KR20050056875A

KR20050056875A - 전계발광 디바이스

Info

Publication number: KR20050056875A
Application number: KR1020040103302A
Authority: KR
Inventors: 다케우치노리히토; 이시카와하루유키; 요시다미키오; 고이케슈지
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2005-06-16
Also published as: TWI252714B; CN1627875A; JP2005174700A; TW200527957A; EP1555855A2; US20050127831A1

Abstract

전계발광 디바이스는 투명 기판, 전계발광 소자, 투명층, 및 휘도 향상층을 구비한다. 상기 투명 기판은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는다. 상기 투명 기판의 제 1 표면상에 전계발광 소자가 제공된다. 상기 전계발광 소자로부터 조사된 광이 상기 투명 기판으로부터 제 2 표면을 통과하여 출사된다. 상기 투명 기판의 제 2 표면상에, 상기 투명 기판에 비해 더 높은 굴절률을 가진 상기 투명층이 제공된다. 특정 파장을 가지는 광의 휘도를 향상시키기 위하여, 휘도 향상층 (brightness-enhancing) 은 상기 투명 층상에 제공된다.

Description

전계발광 디바이스{ELECTROLUMINESCENT DEVICE}

발명의 배경

본 발명은, 투명 기판 상에 유기 전계발광 소자 (또는 유기 EL 소자) 및 무기 전계발광 소자 (또는 무기 EL 소자) 등의 발광 디바이스들이 제공되며 광이 그 전계발광 소자에 관련된 투명 기판의 표면으로부터 발광되는, 보텀 에미션 (bottom emission) 타입의 발광 디바이스에 관한 것이다.

쿄교 쵸사카이 출판사 (Kogyo Chosakai Publishing Inc.)의 타츄 우치다 (Tatsuo Uchida) 등이 편저한 "평판 디스플레이 무삭제 사전 (Flat Panel Display Unabridged Dictionary)"의 444 페이지에 개시된 바와 같이, 종래부터, 유기 EL 소자를 구비하는 유기 전계발광 디바이스 (또는 유기 EL 디바이스) 및 무기 EL 소자를 구비하는 무기 전계발광 소자 (또는 무기 EL 디바이스) 등의 여러 종류의 전계발광 디바이스들이 제안되어 왔다. 따라서, 특정 방향으로 고휘도를 가지며 선택적인 색상을 디스플레이할 수 있는 보텀 에미션 타입 전계발광 디바이스를 제공할 필요가 있다.

본 발명은, 특정 방향의 휘도가 높고 선택적인 색상을 디스플레이할 수 있는 배면 발광 타입의 전계발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 전계발광 디바이스는 투명 기판, 전계발광 소자, 투명층, 및 휘도 향상층을 구비한다. 상기 투명 기판은 제 1 표면 및 제 2 표면을 가진다. 그 투명 기판의 제 1 표면상에, 전계발광 소자가 제공된다. 상기 전계발광 소자로부터 조사된 광이 상기 투명 기판으로부터 제 2 표면을 통과하여 출사된다. 투명 기판의 제 2 표면상에, 상기 투명 기판에 비해 더 높은 굴절률을 가진 투명층이 제공된다. 특정 파장을 가지는 광의 휘도를 향상시키기 위하여, 상기 투명층상에 상기 휘도 향상층이 제공된다.

본발명의 다른 양태 및 이점들은, 본 발명의 원리를 실시예를 통하여 나타내는 첨부 도면을 참조한 하기 설명으로부터 명백히 알 수 있다.

신규한 것으로 여겨지는 본 발명의 특징들은 첨부된 청구범위에서의 특징에 따라 개시된다. 본 발명의 목적들 및 이점들은, 여기에 나타낸 바람직한 실시형태에 대한 이하의 명세서를 첨부된 도면과 함께 참조할 경우에, 가장 잘 이해할 수 있다.

바람직한 실시형태의 상세한 설명

본 명세서에서, "투명체" 는 발광디바이스로부터 출사되는 광에 대한 광학적 투명성을 가진 물체를 의미하며 소위 반투명을 포함한다. 투명층은 전술한 광에 대하여 대략 10% 이상의 광학적 투명성을 가지며, 바람직하게는 50%, 보다 바람직하게는 70% 이상의 투명성을 가진다. 투명성은 광의 파장에 의존한다.

또한, "2차원 포토닉 결정층 (two dimensional photonic crystal layer)"은 2차원 포토닉 결정 구조를 가지는 층을 의미하고, 그 층은 층상 투명 부재 (제 1 유전체) 및 상기 층상 투명 부재와 서로 다른 굴절률을 가지는 부분 (제 2 유전체) 을 구비하며, 여기서, 상기 제 2 유전체는 상기 투명 부재에 주기적으로 많이 함유된다. 제 2 유전체는 상기 투명부재의 표면에 대해 수직방향, 즉, 두께관통 (through-thickness) 방향으로 연장한다.

이하, 도 1 내지 도 3c를 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시형태의 전계발광 디바이스를 설명한다. 동일한 도면 부호는 실질적으로 동일한 구성요소를 나타낸다. 그 도면들은 실제 전계발광 디바이스의 크기의 비를 엄밀하게 나타내지 않고, 이해를 용이하게 하기 위하여, 소정 부분은 극단적으로 길거나 짧게 나타내었다.

이하, 도 1을 참조하여, 바람직한 제 1 실시형태에 따른 제 1 유기 EL 디바이스를 설명한다.

도 1에, 보텀 에미션 타입인 제 1 유기 EL 디바이스를 나타내고 있다. 제 1 유기 EL 디바이스는 후면 전극 (42) 상에 제공되는 유기 발광층 (41) 상에 제공되는, 투명 전극 (40) 으로 구성된 유기 발광층 (4) 을 구비한다. 바람직하게는, 그 후면 전극을 반사전극으로서 사용한다.

그 유기 발광층 (4) 상에, 투명 기판 (3) 이 제공된다. 그 투명 기판 (3) 은 제 1 표면 및 그 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 가지며, 상기 제 1 표면은 광입사면 (3a) 이며, 상기 제 2표면은 광출사면 (3b) 이다. 투명 기판 (3) 의 광입사면 (3a) 은 유기 발광층 (4) 상에 제공된다.

상기 투명 기판 (3) 의 광출사면 (3b) 상에, 고굴절율 투명층 (2) 이 제공된다. 투명층 (2) 은 제 1 표면 및 그 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 가지며, 제 1 표면은 광입사면 (2a) 이며, 제 2 표면은 광출사면 (2b) 이다. 투명 기판 (3) 의 광출사면 (3b) 상에, 투명층 (2) 의 광입사면 (2a) 이 제공된다. 투명층 (2) 의 광출사면 (2b) 상에, 광학 공진층 또는 휘도 향상층 (1) 이 제공된다.

이하, 고굴절율 투명층 (2) 및 광학 공진층 (1) 을 설명한다. 또한, 제 1 유기 EL 디바이스의 동작 및 유리한 효과를 설명한다.

(고굴절율 투명층 (2))

고굴절율 투명층 (2) 은 다음과 같은 특징들을 가진다.

광입사면 (2a) 는 투명기판 (3) 의 광출사면 (3b) 에 밀착되어 있다.

고굴절율 투명층 (2) 은 투명 기판 (3) 에 비해 더 높은 굴절률을 가진다.

고굴절율 투명층 (2) 은 디바이스가 외부로 발광하는 광에 투명하다.

고굴절율 투명층 (2) 은 위에서 열거한 특징들을 가져야 하며, 특히, 이하의 특징들도 가져야 한다.

(재료)

고굴절율 투명층 (2) 을 형성시키는 경우, 고굴절율 투명층 (2) 형성용 재료는 디바이스로부터 외부로 출사되는 광에 투명해야 하며, 투명 기판 (3) 에 비해 더 높은 굴절률을 가져야 한다. 따라서, 고굴절율 투명층 (2) 형성용으로 이용되는 재료는 제조할 디바이스 및 이용할 투명 기판 (3) 에 따라서 다르다.

상기 요구사항을 만족시키는 재료는, PMMA (polymethyl methacrylate, 굴절률 n=1.49), ARTRON (등록상표임, n=1.51), ZEONOR (등록상표임, n=1.52), 유리 (n=1.53), PVC (polyvinyl chloride, n=1.54), PET (polyethylene terephthalate, n=1.57), PC (polycarbonate, n=1.58), 폴리에스틸렌 (polyesthyrene, n=1.59) 등으로 구성된 그룹으로부터 적당히 선택할 수 있다. 또한, 제 1 유기 EL 디바이스의 투명 기판 (3) 형성용으로 사용할 물질을 고굴절율 투명층 (2) 형성용으로 이용할 수도 있다.

(투명 기판 (3) 상에, 고굴절율 투명층 (2) 을 형성시키는 방법)

전계발광 디바이스에 층을 형성시키기 위한 방법을 적당히 이용하여, 투명 기판 (3) 상에, 고굴절율 투명층 (2) 을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 고굴절율 투명층 (2) 을 다음과 같이 형성할 수도 있다.

상기 투명 기판 (3) 의 광출사면 (3b) 상에 고굴절율 투명층 (2) 형성용 재료를 도포 및 건조하여 또는 광출사면 (3b) 상에 상기 재료를 기상증착하여, 고굴절율 투명층 (2) 을 형성할 수 있다.

또한, 고굴절률 투명층 (2) 을 미리 형성한 후, 접착제를 사용하거나 열압착에 의해, 투명 기판 (3) 의 광출사면 (3b) 상에 접합시킬 수도 있다.

투명 기판 (3) 상에 고굴절률 투명층 (2) 을 접착제를 사용하여 접합시키는 경우, 경화시킬 접착제는 투명 기판 (3) 에 비해 더 높은 굴절률을 가지며 고굴절률 투명층 (2) 에 비해 더 낮은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 접착제가 전술한 범위의 굴절률을 가지는 경우, 실질적으로, 그 투명 기판 (3) 의 광출사면 (3b) 에 도달하는 모든 광이 고굴절률 투명층 (2) 으로 유도된다.

이하, 광학 공진층 (1) 을 설명한다.

(광학 공진층 (1))

광학 공진층 (1) 은 적어도 2 개 이상의 하프미러 (Half-Mirror) 와, 그 하프미러들간에 제공되는 투명층을 구비하는 적층 구조 (다층막 거울 (multiplayer mirror)) 를 가진다. 하프미러들 간의 거리는, 디바이스 외부로 발광하는 광의 파장을 공진시키는 광학적 거리로 설정한다. 즉, 광학 공진층 (1) 은 디바이스 외부로 발광되는 특정 파장의 광밀도를 증가시키며, 특정 파장 이외의 광의 발광을 감소시킨다. 즉, 광학 공진층 (1) 은 발광되는 광의 발산각을 광학 공진층 (1) 의 두께-통과 방향으로 줄인다.

바람직하게는, 유기 발광층 (41) 으로부터 발광시킨 광 또는 하프미러 (광학 공진층 (1)) 에 의해 반사시킨 광을 반사시키기 위하여, 유기 EL 소자 (4) 의 유기 발광층 (발광 영역) (41) 에 대하여 발광면에 대향하는 측 상에, 반사판을 제공할 수도 있다. 이 반사판은 유기 EL 소자 (4) 등으로부터 분리되게 제공될 수도 있다. 이러한 구조를 적용할 경우, 적어도 1개의 하프미러와 반사판 사이의 거리를, 디바이스 외부로 발광되는 광의 특정 파장을 공진시키는 광학적 거리로 설정한다. 또한, 광학 공진층 (1) 은 단지 1개의 하프미러를 구비할 수도 있다.

광학 공진층 (1) 은 공지된 구조를 이용할 수도 있으며, 그 구조를 형성하기 위한 공지된 재료 및 방법을 사용하여 제조할 수도 있다. 예를 들어, 광학 공진층을 아래와 같이 제조하거나 설계할 수 있다.

바람직하게는, 하프미러들과 반사판 사이의 광학적 거리, 및/또는 하프미러들 사이의 광학적 거리는 (2πN - φ- θ)/4π이며, 그 광학적 거리들은 상기 표현의 0.9 내지 1.1 배에서 변동되고, 여기서, N은 자연수, φ는 반사판 (또는 발광 측으로부터 대향하는 측 상의 하프미러) 에서 반사되는 광의 위상 편이 (radian 단위), θ는 하프미러 (또는 발광 측 상의 하프미러) 에서 반사되는 광의 위상 편이 (radian 단위), λ는 제 1 유기 EL 디바이스 외부로 발광되는 파장이다. 위에서 설계한 바와 같이, 그 디바이스외부로 발광되는 특정 파장 λ의 광을 공진시킬 수 있다. 즉, 제 1 유기 EL 디바이스는, 강화되고 지향성 (directivity) 을 가지는, 특정 파장 λ의 광을 출사할 수 있다.

하프미러들과 반사판 사이의 거리를, 반사판을 이용한 공진에 대한 전술한 표현에 기초하여, 설정할 경우, 반사판의 표면과 유기 발광층 (41) 간의 광학적 거리는 (2M-1)λ/4π일 수 있으며, 여기서, M은 자연수, λ는 전술한 파장이다. 이러한 유기 발광층 (41) 의 배치는 광원을 하프미러들 중 하나와 반사판 사이에 있는 정상파의 파복 (波腹, antinode) 에 배치하여 전술한 동작을 획득하려는 것이다.

전술한 구조에서, 하프미러들은 특정 파장 λ의 광을 부분적으로 전송하며 광의 잔여부분을 반사하는 재료로 형성할 수 있다. 그러한 재료들은 특정 파장 λ의 광을 반사하는 금속 박막일 수도 있다.

광학 공진층 (1) 의 하프미러들, 및 하프미러들 사이에 제공되는 재료 (필터 층) 는, 특정 파장 λ에 대하여 광을 투과하는 유전체, 산화물 또는 유기 물질을 적층하여, 형성할 수도 있다. 특히, 고굴절률 재료 및 저굴절률 재료들을 교대로 적층하여, 유전체 다층막 거울을 형성시킨다. 예컨대, 그 고굴절률 재료로는 TiO₂, SnO 등을 들 수 있으며, 그 저굴절률 재료로는 SiO₂ 등을 들 수 있다.

상기 구조를 적용할 경우, 하프미러의 굴절률을 N0, 하프미러의 상하 측에 배치되는 층 및 주변 대기의 굴절률들을 각각 NU 및 ND라 하면, 하프미러 층의 광학적 두께를 다음과 같이 설정할 수 있다.

(ⅰ) NU>N0 그리고 ND>NO, 또는 NU<N0 그리고 ND<NO 인 경우, 그 하프미러의 광학적 두께를 (2N-1)λ/4 로 설정하며, 여기서 N 은 자연수이다.

(ⅱ) NU>N0>ND 또는 NU<N0<ND 인 경우, 그 하프미러의 광학적 두께를 Nλ/2 로 설정하며, 여기서 N 은 자연수이다.

바람직하게는, 광학적 두께는 앞의(ⅰ) 또는 (ⅱ) 의 표현에서의 두께의 대략 0.9 내지 1.1배의 범위이다.

광학 공진층 (1) 은, 상기 재료들을 이용하여, 전술한 재료에 대응하는 기상 증착 및 인쇄 등의 공지된 방법에 의해, 고굴절률 투명층 (2) 의 광출사면 (2b) 상에 제공할 수도 있다.

광학 공진층 (1) 은, 복수의 파장들 λ1,λ2…를 공진시키도록 제조할 수도 있다.

이 경우, 복수의 하프미러들을 제공하고, 하프미러들 사이의 광학적 거리 및/또는 하프미러들과 반사판 사이의 광학적 거리는 전술한 표현에 따라 디자인되지만, 이러한 거리에 대한 상기 표현식의 λ를 λ1,λ2…로 변경한 점에서 서로 다르다. 즉, 파장 λ1이 임의의 하프미러들 사이에서 (또는 하프미러들과 반사판 사이에서) 공진하지만, 파장 λ2는 다른 하프미러들 사이에서 (또는 하프미러들과 반사판 사이에서) 공진하므로서 복수의 파장의 광을 강화시키도록 공진하고, 따라서, 빛의 지향성을 강화한다.

전술한 구조를 적용하는 경우, 광학 공진층 (1) 은 전술한 바와 같은 재료 및 조성을 선택하여 제조할 수 있다.

이하, 제 1 유리 EL 디바이스의 동작 및 유리한 효과들을 설명한다.

(동작 및 유리한 효과들)

(a) 실질적으로, 유기 발광층 (4) 로부터 투명 기판 (3) 으로 입사하는 모든 광들은 고굴절률 투명층 (2) 에 입사한다.

그 고굴절률 투명층 (2) 은, 고굴절률 투명층 (2) 의 광입사면 (2a) 으로 진행하는 실질적으로 모든 광이 고굴절률 투명층 (2) 에 입사하도록, 투명 기판 (3) 에 비해 더 높은 굴절률을 가진다.

(b) 고굴절률 투명층 (2) 은 디바이스가 외부로 발광하는 광에 투명하기 때문에, 고굴절률 투명층 (2) 의 광입사면 (2a) 을 통하여 입사하는 광은 광출사면 (2b) 에 도달한다.

(c) 그 후, 그 고굴절률 투명층 (2) 은, 투명 기판 (3) 으로부터 고굴절률 투명층 (2) 으로 입사하는 광이 광출사면 (3b) 에 대한 입사각에 비해 더 작은 광입사면 (2a) 에 대한 출사각을 가지도록, 투명 기판 (3) 에 비해 더 높은 굴절률을 가진다. 즉, 고굴절률 투명층 (2) 에서의 광속 (光束, luminous flux) 은 광입사면 (2a) 에 수직인 방향에 대한 투명 기판 (3) 에서의 광속 (光束) 에 비해 더 좁아진다. 즉, 광은 고굴절률 투명층 (2) 을 통과하여 광입사면 (2a) 에 수직인 방향에 대해 소정의 각도 범위로 진행한다.

(d) 광이 광출사면 (2b) 으로부터 출사되어 광학 공진층 (1) 에 입사되는 경우, 광학 공진층 (1) 에 의해 전파되는 파장 λ의 광 (또는 복수의 파장 λ1, λ2…) 은 강화된다. 또한, 전술한 바와 같이, 그 발광된 광은 강화된 지향성을 가지며 광출사면 (2b) 에 수직인 방향으로 발광된다.

전술한 동작으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 유기 EL 디바이스는 특정 파장, 즉 광학 공진층 (1) 에서 공진하도록 설정한 광을, 광출사면 (2b) 에 수직인 방향으로, 많이 발광시킨다.

따라서, 광학 공진층 (1) 이 복수 파장의 광을 공진하도록 설정한 경우, 이러한 파장들의 유기층 (4) 으로부터의 발광은 복수의 파장들의 광을 강화시킴으로써, 가색법 (Additive Color) 으로서 디스플레이되는 색의 휘도를 더욱 향상시킨다.

그 반사판은 제 1 유기 EL 디바이스 외부로 발광되는 파장의 광을 반사하는 부재에 의해 형성되며, 그 부재는 발광 측에 대향하는 유기층 (4) 의 발광 영역 (또는 발광층 (41)) 의 적어도 일면 상에 제공된다. 그 부재의 재료로는 일반적으로 반사판에 사용되는 Al, Ag, Au, 및 Cu 등의 금속, 전술한 금속들의 산화물 또는 질화물 등의 화합물, 합금 등을 들 수 있다.

이하, 기타 구성요소들에 대하여 설명한다.

(기판 (3))

투명 기판 (3) 은 주로 유기 EL 소자 (4) 를 지지하기 위한 판형 부재이다. 전술한 바와 같이, 투명 기판 (3) 은 고굴절률 투명층 (2) 에 비해 더 낮은 굴절률을 가져야 하며, 투명해야 한다.

바람직하게는, 투명 기판 (3) 은 유기 EL 소자 (4) 가 상부에 적층된 부재로서, 적어도 광입사면 (3a) 은 평탄하고 균일하다. 또한, 바람직하게는, 광출사면 (3b) 도 평탄하고 균일해야 한다.

투명 기판 (3) 은 상기 성질을 만족시킨다면, 공지의 재료를 이용할 수도 있으며, 일반적으로는, 유리 기판, 실리콘 기판, 석영 기판 등의 세라믹 기판, 또는 플라스틱 기판을 이용할 수도 있다. 또한, 상기 고굴절률 투명층 (2) 를 형성하기 위한 잠재적인 물질들로서 열거된 물질 중 하나로 제조한 기판을 이용할 수도 있다. 또한, 복수의 동일한 또는 상이한 기판들을 조합하여 시트로 제조된 기판도 이용할 수 있다.

기판 (3) 의 두께는 적당히 설정할 수 있으며, 일반적으로는, 1mm 이하의 두께를 가지는 기판을 이용한다.

(유기 EL 소자 (4))

유기 EL 소자 (4) 는 투명 전극 (40) 과 후면 전극 (42) 사이에 개재된 유기 발광층 (41) 을 구비한다. 유기 EL 소자 (4) 는 투명 전극 (40) 과 후면 전극 (42) 사이에 전압을 인가하는 경우에 발광하는 유기 발광 재료를 함유한다. 유기 EL 소자 (4) 는 공지의 적층 구조 및 공지의 재료층들을 구비하는 공지의 유기 EL 소자일 수 있으며, 공지의 제조 방법에 따라 제조될 수도 있다. 유기 EL 소자 (4) 의 투명 전극 (40) 은 투명기판 (3) 의 광입사면 (3a) 의 측 상에 제공되며, 바람직하게는, 광입사면 (3a) 이 투명전극 (40) 에 접촉하도록 제공되며, 보다 바람직하게는, 광입사면 (3a) 이 투명전극 (40) 에 밀착하도록 제공된다. 바람직하게는, 후면 전극 (42) 는 전술한 반사 전극으로서 제공된다.

(유기 발광층 (41))

유기 발광층 (41) 은 적어도 이하와 같은 기능들을 가진다. 유기 발광층 (41) 은 이하의 기능들 중 임의의 기능을 가지는 각 층의 적층 구조를 가질 수 있으며, 또는 이하의 기능들을 가지는 단일층일 수 있다.

전자 주입 기능

이 기능은 전극 (캐소드) 으로부터 전자들을 주입하는 것이다 (전자 주입성).

정공 (positive hole) 주입 기능

이 기능은 전극 (애노드) 으로부터 정공들을 주입하는 것이다 (정공 주입성).

캐리어 (carrier) 수송 기능

이 기능은 전자 및/또는 정공을 수송하는 것이다 (캐리어 수송성). 전자를 수송하려는 기능을 전자 수송 기능 (전자 수송성) 이라 하며, 정공을 수송하려는 기능을 정공 수송 기능 (정공 수송성) 이라 한다.

발광 기능

이 기능은, 주입/수송된 전자 및 정공을 재결합하여 (여기된 상태에 있는) 여기자를 발생시키고 기저 상태로 되돌아오는 경우에 발광시키는 것이다.

투명 전극 (40) 이 애노드일 경우, 유기 발광층 (41) 은 투명 전극 (40) 상에, 정공 주입 및 수송층, 발광층, 전자 주입 및 수송층의 순서대로 적층한 적층 구조를 가지도록 형성시킬 수도 있다.

그 정공 주입 및 수송층은 상기 애노드로부터 상기 발광층으로 정공들을 수송하는 것이다. 예컨대, 정공 수송층 형성용 재료로는, 저분자 재료들, 고분자 (polymeric) 재료들, 폴리티오펜 올리고머 (polythiophene oligomeric) 재료들, 및 기존 정공 수송 재료들을 들 수 있다. 적절한 저분자 재료로는 구리 프탈로시아닌 [copper phthalocyanine] 및 테트라 (t-butyl) 구리 프탈로시아닌 등의 금속 프탈로시아닌계 [metal phthalocyanine series], 무금속 프탈로시아닌계, 퀴나크리돈 화합물, 1,1-비스(4-디-p-트리라미노페닐)시클로헥산 [1,1-bis(4-di-p-trylaminophenyl)cyclohexane], N,N′-디페닐-N,N′-비스(3-메틸페닐)-1,1′-비페닐-4,4′-디아민 [N,N′-diphenyl-N,N′-bis(3-methylphenyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine], N,N′-디(1-나프틸)-N,N′-디페닐-1,1′-비페닐-4,4′-디아민 [N,N′-di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine] 등의 방향족 아민 등을 들 수 있다. 적합한 고분자 재료로는 폴리티오펜, 폴리아닐린 등을 들 수 있다.

발광층은 애노드로부터 수송되는 정공을 캐소드로부터 수송되는 전자와 재결합함으로써 여기 상태를 획득하고, 여기 상태로부터 기저상태로 되돌아갈 때 발광한다. 발광층용 재료로는 형광 재료들, 인광 재료들 등을 들 수 있다. 또한, 호스트 (host) 재료는 도판트 (형광 재료 또는 인광재료) 들을 함유한다.

발광층 형성용 재료는 저분자 재료, 고분자 재료들 및 기타 기존 발광 물질들을 포함한다. 적합한 저분자 물질로는 9,10-디아리란트라센 (9,10-diarylanthracene) 유도체, 피렌 (pyrene) 유도체, 코로넨 (coronene) 유도체, 페릴렌 (perylene) 유도체, 루브렌 (rubrene) 유도체, 1,1,4,4-테트라페닐부타디엔, 트리스(8-퀴놀리놀레이트) 알루미늄 착물, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이트) 알루미늄 착물, 비스(8-퀴놀리놀레이트) 아연 착물, 트리스(4-메틸-5-트리플루오로메틸-8-퀴놀리놀레이트) 알루미늄 착물 (tris(4-methyl-5-trifloromethyl-8-quinolinolate) aluminum complex), 트리스(4-메틸-5-시아노-8-퀴놀리놀레이트) 알루미늄 착물 (tris(4-methyl-5-cyano-8-quinolinolate) aluminum complex), 비스(2-메틸-5-트리플루오로메틸-8-퀴놀리놀레이트) [4-(4-시아노페닐)페놀레이트] 알루미늄 착물, 비스(2-메틸-5-시아노-8-퀴놀리놀레이트) [4-(4-시아노페닐)페놀레이트] 알루미늄 착물, 트리스(8-퀴놀리놀레이트) 스칸듐 착물, 비스[8-(파라-토실)아미노퀴놀린] 아연 착물, 카드뮴 착물, 1,2,3,4-테트라페닐시클로펜타네디엔, 펜타페닐시클로펜타네디엔 (pentaphenylcyclopentanediene), 폴리-2,5-디헵티록시-파라-페닐렌비닐렌, 쿠마린계 형광 물질, 페릴렌 (perylene) 계 형광 물질, 피란 (pyran) 계 형광 물질, 안트론 (Anthrone) 계 형광물질, N,N′-디알킬-치환 퀴나크리돈 (N,N′-dialkyl-substituted quinacridone) 계 형광 물질, 나프탈이미드 (naphthalimide) 계 형광 물질, N,N′-디아릴-치환 피롤로피롤계 형광 물질 등을 포함한다. 적당한 고분자 재료들로는 폴리플루오렌 (polyfluorene), 폴리파라페닐렌비닐렌 (polyparaphenylenevinylene) , 폴리티오펜 (polythiophene) 등을 들 수 있다. 호스트 및 게스트는 호스트/게스트 (도판트, dopant) 타입 조성물을 채용하기 위한 상기 재료들중에서 적당히 선택할 수 있다.

도 2 내지 3C에 도시한 바와 같이, 상기 발광층을, 전술한 하나이상의 재료들을 이용함으로써 2차원 포토닉 결정층 (5) 을 통하여 전파되는 파장의 광을 발광하도록, 설계할 수도 있다.

전자 주입 및 수송층은 전자들을 캐소드 (바람직한 실시형태에서 후면 전극 (42)) 로부터 유기 발광층 (41) 으로 수송한다. 예컨대, 전자 수송층 형성용 재료로는 2-(4-비페닐릴)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸, 2,5-비스(1-나프틸)-1,3,4-옥사디아졸, 옥사디아졸 (oxadiazole) 유도체, 비스(10-하이드록시벤즈[h]퀴놀리놀레이트) 베릴륨 착물, 트리아졸 (triazole) 화합물 등을 들 수 있다.

유기 발광층 (41) 에, 버퍼층, 정공 차단층 (positive hole blocking layer), 전자 주입층, 또는 정공 주입층 등, 공지의 유기 EL 층에 채용할 수 있는 층이 제공된다. 전술한 층들은 공지의 제조 방법에 의하여 공지의 재료로 제조할 수 있다. 예를 들면, 전자 주입 및 수송층은, 전자를 주입하는 전자주입층과 전자들을 수송하는 전자 수송층으로 분리할 수도 있다. 이 층들을 형성시키기 위한 재료는, 각 층의 기능에 따라 공지의 재료중에서 적당히 선택할 수 있으며, 전술한 전자 주입 및 수송층 형성용 재료들로부터 선택할 수도 있다.

이하, 투명전극 (40) 및 후면 전극 (42) 을 설명한다.

(전극)

투명 전극 (40) 또는 후면전극 (42) 중 하나는 애노드로 기능하며, 다른 하나는 캐소드로서 기능한다. 바람직한 제 1 실시형태에서는, 전극 (40) 또는 전극 (42) 중 임의의 전극이 애노드 (또는 캐소드) 가 되는지는 중요하지 않다. 먼저, 이하, 애노드를 설명한다.

애노드는 상기 유기 발광층 (41) 에 정공을 주입하기 위한 전극이다. 애노드 형성용 재료는 애노드가 전술한 특징들을 가지게 하며, 일반적으로, 금속, 합금, 도전성 화합물 및 이들 물질들의 혼합물 등의 공지의 물질 등으로부터 선택될 수 있다. 그 후, 애노드에 접촉하는 표면은 4eV 이상의 일함수를 가지도록 제조된다.

애노드 형성용 재료로는, 예컨대, ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), 주석 산화물 (tin oxide), 아연 산화물 (zinc oxide), 아연 알루미늄 산화물 (zinc aluminum oxide), 및 티타늄 질화물 (titanium nitride) 등의 금속산화물 및 금속 질화물들; 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 납, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 및 니오븀 등의 금속들; 이 금속들의 합금들; 요오드화 구리의 합금들; 및 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylenevinylene), 폴리(3-메틸티오핀) (poly(3-methylthiphene), 및 황화 폴리페닐렌 (polyphenylene sulfide) 등의 도전성 중합체들을 들 수 있다.

투명 전극 (40) 을 애노드로서 사용하는 경우, 투명 전극 (40) 은 일반적으로 발광된 광에 대하여 10% 만큼 더 높은 투과율을 가지도록 설정한다. 바람직하게는, 광을 가시광선 범위에서 발광시킨 경우, 가시광선 범위에서 높은 투과율를 가지는 ITO를 이용한다.

후면 전극 (42) 을 애노드로서 사용하는 경우, 바람직하게는 후면전극 (42) 을 반사 전극으로도 사용한다. 이 경우, 전술한 재료들로부터 외부에서 발광되는 광을 반사하는 성질을 가지는 재료를 적당히 선택할 수 있다. 일반적으로는, 금속, 합금, 및 금속 화합물들을 선택한다. 상기 후면전극 (42) 은 외부 광의 콘트라스트 (contrast) 및 반사를 방해하는 흡광 특성을 가질 수도 있다. 후면전극 (42) 이 흡광 특성을 가지기 위하여, 전극 형성 시 흡광 특성을 발휘하는 재료를 전술한 재료들로부터 적당히 선택한다.

애노드는 전술한 재료들 중 하나를 사용하여 형성할 수도 있으며, 복수의 재료들을 혼합하여 형성할 수도 있다. 또한, 적층 구조는 동일한 조성의 층 또는 상이한 조성의 층을 구비하는 복수의 층들로 구성되는 다층 구조일 수 있다.

일반적으로, 애노드의 두께는, 사용되는 물질에 따라서, 대략 5㎚ 내지 1㎛ 의 범위이고, 바람직하게는 대략 5㎚ 내지 1㎛ 범위, 더욱 바람직하게는 대략 10㎚ 내지 500㎚ 범위, 더욱더 바람직하게는, 대략 10㎚ 내지 300㎚ 범위, 가장 바람직하게는, 대략 10㎚ 내지 200㎚ 범위이다.

상기 애노드는, 스패터링 (spattering), 이온도금 (ionplating), 진공 증착, 스핀 코팅, 전자 빔 증착 등의 공지된 박막 증착법에 의해, 전술한 물질들을 이용함으로써, 형성시킬 수도 있다.

바람직하게는, 애노드의 시트 저항은 수백 Ω/□ 이하로 설정되며, 더욱 바람직하게는, 대략 5 내지 50 Ω/□로 설정된다.

애노드의 표면은 UV 오존 세정 또는 플라즈마 세정 처리한다.

회로 단락, 또는 유기 EL 소자의 결함을 방지하기 위해서는, 애노드의 표면의 조도는, 입자 지름을 정련 (fining) 하는 방법 또는 성막 후 연마하는 방법에 의해 20㎚ (제곱 평균 제곱근) 이하로, 조절되어야 한다.

캐소드는 전자를 유기 발광층 (41)(상기 적층 구조에서 전자 주입 및 수송층) 으로 주입한다. 캐소드 형성용 재료로는 금속, 합금, 도전성 화합물 및 이 재료들의 혼합물들을 들 수 있으며, 전자 주입의 효율을 증가시키기 위해, 이들은 4.5 eV 이하, 일반적으로는, 4.0 이하, 그리고 전형적으로는 3.7 이하의 일함수를 가진다.

전술한 전극용 재료로는 리튬, 나트륨, 마그네슘, 금, 은, 구리, 알루미늄, 인듐, 칼슘, 주석, 루테늄, 티타늄, 망간, 크롬, 이트륨, 알루미늄-칼슘 합금, 알루미늄-리튬 합금, 알루미늄-마그네슘 합금, 마그네슘-은 합금, 마그네슘-인듐 합금, 리튬-인듐 합금, 나트륨-포타슘 합금, 마그네슘과 구리와의 혼합물, 알루미늄과 산화 알루미늄과의 혼합물 등 등을 들 수 있다. 또한, 애노드용 재료들을 이용할 수도 있다.

바람직하게는, 캐소드로서 후면 전극 (42) 을 사용하는 경우, 후면 전극 (42) 의 재료는 외부에서 발광하는 광을 반사하는 특성을 가지며, 전술한 재료들 중에서 선택한다. 일반적으로는, 금속들, 합금들, 및 금속 화합물들을 선택한다.

캐소드로서 투명 전극 (40) 을 사용하는 경우, 투명전극 (40) 은 발광된 광에 대하여 10%이상의 투과율을 가지도록 설정한다. 예를 들어, 초박막 마그네슘-은 합금 상에 투명 도전성 산화물을 적층시켜 형성되는 전극을 이용할 수도 있다. 또한, 캐소드에서, 도전성 산화물을 스패터링 할 때에 유기 발광층 (41) 등이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 캐소드와 유기 발광층 (41) 간에 구리 프탈로시아닌 을 첨가한 버퍼층을 제공할 수도 있다.

캐소드는 전술한 재료들 중 하나에 의해 형성될 수도 있으며, 또는, 복수의 재료들로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 5% 내지 10% 의 은 또는 구리를 마그네슘에 첨가하는 경우, 캐소드는 유기 발광층 (41) 에 밀착되며, 산화되는 것이 방지된다.

그 캐소드는 동일한 조성물 또는 상이한 조성물들의 복수의 층으로 구성되는 다층구조를 가질 수도 있다. 예컨대, 그 구조는 이하와 같을 수 있다.

캐소드의 산화를 방지하기 위하여, 캐소드의 유기 발광층 (41) 과 접촉하지 않는 부위 상에, 내부식성을 가지는 금속 보호층이 제공된다. 그 보호층 형성용 재료로는 은, 알루미늄 등을 채용할 수 있다.

캐소드의 일함수를 감소시키기 위하여, 캐소드와 유기 발광층 (41) 사이의 계면에, 더 작은 일함수를 가지는 산화물, 플루오르화물, 금속 화합물 등을 주입한다. 예컨대, 캐소드와 유기 발광층 (41) 사이의 계면에, 알루미늄, 플루오르화 리튬, 또는 산화 리튬을 포함하는 캐소드용 재료를 주입한다.

캐소드는 진공증착, 스패터링, 이온 도금, 전자 빔 증착 등의 공지된 박막 증착법으로 형성할 수 있다. 바람직하게는, 캐소드의 시트 저항은 수백 Ω/□ 이하로 설정된다.

(기타 층들)

유기 EL 소자 (4) 는 전술한 것들에 더하여, 공지의 적층 구조 및 유기 EL 소자에 사용되는 공지의 재료들을 이용할 수도 있다. 이하, 유기 EL 소자 (4) 를 위한 바람직한 층들 및 재료들을 설명한다.

절연층

투명 전극 (40) 과 후면 전극 (42) 사이의 단락을 방지하기 위하여, 유기 발광층 (41) 은 그 외주 상에 절연층을 제공한다. 절연층 형성용 재료들은 유기 EL 소자에 이용할 수 있는 공지의 절연 부위 형성용 재료를 적당히 이용할 수 있다. 절연층을 형성하는 방법은 스패터링, 전자 빔 증착, CVD 등의 공지의 방법을 이용할 수도 있다.

보조 전극

애노드 및/또는 캐소드에 전기적으로 접속되며 그 접속되는 전극들에 비해 더 낮은 체적 저항률 (volume resistivity) 을 가지는 재료들로 제조되는, 보조 전극들을 제공할 수도 있다. 이러한 재료들로 보조 전극이 제조되는 경우, 보조 전극을 구비하는 전극은 전체적으로 그 체적 저항률을 감소시킬 수 있으며, 따라서, 보조 전극을 구비하지 않는 전극에 비해 유기 발광층 (41) 을 형성하는 각 지점에서 흐르는 전류의 크기의 최대차를 줄일 수 있다.

예컨대, 보조전극 형성용 재료로는, 텅스텐 (W), 알루미늄 (Al), 구리 (Cu), 은 (Ag), 몰리브덴 (Mo), 탄탈륨 (Ta), 금 (Au), 크롬 (Cr), 티타늄 (Ti), 네오디뮴 (Nd), 및 이들 재료의 합금을 들 수 있다. 특히, 이들 재료의 합금들로는, Mo-W, Ta-W, Ta-Mo, Al-Ta, Al-Ti, Al-Nd, Al-Zr 등을 들 수 있다. 또한, 바람직하게는, 보조 배선층용 성분으로는 TiSi₂, ZrSi₂, HfSi₂, VSi₂, NbSi₂, TaSi₂, CrSi₂, WSi₂, CoSi₂, NiSi₂, PtSi, Pd₂Si 등의 금속과 실리콘과의 화합물을 들 수 있다. 또한, 이들 금속과 실리콘과의 화합물은 각각 적층할 수도 있다.

보조 전극들은 전술한 재료로 제조되는 단일층을 가질 수도 있지만, 바람직하게는, 그 층의 안정성을 증진시키기 위하여 2 이상의 종류의 다층 구조를 가질 수 있다. 그러한 다층 구조는 전술한 금속들 또는 이러한 금속들의 합금으로 형성할 수도 있다. 예를 들어, 3층 구조인 경우, Ta 층, Cu 층, Ta 층의 조합, 또는 Ta 층, Al 층, Ta 층의 조합을 채용할 수 있다. 복층 구조인 경우, Al 층과 Ta 층과의 조합, Cr 층과 Au 층과의 조합, Cr 층과 Al 층과의 조합, 또는 Al 층과 Mo 층과의 조합을 채용할 수 있다.

층의 안정성이라는 것은, 낮은 체적 저항률을 유지할 수 있음과 에칭시 그 처리에 사용되는 액체로부터의 부식에 강함을 의미한다. 예를 들어, 보조 전극이 Cu 또는 Ag 로 제조되는 경우, 보조전극은 낮은 체적 저항률을 가지지만, 부식될 수 있다. 그러나, Cu 또는 Ag 로 제조되는 금속층의 상·하부에, Ta, Cr, 및 Mo 등의 부식 방지 재료로 제조된 층을 적층하거나, 또는 그의 상·하부 중 하나에 적층하면, 보조 전극의 안정성을 향상시킬 수 있다.

일반적으로, 바람직하게는, 보조 전극의 두께는, 100㎚ 내지 수십 ㎛의 범위이며, 더욱 바람직하게는, 200㎚ 내지 5㎛ 범위이다. 100㎚미만의 두께는 저항을 증가시키므로, 보조전극으로서 바람직하지 않다. 한편, 수십 ㎛이상의 두께는 편평하게 제조하기 어려우며, 유기 EL 소자 (4) 에서 결함을 발생시킬 수도 있다.

바람직하게는, 보조 전극의 너비는 2㎛ 내지 1000㎛ 범위이며, 더욱 바람직하게는, 5㎛ 내지 300㎛ 범위이다. 2㎛ 미만의 너비는 보조 전극의 저항을 증가시킬 수 있다. 한편, 100㎛ 보다 큰 두께는 외부로의 발광을 방해할 수도 있다.

보호층 : 패시배이션막 (passivation film), 밀봉캔

유기 발광층 (41) 등이 주변 공기와 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 패시배이션막 또는 밀봉캔으로 유기 EL 소자 (4) 를 보호할 수도 있다.

패시배이션막은, 유기 EL 소자가 산소 및 수분과 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 투명 기판 (3) 에 대향하는 측 상에 제공되는 보호층 (밀봉층) 이다. 패시배이션막용 재료로는 유기 고분자 재료들, 무기 재료들, 광경화수지 등을 들 수 있다. 보호층용 재료는 단일 재료일 수 있고, 복수의 재료들일 수도 있다. 그 보호층은 단일층 구조일 수도 있으며, 다층 구조일 수도 있다. 패시배이션막은 외부로부터의 수분 및 가스를 차단하도록 충분한 두께를 가진다.

예컨대, 유기 고분자 물질들로는 불소수지 (fluororesin), 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 에폭시실리콘 수지, 폴리스티렌 수지 (polystyrene resin), 폴리에스테르 (polyester) 수지, 폴리카보네이트 (polycarbonate) 수지, 폴리아미드 (polyamide) 수지, 폴리이미드 (polyimide) 수지, 폴리아미드이미드 (polyamideimide) 수지, 폴리파라크실렌 (polyparaxylene) 수지, 폴리에틸렌 (polyethylene) 수지, 산화 폴리페닐렌 (polyphenylene oxide) 수지 등을 들 수 있다. 그 불소수지로는, 클로로트리플루오르에틸렌 중합체, 디클로로디플루오로에틸렌 (dichlorodifluoroethylene) 중합체, 클로로트리플루오르에틸렌 중합체와 디클로로디플루오로에틸렌 중합체와의 혼성 중합체 등을 들 수 있다. 그 아크릴 수지로는, 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 폴리아크릴레이트 (polyacrylate) 등을 들 수 있다.

그 무기 재료들로는 폴리실라잔 (polysilazane), 다이아몬드 박막, 비결정질 실리카 (amorphous silica), 전기 절연 유리, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 황화물 등을 들 수 있다.

밀봉캔은 외부로부터 수분 및 산소를 차단하기 위한 밀봉판 및 밀봉용기 등의 밀봉 부재로 구성된다. 상기 밀봉용기는 유기 EL 층 (4) (투명 기판 (3) 의 대향하는 측) 의 후면 전극 (42) 의 단지 한 측상에만 제공될 수도 있으며, 또는, 유기 EL 소자 (4) 를 모두 도포할 수도 있다. 밀봉부재가 유기 EL 소자 (4) 를 밀봉하며, 주변 공기를 차단하고 있는 한, 밀봉 부재의 모양, 크기, 두께는 제한되지 않는다. 밀봉 부재용 재료들로는 유리, 스테인리스 스틸, 금속들 (알루미늄 등), 플라스틱들 (폴리크로로트리프루오로에틸렌 (polychlorotrifluoroethylene), 폴리에스테르, 폴리카보네이트 등), 세라믹들 등을 들 수 있다.

밀봉 부재를 유기 EL 소자 (4) 에 접착하는 경우, 밀봉제 (접착제) 을 적당히 사용할 수도 있다. 유기 EL 소자 (4) 전체를 밀봉 부재로 도포하는 경우에는, 밀봉 부재들을 밀봉제 없이 열융착 (heat seal) 에 의해 접합시킬 수도 있다. 그 밀봉제로는 자외선경화 수지, 열경화수지, 2액형 경화수지 등을 들 수 있다.

패시배이션막 또는 밀봉캔과 유기 EL 소자 (4) 사이의 공간으로 수분 흡수제를 주입할 수도 있다. 상기 수분 흡수제는 한정되지는 않지만, 그 예로는 산화 바륨 (barium oxide), 산화 나트륨, 산화 포타슘 (potassium oxide), 산화 칼슘, 황화 나트륨, 황화칼슘, 황화 마그네슘, 무수인산 (phosphorus pentoxide), 염화 칼슘, 염화 마그네슘, 염화 구리, 플루오르화 세슘, 플루오르화 니오븀 (niobium fluoride), 브롬화 칼슘, 브롬화 바나듐 (vanadium bromide), 분자체 (molecular sieve), 제올라이트 (zeolite), 산화 마그네슘 등을 들 수 있다.

패시배이션막 및 밀봉캔 내로, 불활성 가스를 봉입할 수도 있다. 불활성 가스는 유기 EL 소자 (4) 와 반응하지 않는 가스를 의미하며, 그 예로는, 헬륨, 아르곤, 및 질소 가스를 들 수 있다.

전술한 층들 간에 개재되는 층

층 간에 밀착성을 향상시키거나 또는 전자를 주입할 수 있는 성질 또는 정공을 주입할 수 있는 성질을 향상하기 위한 층을 제공할 수도 있다.

예를 들어, 발광층과 캐소드 사이에, 캐소드 형성용 재료 및 전자 주입 및 운송층 형성용 재료의 공증착 (covapor deposition) 에 의해 형성되는 캐소드 계면층 (혼합 전극) 을 개재시킬 수 있다. 따라서, 발광층과 캐소드 사이에서 전자 주입을 방해하는 에너지 장벽이 낮아진다. 또한, 캐소드와 전자 주입 및 운송층 사이에 밀착성이 향상된다.

캐소드 계면층 형성용 재료는, 그 재료가 캐소드 계면층에 전술한 기능을 부여하는 경우에 한하지 않으며, 예컨대, 플루오르화 리튬, 산화 리튬, 플루오르화 마그네슘, 플루오르화 칼슘, 플루오르화 스트론튬, 및 플루오르화 바륨 등의 알칼리 금속들, 및 알칼리 토금속의 플루오르화물, 산화물, 염화물, 황화물을 포함하는 공지의 재료들을 이용할 수도 있다. 캐소드 계면층은 단일 물질로 형성할 수도 있으며, 복수의 물질들로 형성할 수도 있다.

캐소드 계면층의 두께는 대략 0.1㎚ 내지 10㎚ 범위이며, 바람직하게는 0.3㎚ 내지 3㎚ 범위이다. 캐소드 계면층의 두께는 캐소드 계면층 내에서 균일하게 형성할 수도 있으며, 불균일하게 형성할 수도 있으며, 섬형상 (island shaped) 으로 형성할 수도 있으며, 또는, 진공 증착 등의 공지된 박막 증착법에 의해 형성할 수도 있다.

전술한 적어도 하나의 층 간에, 정공, 전자 또는 여기자의 움직임을 차단하기 위한 차단층을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 정공들이 발광층을 통해 패스되는 것을 조절하며 발광층에서 전자들과 정공들을 효율적으로 재결합시키기 위하여, 발광층의 캐소드 측에 인접하도록 정공 차단층을 제공할 수도 있다. 예컨대, 차단층 형성용 재료들로는, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, BAlq, 및 페난트롤린 유도체 등의 공지된 재료들을 들 수 있지만, 그 재료들에 한정되는 것은 아니다.

정공 또는 전자 주입을 방해하는 장벽을 낮추기 위해, 전술한 적어도 하나의 층 간에 버퍼층을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 이 버퍼층은, 정공 주입을 방해하는 장벽을 낮추기 위하여, 애노드와 정공 주입 및 운송층 사이에, 또는, 애노드에 인접하게 적층된 유기층 사이에 제공할 수도 있다. 예컨대, 버퍼층 형성용 재료로는 구리 페탈로시아닌 등의 공지된 재료들을 들 수 있지만, 그 재료들에 한정되는 것은 아니다.

정공 주입 및 운송층 또는 전자 주입 및 운송층을 도핑

정공 주입 및 운송층 또는 전자 주입 및 운송층을 발광시키기 위하여, 상기 층들에 형광 재료 및 인광 재료들 등의 유기 발광 재료 (도판트) 를 도핑할 수 있다.

캐소드에 인접하는 층에 알칼리 금속들 또는 알칼리 금속 화합물들을 도핑

캐소드가 알루미늄 등의 금속을 이용하는 경우, 캐소드와 발광층 사이의 에너지 장벽을 낮추기 위하여, 캐소드에 인접한 층에 알칼리 금속 및 알칼리 금속 화합물을 도핑할 수도 있다. 금속 또는 금속 화합물의 첨가함으로써 음이온 생성이 감소되기 때문에, 전자를 주입할 수 있는 성질이 향상되고 그에 따라 요구되는 인가 전압을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 알칼리 금속 화합물들로는, 산화물, 플루오르화물, 리튬 킬레이트 등을 들 수 있다.

이하에서는, 도 2 내지 3C 를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따른 유기 EL 디바이스를 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제 2 유기 EL 디바이스는 광학 공진층 (1) 대신에 2차원 포토닉 결정층 (5) 을 구비한다는 점에서 제 1 유기 EL 디바이스와 다르다. 2차원 포토닉 결정층 (5) 는 고굴절률 투명층 (2) 으로부터 출사하는 광의 세기를 강화시킨다. 즉, 특정 파장의 광의 세기가 인접 파장에 비해 더욱 강해지며, 환언하면, 제 2 유기 EL 디바이스는 날카로운 (sharp) 광을 발광할 수 있다. 따라서, 제 1 유기 EL 디바이스에서 설명한 바와 같은 유리한 효과들을 획득할 수 있다.

먼저, 포토닉 결정의 구조를 설명한 후, 2차원 포토닉 결정층 (5) 을 도 3을 참조하여 설명한다.

(2차원 포토닉 결정층)

포토닉 결정은 광을 제어하는 물질 또는 디바이스이며, 실질적으로 광 또는 전자기파의 파장과 일치하는 주기를 가지는 주기적인 구조를 가진다. 특히, 포토닉 결정은 실질적으로 광의 파장과 일치하는 주기를 가지는 주기적인 구조를 가지며, 그 주기적인 구조는 임의의 파장의 범위가 존재하지 못하는 포토닉 밴드갭 (photonic band-gap) 을 포함한다. 포토닉 밴드갭의 기원을, 고체 결정에서의 전자들에 대한 금지대역 (forbidden gap), 즉 특정 에너지 범위에서 전자가 존재할 수 없는 밴드갭의 기원과 동일하게 설명할 수 있다.

전자들을 파장이라고 가정할 경우에 파장이 실질적으로 원자들간의 간격과 같고 전자들이 결정내의 주기적인 퍼텐셜에 기인하여 Bragg 반사를 받아서, 비에너지를 형성하기 때문에, 원자가 주기적으로 또는 규칙적으로 고체 결정 내에 배열되어 있는 경우에, 전자들에 대한 밴드갭이 나타난다. 이와 유사하게, 전자들이 주기적인 굴절률 (유전 상수) 분포 형태를 가지는 구조를 투과시킬 경우, 포토닉 밴드갭이 형성되어, 일정한 파장 범위의 광전송이 차단된다. 이러한 주기적인 구조들은 1차원, 2차원, 또는 3차원 포토닉 결정 중 어떤 것에도 적용할 수 있다.

완전한 주기적인 구조를 형성하는 포토닉 결정 내로 결함이 도입되는 경우, 밴드의 경계부 (band edge) 가 포토닉 밴드갭을 왜곡시켜, 밴드에 결함 준위 (로컬화된 준위) 가 나타나게 된다. 이 결함 준위의 이용에 의해 발광 재료의 발광 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 전체적으로, 소자의 발광특성을 가능한 만큼 향상시킨 결과로서, 밴드 경계부에서 광의 그룹 속도가 매우 감소하며, 이는 쿄교 쵸사카이 출판사의 타츄 우치다 등이 편저한 "평판 디스플레이 무삭제 사전" 의 444 페이지; Surface Science 2001, 제11호 vol.22의 702 내지 709 페이지의 "Control of Optical Field by Using a Photonic Crystal"; Japan Society of Applied Physics의 제64회 연례 회의 프리프린트 (preprint) 938 페이지의 "포토닉 결정 유기 El 다이오드의 특성 (Characterization of photonic Crystal organic light-emitting diode)" ; 및 일본 응용 물리학회 (Japan Society of Applied Physics) 의 제64회 연례 회의 프리프린트 938 페이지의 "유기 반도체 포토닉 결정의 제조 및 광학적 특성 (Fabrication and Optical Properties of Organic-Semiconductor Photonic Crystals)"에 언급되어 있다.

이하, 도 2를 참조하여, 2차원 포토닉 결정층 (5) 의 구조를 설명한다.

도 3a에 나타낸 바와 같이, 2차원 포토닉 결정층 (5) 은, 고굴절률 투명층 (2) 으로부터 발광된 광의 파장에 투명한 (판상) 재료를 적층한, 제 1 유전체 (51) 및 주기적으로 배열되며 상기 광에 투명하고 상기 층 (5) 에 수직인 방향으로 연장하며 상기 제 1 유전체와는 서로 다른 굴절률을 가지는 제 2 유전체를 구비한다. 도 3a에서는, 제 1 유전체 (51) 내에 존재하는 제 2 유전체 (52) 는 예시를 위해 실선으로 표시한다.

2차원 포토닉 결정체 (5) 는 고굴절률 투명층 (2) 으로부터 발광된 광의 파장 또는 상기 파장을 중심으로 소정의 범위 내의 파장 중 하나를 강화하거나 샤프닝 (sharpening) 하기 위한 구조를 가진다. 즉, 제 1 유전체 (51) 및 제 2 유전체 (52) 의 굴절률, 및 제 2 유전체 (52) 의 배열 (주기성) 은 포토닉 결정들을 위한 공지 기술을 이용하여 계산할 수도 있으며, 그 계산에 따라 제조할 수도 있다. 상기 제조 방법은 포토리소그래피법 또는 전자 빔 리소그래피법을 이용할 수 있다.

유전체 (52) 의 주기적인 구조는 도 3b 에 나타낸 바와 같은 사각 격자 배열 또는 도 3c에 나타낸 바와 같은 삼각 격자 배열의 구조일 수도 있다.

제 1 유전체 (51) 형성용 재료 및 제 2 유전체 (52) 형성용 재료는 서로 다른 굴절률을 각각 가져야 한다. 예를 들어, 그 제 1 유전체 (51) 형성용 재료 및 제 2 유전체 (52) 형성용 재료로는 임의의 유리 재료들, 반도체 재료들, 산화물 재료들 등을 들 수 있다.

또한, 가스, 진공 등은 하나의 재료로서 간주할 수도 있다. 즉, 제 1 유전체 (51) 에 홀 (hole) 을 형성하여 그안에 공기, 질소 등을 봉입하거나 또는 그 홀을 진공시킴으로써, 2차원 포토닉 결정층 (5) 을 제조할 수도 있다. 이러한 구조를 이용하는 경우, 홀에 봉입하는 가스가 유기층 (3) 을 열화시키지 않거나 또는 거의 열화시키지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 그 홀에 질소, 희가스 등을 봉입하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예들 및 실시형태들은 예시적인 것이며, 제한적인 것이 아니고, 본 발명은 여기서 설명한 세부사항들에 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 변경할 수도 있다.

이상, 본 발명에 따르면, 특정 방향의 휘도가 높으며, 임의의 색을 나타내는 배면 발광형의 전계발광 디바이스를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따른 제 1 유기 EL 디바이스의 단면 구조를 설명하기 위한 개략단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따른 제 2 유기 EL 디바이스의 단면 구조를 설명하기 위한 개략단면도.

도 3a는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따른 2차원 포토닉 결정층 (2-dimensional photonic crystal layer) 의 구조를 설명하기 위한 개략도.

도 3b는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따른 2차원 포토닉 결정층의 제 2 유전체의 주기적인 사각 격자 배열 (tetragonal lattice arrangement) 구조를 나타내는 개략도.

도 3c는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따른 2차원 포토닉 결정층의 제 2 유전체의 주기적인 삼각 격자 배열 (triangular lattice arrangement) 구조를 나타내는 개략도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 광학 공진층 2: 고굴절율 투명층

3: 투명기판 2a, 3a : 광출사면

2b, 3b : 광입사면 4: 유기 EL 층

40 : 투명 전극 41 : 유기 발광층

42 : 후면 전극 5: 2차원 포토닉 결정층

51 : 제 1 유전체 52 : 제 2 유전체

Claims

제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 투명 기판;

상기 투명 기판의 상기 제 1 표면상에 제공된 전계발광 소자로서, 상기 전계발광 소자로부터 조사된 광이 상기 투명 기판으로부터 제 2 표면을 통과하여 출사하는, 상기 전계발광소자;

상기 투명 기판에 비해 고굴절률을 가지며, 투명 기판의 상기 제 2 표면상에 제공되는 투명층; 및

특정 파장을 가지는 광의 휘도를 향상시키기 위하여 상기 투명층상에 제공되는 휘도 향상층을 구비하는, 전계발광 디바이스.
제 1항에 있어서,

상기 휘도 향상층은 특정 파장을 가지는 광의 휘도를 향상시키기 위한 광학 공진 구조를 가지는, 전계발광 디바이스.
제 1항에 있어서,

상기 휘도 향상층은 특정 파장을 가지는 광의 휘도를 향상시키기 위한 2차원 포토닉 결정 구조를 가지는, 전계발광 디바이스.
제 3항에 있어서,

상기 휘도 향상층은,

제 1 유전체; 및

상기 제 1 유전체와 서로 다른 굴절률을 가지는 제 2 유전체를 구비하는, 전계발광 디바이스.
제 4항에 있어서,

상기 제 2 유전체는 사각 격자 배열인 주기적 구조를 가지는, 전계발광 디바이스.
제 4항에 있어서,

상기 제 2 유전체는 삼각 격자 배열인 주기적 구조를 가지는, 전계발광 디바이스.
제 1항에 있어서,

상기 휘도 향상층은 특정 주파수를 각각 가지는 복수의 광 성분의 휘도를 향상시키는, 전계발광 디바이스.
제 1항에 있어서,

상기 전계발광 소자는 유기 전계발광 소자인, 전계발광 디바이스.