KR20120098817A

KR20120098817A - 유기 전계발광 디바이스

Info

Publication number: KR20120098817A
Application number: KR1020127016597A
Authority: KR
Inventors: 허버트 에프. 보에르너
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-09-05
Also published as: WO2011064693A1; TW201129239A; EP2504872A1; JP2013512541A; US20120228600A1; US8847258B2; CN102668163A

Abstract

본 발명은 기판(2); 적어도 기판 전극(3), 대향 전극(5) 및 기판 전극(3)과 대향 전극(5) 사이에 배열된 적어도 하나의 유기 전계발광층(4)을 갖는 상기 기판(2) 상부의 적어도 하나의 전계발광층 적층물; 단락 방지층(5)에 의해 유발된 인장 응력(TS)을 갖는 이중층(DL)을 구성하는, 상기 대향 전극(5)을 덮는 단락 방지층(6); 및 상기 단락 방지층(6)을 적어도 부분적으로 덮는 전기 절연층(8)을 포함하고, 상기 전기 절연층(8)이 상기 전계발광층 적층물 내의 결함(7) 근방에 있는 상기 유기층(4)을 부분적으로 용해시키는 데 적합하고, 상기 단락 방지층(6)에 의해 유발된 인장 응력(TS)이 상기 전기 절연층(8)의 증착 이후에 상기 결함(7)에 인접한 상기 이중층(DL)을 말아 올리는(roll up)(10) 데 적합한 유기 전계발광 디바이스(1)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 OLED 디바이스(1)를 제조하는 방법 및 이러한 OLED 디바이스(1)에서 단락을 방지하기 위한 단락 방지층(6)의 사용에 관한 것이다.

Description

유기 전계발광 디바이스{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICES}

본 발명은 단락을 방지하도록 구성된 유기 전계발광 디바이스(OLED 디바이스), 이러한 OLED를 제조하는 방법, 및 이러한 OLED 디바이스에서 단락을 방지하기 위한 대향 전극의 사용의 분야에 관한 것이다.

종래의 유기 전계발광(OLED) 디바이스는 보통 전극 및 필요한 얇은 유기 전계발광층(들)을 광이 그를 통해 방출되는 유리 또는 중합체 포일과 같은 투명 기판 상에 증착함으로써 제조된다. 약 2 내지 10 볼트의 전압이 2개의 전극 사이에 인가될 때, 전계발광층 또는 층들의 적층물은 광을 방출한다. 이러한 OLED 디바이스에서, 기판 상에 증착된 전극 - 보통 기판 전극이라고 하고 또한 보통 양극을 형성함 - 은 전기 전도성이지만 광학적으로 투명한 산화물, 통상적으로, 인듐-주석 산화물(ITO)의 박층(thin layer)으로서 증착될 수 있다. 기판 전극에 대향하는 전극 - 보통 대향 전극이라고 하고 또한 보통 음극을 형성함 - 이 일반적으로, 전계발광층(들)의 증착 이후에, 알루미늄 또는 은 층의 증발에 의해 약 100 nm의 두께로 형성된다.

OLED 디바이스의 주된 이점은 넓은 영역을 커버하는 얇은 광원을 제조할 수 있다는 것이다. 정확히 말하면, 몇 제곱 센티미터 이상을 커버하는 대면적 OLED 층의 경우에, 제조 공정 동안 입자, 예를 들어, 먼지의 존재를 피할 수 없다. 예를 들어, 전계발광층 적층물의 두께보다 실질적으로 더 큰 직경의 먼지 입자와 같은 기판 상에 존재하는 입자는 정의되지 않은 성질의 가장자리와 함께 인접한 전계발광층 적층물에 결함, 예컨대, 구멍을 야기한다. 이러한 구멍 내부에 계층화된 구조물이 전혀 존재하지 않거나 그의 일부만이 존재한다. 이들 결함으로 인해, 기판 전극과 대향 전극 사이에 용인될 수 없는 누설 전류 및 단락 회로가 생긴다. 이 경우에, 동일한 양의 광이 발생될 수 있게 하기 위해, OLED 디바이스의 동작 중에, 광 수율의 저하로 인해 동작 전압이 증가되어야 할 때까지는 단락 회로가 일반적으로 발생하지 않는다. 발광층 내로의 산소 또는 수분의 침투로 인해 휘도가 서서히 열화되는 것과 달리, 결함 영역에서의 단락 회로에 의한 OLED 디바이스의 고장은, 휘도가 갑자기 0으로 떨어지는 것으로서, 명백하게 된다. 정확히 말하면, 대면적 OLED 디바이스의 경우에, 구멍 결함의 영역에서의 단락 회로가 OLED 디바이스 고장의 단연 가장 흔한 원인이다.

문헌 WO2007/099476는, 알루미늄 층이 구멍 결함을 갖는 경우 알루미늄 음극 아래의 전계발광층 적층물의 유기층과 반응하기 위해, 대향 전극인 알루미늄 음극의 상부에 전기 절연층이 증착되는 전계발광 구성을 개시한다. 절연층의 물질은 구멍 결함 주변의 제한된 영역에서 알루미늄 음극 아래의 유기층을 용해시킨다. 그 결과, 기판 전극(양극)과 알루미늄 음극 사이의 거리가 증가하고, 따라서 양극과 음극 사이의 전계 강도가 감소된다. 전계발광층 적층물에서 결함 주변의 전계 강도의 감소는 이러한 구멍 결함에 의해 야기되는 단락 회로의 위험을 저하시킨다. 그러나, 구멍 결함 주변에 남아 있는 알루미늄 음극층이 여전히 구멍 결함 주변에서 남아 있는 유기층의 가장자리 위로 뻗어 있고, 여전히 정의되지 않은 성질의 예리한 가장자리를 가진다. 전기 절연층이 알루미늄 음극 아래의 공동을 완전히 채우지 않고 그 후에 음극을 양극으로부터 완벽하게 절연시키지 않는 경우, 단락 회로의 위험이 여전히 있다.

본 발명의 목적은 단락 회로를 보다 효과적으로 방지하도록 구성된 유기 전계발광 디바이스 전극을 제공하는 데 있다. 본 발명의 추가의 목적은 이러한 유기 전계발광 디바이스를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 기판; 적어도 기판 전극, 대향 전극 및 기판 전극과 대향 전극 사이에 배열된 적어도 하나의 유기 전계발광층을 갖는 기판 상부의 적어도 하나의 전계발광층 적층물; 단락 방지층에 의해 유발된 인장 응력을 갖는 이중층을 구성하는, 대향 전극을 덮는 단락 방지층; 및 단락 방지층을 적어도 부분적으로 덮는 전기 절연층을 포함하는 유기 전계발광 디바이스 - 전기 절연층은 전계발광층 적층물 내의 결함 근방에 있는 유기층을 부분적으로 용해시키는 데 적합하고, 단락 방지층에 의해 유발된 인장 응력은 절연층의 증착 이후에 결함에 인접한 이중층을 말아 올리는(roll up) 데 적합함 - 에 의해 달성된다.

인장 응력을 갖는 대향 전극은 대향 전극의 가장자리와 전계발광층에서의 결함(층 결함이라고도 함), 예를 들어, 기판 전극의 상부에 존재하는 먼지 입자에 의해 야기된 구멍 결함 주변의 기판 전극 사이의 거리를 증가시킬 것이며, 그로써 층 증착 동안 음영 효과(shadowing effect)로 인해 먼지 입자의 이웃에 증착된 물질을 방지한다. 그러나, 대향 전극과 기판 전극 사이의 단락을 일으키는 데 필요한 전계 강도를 증가시키는 이러한 층 결함에 인접한 대향 전극의 얼마간 위쪽으로 굽은 형상은 단락의 위험을 저하시키는 데 적합하다. 단락의 위험을 완전히 피하기 위해, 대향 전극의 가장자리가 결함의 근방으로부터 이동되어야만 한다. 대향 전극의 상부에 제조된 단락 방지층은 대향 전극 및 단락 방지층의 층 시스템(layer system)에 인장 응력을 유발한다. 이것은 대향 전극 및 대향 전극에 부착해 있는 단락 방지층의 이중층의 인장 응력을, 층 결함 주변의 유기 전계발광층 적층물 상의 대향 전극의 점착력 약화의 결과로서 층 결함 주변의 이중층을 말아 올리는 데 적합하도록, 조정할 수 있게 한다. 여기서, "말아 올리는(roll-up)"이라는 용어는 종이 롤 상의 종이와 유사하게 이중층을 안으로 마는 것(rolling-in) 또는 둥글게 감는 것(curling)을 나타낸다. 이중층이 말아 올리는 것은, 결함에 인접하여 대향 전극이 없는 것으로 인해, 대향 전극과 기판 전극 사이의 단락을 방지한다. 평평한 대향 전극이 원하는 바에 따라 방해받지 않는 유기 전계발광층(들) 상에 여전히 존재한다. "이중층"이라는 용어는 2개의 필수 구성요소(대향 전극 및 단락 방지층)가 존재하는 층 적층물을 나타낸다. "이중층"이라는 용어는 대향 전극과 단락 방지층 사이에 부가의 층이 있을 수 있는 것을 명백히 포함한다. 여기서, 대향 전극은 유기 전계발광 디바이스에 전압을 인가하는 기능 구성요소로 이해될 것이다. 대향 전극은 전극으로서 기능할 수 있도록 특정의 전기적 연결을 설정하는 데 필요한 하나의 층 또는 하나 이상의 층의 층 적층물일 수 있다. 단락 방지층은 단락 방지층이 부착되는 대향 전극에 특정의 인장 응력을 유발하는 기능 구성요소로 이해될 것이다. 단락 방지층은 특정의 인장 응력을 유발시키는 데 필요한 하나의 층 또는 하나 이상의 층의 층 적층물일 수 있다.

단락 방지층은 진공 증발에 의해 증착되어, 대향 전극과 단락 방지층의 이중층에 인장 응력을 유발한다. 인장 응력은 증착 후에 실온에서 존재하여, 어떤 추가의 열 처리 없이 결함의 근방에서 원하는 이중층을 말아 올리는 거동을 달성한다. 말아 올리는 거동은 OLED 디바이스의 동작을 처음으로 기동시키기(초기 기동이라고 함) 이전에 단락을 방지할 것이다. 따라서, 유기 전계발광 디바이스를 처음으로 동작시키기 이전에 단락이 방지되어, 층 결함에 의한 임의의 누설 전류를 피하며, 그에 따라 이 누설 전류에 의해 야기되는 임의의 노후화 효과를 피한다.

통상적으로, 층에서의 응력은 층이 증착되는 초박형 기판의 굽힘에서 아주 명백히 나타난다. 증착된 층의 존재하는 응력의 표시로서 이러한 박형 기판의 굽힘을 측정하기 위해 다수의 상이한 방법이 사용되어 왔다. 가장 일반적인 구성은 캔틸레버를 형성하도록 한쪽 단부에서 클램핑되는 가는 유리 스트립(그 위에 막이 증착됨)을 사용하는 것이다. 스트립이 구부러질 때, 자유단의 휨이, 예컨대, 현미경을 사용하여 자유단을 직접 광학적으로 관찰하는 것에 의해, 가요성 스트립과 가요성 스트립에 가까이 평행하게 유지되는 고정된 전도성 플레이트 사이에 형성되는 전기 용량을 측정하는 것에 의해, 또는 자유단과 접촉하는 스타일러스 픽업을 사용하여 휨을 전자기계적으로 측정하는 것에 의해 측정된다. 예로서, 증발된 알루미늄 층(예컨대, 대향 전극임)은 10 nm 미만의 층 두께에서 높은 인장 응력을 나타낸다. 이러한 얇은 층 두께를 갖는 Al 층은 전극으로서 적용되기에 충분한 전기 전도성을 갖지 않는다. 통상 20 nm 두께 이상의 Al 전극은 거의 응력을 나타내지 않거나 약한 포괄적 응력을 나타낸다. 대향 전극을 말아 올리기에 적합한 필요 인장 응력이 대향 전극 상부에 제조되어 대향 전극에 충분히 부착해 있는 부가의 층에 의해 유발되어야만 한다.

일 실시예에서, 단락 방지층은 진공 증발에 의해 유기 전계발광층(들) 상부에 증착된 후에 원하는 말아 올리는 거동을 보여주기에 적당한 인장 응력을 갖는 망간, 구리, 플루오르화마그네슘 또는 은의 그룹 중의 적어도 하나의 물질, 또는 이들 물질을 포함하는 합금 또는 그 조합으로 이루어져 있다.

유기 전계발광 디바이스(OLED 디바이스)는 당업자에게 공지된 임의의 OLED 디바이스일 수 있다. 추가의 실시예에서, 본 발명의 OLED 디바이스는 광원, 램프로서 사용되거나 그를 구성하거나, 모니터, 스위치 또는 디스플레이를 구성한다. 따라서, 본 발명의 EL 디바이스를 포함하는 광원, 램프, 모니터, 스위치 및 디스플레이가 본 발명에 포함된다. 이하에서, OLED 디바이스의 기본 구조에 대해 예시적으로 기술한다.

기판은 바람직하게는 투명하고, 당업자에게 공지된 임의의 적당한 물질을 포함할 수 있다. 본 발명에서, "투명"이라는 용어는 주어진 물질, 예컨대, 기판 또는 전극에서 가시 영역에서의 광의 투과율이 50 % 이상인 것을 말한다. 나머지 광은 따라서 반사 및/또는 흡수된다. "투명"은 10 % 이상 50 % 미만의 가시 영역에서의 광의 투과율을 나타내는 물질을 말하는 "반투명"을 포함한다. 따라서, "투명" 물질이라고 언급할 때마다, 이것은, 달리 언급하지 않는 한, 명백히 "반투명" 물질도 개시하고 있다. 바람직하게는, 가시 영역에서의 광은 450 nm 이상 700 nm 이하의 파장을 가진다. 따라서, 예를 들어, 투명 기판 또는 전극은 입사광의 50% 미만을 흡수 및/또는 반사한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 기판은 유리, 플라스틱 또는 세라믹으로 이루어져 있다. 기판에 대한 추가의 바람직한 물질은 중합체 시트 또는 포일(더욱 바람직하게는 OLED 디바이스에 들어가는 습기 및/또는 산소를 본질적으로 방지하기에 적당한 습기 및 산소 차단제를 가짐)을 포함한다. 기판은, 예컨대, 광 아웃-커플링 향상 등과 같은 광학 목적을 위한 부가의 층을 더 포함할 수 있다.

기판은 임의의 적당한 기하학적 구조, 형상 또는 형태를 가질 수 있지만, 바람직하게는 평평하고, 연성 재료가 이용되는 경우, 요구되는 임의의 3차원 형상으로 성형되거나 구부러질 수 있다.

기판 전극은 당업자에게 공지된 임의의 적당한 물질로 이루어져 있을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 기판 전극은 투명 전극이다. 본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 기판 전극은 투명 전도성 산화물(TCO), 더욱 바람직하게는 인듐-주석 산화물(ITO), ZnO, 또는 도핑된 ZnO를 포함한다. 선택적으로, 기판 전극은 유리하게는 기판으로부터 전극 내로의 이동 원자 또는 이온의 확산을 억압하기 위해 SiO₂ 및/또는 SiO로 언더코팅된다. TCO를 포함하는 전극은 바람직하게는 60% 이상 100% 이하, 더욱 바람직하게는 70% 이상 90% 이하, 가장 바람직하게는 약 80%의 투명도를 가진다.

본 발명과 관련하여, 대향 전극이라는 개념은 기판으로부터 떨어져 있는 전극을 나타낸다. 대향 전극은 보통 불투명이고, 전극이 반사성이도록 충분한 두께의 Al 또는 Ag 층(통상적으로 Al의 경우 100 nm이고 Ag의 경우 100 내지 200 nm임)으로 이루어져 있다. 대향 전극은 보통 음극이지만, 양극으로서도 바이어스될 수 있다. 상부-방출 또는 투명 전계발광 디바이스의 경우, 대향 전극은 투명해야만 한다. 투명 대향 전극은 다른 이전에 증착된 층의 상부에 증착되는 얇은 Ag 또는 Al 층(5 내지 15 nm) 또는 ITO 층으로 이루어져 있다. 바람직한 실시예에서, 대향 전극의 두께는 단락 방지층에 의해 말아 올려질 수 있도록 140 nm 미만, 바람직하게는 10 내지 100 nm, 더욱 바람직하게는 20 내지 80 nm, 더욱 더 바람직하게는 30 내지 50 nm이다.

전극(대향 전극 및 기판 전극)은 전기 도체를 통해 전압/전류원에 연결될 수 있다.

전계발광층 적층물은 하나의 전계발광층 또는 다수의 전계발광층 - 유기 전계발광층 적층물이라고 함 - 을 포함할 수 있다. 그러나, OLED 디바이스의 다양한 다른 기본 구조가 당업자에게 공지되어 있으며, 이들 모두가 본 발명에 포함되는 것으로 보아야 한다. 본 발명과 관련하여, 전계발광층 적층물이라는 개념은 또한 기판 전극과 대향 전극 사이에 제조된 모든 층을 나타낸다. EL 층 적층물의 일 실시예에서, 이는 기판과 대향 전극 사이에 제조된 적어도 하나의 광 방출 유기 전계발광층을 포함한다. 다른 실시예에서, 층 적층물은 기판과 대향 전극 사이에 제조된 몇 개의 층을 포함할 수 있다. 이 몇 개의 층은 하나 이상의 정공 전달층, 전자 차단층, 전자 전달층, 정공 차단층, 발광체층, 또는 유기층과 비유기층의 조합과 같은 유기층일 수 있다. 층 적층물 내의 2개 이상의 발광층 및/또는 전하 주입층의 경우에, 비유기층은 부가의 전극일 수 있다. 2개 이상의 유기층의 경우에, 유기 전계발광층 또는 유기 전계발광층 적층물은 당업자에게 공지된 및/또는 OLED 디바이스에 적합한 임의의 층 또는 적층물일 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 전계발광층 적층물은 EL 분자를 포함하는 적어도 하나의 EL 방출체층을 포함한다. 단일 EL 방출체층은 바람직하게는 약 10 nm의 두께를 가진다.

바람직한 유기 전계발광층 적층물은 2개 이상의 발광층 - 각각이 적어도 하나의 유형의 전계발광 분자를 포함함 - 을 포함한다. 바람직하게는, 발광층은 상이한 색상의 광을 방출한다. 이것은 색상 조정가능 OLED 디바이스가 필요한 경우에 특히 유리하다. 본 발명의 추가의 실시예에서, 유기 전계발광층 적층물은 상이한 방출 색상을 갖는 적어도 2개의 발광층을 포함한다. 이것은, 본 발명의 OLED 디바이스가 전압/전류의 인가에 의해 광을 방출하도록 유도되는 경우, 적어도 2개의 방출층 각각이 상이한 파장의 광을 방출할 것이라는 것을 의미하다. 상이한 방출 색상은 보통 EL 방출층을 구성하는 상이한 EL 분자의 사용에 의해 달성된다. 각각의 EL 방출층은 하나 또는 2개 이상의 유형의 EL 분자를 포함할 수 있다. 보다 바람직한 실시예에서, EL 적층물은 적색, 녹색 및 청색 광을, 각각, 방출하는 3개의 EL 방출층을 포함한다.

예시적인 기본 OLED 디바이스는 유리 또는 연성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 포일과 같은 기판 상에 보통 배치되는 기판 전극을 양극으로서 포함한다. 투명 기판 전극의 상부에, 적어도 하나의 유형의 전계발광(EL) 분자를 포함하는 적어도 하나의 방출체층을 포함하는 유기층(들)이 배치된다. 보통 음극인 대향 전극은 상기 유기층 적층물 상부에 배치된다. 당업자는 다양한 다른 층, 예를 들어, 양극과 접촉할 수 있는 정공 전달층, 음극과 접촉할 수 있는 전자 전달층, 양극과 정공 전달층 사이에 배치된 정공 주입층 - 바람직하게는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)/폴리스티롤술포네이트(PEDOT/PSS)로 이루어짐 -, 및/또는 전자 전달층과 음극 사이에 배치된 전자 주입층 - 바람직하게는, 리튬 플루오라이드 또는 세슘 플루오라이드로 이루어진 초박층 - 이 이러한 OLED 디바이스를 제조하는 데 포함될 수 있다는 사실을 알 것이다. 게다가, OLED 디바이스가 2개 이상의 방출체층이 존재하는 유기층 적층물을 포함할 수 있다는 것이 당업자에게 공지되어 있다.

일 실시예에서, 유기 발광층(들)은 광을 방출하는 중합체(PLED) 또는 소분자(SMOLED)와 같은 유기 발광 분자를 포함한다. 다른 바람직한 실시예에서, OLED 디바이스는 인광성 유기 발광 다이오드(PHOLED) 디바이스이다. 본 발명이, OLED 디바이스에서 전계발광 분자로서 사용하기에 적합한 한, 특정의 유기 분자로 제한되지 않는다. 다양한 유기 발광 분자가 당업자에게 공지되어 있으며, 이들 모두가 본 발명에 포함되는 것으로 보아야 한다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, "발광 분자"는 바람직하게는 "유기 전계발광 분자"를 의미한다. 바람직한 실시예에서, PLED의 중합체는 폴리(p-페닐렌-비닐)(PPV)의 유도체와 같은 공액 중합체이고, SMOLED의 소분자는, 예를 들어, Alq3와 같은 유기-금속 킬레이트 화합물 및/또는 공액 덴드리머이다.

본 발명에 따른 전계발광 디바이스는 전계발광층 적층물을 캡슐화하는 캡슐화 수단을 포함한다. 캡슐화 수단은 또한 전계발광 디바이스의 층들의 적층물 전체 또는 단지 층들의 적층물 전체의 일부을 형성하는 복수의 층을 캡슐화할 수 있다. 바람직하게는, 캡슐화 수단은 적어도 유기 전계발광층 및 대향 전극을 덮는 기밀 요소(gas-tight element)이다. 기밀성 캡슐화 수단을 사용함으로써, 수분 또는 산소와 같은 환경 요인이 캡슐화된 층을 손상시킬 수 있는 것이 방지된다. 캡슐화 수단은 기밀성 덮개(gas-tight lid)를 형성할 수 있다. 이 덮개는 유리 또는 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 전계발광 디바이스에 도포되는 하나 또는 복수의 층 또는 단지 그의 일부에 의해 캡슐화 수단을 형성하는 것이 가능하다. 층들은 규소, 규소 산화물, 규소 질화물, 알루미늄 산화물 또는 규소 산질화물을 포함할 수 있다. 언급된 캡슐화 수단 모두가 기계적 및/또는 환경적 요인이 전계발광 디바이스의 층 적층물에 악영향을 주지 못하게 한다. 예로서, 캡슐화 수단은 금속, 유리, 세라믹 또는 이들의 조합으로 이루어져 있을 수 있다. 캡슐화 수단이 전도성 또는 비전도성 접착제, 용융된 유리 소결물(glass frit) 또는 금속 땜납에 의해 기판에 부착된다. 따라서, 캡슐화 수단은 또한 전계발광 디바이스에 기계적 안정성을 제공할 수 있다.

다른 실시예에서, 단락 방지층은 절연층의 증착 후에 결함에 인접한 대향 전극을 말아 올리기에 적합한 응력을 제공하도록 적응된 층 두께, 바람직하게는 20 nm 초과, 더욱 바람직하게는 40 nm 초과, 더욱 더 바람직하게는 60 nm 초과의 층 두께를 가진다. 두께는 인장 응력이 방해를 받지 않는 영역(층 결함이 존재하지 않는 영역)에서 이중층을 말아 올리기 시작하는 두께를 초과하지 않을 것이다. 두께는 인장 응력을 원하는 값으로 조정하는 것을 가능하게 하는 하나의 파라미터이고, 여기서 이중층은 층 결함이 존재하지 않을 때 그 아래에 있는 유기층에 부착되고, 이중층은 층 결함의 근방에서 말아 올리는 거동을 보여주며, 그 아래에 있는 유기층에의 점착력이 절연층에 의해 약화된다. 당업자는, 본 발명의 범위 내에서 단락 방지층 아래에 있는 층 적층물(물질 및/또는 층 두께 및/또는 제조 조건)에 따라, 도포된 단락 방지층의 층 두께를 필요한 두께로 조정할 수 있다.

단락 방지층을 적어도 부분적으로 덮는 전기 절연층이 단락 방지층의 상부에 증착된다. 전기 절연층의 물질은, 대향 전극과 기판 전극 간의 누설 전류가 절연층을 통해 흐르지 않도록, 적어도 대향 전극과 기판 전극 사이에 있는 유기층 적층물의 전기 저항만큼 높은 전기 저항을 갖는다. 적어도 부분적으로 증착된 절연층의 두께는, 층에 여전히 매달려 있을 수 있는 임의의 먼지 입자와 상관없이, 결함의 전체 영역을 채울 수 있도록 전계발광층 적층물보다 더 커야 하는데, 예컨대, 적어도 1 마이크로미터, 바람직하게는 적어도 1.5 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 적어도 2 마이크로미터, 더욱 더 바람직하게는 5 마이크로미터 초과이다. 보다 큰 층 두께(예컨대, 10 마이크로미터 초과)는 또한 환경 기체에 대해 OLED 디바이스를 보호하기 위해, 예컨대, OLED 디바이스를 캡슐화하는 커버 덮개와의 기계적 접촉에 대한 전계발광층 적층물의 견고성을 향상시켜, 10000 시간 초과의 수명을 갖는 OLED 장치를 제공한다. 유기 전계발광 디바이스의 방출된 광이 약 2배 이상으로 상당히 감소하는 것은 수명의 끝으로서 이해될 것이다.

바람직한 실시예에서, 전기 절연층은 중합체층, 바람직하게는 용매 또는 반응 성분을 포함하는 중합체층이다. 이러한 중합체층은 유기층을 국소적으로 파괴함으로써 유기 전계발광층 적층물의 최상단 유기층에 대한 대향 전극의 점착력을 약화시킨다. 도포 후에, 이들 중합체는 경질화 또는 경화되어야만 하며, 이는 용매의 증발에 의해 또는 성분의 반응에 의해 달성될 수 있다. 경질화 공정은 열에 의해 또는 UV 광의 인가에 의해 시작되거나 가속화될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 유기 전계발광 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 전계발광층 적층물 내에서 결함에 인접한 대향 전극 및 단락 방지층의 이중층을 말아 올리기에 적당한 인장 응력을 갖는 단락 방지층을 대향 전극의 상부에 증착하는 단계, 단락 방지층을 적어도 부분적으로 덮는 전기 절연층을 단락 방지층의 상부에 증착하는 단계, 이전에 증착된 전기 절연층에 의해 결함 근방에서 기판 전극과 대향 전극 사이에 배열된 적어도 하나의 유기 전계발광층을 용해시키는 단계, 이중층 내의 존재하는 인장 응력에 의해 유발되어 결함에 인접한 대향 전극 및 단락 방지층의 이중층을 말아 올리는 단계, 및 전기 절연층을 경질화 또는 경화시키는 단계를 포함한다. 경질화시키는 마지막 단계는 또한 하드 커버층으로서의 전기 절연층에 의해 전계발광층 적층물의 어떤 손상도 방지할 수 있다.

전계발광층 적층물의 층들의 증착이 임의의 적당한 수단에 의해 수행될 수 있다. 당업자에게 공지된 일군의 바람직한 증착 기법은 기상 증착 기법이다. 이러한 기법은 CVD(chemical vapor deposition, 화학적 기상 증착), 예컨대 LPCVD(low pressure CVD, 저압 CVD), 또는 PVD(physical vapor deposition, 물리적 기상 증착), 예컨대 스퍼터링 또는 전자 빔 증발을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 다른 층으로 이전에 덮여진 기판의 상부에 증착될 때, 쉽게 재현가능한 응력 조건을 갖는 층을 제공하는 진공 증발에 의해 단락 방지층이 증착된다. 단락 방지층은 통상적으로 직접 또는 간접적으로 가열되는 도가니를 사용하여 실온에서 유지되는 기판 상에 증착된다. 구리 및 망간에 대한 증착 속도는 초당 0.1 내지 1 nm의 범위에 있다. 전기 절연층이 환경 조건, 예컨대, 대기압 하에서 실온에서 증착된다. 증착이 건조한 분위기에서, 바람직하게는 건조한 질소 분위기에서 수행될 수 있다. 전계발광층 적층물 전체를 증착한 후에 절연층을 도포하는 가능성은 공정 비용을 절감시키고, 또한 절연층을 액체의 형태로 도포하는 것이 가능하다. 전기 절연층은 바람직하게는 대향 전극 및 단락 방지층을 완전히 덮는다. 바람직한 실시예에서, 전기 절연층은 스프레이 코팅에 의해 또는 인쇄에 의해, 바람직하게는 스크린 인쇄 또는 탐폰 인쇄(tampon printing)에 의해 증착된다. 스프레이 코팅의 이점은 빠르고, 간단하며 저렴한 기술을 적용하는 것이다. 또한, 증착 속도가 마이크로미터 범위의 두께를 갖는 층을 증착할 수 있도록 높다. 전기 절연층의 물질은 중합체, 바람직하게는 절연층을 고형화시키기 위해 열 및/또는 자외선 경화에 적당한 용매 또는 반응 성분(예컨대, 2-성분 혼합물)을 포함하는 중합체일 수 있다. 2-성분 혼합물은, 이 경우에, 경화제 및 결합제를 포함한다. 이점은 절연층이 추가의 공정 단계 없이 자체적으로 고형화한다는 사실에 있다. 이러한 중합체는 유기층을 국소적으로 용해함으로써 유기 전계발광층 적층물의 최상단 유기층에 대한 대향 전극의 점착력을 약화시킨다.

다른 실시예에서, 이 방법은 바람직하게는 증착된 전기 절연층을 자외선 광 및/또는 높아진 온도(enhanced temperature)에 노출시키는 것을 통해, 증착 후에 전기 절연층을 경화시키는 단계를 더 포함한다. 경화 단계는 전계발광층 적층물 상부의 전기 절연층을 고형화시킨다. 열 경화는 용매를 증발시키거나 층의 성분을 반응시킨다.

본 발명은 본 발명에 따른 유기 전계발광 디바이스에서, 유기 전계발광 디바이스의 초기 기동 이전에 대향 전극과 기판 전극 사이의 단락을 방지하기 위해, 결함 근방에서 기판 전극과 대향 전극 사이에 배열된 적어도 하나의 유기 전계발광층을 부분적으로 용해시킨 후에 층 결함의 부근에서 대향 전극 및 단락 방지층의 이중층을 말아 올리기에 적합한 인장 응력을 갖는, 바람직하게는, 구리 또는 망간으로 이루어진 단락 방지층의 사용에 관한 것이다. 단락을 방지하기 위해 단락 방지층을 사용하는 것은 임의의 종류의 OLED 디바이스에 쉽게 적용가능하고 대안의 해결책과 비교하여 유리하다. 또한, 유기 전계발광 디바이스를 동작시키기 이전에 단락이 방지되어, 층 결함에 의한 임의의 누설 전류를 피하며, 그에 따라 이 누설 전류에 의해 야기되는 임의의 노후화 효과를 피한다.

상기 OLED 디바이스에 관한 설명을 읽어볼 때, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예는 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 그러나, 이하에서, 바람직한 실시예의 일부가 명확하게 개시될 것이다.

본 발명의 이들 및 기타 양태가 이후에 기술되는 실시예로부터 명백하게 되고 이들 실시예를 참조하여 상세히 기술될 것이다.
도 1은 전기 절연층을 증착하기 전의, 본 발명에 따른 OLED 디바이스의 개략 단면도이다.
도 2는 전기 절연층 및 결함 근방에서 말아 올려진 이중층을 포함하는, 본 발명에 따른 OLED 디바이스의 개략 단면도이다.

도 1은 평평한 유리 기판(2)을 포함하고 그 위에 기판 전극(3)인 120 nm의 층 두께의 투명한 ITO 양극이 스퍼터링 또는 CVD에 의해 증착된 본 발명에 따른 OLED 디바이스(1)의 개략 단면도이다. 기판 전극(3)의 상부에, 4% F4-TCNQ로 도핑된 NHT-5 α-NPD의 25 nm 두께의 정공 주입층, α-NPD의 10 nm 두께의 정공 전달층, 매립된 발광 소분자를 갖는 매트릭스 물질의 30 nm 두께의 유기 발광층, 및 TPBI의 50 nm 두께의 전자 전달층을 포함하는 광을 방출하는 유기 전계발광층 적층물(4)이 증착된다. 당업자는 본 발명 내에서 부가의 층을 갖는 또는 보다 적은 수의 층을 갖는 또는 심지어 단일 유기 발광층을 갖는 대안의 전계발광층 적층물을 선택할 수 있다. 100 nm의 두께를 갖는 알루미늄으로 이루어진 대향 전극(5)이 유기 전계발광층 적층물(4) 상부에 증발된다. 대향 전극(5)의 상부에, 구리로 이루어진 단락 방지층(6)이 100 nm의 층 두께로 제조된다. 단락 방지층(6) 및 대향 전극(5)은 구리의 단락 방지층(6)의 제조 조건 - 여기서 진공 증발 - 및 선택된 층 두께 - 여기서 100 nm - 에 의해 유발되는 인장 응력(TS)을 갖는 접착하는 이중층(DL)을 형성한다. 인장 응력(TS)은 결함(7)으로부터 먼쪽을 향해 있는 파선 화살표로 나타내어져 있다. 인장 응력은 대향 전극(5)의 그 아래에 있는 층 - 여기서, 유기 전계발광층 적층물(4) - 에 대한 점착력이 약한 경우에 이중층(DL)을 말아 올릴 것이다. 임의의 결함(7)에 의해 방해를 받지 않는 영역에서 이중층(DL)을 말아 올리는 것을 피하기 위해, 단락 방지층(6)의 인장 응력이, 단락 방지층(6)을 대향 전극(5) 상부에 증착한 후에 이중층(DL)을 말아 올리기에 충분하지 않도록, 조정된다.

도 1에 도시된 층 구조는 층 결함(7), 예컨대, 기판 전극(3)에 부착해 있는 먼지 입자에 의해 방해를 받는다. 이러한 먼지 입자(7)는 몇 마이크로미터의 직경을 가질 수 있다. 최신 기술에 따르면, 유기층 및 대향 전극에 대한 바람직한 증착 기술은 진공 증발이다. 진공 증발은 증착될 물질이 증발 공급원으로부터 기판까지의 직선 경로를 따라가서, 방향성 증착(directed deposition)을 가져오는 증착 기술이다. 기판 전극(3) 상부에 존재하는 먼지 입자(7)는 가파른 가장자리 또는 돌출 가장자리(overhanging edge)를 가지며, 따라서 이들 가장자리는 그 아래에서 및 먼지 입자(7)의 바로 근방에서의 물질 증착을 방지할 것이다. 이 효과는 음영 효과라고 하며, 이로 인해 유기층(4) 및 대향 전극(5)에 구멍이 생긴다. 도 1에 도시된 바와 같이, 먼지 입자의 상부가, 먼지 입자가 기판 전극(3)에 부착된 이후에 증착된 층들로 덮여 있다.

단락 방지층(6) 상부에 전기 절연층과 같은 어떤 부가의 층도 없는 경우, 결함(7) 부근의 층의 가장자리에서 단락(9)의 위험이 있다. 유기 전계발광 디바이스의 동작 동안에, 음극층(5)과 기판 전극층(3) 사이에 2 내지 10V가 인가된다. 이러한 전압으로 인해, 전계발광층 적층물의 두께 및 인가된 전압에 따라 유기층에 20 내지 100 kV/mm의 전계가 생긴다. 유기층이 아주 높은 저항을 갖는 반도체로서 간주될 수 있다. 유기층(4) 및 대향 전극(5)이 구멍을 갖기 때문에 먼지 입자(7) 주변에 임계 영역이 있고, 따라서 전도성 기판 전극(3)의 표면이 층 및 결함 - 유기층보다 훨씬 더 낮은 유전 상수를 가짐 - 주변의 환경 기체에 노출되고, 그 결과 유기층에 대해서보다 훨씬 더 낮은 항복 전계에 이르고, 이는 동작 동안 대향 전극(5)과 기판 전극(3) 사이에 단락(9)을 야기시킨다. 이러한 단락(9)은 OLED를 파괴시킬 것이다.

어떤 부가의 대책도 없는 경우, 구멍 결함의 가장자리에서의 음극층의 작은 곡률 반경은 층의 가장자리에 전계를 극도로 집중시켜, 단락(9)에 이르게 된다.

도 2는 단락 방지층(6) 및 대향 전극(5)이 단락 방지층(6) 및 대향 전극(5)의 이중층(DL)의 상부에 증착된 전기 절연층(8)으로 덮여 있는, 본 발명에 따른 전계발광 디바이스를 나타낸 것이다. 층 적층물의 상부에 증착될 때 전기 절연층(8)의 점도가 낮기 때문에, 전기 절연층(8)은 또한 결함(7)의 부근 또는 그 아래의 영역을 덮을 수 있고, 이는 층 구조물 내에서 구멍의 가장자리에서 말아 올려진 대향 전극(5)으로부터 기판 전극(3)으로 전류가 흐르는 것을 방지한다. 전기 절연층(8)은 유기 전계발광층 적층물(4)의 일부를 용해시키고, 따라서 대향 전극(5)의 대향 전극(5) 아래에 있는 유기층(4)에 대한 점착력을 약화시킨다. 대향 전극(5)의 대향 전극(5) 아래에 있는 유기층(4)에 대한 점착력이 약화된 영역에 대해, 단락 방지층(6)에 의해 유발된 인장 응력(TS)(파선 화살표)이 대향 전극(5) 및 단락 방지층(6)의 이중층(DL)을 말아 올리기(10)에 충분하다.

말아 올리기(10)는 대향 전극(5)과 기판 전극(3) 사이의 단락(9)을 피하기 위해 대향 전극 가장자리의 요구된 성형이다. 이 형상(소위 Rogowski 프로파일과 유사함)은 대향 전극 가장자리에서의 전계가 방해를 받지 않는 유기 전계발광층 적층물(4)에서의 평균 전계보다 결코 크지 않도록 보장한다. 따라서, 전계 강도 증가의 완전한 회피가 가능하다. 도 2에 도시된 바와 같은 대향 전극의 성형(말아 올리기)은, 예컨대, 먼지 입자에 의해 야기되는, 층 결함(핀홀)(7)의 가장자리에서의 단락(9)의 발생을 완전히 피한다:

ㆍ 첫째, 대향 전극(5)은, 예컨대, 유기층(4)에 직접 접촉하는 알루미늄 또는 은으로 제조되고,

ㆍ 둘째, 부드러운 알루미늄보다 더 강한 내장 응력을 갖는 보다 단단한 금속의 층이 단락 방지층(6)으로서 대향 전극(5)의 상부에 증착된다. 바람직하게는, 테스트에서 구리가 사용되었지만, 망간과 같은 다른 금속도 역시 적당하다. 또한, 예컨대, MgF와 같은 높은 인장 응력을 갖는 비금속층이 사용될 수 있다. 인장 응력이 대향 전극의 유기층에 대한 점착력을 초과하지 않도록 이 층의 두께를 조정하기 위해 주의를 기울여야 하는데, 그 이유는 인장 응력이 대향 전극의 유기층에 대한 점착력을 초과할 경우 대향 전극의 완전한 박리(de-lamination)를 야기할 것이기 때문이다. 예로서, 이러한 효과는 50 nm 두께 초과의 망간층에 대해 일어날 수 있다.

ㆍ 셋째, 본 층 구조물이, 전기 절연층(8)으로서, 중합체 용액, 예컨대, 가장 간단한 경우 절연 래커(lacquer) 또는 스프레이로 코팅된다.

코팅에서의 용매 또는 반응 물질은 모든 층 결함(7)(핀홀)에 걸쳐 그리고 금속 대향 전극(5)의 가장자리 부근에서 유기층을 용해시킨다. 금속 대향 전극층(5)이 그대로 있는 경우, 공격(층의 용해)이 방지되다. 용매와 유기층(4) 간의 상호작용은 각각의 핀홀(7)에서 국소적으로 대향 전극 금속(5)을 분리시킨다. 이어서, 유발된 응력 - 단락 방지층(6)으로 인함 - 으로 인해 대향 전극 및 단락 방지층의 이중층(DL)이 기판 전극(3)으로부터 먼쪽으로 말아 올려져서(10), 결함(7)(핀홀) 주변에서의 전계 강도를 감소시킨다.

말아 올려진 이중층(DL)의 새로운 기하학적 구조는 층 결함(7) 주변에서 전계를 상당히 감소시킨다. 분리된 말아 올려진 이중층(DL) 사이에 생성된 자유 공간은 2개의 전극을 신뢰성 있게 절연시키는 전기 절연층(8)으로 채워진다.

예로서, 전기 절연층(8)은 2 마이크로미터의 층 두께를 갖는 절연성 래커 스프레이(Farnell의 URETHAN 71 스프레이)로 이루어져 있다. OLED를 30분 동안 60℃로 가열하고 진공에서 1시간 동안 건조시킴으로써 코팅이 열적으로 경화된다. 대향 전극(5)이 핀홀에서 분리되기 때문에, 블랙 스폿(black spot)(비방출 영역)이 형성된다. 래커층을 건조한 후에, 디바이스가 정상적으로 동작되었고, 항복이 시작될 수 없었다.

앞서 기술된 실시예는 유기 전계발광층 적층물(4)을 포함한다. 전계발광층 적층물이 단지 하나의 유기 발광층(4)을 포함하는 경우에도, 모든 이전에 기술된 공정이 유효하다.

1: 유기 전계발광 디바이스(OLED)
2: 기판
3: 기판 전극
4: 유기 전계발광층(또는 층 적층물)
5: 대향 전극
6: 단락 방지층
7: 결함(여기서, 먼지 입자)
8: 전기 절연층
9: 결함 주변의 층의 가장자리에서의 전기 단락
10: 결함의 근방에서 말아 올려진 이중층
DL: 이중층
TS: 인장 응력

Claims

기판(2); 적어도 기판 전극(3), 대향 전극(5) 및 기판 전극(2)과 대향 전극(5) 사이에 배열된 적어도 하나의 유기 전계발광층(4)을 갖는 상기 기판(2) 상부의 적어도 하나의 전계발광층 적층물; 단락 방지층(5)에 의해 유발된 인장 응력(TS)을 갖는 이중층(DL)을 구성하는, 상기 대향 전극(5)을 덮는 단락 방지층(6); 및 상기 단락 방지층(6)을 적어도 부분적으로 덮는 전기 절연층(8)을 포함하고, 상기 전기 절연층(8)은 상기 전계발광층 적층물 내의 결함(7) 근방에 있는 상기 유기층(4)을 부분적으로 용해시키는 데 적합하고, 상기 단락 방지층(6)에 의해 유발된 인장 응력(TS)은 상기 전기 절연층(8)의 증착 이후에 상기 결함(7)에 인접한 상기 이중층(DL)을 말아 올리는(roll up)(10) 데 적합한 유기 전계발광 디바이스(1).
제1항에 있어서, 상기 단락 방지층(6)은 망간, 구리, 플루오르화마그네슘 또는 은의 그룹 중의 적어도 하나의 물질, 또는 이들 물질을 포함하는 합금 또는 그 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 디바이스(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단락 방지층(6)은 상기 절연층(8)의 증착 후에 상기 결함(7)에 인접한 상기 대향 전극(5)을 말아 올리기(10)에 적합한 응력(TS)을 제공하도록 적응된 층 두께, 바람직하게는 20 nm 초과, 더욱 바람직하게는 40 nm 초과, 더욱 더 바람직하게는 60 nm 초과의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 디바이스(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대향 전극(5)의 두께는 140 nm 미만, 바람직하게는 10 내지 100 nm, 더욱 바람직하게는 20 내지 80 nm, 더욱 더 바람직하게는 30 내지 50 nm인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 디바이스(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 절연층(8)은 적어도 1 마이크로미터, 바람직하게는 적어도 1.5 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 2 마이크로미터 초과, 더욱 더 바람직하게는 5 마이크로미터 초과의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 디바이스(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 절연층(8)은 중합체 층, 바람직하게는 용매 또는 반응 성분을 포함하는 중합체 층인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 디바이스.
제1항의 유기 전계발광 디바이스(1)를 제조하는 방법으로서,
- 상기 전계발광층 적층물 내에서 결함(7)에 인접한 대향 전극(5) 및 단락 방지층(6)의 이중층(DL)을 말아 올리기(10)에 적당한 인장 응력(TS)을 갖는 단락 방지층(6)을 대향 전극(5)의 상부에 증착하는 단계,
- 상기 단락 방지층(6)을 적어도 부분적으로 덮는 전기 절연층(8)을 상기 단락 방지층(6)의 상부에 증착하는 단계,
- 상기 이전에 증착된 전기 절연층(8)에 의해 상기 결함(7) 근방에서 기판 전극(2)과 대향 전극(5) 사이에 배열된 상기 적어도 하나의 유기 전계발광층(4)을 용해시키는 단계,
- 상기 이중층(DL) 내의 존재하는 인장 응력에 의해 유발되어 상기 결함(7)에 인접한 대향 전극(5) 및 단락 방지층(6)의 상기 이중층(DL)을 말아 올리는 단계(10), 및
- 상기 전기 절연층을 경질화 또는 경화시키는 단계
를 포함하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 단락 방지층(6)은 진공 증발에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 전기 절연층(8)은 상기 대향 전극(5) 및 상기 단락 방지층(6)을 완전히 덮는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 절연층(8)은 스프레이 코팅에 의해 또는 인쇄에 의해, 바람직하게는 스크린 인쇄 또는 탐폰 인쇄(tampon printing)에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 바람직하게는 상기 증착된 전기 절연층(8)을 자외선 광 및/또는 높아진 온도(enhanced temperature)에 노출시키는 것을 통해, 증착 후에 상기 전기 절연층(8)을 경화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항의 유기 전계발광 디바이스(1)에서, 유기 전계발광 디바이스(1)의 초기 기동 이전에 대향 전극(5)과 기판 전극(3) 사이의 단락(9)을 방지하기 위해, 층 결함(7) 근방에서 상기 기판 전극(2)과 상기 대향 전극(5) 사이에 배열된 적어도 하나의 유기 전계발광층(4)을 부분적으로 용해시킨 후에 상기 층 결함(7)의 주위에서 상기 대향 전극(5) 및 단락 방지층(6)의 이중층(DL)을 말아 올리기(10)에 적합한 인장 응력(TS)을 갖는, 바람직하게는, 구리 또는 망간으로 이루어진 단락 방지층(6)의 사용.