KR20190049669A - 저휘도에서의 ｏｌｅｄ 디바이스 효율 감소 - Google Patents

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히토시 야마모토
마이클 에스 위버
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Abstract

본 발명은 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 발광층으로서, 제 1 트리플렛(triplet) 에너지 레벨(T1)을 갖는 발광물질을 포함하는 발광층; 및 상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 엑시톤 소광층으로서, 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 비-발광 소광물질을 포함하는 엑시톤 소광층을 포함하는 발광 디바이스로서, 상기 엑시톤 소광층은 상기 발광층에 인접하여 배치되고; 상기 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하고; 상기 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)은 상기 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)보다 높은, 발광 디바이스를 제공한다. 발광 디바이스를 제조하는 방법들 또한 제공된다.

Description

저휘도에서의 ＯＬＥＤ 디바이스 효율 감소{REDUCING OLED DEVICE EFFICIENCY AT LOW LUMINANCE}
본 출원은 본원에 전체가 개시된 것으로서 참조문헌으로 포함하는 2011년 11월 1일에 출원된 미국 가특허출원번호 61/554,123의 우선권 혜택을 주장한다.
청구된 본 발명은 산학협력 연구계약에 대해 다음 당사자들 중 하나 이상에 의해, 혹은 이들 대신에, 및/또는 이들과 관련하여 행해졌다: 미시간 대학, 프린스톤 대학, 서던캘리포니아대학, 및 유니버설 디스플레이사. 계약은 청구된 발명이 행해진 일자에 및 그 전에 발효되었고 청구된 본 발명은 계약 범위 내에서 취해진 활동들의 결과로서 행해졌다.
본 발명은 OLED 디바이스들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디스플레이 패널들에서 고도로 정확한 그레이 스케일(gray scale)들을 갖는 OLED 디바이스들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 디바이스들을 만드는 방법들에 관한 것이다.
유기물질들을 이용하는 광-전자 디바이스들이 많은 이유들로 점점 더 바람직해지고 있다. 이러한 디바이스들을 만들기 위해 사용되는 물질들 대다수는 비교적 저렴하고, 따라서 유기 광-전자 디바이스들은 무기 디바이스들에 비해 비용 잇점들의 가능성이 있다. 또한, 유기물질들의 내재하는 특성들, 이를테면 이들의 유연성은 이들을 유연한 기판 상에 제조와 같은 특별한 응용들에 매우 적합하게 할 수 있다. 유기 광-전자 디바이스들의 예들은 유기 발광 디바이스(OLED)들, 유기 광트랜지스터들, 유기 광전지(photovoltaic cell)들, 및 유기 광검출기들을 포함한다. OLED들에 있어서, 유기물질들은 통상의 물질들에 비해 성능 잇점들이 있을 수 있다. 예를 들면, 유기 방출성 층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적합한 도펀트들로 쉽게 조정(tuned)될 수 있다.
OLED들은 디바이스에 전압이 인가되었을 때 광을 방출하는 유기 박막들을 이용한다. OLED들은 평판 디스플레이들, 조명, 및 백라이트와 같은 응용들에서 사용하기 위한 점점 더 관심을 끄는 기술이 되고 있다. 몇몇 OLED 물질들 및 구성들이 전체를 참조문헌으로 본원에 포함하는 미국특허 5,844,363, 6,303,238, 및 5,707,745에 기술되어 있다.
인광 방출성 분자들에 대한 한 응용은 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 업계표준들은 "포화" 색들이라고 하는 특정한 색들을 방출하게 한 화소들을 요구한다. 특히, 이들 표준들은 포화 적색, 녹색, 및 청색 화소들을 요구한다. 색은 이 기술에서 공지된 CIE 좌표들을 사용하여 측정될 수 있다.
녹색 방출성 분자들의 일예는 Ir(ppy)3로 표기되는 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐이다.
Figure pat00001
이 도, 및 본원에서 이하의 도에서, 질소와 금속 간에 배위결합(여기에서는, Ir)을 직선으로서 나타낸다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "유기"라는 용어는 유기 광-전자 디바이스들을 제조하기 위해 사용될 수 있는 소분자 유기물질들뿐만 아니라 고분자 물질들을 포함한다. "소분자"는 고분자가 아닌 임의의 유기물질을 지칭하는데, "소분자들"은 실제로는 매우 클 수도 있다. 소분자들은 어떤 상황들에선 반복단위(repeat unit)들을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 치환기로서 긴사슬 알킬 그룹을 사용하는 것은 "소분자" 부류에서 분자를 제거하지 않는다. 소분자들은 고분자들에, 예를 들면 고분자 백본 상에 펜던트 그룹으로서 혹은 백본의 부분으로서 포함될 수도 있다. 또한, 소분자들은 코어 부위 상에 형성된 일련의 화학적 쉘들로 구성되는 덴드리머의 코어 부위로서 작용할 수도 있다. 덴드리머의 코어 부위는 형광성 또는 인광성 소분자 에미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있고, OLED들 분야에서 현재 사용되는 모든 덴드리머들은 소분자들인 것으로 생각된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "상부"는 기판에서 가장 먼 것을 의미하고 "하부"는 기판에 가장 가까운 것을 의미한다. 제 1 층이 제 2 층 "상에 배치되는" 것으로서 기술되는 경우, 제 1 층은 기판으로부터 더 멀리 배치된다. 제 1 층이 제 2 층과 "접촉"한다고 명시되지 않는 한, 제1 층과 제 2 층 사이엔 다른 층들이 있을 수 있다. 예를 들면, 캐소드는 애노드와의 사이에 다양한 유기층들이 있을지라오, 애노드 "상에 배치된" 것으로서 기술될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "용액 가공가능"은 용액 형태로나 현탁액 형태로, 액체 매질 내 용해되거나, 분산되거나, 또는 수송되거나 및/또는 이로부터 피착될 수 있는 것을 의미한다.
리간드는 리간드가 방출성 물질의 광활성 특성들에 직접 기여하는 것으로 생각될 때 "광활성"이라고 할 수 있다. 리간드는 보조 리간드가 광활성 리간드의 특성들을 변경시킬 있을지라도, 리간드가 방출성 물질의 광활성 특성들에 기여하지 않는 것으로 생각될 땐 "보조적"이라고 할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 그리고 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같이, 제 1 "최고준위 점유 분자궤도"(HOMO) 또는 "최저준위 비점유 분자궤도"(LUMO) 에너지 레벨은 제 1 에너지 레벨이 진공 에너지 레벨에 가깝다면 제 2 HOMO 또는 LUMO 에너지 레벨보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위들(IP)은 진공 레벨을 기준으로 해서 음의 에너지로서 측정되기 때문에, 더 높은 HOMO 에너지 레벨은 작은 절대값(덜 음인 IP)을 갖는 IP에 대응한다. 유사하게, 더 높은 LUMO 에너지 레벨은 작은 절대값(덜 음인 EA)을 갖는 전자 친화도(EA)에 대응한다. 맨 위가 진공 레벨인 통상의 에너지 레벨도 상에서, 물질의 LUMO 에너지 레벨은 같은 물질의 HOMO 에너지 레벨보다 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 레벨은 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 레벨보다는 이러한 에너지 레벨도의 맨 위에 더 가깝게 나타난다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 그리고 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같이, 제 1 일함수는 제 1 일함수가 더 큰 절대값을 갖는다면 제 2 일함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일함수들은 진공 레벨을 기준으로 해서 일반적으로 음수들로서 측정되기 때문에, 이것은 "더 큰" 일함수가 더 음임을 의미한다. 맨 위가 진공 레벨인 통상의 에너지 레벨도 상에서, "더 큰" 일함수는 진공 레벨에서 아래 방향으로 더 멀리있는 것으로서 도시된다. 이에 따라, HOMO 및 LUMO 에너지 레벨들의 정의들은 일함수와는 다른 관례에 따른다.
OLED에 관한 보다 상세한 사항들과 상술한 정의들은 미국 특허 제 7,279,704호에서 찾아볼 수 있으며, 이는 그 전문을 참고함으로써 본 명세서에 통합된다.
발명의 요약
OLED 디바이스들의 디스플레이 패널들에서 고도로 정확한 그레이 스케일들을 갖는 이들 OLED 디바이스들이 제공된다. 적어도 일측면에서, 본 발명은, 제 1 전극; 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 발광층으로서, 제 1 트리플렛(triplet) 에너지 레벨(T1)을 갖는 발광물질을 포함하는 발광층; 및 상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 엑시톤 소광층으로서, 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 비-발광 소광물질을 포함하는 엑시톤 소광층을 포함하는 발광 디바이스로서, 상기 엑시톤 소광층은 상기 발광층에 인접하여 배치되고; 상기 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하고; 상기 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)은 상기 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)보다 높은, 발광 디바이스를 제공한다. 일부 구현예들에서, 제 1 전극은 애노드이며 제 2 전극은 캐소드이다. 다른 구현예들에서, 제 1 전극은 캐소드이며 제 2 전극은 애노드이다.
엑시톤 소광층은 적어도 비-발광 소광물질을 포함한다. 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 필수적으로 비-발광 소광물질으로 구성된다. 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 비-발광 소광물질이 도핑된 호스트를 포함한다. 엑시톤 소광층은, 일부 구현예들에서, 발광물질을 포함할 수도 있다. 그러나, 다른 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 발광물질을 포함하지 않는다.
발광층은 적어도 발광물질을 포함한다. 일부 구현예들에서, 발광층은 발광물질이 도핑된 호스트를 포함한다. 호스트는 엑시톤 소광층에 채용될 수 있는 호스트와 동일하거나 다를 수 있다. 발광층 및 엑시톤 소광층 둘 다가 호스트를 포함하는 일부 구현예들에서, 호스트들은 동일하다. 일부 다른 구현예들에서, 호스트들은 서로 다르다.
디바이스는 다른 층들을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 일부 구현예들에서, 발광 디바이스는 엑시톤 소광층과 캐소드 사이에 배치된 전자 수송층을 포함한다. 캐소드로부터 발광층의 대향하는 측 상에 엑시톤 소광층이 놓이는 구현예들에서, 전자 수송층은 캐소드와 발광층 사이에 배치된다. 캐소드와는 발광층의 동일한 측 상에 엑시톤 소광층이 놓이는 구현예들에서, 전자 수송층은 엑시톤 소광층에 인접하여 배치된다. 캐소드와는 발광층의 동일한 측 상에 엑시톤 소광층이 놓이는 또 다른 구현예들에서, 발광 디바이스는 전자 수송층과 엑시톤 소광층 사이에 배치되는 정공 차단층을 포함한다. 일부 이러한 구현예들에서, 정공 차단층은 엑시톤 소광층에 바로 인접하여 배치된다. 일부 구현예들에서, 정공 차단층은 비-발광 소광물질을 포함한다(또는 이것이 도핑된다). 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 비-발광 소광물질이 도핑된 정공 차단층이다.
본 발명의 어떤 구현예들에서, 발광층 내 발광물질은 비-발광 소광물질보다 높은 트리플렛 에너지(T1)를 갖는다. 디바이스는 이들 두 물질들 간에 트리플렛 에너지들에 임의의 적합한 차이를 채용할 수 있다. 일부 구현예들에서, 차이는 0.1 내지 1.5 eV, 또는 0.1 내지 1.0 eV, 또는 0.1 내지 0.6 eV이다.
또한, 엑시톤 소광층은 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 엑시톤 소광층은 0.5 내지 50Å, 또는 1 내지 20Å, 또는 2 내지 12Å 범위의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 구현예들에서, 디바이스의 광도 효율은 높은 휘도에서 더 높다. 예를 들면, 일부 구현예들에서, 3000 nit에서 광도 효율 대 1 nit에서 광도 효율의 비는 적어도 1.0, 예를 들면, 1.0 내지 10.0, 또는 1.5 내지 5.5, 또는 2.0 내지 5.0, 또는 2.5 내지 4.0이다. 일부 이러한 구현예들에서, 디바이스 내 발광물질은 녹색 광을 방출한다. 일부 다른 구현예들에서, 800 nit에서 광도 효율 대 1 nit에서 광도 효율의 비는 적어도 1.0, 예를 들면, 1.0 내지 10.0, 또는 1.5 내지 5.5, 또는 2.0 내지 5.0, 또는 2.5 내지 4.0이다. 일부 이러한 구현예들에서, 발광물질은 적색 또는 청색 광을 방출한다.
디바이스가 녹색 광을 방출하는 일부 구현예들에서, 1 nit에서 디바이스의 광도 효율은 1 내지 50 cd/A, 또는 3 내지 40 cd/A, 또는 5 내지 25 cd/A, 또는 5 내지 15 cd/A의 범위이다. 디바이스가 적색 또는 청색 광을 방출하는 일부 구현예들에서, 1 nit에서 디바이스의 광도 효율은 0.2 내지 13 cd/A, 또는 0.8 내지 11 cd/A, 또는 1.3 내지 7 cd/A, 또는 1.3 내지 4 cd/A의 범위이다.
본 발명은 임의의 적합한 비-발광 소광물질을 채용할 수 있다. 일부 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 전자 수송체이다. 일부 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 금속 착물, 예를 들면, 알루미늄, 베릴륨, 또는 아연과의 금속 착물이다. 일부 다른 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 폴리사이클릭 방향족 화합물이다. 일부 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 다음으로 구성된 그룹에서 선택된다:
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비-발광 소광물질은 임의의 적합한 양의 엑시톤 소광층을 형성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 1 내지 30 중량%, 또는 3 내지 20 중량%, 또는 5 내지 10 중량%의 엑시톤 소광층을 형성한다. 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 정공 차단층이다. 이러한 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 1 내지 30 중량%, 또는 3 내지 20 중량%, 또는 5 내지 10 중량%의 정공 차단층을 형성한다.
제 2 측면에서, 본 발명은 제 1 전극; 제 2 전극; 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되고 발광물질을 포함하는 발광층; 및 발광층과 제 2 전극 사이에 배치되고 물 분자들을 포함하는 엑시톤 소광층을 포함하고, 엑시톤 소광층은 발광층에 인접하여 배치되고, 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하는, 발광 디바이스를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제 1 전극을 피착하는 단계; 제 2 전극을 피착하는 단계; 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되고, 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 발광물질을 포함하는 발광층을 피착하는 단계; 및 발광층과 제 2 전극 사이에 배치되고 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 비-발광 소광물질을 포함하는 엑시톤 소광층을 피착하는 단계를 포함하고, 엑시톤 소광층은 발광층에 인접하여 배치되고; 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하며; 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)은 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)보다 높은, 발광 디바이스 제조 방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제 1 전극을 피착하는 단계; 제 2 전극을 피착하는 단계; 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되고 발광물질을 포함하는 발광층을 피착하는 단계; 및 발광층과 제 2 전극 사이에 배치되고 물 분자들을 포함하는 엑시톤 소광층을 피착하는 단계를 포함하고, 엑시톤 소광층은 발광층에 인접하여 배치되고, 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하는, 발광 디바이스 제조 방법을 제공한다.
도 1은 유기 발광 디바이스를 도시한 것이다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 반전 유기 발광 디바이스를 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1 및 실시예 2에 기술된 바와 같이, 발광층과 정공 차단층 사이에 엑시톤 소광층을 가진 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 4는 실시예 1 및 실시예 2와 비교실시예 1에 대한 효율-휘도 플롯을 도시한 것이다.
도 5는 실시예 1 및 실시예 2와 비교실시예 1에 대한 전류 밀도-전압 플롯을 도시한 것이다.
도 6은 엑시톤 소광층이 비-발광 소광물질이 도핑된 정공 차단층인 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 7은 실시예 3 내지 실시예 5 및 비교실시예 1에 대한 효율-휘도 플롯을 도시한 것이다.
도 8은 실시예 3 내지 실시예 5 및 비교실시예 1에 대한 전류 밀도-전압 플롯을 도시한 것이다.
도 9는 엑시톤 소광층이 비-발광 소광물질이 도핑된 전자 수송층이며 발광층에 인접하여 배치된 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 10은 엑시톤 소광층이 비-발광 소광물질이 도핑된 전자 수송층이며 발광층에 인접하여 배치된 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 11은 발광층과 정공 수송층 사이에 배치된 엑시톤 소광층을 갖는 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 12는 발광층과 애노드 사이에 배치된 엑시톤 소광층을 갖는 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 13은 필수적으로 소광물질으로 구성된 엑시톤 소광층을 갖는 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 14는 비-발광 소광물질이 도핑된 호스트로 구성된 엑시톤 소광층을 갖는 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 15는 발광층 및 엑시톤 소광층에서 사용되는 동일한 호스트를 갖는 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 16은 엑시톤 소광층에 발광물질을 갖는 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 17은 발광물질을 포함하지 않는 엑시톤 소광층을 갖는 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
도 18은 발광층 및 엑시톤 소광층에서 사용되는 서로 다른 호스트 물질들을 갖는 개략적 디바이스 구조를 도시한 것이다.
상세한 설명
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되고 이들에 전기적으로 연결된 적어도 한 유기층을 포함한다. 전류가 인가되었을 때, 유기층(들)에 애노드는 정공들을 주입하고 캐소드는 전자들을 주입한다. 주입된 정공들 및 전자들 각각은 서로 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자 및 정공이 동일한 분자 상에 모였을 때, 여기된 에너지 상태를 가진 모여진 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 형성된다. 엑시톤이 광방출 메커니즘을 통해 완화될 때 광이 방출된다. 어떤 경우들에 있어서, 엑시톤은 엑시머(excimer) 또는 엑시플렉스(exciplex) 상에 모여질 수도 있다. 열이완과 같은 비-방사적 메커니즘들이 발생할 수도 있지만 그러나 일반적으로는 바람직하지 못한 것으로 생각된다.
초기 OLED들은 예를 들면 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 미국특허 4,769,292에 개시된 바와 같이 방출성 분자들의 싱글렛(singlet) 상태들("형광")로부터 광을 방출하였던 이들 방출성 분자들을 사용하였다. 형광성 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 프레임 내에서 발생한다.
보다 최근에, 트리플렛 상태들("인광")로부터 광을 방출하는 방출성 물질들을 갖는 OLED들이 제시되었다. 전체를 참조문헌으로 본원에 포함하는, Baldo 등의 "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998;("Baldo-I") 및 Baldo 등의 "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999)("Baldo-II"). 인광은 참조문헌으로서 포함하는 미국특허 7,279,704의 컬럼들 5 ~ 6에 더 상세히 기술되어 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스(100)를 도시한 것이다. 도면들은 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아니다. 디바이스(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 방출성 층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160), 및 장벽층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제 1 도전층(162) 및 제 2 도전층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 디바이스(100)는 기술된 층들을 순서대로 피착함으로써 제조될 수 있다. 예시한 물질들뿐만 아니라, 이들 여러 층들의 특성들 및 기능들은 참조문헌으로서 포함하는 미국특허 7,279,704의 컬럼들 6 ~ 10에 더 상세히 기술되어 있다.
이들 층들의 각각에 대한 더 많은 예들이 입수될 수 있다. 예를 들면, 유연하고 투명한 기판-애노드 조합은 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 미국특허 5,844,363에 개시되어 있다. p-도핑된 정공 수송층의 예는 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 미국특허출원공개번호 2003/0230980에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰 비로 F4-TCNQ이 도핑된 m-MTDATA이다. 방출성 물질 및 호스트 물질의 예들은 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 Thompson 등의 미국특허 6,303,238에 개시되어 있다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 미국특허출원공개번호 2003/0230980에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰 비로 Li가 도핑된 BPhen이다. 전체를 참조문헌으로 본원에 포함하는 미국특허5,703,436 및 5,707,745는 위에 놓여진 투명하고, 전기적-도전성이며, 스퍼터링으로 피착된 ITO 층을 가진 Mg:Ag와 같은 금속 박층을 갖는 화합물 캐소드들을 포함하는 캐소드들의 예들을 개시한다. 차단층들의 이론 및 용도는 전체를 참조문헌으로 본원에 포함하는 미국특허 6,097,147 및 미국특허출원공개번호 2003/0230980에 더 상세히 기술되어 있다. 주입 층들의 예들은 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 미국특허출원공개번호 2004/0174116에 제공되어 있다. 보호층들의 설명은 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 미국특허출원공개번호 2004/0174116에서 찾아볼 수 있다.
도 2는 반전 OLED(200)를 도시한 것이다. 디바이스는 기판(210), 캐소드(215), 방출성 층(220), 정공 수송층(225), 및 애노드(230)를 포함한다. 디바이스(200)는 기술된 층들을 순서대로 피착함으로써 제조될 수 있다. 가장 일반적인 OLED 구성은 애노드 상에 배치된 캐소드를 가지며 디바이스(200)는 애노드(230) 밑에 배치된 캐소드(215)를 갖기 때문에, 디바이스(200)는 "반전" OLED이라 칭할 수 있다. 디바이스(100)에 관련하여 기술된 것들과 유사한 물질들은 디바이스(200)의 대응하는 층들에서 사용될 수 있다. 도 2는 몇몇 층들이 디바이스(100)의 구조에서 어떻게 생략될 수 있는가의 예를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 층 구조는 비제한적 예로서 제공되며, 본 발명의 구현예들은 광범하게 다양한 다른 구조들에 관련하여 사용될 수 있음이 이해된다. 기술된 특정한 물질들 및 구조들은 사실상 예시적인 것이며 다른 물질들 및 구조들이 사용될 수도 있다. 기능적 OLED들은 기술된 여러 층들을 서로 다른 방법들로 조합함으로써 달성될 수도 있고, 혹은 층들은 설계, 성능, 및 비용 요인들에 기초하여 완전히 생략될 수도 있다. 특정하게 기술되지 않은 이외 다른 층들이 포함될 수도 있다. 특정하게 기술된 것들 외에 물질들이 사용될 수도 있다. 본원에 제공된 많은 예들이 단일 물질을 포함하는 것으로서 층들을 기술할지라도, 호스트 및 도펀트의 혼합과 같은 물질들의 조합들, 혹은 더 일반적으로는 혼합물이 사용될 수 있음이 이해된다. 또한, 층들은 여러 서브(sub)-층들을 가질 수 있다. 본원에서 여러 층들에 부여된 명칭들은 엄격하게 한정하려는 것이 아니다. 예를 들면, 디바이스(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공들을 수송하며 정공들을 방출성 층(220)에 주입하고, 정공 수송층 혹은 정공 주입층으로서 기술될 수도 있다. 일구현예에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로서 기술될 수 있다. 이 유기층은 단일 층을 포함할 수도 있고, 혹은 예를 들면, 도 1 및 도 2에 관련하여 기술된 바와 같은 서로 다른 유기물질들의 복수의 층들을 더 포함할 수도 있다.
전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 Friend등의 미국특허 5,247,190에 기술된 바와 같이 고분자 물질(PLED)들로 구성된 OLED들과 같은, 특정하게 기술되지 않은 구조들 및 물질들이 사용될 수도 있다. 또 다른 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED들이 사용될 수도 있다. 예를 들면 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 Forrest 등의 미국특허 5,707,745에 기술된 바와 같이, OLED들은 적층될 수도 있다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 층 구조에서 벗어날 수도 있다. 예를 들면, 기판은 전체를 참조문헌으로 포함하는, Forrest 등의 미국특허 6,091,195에 기술된 바와 같은 메사 구조, 및/또는 Bulovic의 미국특허 5,834,893에 기술된 바와 같은 피트(pit) 구조와 같은, 아웃-커플링(out-coupling)을 개선하기 위해 각이 진 반사표면을 포함할 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 여러 구현예들의 층들의 어느 것이든 임의의 적합한 방법에 의해 피착될 수 있다. 유기층들에 대해서, 바람직한 방법들은 전체를 참조문헌으로 본원에 포함하는 미국특허 6,013,982 및 6,087,196에 기술된 바와 같은 열 증발, 잉크-젯, 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 Forrest 등의 미국특허 6,337,102에 기술된 바와 같은 유기 기상 피착(OVPD), 및 전체를 참조문헌으로서 본원에 포함하는 미국특허 7,431,968에 기술된 바와 같은 유기 증기 분사 프린팅(OVJP)에 의한 피착을 포함한다. 이외 다른 적합한 피착 방법들은 스핀 코팅 및 이외 다른 용액 기반 프로세스들을 포함한다. 용액 기반 프로세스들은 바람직하게는 질소 또는 불활성 분위기에서 수행된다. 다른 층들에 대해서, 바람직한 방법들은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패터닝 방법들은 마스크를 통한 피착, 전체를 참조문헌으로 본원에 포함하는 미국특허 6,294,398 및 6,468,819에 기술된 바와 같은 냉간용접, 및 잉크-젯 및 OVJD와 같은 몇몇 피착 방법들에 연관된 패터닝을 포함한다. 이외 다른 방법들이 사용될 수도 있다. 피착될 물질들은 이들을 특정한 피착 방법에 호환이 되게 수정될 수도 있다. 용액 가공을 적용할 수 있는 소분자들의 능력을 향상시키기 위해 이들 분자들에 예를 들면, 가지가 있거나(branched) 가지가 없는(unbranced), 바람직하게는 적어도 3개의 탄소들을 함유한, 알킬기 및 아릴기와 같은 치환기들이 사용될 수도 있다. 20 탄소들 이상을 갖는 치환기들이 사용될 수 있고, 3 ~ 20 탄소들이 바람직한 범위이다. 비대칭 구조들을 갖는 물질들은 재결정화하는 경향이 낮을 수 있기 때문에, 대칭 구조들을 갖는 것들보다 더 나은 용액 가공성을 가질 수 있다. 용액 가공을 적용할 수 있는 소분자들의 능력을 향상시키기 위해 덴드리머 치환기들이 사용될 수도 있다.
본 발명의 구현예들에 따라 제조된 디바이스들은 선택적으로 장벽층을 더 포함할 수 있다. 장벽층의 한 목적은 수분, 증기 및/또는 기체들, 등을 포함하는 환경에서 유해한 종들(species)에의 손상받는 노출로부터 전극들 및 유기층들을 보호하는 것이다. 장벽층은 기판, 전극 위에, 혹은 밑에, 혹은 옆에, 또는 가장자리를 포함하는 디바이스의 임의의 다른 부분들 상에 피착될 수 있다. 장벽층은 단일 층, 혹은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 장벽층은 여러 공지된 화학기상 피착 기술들에 의해 형성될 수 있고, 다상(multiple phases)을 갖는 조성물들뿐만 아니라 단일 상을 갖는 조성물들을 포함할 수 있다. 장벽층용으로 임의의 적합한 물질 혹은 물질들의 조합이 사용될 수 있다. 장벽층은 무기 또는 유기 화합물 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 바람직한 장벽층은 전체를 참조문헌으로 본원에 포함하는 미국특허 7,968,146, PCT 특허출원번호 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기술된 바와 같이 고분자 물질 및 비-고분자 물질의 혼합물을 포함한다. "혼합물"로 간주되기 위해서는 장벽층을 포함하는 전술한 고분자 및 비-고분자 물질들은 동일 반응 조건들 하에서 및/또는 동시에 피착되어야 한다. 고분자 대 비-고분자 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95의 범위에 있을 수 있다. 고분자 물질 및 비-고분자 물질은 동일 프리커서 물질로부터 생성될 수 있다. 일예에서, 고분자 물질 및 비-고분자 물질의 혼합물은 필수적으로 고분자 실리콘 및 무기 실리콘으로 구성된다.
본 발명의 구현예들에 따라 제조된 디바이스들은 평탄 디스플레이들, 컴퓨터 모니터들, 의료 모니터들, 텔레비전들, 광고판(billboard)들, 실내 또는 실외 조명 및/또는 시그널링을 위한 라이트들, 헤드업 디스플레이들, 완전 투명 디스플레이들, 유연한 디스플레이들, 레이저 프린터들, 전화들, 셀 전화들, 개인 디지털 보조장치(PDA)들, 랩탑 컴퓨터들, 디지털 카메라들, 캠코더들, 뷰파인터들, 마이크로-디스플레이들, 차량들, 대면적 벽, 극장 또는 스타디움 스크린, 또는 표지판을 포함한, 매우 다양한 소비자 제품들에 탑재될 수 있다. 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스를 포함한, 본 발명에 따라 제조된 디바이스들을 제어하기 위해 각종 제어 메커니즘들이 사용될 수 있다. 많은 디바이스들은 사람들에게 쾌적한 온도, 이를테면 18℃ 내지 30℃, 더 바람직하게는 실온(20 ~ 25℃)에서 사용되도록 하고 있다.
본원에 기술된 물질들 및 구조들은 OLED들 이외의 디바이스들에도 적용될 수 있다. 예를 들면, 유기 태양전지들 및 유기 광검출기들과 같은 다른 광전자 디바이스들은 물질들 및 구조들을 채용할 수 있다. 더 일반적으로, 유기 트랜지스터들과 같은 유기 디바이스들은 물질들 및 구조들을 채용할 수 있다.
폴리-Si TFT들에 의해 구동되는 능동-매트릭스 OLED(AMOLED) 디스플레이들의 단점들 중 하나는 지수함수를 갖는 서브-임계 전류, 및 구동 트랜지스터들의 임계 전압의 비균일성에 기인하여 낮은 그레이 스케일들을 고 정확도로 제어하기가 어렵다는 것이다. 특히, 고 해상도 디스플레이 디바이스들은 각 서브(sub)-화소에 대해 낮은 구동 전류를 요구하며, 구동 트랜지스터들의 누설 전류는 요구되는 오프-상태에서 부분적으로-발광되는 화소들을 야기할 수 있다.
OLED에서 발광층(EML) 옆에 엑시톤 소광층의 도입은 디바이스가 고 휘도 레벨들에선 고 효율을 갖게 하면서 저휘도 레벨들에선 너무 효율적인 것이 되는 것을 방지할 수 있다. 이것은 디스플레이의 파워 효율에 현저한 감소없이 낮은 밝기 영역에서 더 정확한 제어를 제공할 수 있다.
본 발명은 디스플레이 패널들에서 고도로 정확한 그레이 스케일들을 위한 신규한 OLED 디바이스 구조 설계들을 제공한다. 저 그레이 스케일들에 대해서, OLED들은 구동 트랜지스터들의 서브-임계 전류 레벨에 상응하는 저 전류들을 요구한다. 서브-임계 전류는 디스플레이 데이터에 의해 제어되는 게이트 전압의 지수함수이기 때문에, 트랜지스터들의 임계 전압들에 소폭 변화들 및/또는 트랜지스터 성능의 비균일성은 저 그레이 스케일들에서 밝기를 현저히 변경시킬 수 있다. 극한의 경우에, 예를 들면, 트랜지스터의 누설 전류는 구동 전류를 OLED들에 공급할 수 있다. 이들 상황들은 잘못 어드레스된 OLED들을 야기하여 잘못된 그레이 스케일 및 부분적으로 발광된 화소들을 야기할 수 있다. 이들 문제들을 해결하기 위해서, 이 본 발명은 새로운 OLED 디바이스 구조를 기술한다. 이 신규 디바이스 구조는 저휘도 레벨에서 저 디바이스 효율을 가지며 고 휘도 레벨에서 고 효율을 갖는 수정된 효율-휘도 상관을 갖는다. 이것은 발광층(EML) 옆에 엑시톤 소광층(QL)을 추가함으로써 달성될 수 있다. 이 효율-휘도 상관을 가진 OLED 디바이스들은 OLED 디스플레이들에서 고 레벨의 그레이 스케일 제어를 제공할 수 있다.
전류 효율과 같은 OLED 디바이스들(예를 들면, PHOLED 디바이스들)의 성능들이 개선되기 때문에, 요구되는 구동 전류들이 감소된다. 특히, 저 밝기에서 구동 전류 레벨은 고-해상도 디스플레이들에 있어선 현저하게 감소한다. 예를 들면, 300 dpi 디스플레이에 있어서 1 cd/m2에서 100 cd/A의 OLED를 구동하기 위해서는 근사적으로 24 pA가 필요하다. 이 정도의 전류는 트랜지스터들의 치수들 또는 성능들에 따라, 구동 트랜지스터들의 서브-임계 전류 또는 오프-상태 전류에 대응한다. 서브-임계 전류는 게이트 데이터 전압의 지수함수이고 구동 트랜지스터들의 임계 전압은 이상적으로 균일하지 않기 때문에, 이 낮은 구동 전류는 AMOLED 디스플레이들에선 기술적 어려움들을 야기한다. 전자에 기인하여, 선형 그레이 스케일들을 생성하기 위해선 매우 미세한 데이터 전압 차이가 요구되는데, 실제로는 OLED들은 설계된 것보다 더 밝게 발광될 수 있다. 유사하게, 임계 전압의 비균일성은 각 화소의 조명에 현저히 영향을 미친다. 극한의 경우에, 매우 효율적인 OLED들은 구동 트랜지스터들의 필적하는 누설 전류에 기인하여 오프-상태에서 부분적으로 발광될 수 있다. 그러므로, 낮은 밝기에서 낮은 광도 효율은 높은 효율에 바람직할 수 있다.
본 발명의 어떤 구현예들에서, AMOLED 응용을 위한 OLED 디바이스에 대한 휘도 대 효율 플롯의 바람직한 모양은 저휘도에선 저 효율(~ 1 nit)이고 고 휘도 범위에선 고 효율(예를 들면 3,000 nit)이다. 이것은 디스플레이 파워 소비를 감소시키기 위해 오프 상태에서 그레이 스케일 방출(오프 상태에서 작은 누설 전류를 갖는 AMOLED 구동 회로의 불완전에 기인하여)을 피하고, 온 상태에서 높은 디바이스 효율을 갖게 하기 위해 설계된다.
많은 디바이스 구조들에서, 정공들은 유기 OLED 물질들에서 전자들보다 더 이동적하다. 바이어스가 디바이스에 인가된 상태에서, 디바이스 EML에 정공 주입은 전형적으로 전자 주입보다 먼저 일어난다. 이것은 방출성 층의 ETL측에서 디바이스 EML 내에 재결합 구역(RZ)의 형성을 야기할 수 있다. 바이어스를 증가시킴에 따라 더 많은 전자들이 EML 내 주입되고 RZ은 HTL측 쪽으로 ETL측에서 EML의 중간으로 퍼져나간다(또는 넓어진다). EML의 ETL측 옆에 박층의 소광제가 도입된다면, 저휘도에서, EML의 ETL측에서 발생된 상당 부분의 엑시톤들은 소광제에 의해 소광될 것이다. 전류가 증가됨에 따라 RZ은 ETL측으로부터 멀리, 즉 소광제 층에서 멀리 EML 내로 퍼져나가고, 따라서 비례적으로 소광이 덜 일어나며, 고 휘도 레벨들에서 디바이스 효율은 증가한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "방출성(emissive)"이라는 용어는 물질 특성을 지칭하며, 물질이 광을 방출할 수 있음을 의미한다. 대조적으로, 본원에서 사용되는 바와 같이, "방출"이라는 용어는 실제로 특정 디바이스 구조에서 광을 방출하는 발광물질을 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "비-방출"이라는 용어는 기술된 디바이스 구조에서 방출광의 5% 미만에 기여하는 물질을 지칭한다. "비-방출" 물질은 "방출성" 물질일 수 있고, 또한 다른 정황들 또는 디바이스 구조들에선 "방출" 물질일 수도 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "에 인접한"이라는 용어는 엑시톤이 예를 들면 발광층에서 엑시톤 소광층으로 호핑(hop)할 수 있게 충분히 또 다른 층에 가까운 것을 의미한다. 일반적으로, 엑시톤 호핑 거리들은 10 내지 30Å까지의 범위일 수 있다. 본 발명의 맥락에서 본원에 사용되는 바와 같이, "지체된 형광"이라는 용어는 P-형 지체된 형광 및 E-형 지체된 형광 둘 다를 지칭한다. P-형 지체된 형광은 트리플렛-트리플렛 소멸(TTA)로부터 발생된다. E-형 지체된 형광은 2개의 트리플렛들의 충돌에 의존하지 않는다. 이것은 싱글과 트리플렛 상태 간에 열적 전환에 의존한다.
디스플레이 패널들에서 고도로 정확한 그레이 스케일들을 갖는 OLED 디바이스들이 제공된다. 적어도 일측면에서, 본 발명은 제 1 전극; 제 2 전극; 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치된 발광층을 포함하는 발광 디바이스로서, 발광층은 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 발광물질; 및 발광층과 제 2 전극 사이에 배치된 엑시톤 소광층을 포함하고, 엑시톤 소광층은 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 비-발광 소광물질을 포함하고; 엑시톤 소광층은 발광층에 인접하여 배치되고; 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하고; 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)은 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)보다 높은, 발광 디바이스를 제공한다. 일부 구현예들에서, 제 1 전극은 애노드이며 제 2 전극은 캐소드이다. 다른 구현예들에서, 제 1 전극은 캐소드이며 제 2 전극은 애노드이다. 예를 들면, 도 11은 애노드(1101), 캐소드(1102), 정공 주입층(1103), 정공 수송층(1104), 엑시톤 소광층(1105), 발광층(1106), 전자 수송층(1107), 및 전자 주입층(1108)을 갖는 개략적 디바이스 구조(1100)를 도시한 것이다. 도 12는 애노드(1201), 캐소드(1202), 정공 주입층(1203), 정공 수송층(1204), 엑시톤 소광층(1205), 발광물질이 도핑된 호스트로 구성된 발광층(1206), 정공 차단층(1207), 전자 수송층(1208), 및 전자 주입층(1209)을 갖는 개략적 디바이스 구조(1200)를 도시한 것이다.
엑시톤 소광층은 적어도 비-발광 소광물질을 포함한다. 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 필수적으로 비-발광 소광물질로 구성된다. 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 비-발광 소광물질이 도핑된 호스트를 포함한다. 엑시톤 소광층은, 일부 구현예들에서, 발광물질을 포함할 수도 있다. 그러나, 다른 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 발광물질을 포함하지 않는다. 도 13은 애노드(1301), 캐소드(1302), 정공 주입층(1303), 정공 수송층(1304), 발광층(1305), 필수적으로 비-발광 소광물질이 도핑된 호스트로 구성된 엑시톤 소광층(1306), 정공 차단층(1307), 전자 수송층(1308), 및 전자 주입층(1309)을 갖는 개략적 디바이스 구조(1300)을 도시한 것이다. 도 14는 애노드(1401), 캐소드(1402), 정공 주입층(1403), 정공 수송층(1404), 발광층(1405), 비-발광 소광물질이 도핑된 호스트로 구성된 엑시톤 소광층(1406), 정공 차단층(1407), 전자 수송층(1408), 및 전자 주입층(1409)을 갖는 개략적 디바이스 구조(1400)을 도시한 것이다. 도 16은 애노드(1601), 캐소드(1602), 정공 주입층(1603), 정공 수송층(1604), 발광층(1605), 방출성 물질을 포함하는 엑시톤 소광층(1606), 정공 차단층(1607), 전자 수송층(1608), 및 전자 주입층(1609)을 갖는 개략적 디바이스 구조(1600)을 도시한 것이다. 도 17은 애노드(1701), 캐소드(1702), 정공 주입층(1703), 정공 수송층(1704), 발광층(1705), 방출성 물질을 포함하지 않는 엑시톤 소광층(1706), 정공 차단층(1707), 전자 수송층(1708), 및 전자 주입층(1709)을 갖는 개략적 디바이스 구조(1700)을 도시한 것이다.
발광층은 적어도 발광물질을 포함한다. 일부 구현예들에서, 발광층은 발광물질이 도핑된 호스트를 포함한다. 호스트는 엑시톤 소광층에 채용될 수 있는 호스트와 동일하거나 다를 수 있다. 발광층 및 엑시톤 소광층 둘 다가 호스트를 포함하는 일부 구현예들에서, 호스트들은 동일하다. 일부 다른 구현예들에서, 호스트들은 서로 다르다. 도 15는 애노드(1501), 캐소드(1502), 정공 주입층(1503), 정공 수송층(1504), 호스트를 포함하는 발광층(1505), 발광층(1505)에서 사용되는 것과 동일한 호스트를 포함하는 엑시톤 소광층(1506), 정공 차단층(1507), 전자 수송층(1508), 및 전자 주입층(1509)을 갖는 개략적 디바이스 구조(1500)를 도시한 것이다. 도 18은 애노드(1801), 캐소드(1802), 정공 주입층(1803), 정공 수송층(1804), 호스트를 포함하는 발광층(1805), 발광층(1805)에서 사용되는 것과는 다른 호스트를 포함하는 엑시톤 소광층(1806), 정공 차단층(1807), 전자 수송층(1808), 및 전자 주입층(1809)을 갖는 개략적 디바이스 구조(1800)을 도시한 것이다.
디바이스는 다른 층들을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 일부 구현예들에서, 발광 디바이스는 엑시톤 소광층과 캐소드 사이에 배치된 전자 수송층을 포함한다. 엑시톤 소광층이 캐소드로부터 발광층의 반대되는 측 상에 놓이는 구현예들에서, 전자 수송층은 캐소드와 발광층 사이에 배치된다. 엑시톤 소광층이 발광층의, 캐소드와는 동일한 측 상에 놓이는 구현예들에서, 전자 수송층은 엑시톤 소광층에 인접하여 배치된다. 도 9는 애노드(901), 캐소드(902), 정공 주입층(903), 정공 수송층(904), 발광층(905), 전자 주입층(906), 전자 수송층(907), 및 비-발광 소광물질(QM)이 도핑된 전자 수송물질인 엑시톤 소광층(908)을 갖는 개략적 디바이스 구조(900)를 도시한 것이다. 도 10은 애노드(1001), 캐소드(1002), 정공 주입층(1003), 정공 수송층(1004), 발광층(1005), 전자 주입층(1006), 및 비-발광 소광물질(QM)이 도핑된 전자 수송물질인 엑시톤 소광층(1007)을 갖는 개략적 디바이스 구조(1000)을 도시한 것이다.
엑시톤 소광층이 캐소드와는 발광층의 동일 측 상에 놓이는 일부 또 다른 구현예들에서, 발광 디바이스는 전자 수송층과 엑시톤 소광층 사이에 배치된 정공 차단층 을 포함한다. 일부 이러한 구현예들에서, 정공 차단층은 엑시톤 소광층에 바로 인접하여 배치된다. 일부 구현예들에서, 정공 차단층은 비-발광 소광물질을 포함한다(또는 이것이 도핑된다). 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 비-발광 소광물질이 도핑된 정공 차단층이다.
본 발명의 어떤 구현예들에서, 발광층 내 발광물질은 비-발광 소광물질보다는 높은 트리플렛 에너지(T1)를 갖는다. 디바이스는 이들 두 물질들 간에 트리플렛 에너지들에서 임의의 적합한 차이를 채용할 수 있다. 일부 구현예들에서, 차이는 0.1 내지 1.5 eV, 또는 0.1 내지 1.0 eV, 또는 0.1 내지 0.6 eV이다.
또한, 엑시톤 소광층은 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 엑시톤 소광층은 0.5 내지 50Å, 또는 1 내지 20Å, 또는 2 내지 12Å 범위의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 구현예들에서, 디바이스의 광도 효율은 높은 휘도에서 더 높다. 예를 들면, 일부 구현예들에서, 3000 nit에서 광도 효율 대 1 nit에서 광도 효율의 비는 적어도 1.0, 예를 들면, 1.0 내지 10.0, 또는 1.5 내지 5.5, 또는 2.0 내지 5.0, 또는 2.5 내지 4.0이다. 일부 이러한 구현예들에서, 디바이스 내 발광물질은 녹색 광을 방출한다. 일부 다른 구현예들에서, 800 nit에서 광도 효율 대 1 nit에서 광도 효율의 비는 적어도 1.0, 예를 들면, 1.0 내지 10.0, 또는 1.5 내지 5.5, 또는 2.0 내지 5.0, 또는 2.5 내지 4.0이다. 일부 이러한 구현예들에서, 발광물질은 적색 또는 청색 광을 방출한다. 디바이스가 녹색 광을 방출하는 일부 구현예들에서, 1 nit에서 디바이스의 광도 효율은 1 내지 50 cd/A, 또는 3 내지 40 cd/A, 또는 5 내지 25 cd/A, 또는 5 내지 15 cd/A의 범위이다. 디바이스가 적색 또는 청색 광을 방출하는 일부 구현예들에서, 1 nit에서 광도 효율은 0.2 내지 13 cd/A, 또는 0.8 내지 11 cd/A, 또는 1.3 내지 7 cd/A, 또는 1.3 내지 4 cd/A의 범위이다.
본 발명은 임의의 적합한 비-발광 소광물질을 채용할 수 있다. 일부 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 전자 수송체이다. 일부 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 금속 착물, 예를 들면, 알루미늄, 베릴륨, 또는 아연과의 금속 착물이다. 일부 다른 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 폴리사이클릭 방향족 화합물이다. 일부 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 다음 화합물들 중 하나 이상으로 나타낸 부류에서 선택된다.
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일부 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 전술한 화합물들로 구성된 그룹에서 선택된다.
비-발광 소광물질은 임의의 적합한 양의 엑시톤 소광층을 형성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 1 내지 30 중량%, 또는 3 내지 20 중량%, 또는 5 내지 10 중량%의 엑시톤 소광층을 형성한다. 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 정공 차단층이다. 이러한 구현예들에서, 비-발광 소광물질은 1 내지 30 중량%, 또는 3 내지 20 중량%, 또는 5 내지 10 중량%의 정공 차단층을 형성한다.
제 2 측면에서, 본 발명은 제 1 전극; 제 2 전극; 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되고 발광물질을 포함하는 발광층; 및 발광층과 제 2 전극 사이에 배치되고 물 분자들을 포함하는 엑시톤 소광층을 포함하고, 엑시톤 소광층은 발광층에 인접하여 배치되고, 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하는, 발광 디바이스를 제공한다. 물 분자들은 임의의 적합한 농도로 있을 수 있다. 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 디바이스 영역의 cm2 당 1×1011 내지 1×1015, 또는 1×1011 내지 1×1012 물 분자들을 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제 1 전극을 피착하는 단계; 제 2 전극을 피착하는 단계; 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되고, 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 발광물질을 포함하는 발광층을 피착하는 단계; 및 발광층과 제 2 전극 사이에 배치되고 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 비-발광 소광물질을 포함하는 엑시톤 소광층을 피착하는 단계를 포함하고, 엑시톤 소광층은 발광층에 인접하여 배치되고; 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하며; 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)은 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)보다 높은, 발광 디바이스 제조 방법을 제공한다. 단계들은 인용된 순서로 수행될 필요는 없다. 일부 구현예들에서, 단계는 인용된 순서로 수행되지 않는다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제 1 전극을 피착하는 단계; 제 2 전극을 피착하는 단계; 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되고 발광물질을 포함하는 발광층을 피착하는 단계; 및 발광층과 제 2 전극 사이에 배치되고 물 분자들을 포함하는 엑시톤 소광층을 피착하는 단계를 포함하고, 엑시톤 소광층은 발광층에 인접하여 배치되고, 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하는, 발광 디바이스 제조 방법을 제공한다. 물 분자들은 임의의 적합한 농도로 있을 수 있다. 일부 구현예들에서, 엑시톤 소광층은 디바이스 영역의 cm2 당 1×1011 내지 1×1015, 또는 1×1012 내지 1×1014 물 분자들을 포함한다. 단계들은 인용된 순서로 수행될 필요는 없다. 일부 구현예들에서, 단계는 인용된 순서로 수행되지 않는다.
다른 물질들과의 조합
유기 발광 디바이스에서 특정 층용으로 유용한 것으로서 본원에 기술된 물질들은 디바이스 내 있는 매우 다양한 다른 물질들과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 본원에 개시된 방출성 도펀트들은 매우 다양한 호스트들, 수송층들, 차단층들, 주입층들, 전극들, 및 있을 수 있는 그외 다른 층들과 결합하여 사용될 수 있다. 기술된 또는 이하 언급되는 물질들은 본원에 개시된 화합물들과 조합하는데 유용할 수 있는 물질들의 비제한적 예들이며, 당업자는 조합에서 유용할 수 있는 다른 물질들을 확인하기 위해 쉽게 문헌을 참조할 수 있다.
HIL / HTL:
본 발명에서 사용될 정공 주입/수송 물질은 특별히 제한되지 않으며, 화합물이 전형적으로 정공 주입/수송 물질로서 사용되는 한, 임의의 화합물이 사용될 수 있다. 물질의 예들은, 다음으로 제한되는 것은 아니지만, 프탈로시아닌 또는 포프린(porphryin) 유도체; 방향족 아민 유도체; 인돌로카바졸 유도체; 플루오로하이드로카본 함유 고분자; 도전성 도펀트들을 가진 고분자; PEDOT/PSS와 같은 도전 고분자; 포스폰산 및 실란 유도체들과 같은 화합물들로부터 유도된 자기조립(self-assembly) 단량체; MoOx와 같은 금속 산화물 유도체; 1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐에네헥사카보니트릴과 같은 p-형 반도체성(semiconducting) 유기 화합물; 금속 착물, 및 가교결합가능 화합물들을 포함한다.
HIL 또는 HTL에서 사용되는 방향족 아민 유도체들의 예들은 다음으로 제한되지는 않으나, 다음의 일반적 구조들을 포함한다:
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Ar1 내지 Ar9 각각은, 벤젠, 바이페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페탄트렌, 플루오렌, 피레네, 크리센, 페릴렌, 아줄렌과 같은 방향족 하이드로카본 사이클릭 화합물들로 구성된 그룹; 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카바졸, 인돌로카바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리디진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤지이미다졸, 인다졸, 인도옥사진, 벤조옥사졸, 벤지스옥사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 신놀린, 키나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 페녹사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조테에노피리딘, 테에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘, 및 셀레노페노디피리딘과 같은 방향족 헤테로사이클릭 화합물들으로 구성된 그룹; 및 방향족 하이드로카본 사이클릭 그룹 및 방향족 헤테로사이클릭 그룹에서 선택된 동일 유형 또는 서로 다른 유형들의 그룹들이며, 직접 또는 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 실리콘 원자, 인 원자, 보론 원자, 체인 구조단위 및 지방족 사이클릭 그룹 중 적어도 하나를 통해 서로 결합)되는 2 내지 10 사이클릭 구조단위들로 구성된 그룹에서 선택된다. 각 Ar은 수소, 듀테륨, 할라이드, 알킬, 사이클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴 옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 사이클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카보닐, 카르복실산들, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹에서 선택된 치환기로 더욱 치환된다.
일 측면에서, Ar1 내지 Ar9은 다음으로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택된다:
Figure pat00057
k는 1 내지 20의 정수이며; X101 내지 X108 은 (CH를 포함하는) C 또는 N이며; Z101은 NAr1, O, 또는 S이며; Ar1은 위에 정의된 동일한 그룹을 갖는다.
HIL 또는 HTL에서 사용되는 금속 착물들의 예들은 다음으로 제한되지는 않으나, 다음의 일반식을 포함한다:
Figure pat00058
Met는 금속이며; (Y101-Y102)은 바이덴테이트 리간드며, Y101 및 Y102은 C, N, O, P, 및 S에서 독립적으로 선택되며; L101은 또 다른 리간드이며; k'는 금속에 부착될 수 있는 1 내지 리간드들의 최대수의 정수값이며; k'+k"는 금속에 부착될 수 있는 리간드들의 최대수이다.
일측면에서, (Y101-Y102)는 2-페닐피리딘 유도체이다.
또 다른 측면에서, (Y101-Y102)는 카르벤 리간드이다.
또 다른 측면에서, Met는 Ir, Pt, Os, 및 Zn에서 선택된다.
또 다른 측면에서, 금속 착물은 Fc+/Fc 커플에 대해 용액 내에서 약 0.6V 미만의 최소의 산화 전위를 갖는다.
호스트:
본 발명의 유기 EL 디바이스의 발광층은 바람직하게는 발광물질로서 적어도 금속 착물을 함유하며, 도펀트 물질로서 금속 착물을 사용한 호스트 물질을 함유할 수 있다. 호스트 물질의 예들은 특정하게 제한되지 않으며, 호스트의 트리플렛 에너지가 도펀트의 것보다 큰 한, 임의의 금속 착물들 또는 유기 화합물들이 사용될 수 있다. 밑에 표가 다양한 색들을 방출하는 디바이스들용으로 바람직한 것으로서 호스트 물질들을 분류하지만, 트리플렛 기준이 만족되는 한, 임의의 도펀트와 함께 임의의 호스트 물질이 사용될 수 있다.
호스트로서 사용되는 금속 착물들의 예들은 다음의 일반식을 갖는 것이 바람직하다:
Figure pat00059
Met는 금속이며; (Y103-Y104)는 바이덴테이트 리간드이며, Y103 및 Y104는 C, N, O, P, 및 S에서 독립적으로 선택되며; L101은 또 다른 리간드이며; k'는 금속에 부착될 수 있는 1 내지 리간드들의 최대수의 정수값이며; k'+k"는 금속에 부착될 수 있는 리간드들의 최대수이다.
일측면에서, 금속 착물들은 다음과 같다:
Figure pat00060
(O-N)은 원자 O 및 원자 N에 배위결합된(coordinated) 금속을 갖는 바이덴테이트 리간드이다.
또 다른 측면에서, Met는 Ir 및 Pt에서 선택된다.
또 다른 측면에서, (Y103-Y104)는 카르벤 리간드이다.
호스트로서 사용되는 유기 화합물들의 예들은, 벤젠, 바이페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페탄트렌, 플루오렌, 피레네, 크리센, 페릴렌, 아줄렌과 같은 방향족 하이드로카본 사이클릭 화합물들로 구성된 그룹; 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카바졸, 인돌로카바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리디진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤지이미다졸, 인다졸, 인도옥사진, 벤조옥사졸, 벤지스옥사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 신놀린, 키나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 페녹사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조테에노피리딘, 테에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘, 및 셀레노페노디피리딘과 같은 방향족 헤테로사이클릭 화합물들로 구성된 그룹; 및 방향족 하이드로카본 사이클릭 그룹 및 방향족 헤테로사이클릭 그룹에서 선택된 동일 유형 또는 서로 다른 유형들의 그룹들이며, 직접 또는 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 실리콘 원자, 인 원자, 보론 원자, 체인 구조단위 및 지방족 사이클릭 그룹 중 적어도 하나를 통해 서로 결합(bond)되는 2 내지 10 사이클릭 구조단위들로 구성된 그룹에서 선택된다. 각 그룹은 수소, 듀테륨, 할라이드, 알킬, 사이클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴 옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 사이클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카보닐, 카르복실산들, 에스테르, 니트릴, 이소 니트릴, 설파닐, 설피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹에서 선택된 치환기로 더욱 치환된다.
일측면에서, 호스트 화합물은 분자에 다음의 그룹들 중 적어도 하나를 내포한다:
Figure pat00061
R101 내지 R107은 수소, 듀테륨, 할라이드, 알킬, 사이클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 사이클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카보닐, 카르복실산들, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되며, 이것이 아릴 또는 헤테로아릴일 때 이것은 위에 언급된 Ar들과 유사한 정의를 갖는다.
k는 1 내지 20의 정수이며; k'''는 0 내지 20의 정수이다.
X101 내지 X108는 (CH를 포함하는) C 또는 N에서 선택된다. Z101 및 Z102 는 NR101, O, 또는 S에서 선택된다.
HBL :
정공 차단층(HBL)은 방출성 층을 떠나는 정공들 및/또는 엑시톤들의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 내에 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 디바이스와 비교했을 때 효율들은 실질적으로 더 높아질 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 요망되는 영역으로 방출을 한정하기 위해 사용될 수 있다.
일측면에서, HBL에 사용되는 화합물은 위에 기술된 호스트로서 사용되는 것과 동일한 분자 또는 동일한 기능 그룹들을 내포한다.
또 다른 측면에서, HBL에 사용되는 화합물은 분자에 다음 그룹들 중 적어도 하나를 내포한다:
Figure pat00062
k는 1 내지 20의 정수이며; L101는 또 다른 리간드이며, k'는 1 내지 3의 정수이다.
ETL :
전자 수송층(ETL)은 전자들을 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층은 진성(도핑되지 않은 것)일 수도 있고, 도핑될 수도 있다. 도핑은 도전성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. ETL 물질의 예들은 특정하게 제한되지 않으며, 임의의 금속 착물들 또는 유기 화합물들이 전형적으로 전자들을 수송하기 의해 사용되는 한, 이들이 사용될 수도 있다.
일측면에서, ETL에 사용되는 화합물은 분자에 다음 그룹들 중 적어도 하나를 내포한다:
Figure pat00063
Figure pat00064
R101은 수소, 듀테륨, 할라이드, 알킬, 사이클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 사이클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카보닐, 카르복실산s, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹에서 독립적으로 선택되며, 이것이 아릴 또는 헤테로아릴일 때 이것은 위에 언급된 Ar들과 유사한 정의를 갖는다.
Ar1 내지 Ar3은 위에 언급된 Ar들과 유사한 정의를 갖는다.
k는 1 내지 20의 정수이다.
X101 내지 X108는 C(CH를 포함한) 또는 N에서 선택된다.
또 다른 측면에서, ETL에 사용되는 금속 착물들은 다음으로 제한되지 않으나, 다음의 일반식을 내포한다:
Figure pat00065
(O-N) 또는 (N-N)는 원자들 O, N 또는 N, N에 배위결합된 금속을 갖는 바이덴테이트 리간드이며; L101 는 또 다른 리간드이며; k'는 금속에 부착될 수 있는 1 내지 리간드들의 최대수의 정수값이다.
OLED 디바이스의 각 층에서 사용되는 임의의 위에 언급된 화합물들에서, 수소 원자들은 부분적으로 또는 완전히 중수소화될 수 있다. 이에 따라, 한정함이 없이 메칠, 페닐, 피리딜, 등과 같은 임의의 특정하게 열거된 치환기는 이들의 비-중수소화된 것, 부분적으로 중수소화된 것, 및 완전히 중수소화된 것을 포괄한다. 유사하게, 한정함이 없이 알킬, 아릴, 사이클로알킬, 헤테로아릴, 등과 같은 치환기들의 부류들은 이들의 비-중수소화된 것, 부분적으로 중수소화된 것, 및 완전히 중수소화된 것을 포괄한다.
본원에 개시된 물질들 외에 및/또는 이들과 조합하여, 많은 정공 주입 물질들, 정공 수송 물질들, 호스트 물질들, 도펀트 물질들, 엑시톤/정공 차단층 물질들, 전자 수송 및 전자 주입 물질들이 OLED에서 사용될 수 있다.
실험
실시예 1 및 실시예 2
도 3은 800Å ITO 애노드, 100Å LG-101 정공 주입층(LG Chemical로부터 구입), 550Å NPD 정공 수송층, 12 중량%의 H1:G1을 사용한 300Å 발광층, 엑시톤 소광층, 50Å H1 차단층, 450Å Alq3 전자 수송층, 10Å LiF 전자 주입층, 및 1000Å 알루미늄 캐소드를 갖는 실시예 1 및 실시예 2에 대해 사용되는 디바이스 구조에 대한 개략도이다. 발광층과 정공 차단층 사이에 박층의 Alq3 소광제가 피착되었다. 실시예 1은 5Å 엑시톤 소광층을 채용하였으며, 실시예 2는 10Å엑시톤 소광층을 채용하였다. 엑시톤 소광층의 추가는 고 휘도 범위(1,000 ~ 3,000 nit)에서 상당히 높은 효율을 가지며 저휘도에서 효율의 현격한 소광을 가졌다.
휘도 대 효율 곡선 모양은 3,000 nit에서 광도 효율 대 1 nit에서 광도 효율의 비로서 정량화되었으며, 이의 결과들을 도 4에 나타내었다. 결과들은 표2 및 표3(밑에) 나타내었다. 비교실시예 1(CE1)에 있어서 비는 0.9이고, 실시예 1 및 실시예 2에서 비는 2.5 및 4.0이다.
방출 소광 레벨과 Alq3 소광층의 두께 간에 경향이 있는 것으로 나타난다. 이것은 소광층의 두께를 증가시키거나 소광물질의 T1 레벨을 감소시킴으로써 부분적으로 소광 레벨을 조정하는 것이 가능함을 의미한다. 이들 파라미터들을 사용하여 미세하게 조정함으로써 요망되는 레벨의 소광을 달성하는 것이 가능할 수 있다. 실시예 1, 실시예 2, 및 CE1에 있어서 전압에 대한 전류 밀도는 도 5에 도시되었다.
예들에서 언급되는 화합물들을 밑에 나타내었다.
Figure pat00066
실시예 3 내지 실시예 5
도 6은 800Å ITO 애노드, 100Å LG-101 정공 주입층, 550Å NPD 정공 수송층, 12 중량%로 H1:G1을 사용한 300Å 발광층, 비-발광 소광물질을 포함하는 50Å H1:Alq3 차단층, 450Å Alq3 전자 수송층, 10Å LiF Å전자 주입층, 및 1000Å 알루미늄 캐소드를 갖는 실시예 3 내지 실시예 5에 대해 사용된 디바이스 구조에 대한 개략도이다. 비-발광 소광물질로서 Alq3 소광제가 사용되었다. 실시예 3, 실시예 4, 및 실시예 5 각각은 차단층에서 각각 비-방출 소광 물질의 상이한 농도, 즉, 5 wt%, 10 wt%, 및 20 wt%를 채용하였다.
휘도 대 효율 곡선 모양은 3,000 nit에서 광도 효율 대 1 nit에서 광도 효율의 비로서 정량화되었으며, 이의 결과들은 도 7에 나타내었다. 결과들은 표4 및 표5(밑에) 나타내었다. 도펀트 농도를 증가시키는 것은 저휘도에서 소광을 증가시켰다. 3,000 nit에서 LE 대 1 nit에서 LE의 비는 도펀트 농도에 따라, 0.9(도핑되지 않음)에서 1.2, 1.6, 및 2.7로 변하였다.
화합물 기능 T1 [eV]
H 호스트 2.63
G1 에미터 2.40
BL 정공 차단제 2.63
Alq ETL, 소광제 2.0
NPD HTL, 소광제 2.29
디바이스 예
 소광층: Alq3 두께 [Å] 1931 CIE
x y λ max [nm] FWHM [nm]
CE1 0 0.331 0.624 526 68
실시예 1 5 0.329 0.625 526 66
실시예 2 10 0.328 0.624 526 66
디바이스 예 1 nit에서 3000 nit에서 LE 비
LE [cd/A] 전압 [V] LE [cd/A] EQE [%] PE [lm/W] 3000 nit에서 LE/1 nit에서 LE
CE 1 65 5.6 58.8 16 33.1 0.9
예 1 12 6.3 29.5 8.1 14.6 2.5
예 2 6 6.6 24 6.6 11.3 4.0
디바이스 예
 HBL내 Alq3 소광제 농도[%] 1931 CIE
x y λ max [nm] FWHM [nm]
CE1 0 0.331 0.624 526 68
실시예 3 5 0.337 0.620 526 70
실시예 4 10 0.339 0.619 526 70
실시예 5 20 0.337 0.620 526 70
디바이스 예
 1 nit에서 3,000 nit에서 LE 비
LE [cd/A] 전압 [V] LE [cd/A] EQE [%] PE [lm/W] 3000 nit에서 LE/1 nit에서 LE
CE1 65 5.6 58.8 16 33.1 0.9
실시예 3 38 5.7 46.1 12.6 25.2 1.2
실시예 4 27 5.8 43.1 11.8 23.4 1.6
실시예 5 14 5.8 37.7 10.3 20.6 2.7
실시예 6
발광층과 정공 차단층과의 계면에 물이 도입될 수도 있고, 물은 엑시톤 소광 물질로서 작용할 수 있다. 진공 열 증발(VTE) OLED들은 고 진공, 예를 들면 10-6 Pa 베이스 압력 및 물의 10-8 Pa 부분 압력에서 제조된다. 저 진공 챔버(더 높은 베이스 압력), 즉 3×10-2 Pa 베이스 압력 및 물의 1.5×10-3 Pa 부분 압력이 사용되고 부분적으로 제조된 디바이스가 방출성 층 및 차단 또는 전자 전송층 사이에 제조 동안 저 진공 챔버 내에 재치된다면, 물 층이 도입될 수 있다. 예를 들면, 2 분간의 택트 타임 동안 저압 하에서, 물의 량은 고 진공 조건들 하에서 제조되는 ~1×10-8(디바이스 영역의 분자들/cm2)에 비교하여 ~1×1013(디바이스 영역의 분자들/cm2)인 것으로 가정된다. 어떠한 이론에도 구속됨이 없이, 계면에 물 분자들의 존재는 저휘도에서 결과적인 디바이스의 LE를 감소시킬 수 있다.
본원에 기술된 여러 구현예들은 단지 예이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님이 이해된다. 예를 들면, 본원에 기술된 많은 물질들 및 구조들은 본 발명의 정신 냉서 다른 물질들 및 구조들로 대체될 수 있다. 그러므로, 청구된 바와 같은 본 발명은 당업자에게 명백하게 되는 바와 같이, 본원에 기술된 특정 예들 및 바람직한 구현예들로부터 변형예들을 포함할 수 있다. 발명이 작동하는 이유에 관한 다양한 이론들은 한정하려는 것은 아님이 이해된다.

Claims (56)

  1. 제 1 전극;
    제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 발광층으로서, 제 1 트리플렛(triplet) 에너지 레벨(T1)을 갖는 발광물질을 포함하는 발광층; 및
    상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 엑시톤 소광층으로서, 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 비-발광 소광물질을 포함하는 엑시톤 소광층을 포함하는 발광 디바이스로서,
    상기 엑시톤 소광층은 상기 발광층에 인접하여 배치되고;
    상기 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하고;
    상기 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)은 상기 제 2 트리플렛 에너지 레벨(T1)보다 높은, 발광 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 필수적으로 상기 비-발광 소광물질로 구성되는, 발광 디바이스.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 발광층은 상기 발광물질이 도핑된 제 1 호스트를 포함하는, 발광 디바이스.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 상기 비-발광 소광물질이 도핑된 제 2 호스트를 포함하는, 발광 디바이스.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제 1 호스트 및 상기 제 2 호스트는 동일한 물질인, 발광 디바이스.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 상기 발광물질을 추가로 포함하는, 발광 디바이스.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 상기 발광물질을 포함하지 않는, 발광 디바이스.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 제 1 호스트 및 상기 제 2 호스트는 동일한 물질이 아닌, 발광 디바이스.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 상기 발광물질을 추가로 포함하는, 발광 디바이스.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 상기 발광물질을 포함하지 않는, 발광 디바이스.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 전극은 애노드이고 상기 제 2 전극은 캐소드인, 발광 디바이스.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 전극은 캐소드이며 상기 제 2 전극은 애노드인, 발광 디바이스.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 엑시톤 소광층과 상기 캐소드 사이에 전자 수송층을 추가로 포함하는, 발광 디바이스.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 엑시톤 소광층과 상기 캐소드 사이에 배치된 전자 수송층을 추가로 포함하는, 발광 디바이스.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 상기 전자 수송층에 인접하여 배치된, 발광 디바이스.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 엑시톤 소광층과 상기 전자 수송층 사이에 배치된 정공 차단층을 추가로 포함하는, 발광 디바이스.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 정공 차단층은 상기 엑시톤 소광층에 바로 인접하여 배치된, 발광 디바이스.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 정공 차단층은 상기 비-발광 소광물질이 도핑된, 발광 디바이스.
  19. 청구항 14에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 상기 비-발광 소광물질이 도핑된 정공 차단층인, 발광 디바이스.
  20. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 트리플렛 에너지(T1)는 상기 제 2 트리플렛 에너지(T1)보다 0.1 내지 1.5 eV 더 높은, 발광 디바이스.
  21. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 트리플렛 에너지(T1)는 상기 제 2 트리플렛 에너지(T1)보다 0.1 내지 1.0 eV 더 높은, 발광 디바이스.
  22. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 트리플렛 에너지(T1)는 상기 제 2 트리플렛 에너지(T1)보다 0.1 내지 0.6 eV 더 높은, 발광 디바이스.
  23. 청구항 1에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 0.5 내지 50Å의 두께를 갖는, 발광 디바이스.
  24. 청구항 1에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 1 내지 20Å의 두께를 갖는, 발광 디바이스.
  25. 청구항 1에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 2 내지 12Å의 두께를 갖는, 발광 디바이스.
  26. 청구항 1에 있어서, 3000 nit에서 상기 광도 효율 대 1 nit에서 상기 광도 효율의 비는 1.0 내지 10.0의 범위인, 발광 디바이스.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 디바이스는 녹색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  28. 청구항 1에 있어서, 800 nit에서 상기 광도 효율 대 1 nit에서 상기 광도 효율의 비는 1.0 내지 10.0의 범위인, 발광 디바이스.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 디바이스는 적색 광 또는 청색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  30. 청구항 26에 있어서, 상기 비는 1.5 내지 5.5의 범위인, 발광 디바이스.
  31. 청구항 26에 있어서, 상기 비는 2.0 내지 5.0의 범위인, 발광 디바이스.
  32. 청구항 26에 있어서, 상기 비는 2.5 내지 4.0의 범위인, 발광 디바이스.
  33. 청구항 28에 있어서, 상기 비는 1.5 내지 5.5의 범위인, 발광 디바이스.
  34. 청구항 28에 있어서, 상기 비는 2.0 내지 5.0의 범위인, 발광 디바이스.
  35. 청구항 28에 있어서, 상기 비는 2.5 내지 4.0의 범위인, 발광 디바이스.
  36. 청구항 1에 있어서, 1 nit에서 상기 디바이스의 상기 광도 효율은 1 내지 50 cd/A의 범위이며, 상기 디바이스는 녹색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  37. 청구항 1에 있어서, 1 nit에서 상기 디바이스의 상기 광도 효율은 3 내지 40 cd/A의 범위이며, 상기 디바이스는 녹색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  38. 청구항 1에 있어서, 1 nit에서 상기 디바이스의 상기 광도 효율은 5 내지 25 cd/A의 범위이며, 상기 디바이스는 녹색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  39. 청구항 1에 있어서, 1 nit에서 상기 디바이스의 상기 광도 효율은 5 내지 15 cd/A의 범위이며, 상기 디바이스는 녹색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  40. 청구항 1에 있어서, 1 nit에서 상기 디바이스의 상기 광도 효율은 0.2 내지 13 cd/A의 범위이며, 상기 디바이스는 적색 광 또는 청색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  41. 청구항 1에 있어서, 1 nit에서 상기 디바이스의 상기 광도 효율은 0.8 내지 11 cd/A의 범위이며, 상기 디바이스는 적색 광 또는 청색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  42. 청구항 1에 있어서, 1 nit에서 상기 디바이스의 상기 광도 효율은 1.3 내지 7 cd/A의 범위이며, 상기 디바이스는 적색 광 또는 청색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  43. 청구항 1에 있어서, 1 nit에서 상기 디바이스의 상기 광도 효율은 1.3 내지 4 cd/A의 범위이며, 상기 디바이스는 적색 광 또는 청색 광을 방출하는, 발광 디바이스.
  44. 청구항 1에 있어서, 상기 비-발광 소광물질은 전자 수송체인, 발광 디바이스.
  45. 청구항 1에 있어서, 상기 비-발광 소광물질은 금속 착물인, 발광 디바이스.
  46. 청구항 45에 있어서, 상기 금속은 알루미늄, 베릴륨, 또는 아연인, 발광 디바이스.
  47. 청구항 45에 있어서, 상기 비-발광 소광물질은 폴리사이클릭 방향족 화합물인, 발광 디바이스.
  48. 청구항 1에 있어서, 상기 비-발광 소광물질은 다음으로 구성된 그룹에서 선택되는 화합물인, 발광 디바이스:
    Figure pat00067
    ,
    Figure pat00068
    ,
    Figure pat00069
    ,
    Figure pat00070
    ,
    Figure pat00071
    ,
    Figure pat00072
    ,
    Figure pat00073
    ,
    Figure pat00074
    ,
    Figure pat00075
    ,
    Figure pat00076
    ,
    Figure pat00077
    ,
    Figure pat00078
    ,
    Figure pat00079
    ,
    Figure pat00080
    ,
    Figure pat00081
    ,
    Figure pat00082
    ,
    Figure pat00083
    ,
    Figure pat00084
    ,
    Figure pat00085
    ,
    Figure pat00086
    ,
    Figure pat00087
    ,
    Figure pat00088
    ,
    Figure pat00089
    ,
    Figure pat00090
    , 및
    Figure pat00091
    .
  49. 청구항 1에 있어서, 상기 비-발광 소광물질은 1 내지 30 중량%의 상기 엑시톤 소광층을 형성하는, 발광 디바이스.
  50. 청구항 1에 있어서, 상기 비-발광 소광물질은 3 내지 20 중량%의 상기 엑시톤 소광층을 형성하는, 발광 디바이스.
  51. 청구항 1에 있어서, 상기 비-발광 소광물질은 5 내지 10 중량%의 상기 엑시톤 소광층을 형성하는, 발광 디바이스.
  52. 청구항 1에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 1 내지 30 중량%의 상기 비-발광 소광물질을 포함하는 정공 차단층인, 발광 디바이스.
  53. 제 1 전극;
    제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되고 발광물질을 포함하는 발광층; 및
    상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 배치되고 물 분자들을 포함하는 엑시톤 소광층을 포함하는 발광 디바이스로서,
    상기 엑시톤 소광층은 상기 발광층에 인접하여 배치되고,
    상기 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하는, 발광 디바이스.
  54. 청구항 53에 있어서, 상기 엑시톤 소광층은 디바이스 영역의 1×1012 내지 1×1014 분자들/cm2 의 범위의 농도로 물 분자들을 포함하는, 발광 디바이스.
  55. 제 1 전극을 피착하는 단계;
    제 2 전극을 피착하는 단계;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되고, 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)을 갖는 발광물질을 포함하는 발광층을 피착하는 단계; 및
    상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 배치되고 제 2 트리플렛 에너지 레벨 (T1)을 갖는 비-발광 소광물질을 포함하는 엑시톤 소광층을 피착하는 단계를 포함하는 발광 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 엑시톤 소광층은 상기 발광층에 인접하여 배치되고,
    상기 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하며,
    상기 제 1 트리플렛 에너지 레벨(T1)은 상기 제 2 트리플렛 에너지 레벨 (T1)보다 높은, 방법.
  56. 제 1 전극을 피착하는 단계;
    제 2 전극을 피착하는 단계;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되고 발광물질을 포함하는 발광층을 피착하는 단계; 및
    상기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에 배치되고 물 분자들을 포함하는 엑시톤 소광층을 피착하는 단계를 포함하는 발광 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 엑시톤 소광층은 상기 발광층에 인접하여 배치되고,
    상기 발광물질은 인광 또는 지체된 형광에 의해 방출하는, 방법.
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