KR20150118971A - 유기 발광 다이오드 및 태양 장치를 위한 투명 전도성 옥사이드 코팅 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결정질 물질의 제 1 층, 및 무정형 물질의 제 2 층을 갖는 유기 발광 다이오드(OLED)를 위한 투명 전도성 옥사이드(TCO) 전극에 관한 것이다. 제 2 층의 물질은 하나 이상의 도판트 물질을 포함할 수 있다.

Description

유기 발광 다이오드 및 태양 장치를 위한 투명 전도성 옥사이드 코팅{TRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDE COATINGS FOR ORGANIC LIGHT EMITTING DIODES AND SOLAR DEVICES}

본 발명은, 일반적으로, 유기 발광 다이오드, 태양 전지 또는 광전지(PV cell), 보다 구체적으로 개선된 제조 및 작업 성능을 제공하는 이러한 태양 전지의 전극 구조물에 관한 것이다.

본원은 2013년 3월 12일자로 출원된 미국 가출원 제 61/777,251 호(본원에 그 전체가 참고로 인용됨)를 우선권 주장한다.

유기 발광 다이오드(OLED)는, 유기 화합물이 도입된, 방사성 전자발광 층을 갖는 발광 장치이다. 유기 화합물은 전류에 대한 반응으로 광을 방출한다. 전형적으로, 유기 반도체 물질의 발광 층(emissive layer)은, 2개의 전극들(애노드와 캐쏘드) 사이에 위치한다. 많은 종래의 OLED류에서, 캐쏘드는 전형적으로 불투명한 금속성 층이고, 애노드는 투명 전도성 옥사이드(TCO) 층으로 형성된다. 애노드는 투명하여, 광이 OLED로부터 빠져나가는 것을 허용한다. 전류가 애노드와 캐쏘드 사이를 통과하는 경우, 유기 물질은 광을 방출한다. OLED류는 다양한 적용례, 예를 들어 텔레비젼 스크린, 컴퓨터 모니터, 휴대폰, PDA류, 시계류, 조명기구, 및 다양한 기타 전기에 사용된다.

광기전 태양 전지는, 원칙상 발광 다이오드와 대응된다. 여기서, 반도체 장치는 광의 에너지(광자)를 흡수하고 이 에너지를 전류로 변환시킨다. OLED류와 유사하게, 태양 전지에는 전형적으로 TCO 전극이 도입된다.

OLED류 및 태양 전지류, 둘 다에서, TCO 전극은 특정한 특성들을 가져야만 한다. 예를 들어, TCO 전극은 높은 가시광선 투과율을 가져야만 한다. 또한, TCO 전극은, 낮은 시트 저항(높은 전도도)을 가져야만 한다. TCO 전도도는, 전기전도성 물질로 도핑된 옥사이드 코팅을 사용함으로써 전형적으로 달성된다. 도판트의 수준이 높을 수록, 시트 저항은 낮아진다. 그러나, 도판트 수준을 높이면, 가시광선 투과율을 낮출 수 있다.

TCO는 전형적으로 결정질 물질인데, 그 이유는 결정질 물질이 무정형 물질에 비해 보다 전도성인 경향이 있고 또한 무정형 물질에 비해 보다 낮은 "켜짐(turn on)" 전압을 요구하기 때문이다. 그러나, 결정질 물질과 관련된 문제점은, 이들의 표면 조도가, 그의 결정질 구조 때문에, 무정형 물질보다 높다는 점이다. 이러한 표면 조도가 너무 높은 경우, 결정질 TCO 애노드의 결정은 OLED 장치의 또다른 층을 통해 연장되어 캐쏘드와 접촉할 수 있어서, 전기 단락을 유발할 수도 있다.

따라서, 전기 단락의 가능성을 줄이는 것을 보조하고/보조하거나 장치에 대한 켜짐 전압을 줄이고/줄이거나, 목적하는 수준의 전기 전도성을 유지하는, OLED류 또는 태양 전지와 함께 사용하기 위한 전극 구조물을 제공하는 것이 유리하다.

발광 장치는 기판, 발광 층, 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함한다. 제 1 및 제 2 전극들 중 하나 이상은, 결정질 물질을 포함하는 제 1 층, 및 무정형 물질을 포함하는 제 2 층을 포함하는 복합(compound) TCO 전극을 포함한다.

또다른 발광 장치는 기판, 발광 층, 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함한다. 제 1 전극 및 제 2 전극 중 하나 이상은, 옥사이드 물질을 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 선택적 제 2 층, 및 옥사이드 물질을 포함하는 제 3 층을 포함하는 복합 TCO 전극을 포함한다.

제 1 및 제 3 층의 옥사이드 물질은, Zn, Fe, Mn, Al, Ce, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si, In 또는 이러한 물질의 2종 이상의 합금의 하나 이상의 옥사이드(예를 들어, 주석산 아연)로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 제 1 및/또는 제 3 층은 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다.

본 발명의 하나의 양태에서, 제 2 층은 존재하지 않고, 제 1 층은 도핑된 옥사이드 물질을 포함하고, 제 3 층은 바나듐 도핑된 인듐 옥사이드를 포함한다.

본 발명의 또다른 양태에서, 제 1 층은 아연 도핑된 인듐 옥사이드를 포함하고, 제 2 층은 존재하고, 제 3 층은 아연 도핑된 인듐 옥사이드를 포함한다.

본 발명의 추가의 양태에서, 제 1 층은 도핑된 옥사이드를 포함하고, 제 2 층은 존재하고, 제 3 층은 티탄을 포함하고, 복합 TCO 전극은 추가로 제 3 층 위의 제 4 층을 포함하되, 상기 제 4 층은 옥사이드 물질 또는 도핑된 옥사이드 물질을 포함한다.

본 발명의 또다른 양태에서, 제 1 층은 IZO를 포함하고/포함하거나, 제 2 층은 은을 포함하고/포함하거나, 제 4 층은 아연 옥사이드를 포함하고/포함하거나, 제 5 층은 제 4 층 위에 존재하되, 제 5 층은 IZO를 포함한다.

복합 TCO 전극은 도핑된 옥사이드를 포함하는 제 1 층; 금속성 물질을 포함하는 제 2 층; 및 IZO를 포함하는 제 3 층을 포함할 수 있고, 상기 IZO가 2개의 층으로 침착되어 있고, 바닥 층이 상부 층보다 높은 산소 대기에서 침착된다.

복합 TCO 전극은, ITO 및 IZO로부터 선택되는 옥사이드를 포함하는 제 1 층; 금속성 물질을 포함하는 제 2 층; ITO를 포함하는 제 3 층; 및 IZO, 알루미나, 또는 알루미나와 실리카의 혼합물로부터 선택되는 물질을 포함하는 제 4 층을 포함할 수 있다.

복합 TCO 전극은, 아연 옥사이드를 포함하는 제 1 층; 금속성 물질을 포함하는 제 2 층; 및 알루미나, 실리카, 또는 알루미나와 실리카의 혼합물을 포함하는 제 3 층을 포함할 수 있다.

복합 TCO 전극은, 아연 옥사이드를 포함하는 제 1 층; 금속성 물질을 포함하는 제 2 층; 및 IZO를 포함하는 제 3 층을 포함할 수 있다.

복합 TCO 전극은, 아연 및 주석을 포함하는 옥사이드 물질을 포함하는 제 1 층; 금속성 물질을 포함하는 제 2 층; 티탄을 포함하는 제 3 층; 및 아연 및 주석을 포함하는 옥사이드 물질을 포함하는 제 4 층을 포함할 수 있다.

복합 TCO 전극은, 결정질 물질을 포함하는 제 1 층, 및 무정형 물질을 포함하는 제 2 층을 포함한다.

제 2 층의 물질은 하나 이상의 도판트 물질을 포함할 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 층을 위한 물질은, Zn, Fe, Mn, Al, Ce, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si, In 또는 이러한 물질들 중 2종 이상의 합금의 하나 이상의 옥사이드(예를 들어, 주석산 아연)로부터 선택될 수 있다. 제 2 층의 물질은 하나 이상의 도판트를 포함할 수 있다.

제 1 및/또는 제 2 층을 위한 물질은, 불소 도핑된 주석 옥사이드, 아연 도핑된 인듐 옥사이드, 인듐 도핑된 주석 옥사이드, 주석 도핑된 인듐 옥사이드, 및 아연과 주석의 옥사이드(예를 들어, 주석산 아연)로부터 선택될 수 있다.

제 1 층은 도핑된 금속 옥사이드 물질을 포함할 수 있고, 제 2 층은 바나듐 도핑된 인듐 옥사이드를 포함할 수 있다.

또다른 복합 TCO 전극은 금속성 층을 포함하는 제 1 층, 및 옥사이드 물질을 포함하는 제 2 층을 포함한다.

금속성 층은, 백금, 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 알루미늄, 금, 구리, 은 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.

또다른 복합 TCO 전극은, 옥사이드 물질을 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 제 2 층, 및 옥사이드 물질을 포함하는 제 3 층을 포함한다.

제 3 층은 무정형 물질을 포함할 수 있다.

여전히 추가의 복합 TCO 전극은, 도핑된 옥사이드 물질을 포함하는 제 1 층, 및 바나듐 도핑된 인듐 옥사이드를 포함하는 제 2 층을 포함한다.

또다른 복합 TCO 전극은, 아연 도핑된 인듐 옥사이드를 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 제 2 층, 및 아연 도핑된 인듐 옥사이드를 포함하는 제 3 층을 포함한다.

추가의 복합 TCO 전극은, 도핑된 옥사이드를 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 제 2 층, 티탄을 포함하는 제 3 층, 및 도핑된 옥사이드를 포함하는 제 4 층을 포함한다.

제 1 층은, IZO일 수 있고, 금속성 층은 은일 수 있고, 제 4 층은 IZO일 수 있다.

여전히 추가의 복합 TCO 전극은, 도핑된 옥사이드를 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 제 2 층, 인듐 아연 옥사이드(IZO)를 포함하는 제 3 층을 포함하되, 상기 IZO는 2개의 층으로 침착되고, 하부 층은 상부 층보다 높은 산소 대기에서 침착된다.

또다른 복합 TCO 전극은, 인듐 주석 옥사이드(ITO) 또는 IZO로부터 선택되는 옥사이드를 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 제 2 층, ITO를 포함하는 제 3 층, 및 ZIO를 포함하는 제 4 층을 포함한다.

추가의 복합 TCO 전극은, ITO 및 IZO로부터 선택되는 옥사이드를 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 제 2 층, ITO를 포함하는 제 3 층, 및 알루미나, 실리카, 또는 알루미나와 실리카의 혼합물을 포함하는 제 4 층을 포함한다.

여전히 추가의 복합 TCO 전극은, 아연 옥사이드를 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 제 2 층, 및 알루미나, 실리카, 또는 알루미나와 실리카의 혼합물을 포함하는 제 3 층을 포함한다.

또다른 복합 TCO 전극은, 아연 옥사이드를 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 제 2 층, 및 IZO를 포함하는 제 3 층을 포함한다.

부가적인 복합 TCO 전극은, 아연 및 주석을 포함하는 옥사이드 물질을 포함하는 제 1 층, 금속성 물질을 포함하는 제 2 층, 티탄을 포함하는 제 3 층, 및 아연 및 주석을 포함하는 옥사이드 물질을 포함하는 제 4 층을 포함한다.

유리 기판을 갖는 장치의 광 산란을 증가시키는 방법은, 유리 표면를 거칠게 만드는 단계; 및 거칠어진 표면 위에 평탄화 층을 도포하고, 이어서 상기 표면 위에 부가적인 코팅 층을 형성하는 단계를 포함한다.

도 1은, 본 발명의 복합 TCO가 도입된 OLED 장치의 측면 단면도(축척에 따르지 않음)이다.
도 2 내지 11은, 본 발명의 특징부가 도입된 다양한 복합 TCO 구조물(축척에 따르지 않음)이다.
도 12는, 본 발명에 따른 평탄화 층(축척에 따르지 않음)의 사용을 도시한다.

본원에 사용된, 공간 또는 방향 용어, 예를 들어, "좌측", "우측", "내부", "외부", "위", "아래" 등은, 도면에 도시되어 있을 때, 본 발명과 관련된다. 그러나, 본 발명은 다양한 대안의 방향을 가정할 수 있고, 따라서 이러한 용어는 한정적인 것으로 고려되지는 않음이 이해되어야 한다. 추가로, 본원에 사용되는 바와 같이, 특허청구범위 및 명세서에 사용되는, 치수, 물리적 특징, 가공 파라미터, 성분의 양, 반응 조건 등을 표현하는 모든 수치는, 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 대조적으로 언급되지 않는 한, 하기 명세서 및 특허청구범위에서의 수치 값들은, 본 발명에 의해 수득되고자 하는 목적하는 특성들에 따라 변할 수도 있다. 특허청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하는 의도가 매우 적거나 없는 경우, 각각의 수치 값은, 일상적인 어림 기법을 적용하거나 보고된 유효 자릿수의 갯수의 측면에서 적어도 유추되어야만 한다. 게다가, 본원에 개시된 모든 범주는, 시작 및 끝의 범위 값 및 이들 사이에 놓인 임의의 및 모든 하부 범위를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 언급된 범위는, 1인 최소값과 10인 최대값 사이(이들을 포함함)의 임의의 및 모든 하부 범위를 포함하는 것으로 고려되어야 하고; 즉, 1인 최소값 또는 그 이상의 값으로 시작되고 10인 최대값 또는 그 이하의 값으로 끝나는 모든 하부 범위들, 예를 들어 1 내지 3.3, 4.7 내지 7.5, 5.5 내지 10 등을 포함하는 것으로 고려되어야만 한다. 부가적으로, 본원에 인용되는, 모든 문헌들, 예를 들어 이로서 한정하는 것은 아니지만, 허여된 특허 및 특허 출원은, 그 전체를 "참고로 인용하는 것"으로 고려된다. 다르게 구체적으로 언급하지 않는 한, 양에 대한 임의의 기준은, "중량%"이다. "필름"이라는 용어는, 목적하거나 선택되는 조성을 갖는 코팅의 영역을 지칭한다. "층"은, 하나 이상의 "필름"을 포함한다. "코팅" 또는 "코팅 스택"은 하나 이상의 "층들"로 구성된다. "복합 TCO 전극"이라는 용어는, 투명 전도성 옥사이드 층 또는 물질에 더해 하나 이상의 다른 층 또는 물질을 갖는 다층 또는 다성분 전극을 의미한다. "~이 없는"이라는 용어는, 의도적으로 첨가되지 않음을 의미한다. 예를 들어, "X가 없는 물질"이라는 용어는, 성분 X가 상기 물질에 의도적으로 첨가되지 않음을 의미한다. 그러나, 부정기적(tramp) 양의 성분 X는, 구체적으로 첨가되지 않았어도, 상기 물질에 존재할 수도 있다. "금속" 및 "금속 옥사이드"라는 용어는, 규소가 기술적으로 금속은 아니지만, 각각 규소 및 실리카, 뿐만 아니라 통상적으로 인식되는 금속 및 금속 옥사이드를 포함하는 것으로 고려된다.

하기 논의의 목적을 위해서, 본 발명은 종래의 OLED 장치를 참고하여 논의될 것이다. 그러나, 본 발명은 OLED 장치와 함께 사용되는 것으로 제한되지 않으며 다른 분야, 예를 들어 이로써 한정하는 것은 아니지만 광전지 박막 태양 전지에서 실행될 수 있음이 이해될 것이다. 다른 용도, 예를 들어 박막 태양 전지의 경우, 본원에서 나중에 설명되는 유리 구조물이 개조되어야만 한다.

본 발명의 특징부가 도입된 OLED 장치(10)의 일반적인 구조가 도 1에 도시되어 있다. OLED 장치(10)는, 기판(12), 선택적 하부코팅(4), 복합 TCO 전극(16), 발광 층(18), 및 또다른 전극(20)을 포함한다. 논의의 목적을 위해서, 복합 TCO 전극(16)은 애노드로 고려될 것이고, 다른 전극(20)은 캐쏘드로 고려될 것이다. 종래의 OLED 장치의 구조 및 작동은, 당업계의 숙련자들 중 하나에 의해 이해될 것이고, 따라서 보다 상세하게 설명되지는 않을 것이다.

기판(12)은 가시광선에 대해 투명하거나, 반투명하거나, 불투명할 수 있다. "투명"이란, 0% 초과 100% 이하의 가시광선 투과율을 가짐을 의미한다. 다르게는, 기판(12)은 반투명하거나 불투명일 수 있다. "반투명"이란, 전자기 에너지(예를 들어, 가시광선)가 통과하지만 이러한 에너지를 확산시켜, 관찰자 맞은편 쪽의 물체가 뚜렷하게 보이지 않음을 의미한다. "불투명"이란, 0%의 가시광선 투과율을 가짐을 의미한다. 적합한 물질의 예는, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 플라스틱 기판(예를 들어, 아크릴계 중합체, 예를 들어 폴리아크릴레이트; 폴리알킬메타크릴레이트, 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트 등; 폴리우레탄; 폴리카보네이트; 폴리알킬테레프탈레이트, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등; 폴리실록산-함유 중합체; 또는 이들을 준비하기 위한 임의의 단량체의 공중합체, 또는 이들의 임의의 혼합물); 또는 유리 기판을 포함한다. 예를 들어, 기판은 종래의 소다-석회-실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 또는 납땜 유리를 포함할 수 있다. 유리는 맑은 유리(clear glass)일 수 있다. "맑은 유리"란, 염색되지 않거나 착색되지 않은 유리를 의미한다. 다르게는, 유리는 염색되거나, 다르게는 착색된 유리일 수 있다. 유리는 어닐링되거나 열-처리된 유리일 수 있다. 본원에 사용될 때, "열 처리된"이라는 용어는 템퍼링되거나 적어도 부분적으로 텀퍼링됨을 의미한다. 유리는, 임의의 유형, 예를 들어 종래의 플로트 글라스(float glass)일 수 있고, 임의의 광학 특성, 예를 들어 임의의 값의 가시광성 투과율, 자외선 투과율, 적외선 투과율, 및/또는 총 태양 에너지 투과율을 갖는 임의의 조성물일 수 있다. "플로트 글라스"는, 용융 유리가 용융 금속 욕에 침착되고 제어가능하게 냉각되어 플로트 글라스 리본을 형성하는 종래의 플로트 공법에 의해 형성된 유리를 의미한다. 본 발명의 실행을 위해 사용될 수 있는 유리의 비-제한적인 예는, 솔라그린(Solargreen, 등록상표), 솔렉스트라(등록상표), GL-20(등록상표), GL-35(상표), 솔라브론즈(등록상표), 스타파이어(Starphire, 등록상표), 솔라파이어(Solarphire, 등록상표), 솔라파이어 PV(Solarphire PV, 등록상표), 및 솔라그레이(Solargray, 등록상표) 유리를 포함하며, 이들 모두는 미국 펜실바니아주 피츠버그 소재의 피피지 인더스트리즈 인코포레이티드(PPG Industries Inc.)에서 시판 중이다.

기판(12)은, 2 mm의 두께, 및 550 nm의 기준 파장에서 높은 가시광선 투과율을 가질 수 있다. "높은 가시광선 투과율"이란, 550 nm에서의 가시광선 투과율이 85% 이상, 예를 들어 87% 이상, 예를 들어 90% 이상, 예를 들어 91% 이상, 예를 들어 92% 이상임을 의미한다.

선택적 하부코팅(14)은, 장치(10)에 다양한 성능 이점, 예를 들어 기판(12)과 가로놓인(overlying) 코팅 층 사이의 나트륨 이온 배리어(barrier)로서 작용하는 것을 제공한다. 하부코팅(14)은 균일한 코팅일 수 있다. "균일한 코팅"이란, 물질이 코팅 전반에 걸쳐서 불규칙하게 분포되어 있는 코팅을 의미한다. 대안으로서, 하부코팅(14)은 여러 개의 코팅 층 또는 필름(예를 들어, 2개 이상의 개별적인 코팅 필름)을 포함할 수 있다. 대안으로 여전히, 하부코팅(14)은 구배 층일 수 있다. "구배 층"이란, 기판으로부터의 거리가 변할수록, 성분들의 농도가 연속적으로 변하는(또는 단계화되는) 2종 이상의 성분들을 갖는 층을 의미한다. 예를 들어, 선택적 하부코팅(14)은 배리어 코팅, 예를 들어 실리카, 또는 규소, 티탄, 알루미늄, 지르코튬 및/또는 인의 옥사이드로부터 선택되는 2종 이상의 옥사이드의 혼합물을 포함할 수 있다.

발광 층(18)은 당업계에 공지된 바와 같이 임의의 종래의 유기 전자발광 층일 수 있다. 이러한 물질의 예는, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 작은 분자들, 예를 들어 유기금속 킬레이트(예를 들어, Alq₃), 형광 및 인광 염료, 및 공액 덴드리머를 포함한다. 적합한 물질의 예는, 트라이페닐아민, 페릴렌, 루브렌, 및 퀴나크리돈을 포함한다. 대안으로, 전자발광 중합체 물질도 공지되어 있다. 이러한 전도성 중합체의 예는, 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 및 폴리플루오렌을 포함한다. 인광 물질도 사용될 수 있었다. 이러한 물질의 예는, 중합체, 예를 들어 폴리(n-비닐카바졸)이며, 여기서 유기금속 착체, 예를 들어 이리듐 착체가 도판트로서 첨가된다.

캐쏘드(20)는 임의의 종래의 OLED 캐쏘드일 수 있다. 적합한 캐쏘드의 예는, 금속, 예를 들어 이로써 한정하는 것은 아니지만, 바륨 및 칼슘을 포함한다. 캐쏘드는 전형적으로 낮은 일함수를 갖는다. 소위 "바닥-방출하는" OLED 장치의 경우, 캐쏘드(20)가 전형적으로 불투명하다. 그러나, 대안으로, 캐쏘드(20)는 애노드와 관련하여, 하기에서 기술되는, TCO 전극 또는 임의의 복합 TCO 전극일 수 있다.

본 발명의 실행에서, 복합 TCO 전극(16)은 다층 또는 다성분 구조이다. 본 발명의 복합 TCO 전극의 예는 도 2 내지 4에 도시되어 있고 하기에 기술되어 있다.

도 2의 복합 TCO 전극(30)은 제 1 층(32) 및 제 2 층(34)을 갖는다. 제 1 층(32)은 결정질 물질을 포함하고 제 2 층(34)은 무정형 물질을 포함한다. 결정질 물질은 무정형 물질에 비해 보다 높은 전기 전도도를 제공하는 반면, 무정형 물질은 결정질 물질 단독으로 예상되는 것보다 보다 부드러운 상부면(36)을 제공한다. 보다 부드러운 상부면(36)은, 캐쏘드(20)와 접촉할 수 있는 결정질 물질의 돌출부에 의해 야기되는 전기 단락의 위험을 줄이는 것을 보조한다. 제 1 및 제 2 층(32, 34)의 물질은, 하나 이상의 옥사이드 물질, 예를 들어 이로써 한정하는 것은 아니지만, Zn, Fe, Mn, Al, Ce, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si, In 또는 이러한 물질 중 2종 이상의 합금 중 하나 이상의 옥사이드(예를 들어, 주석산 아연)로부터 선택될 수 있다. 물질은 또한 하나 이상의 도판트 물질, 예를 들어 이로써 한정하는 것은 아니지만, F, In, Al, P, Zn, 및/또는 Sb을 포함할 수 있다. 복합 TCO 층을 위한 물질의 구체적인 예는, 불소 도핑된 주석 옥사이드, 아연 도핑된 인듐 옥사이드, 인듐 도핑된 주석 옥사이드, 주석 도핑된 인듐 옥사이드, 및 아연과 주석 옥사이드(예를 들어, 주석산 아연 또는, 아연 옥사이드와 주석 옥사이드의 혼합물)를 포함한다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 제 1 층(32)은 제 1 층의 전기전도성을 개선하기 위해서 도판트 물질을 포함하고, 제 2 층(34)은 도판트 물질을 포함하지 않는다. 이러한 문헌에서, 옥사이드 물질, 금속 옥사이드, 도판트 등의 용어가 사용되지만 구체적으로 정의되지 않았다면, 이러한 용어는 이러한 문단에서 기술된 정의 및 개시내용의 측면에서 이해되어야 한다.

또다른 복합 TCO 전극(40)이 도 3에 도시되어 있다. 이러한 전극(40)은 금속성 층(42) 및 상기 금속성 층(42) 위의 무정형 투명 전도성 옥사이드 층(44)을 포함한다. 금속성 층(42)은, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 금속성 백금, 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 알루미늄, 금, 구리, 은 또는 이들의 혼합물, 합금 또는 조합으로부터 선택될 수 있다. 무정형 전도성 옥사이드 층(44)은 앞에서 논의한 바와 같을 수 있다. 이러한 문헌에 사용되지만 구체적으로 정의되지 않는, 금속, 금속성, 금속성 층 등의 용어를 사용하는 것은, 이러한 문헌에서 제시한 정의 및 개시내용의 측면에서 이해되어야 한다.

추가의 복합 TCO 전극(50)이 도 4에 도시되어 있다. 전극(50)은 제 1 층(52), 금속성 층(54), 및 제 2 층(56)을 갖는다. 제 2(외부) 층(56)은 무정형 투명 전도성 옥사이드이고 금속성 층(54)은 전술한 바와 같다. 제 1(내부) 층(52)은, 전술한 바와 같이, 무정형 층 또는 결정질 층일 수 있다.

또다른 유용한 복합 TCO 전극(60)이 도 5에 도시되어 있다. 이러한 실시양태에서, 제 1 층(62)이 하부코팅(14) 위에 형성된다. 제 1 층(62)은 도핑된 금속 옥사이드 물질, 예를 들어 전술한 것 중의 임의의 물질을 포함한다. 그러나, 제 2 층(62)은 바나듐 도핑된 인듐 옥사이드를 포함한다. 이러한 구조는, 보다 낮은 켜짐 전압과 함께 보다 높은 광 출력을 유발할 것으로 여겨진다. 바람직한 실시양태에서, 제 1 층(62)이 불소 도핑된 주석 옥사이드 또는 인듐 도핑된 주석 옥사이드이거나, 이를 포함한다.

대안의 전극 구조물

도 6은, 또다른 복합 TCO 전극(70)을 도시한다. 복합 TCO 전극(70)은 제 1 층(72), 금속성 층(74), 및 상부 층(76)을 갖는다. 이러한 층들은, 의도적인 가열 없이 상온 스퍼터링에 의해 침착될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 제 1 층(72) 및 제 2 층(74)은 둘 다 아연 도핑된 인듐 옥사이드(IZO)이고, 금속성 층(74)은 은이다. 금속성 층(74)의 두께는, 5 nm 내지 15 nm, 예를 들어 6 nm 내지 14 nm, 예를 들어 8 nm 내지 12 nm의 범위이다. 바닥 층(72)의 두께는, 3 nm 내지 50 nm, 예를 들어 3 nm 내지 40 nm, 예를 들어 3 nm 내지 30 nm이다. 다르게는, 바닥 층(72)의 두께가 20 nm 초과, 예를 들어 30 nm 초과, 예를 들어 40 nm 초과이다. 다르게는 여전히, 바닥 층(72)은 높은 굴절 지수를 갖는 단일 층 유전체 물질(예를 들어, 옥사이드, 니트라이드, 또는 옥시니트라이드 물질)일 수 있다. 예를 들어, 바닥 층(72)의 굴절 지수는 유리 기판(12)의 굴절 지수보다 클 수 있지만, 가시광선 스펙트럼에서 IZO의 굴절지수 이하일 수 있다. 바닥 층(72)은 반사방지 코팅으로서 작용할 수 있고 다층 스택, 예를 들어 고-저-고(high-low-high) 굴절 지수 밴드 패스 필터일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상부 층(76)의 두께는, 5 nm 내지 15 nm, 예를 들어 6 nm 내지 14 nm, 예를 들어 8 nm 내지 12 nm이다.

도 7은 또다른 복합 TCO 전극(80)을 도시한다. 이러한 전극(80)은, 도핑된 금속 옥사이드를 포함하는 제 1 층(82), 금속성 층(84), 프라이머 층(86), 금속 옥사이드 층(87), 및 또다른 금속 옥사이드 층(88)을 갖는다. 바람직한 실시양태에서, 제 1 층(82)은 IZO를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 금속성 층(84)은 은을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 프라이머 층(86)은 티타니아를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 금속 옥사이드 층은 아연 옥사이드를 포함하고 다른 금속 옥사이드 층(88)은 IZO를 포함한다. 예를 들어, 스퍼터링 공정에서, 1 nm 내지 2 nm의 범위의 티탄 금속의 층이, 비반응성(낮은 산소) 대기에서 금속성 층(84) 위에 침착될 수 있다. 1 nm 내지 2 nm의 아연 옥사이드의 층(87)은 티탄 층(86) 위에 침착될 수 있다. 아연 옥사이드 층(87)은 산소 대기에서 아연 캐쏘드(예를 들어, 15중량% 이하의 주석, 예를 들어 10중량% 이하의 주석을 함유하는 아연 캐쏘드)로부터 스퍼터링될 수 있다. 주석이 캐쏘드의 스퍼터링 특성을 개선시키기 위해서 존재한다. 전반적으로 본원에 사용되는 바와 같이, "아연 옥사이드"라는 용어는, 아연의 순수한 옥사이드뿐만 아니라, 캐쏘드 내 주석으로부터 존재하는 주석 옥사이드를 15중량% 이하, 예를 들어 10중량% 이하로 포함하는 아연 옥사이드를 포괄한다. 산소 대기 내의 아연 옥사이드 층(87)의 침착은 또한 아래에 놓인 티탄 층(86)의 티타니아로의 산화를 유발한다. 다른 옥사이드 층(88), 예를 들어 IZO 층은, 아연 옥사이드 층(87) 위에 제공될 수 있다.

대안으로, 금속 옥사이드 층(87)이 제거될 수 있고, 다른 금속 옥사이드 층(88)(예를 들어, IZO)이 프라이머 층(86) 위에 직접적으로 2개의 층으로 침착될 수 있다. 금속 옥사이드 층(88)의 바닥 층이, 높은 산소 함량 하에서 침착되어서 프라이머 층(86)의 티탄 금속을 티타니아로 전환시키는 것을 보조할 수 있다. IZO 층(88)의 상부는, 목적하는 IZO 코팅을 위해 최적화된 IZO 침착 파라미터를 사용하여 침착될 수 있다.

티탄 금속을 티탄 옥사이드로 전환시키는 또다른 방법은 산소 플라즈마에 티탄 프라이머 층(86)을 노출시키는 것이다.

도 8은 또다른 복합 TCO 전극(90)을 도시한다. 이러한 전극(90) 구조물은 비교적 높은 굴절 지수를 갖는 물질을 포함하는 제 1 층(92)을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 제 1 층(92)의 물질은 ITO, IZO, 또는 높은 굴절 지수를 갖는 임의의 다른 유전체일 수 있다. 보다 바람직한 실시양태에서, 상기 물질은 ITO이다. 금속성 층(94)은 제 1 층(92) 위에 있다. 금속성 층(94)은 전술한 임의의 금속성 층일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 금속성 층(94)은 은을 포함한다. 금속 옥사이드 물질의 제 2 층(96)은 금속성 층(94) 위에 있고, 금속 옥사이드 물질의 상부 층(98)이 제 2 층(96) 위에 있다. 바람직한 실시양태에서, 제 2 층은 ITO를 포함하고, 상부 층(98)은 IZO를 포함한다. 상부 층(98)의 두께는 1 nm 미만이다. IZO는 ITO보다 높은 일함수를 갖기 때문에, 바람직한 실시양태는 OLED 장치를 위한 보다 낮은 켜짐 전압 또는 증가된 전력 효율을 유발한다.

도 9는 또다른 복합 TCO 전극 구조(100)를 도시한다. 도 8과 관련하여 전술한 것과 유사한 이러한 실시양태에서의 층은 도 8에서와 동일한 참고 번호를 갖는다. 그러나, 이러한 구조는 산소 배리어 물질의 외부 층(102)을 포함한다. 산소 배리어 물질의 예는, 실리카, 알루미나, 또는 실리카와 알루미나의 혼합물을 포함한다. 상부 층(102)의 두께는, 1 nm 내지 5 nm, 예를 들어 1 nm 내지 4 nm, 예를 들어 1 nm 내지 3 nm의 범위이다. 고온 및 산소에 노출되는 경우, 예를 들어 코팅된 기판(12)의 굽힘 또는 열 처리 동안, 상부 층(98)(예를 들어, IZO)은 덜 환원되어서 낮은 전도도를 유발할 수 있다. 외부 층(102)은, IZO 층(98)을 산화로부터 보호함으로써 이것을 방지하는 것을 보조한다.

도 10은, 제 1 층(106), 제 2 층(108), 및 제 3 층(110)을 갖는, 본 발명의 추가의 복합 TCO 전극(104) 구조물을 도시한다. 제 1 층(106)은 금속 옥사이드 층일 수 있고, 제 2 층(108)은 금속성 층일 수 있고, 제 3 층(110)은 보호 코팅일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 제 1 층(106)은 아연 옥사이드(15중량% 이하의 주석 옥사이드, 예를 들어 10중량% 이하의 주석 옥사이드를 포함함)를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 제 2 층(108)은 금속성 은을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 제 3 층(110)은 실리카, 알루미나, 또는 실리카와 알루미나의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 제 3 층은, 실리카의 함량이 40중량% 내지 90중량%, 예를 들어 40중량% 내지 85중량%인, 실리카와 알루미나의 혼합물을 포함할 수 있다.

다르게는, 제 1 층(106) 및 제 2 층(108)은 전술한 바와 같을 수 있지만, 제 3 층(110)은 금속 옥사이드 층일 수 있다. 이러한 대안의 바람직한 실시양태에서, 금속 옥사이드는 IZO를 포함한다.

도 11은, 제 1 층(122), 제 2 층(124), 제 3 층(126) 및 제 4 층(128)을 갖는 또다른 복합 TCO 전극(120)을 도시한다. 제 1 층(122)은, 예를 들어 도 10에 대해 전술한 바와 같이, 금속 옥사이드 층, 예를 들어 아연 옥사이드 층일 수 있다. 또는, 제 1 층(122)은 아연-주석 합금 층, 예를 들어 주석산 아연일 수 있다. 제 2 층(124)은 금속성 층이다. 바람직한 실시양태에서, 금속은 금속성 은을 포함한다. 제 3 층(126)은 프라이머 층이다. 바람직한 실시양태에서, 프라이머 물질은 티탄을 포함한다. 제 4 층(128)은 금속 옥사이드 층이다. 바람직한 실시양태에서, 제 4 층(128)은 아연 옥사이드를 포함한다.

증가된 광 산란

종래의 바닥-방출하는 OLED류에서, 도파관(wave guiding)으로 인해, 생산된 광의 80% 초과가 손실된다. 광 방출을 개선하기 위해서, 내부 및 외부 광 추출 층이 개발되어 왔다. 그러나, 이러한 광 추출 층은 제조 공정을 복잡하게 하고 애노드 표면 평활도에 영향을 미친다. 도 12에 도시된 본 발명의 하나의 양태에서, 오히려 광 추출 층보다, OLED 장치의 층들이 제공될 유리 기판(12)의 표면(130)을 거칠게 만들어서, 광 산란을 증진하는 것을 보조하고, 이어서 평탄화 층(132)을 도포하여 추가의 코팅을 위한 보다 부드러운 표면이 존재하도록 한다. 유리 표면은 임의의 종래의 방법, 예를 들어 기계적 마모 또는 화학적 에칭에 의해 거칠게 될 수 있다. 평탄화 층(132)은 이어서, 종래의 방법, 예를 들어 CVD, 졸-겔, 스핀 코팅, 분사 열분해, MSVD 등에 의해 도포될 수 있다. 평탄화 층(132)은 바람직하게는 가로놓인 전극과 유사한 굴절 지수를 갖는다. 평탄화 층(132)의 한가지 예는, 두께가 100 nm 내지 500 nm, 예를 들어 200 nm 내지 400 nm, 예를 들어 300 nm인, 무정형 IZO일 수 있다.

당업계의 숙련자들 중 하나라면, 전술한 설명에 개시된 개념으로부터 벗어나지 않으면서 본 발명을 변형할 수 있음을 용이하게 알 것이다. 따라서, 본원에서 상세하게 기술된 구체적인 실시양태는 단지 설명하기 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위 및 그의 임의의 및 모든 등가물의 전체 폭을 제공하는, 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니다.

Claims (20)

1. 기판;
   발광 층;
   제 1 전극; 및
   제 2 전극
   을 포함하는 발광 장치로서,
   상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 하나 이상이
   결정질 물질을 포함하는 제 1 층; 및
   무정형 물질을 포함하는 제 2 층
   을 포함하는 복합 투명 전도성 옥사이드(TCO) 전극을 포함하는,
   발광 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   제 1 층 및 제 2 층을 위한 물질이 불소 도핑된 주석 옥사이드, 아연 도핑된 인듐 옥사이드, 인듐 도핑된 주석 옥사이드, 주석 도핑된 인듐 옥사이드, 아연 옥사이드, 주석 옥사이드, 주석산 아연 및 이들의 조합으로부터 독립적으로 선택되는, 발광 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   제 1 층이 도판트 물질을 포함하고, 제 2 층에는 도판트 물질이 없는, 발광 장치.
4. 기판;
   발광 층;
   제 1 전극; 및
   제 2 전극
   을 포함하는 발광 장치로서,
   상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 하나 이상이
   옥사이드 물질을 포함하는 제 1 층;
   금속성 물질을 포함하는 선택적 제 2 층; 및
   옥사이드 물질을 포함하는 제 3 층
   을 포함하는 복합 TCO 전극을 포함하는,
   발광 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   제 1 층 및 제 3 층의 옥사이드 물질이 Zn, Fe, Mn, Al, Ce, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si, In 또는 이러한 물질들 중 2종 이상의 합금의 하나 이상의 옥사이드로부터 독립적으로 선택되는, 발광 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   제 1 층 또는 제 3 층 중 하나 이상의 물질이 하나 이상의 도판트 물질을 포함하는, 발광 장치.
7. 제 4 항에 있어서,
   제 2 층의 금속성 물질이 백금, 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 알루미늄, 금, 구리, 은 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 발광 장치.
8. 제 4 항에 있어서,
   제 2 층이 존재하지 않고, 제 1 층이 도핑된 옥사이드 물질을 포함하고, 제 3 층이 바나듐 도핑된 인듐 옥사이드를 포함하는, 발광 장치.
9. 제 4 항에 있어서,
   제 1 층이 아연 도핑된 인듐 옥사이드를 포함하고, 제 2 층이 존재하고, 제 3 층이 아연 도핑된 인듐 옥사이드를 포함하는, 발광 장치.
10. 제 4 항에 있어서,
    제 1 층이 도핑된 옥사이드를 포함하고, 제 2 층이 존재하고, 제 3 층이 티탄을 포함하고, 복합 TCO 전극이 상기 제 3 층 위에 제 4 층을 추가로 포함하고, 상기 제 4 층이 옥사이드 물질 또는 도핑된 옥사이드 물질을 포함하는, 발광 장치.
11. 제 4 항에 있어서,
    제 1 층이 IZO를 포함하는, 발광 장치.
12. 제 4 항에 있어서,
    제 2 층이 은을 포함하는, 발광 장치.
13. 제 4 항에 있어서,
    제 4 층이 아연 옥사이드를 포함하는, 발광 장치.
14. 제 11 항에 있어서,
    제 4 층 위에 제 5 층을 추가로 포함하되, 상기 제 5 층이 IZO를 포함하는, 발광 장치.
15. 제 4 항에 있어서,
    복합 TCO 전극이
    도핑된 옥사이드를 포함하는 제 1 층;
    금속성 물질을 포함하는 제 2 층; 및
    IZO를 포함하는 제 3 층
    을 포함하되, 상기 IZO가 2개 층으로 침착되고, 바닥 층이 상부 층보다 보다 높은 산소 대기에서 침착되는,
    발광 장치.
16. 제 4 항에 있어서,
    복합 TCO 전극이
    ITO 및 IZO로부터 선택되는 옥사이드를 포함하는 제 1 층;
    금속성 물질을 포함하는 제 2 층;
    ITO를 포함하는 제 3 층; 및
    IZO, 알루미나, 실리카, 및 알루미나와 실리카의 혼합물로부터 선택되는 물질을 포함하는 제 4 층
    을 포함하는,
    발광 장치.
17. 제 4 항에 있어서,
    복합 TCO 전극이
    아연 옥사이드를 포함하는 제 1 층;
    금속성 물질을 포함하는 제 2 층; 및
    알루미나, 실리카, 또는 알루미나와 실리카의 혼합물을 포함하는 제 3 층
    을 포함하는, 발광 장치.
18. 제 4 항에 있어서,
    복합 TCO 전극이
    아연 옥사이드를 포함하는 제 1 층;
    금속성 물질을 포함하는 제 2 층; 및
    IZO를 포함하는 제 3 층
    을 포함하는,
    발광 장치.
19. 제 4 항에 있어서,
    복합 TCO 전극이
    아연 및 주석을 포함하는 옥사이드 물질을 포함하는 제 1 층;
    금속성 물질을 포함하는 제 2 층;
    티탄을 포함하는 제 3 층; 및
    아연과 주석을 포함하는 옥사이드 물질을 포함하는 제 4 층
    을 포함하는,
    발광 장치.
20. 유리 표면를 거칠게 만드는 단계; 및
    거칠어진 표면 위에 평탄화 층을 도포하고, 이어서 상기 표면 위에 부가적인 코팅 층을 형성하는 단계
    를 포함하는, 유리 기판을 갖는 장치의 광 산란을 증가시키는 방법.

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