백색광 발광 ＯＬＥＤ 디바이스, 백색광 발광 ＯＬＥＤ 디스플레이 및 직렬 백색광 발광 ＯＬＥＤ 디바이스

OLED로도 지칭되는 유기 발광 다이오드 디바이스는 공통적으로 어노드, 캐소드 및 어노드와 캐소드 사이에 샌드위치된 유기 EL(electroluminescent) 유닛을 포함한다. 유기 EL 유닛은 적어도 홀-수송 층(HTL), 발광층(LEL) 및 전자-수송 층(ETL)을 포함한다. OLED는 자신의 낮은 구동 전압, 높은 휘도, 넓은 시야각 및 풀 컬러 디스플레이 및 그외의 애플리케이션에 대한 성능으로 인해 바람직하다. Tang 외 다수는 이러한 복층 OLED를 미국 특허 4,769,292 및 4,885,211에서 기술하였다. OLED는 자신의 LEL의 발광 특성에 따라 적색, 녹색, 청색 또는 백색과 같은 서로 다른 컬러들을 방출할 수 있다. 최근에, 고체 상태 광 소스, 컬러 디스플레이 또는 풀 컬러 디스플레이와 같은 다양한 애플리케이션에 결합될 광대역 OLED에 대한 요구가 증가하고 있다. 광대역 방출에 의해, OLED는 가시 스펙트럼에 걸쳐 충분히 넓은 광을 방출하여, 이러한 광이 적어도 두 개의 서로 다른 색상을 갖는 디스플레이 또는 풀 컬러 디스플레이를 생산하기 위해 필터 또는 색상 변화 모듈과 관련하여 사용되도록 한다. 특히, 스펙트럼의 적색, 녹색 및 청색에서의 실질적인 방출이 존재하는 광대역 발광 OLED (또는 광대역 OLED), 즉 백색광 방출 OLED(백색 OLED)에 대한 필요성이 존재한다. 컬러 필터를 구비한 백색 OLED의 사용은 개별적으로 패터닝된 적색, 녹색 및 청색 방출기를 구비하는 OLED보다 간단한 제조 프로세스를 제공한다. 이것은 보다 높은 스루풋과 증가된 산출량을 나타낼 수 있고, 비용을 절약할 수 있다. 백색 OLED는 Kido 외 다수에 의한 Applied Physics Letters, 64, 815 (1994), J. Shi 외 다수에 의한 미국 특허 5,683,823, Sato 외 다수에 의한 JP 07-142169, Deshpande 외 다수에 의한 Applied Physics Letters, 75, 888 (1999) 및 Tokito 외 다수에 의한 Applied Physics Letters, 83, 2459 (2003)에 기록된 바와 같이 종래 기술에서 기록되어왔다. OLED 로부터 광대역 방출을 획득하기 위해, 하나 이상의 유형의 분자가 여기되어야만 하며, 이는 각각의 분자 유형이 정상 상태 하에서 비교적 좁은 스펙트럼을 갖고 광을 방출하기 때문이다. 호스트 재료 및 하나 이상의 발광 도펀트(들)를 갖는 발광층은, 만약 호스트 재료로부터 도펀트(들)로의 에너지 전이가 불완전하다면 가시 스펙트럼 내에서의 광대역 방출을 나타내도록 호스트 및 도펀트(들) 모두로부터의 발광을 획득할 수 있다. 단일 발광층을 구비하는 백색 OLED를 획득하기 위해, 발광 도펀트의 농도가 신중하게 제어되어야 한다. 이것은 제조상의 어려움을 발생시킨다. 두 개 이상의 발광층을 구비하는 백색 OLED는 한 개의 발광층을 갖는 디바이스보다 우수한 발광 효과뿐 아니라 우수한 색상을 가질 수 있으며, 도펀트 농도에 대한 변화 오차가 더욱 높다. 또한 두 개의 발광층을 구비하는 백색 OLED는 전형적으로 단일 발광층을 구비하는 OLED보다 더욱 안정적이다. 그러나, 스펙트럼의 적색, 녹색 및 청색 부분에서 강한 세기를 갖는 광 방출을 획득하는 것은 어렵다. 두 개의 발광층을 구비하는 백색 OLED는 전형적으로 두 개의 집중적인 방출 피크를 갖는다. 세번째 집중적인 방출 피크를 제공하기 위해 제 3 발광층을 사용하는 것이 알려져 있지만, 이러한 3층 구조는 감소된 효과를 나타낸다. 최근에, 직렬 OLED 구조(때때로 적층 OLED 또는 캐스캐이드(cascaded) OLED로 지칭됨)가 Jones 외 다수의 미국 특허 6,337,492, Tanaka 외 다수의 미국 특허 6,107,734, Kido 외 다수의 일본 특허 공개번호 2003/045676A 및 미국 특허 공개번호 2003/0189401 A1, 및 Liao 외 다수의 미국 특허 6,717,358 및 미국 특허출원 공개번호 2003/0170491 A1에 의해 개시되었다. 이러한 직렬 OLED는 개별적인 몇몇 OLED 유닛들을 수직으로 적층시키고 단일 전력 소스를 사용하여 적층을 구동시킴으로써 제조된다. 장점은 발광 효율, 수명 또는 이 둘 모두가 증가된다는 것이다. 그러나, 직렬 구조는 함께 적층된 OLED 유닛들의 개수에 대략 비례하여 구동 전압이 증가한다. Matsumoto 및 Kido 외 다수는 SID 03 Digest, 979 (2003)에서 직렬 백색 OLED는 디바이스 내에 청록색 EL 유닛 및 주홍색 EL 유닛을 접속시킴으로써 구성되고, 백색 광 방출은 단일 전력 소스를 구비하는 이러한 디바이스를 구동시킴으로써 획득된다고 기록하였다. 발광 효율이 증가됨에도 불구하고, 이러한 직렬 백색 OLED디바이스는 스펙트럼 내에 보다 약한 녹색 및 적색 성분을 갖는다. 미국 특허출원 공개번호 2003/0170491 A1에서, Liao 외 다수는 디바이스 내에 적색 EL 유닛, 녹색 EL 유닛 및 청색 EL 유닛을 직렬로 접속시킴으로써 직렬 백색 OLED 구조를 기술한다. 직렬 백색 OLED가 단일 전력 소스에 의해 구동될 때, 백색광 방출은 적색, 녹색 및 청색 EL 유닛으로부터의 분광 조합에 의해 형성된다. 색 방출 및 발광 효율이 향상됨에도 불구하고, 이러한 직렬 백색 OLED는 세 개의 OLED 유닛보다 적은 EL 유닛으로 제조될 수 없고, 종래의 OLED보다 적어도 3배 높은 구동 전압을 요구함을 의미한다. 제조하기에는 간단하지만, 효율적인 색상 범위(gamut) 및 고효율을 갖는 디스플레이에 대한 필요성이 존재한다.