KR20230044299A - 초박형 투명 전도체를 사용한 유기 발광 다이오드에서의 도파관 모드의 제거 - Google Patents
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Abstract
유기 발광 다이오드(OLED)에서 발광 효율을 증가시키는 방법은, OLED 내에 제1 극성을 갖는 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극을 배치함으로써, 횡방향 전기(TE0) 모드, 횡방향 자기(TM1) 모드 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 적어도 하나의 도파관 모드를 제거하거나 감소시킨다. OLED는, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극이 그 위에 배치되는 투명 기판을 갖는다. 그 것은 또한 제1 면 및 대향하는 제2 면을 규정하는 양자 생성용 발광 활성 조립체를 갖는다. 전도성 투명 금속 전극이 제1 면을 따라 배치된다. 제2 투명 전극은 발광 활성 조립체의 제2 면에 인접하게 배치되며 제1 극성과 반대인 제2 극성을 갖는다. 방법은 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율을 약 20% 이상으로 증가시키는 단계를 포함한다. 그러한 디자인을 갖는 OLED도 상정된다.
Description
관련 출원에의 상호 참조
본 출원은 2020년 8월 3일에 출원된 미국 가출원 제 63/060,536호의 이익을 청구한다. 상기 출원의 개시는 그 전체가 본 명세서에서 참조로 인용된다.
본 개시는, 횡방향 전기(TE0) 모드, 횡방향 자기(TM1) 모드 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 도파관 모드를 제거하거나 감소시킴으로써 유기 발광 다이오드(OLED)에서 발광 효율을 증가시켜 OLED의 외부 양자 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다.
본 섹션은, 반드시 종래기술은 아닌, 본 개시에 관한 배경 정보를 제공한다.
투명 전도성 전극(TCE)이 평판 텔레비전, 터치 패널, 스마트폰, 스마트 글라스, 태양 전지 및 유기 발광 다이오드(OLED)와 같은 많은 광전자 디바이스에 사용된다. 유기 발광 다이오드(OLED)는, 그 뛰어난 가요성 및 심미성, 저가 제조 비용, 다른 광전자 디바이스와의 뛰어난 호환성 등으로 인해 가요 및 투명 디스플레이용 발광 셀로서 많은 주목을 얻고 있다. OLED는 이리듐 복합물의 사용으로 100% 내부 양자 효율(IQE)을 성공적으로 달성하여, 미래 에너지 효율 디스플레이에 대한 이들의 큰 잠재성을 입증하였다. 그러나 현재 이용 가능한 OLED의 주요한 단점은 디바이스로부터의 열악한 외부 결합 효율 - 몇 가지 이유로 발생함 - 로 인한 낮은 외부 양자 효율(EQE)이다.
일반적으로, OLED의 EQE를 제한하는 3가지 주요한 요인이 있다. 첫째, 발광 물질 층 조립체(EML)에서 생성된 광자가, 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 모드를 여기함으로써 접촉 금속과 유기 스택 사이의 경계에서 손실된다. 둘째, 광이 공기/기판 경계에서 총 내부 반사로 인해 기판에 상주한다. 셋째, 광이 도파관 모드의 형태로 갇히며, 이는 EML 및 두꺼운 투명 전도체(TC)를 함께 형성하는 유기 스택이 광 도파관으로서 역할을 하기 때문이다. 사실, 여러 도파관 모드가, 인듐 주석 산화물(ITO)과 같이, 두꺼운 투명 전도성 전극을 이용하는 종래의 OLED 디자인에 존재한다. ITO는 상업용 투명 전극에 가장 널리 사용된다. 따라서, 많은 종래의 OLED는 발광 물질 층 조립체(EML)에서 높은 내부 광 생성 효율을 달성할 수 있지만, 생성된 광을 원하는 디스플레이 표면(들)으로부터 OLED의 외부로 효율적으로 전달하지 못하는 성능을 겪는다.
플라스몬 모드를 억압하며 기판으로부터 갇힌 광을 효율적으로 추출하기 위한 수단에 관한 광범위한 연구가 있어 왔다. OLED에서 안내된 모드를 추출하거나 최소화하는 것은 가장 큰 어려움으로 남아 있으며, 이는 광학 모드의 형성이, 광이 충분히 두꺼운 구조에서 생성될 때는 불가피하기 때문이다. 그에 따라, OLED로부터의 원하는 광자 양과 광 세기를 생성하도록 더 두꺼운 EML 구조와의 절충이 있지만, 두께를 증가시키는 것은 더 두꺼운 물질로 인한 원치 않는 도파관 모드 및 광 가둠을 또한 증가시킨다. 동일한 점이 낮은 막 고유저항을 보장하도록 애노드로서 역할하는 종래의 두꺼운 투명 전도성 산화물(TCO)에 대해서 사실이지만, 그러한 두께는 모달 제한(modal confinement)을 더 증가시킨다.
OLED에서 그레이팅, 격자 및 주름 구조를 사용하여 도파관 모드를 추출하려는 노력이 있었다. 그러나 이들 방법은 유기 층 내로 용이하게 돌출할 수 있게 할 수 있거나, 결국 OLED의 비-평면 표면, 부정적으로 영향을 미치는 표면 매끄러움 또는 전기 속성을 야기한다. 또한, 이들 접근법은, 종래의 OLED 제조 공정과 호환적이지 않은 여러 추가 제조 단계를 필요로 하여, 비용을 증가시킨다.
그러므로, OLED에 대해 광의 외부 결합 효율을 효율적으로 개선하는 새로운 방법을 찾는 것이 바람직할 수 있다. 더욱 구체적으로, 간단하며, 크기 조정 가능하고, 상업용 디스플레이 제품을 위한 종래의 제조 공정과 쉽게 호환될 수 있는 효율적인 도파관 모드 분리기가 바람직할 수 있을 것이다.
본 절은 개시의 일반 요약을 제공하며, 그 전체 범위나 모든 그 특성의 포괄적 개시는 아니다.
특정 양상에서, 본 개시는 유기 발광 다이오드에서 발광 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 유기 발광 다이오드 내에 제1 극성을 갖는 초박형 전기 전도성 투명 전극을 배치함으로써, 횡방향 전기(TE0) 모드, 횡방향 자기(TM1) 모드 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 적어도 하나의 도파관 모드를 제거하거나 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 유기 발광 다이오드는, 초박형 전기 전도성 투명 전극이 그 위에 배치되는 투명 기판을 포함한다. 제1 면 및 대향하는 제2 면을 규정하는, 광자를 생성하기 위한 발광 활성 조립체로서, 초박형 전기 전도성 투명 전극은 제1 면을 따라서 배치되는, 발광 활성 조립체. 발광 활성 조립체의 제2 면에 인접하게 배치되는, 제1 극성에 반대되는 제2 극성을 갖는 제2 전극. 이 방법은, 그러므로, 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율(EQE: External Quantum Efficiency)을 약 30% 이상으로 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 양상에서, 유기 발광 다이오드는 인듐 주석 산화물을 포함하지 않는다.
일 양상에서, 제2 전극은 전도성 산화 막 또는 전도성 금속 막을 포함하는 투명 전극이다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 전극은 금속성이며 은(Ag)을 포함한다.
일 추가 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 전극은 구리, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 조합을 더 포함한다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 전극은 금속성이며, 제1 층과 제2 층을 포함한다. 제1 층은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 제1 물질을 포함한다. 제2 층은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 제2 물질을 포함한다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 12nm 이하의 두께를 갖는다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 2nm 이상 약 10nm 이하의 두께를 갖는다.
일 양상에서, 발광 활성 조립체의 두께는 20nm 이상이다.
일 양상에서, EQE는 약 40% 이상이다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 전극은 금속성이며, 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부에 대해 약 60% 이상의 투명도를 갖는다.
일 추가 양상에서, 유기 발광 다이오드로부터 발광되는 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부는 최소 각도 의존성을 나타내며, 예컨대, 미리 결정된 파장의 제1 범위는 유기 발광 다이오드에 대해 약 0° 내지 약 60°범위의 시야각에서 약 20nm 이하로 변한다.
일 양상에서, 발광 활성 조립체는
발광 활성 층;
발광 활성 층과 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극 사이에 배치되는 제1 전하 수송 층; 및
발광 활성 층과 제2 전극 사이에 배치되는 제2 전하 수송 층을 포함한다.
일 양상에서, 발광 층, 제1 전하 수송 층 및 제2 전하 수송 층의 결합 두께는 100nm 이상이다.
특정한 다른 양상에서, 본 개시는, 유기 발광 다이오드에서 발광 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 유기 발광 다이오드 내에 제1 극성을 갖는 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극을 배치함으로써, 유기 발광 다이오드에서 횡방향 전기(TE0) 모드 및 횡방향 자기 (TM1) 모드를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 유기 발광 다이오드는 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극이 그 위에 배치되는 투명 기판을 포함한다. 유기 발광 다이오드는 또한 제1 면 및 대향하는 제2 면을 규정하는, 광자를 생성하기 위한 발광 활성 조립체를 포함하며, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 제1 면을 따라서 배치된다. 제2 전극이 발광 활성 조립체의 제2 면에 인접하게 배치되며 제1 극성에 반대되는 제2 극성을 가지며, 유기 발광 다이오드는 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하지 않는다. 이 방법은, 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율(EQE)을 약 30% 이상으로 증가시키는 단계를 더 포함한다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 은(Ag)을 포함한다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질을 더 포함한다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 제1 층과 제2 층을 포함한다. 제1 층은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 제1 물질을 포함한다. 제2 층은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 제2 물질을 포함한다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 12nm 이하의 두께를 갖는다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 2nm 이상 약 10nm 이하의 두께를 갖는다.
일 양상에서, EQE는 약 40% 이상이다.
일 양상에서, 발광 활성 조립체는
발광 활성 층;
발광 활성 층과 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극 사이에 배치되는 제1 전하 수송 층; 및
발광 활성 층과 제2 전극 사이에 배치되는 제2 전하 수송 층을 포함한다.
일 양상에서, 발광 층, 제1 전하 수송 층 및 제2 전하 수송 층의 결합 두께는 100nm 이상이다.
또 다른 양상에서, 본 개시는 유기 발광 다이오드 디바이스로서,
투명 기판;
구리를 포함하는 제1 층과, 제1 층 위에 배치되며 은을 포함하는 제2 층을 갖는 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극;
제1 면 및 대향하는 제2 면을 규정하는 발광 활성 층;
발광 층과 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극 사이에서 제1 면 상에 배치되는 제1 전하 수송 층;
발광 층의 제2 면 상에 배치되는 제2 전하 수송 층; 및
제2 전하 수송 층에 인접하게 배치되며 제1 극성에 반대되는 제2 극성을 갖는 제2 전극으로서, 유기 발광 디바이스는 횡방향 전기(TE0) 도파관 모드를 갖지 않으며 약 30% 이상의 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율(EQE)을 갖는, 유기 발광 다이오드 디바이스에 관한 것이다.
일 양상에서, 제2 전극은 전도성 산화 막 또는 전도성 금속 막을 포함하는 투명 전극이다.
일 양상에서, 제2 전극은 투명하며 제2 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극을 포함하여 양면 발광 유기 발광 다이오드를 형성한다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 전극은 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부에 대해 약 60% 이상의 투명도를 갖는다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 적어도 하나의 유전체 층에 인접하며, 유전체-금속, 금속-유전체 및 유전체-금속-유전체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 전극 디자인을 갖는 조립체의 일부를 형성한다.
일 양상에서, 유기 발광 다이오드 디바이스는 또한 횡방향 자기(TM1) 모드 도파관 모드를 갖지 않는다.
일 양상에서, 유기 발광 다이오드는 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하지 않는다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 은(Ag)을 포함한다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극의 제2 층은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질을 더 포함한다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극의 제1 층은 본질적으로 구리(Cu)로 구성되며, 제2 층은 본질적으로 은(Ag)으로 구성된다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 12nm 이하의 두께를 갖는다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 2nm 이상 약 10nm 이하의 두께를 갖는다.
일 양상에서, EQE는 약 40% 이상이다.
일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부에 대해 약 60% 이상의 투명도를 갖고, 유기 발광 다이오드로부터 발광되는 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부는 최소 각도 의존성을 나타내며, 예컨대, 미리 결정된 파장의 제1 범위는 유기 발광 다이오드에 대해 약 0° 내지 약 60°범위의 입사각에서 약 80nm 이하로 변한다.
일 양상에서, 발광 활성 층, 제1 전하 수송 층 및 제2 전하 수송 층의 결합 두께는 100nm 이상이다.
일 양상에서, 투명 기판은, 굴절률 매칭된 유체, 마이크로렌즈, 산란체-내장 유체 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 광 산란 요소를 포함한다.
다른 적용 분야는 본 명세서에 제공되는 상세한 설명으로부터 자명하게 될 것이다. 본 해결 수단에서의 설명 및 특정 예들은 오직 예시용으로 의도되며 본 개시의 범위를 제한하지 않도록 의도된다.
본 명세서에서 기재한 도면은 선택된 실시예를 오직 예시할 목적이며 모든 가능한 구현은 아니며, 본 개시의 범위를 제한하고자 의도하지는 않는다.
도 1은, 본 개시의 특정 양상에 따라 준비한 유기 발광 다이오드(ODED) 디바이스의 예의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2d는 은-원료 박막과 은-구리 이중 층 박막을 위한 막 특징(광학 및 전기)을 도시하되, 도 2a는 시트 저항 대 시드 층 두께를 도시하고, 도 2b는 시트 저항 대 막 두께를 도시하고, 도 2b는 평균 절대 투과도(TAVE) 대 막 두께를 도시하고, 도 2d는, 막 두께의 함수로서 측정되며 계산된 FTC(Cu-Ag, 베어(bare) Ag 및 ITO 막)의 φtc에 대한 하케의 성능 지수(Haake's figure of merit)(φtc =(T550)10/Rsh)를 도시하고, 도 2e는 유리 기판(검은색 점선) 상에서 및 OLED 구조(적색 점선)에서 애노드로서 내장된 초박형 Cu-Ag 막의 투과도 및 반사도 스펙트럼 대 파장을 도시하며, 실험, 시뮬레이트된 및 OLED 디바이스에서 시뮬레이트된 값이 제공된다.
도 3a 내지 도 3e는 도파관 모드의 이론적/시뮬레이션 분석을 도시하되, 도 3a 및 도 3b는 2개의 유기 발광 다이오드(OLED) 파장 모드, TE0 및 TE1 모드 각각 및 그 실효 굴절률(neff,TE0 및 neff,TM1)을 530nm의 파장에서의 유기 활성 층 두께(torganic)의 함수로서 도시하고, 도 3c 및 도 3d는 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 Cu-Ag 막을 갖는 OLED 및 ITO를 갖는 비교 OLED 디바이스의 스펙트럼 전력 소산을 도시하고, 도 3e는, 각 모드에 대한 전체 파장 범위에 걸친 스펙트럼 전력 소산을 통합함으로써 계산되는 각 모드에 전송되는 전력의 비율(%)을 도시하며, 모드는 공기, 유리 기판(Subs), 도파관(W/G) 및 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP)의 비율을 각각 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 도파관(WG) 모드 제거의 실험적 검증을 도시하되, 도 4a는 도파관 모드를 시험하기 위한 실험 셋업의 개략적인 탑-다운 및 횡단면도이고, 도 4b는, 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 Cu-Ag 막을 갖는 OLED와 ITO를 갖는 비교 OLED 디바이스 상의 도파관에서 안내된 광의 측정된 세기를 여기 세기의 함수로서 도시하며, 도 4c는, 굴절률 매칭된 유체(IMF)를 갖지 않는 및 갖는 ITO 및 Cu-Ag에서 벗겨진 샘플의 횡단면도로부터의 관찰된 광을 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 OLED 디바이스 성능을 도시하되, 도 5a는 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 Cu-Ag 막을 갖는 OLED 및 ITO를 갖는 비교 OLED 디바이스에 대한 외부 양자 효율(EQE) 대 전류 밀도를 도시하고, 도 5b는 ITO 및 Cu-Ag 디바이스의 전류 밀도-전압 특징을 도시하며, 도 5c는 ITO 및 Cu-Ag 디바이스의 각도 의존적 전자 발광 스펙트럼을 도시한다.
도 6a 내지 도 6f는 여러 전도성 금속 막에 대한 시드 층 선택 기준을 도시하고, 알루미늄(Al), 게르마늄(GE) 및 구리(Cu) 시드 물질을 시험하였고, 8nm 두께 Ag 층이 0.5nm 시드 층 상에 증착되었으되, 도 6a는, 9.3nm의 두께의 Al-시드 Ag 막의 3-차원(3D) 태핑-모드 AFM 이미지에 의한 평균 표면 거칠기(RA)를 도시하고, 도 6b는 9.9nm의 두께에서의 Ge-시드 Ag 막의 그러한 평균 표면 거칠기이고, 도 6c는 9.0nm의 두께의 Cu-시드 Ag 막의 그러한 평균 표면 거칠기이고, 주사 크기는 500nm×500nm이고, 도 6d는 3개의 막(Al-Ag, Ge-Ag 및 Cu-Ag)에 대한 절대 투과도 대 파장을 도시하고, 도 6e는 3개의 막에 대한 투과도(ε2) 대 파장을 도시하며, 도 6f는 3개의 막 각각에 대한 고유저항을 도시한다.
도 7a 내지 도 7f는 시드 층 안정성을 평가하고, 막은 Ag 막의 8nm인 제2 층이 뒤이어 오는 시드 층으로 형성되는 이중 층을 갖고, 시드 층인 제1 층은 0.5nm의 두께를 가지며 Al, Ge 또는 Cu 층을 포함하되, 도 7a 내지 도 7c는, 도 7a 및 도 7c에서 증착되자마자, 1일, 7일, 12.5일, 39.5일, 64.5일, 85.5일, 113.5일을 포함하는 여러 회에서의 상대 투과도 대 파장을 도시하는 반면, 도 7b는 증착되자마자, 1.5일, 8일, 28.5일, 53.5일, 74.5일 및 102.5일에서의 시험을 도시하고, 도 7d는 알루미늄-도핑된 은 막에 대한 시트 저항 대 공기 중 노출 시간을 도시하고, 도 7e는 게르마늄-도핑된 은 막에 대한 시트 저항 대 공기 중 노출 시간을 도시하며, 도 7f는 구리-도핑된 은 막에 대한 시트 저항 대 공기 중 노출 시간을 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 Cu 시드 층의 0.5nm 상에 증착되는 5nm 두께 Ag 막의 특징을 도시하되, 도 8a는 Cu-Ag 막에 대한 거친 제곱 평균(RMS) 표면 거칠기 대 시드 층 두께를 도시하고, 5nm Ag 막이 Cu 시드 층 상에 증착되었고, 이 시드 층에서, 시드 층 두께는 최적 두께를 찾기 위해 변하였고, 도 8b는 은 막(시뮬레이트 및 실험) 및 구리-은 이중 층(시뮬레이트 및 실험)에 대한 반사도(RAVE) 대 막 두께를 도시하는 반면, 도 8c는 은 막(시뮬레이트 및 실험) 및 구리-은 이중 층(시뮬레이트 및 실험)에 대한 흡수도(AAVE) 대 막 두께를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 투명 전도성 전극으로서 인듐 주석 산화물(ITO)에 대한 이론적 모듈을 도시하되, 도 9a는 ITO에 대한 시트 저항 대 두께(이론 및 실험)를 도시하며, 도 9b는 150nm ITO 막에 대한 투과도 및 반사도 스펙트럼 대 파장을 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 이론적 성능 지수(FOM) 계산을 도시하되, 도 10a는 이론적 은 막에 대한 계산된 시트 저항 대 Ag 막 두께와 계산된 투과도 대 Ag 막 두께를 도시하고, Ag 막의 두께는 0 내지 40nm의 범위일 수 있고, 도 10b는 인듐 주석 산화물(ITO) 층에 대한 계산된 시트 저항 대 ITO 막 두께와 투과도 대 ITO 막 두께를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 비교 ITO 애노드와 Cu-Ag 이중 층 애노드를 갖는 OLED에 대한 전력 분포 계산을 도시하되, 도 11a는, 각 모드에 대해 전체 파장 범위에 걸쳐 스펙트럼 전력 분포를 통합함으로써 계산되는, 상이한 파장에 대해 각 모드에 전달된 전력의 비율(%)을 도시하며, 모드는 유리 기판(Subs), 공기, 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 및 도파관(W/G) 각각의 비율을 도시한다.
도 12는 도파관 모드 분석을 위한 계산을 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 횡방향 전기 TE0 모드와 TE0 모드 제거에 대한 수학적 분석을 도시하되, 도 13a는 도 12에 도시한 y1 및 y2의 실수부 대 TE0 모드의 계산된 실효 굴절률(neff)을 도시하는 반면, 도 13b는 도 12에 도시한 y1 및 y2의 허수부 대 TE0 모드의 계산된 실효 굴절률(neff)을 도시한다.
도 14a 및 도 14b 중, 도 14a는 횡방향 전기 TE0 모드 및 TE0 모드 제거의 물리적 분석을 도시하고, 여기서 유기 층의 두께는 200nm로 고정되었고, 도 14b는 횡방향 자기 TM1 모드 및 TM1 모드 제거의 물리적 분석을 도시하고, 여기서 유기 층의 두께는 300nm로 고정되었다.
도 15a 내지 도 15d는 일-차원(1D) 모드 프로파일을 도시하고, 각각의 디바이스는 Cu-Ag 이중 층 또는 ITO 중 어느 하나를 애노드로서 갖되, 도 15a는 ITO 및 Cu-Ag OLED의 TM0 모드를 도시하고, TMO 모드는 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 모드이고, 도 15b는 ITO 디바이스의 TE0 모드를 도시하고, 도 15c는 ITO 디바이스의 TM1 모드를 도시하고, 도 15d는, 수학적 해법에 의해 계산되었고 기판에서의 필드 진동을 보여주는, Cu-Ag 디바이스에서의 기판(유리) 모드를 도시하며, 유리 모드는 여기서 도시하지는 않은 ITO 디바이스에 대해 동일해 보이고, ITO 디바이스는 모든 SPP, TE0, TM1 및 기판 모드를 갖는 반면, TE0 및 TM1 모드는 Cu-Ag 디바이스에는 존재하지 않으며, 실효 굴절률(neff)은 1.1673이다.
도 16a 및 도 16b는 ITO 및 Cu-Ag OLED의 계산된 및 측정된 발광 프로파일을 각각 도시한다.
도 17a 내지 도 17c는 유전체-금속(DM) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 반영하되, 도 17a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, ITO의 40nm 및 80nm 두께가 유전체에 사용되었고, 8nm 두께 Cu-Ag 막이 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드와 유리 기판이 사용되었고, TE0 모드(도 17b) 및 TM1 모드(도 17c)의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 되어 있으며, 동작 파장은 530nm이다.
도 18a 및 도 18b는 유전체-금속(DM) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석이고, TE0 모드(도 18a)에 대한 및 TM1 모드(도 18b)에 대한 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께(tcore = torganic + tanode)의 함수로서 되어 있으며, 동작 파장은 530nm이고, 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었고, 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 비교 ITO 및 Cu-Ag가 각각 두께 150nm와 8nm에 고정되었다.
도 19a 내지 도 19c는 금속-유전체(MD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하되, 도 19a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 40nm 및 80nm ITO의 두께가 유전체에 대해 사용되었고, 8nm Cu-Ag가 금속에 대해 사용되었고, TE0 모드(도 19b) 및 TM1 모드(도 19c)의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 되어 있으며, 동작 파장은 530nm이다.
도 20a 및 도 20b는 유전체-금속(MD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하되, TE0 모드(도 20a)에 대한 및 TM1 모드(도 20b)에 대한 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께의 함수로서 되어 있으며, 동작 파장은 530nm이고, 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었다.
도 21a 내지 도 21c는 유전체-금속-유전체(DMD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하되, 도 21a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 바닥 ITO는 40nm로 고정되었고, 40nm와 80nm ITO 두께가 정상 유전체에 사용되었고, 8nm Cu-Ag가 금속 전도체에 대해 사용되었고, 반-무한 알루미늄(Al) 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 21b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 TE0 모드를 도시하고, 도 21c는 TM1 모드를 도시하며, 동작 파장은 530nm이다.
도 22a 및 도 22b는 유전체-금속-유전체(DMD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 22a의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께의 함수로서 TE0 모드를 도시하고, 도 22b는 TM1 모드를 도시하며, 동작 파장은 530nm이다. 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었고, 바닥 ITO 층은 40nm 두께로 고정된 반면, 40nm 및 80nm ITO 두께 층이 정상 유전체에 사용되었으며, 8nm Cu-Ag 두께 막이 금속 전도체에 사용되었다.
도 23a 내지 도 23c는 유전체-금속-유전체(DMD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 23a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 40nm 두께 ITO가 정상 유전체에 사용되었고, 40nm 및 80nm ITO의 두께가 바닥 유전체에 사용되었고, 8nm 두께 Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 23b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 TE0 모드를 도시하고, 도 23c는 TM1 모드를 도시하며, 동작 파장은 530nm이다.
도 24a 및 도 24b는 유전체-금속-유전체(DMD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 24a의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께의 함수로서 TE0 모드를 도시하고, 도 24b는 TM1 모드를 도시하며, 동작 파장은 530nm이다. 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었고, 40nm 두께 ITO가 정상 유전체에 사용되었고, 40nm 및 80nm ITO 두께가 바닥 유전체에 사용되었으며, 8nm 두께 Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었다.
도 25a 내지 도 25c는 DMD 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 25a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 0nm와 40nm 정상 및 바닥 ITO가 계산에 대해 유전체로서 사용되었고, 8nm Cu-Ag가 금속 전도체로서 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 25b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 TE0 모드에서 코어 층 두께의 함수로서 제공되며 및 도 25c는 TM1 모드에서 제공되며, 동작 파장은 650nm이다.
도 26a 내지 도 26c가 DMD 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 26a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 정상 및 바닥 ITO(유전체)에 대해 0nm와 40nm의 두께가 계산에 사용되었고, 8nm 두께 Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 26b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 코어 층 두께의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 26c에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이다.
도 27a 내지 도 27c는 금속-유전체(MD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 27a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 40nm 및 80nm ITO의 두께가 유전체에 사용되었고, 8nm 두께 Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 27b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 27c에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이다.
도 28a 및 도 28b는 금속-유전체(MD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 28a의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 28b에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이며, 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었으며, ITO 및 Cu-Ag는 각각 150nm 및 8nm의 두께로 고정되었다.
도 29a 내지 도 29c는 DMD 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 29a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 정상 유전체 두께가 40nm로 고정되었고, 0nm, 40nm 및 80nm ITO가 유전체에 사용되었고, 8nm Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 29b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 29c에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이다.
도 30a 및 도 30b는 DMD 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 30a의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께(tcore = torganic + tanode)의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 30b에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이고, 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었고, 베어 ITO 및 Cu-Ag 막이 각각 150nm 및 8nm의 두께로 고정되었다.
도 31a 내지 도 31c는, 본 개시의 특정 양상에 따른 Cu-Ag나 비교 ITO 전극 중 어느 하나를 갖는 투명 OLED의 일 실시예나 양면 발광 성능을 갖는 OLED에 대한 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 31a는 ITO나 Cu-Ag 전극을 갖는 투명 OLED의 개략적 예시를 도시하고, 애노드나 캐소드는 ITO나 Cu-Ag 중 어느 하나이고, 도 31b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관의 유기 층 두께의 함수로서 TE0 모드에 대해 도시되며, TM0 모드에 대해 계산된 실효 굴절률(neff)이 도 31c에서 도파관의 유기 층 두께의 함수로서 도시되며, 동작 파장은 530nm이고, ITO 및 Cu-Ag 막이 각각 50nm 및 8nm의 두께로 고정되었다.
도 32a 내지 도 32d는 ITO 및 Cu-Ag 전극을 갖는 투명 OLED(예컨대, 이중 발광 OLED)의 모드 분석을 도시하고, 도 32a 및 도 32b는 각각 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 비교 ITO 및 Cu-Ag 전극을 갖는 투명 OLED의 개략적 예시이고, 유기 층은 디바이스 모두에 대해 HIL(MoO3), HTL(TAPC), EML(CBP에서 10% Ir(pph)2acac 도핑) 및 ETL(TPBi)를 포함하고, 50nm 두께 ITO가 ITO 투명 OLED에 사용되었고 5nm Cu-Ag 두께 막이 Cu-Ag 투명 OLED에 사용되었고, 도 32c 및 도 32d는 전파 방향에서의 스펙트럼 전력 분포 대 파수를 도시하고, 도 32c는 2개의 도파관 모드, TE 및 TM 모드를 도시하고, 도 32d는 임의의 도파관 모드를 도시하지 않으며, 유리 모드가 ITO 및 Cu-Ag 투명 OLED 모두에 존재한다.
도 33은 ITO 및 Cu-Ag 투명 양면 발광 OLED에서의 각 모드의 에너지 비율을 도시하고, 도 33에서 ITO 및 Cu-Ag는 각각 비교 ITO 및 Cu-Ag 원료 투명 OLED를 나타내고, W/G 모드는 도파관 모드를 나타내고, 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 모드가 두꺼운 알루미늄 캐소드를 갖는 단일 측 발광 OLED와 달리 알루미늄 캐소드의 부재로 인해 존재하지 않고, Cu-Ag 투명 OLED는 도파관 모드의 제거로 인한 도파관 부분을 갖지 않고, ITO 투명 OLED는 큰 도파관 부분을 보이며, 이것이 의미하는 점은, 상당한 양의 광이 ITO 투명 OLED의 내부에 갇히며, Cu-Ag 투명 OLED는 쉽게 추출될 수 있는 유리 모드에서의 큰 부분을 갖는다.
대응하는 참조번호는 도면의 여러 도에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1은, 본 개시의 특정 양상에 따라 준비한 유기 발광 다이오드(ODED) 디바이스의 예의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2d는 은-원료 박막과 은-구리 이중 층 박막을 위한 막 특징(광학 및 전기)을 도시하되, 도 2a는 시트 저항 대 시드 층 두께를 도시하고, 도 2b는 시트 저항 대 막 두께를 도시하고, 도 2b는 평균 절대 투과도(TAVE) 대 막 두께를 도시하고, 도 2d는, 막 두께의 함수로서 측정되며 계산된 FTC(Cu-Ag, 베어(bare) Ag 및 ITO 막)의 φtc에 대한 하케의 성능 지수(Haake's figure of merit)(φtc =(T550)10/Rsh)를 도시하고, 도 2e는 유리 기판(검은색 점선) 상에서 및 OLED 구조(적색 점선)에서 애노드로서 내장된 초박형 Cu-Ag 막의 투과도 및 반사도 스펙트럼 대 파장을 도시하며, 실험, 시뮬레이트된 및 OLED 디바이스에서 시뮬레이트된 값이 제공된다.
도 3a 내지 도 3e는 도파관 모드의 이론적/시뮬레이션 분석을 도시하되, 도 3a 및 도 3b는 2개의 유기 발광 다이오드(OLED) 파장 모드, TE0 및 TE1 모드 각각 및 그 실효 굴절률(neff,TE0 및 neff,TM1)을 530nm의 파장에서의 유기 활성 층 두께(torganic)의 함수로서 도시하고, 도 3c 및 도 3d는 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 Cu-Ag 막을 갖는 OLED 및 ITO를 갖는 비교 OLED 디바이스의 스펙트럼 전력 소산을 도시하고, 도 3e는, 각 모드에 대한 전체 파장 범위에 걸친 스펙트럼 전력 소산을 통합함으로써 계산되는 각 모드에 전송되는 전력의 비율(%)을 도시하며, 모드는 공기, 유리 기판(Subs), 도파관(W/G) 및 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP)의 비율을 각각 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 도파관(WG) 모드 제거의 실험적 검증을 도시하되, 도 4a는 도파관 모드를 시험하기 위한 실험 셋업의 개략적인 탑-다운 및 횡단면도이고, 도 4b는, 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 Cu-Ag 막을 갖는 OLED와 ITO를 갖는 비교 OLED 디바이스 상의 도파관에서 안내된 광의 측정된 세기를 여기 세기의 함수로서 도시하며, 도 4c는, 굴절률 매칭된 유체(IMF)를 갖지 않는 및 갖는 ITO 및 Cu-Ag에서 벗겨진 샘플의 횡단면도로부터의 관찰된 광을 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 OLED 디바이스 성능을 도시하되, 도 5a는 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 Cu-Ag 막을 갖는 OLED 및 ITO를 갖는 비교 OLED 디바이스에 대한 외부 양자 효율(EQE) 대 전류 밀도를 도시하고, 도 5b는 ITO 및 Cu-Ag 디바이스의 전류 밀도-전압 특징을 도시하며, 도 5c는 ITO 및 Cu-Ag 디바이스의 각도 의존적 전자 발광 스펙트럼을 도시한다.
도 6a 내지 도 6f는 여러 전도성 금속 막에 대한 시드 층 선택 기준을 도시하고, 알루미늄(Al), 게르마늄(GE) 및 구리(Cu) 시드 물질을 시험하였고, 8nm 두께 Ag 층이 0.5nm 시드 층 상에 증착되었으되, 도 6a는, 9.3nm의 두께의 Al-시드 Ag 막의 3-차원(3D) 태핑-모드 AFM 이미지에 의한 평균 표면 거칠기(RA)를 도시하고, 도 6b는 9.9nm의 두께에서의 Ge-시드 Ag 막의 그러한 평균 표면 거칠기이고, 도 6c는 9.0nm의 두께의 Cu-시드 Ag 막의 그러한 평균 표면 거칠기이고, 주사 크기는 500nm×500nm이고, 도 6d는 3개의 막(Al-Ag, Ge-Ag 및 Cu-Ag)에 대한 절대 투과도 대 파장을 도시하고, 도 6e는 3개의 막에 대한 투과도(ε2) 대 파장을 도시하며, 도 6f는 3개의 막 각각에 대한 고유저항을 도시한다.
도 7a 내지 도 7f는 시드 층 안정성을 평가하고, 막은 Ag 막의 8nm인 제2 층이 뒤이어 오는 시드 층으로 형성되는 이중 층을 갖고, 시드 층인 제1 층은 0.5nm의 두께를 가지며 Al, Ge 또는 Cu 층을 포함하되, 도 7a 내지 도 7c는, 도 7a 및 도 7c에서 증착되자마자, 1일, 7일, 12.5일, 39.5일, 64.5일, 85.5일, 113.5일을 포함하는 여러 회에서의 상대 투과도 대 파장을 도시하는 반면, 도 7b는 증착되자마자, 1.5일, 8일, 28.5일, 53.5일, 74.5일 및 102.5일에서의 시험을 도시하고, 도 7d는 알루미늄-도핑된 은 막에 대한 시트 저항 대 공기 중 노출 시간을 도시하고, 도 7e는 게르마늄-도핑된 은 막에 대한 시트 저항 대 공기 중 노출 시간을 도시하며, 도 7f는 구리-도핑된 은 막에 대한 시트 저항 대 공기 중 노출 시간을 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 Cu 시드 층의 0.5nm 상에 증착되는 5nm 두께 Ag 막의 특징을 도시하되, 도 8a는 Cu-Ag 막에 대한 거친 제곱 평균(RMS) 표면 거칠기 대 시드 층 두께를 도시하고, 5nm Ag 막이 Cu 시드 층 상에 증착되었고, 이 시드 층에서, 시드 층 두께는 최적 두께를 찾기 위해 변하였고, 도 8b는 은 막(시뮬레이트 및 실험) 및 구리-은 이중 층(시뮬레이트 및 실험)에 대한 반사도(RAVE) 대 막 두께를 도시하는 반면, 도 8c는 은 막(시뮬레이트 및 실험) 및 구리-은 이중 층(시뮬레이트 및 실험)에 대한 흡수도(AAVE) 대 막 두께를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 투명 전도성 전극으로서 인듐 주석 산화물(ITO)에 대한 이론적 모듈을 도시하되, 도 9a는 ITO에 대한 시트 저항 대 두께(이론 및 실험)를 도시하며, 도 9b는 150nm ITO 막에 대한 투과도 및 반사도 스펙트럼 대 파장을 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 이론적 성능 지수(FOM) 계산을 도시하되, 도 10a는 이론적 은 막에 대한 계산된 시트 저항 대 Ag 막 두께와 계산된 투과도 대 Ag 막 두께를 도시하고, Ag 막의 두께는 0 내지 40nm의 범위일 수 있고, 도 10b는 인듐 주석 산화물(ITO) 층에 대한 계산된 시트 저항 대 ITO 막 두께와 투과도 대 ITO 막 두께를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 비교 ITO 애노드와 Cu-Ag 이중 층 애노드를 갖는 OLED에 대한 전력 분포 계산을 도시하되, 도 11a는, 각 모드에 대해 전체 파장 범위에 걸쳐 스펙트럼 전력 분포를 통합함으로써 계산되는, 상이한 파장에 대해 각 모드에 전달된 전력의 비율(%)을 도시하며, 모드는 유리 기판(Subs), 공기, 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 및 도파관(W/G) 각각의 비율을 도시한다.
도 12는 도파관 모드 분석을 위한 계산을 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 횡방향 전기 TE0 모드와 TE0 모드 제거에 대한 수학적 분석을 도시하되, 도 13a는 도 12에 도시한 y1 및 y2의 실수부 대 TE0 모드의 계산된 실효 굴절률(neff)을 도시하는 반면, 도 13b는 도 12에 도시한 y1 및 y2의 허수부 대 TE0 모드의 계산된 실효 굴절률(neff)을 도시한다.
도 14a 및 도 14b 중, 도 14a는 횡방향 전기 TE0 모드 및 TE0 모드 제거의 물리적 분석을 도시하고, 여기서 유기 층의 두께는 200nm로 고정되었고, 도 14b는 횡방향 자기 TM1 모드 및 TM1 모드 제거의 물리적 분석을 도시하고, 여기서 유기 층의 두께는 300nm로 고정되었다.
도 15a 내지 도 15d는 일-차원(1D) 모드 프로파일을 도시하고, 각각의 디바이스는 Cu-Ag 이중 층 또는 ITO 중 어느 하나를 애노드로서 갖되, 도 15a는 ITO 및 Cu-Ag OLED의 TM0 모드를 도시하고, TMO 모드는 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 모드이고, 도 15b는 ITO 디바이스의 TE0 모드를 도시하고, 도 15c는 ITO 디바이스의 TM1 모드를 도시하고, 도 15d는, 수학적 해법에 의해 계산되었고 기판에서의 필드 진동을 보여주는, Cu-Ag 디바이스에서의 기판(유리) 모드를 도시하며, 유리 모드는 여기서 도시하지는 않은 ITO 디바이스에 대해 동일해 보이고, ITO 디바이스는 모든 SPP, TE0, TM1 및 기판 모드를 갖는 반면, TE0 및 TM1 모드는 Cu-Ag 디바이스에는 존재하지 않으며, 실효 굴절률(neff)은 1.1673이다.
도 16a 및 도 16b는 ITO 및 Cu-Ag OLED의 계산된 및 측정된 발광 프로파일을 각각 도시한다.
도 17a 내지 도 17c는 유전체-금속(DM) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 반영하되, 도 17a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, ITO의 40nm 및 80nm 두께가 유전체에 사용되었고, 8nm 두께 Cu-Ag 막이 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드와 유리 기판이 사용되었고, TE0 모드(도 17b) 및 TM1 모드(도 17c)의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 되어 있으며, 동작 파장은 530nm이다.
도 18a 및 도 18b는 유전체-금속(DM) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석이고, TE0 모드(도 18a)에 대한 및 TM1 모드(도 18b)에 대한 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께(tcore = torganic + tanode)의 함수로서 되어 있으며, 동작 파장은 530nm이고, 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었고, 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 비교 ITO 및 Cu-Ag가 각각 두께 150nm와 8nm에 고정되었다.
도 19a 내지 도 19c는 금속-유전체(MD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하되, 도 19a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 40nm 및 80nm ITO의 두께가 유전체에 대해 사용되었고, 8nm Cu-Ag가 금속에 대해 사용되었고, TE0 모드(도 19b) 및 TM1 모드(도 19c)의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 되어 있으며, 동작 파장은 530nm이다.
도 20a 및 도 20b는 유전체-금속(MD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하되, TE0 모드(도 20a)에 대한 및 TM1 모드(도 20b)에 대한 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께의 함수로서 되어 있으며, 동작 파장은 530nm이고, 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었다.
도 21a 내지 도 21c는 유전체-금속-유전체(DMD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하되, 도 21a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 바닥 ITO는 40nm로 고정되었고, 40nm와 80nm ITO 두께가 정상 유전체에 사용되었고, 8nm Cu-Ag가 금속 전도체에 대해 사용되었고, 반-무한 알루미늄(Al) 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 21b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 TE0 모드를 도시하고, 도 21c는 TM1 모드를 도시하며, 동작 파장은 530nm이다.
도 22a 및 도 22b는 유전체-금속-유전체(DMD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 22a의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께의 함수로서 TE0 모드를 도시하고, 도 22b는 TM1 모드를 도시하며, 동작 파장은 530nm이다. 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었고, 바닥 ITO 층은 40nm 두께로 고정된 반면, 40nm 및 80nm ITO 두께 층이 정상 유전체에 사용되었으며, 8nm Cu-Ag 두께 막이 금속 전도체에 사용되었다.
도 23a 내지 도 23c는 유전체-금속-유전체(DMD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 23a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 40nm 두께 ITO가 정상 유전체에 사용되었고, 40nm 및 80nm ITO의 두께가 바닥 유전체에 사용되었고, 8nm 두께 Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 23b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 TE0 모드를 도시하고, 도 23c는 TM1 모드를 도시하며, 동작 파장은 530nm이다.
도 24a 및 도 24b는 유전체-금속-유전체(DMD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 24a의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께의 함수로서 TE0 모드를 도시하고, 도 24b는 TM1 모드를 도시하며, 동작 파장은 530nm이다. 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었고, 40nm 두께 ITO가 정상 유전체에 사용되었고, 40nm 및 80nm ITO 두께가 바닥 유전체에 사용되었으며, 8nm 두께 Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었다.
도 25a 내지 도 25c는 DMD 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 25a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 0nm와 40nm 정상 및 바닥 ITO가 계산에 대해 유전체로서 사용되었고, 8nm Cu-Ag가 금속 전도체로서 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 25b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 TE0 모드에서 코어 층 두께의 함수로서 제공되며 및 도 25c는 TM1 모드에서 제공되며, 동작 파장은 650nm이다.
도 26a 내지 도 26c가 DMD 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 26a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 정상 및 바닥 ITO(유전체)에 대해 0nm와 40nm의 두께가 계산에 사용되었고, 8nm 두께 Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 26b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 코어 층 두께의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 26c에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이다.
도 27a 내지 도 27c는 금속-유전체(MD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 27a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 40nm 및 80nm ITO의 두께가 유전체에 사용되었고, 8nm 두께 Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 27b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 27c에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이다.
도 28a 및 도 28b는 금속-유전체(MD) 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 28a의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 28b에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이며, 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었으며, ITO 및 Cu-Ag는 각각 150nm 및 8nm의 두께로 고정되었다.
도 29a 내지 도 29c는 DMD 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 29a는 계산에 사용된 구조를 도시하고, 정상 유전체 두께가 40nm로 고정되었고, 0nm, 40nm 및 80nm ITO가 유전체에 사용되었고, 8nm Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었고, 반-무한 Al 캐소드 및 유리 기판이 사용되었고, 도 29b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 29c에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이다.
도 30a 및 도 30b는 DMD 애노드를 갖는 OLED에서의 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 30a의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관 코어 두께(tcore = torganic + tanode)의 함수로서 TE0 모드에 대해 및 도 30b에서는 TM1 모드에 대해 제공되며, 동작 파장은 450nm이고, 도면은 유기 층 두께를 변경함으로써 획득되었고, 베어 ITO 및 Cu-Ag 막이 각각 150nm 및 8nm의 두께로 고정되었다.
도 31a 내지 도 31c는, 본 개시의 특정 양상에 따른 Cu-Ag나 비교 ITO 전극 중 어느 하나를 갖는 투명 OLED의 일 실시예나 양면 발광 성능을 갖는 OLED에 대한 도파관 모드의 분석을 도시하고, 도 31a는 ITO나 Cu-Ag 전극을 갖는 투명 OLED의 개략적 예시를 도시하고, 애노드나 캐소드는 ITO나 Cu-Ag 중 어느 하나이고, 도 31b의 계산된 실효 굴절률(neff)이 도파관의 유기 층 두께의 함수로서 TE0 모드에 대해 도시되며, TM0 모드에 대해 계산된 실효 굴절률(neff)이 도 31c에서 도파관의 유기 층 두께의 함수로서 도시되며, 동작 파장은 530nm이고, ITO 및 Cu-Ag 막이 각각 50nm 및 8nm의 두께로 고정되었다.
도 32a 내지 도 32d는 ITO 및 Cu-Ag 전극을 갖는 투명 OLED(예컨대, 이중 발광 OLED)의 모드 분석을 도시하고, 도 32a 및 도 32b는 각각 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 비교 ITO 및 Cu-Ag 전극을 갖는 투명 OLED의 개략적 예시이고, 유기 층은 디바이스 모두에 대해 HIL(MoO3), HTL(TAPC), EML(CBP에서 10% Ir(pph)2acac 도핑) 및 ETL(TPBi)를 포함하고, 50nm 두께 ITO가 ITO 투명 OLED에 사용되었고 5nm Cu-Ag 두께 막이 Cu-Ag 투명 OLED에 사용되었고, 도 32c 및 도 32d는 전파 방향에서의 스펙트럼 전력 분포 대 파수를 도시하고, 도 32c는 2개의 도파관 모드, TE 및 TM 모드를 도시하고, 도 32d는 임의의 도파관 모드를 도시하지 않으며, 유리 모드가 ITO 및 Cu-Ag 투명 OLED 모두에 존재한다.
도 33은 ITO 및 Cu-Ag 투명 양면 발광 OLED에서의 각 모드의 에너지 비율을 도시하고, 도 33에서 ITO 및 Cu-Ag는 각각 비교 ITO 및 Cu-Ag 원료 투명 OLED를 나타내고, W/G 모드는 도파관 모드를 나타내고, 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 모드가 두꺼운 알루미늄 캐소드를 갖는 단일 측 발광 OLED와 달리 알루미늄 캐소드의 부재로 인해 존재하지 않고, Cu-Ag 투명 OLED는 도파관 모드의 제거로 인한 도파관 부분을 갖지 않고, ITO 투명 OLED는 큰 도파관 부분을 보이며, 이것이 의미하는 점은, 상당한 양의 광이 ITO 투명 OLED의 내부에 갇히며, Cu-Ag 투명 OLED는 쉽게 추출될 수 있는 유리 모드에서의 큰 부분을 갖는다.
대응하는 참조번호는 도면의 여러 도에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다.
본 개시가 철저할 것이며 당업자에게 범위를 완전히 전달하도록 예시적인 실시예가 제공된다. 특정 조성, 구성요소, 디바이스 및 방법의 예와 같은 수많은 특정 상세가 제시되어 본 개시의 실시예의 완벽한 이해를 제공한다. 특정 상세가 이용될 필요가 없다는 점, 예시적인 실시예가 많은 상이한 형태로 구현될 수 있다는 점 및 어느 것도 본 개시의 범위를 제한하도록 해석되지 않아야 한다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 일부 예시적인 실시예에서, 잘 알려진 공정, 잘 알려진 디바이스 구조, 및 잘 알려진 기술은 상세하게 기재하지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 특정한 예시적인 실시예만을 기재할 목적이며 제한하는 것을 의도하지 않는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태로 기재된 요소("a", "an" 및 "the")는, 문맥에서 명백하게 달리 나타내지 않는다면, 또한 복수 요소를 포함하는 것으로 의도될 수 있다. 용어, "포함하다", "포함하는", 그 활용어 및 "갖는"은 포괄적이며, 따라서 언급한 특성, 요소, 조성, 단계, 정수, 동작 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특성, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재나 추가를 배제하지 않는다. 개방형 종결(open-ended) 용어, "포함하는"은 본 명세서에서 기재한 여러 실시예를 기재하며 청구하는데 사용되는 비-제한적인 용어로서 이해되어야 하며, 특정 양상에서, 이 용어는 대안적으로는 "구성되는" 또는 "본질적으로 구성되는"과 같은 더 제한적인 용어인 것으로 대신 이해될 수 있다. 그에 따라, 조성, 물질, 구성요소, 요소, 특성, 정수, 동작 및/또는 공정 단계를 언급하는 임의의 소정의 실시예에 대해, 본 개시는 그러한 언급된 조성, 물질, 구성요소, 요소, 특성, 정수, 동작 및/또는 공정 단계로 구성되거나 본질적으로 구성되는 실시예를 구체적으로 또한 포함한다. "구성되는"인 경우에, 대안적인 실시예는 임의의 추가 조성, 물질, 구성요소, 요소, 특성, 정수, 동작 및/또는 공정 단계를 배제하지만, "본질적으로 구성되는"인 경우에, 기본 및 새로운 특징에 실질적으로 영향을 미치는 임의의 추가 조성, 물질, 구성요소, 요소, 특성, 정수, 동작 및/또는 공정 단계는 그러한 실시예로부터 배제되지만, 기본 및 새로운 특징에 실질적으로 영향을 미치지 않는 임의의 조성, 물질, 구성요소, 특성, 정수 및/또는 공정 단계는 실시예에 포함될 수 있다.
본 명세서에서 기재한 임의의 방법 단계, 공정 및 동작은, 실행 순서로서 구체적으로 식별되지 않는다면, 논의하거나 예시한 특정 순서로 반드시 그 실행을 필요로 하는 것으로서 이해되지는 않는다. 또한, 추가 또는 대안 단계는, 달리 나타내지 않는다면, 이용될 수 있다고 이해될 것이다.
구성요소, 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에", "에 맞물려", "에 연결되어", 또는 "에 결합되어" 있는 것으로 지칭될 때, 이것은 바로 다른 구성요소, 요소 또는 층 상에, 그에 맞물려, 그에 연결되어 또는 그에 결합되어 있을 수 있거나, 중간 요소나 층이 존재할 수 있다. 대조적으로, 요소가 다른 요소나 층 " 바로 상에", "바로 맞물려", "바로 연결되어" 또는 "바로 결합되어" 있는 것으로 지칭될 때, 중간 요소나 층이 존재하지 않을 수 있다. 요소 사이의 관계를 기재하는데 사용하는 다른 용어는 유사한 형태로 이해되어야 한다(예컨대, "사이에" 대 "바로 사이에", "인접한" 대 "바로 인접한" 등등). 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어, "및/또는"은 연관되어 나열된 항목 중 하나 이상의 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.
용어, 제1, 제2 및 제3 등은 본 명세서에서 여러 단계, 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 기재하는데 사용될 수 있지만, 이들 단계, 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션은, 달리 나타내지 않는다면, 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 한다. 이들 용어는 하나의 단계, 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 단계, 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로부터 구별하는데만 사용될 수 있다. "제1", "제2" 및 다른 수치 용어와 같은 용어는, 본 명세서에서 사용될 때 문맥에 의해 명백하게 나타내지 않는다면 시퀀스나 순서를 암시하지는 않는다. 그에 따라, 이하에서 논의되는 제1 단계, 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시예의 교훈에서 벗어나지 않는다면 제2 단계, 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로 명명될 수 있다.
"전에, "후에", "내부에", "외부에", "밑에", "아래에", "하부에", "위에", "상부에" 등과 같은 공간적으로나 시간적으로 상대적인 용어는 기재의 용이를 위해 본 명세서에서 사용될 수 있어서, 하나의 요소나 특성의 다른 요소(들)나 특성(들)에 대한 관계를 도면에 예시한 바와 같이 기재할 수 있다. 공간적으로나 시간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시한 배향 외에 사용 또는 동작 시 디바이스나 시스템의 상이한 배향을 포함하도록 의도할 수 있다.
본 개시 전반에서, 수치는, 언급된 수치를 대략 갖고 및 언급된 수치를 정확히 갖는 소정의 값 및 실시예에서 약간 벗어난 것들을 포함하는 범위로의 대략적인 측정치나 제한치를 나타낸다. 상세한 설명의 끝에 제공되는 작업 예에서 외에, 수반하는 청구범위를 포함한, 이 명세서에서의 파라미터의 (예컨대, 양이나 조건의) 모든 수치는 "약"이 수치 앞에 실제로 나타나든지 간에 용어 "약"에 의해 모든 경우에 변경되는 것으로 이해될 것이다. "약"은, 언급된 수치가 (값에서 정확함에의 일부 접근으로; 값에 대략적으로나 적절히 가까움; 거의) 일부 약간의 부정확성을 허용함을 나타낸다. "약"에 의해 제공되는 부정확성이 이 일반적인 의미로 종래기술에서 이해되지 않는다면, 본 명세서에서 사용된 "약"은, 그러한 파라미터를 측정하며 사용하는 일반적인 방법으로부터 발생할 수 있는 적어도 변경을 나타낸다. 예컨대, "약"은 5% 이하, 선택적으로는 4% 이하, 선택적으로는 3% 이하, 선택적으로는 2% 이하, 선택적으로는 1% 이하, 선택적으로는 0.5% 이하, 및 특정 양상에서는 선택적으로는 0.1% 이하의 변경을 포함할 수 있다.
게다가, 범위의 개시는, 범위에 대해 주어지는 종점 및 하위 범위를 포함한, 전체 범위 내의 모든 값 및 추가 분할 범위의 개시를 포함한다.
예시적인 실시예는 이제 수반하는 도면을 참조하여 더욱 완벽하게 기재될 것이다.
여러 양상에서, 본 개시는 유기 발광 다이오드 디바이스에서 발광 효율(예컨대, 외부 양자 효율(EQE))과 같은 성능을 개선하는 방법을 상정한다. 예컨대, 본 개시의 특정 양상에 따른 유기 발광 다이오드에서 발광 효율을 증가시키는 방법은 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스로부터 적어도 하나의 도파관 모드를 제거하거나 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 일반적으로, 도파관 모드는 H 파로서 대안적으로는 지칭되는 횡방향 전기 파에 관련될 수 있으며, 여기서 전기 벡터(E)는 전파 방향에 수직이다. 횡방향 자기 파는 또한 H 파로서 대안적으로 지칭되는 도파관 모드를 형성할 수 있으며, 여기서 전기 벡터(E 벡터)는 전파 방향에 수직이다. 종래의 OLED에서, 오직 3개의 모드, 횡방향 전기 TE0 모드, 횡방향 자기 TM0 모드 및 횡방향 자기 TM1 모드만 있다. 그에 따라, 특정 양상에서, 본 방법에 의해 제거되거나 감소되는 도파관 모드는 횡방향 전기 TE0 모드, 횡방향 자기 TM0 모드, 횡방향 자기 TM1 모드 및 이들의 조합으로부터 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. TM0 파는 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 모드로 간주되는 반면, TM0 및 고차 TM(TM1) 파는 일반적으로 소위 도파관 모드로 간주된다. 그에 따라, 특정 양상에서, 본 방법에 의해 제거되거나 감소되는 도파관 모드는 횡방향 전기 TE0 모드, 횡방향 자기 TM1 모드 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. TM0 파는 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 모드로 간주되는 반면, TE0 및 고차 TM(TM1) 파는 일반적으로 소위 도파관 모드로 간주된다. 특정 양상에서, 본 방법은, 횡방향 전기 TE0 모드와 횡방향 자기 TM1 모드 모두를 제거하는 OLED 디바이스 디자인을 제공할 수 있다.
본 개시의 특정 양상에 따라 적어도 하나의 도파관 모드를 분리하는 하나의 방법은, 제1 극성을 갖는 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극을 OLED로 배치함으로써, 종래의 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스 구성을 재설계하는 단계를 포함한다. 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은, 인듐 주석 산화물(ITO) 투명 전도성 전극과 같은 종래의 투명 전도성 전극 대신 대체로서 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 이하에서 더 기재될 바와 같이, 예컨대 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율(EQE)에 의해 나타내는 발광 효율을 증가시키는 것은 ITO 또는 다른 종래의 투명 전도성 전극을 사용하는 종래의 OLED와 비교하여 상당히 증가할 수 있다.
도 1은, 본 개시의 특정 양상에 따라 준비될 수 있는 유기 발광 다이오드(OLED)(20) 디바이스의 비제한적인 예를 도시한다. OLED(20)는, 예컨대 가시광 스펙트럼 또는 가시광 스펙트럼의 일부에서와 같은 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부에서 광에 투명일 수 있는 기판(30)을 포함한다. 가시광은 통상 약 390nm 내지 약 750nm의 범위인 파장을 통상 갖는다(여기서, 더 짧은 파장은 적색의 더 긴 파장으로의 색 스펙트럼에 걸쳐서 보라색에 대응한다). 기판(30)은, 용융 실리카 같은 유리, 석영 또는 아크릴레이트 같은 투명 고분자 물질, 폴리카보네이트 등과 같이, 가시광에 실질적으로 투명한 물질로 형성될 수 있다.
OLED(20)는 발광 조립체(32)를 또한 포함한다. 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 발광 조립체(32)는, 광자를 생성하도록 전자 발광을 할 수 있는 적어도 하나의 층을 포함하는 유기 층인 것으로 간주될 수 있다. 발광 조립체(32)는 다수의 층(예컨대, 2개 이상의 층)을 포함할 수 있다. 예컨대, 발광 조립체(32)는 제1 면(42) 및 대향하는 제2 면(44)을 규정하는 발광 활성 층(40)을 포함할 수 있다. 발광 조립체(32)는 제1 면(42)을 따라 배치되는 적어도 하나의 제1 전하 수송 층(46)과, 제2 면(44)을 따라 배치되는 선택적인 제2 전하 수송 층(48)을 또한 포함할 수 있다. 디바이스가, 발광 활성 층(40)으로부터의 광자의 형성 및 수송을 촉진하는 주변 전극 쌍에 전기 에너지를 인가함으로써 활성화될 때, 제1 전하 수송 층(46)은 전자 홀을 수송할 수 있는 반면(홀 수송 층(HTL)), 제2 전하 수송 층(48)은 전자를 수송할 수 있다(전자 수송 층(ETL)). OLED(20)에 대한 발광 조립체가, 종래기술에서 알려진 바와 같이, 논의한 층 중 하나 이상의 층을 생략하는 것을 포함한 상이한 디자인과 구성을 가질 수 있음이 당업자에 의해 인식될 것이다. 예컨대, 도시되지 않았지만, 발광 조립체(32)는 전자를 생성하도록 선택되는 발광 활성 층(40)을 포함한 이중 층 구조일 수 있는 반면, 단일 제1 전하 수송 층(46)이 전자 홀을 생성하는 전도성 물질인 것으로 선택될 수 있다. 추가로, 발광 조립체(32)는 하나 이상의 홀 주입 층(HIL), 전자 주입 층(EIL) 등을 더 포함할 수 있다.
발광 활성 층(40)은 전자 발광 물질로 형성될 수 있다. OLED는 일반적으로, 형광을 발하거나 인광을 발하는, 유기 발광 활성 층(40)에서 작은 유기 분자를 갖는 작은 분자 OLED(SMOLED)나 유기 발광 활성 층(40)에서 유기 고분자를 사용하는 고분자 OLED(POLED)로부터 형성된다. SMOLED는 다양한 상이한 분자로 형성되는 유기 층을 가질 수 있다. 전자 발광 물질은 트리(8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(Alq3), 백금 옥타에틸 포르피린(PtOEP), 이리듐-피리딘(Ir(ppy)3), 4,4'-비스(N-카르바졸릴)-1,1'-비페닐(CBP), N,N'-디-[(1-나프탈레닐]-N,N'-디페닐]-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민)(α-TPD), N,N-디페닐-N,N-디(3-메틸페닐)-1,1-비페닐-4,4,-디아민(TPD), 기타 형광 및 인광 염료, 공액 덴드리머 등과 같은 유기금속 킬레이트를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, SMOLED에 일반적으로 사용되는 형광 물질은 청색 광의 경우 DPVBi(4,4'-비스(2,2'-디페닐비닐)-1,1'-비페닐) 또는 비스-(2-(디페닐포스피노)페닐)에테르 옥사이드(DPEPO), 녹색 광의 경우 DMQA(N,N'-디메틸퀴나크리돈) 또는 1,3-비스(N-카르바졸릴)벤젠(mCP)으로 도핑된 Alq3, 황색 광의 경우 3,3-디(9H-카르바졸-9-일)바이페닐(mCBP), 적색 광의 경우 DCJTB(4-(디시아노메틸렌)-2-t-부틸-6(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란) 또는 4,4'-비스(9-카르바졸릴)-1,1'-비페닐(CBP)로 도핑된 Alq3, 및 백색 광의 경우 DPVBi로 도핑된 SAlq(비스(2-메틸-8-퀴놀라토)-(트리페닐실록시)알루미늄(III))와 같은 유기금속 킬레이트를 포함할 수 있다. 인광성 화합물은 다양한 유기금속 이리듐 혼합물로 도핑된 PVK(폴리(n-비닐카르바졸))를 포함할 수 있다. 여러 예로는 녹색 광의 경우 (PPM)2Ir(acac), 청색 광의 경우 (DFPPM)2Ir(CN)(PPh3), 적색 광의 경우 (DPQ)2Ir(acac), 및 황색 광의 경우 (MPPZ)2Ir(acac)가 있습니다. POLED는 SMOLED와 유사하지만, 발광 층 및 선택적으로는 홀 수송 층은 유기 고분자 물질을 포함한다. POLED 발광 층 고분자는 PPP(폴리(p-페닐렌), PF(폴리(플루오린)), PT(폴리(티오펜)) 및 PPV(폴리(p-페닐렌비닐렌)) 및 이들의 유도체를 포함할 수 있다.
발광 활성 층(40)은 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 일 변형에서, 발광 활성 층(40)은 약 15nm 이상 약 200nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 앞서 논의했던 바와 같이, 더 두꺼운 발광 활성 층(40)은 생성된 광자의 양을 향상시키며 그에 따라 OLED(20)로부터 발광되는 광의 세기를 향상시키는 역할을 할 수 있다.
제1 전하 수송 층(46)은 전하(예컨대, 전자 홀, 즉 HTL)를 수송하는 물질로 형성될 수 있다. 비 제한적인 예에 의해, 제1 전하 수송 층(46)은 4,4'-시클로헥실리덴비스[N,N-비스(4-메틸페닐)벤젠아민](TAPC), N,N-디페닐-N,N-디(3-메틸페닐)-1,1-비페닐-4,4,-디아민(TPD), N,N'-디-[(1-나프탈레닐]-N,N'-디페닐]-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민)(α-TPD), (1,4-비스(1-나프틸페닐아미노)비페닐)(NPB) 등과 같은 유기 물질을 포함할 수 있다. POLED HTL 층의 경우, 물질은 예를 들어 PEDT:PSS(폴리에틸렌 디옥시오펜 폴리스티렌 설포네이트) 또는 PEDOT(폴리-(3,4-에틸렌디옥시티오펜)일 수 있다. 인식할 바와 같이, 제1 전하 수송 층(46)은 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 일 변형에서, 제1 전하 수송 층(46)은 약 10nm 이상 약 100nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
제2 전하 수송 층(48)은, 전하(예컨대, 전자) 수송 층, 즉 ETL로서 역할을 할 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 전하 수송 층(48)은 2-(4-비페닐)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸)(PBD), 트리(8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(Alq3), 및/또는 1,3,5-트리(N-페닐벤즈이미디졸-2-일)벤젠(TPBI)로 형성될 수 있다. 인식할 바와 같이, 제2 전하 수송 층(48)은 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 일 변형에서, 제2 전하 수송 층(48)은 약 10nm 이상 약 500nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
특정 변형에서, 발광 활성 층(40), 제1 전하 수송 층(46) 및/또는 제2 전하 수송 층(48)을 포함한 층들 모두의 결합 두께를 포함하는 발광 조립체(32)의 두께는 15nm 이상, 선택적으로는 약 20nm 이상, 선택적으로는 약 50nm 이상, 선택적으로 약 100nm 이상, 선택적으로는 약 150m 이상, 선택적으로는 약 200nm 이상이다. 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 더 두꺼운 발광 조립체(32)는 OLED(20)에 의해 생성되는 광의 더 큰 광 출력(예컨대, 생성된 광자) 및 세기를 제공할 수 있으며, 그에 따라 향상된 성능에 바람직할 수 있다. 게다가, 본 개시의 특정 양상에 따라, 발광 조립체(32)의 두께를 감소시켜 도파관 모드 및 SPP 결합을 감소시킬 필요는 없다.
본 개시의 특정 양상에 따라, OLED(20)는, 기판(30)과, 예컨대 제1 전하 수송 층(46)(예컨대, 홀 수송 층)에 인접한 발광 조립체(32) 사이에 배치되는 제1 극성을 갖는 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)을 더 포함할 수 있다. 도시한 OLED(20)에서, 전극(50)은, 인접한 제1 전하 수송 층(46)에서 전자 홀을 생성할 수 있는 애노드로서 역할을 한다. 특히 ITO나 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 투명 전도성 전극에 대한 대체로서 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)을 OLED(20)에 통합시키는 것은 특정한 원치 않는 도파관 모드를 놀랍게도 제거하며 OLED의 발광 효율을 향상시키는 것으로 알려지게 되었다. 이런 방식으로, 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 OLED의 외부 양자 효율(EQE)은 약 25% 이상, 선택적으로는 약 30% 이상, 선택적으로는 약 35% 이상, 선택적으로는 약 40% 이상, 선택적으로는 약 45% 이상, 선택적으로는 약 50% 이상일 수 있다. 두꺼운 ITO 전극을 갖는 비교 OLED는 통상 임의의 외부 결합 구조가 없다면 약 20%의 EQE를 갖는다. 특정 변형에서, 내부 양자 효율(IQE)이 100%인 것으로 가정되는 경우, EQE는 약 25% 이상 약 75% 이하, 선택적으로는 약 30% 이상 약 75% 이하의 범위일 수 있다. 다른 변형에서, IQE가 더 낮은 경우, 예컨대 약 63%인 경우, EQE는 선택적으로는 약 20% 이상 약 50% 이하일 수 있다.
특정 양상에서, 본 방법은, 광 산란 요소를 투명 기판 내에 내장함으로써 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율을 앞서 명시한 레벨로, 예컨대 약 30% 이상으로 증가시킬 수 있다. 안내된 TE 및 TM1 모드가 제거됨에 따라, 더 내부적으로 생성된 광은 "유리 모드" 또는 기판 모드가 되어, 광 산란 요소는 기판에 내장될 수 있어 광을 기판 외부로 출력하는 것을 도울 수 있다. 광 산란 요소는 굴절률 매칭된 유체, 마이크로렌즈, 산란체-내장 유체 등일 수 있다.
OLED 외부 결합 면에서, 본 개시는 OLED를 위한 완벽한 도파관 모드 제거의 제1 증명을 제공하는 것으로 믿어진다. 앞서, 주름, 격자 또는 버클링 방법이 도파관 모드를 최소화하는 경우, 그에 따라 그 생성 및 분리를 최소화한다. 본 개시의 문맥에서, 도파관 모드의 분리는 도파관 모드를 전체적으로 제거하는 성능 면에서 더 이상 관심이 아니다.
Guo 등에게 허여된 "광전자 및 광자 응용을 위한 초박 도핑된 새로운 금속 막"이라는 명칭의 미국 특허 제10,475,548호 - 그 관련 부분이 본 명세서에서 참조로서 인용됨 - 는 초박형 연속 전도성 금속 층을 기재하며, 본 OLED(20)에서 전기 전도성 투명 금속 전극(50)으로서 잠재적으로는 역할을 할 이들 금속 층을 제조하는 방법을 기재한다.
은(Ag)을 포함하는 이들과 같은 금속 박막은 전자기 스펙트럼의 가시 부분에서 은의 뛰어난 전도도 및 낮은 광 손실로 인해 널리 사용되고 있다. 금속 박-원료 투명 전도체는 연속일 필요는 있지만, 광학 표피 깊이(예컨대, 530nm 파장에서 Ag에 대해 약 20nm)보다 훨씬 밑의 두께를 가져 높은 광 투과도를 달성한다. 그러나, 미국 특허 제 10,475,548호에 논의된 바와 같이, 은 박막은 증착 동안 또는 그 후 불연속 막을 달성하며 대부분 형성하기 어렵다. 그러므로, 은 박막은, 높은 전기 저항 및 광학 산란 손실을 초래하는 3D 아일랜드형(볼머-베버) 모드로 산화물 기판 상에 성장하는 경향이 있다. 그러나 미국 특허 제 10,475,548호에 기재된 기술에 따라, 박형 또는 초박형이며 매끄러운 은을 포함하는 막이 형성될 수 있으며, 이러한 막은, 적절히 선택된 시드 물질과 최적화된 시드 층 두께에 의해 낮은 광학 손실(높은 투명도) 및 낮은 전기 저항 모두를 갖는다.
특정 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)으로서 사용되는 전기 전도성 박막은 총 막 조성의 약 80원자% 이상에서 은(Ag)과 같은 전도성 금속을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어, "조성" 및 "물질"은 적어도 바람직한 화학 조성(들)을 포함하는 물질을 널리 지칭하도록 상호 교환 가능하게 사용되지만, 이 물질은 또한 불순물을 포함하는 추가 물질이나 화합물을 포함할 수 있다. 박막은 선택적으로는 주요 전도성 금속(예컨대, Ag)과 차별화되는 전도성 금속을 더 포함한다. 특정 변형에서, 이 차별화된 전기 전도성 금속은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd), 금(Au) 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 특정 바람직한 변형에서, 제2 전도성 금속은 구리(Cu)이며, 따라서 은(Ag)과 구리(Cu)의 합금이 형성된다. 특정 바람직한 변형에서, 박막은 다층 구조이며, 여기서 제1 층은 구리(Cu)와 같은 전도성 금속과, 은(Ag)을 포함할 수 있는 제1 층 위에 증착되는 제2 층을 포함한다. 예컨대, 증착된 Cu는 시드 층으로서 사용될 때 Al보다 더 낮은 제곱근 평균(RMS) 거칠기를 가지며, Cu는 Ag 원자의 경우 유리 기판 상의 핵 생성 부위의 더 높은 밀도를 형성하며, 이하에서 더 논의될 바와 같이, Al-Ag 보다 Cu-Ag의 더 양호한 성능을 보인다. 그러나 예컨대 합금, 시드 층 또는 화학적으로 조립된 단층과 같은 다른 전략과 같은 투명한 금속 박막이 연속적이며 매끄럽게 될 수 있게 하는 임의의 전략은 상정된다.
대안적인 변형에서, 다른 전도성 금속과 더 합금이 될 수 있는, 금(Au)이나 구리(Cu)와 같은 고 전도성 원소를 포함하는 다른 전기 전도성, 매끄러운, 박막이 사용될 수 있다. 특정 변형에서, 전기 전도성 막은 박막의 총 조성의 약 80원자% 이상에서 이들 대안적인 고 전도성 원소 중 하나와, 박막의 총 조성의 0원자% 초과 내지 약 20원자% 이하에서 존재하는 차별적인 제2 전도성 금속을 포함할 수 있다. 특정 변형에서, 차별적인 제2 전도성 금속은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd), 금(Au) 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 그에 따라, 대안적인 양상에서, 고 전도성 은 화합물의 논의는 금 및 구리 등과 같은 다른 고 전도성 원소에도 적용되는 것으로 이해될 수 있다.
초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)은 제1 전도성 금속(예컨대, 은)의 합금을 포함하며, 제2 전도성 금속(예컨대, 구리)은 총 막 조성의 0원자% 초과 내지 약 20원자% 이하로 존재할 수 있으며, 잔여물은 제1 전도성 금속(예컨대, 은)이다. 20원자%를 초과하는, 구리나 알루미늄과 같은 제2 전도성 금속의 양의 포함이 은-원료 막의 광학 손실, 전기 전도도 및/또는 투명도를 해롭게 감소시킬 수 있다.
특정 변형에서, 제2 전도성 금속은 총 막 조성의 약 1원자% 이상 약 20원자% 이하에서 선택적으로 존재하는 반면, 1차 전도성 금속, 예컨대 은이 총 막 조성의 약 80원자% 이상 약 99원자% 이하에서 존재할 수 있다. 특정 변형에서, 제2 전도성 금속은 총 막 조성의 약 1원자% 이상 약 15원자% 이하에서 선택적으로 존재하는 반면, 1차 전도성 금속, 예컨대 은이 총 막 조성의 약 85원자% 이상 약 99원자% 이하에서 존재할 수 있다. 다른 변형에서, 제2 전도성 금속은 총 막 조성의 약 2원자% 이상 및 약 10원자% 이하에서 선택적으로 존재하는 반면, 1차 전도성 금속, 예컨대 은이 총 막 조성의 약 90원자% 이상 약 98원자% 이하에서 존재할 수 있다.
특정 변형에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)은 다층 전도성 금속 막, 예컨대 시드 층 위에 증착되는 전도성 금속을 갖는 기저의 시드 층을 포함하는 이중 층 막으로 형성될 수 있다. 전도성 금속은 앞서 기재한 (합금을 포함한) 앞서 기재한 금속 중 임의의 하나일 수 있으며, 예컨대 제1 층(예컨대, 시드 층)은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 전도성 금속을 포함할 수 있다. 제2 층은 시드 층 위에 증착되며, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 전도성 금속을 포함할 수 있다. 특정 변형에서, 제1 층은 구리(Cu)를 포함할 수 있는 반면, 제2 층은 은(Ag)이나 그 합금을 포함할 수 있다.
특정 양상에서, "초박형" 막이 의미하는 점은, 이 막이 약 12nm 이하, 선택적으로 약 11nm 이하, 선택적으로 약 10nm 이하, 선택적으로 약 9nm 이하, 선택적으로 약 8nm 이하, 선택적으로 약 7nm 이하, 선택적으로 약 6nm 이하, 선택적으로 약 5nm 이하, 선택적으로 약 4nm 이하, 및 특정 양상에서 선택적으로 약 3nm 이하의 두께를 가짐을 의미한다. 특정 변형에서, 초박형은 약 2nm 이상 및 약 12nm 이하; 선택적으로는 약 2nm 이상 약 10nm 이하인 두께를 가질 수 있다. 특정 변형에서, 초박형 막은 약 5nm 이상 약 10nm 이하의 두께를 갖는다.
초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)이 다층 전도성 금속 막으로 형성될 수 있는 변형에서, 예컨대 이중 층 막은 기판 상에 바로 증착되는 기저의 시드 층을 포함하며 시드 층 위에 증착되는 전도성 금속(들)을 갖는다. 다층 막은 초박형 두께의 경우 앞서 논의한 범위 내에 속하는 전체 두께를 가질 것이다. 제1 층(예컨대, 시드 층)은, 약 4nm 이하, 예컨대 약 0.1nm 이상 3nm 이하, 선택적으로 약 0.1nm 이상 2nm 이하, 선택적으로 약 0.1nm 이상 0.5nm 이하인 하나의 단일층의 두께(또는 하나의 분자의 두께 크기)를 가질 수 있다. 특정 변형에서, 제1 층은 단지 구리(Cu)를 포함하며, 예컨대 본질적으로 구리 및 임의의 불가피 불순물로 구성된다. 예컨대 은(Ag)이나 은의 합금을 포함하는 제2 층은 약 2nm 이상 약 10nm 이하 또는 앞서 논의한 다른 범위 중 임의의 범위의 두께를 가질 수 있다. 특정 변형에서, 제1 층(예컨대, 시드 층)은 본질적으로 구리(Cu)와 임의의 불가피 불순물로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 층은 본질적으로 은(Ag)과 임의의 불가피 불순물로 구성될 수 있다.
이중 층 시스템에서, 구리로 형성되는 시드 층은 예컨대 도 6a 내지 도 6f의 문맥에서 이하에서 논의될 바와 같이 특정 응용에서 알루미늄보다 양호한 성능을 갖는다. 예컨대, 기판 상의 구리를 포함하는 시드 층은 은을 포함하는 훨씬 더 얇은 상부 막을 갖는 성능을 제공한다. 구리는 시드 층으로서 알루미늄보다 훨씬 더 낮은 제곱근 평균(RMS) 거칠기를 AFM 측정으로부터 보이며, 구리는, 은 원자가 그 위에 증착될 수 있는 유리 기판 상의 핵 생성 부위의 더 양호한 품질/더 높은 밀도를 형성하여, Al-Ag보다 Cu-Ag가 더 양호한 성능을 보인다.
여러 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)을 형성하는 연속 전기 전도성 박막은 매끄러운 표면을 가질 수 있다. "매끄러운" 표면이 의미하는 점은, 측정된 표면 거칠기의 제곱근 평균(RMS)(예컨대 피크부터 밸리까지)은 총 막 두께의 약 25% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 약 20% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 약 15% 이하, 선택적으로는 총 막 두께의 약 14% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 약 13% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 약 12% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 11% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 약 10% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 약 9% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 약 8% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 약 7% 이하, 선택적으로 총 막 두께의 약 6% 이하, 및 특정 변형에서 선택적으로 총 막 두께의 약 5% 이하이다.
당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 막의 매끄러움을 확인하는 것은 상대적이며 막의 전체 두께에 의존하며, 여기서 더 큰 양의 제곱근 평균(RMS) 표면 거칠기는, 막이 더 두껍다면, 여전히 매끄러운 것으로 간주될 수 있다. 특정 변형에서, 연속적인 전기 전도성 박막의 매끄러운 표면은 약 1nm 제곱근 평균(RMS) 이하의 표면 거칠기를 가지며, 여기서 이 막의 전체 두께는 적어도 약 10nm이다. 다른 변형에서, 매끄러운 표면은 약 0.5nm 제곱근 평균(RMS) 이하의 표면 거칠기를 가지며, 여기서, 이 막의 전체 두께는 적어도 약 10nm이다.
Ag와, Cu와 같은 제2 전기 전도성 금속을 포함하는 본 개시의 전기 전도성 박막은 약 50Ω/제곱 미만, 선택적으로는 약 40Ω/제곱 이하, 선택적으로는 약 30Ω/제곱 이하, 선택적으로는 약 25Ω/제곱 이하, 선택적으로는 약 20Ω/제곱 이하, 선택적으로는 약 15Ω/제곱 이하, 선택적으로는 약 10Ω/제곱 이하, 선택적으로는 약 5Ω/제곱 이하, 선택적으로는 약 4Ω/제곱 이하, 선택적으로는 약 3Ω/제곱 이하, 선택적으로는 약 2Ω/제곱 이하, 및 선택적으로는 약 1Ω/제곱 이하의 시트 저항을 가질 수 있다.
더 큰 음의 유전율을 갖는, 은-원료 막과 같은 전도성 금속 막은 OLED에서 임의의 도파관 모드 형성의 억압을 향상시키는 것을 돕는다. 특정 변형에서, -30 내지 2.25의 유전율을 갖는 은-원료 막은 모달 제거에 기여할 수 있으며, 여기서, 2.25는 유리 기판의 유전율이다. 유리 기판의 유전율보다 더 낮은 양의 유전율 레벨은 이론적으로 모달 제거에 또한 효과적이며, 그 이유는 이것이 유리 기판의 실효 굴절률보다 낮게 도파관 모드의 실효 굴절률을 감소시킬 수 있기 때문이다.
초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)을 형성하는 전기 전도성 박막은 전자기 스펙트럼의 선택 부분을 투과할 수 있으며 그에 따라 투명하다. 투명도는, 광/에너지의 미리 결정된 목표 파장이나 파장 범위(편광되거나 비-편광될 수 있음)의 약 70% 이상이 전기 전도성 박막이나 다른 구성요소를 통과함을 의미하는 것으로 일반적으로 이해될 수 있다. 특정 변형에서, 목표 파장(또는 파장의 범위)의 약 75% 이상은 구성요소를 통과하며, 목표 파장(들)의 선택적으로 약 80% 이상, 선택적으로 약 85% 이상, 선택적으로 약 90% 이상, 선택적으로 약 95% 이상, 선택적으로 약 97% 이상, 선택적으로 약 98% 이상, 및 특정 변형에서 선택적으로 약 99% 이상이 전기 전도성 박막이나 다른 구성요소를 통과한다.
특정 양상에서, 연속적인 전기 전도성 박막은 가요성일 수 있다(예컨대, 기계적 고장 없이 휠 수 있다).
OLED(20)는, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)의 제1 극성과 반대인 제2 극성을 갖는 제2 전극(60)을 또한 포함한다. 제2 전극(60)은 제2 전하 수송 층(48)에 인접하게 배치된다. 제2 전극은 캐소드로서 역할을 할 수 있으며 그에 따라 전압이나 전류가 인가될 때 인접한 제2 전하 수송 층(48)에서 전자를 생성할 수 있다. 특정 변형에서, 제2 전극(60)은 투명할 수 있지만, 대안적인 양상에서, 제2 전극(60)은 반-투명 또는 비-투명일 수 있다. 두 경우에서, 도파관 모드는 본 방법에 의해 제거될 수 있다. 제2 전극(60)이 비-투명인 변형에서, 알루미늄, 은, 바륨, 칼슘 등과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 그러한 OLED 디자인은 단일 측 발광을 제공할 수 있다. 일 변형에서, 제2 전극(60)은 약 50nm 이상 약 200nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 다른 변형에서, 제2 전극(60)은 투명하며, 따라서, OLED(20)는 투명하며 그에 따라 훨씬 더 높은 EQE를 달성할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(60)은, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)의 환경에서 논의된 것과 동일한 속성을 갖는 동일한 물질로 형성될 수 있다. 그러한 디자인은, 두 개의 대향 면들로부터 보여질 수 있는 양면 발광 OLED 또는 투명 OLED를 제공한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전기 전위가 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)과 제2 전극(60)에 인가될 때, 전자기 파나 광(70)이 발광 조립체(32) 내에서 내부적으로 생성될 수 있다. 내부적으로 생성된 광(70)은 제1 전극(50)에 의해 규정되는 시청 표면(72)을 향해 보내질 수 있다. 앞서 기재된 바와 같이, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50)을 도입함으로써, OLED(20)의 하나 이상의 도파관 모드는 분리되거나 최소화될 수 있어서, 더 많은 양의 내부 생성 광(70)이 제1 전극(%0)을 통과하며 OLED(20)의 시청 표면(72) 외부로 통과하여 발광된 광 파(74)를 생성한다. 앞서 논의한 바와 같이, OLED(20)로부터의 발광된 광 파(74)는 가시 광 범위에 있을 수 있으며 그에 따라 약 390nm 내지 약 750nm 범위의 파장을 가질 수 있다. 전자기 복사선의 가시 범위에서, 약 625nm 내지 740nm 범위의 파장은 적색이고; 오렌지색은 약 590nm 내지 약 625nm이고; 황색은 약 565nm 내지 약 590nm이고; 녹색은 약 520nm 내지 약 565nm이고; 청색 또는 시안색은 약 500nm 내지 약 520nm이고; 청색 또는 인디고색은 약 435nm 내지 약 500nm이며; 보라색은 약 380nm 내지 약 435nm이다. 특히 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 청색은 청색/시안색, 청색/인디고색 및 보라색을 포함할 수 있다. 백색 광이 일반적으로 가시 광 범위에서 모든 색의 혼합이다. OLED(20)로부터의 발광된 광 파(74)는 예를 들어 이들 색 중 임의의 색을 보일 수 있다.
OLED(20)에서 횡방향 전기 모드(TE)와 횡방향 자기 모드(TM)의 전파 방향은 도 1에 도시되어 있다. 횡방향 전기 모드(TE)와 횡방향 자기 모드(TM) 다음의 정수는 도파관 내의 파 모드를 나타낸다. 발광 활성 층(40)에서 생성되는 광은 2개의 전파 도파관 모드(TE 및 TM 모드)를 여기하며, 이때 전계는 TE 및 TM 모드 각각에 대해 스택에 평행 및 수직이다. 수직 전파 광(70)은 기판(30)을 향해 보내지며 및/또는 기판(30)을 향해 정상 제2 전극(예컨대, 캐소드)(60)로부터 반사된다. 전파 광(70)은 그에 따라 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극(50), 기판(30)을 통과하며, 공기(68)는 OLED를 빠져나와 관찰자가 볼 수 있는 발광된 광(74)을 생성할 것이다. 그에 따라, 특정 양상에서, 제거되거나 감소되는 도파관 모드는 횡방향 전기(TE0) 모드, 횡방향 자기(TM0) 모드, 횡방향 자기(TM1) 모드 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 특정 변형에서, 방법은 횡방향 전기(TE0) 모드, 횡방향 자기(TM0) 모드, 횡방향 자기(TM1) 모드 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 도파관 모드를 제거하는 단계를 포함한다. 특정 변형에서, 제거되는 도파관 모드는 적어도 횡방향 전기(TE0) 모드 및 횡방향 자기(TM1) 모드이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이들 도파관 모드의 존재는 그 밖에는 원하는 시청 표면(72)으로부터 보다는 OLED(20)의 측면들(78)로부터의 광의 발광을 초래한다. 일 예에서, 종래의 OLED에서, 생성된 광의 약 16%보다 더 큰 것이 하나 이상의 도파관 모드를 제거함으로써 보존될 수 있으며, 이 광 부분은 Cu-Ag OLED에서 공기 및 기판 모드로 주로 배포된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시청 표면(72)에 관한 시청각(76)은 90°이지만, 0° 초과 내지 180° 미만으로부터 어느 곳에 있는 관찰 위치를 기반으로 하여 변할 수 있다(예컨대, ±90). 특정 양상에서, OLED(20)는, 60°의 입사각에서의 제2 파장과 비교하여 0°의 입사 또는 시청각에서의 제1 파장과의 차이를 비교할 때 약 80nm 이하; 선택적으로는 70nm 이하; 선택적으로 60nm 이하 변하는 파장 범위를 갖는 발광된 출력(74)에 대응하는 시청 표면(72)에서의 최소각 의존성을 보인다. 반사된 출력의 최소 벗어남을 최소각 의존성으로서 표현될 수 있다. 특정 변형에서, OLED(20)는 최소각 의존성을 가지며, OLED(20)가 0° 내지 60°의 범위인 입사각으로부터 관찰될 때 50nm 이하; (60°의 입사 또는 시야각에서 관찰된 제2 파장과 비교하여 0°의 입사각에서 관찰된 해당 제1 파장과의 차이를 비교할 때) 입사 잠재각 범위를 기반으로 하여 선택적으로 약 45nm 이하; 선택적으로는 40nm 이하; 선택적으로는 35nm 이하; 선택적으로는 30nm 이하 벗어나는 미리 결정된 파장 범위를 갖는 발광된 출력(예컨대 파장 시프트를 가짐)을 생성할 수 있다.
본 개시의 방법은, 애노드로서 초박형 전기 전도성 금속(예컨대, 은-원료)을 도입함으로써 원치 않는 도파관 모드를 제거하며 그에 따라 OLED의 외부 결합 효율을 증가시키는 방법을 제공한다. 특정 변형에서, 원치 않는 도파관 모드 선택은 전체적으로 제거될 수 있다. 이후에 기재될 모달 분석은, 개선된 광 효율을 갖는 OLED 구조가 초박형 은-원료 전극을 사용함으로써 가시 대역에서의 도파관 모드의 차단 두께 미만으로 용이하게 설계될 수 있음을 보여준다. 도파관 모드 형성을 억압하기 위한 이러한 간단한, 그러나 효과적인 방법은 장래의 디스플레이에서 및 조명 산업에서 비용 효율적인 고 효율 OLED를 제공한다.
일 변형에서, 초박형 균일 은-원료 막은 투명한 전도성 전극으로서 사용되며 이중 층으로서 0.5nm 구리(Cu) 상에 증착된 약 5nm Ag의 두께로 형성된다. 구리를 포함하는 제1 층은 약 0.5nm의 두께를 가질 수 있는 반면, 은의 두께는 5nm 이상으로 변할 수 있어서, 이중 층 막에서 전체 구리 비는 전체 두께에 의존하여 10% 이하일 것이다.
구리는 시드 층을 형성하는 것으로 고려될 수 있다. Ag-Cu 막은, 그 전기 및 광학 성능이 분석될 때, OLED에 대해 투명한 애노드로서 최대 성능을 입증한다. 일-차원(1D) 도파관 구조의 맥스웰 방정식의 해가 구해지며, 도파관 모드의 완전한 제거가 OLED에서 그러한 금속 박막을 통합함으로써 달성될 수 있지만, 이들 도파관 모드의 제거는 ITO와 같은 높은 굴절률을 갖는 유전체 물질을 수반하는 임의의 투명한 전도체(TC)로 달성될 수 없음을 알게 되었다. 유기 도파관에서 안내된 모드의 사라짐은 은(Ag) 막을 갖고 및 갖지 않고 도파관에서 전파하는 광의 세기를 비교함으로써 실험적으로 검증되며, 여기서 굴절률 매칭된 유체와 프리즘은 전체 시스템 외부로 기판 모드를 제거하여 도파관 모드만을 남겨두는데 사용된다. 도파관 모드 제거의 이러한 효과는, ITO 상대 투명 전극과 비교하여, 초박형 투명 Ag-원료 전극 막 상에 제조된 OLED의 향상된 EQE를 초래한다.
본 개시의 방법은 그에 따라, 종래의 도파관 모드 외부 결합기에 의해 실행될 수 없는 초박형 금속 막의 이점을 이용함으로써 도파관 모드를 분리하며 고성능 OLED를 달성하는 새로운 해법을 제공한다.
본 개시는 또한, 투명 기판, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극 및 제1 면 및 대향하는 제2 면을 규정하는 발광 활성 층을 포함하는 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스를 상정한다. OLED는 발광 층과 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극 사이의 제1 면 상에 증착되는 제1 전하 수송 층과 발광 층의 제2 면 상에 증착되는 제2 전하 수송 층을 포함한다. 제2 전하 수송 층에 인접하게 배치되는 제1 극성에 반대되는 제2 극성을 갖는 제2 전극이 또한 제공된다. OLED는 그에 따라 횡방향 전기(TE0) 도파관 모드가 없으며 약 30% 이상으로 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율을 갖는다. 특정 변형에서, OLED는 또한 횡방향 자기(TM1) 모드 도파관 모드가 없다. 일 양상에서, OLED의 EQE는 약 40% 이상이다.
초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은, 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 도핑된 은(Ag)을 포함하는 것들을 포함하여 앞서 이전에 기재한 것들 중 임의의 것일 수 있다. 특정 변형에서, 제1 층은 구리(Cu)를 포함하며, 제2 층은 제1 층 위에 배치되는 은(Ag)을 포함한다. 일 변형에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극의 제2 층은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 금속을 더 포함한다. 특정 변형에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극의 제1 층은 본질적으로 구리(Cu)로 구성되며, 제2 층은 본질적으로 은(Ag)으로 구성된다.
유기 발광 다이오드는 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하지 않을 수 있다.
일 변형에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 12nm 이하의 두께를 가지며, 예컨대 두께는 약 2nm 이상 약 10nm 이하일 수 있다. 일 양상에서, 발광 층, 제1 전하 수송 층 및 제2 전하 수송 층의 결합 두께는 100nm 이상이다.
다른 변형에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 부분에 대해 약 60% 이상의 투명도를 가지며, 유기 발광 다이오드로부터 발광되는 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 부분은 최소각 의존성을 보이며, 예컨대 제1 미리 결정된 파장 범위는 유기 발광 다이오드에 관해 약 0° 내지 약 60°의 범위의 입사각에서 약 80nm 이하로 변한다.
다른 변형에서, 초박형 전기 전도성 투명 전극은 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 부분에 대해 약 60% 이상의 투명도를 갖는다. 일 양상에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 적어도 하나의 유전체 층에 인접하며, 유전체-금속(DM), 금속-유전체(MD) 및 유전체-금속-유전체(DMD) - 본 명세서에서 논의한 예시적인 유전체 물질을 포함할 수 있음 - 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 전극 디자인을 갖는 조립체의 일부를 형성한다.
특정 다른 변형에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극과 연관된 하나 이상의 반사 방지 층을 포함하는 OLED가 제공될 수 있다. 그러한 물질은 전하 수송 층, 예컨대 홀 수송 층(HTL), 홀 주입 층(HIL), 전자 수송 층(ETL) 또는 전자 주입 층(EIL)인 것으로 간주될 수 있다. 홀 수송 층(HTL)으로서 동작할 수 있는 임의의 유전체 층은 반사 방지 층을 위해 선택될 수 있다. HTL에 적절한 물질은 산화 몰리브덴(VI)(MoO3), 디피라지노[2,3-f:2',3'-h]퀴녹살린-2,3,6,7,10,11-헥사카보니트릴(HATCN), 디-[4-(N,N-디-p-톨릴-아미노)-페닐] 사이클로헥산(TAPC), 4,4'-비스(카르바졸-9-일)비페닐(CBP), 3,3'-디(9H-카르바졸-9-일)비페닐(mCBP), 1,3-비스(카르바졸-9-일)벤젠(mCP), 4,4',4"-트리(카르바졸-9-일)트리페닐아민(TCTA), (CzSi) 및 N,N'-Di(1-나프틸)-N,N'-디페닐-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민 (NPD)일 수 있다. ETL에 적절한 물질은 1,3,5-트리(1-페닐-1H벤즈이미다졸-2-일)벤젠(TPBi), 9,9'-디페닐-6-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)-9H,9'H-3,3'-비카바졸(Tris-PCz), 2,4,6-트리(비페닐-3-일)-1,3,5-트리아진(T2T), 3,3'-디(9H-카르바졸-9-일)비페닐(mCBP), 4,6-비스(3,5-디(피리딘-3-일)페닐)-2-메틸피리미딘(B3PyMPM), 비스[2-(디페닐포스피노)페닐]에테르 옥사이드(DPEPO), 2,7-디(2,2'-비피리딘-5-일)트리페닐렌(BPy-TP2), 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]비페닐(BP4mPy), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BPhen), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BCP), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노레이트)-4-(페닐페놀레이토) 알루미늄(BAlq), 트리-(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(Alq3), TiO2 및 ZnO이다. 실효 굴절률 매칭 조건에 대해, 이 층은 약 1.55 이상 약 2.0 이하의 범위의 굴절률을 갖는 것이 적절하며, 이때 두께는 약 20nm 이상 약 80nm 이하의 범위이다.
여러 양상에서, 유기 발광 다이오드 디바이스는 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하지 않아서, 시청 표면에서 생성되는 광량과 EQE를 최대로 한다. 그러나, 대안적인 변형에서, 예컨대 유전체 물질로서 OLED에 포함되는 ITO의 상대적으로 얇은 층이 있을 수 있어서 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극과 조합하여 사용되는 유전체-금속 또는 금속-유전체 또는 유전체-금속-유전체 애노드 조립체를 형성할 수 있다. 예컨대, 상부 유전체 층은 약 0nm 이상 약 80nm 이하, 선택적으로는 10nm 이상 약 80nm 이하인 두께를 가질 수 있는 반면, 하부 유전체 층은 약 0nm 이상 약 80nm 이하, 선택적으로는 약 10nm 이상 약 80nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 두 바닥 및 정상 유전체 층의 경우, 굴절률은 약 1.45 이상 약 2.3 이하의 범위일 수 있다. 그러나, 특정 변형에서, 두 상부 유전체 층과 하부 유전체 층이 ITO이며 80nm의 두께를 갖는 디자인이 회피되어야 하며, 그 이유는 이것이 도파관 모드 제한을 증가시킬 수 있기 때문이다. 그에 따라, 특정 변형에서, 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 적어도 하나의 유전체 층에 인접할 수 있으며, 유전체-금속(DM), 금속-유전체(MD) 및 유전체-금속-유전체(DMD)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 전극 디자인을 갖는 조립체의 일부를 형성한다. 유전체 물질은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO), Ta2O5, ZnO, TiO2, TeO2, WO3, HfO2, Al2O3, SiO2, VO2, V2O5, GeO2, SiO, ZrO2, Y2O3, Yb2O3, MoO3와 같은 금속 산화물이나, Si3N4, MgF2, AlN, ZnSe, ZnS, ZnTe 또는 넓은 밴드갭 반도체(예컨대, 가시광 범위에서 사용될 때 GaN) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또 다른 변형에서, 본 개시는, 도 1에 도시한 바와 같이 바닥보다는, 구조의 정상에서 발광하는 유기 발광 다이오드 디바이스에 관한 것이다. OLED 디바이스는 기판과 제1 전극을 포함할 수 있다. 기판 및/또는 제1 전극은 비-투명(예컨대, 반사)일 수 있다. 특정 변형에서, 기판은 유리일 수 있는 반면, 제1 전극은 비-투명 금속일 수 있다. 발광 활성 층은 제1 면 및 대향하는 제2 면을 규정한다. 제1 전하 수송 층은 발광 층과 제1 전극 사이에서 제1 면 상에 배치될 수 있다. 제2 전하 수송 층은 발광 층의 제2 면 상에 배치된다. 제1 극성에 반대인 제2 극성을 갖는 제2 전극은 제2 전하 수송 층에 인접하게 배치된다. 제1 전극은 캐소드로서 역할을 할 수 있으며, 알루미늄과 같은 적절한 금속을 포함할 수 있는 반면, 제2 전극은, 앞서 논의한 바와 같이 애노드로서 역할을 하는 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극일 수 있다. 이러한 방식으로, 유기 발광 디바이스는 앞서 기재한 횡방향 전기(TE0) 도파관 모드나 다른 모드가 없으며, 약 30% 이상으로 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율을 갖는다.
예
투명 전도성(TC) 막 증착 및 특징
이 예에서 사용된 물질은 옹스트롬 공학으로부터의 증발기(Ge/Al의 경우 에보박 증발기) 또는 Kurt J. Lesker 컴퍼니로부터의 스퍼터 증착 기구(Cu/Ag/ITO의 경우 랩 18, PVD-75)에 의해 증착되었다. Cu-Ag 및 ITO 막은 최고 투과도와 최저 고유저항을 제공하는 증착율(각각 0.5, 3 및 1.7Å/s인 Cu/Ge/Al, Ag 및 ITO 증착율)로 증착되었다. 모든 막은 DC 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 증착되었다. 막 두께, 광학 상수 및 투과 스펙트럼은 J.A.Woollam Inc.(M-200)을 사용한 분광 엘립소메트리 방법을 사용하여 측정되었다. 이 예에서 사용된 투과도는 (기판 위에서 정규화되지 않은) 기판을 포함한 막의 절대 투과도였다. 반사 스펙트럼은 Filmetrics(F20)으로부터의 박막 측정 장비에 의해 획득되었다. 표면 특징은 태핑 모드 하에서 Bruker ICON AFM을 사용하여 원자력 현미경을 사용하여 측정되었다. 전기 시트 저항은 4-지점 프로브 방법(FPP-5000, Miller Design & Equipment)을 사용하여 계산되었다. 각각의 시트 저항은, 각 샘플 당 5개의 독립적인 측정을 갖는 3개의 개별 샘플의 평균이었다. 1.1mm 유리 기판(Luminescence Technology Corporation으로부터 구매)이 Cu-Ag 또는 베어 Ag 막에 사용되었다.
OLED 제조 및 특징
상업용 ITO-코팅 유리 기판이 Zhuhi Kaivo Optoelectronic Technology Co., Ltd.로부터 구매되었고 이 예에서 기준 샘플로 사용되었다. 이 예에서 사용된 모든 유기 반도체와 베어 유리 기판(Cu-Ag OLED의 경우)은 Luminescence Technology Corporation로부터 구매하였다. 베어 유리 및 ITO-코팅 유리 기판은 제조 전 10분 동안 초음파 처리 하에서 아세톤과 이소프로판올로 사전-세척되었다. 유기 분자는 추가 정화 없이 수신된 대로 열적으로 증기화되었으며, 1×10-6mbar 미만의 기본 압력 하에서 0.2-1.0Å/s의 증착률로 증착되었다. Cu-Ag 애노드는 기구(Lab 18, PVD-75)에서 3mTorr의 스퍼터링 압력 하에서 100W의 DC 전력으로 스퍼터링되었다. 아르곤은 플라즈마와 충돌하는데 사용되었고, 챔버의 기본 압력은 1×10-6Torr 미만이었다. 정상의 Al은 Kurt J.Lesker Company로부터 구매하였으며, 1mm2의 디바이스 면적을 규정하도록 섀도우 마스크로 열적으로 증기화되었다. Hewlett-Packard HP4156A 파라미터 분석기와 Thorlabs로부터의 Si 광다이오드 FD21010-CAL이 OLED의 전류, 전압 및 광전류를 측정하는데 사용되었다. OLED의 스펙트럼은 Ocean Optics HR4000CG-UV-NIR 분광기를 사용하여 측정되었다. 디바이스 EQE와 스펙트럼 모두는 캡슐화 없이 공기 중에서 측정되었다.
모달 제거의 실험 설정 및 특징
용융된 실리카 기판은 University Wafer, Inc.로부터 구매하였으며, 도파관 모드 제거를 측정하는데 사용되었다. 용융된 실리카 기판은 10분 동안 초음파 처리 하에서 아세톤과 이소프로판올로 미리 세척되었다. 샘플은 스퍼터(Lab 18, PVD-75)에서 애노드 증착 후 열 증발기로 움직여졌다. KaptonTM 테이프가 도파관의 선 형상을 규정하는데 사용되었으며, 이 테이프는 측정 전 제거되었다. 0.5mm 실리콘 조각이 홀더로서 사용되었다. 용융된 실리카의 굴절률에 매칭된 굴절률 매칭된 유체(IMF)는 기판 모드를 추출하여 그에 따라 도파관에서 제한되는 에너지의 양을 측정하는데 사용되었으며, 용융된 실리카로 만든 프리즘은 시스템으로부터 추출된 기판 모드를 완전히 제거하는데 사용되었다. IMF 및 용융된 실리카는 각각 Cargille Laboratories 및 Thorlabs로부터 구매하였다. 405nm에서 동작하는 여기 레이저 소스는 Thorlabs로부터 구매하였고 0.68 내지 11.8mW/cm2의 세기 범위가 도파관 모드를 여기하는데 사용되었다. Thorlabs로부터 구매한 색 필터가 도파관 모드를 관찰하는데 사용되었다. 모든 측정은 캡슐화 없이 공기 중에서 행해졌다.
예 1
Ag 막 성장에 관한 시드 층 효과가 먼저 조사되었다. 연속 금속 투명 전도성 전극(금속 막-원료 TC)을 형성하는 중요한 양상은 광학 표피 깊이의 충분히 아래로 그 두께를 제어하여(530nm에서 Ag의 경우 대략 20nm) 높은 광 투과도를 달성하는 것에 있다. 앞서 논의한 바와 같이, Ag는 가시 파장에서 높은 전기 전도도와 낮은 광 손실을 갖는다. 그러나 얇은 Ag 막은 산화물 기판 상에서 3D 아일랜드형(볼머-베버) 모드로 성장하는 경향이 있어서 높은 전기 저항과 광학 산란 손실을 초래한다. 게르마늄(Ge), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)과 같은 무기 시드 층이 Ag의 웨팅을 촉진하며 아일랜드형 성장을 억압하는데 효과가 있을 수 있어서, 낮은 광 손실을 갖는 초박형의 매끄러운 막을 가능케 한다. Ge, Cu 및 Al 시드 층은 이들 층 상에서의 Ag 막의 막 거칠기, 결합 세기 에너지, 전기 고유저항 및 투과도를 기반으로 하여 비교되었으며, 안정성을 갖는 Cu 시드 층이 갖는 최상의 성능을 야기하였다. 표 1은 그러한 시드 층 물질의 속성을 도시한다.
표 1: 시드 층 선택 기준
| 핵 생성 층 |
결합 세기 에너지
[kJ/mol] |
Ag 확산의 활성화 에너지E diff [eV] | |
| -O | -Ag | ||
| Al | 512 | 184 | 1.21 |
| Ge | 657 | 175 | 0.45 |
| Cu | 343 | 172 | 0.76 |
| Ag | 213 | 163 | 0.18(SiO2 상에서 0.32 |
도 6a 내지 도 6c는 각각의 이중 층 시스템에 대한 표면 거칠기의 제곱근 평균 값을 도시한다. Cu-Ag는 Ag 원자의 경우 핵 생성 부위의 고 밀도로 인해 최소 표면 거칠기를 갖는다. 이것이 의미하는 점은 Ag 막은 Cu 원자에 더 균일하게 증착될 수 있으며, 다른 시드 타입에 비교하여 더 양호한 Ag 막 성능에 대한 더 높은 포텐셜을 갖는다는 점이다. 이것은 도 6d에 도시한 바와 같이 가시 파장에 대한 투과도로 도시된다. 불연속 막을 나타내는 공진 거동을 보이는 Al-Ag와 달리, Ge-Ag 및 Cu-Ag는 파장이 단조로운 거동을 갖는다. Ge가 큰 광학 손실을 가지므로, Ge-Ag 막은 Cu-Ag 막의 투과도와 비교하여 더 낮은 투과도를 보이며, Cu-Ag는 더 낮은 시트 저항을 갖는 전체 파장 영역에 걸쳐 Ge-Ag보다 더 높은 투과도를 보인다.
도 7a 내지 도 7f는 Ag 막의 8nm인 제2 층이 뒤이어 오는 시드 층으로 형성되는 이중 층을 갖는다. 시드 층인 제1 층은 0.5nm의 두께를 가지며, Al, Ge 또는 Cu 층을 포함한다. 도 7a 내지 도 7c는, 증착되자마자, 1일, 7일, 12.5일, 39.5일, 64.5일, 85.5일, 113.5일을 도 7a 및 도 7c에서 포함하는 여러 시기에서의 상대 투과도 대 파장을 도시하는 반면, 도 7b는 증착되자마자, 1.5일, 8일, 28.5일, 53.5일, 74.5일 및 102.5일에서의 시험을 도시한다. 도 7d는 알루미늄 도핑된 은 막에 대한 시트 저항 대 공기 중 노출 시간을 도시하며, 도 7e는 게르마늄 도핑된 은 막에 대한 시트 저항 대 공기 중 노출 시간을 도시하며, 도 7f는 구리 도핑된 은 막에 대한 시트 저항 대 공기 중 노출 시간을 도시한다. Cu-Ag는 시간에 따라 주목할 만한 임의의 변화를 보이지 않은 반면, Al-Ag 및 Ge-Ag는 상당히 변화한다. 시트 저항은 또한 Cu-Ag 막에서 변화하지 않는 반면, Al-Ag는 시간에 따라 급속한 증가를 보여준다. Cu-Ag 막은 시간에 따른 최저 시트 저항과 적은 성능 변화를 보인다.
Abbott 등의 ACS 적용 Mater. 인터페이스 11, 페이지 7607 내지 7614(2019) - 관련 부분이 본 명세서에 참조로서 인용됨 - 에 의하면, 시드 층의 두께는 열악한 웨팅 속성을 갖는 막의 성장에 상당한 영향을 미치며 서브나노미터 시드 층의 우월성을 입증하였다. 여기서, Cu 시드 층의 최적 두께는 그 두께를 1 내지 20Å로 변경함으로써 철저히 조사되었으며, 그 뒤에는 5nm 두께 Ag 막의 후속한 증착이 왔다. Cu-Ag 막의 가시 스펙트럼(380 내지 780nm 파장(λ)) 광이 갖는 시드 저항(RSh)과 평균 절대 투과도(TAVE)가 도 2a 내지 도 2e에 도시되어 있다. 도 2a를 참조하여, Ag 막의 RSh는 5Å 미만의 Cu 두께를 갖는 경우에 증가한다. 이것은, Ag 원자에 대한 저 밀도 핵 생성 부위를 형성하는 기판 위에서 Cu 원자의 불충분한 표면 커버리지 때문이다. 이들 성긴 핵 생성 부위는 연속의 및 매끄러운 막 대신 기판 상에서 Ag 클러스터의 형성을 초래할 수 있다. 1Å의 매우 얇은 시드 층의 경우, 평균 RSh 및 제곱근 평균 표면 거칠기는 증착된 막의 불연속성으로 인해 각각 188Ω/sq와 0.5nm까지 증가하였다. 5Å 이상의 Cu 두께에서, 충분히 고 밀도의 핵 생성 부위가 형성되어, Ag가 산화물 기판과 상호동작하는 것을 방지하여, RSh가 20Ω/sq에서 안정기에 도달하는 5nm만큼 낮은 두께에서도 연속의 매끄러운 Ag 막의 형성을 허용한다.
Cu가 가시 파장에서 광학적으로 손실성이기 때문에, TAVE는 5Å 초과의 시드 층 두께를 증가시킴에 따라 감소한다. 그러나, 5Å 미만의 두께를 갖는 시드 층에서의 TAVE는 또한 시드 층을 감소시킴에 따라 감소하며, 그 이유는 불충분한 Cu 커버리지로부터의 앞서 언급한 Ag 아일랜드 형성 때문이다. 이 불연속적인 Ag 막은 준-입자 같은 거동을 보이며, 국부화된 표면 플라스몬을 여기하여, 투과도를 감소시켜 5Å에서 최대 TAVE에 도달한다. Ag 막의 전기 및 광학 특징은 5Å Cu 시드 층은 그에 따라 이 박막이 본 예에서 투명 전도체로서 사용하기에 적절함을 보임을 보여준다.
도 8a 내지 도 8c는 Cu 시드 층의 0.5nm 상에 증착되는 5nm 두께 Ag 막의 특징을 도시한다. 도 8a는 Cu-Ag 막에 대한 거친 제곱 평균(RMS) 표면 거칠기 대 시드 층 두께를 도시한다. 5nm Ag 막은 Cu 시드 층 상에 증착되었으며, 여기서 시드 층 두께는 최적 두께를 찾도록 변경되었다. 도 8b는 은 막(시뮬레이트 및 실험용)에 대한 반사도(RAVE) 대 막 두께를 도시하는 반면, 도 8c는 은 막(시뮬레이트 및 실험용) 및 구리-은 이중 층(시뮬레이트 및 실험용)에 대한 흡수도(AAVE) 대 막 두께를 도시한다. 제곱근 평균(RMS) 거칠기는 시드 층 두께에 따라 변화하며, 0.5nm 시드 층은 최소 거칠기를 보인다. 반사도 및 흡수도는 dFilm=5nm Ag 막에서 최저 값을 보여준다. 이점은 최적 시드 층 두께가 약 0.5nm이며, 초박형 Cu-Ag 막 이중 층의 최상의 성능은 5nm Ag 층에서 획득되는 것으로 보임을 나타낸다.
두께 의존성
Cu 시드 층의 최적 두께를 기반으로 하여, 베어 Ag 막과 비교한 Cu-Ag 막의 전기 및 광학 속성은 초박형 금속만의 투명 전도체(TC)에 대해 철저히 조사되었다. 도 2b는 RSh를 Cu-Ag 및 베어 Ag 막(임의의 시드 층 없음)에 대해 총 막 두께(dFilm)의 함수로서 도시한다. 두 막은 dFilm이 감소함에 따라 상당한 증가를 보여준다; 그러나 Cu-Ag 막은 낮은 RSh에 대해 dFilm의 하한을 갖는다. 시드 층의 삽입으로 인해 막은 심지어 dFilm, 대략 4nm에서 전기적으로 전도성이며, 이점은 베어 Ag로는 달성할 수 없다.
다음으로, 유리 기판 상의 Cu-Ag 및 베어 Ag 막의 두께 의존적 TAVE, 반사도(RAVE) 및 흡수도(AAVE)는 도 2c에 측정되었으며, 여기서 스펙트럼은 380 내지 780nm의 파장 범위에 걸쳐 평균화되었다. Cu-Ag 막은 베어 Ag와 비교하여 매끄럽고 연속의 막 모폴로지로 인해 최소 광 흡수 및 산란을 경험하여, 서브-10nm 범위에서 더 높은 TAVE 및 상당히 더 낮은 AAVE를 초래한다. 약 5 내지 약 6nm의 막 두께 범위에서, Cu-Ag 막은 80%에 가까운 TAVE와 5%만큼 낮은 AAVE를 달성하지만, 여전히 20Ω/sq 이하의 RSh를 유지한다. 시뮬레이트된 TAVE, RAVE 및 AAVE는 또한 측정된 데이터와 유사한 경향을 보였다. 그러나, 약간의 불일치가 Cu-Ag 막에서 5nm 미만의 매우 얇은 방식에서 관찰되었으며, 여기서 AAVE(TAVE)의 약간의 증가(감소)가 측정된 데이터에서 관찰되었다. 이 불일치는 막의 준-입자 같은 거동으로부터 야기되어, 흡수도를 침투(percolation) 역치에 가깝게 증가시키며, 이점은 막 불연속으로 인한 dFilm=5nm 미만의 RSh의 급속한 증가를 도시하는 도 2b와 일치한다. 이점은, Ag 막의 최적 두께는 침투 방식을 초과하여 바람직하게도 선택되어 최대 투과도를 보장함을 카리킨다.
성능 지수 및 AR 효과
전기 및 광학 속성을 모두 포함하는 투명 전도체(TC)의 성능은 하케의 성능 지수(φTC=(T550)10/RSh)에 의해 나타낼 수 있으며, T550은 550nm의 파장에서 투과도이다. 도 2d는 dFilm의 함수로서 FTC(Cu-Ag, 베어 Ag 및 ITO 막)의 측정된 및 계산된 φTC를 도시한다. 베어 Ag 막에 대한 측정된 φTC의 작은 요동이 제어되지 않은 모폴로지로 인해 투과도의 변화를 야기함을 관찰되고 있다. 그러나 Cu-Ag 막에 대해, 측정된 φTC는 계산된 φTC와 일치한다. Cu-Ag의 φTC는 dFilm = 50nm에서 최대화하며, 이때 T550=80.7% 및 RSh=21.3Ω/sq이다. 상업용 ITO(Luminescence Technology Corporation)를 포함하는 여러 종래 기술 ITO의 φTC와 입자-경계 산란으로부터 계산된 것을 도 2d에서 또한 도표로 도시하였다. 상업용 ITO의 φTC(RSh=15Ω/sq 및 T550=85.0%)는 단지 표면 산란을 고려하여 제조된 Cu-Ag 막의 것보다 더 높지만, 이상적인 Ag 막의 것보다 낮으며, 개선된 막 품질을 갖는 Ag 막의 이론적 한계가 TC로서의 ITO의 성능을 능가할 수 있음을 나타낸다. 게다가, 이후에 Cu-Ag 전극을 갖는 OLED는 그 음의 유전율과 매우 얇은 두께로 인해 높은 디바이스 성능을 보임을 알게 될 것이다. 그러므로, 도 2d에서 상부 좌측에 위치한 TC는, 이들이 더 양호한 외부 결합으로 OLED에 내장될 때 더 높은 디바이스 성능을 야기할 것이며, 이점은 이후에 논의될 것이다.
도 10a 및 도 10b는 이론적인 성능 지수(FOM) 계산을 도시한다. 도 10a는, 이상적인 은 막에 대한 계산된 시트 저항 대 Ag 막 두께와 계산된 투과도 대 Ag 막을 도시한다. Ag 막의 두께는 0 내지 40nm의 범위일 수 있다. 도 10b는, 인듐 주석 산화물(ITO) 층에 대한 계산된 시트 저항 대 ITO 막 두께와 투과도 대 ITO 막 두께를 도시한다. 이상적인 Ag 막의 투과도는 중간 레벨의 시트 저항을 갖는 매우 얇은 두께 방식에서 더 높게 된다. 이것이 암시하는 점은 Cu-Ag 이중 층 막이 더 양호환 증기화 기술로 더 개선될 수 있다는 점이다. 이상적인 Ag 막은 더 낮은 시트 저항을 갖는 ITO 막보다 더 높은 투과도를 가질 수 있다. 초박형 Cu-Ag 막은 매우 투과성이어서, 79.3%의 측정된 TAVE와 16.1%의 RAVE에 이른다. 이 광학 속성은, 효과적인 반사 방지(AR) 층으로서 기능하는, 애노드에 바로 인접한 OLED에서의 홀 수송 층(HTL)에 의해 더 향상될 수 있다. OLED에서 발광 층(EML)으로부터 생성되는 광자의 반사도는 임의의 추가 층을 사용하지 않고도 이 AR 코팅에 의해 상당히 감소될 수 있다. 도 2e는 유리 기판(검은색 점선) 상에서 및 OLED 구조에서 애노드로서 내장된(적색 점선) 초박형 Cu-Ag 막의 투과도 및 반사도 스펙트럼을 도시하며, 여기서 EML로부터 입사한 광은 HTL을 통해 기판으로 전파한다. CBP, TAPC 및 MoOx가 EML, HTL 및 홀 주입 층(HIL)에 각각 사용되었다. HTL 및 MoOx는 각각 70nm 및 5nm의 두께로 고정되었으며 Cu-Ag 막에 대해 효과적인 AR 코팅으로서 동작하며, 여기서 시뮬레이트된 스펙트럼 곡선은 16.0% 내지 5.7%의 억압된 RAVE와 77.5% 내지 86.9%의 향상된 TAVE를 보여준다. 시뮬레이트된 투과도는 Ir(ppy)2acac의 피크 파장인 λ=530nm에서 88.9%에 도달할 수 있다. 억압된 반사도는 기판 자체의 반사도에 가까우며, 이점이 보여주는 바는 HTL 및 HIL 층의 반사 방지(AR) 효과가 심지어 추가 유전체 코팅이 도입되지 않고도 매우 효과적이라는 점임을 주목해야 한다. HTL 및 HIL에 의해 달성되는 이 AR 효과의 다른 이점은 TC 애노드를 포함한 총 디바이스 두께가 최소 두께 레벨로 유지되며, 이것이 OLED에서의 도파관 모드의 제한을 억압할 수 있으며, 즉 두께가 차단 두께 미만으로 감소할 수 있다는 점이다.
도파관 모드 제거의 이론적 조사
OLED의 활성 영역 내부의 광의 복사 결합은 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 또는 도파관 모드의 형태를 갖는다. 기본 TM0 파가 SPP 모드로서 간주되는 반면, TE0 및 고차 TM(TM1) 파는 일반적으로 소위 도파관 모드로서 간주된다. 여기서, Cu-Ag 애노드의 광학 속성과 이들이 TE0 및 TE1 파에 어떻게 영향을 미치는지가 조사되며, 그 후, 어떤 도파관이 지원되지 않는 조건이 밝혀진다. TM 및 TE 도파관 모드의 거동을 조사하기 위해, 그 고유값 방정식이 1D 도파관 구조에서 맥스웰 방정식의 해를 구함으로써 유도되었다.
필드 방정식:
모드 차단 조건을 찾기 위해 이론적 분석을 보여주는 방정식을 상세하게 도시하는 도 12를 다시 참조하자. 경계 방정식은 유기 도파관의 4개의 다층에서 해가 구해다. 층 1 내지 4로부터, Al 캐소드, 유기 스택, ITO 또는 Cu-Ag 애노드 및 유리 기판을 각각 도시하며, 여기서 ni는 각 층의 귤절률이며 i=1, 2, 3 및 4이다. 모드는 z 방향으로 전파하는 것으로 간주되며 물질은 x 방향으로 스택된다.
도 13a 및 도 13b는 횡방향 전기 TE0 모드 및 TE0 모드 제거의 수학적 분석을 도시한다. 도 13a는 도 13a는 도 12에 도시한 y1 및 y2의 실수부 대 TE0 모드의 계산된 실효 굴절률(neff)을 도시하는 반면, 도 13b는 도 12에 도시한 y1 및 y2의 허수부 대 TE0 모드의 계산된 실효 굴절률(neff)을 도시한다. 도파관 모드는 모드의 실효 귤절률에 의해 규정되며, 모드의 실효 굴절률은 도파관을 따라 안내되는 기판의 굴절률보다 높아야 한다. 그러므로 TE0 모드는 neff가 1.5(유리 기판의 굴절률)보다 작은 경우 y1=y2일 때 OLED에서 생성되지 않는다. 도 13a가 의미하는 점은 -5 미만의 유전율을 갖는 Cu-Ag 이중 층 막은 소정의 두께에 대해 도파관에서 도파관 모드를 지원하지 않는다는 점이다.
도파관은 CBP가 유기 층에 대해 사용된 도 3a의 삽입도에 도시한 바와 같이 Al 캐소드/유기 층/ITO 또는 Cu-Ag 모드/및 유리 층을 포함한다. 2개의 도파관 모드, TE0 및 TE1 모드는 도파관에서 존재하며 그 실효 굴절률(neff,TE0 및 neff,TM1)은 530nm의 파장에서 유기 층 두께(torganic)의 함수로서 알려지게 되었으며 각각 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 소정의 유기 층(발광 조립체) 두께의 경우, 도파관 모드는, neff,TE0 및 neff,TM1이 1.5인 유리 기판의 굴절률보다 더 낮을 때 지원되지 않는다. 150nm의 유기 층 두께에서, Cu-Ag가 애노드로서 사용될 때 neff,TE0 및 neff,TM1는 1.5보다 작으며, 따라서 모드는 안내되지 않는다. 이와 대조적으로, ITO가 사용될 때 neff,TE0 및 neff,TM1는 1.5보다 크며, 이것은 도파관 형태로서 에너지 소산을 야기한다.
도 9a 및 도 9b는 투명 전도성 전극으로서 인듐 주석 산화물(ITO)에 대한 이론적 모델을 도시한다. 도 9a는 ITO에 대한 시트 저항 대 두께(이론 및 실험)를 도시하며, 도 9b는 150nm ITO 막에 대한 투과도 및 반사도 스펙트럼 대 파장을 도시한다. 시트 저항은 ITO 두께를 감소시킴에 따라 상당히 증가한다. 심지어 50nm ITO 두께에서, 시트 저항은 80 Ohm/sq보다 크다. 또한, 유리 기판 상의 ITO 니트 막은 공진 거동을 보인다. 이것은 약 550nm에서 큰 투과도를 보이지만, 청색 파장 영역에서 감소한 투과도를 보이며, 이점은 선호되는 것은 아니다.
애노드로서 병합된 초박형 Cu-Ag 막은 TE0 및 TM1 모드 모두를 제거하지만, 제거를 담당하는 메커니즘은 TE0 및 TE1 모드마다 상이하며, 이점은 개별적으로 논의할 것이다. TE0 모드는, 도파관의 코어와 피복 사이의 굴절률에 의해 안내(굴절률 안내)되는 순전한 유전체 모드이다. 유기 도파관의 코어는 유기 및 애노드인 반면, 피복은 Al과 유리 기판이다. 도 3a에 도시한 검은색 곡선은, 유기 층만이 임의의 애노드 없이(애노드 없음) 도파관 코어로서 동작할 때 TE0 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 도파관의 큰 기하학적/광학적 비대칭과 반-무한 금속 피복으로 인해, TE 기본 모드는 도파관에서 torganic=141nm에서 고유 모드 차단을 경험한다. 그러나, 150nm의 삽입으로, 고 굴절률 ITO는 ITO의 고 굴절률 속성으로 인해 TE 모드의 모달 제한을 증가시키며 차단 두께를 감소시켜, 유기 층 두께에 상관없이 유리 기판의 굴절률보다 큰 neff,TEO을 보여준다. 이와 대조적으로, 가시 파장에서 Cu-Ag 막의 큰 음의 유전율은, Cu-Ag가 애노드로서 배치되었을 때 코어의 실효 굴절률을 감소시키며 그에 따라 모드의 모달 제한을 감소시키는데 상당한 역할(적색 곡선)을 한다. 이점은 결국 감소한 neff,TEO을 초래하며 차단 두께를 209nm까지 크게 증가시키며, 이것이 나타내는 점은 OLED에서 100-200nm의 적절한 유기 두께 범위에 대해 Cu-Ag 막이 TE 모드의 형성을 효과적으로 억압할 수 있다는 점이며, 이러한 점은 고 굴절률 값을 수반하는 다른 타입의 TC에 의해서는 달성될 수 없다.
TE 모드의 순전한 굴절률 안내 속성과 달리, TM 모드는 물질 스택에 수직인 전계로 인해 플라스몬 속성을 가지며, 그에 따라 금속을 포함하는 도파관에서 효과적으로 안내될 수 있다. 그러므로, Cu-Ag 디바이스의 TM1 모드의 분리는 Cu-Ag의 음의 유전율로 인한 것보다는, 도파관 층의 감소한 총 두께로 인한 것으로 믿어진다. 도 3b에 도시한 바와 같이, TM1 모드는 더 고차 모드이며, 따라서, 기본 모드와 비교하여 더 큰 차단 두께를 갖는다. TM1 모드는 ITO 및 Cu-Ag 디바이스 각각에 대해 70nm 및 228nm의 torganic 두께에서 모달 차단을 경험한다. TM1 모달 차단은 오직 1D 도파관의 총 두께에 의존하며, 두꺼운 ITO 애노드를 초박형 Cu-Ag 막으로의 교체로 OLED를 TM1 모드의 차단 두께보다 더 얇게 하며, 이것이 의미하는 점은 Cu-Ag 막의 매우 얇은 속성은 TM1 도파관 모드의 형성을 억압한다는 점이다. TM1 모드는 더 고차의 모드이므로, 기본 모드와 비교하여 더 큰 차단 두께를 가지며, 애노드 없음, ITO 및 Cu-Ag 디바이스 각각에 대해 torganic=260, 70nm 및 237nm에서 차단 두께를 보여준다. TE0 경우와 달리, TM1 모드의 차단은 ITO 디바이스에서 또한 나타났지만, 실제 torganic이 OLED에서 100 내지 200nm의 범위에 있으므로, TM1 차단에 대해 필요한 torganic는 너무 작아, OLED에 사용하기 비현실적이게 되게 한다. 그러나 TM1 모드는 Cu-Ag 디바이스에서 torganic=237nm까지 지원되지 않으며, 더 실용적인 사용을 입증하였다. Cu-Ag 막의 물리적 속성이 TM1 모드의 제거를 책임졌기 때문에, 초박형 Cu-Ag 막의 삽입은 애노드가 없는 디바이스와 비교하여 차단 두께 면에서 거의 변화가 없지만 ITO 디바이스와 비교하여 매우 증가한다. TM1 모드의 제거는 ITO 및 IZO와 같은 금속 산화물 원료 TC에 의해 달성될 수 없으며, 이는 그 두께 감소가 매우 저항을 갖게 하기 때문이며, 이점은 실용적이지 않다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시의 특정 양상에 따라 준비된 비교 ITO 애노드와 Cu-Ag 이중 층 애노드를 갖는 OLED에 대한 전력 분포 계산을 도시한다. 도 11a는, 각 모드에 대해 전체 파장 범위에 걸쳐 스펙트럼 전력 분포를 통합함으로써 계산되는, 상이한 파장에 대해 각 모드에 전달된 전력의 비율(%)을 도시한다. 모드는 유리 기판(Subs), 공기, 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 및 도파관(W/G) 각각의 비율을 도시한다. 비교 ITO OLED는 각 모드에서 상당히 분포된 비율을 보여준다. 그러나 Cu-Ag 이중 층 애노드 OLED에서, 도파관 모드(W/G)에서의 전력 비율은 상당히 향상된 기판 모드(Subs)로 0이 된다. 이것이 의미하는 점은 Cu-Ag로의 ITO의 간단한 교체가 OLED의 성능을 향상시킨다는 점이다.
도 14a는 횡방향 전기 TE0 모드 및 TE0 모드 제거의 분석을 도시하고, 여기서 유기 층의 두께는 200nm로 고정되었다. 도 14b는 횡방향 전기 TM1 모드 및 TM1 모드 제거의 물리적 분석을 도시하고, 여기서 유기 층의 두께는 300nm로 고정되었다. TE0 및 TM0 모드는, neff,TE0 또는 neff,TM1이 유리 기판의 굴절률인 1.5보다 작다면 OLED에서 여기될 수 없다. 그러므로, -10인 유전율을 가지며 4nm보다 큰 두께를 갖는 Cu-Ag 애노드는 OLED에서 도파관 모드의 형성을 억압하거나, -3인 유전율을 가지며 9nm보다 큰 두께를 갖는 Cu-Ag 애노드는 OLED에서 도파관 모드의 형성을 억압한다.
도 15a 내지 도 15d는 일-차원(1D) 모드 프로파일을 도시한다. 각각의 디바이스는 Cu-Ag 이중 층 또는 ITO 중 어느 하나를 애노드로서 갖는다. 도 15a는 ITO 및 Cu-Ag OLED의 TM0 모드를 도시한다. TM0 모드는 표면 플라스몬 폴라리톤(SPP) 모드이다. 도 15b는 ITO 디바이스의 TE0 모드를 도시한다. 도 15c는 ITO 디바이스의 TM1 모드를 도시한다. 도 15d는, 수학적 해법에 의해 계산되었고 기판에서의 필드 진동을 보여주는, Cu-Ag 디바이스에서의 기판(유리) 모드를 도시한다. 유리 모드는 여기서 도시하지는 않은 ITO 디바이스에 대해 동일해 보인다. ITO 디바이스는 모든 SPP, TE0, TM1 및 기판 모드를 갖는 반면, TE0 및 TM1 모드는 Cu-Ag 디바이스에는 존재하지 않는다.
도 16a 및 도 16b는 ITO 및 Cu-Ag OLED의 계산된 및 측정된 발광 프로파일을 각각 도시한다. ITO 및 Cu-Ag OLED 모두는 램버트 발광 프로파일을 보인다. 이것이 나타내는 점은 Cu-Ag 이중 층 막 상에 위치지정되는 유기 층이 반사 방지(AR) 코팅으로서 동작하여 공동 효과를 억압한다는 점이다. 측정된 발광 프로파일은 적은 편차를 갖고 램버트 프로파일에 가까운 발광 프로파일을 또한 보인다.
예 2
OLED에서의 모달 전력 분포
본 개시에 따라 준비된 Cu-Ag 애노드 막을 갖는 OLED의 광학 속성이 조사되었으며 ITO 애노드를 갖는 종래의 OLED의 광학 속성과 비교되었다. OLED의 계산된 구조는 이전 예(예 1)에서 조사한 유기 도파관과 동일하지만, 유전체 코어는 5nm MoOx/40nm TAPC/20nm EML/70nm TPBi를 포함하며, 여기서 CBP는 계산 시 EML에 사용되었다. 도 3c 및 도 3d는 각각 ITO 및 Cu-Ag OLED의 스펙트럼 전력 소산을 도시하며, 이러한 전력 소산은 다이폴 여기 소스에 의한 디아딕 그린의 함수에 의해 계산하였다. 다이폴 소스는 EML의 중심에 배치되었으며, 각 물질의 유전율은 모두 편광해석법에 의해 측정되었다. 0.74의 다이폴 배향이 Ir(ppy)2acac 발광기에 사용되었으며, 그 발광 스펙트럼은 적분되어 2개의 도면을 획득하였다. 각 층에서 전파 방향으로의 포인팅(Poynting) 벡터는 이 구조에서 기존의 모드를 조사하도록 계산되었다. k|| 및 kEML은 각각 수평 방향에서의 파수이며, 여기사 kEML=2π/λnorganic이다. TM0 모드는 알루미늄(Al) 캐소드에 의해 여기되는 SPP 모드인 반면, TE0 및 TM1 모드는 유기 스택과 애노드를 따라 안내되는 도파관 모드이다. 유리 모드는 공기와 유리 기판 사이의 경계에서 발생하는 총 내부 반사로 인해 유리 기판에 갇힌 광 - 본 예에서는 IMF에 의해 추출됨 - 이다. 공기, 유리, 도파관 및 SPP 모드의 전력 분포는 각각 0 < k||/kEML < 0.59, 0.59 < k||/kEML < 0.88, 0.88 < k||/kEML < 1, 및 1 < k||/kEML에 대응한다. 분포된 전력은 도면에서 530nm에서 가장 높으며, 이는 이것이 Ir(ppy)2acac의 피크 파장이며, 그에 따라 가장 큰 전력 분포량을 야기때문이다.
도 3c는 ITO 디바이스가 2개의 도파관 모드로 인한 상당한 전력 소산을 경험함을 도시한다. TE0 및 TM1 모드는 ITO 디바이스에서 여기되었다. TM1 모드는 620nm에서 차단된 반면, TE0 모드는 Ir(ppy)2acac의 전체 발광 파장 범위에 존재한다. TE0 모드는 TM1 모드보다 더 높은 k||/kEML를 가지며, 이것이 의미하는 점은 TE0 모드는 도파관에서 더 타이트하게 제한된 점이며, 도 3a 및 도 3b와 일치한다. 도 3c에서 결과는, ITO 디바이스의 전자 발광이 2개의 도파관 모드를 본질적으로 여기할 것을 나타내며, EML에서 생성된 상당한 광량은 외부 결합되기 보다는 안내된 모드의 형태로 디바이스 내부에 갇힐 것이다. 이 에너지 부분은 외부 수단 없이 추출될 수 없다. 그러나 도 3d에 도시된 바와 같이, Cu-Ag 디바이스는 전체 발광 파장 범위를 따라 TE0 및 TM1 모드 형태로 임의의 전력 분포를 보여주며(0.88 < k||/kEML < 1), ITO 디바이스와 비교하여 유리 모드에서 더 큰 전력을 보였다. 이것이 의미하는 점은 EML에서 생성된 광은 유기 스택을 따라 전파 모드를 여기하지 않았으며, 그에 따라 생성된 광자 에너지가 도파관 모드의 형태로서 폐기되지 않았으며; 이 효과는, 이제 추출될 수 있는 유리 모드로서 광의 부분을 증가시켰다는 점이다.
도 3e는, 각 모드에 대한 전체 파장 범위에 걸친 스펙트럼 전력 소산을 통합함으로써 계산되는 각 모드에 전송되는 전력의 비율(%)을 도시한다. 공기, 기판(Subs), W/G 및 SPP의 비율은 각각 공기, 유리, 도파관 및 SPP 모드로 전달되는 전력을 지칭된다. IQE=100%인 이상적인 경우가 계산을 위해 가정되었다. Cu-Ag 디바이스가 도파관 모드로 전달된 전력을 갖지 않은 반면, 총 전력의 14.4%가 ITO 디바이스에서 도파관 모드로서 소산됨을 보여준다. Cu-Ag 디바이스에서 제거된 도파관 모드의 대응 에너지는 공기, 유리 및 SPP 모드로 분배되었으며, 각 모드의 전력 비율을 증가시켰다. 특히, 기판 모드는 최대 증가를 보였으며, 그 이유는 분리된 도파관 모드가 대부분 기판으로 완화(relax)될 것이기 때문이다. 이 초박형 Cu-Ag 애노드는 OLED에서의 도파관 모드의 형성을 억압하며 그 대응 에너지를 기판에 전달한다.
예 3
도파관 모드 제거의 실험 관찰
유기 도파관 샘플은 ITO 및 Cu-Ag 막 상에 성장하여 도파관 모드 제거를 실험적으로 검증한다. 유리 기판 상의 상업용 ITO와 용융 실리카 기판 상의 Cu-Ag 막을 갖는 스트립-선 유기 층이 준비되었다. 유기 층의 구조는 정상 Al 캐소드에 대해서를 제외하고 이전 예에서 설계된 OLED와 동일하였다. 도파관 모드는 Al 캐소드로 인한 상당한 손실을 경험하기 때문에, 정상 Al은 모달 세기의 더 정확한 측정을 위해 제거되었다. 유리 및 용융 실리카 기판에 대한 굴절률 매칭된 유체와 프리즘은 샘플로부터 기판 모드를 제거하는데 사용되었다. 도 4a는 실험 셋업의 탑 다운 및 횡단면도의 개략도를 도시한다. 스트립-선 도파관 샘플은 IMF에 대해 아래에 작은 갭을 갖는 2개의 실리콘 조각의 홀더 상에 배치되었다. 405nm에서 동작하는 레이저 여기 소스는 도파관 라인의 중심에서 보내졌고, 모드 세기는 라인의 일 단에서 측정되었다. 510nm 내지 560nm의 대역폭을 갖는 대역통과 필터는, 여기 광원을 필터링하면서 도파관 스트립을 통해 전파하는 EML에서 생성된 광의 세기를 측정하는데 사용되었다. ITO 또는 Cu-Ag 중 어느 하나 상에서 만들어진 스트립-라인 샘플은 도파관 모드의 전력 부분을 관찰하기 위해 IMF를 갖고 및 갖지 않고 측정되었다. IMF에 의한 측정된 광 세기는 도파관 및 기판 모드의 합으로부터 결국 야기되며, 이는 기판 모드가 여전히 샘플에 갇히기 때문이다. 그러나 IMF는 기판 모드를 추출하며, 굴절률 매칭된 프리즘은 이 추출된 기판 모드를 샘플로부터 완전히 제거하여, 샘플에서만 도파관 모드를 남겨둔다.
도 4b는, 여기 세기의 함수로서 ITO 및 Cu-Ag 막 상의 도파관에서의 안내된 광의 측정된 세기를 도시한다. 두 도파관은 IMF를 갖지 않는 입력 세기를 갖는 유사한 경향을 보여주며, 그 이유는 유사한 전력량이 레이저 원으로부터 여기되었으며 생성된 광이 도파관과 기판 모드의 형태로 샘플에 갇히기 때문이었다. 그러나 측정된 광 세기는 IMF를 적용한 후 ITO 및 Cu-Ag 도파관 각각에 대한 원래 세기의 48.5% 및 1.9%로 강하하였으며, Cu-Ag에 대한 세기는 잡음 레벨과 필적하게 된다. 이것이 의미하는 점은, 도파관으로부터 결국 야기되는 상당한 량의 에너지가 ITO 도파관에 여전히 저장된 반면, Cu-Ag 도파관에서의 에너지는 기판 모드 추출에 의해 완전히 제거되었다는 점 - 여기에 상관없이 거의 편평하며 무시할만한 광 세기를 보임 - 이다. 이 결과는, 대부분의 여기된 에너지가 기판에 저장되었으며, 그에 따라 샘플로부터 IMF 및 프리즘에 의해 제거되었음을 나타내며, 이때 에너지는 도파관 모드에 저장되지 않는다.
도 4c는 IMF를 갖지 않거나 갖는 ITO 및 Cu-Ag 샘플의 측면도로부터의 샘플 발광을 도시한다. 이미지 i)는 주변 광 하에서의 대역통과 필터를 통해 프리즘 상에 배치된 샘플을 도시한다. 백색 점선은 샘플 위치를 나타내며, 여기에, 검출기가 측정 동안 배치되었다. 두 샘플은 이미지 ii) 및 iii)에서 도시한 바와 같이 IMF가 없는 차별적인 녹색 발광을 보여주었으며, 이는 생성된 광이 도파관 및 기판에 갇혔기 때문이다. 기판 모드 추출로, ITO 샘플의 안내된 광 밝기는 상당히 감소하였지만, 이미지 iv)에서 도시된 바와 같이 여전히 용이하게 볼 수 있었다. 그러나 녹색 광은 이미지 v)에서 디스플레이된 바와 같이 IMF를 갖는 Cu-Ag 샘플에서는 볼 수 없었으며, 이것이 나타내는 점은 에너지가 도파관을 통해 전파되지 않았다는 점이다.
예 4
디바이스 성능
초박형 금속 투명 전도성 Cu-Ag 애노드를 갖는 종래의 녹색 OLED가 제조되어 디바이스 외부 결합 효율에 관한 도파관 모드 제거 효과를 평가하였다. 제조된 OLED는 유리 기판/150nm ITO(애노드의 비교 예) 또는 5nm Cu-Ag(애노드의 본 발명 예)/5nm MoOx(홀 주입 층(HIL))/70nm TAPC(홀 수송 층(HTL))/CBP에서 도핑된 20nm 10% Ir(ppy)2acac(유기 활성 발광 층(EML)) - 광이 (전자-홀 재조합 이후) 생성됨 - /60nm TPBi(캐소드 전극으로부터 EML 층으로 주입된 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송 층(ETL))/1.5nm LIQ(캐소드 전극으로부터 EML 층에 주입되는 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 주입 층(EML))/150nm Al(캐소드)를 포함한다. 종래의 ITO 애노드를 갖는 OLED는 비교를 위해 제조되었다. 여기서 예는 이중 층 초박형 전극 구조에 관한 것이지만, 동일한 효과가 또한 공동-스퍼터링된 합금 막에 대해서도 기대될 수 있다고 믿어진다. 도 5a는 각각의 디바이스의 EQE 대 전류 밀도 특징을 도시한다. Cu-Ag 및 ITO 디바이스의 EQE는, 각각 도 3e에 도시한 계산된 공기 모드에 유사한 비율인 20.7% 및 16.8%였다. 그러나 측정된 EQE는 계산된 값보다 낮았으며, 그 이유는 100% IQE가 도 3e를 획득하며 최대 달성 가능한 EQE를 보여주기 위해 가정되었기 때문이다. 본 예에서 제조된 OLED는 특히 EML 및 ETL 경계에서 삼중-삼중 및 삼중-폴라론 전멸로 인한 여기자 담금질(quenching)을 겪을 것이며, 그 이유는 CBP 및 Ir(ppy)2acac 모두가 전자보다 더 유리하게 홀을 수송하기 때문이다. 또한, 여기자 손실이, 제조에 사용된 유기 반도체가 추가 정화 없이 수신된 대로 사용되었기 때문에 발생한다. 이들 여기자 손실을 고려하면, 제조된 디바이스의 IQE는 약 63%였다. IMF가 기판에서 갇힌 광을 추출하는데 사용될 때, Cu-Ag 디바이스의 EQE는 45.3%까지 상당히 증가한 반면, ITO 디바이스의 최대 EQE는 도 5a에 도시된 바와 같이 37.8%로 남아 있었다. 각 디바이스에 대한 기판 모드 추출로 인한 이러한 효율 개선은 또한 도 3e에 도시한 계산 결과와 일치하여, Cu-Ag 디바이스가 활성 및 애노드 층에서의 도파관 모드의 제거로 인해 기판에 갇힌 광의 상당 부분을 가짐을 입증한다.
도 5b는 ITO 및 Cu-Ag 디바이스의 전류 밀도 - 전압 특징을 도시한다. 2개의 디바이스는 매우 유사한 전기 속성을 보여주었으며, 곡선에서 중첩된다. 이점은, OLED의 전기 속성이 Cu-Ag로 ITO를 교체함으로 인해 변하지 않음을 나타내며, 이점이 의미하는 점은 Cu-Ag로 인한 EQE 향상이 효율적인 광학 외부 결합 방법이라는 점이다. Cu-Ag 막의 투과도는 유기 층의 추가로 더 개선될 수 있으며, 그 이유는 이들 유기 층이 AR 코팅으로서 동작하기 때문이다. AR 코팅을 갖는 Cu-Ag 막의 낮은 반사도로 인해, Cu-Ag를 갖는 OLED는 임의의 공동 효과 없는 매우 안정적인 발광 컬러를 보여준다. 도 5c는 0 내지 55°의 경사각으로 측정한 Cu-Ag OLED의 스펙트럼을 도시한다. Cu-Ag 디바이스는 무시할 만한 공동 효과로 인해 왜곡된 스펙트럼을 보여주지 않으며 ITO 디바이스와 동일한 램버트 발광 프로파일을 보여주었다.
예 5
유전체-금속-유전체(DMD) 구조는 가요성 디스플레이를 위한, 특히 유기 발광 다이오드(OLED)를 위한 유망한 가요성 투명 전도체(FTC)이다. 이전에, Cu-Ag 막 주위의 인접한 유전체 층이 상쇄적 간섭으로 인해 Cu-Ag 막으로부터의 반사를 억압할 수 있으며 그에 따라 막 투과도를 증가시킨다. 추가로, Cu-Ag 막을 포함하는 얇은 전도체가 도파관 모드를 외부 결합할 수 있으며, 그에 따라 애노드에서 사용될 때 OLED의 외부 양자 효율을 증가시킬 수 있다. 이 예에서, 얇은 금속 전도체의 모달 분리 속성과 그 차단 조건을 조사한다.
도 17a는 유전체-금속(DM) 애노드를 갖는 OLED의 구조를 도시하며, DMD 구조에서 바닥 유전체 층(D)은 0nm의 두께를 갖는다. 애노드는 8nm 두께 Cu-Ag 층 상에 4nm 또는 80nm 두께 ITO 유전체 층 중 어느 하나가 형성된다. 도 17a에 도시한 구조는, (예컨대, 유전체-금속-유전체(DMD)를 갖는 애노드의 일반 구조에 대해) 바닥 유전체가 생략되며, 하부 유전체 두께가 0nm(물질 없음)인 디자인이다. 도 17a에 도시한 디자인에서, 유기 층은 (앞서 기재한 바와 같이) EML, HML 및 ETL을 포함한다. 유기 물질은 차별적인 유전체 층 위에 증착된다.
OLED는 유리 기판 상에 형성된다. 8nm Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었다. 도 17b 및 도 17c는, OLED에서 도파관 모드인 530nm의 동작 파장에서의 TE0 및 TM1 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 150nm 베어 ITO(종래의 OLED 디자인의 통상 두께)는 또한 계산되었으며, 청색 곡선에서 도시되며, 애노드가 없는 도파관은 검은색 곡선에서 도시되었다. 유리 기판은 1.5의 굴절률(nglass)을 가지며, 그러므로 2개의 도파관 모드는 1.5보다 작은 neff에서 지원되지 않는다. 도 17b는, 8nm Cu-Ag 막의 삽입은 애노드가 없는 경우와 비교하여 차단 유기 두께를 증가시킴을 도시한다. DM의 정상 유전체 층 두께를 증가시키면 차단 두께를 감소시키며, 이것이 의미하는 점은 TE0 모달 제한을 증가시킨다는 점이다. 알게 될 바와 같이, TE0 모드의 실효 굴절률은 150nm 베어 ITO가 애노드에 사용되었을 때 전체 유기 두께를 따른 nglass보다 높다. 이것이 의미하는 점은 TE0 모드가 디바이스가 150nm ITO 애노드를 가질 때 항상 존재한다는 점이다.
도 17c는 유기 층 또는 발광 물질 두께(torganic)의 함수로서 TM1의 실효 굴절률(neff)을 도시한다. 차단 두께는 150nm 베어 ITO와 비교하여 Cu-Ag로 상당히 증가하지만, 애노드가 없는("애노드 없음") 경우와 비교하여 상당히 감소한다. Cu-Ag 상의 정상 유전체 층 두께를 더 증가시키면, 차단 두께를 감소시킨다. TM1 모드에 대해, 총 코어 두께가 가장 중요한 역할을 하며, Cu-Ag 상에서 정상 유전체 두께를 증가시켜, 도파관에서 유기 층 두께에 대한 여유를 감소시킨다.
도 18a 내지 도 18b는 TE0 및 TM1 모드에 대해 동일한 실효 굴절률 도면을 그러나 530nm의 동작 파장에서의 도파관 코어 두께(tcore)의 함수로서 도시한다. 코어 두께는 유기 및 애노드 층을 포함한다. 유기 층은 EML, HTL 및 ETL을 포함하는 반면, 애노드는 DMD 또는 ITO를 포함한다. 코어 두께는 모든 유기 층의 두께와 애노드 두께를 포함한다. 도파관 피복은 알루미늄(Al) 캐소드와 유리 기판을 포함한다. 도 18a는 유전체/Cu-Ag 디바이스가 약간의 차이가 있는 유사한 경향을 보이지만, 베어 ITO 및 애노드가 없는 샘플과 비교하여 극명한 차이를 보여줌을 도시한다. 그러나 도 18b는 모든 디바이스가 유사한 경향을 가짐을 도시한다. TM1 모드는 스택과 수직인 전계를 갖는 플라스몬 속성을 가지며, 그러므로 모드는 얇은 Cu-Ag 막의 삽입으로 인한 상당한 변화를 겪지 않는다.
도 19a는 금속-유전체(MD) 애노드를 갖는 OLED의 구조를 도시하며, 여기서 DMD에서 정상 유전체 층(D)은 0nm 두께이다. 도 3b 및 도 3c는 530nm의 동작 파장에서의 유기 층 두께(torganic)의 함수로서의 TE0 및 TM1 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 도 19b는 MD 애노드의 바닥 유전체 두께를 증가시키면 차단 두께를 감소시키며, 이것이 의미하는 점은 TE0 모드가 DMD에서 더 두꺼운 바닥 유전체 층으로 더 타이트하게 제한됨을 의미한다. MD 조립체에서 80nm 두께 바닥 유전체로, TE0 모달 제한은 상당히 향상되어, 차단 두께를 감소시키며, 그 이유는 TE0 모드는 MD에서 바닥 유전체 층을 따라 안내되기 시작하기 때문이다. 검은색 및 청색 곡선(150nm 베어 ITO 및 애노드 없음의 경우)는 이전에 도시한 것과 동일한 도면이다. 이것이 기준점으로서 도시되어 있다.
도 19c는 유기 층 두께의 함수로서 MD 디바이스에서의 TM1 모드의 실효 굴절률(neff)을 도시한다. 동일한 경향이 DM 디바이스 예와 비교하여 관찰할 수 있다. 차단 두께는 150nm 베어 ITO와 비교하여 Cu-Ag로 증가하지만, 애노드가 없는 예와 비교하여 상당히 감소한다. MD 애노드의 바닥 유전체 두께의 증가는 차단 유기 두께를 감소시킨다. TM1 모드에 대해, 총 코어 두께는 가장 중요한 역할을 하며, MD 애노드의 바닥 유전체를 증가시키면, 도파관에서 유기 층 두께에 대한 여유를 감소시킨다.
도 20a 및 도 20b는 동일한 실효 굴절률(neff) 도면을, 530nm의 동작 파장에서의 도파관 코어 두께의 함수로서 도시한다. 코어 두께는 유기 및 애노드 층을 포함한다. 도파관 피복은 Al 캐소드와 유리 기판을 포함한다. 도 20a는, 바닥 유전체가 충분히 얇을 때, 예컨대 약 40nm 미만일 때, Cu-Ag/유전체 디바이스가 약간 차이가 있는 유사한 경향을 가짐을 도시한다. 그러나 이것은 바닥 유전체(D)가 오렌지색 곡선에서 도시된 바와 같이 약 80nm의 두께를 가질 때 큰 차이를 보이기 시작하며, 그 이유는 모달 에너지가 바닥 유전체 층에 크게 저장될 수 있기 때문이다. 도 20b는 코어 두께에 따른 TM1 모드의 실효 굴절률 변화를 도시한다. TE0 모드와 달리, 모든 디바이스는 그 플라스몬 속성으로 인해 유사한 경향을 보인다.
도 21a는 DMD 애노드를 갖는 OLED의 구조를 도시하며, 여기서 바닥 유전체(D)는 40nm로 고정된다. 바닥 ITO는 40nm의 두께로 고정되었으며, 40nm 및 80nm ITO 두께가 정상 유전체에 사용되었다. 8nm Cu-Ag가 금속 전도체에 사용되었다. 반-무한 알루미늄(Al) 캐소드와 유리 기판이 사용되었다. 도 21b 및 도 21c는 530nm의 동작 파장에서 torganic의 함수로서 TE0 및 TM1 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 도 21b는 DMD 애노드의 정상 유전체 두께를 증가시키면, 차단 두께를 감소시키는 것을 도시하며, 이것이 의미하는 점은 TE0 모드가 더 두꺼운 DMD로 더 타이트하게 제한된다는 점이다. 이 경향은 이전의 MD 및 DM 애노드와 일치한다. 검은색 및 청색 곡선(150nm 베어 ITO 및 애노드가 없는 경우)는 이전에 도시된 것과 동일한 도면이며 여기서 참조로 사용된다.
도 21c는 유기 두께의 함수로서 DMD 디바이스에서 TM1 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 동일한 경향이 MD 및 DM 경우와 비교하여 관찰할 수 있다. 차단 두께는 150nm 베어 ITO와 비교하여 Cu-Ag 막으로 상당히 증가하지만, 애노드가 없는 경우와 비교하여 약간 감소한다. DMD의 정상 유전체(D)를 더 증가시켜, 차단 유기 두께를 감소시킨다. TM1 모드에 대해, 총 코어 두께는 차단 두께를 결정하여, DMD 애노드의 정상 유전체를 증가시키는 것은, 도파관에서 유전 층 두께에 대한 여유를 감소시킨다.
도 22a 및 도 22b는 이전과 동일한 실효 굴절률(neff) 도면을, 그러나 530nm의 동작 파장에서 도파관 코어 두께의 함수로서 도시한다. 도 22a는 유사한 차단 두께를 갖는 DMD 디바이스가 약간 차이만 가짐을 도시한다. 도 22b는 코어 두께를 갖는 TM1 모드의 실효 굴절률 변화를 도시하며, 디바이스는 TE0 상대와 비교하여 적은 차이를 보여준다.
도 23a는 DMD 애노드를 갖는 OLED의 구조를 도시하며, 정상 유전체 층(D) 두께는 40nm로 고정된다. 도 23b 및 도 23c는 530nm의 동작 파장에서 torganic의 함수로서 TE0 및 TM1 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 도 23b는 DMD 애노드의 바닥 유전체를 증가시키면, 차단 두께를 감소시킴을 도시한다. TE0 모드는 더 두꺼운 DMD로 더 타이트하게 제한된다. 이 경향은 이전 결과와 일치한다. 특히, 480nm ITO/8nm Cu-Ag/80nm ITO를 갖는 DMD 구조는 매우 강한 모달 제한을 보여, 모달 차단에 대한 유기 두께에 대해 적은 여유를 보여준다. 이것은 DMD의 두께가 매우 두껍고, 심지어 150nm ITO와 필적하기 때문이며, 그에 따라 매우 강한 모드 제한을 보여준다.
도 23c는 530nm의 동작 파장에서 유기 두께의 함수로서 DMD 디바이스에서 TM1 모드의 실효 굴절률(neff)을 도시한다. 동일한 경향은 이전 샘플과 비교하여 관찰할 수 있다. 유기 차단 두께는 150nm 베어 ITO와 비교하여 Cu-Ag 막으로 매우 증가하지만, 애노드가 없는 샘플과 비교할 때 약간 감소한다. 또한, DMD의 바닥 유전체의 증가는 차단 유기 두께를 감소시킨다. TM1 모드에 대해, 총 코어 두께는 차단 두께를 결정하며, 그에 따라, DMD 모드의 정상 유전체를 증가시키는 것은, 도파관에서 유기 층 두께에 대해 여유를 감소시킨다.
도 24a 및 도 24b는 동일한 실효 굴절률(neff) 도면을, 그러나 530nm의 동작 파장에서 도파관 코어 두께의 함수로서 도시한다. 도 24a는, 바닥 유전체 층(D)이 충분히 얇을 때, 유사한 차단 두께를 갖지만, 약간 차이만 있는 DMD 디바이스를 도시한다. 그러나 DMD 애노드의 80nm 바닥 D 두께로, TE0 모드는 매우 감소한 차단 두께를 보여주며, 이것이 의미하는 점은 모드의 모달 제한이 DMD에서 두꺼운 바닥 D로 매우 향상되게 된다는 점이다. 도 24b는 코어 두께를 갖는 TM1 모드의 실효 굴절률 변화를 도시하며, 디바이스는 TE0 상대와 비교하여 적은 차이를 갖는 유사한 차단 두께를 보여준다.
도 25a는 적색 광의 발광 가정에 의한 DMD 모드를 갖는 OLED의 구조를 도시한다. 도 25b 및 도 25c는 650nm의 동작 파장에서 tcore의 함수로서 TE0 및 TM1 모드의 실효 굴절률(neff)을 도시한다. 도 25b는, DMD 애노드의 유전체 두께를 변경시키면, 차단 두께를 상당히 변경시키지 않음을 도시한다. 이 경향은 녹색 파장 범위에서의 이전 결과와 상이하다. 동작 파장은 이 구조보다 훨씬 더 크기 때문에, 모달 차단 현상은 코어 두께의 작은 변경에 의해 훨씬 영향을 받지 않는다. 참고로, 검은색 및 청색 곡선은 150nm 베어 ITO 및 애노드가 없는 예가 갖는 도파관에 각각 대응한다.
도 25c는 650nm의 동작 파장에서 코어 두께의 함수로서 DMD 디바이스에서 TM1 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 동일한 경향이 녹색 파장에서 동작하는 DMD 도파관에 비교하여 관찰할 수 있다. 차단 두께는 DMD 애노드의 두께의 작은 변경에 의해 많이 변화하지는 않는다.
도 26a는 청색 발광을 가정한 DMD 애노드를 갖는 OLED의 구조를 도시한다. 도 26b 및 도 26c는 450nm의 동작 파장에서 tcore의 함수로서 TE0 및 TM1 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 도 26b는 DMD 애노드의 유전체 두께를 변경시키면, 차단 두께를 상당히 변경시키지 않는 점을 도시한다. 이 경향은 적색 파장 예에서 관찰한 것과 유사하다. 그러나 차단 두께는, 더 짧은 동작 파장으로 인해, 적색 및 녹색 경우보다 더 작은 두께(tcore)에서 보인다. 참고로, 검은색 및 청색 곡선은 150nm 베어 ITO를 갖는 및 애노드가 없는 도파관에 각각 대응한다.
도 26c는 450nm의 동작 파장에서 코어 두께의 함수로서 DMD 디바이스에서의 TM1 모드의 실효 굴절률(neff)을 도시한다. 동일한 경향이 녹색 및 적색 동작 파장에서 동작하는 DMD 도파관과 비교하여 관찰할 수 있다. 차단 두께는 DMD 애노드 두께에서의 작은 두께 변화에 의해 크게 변화하지는 않는다.
도 27a는 MD 애노드 구조를 갖는 OLED의 구조를 도시하며, DMD 조립체에서 정상 유전체(D)는 0nm의 두께를 갖는다. 도 27b 및 도 27c는 450nm의 동작 파장에서 torganic의 함수로서 TE0 및 TM1 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 도 27b은 MD 애노드의 바닥 유전체 두께를 증가시키면 차단 두께를 감소시킴을 도시하며, 이것이 의미하는 점은 TE0 모드가 DMD에서 더 두꺼운 바닥 유전체 층으로 더 타이트하게 제한된다는 점이다. MD 애노드에서 80nm 두께 바닥 유전체로, TE0 모드는 도파관에서 강하게 제한되며, torganic=0nm에서도 차단을 경험하지는 않는다. 이것이 의미하는 점은 애노드 자체가 유기 층의 도움 없이도 TE0 모드를 지원할 수 없다는 점이다. 참고로, 검은색 및 청색 곡선은 150nm 베어 ITO 및 애노드가 없는 경우에 대응한다.
도 27c는 유기 층 두께의 함수로서 MD 디바이스에서 TM1 모드의 실효 굴절률(neff)을 도시한다. 동일한 경향은 DM 및 DMD 애노드 기반 디바이스와 비교하여 관찰할 수 있다. 차단 두께는 150nm 베어 ITO와 비교하여 Cu-Ag로 매우 증가하지만, 애노드가 없는 경우와 비교하여 감소한다. 또한, MD 애노드의 바닥 유전체의 증가는 차단 유기 두께를 감소시킨다. TM1 모드에 대해, 총 코어 두께는 가장 중요한 역할을 하며, MD 애노드의 바닥 유전체 두께를 증가시키는 것이 도파관에서 유기 층 두께에 대한 여유를 감소시킨다.
도 28a 및 도 28b는 실효 굴절률(neff) 도면을, 그러나 450nm의 동작 파장에서 도파관 코어 두께의 함수로서 도시한다. 도 28a는, 40nm 유전체 디바이스 상의 Cu-Ag 및 Cu-Ag 디바이스가 약간의 차이를 갖는 유사한 경향을 보임을 도시한다. 그러나 바닥 유전체가 80nm 두께가 될 때, TE0 모드는 오렌지색 곡선에서 도시한 바와 같이 모달 분리 없이 도파관에 강하게 제한된다. 도 28b는 코어 두께를 갖는 TM1 모드의 실효 굴절률 변화를 도시한다. TE0 모드와 달리, 모든 디바이스는 그 플라스몬 속성으로 인한 유사한 경향과 차단 두께를 보인다.
도 29a는 DMD 애노드를 갖는 OLED의 구조를 도시하며, 정상 유전체 층(D)은 40nm의 두께로 고정된다. 도 29b 및 도 29c는 450nm의 동작 파장에서 torganic의 함수로서 TE0 및 TE1 모드의 실효 굴절률(neff)을 도시한다. 도 29b는, DMD 애노드의 바닥 유전체의 두께를 증가시키면 차단 두께를 감소시킴을 도시한다. TE0 모드는 더 두꺼운 DMD로 더 타이트하게 제한된다. 이 경향은 이전 결과와 일치한다. 40nm 두께 ITO/8nm 두께 Cu-Ag/80nm 두께 ITO를 갖는 DMD 애노드의 예는 매우 강한 모달 제한을 보여주며, 모달 차단은 보여주지 않는다.
도 29c는 450nm의 동작 파장에서 유기 두께의 함수로서 DMD 디바이스에서 TM1 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 동일한 경향이 이전 경우와 비교하여 관찰할 수 있다. 유기 차단 두께는 150nm 베어 ITO와 비교하여 Cu-Ag 막으로 매우 증가하지만, 애노드가 없는 경우와 비교하여 감소한다. DMD의 바닥 유전체의 추가 증가는 차단 유기 두께를 감소시킨다. TM1 모드에 대해, 총 코어 두께는 차단 두께를 결정하여, DMD 애노드의 정상 유전체를 증가시키는 것이 도파관에서 유기 층 두께에 대한 여유를 감소시킨다.
도 30a 및 도 30b는 450nm의 동작 파장에서 도파관 코어 두께의 함수로서 실효 굴절률(neff) 도면을 도시한다. 도 30a는, 바닥 유전체 층(D)이 충분히 얇을 때 유사한 차단 두께를 갖는 DMD 디바이스가 약간의 차이를 가짐을 도시한다. 그러나 DMD 애노드의 80nm 두께 바닥 D로, TE0 모드는 강한 모달 제한을 보여주며 모드 차단을 경험하지 않는다. 도 30b는 코어 두께를 갖는 TM1 모드의 실효 굴절률 변화를 도시하며, 디바이스는 TE0 상대와 비교하여 적은 차이를 갖는 유사한 차단 두께를 보여준다.
얇은 금속 원료 투명 전도체는 양 면 또는 양면 발광 OLED를 구축하는데 사용될 수 있으며, 그 경우에, 투과형 또는 투명 OLED가 된다. 도 31a 내지 도 31c는 530nm의 동작 파장에서 유기 층 두께의 함수로서 실효 굴절률 도면을 도시한다. 도 31a는 투명 OLED의 개략적 예시를 도시한다. 유기 층은 니트 CBP 층인 것으로 가정한다. Cu-Ag 또는 ITO는 정상 및 바닥 전극에 사용된다. 도 31b는, TE0 모드가 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 두꺼운 ITO 층으로 인한 전체 유기 층 두께에 존재함을 도시한다. ITO는 도파관 모드를 강하게 제한하며, ITO 투명 OLED에서의 TE0 모드는 높은 굴절률을 갖는다. 그러나 Cu-Ag 전극을 갖는 투명 OLED는 그 대응 에너지를 기판 및 공기에 전달하는 약 200nm의 유기 두께에서 TE 도파관 모드를 지원하지 않는다. 도 31c는 각각의 OLED의 TM0 모드의 실효 굴절률을 도시한다. 단일 측 발광 OLED와 달리, 투명 OLED는 TM1 모드보다는 TM0 모드를 지원한다. TM0 모드는 두꺼운 Al 캐소드를 갖는 단일 측 발광 OLED에서 사라지기보다는, TM0 모드는 두꺼운 Al 캐소드의 부재로 인해 투명 OLED에서 사라진다. TM0 모드는 ITO 디바이스에서 사라지기보다는, Cu-Ag 디바이스에서 사라지며, 투명 OLED에 대해 Cu-Ag의 큰 특징을 보인다.
도 32a 내지 도 32d는 ITO 및 Cu-Ag 투명 OLED의 스펙트럼 전력 소산 도면을 도시한다. 도 32a는 정상 및 바닥 전극에 대해 ITO를 사용하는 종래의 투명 OLED이다. 도 32b는 정상 및 바닥 전극에 대해 초박형 Cu-Ag 막을 사용하는 Cu-Ag 투명 OLED이다. 발광 활성 층은 항상, 두꺼운 유기 및 전극 두께로 인해, 투명 OLED에서 TM 및 TE 모드를 여기한다. 이 구조에서, 오직 TE0 및 TM0 모드가 ITO 투명 OLED에서 여기된다. TM1 모드는 두꺼운 Al 캐소드를 갖는 단일 측 발광 OLED와 달리 여기하지 않는다. 2개의 도파관 모드, TE0 및 TM0 모드는 도 32c에서 표시되며, 상당히 많은 에너지 양이 이들 모드로 인해 소산된다. 그러나 도 32d는 Cu-Ag 투명 OLED가 임의의 도파관 모드를 갖지 않음을 도시한다. 도파관 모드가 아닌 것은 오직 유리 모드이다. 유리 모드는 용이하게 추출될 수 있다. 투명 OLED에서 ITO를 Cu-Ag 막으로의 간단한 교체가 도파관 모드를 제거하며 그 대응하는 에너지를 유리 기판에 전달한다.
도 33은 각 모드로 전달된 에너지를 도시한다. ITO 투명 OLED에서의 공기 모드는 오직 10%를 갖는 반면, Cu-Ag 투명 OLED는 23%를 갖는다. 이것이 의미하는 점은 Cu-Ag 투명 OLED가 이미 외부 결합 구조 없이 더 큰 밝기를 가진다는 점이며, 기판 모드 추출로 더 향상될 수 있다. 두꺼운 ITO 및 유기 층은 광의 상당한 부분을 가두며, 큰 도파관 모드 부분을 보여준다. 그러나 Cu-Ag 투명 OLED는 도파관 모드를 갖지 않아, 0의 도파관 모드 에너지 부분을 보여준다. 이러한 타입의 접근은 투명 OLED에서 매우 새롭다. 투명 OLED의 모든 이전 작업은 도파관 모드의 외부 결합에 집중하였다. 그러나 도파관 모드는 본 개시의 특정 양상에 의해 제공되는 특정 OLED 디자인에서 전체적으로 부재하며, 그 이유는 디자인이 OLED 구조에 대해 해를 구한 맥스웰의 방정식을 기반으로 한 도파관 모드 차단 조건을 병합하기 때문이다. 그러므로 바람직하게는 도파관 모드를 지원하지 않는 투명 OLED가 설계될 수 있다. 심지어 TM0 모드는 Cu-Ag 투명 OLED에서 존재하지 않는다. 이러한 접근법은, 간단하고, 비용 효율적이며 디스플레이/조명 업계에서 중요한 큰 면적 디바이스에 적용될 수 있다는 점에서 이점을 제공한다. 완전한 도파관 모드 제거(모든 TE0, TM0 및 TM1 모드)로 인해, 상당한 외부 양자 효율(EQE)이 달성될 수 있으며, 여기서 무손실 Cu-Ag의 가정에 의한 최대의 달성 가능한 EQE는 이론적으로 100%이다. 이 값은 손실이 포함되면 85%로 감소할 수 있다.
결론적으로, 생성된 광의 OLED 내부에서 도파관 모드로의 결합은 상당한 에너지 낭비이다. 도파관 모드를 외부 결합하는 종래의 방법은 OLED의 전기 속성에 부정적으로 영향을 미칠 수 있으며 비용 비효율적이다. 본 개시는, 투명 초박형 Cu-Ag 애노드를 사용함으로써 특정한 원치 않는 도파관 모드를 제거하여, OLED의 성능을 타협하지 않고도 EQE를 향상시키는 간단하지만 효과적인 방법을 상정한다. HTL의 반사 방지(AR) 효과와 Cu-Ag 막의 초박형 속성으로 인해, 본 개시의 특정 양상에 따라 제공된 Cu-Ag 애노드는 OLED에 대해 투명한 전도체로서 우수한 속성을 제공한다. 이론적 분석은 TE0 도파관 모드가 Cu-Ag의 큰 음의 유전율로 인해 분리되어 TE0 모드의 굴절률을 기판의 굴절률보다 낮게 감소시켜, 모드를 기판으로 완화한다는 점을 보여준다. 또한, 초박형 투명 Cu-Ag 애노드가 OLED의 총 두께를 TM1 모드에 대한 차단 두께보다 더 얇게 되도록 감소시키기 때문에 분리됨을 알게 되었다. 그러므로 Cu-Ag 막 애노드의 우월한 광학 및 물리적 속성은 2개의 도파관 모드의 형성을 억압하며 디바이스 효율을 향상시킨다. 앞서 논의된 바와 같이, 도파관 모드의 억압은 굴절률 매칭된 유체 및 프리즘을 사용하여 그 광 세기를 측정함으로써 실험적으로 검증되었다. 이처럼, 본 개시는 선택 도파관 모드를 이전 시도에서 외부 수단에 의해 추출하기보다는 완전히 제거하는 능력을 제공한다. 이것은 OLED에서 디바이스 효율을 바람직하게는 증가시킨다.
본 개시는 그에 따라 유기 발광 다이오드(OLED)에서 광 관리 및 추출을 향상시켜 높은 외부 양자 효율(EQE)을 획득하는 방법을 제공한다. 여기서, 애노드로서, Ag를 포함하는 것과 같은 초박형 전기 전도성 투명 막을 사용하는 새롭고 간단한 접근이 원치 않는 도파관 모드를 완벽히 제거하며 OLED의 외부 결합 효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다. OLED 구조는 그러한 초박형 전도성 금속 전극을 사용함으로써 가시 대역에서 도파관 모드의 차단 두께 미만으로 용이하게 설계될 수 있다. 투명 전극으로서 균일한 Cu-Ag 막에 의해 달성된 음의 유전율, 초박형 두께(예컨대, 대략 5nm) 및 고 전도 속성이 OLED의 임의의 다른 특징을 타협하지 않고도 EQE를 향상시킨다. 도파관 모드 형성을 억압하는 이 간단하지만 효과적인 방법은 디스플레이를 포함한 여러 응용을 위해 비용 효율적인 고효율 OLED를 제공한다.
실시예의 전술한 기재는 예시 및 기재용으로 제공되었다. 이것은 배타적이거나 본 개시를 제한하고자 하지 않는다. 특정 실시예의 개별 요소나 특성은 일반적으로 이 특정 실시예로 제한되기보다는, 적용 가능한 경우, 교환 가능하며, 구체적으로 도시되거나 기재되지 않을지라도 선택된 실시예에 사용될 수 있다. 이들은 또한 많은 방식으로 변경될 수 있다. 그러한 변경은 본 개시로부터 이탈로서 간주되지 않으며, 그러한 변형 모두는 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
Claims (39)
- 유기 발광 다이오드에서 발광 효율을 증가시키는 방법으로서,
유기 발광 다이오드 내에 제1 극성을 갖는 초박형 전기 전도성 투명 전극을 배치함으로써, 횡방향 전기(TE0) 모드, 횡방향 자기(TM1) 모드 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 적어도 하나의 도파관 모드를 제거하거나 감소시키는 단계로서,
상기 유기 발광 다이오드는,
상기 초박형 전기 전도성 투명 전극이 그 위에 배치되는 투명 기판;
제1 면 및 대향하는 제2 면을 규정하는, 광자를 생성하기 위한 발광 활성 조립체로서, 상기 초박형 전기 전도성 투명 전극은 상기 제1 면을 따라서 배치되는, 상기 발광 활성 조립체; 및
상기 발광 활성 조립체의 상기 제2 면에 인접하게 배치되는, 상기 제1 극성에 반대되는 제2 극성을 갖는, 제2 전극을 포함하고,
상기 적어도 하나의 도파관 모드를 제거하거나 감소시키는 단계; 및
상기 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율(EQE: external quantum efficiency)을 약 30% 이상으로 증가시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유기 발광 다이오드는 인듐 주석 산화물을 포함하지 않는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전극은 전도성 산화 막 또는 전도성 금속 막을 포함하는 투명 전극인, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 전극은 금속성이며 은(Ag)을 포함하는, 방법. - 제4항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 전극은 구리, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 조합을 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 전극은 금속성이며, 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 제1 물질을 포함하는 제1 층과, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 제2 물질을 포함하는 제2 층을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 12nm 이하의 두께를 갖는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 2nm 이상 약 10nm 이하의 두께를 갖는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 발광 활성 조립체의 두께는 20nm 이상인, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 EQE는 약 40% 이상인, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 전극은 금속성이며, 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부에 대해 약 60% 이상의 투명도를 갖는, 방법. - 제11항에 있어서,
상기 유기 발광 다이오드로부터 발광되는 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부는 최소 각도 의존성을 나타내며, 예컨대, 미리 결정된 파장의 제1 범위는 상기 유기 발광 다이오드에 대해 약 0° 내지 약 60°범위의 시야각에서 약 20nm 이하로 변하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 발광 활성 조립체는
발광 활성 층;
상기 발광 활성 층과 상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극 사이에 배치되는 제1 전하 수송 층; 및
상기 발광 활성 층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 제2 전하 수송 층을 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 발광 층, 상기 제1 전하 수송 층 및 상기 제2 전하 수송 층의 결합 두께는 100nm 이상인, 방법. - 유기 발광 다이오드에서 발광 효율을 증가시키는 방법으로서,
상기 유기 발광 다이오드 내에 제1 극성을 갖는 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극을 배치함으로써, 상기 유기 발광 다이오드에서 횡방향 전기(TE0) 모드 및 횡방향 자기(TM1) 모드를 제거하는 단계로서,
상기 유기 발광 다이오드는,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극이 그 위에 배치되는 투명 기판;
제1 면 및 대향하는 제2 면을 규정하는, 광자를 생성하기 위한 발광 활성 조립체로서, 상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 상기 제1 면을 따라서 배치되는, 상기 발광 활성 조립체; 및
상기 발광 활성 조립체의 상기 제2 면에 인접하게 배치되는, 상기 제1 극성에 반대되는 제2 극성을 갖는, 제2 전극을 포함하고,
상기 횡방향 전기(TE0) 모드 및 횡방향 자기(TM1) 모드를 제거하는 단계; 및
상기 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율(EQE)을 약 30% 이상으로 증가시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제15항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 은(Ag)을 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질을 더 포함하는, 방법. - 제15항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은, 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 제1 물질을 포함하는 제1 층과, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 제2 물질을 포함하는 제2 층을 포함하는, 방법. - 제15항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 12nm 이하의 두께를 갖는, 방법. - 제15항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 2nm 이상 약 10nm 이하의 두께를 갖는, 방법. - 제15항에 있어서,
상기 EQE는 약 40% 이상인, 방법. - 제15항에 있어서,
상기 발광 활성 조립체는
발광 활성 층;
상기 발광 활성 층과 상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극 사이에 배치되는 제1 전하 수송 층; 및
상기 발광 활성 층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 제2 전하 수송 층을 포함하는, 방법. - 제22항에 있어서,
상기 발광 활성 층, 상기 제1 전하 수송 층 및 상기 제2 전하 수송 층의 결합 두께는 100nm 이상인, 방법. - 유기 발광 다이오드 디바이스로서,
투명 기판;
구리를 포함하는 제1 층과, 상기 제1 층 위에 배치되는 은을 포함하는 제2 층을 갖는 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극;
제1 면 및 대향하는 제2 면을 규정하는 발광 활성 층;
상기 발광 층과 상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극 사이에서 상기 제1 면 상에 배치되는 제1 전하 수송 층;
상기 발광 층의 상기 제2 면 상에 배치되는 제2 전하 수송 층; 및
상기 제2 전하 수송 층에 인접하게 배치되며 제1 극성에 반대되는 제2 극성을 갖는 제2 전극으로서, 상기 유기 발광 디바이스는 횡방향 전기(TE0) 도파관 모드를 갖지 않으며 약 30% 이상의 상기 유기 발광 다이오드의 외부 양자 효율(EQE)을 갖는, 상기 제2 전극을 포함하는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 제2 전극은 전도성 산화 막 또는 전도성 금속 막을 포함하는 투명 전극인, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 제2 전극은 투명하며 제2 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극을 포함하여 양면 발광 유기 발광 다이오드를 형성하는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 전극은 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부에 대해 약 60% 이상의 투명도를 갖는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 적어도 하나의 유전체 층에 인접하며, 유전체-금속, 금속-유전체 및 유전체-금속-유전체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 전극 디자인을 갖는 조립체의 일부를 형성하는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 유기 발광 다이오드 디바이스는 또한 횡방향 자기(TM1) 모드 도파관 모드를 갖지 않는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 유기 발광 다이오드는 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하지 않는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 은(Ag)을 포함하는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제31항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극의 상기 제2 층은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta), 게르마늄(Ge), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질을 더 포함하는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제32항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극의 상기 제1 층은 본질적으로 구리(Cu)로 구성되며, 상기 제2 층은 본질적으로 은(Ag)으로 구성되는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 12nm 이하의 두께를 갖는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 약 2nm 이상 약 10nm 이하의 두께를 갖는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 EQE는 약 40% 이상인, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 초박형 전기 전도성 투명 금속 전극은 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부에 대해 약 60% 이상의 투명도를 갖고, 상기 유기 발광 다이오드로부터 발광되는 미리 결정된 파장 범위를 갖는 전자기 스펙트럼의 일부는 최소 각도 의존성을 나타내며, 예컨대, 미리 결정된 파장의 제1 범위는 상기 유기 발광 다이오드에 대해 약 0° 내지 약 60°범위의 입사각에서 약 80nm 이하로 변하는, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 발광 활성 층, 상기 제1 전하 수송 층 및 상기 제2 전하 수송 층의 결합 두께는 100nm 이상인, 유기 발광 다이오드 디바이스. - 제24항에 있어서,
상기 투명 기판은, 굴절률 매칭된 유체, 마이크로렌즈, 산란체-내장 유체 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 광 산란 요소를 포함하는, 유기 발광 다이오드 디바이스.
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