047　A1호에서 기술된 앞서 언급된 선행기술에 따른 전계 발광 장치의 단면도를 나타내고 있다. 상기 전계 발광 장치는 보다 큰 디스플레이의 하나의 픽셀(pixel) 또는 서브-픽셀(sub-pixel) 또는 발광원의 일부를 제공할 수 있다. 상기 장치(405)는 기판(408) 상에 제1전극(411)을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 유기 물질들이 상기 제1전극 상에 퇴적되어 유기 스택(organic stack)(416)의 하나 또는 그 이상의 유기층들을 형성한다. 상기 유기 스택(416)은 특히 정공주입층(HIL)(417) 및 발광층(EML)(420)을 포함한다. 상기 OLED 장치(405)는 또한 상기 유기 스택(416)의 최상부 상에 제2전극(423)을 포함한다. 장벽층(barrier), 전하전달/주입층(charge transport/injection) 및 원하는 바에 따라 현존하는 층들 중의 임의의 층들 사이 또는 가운데에 계면층(interface layers)들을 포함하여 도 15에 나타낸 것들 이외의 다른 층들이 또한 더 부가될 수 있다. EP　1　753　047　A1호의 교시에 따르면, 전도성 도펀트(conductivity dopants)들로 도핑된 가교가능한 정공주입/전달물질을 사용하는 것에 의하여 정공주입층이 제조된다.
앞서 언급한 바와 같이, 가교화는 열적, 화학적 또는 자외선 경화 등과 같은 다른 조사수단들에 의하여 영향을 받아 각 퇴적된 층이 발광층 또는 후속하여 퇴적되는 전자전달층 등과 같이 그 위에 퇴적되는 층에서 사용되는 용매들에 불용성이 되도록 한다. 이는 자외선 경화성 잉크들, 가교가능한 측쇄들, 가교가능한 쇄 및 기들 또는 예를 들어 고분자들로 가교결합될 수 있는 단량체들의 사용을 포함한다.
그러나, 가교가능한 물질의 존재 또는 자외선 경화 등과 같은 공정들의 사용은 유기 반도체 층들의 효율을 손상시키거나 및/또는 감소시킬 수 있다. 게다가, 상기 다층구조의 유기 장치의 작동 수명이 역으로 영향을 받을 수 있다.
요약하면, 지난 수년간 용액-기반의 공정들을 사용하여 다층구조의 유기 장치들을 제조하기 위하여 서로 다른 접근법들이 제안되었다. 그러나, 공지의 접근법들은 앞서 언급한 다수의 단점들로 고통받는다. 수년간에 걸친 계속된 연구 노력들에도 불구하고, 효율적인 용액 가공된 다층구조의 유기 장치들의 제조가 가능한 완전히 확실한 전략은 발견되지 않았다.
따라서, 본 발명은 용액-기반의 공정들을 사용하여 층들 사이에서 최소의 상호혼합을 갖는 다층구조의 유기 장치를 제조하는 것을 추구한다. 앞서 언급한 단점들 중의 일부를 우회하거나 또는 완화시키는 대안의 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이하에서 "용액 가공가능한(solution processable)"은 용액 또는 현탁액 형태들 중 어느 하나에서 액체 매질에 용해될 수 있거나, 분산될 수 있거나 또는 운송될 수 있거나 및/또는 액체 매질로부터 퇴적될 수 있는 것을 의미한다.
상기 문제점에 대한 본 발명의 해결책 뒤에 숨어 있는 아이디어는 고분자의 용해도는 고분자를 포함하여 단량체들의 화학적 또는 물리적 특성들에 의존적일 뿐만 아니라 고분자의 크기 및 구조, 즉, 얼마나 많은 단량체들이 평균적으로 연결되어 고분자를 형성하거나 및/또는 그 형상(conformation)/구조(structure) 내로 연결되는지에 의존적이라는 발견에 기초하고 있다. 본 발명은 특히 고분자의 크기 즉 고분자를 포함하는 단량체들의 평균분자량 또는 평균 개수에 대한 고분자-용매 시스템(polymer-solvent system)의 용해도의 의존성(dependence)을 활용한다. 일반적으로, 고분자-용매 시스템의 용해도는 단량체들의 평균 개수가 증가함에 따라 감소된다. 이는 단지 상당히 작은 수의 단량체들을 포함하는 고분자 또는 소분자를 용해시키기에 충분히 강한 용매가 보다 작은 크기의 고분자 또는 소분자와 동일한 단량체들로 만들어지나 보다 큰 수의 서로 연결된 단량체들을 포함하는 고분자를 필수적으로 용해시키지는 못한다는 것을 의미한다. 상기 아이디어는 선형이거나 또는 분지된 고분자들 및 소분자들과 마찬가지로 동종중합체(homopolymers)들 즉, 단일의 단량체 종들을 포함하는 고분자들 또는 공중합체들 즉, 둘 또는 그 이상의 서로 다른 종들의 단량체들(규칙적(regularly)으로 또는 불규칙적(randomly)으로))로 이루어지는 고분자들에 적용될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 해결책은 연속적인 용액 가공 단계들에서 상기 유기 반도체 물질들의 서로 다른 층들을 퇴적시키는 것에 의하여 다층구조의 장치를 제조하는 개념에 기초하고 있다. 사용된 유기 물질들 및 용매들은 유기 반도체 층들의 효율이 퇴적 과정 동안에 감소되지 않도록 하는 것을 확실하게 하도록 주의해서 선택된다. 즉, 상기 물질들 및 용매들은 제1 유기 반도체 물질이 제2 유기 반도체 물질의 용매에 의하여 불용성이거나 또는 단지 약하게 가용성이 되도록 하는 방법으로 선택된다. 본 발명에 따르면, 이는 제1 유기 반도체 물질로서 고분자를, 그리고 제2 유기 반도체 물질로서 고분자 또는 소분자를 사용하는 것에 의해 달성되며, 상기 제1 유기 반도체 물질의 평균 분자량은 상기 제2 유기 반도체 물질의 평균 분자량 보다 더 높은 것이다.
따라서, 본 발명의 제1의 관점에 따르면, 양극 및 음극을 갖는 기판을 포함하는 다층구조의 유기 장치가 제공되며, 여기에서 상기 양극과 상기 음극 사이에는 제1 유기 반도체 물질을 포함하는 적어도 하나의 제1층; 및 제2 유기 반도체 물질을 포함하며 상기 제1층 상의 제2층들이 위치된다. 상기 제1 유기 반도체 물질은 고분자이고 그리고 상기 제2 유기 물질은 고분자 또는 소분자이고, 상기 제1 유기 반도체 물질의 평균 분자량은 상기 제2 유기 반도체 물질의 평균 분자량 보다 더 높은 것이다.
바람직하게는, 2개 이상의 층들의 서로 다른 유기 반도체 물질들이 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치되며, 상기 층들 중의 하나의 평균 분자량은 후속하는 층의 평균 분자량 보다 더 높은 것이다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 유기 반도체 고분자는 동일한 동종중합체 수준을 갖는다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 유기 반도체 물질은 동일한 고분자를 포함하며, 상기 제1층의 상기 고분자의 평균 길이는 상기 제2층의 상기 고분자의 평균 길이보다 더 긴 것이다.
바람직하게는, 상기 제1 유기 반도체 물질은 그 자체의 하나의 층 내에 제공된다.
바람직하게는, 상기 제2 유기 반도체 물질은 도핑된다.
바람직하게는, 상기 제2 유기 반도체 물질은 전계발광층 내에 제공된다.
바람직하게는, 상기 제2 유기 반도체 물질은 전계발광층 내에 제공되고, 상기 물질은 발광종(emitting species)에 대하여 호스트(host)로서 작용한다.
바람직하게는, 상기 전계발광층은 하나 또는 그 이상의 인광부분(phosphorescent moieties)들을 포함하며, 상기 물질은 상기 하나 또는 그 이상의 인광부분들에 대하여 호스트로서 작용한다.
바람직하게는, 상기 전계발광층은 하나 또는 그 이상의 형광부분(fluorescent moieties)들을 포함하며, 상기 물질은 상기 하나 또는 그 이상의 형광부분들에 대하여 호스트로서 작용한다.
바람직하게는, 또한 상기 제1 유기 반도체 물질은 발광 물질(light emissive material)에 대하여 호스트로서 작용한다.
바람직하게는, 상기 제1 유기 반도체 물질은 황색 발광 물질(yellow emissive material)에 대하여 호스트로서 작용하고, 그리고 상기 제2 유기 반도체는 청색 또는 청녹색 발광 물질(blue-green emissive material)에 대하여 호스트로서 작용한다.
바람직하게는, 상기 제2 유기 반도체 물질은 다른 고분자, 덴드리머(dendrimers) 또는 소분자들과의 혼합된 층 내에 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 유기 반도체 고분자는 전하전달층 내에 제공된다.
바람직하게는, 상기 전하전달층은 정공전달층(hole transport layer)이다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 유기 반도체 물질은 폴리비닐카르보졸(poly(vinyl carbozole))이다.
바람직하게는, 상기 유기 반도체 물질들의 평균 분자량들은 고분자량의 평균 분자량 및 저분자량의 평균 분자량이다.
더욱이, 본 발명의 제2의 관점에 따르면, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판 상에 양극을 퇴적시키는 단계 및 용액 가공 단계에 의하여 상기 양극 상에 제1 유기 반도체 물질을 포함하는 적어도 하나의 제1층과 상기 제1층 상에 제2 유기 반도체 물질을 포함하는 제2층을 퇴적시키는 단계를 포함하는 다층구조의 유기 장치를 제조하는 방법이 제공되며; 여기에서 상기 제1 유기 반도체 물질이 고분자이고 그리고 제2 유기 물질이 고분자 또는 소분자이고, 상기 제1 유기 반도체 물질의 평균 분자량이 상기 제2 유기 반도체 물질의 평균 분자량 보다 더 높은 것임을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1층은 퇴적된 후에 열적으로 소성(backed)된다.
바람직하게는, 상기 제2층은 퇴적된 후에 열적으로 소성된다.
바람직하게는, 상기 용액 가공 단계는 스핀코팅 또는 잉크젯 프린팅이다.
본 발명의 다층구조의 유기 장치는 특히 유기 전계 발광 장치, 예를 들면, 고분자 발광다이오드 또는 고분자 유기 광전지 장치 등과 같은 광감응장치에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면 용액-기반의 공정들을 사용하여 층들 사이에서 최소의 상호혼합을 갖는 다층구조의 유기 장치를 제조하는 것을 추구한다.
이하에서는, 본 발명을 첨부한 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다층구조의 유기 장치의 제1의 구체예를 계통적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 구체예의 에너지 수준 다이아그램(energy level diagram)을 나타내는 도면이다.
도 3은 부가의 정공차단층(hole blocking layer)을 포함하는 도 1의 구체예의 에너지 수준 다이아그램을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 다층구조의 유기 장치의 제2의 구체예를 계통적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 구체예의 에너지 수준 다이아그램을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1의 특정의 구체예에 따른 장치 내에서 사용되는 물질들에 대한 장치 구조 및 에너지 수준들의 계통적인 다이아그램을 나타내는 도면이다.
도 7은 (a) 고정된 발광층 두께를 갖는 변화하는 정공전달층, (b) 고정된 정공전달층 두께를 갖는 변화하는 발광층 두께의 다층구조의 장치들에 대한 정규화된 전계 발광 스펙트럼(normalized electroluminescent spectra)들의 계통적인 다이아그램을 나타내는 도면이다.
도 8은 3개의 장치 조건들에 대한 전류-전압(Current-Voltage ; I-V) 및 전류-전계(Current-Field ; I-F) 특성들의 계통적인 다이아그램을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 6의 상기 장치 구조에 대한 전류밀도(㎃/㎠)의 함수로서의 (a) 외인적인 양자 효율(external quantum efficiency), (b) 장치 전류 효율(cd/A), (c) 밝기(㏅/㎡); 및 (d) 전력 효율(power efficiency ; L/W)들의 계통적인 다이아그램을 나타내는 도면이다.
도 10은 표 1에서 기술된 여러 다층구조의 구조들에서의 폴리-스피로비플루오렌(poly-spirobifluorene ; PSBF)의 소광 시간 프로파일(decay time profile)이다.
도 11은 서로 다른 샘플 구조들에 대한 형광 시간 분해 분석(fluorescence time resolve analysis)의 결과들을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2의 특정의 구체예에 따른 장치 구조의 계통적인 다이아그램을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 상기 장치에 대한 정규화된 전계 발광 스펙트럼의 계통적인 다이아그램을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12의 상기 장치의 2개의 층 두께들의 서로 다른 조합에 대하여 방출된 색상을 나타내는 계통적인 다이아그램을 나타내는 도면이다.
도 15는 선행기술로부터 공지된 다층구조의 유기 장치의 계통적인 다이아그램을 나타내는 도면이다.
이하에서 본 발명을 발광 장치들에 초점을 맞추어 설명하나, 본 발명의 아이디어는 단도직입적으로 광전지 다이오드(photovoltaic diodes) 또는 전계효과 트랜지스터 등과 같은 광감응장치에 적용될 수 있다.
이미 퇴적된 층들의 특성들을 파괴하거나 저하시키거나 또는 부정적으로 영향을 줌이 없이 기판 상에 유기 반도체 물질들의 여러 층들을 퇴적시키는 것에 의하여 다층구조의 유기 장치를 제조하는 본 발명의 개념은 이하에서 여러 종합적인 구체예들을 기준하여 설명될 것이다. 이후, 본 발명의 다층구조의 유기 장치의 특정의 구체예는 도 6 내지 도 11들을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1에 나타낸 다층구조의 유기 장치의 제1의 구체예의 구조는 이후 도 6 내지 도 11들을 참조하여 상세하게 설명될 상세한 구체예에 대응한다. 이 구체예는 소위 유기 LED(OLED)를 형성하며, 맨 처음에 예를 들어 인듐 주석 산화물(indium tin oxide ; ITO)로 만들어지며, 도시하지는 않았지만, 기판 상에 놓여지는 양극(12)을 포함한다. 상기 기판은 상기 장치에 의해 생성되는 광에 대하여 투과성이어야 하며, 따라서 바람직하게는 유리로 만들어진다. 상기 양극(12) 상으로는 이하의 순서 즉, 정공주입층(hole injection layer ; HIL)(14), 정공전달층(hole transport layer ; HTL)(16) 및 발광층(18)이 퇴적된다. 이 구조는 예를 들면 바륨 알루미늄(Barium Aluminum)으로 만들어지는 음극(20)에 의해 마감된다.
광은 앞서 기술된 바와 같은 장치에 의하여 다음과 같이 그리고 도 2에 계통적으로 나타낸 바와 같이 발생된다: 상기 양극(12)이 상기 음극(20)에 대하여 양으로 되도록 전압이 상기 OLED(10)를 가로질러 적용된다. 이는 전자들의 흐름이 상기 음극(20)으로부터 상기 양극(12)으로의 방향으로 흐르도록 하는 원인이 된다. 따라서, 상기 음극(20)은 전자들을 상기 장치 내로 주입하는 한편으로 상기 양극(20)은 상기 장치로부터 전자들을 회수한다; 달리 말하면, 상기 양극(12)은 전자 정공들을 상기 장치 내로 주입하며, 여기에서 이러한 효과는 상기 정공주입층(14)에 의하여 강화된다.
적용된 전압 하에서, 상기 주입된 정공들 및 전자들 각각은 반대로 하전된 전극들 쪽으로 이동한다. 전자 및 정공이 편재(localize)되는 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공쌍(electron-hole pair)인 여기자(exciton)가 형성된다. 이러한 여기자들의 생성은 우선적으로 상기 발광층(18)의 영역 내에서 일어난다. 재결합(recombination)은 그 주파수가 가시영역(visible region) 내에 있는 방사의 방출을 수반하며 전자들의 에너지 수준들을 저하시키는 원인이 된다.
광은 그의 주파수가 가시영역 또는 적외선 영역 내에 있는 직접적인 방사의 방출에 의한 광전자 방사 메카니즘(photoemissive mechanism)을 통하여 상기 여기자가 이완되는 경우 또는 에너지가 형광 또는 인광 물질에로 전달되고 그리고 계속해서 이들이 광의 방출 하에서 이완되는 경우들 중의 하나로 광이 방출된다.
이러한 방법으로, 광이 생성되고 이는 광투과성의 양극을 통하여 상기 장치로부터 벗어난다. 더욱이, 상기 광의 파장은 상기 발광층(18)에의 염료(dye)(21)의 첨가에 의하여 - 도 2에 나타낸 바와 같이 - 영향을 받을 수 있다. 마지막으로, 특정의 기능을 갖는 부가의 층들의 제공은 상기 OLED의 효율을 더욱 개선시킬 수 있다. 도 1 및 도 2들에 나타낸 상기 기본 구조의 이러한 추가의 개발들은 이후에 논의될 것이다.
도 1에 나타낸 상기 장치는 상기 발광층에서 생성된 광이 종국적으로 투과성의 기판을 경유하여 방출되기 때문에 바닥방출장치(bottom emissive device)라고 불린다. 그러나, 또한 상기 기판이 투과성이 아닌 경우 상부방출장치(top emissive devices)들로도 알려져 있다. 여기에서, 투과성의 상층(top layer)이 상기 OLED 구조의 상단부에 제공되며, 광은 이 투과성의 상층을 통하여 방출된다. 이하에서 상세하게 논의될 본 발명은 바닥방출장치들과 마찬가지로 상부방출장치들에도 적용가능하다는 것을 주의하여야 한다.
본 발명은 특히 각 층의 효율이 가능한 한 높아지도록 하는 방법으로 상기 OLED 구조의 서로 다른 층들을 형성하는 문제에 관한 것이다. 특히, 후속의 층의 형성은 선행하는 층(들)의 구조 및/또는 기능에 부정적으로 영향을 주거나 심지어 파괴하지 말아야 한다.
바람직하게는, 상기 OLED 구조의 서로 다른 층들은 용액 가공 방법에 의하여 형성된다. 이러한 방법들에 대한 바람직한 실시예들은 스핀코팅 또는 잉크젯 인쇄이며, 이들 둘 다는 빠르고 효과적인 방법으로 물질의 얇은 층들을 형성하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 다른 용액 가공 방법들과 마찬가지로 - 이들 두 방법들은 새로운 층이 이전에 적용된 층들의 구조를 어느 정도 저하시키거나 또는 부정적으로 영향을 줄 수 있는 위험을 포함하고 있다. 특히, 상기 구조에 실제로 적용된 상기 물질에 대한 용매는 또한 선행하는 층을 용해시킬 수 있다.
본 발명은 이제 앞서 언급된 문제점들을 극복하는 해결책들을 제공한다. 이 해결책은 상기 유기 반도체 층들의 효율이 후속하는 층들의 퇴적 과정 동안에 감소되지 않도록 하는 것을 확실하게 하는 방법으로 사용된 물질들과 용매들을 선택하는 아이디어에 기초하고 있다. 특히, 상기 물질들과 용매들은 이미 존재하는 층의 유기 반도체 물질이 후속하는 층의 유기 반도체 물질의 용매에 의하여 불용성이거나 또는 단지 약하게 가용성이 되도록 선택된다.
이 아이디어는 이하에서 2개의 활성층들 즉, 도 1 및 도 2에 나타낸 상기 OLED 구조의 상기 정공전달층(16)과 발광층(18)에 대하여 더욱 설명될 것이다.
이미 언급한 바와 같이, 상기 OLED 구조의 서로 다른 층들은 기판의 표면 상에 상기 양극층(12)부터 출발하여 후속하여 각각의 순서에 따라 다른 층들로 퇴적된다. 상기 정공전달층(16) 및 상기 발광층(18)에 대하여는, 하부의 층, 즉 상기 정공전달층(16)이 다음의 층 즉, 상기 발광층(18)을 형성하는 데 사용된 유기물질에 대한 용매에 의하여 불용성이거나 또는 단지 약하게 가용성이 되도록 특정의 조합들의 유기물질 및 용매들이 선택된다.
바람직하게는, 상기 정공전달층(16)을 형성하는 데에 상대적으로 높은 분자량, 특히 적어도 1,100,00의 분자량을 갖는 고분자가 사용된다. 반면에, 보다 낮은 분자량을 갖는 고분자 또는 소분자에 의하여 상기 발광층(18)이 후속하여 형성된다. 이러한 선택의 이유는 고분자 용해도가 일반적으로 분자량의 함수이기 때문이다. 특히, 저분자량 고분자들이 주로 고분자량을 갖는 고분자들을 용해할 수 없는 상대적으로 약한 용매들에 가용성이다. 달리 말하면, 고분자량 고분자를 용해시키는 용매는 저분자량 고분자를 쉽게 용해시킬 수 있다. 따라서, 상기 발광층(18)이 퇴적되는 경우, 상기 발광층(18)의 유기물질에 대한 용매는 상기 정공전달층(16)에 영향을 주지 않을 것이다. 이는 상기 정공전달층(16)의 효율이 감소되지 않는 것을 보증한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 있어서, 상기 2개의 연속하는 층들(16 및 18)은 동일한 단량체 화학종들을 포함하나 서로 다른 평균 분자량, 즉 서로 다른 쇄의 길이를 갖는 고분자(예를 들면 PVK)들로 만들어진다. 고분자의 에너지 수준이 특정의 정도까지는 그의 길이에 매우 민감하지 않기 때문에, 서로 다른 평균 분자량을 갖는 두 고분자들의 HOMO 및 LUMO 수준들에서의 차이는 근본적으로 없다. 에너지 수준의 긴밀한 매칭(matching)은 장애 없이 상기 층들(16 및 18) 사이에서 상기 정공 전달을 용이하게 한다. 특히, 정공들은 쉽게 상기 정공전달층(16)(고분자량을 갖는 고분자를 포함)으로부터 상기 발광층(18)(저분자량을 갖는 고분자를 포함) 내로 쉽게 전달될 수 있다. PVK는 상기 정공전달층(16)의 효율에 대하여 중요한 물질인 양호한 정공전달물질로 알려져 있기 때문에 바람직한 물질이다. 상기 발광층(18)에 대하여는, PVK는 우선적으로 이 층(18) 내에서 전자 전달을 지지하는 부가의 전자전달물질(19)(예를 들면, PBD ; 2-(4-비페닐일)-5-페닐-1,3,4-옥사디아조졸(2-(4-Biphenylyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazol))에 대하여 호스트로서 작용한다. 더욱이, PVK의 상기 LUMO 수준과 PBD 사이의 0.4eV 또는 그 이상의 전위 장벽(potential barrier)은 전자 차단자(electron blocker)로서 작용하여 광방출 여기자들의 생성의 가능성을 증가시킨다.
그럼에도 불구하고, 상기 두 층들에 대하여 사용된 상기 물질은 또한 서로 다를 수 있으며, 특히 제2층은 다른 고분자 또는 소분자로부터 형성될 수 있다. 상기 발광층에 대하여 PFO 및 PSBF 청색 발광 고분자들 및 작은 분자들의 소분자들을 사용하여 OLED 장치들을 구축하는 것이 가능하다는 것이 실험들로 밝혀졌다. 상기 정공전달층에 대하여는, 고분자량, Mn = 1,100,000 PVK가 사용되며, 상기 발광층에 대하여는 톨루엔과 같은 상대적으로 약한 용매가 사용되었다. 이들 모든 실험들에서, 연속하는 층들이 손상되지 않는 구조로 용액 가공 단계들에 의하여 효율적인 OLED 구조를 구축하는 것이 가능하였다.
일반적으로, 본 발명의 기본적인 아이디어, 즉 서로 다른 분자량의 유기 물질을 사용하여 개별적으로 특정의 층 물질을 용해시키는 데 사용될 수 있으나 선행하는 층의 유기물질을 용해시킬 수는 없도록 하는 것을 확실하게 하는 아이디어는 임의의 유기물질, 특히 임의의 고분자 물질에 적용될 수 있다. 예를 들면, 도 1 및 도 2의 상기 OLED 구조는 상기 활성층들(16 및 18)이 전자전달물질로서 작용하는 고분자 물질로부터 형성되고, 여기에서 이 고분자성 전자전달물질이 부가적으로 정공전달물질에 대한 호스트로서 작용하도록 수정될 수 있다. 또한 이 경우에 있어서, 상기 고분자 물질의 분자량은 본 발명에 따른 두 층들에서 서로 달라야 한다.
도 1에 나타난 기본적인 구체예의 추가의 개발에 있어서, 부가의 층(22)이 상기 발광층(18) 상에 퇴적된다. 이 부가의 층(22)은 - 도 3에 나타내었으며, 예를 들면 PBD로 이루어짐 - 나쁜 정공전도 특성(hole conduction properties)을 갖는 전자전달층을 제공한다. 이는 상기 발광층(18) 내의 상기 정공전달물질 보다 낮은 HOMO 수준을 가지며, 따라서 여기자들이 생성되는 영역들을 더욱 한정하는 정공차단층(hole blocking layer)으로서 작용한다. 이는 여기자들의 생성의 가능성을 증가시키고 따라서 상기 OLED 구조의 효율을 증가시킨다.
부가적으로, 발광 도펀트(emissive dopant)에 대한 호스트로서 상기 정공전달층(16)의 상기 물질을 사용하는 것이 또한 가능할 수 있다. 이러한 방법으로, 두 활성층들(16 및 18)이 - 예를 들면 - 서로 다른 색상들의 광을 방출하는 발광층들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 아이디어는 이후에 실시예 2에 대하여 보다 상세하게 설명된다.
지금까지는, 하나 또는 2개의 발광층들을 형성할 수 있는 2개의 활성층들을 갖는 실시예를 참조하여 본 발명의 개념이 논의되었다. 그러나, 본 발명은 단지 2개의 층들에 제한되는 것은 아니며, 물론 또한 2개 이상의 활성층들을 갖는 장치들을 제조하는 것도 가능하다.
도 4 및 도 5들은 상기 발광층(18)이 2개의 별도의 층들(18a 및 18b)로 구분된 것을 제외하고는 도 1 및 도 2들의 제1의 구체예에 대응하는 본 발명의 다층구조의 유기 장치의 하나의 구체예를 나타내고 있다. 각 발광층들(18a 및 18b)은 한 가지 경우에서는 형광물질(21a)이 되고 다른 한 가지 경우에서는 인광물질(21b)이 될 수 있는 그 자체의 염료를 수반한다. 그러나, 2개의 서로 다른 형광물질들 또는 2개의 서로 다른 인광물질들을 사용하는 것 또한 가능하다. 앞서 설명한 바와 같이, 형광물질 또는 인광물질들의 존재는 파장에 영향을 주고 따라서 상기 발광층(18)으로부터 방출되는 광의 색상에 영향을 준다. 상기 층들(18a 및 18b)에 서로 다른 파장에 영향을 주는 물질들의 첨가에 의하여, 서로 다른 색상들의 광이 수득되고 따라서 전체 OLED 구조는 특정의 혼합색의 광을 방출한다. 상기 정공전달층이 부가의 광방출층(light emissive layer)으로서 사용되는 앞서 언급된 상기 구체예와 유사하게, 이러한 다중의 발광층들의 기술은 백색광을 포함하여 거의 각각 원하는 광을 발생시키는 것을 허용한다.
이 구체예에 있어서, 상기 3개의 활성층들(16, 18a 및 18b)은 연속적인 단계들에서 형성될 수 있으며, 여기에서 상기 고분자의 분자량은 각 층에서 감소되고 그리고 용매들은 이들이 선행하는 층의 고분자에 영향을 주지 않도록 선택된다. 따라서, 하기의 고분자들 및 용매들의 조합이 사용된다:
고분자 긴 것 - 용매 A (HTL, 16)
고분자 중간 것 - 용매 A (첫 번째 EML, 18a)
고분자 짧은 것 - 용매 A (두 번째 EML, 18b)
하나의 실시예로서, 고분자 평균 분자량/길이 및 용매의 하기의 조합들이 사용될 수 있으며, 여기에서 상기 고분자 물질은 PVK이다:
HTL : 고분자: 5000 단량체들, 용매: 클로로벤젠
첫 번째 EML : 고분자: 2500 단량체들, 용매: 톨루엔
두 번째 EML : 고분자: 450 단량체들, 용매: 메탄올 및 톨루엔(1:1)
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 관점이 분자량의 함수로서 상기 고분자들의 용해도를 채용하는 것이기 때문에, 높은 분자량 물질로 시작하는 것이 필요하다. 상기 높은 분자량 물질을 용해시키는 용매는 쉽게 저분자량 고분자 또는 소분자를 용해시킬 수 있다. 다시, (10 : 1)의 비율의 메탄올과 톨루엔의 용매 혼합물을 갖는 도 3에 나타낸 바와 같은 정공차단층을 추가하는 것에 의하여 도 4 및 도 5들의 구조를 더욱 개발하였다. 가장 작은 분자량의 고분자들 또는 소분자들이 그에 용해될 수 있다는 것과 관련하여 메탄올/톨루엔 혼합물을 대신하여 톨루엔 보다 약한 유기 용매가 사용될 수 있다.
마지막으로 그리고 각각 도 6 내지 도 11 및 도 12 내지 도 14들을 참조하여, 다층구조의 유기 장치의 2 또는 그 이상의 특정의 실시예들이 이하에서 기술될 것이다. 그러나, 하기에서 사용되는 특정의 물질들은 단지 예시적인 것들이고 어떠한 방법으로도 본 발명의 출원의 관점을 제한하는 것이 아님은 강조되어야 한다.
실시예 1: 2층구조의 정공주입층(bilayer hole injection layer) 장치
도 6에 나타난 첫 번째의 실시예를 참조하면, 상기 장치(100)는 처음에 인듐 주석 산화물(ITO)(102)로 만들어진 패턴화된 양극을 지지하는 유리 기판(도 6에서는 나타내지 않음)을 포함한다. 전도성의 고분자 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxy thiophene) / poly(styrenesulfonate) ; PEDOT:PSS)(104)를 포함하는 정공주입층(104)이 상기 인듐 주석 산화물(102) 상에 퇴적된다. 더욱이, 상기 PEDOT:PSS 상으로 정공전달층(HTL)으로 작용하는 고분자량의 폴리(비닐카르바졸)(PVKH)(108)의 층이 퇴적된다. 후속하는 발광층(EML)(110)은 인광 발광종인 Ir(ppy)3로 도핑된 저분자량의 폴리(비닐카르바졸)을 포함한다. 바륨 알루미늄 음극(112)이 당해 기술분야에서 공지된 증발 기술(evaporation techniques)들을 사용하여 상기 발광층(110) 상에 퇴적된다.
장치 제조가 이하의 실험부에서 보다 상세하게 기술된다. 상기 장치 구성(device architecture) 및 상기 장치에서 사용된 물질들에 대한 계통적인 에너지 수준 다이아그램을 도 6의 계통도에 나타내었다. 엘립소메트리(ellipsometry)를 사용하여 잘 구분된 다층구조의 구조를 확인하였으며, 총 막두께(film thickness)가 대략 2개의 개개 막 두께의 총합과 대략 같다는 것이 발견되었다(±3㎚). 이는 상기 제2 반도체층(110)이 상기 제1층, 즉 상기 정공전달층(108)을 어느 정도 큰 정도로 용해시키지 않았다는 것을 나타낸다. 엘립소메트리를 사용하여 톨루엔에서의 높은 분자량의 PVK (PVKH)의 용해도를 측정하였으며, 이는 톨루엔에 1분간 침지된 높은 분자량의 PVKH의 110㎚의 어닐링된 막이 단지 5㎚만 감소되었음을 나타내고 있다. 또한 엽열(delaminating)이 발견되지 않았다. 따라서, 상기 두 층들(108 및 110)은 잘 구분되었으며, 단지 5㎚ 이하의 상호혼합된 층이 생길 가능성만이 예기될 수 있다.
유리/ITO/PEDOT:PSS(45㎚)/PVKH(x㎚)/PVKL:PBD(40%):Ir(ppy)3(8%)/Ba(4㎚):Al(150㎚)의 장치 구성에서의 여러 PVKH층 두께(x)에서의 상기 장치들의 EL 발광을 도 7에 나타내었다. 특히, 도 7은 (a) 고정된 EML 두께 45㎚에 대한 변화하는 HTL(PVKH)층 두께(0, 12, 17.4, 33㎚) 및 (b) 고정된 HTL 두께 19㎚에 대한 변화하는 EML층 두께(27, 38.5, 51㎚)에서의 다층구조의 장치들에 대한 정규화된 전계 발광 스펙트럼을 나타내고 있다. 화살표는 스펙트럼 전이(spectral shift) 방향들을 나타내고 있다.
보다 두꺼운 PVKH층(108)은 발광 밴드(emission band)의 적색측(red side) 상에서의 EL 스펙트럼의 광대역화(broadening)을 나타내고 있다(도 7a 참조). HTL(PVKH)층(108)을 19㎚에서 고정시키고 그리고 EML층 두께를 변화시키는 것은 도 7b에 나타난 바와 같이 반대의 효과를 나타내고 있다. 이러한 관찰들은 정상(normal)에서 표면까지 EL 스펙트럼에서의 변화가 측정되는 광학적 길이(optical length)의 변화들로 인하여 간섭 효과(interference effects)들에 기인한다. 이 경우에 있어서, EL 스펙트럼은 상기 EL 스펙트럼이 모든 방향들에 대하여 평균화되는 적분구(integrated sphere)에서 측정되었다. 상기 장치가 광학적으로 여기되는 경우(장치 PL 발광)에서 유사한 경향들이 관찰되었으며, 이는 공동 간섭 효과(cavity interference effect) 임을 확증하고 있다. 그러나, 상기 장치 내부의 발광영역(emissive zone)의 위치가 상기 간섭 조건을 변화시킬 수 있기 때문에 상기 장치 내에서의 운반자들의 재결합 영역(이중극 위치(dipole location))의 조정이 또한 EL 발광 프로파일(EL emission profile)에 기여할 수 있다. 상기 HTL 두께가 증가함에 따라 상기 재결합 영역은 상대적으로 상기 양극에 대하여 보다 상기 음극에 대하여 더 근접하게 되고 그리고 EL 스펙트럼의 장파장측의 적색 전이(red shift)(밴드 광대역화)가 관찰되었다. 반면에, 고정된 HTL 두께에서 상기 EML 두께가 증가하는 경우, 상기 재결합 영역은 상기 음극으로부터 더 멀리 떨어져서 위치하게 되고 그리고 상기 EL 스펙트럼 폭은 도 7에서 표시된 바와 같이 감소된다. 높은 반사성 음극층(high reflectivity cathode layer)으로 인한 부분적인 간섭 효과와 함께 상기 발광영역의 위치(이중극 위치)는 EL 스펙트럼 프로파일에서의 이러한 변화를 야기하고, 이는 상기 HTL 또는 EML층 두께가 변함에 따라 상기 발광영역의 위치에서의 변화의 증거이다.
상기 스펙트럼의 적색측에서의 전계 발광 광대역화는 또한 상기 도펀트 농도가 증가하는 경우에도 관측되었으며, 이는 상기 도펀트들 내에서의 전하 포획(charge trapping)으로 인하여 도펀트 농도가 또한 발광영역을 변화시킬 수 있음을 나타내고 있다. 분자적으로 도핑된 고분자들에 기초하는 상기 유기 발광 장치의 전기적인 특성들에 대한 상기 PVKH층의 영향을 이해하기 위해서는, 먼저 전하 운반자들이 생성되고, 전달되고 그리고 상기 EML 혼합된 층들 내에서 결합되는 메카니즘들에 관한 지식이 요구된다. PVK 및 PBD 만으로 이루어지는 단일의 EML층 장치에 있어서, -2.4 내지 -2.6eV인 상기 PBD의 상기 LUMO 수준이 -2.7eV에 있는 Ba 일-함수(Ba work-function)에 가장 근접하고, 그리고 또한 PBD가 효율적인 전자전달물질이기 때문에 상기 음극으로부터 주입된 전자들은 대부분 상기 PBD에 의해 포획되고 그리고 전달된다. 상기 양극측에서 -4.9 내지 -5.2eV인 PEDOT:PSS에 대하여 가장 가까운 HOMO 에너지 수준은 -5.6 내지 -5.8eV에 있는 상기 PVK의 상기 HOMO 수준이다. 이들 장치들의 전계 발광 방출 측정들은 상기 PVK 분자 단위들의 LUMO-HOMO 수준들 사이에서 형성되는 들뜬 이합체(excimer)의 특징적인 발광인 400㎚에서가 아닌 상기 PBD의 상기 LUMO 수준에서의 전자들과 상기 PVK의 상기 HOMO 수준에서의 정공들 사이에서 형성되는 들뜬 복합체(exciplex) 발광인 430㎚(2.88eV)에 중심을 둔 발광피크들을 나타내고 있다. 상기 PVK:PBD 시스템의 재결합 과정은 후속하는 상호작용에 의해 기술될 수 있다:
h(PVK) + e(PBD) ⇒ (PVK:PBD)* ⇒ λ = 430㎚에서의 들뜬 복합체 발광
이 시스템을 이리듐-착체 즉 Ir(ppy)3로 도핑하는 것에 의하여, PBD에 있는 전자들이 상기 Ir(ppy)3의 가장 낮은 삼중항 상태 T1 -2.8eV에 강하게 포획되고, 유사하게 PVK에 있는 정공들이 Ir(ppy)3의 HOMO 수준 -5.22eV에서 포획되어, 인광 여기자(phosphorescent excitons)들을 생성하고 그리고 단지 512㎚(2.42eV)에 중심을 둔 Ir(ppy)3로부터의 전계 발광 방출만이 관측되었으며, 400㎚에서의 PVK 들뜬 이합체로부터 또는 430㎚에서의 들뜬 복합체로부터의 발광은 관측되지 않았다(도 7 참조). 상기 PVK:PBD:Ir(ppy)3 시스템의 재결합 과정은 후속하는 상호작용에 의해 기술될 수 있다:
h(PVK) + e(PBD) + Ir(ppy)3 ⇒ PVK + PBD + Ir(ppy)3 * ⇒ λ = 512㎚에서의 여기자 발광
따라서, 상기 전달 메카니즘은 트랩 충진 공간 전하 제한 전류(trap filling space charge limiting current ; TF-SCLC)이다. 또한 PVK(그러나 고분자량이 아닌)로 만들어지는 상기 장치에 HTL을 도입하는 것은 HTL에서 EML로 정공주입과정을 변화시키지는 않으나, 그러나, 이는 상기 PBD LUMO 수준 내에 위치하는 전자가 -2 내지 -2.2eV에 있는 상기 PVKH의 상기 HOMO 수준에 도달하기 위해서는 0.4 내지 0.6eV의 전위 장벽을 극복하여여만 하기 때문에 이는 전자차단층으로서 작용한다. 이들 메카니즘들을 도 6의 계통도에 나타내었다. 두 가지 형태들의 전자들과 정공들이 상기 EML 혼합층 내에서의 전달 및 결합 메카니즘들에 포함된다는 것이 지적되어야만 한다. 이들은 전달 즉 전류-전압(current-voltage ; I-V) 특성들을 담당하는 자유로운 캐리어들(free carriers)(전자들 및 정공들) 및 재결합 즉, 전계 발광 특성들을 담당하는 포획된 캐리어들(trapped carriers)이다. 상기 장치 효율은 상기 두 가지의 메카니즘들 더하기 주입에 의한 상기 캐리어 형성의 조합이다.
서로 다른 HTL 두께를 갖는 장치들의 전기적인 특성들을 도 8 및 도 9들에 나타내었다. 도 8은 (i) 상기 EML의 낮은 이리듐 착체 도펀트 농도(2중량/중량%)를 갖는 변화하는 HTL 두께; (ii) 상기 EML의 최적의 이리듐 착체 도펀트 농도(8중량/중량%)를 갖는 변화하는 HTL 두께; 및 (iii) 고정된 HTL(19㎚)와 변화하는 EML(27 내지 51㎚)의 3가지의 장치들의 조건들에 대한 전류-전압(I-V) 및 삽도(inset)의 전류-전계(I-F) 특성들을 나타낸다. 처음의 두 그래프들 도 8(i) 및 도 8(ii)들은 여러 HTL 두께들에서의 상기 장치 특성들에 대한 도펀트 농도의 효과를 연구한 것이다. 세 번째 (iii)는 EML 두께의 효과를 나타내고 있다. 상기 HTL 두께가 증가함에 따라, 도 8(i) 및 (ii)의 상기 장치 전류는 감소하고 그리고 연관된 외인적인 양자 효율(EQE %) 및 전류 효율(cd/A)은 증가된다(도 9를 참조). 이러한 특성은 여기자들의 발생의 가능성이 증가됨을 나타낸다. 보다 두꺼운 PVKH 장치들에서 측정된 보다 낮은 전류 밀도는 전자 차단이 착체 자리들에서의 포획 가능성을 증가시켜 보다 효율적인 여기자들의 발생을 얻는다는 것을 나타내고 있다. 상기 발광층(PVKL:PBD:Ir(ppy)3)의 전자 이동성은 상기 PBD(2 x 10-5㎠/Vs)에 의해 주도되며, 상기 HTL(PVKH)의 정공 이동성 보다 더 높다(측정된 PVK 정공 이동성은 전계 세기에 따라 4.8 x 10-9 내지 10-6㎠/Vs의 범위 이내이다). HTL 및 EML 둘 다 PVK로 만들어지기 때문에, 따라서 이러한 구조는 장애 없이 상기 장치의 층들을 가로질러 부드러운 정공전달로 유리한 반면에, 전자들은 PBD에 의해 전달되고 그리고 이리듐 착체들은 상기 PVK의 보다 높은 LUMO로 인하여 상기 PVKH 층에 의해 차단된다. 따라서, 전자들은 상기 PVKH와 PVKL:PBD: Ir(ppy)3 사이의 계면에서 축적되어 보다 많은 여기자 생성이 일어나게 할 것이 기대되며, 상기 장치 성능에서의 뚜렷한 향상이 기대될 수 있다. PVKH는 또한 상기 EML층 내에 한정된 발광영역을 상기 전극들로부터 멀게 유지시켜 상기 PEDOT에 의한 퀀칭을 방지하도록 한다. HTL(PVKH) 두께의 증가에 따라 전자들은 상기 발광영역 내에 보다 더 축적되어 상기 PVKH층을 가로질러 높은 국부 영역(local field)을 형성시켜 장치의 항복(breakdown)을 야기한다. 상기 항복전압은 절대적으로 장치 두께를 30㎚ 미만으로 한정하는 상기 HTL층 두께에 의존한다.
상기 PVKH층이 증가함에 따라, 정공 전달에 대한 저항성이 너무 크게 증가하고(PVK 정공 저항도는 대략 10Ω㎝임), 따라서 전자 분포(electron population)는 정공들의 분포 보다 수적으로 우세하고 그리고 상기 장치 효율을 감소되는 경향을 보인다. 전계 세기(field strength)인 도 8의 삽도의 함수로서의 전류를 플롯(plotting)하여, 상기 다층구조의 장치들의 경우에서 상기 장치 작동 전계가 낮아진다는 것을 발견하였다. 이는 여기자 속박으로 인한 상기 장치 성능에서의 향상을 나타내고 있다. 도 8(i)의 낮은 이리듐-착체 농도에서, 상기 I-F 특성은 HTL을 갖는 이중층과 HTL을 갖지 않는 이중층 사이에서의 명백한 차이를 나타낸다. 턴-온 전계(turn-on field)는 상기 PVKH 두께에 독립적이다. 이는 보다 두꺼운 PVKH 내에 Ir(ppy)3 포획된 여기자들의 포화 및 임의의 그 이상의 차단된 전자들로 인한 것이며, 이들은 생성된 여기자들의 수에 기여를 하지 않을 것이다. 보다 높은 이리듐 도펀트 농도에서(높은 포획 상태 밀도), 상기 PVKH층 두께에서의 증가가 보다 많은 전자들을 차단하고 그리고 여기자 분포를 지속적으로 증가시키는 원인이 되며, 이는 보다 낮은 값으로의 턴-온 전계에서의 점진적인 전이를 보여준다(도 8(ii) 삽도). 반면에 만일 고정된 이리듐-착체 농도가 고정(보다 높은 농도인 8중량/중량%에서)된 상태에서 상기 발광층 두께가 증가하는 경우, 캐리어들이 대향하는 전극에 도달하기 전에 여기자가 형성되는 가능성이 보다 높아지나 그러나 턴-온 전계는 서로 다른 EML 두께에서 동일하게 보이기 때문에 여기자의 생성 가능성이 너무 높아지게 된다. 이들 특성들은 상기 턴-온 전계에 대한 상기 PVKH의 영향 및 그에 따른 본 발명의 장치의 효율에 대한 영향을 확증한다.
18 내지 25㎚ 사이의 PVKH층 두께와 45㎚의 PVKL:PBD:Ir(ppy)3 발광층 두께에서 23cd/A의 전류 효율들이 얻어졌다(도 6에 나타낸 용액 가공된 다층구조의 장치의 전류밀도(㎃/㎠)의 함수로서의 a) 외인적인 양자 효율, b) 장치 전류 효율(cd/A), c) 밝기(㏅/㎡); 및 d) 전력 효율(power efficiency ; L/W)들을 나타내는 도 9를 참조). 상기 HTL은 상기 턴-온 전압을 명백하게 증가시키지 않았으며, 이는 단지 상기 EML 두께만이 상기 턴-온 전압을 제어한다는 것을 나타낸다. 그러나, 6.5L/W의 전력 효율은 8V를 초과하는 높은 턴온 전압에 의해 제한되며, 이는 상기 PEDOT:PSS 및 PVK 사이에서의 정공 주입에 대한 큰 장벽 높이에 연관된다(ΔΦ = 0.6eV). 계면에서의 상기 PBD와 PVKH 사이의 에너지 장벽은 또한 상기 턴-온 전압에 약간 기여할 수 있으나, 이 장벽은 상기 여기자들을 속박하는 데 필수적이다. 서로 다른 HTL 두께에서의 모든 장치들에 대한 7000cd/㎡의 제한된 밝기는 상기 Ir(ppy)3 농도에 대한 상기 밝기의 의존성을 반영하고 그리고 발광 여기자들의 포화를 나타낸다. 그러나, 보다 두꺼운 EML층(100㎚)에 대하여, 상기 밝기는 13000cd/㎡까지 증가하나, 상기 장치 효율은 14cd/A로 그리고 EQE는 4%로 감소하여, 상기 장치 성능이 개별적인 인자들 보다는 오히려 밝기 X 장치 전류 효율에 의해 기술되어야 함을 나타낸다. 상기 장치 밝기의 증가는 발광 여기자 농도뿐만 아니라 캐비티 최적화(cavity optimization) 및 삼중항-여기자 퀀칭(삼중항-삼중항 소멸(triplet-triplet annihilation) 및 삼중항-폴라론 퀀칭(triplet-polaron quenching) 등과 같은 다른 퀀칭 과정들 및 전계 유도 퀀칭(field induce quenching)에 의존적이다.
전극들에 의한 여기자 퀀칭에 대한 HTL의 영향이 또한 시분할 형광 광자 계수(time resolve fluorescence photon counting)를 사용하여 조사되었다. 시분할 광자 계수를 사용하여 퀀칭 세기(quenching strength)를 추산하기 위하여, 폴리-스피로비플루오렌(PSF)을 발광층으로서 선택하였다. 2차 조화 티타늄-사파이어 레이저(372㎚)에 의해 선택적인 여기 파장(selective excitation wavelength)이 제공될 수 있고 그리고 또한 그의 형광 수명(fluorescence lifetime)이 광자 계수 시분할 범위(5피코초(ps) 내지 3ns(나노초)) 내에 있기 때문에 이 형광 물질이 선택되었다. 전극들 또는 다른 고분자층들과 상호작용하지 않는 박막 PSF(thin film PSF)의 형광 소멸 수명(fluorescence decay lifetime)은 대략 1나노초이다. PSF와 다른 장치의 층들과의 상호작용은 상기 발광층의 퀀칭에 대한 여러 상호작용들의 영향을 상쇄할 수 있다. 다른 샘플 구성(sample configurations)들을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 준비하였다. 음극(바륨/알루미늄)에 의한 퀀칭을 결정하기 위하여 바이어싱(biasing) 없이 바륨/알루미늄 음극을 갖는 장치 구조가 또한 시험되었다. 상기 샘플들을 상기 유리측으로부터 레이저 빔(laser beam)으로 조사하였다(도 10의 삽도 참조). 여기 펄스들의 파장을 372㎚로 선택하였다. PSF는 이 파장에서 최대 흡수(peak absorption)을 갖는 한편으로 PVKH는 이 파장에서 흡수를 갖지 않기 때문에, 상기 레이저의 펄스는 선택적으로 상기 PSF 만을 여기시킨다.
도 10은 여러 샘플 구조들에 대한 상기 PSF의 형광 세기 소멸을 나타내고 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 여기 파장은 372㎚이었고; 발광 파장은 420㎚이었다. 도 10의 삽도는 상기 장치 구조 및 광자 계수 설치(photon counting set-up)를 나타내고 있다.
글로벌 분석(Globals analysis)을 사용하여 소멸 프로파일(decay profile)을 3가지의 이산 지수 성분들(three discrete exponential components)로 맞추었다. 이 분석은 접촉영역으로부터 이격되어 위치된 상기 PSF의 퀀칭되지 않은 측면을 반영하는 느린 소멸 성분(slow decay component)으로부터 다른 층들과 접촉하는 계면에서의 상기 PSF의 퀀칭을 반영하는 빠른 소멸 성분들(fast decay components)을 단리시키는 데 필요하다.
도 11은 서로 다른 샘플 구성들에 대한 3가지의 소멸 성분들을 나타내고 있다. 특히, 이 도면은 서로 다른 샘플 구성들에 대한 형광 시분할 분석의 결과들을 나타내고 있다. 상기 소멸 프로파일을 맞추기 위하여 3가지의 이산 지수 항목(three discrete exponential terms)들이 사용되었다:
Figure pct00001
여기에서, ai는 t = 0에서 상기 성분들의 진폭들을 나타내고, τi은 성분 i의 소멸 시간이다. χ2은 맞춤(fit)의 품질이다. 평균 형광 수명은
Figure pct00002
을 사용하여 수득되었다.
1나노초 근방에서 가장 느린 소멸 성분은 퀀칭되지 않은 PSF를 나타내며, 이는 단지 접촉의 형태에 의하여 약간 영향을 받았다. 다른 두 성분들은 이웃하는 층들에 의하여 강하게 영향을 받았다. 20피코초 미만의 가장 빠른 성분들은 상기 바륨 음극을 갖는 장치 구조를 제외하고는 모든 다른 계면들에 대하여 동일하다. 이는 이 성분만이 상기 음극에 의하여 영향을 받는다는 것을 의미한다. 250 내지 400피코초 근방의 중간 성분은 명백하게 금속 전극들의 퀀칭의 영향을 나타내고 있다. 상기 HTL은 상기 PEDOT:PSS에 의해 상기 PSF 퀀칭을 약간 감소시킨다. 이는 상기 HTL의 영향이 주로 전극들 또는 상기 PEDOT:PSS에 의한 퀀칭을 방지하기 보다는 여기자를 속박하는 것에 의한다는 것을 의미한다. 0V 바이어스에서의 상기 장치 구조에서의 상기 바륨 음극에 의한 퀀칭은 전자전달층(ETL)을 더 도입하는 것이 상기 음극에 의한 퀀칭을 방지하는 것과 마찬가지로 전자 주입을 용이하게 하는 것에 의하여 장치 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 제안한다.
결론적으로, 다층구조의 모두 용액 가공가능한 고효율의 고분자 기반의 발광 장치들의 간단하고 그리고 일반적으로 적용가능한 방법이 입증되었다. 정공전달 전자차단층으로서 높은 분자량의 PVK를 사용하는 것에 의하여, 효율적인 전자 차단이 달성되었으며 이는 인광 영역 내에서의 여기자 분포의 증가를 야기한다. 상층 내에서 호스트 물질로서 저분자량의 PVK의 사용은 상기 PEDOT로부터 상기 EML로의 정공 전달에 대한 장벽 형성을 방지하고 그리고 정공 지속성(hole continuity)을 유지한다. 더욱이, 상기 HTL은 상기 EML이 상기 PEDOT와 접촉하는 것을 방지한다. 고분자량의 PVK는 많은 용매들에 대하여 높은 저항성을 가지며 따라서 이는 층의 상호혼합을 감소시키기 위하여 상층 용매를 적절하게 선택하는 데 중요하다. 낮은 정공 주입으로 인하여 전력 효율은 낮으나, 이는 23cd/A를 초과하는 높은 장치 전류 효율을 매치(match)시켜 증가시킬 수 있다.
실험 상세들:
PVK가 양호한 정공전달 고분자임은 잘 알려져 있다. 게다가, PVK는 또한 그의 2.6 내지 2.7eV의 높은 삼중항 에너지 수준으로 인하여 다수의 형광 도펀트들에 대하여 호스트 물질로서 집중적으로 사용되었다.
모든 장치들은 125㎚의 두께 및 20Ω/□(square)를 갖는 인듐 주석 산화물(ITO)-코팅된 유리 기판들 상에서 제조되었다. 독일 바이엘 아.게.(Bayer A.G. Germany)로부터 상용적으로 수득한 폴리(스테린설폰산)((poly(styrenesulfonic acid)) 내의 폴리(3,4-에틸렌디옥시-티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxy-thiophene))(PEDOT:PSS)를 두 단계들 즉 500rpm에서 10초간 그리고 후속하여 2500rpm에서 60초간 스핀코팅시켜 약 40㎚ 두께의 정공-전달층(HTL)을 생성시켰다. 계속해서 이들 HTL 코팅된 기판들을 열판(hot plate) 상에서 200℃에서 3분간 어닐링시켜 임의의 잔류의 물을 제거하였다. 고분자량의 폴리(비닐카르바졸)(poly(vinyl carbazole) ; PVKH ; 분자량 = 1,100,000)의 여러 농도(㎎/㎖)의 클로로벤젠 용액을 2500rpm에서 스핀코팅시켜 정공-전달 물질로서 12 내지 52㎚를 제조하였다. 이 제2층을 120℃에서 10분간 어닐링시켜 상기 용매를 제거하고 그리고 방치하여 실온으로 냉각되도록 하였다. 전하 캐리어 전달의 균형을 맞추고 그리고 8중량/중량%의 이리듐 착체들로 도핑된 전자 전달 물질로서 40중량/중량%의 2-(4-비페닐일)-5-(4-터트-부틸-페닐)-1,3,4-옥사디아졸(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tetr-butyl-phenyl)-1,3,4-oxadiazole ; PBD)를 갖는 저분자량의 PVKL(분자량 = 43000)의 톨루엔 용액을 제조하였다. 상기 용액을 2.5㎜ 기공의 필터로 여과하고 그리고 정공전달층 PVKH의 상부 상에 2500rpm에서 스핀코팅하고 그리고 10분간 120℃에서 소성(baked)시켰으며 이는 발광층(EML)으로서 작용한다. 각 샘플은 4X12㎜ 영역의 2개의 동일한 장치들을 생성하도록 적용된 섀도우 마스크(shadow mask)를 가졌으며; 계속해서 상기 샘플들은 질소 글로브박스(nitrogen glove box) 내로 도입시켰으며, 여기에서 약 1x10-6㎜Hg의 압력의 진공 하에서 약 1Å/s의 속도로 상기 장치 상으로 4㎚의 바륨 음극들을 증발시켰다. 이에 후속하여 동일한 증발 조건들 하에서 알루미늄의 150㎚ 캡핑층(capping layer)의 퇴적을 수행하였다. 유사한 절차들을 사용하여 SiSiO2 기판들 상에 단일층 PVKH(클로로벤젠) 및 PVKL(톨루엔) 및 이중층들의 PVKH(클로로벤젠)/PVKL(톨루엔)들을 제조하였으며, 필름 두께 측정은 제이. 에이. 울람 엘립소미터(J. A. Woollam ellipsometer)를 사용하였다.
전류-전압(I-V) 특성들 및 발광 세기들은 애질런트 테크놀로지스 6632비 전원공급기(Agilent Technologies 6632B power supply)로 제어되는 자가-작성된 엔아이 랩뷰 프로그램(home-written NI LabView program)을 사용하여 제어되는 데이터 수집(data acquisition)을 갖는 눈금 적분구(calibrated integrating sphere) 내에서 측정되었다. 전계 발광(EL) 스펙트럼은 400㎜ 자외선/가시광선 광섬유(400mm UV/Vis fiber optic)가 장착된 오션 옵틱스 유에스비4000 고체촬상소자(Ocean Optics USB4000 CCD)를 사용하여 측정되었다.
상기 EML 형광 효율에 대한 상기 HTL의 영향은 시분할 형광 광자 계수를 사용하여 측정되었다. 76㎒에서 작동하는 티타늄-사파이어 레이저(Ti-Sapphire laser)의 제2의 조화 주파수(second harmonic frequency)로부터 372㎚의 여기 파장을 생성시켰다. 상기 PVKH층 상에 스핀코팅될 수 있는 EML층으로서 톨루엔에 용해된 폴리(스피리비플루오렌(poly(spiribifluorene) ; PSF)이 또한 사용되었다. 유리 또는 유리/ITO 기판들 상에 한 세트의 서로 다른 다층구조의 구성들을 도 11에 나타낸 바와 같이 제조하였다.
실시예 2: 이층구조의 백색발광 장치(bi-layers white light emitting device)
다층구조의 유기 장치의 제2의 특정의 실시예의 구조를 도 12 내지 도 14들에 나타내었다. 이 실시예는 배경조명(back-lighting) 또는 일반적인 조명 응용예들을 위한 백색광을 생성시키기 위한 소위 다색 유기 발광다이오드(multicolours organic LED)를 형성한다.
이 실시예에서 생성된 백색광은 3개의 포화색들(청색, 녹색 및 적색) 대신에 단지 2개의 불포화색들(nonsaturated colours ; 청-녹색 및 황색 발광자들) 만을 포함한다. 상기 장치 구조는 실시예 1에서 기술된 것과 유사한 층구조 순서를 포함한다. 상기 제1 실시예에서의 정공전달층(HTL)은 이제 황색발광층(EML1)을 형성하는 데 사용되었으며, 이는 호스트 물질(PVKH), 전자전달물질 및 황색발광 도펀트의 혼합물을 포함하며 클로로벤젠 용액으로부터 스핀코팅되었다. 상기 호스트 물질(PVKH)은 바람직하게는 20중량/중량%의 저농도의 전자전달물질과 혼합되어 제2층 용매에 대한 PVKH 저항성의 상실을 피하도록 하였다. 제2층(EML2)은 청-녹색 발광층을 형성하며 호스트 물질(PVKH), 전자전달물질 및 퍼르픽 족(Firpic family ; Iridium(III)bis[2-(2',4'- difluorophenyl )- pyridinato-N,C2']picolinate)의 하나 등과 같은 청색발광 도펀트의 혼합물을 포함하며 톨루엔 용액으로부터 스핀코팅되었다.
따라서, 이 제2의 실시예에서의 상기 장치 구조는 다음과 같다: 유리/ITO(120㎚)/PEDOT:PSS(65㎚)/PVKH:OXD-7(20중량/중량% 미만): 황색 발광 착체/PVKL:OXD-7(30중량/중량%):청색 발광 착체. 바륨(4㎚)/알루미늄(100㎚). 그 결과인 이 장치의 전계 발광 방출을 도 13에 나타내었다.
상기 두 층들(EML1 및 EML2)의 두께는 이제 광학적 출력 커플링(optical output coupling)을 최적화하는 방법으로 선택될 수 있다. 소정의 백색광 발광을 위해서는, 상기 PVKH층 두께는 50 내지 160㎚ 사이가 되어야 하고 그리고 PVKH층 두께는 10 내지 50㎚ 사이가 되어야 한다. 세트포스(SETFOS 3.1 ; OLED 시뮬레이터)를 사용하여 PVKH 및 PVKL 두께의 다른 조합들이 시험되어 (0.33, 0.33)에 근접한 CIE 색좌표(CIE coordinates)에서의 최고 장치 효율을 얻었다. 그 결과들을 도 14에 나타내었다. 이 도면으로부터 수집될 수 있는 바와 같이, 120㎚의 PVKH층 두께 및 30㎚의 PVKL층 두께에 대하여 백색광 CIE: x= 0.32, y= 0.35가 얻어졌다.
10 : 다층구조의 유기 장치 12 : 양극
14 : 정공주입층 16 : 정공전달층
18 : 발광층 20 : 음극

Claims (20)

  1. 양극(12)과 음극(20)을 갖는 기판을 포함하며,
    여기에서 상기 양극(12)과 상기 음극(20) 사이에 제1 유기 반도체 물질을 포함하는 적어도 하나의 제1층(16); 및 상기 제1층(16) 위로 제2 유기 반도체 물질을 포함하는 제2층(18)이 위치되는 다층구조의 유기 장치(10)에 있어서,
    상기 제1 유기 반도체 물질이 고분자이고 제2 유기 물질이 고분자 또는 소분자이고, 상기 제1 유기 반도체 물질의 평균 분자량이 상기 제2 유기 반도체 물질의 평균 분자량 보다 더 높은 것임을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2개 이상의 서로 다른 유기 반도체 물질들의 층들이 상기 양극(12)과 상기 음극(20) 사이에 위치되며, 상기 층들 중의 하나의 평균 분자량이 후속의 층의 평균 분자량 보다 더 높은 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유기 반도체 물질이 동일한 HOMO 수준을 갖는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유기 반도체 물질이 동일한 고분자를 포함하고, 상기 제1층(16)의 고분자의 평균 길이가 상기 제2층(18)의 상기 고분자의 평균 길이 보다 더 높은 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유기 반도체 물질이 그 자체의 층 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  6. 상기 전 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유기 반도체 물질이 도핑된 것임을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  7. 상기 전 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유기 반도체 물질이 전계발광층(18) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 유기 반도체 물질이 전계발광층(18) 내에 제공되고, 상기 물질이 발광종들에 대하여 호스트로서 작용하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 전계발광층(18)이 하나 또는 그 이상의 인광부분들을 포함하고, 상기 물질이 상기 하나 또는 그 이상의 인광부분들에 대하여 호스트로서 작용하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    또한 상기 제1 유기 반도체 물질이 발광 물질에 대하여 호스트로서 작용하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 유기 반도체 물질이 황색 발광 물질에 대하여 호스트로서 작용하고 그리고 상기 제2 유기 반도체 물질이 청색 또는 청-녹색 발광 물질에 대하여 호스트로서 작용하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  12. 상기 전 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유기 반도체 물질이 다른 고분자들, 덴드리머들 또는 소분자들과의 혼합된 층 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  13. 상기 전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유기 반도체 고분자는 전하전달층 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전하전달층이 정공전달층(16)임을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  15. 상기 전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유기 반도체 물질은 폴리비닐카르보졸임을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  16. 상기 전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 반도체 물질들의 평균 분자량들이 고분자량의 평균 분자량 및 저분자량의 평균 분자량임을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치.
  17. 기판을 제공하는 단계, 상기 기판 상에 양극(12)을 퇴적시키는 단계 및 용액 가공 단계에 의하여 상기 양극(12) 상에 제1 유기 반도체 물질을 포함하는 적어도 하나의 제1층(16)과 상기 제1층(16) 상에 제2 유기 반도체 물질을 포함하는 제2층(18)을 퇴적시키는 단계를 포함하는 다층구조의 유기 장치(10)를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 제1 유기 반도체 물질이 고분자이고 그리고 제2 유기 물질이 고분자 또는 소분자이고, 상기 제1 유기 반도체 물질의 평균 분자량이 상기 제2 유기 반도체 물질의 평균 분자량 보다 더 높은 것임을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치를 제조하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1층(16)이 퇴적된 후에 열적으로 소성(backed)되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치를 제조하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제2층(18)이 퇴적된 후에 열적으로 소성되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치를 제조하는 방법.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 용액 가공 단계가 스핀코팅 또는 잉크젯 프린팅임을 특징으로 하는 다층구조의 유기 장치를 제조하는 방법.
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