KR20200110218A - 삼중항 이미터 및 200 ns 미만의 여기 상태 수명을 갖는 OLED - Google Patents
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Abstract
200 ns 이하의 과도 수명을 달성하기 위해 증강층(enhancement layer)의 임계 거리 내에 배치된 인광 이미터를 포함하는 발광 디바이스가 제공된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 정규 출원이며, 미국 특허 출원 번호 62/817,389(2019년 3월 12일 출원)에 대한 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
분야
본 발명은 유기 발광 다이오드와 같은 디바이스에 사용하기 위한 구조 및 배열 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
유기 물질을 사용하는 광전자 디바이스는 여러 이유로 인하여 점차로 중요해지고 있다. 이와 같은 디바이스를 제조하는데 사용되는 다수의 물질들은 비교적 저렴하기 때문에, 유기 광전자 디바이스는 무기 디바이스에 비하여 비용 잇점면에서 잠재성을 갖는다. 또한, 유기 물질의 고유한 특성, 예컨대 이의 가요성은 그 유기 물질이 가요성 기판 상에서의 제작과 같은 특정 적용예에 매우 적합하게 할 수 있다. 유기 광전자 디바이스의 예로는 유기 발광 다이오드/디바이스(OLED), 유기 광트랜지스터, 유기 광전지 및 유기 광검출기를 들 수 있다. OLED의 경우, 유기 물질은 통상의 물질에 비하여 성능 면에서의 잇점을 가질 수 있다. 예를 들어, 유기 발광층이 광을 방출하는 파장은 일반적으로 적절한 도펀트로 용이하게 조절될 수 있다.
OLED는 디바이스를 가로질러 전압을 인가할 때 광을 방출하는 유기 박막을 사용한다. OLED는 평면 패널 디스플레이, 조명 및 백라이팅(backlighting)과 같은 적용예의 용도에 있어 점차로 중요해지는 기술이다. 여러가지의 OLED 재료 및 구성은 미국 특허 제5,844,363호, 제6,303,238호 및 제5,707,745호에 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
인광 방출 분자에 대한 하나의 적용예는 풀 컬러 디스플레이이다. 이러한 디스플레이에 대한 산업적 기준은 "포화" 색상으로 지칭되는 특정 색상을 방출하도록 조정된 픽셀을 필요로 한다. 특히, 이러한 기준은 포화 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 필요로 한다. 대안적으로 OLED는 백색 광을 방출하도록 설계될 수 있다. 통상적인 액정 디스플레이에서, 백색 백라이트에서 나온 방출이 흡수 필터를 사용하여 여과되어 적색, 녹색 및 청색 방출을 생성한다. 동일한 기법이 또한 OLED에도 사용될 수 있다. 백색 OLED는 단일 EML 디바이스 또는 스택 구조일 수 있다. 색상은 당업계에 주지된 CIE 좌표를 사용하여 측정될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 용어 "유기"는 유기 광전자 디바이스를 제작하는 데 사용될 수 있는 중합체 물질뿐 아니라, 소분자 유기 물질도 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 지칭하며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 일부의 상황에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하는 것은 "소분자" 유형으로부터 분자를 제외시키지 않는다. 소분자는 또한 예를 들면 중합체 주쇄 상에서의 펜던트 기로서 또는 주쇄의 일부로서 중합체에 혼입될 수 있다. 소분자는 또한 코어 모이어티 상에 생성된 일련의 화학적 셸로 이루어진 덴드리머의 코어 모이어티로서 작용할 수 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 형광 또는 인광 소분자 이미터일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있으며, OLED 분야에서 현재 사용되는 모든 덴드리머는 소분자인 것으로 여겨진다.
본원에서 사용한 바와 같이, "상단부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어졌다는 것을 의미하며, "하단부"는 기판에 가장 근접하다는 것을 의미한다. 제1층이 제2층의 "상부에 배치되는" 것으로 기재되는 경우, 제1층은 기판으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 제1층이 제2층과 "접촉되어 있는" 것으로 명시되지 않는다면 제1층과 제2층 사이에는 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들면, 캐소드와 애노드의 사이에 다양한 유기층이 존재한다고 해도, 캐소드는 애노드의 "상부에 배치되는" 것으로 기재될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, "용액 가공성"은 용액 또는 현탁액 형태로 액체 매체에 용해, 분산 또는 수송될 수 있고/있거나 액체 매체로부터 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
리간드가 방출 물질의 광활성 특성에 직접적으로 기여하는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "광활성"으로서 지칭될 수 있다. 보조적 리간드가 광활성 리간드의 특성을 변경시킬 수 있을지라도, 리간드가 방출 물질의 광활성 특성에 기여하지 않는 것으로 여겨지는 경우, 리간드는 "보조적"인 것으로 지칭될 수 있다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위에 더 근접하는 경우, 제1 "최고 점유 분자 궤도"(HOMO) 또는 "최저 비점유 분자 궤도"(LUMO) 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 이온화 전위(IP)가 진공 준위에 대하여 음의 에너지로서 측정되므로, 더 높은 HOMO 에너지 준위는 더 작은 절댓값을 갖는 IP(더 적게 음성인 IP)에 해당한다. 마찬가지로, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 절댓값이 더 작은 전자 친화도(EA)(더 적게 음성인 EA)에 해당한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. "더 높은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 "더 낮은" HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 상기 다이아그램의 상단부에 더 근접하게 나타난다.
본원에서 사용한 바와 같이, 그리고 일반적으로 당업자가 이해하는 바와 같이, 제1 일함수의 절댓값이 더 클 경우, 제1 일함수는 제2 일함수보다 "더 크거나" 또는 "더 높다". 일함수는 일반적으로 진공 준위에 대하여 음의 수로서 측정되므로, 이는 "더 높은" 일함수가 더 음성임을 의미한다. 상단부에서 진공 준위를 갖는 통상의 에너지 준위 다이아그램에서, "더 높은" 일함수는 진공 준위로부터 아래 방향으로 더 먼 것으로서 예시된다. 따라서, HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 정의는 일함수와는 상이한 관례를 따른다.
OLED에 대한 더욱 상세한 내용 및 전술한 정의는, 미국 특허 제7,279,704호에서 찾을 수 있으며, 이의 전문은 본원에 참고로 포함된다.
실시양태에 따르면, 유기 발광 다이오드/디바이스(OLED)가 또한 제공된다. OLED는 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기층을 포함할 수 있다. 실시양태에 따르면, 유기 발광 디바이스는 소비자 제품, 전자 부품 모듈, 및/또는 조명 패널로부터 선택된 하나 이상의 디바이스에 통합된다.
도 1은 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 본원에 개시된 예시 디바이스 구성을 도시하고, 여기서 인광 발광층의 적어도 일부 및 이의 전체를 증강층(enhancement layer)의 임계 거리 내에 배치하여 이미터의 과도 여기 상태 수명을 200 ns 이하로 감소시켜 디바이스 노화 속도를 감소시킨다.
도 4는 약 475 nm의 피크 파장을 갖는 동일한 이미터를 통합시키는 본원에 개시된 3개의 상이한 OLED 디바이스의 정전류 밀도 수명을 도시하며, 여기서 각 디바이스는 그의 과도 여기 상태 수명이 상이하도록 조작된다. 200 ns 미만의 과도를 갖는 디바이스의 경우, 인광 이미터의 통상적인 ~ 1 μs 과도 수명을 나타내는 디바이스와 비교하여 디바이스의 LT95가 크게 증가한다.
도 5는 과도의 변화를 나타내는 도 3의 3개의 예시 디바이스에 대한 전계발광(EL) 과도 수명의 플롯이다.
도 6은 약 525 nm의 피크 파장을 갖는 동일한 이미터를 통합시키는 본원에 개시된 3개의 상이한 OLED 디바이스의 정전류 밀도 수명을 도시하며, 여기서 각 디바이스는 그의 과도 여기 상태 수명이 상이하도록 조작된다. 200 ns 미만의 과도를 갖는 디바이스의 경우, 인광 이미터의 통상적인 ~ 1 μs 과도 수명을 나타내는 디바이스와 비교하여 디바이스의 LT95가 크게 증가한다.
도 7은 약 465 nm의 피크 파장을 갖는 동일한 이미터를 통합시키는 본원에 개시된 3개의 상이한 OLED 디바이스의 정전류 밀도 수명을 도시하며, 여기서 각 디바이스는 그의 과도 여기 상태 수명이 상이하도록 조작된다. 200 ns 미만의 과도를 갖는 디바이스의 경우, 인광 이미터의 통상적인 ~ 1 μs 과도 수명을 나타내는 디바이스와 비교하여 디바이스의 LT95가 크게 증가한다.
도 2는 별도의 전자 수송층을 갖지 않는 역구조 유기 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 본원에 개시된 예시 디바이스 구성을 도시하고, 여기서 인광 발광층의 적어도 일부 및 이의 전체를 증강층(enhancement layer)의 임계 거리 내에 배치하여 이미터의 과도 여기 상태 수명을 200 ns 이하로 감소시켜 디바이스 노화 속도를 감소시킨다.
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도 5는 과도의 변화를 나타내는 도 3의 3개의 예시 디바이스에 대한 전계발광(EL) 과도 수명의 플롯이다.
도 6은 약 525 nm의 피크 파장을 갖는 동일한 이미터를 통합시키는 본원에 개시된 3개의 상이한 OLED 디바이스의 정전류 밀도 수명을 도시하며, 여기서 각 디바이스는 그의 과도 여기 상태 수명이 상이하도록 조작된다. 200 ns 미만의 과도를 갖는 디바이스의 경우, 인광 이미터의 통상적인 ~ 1 μs 과도 수명을 나타내는 디바이스와 비교하여 디바이스의 LT95가 크게 증가한다.
도 7은 약 465 nm의 피크 파장을 갖는 동일한 이미터를 통합시키는 본원에 개시된 3개의 상이한 OLED 디바이스의 정전류 밀도 수명을 도시하며, 여기서 각 디바이스는 그의 과도 여기 상태 수명이 상이하도록 조작된다. 200 ns 미만의 과도를 갖는 디바이스의 경우, 인광 이미터의 통상적인 ~ 1 μs 과도 수명을 나타내는 디바이스와 비교하여 디바이스의 LT95가 크게 증가한다.
일반적으로, OLED는 애노드와 캐소드 사이에 배치되어 이에 전기 접속되는 하나 이상의 유기층을 포함한다. 전류가 인가되면, 애노드는 유기층(들)에 정공을 주입하고, 캐소드는 전자를 주입한다. 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자와 정공이 동일한 분자상에 편재화될 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자-정공 쌍인 "엑시톤"이 생성된다. 엑시톤이 광방출 메카니즘을 통해 이완될 경우 광이 방출된다. 일부의 경우에서, 엑시톤은 엑시머 또는 엑시플렉스 상에 편재화될 수 있다. 비-방사 메카니즘, 예컨대 열 이완이 또한 발생할 수 있으나, 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다.
초기 OLED는 예를 들면 미국 특허 제4,769,292호에 개시된 바와 같은 단일항 상태로부터 광("형광")을 방출하는 방출 분자를 사용하였으며, 상기 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 형광 방출은 일반적으로 10 나노초 미만의 시간 프레임으로 발생한다.
보다 최근에는, 삼중항 상태로부터의 광("인광")을 방출하는 방출 물질을 갖는 OLED가 제시되었다. 문헌[Baldo et al., "Highly Efficient Phosphorescent Emission from Organic Electroluminescent Devices," Nature, vol. 395, 151-154, 1998; ("Baldo-I")] 및 문헌[Baldo et al., "Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence," Appl. Phys. Lett., vol. 75, No. 3, 4-6 (1999) ("Baldo-II")]은 그 전문이 참고로 포함된다. 인광은 참고로 포함되는 미국 특허 제7,279,704호의 컬럼 5-6에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
도 1은 유기 발광 디바이스(100)를 나타낸다. 도면은 반드시 축척에 의하여 도시하지는 않았다. 디바이스(100)는 기판(110), 애노드(115), 정공 주입층(120), 정공 수송층(125), 전자 차단층(130), 발광층(135), 정공 차단층(140), 전자 수송층(145), 전자 주입층(150), 보호층(155), 캐소드(160) 및 배리어층(170)을 포함할 수 있다. 캐소드(160)는 제1 전도층(162) 및 제2 전도층(164)을 갖는 화합물 캐소드이다. 디바이스(100)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 이들 다양한 층뿐 아니라, 예시 물질의 특성 및 기능은 참고로 포함되는 US 제7,279,704호의 컬럼 6-10에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
이들 층 각각에 대한 더 많은 예도 이용 가능하다. 예를 들면 가요성이고 투명한 기판-애노드 조합은 미국 특허 제5,844,363호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. p-도핑된 정공 수송층의 한 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 50:1의 몰비로 F4-TCNQ로 도핑된 m-MTDATA이며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 방출 및 호스트 물질의 예는 미국 특허 제6,303,238호(Thompson 등)에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. n-도핑된 전자 수송층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 개시된 바와 같이, 1:1의 몰비로 Li로 도핑된 BPhen이고, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 그 전문이 참고로 포함되는 미국 특허 제5,703,436호 및 제5,707,745호에는, 적층된 투명, 전기전도성 스퍼터-증착된 ITO 층을 갖는 Mg:Ag와 같은 금속의 박층을 갖는 화합물 캐소드를 비롯한 캐소드의 예가 개시되어 있다. 차단층의 이론 및 용도는 미국 특허 제6,097,147호 및 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0230980호에 보다 구체적으로 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 주입층의 예는 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에 제공되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 보호층의 설명은 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0174116호에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다.
도 2는 역구조 OLED(200)를 나타낸다. 디바이스는 기판(210), 캐소드(215), 발광층(220), 정공 수송층(225) 및 애노드(230)를 포함한다. 디바이스(200)는 기재된 순서로 층을 증착시켜 제작될 수 있다. 가장 흔한 OLED 구성이 애노드의 위에 캐소드가 배치되어 있는 것이고, 디바이스(200)는 애노드(230)의 아래에 배치된 캐소드(215)를 갖고 있으므로, 디바이스(200)는 "역구조" OLED로 지칭될 수 있다. 디바이스(100)에 관하여 기재된 것과 유사한 물질이 디바이스(200)의 해당 층에 사용될 수 있다. 도 2는 디바이스(100)의 구조로부터 일부 층이 어떻게 생략될 수 있는지의 일례를 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조는 비제한적인 예로서 제공되며, 본 발명의 실시양태는 다양한 기타의 구조와 관련하여 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 기재된 특정한 물질 및 구조는 사실상 예시를 위한 것이며, 기타의 물질 및 구조도 사용될 수 있다. 기능성 OLED는 기재된 다양한 층을 상이한 방식으로 조합하여 달성될 수 있거나, 또는 층은 디자인, 성능 및 비용 요인에 기초하여 전적으로 생략될 수 있다. 구체적으로 기재되지 않은 기타의 층도 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 기재된 물질과 다른 물질을 사용할 수 있다. 본원에 제공된 다수의 예가 단일 물질을 포함하는 것으로 다양한 층을 기재하기는 하나, 물질의 조합, 예컨대 호스트와 도펀트의 혼합물, 또는 보다 일반적으로 혼합물을 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 층은 다양한 하부층을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들면, 디바이스(200)에서, 정공 수송층(225)은 정공을 수송하고 정공을 발광층(220)에 주입하며, 정공 수송층 또는 정공 주입층으로서 기재될 수 있다. 한 실시양태에서, OLED는 캐소드와 애노드 사이에 배치된 "유기층"을 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 유기층은 단일 층을 포함할 수 있거나, 또는 예를 들면 도 1 및 도 2와 관련하여 기재된 바와 같은 상이한 유기 물질들의 복수의 층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 기재하지 않은 구조 및 물질, 예컨대 미국 특허 제5,247,190호(Friend 등)에 개시된 바와 같은 중합체 물질을 포함하는 OLED(PLED)를 또한 사용할 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 추가의 예로서, 단일 유기층을 갖는 OLED를 사용할 수 있다. OLED는 예를 들면 미국 특허 제5,707,745호(Forrest 등)에 기재된 바와 같이 적층될 수 있으며, 이 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. OLED 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 단순 적층된 구조로부터 벗어날 수 있다. 예를 들면, 기판은 미국 특허 제6,091,195호(Forrest 등)에 기재된 바와 같은 메사형(mesa) 구조 및/또는 미국 특허 제5,834,893호(Bulovic 등)에 기재된 피트형(pit) 구조와 같은 아웃-커플링(out-coupling)을 개선시키기 위한 각진 반사면을 포함할 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
본원에 개시된 일부 실시양태에서, 도 1-2에 도시된 발광층(135) 및 발광층(220)과 같은 발광층 또는 물질은 각각 양자점을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 "발광층" 또는 "방출 물질"은, 당업자의 이해에 따라 달리 명시적으로 또는 문맥으로 나타내지 않는 한, 유기 방출 물질 및/또는 양자점 또는 등가 구조를 함유하는 방출 물질을 포함할 수 있다. 이러한 발광층은 별도의 방출 물질 또는 다른 이미터에 의해 방출된 광을 변환하는 양자점 물질만을 포함할 수 있거나, 또는 별도의 방출 물질 또는 다른 이미터를 또한 포함할 수 있거나, 또는 전류 인가로부터 직접 발광할 수 있다. 유사하게, 색 변경 층, 컬러 필터, 상향 변환 또는 하향 변환 층 또는 구조는 양자점을 함유하는 물질을 포함할 수 있지만, 그러한 층은 본원에 개시된 바와 같이 "발광층"으로 간주되지 않을 수 있다. 일반적으로, "발광층" 또는 물질은 초기 광을 방출하는 물질이며, 이는 컬러 필터 또는 디바이스 내에서 초기 광을 스스로 방출하지 않는 다른 컬러 변경 층과 같은 다른 층에 의해 변경될 수 있지만 발광층에 의해 방출된 초기 광에 기초하여 상이한 스펙트럼 함량의 변경된 광을 재방출할 수 있다.
반대의 의미로 명시하지 않는 한, 다양한 실시양태의 임의의 층은 임의의 적합한 방법에 의하여 증착될 수 있다. 유기층의 경우, 바람직한 방법으로는 미국 특허 제6,013,982호 및 제6,087,196호(이 특허 문헌들은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 열 증발, 잉크-제트, 미국 특허 제6,337,102호(Forrest 등)(이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 기상 증착(OVPD) 및 미국 특허 제7,431,968호(이 특허 문헌은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 유기 증기 제트 프린팅(OVJP)에 의한 증착을 들 수 있다. 기타의 적합한 증착 방법은 스핀 코팅 및 기타의 용액계 공정을 포함한다. 용액계 공정은 질소 또는 불활성 분위기 중에서 실시되는 것이 바람직하다. 기타의 층의 경우, 바람직한 방법은 열 증발을 포함한다. 바람직한 패턴 형성 방법은 마스크를 통한 증착, 미국 특허 제6,294,398호 및 제6,468,819호(이 특허 문헌들은 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같은 냉간 용접 및 잉크-제트 및 OVJP와 같은 일부 증착 방법과 관련된 패턴 형성을 포함한다. 다른 방법들도 또한 사용될 수 있다. 증착시키고자 하는 물질은 특정한 증착 방법과 상용성을 갖도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 분지형 또는 비분지형, 바람직하게는 3개 이상의 탄소를 포함하는 알킬 및 아릴기와 같은 치환기는 소분자에 사용되어 이의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다. 20개 이상의 탄소를 갖는 치환기를 사용할 수 있으며, 3개 내지 20개의 탄소가 바람직한 범위이다. 비대칭 물질은 더 낮은 재결정화 경향성을 가질 수 있기 때문에, 비대칭 구조를 갖는 물질은 대칭 구조를 갖는 물질보다 더 우수한 용액 가공성을 가질 수 있다. 덴드리머 치환기를 사용하여 소분자의 용액 가공 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 배리어층을 임의로 더 포함할 수 있다. 배리어층의 한 목적은 전극 및 유기층이 수분, 증기 및/또는 기체 등을 포함하는 환경에서 유해한 종에 대한 노출로 인하여 손상되지 않도록 보호하는 것이다. 배리어층은 엣지를 포함하는 디바이스의 임의의 기타 부분의 위에서, 전극 또는, 기판의 위에서, 기판의 아래에서 또는 기판의 옆에서 증착될 수 있다. 배리어층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 배리어층은 다양한 공지의 화학 기상 증착 기법에 의하여 형성될 수 있으며 복수의 상을 갖는 조성물뿐 아니라 단일 상을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 물질 또는 물질의 조합을 배리어층에 사용할 수 있다. 배리어층은 무기 또는 유기 화합물 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 바람직한 배리어층은 미국 특허 제7,968,146호, PCT 특허 출원 번호 PCT/US2007/023098 및 PCT/US2009/042829에 기재된 바와 같은 중합체 물질 및 비-중합체 물질의 혼합물을 포함하며, 이들 문헌은 본원에 그 전문이 참고로 포함된다. "혼합물"로 간주되기 위해, 배리어층을 포함하는 전술한 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 반응 조건 하에서 및/또는 동일한 시간에 증착되어야만 한다. 중합체 대 비-중합체 물질의 중량비는 95:5 내지 5:95 범위 내일 수 있다. 중합체 및 비-중합체 물질은 동일한 전구체 물질로부터 생성될 수 있다. 한 예에서, 중합체 및 비-중합체 물질의 혼합물은 본질적으로 중합체 규소 및 무기 규소로 이루어진다.
본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 다양한 전자 제품 또는 중간 부품 내에 포함될 수 있는 광범위하게 다양한 전자 부품 모듈(또는 유닛) 내에 포함될 수 있다. 이러한 전자 제품 또는 중간 부품의 예는 디스플레이 스크린, 발광 디바이스, 예컨대 개별 광원 디바이스 또는 최종 소비자 제품 생산자에 의해 사용될 수 있는 조명 패널 등을 포함한다. 이러한 전자 부품 모듈은 임의로 구동 전자 장치 및/또는 동력원(들)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따라 제작된 디바이스는 하나 이상의 전자 부품 모듈(또는 유닛)을 그 안에 포함하는 광범위하게 다양한 소비자 제품 내에 포함될 수 있다. OLED 내 유기층에 본 개시내용의 화합물을 포함하는 OLED를 포함하는 소비자 제품이 개시된다. 이러한 소비자 제품은 하나 이상의 광원(들) 및/또는 하나 이상의 어떤 종류의 영상 디스플레이를 포함하는 임의 종류의 제품을 포함할 것이다. 이러한 소비자 제품의 몇몇 예로는 평면 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 의료용 모니터, 텔레비젼, 광고판, 실내 또는 실외 조명 및/또는 신호용 라이트, 헤드업 디스플레이, 완전 또는 부분 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 레이저 프린터, 전화기, 휴대폰, 태블릿, 패블릿, 개인용 정보 단말기(PDA), 웨어러블 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 뷰파인더, 마이크로 디스플레이(대각선이 2인치 미만인 디스플레이), 3D 디스플레이, 가상 현실 또는 증강 현실 디스플레이, 차량, 함께 타일링된(tiled) 다중 디스플레이를 포함하는 비디오 월, 극장 또는 스타디움 스크린, 및 간판이 있다. 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스를 비롯한 다양한 조절 메카니즘을 사용하여 본 발명에 따라 제작된 디바이스를 조절할 수 있다. 다수의 디바이스는 사람에게 안락감을 주는 온도 범위, 예컨대 18℃ 내지 30℃, 더욱 바람직하게는 실온(20℃ 내지 25℃)에서 사용하고자 하지만, 상기 온도 범위 밖의 온도, 예컨대 -40℃ 내지 +80℃에서도 사용될 수 있다.
본원에 기재된 물질 및 구조는 OLED 이외의 디바이스에서의 적용예를 가질 수 있다. 예를 들면, 기타의 광전자 디바이스, 예컨대 유기 태양 전지 및 유기 광검출기는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다. 보다 일반적으로, 유기 디바이스, 예컨대 유기 트랜지스터는 상기 물질 및 구조를 사용할 수 있다.
일부 실시양태에서, OLED는 플렉시블, 롤러블(rollable), 폴더블(foldable), 스트레처블(stretchable) 및 만곡(curved) 특성으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 특성을 갖는다. 일부 실시양태에서, OLED는 투명 또는 반투명하다. 일부 실시양태에서, OLED는 탄소 나노튜브를 포함하는 층을 더 포함한다.
일부 실시양태에서, OLED는 지연 형광 이미터를 포함하는 층을 더 포함한다. 일부 실시양태에서, OLED는 RGB 픽셀 배열, 또는 화이트 플러스 컬러 필터 픽셀 배열을 포함한다. 일부 실시양태에서, OLED는 모바일 디바이스, 핸드 헬드 디바이스, 또는 웨어러블 디바이스이다. 일부 실시양태에서, OLED는 대각선이 10 인치 미만이거나 면적이 50 제곱인치 미만인 디스플레이 패널이다. 일부 실시양태에서, OLED는 대각선이 10 인치 이상이거나 면적이 50 제곱인치 이상인 디스플레이 패널이다. 일부 실시양태에서, OLED는 조명 패널이다.
발광 영역의 일부 실시양태에서, 발광 영역은 호스트를 추가로 포함한다.
일부 실시양태에서, 상기 화합물은 발광 도펀트일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 화합물은 인광, 형광, 열 활성화 지연 형광, 즉, TADF(또한 E형 지연 형광으로도 지칭됨), 삼중항-삼중항 소멸 또는 이들 과정의 조합을 통해 발광을 생성할 수 있다.
본원에 개시된 OLED는 소비자 제품, 전자 부품 모듈 및 조명 패널 중 하나 이상에 포함될 수 있다. 유기층은 발광층일 수 있고, 상기 화합물은 일부 실시양태에서 발광 도펀트일 수 있고, 한편 상기 화합물은 다른 실시양태에서 비발광 도펀트일 수 있다.
유기층은 또한 호스트를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 2개 이상의 호스트가 바람직하다. 일부 실시양태에서, 사용되는 호스트는 a) 바이폴라 물질, b) 전자 수송 물질, c) 정공 수송 물질 또는 d) 전하 수송에서의 역할이 거의 없는 와이드 밴드 갭 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 호스트는 금속 착물을 포함할 수 있다.
기타 물질과의 조합
유기 발광 디바이스에서 특정 층에 대하여 유용한 것으로 본원에 기재된 물질은 디바이스에 존재하는 매우 다양한 기타 물질과의 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 본원에 개시된 발광 도펀트는 매우 다양한 호스트, 수송층, 차단층, 주입층, 전극 및 존재할 수 있는 기타 층과 결합되어 사용될 수 있다. 하기에 기재되거나 또는 참조된 물질은 본원에 개시된 화합물과의 조합에 유용할 수 있는 물질의 비제한적인 예시이며, 당업자는 조합에 유용할 수 있는 기타 물질을 식별하기 위해 문헌을 용이하게 참조할 수 있다.
본원에 개시된 다양한 발광층 및 비발광층 및 배열을 위해 다양한 물질이 사용될 수 있다. 적합한 물질의 예는 미국 특허 출원 공개 번호 2017/0229663에 개시되어 있으며, 이의 전체 내용은 참고로 포함된다.
전도성 도펀트:
전하 수송층은 전도성 도펀트로 도핑되어 이의 전하 캐리어 밀도를 실질적으로 변화시킬 수 있고, 이는 결과적으로 이의 전도성을 변화시킬 것이다. 전도성은 매트릭스 물질에서 전하 캐리어를 생성시킴으로써 증가되며, 도펀트의 유형에 따라, 반도체의 페르미 준위에서의 변화가 또한 달성될 수 있다. 정공 수송층은 p형 전도성 도펀트로 도핑될 수 있고 n형 전도성 도펀트는 전자 수송층에서 사용된다.
HIL/HTL:
본 발명에서 사용하고자 하는 정공 주입/수송 물질은 특정하게 제한되지 않으며, 화합물이 통상적으로 정공 주입/수송 물질로서 사용되는 한 임의의 화합물을 사용할 수 있다.
EBL:
전자 차단층(EBL)은 발광층을 떠나는 전자 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 내의 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 디바이스와 비교했을 때 상당히 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 유도할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 영역에 발광을 국한시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, EBL 물질은 EBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 높은 LUMO(진공 수준에 보다 가까움) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태에서, EBL 물질은 EBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 높은 LUMO(진공 수준에 보다 가까움) 및/또는 보다 더 삼중항 에너지를 갖는다. 한 양태에서, EBL에 사용되는 화합물은 이하에 기재된 호스트들 중 하나와 동일한 사용 분자 또는 작용기를 함유한다.
호스트:
본 발명의 유기 EL 디바이스의 발광층은 바람직하게는 발광 물질로서 적어도 금속 착물을 포함하며, 도펀트 물질로서 금속 착물을 사용하는 호스트 물질을 포함할 수 있다. 호스트 물질의 예는 특별히 제한되지 않으며, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 호스트의 삼중항 에너지가 도펀트의 삼중항 에너지보다 더 크기만 하다면 사용될 수 있다. 삼중항 기준을 충족하는 한, 임의의 호스트 물질은 임의의 도펀트와 함께 사용될 수 있다.
호스트로서 사용된 금속 착물의 예는 하기 화학식을 갖는 것이 바람직하다:
여기서 Met는 금속이고; (Y103-Y104)는 2좌 리간드이고, Y103 및 Y104는 독립적으로 C, N, O, P 및 S로부터 선택되며; L101은 또 다른 리간드이며; k'는 1 내지 금속에 결합될 수 있는 리간드의 최대 수의 정수값이고; k'+k"는 금속에 결합될 수 있는 리간드의 최대 수이다.
또 다른 양태에서, Met는 Ir 및 Pt로부터 선택된다. 추가 양태에서, (Y103-Y104)는 카르벤 리간드이다.
일 양태에서, 호스트 화합물은 방향족 탄화수소 시클릭 화합물, 예컨대 벤젠, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 테트라페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌 및 아줄렌으로 이루어진 군; 방향족 헤테로시클릭 화합물, 예컨대 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 디벤조셀레노펜, 푸란, 티오펜, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조셀레노펜, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 피리딜인돌, 피롤로디피리딘, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 옥사트리아졸, 디옥사졸, 티아디아졸, 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 트리아진, 옥사진, 옥사티아진, 옥사디아진, 인돌, 벤즈이미다졸, 인다졸, 인독사진, 벤즈옥사졸, 벤즈이속사졸, 벤조티아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 신놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 프탈라진, 프테리딘, 크산텐, 아크리딘, 페나진, 페노티아진, 페녹사진, 벤조푸로피리딘, 푸로디피리딘, 벤조티에노피리딘, 티에노디피리딘, 벤조셀레노페노피리딘 및 셀레노페노디피리딘으로 이루어진 군; 및 방향족 탄화수소 시클릭 기 및 방향족 헤테로시클릭 기로부터 선택된 동일한 유형 또는 상이한 유형의 기이며 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 규소 원자, 인 원자, 붕소 원자, 쇄 구조 단위 및 지방족 시클릭 기 중 하나 이상을 통해 결합되거나 서로 직접 결합되는 2 내지 10개의 시클릭 구조 단위로 이루어진 군으로부터 선택된 군 중 적어도 하나를 함유한다. 각각의 기 내의 각 선택지는 비치환될 수 있거나 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 치환기로 치환될 수 있다.
한 양태에서, 호스트 화합물은 분자에 하기 기들 중 하나 이상을 함유한다:
여기서 R101은 수소, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르복실산, 에테르, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 아릴 또는 헤테로아릴인 경우, 상기 기술한 Ar과 유사한 정의를 갖는다. k는 0 내지 20 또는 1 내지 20의 정수이다. X101 내지 X108은 독립적으로 C(CH 포함) 또는 N으로부터 선택된다. Z101 및 Z102는 독립적으로 NR101, O 또는 S로부터 선택된다.
본원에 개시된 물질과의 조합으로 OLED에서 사용될 수 있는 추가의 호스트 물질의 비제한적인 예시는 그 물질들을 개시하는 참조문헌과 함께 하기에 예시되어 있다: EP2034538, EP2034538A, EP2757608, JP2007254297, KR20100079458, KR20120088644, KR20120129733, KR20130115564, TW201329200, US20030175553, US20050238919, US20060280965, US20090017330, US20090030202, US20090167162, US20090302743, US20090309488, US20100012931, US20100084966, US20100187984, US2010187984, US2012075273, US2012126221, US2013009543, US2013105787, US2013175519, US2014001446, US20140183503, US20140225088, US2014034914, US7154114, WO2001039234, WO2004093207, WO2005014551, WO2005089025, WO2006072002, WO2006114966, WO2007063754, WO2008056746, WO2009003898, WO2009021126, WO2009063833, WO2009066778, WO2009066779, WO2009086028, WO2010056066, WO2010107244, WO2011081423, WO2011081431, WO2011086863, WO2012128298, WO2012133644, WO2012133649, WO2013024872, WO2013035275, WO2013081315, WO2013191404, WO2014142472, US20170263869, US20160163995, US9466803,
또한, 호스트는 금속 착물을 포함할 수 있다. 금속 착물은 하기 리간드 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
여기서, Y1 내지 Y13은 각각 독립적으로 탄소 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택되고; Y'는 BRe, NRe, PRe, O, S, Se, C=O, S=O, SO2, CReRf, SiReRf, 및 GeReRf로 이루어진 군으로부터 선택되고; Re 및 Rf는 임의로 융합 또는 연결되어 고리를 형성하고; Ra, Rb, Rc, 및 Rd는 독립적으로 각각 비치환, 일치환 또는, 관련 고리로 허용되는 최대수의 치환을 나타낼 수 있고; 각각 Ra, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf는 독립적으로 수소, 또는 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카르보닐, 카르복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 술파닐, 술피닐, 술포닐, 포스피노, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 치환기이고; Ra, Rb, Rc, 및 Rd 중 2개의 인접 치환기는 융합 또는 연결되어 고리를 형성할 수 있거나 또는 화학적으로 가능한 경우 다좌 리간드를 형성할 수 있다.
금속 착물은 또한 하기 리간드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
여기서, Ra, Rb, 및 Rc는 모두 상기와 동일하게 정의되며, 이의 각각은 화학적으로 가능한 경우 나머지와 고리를 형성할 수 있다.
호스트는 또한
및 이의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
HBL:
정공 차단층(HBL)은 발광층을 떠나는 정공 및/또는 엑시톤의 수를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 내의 이러한 차단층의 존재는 차단층이 없는 유사한 디바이스와 비교했을 때 상당히 더 높은 효율 및/또는 더 긴 수명을 유도할 수 있다. 또한, 차단층은 OLED의 원하는 영역에 발광을 국한시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, HBL 물질은 HBL 계면에 가장 가까운 이미터보다 더 낮은 HOMO(진공 수준으로부터 보다 먼) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다. 일부 실시양태에서, HBL 물질은 HBL 계면에 가장 가까운 호스트들 중 하나 이상보다 더 낮은 HOMO(진공 수준으로부터 보다 먼) 및/또는 더 높은 삼중항 에너지를 갖는다.
ETL:
전자 수송층(ETL)은 전자를 수송할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전자 수송층은 고유하거나(도핑되지 않음) 또는 도핑될 수 있다. 도핑은 전도성을 향상시키는데 사용될 수 있다. ETL 물질의 예는 특별히 제한되지는 않으며, 임의의 금속 착물 또는 유기 화합물은 이들이 통상적으로 전자를 수송하는데 사용되는 한 사용될 수 있다.
전하 생성층(CGL):
탠덤형(tandem) 또는 적층형 OLED에서, CGL은 성능 면에서 필수적인 역할을 수행하며, 이는 각각 전자와 정공을 주입하기 위한 n-도핑된 층 및 p-도핑된 층으로 이루어진다. 전자와 정공은 CGL 및 전극으로부터 공급된다. CGL에서 소모된 전자와 정공은 각각 캐소드와 애노드로부터 주입된 전자와 정공에 의해 다시 채워지며; 그 후, 바이폴라 전류는 점차적으로 정상 상태에 도달한다. 통상의 CGL 물질은 수송층에서 사용되는 n 및 p 전도성 도펀트를 포함한다.
삼중항 여기 상태로부터 방출을 가능하게 하는 인광 이미터를 사용하는 OLED 디바이스는 통상 1 μs 이상의 비교적 긴 여기 상태 수명(과도)을 나타낸다. 본 개시내용에 따르면, 엑시톤이 이미터 분자 상에 있는 시간의 양은 전체 디바이스 노화 속도와 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 개선된 수명을 갖는 OLED 디바이스를 달성하기 위해 과도 수명을 감소시키는 것이 바람직하다.
감소된 과도를 달성하는 한가지 방법은 증강층을 OLED 스택에 도입하고, 이미터를 증강층의 임계 거리 내에 위치시키는 OLED 디바이스 구성을 통하는 것이다. 본원에 사용된 바와 같이, 이 임계 거리는 총 방사 감쇠 속도 상수가 총 비방사 감쇠 속도 상수와 동일한 증강층으로부터의 거리로 정의된다. 발광층은, 유기 스택을 통해 증강층에 대해 수직으로 측정될 때, 발광층의 적어도 일부 및 이의 전체가 증강층으로부터 임계 거리 이하일 경우 증강층의 임계 거리 내에 있는 것으로 간주된다. 본원에 개시된 이미터, 예컨대 유기 방출 물질 및 층이 진공에 비해 증가된 광자 상태의 밀도를 갖는 환경에 배치될 때, 이미터의 방출 속도가 증가한다. 이것은 퍼셀(Purcell) 효과로 공지된다. 이러한 개선된 방출 및 비방사 속도는 이미터가 여기 상태에 머무는 시간을 감소시켜, 이미터를 안정화시키고 이미터가 통합된 OLED와 같은 디바이스의 노화 속도를 감소시킨다. 일부 OLED 구성은, 방출 물질에 비방사적으로 커플링된 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 플라즈몬 물질을 갖는 증강층을 사용함으로써, 방출 물질로부터의 여기 상태 에너지를 비방사 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 전달가능하게 하는 효과를 이용한다. 예를 들면, 전문이 본 개시내용에 참고 인용되는 미국 특허 번호 9,960,386에 상기 디바이스가 기술되어 있다.
쌍곡선 메타물질 및 플라즈몬 물질은 광대역 광자 상태를 갖기 때문에 OLED에서 퍼셀 효과를 강화시키는 데 매우 적합하다. 증가된 방사 감쇠 속도 상수는 증강층이 없는 디바이스에 비해 주어진 전류 밀도에 대해 OLED 디바이스의 발광층 내에서의 엑시톤 밀도를 더 낮아지게 한다. 이것은 높은 밝기에서 두 입자 충돌, 예컨대 삼중항-삼중항 소멸 및 삼중항-전하 소멸에 의존하는 손실 매커니즘을 감소시켜, 높은 밝기에서의 OLED 성능을 향상시킨다. 이미터의 방출 속도 상수의 증가는 또한 이미터가 여기 상태에서 소비하는 평균 시간을 감소시켜 주어진 작동 전류 밀도에 대한 OLED에 저장된 총 에너지를 감소시킨다. 결과적으로, 분자가 비발광 종으로 노화되는 속도가 감소되어 OLED 디바이스의 수명이 길어진다.
감소된 과도를 달성하기 위해 이러한 효과를 사용하는 일반적인 디바이스 구조의 예시가 도 3에 도시된다. 디바이스는 도 1 및 2와 관련하여 기술된 바와 같이 2개의 전극 사이에 배치되는 OLED 스택(320)을 포함한다. 디바이스는 OLED 스택(320)의 전극일 수 있거나 또는 별도의 층일 수 있는 미국 특허 번호 9,960,386에 기술된 증강층(310)을 포함한다. OLED 스택 내의 인광 발광층(322)은 퍼셀 효과를 개선하기 위해 증강층의 임계 거리(325)에 또는 그 거리 내에 배치된다. 증강층(310)은 통상 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 플라즈몬 물질을 포함하고, 인광 이미터(322)는, 상기 개시한 바와 같이 인광 방출 물질의 총 방사 감쇠 속도 상수가 인광 방출 물질의 총 비방사 감쇠 속도 상수와 동일한 거리와 동일한 증강층(310)의 임계 거리 내에 배치된다. 증강층의 플라즈몬 물질은 인광 방출 물질에 비방사적으로 커플링되고 인광 방출 물질로부터의 여기 상태 에너지를 증강층의 비방사 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 전달한다. 상기 개시된 바와 같이, 증강층은 인광 방출 물질의 상태 밀도를 증가시킨다. 이러한 상태의 증가는 특히 스펙트럼 범위 내에서 발생할 수 있고, 인광 이미터의 방출 범위와 겹치도록 설계될 수 있다. 구체적으로, 상태 밀도가 인광 이미터의 피크 방출 파장을 포함하도록 증가되는 스펙트럼 범위가 바람직할 수 있다. 도 3에 개시되고 도시되는 디바이스 구조는 200 ns 이하의 인광 과도 수명을 달성할 수 있다.
증강층은 비제한적으로 Au, Ag, Mg, Al, Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Ga, Rh, Ti, Ca, Ru, Pd, In, Bi, 유기 소분자, 중합체, SiO2, TiO2, Al2O3, 절연 질화물, Si, Ge, 및 이의 스택 또는 합금을 포함하는 미국 특허 번호 9,960,386에 기술된 것과 같은 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
증강층에 저장된 생성된 에너지는 디바이스 효율을 회복하기 위해 광으로 재전환될 수 있지만, 본원에 개시된 바와 같이 증가된 OLED 디바이스 안정성을 달성하기 위해서는 필요하지 않다. 더욱 구체적으로는, 본원에 개시된 OLED 디바이스의 정전류 밀도 수명은 도 3에 도시된 구성으로부터 유도된 감소된 과도 여기 상태 수명으로 인해 증가된다. 과도 수명이 200 ns 미만으로 감소된 인광 이미터에 대해 디바이스 안정성이 크게 증가하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 20배 이상의 디바이스 수명(LT95)이 달성될 수 있다. 또한, 증강층에 비교적 가깝게, 예를 들어 본원에 개시된 바와 같이 임계 거리 내에 발광층을 배치하는 것은 200 ns 이하의 여기 상태 과도를 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 본원에 개시된 바와 같이 특정 분자 구조의 사용과 같은 증강층을 필요로 하지 않는 과도를 달성하기 위해 다른 기법이 사용될 수 있다. 200 ns 이하의 감소된 과도는 또한 본원에 개시된 바와 같이 삼중항-방출 발광층 또는 물질에 대해 달성될 수 있다.
도 3에 도시된 구성에 의해 달성가능한 감소된 과도 수명은 도 4-6에 도시된 바와 같이 파장 스펙트럼을 가로지르는 이미터에 적용가능하다. 구체적으로, 도 4는 약 475 nm의 피크 파장을 갖는 인광 이미터에 대한 개선된 OLED 안정성을 도시하고; 도 6은 약 525 nm의 피크 파장을 갖는 인광 이미터에 대한 개선된 안정성을 도시하고; 도 7은 약 465 nm의 피크 파장을 갖는 인광 이미터에 대한 개선된 안정성을 도시한다. 또한, 475 nm 파장 인광 이미터에 대한 도 5에 도시된 EL 과도 측정은 디바이스 조작을 통해 달성될 수 있는 여기 상태 수명의 감소의 종류를 나타낸다. 보다 일반적으로, 인광 이미터는 440-500 nm, 500-550 nm, 555-640 nm, 또는 640-1000 nm 범위에서 방출 피크를 가질 수 있다. 일부 경우, 발광층은 복수의 인광 이미터를 포함할 수 있고, 이의 각각은 상이한 범위에서 상이한 피크 방출을 가질 수 있거나, 또는 이미터 중 하나 이상은 동일 범위에서 방출 피크를 가질 수 있다.
본원에 개시된 인광 방출 물질은 유기 물질일 수 있다. Ru, Os, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, 또는 이의 조합을 함유하는 금속 착물을 포함할 수 있다. 하기 형태의 금속 착물을 포함할 수 있다:
여기서, Met는 금속이고; (Y103-Y104)는 2좌 리간드이고, Y103 및 Y104는 독립적으로 C, N, O, P, 및 S로부터 선택되고; L101은 다른 리간드이고; k'는 1 내지 금속에 결합될 수 있는 최대수의 리간드의 정수값이고; k'+k"는 금속에 결합될 수 있는 최대수의 리간드이다.
일부 경우, 인광 물질은 호스트 및 하나 이상의 도펀트를 포함할 수 있다. 방향족 탄화수소 시클릭 화합물; 방향족 헤테로시클릭 화합물로 이루어진 군; 및 방향족 탄화수소 시클릭 기 및 방향족 헤테로시클릭 기로부터 선택된 동일한 유형 또는 상이한 유형의 군이며, 서로 직접, 또는 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 규소 원자, 인 원자, 붕소 원자, 사슬 구조 단위 및 지방족 시클릭 기 중 적어도 하나를 통해 결합되는 2 내지 10개의 시클릭 구조 단위로 이루어지는 군을 비제한적으로 포함하는, 호스트로 사용하기에 적합한 것으로서 본원에 기술된 임의의 물질이 사용될 수 있다.
대안적으로 또는 도 3에 도시된 배열과 관련하여 인광 이미터의 과도 감쇠를 가속화하기 위해 다른 기법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 이미터 분자는 상태의 혼합을 통해 감쇠 시간을 최소화하도록 설계될 수 있고 스핀 궤도 커플링이 또한 빠른 감쇠 시간을 유도할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 짧은 과도를 유지하면서 디바이스의 효율을 증가시키기 위해 다른 구조 성분이 사용될 수 있다. 예를 들면, 아웃커플링 층이 사용될 수 있다. 일부 경우에 전극 또는 다른 층은 디바이스로부터 표면 플라즈몬을 아웃커플링할 수 있다. 이러한 아웃커플링 층은 비제한적으로 나노입자, 나노입자 어레이, 또는 나노패치 안테나와 같은 다른 구조를 포함하는 임의의 공지된 성분 또는 구조를 포함할 수 있다.
본원에 기술된 다양한 실시양태는 단지 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들어, 본원에 기술된 다수의 물질 및 구조는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다른 물질 및 구조로 대체될 수 있다. 따라서, 특허 청구된 본 발명은 당업자에게 명백한 바와 같이, 본원에 기술된 특정 실시예 및 바람직한 실시양태로부터 유래하는 변형예를 포함할 수도 있다. 본 발명이 왜 효과가 있는지에 관한 다양한 이론을 한정하려는 의도는 없음을 이해하여야 한다.
Claims (15)
- 디바이스로서,
제1 전극;
제2 전극;
제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 인광 방출 물질을 포함하는 방출 스택
을 포함하고,
인광 방출 물질의 과도 여기 상태 수명이 200 ns 이하인 디바이스. - 제1항에 있어서,
표면 플라즈몬 공명을 나타내는 플라즈몬 물질을 포함하는 증강층(enhancement layer)
을 추가로 포함하는 디바이스. - 제2항에 있어서, 제1 전극 또는 제2 전극이 증강층을 포함하는 것인 디바이스.
- 제2항에 있어서, 인광 방출 물질은 증강층의 임계 거리 이하 내에 배치되는 것인 디바이스.
- 제4항에 있어서, 임계 거리는, 인광 방출 물질의 총 방사 감쇠 속도 상수가 인광 방출 물질의 총 비방사 감쇠 속도 상수와 동일한 증강층으로부터의 거리와 동일한 것인 디바이스.
- 제2항에 있어서, 증강층의 플라즈몬 물질은 비방사적으로 인광 방출 물질에 커플링되고 인광 방출 물질로부터의 여기 상태 에너지를 증강층의 비방사 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 전달하는 것인 디바이스.
- 제2항에 있어서, 증강층은 제1 스펙트럼 범위 내에서 유기 방출 물질의 상태 밀도를 증가시키는 것인 디바이스.
- 제7항에 있어서, 제1 스펙트럼 범위는 인광 방출 물질의 피크 방출 파장을 포함하는 것인 디바이스.
- 제2항에 있어서, 증강층은 Au, Ag, Mg, Al, Ir, Pt, Ni, Cu, W, Ta, Fe, Cr, Ga, Rh, Ti, Ca, Ru, Pd, In, Bi, 유기 소분자, 중합체, SiO2, TiO2, Al2O3, 절연 질화물, Si, Ge, 및 이의 스택 또는 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 디바이스.
- 제1항에 있어서, 인광 방출 물질은 유기 물질인 디바이스.
- 제10항에 있어서, 인광 물질은 Ru, Os, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 함유하는 금속 착물을 포함하는 것인 디바이스.
- 제1항에 있어서, 인광 방출 물질은 상태 혼합 및/또는 스핀 궤도 커플링을 통해 감쇠 시간을 최소화하는 분자 구조를 포함하는 것인 디바이스.
- 제1항에 있어서, 방출 스택과 스택으로 배치된 아웃커플링 층을 추가로 포함하는 디바이스.
- 제13항에 있어서, 제1 전극 또는 제2 전극이 표면 플라즈몬에 대해 아웃커플링 층으로 작용하는 것인 디바이스.
- 제13항에 있어서, 아웃커플링 층은 나노입자를 포함하는 것인 디바이스.
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