KR102143741B1 - 산소 이온 펌프를 갖는 전자 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자적 활성 재료 및 장치로부터 산소를 제거하기 위한 산소 이온 펌프를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전자 장치로부터 산소를 제거하기 위한 산소 이온 펌프의 사용에 관한 것이다.
Description
본 발명은 디바이스로부터 산소를 제거하기 위한 산소 이온 펌프 및 전자적 활성 재료를 포함하는 전자 디바이스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전자 디바이스로부터 산소를 제거하기 위한 산소 이온 펌프의 사용에 관한 것이다.
오늘날에는, 램프들, 디스플레이 디바이스들, 태양 전지들 또는 전계-효과 트랜지스터들의 생산에 적합한 많은 상이한 전자적 활성 재료들이 존재한다. 이들 재료들은 특히 소위 유기 발광 다이오드들에서 그리고 유기 태양 전지들에서 활용된다. 그러나, 이들 전자적 활성 재료들 중 많은 것들은, 그것들이 주변 기후들, 특히 산소, 수증기, 물 및 오존에 민감하다는 단점을 갖는다. 따라서, 이러한 재료들을 전자 디바이스들에서 적절히 실링하는 것이 필요하다.
따라서, 예를 들어 유기 발광 다이오드들에 기반한 디스플레이 디바이스의 경우에서, 유기 화합물들은 에지에서 실링되는 유리 플레이트들 사이에 임베딩된다. 이 목적을 위해, 유기 접착제들이 대개 활용되지만, 이들은 산소의 확산을 완전히 방지할 수 없다. 따라서, 동작 시간의 진행에 따라 유기 화합물들의 느린 열화 및 이러한 디스플레이 디바이스들에서의 컬러들의 페이딩이 발생한다. 도 1 은 이 유형의 전자 디바이스를 도식적으로 나타낸다. 종래에는, 진입하는 산소를 소기 (scavenge) 하도록 의도되는 소위 희생 재료들 (게터들) 이 흡수를 위해 시일 내에 설치 (install) 된다. 산소의 진입을 방지하기 위한 추가의 가능성은 유리 솔더로 실링하는 것이다. 제 2 변형은 특히, 유리 솔더로 실링하는데 고온이 필요하고 많은 전자적 활성 재료들, 특히 유기 전자 재료들이 제한된 온도 안정성만을 갖기 때문에 문제가 있다.
이 유형의 전자 디바이스 안으로 산소의 진입을 방지하는 환경은, 셀들이 실링되는 것에 의해 플라스틱들이 산소 확산에 불투과성이 아니기 때문에 대단히 중요하다. 유리 플레이트들 대신에 - 아마도 미래에 더욱 더 큰 역할을 할 것이기 때문에 - 투명 폴리머 필름들이 사용되면, 이들은 산소 확산에 대해 비슷하게 불투과성이 아니다. 언급된 경우들 각각에서, 진입하는 산소는 전자적 활성 재료의 기능적 능력을 조금씩 파괴할 것이다. 이것은 특히, 예를 들어 조금씩 페이딩하는 디스플레이 디바이스들에서의 컬러들로부터 드러난다. 이것은 지능적 일렉트로닉스들을 사용하여 부분적으로 대항될 수 있지만, 그럼에도 불구하고 이 데미지가 발생하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 따라서, 조금씩 진입하는 산소가 디바이스로부터 다시 일정하게 제거될 수 있어서, 이러한 디바이스들의 수명이 증가되는 경우에서의 전자 디바이스를 제공하는 것이었다.
본 발명의 목적은 적어도 하나의 전자적 활성 재료, 전자적 활성 재료를 그 내부에서 인클로징하는 커버링, 및 산소 이온 펌프를 포함하는 전자 디바이스의 제공에 의해 달성되고, 여기서 산소 이온 펌프는 커버링의 일체형 (integral) 구성 요소이거나 또는 커버링의 내부 면에 설치되고, 여기서 산소 이온 펌프는 산소 이온-전도성 재료의 2 개의 반대쪽 단부들에서 캐소드 및 애노드를 포함하며, 여기서 캐소드의 적어도 부분은 커버링의 내부를 향해 지향되며 애노드의 적어도 부분은 커버링의 외부를 향해 지향된다.
표현 "커버링의 내부를 향해 지향된 캐소드의 적어도 부분" 은 캐소드가 커버링의 내부, 즉 커버링에 의해 경계가 지어지는 공간에 적어도 부분적으로 위치된다는 것을 의미하도록 의도된다. 표현 "커버링의 외부를 향해 지향된 애노드의 적어도 부분" 은 애노드가 커버링의 내부의 반대쪽 공간, 바람직하게는 커버링 외부의 공간에 위치된다는 것, 즉 애노드가 캐소드 보다는 커버링의 센터로부터 더 멀리 떨어져 위치된다는 것을 의미하도록 의도된다. 이 방법 만이, 애노드 및 캐소드에 전압의 인가로, 산소가 커버링의 내부로부터 외부로 이들 사이에 있는 산소 이온-전도성 재료를 통해 전송되는 것을 보장되게 할 수 있다.
본 발명에 따른 전자 디바이스의 추가의 실시형태에서, 기판, 실링 캡 및 접착제를 포함하고, 여기서 접착제는 바람직하게 기판과 실링 캡을 서로 실링한다. 본 발명에 따른 이러한 실시형태는 본 출원의 도 2 에 나타난다.
본 발명에 따른 전자 디바이스의 추가의 실시형태에서, 접착제의 영역에는 산소 이온 펌프가 배치되는 것이 바람직하다. 산소 이온 전도성 재료는 캐소드의 측 상에서 커버링의 내부와의 접촉 (contact) 을 갖고 애노드를 면하는 측과 커버링의 외부 둘레들과의 접촉을 갖는 것이 특히 바람직하고, 여기서 산소 이온 펌프는 바람직하게 접착제 내에 임베딩된다. 이 유형의 실시형태는 예를 들어, 도 2 에 의해 드러난다. 본 발명에 따른 디바이스의 접착제 영역 안에 통합될 수 있는 산소 이온 펌프들은 도 3 에서 예로서 나타난다.
본 발명에 따른 전자 디바이스의 추가의 실시형태에서, 산소 이온 펌프는 실링 캡 및/또는 기판 상의 영역들에서 적어도 층으로서 배치되는 것이 바람직하다. "적어도 영역들에서" 는 기판 및/또는 실링 캡의 표면의 적어도 부분에 바람직하게 산소 이온 펌프의 층이 제공된다는 것을 의미한다. 그러나, 대안으로 기판 및/또는 실링 캡의 전체 면도, 산소 이온 펌프의 층이 제공될 수도 있다.
산소 이온 펌프의 층은 적어도 3 개의 서브-층들로부터 구축되는 층을 의미하도록 취해지고, 여기서 서브-층들 중 하나는 캐소드의 층을 나타내고, 서브-층들 중 추가의 층은 애노드의 층을 나타내며 서브-층들 중 또 추가의 층은 산소 이온-전송 재료의 층을 나타낸다. 여기서 또한, 산소 이온-전도성 층은 애노드와 캐소드 층들 사이에 위치된다. 이 실시형태에서, 캐소드는 바람직하게 커버링, 즉 기판 및/또는 실링 캡의 내부 면에 위치되고, 캐소드는 커버링의 내부를 향해 지향된다.
매우 일반적으로, 본 출원에서 "커버링의 내부" 는 커버링에 의해 인클로징되는 본 발명에 따른 전자 디바이스의 안쪽을 의미하도록 취해진다. 용어 "커버링의 외부" 는 본 출원에서, 일반적으로 커버링에 의해 인클로징되지 않는 커버링 외부의 공간을 의미하도록 취해진다.
산소 이온 펌프가 기판 및/또는 실링 캡 상의 적어도 영역들에서 층으로서 배치되는 본 발명의 실시형태에서, 산소 이온 펌프가 설치되는 기판 및/또는 실링 캡의 적어도 일 영역은 커버링의 외부를 향하여 산소-투과성인 것이 바람직하다. 이것은, 예를 들어 산소-투과성 재료, 예컨대 폴리머 층을 커버링으로서 사용함으로써, 또는 개구들을 갖는 커버링의 재료에 의해 보장될 수 있다.
본 출원에서, 기판은 바람직하게, 유리, 세라믹, 금속, 폴리머 층 또는 플라스틱 층으로 이루어지고, 여기서 플렉서블 기판이 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 플렉서블 기판들은 폴리머 또는 플라스틱으로 이루어진다. 폴리머들 또는 플라스틱들에 대한 가장 중요한 선택 기준은 1) 위생적인 양태들 및 2) 유리 전이 온도이다. 폴리머들의 유리 전이 온도 (Tg) 는 기지의 핸드북들 (예를 들어, "Polymer Handbook", Eds.J.Brandrup, EH Immergut 및 EA Grulke, John Willey & Sons, Inc., 1999, VI/193-VI/276) 로부터 획득될 수 있다. 폴리머의 Tg 는 바람직하게, 100℃ 위, 매우 바람직하게는 150℃ 위 및 매우 특히 바람직하게는 180℃ 위이다. 매우 바람직한 기판들은, 예를 들어 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET) 및 폴리(에틸렌 2,6-나프탈레이트)(PEN) 이다. 본 출원에서 실링 캡은 바람직하게, 유리, 세라믹, 금속, 폴리머 층 또는 플라스틱 층으로 이루어진다. 유리 및 금속이 특히, 바람직하다.
기판 또는 실링 캡으로서 사용된 세라믹은 다음 중 하나일 수 있다: 실리케이트 유리, 카바이드들 (SiC), 금속 산화물들 (Al2O3), 질화물들 (Si3N4) 및 다른 비-실리케이트 유리들.
본 발명에서, 산소 이온-전도성 재료는 바람직하게, 고체-상태 전해질이다. 본 발명에 따라 사용될 고체-상태 전해질은 캐소드에서 산소로부터 형성된 O2-이온들을 전송할 수 있고, 이 이온들은 캐소드에 대해 반대 측, 즉 애노드에서 그것으로부터 산소로 다시 변환된다. 원칙적으로, 통상 고체 산화물 연료 전지들에서 사용될 수 있는 고체-상태 전해질이 또한, 본 발명에 따른 디바이스들에서 사용될 수 있다. 고체-상태 전해질들 용으로 적합한 재료들은, 예를 들어 지르코늄 이산화물, 산화 비스무트, 산화 토륨, 산화 하프늄, 아파타이트들, 산화 세륨, 란타늄 몰리브덴산염들, 란탄족 불소산화물, 란타늄 산화물들 및 이들의 조합들이다. 일 실시형태에서, 고체-상태 전해질은 바람직하게 희토류 또는 란탄족의 금속들에 의해 도핑 또는 안정화된다. 고체-상태 전해질의 리뷰들은, 예를 들어 Adachi 등, Chem.Rev.2002,102,2405-2429; Kendrick 등, Annu.Rep.Prog.Chem., Sect.A, 2009, 105,436-459; Malavasi 등, Chem.Soc.Rev., 2010,39,4370-4387 에 주어진다. 고체-상태 전해질은 특히 바람직하게, 이트륨-안정화된 산화 지르코늄, 이테르븀-안정화된 산화 지르코늄, 칼슘-안정화된 산화 지르코늄, 세륨-안정화된 산화 지르코늄, 이테르븀-안정화된 산화 지르코늄, 스칸듐-안정화된 산화 지르코늄, 산화 티타늄, 산화 주석, 산화 아연 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
매우 바람직한 실시형태에서, 산소 이온 펌프는 멀티층상형 구조, 예컨대 Science 321,676 (2008) 에서 J.Garcia-Barriocanal 등에 의해 보고된 바와 같은 초격자를 갖는 산소 이온-전도성 층을 포함한다.
산소 이온 펌프의 캐소드는 바람직하게, 산소 환원 반응의 촉매 작용을 하는 재료를 포함한다. 캐소드 재료는 바람직하게, 귀금속, 특히 바람직하게는 Pt, Pd 로 이루어진다. 캐소드는 바람직하게, 예를 들어 금속 메시 형태와 같은 가스-투과성이다.
산소 이온 펌프의 애노드는 바람직하게, 금속, 전도성 금속 산화물 및 전도성 폴리머들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료이다. 애노드는 바람직하게 이들 재료들 중 하나 이상으로 이루어진다.
전자적 활성 재료는 바람직하게, 산소-감응형 재료이다. 산소-감응형 재료는 산소의 존재에 의해 그 전자적 특성들에서 비가역적으로 손상을 입는 것을 의미하도록 취해진다. 전자적 활성 재료는 적어도 하나의 양자점을 포함하는 재료 또는 유기 전자 재료일 수 있다. 그러나, 전자적 활성 재료는 바람직하게, 유기 전자 재료이다.
유기 전자 재료는 발광 재료, 홀 전송 재료 (hole-transport material; HTM), 홀 주입 재료 (hole-injection material; HIM), 전자 전송 재료 (electron-transport material; ETM), 전자 주입 재료 (electron-injection material; EIM), 홀 차단 재료 (hole-blocking material; HBM), 전자 차단 재료 (electron-blocking material; EBM), 엑시톤 차단 재료 (exciton-blocking material; ExBM), 호스트 재료, 유기 금속 복합물, 유기 염료 또는 이들의 조합일 수 있다.
발광 재료는 바람직하게, 가시 영역에서 광을 방출하는 재료이다. 발광 재료는 바람직하게, 380 nm 와 750 nm 사이의 에미션 (emission) 최대값을 갖는다. 발광 재료는 바람직하게, 인광성 또는 형광성 에미터 화합물이다.
본 발명의 관점에서 형광성 에미터 화합물은 상온에서 여기된 1중항 상태 (singlet state) 로부터 루미넌스를 보이는 화합물이다. 본 발명의 목적을 위해, 특히 중원자들, 즉 36 보다 큰 원자수를 갖는 원자들을 포함하지 않는 모든 발광성 화합물들이 형광성 화합물들로서 간주된다.
활용된 발광 재료들은 특히 바람직하게, 인광성 에미터 화합물들이다. 인광성 에미터 화합물은 일반적으로, 비교적 높은 스핀 다중도, 즉 스핀 상태 > 1 을 갖는 여기된 상태로부터, 예컨대 여기된 삼중항 상태 (삼중항 에미터) 로부터, MLCT 혼합된 상태 또는 퀸텟 (quintet) 상태 (퀸텟 에미터) 로부터 루미넌스를 보이는 화합물을 의미하도록 취해진다. 적합한 인광성 에미터는, 특히 적합한 여기로 바람직하게는 가시 영역에서 광을 방출하는 화합물이고, 또한 원자수 > 38 및 < 84, 특히 바람직하게는 > 56 및 < 80 을 갖는 적어도 하나의 원자를 포함한다. 바람직한 인광성 에미터들은 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄, 루테늄, 오스뮴, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 백금, 은, 금 또는 유로퓸을 포함하는 화합물들, 특히 이리듐, 백금 또는 구리를 포함하는 화합물들이다. 전술된 에미터들의 예들은, 출원들 WO 00/70655, WO 01/41512, WO 02/02714, WO 02/15645, EP 1191613, EP 1191612, EP 1191614, WO 2005/033244 에 의해 드러난다. 일반적으로, 인광성 OLED 들에 대해 종래 기술에 따라 사용되는 것으로서, 유기 전자 루미넌스의 분야에서 종래에 당업자에게 알려진 것으로서 모든 인광성 복합물들이 적합하다.
HTM 들 또는 HIM 들은 홀 전송 또는 홀 주입 특성들을 갖는 재료들이다. 이러한 재료들의 예들은 다음과 같다: 트리아릴아민, 벤지딘, 테트라-아릴-파라-페닐렌디아민, 트리아릴포스핀, 페노티아진, 페녹사진, 디하이드로페나진, 티안트렌, 디벤조-파라-다이옥신, 페녹사티인 (phenoxathiyne), 카르바졸, 아줄렌, 티오펜, 피롤 및 푸란 유도체들 및 추가로 높은 HOMO (HOMO = highest occupied molecular orbital) 를 갖는 0-, S- 또는 N-함유 헤테로사이클릭 화합물들. 이들 아릴아민들 및 헤테로사이클릭 화합물들은 바람직하게, -5.8 eV (vs. 진공 레벨) 초과의, 특히 바람직하게는 -5.5 eV 초과의 폴리머에서 HOMO 를 초래한다.
ETM 들 및 EIM 들은 전자 전송 또는 전자 주입 특성들을 갖는 재료들이다. 이러한 재료들의 예들은: 피리딘, 피리미딘, 피리다진, 피라진, 옥사디아졸, 퀴놀린, 퀴녹살린, 안트라센, 벤즈안트라센, 피렌, 페릴렌, 벤지미다졸, 트리아진, 케톤, 포스핀 산화물 및 페나진 유도체들이지만, 또한 트라이아릴보레인들 및 추가로 낮은 LUMO (LUMO = lowest unoccupied molecular orbital) 를 갖는 0-, S- 또는 N-함유 헤테로사이클릭 화합물들이다. 폴리머에서 이들 유닛들은 바람직하게, -2.5 eV (vs. 진공 레벨) 미만의, 특히 바람직하게는 -2.7 eV 미만의 LUMO 를 초래한다.
HBM들은 홀들의 형성을 차단 또는 그 전송을 억제하는 재료들이다. HBM들은 빈번하게, 인광성 에미터들을 포함하는 디바이스들에서 발광 층과 전자 전송 층 사이에 삽입된다.
적합한 HBM들은 금속 복합물들, 예컨대 BAIQ (=bis(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(Ⅲ)) 이다. Irppz(Ir(ppz)3=fac-tris(1-페닐피라졸라토-N,C2)이리듐(Ⅲ)) 이 유사하게, 이 목적을 위해 사용된다. 페난트롤린 유도체들, 예컨대 BCP (=2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린,=bathocuproin), 또는 프탈이미드들, 예컨대 예를 들어 TMPP (= 2,3,5,6-테트라메틸페닐-1,4-(비스프탈이미드)) 이 유사하게 유리하게 이용된다. 적합한 HBM들은 또한, WO 00/70655 A2, WO 01/41512 및 WO 01/93642 A1 에 설명된다. 또한, 트리아진 유도체들, 스피로올리고페닐렌 및 케톤들 또는 포스핀 산화물들이 적합하다.
EBM들은 전자들의 전송을 억제 또는 차단하는 재료들이다. ExBM들은 유사하게, 엑시톤들의 형성 또는 전송을 억제 또는 차단하는 재료들이다. 유리하게 이용된 EBM들 및 ExBM들은 전이 금속 복합물들, 예컨대 Ir(ppz)3(US 2003-0175553) 및 AlQ3 이다. 유사하게, 아릴아민들, 특히 트리아릴아민들 (예를 들어, US 2007-0134514 A1 에 설명됨) 및 치환된 트리아릴아민들 (예를 들어, MTDATA 또는 TDATA (= 4, 4', 4"-tris(N,N-디페닐아미노)-트리페닐아민), N-치환된 카르바졸 화합물들 (예를 들어, TCTA), 헤테로사이클릭 화합물들 (예를 들어, BCP) 또는 테트라아자실란 (테트라아자실란) 유도체들이 적합하다.
호스트 재료는 바람직하게, 발광 화합물들에 대한 매트릭스로서 이용되는 재료이다. 형광성 에미터들에 적합한 호스트 재료들은 다양한 물질 군들로부터의 재료들이다. 바람직한 호스트 재료들은, 올리고아릴렌 (예를 들어, 2,2',7,7' -테트라-페닐스피로비플루오렌 또는 디나프틸안트라센), 특히 응집된 아로마틱 기들을 함유하는 올리고-아릴렌들, 예컨대 안트라센, 벤잔트라센, 벤조페난트렌, 페난트렌, 테트라-센, 코로넨, 크리센, 플루오렌, 스피로플루오렌, 페릴렌, 프탈로페릴렌, 나프탈로페릴렌, 데카시클렌, 루브렌, 올리고아릴렌비닐렌들 (예를 들어, DPVBi = 4,4'-bis(2,2-디페닐에텐일)-1,1'-비페닐) 또는 EP 676461 에 따른 스피로-DPVBi), 폴리포달 금속 복합물들, 특히 8-히드록시퀴놀린의 금속 복합물들, 예를 들어 AlQ3 (= 알루미늄(Ⅲ) tris(8-히드록시퀴놀린)) 또는 bis(2-메틸-8-퀴놀리노라토)-4-(페닐페놀리노라토)알루미늄, 또한 이미다졸 킬레이트 및 퀴놀린-금속 복합물들, 아미노퀴놀린-금속 복합물들, 벤조퀴놀린-금속 복합물들, 홀-전도성 화합물들, 전자-전도성 화합물들, 특히 케톤들, 산화 포스핀들, 술폭시드들 등, 아트롭이성체들, 보론산 유도체들 또는 벤젠안트라센들의 군들로부터 선택된다.
유기 금속 복합물들은 리간드가 유기 화합물인 금속-리간드 코디네이션 화합물들을 의미하도록 취해진다. 본 발명에 따르면, 금속 복합물들은 이 분야의 당업자에 의해 유기 전자 디바이스들에서 활용될 수 있는 모든 화합물들을 포함한다.
"염료들" 은 가시적인 화이트 광의 제한된 부분을 흡수하고 화이트 광의 흡수되지 않은 부분을 반사하는 화합물들을 의미하도록 취해진다. 감지된 광의 상보적 컬러는 염료에 의해 흡수된다. 염료들에서의 컬러 흡수는 주로, 많은 켤레 (conjugated) 이중 본드들 및 아로마틱 스켈레톤 (aro-matic skeleton) 들에 기반한다. 흡수 시에, 이중-본드 시스템에서의 켤레 전자들은 더 높은 에너지 상태로 상승되고, 염료 분자는 상이한 파장에서의 방사에 의해 (또는 열 방출에 의해) 다시 에너지를 릴리즈한다.
본 발명에서 "양자점 (Quantum dot; QD)" 은 예를 들어, InGaAs, CdSi, ZnO 또는 GaInP/InP 와 같은 반도체 재료를 포함하는 나노-범위의 구조를 의미하도록 취해진다. 양자점들은, 양자점에서 전하 캐리어들 (전자들, 홀들) 이, 그 에너지가 연속적인 값들을 더 이상 채택할 수 없지만 대신에 단지 별개의 값들을 채택하는 모든 3 개의 공간적 방향들에서 그 이동성에서 매우 제한되는 것을 특징으로 한다. 양자점들은 따라서, 원자들과 유사한 방식으로 거동하지만, 그 형상, 그들에서의 사이즈 또는 수에서 영향을 받을 수 있다. 그 고유한 원자 사이즈 정도는 통상적으로, 약 104 원자들이다.
본 발명의 QD들은 특히, 화학적 프로세스들에 의해 생성되는 교질의 양자점들 또는 나노점들 또는 나노결정들로서 알려진, 반도체 나노결정 콜로이드들에 관련된다.
QD들에 통합될 수 있는 적합한 반도체 재료들은 그룹 II-VI, 예컨대 CdSe, CdS, CdTe, ZnSe, ZnO, ZnS, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe 및 이들의 합금들, 예컨대 CdZnSe; 그룹 Ⅲ-V, 예컨대 InAs, InP, GaAs, GaP, InN, GaN, InSb, GaSb, AlP, AlAs, AlSb 및 합금들, 예컨대 InAsP, CdSeTe, ZnCdSe, InGaAs, 그룹 Ⅳ-Ⅵ, 예컨대 PbSe, PbTe 및 PbS 및 이들의 합금들; 그룹 Ⅱ-Ⅵ, 예컨대 InSe, InTe, InS, GaSe 및 합금들, 예컨대 InGaSe, InSeS; 그룹 Ⅳ 반도체들, 예컨대 Si 및 Ge 이들의 합금들, 및 복합 구조의 이들의 조합들로부터의 원소들로부터 선택된다.
특히 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 QD들은 그룹 Ⅱ-Ⅵ 반도체들, 그 합금들 및/또는 그 코어/쉘 구조들로부터 선택되는 반도체성 재료들을 포함한다. 추가의 실시형태들에서, 본 발명의 QD들은 그룹 Ⅱ-Ⅵ 반도체들, CdSe, CdS, CdTe, ZnSe, ZnS, ZnTe, 이들의 합금들, 이들의 조합들 및 이들의 코어/쉘, 코어/멀티쉘 쉘 구조들을 포함한다.
본 발명에 따른 전자 디바이스에서, 유기 전자 재료는 바람직하게, 발광 재료이다.
전자 디바이스에서 사용된 산소 이온 펌프는, 소정 재료들이 전압 인가 시에 02- 를 전송할 수 있는 원리를 강조한다. 본 발명은 여기서 특히, 람다 프로브 (특히, 네른스트 (Nernst) 프로브) 의 역 원리를 사용하며, 여기서 산소 이온-전도성 재료는 2 개의 반대 측들 상에서 상이한 산소 부분압에 반응하고, 이 2 개의 측들 각각에는 전극이 설치된다. 상이한 부분압의 경우에서, 재료를 통하는 산소 이온들의 유동이 발생할 수 있고, 여기서 전압이 전극들에서 측정될 수 있다. 본 출원에서, 캐소드 및 애노드에 대한 전압의 인가는, 말하자면, 원하는 방향으로 산소 이온들을 전송하도록 재료에 힘을 가한다. 사용된 산소 이온-전도성 재료의 유형에 따라, 2 V 내지 35 V 범위에서의 전압이 이 목적을 위해 인가되어야 한다.
본 발명의 추가의 실시형태는 전자 디바이스로부터 산소의 제거를 위한 산소 이온 펌프의 사용에 관한 것이다. 다시 말하면, 본 발명은 또한, 전술된 바와 같은 산소 이온 펌프를 사용하여 전자 디바이스로부터 산소를 제거하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전자 디바이스 또는 본 발명에 따른 사용에서 언급된 전자 디바이스는 바람직하게, 유기 또는 폴리머 유기 전자발광 디바이스들 (OLED, PLED), 유기 전계효과 트랜지스터 (OFET) 들, 유기 집적 회로 (OIC) 들, 유기 박막 트랜지스터 (OTFT) 들, 유기 발광 트랜지스터 (OLET) 들, 유기 태양 전지 (OSC) 들, 유기 광학 검출기들, 유기 레이저 다이오드들 (O-lasers), 유기 전계-켄치 디바이스 (OFQD) 들, 발광 전기화학 셀 (LEC) 들, "유기 플라즈몬 방출 디바이스들" 및 유기 광전지 (POV) 소자들 또는 디바이스들, 및 유기 광수용기 (OPC) 들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명에서 설명된 실시형태들의 변형들은 본 발명의 범위 내에 있어야 한다. 본 발명에 개시된 각각의 피처들은, 이것이 명확하게 배제되지 않으면, 동일한, 등가의 또는 유사한 목적의 역할을 하는 대안의 피처들에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 각각의 피처는, 달리 언급되지 않으면, 일반적인 시리즈들의 예로서 또는 등가이거나 유사한 피처로서 간주되어야 한다.
본 발명의 모든 피처들은, 소정 피처들 및/또는 단계들이 상호적으로 배제하지 않으면 임의의 방식으로 서로와 결합될 수 있다. 이것은, 특히 본 발명의 바람직한 피처들에 적용한다. 동일하게, 비-필수적인 조합들의 피처들은 별개로 (그리고 결합하지 않고) 사용될 수 있다.
본 발명의 많은 피처들, 및 특히 바람직한 실시형태들의 피처들은 진보적인 그 자체들이고 단지 본 발명의 실시형태들의 일부로서 간주되지 않는다. 이들 피처들에 있어서, 독립적인 보호는 현재 청구되는 각각의 발명에 추가적으로 또는 대안으로 추구될 수도 있다.
본 발명에 개시된 기술적 액션에 관한 교시는 다른 예들을 추출하고, 다른 예들과 결합될 수 있다. 본 발명은 이에 의해 본 발명을 제한하기를 원하지 않고, 다음의 예들 및 도면들에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1: 도 1 은 커버링 (7) 안에 전자적 활성 재료 (2) 를 포함하는 전자 디바이스 (1) 를 나타낸다. 접착제 (5) 를 개재하여 실링 캡 (4) 에 본딩되는 기판 (3) 이 밑면에 위치된다. 여기서, 게터 (6) 는 진입하는 산소를 소기하는 역할을 한다.
도 2: 도 2 는 본 발명에 따른 전자 디바이스 (1) 를 나타내고, 여기서 산소 이온 펌프 (8) 가 접착제 (5) 내에 배치된다. 여기서, 접착제는 기판 (3) 에 실링 캡 (4) 을 본딩한다. 전자적 활성 재료 (2) 는 기판 상에 위치된다. 산소 이온 펌프는 커버링 (7) 의 내부를 향해 지향된 캐소드 (9) 및 커버링의 외부를 향해 지향된 애노드 (11) 를 포함한다. 애노드와 캐소드 사이에는 산소 이온-전도성 재료 (10) 가 위치된다. 본 발명에 따른 전자 디바이스는 선택적으로, 또한 게터 (6) 를 포함할 수도 있다.
도 3: 도 3 은 예를 들어 도 2 에 따른 전자 디바이스 안에 통합될 수 있는 산소 이온 펌프를 예로서 나타낸다. 산소 이온-전도성 재료 (10) 의 2 개의 반대쪽 단부들에는 캐소드 (9) 와 애노드 (11) 가 위치된다.
도 4: 도 4 는 기판 (3) 상에 층으로서 전자 디바이스 안에 통합되어 있는 산소 이온 펌프 (8) 의 배치의 도면을 나타낸다. 실링 캡 (4) 의 배치는 실링 캡과 기판 사이에 커버링의 내부가 위치되는 것을 표시하도록 의도된다. 산소 이온 펌프 (8) 는 따라서, 기판의 내부 면 상에 위치된다. 여기서, 캐소드 (11) 는 기판 상의 제 1 층이고, 산소 이온-전도성 층 (10) 은 제 2 층이며 애노드 (9) 는 내부를 면하는 제 3 층이다.
도 5: 도 5 는 기판 상에 커버링 내부의 가능한 층 배치를 나타내며, 여기서 애노드는 산소 이온 펌프 위의 산소 투과성 실링 캡에 접속되도록 의도된다. 전자적 활성 재료는 여기서, 바람직하게 전압의 인가로 광을 방출하는 발광 재료이다. 기판은 여기서, 바람직하게 광 투과성 기판이다.
도 6: 도 6 은 전자 디바이스에서 산소 이온 펌프의 가능한 배치를 유사하게 나타내고, 여기서 전극 2 의 전위는 전극 1 의 전위보다 낮고, 바람직하게 산소 투과성 기판에 산소를 릴리즈하도록 의도된다. 전자적 활성 재료는 바람직하게, 전압의 인가로 광을 방출하는 발광 재료이다. 기판은 바람직하게, 광 투과성 기판이다.
도 7: 도 7 은 전자 디바이스에 대한 준비 스킴을 나타내고, 여기서 101 은 유리 기판이고, 102 는 애노드 접촉을 위한 ITO 뱅크이고, 103 은 캐소드 접촉을 위한 ITO 뱅크이고, 201 은 25×[YSZ] 101. 유리 기판; 102. 애노드 접촉을 위한 ITO 뱅크; 103. 캐소드 접촉을 위한 ITO 뱅크이고; 201 은 10 nm 의 STO 상의 25 x [YSZ1nm/STO10nm] 초격자이며 301 은 Pt 전극이다. 401 은 OLED 의 다음의 층 구조를 의미한다: PEOOT/LEP/Ba/Al. 501 은 UV-경화된 수지를 의미하고 601 은 유리 캡에 의한 인캡슐레이션을 의미한다.
도 2: 도 2 는 본 발명에 따른 전자 디바이스 (1) 를 나타내고, 여기서 산소 이온 펌프 (8) 가 접착제 (5) 내에 배치된다. 여기서, 접착제는 기판 (3) 에 실링 캡 (4) 을 본딩한다. 전자적 활성 재료 (2) 는 기판 상에 위치된다. 산소 이온 펌프는 커버링 (7) 의 내부를 향해 지향된 캐소드 (9) 및 커버링의 외부를 향해 지향된 애노드 (11) 를 포함한다. 애노드와 캐소드 사이에는 산소 이온-전도성 재료 (10) 가 위치된다. 본 발명에 따른 전자 디바이스는 선택적으로, 또한 게터 (6) 를 포함할 수도 있다.
도 3: 도 3 은 예를 들어 도 2 에 따른 전자 디바이스 안에 통합될 수 있는 산소 이온 펌프를 예로서 나타낸다. 산소 이온-전도성 재료 (10) 의 2 개의 반대쪽 단부들에는 캐소드 (9) 와 애노드 (11) 가 위치된다.
도 4: 도 4 는 기판 (3) 상에 층으로서 전자 디바이스 안에 통합되어 있는 산소 이온 펌프 (8) 의 배치의 도면을 나타낸다. 실링 캡 (4) 의 배치는 실링 캡과 기판 사이에 커버링의 내부가 위치되는 것을 표시하도록 의도된다. 산소 이온 펌프 (8) 는 따라서, 기판의 내부 면 상에 위치된다. 여기서, 캐소드 (11) 는 기판 상의 제 1 층이고, 산소 이온-전도성 층 (10) 은 제 2 층이며 애노드 (9) 는 내부를 면하는 제 3 층이다.
도 5: 도 5 는 기판 상에 커버링 내부의 가능한 층 배치를 나타내며, 여기서 애노드는 산소 이온 펌프 위의 산소 투과성 실링 캡에 접속되도록 의도된다. 전자적 활성 재료는 여기서, 바람직하게 전압의 인가로 광을 방출하는 발광 재료이다. 기판은 여기서, 바람직하게 광 투과성 기판이다.
도 6: 도 6 은 전자 디바이스에서 산소 이온 펌프의 가능한 배치를 유사하게 나타내고, 여기서 전극 2 의 전위는 전극 1 의 전위보다 낮고, 바람직하게 산소 투과성 기판에 산소를 릴리즈하도록 의도된다. 전자적 활성 재료는 바람직하게, 전압의 인가로 광을 방출하는 발광 재료이다. 기판은 바람직하게, 광 투과성 기판이다.
도 7: 도 7 은 전자 디바이스에 대한 준비 스킴을 나타내고, 여기서 101 은 유리 기판이고, 102 는 애노드 접촉을 위한 ITO 뱅크이고, 103 은 캐소드 접촉을 위한 ITO 뱅크이고, 201 은 25×[YSZ] 101. 유리 기판; 102. 애노드 접촉을 위한 ITO 뱅크; 103. 캐소드 접촉을 위한 ITO 뱅크이고; 201 은 10 nm 의 STO 상의 25 x [YSZ1nm/STO10nm] 초격자이며 301 은 Pt 전극이다. 401 은 OLED 의 다음의 층 구조를 의미한다: PEOOT/LEP/Ba/Al. 501 은 UV-경화된 수지를 의미하고 601 은 유리 캡에 의한 인캡슐레이션을 의미한다.
실시예들
실시예 1
산소 펌프를 갖는 기판의 제조
30×30 mm 를 측정하는 ITO-코팅된 유리 기판 (Sub1)(Technoprint Co. LTD.) 이 본 발명에서 사용된다. Sub1 은, 2 개의 ITO 뱅크들, 하나는 애노드 접촉 (102) 을 위한 것이고 다른 하나는 캐소드 접촉 (103) 을 위한 것으로 구조화된다. 기판들은 먼저, 탈이온 (DI) 수 및 세제 (Deconex 15 PF)) 로 클린 룸에서 세정되고, 그 후 UV/오존 플라즈마 처리에 의해 활성화된다.
초격자 구조 (도 7 에서 (201)) 를 포함하는 산소 펌프의 제조: 먼저, 100 nm SrTi03 (STO) 층이 Sub1 에 제공되고, 그 후 Mask1 을 갖는 고압 (3 mbar) 순 산소 RF 스퍼터 시스템에서 8 mol% 의 (Y203)X(Zr02)1-x(YSZ) 및 SrTi03(STO) 층들이 STO 에 제공된다. Mask1 은 8 개의 영역들 (201) 에 대응한다. 고압 및 고온 (900℃) 의 기판은 복합 산화물들의 느리고 (1 nm/min) 매우 열중성자화된 성장을 가능하게 하고, 이것은 우수한 필름 품질을 초래한다. [YSZ1nm/ST010nm] 의 25 개의 순환 유닛들을 갖는 초격자들 (201) 이 제공된다.
새도우 마스크를 사용하는 RF 스퍼터링에 의해 Pt 전극들 (301) 이 메시 형태로 후속하여 증착되어, 전극들 간에 전기적 접촉을 달성한다.
본 발명에 따라 디바이스를 생산하기 위해 획득된 기판은 Sub2 로 지칭된다.
실시예 2
PLED들의 제조
층 구조 Sub1/ITO/HIL/LEP/캐소드 (비교) 를 갖는 PLED1 및 층 구조 Sub2/ITO/HIL/LEP/캐소드 (본 발명에 따름) 를 갖는 PLED2 가 다음의 프로세스에 의해 생산되며, 여기서 ITO 는 인듐 틴 애노드를 의미하고, HIL 은 홀-주입 층을 의미하며, LEP 는 발광 폴리머를 의미한다.
1) PEDOT (CLEVIOSTM PVP Al 4083) 가 스핀 코팅에 의해 80 nm 의 두께를 갖는 HIL 로서 기판에 제공되고, 그 후 클린 룸에서 10 분 동안 180℃ 에서 가열된다;
2) N2 글로브 박스에서 0.5-1 중량% 의 농도를 갖는 톨루엔에서의 용액 SPB-02T (Merck KGaA) 의 스핀 코팅에 의해 65 nm 의 LEP (light emitting polymer) 층이 제공된다;
3) 이 디바이스는 N2 글로브 박스에서 10 분 동안 180℃ 에서 가열된다;
4) 10-6 torr 의 진공에서 3 nm/150 nm 의 두께를 갖는 방출 층에는 기상 증착에 의해 Ba/Al 캐소드가 제공된다;
5) 이 디바이스는 N2 글로브 박스에서 실링된다. 이 목적을 위해, UV-경화 수지, 도 7 에서 UV 수지 T-470/UR7114 (Nagase Chemtex Corporation) (501) 및 유리 캡 (601) 이 사용되고, 여기서 유리 플레이트는 실링되지 않은 접촉 패드들을 유지하기 위해 기판 보다 더 작다 (도 7). UV 수지는 먼저, 기판의 에지에 제공된다. 이 캡은 그 후, 상단에 위치된다. 디바이스에는 그 후, 30 초 동안 UV 광이 조사된다. 모든 단계들은 글로브 박스에서 수행된다.
실시예 3
PLED1 및 PLED2 의 특징
이 방식으로 획득된 PLED1 (비교) 및 PLED2 (본 발명에 따름) 는 표준 방법들에 의해 특징 지어진다. 다음의 특성들이 여기서 측정된다: UIL 특징, 전기루미넌스 스펙트럼, 컬러 좌표들, 효율성, 동작 전압 및 수명. 이 결과들은 표 1 에 요약되고, 여기서 PLED1 은 종래 기술에 따른 비교로서 역할을 한다. 표 1 에서, Uon 은 턴-온 전압을 의미하고, U(100) 는 100 cd/m2 에서의 전압을 의미한다. 수명은 특정의 초기 시감 농도 (luminous density) 를 갖는 일정한 전류 밀도에서 측정되고, 초기 루미넌스가 절반으로 떨어지는 시간으로서 정의된다.
PLED2 에 있어서, 수명의 측정 동안 내측 Pt 전극들에는 네거티브 전압이 인가되고, 외측 Pt 전극들에는 포지티브 전압이 인가되며, 여기서 전압은 PLED 의 동작 전압과 동일하므로, O2 가 디바이스에서 펌핑 아웃된다.
| 최대 효율 [Cd/A] |
Uon [V] |
U (100 cd/m2) [V] |
CIE x | CIE y | 수명 [hrs] |
초기 루미넌스 [cd/m2] |
|
| PLED1 | 4.70 | 2.55 | 3.35 | 0.15 | 0.22 | 29 | 798 |
| PLED2 | 4.86 | 2.57 | 3.34 | 0.16 | 0.22 | 49 | 830 |
표 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 2 개의 PLED들은 매우 유사한 특성들을 보이는데, 여기서 PLED2 는 PLED1 보다 거의 1.7 배 긴 수명을 갖는다.
OLED들에서의 추가의 개선들 또는 최적화들은 진보성 없이 다양한 접근들에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 다른 방출 재료들, 다른 층 구조들 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서 설명된 바와 같은 산소 펌프의 사용은 또한, 다른 유기 전자 디바이스들, 예를 들어 OPV, OFET 등에 용이하게 적용될 수 있다.
Claims (14)
- 적어도 하나의 전자적 활성 재료, 상기 전자적 활성 재료를 내부에 인클로징하는 커버링, 및 산소 이온 펌프를 포함하고,
상기 산소 이온 펌프는 상기 커버링의 일체형 구성 요소이거나 상기 커버링의 내부 면에 설치되고,
상기 산소 이온 펌프는 산소 이온-전도성 재료의 2 개의 반대쪽 단부들에 캐소드 및 애노드를 포함하고,
상기 캐소드의 적어도 부분은 상기 커버링의 상기 내부를 향해 지향되고, 상기 애노드의 적어도 부분은 상기 커버링의 외부를 향해 지향되고,
상기 커버링은 기판, 실링 캡 및 접착제를 포함하고, 상기 접착제는 상기 기판 및 상기 실링 캡을 서로 실링하는, 전자 디바이스. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 산소 이온 펌프는 상기 접착제의 영역에 배치되는, 전자 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 산소 이온 펌프는 상기 기판 및/또는 상기 실링 캡 상의 적어도 영역들에서 층으로서 배치되는, 전자 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 산소 이온 펌프가 설치되는 상기 기판 및/또는 상기 실링 캡의 영역은 산소 투과성인, 전자 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 및/또는 상기 실링 캡은 유리, 세라믹, 폴리머 층 또는 플라스틱으로 이루어지는, 전자 디바이스. - 제 1 항 및 제 3항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산소 이온-전도성 재료는 고체-상태 전해질인, 전자 디바이스. - 제 7 항에 있어서,
상기 고체-상태 전해질은, 이트륨-안정화된 산화 지르코늄, 이테르븀-안정화된 산화 지르코늄, 칼슘-안정화된 산화 지르코늄, 세륨-안정화된 산화 지르코늄, 이테르븀-안정화된 산화 지르코늄, 스칸듐-안정화된 산화 지르코늄, 산화 티타늄, 산화 주석, 산화 아연 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 전자 디바이스. - 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐소드는 귀금속들의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 전자 디바이스. - 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자적 활성 재료는 산소 감응형 재료인, 전자 디바이스. - 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자적 활성 재료는 유기 전자 재료 또는 적어도 하나의 양자점을 포함하는 재료인, 전자 디바이스. - 제 11 항에 있어서,
상기 유기 전자 재료는 발광 재료인, 전자 디바이스. - 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산소 이온 펌프는 상기 전자 디바이스로부터 산소의 제거를 위해 사용되는, 전자 디바이스. - 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 디바이스는 유기 또는 폴리머 유기 전자발광 디바이스들 (OLED, PLED), 유기 전계효과 트랜지스터 (OFET) 들, 유기 집적 회로 (OIC) 들, 유기 박막 트랜지스터 (OTFT) 들, 유기 발광 트랜지스터 (OLET) 들, 유기 태양 전지 (OSC) 들, 유기 광학 검출기들, 유기 레이저 다이오드들 (O-lasers), 유기 전계-켄치 디바이스 (OFQD) 들, 발광 전기화학 셀 (LEC) 들, "유기 플라즈몬 방출 디바이스들" 및 유기 광전지 (POV) 소자들 또는 디바이스들, 및 유기 광수용기 (OPC) 들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 전자 디바이스.
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