JP2022081426A - 発光素子及びそれを含むディスプレイ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光効率が向上した発光素子及びそれを含むディスプレイ装置を提供する。【解決手段】発光素子は、第１波長の光を発生させる第１有機発光材料層、第１波長と互いに異なる第２波長の光を発生させる第２有機発光材料層、及び第１及び２波長と互いに異なる第３波長の光を発生させる第３有機発光材料層を含み、第１有機発光材料層は、発光素子のマイクロキャビティ内で共振する共振波長の第１アンチノードを含む位置に配置され、第２有機発光材料層と第３有機発光材料層は、マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第２アンチノードを含む位置に配置されうる。【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子及びそれを含むディスプレイ装置に係り、さらに詳細には、発光効率が向上した有機電界発光素子及び有機電界発光ディスプレイ装置に関する。
有機電界発光素子(organic light emitting device; OLED)は、正極(anode)から供給される正孔(hole)と負極(cathode)から供給される電子(electron)が有機発光層内で結合して光を放出することにより、画像を形成するディスプレイ素子である。そのような有機電界発光素子は、広い視野角、速い応答速度、薄厚、低い製造コスト及び高いコントラスト(contrast)のような優秀なディスプレイ特性を示す。
また、有機電界発光素子において有機発光層の材料として適切な物質を選択することで所望の色を放出させうる。その原理によって、有機電界発光素子を用いてカラーディスプレイ装置を具現することができる。
本発明が解決しようとする課題は、発光効率が向上した有機電界発光素子及び有機電界発光ディスプレイ装置を提供することである。
一実施例による発光素子は、周期的に２次元配列されている複数のナノ構造物を備える反射層と、前記反射層上に配置された第１電極と、前記第１電極上に配置された有機発光層と、前記有機発光層上に配置された第２電極と、を含む。ここで、前記反射層と前記第２電極は、共振波長を有するマイクロキャビティを構成することができる。前記有機発光層は、第１波長の光を発生させる第１有機発光材料層、第１波長と互いに異なる第２波長の光を発生させる第２有機発光材料層、及び第１及び２波長と互いに異なる第３波長の光を発生させる第３有機発光材料層を含み、前記第１有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第１アンチノードを含む位置に配置され、前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第２アンチノードを含む位置に配置されうる。
前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層は、前記第２有機発光材料層内の発光ドーパント物質から前記第３有機発光材料層内の発光ドーパント物質にエネルギー伝達が可能なように互いに隣接または混合されて配置されうる。
前記第２有機発光材料層は、前記第１有機発光材料層と前記第３有機発光材料層との間において前記第１有機発光材料層と離隔され、前記第３有機発光材料層と直接接触して配置されうる。
前記有機発光層は、前記第１電極と前記第３有機発光材料層との間に配置された正孔注入層と、前記第１有機発光材料層と前記第２有機発光材料層との間に配置された電荷生成層と、前記第１有機発光材料層と前記第２電極との間に配置された電子注入層と、をさらに含む。
前記第２有機発光材料層内の発光ドーパント物質と前記第３有機発光材料層内の発光ドーパント物質は、リン光ドーパント物質であり、前記第１有機発光材料層内の発光ドーパント物質は、蛍光ドーパント物質でもある。
前記有機発光層は、前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層との間に配置されたものであって、前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層との混合物層をさらに含む。
前記第３有機発光材料層は、前記第２有機発光材料層の下部領域内に混合されて配置されうる。
前記有機発光層は、前記第２電極から第１電極に向かう方向に沿って交互に配置された複数の第２有機発光材料層と複数の第３有機発光材料層とを含む。
それぞれの第２有機発光材料層の厚さは、それぞれの第３有機発光材料層の厚さよりも厚くもなる。
前記第２有機発光材料層内の発光ドーパント物質の濃度は、前記第３有機発光材料層内の発光ドーパント物質の濃度よりも高い。
前記有機発光層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第３アンチノードを含む位置に配置された追加的な第１有機発光材料層をさらに含む。
前記有機発光層は、前記追加的な第１有機発光材料層と前記第３有機発光材料層との間に配置された電荷生成層をさらに含む。
前記マイクロキャビティの共振波長が第２波長または第３波長と一致するように前記反射層のそれぞれのナノ構造物の臨界寸法、それぞれのナノ構造物の高さ、及び複数のナノ構造物の周期が決定されうる。
前記複数のナノ構造物の周期は、前記マイクロキャビティの共振波長よりも短い。
前記第１電極は、透明電極であり、前記第２電極は、光の一部を反射して、一部を透過させる半透過電極でもある。
他の実施例によるディスプレイ装置は、第１波長の光を放出する第１画素と、第１波長と互いに異なる第２波長の光を放出する第２画素；及び第１及び２波長と互いに異なる第３波長の光を放出する第３画素と、を含み、前記第２画素は、周期的に２次元配列されている複数のナノ構造物を備える反射層と、前記反射層上に配置された第１電極と、前記第１電極上に配置された有機発光層と、前記有機発光層上に配置された第２電極；を含み、前記反射層と前記第２電極は、第２波長の光を共振させるマイクロキャビティを構成し、前記有機発光層は、第１波長の光を発生させる第１有機発光材料層、第２波長の光を発生させる第２有機発光材料層、及び第３波長の光を発生させる第３有機発光材料層を含み、前記第１有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第１アンチノードを含む位置に配置され、前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第２アンチノードを含む位置に配置されうる。
前記第１画素の物理的な厚さ、前記第２画素の物理的な厚さ及び前記第３画素の物理的な厚さが互いに同一でもある。
一実施例による発光素子の構造を概略的に示す断面図である。 図１に図示された反射層の例示的な構造を概略的に示す斜視図である。 図１に図示された反射層の他の例示的な構造を概略的に示す斜視図である。 一実施例による有機発光層の構造を示す断面図である。 有機発光層内で有機発光材料層の位置による発光特性の変化を例示的に示す表である。 他の実施例による有機発光層の構造を示す断面図である。 異種の発光ドーパント物質間のエネルギー伝達を示す概念図である。 異種の発光ドーパント物質間のエネルギー伝達を示す概念図である。 異種の有機発光材料層間の多様な配置による発光特性の変化を例示的に示すグラフである。 異種の有機発光材料層間の多様な配置による発光効率の変化を例示的に示す表である。 異種の有機発光材料層間の多様な配置による発光効率の変化を例示的に示すグラフである。 異種の発光ドーパント物質間のエネルギー伝達速度と発光効率との関係を示すグラフである。 異種の有機発光材料層間の多様な配置例を示す断面図である。 異種の有機発光材料層間の多様な配置例を示す断面図である。 異種の有機発光材料層間の多様な配置例を示す断面図である。 他の実施例による発光素子の構造を概略的に示す断面図である。 さらに他の実施例による発光素子の構造を概略的に示す断面図である。 さらに他の実施例による発光素子の構造を概略的に示す断面図である。 図１７に図示された反射層の例示的な構造を概略的に示す斜視図である。 一実施例によるディスプレイ装置の構造を概略的に示す断面図である。
以下、添付された図面を参照して、発光素子及びそれを含むディスプレイ装置について詳細に説明する。以下の図面において同じ参照符号は、同じ構成要素を指称し、図面上で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜性のために誇張されてもいる。また、以下に説明される実施例は、ただ例示的なものに過ぎず、そのような実施例から多様な変形が可能である。
以下、「上部」や「上」という記載は、接触して直上にあるものだけではなく、非接触で上にあるものを含んでもよい。単数表現は、文脈上、明白に異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。
「前記」という用語、及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数の両方ともに該当するものでもある。方法を構成する段階について明白に順序を記載するか記載するか、反対となる記載がなければ、そのような段階は、適当な順序で行われ、必ずしも記載された順序に限定されるものではない。
また、明細書に記載の「．．．部」、「モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、ハードウェアとソフトウェアとの結合によっても具現される。
図面に図示された構成要素間の線の連結または連結部材は、機能的な連結及び／または物理的または回路的連結を例示的に示したものであって、実際装置では、代替可能であるか、追加される多様な機能的な連結、物理的な連結、または回路連結としても示される。
全ての例または例示的な用語の使用は、単に技術的思想を詳細に説明するためのものであって、請求範囲によって限定されない以上、そのような例、または例示的な用語によって範囲が限定されるものではない。
図１は、一実施例による発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１を参照すれば、一実施例による発光素子１００は、周期的に２次元配列されている複数のナノ構造物１１２を備える反射層１１０、反射層１１０上に配置された第１電極１３１、第１電極１３１上に配置された有機発光層１４０、及び有機発光層１４０上に配置された第２電極１３２を含む。発光素子１００は、また第２電極１３２上に配置されて第２電極１３２を保護するために透明な絶縁性材料からなる保護層(passivation layer)１５０をさらに含んでもよい。
有機発光層１４０の下部面に配置された第１電極１３１は、正孔を提供する正極の役割を行うことができる。有機発光層１４０の上部面に配置された第２電極１３２は、電子を提供する負極の役割を行うことができる。そのために、第１電極１３１は、相対的に高い仕事関数を有する材料からなり、第２電極１３２は、相対的に低い仕事関数を有する材料からなりうる。
また、第１電極１３１は、光（例えば、可視光）を透過させる性質を有する透明電極にもなる。例えば、第１電極１３１は、ITO(indium tin oxide), IZO(indume zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide)のような透明伝導性酸化物(transparent conductive oxide)を含む。
第２電極１３２は、光の一部を反射し、一部を透過させる半透過電極にもなる。このために、第２電極１３２は、非常に薄厚の反射性金属を含む。例えば、第２電極１３２は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはそれらの合金からなるか、または銀（Ａｇ）とマグネシウム（Ｍｇ）との複層構造、またはアルミニウム（Ａｌ）とリチウムＬｉとの複層構造からなってもよい。第２電極１３２の全体厚さは、約１０ｎｍ～５０ｎｍでもある。第２電極１３２の厚さが非常に薄いので、光の一部が反射性金属を通過することができる。
反射層１１０は、有機発光層１４０で発生して第１電極１３１を透過した光を反射するように構成されうる。また、反射層１１０は、導電性を有する材料からなりうる。そのために、反射層１１０は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、またはそれらを含む合金からなりうる。しかし、必ずしもそれに限定されるものではなく、反射層１１０は、高い反射率と導電性を有するならば、他の反射性材料を含んでもよい。
そのような反射層１１０は、第２電極１３２と共に、マイクロキャビティ１６０を構成する役割を行う。すなわち、発光素子１００の反射層１１０と第２電極１３２との間にマイクロキャビティ１６０が形成される。例えば、有機発光層１４０で発生した光は、反射層１１０と第２電極１３２との間を往復しつつ共振した後、マイクロキャビティ１６０の共振波長に該当する光が第２電極１３２を通じて外部に放出されうる。
反射層１１０と第２電極１３２との間に形成されたマイクロキャビティ１６０の共振波長は、マイクロキャビティ１６０の光学的長さ(optical length)(L)によって決定されうる。例えば、マイクロキャビティ１６０の共振波長をλとするとき、マイクロキャビティ１６０の光学的長さＬは、ｎλ／２（ｎは、自然数）でもある。そのようなマイクロキャビティ１６０の光学的長さＬは、反射層１１０と第２電極１３２との間のマイクロキャビティ１６０を形成する層の光学的厚さ、第２電極１３２による位相遅延、及び反射層１１０による位相変位（例えば、位相遅延）の和によって決定されうる。ここで、反射層１１０と第２電極１３２との間のマイクロキャビティ１６０を形成する層の光学的厚さは、単純な物理的な厚さではなく、マイクロキャビティ１６０を形成する層の材料の屈折率を考慮した厚さである。層の光学的厚さは、その層の物理的厚さと、その層の屈折率の積を意味する。例えば、マイクロキャビティ１６０を形成する層の光学的厚さは、第１電極１３１の光学的厚さ及び有機発光層１４０の光学的厚さの和にもなる。
本実施例によれば、マイクロキャビティ１６０を形成する層の光学的厚さ及び第２電極１３２による位相遅延を固定しておき、反射層１１０による位相変位のみを調節することで、マイクロキャビティ１６０の光学的長さＬまたはマイクロキャビティの共振波長を調節することができる。反射層１１０による位相変位を調節するために、第１電極１３１と接する反射層１１０の反射面には、位相変調表面が形成されている。位相変調表面は、ナノサイズの非常に小さなパターンを含む。例えば、反射層１１０の位相変調表面は、可視光の波長よりも小さいサイズのナノ構造物が周期的に配置されたメタ構造(meta structure)を有することができる。
図１を参照すれば、反射層１１０は、ベース１１１及びベース１１１の上面１１４に形成される位相変調表面を含む。反射層１１０の位相変調表面は、ベース１１１の上面１１４上に周期的に配列されている複数のナノ構造物１１２を含む。複数のナノ構造物１１２は、ベース１１１の上面１１４から第１電極１３１に向かって突出した柱(post)状でもある。例えば、複数のナノ構造物１１２は、円柱状を有する。そのような複数のナノ構造物１１２は、ベース１１１と一体に形成されうる。反射層１１０は、複数のナノ構造物１１２の上面が第１電極１３１と接触するように配置されうる。
位相変調表面の光学的特性（例えば、反射光の位相遅延）は、それぞれのナノ構造物１１２の臨界寸法Ｗ、それぞれのナノ構造物１１２の高さＨ、及び複数のナノ構造物１１２のピッチまたは周期Ｐによって決定されうる。例えば、それぞれのナノ構造物１１２が円柱である場合、ナノ構造物１１２の臨界寸法Ｗは、それぞれのナノ構造物１１２の直径でもある。また、円柱の直径は、幅にも見なされる。また、それぞれのナノ構造物１１２が多角柱状である場合、ナノ構造物１１２の臨界寸法Ｗは、それぞれのナノ構造物１１２の最大幅でもある。
位相変調表面の全体領域に対してナノ構造物１１２の臨界寸法Ｗ、高さＨ、及び周期Ｐが一定してもいる。例えば、ナノ構造物１１２の臨界寸法Ｗは、約３０ｎｍ～約２５０ｎｍであり、ナノ構造物１１２の高さＨは、約０ｎｍ～約１５０ｎｍであり、複数のナノ構造物１１２の周期Ｐは、約１００ｎｍ～約３００ｎｍでもある。
位相変調表面のそれぞれのナノ構造物１１２の大きさが上のように共振波長より小さければ、入射光がナノ構造物１１２の周辺部で共振しながら、複数のナノ光共振構造が形成される。特に、入射光のうち、電場成分は、ナノ構造物１１２間の空間に浸透することができず、磁場成分のみナノ構造物１１２の周辺部で共振することになる。したがって、ナノ構造物１１２間の空間内に形成される複数のナノ光共振構造は、入射光の磁場成分がナノ構造物１１２の周辺部で共振されるシリンダ型のマグネチック共振器である。その結果、ナノ構造物１１２の高さＨとナノ構造物１１２の屈折率ｎとの積によって決定される有効光学距離（Ｈ×ｎ）による単純位相変位よりも大きい位相変位が反射層１１０の位相変調表面で発生しうる。
したがって、マイクロキャビティ１６０の共振波長は、位相変調表面のそれぞれのナノ構造物１１２の臨界寸法Ｗ、それぞれのナノ構造物１１２の高さＨ及び複数のナノ構造物１１２の周期Ｐによって決定されうる。すなわち、マイクロキャビティ１６０の共振波長をλとするとき、マイクロキャビティ１６０の光学的長さＬがｎλ／２（ｎは、自然数）を満足するように、位相変調表面のそれぞれのナノ構造物１１２の臨界寸法Ｗ、それぞれのナノ構造物１１２の高さＨ、及び複数のナノ構造物１１２の周期Ｐが選択されうる。
それにより、マイクロキャビティ１６０の共振波長を発光素子１００の発光波長または、発光光に容易にマッチングさせうる。例えば、発光素子１００が赤色発光素子である場合、マイクロキャビティ１６０の共振波長が赤色波長帯域に対応するように位相変調表面のそれぞれのナノ構造物１１２の臨界寸法Ｗ、それぞれのナノ構造物１１２の高さＨ、及び複数のナノ構造物１１２の周期Ｐを選択することができる。そのような方式で、マイクロキャビティ１６０の物理的な長さ及び有機発光層１４０の内部構造を固定しておき、反射層１１０の位相変調表面の構造だけで発光素子１００の発光波長を決定することができる。
マイクロキャビティ１６０が偏光依存性を有することを防止するために、多数のナノ構造物１１２は、４回対称(4-fold symmetry)特性を有するように規則的で周期的に配列されうる。マイクロキャビティ１６０が偏光依存性を有すれば、特定偏光成分の光のみ共振するようになって発光素子１００の発光効率が低下してしまう。例えば、図２は、図１に図示された反射層１１０の例示的な構造を概略的に示す斜視図であり、図３は、図１に図示された反射層１１０の他の例示的な構造を概略的に示す斜視図である。図２を参照すれば、ベース１１１の上面１１４上に円柱状を有する多数のナノ構造物１１２が規則的に２次元配列されうる。また、図３を参照すれば、ベース１１１の上面１１４上に四角柱状を有する多数のナノ構造物１１２が規則的に２次元配列されうる。図２及び図３には、ナノ構造物１１２が円柱状及び四角柱状であると図示されているが、ナノ構造物１１２の形態は、必ずしもそれらに限定されない。例えば、ナノ構造物１１２は、楕円柱または五角形以上の多角柱状を有する。
また、図２及び図３には、多数のナノ構造物１１２が規則的な２次元アレイパターンに配列されていると図示されている。その場合、位相変調表面の全体領域に隣接した２つのナノ構造物１１２間の間隔が一定してもいる。しかし、４回対称特性を有するならば、多数のナノ構造物１１２は、いかなる形態のアレイにも配列されうる。例えば、多数のナノ構造物１１２が不規則的に配列されてもよい。その場合、マイクロキャビティ１６０が偏光依存性を有さなくなる。一方、他の実施例では、発光素子１００が意図的に特定の偏光成分の光のみ放出するように多数のナノ構造物１１２の配列を４回対称と異なるように設計してもよい。例えば、多数のナノ構造物１１２が１次元アレイパターンに配列されてもよい。
発光素子１００は、有機電界発光ダイオード(OLED; organic light emitting diode)でもある。そのために、有機発光層１４０は、有機発光材料を含む。例えば、図４は、図１に図示された有機発光層１４０の例示的な構造をさらに詳細に示す断面図である。図４を参照すれば、有機発光層１４０は、第１電極１３１上に配置された正孔注入層(hole jnjection layer)１４２、正孔注入層１４２上に配置された有機発光材料層１４１、及び有機発光材料層１４１上に配置された電子注入層(electron injection layer)１４３を含む。そのような構造において、正孔注入層１４２を通じて提供された正孔と電子注入層１４３を通じて提供された電子が有機発光材料層１４１で結合して光が発生する。発生する光の波長は、有機発光材料層１４１内の有機発光材料のエネルギーバンドギャップによって決定されうる。
また、有機発光層１４０は、正孔の伝達をさらに円滑にするために正孔注入層１４２と有機発光材料層１４１との間に配置された正孔輸送層(hole tranfer layer)１４４をさらに含む。また、有機発光層１４０は、電子の伝達をさらに円滑にするために電子注入層１４３と有機発光材料層１４１との間に配置された電子輸送層(electron transfer layer)１４５をさらに含む。また、図４には、図示されていないが、有機発光層１４０は、必要によって多様な追加的な層を含んでもよい。例えば、有機発光層１４０は、正孔輸送層１４４と有機発光材料層１４１との間に電子阻止層(electron block layer)をさらに含んでもよく、また有機発光材料層１４１と電子輸送層１４５との間に正孔阻止層(hole block layer)をさらに含んでもよい。
有機発光材料層１４１は、可視光を放出するように構成されうる。例えば、有機発光材料層１４１は、赤色光、緑色光、及び青色光をいずれも含む可視光を放出するように構成されうる。その場合、前述したように、反射層１１０の位相変調表面による位相変調に基づいて、マイクロキャビティ１６０の共振波長を決定することで、発光素子１００から放出される発光波長を選択することができる。
赤色光、緑色光、及び青色光をいずれも含む可視光を放出するために、有機発光材料層１４１は、第１波長の光を発生させる第１有機発光材料層１４１Ｂ、第１波長と互いに異なる第２波長の光を発生させる第２有機発光材料層１４１Ｇ、及び第１及び２波長と互いに異なる第３波長の光を発生させる第３有機発光材料層１４１Ｒを含む。例えば、第１波長の光は、青色光であり、第２波長の光は、緑色光であり、第３波長の光は、赤色光でもある。その場合、第１有機発光材料層１４１Ｂは、青色発光を起こす発光ドーパント物質でドーピングされ、第２有機発光材料層１４１Ｇは、緑発光を起こす発光ドーパント物質でドーピングされ、第３有機発光材料層１４１Ｒは、赤色発光を起こす発光ドーパント物質でドーピングされうる。
一方、キャビティ構造では、キャビティが有するＱ－因子とモード体積(mode volume)の影響を受けてキャビティ内にある光源の放射崩壊速度(radiative decay rate)が異なるが、それを、パーセル効果(Purcell effect)と称する。パーセル効果を増進させれば、光源の放射崩壊速度が速くなり、自発光率(spontaneous emission rate)が向上しうる。また、フェルミの黄金率(Fermi’s golden rule)を考慮すれば、パーセル効果を強化するためには、原理的に高いＱ－因子、有機発光材料層内で高度に偏向されたドーパント物質、及び有機発光材料層の位置最適化などを調節することができる。特に、有機発光材料層の位置最適化のために、有機発光材料層は、マイクロキャビティ１６０内で共振する共振波長の電場強度が最大となる位置、すなわち、マイクロキャビティ１６０内で共振する共振波長のアンチノード(anti node)に位置することができる。
図５は、有機発光層１４０内で有機発光材料層の位置による発光特性の変化を例示的に示す表である。図５の表は、負極である第２電極１３２から赤色有機発光材料層を６０ｎｍ及び７０ｎｍ距離に位置させて発光特性を計算し、第２電極１３２から青色有機発光材料層を６０ｎｍ及び７０ｎｍ距離に位置させて発光特性を計算した結果である。また、図５の表において、放出タイプのうち、「下部」は、第１電極１３１下に反射層がなく、共振なしに第１電極１３１を通じて光が下部に放出される下部放出構造を示し、「上部」は、第１電極１３１下に反射層１１０が存在して共振が起こった後、第２電極１３２を通じて光が上部に放出される上部放出構造を示す。反射層１１０の位相変調表面による位相変調効果は考慮しておらず、第２電極１３２がＡｇであり、第２電極１３２による位相遅延が１．３πであると仮定した。また、青色波長のアンチノードが第２電極１３２から４２ｎｍの距離にあり、緑波長のアンチノードが第２電極１３２から５５ｎｍの距離にあり、赤色波長のアンチノードが第２電極１３２から７０ｎｍの距離にあると仮定した。
図５の表を参照すれば、共振が起こらない下部放出構造では、赤色光のピーク強度と青色光のピーク強度が、共振が起こる上部放出構造に比べて、かなり弱いということが分かる。また、下部放出構造及び上部放出構造の両方で、赤色有機発光材料層が第２電極１３２から６０ｎｍ距離にあるときより、７０ｎｍ距離にあるときに赤色光のピーク強度が大きく増加し、青色有機発光材料層が第２電極１３２から６０ｎｍ距離にあるときより７０ｎｍ距離にあるときに青色光のピーク強度が大きく減少した。したがって、有機発光材料層の位置によって発光効率が大きく変化するということを確認することができる。
再び図４を参照すれば、図４において、点線は、反射層１１０と第２電極１３２との間で共振する共振波長を例示的に示す。図４の例において、マイクロキャビティ１６０内に２つのアンチノードが存在する２次共振モードを有するようにマイクロキャビティ１６０の共振器長さが選択された。その場合、第１有機発光材料層１４１Ｂは、マイクロキャビティ１６０内で共振する共振波長の第１アンチノードを含む位置に配置され、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒは、共にマイクロキャビティ１６０内で共振する共振波長の第２アンチノードを含む位置に配置されうる。
本実施例によれば、マイクロキャビティ１６０の物理的な長さが固定された状態で反射層１１０の位相変調表面による位相変調だけでマイクロキャビティ１６０の共振波長が変化するので、共振波長の長さ変化と関係なく、マイクロキャビティ１６０内のアンチノードの位置はほぼ一定に保持されうる。その結果、発光素子１００の発光波長と関係なく、第１有機発光材料層１４１Ｂは、第１アンチノードを含むように配置され、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒは、共に第２アンチノードを含むように配置されうる。したがって、発光素子１００が青色光を放出するように反射層１１０の位相変調表面が構成された場合には、青色光を発生させる第１有機発光材料層１４１Ｂの発光効率が増加し、発光素子１００が緑色光または赤色光を放出するように反射層１１０の位相変調表面が構成された場合には、緑色光を発生させる第２有機発光材料層１４１Ｇの発光効率と赤色光を発生させる第３有機発光材料層１４１Ｒの発光効率が増加しうる。
一方、有機発光層１４０は、第１有機発光材料層１４１Ｂと第２有機発光材料層１４１Ｇとの間に配置される電荷生成層(charge generation layer)１４６をさらに含む。電荷生成層１４６は、第１有機発光材料層１４１Ｂと第２有機発光材料層１４１Ｇとの間の電荷移動を向上させる役割を行うことができる。また、電荷生成層１４６は、第１有機発光材料層１４１Ｂの位置、及び第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒの位置を調節するスペーサ層の役割も可能である。例えば、電荷生成層１４６の厚さを調節することで、第１有機発光材料層１４１Ｂを第１アンチノードを含む位置に配置させ、及び第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒを第２アンチノードを含む位置に配置させうる。
第２有機発光材料層１４１Ｇは、第１有機発光材料層１４１Ｂと第３有機発光材料層１４１Ｒとの間に配置され、電荷生成層１４６によって第１有機発光材料層１４１Ｂから離隔されうる。そのような構造において、正孔注入層１４２は、第１電極１３１と第３有機発光材料層１４１Ｒとの間に配置され、電子注入層１４３は、第１有機発光材料層１４１Ｂと第２電極１３２との間に配置される。
図６は、他の実施例による有機発光層１４０の構造を示す断面図である。図６の例において、マイクロキャビティ１６０内に３個のアンチノードが存在する３次共振モードを有するように、マイクロキャビティ１６０の共振器長さが選択された。その場合、有機発光層１４０は、マイクロキャビティ１６０内で共振する共振波長の第３アンチノードを含む位置に配置された追加的な第１有機発光材料層１４１Ｂをさらに含む。また、有機発光層１４０は、追加的な第１有機発光材料層１４１Ｂと第３有機発光材料層１４１Ｒとの間に配置された電荷生成層１４６をさらに含む。追加的な第１有機発光材料層１４１Ｂの位置は、追加的な第１有機発光材料層１４１Ｂと第３有機発光材料層１４１Ｒとの間に配置された電荷生成層１４６の厚さを通じて調節することができる。第３有機発光材料層１４１Ｒは、電荷生成層１４６によって追加的な第１有機発光材料層１４１Ｂから離隔されうる。図６に図示された構造で、正孔注入層１４２は、第１電極１３１と追加的な第１有機発光材料層１４１Ｂとの間に配置されうる。
第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒは、第２有機発光材料層１４１Ｇ内の発光ドーパント物質から第３有機発光材料層１４１Ｒ内の発光ドーパント物質にエネルギー伝達が可能なように互いに隣接または混合されて配置されうる。例えば、図４及び図６には、第２有機発光材料層１４１Ｇが第３有機発光材料層１４１Ｒと間隔なしに直接接触して配置されるように図示された。第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとの間のエネルギー伝達のために、第２有機発光材料層１４１Ｇ内の発光ドーパント物質と第３有機発光材料層１４１Ｒ内の発光ドーパント物質は、リン光ドーパント物質でもある。一方、第１有機発光材料層１４１Ｂ内の発光ドーパント物質は、蛍光ドーパント物質でもある。もし、第１有機発光材料層１４１Ｂ内の発光ドーパント物質もリン光ドーパント物質である場合、第１有機発光材料層１４１Ｂが第２有機発光材料層１４１Ｇ、または第３有機発光材料層１４１Ｒと互いに隣接または混合されて配置され、または第１ないし第３有機発光材料層１４１Ｂ、１４１Ｇ、１４１Ｒがいずれも互いに隣接または混合されて配置されうる。
図７Ａ及び図７Ｂは、異種の発光ドーパント物質間のエネルギー伝達を示す概念図である。一般的に、 ドーパント物質は、発光波長が長いほど放射崩壊速度が速い。すなわち、リン光ドーパント物質は、発光波長が長いほど、エネルギーを早く吸収して光を放出する。したがって、緑色光を発生させるリン光ドーパント物質は、赤色光を発生させるリン光ドーパント物質に比べて、エネルギーを遅く吸収する。緑色光を発生させる第２有機発光材料層１４１Ｇと赤色光を発生させる第３有機発光材料層１４１Ｒが隣接または混合配置されて第２有機発光材料層１４１Ｇ内のリン光ドーパント物質と第３有機発光材料層１４１Ｒ内のリン光ドーパント物質との間のエネルギー伝達が可能になれば、第２有機発光材料層１４１Ｇがエネルギーを吸収して緑色光を放出する間（図７Ａ）、第２有機発光材料層１４１Ｇで吸収されずに残っているエネルギーが浪費されず、第３有機発光材料層１４１Ｒに伝達され、第３有機発光材料層１４１Ｒが赤色光を放出することができる（図７Ｂ）。
図８は、異種の有機発光材料層間の多様な配置による発光特性の変化を例示的に示すグラフである。図８のグラフにおいて、「単独」は、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒがそれぞれ別個のマイクロキャビティ内に単独で存在する場合である。「ＧＢＲ」は、第１有機発光材料層１４１Ｂ、第２有機発光材料層１４１Ｇ、及び第３有機発光材料層１４１Ｒが１つのマイクロキャビティ内で互いに離隔されて配置された場合である。「ＧＲ」は、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが１つのマイクロキャビティ内で互いに直接接触して配置された場合であり、「ＧＭＲ」は、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが１つのマイクロキャビティ内で部分的に混合されて配置された場合であり、「Ｆｕｌｌ＿ｍｉｘ」は、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが１つのマイクロキャビティ内で同じ領域内に完全に混合されて配置された場合である。図８のグラフを参照すれば、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとの混合程度が増加するほど、赤色光の発光強度が徐々に増加し、緑色光の発光強度が徐々に減少することが分かる。そのような結果は、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとの混合程度が増加するほど、第２有機発光材料層１４１Ｇ内のリン光ドーパント物質がエネルギーを十分に吸収する前に第３有機発光材料層１４１Ｒ内のリン光ドーパント物質にエネルギーが伝達されるために発生する。
図９は、異種の有機発光材料層間の多様な配置による発光効率の変化を例示的に示す表であり、図１０は、異種の有機発光材料層間の多様な配置による発光効率の変化を例示的に示すグラフである。図９及び図１０を参照すれば、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが４ｎｍ程度離れている場合、外部量子効率(EQE:external quantum efficiency )は、第３有機発光材料層１４１Ｒで４．０７％であり、第２有機発光材料層１４１Ｇで１５．７６％であり、全体として１９．８３％である。また、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが直接接触する場合、外部量子効率は、第３有機発光材料層１４１Ｒで８．５２％であり、第２有機発光材料層１４１Ｇで１１．９６％であり、全体として２０．４８％である。第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが半分程度混合された場合、外部量子効率は、第３有機発光材料層１４１Ｒで１６．８９％であり、第２有機発光材料層１４１Ｇで６．５７％であり、全体として２３．４６％である。また、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが完全に混合された場合、外部量子効率は、第３有機発光材料層１４１Ｒで１８．１１％であり、第２有機発光材料層１４１Ｇで３．６９％であり、全体として２１．８０％である。
したがって、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとの混合程度が増加するほど、第２有機発光材料層１４１Ｇの外部量子効率は減少し、第３有機発光材料層１４１Ｒの外部量子効率は増加する。しかし、第２有機発光材料層１４１Ｇ及び第３有機発光材料層１４１Ｒ全体の外部量子効率は、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが半分程度混合された場合に最大となる。例えば、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが半分程度混合された場合の全体としての外部量子効率は、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとを分離して配置する場合の全体としての外部量子効率より約３０％程度増加した。したがって、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとを分離して配置する場合、または第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとを完全に混合する場合より第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとを所定の混合比率で部分的に混合して配置する場合に、全体としての外部量子効率が増加するということが分かる。
また、図１１は、異種の発光ドーパント物質間のエネルギー伝達速度と発光効率との関係を示すグラフである。図１１において、ｋＧ－Ｒは、第２有機発光材料層１４１Ｇ内のリン光ドーパント物質と第３有機発光材料層１４１Ｒ内のリン光ドーパント物質間のエネルギー伝達速度を示す。エネルギー伝達速度は、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとの混合程度が低いほど遅くなり、混合程度が高いほど速くなる。図１１を参照すれば、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとの全体としての内部量子効率(internal quantum efficiency, IQE)が最大となるエネルギー伝達速度が存在することが分かる。
そのような点を考慮すれば、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとを所定の混合比率で部分的に混合して配置することで、発光素子１００の全体としての効率をさらに向上させうる。たとえ第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとを混合する場合に緑色光の強度が弱くなるにしても、マイクロキャビティ内で共振した後に発光素子１００から実際に放出される緑色光の強度はそれほど弱くならない。また、発光素子１００から放出される光の波長別に強度差は、第１電極１３１及び第２電極１３２に印加される電圧を調節して補償することができる。したがって、発光素子１００の全体としての発光効率をさらに向上させることにより得られる利益がさらに大きい。
図１２ないし図１４は、異種の有機発光材料層間の多様な配置例を示す断面図である。まず、図１２を参照すれば、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとが部分的に重畳して配置されうる。すなわち、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとの混合物層１４１ＧＲが、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとの間に配置される。第２有機発光材料層１４１Ｇと混合物層１４１ＧＲは、互いに間隔なしに直接接触し、混合物層１４１ＧＲと第３有機発光材料層１４１Ｒも互いに間隔なしに直接接触することができる。
図１２において、第２有機発光材料層１４１Ｇ内には、緑発光ドーパント物質のみ分布し、第３有機発光材料層１４１Ｒ内には、赤色発光ドーパント物質のみ分布し、混合物層１４１ＧＲ内には、緑発光ドーパント物質と赤色発光ドーパント物質とが共に分布することができる。緑色光の強度低下を考慮し、第２有機発光材料層１４１Ｇ及び混合物層１４１ＧＲ内で緑発光ドーパント物質の濃度が第３有機発光材料層１４１Ｒ及び混合物層１４１ＧＲ内で赤色発光ドーパント物質の濃度よりも高い。例えば、緑発光ドーパント物質の濃度は、約５％～約１０％であり、緑発光ドーパント物質の濃度は、約２％～約３％でもある。
図１３を参照すれば、第２電極１３２から第１電極１３１に向かう方向に沿って複数の第２有機発光材料層１４１Ｇと複数の第３有機発光材料層１４１Ｒが交互に配置されうる。複数の第２有機発光材料層１４１Ｇと複数の第３有機発光材料層１４１Ｒは、互いに間隔なしに直接接触することができる。第２電極１３２から第１電極１３１に向かう方向に沿って最初に配置された第２有機発光材料層１４１Ｇの厚さは、後続する複数の第２有機発光材料層１４１Ｇの厚さよりも厚い。後続する複数の第２有機発光材料層１４１Ｇの厚さは、互いに同一でもある。また、複数の第３有機発光材料層１４１Ｒの厚さは、互いに同一でもある。または、図１３に図示された構造を異なって表現すれば、第２有機発光材料層１４１Ｇの下部領域に複数の薄膜第３有機発光材料層１４１Ｒが一定間隔に挿入されているとも見られる。
緑色光の強度低下を考慮すれば、それぞれの第２有機発光材料層１４１Ｇの厚さは、それぞれの第３有機発光材料層１４１Ｒの厚さよりも厚くなる。例えば、それぞれの第２有機発光材料層１４１Ｇの厚さは、約５ｎｍ～約１０ｎｍでもあり、それぞれの第３有機発光材料層１４１Ｒの厚さは、約２ｎｍ～約５ｎｍでもある。または、それぞれの第２有機発光材料層１４１Ｇの厚さとそれぞれの第３有機発光材料層１４１Ｒの厚さが同一であり、それぞれの第２有機発光材料層１４１Ｇ内で緑発光ドーパント物質の濃度がそれぞれの第３有機発光材料層１４１Ｒ内で赤色発光ドーパント物質の濃度よりも高い。
図１４を参照すれば、第３有機発光材料層１４１Ｒが単独では存在せず、第２有機発光材料層１４１Ｇの下部領域内で第２有機発光材料層１４１Ｇと混合されて配置されうる。すなわち、第２有機発光材料層１４１Ｇの下部領域内で第３有機発光材料層１４１Ｒが第２有機発光材料層１４１Ｇの下部領域と重畳して配置される。したがって、第２有機発光材料層１４１Ｇと第３有機発光材料層１４１Ｒとの混合物層１４１ＧＲが第２有機発光材料層１４１Ｇの下に配置される。第２有機発光材料層１４１Ｇと混合物層１４１ＧＲは、互いに間隔なしに直接接触することができる。
図１５は、他の実施例による発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１５を参照すれば、発光素子１００ａは、位相変調表面を含む反射層１１０、反射層１１０上に配置された透明な平坦化層１２０、平坦化層１２０上に配置された第１電極１３１、第１電極１３１上に配置された有機発光層１４０、及び有機発光層１４０上に配置された第２電極１３２を含む。また、発光素子１００は、第２電極１３２上に配置された保護層１５０をさらに含んでもよい。
図１に図示された発光素子１００の場合、第１電極１３１が反射層１１０上に直接配置されるので、第１電極１３１の下部表面は、反射層１１０の位相変調表面と相補的な形態を有することができる。図１５に図示された発光素子１００ａの場合、反射層１１０上に平坦な平面形態の上面を有する平坦化層１２０が配置され、平坦化層１２０上に第１電極１３１が配置されるので、第１電極１３１の下部表面が平坦な平面形態を有することができる。その場合、平坦化層１２０の下部表面が反射層１１０の位相変調表面と相補的な形態を有する。そのような平坦化層１２０は、導電性材料からもなり、または絶縁性材料からもなる。
図１６は、さらに他の実施例による発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１６を参照すれば、発光素子１００ｂは、平坦な平面形態の下部表面と上面を有する平坦化層１２０を含む。その場合、反射層１１０の複数のナノ構造物１１２の間には、透明な誘電体１２１が満たされる。例えば、透明な誘電体１２１は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２だけではなく、空気(air)も含む。
図１７は、さらに他の実施例による発光素子の構造を概略的に示す断面図である。図１７に図示された発光素子１００ｃは、前述した反射層１１０の位相変調表面と互いに異なる位相変調表現を有する反射層１１０ａを含む。
図１８は、図１７に図示された反射層１１０ａの例示的な構造を概略的に示す斜視図である。図１７及び図１８を参照すれば、反射層１１０ａは、第１電極１３１に対向するベース１１１の上面１１４上に突出して周期的に配置された複数のナノ構造物１１２及びベース１１１の上面１１４内に凹状に陥没されて形成された複数の凹部１１３を含む。複数のナノ構造物１１２の上面は、平坦化層１２０または第１電極１３１と接触することができる。
ベース１１１の上面１１４から突出したそれぞれのナノ構造物１１２及びベース１１１の上面１１４から陥没されたそれぞれの凹部１１３は、可視光の波長よりも短い寸法(dimension)を有することができる。ナノ構造物１１２と凹部１１３は離隔されて形成され、複数のナノ構造物１１２または複数の凹部１１３が占める面積より上面１１４が占める面積がさらに大きくもなる。また、それぞれのナノ構造物１１２が占める面積は、それぞれの凹部１１３が占める面積よりも大きいか、同一である。
複数のナノ構造物１１２と複数の凹部１１３は、周期的に２次元配列されうる。前述したように、複数のナノ構造物１１２は、発光素子１００ｃの発光波長に該当する光を共振させるために、マイクロキャビティ１６０の光学的長さＬを調節する役割が可能である。複数の凹部１１３は、マイクロキャビティ１６０内で、共振を所望しない波長の光を吸収する役割が可能である。そのために、複数の凹部１１３は、約８０ｎｍ～約２５０ｎｍの直径を有し、約１００ｎｍ以下の深さを有する。それぞれの凹部１１３の直径によって吸収される光の波長が異なりうる。反射層１１０ａの位相変調表面にナノサイズの複数の凹部１１３を配置することで、共振を所望しない波長の光が凹部１１３によって追加的に吸収されうる。したがって、発光素子１００ｃの色純度が向上しうる。
上述した発光素子は、ディスプレイ装置の複数の画素に適用されうる。図１９は、一実施例によるディスプレイ装置１０００の構造を概略的に示す断面図である。図１９を参照すれば、ディスプレイ装置１０００は、互いに異なる色相の光を放出する複数の画素を含む。ここで、多数の画素は、基板（図示せず）の同一平面上で互いに隣接して配置される赤色、緑色及び青色画素１１００、１２００、１３００を含む。図１９には、便宜上、赤色、緑色、及び青色画素１１００、１２００、１３００で構成された１つの単位画素のみが図示されているが、実際には、非常に多くの数の第１ないし第３画素１００Ｂ、１００Ｇ、１００Ｒが反復的に配列されうる。
赤色画素１１００は、図１５に図示された発光素子１００ａと同じ構造を有するように図示されているが、必ずしもそれに限定されるものではない。赤色画素１１００は、第１反射層１１０Ｒ、第１反射層１１０Ｒ上に配置された平坦化層１２０、平坦化層１２０上に配置された第１電極１３１、第１電極１３１上に配置された有機発光層１４０及び有機発光層１４０上に配置された第２電極１３２を含む。赤色画素１１００はまた第２電極１３２上に配置された透明な保護層１５０をさらに含む。第１反射層１１０Ｒは、複数のナノ構造物１１２を有し、第２電極１３２と共に赤色光Ｒを共振させる第１マイクロキャビティを構成することができる。
緑色画素１２００は、図１５に図示された発光素子１００ａと同じ構造を有するように図示されているが、必ずしもそれに限定されるものではない。緑色画素１２００は、第２反射層１１０Ｇ、第２反射層１１０Ｇ上に配置された平坦化層１２０、平坦化層１２０上に配置された第１電極１３１、第１電極１３１上に配置された有機発光層１４０、有機発光層１４０上に配置された第２電極１３２、及び第２電極１３２上に配置された保護層１５０を含む。第２反射層１１０Ｇは、複数のナノ構造物１１２を有し、第２電極１３２と共に緑色光Ｇを共振させる第２マイクロキャビティを構成することができる。
青色画素１３００は、第３反射層１１０Ｂ、第３反射層１１０Ｂ上に配置された平坦化層１２０、平坦化層１２０上に配置された第１電極１３１、第１電極１３１上に配置された有機発光層１４０、有機発光層１４０に配置された第２電極１３２、及び第２電極１３２上に配置された保護層１５０を含む。青色画素１３００で第３反射層１１０Ｂの上面は扁平反射面を含む。そのような第３反射層１１０Ｂは、第２電極１３２と共に、青色光を共振させる第３マイクロキャビティを構成することができる。例えば、青色画素１３００の第３マイクロキャビティの光学的長さは、第３反射層１１０Ｂと第２電極１３２との間に配置された材料の光学的長さの和によっても決定される。
上述したディスプレイ装置１０００において、第１及び第２反射層１１０Ｒ、１１０Ｇのそれぞれのナノ構造物１１２の配列によって放出スペクトルを決定することができるので、赤色、緑色、及び青色画素１１００、１２００、１３００の物理的な厚さを同一に構成することができる。例えば、赤色、緑色、及び青色画素１１００、１２００、１３００において、第１電極１３１、有機発光層１４０、第２電極１３２、及び保護層１５０の構造及び物理的な厚さは、いずれも同一である。したがって、画素ごとに第１電極１３１、有機発光層１４０、第２電極１３２、及び保護層１５０を異なって形成する必要がないので、ディスプレイ装置１０００を容易に製造することができる。特に、ディスプレイ装置１０００の大面積化が容易である。
上述した発光素子とディスプレイ装置は、多様な大きさと多様な用途の装置に制限なしに適用されうる。例えば、上述した発光素子とディスプレイ装置は、モバイルフォンまたはスマートフォンのディスプレイパネルに適用され、タブレットまたはスマートタブレットのディスプレイパネルに適用され、ノート型パソコン、テレビ、スマートテレビのディスプレイパネルに適用され、またはヘッド装着型ディスプレイ、メガネ型ディスプレイ、ゴーグル型ディスプレイなどで使用される小型ディスプレイパネルにも適用されうる。
上述した発光素子及びそれを含むディスプレイ装置は、図面に図示された実施例に基づいて説明されたとしても、それは、例示的なものに過ぎず、当該分野で通常の知識を有する者であれば、これにより、多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、開示された実施例は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。権利範囲は、前述した説明ではなく、特許請求の範囲に開示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、権利範囲に含まれているものと解釈されねばならない。
１００ 発光素子
１１０ 反射層
１１２ ナノ構造物
１３１ 第１電極
１３２ 第２電極
１４０ 有機発光層
１４１ 有機発光材料層
１４２ 正孔注入層
１４３ 電子注入層
１４５ 電子輸送層
１５０ 保護層
１６０ マイクロキャビティ

Claims (20)

  1. 複数のナノ構造物を備える反射層と、
    前記反射層上に配置された第１電極と、
    前記第１電極上に配置された有機発光層と、
    前記有機発光層上に配置された第２電極と、を含み、
    前記反射層と前記第２電極は、共振波長を有するマイクロキャビティを構成し、
    前記有機発光層は、第１波長の光を発生させる第１有機発光材料層、第１波長と互いに異なる第２波長の光を発生させる第２有機発光材料層、及び第１及び２波長と互いに異なる第３波長の光を発生させる第３有機発光材料層を含み、
    前記第１有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第１アンチノードを含む位置に配置され、
    前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第２アンチノードを含む位置に配置される、発光素子。
  2. 前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層は、前記第２有機発光材料層内の第２発光ドーパント物質から前記第３有機発光材料層内の第３発光ドーパント物質にエネルギー伝達が可能なように互いに隣接または混合されて配置されている、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記第２有機発光材料層は、前記第１有機発光材料層と前記第３有機発光材料層との間において前記第１有機発光材料層と離隔され、前記第３有機発光材料層と直接接触して配置される、請求項２に記載の発光素子。
  4. 前記有機発光層は、
    前記第１電極と前記第３有機発光材料層との間に配置された正孔注入層と、
    前記第１有機発光材料層と前記第２有機発光材料層との間に配置された電荷生成層と、
    前記第１有機発光材料層と前記第２電極との間に配置された電子注入層と、をさらに含む、請求項３に記載の発光素子。
  5. 前記第２有機発光材料層内の第２発光ドーパント物質と前記第３有機発光材料層内の第３発光ドーパント物質は、リン光ドーパント物質であり、前記第１有機発光材料層内の第１発光ドーパント物質は、蛍光ドーパント物質である、請求項２に記載の発光素子。
  6. 前記有機発光層は、前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層との間に配置されたものであって、前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層との混合物層をさらに含む、請求項２に記載の発光素子。
  7. 前記第３有機発光材料層は、前記第２有機発光材料層の下部領域内で前記第２有機発光材料層の下部領域と部分的に混合されて配置される、請求項２に記載の発光素子。
  8. 前記有機発光層は、前記第２電極から第１電極に向かう方向に沿って交互に配置された複数の第２有機発光材料層と複数の第３有機発光材料層とを含む、請求項２に記載の発光素子。
  9. それぞれの第２有機発光材料層の厚さは、それぞれの第３有機発光材料層の厚さよりも厚い、請求項８に記載の発光素子。
  10. 前記第２有機発光材料層内の第２発光ドーパント物質の濃度は、前記第３有機発光材料層内の第３発光ドーパント物質の濃度より高い、請求項２に記載の発光素子。
  11. 前記有機発光層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第３アンチノードを含む位置に配置された追加的な第１有機発光材料層をさらに含む、請求項１に記載の発光素子。
  12. 前記有機発光層は、前記追加的な第１有機発光材料層と前記第３有機発光材料層との間に配置された電荷生成層をさらに含む、請求項１１に記載の発光素子。
  13. 前記マイクロキャビティの共振波長が第２波長または第３波長と一致するように前記反射層のそれぞれのナノ構造物の幅、それぞれのナノ構造物の高さ、及び複数のナノ構造物の周期が決定される、請求項１から１２のいずれかに記載の発光素子。
  14. 前記複数のナノ構造物の周期は、前記マイクロキャビティの共振波長よりも短い、請求項１３に記載の発光素子。
  15. 前記第１電極は、透明電極であり、前記第２電極は、光の一部を反射し、残りの一部を透過させる半透過電極である、請求項１から１４のいずれかに記載の発光素子。
  16. 第１波長の光を放出する第１画素と、
    第１波長と互いに異なる第２波長の光を放出する第２画素と、
    第１及び２波長と互いに異なる第３波長の光を放出する第３画素と、を含み、
    前記第２画素は、
    複数のナノ構造物を備える反射層と、
    前記反射層上に配置された第１電極と、
    前記第１電極上に配置された有機発光層と、
    前記有機発光層上に配置された第２電極と、を含み、
    前記反射層と前記第２電極は、第２波長の光を共振させるマイクロキャビティを構成し、
    前記有機発光層は、第１波長の光を発生させる第１有機発光材料層、第２波長の光を発生させる第２有機発光材料層、及び第３波長の光を発生させる第３有機発光材料層を含み、
    前記第１有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第１アンチノードを含む位置に配置され、
    前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第２アンチノードを含む位置に配置される、ディスプレイ装置。
  17. 前記第３画素は、
    複数のナノ構造物を備える反射層と、
    前記反射層上に配置された第１電極と、
    前記第１電極上に配置された有機発光層と、
    前記有機発光層上に配置された第２電極と、を含み、
    前記反射層と前記第２電極は、第３波長の光を共振させるマイクロキャビティを構成し、
    前記有機発光層は、第１波長の光を発生させる第１有機発光材料層、第２波長の光を発生させる第２有機発光材料層、及び第３波長の光を発生させる第３有機発光材料層を含み、
    前記第１有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第１アンチノードを含む位置に配置され、
    前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第２アンチノードを含む位置に配置される、請求項１６に記載のディスプレイ装置。
  18. 前記第１画素は、
    扁平反射面を備える反射層と、
    前記反射層上に配置された第１電極と、
    前記第１電極上に配置された有機発光層と、
    前記有機発光層上に配置された第２電極と、を含み、
    前記反射層と前記第２電極は、第１波長の光を共振させるマイクロキャビティを構成し、
    前記有機発光層は、第１波長の光を発生させる第１有機発光材料層、第２波長の光を発生させる第２有機発光材料層、及び第３波長の光を発生させる第３有機発光材料層を含み、
    前記第１有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第１アンチノードを含む位置に配置され、
    前記第２有機発光材料層と前記第３有機発光材料層は、前記マイクロキャビティ内で共振する共振波長の第２アンチノードを含む位置に配置される、請求項１７に記載のディスプレイ装置。
  19. 前記第１画素の物理的な厚さ、前記第２画素の物理的な厚さ、及び前記第３画素の物理的な厚さが互いに同一である、請求項１８に記載のディスプレイ装置。
  20. 複数の画素を含み、
    前記複数の画素のうち、少なくとも１つは、
    第１電極と第２電極との間に配置された有機発光層と、
    複数のナノ構造物を備える反射層と、を含み、
    前記第１電極、有機発光層、及び第２電極は、前記反射層上に配置され、
    前記有機発光層は、
    第２発光ドーパント物質及び第３発光ドーパント物質なしに、第１発光ドパント物質を含む第１有機発光材料層と、
    第１発光ドーパント物質及び第３発光ドーパント物質なしに、第２発光ドパント物質を含む第２有機発光材料層と、
    第１発光ドーパント物質と第２発光ドーパント物質なしに、第３発光ドパント物質を含む第３有機発光材料層と、
    前記第２有機発光材料層が前記第３有機発光材料層と直接接触するとき、前記第２発光ドーパント物質と第３発光ドーパント物質とを混合して形成され、前記第２有機発光材料層と第３有機発光材料層との間に配置される混合物層と、を含む、ディスプレイ装置。
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