KR20170118101A - 유기 발광 컴포넌트 - Google Patents

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KR20170118101A
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organic
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도미니크 펜틀너
안드레아스 라우쉬
아른트 재거
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오스람 오엘이디 게엠베하
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Abstract

본 발명은 2개의 전극(2, 7) 사이에 유기 기능성 층 스택(organic functional layer stack)(10)을 구비하는 유기 발광 컴포넌트에 관한 것으로, 상기 유기 기능성 층 스택(10)은 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 및 적어도 하나의 전하 캐리어 발생 층(charge carrier generation layer)(11)을 포함하고, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 중 적어도 하나의 유기 발광 층은 상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분이다.

Description

유기 발광 컴포넌트{ORGANIC LIGHT-EMITTING COMPONENT}
본 발명은 유기 발광 컴포넌트에 관한 것이다.
본 특허 출원서는 독일 특허 출원서 10 2015 102 371.7호의 우선권을 청구하며, 그에 따라 상기 출원서의 공개 내용은 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다.
유기 발광 다이오드(OLED)는, 각각 하나의 전자 및 하나의 정공으로 형성되는, 유기 이미터 층 내에 주입된 전하 캐리어 쌍들을 광자들(photons)로 변환할 수 있다. 단 하나의 이미터 층을 구비한 OLED의 경우, 주입된 전하 캐리어 쌍당 최대 1개의 광자가 생성될 수 있다. 더 높은 효율을 달성하기 위해, 다수의 이미터 층을 겹쳐서 쌓는 것이 공지되어 있고, 이때 이웃한 이미터 층들 사이에 각각 하나의 전하 캐리어 발생 층(CGL: "charge generation layer")가 배치되어 있다. 그럼으로써, 이와 같은 스택(stack) 내에 주입되는 전하 캐리어 쌍당 다수의 광자를 생성하는 것이 가능할 수 있는데, 그 이유는 전하 캐리어 발생 층들이 내부 애노드 및 캐소드와 같이 작용하기 때문이다.
CGL은 통상적으로 하나의 p-도핑 된 영역 및 하나의 n-도핑 된 영역을 포함하고, 상기 영역들은 중간층을 통해 서로 결합 되어 있다. CGL들이 광 방출을 위해 필요한 층들에 대하여 추가적인 층들을 나타내는 이와 같은 구조의 단점은, 사용된 CGL-층들이 OLED가 방출 작용하는 파장 영역에서 종종 흡수 작용함으로써, 그 결과 상기 OLED의 효율이 감소한다는 것이다. 또한, 통상의 상업화된 p- 및 n-도펀트들은 OLED의 다른 재료들과 비교하여 비싼 경우가 많다. 계속해서, 전도성 도핑은 일반적으로 온도에 대하여 작동 전압의 강한 의존성을 야기할 수 있음으로써, 결과적으로 그에 따라 OLED의 안정성을 위한 제한된 요인들 중 하나의 요인이 높은 온도에 있는 것으로 간주된다.
특정 실시 형태들의 적어도 하나의 과제는 적어도 2개의 유기 발광 층을 구비한 유기 발광 컴포넌트를 제시하는 것이다.
이와 같은 과제는 독립 특허 청구항에 따른 대상에 의해 해결된다. 상기 대상의 바람직한 실시 형태들 및 개선예들은 종속 청구항들에 특징지어 있고, 계속해서 후속하는 상세 설명 및 도면들에서 상술된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 유기 발광 컴포넌트는 적어도 2개의 전극을 포함하고, 상기 전극들 사이에는 유기 기능성 층 스택(organic functional layer stack)이 배치되어 있다. 상기 유기 기능성 층 스택은 유기 전자 발광 층 형태의 적어도 2개의 유기 발광 층을 포함하고, 상기 유기 발광 층들은 상기 유기 발광 컴포넌트의 작동 중에 전하 캐리어 재결합에 의해 광을 발생한다. 상기 유기 발광 컴포넌트는 특히 적어도 2개의 유기 발광 층을 구비한 유기 발광 다이오드(OLED)로서 형성될 수 있다.
상기 유기 기능성 층 스택은 유기 폴리머, 유기 올리고머, 유기 모노머, 작은 유기 비폴리머 분자("small molecules") 또는 그 조합을 구비한 층들을 포함할 수 있다. 발광 층들 중 적어도 하나의 발광 층 내에 효과적인 정공 주입을 구현하기 위해, 상기 유기 기능성 층 스택은 상기 적어도 2개의 유기 발광 층에 대하여 추가적으로 정공 운반 층으로서 구현되어 있는 적어도 하나의 기능성 층을 포함할 수 있다. 정공 운반 층의 재료들로는 예를 들어 3차 아민, 카르바졸 유도체, 캠퍼 설폰산에 의해 도핑 된 폴리아닐린 또는 폴리스티렌 설폰산에 의해 도핑 된 폴리에틸렌 디옥시티오펜이 바람직한 것으로 입증될 수 있다. 계속해서, 상기 유기 기능성 층 스택은 전자 운반 층으로서 형성되어 있는 적어도 하나의 기능성 층을 포함할 수 있다. 일반적으로 상기 유기 기능성 층 스택은 상기 적어도 2개의 유기 발광 층에 대하여 추가적으로 다수의 유기 기능성 층을 포함할 수 있으며, 상기 유기 기능성 층들은 정공 주입 층, 정공 운반 층, 전자 주입 층, 전자 운반 층, 정공 차단 층 및 전자 차단 층으로부터 선택된다. 특히 상기 유기 기능성 층 스택의 층들은 완전히, 또는 적어도 대부분 유기 기능성 층들일 수 있다. 그 밖에, 계속해서 아래에서 기술되는 것처럼, 예를 들어 전하 캐리어 발생 층의 중간층과 같이, 상기 유기 기능성 층 스택의 개별적인 층들이 무기 재료들을 포함하거나, 또는 상기 무기 재료들로 형성되어 있는 것도 가능할 수 있다.
유기 발광 컴포넌트의 기본 구조와 관련하여, 그에 따라 특히 유기 기능성 층 스택의 구조, 층 조성 및 재료들과 관련하여 간행물 WO 2010/066245 A1호가 참조되며, 그에 따라 상기 간행물은 명시적으로 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다.
추가 일 실시 형태에 따르면, 유기 기능성 층 스택은 2개의 전극과 함께 기판상에 배치되어 있다. 상기 기판은 예를 들어 유리, 석영, 플라스틱, 금속, 실리콘 웨이퍼로부터 선택된 층, 플레이트, 필름 또는 적층물 형태의 하나 또는 다수의 재료를 포함할 수 있다. 특히 바람직하게 상기 기판은 예를 들어 유리 층, 유리 필름 또는 유리 플레이트의 형태로 유리를 포함하거나, 또는 상기 유리로 이루어져 있다.
추가 일 실시 형태에 따르면, 전극들 중 적어도 하나의 전극은 투명하게 형성되어 있다. "투명하게"라는 표현은 여기서 그리고 다음에서, 가시광선에 대해 투과성을 갖는 층을 지시한다. 이 경우, 투명 층은 완전히 투과시키도록, 또는 적어도 부분적으로 광을 산란시키도록 그리고/또는 부분적으로 광을 흡수하도록 형성될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 투명 층은 예를 들어 확산성을 갖거나, 또는 반투명할 수도 있다. 특히 바람직하게 여기서 투명한 것으로 지시된 층은 가급적 광 투과성을 가짐으로써, 결과적으로 특히 컴포넌트의 작동 중에 유기 기능성 층 스택 내에서 발생한 광의 흡수가 가능한 한 적다.
그 사이에 유기 기능성 층 스택이 배치되어 있는 상기 2개의 전극은 예를 들어 모두 투명하게 형성될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 2개의 전극 사이의 적어도 2개의 발광 층 내에서 발생한 광은 2개의 방향으로, 다시 말해 2개의 전극을 관통하여 발산될 수 있다. 이와 같은 사실은 상기 유기 발광 컴포넌트가 기판을 포함하는 경우에 대하여, 광이 이 경우 마찬가지로 투명하게 형성되어 있는 상기 기판을 관통하여 발산될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 기판을 등지는 방향으로도 발산될 수 있다는 것을 의미한다. 계속해서, 이와 같은 경우에 상기 유기 발광 컴포넌트의 모든 층들이 투명하게 형성될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 유기 발광 컴포넌트는 투명한 OLED를 형성한다. 그 밖에, 그 사이에 유기 기능성 층 스택이 배치되어 있는 상기 2개의 전극 중 하나의 전극이 불투명하게, 그리고 바람직하게는 반사 작용하도록 형성되는 것도 가능함으로써, 결과적으로 상기 2개의 전극 사이의 적어도 2개의 발광 층 내에서 발생한 광은 투명한 전극을 통해 단 하나의 방향으로만 발산될 수 있다. 기판상에 배치된 전극이 투명하고, 상기 기판도 투명하게 형성되어 있으면 소위 "bottom emitter"라고도 불리는 반면, 기판을 등지고 배치된 전극이 투명하게 형성되어 있으면 소위 "top emitter"라고 불린다.
계속해서, 여기서 기술되는 유기 발광 컴포넌트의 유기 기능성 층 스택은 적어도 하나의 전하 캐리어 발생 층(charge carrier generation layer)을 포함한다. "전하 캐리어 발생 층"으로는 여기서 그리고 다음에서, 일반적으로 pn-천이부에 의해 형성되는 층 시퀀스가 기술된다. 소위 "charge generation layer"(CGL)로도 지시될 수 있는 상기 전하 캐리어 발생 층은 특히 터널 접합을 형성하는 pn-천이부로서 형성되어 있고, 상기 pn-천이부는 역방향으로 작동되고, 효과적인 전하 분리 및 그에 따른 전하 캐리어의 "발생"을 위해 이용될 수 있다.
추가 일 실시 형태에 따르면, 전하 캐리어 발생 층은 제1 전하 캐리어 타입에 의해 도핑 되어 있는 제1 유기층을 포함한다. 계속해서, 상기 전하 캐리어 발생 층은 제1 전하 캐리어 타입과 상이한 제2 전하 캐리어 타입에 의해 도핑 되어 있는 제2 유기층을 포함한다. 특히 상기 전하 캐리어 발생 층은 하나의 전자 전도성 층 및 하나의 정공 전도성 층을 포함한다. "전자 전도성" 및 "정공 전도성"이라는 표현은 여기서 그리고 다음에서 n-전도성 또는 p-전도성으로도 지시될 수 있다. 다른 말로 하면, 상기 전하 캐리어 발생 층은 적어도 2개의 유기층을 포함하고, 상기 유기층들 중 하나의 유기층은 p-도핑 되어 있고, 다른 유기층은 n-도핑 되어 있다.
계속해서, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층 중 적어도 하나의 유기 발광 층은 전하 캐리어 발생 층의 부분이다. 이는 다른 말로 하면, 상기 전하 캐리어 발생 층의 적어도 하나의 층이 동시에 상기 적어도 2개의 유기 발광 층 중 하나의 유기 발광 층을 형성하고, 상기 유기 발광 컴포넌트의 작동 중에 광을 방출하는 재료를 함유한다는 것을 의미한다. 그에 따라 특히, 상기 전하 캐리어 발생 층의 적어도 제1 또는 제2 유기층은 동시에 상기 적어도 2개의 유기 발광 층 중 하나의 유기 발광 층일 수 있다. 이는 다른 말로 하면, 상기 유기 기능성 층 스택의 2개의 유기 발광 층 중 적어도 하나의 유기 발광 층이 상기 전하 캐리어 발생 층의 유기층의 기능을 갖고, 따라서 상기 유기 발광 층은 p- 또는 n-전도성을 갖고 상기 전하 캐리어 발생 층 내에서 전하 캐리어 발생에 기여한다는 것을 의미한다. 그에 따라 상기 전하 캐리어 발생 층의 적어도 한 부분은 광 발생 영역을 형성하는데, 다시 말해 상기 유기 발광 컴포넌트의 유기 발광 층들 중 적어도 하나의 유기 발광 층을 형성한다.
여기서 기술되는 유기 발광 컴포넌트는 특히, 적어도 하나의 발광 층 또는 2개 모두의 발광 층이 전하 캐리어 발생 층 내에서 p- 및/또는 n-층의 기능을 전달받음으로써, 겹쳐서 쌓은 OLED, 다시 말해 적어도 2개의 유기 발광 층을 구비한 OLED의 구조를 실질적으로 간소화하는 것에 착안한다. 이는, 추가적으로 p- 또는 n-전도성의 특성도 갖고, 반대 방향으로 전도하는 적어도 하나의 추가 층과 함께 CGL-효과를 나타내는, 적어도 하나의 발광 층이 사용됨으로써 달성될 수 있다. 여기서 기술되는 유기 발광 컴포넌트의 구조에 의해, 종래의 정공 및 전자 전도성 매트릭스 재료들 내에 도핑 된 상업화된 p- 및 n-도펀트들을 생략하고 더 단순한 OLED-구조를 구현하는 것이 가능할 수 있다.
추가 일 실시 형태에 따르면, 전하 캐리어 발생 층의 부분으로서 형성되어 있는 유기 발광 층 내에, 동시에 p- 또는 n-도펀트로서 이용되는 이미터 재료가 사용된다. 이는 예를 들어, 상기 전하 캐리어 발생 층의 부분인, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층 중 적어도 하나의 유기 발광 층이, 동시에 도펀트로서 그리고 이미터 재료로서 작용하는 재료를 포함한다는 것을 의미할 수 있다. 이에 대해 대안적으로, 전하 캐리어 발생 층의 부분인 유기 발광 층이 이미터 재료 및 추가적으로 도펀트를 포함하는 것도 가능할 수 있다.
예를 들어 상기 전하 캐리어 발생 층의 부분인, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층 중 적어도 하나의 유기 발광 층이 동시에 이미터 재료인 p-도펀트를 포함할 수 있다. 동시에 이미터 재료인 상기 p-도펀트는 예를 들어 Ir(ppy)3(트리스-(2-페닐피리딘)이리듐(Ⅲ)을 포함하거나, 또는 Ir(ppy)3(트리스-(2-페닐피리딘)이리듐(Ⅲ)으로 이루어질 수 있다.
계속해서, 상기 전하 캐리어 발생 층의 부분인, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층 중 적어도 하나의 유기 발광 층이 동시에 이미터 재료인 n-도펀트를 포함할 수 있다.
추가 일 실시 형태에 따르면, 적어도 2개의 유기 발광 층 중 정확히 하나의 유기 발광 층이 전하 캐리어 발생 층의 부분이다. 계속해서, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층의 다른 유기 발광 층, 다시 말해 전하 캐리어 발생 층의 부분이 아닌 유기 발광 층과 상기 전하 캐리어 발생 층 사이에 전하 캐리어 차단 층이 배치되어 있을 수 있다.
추가 일 실시 형태에 따르면, 적어도 2개의 유기 발광 층 모두가 전하 캐리어 발생 층의 부분이다. 이와 같은 경우, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층이 상기 전하 캐리어 발생 층의 제1 및 제2 유기층을 형성하고 서로 다른 전하 캐리어 타입에 의해 도핑 되어 있다.
정공 전도성 유기층, 특히 유기 발광 층이거나, 또는 광 방출을 하지 않는 순수한 CGL-층일 수도 있는 전하 캐리어 발생 층의 정공 전도성 층은, 유기 정공 전도성 매트릭스 내에 무기 또는 유기 도펀트를 포함하는 p-도핑 된 층으로서 형성될 수 있다. 무기 도펀트로는 예를 들어 산화바나듐, 산화몰리브덴 또는 산화텅스텐과 같은 전이 금속 산화물이 고려된다. 유기 도펀트로는 예를 들어 테트라플루오로테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ) 또는 구리-펜타플루오로벤조에이트(Cu(Ⅰ)pFBz)가 고려된다. 계속해서 유기 도펀트로는 예를 들어 전이 금속 복합물이 고려된다. 이와 같은 전이 금속 복합물은 바람직하게 리간드를 구비한 예컨대 Cu와 같은 중심 원자를 포함할 수 있는데, 예를 들어 아세틸아세토네이트(acac)를 포함할 수 있다. 계속해서, 예를 들어 구리 복합물, 예컨대 구리-카르복실산, 또는 비스무트 및/또는 크롬을 갖는 금속 복합물도 고려된다.
전자 전도성 유기층, 특히 유기 발광 층이거나, 또는 순수한 CGL-층일 수도 있는 전하 캐리어 발생 층의 전자 전도성 층은, 유기 전자 전도성 매트릭스 내에 n-도펀트, 예를 들어 Cs, Li, Ca, Na, Ba 또는 Mg, 또는 그 화합물, 예컨대 Cs2CO3 또는 Cs3PO4와 같은 낮은 전자 친화력의 금속을 포함하는 n-도핑 된 층으로서 형성될 수 있다.
정공 전도성 층의 매트릭스 재료들로는, HAT-CN(헥사아자트리페닐렌헥사카보니트릴), F16CuPc(구리-헥사데카플루오로프탈로시아닌), α-NPD, NPB(N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘), 베타-NPB(N,N'-비스(나프탈렌-2-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘), TPD(N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘), 스피로-TPD(N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘), 스피로-NPB(N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-스피로), DMFL-TPD(N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-9,9-디메틸-플루오렌), DMFL-NPB(N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-9,9-디메틸-플루오렌, DPFL-TPD(N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-9,9-디페닐-플루오렌), DPFL-NPB(N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-9,9-디페닐-플루오렌), 스피로-TAD(2,2',7,7'-테트라키스(N,N-디페닐아미노)-9,9'-스피로비플루오렌), 9,9-비스[4-(N,N-비스-비페닐-4-일-아미노)페닐]-9H-플루오렌, 9,9-비스[4-(N,N-비스-나프탈렌-2-일-아미노)페닐]-9H-플루오렌, 9,9-비스[4-(N,N'-비스-나프탈렌-2-일-N,N'-비스-페닐-아미노)-페닐]-9H-플루오르, N,N'-비스(페난트렌-9-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘, 2,7-비스[N,N-비스(9,9-스피로-비플루오렌-2-일)-아미노]-9,9-스피로-비플루오렌, 2,2'-비스[N,N-비스(비페닐-4-일)아미노]9,9-스피로-비플루오렌, 2,2'-비스(N,N-디-페닐-아미노)9,9-스피로-비플루오렌, 디-[4-(N,N-디톨일-아미노)-페닐]시클로헥산, 2,2',7,7'-테트라(N,N-디-톨일)아미노-스피로-비플루오렌, N,N,N'N'-테트라-나프탈렌-2-일-벤지딘 및 이와 같은 화합물들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 다수의 재료가 고려될 수 있다.
전자 전도성 층의 매트릭스 재료들로는, 2,2',2"-(1,3,5-벤지네트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤지미다졸), 2-(4-비페닐일)-5-(4-테르트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BCP), 8-하이드록시퀴놀리노레이토-리튬, 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸, 1,3-비스[2-(2,2'-비피리딘-6-일)-1,3,4-옥사디아조-5-일]벤젠, 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BPhen), 3-(4-비페닐일)-4-페닐-5-테르트-부틸페닐-1,2,4-트리아졸, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노레이트)-4-(페닐페노레이토)알루미늄, 6,6'-비스[5-(비페닐-4-일)-1,3,4-옥사디아조-2-일]-2,2'-비피리딜, 2-페닐-9,10-디(나프탈렌-2-일)-안트라센, 2,7-비스[2-(2,2'-비피리딘-6-일)-1,3,4-옥사디아조-5-일]-9,9-디메틸플루오렌, 1,3-비스[2-(4-테르트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아조-5-일]벤젠, 2-(나프탈렌-2-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린, 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린, 트리스(2,4,6-트리메틸-3-(피리딘-3-일)페닐)보란, 1-메틸-2-(4-(나프탈렌-2-일)페닐)-1H-이미다조[4,5-f][1,10]페난트롤린, 페닐-디피레닐포스핀옥사이드, 나프탈린테트라카르복실산디안하이드리드 및 그 이미드, 페릴렌테트라카르복실산디안하이드리드 및 그 이미드, 실라시클로펜타디안 단위를 갖는 실롤에 기초하는 재료들 및 언급된 물질들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 다수의 재료가 고려될 수 있다.
추가 일 실시 형태에 따르면, 그 중 적어도 하나의 유기층이 유기 발광 층인 전하 캐리어 발생 층의 제1 및 제2 유기층은 서로 직접적으로 인접한다. 이에 대해 대안적으로, 전하 캐리어 발생 층은 제1 유기층과 제2 유기층 사이에, 다시 말해 전자 전도성 층과 정공 전도성 층 사이에 도핑 되지 않은 중간층을 포함할 수 있다. 상기 중간층은 예를 들어 VOx, 예컨대 V2O5, MoOx, WOx, Al2O3와 같은 금속 산화물, SnOx 및/또는 ZnOx와 같은 인듐 주석 산화물 또는 예를 들어 프탈로시아닌, 예컨대 구리프탈로시아닌(CuPc), 바나딜프탈로시아닌(VOPc), 티타닐프탈로시아닌(TiOPc)과 같은 유기 금속 화합물에 의해 형성될 수 있고, 계속해서 1㎚보다 크거나 같거나, 또는 2㎚보다 크거나 같고, 10㎚보다 작거나 같거나, 또는 5㎚보다 작거나 같은 두께를 가질 수 있다. 계속해서, 상기 중간층은 예를 들어 0.1㎚보다 크거나 같고 5㎚보다 작거나 같은 두께를 갖고, 예를 들어 Al, Ag, Cu, Ca 및 Au로부터 선택된 하나 또는 다수의 금속을 갖는 얇은 금속층을 포함하거나, 또는 상기 얇은 금속층으로 구성될 수 있다. 계속해서, 상기 중간층은 예를 들어 혼합층의 형태로 하나 또는 다수의 언급된 재료를 포함할 수도 있다. 상기 중간층에 의해, 예를 들어 경우에 따라 고반응성의 층들의 반응 및/또는 전하 캐리어 발생 층의 층들 사이에서 도펀트들의 확산이 억제될 수 있다.
여기서 기술되는 유기 발광 컴포넌트의 경우, 바람직하게 CGL을 구비한 통상의 OLED와 비교하여 간소화된 스택 구조가 가능한데, 그 이유는 적어도 하나의 유기 발광 층이 CGL의 층의 추가적인 기능도 전달받기 때문이다. 이와 연계되어 적은 사이클 시간으로 더 신속하고 간소화된 제조가 가능할 수 있는데, 이는 특히 인라인 생산(inline production)에 바람직할 수 있다. 계속해서, 감소한 개수의 손실 채널, 재료 및 경계면에 의해 상기 유기 발광 컴포넌트가 더 높은 안정성을 제공하는 것이 가능할 수 있다. 그 밖에, 도핑 된 층들 내에서 방출된 광의 흡수 손실이 감소함으로써 광 발산의 관점에서, 그리고 더 적은 개수의 층으로 인해 더 작은 전압 강하의 관점에서 더 높은 효율이 가능할 수 있다. 또한, 상업화된 비싼 p- 및 n-도펀트들의 사용을 적어도 부분적으로 방지함으로써, 더 적은 비용이 주어질 수 있다.
추가 장점들, 바람직한 실시 형태들 및 개선예들은 다음에서 도면들과 관련하여 기술되는 실시예들로부터 주어진다.
도 1은 일 실시예에 따른 유기 발광 컴포넌트의 개략도이고,
도 2는 추가 일 실시예에 따른 유기 발광 컴포넌트의 일 컷-아웃의 개략도이며,
도 3은 추가 일 실시예에 따른 유기 발광 컴포넌트의 일 컷-아웃의 개략도이고,
도 4는 추가 일 실시예에 따른 유기 발광 컴포넌트의 일 컷-아웃의 개략도이며, 그리고
도 5는 추가 일 실시예에 따른 유기 발광 컴포넌트의 일 컷-아웃의 개략도이다.
실시예들 및 도면들에서 동일한, 동일한 형태의 또는 동일하게 작용하는 소자들에는 각각 동일한 도면 부호가 제공될 수 있다. 도시된 소자들 및 상기 소자들의 상호 크기 비율은 척도에 맞는 것으로 간주 되지 않으며, 오히려 예컨대 층, 부품, 컴포넌트 및 영역과 같은 개별적인 소자들이 더 나은 도시를 위해, 그리고/또는 더 나은 이해를 위해 과도하게 크게 도시될 수 있다.
도 1은 2개의 전극(2, 7) 사이에 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5)을 구비한 유기 기능성 층 스택(10)을 포함하는 유기 발광 컴포넌트(100)의 일 실시예가 도시되어 있다.
도시된 실시예에서 상기 전극들(2, 7) 및 상기 유기 기능성 층 스택(10)은 기판(1)상에 배치되어 있다. 상기 기판(1)은 그 위에 제공된 층들의 캐리어 소자로써 이용될 수 있고, 예를 들어 유리 필름 또는 유리 플레이트의 형태로 유리, 석영 및/또는 반도체 재료를 포함하거나, 또는 상기 유리, 석영 및/또는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로 기판(1)은 플라스틱 필름 또는 다수의 플라스틱 필름 및/또는 유리 필름으로 이루어진 적층물을 포함하거나, 또는 상기 플라스틱 필름 또는 적층물로 형성될 수 있다.
상기 2개의 전극(2, 7) 중 적어도 하나의 전극은 투명하게 형성되어 있고, 이때 상기 기판(1)과 상기 유기 기능성 층 스택(10) 사이에 배치된 하부 전극(2)이 투명하도록 적어도 상기 유기 발광 컴포넌트(100)가 바톰-이미터(bottom emitter)로서 형성되어 있는 경우, 상기 기판(1)도 투명하게 형성되어 있다. 상기 유기 발광 컴포넌트(100)가 탑-이미터(top-emitter)로서 형성되어 있는 경우, 적어도 상부 전극(7)이 투명하게 형성되어 있다. 상기 유기 발광 컴포넌트(100)가 광을 단 하나의 방향으로만 발산해야 하는 경우, 발산 방향의 반대 방향으로 배치된 전극, 다시 말해 바톰-이미터의 경우 상기 상부 전극(7) 및 탑-이미터의 경우 상기 하부 전극(2)이 바람직하게 반사 작용하도록 형성되어 있다. 2개의 전극(2, 7) 및 상기 기판(1)이 모두 투명한 경우, 상기 유기 발광 컴포넌트는 바람직하게 작동 중에 양측으로 광을 발산할 수 있는 투명한 OLED로서 형성되어 있다.
투명한 전극의 재료로는 예를 들어 투명 전도성 산화물이 사용될 수 있다. 투명 전도성 산화물(TCO: "transparent conductive oxide")은 투명한, 전도성 재료들, 일반적으로는 예를 들어 산화아연, 산화주석, 산화카드뮴, 산화티타늄, 산화인듐, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 알루미늄 아연 산화물(AZO)과 같은 금속 산화물들이다. 예를 들어 ZnO, SnO2 또는 In2O3와 같은 2성분 금속 산화물 화합물들 이외에, 예를 들어 Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 또는 In4Sn3O12와 같은 3성분 금속 산화물 화합물들 또는 서로 다른 투명 전도성 산화물들의 혼합물도 TCO 그룹에 속한다. 계속해서, TCO는 화학량적 조성에 반드시 상응하지 않고, p- 또는 n-도핑 될 수도 있다.
계속해서, 투명한 전극은 예를 들어 Ag, Pt, Au, Mg, Ag:Mg 중 하나 또는 다수의 재료를 갖는 금속 또는 합금을 구비한 금속층을 포함할 수도 있다. 그 밖에, 다른 금속들도 가능하다. 이 경우, 상기 금속층은 상기 유기 발광 컴포넌트(100)의 작동 중에 상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5)에 의해 발생한 광에 대해 적어도 부분적으로 투과성을 갖도록 작은 두께를 갖는데, 예를 들어 50㎚보다 작거나 같은 두께를 갖는다.
반사성 전극의 재료로는 예를 들어 알루미늄, 바륨, 인듐, 은, 금, 마그네슘, 칼슘 및 리튬으로부터 선택될 수 있는 금속 및 상기 금속들의 화합물, 조합물 및 합금이 사용될 수 있다. 특히 반사성 전극은 Ag, Al 또는 이와 같은 Ag, Al을 갖는 합금, 예를 들어 Ag:Mg, Ag:Ca, Mg:Al을 포함할 수 있다.
상기 전극들(2, 7)은 적어도 하나 또는 다수의 TCO-층 및 적어도 하나 또는 다수의 금속층의 조합물을 포함할 수도 있다.
상기 전극들(2, 7)은 각각 대면적으로 형성될 수 있다. 그럼으로써 상기 유기 발광 층들 내에서 발생한 광의 대면적 발산이 구현될 수 있다. 이 경우, "대면적"은 상기 유기 발광 컴포넌트(100)가 몇 제곱 밀리미터보다 크거나 같은 면적, 바람직하게는 1 제곱 센티미터보다 크거나 같은 면적 및 특히 바람직하게는 1 제곱 데시미터보다 크거나 같은 면적을 갖는다는 것을 의미할 수 있다.
상기 유기 발광 컴포넌트(100)는 상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5)이 상기 유기 기능성 층 스택(10)의 내부에서 스택 방향으로 겹쳐서 배치되어 있는 소위 겹쳐서 쌓은 OLED로서 형성되어 있다. 계속해서, 상기 유기 기능성 층 스택(10)은 전하 캐리어 발생 층(11)을 포함하고, 이때 도시된 실시예에서 유기 발광 층(4)은 상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분이다. 특히 상기 전하 캐리어 발생 층(11)은 도시된 실시예에서 제1 전하 캐리어 타입에 의해 도핑 되어 있는 제1 유기층(12) 및 제1 전하 캐리어 타입과 상이한 제2 전하 캐리어 타입에 의해 도핑 되어 있는 제2 유기층(13)을 포함한다. 동시에 상기 유기 발광 층(4)인 상기 제1 유기층(12) 및 상기 제2 유기층(13)은 도시된 실시예에서 서로 직접적으로 인접하고, 역방향으로 작동되는 pn-천이부를 형성하는데, 상기 pn-천이부는 상기 유기 발광 컴포넌트(100)의 작동 중에 전하 캐리어 분리를 야기하고, 그에 따라 상기 유기 발광 층들(4 및 5)을 위해 전하 캐리어를 제공한다.
예를 들어 상기 하부 전극(2)은 애노드로서, 그리고 상기 상부 전극(7)은 캐소드로서 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에 상기 제1 유기층(12) 또는 상기 유기 발광 층(4)은 전자 전도성을 갖도록 형성되어 있고, 상기 제2 유기층(13)은 정공 전도성을 갖도록 형성되어 있다. 그에 상응하게, 상기 제1 유기층(12) 또는 상기 유기 발광 층(4)은 n-도핑 되도록 형성되어 있고, 상기 제2 유기층(13)은 p-도핑 되도록 형성되어 있다.
전극들(2, 7)의 기술된 극성 및 유기 기능성 층 스택(10)의 층들의 상응하는 형성에 대해 대안적으로, 상기 유기 발광 컴포넌트(100)의 극성이 반대일 수도 있으며, 그 결과 상기 하부 전극(2)이 캐소드로서, 그리고 상기 상부 전극(7)이 애노드로서 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에 전하 캐리어 발생 층(11)의 유기층들(12, 13)의 도핑도 반대이다. 다시 말해, 이와 같은 경우에 상기 제1 유기층(12) 또는 상기 유기 발광 층(4)은 p-도핑 되어 있는 반면, 상기 제2 유기층(13)은 n-도핑 되어 있다.
상기 유기 발광 층(4)의 p- 또는 n-전도성의 특성은, 이와 같은 유기 발광 층이 그 내부에 동시에 p- 또는 n-도펀트로서 이용되는 이미터 재료가 함유되어 있는 매트릭스 재료를 포함함으로써 달성될 수 있다. 상기 유기 발광 층(4)이 동시에 상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 p-도핑 된 제1 유기층(12)을 형성하는 경우를 위해, 예를 들어 이미터 및 동시에 p-도펀트를 형성하는 Ir(ppy)3가 재료로서 사용될 수 있다. 이에 대해 대안적으로, 그 내부에 광을 발생하기 위한 이미터 재료 및 추가적으로 적합한 도펀트가 함유되어 있는 매트릭스 재료가 사용되는 것도 가능할 수 있다.
도시된 실시예에 대해 대안적으로, 유기 발광 층(4) 대신에 유기 발광 층(5)이 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분으로서 형성되어 있는 것도 가능할 수 있다. 이와 같은 경우에 상기 유기 발광 층(5)은 예를 들어 상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 제2 유기층(13)을 형성하는 반면, 상기 제1 유기층(12)은 상기 유기 발광 층들(4, 5) 사이에 배치되어 있다. 유기 발광 층들(4, 5) 및 전하 캐리어 발생 층(11)의 이전에 기술된 특징들은 이와 같은 경우에 상응하게 적용된다.
계속해서, 상기 유기 기능성 층 스택(10)이 2개 이상의 유기 발광 층을 포함하는 것도 가능할 수 있으며, 이때 이와 같은 경우에 각각 직접적으로 이웃한 2개의 유기 발광 층 사이에 각각 하나의 전하 캐리어 발생 층이 배치될 수 있다. 적어도 하나의 또는 모든 전하 캐리어 발생 층은 유기 발광 층들 중 하나의 유기 발광 층에 의해 형성되어 있는 적어도 하나의 유기층을 포함할 수 있다.
상기 유기 기능성 층 스택(10)은 기술된 유기 기능성 층들(4, 5, 12, 13)에 대해 추가적으로 다른 유기 기능성 층들을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에는 단지 예시적으로, 상기 전극들(2, 7)의 극성에 따라서 정공 전도성을 갖거나 전자 전도성을 갖는 전하 캐리어 주입 층들 또는 전하 캐리어 운반 층들(3, 6)이 도시되어 있다.
계속해서, 상기 유기 발광 컴포넌트(100) 및 특히 상기 유기 기능성 층 스택(10)의 층들 그리고 상기 전극들(2, 7)을 예를 들어 습기 및/또는 산소 및/또는 예컨대 황화수소와 같은 다른 부식성 물질들 등 주변의 유해한 재료들로부터 보호하기 위해, 상기 전극들(2, 7) 및 상기 유기 기능성 층 스택(10) 위에 바람직하게 박막 인캡슐레이션 형태의 인캡슐레이션 장치가 제공될 수 있다(도시되어 있지 않음). 이를 위해 상기 인캡슐레이션 장치는, 예를 들어 원자층 증착법에 의해 제공되어 있고, 예컨대 산화알루미늄, 산화아연, 산화지르코늄, 산화티타늄, 산화하프늄, 산화란타늄 및 산화탄탈륨 중 하나 또는 다수의 재료를 포함하는 하나 또는 다수의 박막 층을 포함할 수 있다. 계속해서 상기 인캡슐레이션 장치는, 예를 들어 박막 인캡슐레이션 상에 플라스틱 층 및/또는 적층된 유리 층의 형태로 기계적 보호 장치를 포함할 수 있음으로써, 그 결과 예를 들어 스크래치 보호가 달성될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 접착된 유리 덮개의 형태로 다른 인캡슐레이션 장치들도 가능하다.
도 2 내지 도 5와 관련하여, 유기 발광 컴포넌트의 컷-아웃들 내에 유기 발광 층들(4, 5) 및 전하 캐리어 발생 층(11)의 형성과 관련해서 추가 실시예들이 도시되어 있고, 상기 추가 실시예들은 도 1의 실시예의 변형예들을 나타낸다. 따라서, 후속하는 상세 설명은 주로 도 1의 실시예 또는 각각 이전에 기술된 실시예들과의 차이점들에 관한 것이다.
도 2에 도시되어 있는 것처럼, 전하 캐리어 발생 층(11)은 제1 유기층(12)과 제2 유기층(13) 사이에 추가적으로 상기 유기층들(12, 13)의 재료들을 분리하는 중간층(14)을 포함할 수 있다. 이는 특히, 상기 층들(12 및 13)의 재료들 사이에서의 반응 또는 이와 같은 층들 사이에서 예컨대 도펀트들의 확산이 방지되어야 하는 경우에 바람직할 수 있다. 상기 중간층(14)은 위의 일반 설명부에서 기술된 것과 같은 재료들을 포함할 수 있다.
도 3에는 전하 캐리어 발생 층(11)과 상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분이 아닌 유기 발광 층(5) 사이에 추가적으로 전하 캐리어 차단 층(8)이 배치되어 있는 추가 일 실시예가 도시되어 있다. 제2 유기층(13)이 p-전도성을 갖는 경우를 위해, 상기 전하 캐리어 차단 층(8)으로는 전자 차단 층이 고려될 수 있다. 제2 유기층(13)이 n-전도성을 갖는 경우를 위해, 상기 전하 캐리어 차단 층(8)으로는 상응하게 정공 차단 층이 고려될 수 있다. 도시된 실시예에 대해 대안적으로, 전하 캐리어 발생 층(11)의 유기층들(12, 13)은 그 사이에 배치된 중간층(14) 없이 서로 직접적으로 인접할 수도 있다.
도 1의 실시예의 상세 설명에 상응하게, 도 2 및 도 3의 실시예들도 유기 발광 컴포넌트(100)의 2가지 가능한 극성에 적용된다. 계속해서, 유기 발광 층(4) 대신에 유기 발광 층(5)이 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분인 것도 가능하다. 이와 같은 경우에 중간층(14) 및 전하 캐리어 차단 층(8)과 관련하여 기술된 특징들이 그에 상응하게 적용된다.
도 4에는 2개의 유기 발광 층(4, 5) 모두가 전하 캐리어 발생 층(11)의 층들로서, 다시 말해 그 사이에 배치된 중간층 없이 서로 직접적으로 인접하는 제1 유기층(12) 및 제2 유기층(13)으로서 형성되어 있는 추가 일 실시예가 도시되어 있다. 동시에 전하 캐리어 발생 층(11)의 제1 유기층(12)으로서 형성되어 있는 유기 발광 층(4)과 관련하여 이전에 기술된 특징들은 동일하게 상기 유기 발광 층들(4 및 5)에 적용되고, 이때 유기 발광 컴포넌트의 극성에 따라 상기 유기 발광 층들(4 및 5) 중 하나의 유기 발광 층은 p-도핑 되어 있고, 다른 유기 발광 층은 n-도핑 되어 있다. 이전에 기술된 것처럼, 각각 도펀트가 동시에 해당 층의 이미터 재료를 형성할 수 있거나, 또는 도펀트에 추가적으로 적합한 이미터 재료가 함유될 수 있다.
도 5에는 도 2의 실시예와 관련하여 기술된 것처럼, 도 4의 실시예와 비교하여, 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분으로서 형성된 유기 발광 층들(4, 5) 사이에 추가적으로 중간층(14)을 포함하는 추가 일 실시예가 도시되어 있다.
도면들과 관련하여 기술된 실시예들 및 상기 실시예들의 특징들은, 그 조합이 도면들에 명시적으로 도시되어 있지 않더라도 추가 실시예들에 따라 서로 조합될 수도 있다. 계속해서, 도면들과 관련하여 기술된 실시예들은 일반 설명부의 상세 설명에 따라 추가적인 또는 대안적인 특징들을 포함할 수 있다.
본 발명은 실시예들을 참조한 상세 설명에 의해 제한되어 있지 않다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 이는 특히 이와 같은 특징 또는 이와 같은 조합 자체가 특허 청구범위 또는 실시예들에 명시적으로 제시되어 있지 않더라도 각각의 특징들의 조합을 특허 청구범위 내에 포함한다는 것을 의미한다.

Claims (12)

  1. 2개의 전극(2, 7) 사이에 유기 기능성 층 스택(10)을 구비하는 유기 발광 컴포넌트로서,
    상기 유기 기능성 층 스택(10)은 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 및 적어도 하나의 전하 캐리어 발생 층(11)을 포함하고,
    상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 중 적어도 하나의 유기 발광 층은 상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분인,
    유기 발광 컴포넌트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전하 캐리어 발생 층(11)은 제1 전하 캐리어 타입에 의해 도핑 되어 있는 제1 유기층(12) 및 제2 전하 캐리어 타입에 의해 도핑 되어 있는 제2 유기층(13)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 유기층(12, 13) 중 적어도 하나의 유기층은 동시에 상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 중 하나의 유기 발광 층인,
    유기 발광 컴포넌트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유기층(12, 13)은 서로 직접적으로 인접하는,
    유기 발광 컴포넌트.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 유기층과 제2 유기층 사이에 중간층(14)이 배치되어 있는,
    유기 발광 컴포넌트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분인, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 중 적어도 하나의 유기 발광 층은, 동시에 도펀트 및 이미터 재료로서 작용하는 재료를 포함하는,
    유기 발광 컴포넌트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분인, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 중 적어도 하나의 유기 발광 층은 동시에 이미터 재료인 p-도펀트를 포함하는,
    유기 발광 컴포넌트.
  7. 제6항에 있어서,
    동시에 이미터 재료인 상기 p-도펀트는 Ir(ppy)3을 포함하거나, 또는 상기 Ir(ppy)3에 의해 형성되는,
    유기 발광 컴포넌트.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분인, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 중 적어도 하나의 유기 발광 층은 동시에 이미터 재료인 n-도펀트를 포함하는,
    유기 발광 컴포넌트.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분인, 상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 중 적어도 하나의 유기 발광 층은 도펀트 및 추가적으로 이미터 재료를 포함하는,
    유기 발광 컴포넌트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 중 정확히 하나의 유기 발광 층은 상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분인,
    유기 발광 컴포넌트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5)의 다른 유기 발광 층과 상기 전하 캐리어 발생 층(11) 사이에 전하 캐리어 차단 층(8)이 배치되어 있는,
    유기 발광 컴포넌트.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 유기 발광 층(4, 5) 모두가 상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 부분이고, 서로 다른 전하 캐리어 타입에 의해 도핑 되어 있는 상기 전하 캐리어 발생 층(11)의 제1 및 제2 유기층(12, 13)을 형성하는,
    유기 발광 컴포넌트.
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