KR100779440B1 - 유기 ｅｌ 장치 - Google Patents

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KR100779440B1
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겐지 모리
이치로 야마모토
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

전면 및 배면을 가지는 투명 기판; 상기 투명 기판의 전면 상에 순서대로 형성되는 제 1 전극층, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제 2 전극층; 및 상기 제 2 전극층 상에 상기 유기층과의 반대측에 형성되고, 상기 제 2 전극층으로부터 입사하는 광에 대해 광 반사성을 가지는 반사층을 구비하고, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은 광 투과성 재료로 형성되고, 상기 투명 기판의 배면으로부터 광이 취출되는, 유기 EL 장치가 제공된다.
반사층, 유기층, 버퍼층, 캐리어 주입 어시스트층, 집광 부재

Description

유기 ＥＬ 장치 {ORGANIC EL DEVICE}
도 1 내지 도 6 은 본 발명의 제 1 실시형태 내지 제 6 실시형태 각각에 따른 유기 EL 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 유리기판 2: 양극 (anode)
3, 8: 유기층 4: 전자주입 어시스트층
5: 음극 (cathode) 6, 11: 반사층
7: 버퍼층 9: 전자주입 어시스트부
10: 광 산란수단 12: 프리즘 시트
기술분야
본 발명은 유기 전계 발광 (EL; electroluminescence) 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 유기 EL 장치의 광 취출 효율을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
종래기술
유기 EL 장치는 자기 발광을 수행하여 고 휘도 화면을 얻을 수 있기 때문에, 유기 EL 장치의 실제적인 애플리케이션은 얇고 가벼운 휴대용 장치 등, 또는 발광 장치에 관한 디스플레이로서 광범위하게 발달하였다. 이 유기 EL 장치는 EL 구성요소가 기판 상에 형성되는 구조를 가지고, 그 EL 구성요소는, ITO 등으로 이루어진 광 투과성을 갖는 투명 전극층, AL 등으로 이루어진 광 반사성을 갖는 반사 전극층, 및 전극층들 사이에 개재된 발광층을 갖는 유기층을 구비한다. 발광층으로부터 방출되는 광은, 직접 투명 전극층을 통과한 이후에 또는 먼저 반사 전극층에 의해 반사되고 그 후 투명 전극층을 통과한 이후에 취출된다.
여기에서, 발광층으로부터 방출되고 그 후 직접 투명 전극층을 통과하는 광과 발광층으로부터 방출되고 그 후 반사 전극층에 의해 반사되어 투명 전극층을 통과하는 광 사이의 광로차가 있어서, 두 개의 광은 서로 간섭한다. 따라서, JP 2002-289358 A 에서는 전자 수송층, 홀 수송층, 또는 유기층 중에서 다른 그러한 층의 두께를, 광 간섭 결과로서 광 공진을 유도하는 두께까지 증가시키는 것에 의해서 광 취출 효율을 향상시키는 기술을 제안한다.
그러나, 광 공진의 유도를 위해 전자 수송층 또는 홀 수송층과 같은 유기층을 구성하는 층이 두꺼워지는 경우, 전극층들 사이의 거리가 증가하여 EL 구성요소의 구동 전압이 증가되어, 유기 EL 장치의 더 큰 전력 소모를 야기한다.
또한, 유기층을 구성하는 두꺼워진 층이 전체 EL 구성요소의 광 투과율을 감소시키기 때문에 광 취출 효율이 감소될 우려가 있다.
본 발명의 발명자들이 종래 기술에 있는 전술한 문제점들을 해결하기 위해 광범위한 연구와 개발을 수행한 결과, 그러한 문제점에 대한 효과적인 해결책은 유기층으로 캐리어를 주입하는 부분과 발광층으로부터 광을 반사하는 부분을 분리하는 것이라는 생각에 착안했고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 유기 EL 장치는, 전면과 배면을 갖는 투명 기판; 투명 기판의 전면 상에 순서대로 형성되는 제 1 전극층, 발광층을 포함하는 유기층, 제 2 전극층; 및 제 2 전극층 상에 유기층의 반대측에 형성되고 제 2 전극층으로부터 입사하는 광에 대해 광 반사성을 가지는 반사층을 구비하며, 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 광 투과성 재료로 형성되고, 광은 투명 기판의 배면으로부터 취출된다.
그러한 구성에서, 캐리어들은 유기층 상의 제 2 전극층의 표면으로부터 유기층으로 주입되는 반면, 발광층으로부터 제 2 전극층 측으로 진행하는 광은 유기층 반대측의 제 2 전극층의 다른 표면에 의해 반사된다. 즉, 유기층의 제 2 전극층 측 상에서, 캐리어를 유기층으로 주입하는 부분과 발광층으로부터 광을 반사하는 부분이 분리된다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 첨부되는 도면을 참조하여 설명한다.
제 1 실시형태:
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기 EL 장치를 나타내는 단면도이다. 제 1 전극층으로서의 양극 (2;anode) 은 투명 유리 기판 (1) 상에 형성되고, 유기층 (3) 은 양극 (2) 상에 형성된다. 또한, 제 2 전극층으로서의 음극 (5;cathode) 은 캐리어 주입 어시스트층으로서의 전자 주입 어시스트층 (4) 을 통 해 유기층 (3) 상에 형성되고, 반사층 (6) 은 음극 (5) 상에 형성된다.
유리 기판 (1) 은 가시광선을 투과시킬 수 있는 투명 또는 반투명 재료로 이루어질 수도 있다. 따라서, 유리에 더하여, 그러한 조건을 만족시키는 수지가 기판의 재료로서 또한 이용될 수도 있다. 양극 (2) 은 전극으로서의 기능을 가질 수도 있고, 또한 가시광선을 투과시킬 수 있도록 적어도 투명 또는 반투명일 수도 있다. 따라서, 예를 들어, ITO (주석-도핑 인듐 산화물) 또는 IZO (아연-도핑 인듐 산화물) 은 양극 (2) 에 대한 재료로서 채택될 수도 있다.
유기층 (3) 은 소위 발광 재료로 이루어진 유기층의 단층, 또는 발광 재료로 이루어진 발광층 및 홀 주입 어시스트층, 홀 수송층, 홀 주입 수송층, 홀 블로킹층, 전자 수송층, 및 전자 블로킹층 중의 하나 이상이 적층된 다층일 수도 있다.
유기층 (3) 에 대한 재료는 Alq3 또는 DCM 과 같은 공지된 임의의 유기 발광 재료를 포함한다. 또한, 홀 주입 어시스트층, 홀 수송층, 홀 주입 수송층, 홀 블로킹층, 전자 수송층, 전자 블로킹층 등은 공지된 재료로 적절하게 형성될 수 있다.
전자 주입 어시스트층 (4) 은 음극 (5) 으로부터 유기층 (3) 으로의 전자 주입을 어시스트하기 위한 것이고, 유기층 (3) 에서 음극 (5) 에 가장 가까운 층을 형성하는 유기재료에 전자 주입을 촉진하는 그러한 재료로 형성된다. 그러한 재료의 예로는 알칼리 금속 성분, 알칼리 토금속 성분, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 화합물, 및 프탈로시아닌 유도체와 그러한 재료들 중 몇몇의 혼합물로 구성 되는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다. 비록 음극 (5) 또는 유기층(3) 에서 음극 (5) 에 가장 가까운 층의 재료에 의존한다고 할지라도, 전자 주입 어시스트층 (4) 은 바람직하게는 Li, LiF, Cs 등으로 이루어진다.
일반적으로, 투명 전극의 재료는 큰 일함수 (work function) 를 갖는다. 따라서, 음극 (5) 이 투명 전극으로서 형성되는 경우, 음극 (5) 으로부터 유기층 (3) 으로 전자를 주입함에 따라 에너지 장벽이 점점 커진다. 이러한 경우에, 전자 주입 어시스트층 (4) 의 구비는, 음극 (5) 으로부터 유기층 (3) 으로의 전자주입에 따라 에너지 장벽을 작게 만들고, 유기 EL 장치에 대한 구동 전압은 전자 주입 어시스트층 (4) 이 없는 경우와 비교하여 감소될 수 있다.
음극 (5) 은 도전성 재료로 이루어지고, 그것은 적어도 가시광선에 대해 투과성이다. 그러한 재료의 예로, ITO (주석-도핑 인듐 산화물), IZO (아연-도핑 인듐 산화물), IWO (텅스텐-도핑 인듐 산화물), ATO (안티몬-도핑 주석 산화물), FTO (불소-도핑 주석 산화물), AZO (알루미늄-도핑 아연 산화물), 및 도전성 폴리머를 포함하고, 그들은 단독으로 또는 결합하여 이용될 수 있다. 가시광선에 대한 음극 (5) 의 투과율은 바람직하게는 60% 이상이고, 재료 및 막 두께는 그러한 투과율을 얻도록 결합되어 결정될 수도 있다.
반사층 (6) 은 최소한 가시광선을 반사할 수도 있고, 바람직하게는 70% 이상의 반사도를 갖는다. 반사층 (6) 을 형성하는 재료의 예로 Al, Ag, Cr, Mo, Al 합금, 및 Al/Mo 합판을 포함한다. 음극 (5) 과 접촉되도록 임의의 도전성 금속을 이용하여 형성되는 경우, 반사층 (6) 은 음극 (5) 의 낮은 전도성을 보상할 수 있다. 따라서, 유기 EL 장치의 구동 전압은 더 낮게 만들어질 수 있다. 이러한 경우에, 가능한 한 높은 전도성을 갖는 금속은 바람직하게는 반사층 (6) 을 형성하기 위해 이용된다.
한편, 반사층 (6) 은 전극으로서 기능할 필요가 없고, 따라서 수지와 같은 절연체로 형성될 수도 있다. 따라서, 수지합판으로 이루어지고 금속보다 더 높은 반사도를 가지는 반사막은 반사층 (6) 에 이용될 수 있고, 그것은 광 취출 효율을 향상시킨다.
그러한 층은 진공 증기 증착 또는 본딩법 (vacuum vapor deposition or bonding) 과 같은 임의의 공지된 박막 형성방법에 의해 형성될 수도 있다.
유기 EL 장치에서, 양극 (2) 에 대향하는 유리 기판 (1) 의 주요 표면은 발광표면으로서 설정된다. 즉, 발광층으로부터 방출된 광 중에서 양극 (2) 으로 진행하는 광 (L1) 은 양극 (2) 을 통과한 후, 유리 기판 (1) 을 통해 장치로부터 방출된다. 음극 (5) 으로 진행하는 광 (L2) 은 전자 주입 어시스트층 (4) 및 음극 (5) 을 통과한 후, 반사층 (6) 에서 반사되고, 다시 음극 (5), 전자 주입 어시스트층 (4), 및 유기층 (3) 을 통과하여 양극 (2) 으로 들어간다. 그 후에, 광 (L2) 은 유리 기판 (1) 을 통과하여 장치로부터 방출된다.
이 때, 광 (L1) 과 광 (L2) 사이에, 발광층 내의 발광위치로부터 음극 (5) 과 반사층 (6) 사이의 인터페이스까지의 거리 D 의 두 배의 길이와 같은 광로차 "2 × D" 가 형성된다. 따라서, 만약 광로차 "2 × D" 가 광 (L1) 과 광 (L2) 의 위상을 실질적으로 일치시키도록 설정된다면, 광 (L1) 과 광 (L2) 사이의 간섭으로부터 기인하는 감쇠는 감소되어 광 취출 효율이 증가된다.
광 (L1) 과 광 (L2) 의 위상을 실질적으로 일치시키기 위해서, 발광층 내의 발광위치로부터 음극 (5) 측 상의 반사층 (6) 표면까지의 거리는 이하의 식을 만족하도록 설정된다.
nL = (2N -1) × λ/4 ...(1)
여기서, nL 은 발광층 내의 발광위치로부터 음극 (5) 측 상의 반사층 (6) 표면까지의 광학거리를 나타내며, 만약 복수의 층이 발광층과 반사층 (6) 사이에 배열된다면, 거리 nL 은 두께 방향에서 층의 광학 거리의 합과 동일하고, N 은 자연수를 나타내고, λ 는 발광층의 발광파장을 나타낸다. 여기서, 복수의 발광파장이 있을 경우, 발광파장들 중 임의의 발광파장을 λ 로서 이용하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 발광강도가 극대화되는 파장 또는 파장들 중의 하나, 또는 모든 발광 파장들 중의 중심파장이 λ 로서 이용될 수도 있다.
지금까지, 식 (1) 을 만족하도록 음극 (5) 측 상의 발광층 표면으로부터 음극 (5) 측 상의 반사층 (6) 표면까지의 광학 거리를 결정하는 것에 관한 몇몇 제안들이 있었다. 그러나, 종래 기술에서, 음극은 전자주입 및 광반사 모두를 하도록 기능하기 때문에, 발광층과 음극 사이의 유기층 (주로, 전자수송층) 의 두께는 식 (1) 을 만족시키기 위해 조정되었다. 일반적으로, 유기재료, 심지어는 전자수송 재료는, 전자수송 특성에 있어서 불충분하다. 그 결과로서, 두꺼워진 전자수송층은 전체 유기 EL 장치에 대하여 구동 전압의 증가에 이르도록 한다.
반면, 제 1 실시형태에서 설명한 것과 같은 유기 EL 장치에서, 전자를 주입 하는 부분이 광을 반사하는 부분과 분리되기 때문에, 음극 (5) 의 두께는 식 (1) 을 만족하도록 조정될 수 있다. 비록 음극 (5) 의 두께가 변한다고 할지라도, 유기층 (3) 으로 전자를 주입하는 부분은 그것에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, 유기 EL 장치의 구동 전압이 증가될 염려가 없다. 한편, 음극 (5) 측 상의 발광층 표면으로부터 음극 (5) 측 상의 반사층 (6) 표면까지의 광학 거리는 조정될 수 있고, 광 취출 효율을 향상시키는 것을 또한 가능하게 한다.
제 1 실시형태에 따른 유기 EL 장치는, 유리기판 (1) 의 표면 상에서 진공 증기 증착법과 같은 임의의 공지된 박막 형성방법을 이용하여 양극 (2), 유기층 (3), 전자주입 어시스트층 (4), 음극 (5), 및 반사층 (6) 을 순서대로 적층하는 것에 의해 제조된다.
또한, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 실리콘 산화물 등으로 이루어진 보호층은 플라즈마 CVD, 코딩, 본딩등을 통해 반사층 (6) 상에서 선택적으로 형성된다.
제 2 실시형태:
도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기 EL 장치의 단면도이다. 이 유기 EL 장치는, 버퍼층 (7) 이 전자주입 어시스트층 (4) 과 음극 (5) 사이에 개재한다는 것만 제외하고는, 도 1 에서 도시된 것과 같은 제 1 실시형태에 관한 장치와 동일하다.
버퍼층 (7) 은 제 1 실시형태에서, 전자가 음극 (5) 으로부터 전자주입 어시스트층 (4) 으로 효율적으로 주입되지 않는 경우에 효과적으로 이용된다. 버퍼 층 (7) 에 관한 재료의 예로, Al, Ag, Mg, 및 In 과 그러한 재료들 중 몇몇의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다.
버퍼층 (7) 의 구비는, 비록 음극 (5) 이 투명, 도전성 재료로 형성된다고 할지라도, 유기 EL 장치의 구동전압의 증가를 억제한다.
버퍼층 (7) 은 적어도 가시광선을 투과시켜야 하고, 따라서 50㎚ 이하의 두께로, 보다 바람직하게는 20㎚ 이하의 두께로 형성된다.
전자주입 어시스트층 (4) 표면 상에서 진공 증기 증착법과 같은 임의의 알려진 박막 형성방법에 의해 버퍼층 (7) 을 형성한 이후에, 음극 (5) 및 반사층 (6) 은 버퍼층 (7) 표면 상에서 순차적으로 형성될 수도 있다. 또한 버퍼층 (7) 은 음극 (5) 및 반사층 (6) 을 형성하는 후속 단계에서 발생되는 열과 같은, 유기층 (3) 에 대한 영향을 완화시키도록 기능한다.
제 3 실시형태:
도 3 은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유기 EL 장치의 단면도이다. 이 유기 EL 장치는, 유기층 (3) 및 전자주입 어시스트층 (4) 을 형성하는 것 대신에 전자주입 어시스트부 (9) 를 포함하는 유기층 (8) 이 양극 (2) 상에서 형성된다는 것을 제외하고는, 도 2 에서 도시된 바와 같은 제 2 실시형태에 관한 장치와 동일하다.
전자주입 어시스트부 (9) 는, 알칼리 금속 성분, 알칼리 토금속 성분, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 화합물, 프탈레인 유도체 (예를 들어, Li 또는 Cs) 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 재료를 이용하여 유기층 (8) 내에서 음극 (5) 에 가장 가까운 층을 형성하는 유기재료의 증기 공증착 (vapor co deposition) 을 통해 형성된다. 전자주입 어시스트부 (9) 는 전자주입 어시스트층 (4) 과 같이 음극 (5) 으로부터 유기층 (8) 으로의 전자주입을 어시스트한다.
제 4 실시형태:
도 4 는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 유기 EL 장치의 단면도이다. 이 유기 EL 장치는, 광 산란수단 (10) 이 음극 (5) 과 반사층 (6) 사이에 제공된다는 것만 제외하고는, 도 1 에서 도시되는 바와 같은 제 1 실시형태에 관한 장치와 동일하다.
광 산란수단 (10) 은, 에칭 또는 샌드블라스팅에 기초한 표면처리를 통해 음극 표면 (5) 을 불규칙하게 만드는 것과, 불규칙한 표면 상에 반사층 (6) 을 형성하는 것에 의해 얻어진다. 이러한 경우에, 광 산란수단 (10) 은 음극 (5) 측 상에서 반사층 (6) 표면 상에 형성된다. 제 1 실시형태에서 설명된 바와 같이, 전자는 전자주입 어시스트층 (4) 과 음극 (5) 사이의 인터페이스로부터 유기층 (3) 으로 주입되는 한편, 광은 음극 (5) 과 반사층 (6) 사이의 인터페이스 상에서 반사된다. 따라서, 음극 (5) 은 역으로 유기 EL 장치의 구동 전압에 영향을 미치지 않고서 더 두껍게 형성될 수 있다. 그 결과로서, 음극 (5) 의 표면은 불규칙하게 만들어질 수 있다.
광 산란수단 (10) 은 음극 (5) 과 반사층 (6) 사이에 제공될 수 있다. 이 광 산란수단은, 예를 들어, 수지 접합제의 비즈와 같은 미세한 입자를 포함하는 광 산란시트와 같은 절연체일 수도 있다. 전술한 바와 같이, 반사층 (6) 은 전 도성을 가질 필요가 없기 때문에, 그러한 광 산란수단 (10) 은 음극 (5) 과 반사층 (6) 사이에 제공될 수 있다.
광 산란수단 (10) 의 구비 덕분에, 유기층 (3) 으로부터 방출되고 그 후 음극 (5) 으로 진행하는 광은 전자주입 어시스트층 (4) 및 음극 (5) 을 통과하며, 그 후 광 산란수단 (10) 에 의해 확산되고, 반사층 (6) 에 의해 반사된다. 그 이후에, 광은 다시 음극 (5), 전자주입 어시스트층 (4), 및 유기층 (3) 을 통과하여 양극 (2) 으로 들어가고, 그 후 유리기판 (1) 을 통과하여 장치로부터 방출된다. 따라서, 그렇지 않으면, 광 출구 표면으로서 유리기판 (1) 과 공기 사이의 인터페이스 상에서 전반사되었을 광은, 광 산란수단 (10) 에서 광의 진행 각도를 바꾸고, 광 출구 표면으로부터 취출되어 유기 EL 장치의 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 유리기판 (1) 으로부터 입사하는 외부 광은 광 산란수단 (10) 에 의해 또한 확산되기 때문에, 외부 광의 번쩍임은 감소될 수 있다.
유사하게, 광 방출수단 (10) 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 유기 EL 장치에 제공될 수도 있다.
제 5 실시형태:
도 5 는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 유기 EL 장치의 단면도이다. 이 유기 EL 장치는, 상이한 파장의 복수의 광 빔은 광 방출층으로부터 방출된다는 것과 금속으로 이루어진 반사층 (6) 을 대신하여 다중층 막으로 이루어진 반사층 (11) 이 음극 (5) 상에 형성된다는 것만 제외하고는, 도 1 에서 도시된 바와 같은 제 1 실시형태에 관한 장치와 동일하다.
예를 들어, 발광층이 R, G, 및 B 의 세 가지 색으로 광 빔을 방출하는 경우, R, G, 및 B 의 각각의 광 빔에 있어서, 양극 (2) 으로 진행하는 광 및 음극 (5) 으로 진행하고 그로부터 되돌아오는 광 간의 위상을 실질적으로 일치시키는 광로차를 얻도록, 음극 (5) 의 두께 및 반사층 (11) 을 형성하는 다중층 막에서의 각 층의 두께가 결정된다. 반사층 (11) 을 다중층 막으로서 형성하는 것은 R, G, 및 B 의 광 빔에 관하여 위상이 실질적으로 일치될 수 있도록 하는 광로차의 설정을 가능하게 한다.
그 결과로서, 화이트 EL 장치와 같이, 다수 색으로 광 빔을 방출하는 유기 EL 장치에서, 각 색에 관하여 실질적으로 일치된 위상을 얻는 것이 가능하고, 그것에 의해 전체 유기 EL 장치의 광 취출 효율을 향상시킨다.
유사하게, 광로차는 또한 광 간섭으로 인하여 특정 색의 광 빔을 감쇠하도록 설정될 수 있다.
제 6 실시형태:
도 6 은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 유기 EL 장치의 단면도이다. 이 유기 EL 장치는, 유리 기판 (1) 의 광 출구 표면 상에 집광부재로서의 프리즘 시트 (12) 가 제공된다는 것을 제외하고는, 도 1 에 도시된 바와 같이 제 1 실시형태에 관한 장치와 동일하다.
그러한 프리즘 시트 (12) 에 있어서, 섹션에서 삼각형 모양의 마이크로프리즘이 평면 상에서 차례로 배열된다. 유리기판 (1) 상의 프리즘 시트 (12) 의 구비를 통해, 유리기판 (1) 으로부터 방출되는 광은 프리즘을 형성하는 면에 의해 굴절되고 그에 따라 소정의 방향으로 집광된다.
프리즘 시트 (12) 에 의해 유리기판 (1) 의 법선방향으로 집광되는 광의 진행 방향과 유리기판 (1) 의 법선방향 사이의 각도가 θ 라면, 음극 (5) 의 두께는 바람직하게는 이하의 식 (2) 를 만족하도록 조정된다.
nL × cosθ = (2N - 1) × λ/4 ...(2)
여기서 nL 은 발광층 내의 발광위치로부터 음극 (5) 측 상의 반사층 표면까지의 광학 거리를 나타내며, 만약 발광층과 반사층 (6) 사이에 복수의 층이 배열된다면, 거리 nL 은 각 층의 두께방향으로의 광학 거리의 합과 동일하며, N 은 자연수를 나타내고, λ 는 발광층의 발광 파장을 나타낸다. 여기서, 복수의 발광 파장이 있을 경우, 임의의 발광 파장을 λ 로 사용하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 최대 발광 강도를 실현하는 파장 또는 파장들 중의 하나, 또는 모든 발광 파장의 중심 파장이 λ 로 사용될 수도 있다.
음극 (5) 의 두께가 수식 (2) 를 만족시키도록 설정되는 경우, 유리기판 (1) 의 법선으로 θ 의 각도로 진행하는 광 빔의 위상이 정렬될 수 있다. 유리기판 (1) 의 법선에 대해 θ 의 각도로 진행하는 광은 프리즘 시트 (12) 에 의해 유리기판 (1) 의 법선 방향으로 집광되고, 그것에 의하여 유리기판 (1) 의 법선 방향으로 진행하는 광의 최종 획득 취출 효율이 향상된다. 그 결과로서, 구동 전압의 증가 없이 전면 광도가 향상될 수 있다.
제 1 내지 제 6 실시형태에서, 제 1 전극층 및 제 2 전극층으로서 양극 (2) 및 음극 (5) 이 각각 형성된다. 그러나 반대로 제 1 전극층 및 제 2 전극층으 로서 음극 및 양극이 각각 형성될 수도 있다. 이러한 경우에, 발광층과 제 2 전극층 사이에 유기층으로의 홀 주입을 어시스트하는 홀 주입 어시스트층을 형성되거나, 또는 홀 주입 어시스트부를 포함하는 발광층이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 전자 주입 어시스트층 (4), 전자 주입 어시스트부 (9), 및 버퍼층 (7) 이 반드시 필요한 것은 아니며, 음극 측 상의 유기층 (3) 이 음극 (5) 으로부터 유기층 (3) 으로의 효율적인 전자 주입을 가능하게 하는 그러한 재료로 이루어져 있다면, 생략될 수도 있다.
제 2 내지 제 5 실시형태에 있어서도, 집광 부재가 유리기판 (1) 의 광 출구 표면상에 제공될 수도 있다. 이 때, 제 6 실시형태에서와 같이, 음극 (5) 의 두께가 식 (2) 를 만족하도록 설정되는 경우, 유리기판 (1) 의 법선 방향의 광도가 증가한다.
실시예:
0.5 ㎜ 두께의 투명 유리기판상에 스퍼터링을 통해 ITO 를 이용하여 150 ㎚ 두께로 양극이 형성된다. 그 다음에, 유기층 증착 이전의 기판 세정 프로세스로서 기판은 알칼리로 세정되고, 그 후 깨끗한 물로 세정된다. 그 후 기판이 건조되고 UV-오존으로 세척된다.
기판은 진공증착장치의 챔버로 이동하고, α-NPD 는 몰리브덴 보트로부터 증발되어 양극의 표면상에서 홀 수송층으로서 증착 속도 0.1 ㎚/s, 진공도 약 5.0 × 10-5 ㎩ 로 30 ㎚-두께 막으로 증착된다.
또한, Alq3 (99%) 및 C545T (1%) 는 홀 수송층 상에서 발광 재료를 포함하는 유기층으로서 증착속도 0.1 ㎚/s, 진공도 약 5.0 × 10-5 ㎩ 로 40 ㎚-두께 막으로 공증착 및 증착된다.
그 후, Alq3 는 몰리브덴 보트로부터 증발되고 유기층 상에서 전자 수송층으로서 증착속도 0.1 ㎚/s, 진공도 약 5.0 × 10-5 ㎩ 로 30 ㎚-두께 막으로 증착된다.
그 이후에, Li2O (산화 리튬) 은 산화알루미늄 도가니 (crucible) 로부터 증발되고 전자 수송층 상에서 전자 주입 어시스트층으로서 증착속도 0.03 ㎚/s, 진공도 약 5.0 × 10-5 ㎩ 로 1 ㎚-두께 막으로 증착된다.
또한, 전자주입 어시스트층 상에 스퍼터링을 통해 ITO 를 이용하여 50 ㎚ 두께로 음극이 형성된다.
그 후, 알루미늄은 텅스텐 보트로부터 증발되고 음극 상에서 반사층으로서 증착속도 1 ㎚/s, 진공도 약 5.0 × 10-5 ㎩ 로 150 ㎚-두께 막으로 증착되어 유기 EL 장치를 완성한다.
비교예 1:
비교예 1 의 유기 EL 장치는, Alq3 로 이루어진 전자 수송층의 두께가 40 ㎚ 로 설정되고, ITO 로 이루어진 음극 및 알루미늄으로 이루어진 반사층 대신에 150 ㎚-두께 알루미늄층이 음극/반사층으로서 형성된다는 것을 제외하고는, 전술한 실시예와 유사하게 제조된다.
비교예 2:
비교예 2 의 유기 EL 장치는, Alq3 로 이루어진 전자 수송층의 두께가 80 ㎚ 로 설정되고, 음극/반사층에 의해 반사되지 않고 장치에서 직접 나가는 광의 위상과 음극/반사층에 의해 반사된 후에 장치에서 나가는 광의 위상을 실질적으로 일치시키도록 음극 및 반사층 대신에 150 ㎚-두께 알루미늄층이 음극/반사층으로서 형성된다는 것을 제외하고는, 전술한 실시예와 유사하게 제조된다.
앞서 말한 바와 같이-완성된 실시예, 비교예 1 및 2 에 관한 유기 EL 장치의 전력 소비 및 수명은 동일한 전면 광도에 대해 측정된다. 그 결과로서, 비교예 1 의 전력 소비 및 수명이 각각 100 으로 정해진다면, 비교예 2 의 전력 소비는 약 90 이고 그 수명은 약 110 인 한편, 실시예의 전력 소비는 약 70 이고 그 수명은 약 150 이다. 그 결과는 실시예의 유기 EL 장치에서, 광 취출 효율이 증가하기 때문에, 동일한 전면 광도에 관하여 유기 EL 장치의 발광 광도를 낮출 수 있어서, 필요한 전압 및 전류 레벨을 낮추는 것을 가능하게 하고 전력 소비를 상당히 줄이게 된다는 것을 나타낸다. 또한, 상당한 양의 공급 전류가 감소되고, 그것에 의하여 발생열과 같은 유기 EL 장치에 대한 로드가 감소되어, 그 결과 수명이 연장된다. 비교예 2 에서, 장치에서 직접 나가는 광의 위상은 음극/반사층에 의해 반사된 후 장치에서 나가는 광의 위상과 맞추어지고, 그것에 의하여 광 취출 효율 이 향상된다. 그러나, 전자 수송층의 두께는 80㎚ 정도로 만들어진다. 통상, 이것은 구동 전압의 증가에 이르게 하고, 만족할 만한 레벨까지의 전력 소비를 감소시키는 것을 방해한다.
또한, 실시예, 비교예 1 및 2 의 유기 EL 장치는 광 확산 막 및 광도 향상막과 결합되고, 균일한 전면 광도의 경우에 있어서도 또한 전력 소비 및 수명을 측정한다. 비교예 1 의 전력 소비 및 수명이 각각 100 으로 정해진다면, 비교예 2 의 전력 소비는 약 80 이고 그 수명은 약 120 이다. 반면에, 실시예의 전력 소비는 약 60 이고 그것의 수명은 약 170 이다.
본 발명에 따르면, 유기층으로의 캐리어 주입 및 발광층으로부터 제 2 전극층으로 진행하는 광의 반사는 상이한 부분에서 영향을 받는다. 즉, 유기층으로의 캐리어 주입에 포함되는 부분은 발광층으로부터의 광의 반사에 포함되는 부분과 분리된다.

Claims (18)

  1. 전면 및 배면을 가지는 투명 기판;
    상기 투명 기판의 전면 상에 순서대로 형성되는 제 1 전극층, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제 2 전극층;
    상기 제 2 전극층 상에 상기 유기층과의 반대측에 형성되고, 상기 제 2 전극층으로부터 입사하는 광에 대해 광 반사성을 가지는 반사층; 및
    상기 제 2 전극층과 상기 유기층의 사이에 개재하여 상기 유기층으로의 캐리어 주입을 어시스트하는 캐리어 주입 어시스트층을 구비하고,
    상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은 광 투과성 재료로 형성되고, 상기 투명 기판의 배면으로부터 광이 취출되고,
    아래 식 (1) 에 의해 표시되는 조건을 만족하고,
    nL = (2N - 1) × λ/4 ... (1)
    여기서, nL 은 상기 발광층 내의 발광위치로부터 상기 반사층 상의 상기 제 2 전극층 측의 면까지의 광학 거리를 나타내고, N 은 자연수를 나타내고, λ 는 상기 발광층의 발광 파장 중의 하나로서, 이 파장은 복수의 발광 파장이 있을 경우 발광 강도를 극대화하는 파장이고, 복수의 발광 파장이 있을 경우 모든 발광 파장 중의 중심 파장인, 유기 EL 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극층은 양극층 (anode layer) 을 형성하고, 상기 제 2 전극층은 음극층 (cathode layer) 을 형성하는, 유기 EL 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극층을 형성하는 상기 광 투과성 재료는, ITO, IZO, IWO, ATO, FTO, AZO, 및 도전성 고분자로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는, 유기 EL 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 전극층을 형성하는 상기 광 투과성 재료는, ITO, IZO, IWO, ATO, FTO, AZO, 및 도전성 고분자로 구성된 그룹으로부터 선택되는 2 이상의 재료의 혼합물인, 유기 EL 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 주입 어시스트층은, 알칼리 금속 성분, 알칼리 토금속 성분, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 및 프탈레인 유도체 (phthalocyanine derivative) 로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어지는, 유기 EL 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 캐리어 주입 어시스트층은, 알칼리 금속 성분, 알칼리 토금속 성분, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 및 프탈레인 유도체로 구성된 그룹으로부터 선택되는 2 이상의 재료의 혼합물로 이루어지는, 유기 EL 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극층과 상기 캐리어 주입 어시스트층 사이에 개재하는 버퍼층을 더 구비하고, 상기 버퍼층은 광 투과성인, 유기 EL 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 버퍼층은, 알루미늄, 은, 마그네슘, 및 인듐으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어지는, 유기 EL 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 버퍼층은, 알루미늄, 은, 마그네슘, 및 인듐으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 2 이상의 재료의 혼합물로 이루어지는, 유기 EL 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 버퍼층은 50 ㎚ 이하의 두께를 가지는, 유기 EL 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층은 광 반사성 및 도전성을 가지는 금속으로 이루어지는, 유기 EL 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극층과 상기 반사층 사이에 개재하는 광 산란수단을 더 구비하 는, 유기 EL 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 반사층은 다층막을 포함하는, 유기 EL 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 발광층은 상이한 파장의 복수의 광 빔을 방출하고,
    상기 복수의 광 빔 각각에 대하여, 상기 발광층으로부터 상기 제 1 전극층으로 진행하는 광의 위상과 상기 제 2 전극층으로 진행하여 그것에 의해 반사되는 광의 위상을 실질적으로 정렬시키는 광로차를 얻도록, 상기 제 2 전극층의 두께 및 상기 반사층을 형성하는 상기 다층막의 각 층의 두께가 설정되는, 유기 EL 장치.
  16. 삭제
  17. 전면 및 배면을 가지는 투명 기판;
    상기 투명 기판의 전면 상에 순서대로 형성되는 제 1 전극층, 발광층을 포함하는 유기층, 및 제 2 전극층;
    상기 제 2 전극층 상에 상기 유기층과의 반대측에 형성되고, 상기 제 2 전극층으로부터 입사하는 광에 대해 광 반사성을 가지는 반사층; 및
    상기 제 2 전극층과 상기 유기층의 사이에 개재하여 상기 유기층으로의 캐리어 주입을 어시스트하는 캐리어 주입 어시스트층을 구비하고,
    상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은 광 투과성 재료로 형성되고, 상기 투명 기판의 배면으로부터 광이 취출되고,
    상기 투명 기판의 배면 상에 배열되는 집광 부재를 더 구비하고,
    아래 식 (2) 에 의해 표시되는 조건을 만족하고,
    nL × cosθ = (2N - 1) × λ/4 ... (2)
    여기서, nL 은 상기 발광층 내의 발광위치로부터 상기 반사층 상의 상기 제 2 전극층 측의 면까지의 상기 투명 기판의 법선방향으로의 광학 거리를 나타내고, θ 는 상기 투명 기판의 법선 방향과 상기 집광 부재에 의해 상기 투명 기판의 법선방향으로 집광되는 광의 진행 방향 사이의 각도를 나타내고, N 은 자연수를 나타내고, λ 는 상기 발광층의 발광 파장 중의 하나로서, 이 파장은 복수의 발광 파장이 있을 경우 발광 강도를 극대화하는 파장이고, 복수의 발광 파장이 있을 경우 모든 발광 파장 중의 중심 파장인, 유기 EL 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 집광 부재는 프리즘 시트를 구비하는, 유기 EL 장치.
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