KR20110133558A - 유기 전기 소자의 캡슐화 방법 및 유전체 층 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 전자 소자에서 캡슐화 장벽 및 유전체 층으로 사용하기에 적합한 방법 및 재료를 제공한다. 일 실시양태에서는, 예를 들면 규소-함유 결합 재료와 세라믹 재료의 교호하는 층을 포함하는 유전체 층을 가지는 전기발광 소자 또는 다른 전자 소자가 제공된다. 상기 방법은 예를 들면 증가된 안정성 및 보관-수명을 가지는 전자 소자를 제공한다. 본 발명은 예를 들면 미세전자 소자 분야에서 유용하다.
Description
[정부 지원의 공지]
본 발명은 부분적으로 승인 번호 DE-FC26-06NT42936호의 U.S. 에너지국으로부터의 보조금하 정부 지원에 의해 진행되었다. 따라서, 본 발명에 대해서는 정부가 소정의 권리를 가질 수 있다.
[기술 분야]
본 발명은 유기 전자 소자용의 캡슐화 층 및 유전체 층에 적합한 재료에 관한 것이다. 해당 방법에 의해 제조되는 유전체 층 및 캡슐화 층을 가지는 소자 또한 제공된다. 본 발명은 예를 들면 전자공학 분야에 효용이 있다.
다양한 적용분야에서 유기 전자 소자가 광범위하게 사용되고 있다. 이들은 소자 구성요소 중 1종 이상 (예를 들면 유전체 층, 전극 층 등)으로서의 유기 재료의 사용을 포함하는 광 방출 다이오드, 트랜지스터 및 광전압 전지와 같은 전기 소자들이다. 근년에, 유기 광 방출 다이오드 (OLED)와 같은 유기 전기발광 소자 (ELD)들은 상업적으로 중요해졌다. 유기 재료는 그의 가벼운 중량 및 낮은 비용으로 인하여 바람직하다. 불행하게도, 많은 유기 재료들이 금속성 재료에 비해 낮은 안정성 및 낮은 내구성을 가지고 있다.
유기 전자 소자는 통상적으로 2개의 전극을 사용하여 구성된다. ELD의 경우에는, 전기발광 재료가 양 전극과 전기적으로 접촉되어 전극들 사이의 전도 경로를 형성한다. 하나의 전극은 전자-주입 층(electron-injection layer)으로서 기능하는 반면, 다른 하나의 전극은 정공-주입 층(hole-injection layer)으로서 기능한다. 일부 ELD 구성요소 층들 배열에는, 유전체 층이 존재한다. 예를 들면, 유전체 층은 전극들 전체 또는 일부의 사이에 존재할 수 있다. 유전체 층은 트랜지스터 및 커패시터와 같은 다른 전자 소자의 중요한 구성요소 층이기도 하다.
유기 전기 소자 (OED)의 구성 및 작동에 있어서의 중요한 측면은 다양한 구성요소 층들이 수분 및 산소와 같은 환경상의 위험으로부터 보호되는 캡슐화 공정이다. 예를 들어, OLED의 경우에는, OLED 구성요소 층들 (예컨대 유기 재료 및 캐소드 재료)을 보호하는 데에 물리적 장벽이 필요할 수 있다. 그와 같은 장벽을 제조하기 위한 보편적인 방법은 상부 유리(top glass) (또는 다른 적합한 재료) 층을 에폭시 테두리를 사용하여 OLED 소자 상에, 그러나 보통 접촉하지는 않고, 물리적으로 적용하는 것을 포함한다. 상기 유리는 그의 에폭시 테두리와 함께, 오래 지속되는 OLED 사용에 요구되는 필수적인 환경상의 보호를 제공한다. 그러나, 이와 같은 방법은 에폭시 테두리에 의한 산소/수분 투과성 문제, 제조상의 어려움, 및 유리 상부 층의 불요성을 포함하여, 수많은 한계를 가지고 있다.
근년에, 더 저렴하고 더 빠르며 더욱 효과적인 OED, 특히 OLED의 캡슐화 방법을 개발하기 위한 시도들이 이루어진 바 있다. "직접 박막(direct thin-film)" 캡슐화로 알려져 있는 한 가지 방법에서는, 유기 재료와 장벽 층의 교호 반복되는 층들이 사용된다. 통상적인 유기 재료는 아크릴레이트 등인 반면, 통상적인 장벽 층은 스퍼터링된 금속, 금속-산화물 또는 유전체 층을 포함한다.
직접 박막 캡슐화법의 문제점들 중 한 가지는 장벽 층이 그의 표면에 점 결함 (즉 핀 홀(pin hole))을 포함하는 경우에 발생한다. 그와 같은 결함은 장벽 층의 유용성을 심각하게 감소시키는데, 그것이 장벽 층을 횡단할 수 있는 유해 오염물질의 양을 증가시키기 때문이다. 이와 같은 문제점에 대한 한 가지 해결책은 장벽을 완전히 관통하여 연장되는 결함을 제거하기 위하여 장벽 층의 두께를 증가시키는 것이다. 불행하게도, 더 두꺼운 장벽 층은 소자의 중량 및 비용을 증가시키고, 캡슐의 투명성 및 가요성을 감소시킨다.
또한, 직접 박막 캡슐화는 소정 유형의 ELD에 대하여 추가의 결점을 가진다. 예를 들어, U.S. 특허 제6,800,722호 및 6,593,687호에 기술되어 있는 것들과 같은 일부 OLED에서는, 캐소드, 유전체 및 애노드 층이 기판 상에 침착되어 OLED 적층체를 형성한다. 각 층들을 부분적으로 또는 완전히 관통하여 연장되는 공동(cavity)이 생성되며, 광 방출 중합체 (LEP) 층이 OLED 적층체 상에 침착된다. 공동 내에서는, LEP가 애노드 및 캐소드 층과 접촉된다. 광 방출은 전자 및 정공이 LEP, 및 애노드와 캐소드 층 사이로 유통됨에 따라, 공동 영역에서 발생된다. 그와 같은 소자에서, LEP 층은 OLED 적층체의 최외곽 (즉, 기판으로부터 가장 먼) 층을 형성한다. 따라서, LEP 층은 화학적 또는 물리적 침착법에 의해 장벽 층을 침착시키는 것을 포함하는 캡슐화 방법에 노출되고, 그에 의해 잠재적으로 손상된다. 예를 들면, LEP 층은 금속 스퍼터링, 화학적 증착, 또는 용액 침착법에 의해 캡슐화 층이 침착될 때, 반응성 종 또는 용매에 의해 손상될 수 있다.
층상 전자 소자가 가지는 다른 문제점은 유전체 층의 파손 또는 누출로써, 이것은 전극들 사이 또는 일 전극으로부터의 바닥으로의 원치 않는 전류의 흐름을 초래한다. 통상적으로, 그와 같은 파손 또는 누출은 유전체 층의 결함으로 인하여 발생한다. 결함에는 유전체 층이 침착 및/또는 경화될 때 형성될 수 있는 균열 또는 핀홀이 포함된다. 그와 같은 어려움을 극복하기 위한 통상적인 방법은 보통 유전체 층의 두께를 증가시키는 것을 포함한다. 이와 같은 접근법은 더 얇은 유전체 층을 필요로 하는 적용분야에 특히 바람직하지 않다.
상기언급된 결점들을 극복함은 물론, 일반적으로는 ELD와 같은 OED를 효과적으로 제조 및 보호하기 위한 새로운 방법 및 재료를 개발할 필요성이 업계에 잔존하고 있다. 이상적인 캡슐화 방법 및 재료라면, 용이하게 입수가능하거나 용이하게 제조되는 재료를 활용하거나, 공정 단계의 수를 최소화하거나, 및/또는 고도로 재현성인 결과를 제공하고, OED 구성요소를 손상시키지 않으면서도 효과적인 장벽 층을 제공하게 될 것이다. 마찬가지로, 유전체 층을 형성하기 위한 이상적인 재료 및 방법이라면, 용이하게 입수가능한 재료를 이용하여 최소한의 결함을 가지는 얇은 유전체 층을 제조할 수 있을 것이다.
[발명의 개요]
본 발명은 유기 전자 소자의 캡슐화 방법 및 재료를 제공하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 또한 층상 전자 소자에서의 유전체 층의 제조 방법 및 재료를 제공하는 것에 관한 것이다.
일 측면에서는, (i) 장벽 재료를 직접적으로 또는 간접적으로 기판 상에 침착시킴으로써 장벽 층을 형성시키는 것 (여기서, 장벽 재료는 세라믹 재료임); (ii) 장벽 층을 산화시켜 노출된 관능기를 제공하는 것; (iii) 장벽 층 상에 결합 재료의 층을 침착시킴으로써 결합 층을 형성시키는 것 (여기서, 결합 재료는 규소-함유 재료이며 장벽 층의 관능기와 반응할 수 있는 관능기를 포함함); (iv) 임의로 결합 층을 산화시켜 노출된 관능기를 제공하는 것; 및 (v) 임의로 (i), (ii), (iii) 및 (iv)를 반복함으로써 추가의 장벽 층 및 결합 층의 하나 이상의 쌍을 형성시키는 것을 포함하는 전자 소자에서의 유전체 층의 형성 방법이 제공된다.
또 다른 측면에서는, 기판 상에 배치된 다수의 구성요소 층들, 및 장벽 재료 및 가교-결합 재료의 층들의 적어도 제1 쌍을 포함하는 유전체 층을 포함하는 전자 소자가 제공된다 (여기서, 장벽 재료는 세라믹 재료이며, 가교-결합 재료는 규소-함유 중합체임).
또 다른 측면에서는, (a) 기판을 제공하고, 그 위에 전자 소자를 침착시키는 것; (b) 장벽 재료를 직접적으로 또는 간접적으로 전자 소자 상에 침착시킴으로써 장벽 층을 형성시키는 것 (여기서, 장벽 재료는 세라믹 재료임); (c) 장벽 층을 산화시켜 노출된 관능기를 제공하는 것; (d) 장벽 층 상에 결합 재료의 층을 침착시킴으로써 결합 층을 형성시키는 것 (여기서, 결합 재료는 규소-함유 재료이며 장벽 층의 관능기와 반응할 수 있는 관능기를 포함함); (e) 임의로 결합 층을 산화시켜 노출된 관능기를 제공하는 것; 및 (f) 임의로 (b), (c), (d) 및 (e)를 반복함으로써 추가의 장벽 층 및 결합 층의 하나 이상의 쌍을 형성시키는 것을 포함하는 전자 소자의 캡슐화 방법이 제공된다.
또 다른 측면에서는, 기판 상에 배치된 다수의 구성요소 층들을 포함하는 전자 소자; 및 장벽 재료 및 가교-결합 재료의 층들의 제1 쌍을 포함하는 캡슐화 부분 (여기서, 장벽 재료는 세라믹 재료이며, 가교-결합 재료는 규소-함유 중합체임)을 포함하는 캡슐화된 전자 소자가 제공된다.
본 발명의 다른 측면들은 청구항 및 실시예를 포함한 하기의 상세한 설명에서 드러날 것이다.
도 1a - 도 1g는 본 발명에 따른 캡슐화 및 유전체 층의 방법 및 재료를 사용하기에 적합한 대표적인 유기 전기 소자를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 캡슐화 및 유전체 층의 방법 및 재료를 사용하기에 적합한 유기 전기 소자를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 캡슐화 및 유전체 층의 방법 및 재료를 사용하기에 적합한 유기 전기 소자를 도시한다.
본 발명을 상세하게 기술하기에 앞서, 다르게 표시되지 않는 한, 본원에서 기술되는 어떠한 특정 소자, 구조, 재료, 또는 제조 방법으로도 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 그 자체로 변화될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 사용되는 용어가 특정 실시양태를 기술하기 위한 것일 뿐, 제한하고자 하는 것은 아니라는 것 역시 이해되어야 한다. 본원에서 제공되는 정의가 상호 배제적인 것을 의미하지는 않는다. 예를 들면, 일부 화학 기들은 1개를 초과하는 정의에 부합할 수 있다는 것을 알고 있을 것이다.
본원에서 사용될 때의 "알킬"이라는 용어는 필수적인 것은 아니지만 통상적으로 1 내지 약 24개의 탄소 원자를 함유하는 분지형 또는 비분지형의 포화 탄화수소 기, 예컨대 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, t-부틸, 옥틸, 데실 등은 물론, 시클로알킬 기 예컨대 시클로펜틸, 시클로헥실 등을 지칭한다. 역시 필수적인 것은 아니지만 일반적으로, 본원에서의 알킬 기는 1 내지 약 18개의 탄소 원자를 함유할 수 있어서, 해당 기가 1 내지 약 12개의 탄소 원자를 함유할 수도 있다. "저급 알킬"이라는 용어는 탄소 원자 1 내지 6개의 알킬 기를 의미한다. "치환된 알킬"은 1개 이상의 치환체 기에 의해 치환된 알킬을 지칭하며, "헤테로원자-함유 알킬" 및 "헤테로알킬"이라는 용어는 1개 이상의 탄소 원자가 하기에 더욱 상세하게 기술되어 있는 바와 같은 헤테로원자에 의해 치환되어 있는 알킬 치환체를 지칭한다. 다르게 표시되지 않는 경우, "알킬" 및 "저급 알킬"이라는 용어에는 선형, 분지형, 시클릭, 비치환, 치환, 및/또는 헤테로원자-함유 알킬 또는 저급 알킬이 각각 포함된다.
본원에서 사용될 때의 "알케닐"이라는 용어는 1개 이상의 이중 결합을 함유하는 탄소 원자 2 내지 약 24개의 선형, 분지형 또는 시클릭 탄화수소 기, 예컨대 에테닐, n-프로페닐, 이소프로페닐, n-부테닐, 이소부테닐, 옥테닐, 데세닐, 테트라데세닐, 헥사데세닐, 에이코세닐, 테트라코세닐 등을 지칭한다. 역시 필수적인 것은 아니지만 일반적으로, 본원에서의 알케닐 기는 2 내지 약 18개의 탄소 원자를 함유할 수 있어서, 예를 들면 2 내지 12개의 탄소 원자를 함유할 수 있다. "저급 알케닐"이라는 용어는 탄소 원자 2 내지 6개의 알케닐 기를 의미한다. "치환된 알케닐"이라는 용어는 1개 이상의 치환체 기에 의해 치환된 알케닐을 지칭하며, "헤테로원자-함유 알케닐" 및 "헤테로알케닐"이라는 용어는 1개 이상의 탄소 원자가 헤테로원자에 의해 치환되어 있는 알케닐을 지칭한다. 다르게 표시되지 않는 경우, "알케닐" 및 "저급 알케닐"이라는 용어에는 선형, 분지형, 시클릭, 비치환, 치환, 및/또는 헤테로원자-함유 알케닐 및 저급 알케닐이 각각 포함된다.
본원에서 사용될 때의 "알키닐"이라는 용어는 1개 이상의 삼중 결합을 함유하는 탄소 원자 2 내지 24개의 선형 또는 분지형 탄화수소 기, 예컨대 에티닐, n-프로피닐 등을 지칭한다. 역시 필수적인 것은 아니지만 일반적으로, 본원에서의 알키닐 기는 2 내지 약 18개의 탄소 원자를 함유할 수 있어서, 해당 기가 2 내지 12개의 탄소 원자를 함유할 수도 있다. "저급 알키닐"이라는 용어는 탄소 원자 2 내지 6개의 알키닐 기를 의미한다. "치환된 알키닐"이라는 용어는 1개 이상의 치환체 기에 의해 치환된 알키닐을 지칭하며, "헤테로원자-함유 알키닐" 및 "헤테로알키닐"이라는 용어는 1개 이상의 탄소 원자가 헤테로원자에 의해 치환되어 있는 알키닐을 지칭한다. 다르게 표시되지 않는 경우, "알키닐" 및 "저급 알키닐"이라는 용어에는 선형, 분지형, 비치환, 치환, 및/또는 헤테로원자-함유 알키닐 및 저급 알키닐이 각각 포함된다.
다르게 표시되지 않는 경우, "불포화 알킬"이라는 용어에는 알케닐 및 알키닐은 물론, 이들의 조합이 포함된다.
본원에서 사용될 때의 "알콕시"라는 용어는 단일의 말단 에테르 연결을 통하여 결합된 알킬 기를 의미하는데; 다시 말하자면 "알콕시" 기는 -O-알킬로 표현될 수 있으며, 여기서 알킬은 상기 정의된 바와 같다. "저급 알콕시" 기는 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 알콕시 기를 의미하며, 여기에는 예를 들면 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, t-부톡시 등이 포함된다. 본원에서 "C1-C6 알콕시" 또는 "저급 알콕시"로 표시되는 치환체는 예를 들면 1 내지 3개의 탄소 원자를 함유할 수도 있으며, 다른 예로서, 그와 같은 치환체는 1 또는 2개의 탄소 원자를 함유할 수도 있다 (즉, 메톡시 및 에톡시).
본원에서 사용될 때의 "아릴"이라는 용어는 다르게 특정되지 않는 한, 필수적인 것은 아니지만 일반적으로 5 내지 30개의 탄소 원자를 함유하며, 단일 방향족 고리, 또는 서로 융합되어 있거나, 직접 연결되어 있거나, 또는 간접적으로 연결되어 있는 (서로 다른 방향족 고리들이 메틸렌 또는 에틸렌 잔기와 같은 공통 기에 결합되어 있음) 다수의 방향족 고리 (예컨대 1 내지 3개의 고리)를 함유하는 방향족 치환체를 지칭한다. 아릴 기는 예를 들면 5 내지 20개의 탄소 원자를 함유할 수 있으며, 다른 예로서, 아릴 기는 5 내지 12개의 탄소 원자를 함유할 수도 있다. 예를 들면, 아릴 기는 1개의 방향족 고리, 또는 2개의 융합되거나 연결된 방향족 고리, 예컨대 페닐, 나프틸, 비페닐, 디페닐에테르, 디페닐아민, 벤조페놀 등을 함유할 수 있다. "치환된 아릴"은 1개 이상의 치환체 기에 의해 치환된 아릴 잔기를 지칭하며, "헤테로원자-함유 아릴" 및 "헤테로아릴"이라는 용어는 1개 이상의 탄소 원자가 하기에 더욱 상세하게 기술될 헤테로원자에 의해 치환되어 있는 아릴 치환체를 지칭한다. 다르게 표시되지 않는 경우, "아릴"이라는 용어에는 비치환, 치환, 및/또는 헤테로원자-함유 아릴 치환체가 포함된다.
"아랄킬"이라는 용어는 아릴 치환체를 가지는 알킬 기를 지칭하며, "알카릴"이라는 용어는 알킬 치환체를 가지는 아릴 기를 지칭하고, 여기서 "알킬" 및 "아릴"은 상기 정의된 바와 같다. 일반적으로, 본원에서의 아랄킬 및 알카릴 기는 6 내지 30개의 탄소 원자를 함유한다. 아랄킬 및 알카릴 기는 예를 들면 6 내지 20개의 탄소 원자를 함유할 수도 있으며, 다른 예로서, 해당 기가 6 내지 12개의 탄소 원자를 함유할 수도 있다.
"올레핀계 기"라는 용어는 탄소 원자 2 내지 12개의 모노-불포화 또는 디-불포화 탄화수소 기를 의미한다. 본원에서, 이와 같은 류에 속하는 바람직한 올레핀계 기는 종종 "저급 올레핀계 기"로 지칭되는데, 단일 말단 이중 결합을 함유하는 탄소 원자 2 내지 6개의 탄화수소 잔기를 의미한다. 후자의 잔기는 "저급 알케닐"로 지칭될 수도 있다.
본원에서 사용될 때의 "알킬렌"이라는 용어는 1 내지 24개의 탄소 원자를 함유하는 2관능성의 포화 분지형 또는 비분지형 탄화수소 사슬을 지칭한다. "저급 알킬렌"은 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 알킬렌 연결을 지칭하며, 여기에는 예를 들면 메틸렌 (-CH2-), 에틸렌 (-CH2CH2-), 프로필렌 (-CH2CH2CH2-), 2-메틸프로필렌 (-CH2-CH(CH3)-CH2-), 헥실렌 (-(CH2)6-) 등이 포함된다.
본원에서 "아미노"라는 용어는 -NZ1Z2 기를 지칭하는데에 사용되는데, 여기서 Z1 및 Z2는 수소 또는 비수소 치환체이며, 비수소 치환체에는 예를 들면 알킬, 아릴, 알케닐, 아랄킬, 및 그의 치환 및/또는 헤테로원자-함유 변종이 포함된다.
"헤테로원자-함유 알킬 기" ("헤테로알킬" 기로도 지칭됨) 또는 "헤테로원자-함유 아릴 기" ("헤테로아릴 기로도 지칭됨)에서와 같은 "헤테로원자-함유"라는 용어는 1개 이상의 탄소 원자가 탄소가 아닌 다른 원자, 예를 들면 질소, 산소, 황, 인 또는 규소, 통상적으로는 질소, 산소 또는 황에 의해 치환되어 있는 분자, 연결 또는 치환체를 지칭한다. 마찬가지로, "헤테로알킬"이라는 용어는 헤테로원자-함유 상태인 알킬 치환체를 지칭하며, "헤테로시클릭"이라는 용어는 헤테로원자-함유 상태인 시클릭 치환체를 지칭하고, "헤테로아릴" 및 "헤테로방향족"이라는 용어는 각각 헤테로원자-함유 상태인 "아릴" 및 "방향족" 치환체를 지칭하는 등이다. 헤테로알킬 기의 예에는 알콕시아릴, 알킬술파닐-치환된 알킬, N-알킬화 아미노 알킬 등이 포함된다. 헤테로아릴 치환체의 예에는 피롤릴, 피롤리디닐, 피리디닐, 퀴놀리닐, 인돌릴, 퓨릴, 피리미디닐, 이미다졸릴, 1,2,4-트리아졸릴, 테트라졸릴 등이 포함되며, 헤테로원자-함유 지환족 기의 예는 피롤리디노, 모르폴리노, 피페라지노, 피페리디노, 테트라히드로퓨라닐 등이다.
"히드로카르빌"은 알킬 기, 알케닐 기, 아릴 기 등과 같은 선형, 분지형, 시클릭의 포화 및 불포화 종들을 포함하여, 1 내지 약 24개의 탄소 원자, 또한 1 내지 약 18개의 탄소 원자, 또한 약 1 내지 12개의 탄소 원자를 포함한 1 내지 약 30개의 탄소 원자를 함유하는 1가의 히드로카르빌 라디칼을 지칭한다. "치환된 히드로카르빌"은 1개 이상의 치환체 기에 의해 치환된 히드로카르빌을 지칭하며, "헤테로원자-함유 히드로카르빌"이라는 용어는 1개 이상의 탄소 원자가 헤테로원자에 의해 치환된 히드로카르빌을 지칭한다. 다르게 표시되지 않는 한, "히드로카르빌"이라는 용어에는 비치환, 치환, 헤테로원자-함유, 및 치환된 헤테로원자-함유 히드로카르빌 잔기가 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
"할로" 또는 "할로겐"은 플루오로, 클로로, 브로모 또는 요오도를 지칭하며, 보통 유기 화합물에서의 수소 원자에 대한 할로 치환과 관련된다. 할로들 중, 클로로 및 플루오로가 일반적으로 바람직하다.
상기언급된 정의들 중 일부에서 언급될 때의 "치환된 히드로카르빌", "치환된 알킬", "치환된 아릴" 등에서와 같은 "치환된"은 히드로카르빌, 알킬, 아릴, 또는 다른 잔기에서, 탄소 (또는 다른) 원자에 결합되어 있는 1개 이상의 수소 원자가 1개 이상의 비-수소 치환체에 의해 치환되어 있다는 것을 의미한다. 그와 같은 치환체의 예에는 비제한적으로 하기가 포함된다: 관능기 예컨대 할로, 히드록실, 술프히드릴, C1-C24 알콕시, C2-C24 알케닐옥시, C2-C24 알키닐옥시, C5-C20 아릴옥시, 아실 (C2-C24 알킬카르보닐 (-CO-알킬) 및 C6-C20 아릴카르보닐 (-CO-아릴) 포함), 아실옥시 (-O-아실), C2-C24 알콕시카르보닐 (-(CO)-O-알킬), C6-C20 아릴옥시카르보닐 (-(CO)-O-아릴), 할로카르보닐 (-(CO)-X (여기서, X는 할로임)), C2-C24 알킬카르보네이토 (-O-(CO)-O-알킬), C6-C20 아릴카르보네이토 (-O-(CO)-O-아릴), 카르복시 (-COOOH), 카르복실레이토 (-COO-), 카르바모일 (-(CO)-NH2), 일-치환된 C1-C24 알킬카르바모일 (-(CO)-NH(C1-C24 알킬)), 이-치환된 알킬카르바모일 (-(CO)-N(C1-C24 알킬)2), 일-치환된 아릴카르바모일 (-(CO)-NH-아릴), 티오카르바모일(-(CS)-NH2), 카르브아미도 (-NH-(CO)-NH2), 시아노 (-C≡N), 이소시아노 (-N+≡C-), 시아네이토 (-O-C≡N), 이소시아네이트 (-O-N+≡C-), 이소티오시아네이토 (-S-C≡N), 아지도 (-N=N+=N-), 포르밀 (-(CO)-H), 티오포르밀 (-(CS)-H), 아미노 (-NH2), 모노- 및 디-(C1-C24 알킬)-치환된 아미노, 모노- 및 디-(C5-C20 아릴)-치환된 아미노, C2-C24 알킬아미도 (-NH-(CO)-알킬), C5-C20 아릴아미도 (-NH-(CO)-아릴), 이미노 (-CR=NH (여기서, R = 수소, C1-C24 알킬, C5-C20 아릴, C6-C20 알카릴, C6-C20 아랄킬 등임)), 알킬이미노 (-CR=N(알킬) (여기서, R = 수소, 알킬, 아릴, 알카릴 등임)), 아릴이미노 (-CR=N(아릴) (여기서, R = 수소, 알킬, 아릴, 알카릴 등임)), 니트로 (-NO2), 니트로소 (-NO), 술포 (-SO2-OH), 술포네이토 (-SO2-O-), C1-C24 알킬술파닐 (-S-알킬; "알킬티오"로도 지칭됨), 아릴술파닐 (-S-아릴; "아릴티오"로도 지칭됨), C1-C24 알킬술피닐 (-(SO)-알킬), C5-C20 아릴술피닐 (-(SO)-아릴), C1-C24 알킬술포닐 (-SO2-알킬), C5-C20 아릴술포닐 (-SO2-아릴), 포스포노 (-P(O)(OH)2), 포스포네이토 (-P(O)(O-)2), 포스피네이토 (-P(O)(O-)), 포스포 (-PO2), 및 포스피노 (-PH2), 모노- 및 디-(C1-C24 알킬)-치환된 포스피노, 모노- 및 디-(C5-C20 아릴)-치환된 포스피노; 및 히드로카르빌 잔기 C1-C24 알킬 (C1-C18 알킬, 또한 C1-C12 알킬, 또한 C1-C6 알킬 포함), C2-C24 알케닐 (C2-C18 알케닐, 또한 C2-C12 알케닐, 또한 C2-C6 알케닐 포함), C2-C24 알키닐 (C2-C18 알키닐, 또한 C2-C12 알키닐, 또한 C2-C6 알키닐 포함), C5-C30 아릴 (C5-C20 아릴, 또한 C5-C12 아릴 포함), 및 C6-C30 아랄킬 (C6-C20 아랄킬, 또한 C6-C12 아랄킬 포함). 또한, 특정 기가 허용하는 경우, 상기언급된 관능기들은 1개 이상의 추가의 관능기, 또는 1개 이상의 히드로카르빌 잔기 예컨대 상기에 구체적으로 열거되어 있는 것들에 의해 추가 치환될 수 있다. 마찬가지로, 상기-언급된 히드로카르빌 잔기들은 1개 이상의 관능기, 또는 추가의 히드로카르빌 잔기 예컨대 구체적으로 열거되어 있는 것들에 의해 추가 치환될 수 있다.
"치환된"이라는 용어가 가능한 치환되는 기의 목록 앞에 나오는 경우에는, 상기 용어가 해당 군의 모든 구성원에 적용된다는 것을 의미한다. 예를 들어, "치환된 알킬 및 아릴"이라는 구는 "치환된 알킬 및 치환된 아릴"로 해석되어야 한다.
다르게 특정되지 않는 한, 원자에 대한 언급은 그 원자의 동위원소들을 포함하여 의미하는 것이다. 예를 들면, H에 대한 언급은 1H, 2H (즉, D) 및 3H (즉, T)를 포함하여 의미하는 것이며, C에 대한 언급은 12C 및 탄소의 모든 이성질체들 (예컨대 13C)을 포함하여 의미하는 것이다.
본 발명의 방법 및 재료는 캡슐화된 유기 전기 소자 (OED) 예컨대 유기 전기발광 소자를 제조하는 데에 적합하다. 본 발명의 캡슐화 방법 및 재료는 환경 중 반응성 화학물질에의 노출로 인한 분해에 대항하여 OED의 안정성을 증가시키는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 캡슐화 방법을 사용하면, 다른 캡슐화 방법을 사용하는 OED에 비해 다양한 환경 조건하에서 더 긴 보관 수명을 가지는 OED가 제조될 수 있다. 다르게는 또는 더하여, 본 발명의 캡슐화 방법은 유리 판 및 에폭시 캡슐화법과 관련된 소정의 결점들에 해당되지 않는다. 예를 들면 일부 실시양태에서, 본 발명의 캡슐화 OED는 통상적인 캡슐화 방법을 사용하는 OED에 비해 더 가요성이거나, 중량이 더 가볍거나, 및/또는 환경 독소에 대하여 더 내성이다.
또한, 본 발명의 방법 및 재료는 OED의 유전체 층을 제조하는 데에 적합하다. 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따라 제조되는 유전체 층은 유사한 두께의 통상적인 유전체 층에 비해 더 적은 결점을 가진다. 그와 같은 유전체 층은 어떠한 주어진 두께에 있어서도 향상된 소자 성능을 가지는 OED의 제조를 가능케 한다. 본 발명에 따른 유전체 층은 어떠한 형태상에도 침착될 수 있다.
다양한 구조의 유기 전자 소자들이 본 발명의 캡슐화 방법과 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 전기발광 소자, 광전압 소자, 및 트랜지스터 소자가 본 발명의 영역에 속한다. 일부 바람직한 OED들이 2008년 8월 25일자 PCT/US2008/010075호, 2008년 1월 24일자 PCT/US2008/001025호, 2007년 8월 23일자 US 가출원 제60/957,481호, 2007년 9월 11일자 US 출원 제11/900,478호, 및 2003년 7월 15일자 US 특허 제6,593,687호에 제공되어 있다. 거기에 개시되어 있는 OED와 관련된 상기 참고문헌들 각각의 개시내용은 본원에 참조로써 개재된다.
본 발명의 방법을 사용한 유전체 층의 캡슐화 및/또는 도입에 적합한 OED는 유기 광 방출 다이오드 (OLED) (본원에서 사용될 때, 다르게 특정되지 않는 한, OLED라는 용어에는 중합체 광 방출 다이오드 (PLED)가 포함됨)와 같은 전기발광 소자일 수 있다. 통상적인 OLED 소자는 중간 층에 의해 분리된 2개의 전극을 포함한다. 전극들 중 1개는 기판으로서 기능할 수 있으며, 그에 따라 다른 층들이 그 위에 배치되는 구조적 요소와 OLED의 기능적 요소 모두로 작용한다. 이것은 전극이 산화 인듐 주석과 같은 투명 전도성 재료로 제조되는 경우에 특히 적합하다. 다르게는, 전극과 별개의 구성요소인 기판이 사용될 수 있다. 상기 2개의 전극은 개별적으로 전자 주입 전극 또는 정공 주입 전극 중 어느 것으로서 기능한다. 본원에서 그들은 애노드 및 캐소드로 지칭될 수도 있다. 또한, 본원에서 전극은 상부 전극 및 저부 전극으로 지칭될 수 있는데, 정공 주입 층이 기판에 가장 가깝도록, 또는 전자 주입 층이 기판에 가장 가깝도록, 본원에서 기술되는 OED가 구성될 수 있기 때문이다. 다른 말로 하면, 기판과 관련한 전극의 배열은 호환될 수 있다. 따라서, 본원에서 제공되는 예는 그것이 1종의 특정 배향만을 나타내는 (예컨대 애노드가 기판에 가장 가까움) 것으로 제한되는 것을 의미하는 것이 아니라, 대신 단순히 설명을 목적으로 제공된다는 것을 알 수 있을 것이다.
일부 실시양태에서, 상기 중간 층은 전기발광 재료를 포함하는 전기발광 층이다. 예를 들면, 도 1a가 OLED 소자의 실례를 제공한다. 도 1a에서, 기판 (10)은 저부 전극 (20)에 의해 피복되어 있다. 전기발광 재료가 전기발광 층 (40)을 형성하여, 저부 전극 (20) 상에 배치된다. 상기 전기발광 층 (40)은 저부 전극 (20)에 공유 결합될 수도 있으나, 바람직한 실시양태에서는 결합이 반 데르 발스 힘을 통한다. 상부 전극 (50)은 전기발광 층 (40)과 접촉되어 있다. 필수적인 것은 아니지만 통상적으로, 여러 구성요소 층들 (즉, 애노드, EL 재료, 및 캐소드)은 기판 전체에 걸쳐 두께 및 조성이 실질적으로 균일하다.
다른 실시양태에서, 중간 층은 유전체 재료를 포함하는 유전체 층이며, 별도의 전기발광 층 역시 존재한다. 그와 같은 실시양태의 예는 다수의 공동이 1개 이상의 전극 및 유전체 층을 관통하여 연장되는 공동 유기 광 발광 다이오드 (COLED)와 같은 공동 ELD이다. 도 1b, 1c, 1d 및 1e가 COLED 소자 구조의 예를 제공한다. 이들 및 기타 OED들의 유전체 층은 통상적인 방법 (예컨대 회전 코팅 등)에 따라 통상적인 재료를 사용하여 제조될 수 있거나, 또는 본원에서 개시되는 교호 장벽/결합 층에 따라 제조될 수 있다.
도 1b에서, 소자 (100)은 기판 (10) 상의 층상 구조로 구성되며, 층상 구조를 관통하여 연장되는 공동 (11)을 가지고 있다. 상기 층상 구조는 저부 전극 층 (20), 유전체 층 (35), 및 상부 전극 층 (50)을 포함하며, 여기서 유전체 층은 저부와 상부 전극 층 사이에 개재되어 있다. 공동 (11)은 개구부 (12)로부터 층상 구조를 전체적으로 관통하여 연장되며, 기판 (10)에서 종료된다. 공동 (11)의 단면은 예를 들면 원형, 사각형, 삼각형의 형상, 또는 다른 형상일 수 있거나, 또는 공동이 특별한 형상을 가지지 않을 수도 있다. 공동 (11)은 약 0.1 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛ 범위, 또는 약 0.3 ㎛ 내지 약 2.0 ㎛ 사이의 직경을 가질 수 있다. 전기발광 재료 (40)은 내부 공동 표면 안에서 소자의 각 층과 접촉하는 것으로 표시되어 있다. 내부 공동 각 영역과의 등각 접촉이 바람직하다. 그러나 최소한, 전기발광 재료 (40)은 양 전극과의 전기적 접촉을 제공함으로써 그들 사이에 전도성 경로를 형성해야 한다.
공동-방출 ELD의 다른 실시양태를 도 1c에 나타내었는데, 여기에서는 전기발광 재료 (40)이 공동을 완전히 채우고, 더하여 전극 (50)을 코팅하고 있다.
공동-방출 ELD 구조의 또 다른 예를 도 1d에 나타내었다. 소자 (200)은 기판 (10) 상의 층상 구조로 구성되며, 층상 구조의 일부를 관통하여 연장되는 공동 (11)을 가지고 있다. 층상 구조는 저부 전극 층 (20), 유전체 층 (35), 상부 전극 층 (50), 및 전기발광 재료 층 (40)을 포함한다. 공동 (11)을 통하여 전자가 유도되도록, 유전체 층은 저부 전극과 전기발광 재료 사이에 개재되어 있다.
공동-방출 ELD 구조의 또 다른 예를 도 1e에 나타내었다. 소자 (210)은 기판 (10) 상의 층상 구조로서, 상부 전극 (50) 및 유전체 층 (35)를 관통하여 연장되는 공동 (11)을 가진다. 공동 (11)은 저부 전극 (20)에서 종료된다. 전기발광 재료는 공동 (11)을 채우고, 저부 전극 (20) 및 상부 전극 (50) 모두와 접촉하는 전기발광 층 (40)을 형성한다. 도 1e의 COLED 소자는 공동이 저부 전극을 관통하여 연장되지 않는다는 것 이외에는 도 1c의 것과 유사하다. 그와 같은 COLED 소자 (즉, 공동이 저부 전극을 관통하여 연장되지 않는 경우)가 도 1b 및 1d에 나타낸 배열을 사용하여 구성될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
공동-방출 ELD 구조의 또 다른 예를 도 1f에 나타내었다. 소자 (220)은 기판 (10), 및 그 위에 배치되어 있는 저부 전극 (20)을 포함한다. 저부 전극 (20)은 투명 재료 (예를 들자면, ITO 또는 IZO)로 형성되며, 기판 (10) 역시 투명 재료 (예컨대 유기 중합체 또는 이산화 규소)로 형성된다. 유전체 층 (35), 전기발광 층 (40), 및 상부 전극 (50)은 물론, 공동 (11)이 존재한다. 도 1f에 나타낸 소자에서, 공동 (11)은 투명 저부 전극 층 (20)을 관통하여 연장된다. 대안적인 소자 (230)을 도 1g에 나타내었는데, 여기에서는 공동 (11)이 저부 투명 전극 층 (20)을 관통하여 연장되지 않는다. 별도의 기판은 선택사항인데 (따라서, 도 1g에는 나타내지 않음), 저부 투명 전극 층 (20)이 전극 층의 구조적 안정성을 손상시키게 되는 공동을 포함하지 않기 때문이다.
본원에서 기술되는 것들과 같은 COLED 소자가 소자 전체에 걸쳐 다수의 공동들 (즉, 그들의 배열)을 가질 것임을 알 수 있을 것이다.
상기한 OLED 소자들에서, 전자-주입 전극은 임의로 공동-계류중인 2008년 8월 25일자 PCT 출원 제PCT/US2008/010075호에 기술되어 있는 바와 같이, 전자-수용 잔기 및 규소-함유 접착 재료 (도면에는 나타내지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전자-주입 전극의 표면은 산소 연결을 통하여 히드록시-관능화 실록산 재료 (예컨대 하기에 더욱 상세하게 기술되어 있는 실록산 재료)에 공유 결합되고, 또한 전자-수용 잔기에 공유 결합될 수 있다. 적합한 전자-수용 잔기에는 예를 들면 금속 디케토네이트 (예컨대 리튬, 바륨, 베릴륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 세슘 아세틸아세토네이트, 스트론튬, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 또는 은 아세틸아세토네이트, 또는 이들의 조합)를 포함하는 것들, 또는 폴리시클릭 잔기 (예컨대 비치환되거나, 또는 1개 이상의 전자-견인 치환체 예컨대 할로 또는 니트로에 의해 치환된 프탈산 무수물, 1,8-나프탈산 무수물, 프탈산, 1,8-나프탈산, 또는 이들의 질소-유사체, 예컨대 프탈이미드)를 포함한 헤테로원자-함유 방향족 잔기가 포함된다. 상기 규소-함유 접착제 및 전자-수용 잔기는 전자가 전자-주입 전극으로부터 전기발광 재료로 이동할 때 더욱 효율적인 에너지의 전달을 제공하는 중간 층을 형성한다.
상기 OED는 유기 트랜지스터일 수도 있다. 그와 같은 소자에는 예를 들면 도 2에 나타낸 소자 (300)과 같은 유기 박막 트랜지스터 (TFT)가 포함된다. 도 2에서는, 게이트 전극 (21)이 기판 (10) 상에 배치되어 있으며, 유전체 층 (35)로 피복되어 있다. 소스 전극 (22) 및 드레인 전극 (23)이 유전체 (35) 상에 배치되어 있으며, 활성 층 (60) (펜타센, 올리고티오펜, 또는 폴리티오펜과 같은 반도체 재료를 포함함)이 전극들 사이의 전류 경로를 형성한다. 상기 OED는 유기 광전압 소자일 수도 있다.
본원에서 사용될 때, "OED", "소자" 등의 용어는 해당 소자와 관련하여 상기한 기판 및 소자 구성요소들을 지칭한다. 통상적으로, 그와 같은 소자 구성요소에는 도 1a-1g 및 도 2에 나타낸 층들이 포함된다.
도 1a - 1g 및 도 2에 나타낸 유전체 층이 본 발명의 방법에 따라 (즉, 보호 층이 있거나 없이, 교호하는 장벽 층 및 결합 층을 사용하여) 제조될 수 있거나, 또는 통상적인 재료 및 방법을 사용하여 제조될 수 있다는 것을 알고 있을 것이다. 또한, 본원에서 기술되는 캡슐화 층이 도면에 나타낸 OED 구조들 중 어느 것은 물론, 본원에서 기술되는 것들과 같은 다른 적합한 OED 구조로도 사용될 수 있음을 알고 있을 것이다.
상기한 OED에 적합한 재료에는 상기한 특허 및 특허 출원 참고문헌들에서 기술된 바와 같은 다양한 유기 및 무기 재료들이 포함된다. 기판은 예를 들면 무기 재료 예컨대 이산화 규소, 다양한 규소-기재 유리 예컨대 소다 석회 유리 및 보로실리케이트 유리, 산화 알루미늄, 산화 지르코늄, 염화 나트륨, 다이아몬드 등과 같은 모든 적합한 재료일 수 있다. 방출되는 방사선을 투과시키기 위한 투명 또는 반-투명 중합체성 재료의 예에는 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트 및 폴리메타크릴레이트가 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기판은 경질 또는 연질일 수 있으며, 모든 적합한 형상 및 구성의 것일 수 있다. 따라서, 특정 실시양태에서는, 연질의 중합체성 기판이 제공된다. 임의로, 기판 및/또는 OED의 다른 1개 이상 층 사이에 절연 층이 포함될 수 있다. 또한, 특정 실시양태에서는, 기판이 규소 또는 산화 인듐 주석과 같은 반도체성 재료일 수 있으며, 추가적으로 미세회로를 포함할 수도 있는데, 이 경우 전기발광 소자는 미세회로-구동 소자의 통합된 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 기판은 OED의 전극들 중 하나로 기능할 수 있다.
전극은 금속 및 공액 유기 화합물과 같은 모든 적절한 재료로 제조될 수 있다. 도핑된 반도체 및 투명 재료 역시 적합한 전극 재료이다. 전극 재료의 예에는 알루미늄, 티탄, 구리, 텅스텐, 은, 규소, 산화 인듐 주석 (ITO), 산화 인듐 아연 (IZO), 펜타센, 올리고티오펜 및 폴리티오펜 예컨대 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 탄소 나노튜브 등이 포함된다.
통상적인 방법에 따라 제조되는 경우, 유전체 층은 전극들 사이의 장벽으로서 기능하여 전기적 장벽을 제공하고 전극 층들 사이의 전기 단락을 방지할 수 있는 모든 적합한 재료일 수도 있다. 재료에는 예를 들면 산화물, 질화물, 탄화물, 붕소화물, 또는 규소화물 (하기에 장벽 재료에서 기술되는 바와 같음)을 포함한 무기 재료, 또는 폴리이미드, 플루오르화 폴리비닐리덴, 파릴렌과 같은 유기 재료는 물론, 다양한 졸-겔 재료 및 예비-세라믹 중합체가 포함된다. 특정 실시양태에서, 유전체 층은 실질적으로 핀홀이 없으며, 약 108 옴-cm 이상, 바람직하게는 약 1012 옴-cm 이상의 전기 비저항을 가지는 고-비저항 재료로 구성된다. 적합한 고-비저항 재료의 구체적인 추가 예에는 질화 규소, 질화 붕소, 질화 알루미늄, 산화 규소, 산화 티탄, 산화 알루미늄이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 언급된 바와 같이, 특정 실시양태에서, OED는 전기발광 재료, 예를 들면 전기발광 층을 포함한다. COLED의 경우, 전기발광 재료는 적어도 부분적으로 소자의 공동에 위치된다. 예를 들면, 특정 실시양태에서, 전기발광 재료는 소자의 공동을 실질적으로 또는 완전히 채운다. 역시 상기 언급된 바와 같이, 특정 실시양태에서, 전기발광 재료는 연장된 층을 형성하는데, 예를 들면 전기발광 재료가 공동의 용적를 채울 수 있을 뿐만 아니라, 전극 층 (예컨대 전자-주입 층)을 유전체 층으로부터 분리하는 추가의 층을 형성할 수도 있다.
전기발광 재료는 정공-주입 층으로부터의 정공 및 전자-주입 층으로부터의 전자를 수용하고, 주입된 정공과 전자가 결합할 때 전자기 방사선 (예컨대 광)을 방출할 수 있는 모든 적합한 재료로 구성될 수 있다. 따라서, 특정 실시양태에서, 전기발광 재료는 수많은 유기 또는 무기 화합물들 중 어느 것 또는 이들의 혼합물, 예컨대 다층의 유기물질 또는 소형 분자 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전기발광 층은 중합체성 재료를 포함하거나, 또는 1종 이상의 소형 분자 재료로 구성될 수 있다. 그러나, 상기 재료는 1종 이상의 전기발광 화합물, 예를 들면 유기, 무기 또는 소형 분자 전기발광 화합물을 함유해야 한다. 특정 실시양태에서, 상기 전기발광 화합물은 간단한 유기 분자, 또는 복잡한 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 간단한 유기 발광 분자에는 트리스(8-히드록시퀴놀리네이토)-알루미늄 또는 페릴렌이 포함될 수 있다.
특정 실시양태에서, 전기발광 재료는 중합체 또는 공중합체를 포함한다. 적합한 중합체 또는 공중합체의 분자 구조는 탄소-기재 또는 규소-기재의 골격을 포함할 수 있다. 상기 중합체 및 공중합체는 선형, 분지형, 가교결합형 또는 이들의 소정 조합일 수 있으며, 약 5000 만큼 낮은 것에서부터 1,000,000 초과까지의 넓은 분자량 범위를 가질 수 있다. 공중합체의 경우, 공중합체는 교호, 블록, 랜덤, 그라프트 공중합체, 또는 이들의 조합일 수 있다. 본 발명과 관련하여 유용한 적합한 전기발광 중합체의 예에는 공액 중합체 예컨대 폴리파라페닐렌, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리티에닐비닐렌, 폴리플루오렌, 1,3,4-옥사디아졸-함유 중합체, 및 이들의 다양한 유도체 및 공중합체가 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
대표적인 전기발광 중합체는 -Ar1-C(R1O)=C(R11)-의 일반 구조를 갖는 폴리(아릴렌-비닐렌) 중합체로써, 여기서 Ar1은 1 내지 3개의 방향족 고리를 함유하는 아릴렌, 헤테로아릴렌, 치환된 아릴렌 또는 치환된 헤테로아릴렌이며, R10 및 R11은 히드리도, 할로, 시아노, 히드로카르빌, 치환된 히드로카르빌, 헤테로원자-함유 히드로카르빌, 및 치환된 헤테로원자-함유 히드로카르빌로 구성되는 군에서 독립적으로 선택되거나, 또는 R10과 R11이 함께 삼중 결합을 형성할 수 있다. 또한, Ar1은 예컨대 아민 또는 아릴아민 치환체에 의해 치환될 수 있다. R10 및 R11 상 치환체는 일반적으로는 히드리도이나, 할로 (특히 클로로 또는 플루오로) 또는 시아노, 또는 치환 또는 비치환의 알킬, 알콕시, 알케닐, 알키닐, 아릴 및 헤테로아릴일 수도 있다.
U.S. 특허 제6,414,104호에 기술되어 있는 또 다른 대표적인 전기발광 중합체 재료는 하기와 같은 일반 구조를 갖는 단량체 단위를 함유하는 아릴아민-치환된 폴리(아릴렌-비닐렌) 중합체이다:
여기서, X, Y 및 Z는 N, CH 및 CR12로 구성되는 군에서 독립적으로 선택되며, 여기서 R12는 할로, 시아노, 알킬, 치환된 알킬, 헤테로원자-함유 알킬, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 또는 치환된 헤테로아릴이거나, 또는 인접 탄소 원자상 2개의 R12 잔기가 연결되어 추가의 시클릭 기를 형성할 수 있고; Ar1은 상기 정의된 바와 같으며; Ar2 및 Ar3은 1 또는 2개의 방향족 고리를 함유하는 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴 및 치환된 헤테로아릴로 구성되는 군에서 독립적으로 선택되고; R10 및 R11은 상기 정의된 바와 같다.
상기 화학식에서, X, Y 및 Z가 모두 CH일 경우, 중합체는 폴리(페닐렌 비닐렌) 유도체이다. X, Y 및 Z 중 1종 이상이 N인 경우, 상기 방향족 고리는 예를 들면 치환 또는 비치환의 피리디닐, 피리다지닐, 피리미디닐, 피라지닐, 1,2,4-트리아지닐, 또는 1,2,3-트리아지닐이 될 것이다. 예를 들면, X, Y 및 Z 중 1종이 CH일 수 있으며, 다른 2종은 CH 또는 CR12 중 어느 것일 수 있고, 여기서 R12는 헤테로원자-함유 알킬, 예컨대 알콕시, 또는 폴리에테르 치환체 -CH2(OCH2CH2)nOCH3 또는 -(OCH2CH2)nOCH3 기일 수 있으며, 여기서 n은 1 내지 12, 예를 들면 1 내지 6, 예컨대 1 내지 3일 수 있다.
상기 중합체는 단일중합체, 또는 1종 이상의 추가의 유형의 단량체 단위를 가지는 공중합체일 수 있다. 예를 들어, 상기 중합체가 공중합체인 경우, 추가의 단량체 단위 역시 아릴렌-비닐렌 단량체 단위일 수 있다. 구체적인 중합체의 예는 폴리(2-(4-디페닐아미노-페닐)-1,4-페닐렌 비닐렌 및 폴리(2-(3-디페닐아미노페닐)-1,4-페닐렌 비닐렌이다. U.S. 특허 제6,414,104호에 개시되어 있는 구체적인 중합체의 예가 폴리(2-(4-디페닐아미노-페닐)-1,4-페닐렌 비닐렌 및 폴리(2-(3-디페닐아미노페닐)-1,4-페닐렌 비닐렌이다. 본 발명에 사용하기에 적절한 전기발광 중합체는 그의 개시내용 (전기발광 중합체에 관한 것)이 본원에 참조로써 개재되는 U.S. 특허 제6,723,828호, 6,800,722호, 및 7,098,297호에도 기술되어 있다. 상기 특허 참고문헌들에는, 하기의 구조를 갖는 단량체 단위를 함유하는 공액 중합체가 개시되어 있다:
여기서, Ar1 및 Ar2는 모노시클릭, 비시클릭 및 폴리시클릭 아릴렌, 헤테로아릴렌, 치환된 아릴렌 및 치환된 헤테로아릴렌 기로 구성되는 군에서 독립적으로 선택되며; L은 알킬렌, 알케닐렌, 치환된 알킬렌, 치환된 알케닐렌, 헤테로알킬렌, 헤테로알케닐렌, 치환된 헤테로알킬렌, 치환된 헤테로알케닐렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 치환된 아릴렌 또는 치환된 헤테로아릴렌이고; m은 0 또는 1이며; n은 0 또는 1이고; Q1 및 Q2는 H, 아릴, 헤테로아릴, 치환된 아릴, 치환된 헤테로아릴, 알킬, 및 치환된 알킬로 구성되는 군에서 독립적으로 선택되며; Q3는 알킬 및 치환된 알킬로 구성되는 군에서 선택되고, 단 m이 1인 경우, Q1 및 Q2는 H가 아닌 다른 것이며; A-는 음으로 하전된 상대이온이다.
전기발광 재료는 상기한 것들과 같은 중합체들의 다른 중합체는 물론, 다양한 공중합체들과의 블렌드를 포함할 수도 있다.
본 발명의 방법은 상기한 소자들 중 어느 것과 같은 OED를 제공하는 것을 포함한다. "제공하는 것"은 OED가 일반적인 공급자로부터 입수 (예컨대 구입)될 수 있거나, 또는 OED가 본 발명의 방법과 함께 사용하도록 구체적으로 맞추어 제조될 수 있다는 것을 의미한다. 본 방법은 또한 OED를 캡슐화하는 것을 포함한다. 이는 OED의 최상부 층 (즉, 기판으로부터 가장 먼 층)이 유기 재료를 포함하는 경우에 특히 바람직하다. 예를 들면, 상기한 바와 같이, 도 1b 및 1c의 전기발광 재료 (40)은 유기 전기발광 재료를 포함할 수 있다. 또한, 도 1a, 1b, 및 1d의 전극 (50)은 본원에서 기술되는 바와 같은 유기 전도성 또는 반도체성 재료를 포함할 수 있다. 또한, 도 1e의 활성 층 (60)은 유기 반도체성 재료를 포함할 수 있다. 그와 같은 유기 재료들은 공기 및 물과 같은 환경 요인에의 노출에 의한 분해에 민감하다. 적정한 소자 성능에는 덜 중요하지만, 금속 전극 재료가 최상부 OED 구성요소 층 (예를 들자면, 도 1a에 나타낸 것)을 형성하는 경우에도 캡슐화는 유용할 수 있다.
본원에서 사용될 때, "캡슐화 부분", "캡슐부" 등의 용어는 통상적으로 수분 및 산소와 같은 환경 요인으로부터 OED를 보호하기 위하여 OED 상에 침착되어 있는 불활성의 구성요소를 지칭한다. 일반적으로, 그와 같은 캡슐화 구성요소는 장벽 층, 결합 층, 및 보호 층에서 선택되는 1종 이상의 층을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, OED의 캡슐화는 장벽 층 및 결합 층을 침착시키는 것에 의해 제공되며, 여기서 장벽 층은 장벽 재료로부터 형성되고, 결합 층은 결합 재료로부터 형성된다. 본원에서 사용될 때, "캡슐화 쌍"이라는 용어는 서로 접촉되어 있는 한쌍의 층들 - 1개의 장벽 층 및 1개의 결합 층 -을 지칭한다. 일부 실시양태에서는, 최고 OED 구성요소 층(들) 상에 직접 최저 캡슐화 층이 침착된다. 다른 실시양태에서는, 보호 층이 최저 캡슐화 층을 최고 OED 구성요소 층(들)로부터 분리한다. "최저"는 기판에 가장 가까운 층을 의미한다. 통상적으로, 최저 캡슐화 층은 OED가 제공된 후 먼저 침착되는 층이다. "최고" (또한 "최상부")는 기판으로부터 가장 먼 층(들)을 의미한다. 최고 OED 구성요소 층은 예를 들면 전극 층, 전기발광 층, 또는 이들의 조합 (예를 들면 각각 도 1a, 1c, 또는 1b에 나타낸 바와 같음)일 수 있다.
장벽 재료는 산소, 물, UV 방사선, 오존 등과 같은 1종 이상의 반응성 환경 구성요소에 대하여 장벽을 제공할 수 있는 비-전도성 재료이다. 적합한 장벽 재료의 예에는 알루미늄, 규소, 티탄, 텅스텐, 마그네슘, 지르코늄 또는 칼슘의 산화물, 규소, 텅스텐, 알루미늄, 지르코늄, 크롬, 티탄, 탄탈, 몰리브덴, 갈륨 또는 붕소의 질화물, 규소, 티탄, 바나듐, 지르코늄, 철 또는 붕소의 탄화물, 티탄 또는 철의 붕소화물, 및 텅스텐 및 티탄의 규소화물에서 선택되는 세라믹 재료들이 포함된다. 예를 들면, 장벽 재료는 Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, TiN, Si3N4, AlN, GaN, BN, TiB, TiB2, TaB2, SiC, 및 TiSi2 등일 수 있다. 질화 티탄 탄소 (TiCN) 및 질화 티탄 알루미늄 (TiAlN)과 같은 화합물들을 포함하여, 이와 같은 세라믹들의 변종 및 유도체들 역시 본 개시내용의 영역에 속한다.
일부 실시양태에서는, 캡슐화 부분의 장벽 층(들)이 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 그러나 종종, 그와 같은 세라믹 재료의 박막 (예컨대 10 nm 내지 1000 nm)으로의 침착은 핀홀 및 균열과 같은 결함을 포함하는 층을 초래한다. 그와 같은 결함은 일반적으로 바람직하지 않은데, 그것이 환경 요인으로부터 아래의 OED를 보호하는 장벽 층의 능력의 감소로 이어질 수 있기 때문이다. 본 발명은 하기에 더욱 상세하게 기술되는 바와 같이, 장벽 층의 결함을 "채우는" 결합 재료를 사용하는 것에 의해 그와 같은 어려움을 극복한다.
일부 실시양태에서는, 장벽 재료와 결합 재료 사이에 최고로 가능한 접착을 부여하기 위하여, 결합 재료와 공유 결합을 형성할 수 있는 관능기가 장벽 재료상에 존재한다. 예를 들면, 히드록실 기, 카르복실산 기, 및 이와 같은 기들의 보호된 형태 (예컨대 에테르, 에스테르, 아미드 등)가 장벽 재료상에 존재할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 장벽 재료의 침착-후 관능화를 통하여 관능기가 수득된다. 예를 들면, 장벽 층은 산화성 반응물 (예컨대 산소, 과산화물 또는 플라스마 산화)과의 반응을 통하여, 또는 에너지 (예컨대 UV 방사선)의 적용을 통하여 산화될 수 있다.
결합 재료 (본원에서는 예비-접착 재료 또는 예비세라믹 재료로도 지칭됨)는 가교결합된 중합체 네트워크를 형성할 수 있는 비-전도성 재료이다. 일부 실시양태에서, 결합 재료는 유기 또는 완전히 무기일 수 있는 규소-함유 재료이다.
바람직한 실시양태에서, 결합 재료는 추가적으로 장벽 층의 관능기와 공유 결합을 형성할 수 있는 보조 반응성 기를 포함한다. 그와 같은 반응성 기는 OED 상에의 침착 이전에 결합 재료에 존재할 수 있거나, 또는 결합 재료상에 수행되는 침착-후 개질 반응에 의해 생성될 수 있다.
예로써, 결합 재료는 1993년 9월 21일자 블룸(Blum)의 US 특허 제5,246,738호 ("Hydridosiloxanes as Precursors to Ceramic Products") 및 공동-계류중인 12/8/08자 U.S. 특허 출원 제12/330,319호에 기술되어 있는 예비세라믹 재료의 구조를 가질 수 있으며, 거기에 개시되어 있는 방법에 의해 합성될 수 있다. 해당 물질 및 방법과 관련된 이들 문헌들의 개시내용은 의거 참조로써 개재된다.
예를 들어, 결합 재료는 하기 화학식 I의 구조를 갖는 반복 단위를 포함할 수 있으며:
<화학식 I>
여기서, R1 및 R2는 H, OH, C1-C30 히드로카르빌, 유기금속, 할로카르빌, 및 유기실릴에서 독립적으로 선택되며, 이들 각각은 임의로 치환될 수 있으며 임의로 헤테로원자를 함유할 수 있고, X는 -O- 및 -NR3-에서 선택되며, R3은 히드로카르빌이다. 예를 들면, R1 및 R2 각각은 H, OH, 또는 히드로카르빌일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, R1 및 R2는 H, OH, C1-C20 알킬, C2-C20 알케닐, C2-C20 알키닐, C1-C20 알콕시, C5-C20 아릴, C5-C20 아릴옥시, C6-C20 아랄킬, 및 C6-C20 알카릴에서 선택된다. 다른 바람직한 실시양태에서, R1 및 R2는 치환 또는 비치환의 C1-C20 알킬, 치환 또는 비치환의 헤테로원자-함유 C1-C20 알킬, 치환 또는 비치환의 C2-C20 알케닐, 치환 또는 비치환의 헤테로원자-함유 C2-C20 알케닐, 치환 또는 비치환의 C2-C20 알키닐, 치환 또는 비치환의 헤테로원자-함유 C2-C20 알키닐, 치환 또는 비치환의 C5-C20 아릴, 치환 또는 비치환의 C5-C20 헤테로아릴, 치환 또는 비치환의 C5-C20 아랄킬, 치환 또는 비치환의 헤테로원자-함유 C5-C20 아랄킬, 치환 또는 비치환의 C6-C20 알카릴, 및 치환 또는 비치환의 헤테로원자-함유 C5-C20 알카릴에서 선택된다. 일부 실시양태에서, R2는 OH이며, R1은 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 아릴, 아릴옥시, 아랄킬, 및 알카릴에서 선택되며, 이들 중 어느 것은 헤테로원자를 함유할 수 있고, 이들 중 어느 것은 비치환되거나, 또는 할로, 히드록실, 알킬, 및 아릴에서 선택되는 하나 이상의 기에 의해 치환될 수 있다. 일부 실시양태에서, R1은 저급 알킬, 예컨대 메틸 또는 에틸이며, R2는 H, OH, 또는 C1-C20 알콕시이다. 일부 바람직한 실시양태에서, X는 -O-이며, 그에 따라 결합 재료는 실록산 또는 폴리실록산 재료이다.
또한 화학식 I에서, n은 1 이상인 정수이다. 따라서, 단량체, 이량체, 삼량체, 및 더 고급의 재료 예컨대 올리고머 및 중합체가 적합하다. 결합 재료가 화학식 I의 구조를 갖는 반복 단위를 각각 포함하나 다양한 n 값을 가지는 상이한 화합물들의 혼합물을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
예를 들면, 결합 재료는 [R1Si(OH)O], [R1Si(OR2a)O], 및/또는 [R1Si(H)O]의 화학식을 가지며, 여기서 R1은 상기 정의된 바와 같고, R2a는 히드로카르빌 및 유기실릴에서 선택되는 반복 단위를 포함할 수 있다.
경화시, 결합 재료는 -[Si(R2)(X)1.5]-의 구조를 갖는 가교-결합된 단위를 포함할 수 있으며, 여기서, R2는 H, 히드록실, 플루오로카르빌, 및 히드로카르빌에서 선택되고; X는 -O- 및 NR3-에서 선택되며; R3은 알킬 및 아릴에서 선택된다. 예를 들면, X는 -O-이며, R2는 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 아릴, 아릴옥시, 아랄킬, 및 알카릴에서 선택되며, 이들 중 어느 것은 헤테로원자를 함유할 수 있고, 이들 중 어느 것은 비치환되거나, 할로, 히드록실, 알킬, 및 아릴에서 선택되는 1개 이상의 기에 의해 치환될 수 있다. 경화된 결합 재료에 대한 추가의 세부사항은 본원의 하기에서 제공된다.
결합 재료는 예를 들면 U.S. 출원 제12/330,319호에 기술되어 있는 바와 같은 탈수연결 반응 및/또는 히드로실릴화 반응을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 결합 재료는 Ru3(CO)12, H2PtCl6 등과 같은 전이 금속 촉매의 존재하에, 폴리히드리도메틸실록산 (PHMS)의 물 및/또는 알콜과의 반응에 의해 제조될 수 있다. 업계에서 통상 그러하듯이, 일단 제조되고 나면, 예컨대 실리카 겔 또는 목탄 컬럼을 사용하여 결합 재료로부터 전이 금속 촉매가 제거될 수 있다.
장벽 재료 및 결합 재료의 침착은 어떠한 적절한 방법에 의해서도 이루어질 수 있다. 예를 들면, 장벽 재료 및 결합 재료는 화학적 증착 (CVD), 물리적 증착 (PVD), 분자 광선 적층성장 (MBE), 분무 층 침착 (ALD), 또는 스퍼터링을 사용하는 것과 같이, 진공 침착될 수 있다. 다른 방법으로는 화학적 용액 침착법, 예컨대 졸-겔 처리, 침지 코팅, 회전 코팅, 분무 코팅 등이 포함된다. 선택된 재료는 물론, 선택된 침착 방법에 따라서는, 침착 후 또는 동안에 장벽 및/또는 결합 재료로 전환되는 (자발적으로, 또는 적합한 조건 및/또는 반응물에의 노출에 의해) 전구체 재료로부터 장벽 및/또는 결합 층이 형성될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, Al2O3는 스퍼터링을 사용하여, 또는 알미늄 입자의 물리적 증착에 의해 용이하게 (반드시 그런 것은 아님) 침착되며, SiO2는 CVD를 사용하여 용이하게 (반드시 그런 것은 아님) 침착된다. 업계에 알려져 있는 어떠한 전구체 화합물도 본원에서 기술되는 장벽 재료를 제조하는 데에 사용될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 결합 재료는 가교결합가능 재료로서 침착된다. 결합 재료의 경화는 가교결합 층을 생성시킨다. 경화는 결합 재료를 가교결합시키는 데에 효과적인 어떠한 방법을 사용하여서도 수행될 수 있다. 예를 들어, 예정된 시간 기간 동안의 열 및/또는 UV 방사선의 적용은 승온 및/또는 방사선에의 노출시 가교결합되는 결합 재료를 경화하는 효과적인 방법이다. 다르게는 또는 더하여, 유기 아민 또는 또 다른 유기 염기와 같은 가교결합 촉매가 결합 재료를 가교결합시키는 데에 사용될 수 있다. 일부 경우에는, 해당 반응이 자발적으로 발생하게 되기 때문에, 경화 반응을 유도할 (예컨대 열을 적용하는 것에 의함) 필요가 없다는 것을 알 수 있을 것이다. 바람직한 실시양태에서는, 경화 반응으로부터 생성되는 모든 부산물이 용매 세척에 의해 용이하게 제거되는 소형 분자 (예컨대 물, 메탄올 등)이다.
1개를 초과하는 결합 층이 OED 상에 침착되는 경우 (하기의 다중 캡슐화 쌍에 대한 논의 참조), 결합 재료의 경화는 각 침착 후에 수행될 수 있다. 다르게는, 모든 침착이 완료된 후, 모든 결합 층들이 한번에 경화될 수 있다. 다르게는, 이러한 선택사항들의 소정 조합 (즉, 결합 재료의 침착 수보다 수가 더 적은 다중의 경화) 역시 적합하다.
결합 재료가 폴리실록산 및/또는 폴리실란인 경우, 결합 재료의 경화는 통상적으로 하기 화학식 V의 구조를 갖는 반복 단위를 포함하는 가교결합 재료를 형성하게 되며:
<화학식 V>
여기서, R1은 상기 정의된 바와 같다. 결합 재료가 화학식 IV의 구조를 갖는 반복 단위를 포함하는 경우라면, 가교결합 재료 역시 그와 같은 단위를 가지게 된다는 것을 알고 있을 것이다.
바람직한 실시양태에서는, 1개 이상의 캡슐화 쌍이 침착되어 캡슐화 부분을 형성한다. 일부 실시양태에서, 캡슐화 부분은 다수의 캡슐화 쌍들을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 캡슐화 부분은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10개의 장벽 층과 교호하는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10개의 결합 층에 해당하는, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10개의 캡슐화 쌍을 포함할 수 있다. 바람직한 실시양태에서는, 각 장벽 층의 침착 후 장벽 층의 침착이 이어짐으로써, 장벽 층과 결합 층이 교호한다. 이와 같은 방법에 의해, 각 장벽 층은 1개 이상의 결합 층과 접촉된다.
예를 들면, 첫 번째 캡슐화 쌍의 형성 후, 캡슐화 쌍을 형성하는 데에 필요한 단계가 추가 1 내지 10회 반복됨으로써, 1 내지 10개의 추가의 장벽 층 및 결합 층들이 형성될 수 있다.
1개를 초과하는 캡슐화 쌍이 침착되는 경우, 본 발명의 방법은 이후의 소정 추가 장벽 층의 침착에 앞서 결합 층 상에 관능기를 제공하기 위하여 관능화 반응을 수행하는 것을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합 재료가 알킬 기를 포함하는 실록산 또는 폴리실록산 재료인 경우, 그와 같은 관능화 반응은 알킬 기를 산화시켜 히드록실 기를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 그렇게 생성된 히드록실 기는 위의 장벽 층에 결합하는 데에 적합할 수 있다. 따라서, 일부 바람직한 실시양태에서, 캡슐화 부분의 각 결합 및 장벽 층은 (최상 OED 층, 또는 보호 층이 존재하는 경우 보호 층 중 어느 것과 접촉하는 최저 층은 제외) 바로 위의 층 및 바로 아래의 층과 결합된다.
이론에 얽매이고자 하는 것은 아니나, 결합 재료가 가교결합 전에 침착됨으로써, 유동성인 결합 재료가 아래 장벽 층의 표면에 정합되고, 핀홀 및 균열과 같은 소정의 불규칙성 또는 결함을 채우는 것으로 이론화된다. 따라서, 캡슐화된 쌍의 표면은 상대적으로 평활하고 결함이 없다. 결합 층에 의한 장벽 층에서의 이와 같은 결함의 "채움"은 본 발명 캡슐화 부분의 장벽 특성을 향상시킨다. 다중 캡슐화 쌍의 사용은 캡슐화 부분의 장벽 특성을 한층 더 향상시킨다. 따라서, 일부 실시양태에서는, 2개 이상의 캡슐화 쌍이 본원에서 기술되는 OED와 함께 사용되며, 일부 실시양태에서는, 3개 이상의 캡슐화 쌍이 사용된다.
장벽 층 및 결합 층의 두께는 캡슐화 부분의 장벽 특성을 최적화하도록 독립적으로 선택될 수 있다. 장벽 층의 결함이 위의 결합 층의 침착에 의해 "채워지기" 때문에, 본원에서 기술되는 소자에는 초박 장벽 층이 적합하다. 예를 들면, 각 장벽 층의 두께는 약 10 nm 내지 약 1000 nm의 범위, 또는 약 100 nm 내지 500 nm 사이에 속한다. 각 장벽 층은 예를 들면 1000 nm 미만, 또는 500 nm 미만, 또는 250 nm 미만일 수 있다. 역시 예를 들면, 각 결합 층의 두께는 약 1 nm 내지 약 500 nm의 범위, 또는 약 10 nm 내지 약 250 nm 사이에 있다. 각 결합 층은 예를 들면 500 nm 미만, 또는 300 nm 미만, 또는 100 nm 미만, 또는 50 nm 미만, 또는 10 nm 미만일 수 있다. 전체 캡슐화 패키지의 두께는 각 캡슐화 쌍의 수 및 두께에 따라 달라질 것이나, 통상적으로는 약 50 nm 내지 약 5000 nm의 범위 내에 있게 된다.
캡슐화 층으로 사용하는 것과 다르게, 또는 거기에 더하여, 본원에서 기술되는 장벽 층 및 결합 층은 유전체 층으로서 사용될 수도 있다. 유전체 층으로 사용되는 경우, 결합 및 장벽 층은 함께 소자 전극들 사이, 또는 일 전극과 바닥 사이의 전기적으로 비-전도성인 장벽을 형성한다. 전기한 바와 같이, 장벽 층 및 결합 층의 다중 교호 쌍이 유전체 층으로서 사용될 수 있다. 각 장벽 층의 두께는 바람직하게는 약 100 nm 미만이거나, 또는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위 내에 있다. 각 장벽 층은 예를 들면 80 nm 미만, 또는 50 nm 미만, 또는 25 nm 미만일 수 있다. 각 결합 층의 두께는 바람직하게는 약 100 nm 미만이거나, 또는 약 1 nm 내지 약 100 nm의 범위 내에 있다. 각 결합 층은 예를 들면 100 nm 미만, 또는 50 nm 미만, 또는 25 nm 미만일 수 있다. 전체적으로, 유전체 층의 두께는 바람직하게는 약 2000 nm 미만이거나, 또는 약 6 nm 내지 약 2000 nm의 범위 내에 있다. 예를 들면, 유전체 층의 전체적 두께는 2000 nm 미만, 또는 1500 nm 미만, 또는 1000 nm 미만, 또는 500 nm 미만, 또는 100 nm 미만, 또는 50 nm 미만, 또는 25 nm 미만일 수 있다. 역시 전기한 바와 같이, 각 결합 층은 개별적으로 경화될 수 있거나, 또는 모든 결합 층이 한번의 단일 경화 단계로 경화될 수 있다. OED 내에서의 유전체 층의 위치가 소자 구조에 따라 달라지게 된다는 것은 알고 있을 것이다. 따라서, 일부 실시양태에서는, 유전체 층이 직접 저부 전극 상에 배치된다.
일부 실시양태에서, 장벽 재료는 전자 소자 (즉, OED의 최상부 층) 상에 직접 침착된다. 그러나, 일부 실시양태에서는, 최상부 OED 층이 저부 캡슐화 층의 침착 공정에 의한 분해 또는 손상에 민감할 수 있다. 예를 들어, 캡슐화 부분이 침착될 때, 최상부 OED 층은 스퍼터 (또는 CVD) 공정에 직접 노출되거나, 또는 용액 처리 화학물질 (예컨대 실록산 또는 폴리실록산, 및/또는 용매)에 노출되게 된다. 최상부 OED 층이 광 방출 중합체 (LEP) 또는 다른 전기발광 재료와 같이 분해에 민감한 재료일 경우, 실록산 분자의 OH 기, 또는 기체 상 반응성 이온, 및 스퍼터 또는 CVD 공정에 의해 생성되는 UV 방사선과 같은 반응성 종과의 직접적인 접촉으로 인하여, 소자의 수명 및 효율이 감소될 수 있다. 이화 같은 효과는 예를 들면 더 두꺼운 LEP 층을 사용하는 것에 의해 완화될 수 있다. 투꺼운 LEP 층을 사용하는 것이 바람직하지 않은 경우, 본 발명의 소자는 보호 재료로부터 형성되어 최상부 OED 구성요소 층과 캡슐화 부분 사이에 배치되는 보호 층을 포함할 수 있다. 바람직한 실시양태에서는, 보호 층이 캡슐화 층의 침착 동안 OED 구성요소 층들을 UV 방사선 및/또는 반응성 화학물질 종들로부터 보호한다. 따라서, 본 발명의 방법은 최저부 장벽 층을 침착시키기에 앞서 전자 소자 상에 보호 재료를 침착시키는 것에 의해, 전자 소자와 최저부 장벽 층 사이에 보호 층을 형성시키는 것을 포함할 수 있다. 보호 재료는 전자 소자와 캡슐화 층의 제1 쌍 사이에 침착된다.
보호 재료는 OED 구성요소 층에 손상을 주는 거칠거나 반응성인 조건을 사용하지 않고 침착될 수 있는 재료이다. 일 실시양태에서, 상기 보호 재료는 단량체 분자가 최상부 OED 구성요소 층 상에 침착되어 올리고머 (예컨대 이량체, 삼량체 등) 또는 중합체를 형성하는 재료이다. 일부 바람직한 실시양태에서, 보호 재료는 UV 방사선에 대하여 적어도 부분적으로 투명하다.
보호 재료는 OED의 최상부 층을 심각하게 손상하지 않으면서 보호 층을 제공하는 어떠한 방법에 의해서도 침착될 수 있다. 상기 손상은 상응하는 소자의 성능 또는 수명의 감소로 확인될 수 있다. 보호 재료의 바람직한 침착 방법에는 진공하에서의 물리적 증착 (즉, 열 증발)이 포함된다.
예를 들면, 파릴렌이 적합한 보호 재료이다. 파릴렌 박막은 파릴렌 이량체로부터의 열 증발에 의해 생성된다. 대략 650 ℃로 가열되면, 결정질의 이량체 분자는 단량체로 분열되어 기체 상태로 승화된다. 상기 단량체 분자가 실온에서 기판 및/또는 최상부 OED 층 상에 침착될 경우, 그것은 고도로 결정질인 선형의 중합체를 형성한다. 파릴렌-C, 파릴렌-D, 및 파릴렌-N과 같이 서로 다른 특성을 가지는 수종의 파릴렌 유도체들이 개발되어 있으며, 보호 재료로서 적합하다.
파릴렌은 페닐 기를 함유하기 때문에, 효과적인 UV 조사 장벽으로서 기능할 수 있다. 스퍼터링 또는 CVD 공정에서 생성되는 반응성 이온 종들이 처음에는 파릴렌 중합체에 대하여 일부 화학적 분해를 초래할 수 있지만, 새로운 장벽 층 (예컨대 Al2O3 층)이 형성되면서, 더 이상의 파릴렌 층 분해는 방지되게 된다. 따라서, 파릴렌 층의 두께가 스퍼터 또는 CVD 공정에 의한 처음의 공격을 견디기에 충분할 경우, 그것은 LEP 재료를 위한 효과적인 보호 층으로 기능할 수 있다. 또한, 파릴렌은 상대적으로 저렴하며, 가시 광에 대하여 투명하다.
폴리이미드가 보호 재료이며 보호 층을 형성하는 데에 적합한 또 다른 재료이다. 폴리이미드는 보통 디아민과 유기 산 또는 유기 무수물 사이의 이미드화 반응으로부터 유도된다. 상기 반응은 이후 폴리이미드로 전환되는 중합체 전구체 (때로는 "폴리(암산)"으로 지칭됨)를 형성시킨다. 폴리이미드로의 전환은 열의 적용 없이도 이루어질 수 있다. 폴리이미드는 예를 들면 OED 상에 폴리이미드 용액을 회전-코팅하는 것에 의해 적용될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시양태에서는, 보호 폴리이미드 층을 침착시키는 데에 증기 상 중합 또는 증기 상 침착이 사용된다. 일부 실시양태에서, 폴리이미드 보호 층의 제조는 폴리이미드 층의 경화를 가능케 하기에 충분한 온도 및 시간에서의 침착-후 베이킹 단계를 포함한다.
보호 층의 두께는 캡슐화 층의 침착으로부터 OED 구성요소 층을 보호하기에 충분해야 한다. 일부 실시양태에서, 보호 층은 약 100 nm 내지 약 10 ㎛ 사이, 또는 약 500 nm 내지 약 3 ㎛ 사이의 두께를 가지게 된다. 소자 성능 및 수명의 정량은 보호 층을 포함한 다양한 층들의 적절한 두께를 확인함은 물론, 보호 층이 소자에 필요한지/유익한지 여부를 확인하는 한 가지 편리한 방법이다.
보호 층이 선택사항이라는 것, 및 본원에서 기술되는 소자들 중 많은 것들이 적정한 소자 성능을 달성하는 데에 보호 층을 필요로 하지 않을 수 있다는 것을 알고 있을 것이다. 예를 들어, 최상부 OED 층이 금속 전극이지만, 여전히 캡슐화 부분이 요구되는 경우, 소자는 캡슐화 층의 침착에 선행하는 보호 층을 필요로 하지 않을 수 있다. 전기한 바와 같이, 보호 층이 필요한지 또는 바람직한지를 결정하는 것은 예를 들면 소자 성능 및 소자 수명을 정량하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
장벽 층 및 결합 층이 유전체 층으로 사용되는 경우, 일부 실시양태에서는 제1 장벽 층의 침착에 앞서 보호 층을 침착하는 것이 필요할 수 있다. 예를 들어, 유기 재료가 저부 전극으로 사용되는 경우에는, 보호 층이, 제1 장벽 층이 침착될 때 전극 층의 보전성을 유지하는 것을 도울 수 있다. 역시, 본 발명에 따른 OED의 일부 실시양태는 보호 층을 필요로 하지 않는다는 것을 알고 있을 것이다.
본원에서 기술되는 OED는 추가적으로 패턴화된 전극 및 유전체 층과 같은 패턴화된 구성요소 층을 포함할 수 있다. 캡슐화 부분 및/또는 유전체 층으로 사용될 때의 보호, 장벽 층 및 결합 층을 패턴화하는 것 역시 본 발명의 영역에 속한다. 예를 들어, 보호 층은 최상부 OED 층의 패턴에 맞추어 패턴화될 수 있다. 캡슐화 층의 패턴화는 표준의 방법 (예컨대 마스킹, 에칭 등)을 사용하여 이루어질 수 있다. 일부 실시양태에서는 그러나, 캡슐화 부분이 패턴화되지 않는다.
따라서, 본원에서는 기판; 기판 상에 배치되는 제1 전극 층; 존재할 경우, 제1 전극 층에 공유 결합되며, 규소-함유 접착성의 가교결합가능 부분 및 전자-수용 잔기를 포함하는 임의의 중간 층; 제1 전극 층, 또는 존재할 경우 중간 층 상에 배치되는 유전체 층; 유전체 층 상에 배치되는 제2 전극 층; 제2 전극 층 상에 배치되는 전기발광 층; 전기발광 층 상에 배치되는 임의의 보호 층; 및 장벽 재료 층 및 가교결합 재료 층의 하나 이상의 쌍을 포함하는 캡슐화 층을 포함하는 전기발광 소자 (ELD)가 기술된다.
또한, 본원에서는 (a) 층상의 전기 소자 상에 1개 이상의 세라믹 장벽 재료 층 및 1개 이상의 가교결합가능 재료 층을 침착시키는 것으로써, 여기서 가교결합가능 재료는 규소-함유 재료를 포함하는 것; 및 (b) 가교결합가능 재료를 경화시키는 것을 포함하는, 층상 전기 소자의 보호 방법이 기술된다.
본원에서 개시되는 방법 및 소자는 이미 알려져 있는 것들에 비해 1개 이상의 장점을 가진다. 그와 같은 장점에는 예를 들면 증가된 내구성 및 더 긴 소자 수명이 포함된다. 유리를 사용하는 캡슐화 방법과 달리, 본원에서 개시되는 캡슐화 방법은 유연성인 캡슐화 부분의 제조를 가능케 함으로써 유연성이면서도 내구성인 OED의 제조를 가능케 한다. 본원에서 개시되는 방법은 또한 다양한 재료들을 사용한 고품질 캡슐화 부분의 제조를 가능케 한다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 캡슐화 방법은 실록산 결합 재료와 반응하여 그 위에 결합되도록 관능화된 세라믹 장벽 층을 사용한다. 장벽 층상 관능기 (예컨대 히드록실 기)와 실록산 결합 재료 사이의 반응은 안정하고 효과적인 캡슐화 부분을 제공함에 있어서 에너지면으로 바람직하고, 빠르며, 효율적이다.
본원에서 언급되는 모든 특허, 특허 출원, 및 공개들은 의거 그 전체가 참조로써 개재된다. 그러나, 명시적 정의를 포함하는 특허, 특허 출원, 또는 공개가 참조로써 개재되는 경우, 해당 명시적 정의는 그것이 발견되는 개재 특허, 특허 출원, 또는 공개에 적용되는 것으로써, 본 출원의 나머지 내용, 특히 본 출원의 청구항에는 적용되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명이 그의 바람직한 구체적 실시양태들과 관련하여 기술되었지만, 전기한 상세한 설명은 물론, 하기하는 실시예도 예시를 위한 것으로써, 본 발명의 영역을 제한하지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 업계 숙련자라면, 본 발명의 영역에서 벗어나지 않고도 다양한 변화가 이루어질 수 있으며, 등가물들이 대치될 수 있다는 것, 및 또한 본 발명이 속하는 업계의 숙련자에게는 다른 측면, 장점 및 변형들이 보일 것이라는 것을 알고 있을 것이다.
[실시예]
일반 공정. 전도성 금속 층과 같은 기판 상에, Al2O3와 같은 산화물 장벽 재료 10 nm를 스퍼터링 침착시킨다. 다음에, 예비세라믹 중합체 (예컨대 PHMS-OH)를 함유하는 용액에 기판을 침지한 후, 대략 1분 동안 초음파처리한다. 다음에, 예비세라믹 중합체 용액으로부터 기판을 제거하고, 에탄올 또는 이소프로판올과 같은 용매를 사용하여 세정함으로써 기판 표면과 공유 반응하지 않은 과량의 예비세라믹 중합체를 제거한 다음; 이어서 기판을 건조하고, 120 ℃에서 대략 30분 동안 경화한다. 이후, 화학적 증착 (CVD)을 통하여 추가의 유전체 층 (예컨대 Si3N4)을 침착시킨다.
실시예 1
상기한 일반 절차를 사용하여 제조된 유전체 층의 품질을 ≥ 20 V의 전기적 항복 전압(breakdown voltage)을 가지는 소자의 수율로 평가하였다.
하기 표에 통상적인 공정 ("대조 공정") 및 본원에서 기술된 공정 ("시험 공정")의 유전체 층의 수율 및 총 두께를 기재하였다. 본원에서 기술된 공정에 의해 제조된 소자가 상당히 더 우수한 품질을 가졌는데: 더 얇은 총 유전체 층 두께 (117.9 nm)로 더 높은 수율 (91.3 %)을 달성하였다.
[표 1]
상기한 방법은 PVD (물리적 증착) 또는 CVD 침착된 금속 산화물 (예컨대 Al2O3, HfO2), 금속 질화물, SiO2, 및 Si3N4의 어떠한 조합도 높은 전기 강도를 가지는 초박 유전체 층을 생성시키는 데에 사용할 수 있다.
Claims (23)
- (i) 장벽 재료를 직접적으로 또는 간접적으로 기판 상에 침착시킴으로써 장벽 층을 형성시키는 것 (여기서, 장벽 재료는 세라믹 재료임);
(ii) 장벽 층을 산화시켜 노출된 관능기를 제공하는 것;
(iii) 장벽 층 상에 결합 재료의 층을 침착시킴으로써 결합 층을 형성시키는 것 (여기서, 결합 재료는 규소-함유 재료이며 장벽 층의 관능기와 반응할 수 있는 관능기를 포함함);
(iv) 임의로 결합 층을 산화시켜 노출된 관능기를 제공하는 것; 및
(v) 임의로 (i), (ii), (iii) 및 (iv)를 반복함으로써 추가의 장벽 층 및 결합 층의 하나 이상의 쌍을 형성시키는 것
을 포함하는 전자 소자에서의 유전체 층의 형성 방법. - 제1항에 있어서, 장벽 재료가 알루미늄, 규소, 티탄, 텅스텐, 마그네슘, 지르코늄 또는 칼슘의 산화물, 규소, 텅스텐, 알루미늄, 지르코늄, 크롬, 티탄, 탄탈, 몰리브덴, 갈륨 또는 붕소의 질화물, 규소, 티탄, 바나듐, 지르코늄, 철 또는 붕소의 탄화물, 티탄 또는 철의 붕소화물, 및 텅스텐 및 티탄의 규소화물에서 선택되는 세라믹 재료인 방법.
- 제1항에 있어서, 규소 함유 재료가 하기 화학식 I의 구조를 갖는 단량체 단위를 포함하는 실록산 또는 폴리실록산인 방법:
<화학식 I>
(여기서,
R1 및 R2는 H, OH, C1-C30 히드로카르빌, 유기금속, 할로카르빌, 및 유기실릴에서 독립적으로 선택되며, 이들 각각은 임의로 치환될 수 있으며 임의로 헤테로원자를 함유할 수 있고;
X는 -O- 및 -NR3-에서 선택되며;
R3은 히드로카르빌이고;
n은 1 이상의 정수임). - 제1항에 있어서, (i), (ii), (iii) 및 (iv)를 추가 1 내지 10회 반복하여 1 내지 10개의 추가의 장벽 층 및 결합 층을 형성하는 방법.
- 제1항에 있어서, 경화를 승온에서 수행하는 방법.
- 제4항에 있어서, 경화를 각 결합 층이 형성된 후에 수행하는 방법.
- 제4항에 있어서, 경화를 모든 결합 층이 형성된 후에 1회 수행하는 방법.
- 제1항에 있어서, 전자 소자가 OLED, 유기 박막 트랜지스터, 및 유기 광전압 소자에서 선택되는 것인 방법.
- 제4항에 있어서, 각 결합 층이 약 1 nm 내지 약 100 nm 범위의 두께를 갖는 것인 방법.
- 제4항에 있어서, 각 장벽 층이 약 5 nm 내지 약 100 nm 범위의 두께를 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 유전체 층이 6 nm - 2000 nm의 총 두께를 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 장벽 층이 저부 전극 상에 침착되는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 저부 전극이 기판 상에 배치된 전도성 재료의 층이거나, 또는 저부 전극이 전도성 기판인 방법.
- 기판 상에 배치된 다수의 구성요소 층들; 및
장벽 재료 및 가교-결합 재료의 층들의 적어도 제1 쌍을 포함하는 유전체 층 (여기서, 장벽 재료는 세라믹 재료이며, 가교-결합 재료는 규소-함유 중합체임)
을 포함하는 전자 소자. - 제14항에 있어서, 유전체 층이 장벽 재료와 가교-결합 재료의 교호 층의 추가 1 내지 10 쌍을 추가적으로 포함하는 전자 소자.
- 제14항에 있어서, 장벽 재료가 알루미늄, 규소, 티탄, 텅스텐, 마그네슘, 지르코늄 또는 칼슘의 산화물, 규소, 텅스텐, 알루미늄, 지르코늄, 크롬, 티탄, 탄탈, 몰리브덴, 갈륨 또는 붕소의 질화물, 규소, 티탄, 바나듐, 지르코늄, 철 또는 붕소의 탄화물, 티탄 또는 철의 붕소화물, 및 텅스텐 및 티탄의 규소화물에서 선택되는 세라믹 재료인 전자 소자.
- 제14항에 있어서, 규소-함유 중합체가 -[Si(R2)(X)1.5]-의 구조를 갖는 가교-결합 단위를 포함하며, 여기서
R2는 H, 히드록실, 플루오로카르빌, 및 히드로카르빌에서 선택되고;
X는 -O- 및 -NR3-에서 선택되며;
R3은 알킬 및 아릴에서 선택되는 것인
전자 소자. - 제17항에 있어서, X가 -O-이며, R2가 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 아릴, 아릴옥시, 아랄킬, 및 알카릴에서 선택되며, 이들 중 어느 것은 헤테로 원자를 함유할 수 있고, 이들 중 어느 것은 비치환되거나, 또는 할로, 히드록실, 알킬, 및 아릴에서 선택되는 하나 이상의 기에 의해 치환될 수 있는 것인 전자 소자.
- 제14항에 있어서, 전자 소자가 저부 전극을 포함하며, 층들의 제1 쌍의 장벽 재료가 직접 저부 전극에 접촉되는 것인 전자 소자.
- 제14항에 있어서, OLED, 유기 박막 트랜지스터, 및 유기 광전압 소자에서 선택되는 전자 소자.
- 제14항에 있어서, 층들의 제1 쌍의 장벽 재료가 공유 결합을 통하여 층들의 제1 쌍의 결합 재료에 부착되는 전자 소자.
- 제15항에 있어서, 각 장벽 층의 장벽 재료가 임의의 인접 장벽 층의 결합 재료에 공유 부착되는 전자 소자.
- 제14항에 있어서, 유전체 층이 6 nm - 2000 nm의 총 두께를 갖는 것인 전자 소자.
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