KR20180003164A - 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스톱-밴드 에지 유도 방출을 이용하여 불연속 굴절률 프로필을 가지는 광 결정을 가지도록 하여 매우 높은 에너지 효율로 상업적으로 실행가능한 SOL(Super Organic Light)의 생산을 가능하게 할 수 있는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드를 제공할 수 있도록 투명한 제1고굴절률 물질층(518) 및 투명한 제1저굴절률 물질층(520)이 교대로 형성되는 복수의 제1층 쌍들(516)들로 형성되는 제1 광 결정 구조(510); 상기 제1 광 결정 구조(510) 상에 형성되는 투명 애노드(522); 상기 투명 애노드(522) 상에 형성되며, 정공 주입층(524), 정공 수송층(526), 에미터층(528), 전자 수송층(530) 및 전자 주입층(532)을 포함하는 중심 저굴절률 구역(512); 상기 중심 저굴절률 구역(512) 상에 차례로 형성되는 제1 캐소드층(534), 제2 캐소드층(536); 및 상기 제2 캐소드층(536) 상에 형성되되, 투명한 제2저굴절률 물질층(540) 및 투명한 제2 고굴절률 물질층(542)이 교대로 형성되는 복수의 제2층 쌍들(538)들로 형성되는 제2 광 결정 구조(514);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드를 제공한다.

Description

밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드{Increase band edge emission organic light emitting diode}
본 발명은 유기 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스톱-밴드 에지 유도 방출을 이용하여 불연속 굴절률 프로필을 가지는 광 결정을 가지도록 하여 매우 높은 에너지 효율을 갖도록 할 수 있는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드에 관한 것이다.
유기발광다이오드(OLED)는 유기화합물을 사용해 자체 발광시키는 차세대 디스플레이로, 화질의 반응속도가 LCD에 비해 1000배 이상 빠른 차세대 평판디스플레이이다. 예전에는 일본식 표기인 '유기EL(Organic Electro Luminescence)'로 불렸으나 2003년 말 국제표준회의에서 'OLED(Organic Light Emitting Diode)'가 국제표준 용어로 확정되었으며, 2004년 4월 7일 산업자원부 기술표준원에서 국내 표기 표준도 'OLED(오엘이디, 유기발광다이오드)'로 확정되었다.
평판디스플레이(FPD)기술은 크게 외부 빛이 있어야 동작하는 수광형과 자체적으로 빛을 내는 발광형으로 분류된다. 현재 가장 보편적으로 사용되는 TFT-LCD가 가장 대표적인 수광형 디스플레이 제품이고 전광판 등에 많이 사용되는 발광다이오드(LED)가 발광형 제품이다.
'OLED'은 자체 발광기능을 가진 적색(Red)과 녹색(Green), 청색(Blue) 등 세 가지의 형광체 유기화합물을 사용하며, 발광형 디스플레이에 속한다. 음극과 양극에서 주입된 전자(電子)와 양의 전하를 띤 입자가 유기물 내에서 결합해 스스로 빛을 발하는 현상을 이용한 유기EL은 발광형 제품이므로 색감을 떨어뜨리는 백라이트(후광장치)가 필요없다.
지난 1950년 프랑스 베르나노즈연구팀이 OLED현상을 처음으로 발견했다. 구동 방법에 따라 △양극과 음극으로 단순 교차해 화소를 구성하는 수동 매트릭스(PM:Passive Matrix) △각 화소에 스위치용 TFT를 배치하는 능동 매트릭스(AM:Active Matrix)로 나뉜다.
OLED는 15V 이하의 낮은 전압에서 구동이 가능하고 제품을 초박형으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 PDP와 함께 TFT-LCD를 이을 차세대 평판 디스플레이로 부상하고 있다. OLED는 데이터 응답속도가 TFT-LCD보다 빠르며, 시야각이 170도로 TFT-LCD에 비해 10도 이상 넓어서 어느 방향에서나 동일한 화질을 느낄 수 있다. 또한 생산비용도 이론적으로 30% 이상 낮출 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 차세대 평판디스플레이의 필요조건인 전력소모량도 TFT-LCD나 PDP 보다 훨씬 적다.
미국 특허 제 7,335,921호(이하 '특허문헌 1'이라 한다) 및 미국 특허출원 제2004069995호(이하 '특허문헌 2'이라 한다) 및 미국 특허출원 제 2003214691호(이하 '특허문헌 3'이라 한다)에, 하나 이상의 광 결정 구조가 발광 다이오드 구조와 통합되어 유도 방출 현상을 통하여 증대된 수준의 발광 및 에너지 효율을 제공하는 발광 다이오드 소자(LEDs), 특히 유기 발광 다이오드 소자(OLEDs)가 기재되어 있다.
유기 발광 다이오드 소자는 레이저 및 비-레이저 소자 모두를 포함한다.
한편, 피드백 증대 유기발광 다이오드(FE-OLEDs)로 총괄하여 명명되어 온 이러한 소자들의 작동 원리는 광이 광 결정 또는 기타 반사 구조로부터 상기 소자의 발광층 내로 피드백되어 상기 발광층들로부터 광의 유도 발광을 생산한다는 것이다.
피드백 광의 전파 방향은 이러한 소자들의 평면에 수직이고, 유도 방출에 의하여 생산되는 광은 상기 방출을 유도하는 광과 동일한 방향으로 전파되므로, FE-OLEDs로부터 방출되는 거의 모든 광이 상기 소자의 평면에 수직인 방향으로 방출된다. 즉, 상기 소자들은 수직 방출한다.
FE-OLEDs 내 거의 완전한 수직 발광은, 광이 전파의 실질적으로 평면 내 방향으로 방출되지 않으므로, 광 발생 대 전력 입력의 효율을 크게 증가시킨다. OLEDs 및 LEDs 내 전파의 실질적으로 평면 내 방향으로 방출되는 광은 반사에 의하여 소자 내에서 층으로부터 층 계면으로 소자 내에 트랩되고 결국 소자 내 흡수되어 열을 생성한다. 따라서, FE-OLEDs 내 수직 발광은 에너지 효율을 개선시킨다.
특허문헌 1, 2, 3에는 두 개의 상이한 유형의 FE-OLEDs를 기재한다. 첫번째(타입 1 소자)는 1차원 광 결정 내 결함 내에서 광 발생에 의하여 작동되는 것을 특징으로 할 수 있다. 광 결정은 그 크기를 통하여 광 굴절률의 주기적 변동을 가지는 유전 매체이다.
굴절률의 주기적 변동의 결과, 광 전파에 대한 파동 방정식은 주기적 굴절률 변동 방향으로 전파되는 광에 대한 파장(스톱 밴드) 범위에 걸쳐 해를 가지지 않는다. 그 결과, 광 결정 매체 내 매립된 발광 물질 분자는 주기적 굴절률 변동 방향으로 스톱 밴드 내 파장을 가지는 광을 방출할 수 없다.
그리고 광 결정 매체 외부로 전파되는 광은 스톱 밴드 내 파장을 가지고 굴절률 변동 방향으로 또는 방향들 중 하나로 이동한다면 매체 표면으로부터 완전히 반사되는데, FE-OLEDs 내 이용되는 광 결정 구조는 대개 굴절률 변동 축이 소자의 평면에 수직인 1차원적 성질을 가지나, 더 높은 차원의 광 결정들이 사용될 수 있다.
타입 1 소자 내에, 광 결정 매체 내에, 굴절율의 주기적 사이클 변동이 일어나지 않는 소자의 평면에 평행한 평면 영역(결함)이 있다. 이러한 구조를 기재하는 다른 방식은 결함을 생산하는 광 결정 매체 내 페이즈-슬립(phase-slip)이 있다는 것이다.
발광 분자가 결함 내에 매립되면, 파장 스톱 밴드 내에 그것이 방출하는 광은 광 결정 매체의 반사 특성에 의하여 결함 내에 트랩될 것이다. 결함의 두께는 다소 작게 만들어질 수 있으며, 그 결과 결함 내 트랩되는 광의 광자 밀도가 다소 높게 될 수 있다. 이는 결함 내 물질 내 매립된 여기 상태 분자로부터 발광의 매우 효율적 유도를 초래한다.
타입 1 소자 내 결함은 두 개의 광 결정 리플렉터들 사이의 미세 공동이다. 미세 공동 내 에미터 분자에 의하여 생산되는 광은 더 많은 발광을 유도하는 두 개의 리플렉터들 사이에서 반사된다.
타입 1 소자는 광 결정 구조의 광 반사 특성을 이용하는 반면, 특허문헌 1, 2, 3에 기재된 두번째 유형의 소자(타입 2 소자)는 광 결정 내 방출되는 광의 특성에 의존한다.
앞에서 설명한 바와 같이, 스톱 밴드가 광 결정 구조 내부에 생성된다. 이는 사이클 변동되는 굴절률 구조를 통하여 광 전파가 허용되지 않는 파장 범위이다. 자유 공간 내 스톱 밴드 파장 내에 존재하는 광 전파 모드 또는 상태는 광 결정 구조가 광 에미터 주위로 도입될 때 파괴된다고 생각할 수도 있으나 그렇지 않을 수도 있는데, 실제로 일어나는 것은 광 전파 상태가 스톱 밴드로부터 축출되고 파장 스펙트럼 내 그 에지들에 스택 업 되는 것이다.
이러한 종류의 거동은 일반적으로 상태 밀도, 전자기 스펙트럼 내 에너지 간격 당 허용 가능한 파동 전파 상태 또는 모드의 수에 의하여 정량화된다. 상태 밀도 대 광 주파수의 곡선이 자유 공간(파선)에 대하여 및 광 결정 매체(실선)에 대하여 도 1에 도시되어 있다.
도 1은 일반적인 상태 밀도 대 광 주파수의 자유 공간(파선) 및 광 결정 매체(실선)에 대한 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 일반적인 상태 밀도 대 광 주파수의 자유 공간(파선) 및 광 결정 매체(실선)에 대한 곡선에서 주파수 B 및 C 사이의 스톱 밴드 파장 영역 내에, 상태 밀도는 0이다. 그러나, 스톱 밴드의 경계로부터 각각 약간 적색 및 청색 이동된 파장 A 및 D에서, 이러한 "스태킹 업" 현상은 광 결정 매체 내 상태 밀도가 자유 공간 내 전파되는 광에 대한 것보다 상당히 더 높음을 의미한다. 발광 분자가 그의 주변으로 방출할 광의 양은 광을 전파시키는데 이용 가능한 상태 밀도에 의존하므로, 도 1의 광 결정 내 광 에미터는 자유 공간 내에서 보다 주파수 A 및 D에서 상당히 더 많은 광을 방출할 것이다.
광 결정의 추가적인 특성은 스톱 밴드에 근접하는 파장(또는 주파수)에서, 매체가 부분적으로 투과성이고 부분적으로 반사성이라는 것이다. 그 결과, 이러한 파장에서 방출되는 광은 방출 지점 주위에 국부화됨에 따라 매체 내 축적된다. 스톱 밴드에 근접하는 파장에서 정상적인 수준보다 더 높은 수준의 광자 방출과 내부 반사로 인한 매체 내 이러한 광자들의 축적의 조합은 광 결정 매체 벌크를 통하여 매우 높은 광자 밀도를 생산한다.
이러한 높은 광자 밀도는 또한 광 결정 내 매립된 실질적으로 모든 여기 상태 에미터 분자들로부터 유도 방출이 가능하게 한다. 사용되는 광 결정 구조의 1차원적 성질로 인하여, 유도 방출에 의하여 생산되는 광의 전파 방향은 모두 수직 방향이고, 타입 1 소자와 마찬가지로, 타입 2 소자의 에너지 효율이 유사하게 증대된다.
특허문헌 1, 2, 3에 기재된 기술의 개발은 카이랄 레이저(chiral laser)가 발명한 미국 특허 출원 제 2002003827호(이하 '특허문헌 4'라 한다) 작업의 연장이었다.
이러한 소자들은 형광성 염료로 도핑된 카이랄 액정을 이용한다.
이러한 정렬된 카이랄 액정 내로 도핑된 형광성 염료가 여기되어 광을 방출하고(예를 들어, YAG 레이저로부터 광을 이용한 조명에 의하여), 생성된 광이 그의 스펙트럼 밴드 내에 스톱 밴드 에지에서 파장들 중 하나와 동일한 카이랄 매체 내 파장을 가지면(도 1의 A 및 D와 유사하게), 광자 밀도의 축적이 그 밴드 에지 파장에서 일어날 것이다. 이러한 광자들은 추가적인 방출을 유도할 것이다.
카이랄 레이저 내에, 레이징(lasing)이 생산되기에 충분한 양 이상의 유도 방출이 있고 흡수 손실은 충분히 적다. 이러한 소자들은 발광이 발광 다이오드 내에서와 같이 전기적 여기보다 광학적 여기에 의하여 여기되는 것을 제외하고 타입 2 소자와 유사하다. 카이랄 액정 레이저 소자의 다른 중요한 측면은 형광성 에미터 물질이 카이랄 액정 매체를 통하여 매립되었다는 점이다. 이는 형광성 물질의 충분히 넓은 분포를 제공하여 충분한 레이저를 얻어 레이징을 개시한다.
한편 앞에서 설명한 특허문헌 1, 2, 3에 이르는 작업의 목표는 카이랄 액정 레이저 내에 이용되는 광 결정기술이 고체 상태 유기 레이저를 생산하는데 적응될 수 있을 것인지를 알아보는 것이었다.
발생한 직접적인 문제는 일반적인 유기 발광 다이오드(OLEDs)의 구조로부터 기인하였으며, 그 예를 도 2에 도시하였다.
도 2는 일반적인 유기 발광 다이오드(OLEDs)의 구조를 나타낸 도면이다.
일반적인 유기 발광 다이오드(OLEDs)(10)는 도 2에 나타낸 바와 같이 기판(11), 투명 애노드(12), 정공 주입층(13), 정공 수송층(14), 에미터층(15), 전자 수송층(16), 및 금속 캐소드(17)로 구성된다.
유기 발광 다이오드(OLEDs)(10), 전위차가 애노드와 캐소드 사이에 적용될 때, 양전하로 하전된 정공들이 애노드(12)로부터 정공 주입층(13) 내로 주입된다. 부과된 전기장의 영향하에, 정공들은 정공 주입층(13)으로부터 정공 수송층(14)을 통하여 에미터 층(15) 내로 흐른다. 동시에, 전자가 캐소드(17)로부터 전자 수송층(16) 내로 주입된다.
부과된 전기장의 영향하에, 전자는 전자 수송층(16)으로부터 에미터층(15) 내로 흐른다. 에미터층(15) 내에서, 전자 및 정공이 단일 유기 분자 상에서 짝을 이루어 분자를 전자적으로 여기된 상태로 촉진시킨다. 다음, 이러한 여기된 상태(엑시톤)가 붕괴되어 광을 생산한다.
OLEDs 내에서, 정공 주입층(13), 정공 수송층(14), 에미터층(15) 및 전자 수송층(16)은 모두 유기 물질로 이루어진다.
앞에서 설명한 문제는 이러한 유기 물질들이 상당히 낮은 전하 캐리어(전자 또는 정공) 이동성을 가지기 때문인데, 그 결과, 이러한 층들이 두껍다면, OLEDs 내 매우 큰 임피던스 손실이 일어나 매우 증가된 전압에서 구동되고 열 파손을 겪도록 한다.
현재 OLEDs 내에, 모든 유기층들의 전체 두께는 200 나노미터 미만이고 에미터층은 25 내지 50 나노미터 범위의 두께를 가진다. 이와 대조적으로, 종래 기술의 카이랄 액정 레이저 내에 사용되는 형광성 염료로 도핑된 카이랄 액정층들은 두께가 대략 20 마이크로미터이다.
따라서, 밴드-에지 방출 타입 2 레이저 소자를 생산하기 위하여, 유사한 굴절률 변동을 고려할 때, 에미터층은 그를 통하여 발광 재료가 도핑되는 두께가 약 20 마이크로미터인 광 결정 구조를 포함하여야 하는데, 유기 발광 물질의 낮은 전하 캐리어 이동성에 근거하면, 이는 쉽지 않은 기술이었다.
다른 해결책으로는 더 두꺼운 광 결정 구조의 중심에 발광 물질의 얇은 층을 매립하는 가능성 또한 고려하였는데, 이와 같은 구조의 문제는 광 결정 구조의 두께를 통한 피드백 광자의 분포와 그 총 두께의 매우 작은 부분을 통한 발광 에미터 분자의 분포 간의 미스매치로 인해 레이징(lasing)을 개시하기에 충분한 유도 발광을 생산하기에 충분한 광자가 에미터 물질 층 내에 존재하지 않았을 것임이 분명하였다. 사실상, 유도 발광 수준은 총 발광의 일부에 불과한 수준이었다.
두 개의 광 결정 구조들 간의 공동은 상당히 얇게 만들어질 수 있어, 피드백 광자를 얇은 공동 내 매우 높은 밀도로 집중시켰다. 또한, 최고 광자 밀도 영역을 OLED의 에미터 층과 중복시킴으로써 유도 발광 생산을 최대화하도록 OLED 구조를 미세 공동 내 위치시킴에 있어서 충분한 설계 유연성이 있을 수 있는 것으로 보였다.
특허문헌 1, 2, 3에 이르는 개발 당시, 타입 1 소자에 대한 종래 기술로 미국 특허 제 4,949,350호(이하 '특허문헌 5'라 한다)는 발광 물질이 In0 .2Ga0 .8As와 같은 무기 반도체인 타입 1 소자를 기재한다. 이러한 소자의 구조의 예가 도 3 및 4에 도시된다.
도 3 내지 도 4는 수직 공동, 표면 방출 레이저(이하, VCSELs)를 설명하기 위한 단면도이다.
에미터층 위 아래의 광 결정 구조는 AlAs(더 낮은 굴절률) 및 GaAs(더 높은 굴절률)의 에피택셜 성장한 교대층들로 구성되며, 층 두께들은 상기 소자로부터 요구되는 900+ nm의 파장을 가지는 광에 대하여 사분의 일 파장 두께에 해당한다.
도 3은 VCSELs 소자(20)의 상부도를 제시한다. VCSELs 소자(20)는 투명한 전자 전도 기판(21), 전자 전도 광 결정 미러층(22), OLEDs 내 전자 수송층과 거의 동일한 기능을 수행하는 제 1 스페이서 층(23), 에미터 층(24), 정공 수송층과 거의 동일한 기능을 수행하는 제2 스페이서 층(25), 정공 전도 광 결정층(26), 골드 애노드(28) 및 전기 접촉(29)으로 구성된다.
도 4는 전자 전도 광 결정 미러층(22) 및 제 1 스페이서 층(23)에 대한 상세한 도면이다.
전자 전도 광 결정 미러(22)는 20개 쌍(31)의 비소화 알루미늄(32) 및 비소화 갈륨(34) 층으로 구성된다. 각각의 층 쌍 간에, 네 개의 매우 얇은(1.7 나노미터) GaAS 및 AlAs 층들이 교대로 구성되는 초격자(33)가 있다. 이러한 초격자들은 전기 전도성을 개선시키기 위하여 포함되고, 광학적 기능을 하지 않는다.
또한, 제1 스페이서 층(23)을 구성하는 서브 층들이 도 5에 도시된다. 이들은 ALAs 층(35), 다른 초격자(36), 및 GaAS 층(37)이다. 내로 더욱 제한하도록 의도되는 그레이딩된 인덱스 층(38)이 도시된다. 광 결정층(26)은 또한 광 결정층(22)과 마찬가지로 교대 AlAs 및 GaAs 층들로 이루어진다. 이러한 예에서, 이러한 물질들의 20 층 쌍들이 사용되었다.
도 3을 다시 참조로 하여, 소자에 전원이 인가될 때, 기판(21)으로부터 전자가 개재된 층들을 통하여 에미터 층(24)으로 통과한다. 동시에, 애노드(27)로부터 정공이 개재 층들을 통하여 에미터 층(24) 내로 통과한다. 상기 전자 및 정공들은 에미터 층 내에서 재결합하여 적외선을 생산한다. 이러한 광은 두 개의 광 결정 스택들로부터 반사되고, 제 1 스페이서 층(23), 에미터 층(24), 제2 스페이서 층(25)로 구성되는 공동 내에 광자 밀도가 축적된다. 이러한 높은 광자 밀도는 레이징이 유도되기에 충분한 수준으로 유도 방출을 생산한다. 도 4 내지 도 5에 나타낸 VCSELs(수직 공동, 표면 방출 레이저)소자(20)는 현재 통상적으로 이용가능하다.
도 5는 유기 수직 공동, 표면 방출 레이저를 설명하기 위한 단면도이다.
유기 수직 공동, 표면 방출 레이저는 도 5에 나타낸 바와 같이 투명 기판(41), 제1 미러층(42), 제1 전극(43), 정공 수송층(44), 에미터 층(45), 전자 수송층(46), 제2 전극(670) 및 제2 미러층(48)으로 구성된다.
이러한 유기 수직 공동, 표면 방출 레이저는 제1 미러층(42) 및/또는 제2 미러층(48)이 분포된 브래그 반사경(Bragg reflector)인데, 분포된 브래그 반사경은 교대하는 높고 낮은 굴절률의 층들의 연속 증착에 의하여 이루어지는 1차원적 광 결정 구조이다. 특허문헌 5에 기재되는 VCSELs의 경우와 마찬가지로, 전자 및 정공들이 이 소자의 에미터 층(45) 내에서 재결합하여 광을 생산하고, 이는 미러 층들(42)(48)에 의하여 에미터층(45)을 통하여 다시 반사되어 추가적인 발광을 유도하고, 충분히 높은 광자 밀도가 미러들 사이의 공동 내에 축적되어 레이징(lasing)을 개시한다. 이러한 기재로부터, 이 또한 타입 1 소자임을 알 수 있다.
특허문헌 5 및 미국 특허 제 6,160,828호(이하 '특허문헌 6'이라 한다)에 기재된 소자들의 공통점은 광을 레이저 공동 내에 제한하기 위하여 사용된 광 결정 구조가 모두 교대의 높고 낮은 굴절률을 가지는 투광 물질의 복수 층들의 연속 증착에 의하여 만들어진다는 것이다.
OLEDs의 경우, 이를 위하여 사용된 제작 기술은 진공 증착 또는 스퍼터링이었다. 효율적으로 작동하는 소자를 생산하기 위하여, 이러한 매우 얇은 층들을 두께 측면에서 높은 정도의 정확도로 레이저 미세 공동 내에 증착하는 것이 필요하였는데, 저비용 생산을 위한 고수율로 이러한 층들을 생산하기에 정확하지 않았다.
이러한 이유로, 앞에서 설명한 특허문헌 1, 2, 3에 수반된 기술 개발은 이러한 소자들에 요구되는 광 결정 구조를 제작하는 다른 가능한 방법들을 추구하려고 계속해서 연구를 진행하고 있다.
타입 1 소자 내 포함시키기 위하여 연구된 잠재적인 광 결정 구조는 홀로그래픽 미러(평면 파 홀로그램) 및 카이랄 액정 및 합성 오팔과 같은 자기-어셈블리 구조를 포함하였다.
이러한 세 가지 유형의 광 결정 구조는 이들이 상기한 VCSEL 소자에 대하여 이용된 층 접근법에 의한 층과 반대로 단일 제작 단계로 모놀리식 구조를 생산할 수 있다는 큰 이점을 가졌으나, 이러한 소자 내 상부 광 결정 구조는 하부 광 결정 구조와 페이즈 레지스터될 필요가 있으며, 그렇지 않으면 에미터 층에서 원하는 최대 광자 밀도가 일어나지 않는다는 문제가 있었다.
특허문헌 2는 간섭법에 의한 두 개의 홀로그래픽 리플렉터의 잠재적 공간적 레지스트레이션을 언급하나, 이는 상세히 기재되어 있지 않으며 고수율로 성공적으로 실행되지 않아 저비용, 고수율로 타입 1 소자를 제작하기 위한 입증된 방법은 없었다.
1. 미국특허 제7,335,921호 2. 미국특허출원 제2004069995호 3. 미국특허출원 제2003214691호 4. 미국특허출원 제2002003827호 5. 미국특허 제4949350호 6. 미국특허 제6160828호 7. 대한민국 공개특허번호 10-2010-0060975호 - 유기발광 다이오드 표시소자와 그 제조방법
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 스톱-밴드 에지 유도 방출을 이용하여 불연속 굴절률 프로필을 가지는 광 결정을 가지도록 하여 매우 높은 에너지 효율로 상업적으로 실행가능한 SOL(Super Organic Light)의 생산을 가능하게 할 수 있는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드는 투명한 제1고굴절률 물질층(518) 및 투명한 제1저굴절률 물질층(520)이 교대로 형성되는 복수의 제1층 쌍들(516)들로 형성되는 제1 광 결정 구조(510); 상기 제1 광 결정 구조(510) 상에 형성되는 투명 애노드(522); 상기 투명 애노드(522) 상에 형성되며, 정공 주입층(524), 정공 수송층(526), 에미터층(528), 전자 수송층(530) 및 전자 주입층(532)을 포함하는 중심 저굴절률 구역(512); 상기 중심 저굴절률 구역(512) 상에 차례로 형성되는 제1 캐소드층(534), 제2 캐소드층(536); 및 상기 제2 캐소드층(536) 상에 형성되되, 투명한 제2저굴절률 물질층(540) 및 투명한 제2 고굴절률 물질층(542)이 교대로 형성되는 복수의 제2층 쌍들(538)들로 형성되는 제2 광 결정 구조(514);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 투명 애노드(522)는 인듐-주석 산화물을 포함하는 투명 전도성 물질로 형성되고, 상기 제1 캐소드층(534)은 알루미늄 또는 은/희토 합금의 투명한 필름으로 형성되며, 상기 제2 캐소드층(536)은 인듐-주석 산화물을 포함하는 투명 전도성 물질로 형성됨을 특징으로 한다.
그리고 제1층 쌍들(516)을 구성하는 층들 각각은 상기 제1광 결정 구조(510)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일에 해당하는 광학적 두께를 가지고, 상기 제2층 쌍들(538)을 구성하는 층들 각각은 상기 제2광 결정 구조(514)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일에 해당하는 광학적 두께를 가지며, 상기 중심 저굴절률 구역(512) 내에 포함되는 모든 층들은 전극(522 및 536)보다 상대적으로 낮은 굴절률을 갖고, 상기 중심 저굴절률 구역(512) 내 포함되는 모든 층들의 총 광학적 두께는 상기 제1, 제2 광 결정 구조(510 및 514)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같도록 형성됨을 특징으로 한다.
또한 투명 애노드(522)와, 제2 캐소드층(536)은 상기 중심 저굴절률 구역(512) 내 물질보다 상대적으로 높은 굴절률을 갖고, 인접하는 투명한 저굴절률 물질층(520)(540) 각각 보다 높은 굴절률을 갖으며, 상기 투명 애노드(522)와, 제2 캐소드층(536)은 상기 광 결정 구조들(514 및 516)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일에 해당하는 광학적 두께를 갖고, 상기 제1캐소드층(534)은 상기 제2 캐소드층(536)의 광학적 두께에 무시할 투과율을 갖는 두께로 구성되되, 광학적 설계 측면에서 제2캐소드층(536)의 일부로서 포함되도록 형성됨을 특징으로 한다.
한편 제1저굴절률 물질층(520), 투명 애노드(522), 중심 저굴절률 구역(512), 제2 캐소드층(536) 및 제2 저굴절률 물질층(540)의 광 결정 내 포함시키기 위하여 요구되는 굴절률의 저/고/저/고/저의 교대로 형성됨을 특징으로 한다.
그리고 제1저굴절률 물질층(520), 투명 애노드(522), 중심 저굴절률 구역(512), 제2 캐소드층(536) 및 제2 저굴절률 물질층(540)은 단일 광 결정 구조로 형성됨을 특징으로 한다.
또한 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드는, 전기적으로 활성화될 때, 정공이 상기 애노드(522)로부터 상기 정공 주입층(524) 및 정공 수송층(526)을 통하여 상기 에미터층(528) 내로 흐름과 동시에 전자는 상기 제1, 제2 캐소드층들(534 및 536)로부터 상기 전자 주입층(532) 및 전자 수송층(530)을 통하여 상기 에미터층(528) 내로 흐르며, 상기 전자 및 정공들은 상기 에미터층(528) 내 발광 물질 분자 상에서 재결합하여 엑시톤을 생성하면 상기 에미터층(528) 내 발광 물질의 방출 밴드가 스톱 밴드의 밴드 에지 파장과 중복되는 곳에서, 발광이 일어나는 것을 특징으로 한다.
여기서 정공 주입층(524) 및 정공 수송층(526)의 기능들은 단일 층으로 조합되도록 구성되고, 상기 전자 주입층(532) 및 전자 수송층(530)의 기능들은 단일 층으로 조합되도록 구성됨을 특징으로 한다.
그리고 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드의 상기 중심 저굴절률 구역(512)의 총 두께가 스톱 밴드의 원하는 중심 파장의 사분의 일보다 클 것이 요구되는 경우 상기 중심 저굴절률 구역(512)의 두께는 상기 제1, 제2광 결정 구조들(510 및 512)의 스톱 밴드의 중심 파장의 총 사분의 삼에 해당하도록 형성됨을 특징으로 한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드는 투명한 제1고굴절률 물질층(618) 및 투명한 제1저굴절률 물질층(620)이 교대로 형성되는 복수의 제1층 쌍들(616)들로 형성되는 제1 광 결정 구조(610); 제1 광 결정 구조(610) 상에 형성되는 투명 애노드(622); 투명 애노드(622) 상에 형성되며, 정공 주입층(624)과 제1정공 수송층(626)으로 형성되는 저굴절률 구역(644); 저굴절률 구역(644) 상에 형성되는 제2정공 수송층(646); 제2정공 수송층(646) 상에 형성되며, 에미터층(628), 전자 수송층(630) 및 전자 주입층(632)으로 형성되는 중심 저굴절률 구역(612); 중심 저굴절률 구역(612) 상에 차례로 형성되는 제1 캐소드층(634), 제2 캐소드층(636); 및 투명한 제2 저굴절률 물질층(640) 및 투명한 제2고굴절률 물질층(642)이 교대로 형성되는 복수의 제2층 쌍들(638)들로 형성되는 제2 광 결정 구조(614);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
그리고 제2정공 수송층(646) 내 물질은 중심 저굴절률 구역(612)과 저굴절률 구역(644) 내 물질들보다 상대적으로 높은 굴절률을 갖고, 중심 저굴절률 구역(612)을 구성하는 층들의 결합된 광학적 두께는 상기 제1, 제 2광 결정 구조들(610 및 614)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같으며, 저굴절률 구역(644)을 구성하는 두 층들의 결합된 광학적 두께는 상기 제1, 제 2광 결정 구조들(610 및 614)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같고, 상기 제2 정공 수송층(646), 애노드(622) 및 캐소드층(636)의 광학적 두께는 각각 제 1, 제2 광 결정 구조들(610 및 614)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같도록 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드는 투명한 제1고굴절률 물질층(718) 및 투명한 제1저굴절률 물질층(720)이 교대로 형성되는 복수의 제1층 쌍들(716)들로 형성되는 제1 광 결정 구조(710); 상기 제1 광 결정 구조(710) 상에 형성되는 투명 애노드(722); 상기 투명 애노드(722) 상에 형성되며, 에미터층(728), 정공 수송층(730) 및 정공 주입층(732)으로 형성되는 중심 저굴절률 구역(712); 상기 중심 저굴절률 구역(712) 상에 형성되는 전자 수송층(746); 상기 전자 수송층(746)상에 형성되며, 전자 주입층(724)과 전자 수송층(726)으로 형성되는 저굴절률 구역(744); 상기 저굴절률 구역(744) 상에 차례로 형성되는 제1 캐소드층(734), 제2 캐소드층(736); 및 상기 제2 캐소드층(736) 상에 형성되며 투명한 제2 저굴절률 물질층(740) 및 투명한 제2고굴절률 물질층(742)이 교대로 형성되는 복수의 제2층 쌍들(738)들로 형성되는 제2 광 결정 구조(714);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서 상기 전자 수송층(746) 내 물질은 저굴절률 구역들(744 및 712) 내 물질들보다 상대적으로 높은 굴절률을 갖고, 상기 중심 저굴절률 구역(712)을 구성하는 층들의 결합된 광학적 두께는 상기 제1, 제2 광 결정 구조들(710 및 714)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같으며, 상기 전자 주입층(724)은 상기 전자 수송층(726)과 결합되어 다른 저굴절률 구역(744)을 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드는 레이저 광을 생산하지 않고, 광 발생이 일어나는 미세 공동을 가지지 않으면서, 스톱-밴드 에지 유도 방출을 이용하여 불연속 굴절률 프로필을 가지는 광 결정을 가진다는 점에서 매우 높은 에너지 효율로 상업적으로 실행가능한 SOL의 생산을 가능케 할 수 있다.
또한, 소자 내 광 발생이 거의 완전히 유도 방출을 통하게 하기 위한 레이징이 필요 없고, 그에 따라 비-레이저 소자들의 소자 내부 반사로 인한 거의 모든 광 손실을 제거하는데 필요한 원하는 수직 방출을 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 상태 밀도 대 광 주파수의 자유 공간(파선) 및 광 결정 매체(실선)에 대한 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 일반적인 유기 발광 다이오드(OLEDs)의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 내지 도 4는 종래 기술에 따른 수직 공동, 표면 방출 레이저(VCSELs)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 유기 수직 공동, 표면 방출 레이저를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명 제1실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명 제2실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명 제3실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 6은 본 발명 제1실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명 제1실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드는 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 광 결정 구조(510), 중심 저굴절률 구역(512) 및 제2 광 결정 구조(514)를 포함한다.
이러한 세 개의 구조와 별도로, 본 발명 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(500)는 투명 애노드(522), 저 일함수 금속으로 이루어지는 얇은 제1 캐소드층(534) 및 제2 캐소드층(536)을 포함한다.
투명 애노드(522)는 인듐-주석 산화물과 같은 임의의 적합한 투명 전도성 물질로부터 제작될 수 있다.
제1 캐소드층은 임의의 적합한 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 은/희토 합금의 얇고 투명한 필름으로부터 제작될 수 있다.
제2 캐소드층(536)은 인듐-주석 산화물과 같은 임의의 적합한 투명 전도성 물질로부터 제작될 수 있다.
제1 광 결정 구조(510)는 복수의(이 실시예에서 다섯개) 제1층 쌍들(516)을 포함한다.
제1층 쌍들(516) 각각은 투명한 제1고굴절률 물질층(518) 및 투명한 제1저굴절률 물질층(520)으로 구성된다.
제1층 쌍들(516)을 구성하는 층들 각각은 광 결정 구조(510)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일에 해당하는 광학적 두께를 가진다. 일반적으로 광학적 두께는 그 층의 물리적 두께 곱하기 그 층의 굴절률로서 정의한다.
그리고 제2 광 결정 구조(714)는 복수의(이 실시예에서 다섯개) 제2층 쌍들(538)을 포함한다. 제2층 쌍들(538) 각각은 투명 저 굴절률 물질층(740) 및 투명 고굴절률 물질층(542)로 구성된다. 제2층 쌍들(538)을 구성하는 층들 각각은 광 결정 구조(514)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일에 해당하는 광학적 두께를 가지는데, 이는 광 결정 구조(510)와 동일하다.
중심 저굴절률 구역(512)은 정공 주입층(524), 정공 수송층(526), 에미터층(528), 전자 수송층(530) 및 전자 주입층(532)을 포함한다. 중심 저굴절률 구역(512) 내에 포함되는 모든 층들은 전극(522 및 536)보다 낮은 굴절률을 가지며, 중심 저굴절률 구역(512) 내 포함되는 모든 층들의 총 광학적 두께는 광 결정 구조(510 및 514)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같다.
전극층들(522 및 536)은 중심 저굴절률 구역(512) 내 물질보다 높은 굴절률을 가질 뿐 아니라, 인접하는 층들(520 및 540) 각각 보다 높은 굴절률을 가진다. 전극층들(522 및 536)은 또한 광 결정 구조들(514 및 516)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일에 해당하는 광학적 두께를 가진다.
제1캐소드층(534)은 제2캐소드층(536)의 광학적 두께에 무시할 투과율을 갖는 두께로 구성되며, 광학적 설계 측면에서 제2캐소드층(536)의 일부로서 포함되는 것이 바람직하다.
이러한 방식으로, 층들(520, 522, 512(복합층), 536 및 540)의 순서는 광 결정 내 포함시키기 위하여 요구되는 굴절률의 저/고/저/고/저의 교대로 생산된다. 따라서, 구조들(510, 512, 514) 및 층들(522 및 536) 모두 함께 결합되어 단일 광 결정 구조로 형성됨을 알 수 있다.
밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(500)가 전기적으로 활성화될 때, 정공이 애노드(522)로부터 정공 주입층(524) 및 정공 수송층(526)을 통하여 에미터층(528) 내로 흐른다. 동시에, 전자는 캐소드층들(534 및 536)로부터 전자 주입층(532) 및 전자 수송층(530)을 통하여 에미터층(528) 내로 흐른다.
전자 및 정공들은 층(528) 내 발광 물질 분자 상에서 재결합하여 엑시톤을 생성한다. 에미터층(528)은 내부 광 결정 구조이므로, 그 층에서 생성된 엑시톤은 광 결정의 스톱 밴드 내 파장에서 광을 방출할 수 없다. 그러나, 에미터층(528) 내 발광 물질의 방출 밴드가 스톱 밴드의 밴드 에지 파장과 중복되는 곳에서, 발광이 일어나고 그 파장에서 높은 상태 밀도로 인하여 대개 높은 수준의 방출이 일어난다.
광 결정은 그 구조 내 밴드 에지 방출로부터 광을 트랩하여, 거의 모든 발광이 유도 발광이 될 정도로 엑시톤과 상호작용하는 충분한 광자가 있는 수준까지 광자 밀도를 증가시킨다. 유도 방출로부터의 광은 소자 내 전파 방향에 거의 완전히 수직이므로, 광의 내부 반사 및 트래핑으로 인한 손실이 거의 없으며, 소자는 그 결과 매우 에너지 효율적이다.
중심 저굴절률 구역(512)을 구성하는 층들의 성질 및 수는 전기적으로 활성화되어 발광할 수 있는 발광층이 존재하고 그 발광의 방출 밴드가 적어도 하나의 광 결정의 스톱 밴드의 밴드 에지와 중복되는 한 변화될 수 있다. 예를 들어, 정공 주입층(524) 및 정공 수송층(526)의 기능들은 단일 층으로 조합될 수 있다.
전자 주입층(532) 및 전자 수송층(530)의 기능들은 단일 층으로 조합될 수 있다. 또한 부가적인 정공 수송 또는 전자 수송 및 정공 차단, 전자 차단 및 삼중항(triplet) 차단층들이 도입될 수 있다.
밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(500) 내 광 결정 구조들은 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(500)에 포함되는 기능적 OLED 층들과 마찬가지로 한 번에 한 층이 조립된다. 따라서, 광 결정 구조들은 불연속 굴절률 프로필을 가진다. 앞에서 설명한 바와 같이 특허문헌 1, 2, 3에 대한 작업 당시, 이러한 층 제작 기술은 소비자 시장을 위한 대규모 생산을 허용하기에 충분히 높은 생산 수율을 가지는 소자를 제공하지 않았으나 현재, 예를 들어 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(500)를 생산하는데 요구되는 유형의 층들을 제작하는데 유용한 진공 제작 장치(스퍼터링 장비 등)는 이러한 층들을 소비재의 대량 생산을 가능케 하는 두께 허용 공차, 수율 및 공정 스루풋으로 이러한 층들을 증착하는 것이 가능한 수준까지 진전되었다.
밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(500)의 적절한 전기적 작용은 중심 저굴절률 구역(512)의 총 두께가 광 결정의 스톱 밴드의 원하는 중심 파장의 사분의 일보다 클 것이 요구되는 경우 중심 저굴절률 구역(512)의 두께는 광 결정 구조들(510 및 512)의 스톱 밴드의 중심 파장의 총 사분의 삼에 해당하도록 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명 제2실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명 제2실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드는, 동일한 파장 근처의 파장에서 최적으로 작용하도록 설계되는 OLED의 두께와 반대로, 짧은 가시광선 파장(예를 들어, 청색 또는 자색)에서 스톱 밴드를 가지도록 설계되는 광 결정 단일 구조에 포함되는 단일층의 두께 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명 제2실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(600)는 본 발명 제1실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드소자(500) 내 구조들(510, 512 및 514)에 상응하는 제1 광 결정 구조(610), 중심 저굴절률 구역(612) 및 제2 광 결정 구조(614)가 있다는 점에서 유사하다.
여기서, 차이점은 중심 저굴절률 구역(612)이 에미터층(628), 전자 수송층(630) 및 전자 주입층(632)만을 포함한다는 것이다. 정공 주입층(624)은 제1정공 수송층(626)과 결합되어 다른 저굴절률 구역(644)를 구성한다. 이러한 저굴절률 구역은 중심 저굴절률 구역(612)과 제2 정공 수송층(646)에 의하여 분리된다.
정공 수송층(646) 내 물질은 구역들(644 및 612) 내 물질들보다 높은 굴절률을 가진다. 중심 저굴절률 구역(612)을 구성하는 층들의 결합된 광학적 두께는 광 결정 구조들(610 및 614)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같다.
저굴절률 구역(644)을 구성하는 두 층들의 결합된 광학적 두께는 광 결정 구조들(610 및 614)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같고, 제2 정공 수송층(646), 애노드(622) 및 캐소드층(636)의 광학적 두께는 각각 광 결정 구조들(610 및 614)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같다.
따라서, 제1 광 결정 구조(610), 저굴절률 구역(644), 중심 저굴절률 구역(612), 제2 광 결정 구조(614)가 층들(622, 646 및 636)과 결합되어 단일 광 결정 구조를 형성함을 알 수 있다. 이러한 구조는 본 발명 제1실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(500)에 대하여 앞서 기재한 바와 동일한 방식으로 에미터층(628)에 의하여 방출된 광과 상호작용한다.
도 8은 본 발명 제3실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명 제3실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드는, 단파장 광 생성에 내재하는 잠재적 문제를 해결할 수 있는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(700)로써, 본 발명 제3실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(700)는 본 발명 제1실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(700) 내 구조들 (510, 512 및 514)에 상응하는 제1 광 결정 구조(710), 중심 저굴절률 구역(712) 및 제2 광 결정 구조(714)를 가진다.
본 발명 제3실시예에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(700)의 차이점은 중심 저굴절률 구역(712)이 에미터층(728), 정공 수송층(730) 및 정공 주입층(732)만을 포함한다.
전자 주입층(724)은 전자 수송층(726)과 결합되어 다른 저굴절률 구역(744)을 구성한다. 이러한 저굴절률 구역은 제2 전자 수송층(746)에 의하여 중심 저굴절률 구역(712)으로부터 분리된다.
전자 수송층(746) 내 물질은 구역들(744 및 712) 내 물질들보다 높은 굴절률을 가진다. 중심 저굴절률 구역(712)을 구성하는 층들의 결합된 광학적 두께는 광 결정 구조들(710 및 714)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같다.
저굴절률 구역(744)을 구성하는 두 층들의 결합된 광학적 두께는 광 결정 구조들(710 및 714)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같고, 제2 전자 수송층(746), 애노드(722) 및 캐소드층(736)의 광학적 두께는 각각 광 결정 구조들(710 및 714)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같다.
따라서, 제1 광 결정 구조(710), 저굴절률 구역(744), 중심 저굴절률 구역(712) 제2 광 결정 구조(714)가 층들(722, 746 및 736)과 결합되어 단일 광 결정 구조를 형성함을 알 수 있다. 이러한 구조는 본 발명 제1실시예에 따른 소자(500)에 대하여 앞서 기재한 바와 동일한 방식으로 에미터층(528)에 의하여 방출되는 광과 상호작용한다.
본 발명에 따른 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드(500, 600 및 700)와 같은 소자들은 레이저 광을 생산하지 않고, 광 발생이 일어나는 미세 공동을 가지지 않으면서, 스톱-밴드 에지 유도 방출을 이용하여 불연속 굴절률 프로필을 가지는 광 결정을 가진다는 점에서 종래 기술의 소자들과 다르다. 현재, 이는 매우 높은 에너지 효율로 상업적으로 실행가능한 SOL의 생산을 가능케 하는 유일한 소자 특성들의 조합일 것이다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
500 : 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드
510 : 제1 광 결정 구조 512 : 중심 저굴절률 구역
514 : 제2 광 결정 구조 516 : 제1층 쌍들
518 : 제1고굴절률 물질층 520 : 제1저굴절률 물질층
522 : 투명 애노드 524 : 정공 주입층
526 : 정공 수송층 528 : 에미터층
530 : 전자 수송층 532 : 전자 주입층
534 : 제1 캐소드층 536 : 제2 캐소드층
538 : 제2층 쌍들 540 : 제2 저굴절률 물질층
542 : 제2 고굴절률 물질층

Claims (13)

  1. 투명한 제1고굴절률 물질층(518) 및 투명한 제1저굴절률 물질층(520)이 교대로 형성되는 복수의 제1층 쌍들(516)들로 형성되는 제1 광 결정 구조(510);
    상기 제1 광 결정 구조(510) 상에 형성되는 투명 애노드(522);
    상기 투명 애노드(522) 상에 형성되며, 정공 주입층(524), 정공 수송층(526), 에미터층(528), 전자 수송층(530) 및 전자 주입층(532)을 포함하는 중심 저굴절률 구역(512);
    상기 중심 저굴절률 구역(512) 상에 차례로 형성되는 제1 캐소드층(534), 제2 캐소드층(536); 및
    상기 제2 캐소드층(536) 상에 형성되되, 투명한 제2저굴절률 물질층(540) 및 투명한 제2 고굴절률 물질층(542)이 교대로 형성되는 복수의 제2층 쌍들(538)들로 형성되는 제2 광 결정 구조(514);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 애노드(522)는 인듐-주석 산화물을 포함하는 투명 전도성 물질로 형성되고, 상기 제1 캐소드층(534)은 알루미늄 또는 은/희토 합금의 투명한 필름으로 형성되며, 상기 제2 캐소드층(536)은 인듐-주석 산화물을 포함하는 투명 전도성 물질로 형성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 쌍들(516)을 구성하는 층들 각각은 상기 제1광 결정 구조(510)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일에 해당하는 광학적 두께를 가지고,
    상기 제2층 쌍들(538)을 구성하는 층들 각각은 상기 제2광 결정 구조(514)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일에 해당하는 광학적 두께를 가지며,
    상기 중심 저굴절률 구역(512) 내에 포함되는 모든 층들은 전극(522 및 536)보다 상대적으로 낮은 굴절률을 갖고, 상기 중심 저굴절률 구역(512) 내 포함되는 모든 층들의 총 광학적 두께는 상기 제1, 제2 광 결정 구조(510 및 514)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같도록 형성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명 애노드(522)와, 제2 캐소드층(536)은 상기 중심 저굴절률 구역(512) 내 물질보다 상대적으로 높은 굴절률을 갖고, 인접하는 투명한 저굴절률 물질층(520)(540) 각각 보다 높은 굴절률을 갖으며, 상기 투명 애노드(522)와, 제2 캐소드층(536)은 상기 광 결정 구조들(514 및 516)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일에 해당하는 광학적 두께를 갖고, 상기 제1캐소드층(534)은 상기 제2 캐소드층(536)의 광학적 두께에 무시할 투과율을 갖는 두께로 구성되되, 광학적 설계 측면에서 제2캐소드층(536)의 일부로서 포함되도록 형성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1저굴절률 물질층(520), 투명 애노드(522), 중심 저굴절률 구역(512), 제2 캐소드층(536) 및 제2 저굴절률 물질층(540)의 광 결정 내 포함시키기 위하여 요구되는 굴절률의 저/고/저/고/저의 교대로 형성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1저굴절률 물질층(520), 투명 애노드(522), 중심 저굴절률 구역(512), 제2 캐소드층(536) 및 제2 저굴절률 물질층(540)은 단일 광 결정 구조로 형성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드는,
    전기적으로 활성화될 때, 정공이 상기 애노드(522)로부터 상기 정공 주입층(524) 및 정공 수송층(526)을 통하여 상기 에미터층(528) 내로 흐름과 동시에 전자는 상기 제1, 제2 캐소드층들(534 및 536)로부터 상기 전자 주입층(532) 및 전자 수송층(530)을 통하여 상기 에미터층(528) 내로 흐르며, 상기 전자 및 정공들은 상기 에미터층(528) 내 발광 물질 분자 상에서 재결합하여 엑시톤을 생성하면 상기 에미터층(528) 내 발광 물질의 방출 밴드가 스톱 밴드의 밴드 에지 파장과 중복되는 곳에서, 발광이 일어나는 것을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정공 주입층(524) 및 정공 수송층(526)의 기능들은 단일 층으로 조합되도록 구성되고, 상기 전자 주입층(532) 및 전자 수송층(530)의 기능들은 단일 층으로 조합되도록 구성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드의 상기 중심 저굴절률 구역(512)의 총 두께가 스톱 밴드의 원하는 중심 파장의 사분의 일보다 클 것이 요구되는 경우 상기 중심 저굴절률 구역(512)의 두께는 상기 제1, 제2광 결정 구조들(510 및 512)의 스톱 밴드의 중심 파장의 총 사분의 삼에 해당하도록 형성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  10. 투명한 제1고굴절률 물질층(618) 및 투명한 제1저굴절률 물질층(620)이 교대로 형성되는 복수의 제1층 쌍들(616)들로 형성되는 제1 광 결정 구조(610);
    상기 제1 광 결정 구조(610) 상에 형성되는 투명 애노드(622);
    상기 투명 애노드(622) 상에 형성되며, 정공 주입층(624)과 제1정공 수송층(626)으로 형성되는 저굴절률 구역(644);
    상기 저굴절률 구역(644) 상에 형성되는 제2정공 수송층(646);
    상기 제2정공 수송층(646) 상에 형성되며, 에미터층(628), 전자 수송층(630) 및 전자 주입층(632)으로 형성되는 중심 저굴절률 구역(612);
    상기 중심 저굴절률 구역(612) 상에 차례로 형성되는 제1 캐소드층(634), 제2 캐소드층(636); 및
    투명한 제2 저굴절률 물질층(640) 및 투명한 제2고굴절률 물질층(642)이 교대로 형성되는 복수의 제2층 쌍들(638)들로 형성되는 제2 광 결정 구조(614);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2정공 수송층(646) 내 물질은 중심 저굴절률 구역(612)과 저굴절률 구역(644) 내 물질들보다 상대적으로 높은 굴절률을 갖고,
    상기 중심 저굴절률 구역(612)을 구성하는 층들의 결합된 광학적 두께는 상기 제1, 제 2광 결정 구조들(610 및 614)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같으며,
    상기 저굴절률 구역(644)을 구성하는 두 층들의 결합된 광학적 두께는 상기 제1, 제 2광 결정 구조들(610 및 614)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같고, 상기 제2 정공 수송층(646), 애노드(622) 및 캐소드층(636)의 광학적 두께는 각각 제 1, 제2 광 결정 구조들(610 및 614)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같도록 형성된 것을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  12. 투명한 제1고굴절률 물질층(718) 및 투명한 제1저굴절률 물질층(720)이 교대로 형성되는 복수의 제1층 쌍들(716)들로 형성되는 제1 광 결정 구조(710);
    상기 제1 광 결정 구조(710) 상에 형성되는 투명 애노드(722);
    상기 투명 애노드(722) 상에 형성되며, 에미터층(728), 정공 수송층(730) 및 정공 주입층(732)으로 형성되는 중심 저굴절률 구역(712);
    상기 중심 저굴절률 구역(712) 상에 형성되는 전자 수송층(746);
    상기 전자 수송층(746)상에 형성되며, 전자 주입층(724)과 전자 수송층(726)으로 형성되는 저굴절률 구역(744);
    상기 저굴절률 구역(744) 상에 차례로 형성되는 제1 캐소드층(734), 제2 캐소드층(736); 및
    상기 제2 캐소드층(736) 상에 형성되며 투명한 제2 저굴절률 물질층(740) 및 투명한 제2고굴절률 물질층(742)이 교대로 형성되는 복수의 제2층 쌍들(738)들로 형성되는 제2 광 결정 구조(714);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전자 수송층(746) 내 물질은 저굴절률 구역들(744 및 712) 내 물질들보다 상대적으로 높은 굴절률을 갖고,
    상기 중심 저굴절률 구역(712)을 구성하는 층들의 결합된 광학적 두께는 상기 제1, 제2 광 결정 구조들(710 및 714)의 스톱 밴드의 중심 파장의 사분의 일과 같으며,
    상기 전자 주입층(724)은 상기 전자 수송층(726)과 결합되어 다른 저굴절률 구역(744)을 구성하는 것을 특징으로 하는 밴드 에지 방출 증대 유기 발광 다이오드.
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