KR102626919B1 - 발광 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

위상 변조 표면을 갖는 마이크로 캐비티를 포함하는 발광 소자 및 디스플레이 장치를 제공한다. 개시된 발광 소자는, 위상 변조 표면을 구비하는 반사층, 상기 반사층의 상기 위상 변조 표면 상에 배치된 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 배치된 발광 구조체, 및 상기 발광 구조체 상에 배치된 제 2 전극을 포함한다. 상기 위상 변조 표면은 규칙적으로 배열된 다수의 나노 크기의 패턴을 포함한다. 상기 반사층과 상기 제 2 전극은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성한다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 {Light emitting device and display apparatu including the light emitting device}
개시된 실시예들은 발광 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위상 변조 표면을 갖는 마이크로 캐비티를 포함하는 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 디스플레이 장치에 관한 것이다.
유기 전계 발광 소자(organic light emitting device; OLED)는, 양극(anode)으로부터 공급되는 정공(hole)과 음극(cathode)으로부터 공급되는 전자(electron)가 유기 발광층 내에서 결합하여 빛을 방출함으로서 화상을 형성하는 디스플레이 소자이다. 이러한 유기 전계 발광소자는 넓은 시야각, 빠른 응답속도, 얇은 두께, 낮은 제조 비용 및 높은 콘트라스트(contrast) 등과 같은 우수한 디스플레이 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 유기 전계 발광 소자에서 유기 발광층의 재료로서 적절한 물질을 선택함으로써 원하는 색을 방출하게 할 수 있다. 이 원리에 따라, 유기 전계 발광 소자를 이용하여 컬러 디스플레이 장치를 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 청색 화소의 유기 발광층은 청색광을 발생시키는 유기 재료로 이루어지고, 녹색 화소의 유기 발광층은 녹색광을 발생시키는 유기 재료로 이루어지고, 적색 화소의 유기 발광층은 적색광을 발생시키는 유기 재료로 이루어질 수 있다. 또는, 하나의 유기 발광층 내에 청색광, 녹색광 및 적색광을 각각 발생시키는 복수의 유기 재료를 모두 배치하거나, 또는 서로 보색 관계에 있는 두 종류 이상의 유기 재료들의 쌍을 배치함으로써 백색 유기 전계 발광 소자를 구현할 수도 있다.
위상 변조 표면을 갖는 마이크로 캐비티를 포함하는 발광 소자를 제공한다.
또한, 위상 변조 표면을 갖는 마이크로 캐비티를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 발광 소자는, 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층; 상기 금속 반사층의 상기 위상 변조 표면 상에 배치된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 발광 구조체; 및 상기 발광 구조체 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하며, 상기 위상 변조 표면은 다수의 나노 광 공진 구조를 포함하고, 상기 나노 광 공진 구조는 입사광의 자기장 성분이 나노 규모의 패턴들의 주변부에서 공진하여 형성되는 실린더 타입의 마그네틱 공진기이고, 상기 금속 반사층과 상기 제 2 전극은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성하며, 상기 마이크로 캐비티의 공진 파장은 상기 나노 광 공진 구조에 의한 위상 변이와 상기 금속 반사층과 상기 제 2 전극 사이의 광학적 거리에 의해 결정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극은 투명 전극이고 상기 제 2 전극은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과 전극일 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 전극은 반사성 금속으로 이루어지며, 상기 제 2 전극의 두께는 10 nm 내지 20 nm일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극은 투명 전극이고 상기 제 2 전극은 반사 전극이며, 상기 금속 반사층은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과성을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 반사층은 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 위상 변조 표면은 규칙적 또는 불규칙적으로 배열된 다수의 패턴들을 포함할 수 있다.
상기 위상 변조 표면에 의한 반사광의 위상 변이는 상기 패턴들의 높이와 상기 패턴들의 굴절률의 곱으로 결정되는 유효 광학 거리에 의한 단순 위상 변이보다 클 수 있다.
상기 위상 변조 표면의 상기 패턴의 주변 공간 내에 상기 제 1 전극의 일부가 채워질 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 위상 변조 표면의 상기 패턴의 주변 공간 내에 채워진 유전체를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 위상 변조 표면과 상기 제 1 전극 사이에 배치된 유전체층을 더 포함하며, 상기 위상 변조 표면의 상기 패턴의 주변 공간 내에 상기 유전체층의 일부가 채워질 수 있다.
예를 들어, 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경은 50 nm 내지 150 nm일 수 있다.
예를 들어, 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 높이는 0 nm 내지 150 nm일 수 있다.
예를 들어, 상기 위상 변조 표면의 상기 다수의 패턴의 주기는 100 nm 내지 300 nm일 수 있다.
상기 마이크로 캐비티의 공진 파장을 λ라고 할 때, 상기 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 nλ/2 (n은 자연수)를 만족하도록 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경, 각각의 패턴의 높이 및 다수의 패턴의 주기가 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 구조체는, 상기 제 1 전극 상에 배치된 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 배치된 유기 발광층; 상기 유기 발광층 상에 배치된 전자 수송층; 및 상기 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층;을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 제 1 파장의 빛을 방출하는 제 1 화소; 및 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빛을 방출하는 제 2 화소;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 화소와 제 2 화소의 각각은, 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층; 상기 금속 반사층의 상기 위상 변조 표면 상에 배치된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 발광 구조체; 및 상기 발광 구조체 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하고, 상기 위상 변조 표면은 다수의 나노 광 공진 구조를 포함하고, 상기 나노 광 공진 구조는 입사광의 자기장 성분이 나노 규모의 패턴들의 주변부에서 공진하여 형성되는 실린더 타입의 마그네틱 공진기이고, 상기 금속 반사층과 상기 제 2 전극은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성하며, 상기 마이크로 캐비티의 공진 파장은 상기 나노 광 공진 구조에 의한 위상 변이와 상기 금속 반사층과 상기 제 2 전극 사이의 광학적 거리에 의해 결정될 수 있다.
상기 위상 변조 표면은 규칙적 또는 불규칙적으로 배열된 다수의 패턴들을 포함할 수 있다.
상기 제 1 화소의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 제 1 파장에 대응하도록 상기 제 1 화소의 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경, 각각의 패턴의 높이 및 다수의 패턴의 주기가 선택되며, 상기 제 2 화소의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 제 2 파장에 대응하도록 상기 제 2 화소의 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경, 각각의 패턴의 높이 및 다수의 패턴의 주기가 선택될 수 있다.
상기 제 1 파장을 λ1 상기 제 2 파장을 λ2라 할 때, 상기 제 1 화소의 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 nλ1/2이며, 상기 제 2 화소의 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 nλ2/2이고, 상기 제 1 화소에서 상기 제 2 전극과 상기 위상 변조 표면 사이의 광학적 길이와 상기 제 2 화소에서 상기 제 2 전극과 상기 위상 변조 표면 사이의 광학적 길이가 동일할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 발광 구조체는, 상기 제 1 전극 상에 배치된 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 배치된 것으로, 제 1 파장의 빛과 제 2 파장의 빛을 모두 발생시키는 유기 발광층; 상기 유기 발광층 상에 배치된 전자 수송층; 및 상기 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층;을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 발광 구조체는, 상기 제 1 전극 상에 배치된 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 배치된 유기 발광층; 상기 유기 발광층 상에 배치된 전자 수송층; 및 상기 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층;을 포함하며, 상기 제 1 화소의 유기 발광층은 제 1 파장의 빛을 발생시키도록 구성되고, 상기 제 2 화소의 유기 발광층은 제 2 파장의 빛을 발생시키도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경, 각각의 패턴의 높이 및 다수의 패턴의 주기에 따라 마이크로 캐비티의 공진 파장이 결정될 수 있다. 따라서, 위상 변조 표면을 적절하게 구성함으로써 마이크로 캐비티를 포함하는 발광 소자에서 마이크로 캐비티의 공진 파장을 발광 소자의 발광 파장에 용이하게 매칭시킬 수 있다. 또한, 위상 변조 표면의 반사도가 충분히 높기 때문에 우수한 발광 효율을 얻을 수 있다.
또한, 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경, 각각의 패턴의 높이 및 다수의 패턴의 주기에 따라 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 조절될 수 있기 때문에, 마이크로 캐비티의 광학적 길이를 조절하기 위하여 발광 소자의 물리적인 두께를 조절할 필요가 없다. 따라서, 다수의 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치에서 다수의 화소들의 두께를 동일하게 구성하는 것이 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2a는 다수의 패턴을 갖는 위상 변조 표면을 구비하는 반사층의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2b는 위상 변조 표면의 다수의 패턴의 배열을 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 2c는 위상 변조 표면의 다수의 패턴의 배열을 예시적으로 보이는 사시도이다.
도 3은 위상 변조 표면의 패턴의 높이에 따른 반사층에 의한 반사광의 위상 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 4는 위상 변조 표면의 패턴의 높이에 따른 반사층의 반사도 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 5는 마이크로 캐비티의 공진 특성을 실험하기 위한 마이크로 캐비티의 예시적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 마이크로 캐비티에서 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 높이에 따른 마이크로 캐비티의 공진 특성을 보이는 그래프이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 발광 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 소자(100)는, 위상 변조 표면(11)을 구비하는 반사층(10), 반사층(10)의 위상 변조 표면(11) 상에 배치된 제 1 전극(12), 제 1 전극(12) 상에 배치된 발광 구조체(20), 및 발광 구조체(20) 상에 배치된 제 2 전극(18)을 포함할 수 있다.
발광 소자(100)는 유기 전계 발광 다이오드(OLED; organic light emitting diode)일 수 있다. 예컨대, 발광 구조체(20)는 제 1 전극(12) 상에 배치된 정공 주입층(hole jnjection layer, 13), 정공 주입층(13) 상에 배치된 정공 수송층(hole tranfer layer, 14), 정공 수송층(14) 상에 배치된 유기 발광층(organic emission layer, 15), 유기 발광층(15) 상에 배치된 전자 수송층(electron transfer layer, 16), 및 전자 수송층(16) 상에 배치된 전자 주입층(electron injection layer, 17)을 포함할 수 있다. 또한, 도 1에는 도시되지 않았지만, 발광 구조체(20)는 필요에 따라 다양한 추가적인 층들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 발광 구조체(20)는 정공 수송층(14)과 유기 발광층(15) 사이에 전자 저지층(electron block layer)을 더 포함할 수 있고, 또한 유기 발광층(15) 전자 수송층(16) 사이에 정공 저지층(hole block layer)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구조에서, 정공 주입층(13) 및 정공 수송층(14)을 통해 제공된 정공과 전자 주입층(17) 및 전자 수송층(16)을 통해 제공된 전자가 유기 발광층(15)에서 결합하여 빛이 발생하게 된다. 발생하는 빛의 파장은 유기 발광층(15)의 발광 재료의 에너지 밴드갭에 의해 결정될 수 있다.
그러나 상술한 유기 전계 발광 다이오드의 구조는 발광 소자(100)의 일 예일 뿐이며, 발광 소자(100)는 유기 전계 발광 다이오드로만 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 발광 소자(100)의 구조 및 원리는 무기 전계 발광 다이오드에도 적용될 수 있다. 이하에서는 편의상, 발광 소자(100)가 유기 전계 발광 다이오드인 것으로 설명한다.
반사층(10)과 발광 구조체(20) 사이에 배치된 제 1 전극(12)은 빛(예컨대, 가시광)을 투과시키는 성질을 갖는 투명 전극이고, 정공을 제공하는 양극의 역할을 할 수 있다. 발광 구조체(20)의 상부에 배치된 제 2 전극(18)은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과 전극이고, 전자를 제공하는 음극의 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 제 1 전극(12)은 상대적으로 높은 일함수를 갖는 재료로 이루어지고 제 2 전극(18)은 상대적으로 낮은 일함수를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(12)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indume zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 전극(18)은 매우 얇은 두께의 반사성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(18)은 은(Ag)과 마그네슘(Mg)의 혼합층 또는 알루미늄(Al)과 리튬(Li)의 혼합층일 수 있으며, 제 2 전극(18)의 전체 두께는 약 10 nm 내지 20 nm일 수 있다. 제 2 전극(18)의 두께가 매우 얇기 때문에 빛의 일부가 반사성 금속을 통과할 수 있다.
반사층(10)은 제 2 전극(18)과 함께 마이크로 캐비티(L)를 구성하는 역할을 한다. 다시 말해, 발광 소자(100)의 반사층(10)과 제 2 전극(18) 사이에 마이크로 캐비티(L)가 형성된다. 예를 들어, 발광 구조체(20)에서 발생한 빛은 반사층(10)과 제 2 전극(18) 사이를 왕복하며 공진한 후에 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장에 해당하는 빛이 제 2 전극(18)을 통해 외부로 방출될 수 있다.
마이크로 캐비티(L)의 공진 파장은 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이(optical length)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장을 λ라고 할 때, 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이는 nλ/2 (n은 자연수)일 수 있다. 이러한 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이는 발광 구조체(20)와 제 1 전극(12)의 광학적 두께, 제 2 전극(18)에 의한 위상 지연, 및 반사층(10)에 의한 위상 변이(예컨대, 위상 지연)의 합으로 결정될 수 있다. 여기서, 발광 구조체(20)와 제 1 전극(12)의 광학적 두께는 단순한 물리적인 두께가 아니라 발광 구조체(20)와 제 1 전극(12)의 재료들의 굴절률을 고려한 두께이다. 본 실시예에 따르면, 발광 구조체(20)와 제 1 전극(12)의 광학적 두께 및 제 2 전극(18)에 의한 위상 지연을 고정하여 두고, 반사층(10)에 의한 위상 변이만을 조절함으로써 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이 또는 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장을 조절할 수 있다.
반사층(10)에 의한 위상 변이를 조절하기 위하여, 제 1 전극(12)과 접하는 반사층(10)의 반사면에는 위상 변조 표면(11)이 형성되어 있다. 위상 변조 표면(11)은 나노 규모의 매우 작은 패턴(11a)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a는 다수의 패턴(11a)을 갖는 위상 변조 표면(11)을 구비하는 반사층(10)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이며, 도 2b는 위상 변조 표면(11)의 다수의 패턴(11a)의 배열을 예시적으로 보이는 평면도이고, 도 2c는 위상 변조 표면(11)의 다수의 패턴(11a)의 배열을 예시적으로 보이는 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 반사층(10)의 위상 변조 표면(11)은 다수의 나노 크기의 패턴(11a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 패턴(11a)은 반사층(10)의 최상부 표면으로부터 돌출된 기둥 형태를 가질 수 있다. 도 2c에는 각각의 패턴(11a)이 원통형인 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 각각의 패턴(11a)은 타원 기둥, 사각 기둥, 또는 오각 이상의 다각형 기둥 형태를 가질 수도 있다.
마이크로 캐비티(L)가 편광 의존성을 갖는 것을 방지하기 위하여, 다수의 패턴(11a)은 4방 대칭(4-fold symmetry) 특성을 갖도록 규칙적이고 주기적으로 배열될 수 있다. 마이크로 캐비티(L)가 편광 의존성을 가지면, 특정 편광 성분의 빛만이 공진하게 되어 발광 소자(100)의 발광 효율이 저하될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에는 다수의 패턴(11a)이 규칙적인 정사각형 패턴들의 어레이로 배열된 것으로 도시되었다. 이 경우, 위상 변조 표면(11)의 전체 영역에서 인접한 두 패턴(11a)들 사이의 간격들이 일정할 수 있다. 그러나, 4방 대칭 특성을 갖는다면 다수의 패턴(11a)은 어떠한 다른 형태의 어레이로도 배열될 수 있다. 대신에, 다수의 패턴(11a)이 불규칙적으로 배열될 수도 있다. 다수의 패턴(11a)이 불규칙적으로 배열되는 경우에도, 마이크로 캐비티(L)가 편광 의존성을 갖지 않게 된다. 한편, 다른 실시예에서는, 발광 소자(100)가 의도적으로 특성 편광 성분의 빛만을 방출하도록 다수의 패턴(11a)의 배열을 4방 대칭과 다르게 설계할 수도 있다.
각각의 패턴(11a)이 예를 들어 원통형인 경우, 위상 변조 표면(11)의 광학적 특성(예를 들어, 반사광의 위상 지연)은 각각의 패턴(11a)의 직경(w), 각각의 패턴(11a)의 높이(d), 및 다수의 패턴(11a)의 피치 또는 주기(p)에 의해 결정될 수 있다. 각각의 패턴(11a)이 다각형 기둥인 경우에는, 위상 변조 표면(11)의 광학적 특성은 각각의 패턴(11a)의 폭(w), 각각의 패턴(11a)의 높이(d), 및 다수의 패턴(11a)의 피치 또는 주기(p)에 의해 결정될 수 있다. 또한, 위상 변조 표면(11)의 전체 영역에 대해 패턴(11a)들의 직경(w), 높이(d), 및 주기(p)가 일정할 수 있다.
따라서, 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장은 위상 변조 표면(11)의 각각의 패턴(11a)의 직경(w), 각각의 패턴(11a)의 높이(d) 및 다수의 패턴(11a)의 주기(p)에 의해 결정될 수 있다. 다시 말해, 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장을 λ라고 할 때, 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이가 nλ/2 (n은 자연수)를 만족하도록 위상 변조 표면(11)의 각각의 패턴(11a)의 직경(w), 각각의 패턴(11a)의 높이(d) 및 다수의 패턴(11a)의 주기(p)가 선택될 수 있다. 예를 들어, 위상 변조 표면(11)의 각각의 패턴(11a)의 직경(w)은 약 50 nm 내지 150 nm이고, 위상 변조 표면(11)의 각각의 패턴(11a)의 높이(d)는 약 0 nm 내지 150 nm이고, 위상 변조 표면(11)의 다수의 패턴(11a)의 주기(p)는 약 100 nm 내지 300 nm일 수 있다.
위상 변조 표면(11)의 각각의 패턴(11a)의 크기가 위와 같이 공진 파장보다 작으면, 입사광이 패턴(11a)들의 주변부에서 공진하면서 다수의 나노 광 공진 구조가 형성된다. 특히, 입사광 중에서 전기장 성분은 패턴(11a)들 사이의 공간으로 침투하지 못하고 자기장 성분만이 패턴(11a)들의 주변부에서 공진하게 된다. 따라서, 패턴(11a)들 사이의 공간 내에 형성되는 다수의 나노 광 공진 구조는 입사광의 자기장 성분이 패턴(11a)들의 주변부에서 공진되는 실린더 타입의 마그네틱 공진기이다. 그 결과, 패턴(11a)들의 높이(d)와 패턴(11a)들의 굴절률(n)의 곱으로 결정되는 유효 광학 거리(d × n)에 의한 단순 위상 변이보다 큰 위상 변이가 위상 변조 표면(11)에서 발생할 수 있다.
예를 들어, 도 3은 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)의 높이(d)에 따른 반사층(10)에 의한 반사광의 위상 변화를 예시적으로 보이는 그래프이며, 도 4는 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)의 높이에 따른 반사층(10)의 반사도 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 패턴(11a)의 높이(d)에 따라 반사광의 위상이 0부터 2π까지 변화함을 알 수 있다. 따라서, 패턴(11a)의 높이(d)를 적절히 선택함으로써 0부터 2π까지 모든 범위의 위상 변조가 가능하기 때문에, 패턴(11a)의 높이(d) 변화만으로도 마이크로 캐비티의 공진 파장을 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 패턴(11a)의 높이(d)에 따라 반사층(10)의 반사도가 변화하지만, 반사층(10)의 최소 반사도를 95% 이상으로 유지할 수 있기 때문에 마이크로 캐비티가 충분히 높은 효율을 가질 수 있다.
상술한 위상 변조 표면(11)의 광학적 특성은 반사층(10)의 재료에 따라서도 달라질 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 반사층(10)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반사층(10)은 은(Ag) 또는 은(Ag)을 포함하는 합금(Ag Alloy)으로 이루어질 수 있다.
도 5는 상술한 위상 변조 표면(11)을 갖는 반사층(10)을 포함하는 마이크로 캐비티의 공진 특성을 실험하기 위한 마이크로 캐비티의 예시적인 구성을 보이는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 마이크로 캐비티는 은(Ag)으로 이루어진 반사층(10), 반사층(10) 위에 배치된 흡수층(30), 및 흡수층(30) 위에 배치된 반투과 미러(31)를 포함한다. 반투과 미러(31)는 15 nm의 두께를 갖는 은(Ag)으로 구성되었다. 또한, 흡수층(30)은 1 ㎛의 두께를 가지며 1.5 + 0.1i의 굴절률을 갖는 것으로 가정하였다. 이 경우, 마이크로 캐비티의 공진 파장에서 흡수층(30)에 의해 빛이 가장 강하게 흡수된다.
예를 들어, 도 6은 도 5에 도시된 마이크로 캐비티에서 위상 변조 표면(11)의 각각의 패턴(11a)의 높이(d)에 따른 마이크로 캐비티의 공진 특성을 보이는 그래프이다. 도 6의 그래프는 도 5에 도시된 마이크로 캐비티의 반투과 미러(31)에 빛을 입사한 후에 반투과 미러(31)를 통해 다시 방출되는 빛의 양을 시뮬레이션하여 얻은 것이다. 도 6을 참조하면, 패턴(11a)의 높이(d)가 0 nm인 경우에 약 460 nm의 파장에서 가장 큰 흡수가 나타났다. 다시 말해, 패턴(11a)의 높이(d)가 0 nm일 때 마이크로 캐비티의 공진 파장은 약 460 nm이었다. 또한, 패턴(11a)의 높이(d)가 증가할수록 마이크로 캐비티의 공진 파장이 증가한다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 패턴(11a)의 높이가 60 nm일 때 마이크로 캐비티의 공진 파장은 약 640 nm이었다.
위에서 살펴본 바와 같이, 위상 변조 표면(11)에 의한 위상 변이가 증가할수록 마이크로 캐비티의 공진 파장이 증가하게 되며, 패턴(11a)의 높이(d)만으로도 가시광 파장 대역에서 마이크로 캐비티의 공진 파장을 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 각각의 패턴(11a)의 직경(w)과 패턴(11a)들의 주기(p)로도, 각각의 패턴(11a)의 높이(d)와 마찬가지로 마이크로 캐비티의 공진 파장을 조절할 수 있다. 한편, 반투과 미러(31)의 두께를 조절함으로써 마이크로 캐비티의 공진 파장 대역폭을 조절할 수도 있다. 마이크로 캐비티의 공진 파장 대역폭(또는 반치폭)을 줄이기 위해서는 반투과 미러(31)의 반사도를 증가시키면 된다.
도 5에 도시된 반투과 미러(31)는 도 1에 도시된 발광 소자(100)의 제 2 전극(18)에 대응할 수 있으며, 도 5에 도시된 흡수층(30)은 도 1에 도시된 발광 소자(100)의 발광 구조체(20)와 제 1 전극(12)에 대응할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 발광 소자(100)에서 발광 구조체(20)와 제 1 전극(12)의 광학적 두께 및 제 2 전극(18)에 의한 위상 지연을 고정하여 두고, 반사층(10)에 의한 위상 변이만을 조절함으로써 마이크로 캐비티의 공진 파장을 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. 다시 말해, 위상 변조 표면(11)의 각각의 패턴(11a)의 직경(w), 각각의 패턴(11a)의 높이(d), 및 다수의 패턴(11a)의 주기(p)를 적절하게 선택함으로써, 마이크로 캐비티를 포함하는 발광 소자(100)에서 마이크로 캐비티의 공진 파장을 발광 소자(100)의 발광 파장 또는 발광색에 용이하게 매칭시킬 수 있다. 또한, 위상 변조 표면(11)을 포함하는 반사층(10)의 반사도가 충분히 높기 때문에 우수한 발광 효율을 얻을 수 있다.
예를 들어, 발광 소자(100)가 적색 발광 소자인 경우, 마이크로 캐비티의 공진 파장이 적색 파장 대역에 대응하도록 위상 변조 표면(11)의 각각의 패턴(11a)의 직경(w), 각각의 패턴(11a)의 높이(d), 및 다수의 패턴(11a)의 주기(p)를 선택할 수 있다. 그리고, 유기 발광층(15)은 적색 발광 재료를 포함할 수 있다. 대신에, 유기 발광층(15)은 청색 발광 재료, 녹색 발광 재료, 및 적색 발광 재료를 모두 포함하고, 위상 변조 표면(11)의 구조만으로 발광 소자(100)의 발광 파장을 결정하는 것도 가능하다.
다시 도 1을 참조하면, 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 주변 공간 내에 제 1 전극(12)의 일부가 채워질 수 있다. 따라서, 제 1 전극(12)의 하부 표면은 위상 변조 표면(11)과 상보적인 돌출된 패턴(12a)을 가질 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 발광 소자(110)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 발광 소자(110)는 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 주변 공간 내에 채워진 유전체(19a)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전체(19a)는 SiO2, SiNx, Al2O3, HfO2 등과 같이 가시광에 대해 투명한 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 유전체(19a)의 굴절률에 따라 마이크로 캐비티의 공진 파장을 미세하게 조절하는 것이 가능하다. 유전체(19a)의 상부 표면은 반사층(10)의 최상부 표면과 일치할 수 있다. 이 경우, 제 1 전극(12)의 하부 표면은 평탄한 형태를 가질 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자(120)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 발광 소자(120)는 위상 변조 표면(11)과 제 1 전극(12) 사이에 배치된 유전체층(19)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 유전체층(19)은 SiO2, SiNx, Al2O3, HfO2 등과 같이 가시광에 대해 투명한 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 그리고, 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 주변 공간 내에 유전체층(19)의 일부 유전체(19a)가 채워질 수 있다. 유전체층(19)의 재료는 패턴(11a)들의 주변 공간 내에 채워진 유전체(19a)의 재료와 동일할 수 있지만, 반드시 동일해야 할 필요는 없다. 유전체층(19)의 재료가 패턴(11a)들의 주변 공간 내에 채워진 유전체(19a)의 재료와 동일한 경우, 유전체층(19)은 도 7에 도시된 유전체(19a)가 반사층(10)의 최상부 표면 위로 연장된 것으로 볼 수 있다. 이러한 구조에서, 유전체층(19)과 유전체(19a)의 재료의 굴절률 및 유전체층(19)의 높이에 따라 마이크로 캐비티의 공진 파장을 미세하게 조절하는 것이 가능하다.
지금까지는 제 2 전극(18)이 반투과 전극이고 제 2 전극(18)을 통해 빛이 외부로 방출되는 구성에 대해 설명하였다. 그러나, 그와 반대 방향으로 빛이 방출되는 구성도 가능하다. 예를 들어, 도 9는 또 다른 실시예에 따른 발광 소자(130)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 발광 소자(130)는 위상 변조 표면(11)을 구비하는 반사층(10'), 반사층(10')의 위상 변조 표면(11) 상에 배치된 제 1 전극(12), 제 1 전극(12) 상에 배치된 발광 구조체(20), 및 발광 구조체(20) 상에 배치된 제 2 전극(18')을 포함할 수 있다. 발광 구조체(20)의 구조는 도 1에서 설명한 것과 동일한 구조를 가질 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에서, 제 2 전극(18')은 빛을 거의 대부분 반사하는 반사 전극이다. 예를 들어, 제 2 전극(18')은 50 nm 이상의 두꺼운 두께를 갖는 반사성 금속 재료로 이루어질 수 있다. 그리고, 반사층(10')은 빛의 일부를 반사하고 나머지 일부를 투과시키는 반투과성을 갖도록 얇게 구성될 수 있다. 예를 들어, 반사층(10') 중에서 패턴(11a)들의 주변 공간의 바닥과 반사층(10')의 하부 표면 사이의 두께(t)는 약 10 nm 내지 20 nm일 수 있다. 그러면, 발광 구조체(20)에서 발생한 빛은 반사층(10')과 제 2 전극(18') 사이를 왕복하며 공진한 후에 마이크로 캐비티의 공진 파장에 해당하는 빛이 반사층(10')을 통해 외부로 방출될 수 있다.
한편, 제 1 전극(12)은 투명한 도전성 재료로 이루어진 투명 전극이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(12)의 일부는 반사층(10')의 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 주변 공간 내에 채워질 수 있다. 대신에, 도 7 또는 도 8에 도시된 구성과 마찬가지로, 발광 소자(130)는 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 주변 공간 내에 채워진 유전체(19a)를 더 포함하거나, 위상 변조 표면(11)과 제 1 전극(12) 사이에 배치된 유전체층(19)을 더 포함할 수도 있다.
상술한 발광 소자(100, 110, 120, 130)들은 위상 변조 표면(11)의 구조에 따라 가시광의 파장 대역 내에서 마이크로 캐비티의 공진 파장을 조절할 수 있기 때문에 디스플레이 장치에 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 10은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 10을 참조하면, 일 실시예에 다른 디스플레이 장치(200)는 기판(201) 및 기판(201) 상에 일렬로 배치된 제 1 화소(100B), 제 2 화소(100G) 및 제 3 화소(100R)를 포함할 수 있다. 도 10에서는 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)가 도 1에 도시된 발광 소자(100)와 동일한 구조를 갖는 것으로 도시되었으나, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)는 도 7 내지 도 9에 도시된 발광 소자(110, 120, 130)의 구조를 가질 수도 있다. 또한, 도 10에서는 편의상 단지 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)를 각각 하나씩만 도시하였지만, 실제로는 대단히 많은 수의 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)들이 반복적으로 배열될 수 있다.
예를 들어, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 각각은, 기판(201) 상에 배치되며 위상 변조 표면(11)을 구비하는 반사층(10), 반사층(10)의 위상 변조 표면(11) 상에 배치된 제 1 전극(12), 제 1 전극(12) 상에 배치된 발광 구조체(20), 및 발광 구조체(20) 상에 배치된 제 2 전극(18)을 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(200)가 유기 전계 발광 디스플레이 장치인 경우, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R) 각각의 발광 구조체(20)는, 제 1 전극(12) 상에 배치된 정공 주입층(13), 정공 주입층(13) 상에 배치된 정공 수송층(14), 정공 수송층(14) 상에 배치된 유기 발광층(15), 유기 발광층(15) 상에 배치된 전자 수송층(16), 및 전자 수송층(16) 상에 배치된 전자 주입층(17)을 포함할 수 있다.
제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)는 서로 다른 파장의 빛을 방출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제 1 화소(100B)는 청색 계열인 제 1 파장 대역(λ1)의 빛(B)을 방출하도록 구성되고, 제 2 화소(100G)는 녹색 계열인 제 2 파장 대역(λ2)의 빛(G)을 방출하도록 구성되고, 제 3 화소(100R)는 적색 계열인 제 3 파장 대역(λ3)의 빛(R)을 방출하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)들의 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 서로 다르도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 발광 구조체(20)와 제 1 전극(12)의 광학적 두께, 제 2 전극(18)에 의한 위상 지연, 및 반사층(10)에 의한 위상 변이의 합으로 결정될 수 있다. 다시 말해, 마이크로 캐비티의 공진 파장은 반사층(10)과 제 2 전극(18) 사이의 광학적 거리 및 반사층(10)의 나노 광 공진 구조에 의한 위상 변이에 의해 결정될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 발광 구조체(20)와 제 1 전극(12)의 광학적 두께 및 제 2 전극(18)에 의한 위상 지연을 고정하여 두고, 즉 반사층(10)과 제 2 전극(18) 사이의 광학적 거리 및 제 2 전극(18)에 의한 위상 지연을 고정하여 두고, 반사층(10)에 의한 위상 변이만을 조절함으로써 마이크로 캐비티의 광학적 길이 또는 마이크로 캐비티의 공진 파장을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1 화소(100B)의 반사층(10)에 의한 위상 지연(φ1), 제 2 화소(100G)의 반사층(10)에 의한 위상 지연(φ2), 제 3 화소(100R)의 반사층(10)에 의한 위상 지연(φ3)이 서로 다르도록 구성될 수 있다.
다시 말해, 제 1 화소(100B)의 마이크로 공진기의 공진 파장이 제 1 파장 대역(λ1)에 대응하도록 제 1 화소(100B)의 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 직경(w), 패턴(11a)들의 높이(d), 및 패턴(11a)들의 주기(p)가 선택되며, 제 2 화소(100G)의 마이크로 공진기의 공진 파장이 제 2 파장 대역(λ2)에 대응하도록 제 2 화소(100G)의 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 직경(w), 패턴(11a)들의 높이(d), 및 패턴(11a)들의 주기(p)가 선택되고, 제 3 화소(100R)의 마이크로 공진기의 공진 파장이 제 3 파장 대역(λ3)에 대응하도록 제 3 화소(100R)의 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 직경(w), 패턴(11a)들의 높이(d), 및 패턴(11a)들의 주기(p)가 선택될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하자면, 제 1 화소(100B)의 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 nλ1/2가 되도록 제 1 화소(100B)의 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 직경(w), 패턴(11a)들의 높이(d), 및 패턴(11a)들의 주기(p)가 선택되고, 제 2 화소(100G)의 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 nλ2/2가 되도록 제 2 화소(100G)의 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 직경(w), 패턴(11a)들의 높이(d), 및 패턴(11a)들의 주기(p)가 선택되며, 제 3 화소(100R)의 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 nλ3/2가 되도록 제 3 화소(100R)의 위상 변조 표면(11)의 패턴(11a)들의 직경(w), 패턴(11a)들의 높이(d), 및 패턴(11a)들의 주기(p)가 선택될 수 있다. 여기서, n은 자연수이다.
상술한 바와 같이, 위상 변조 표면(11)들의 패턴(11a)들의 직경(2), 패턴(11a)들의 높이(d) 및 패턴(11a)들의 주기(p)에 따라 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 조절될 수 있다. 따라서, 마이크로 캐비티의 광학적 길이를 조절하기 위하여 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 각각의 두께를 조절할 필요가 없으므로, 디스플레이 장치(200)에서 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 물리적인 두께를 동일하게 구성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)에서 제 2 전극(18)과 위상 변조 표면(11) 사이의 길이가 모두 동일할 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치(200)의 제조 공정이 단순하게 되어 디스플레이 장치(200)의 대면적화가 용이하게 될 수 있다.
한편, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 유기 발광층(15)들은 각각 다르게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 화소(100B)의 유기 발광층(15)은 청색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료를 포함하고, 제 2 화소(100G)의 유기 발광층(15)은 녹색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료를 포함하고, 제 3 화소(100R)의 유기 발광층(15)은 적색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)들의 발광 특성이 위상 변조 표면(11)들의 구조만으로 결정될 수 있기 때문에, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 유기 발광층(15)들은 서로 동일하게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 유기 발광층(15)들은 청색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료, 녹색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료, 및 적색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료를 모두 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)의 유기 발광층(15)들이 동일한 경우, 디스플레이 장치(200)의 제조 공정이 더욱 단순하게 될 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 3 화소(100B, 100G, 100R)들의 발광 특성이 위상 변조 표면(11)들의 구조만으로 결정될 수 있기 때문에, 디스플레이 장치(200)는 별도의 컬러 필터를 포함하지 않을 수 있다. 그러나, 디스플레이 장치(200)의 색순도를 더욱 향상시키기 위하여, 필요에 따라서는 컬러 필터가 더 배치될 수도 있다. 예를 들어, 도 11은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 11을 참조하면, 디스플레이 장치(210)는 제 1 화소(100B) 위에 배치된 제 1 컬러 필터(40B), 제 2 화소(100G) 위에 배치된 제 2 컬러 필터(40G), 및 제 3 화소(100R) 위에 배치된 제 3 컬러 필터(40R)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 컬러 필터(40B)는 청색 계열인 제 1 파장 대역(λ1)의 빛(B)만을 투과하도록 구성되고, 제 2 컬러 필터(40G)는 녹색 계열인 제 2 파장 대역(λ2)의 빛(G)만을 투과하도록 구성되고, 제 3 컬러 필터(40R)는 적색 계열인 제 3 파장 대역(λ3)의 빛(R)만을 투과하도록 구성될 수 있다. 디스플레이 장치(210)의 나머지 구조는 도 10에 도시된 디스플레이 장치(200)와 동일할 수 있다.
상술한 발광 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 10'.....반사층 11.....위상 변조 표면
12.....제 1 전극 13.....정공 주입층
14.....정공 수송층 15.....유기 발광층
16.....전자 수송층 17.....전자 주입층
18, 18'.....제 2 전극 19.....유전체층
19a.....유전체 20.....발광 구조체
30.....흡수층 31.....반투과 미러
40B, 40G, 40R.....컬러 필터 100, 110, 120, 130.....발광 소자
100B, 100G, 100R.....화소 200.....디스플레이 장치
201.....기판

Claims (30)

  1. 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층;
    상기 금속 반사층의 상기 위상 변조 표면 상에 배치된 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상에 배치된 발광 구조체; 및
    상기 발광 구조체 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하며,
    상기 위상 변조 표면은 다수의 나노 광 공진 구조를 포함하고, 상기 나노 광 공진 구조는 입사광의 자기장 성분이 나노 규모의 패턴들의 주변부에서 공진하여 형성되는 실린더 타입의 마그네틱 공진기이고,
    상기 금속 반사층과 상기 제 2 전극은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성하며, 상기 마이크로 캐비티의 공진 파장은 상기 나노 광 공진 구조에 의한 위상 지연과 상기 금속 반사층과 상기 제 2 전극 사이의 광학적 거리에 의해 결정되고,
    상기 제 1 전극은 투명 전극이고 상기 제 2 전극은 반사 전극이며,
    상기 금속 반사층은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과성을 갖고,
    상기 금속 반사층은 평평한 하부 표면을 가지며 상기 위상 변조 표면은 상기 금속 반사층의 상부에 배치되고,
    상기 제 1 전극의 하부 표면은 상기 위상 변조 표면과 상보적인 돌출 패턴을 가지며 상기 제1 전극의 상부 표면은 평평하고,
    상기 패턴들의 바닥과 상기 금속 반사층의 하부 표면 사이의 두께는 10 nm 내지 20 nm인, 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 반사층은 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금으로 이루어지는 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 변조 표면은 규칙적 또는 불규칙적으로 배열된 다수의 패턴들을 포함하는 발광 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 변조 표면에 의한 반사광의 위상 지연은 상기 패턴들의 높이와 상기 패턴들의 굴절률의 곱으로 결정되는 유효 광학 거리에 의한 단순 위상 지연보다 큰 발광 소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 변조 표면의 상기 패턴의 주변 공간 내에 상기 제 1 전극의 일부가 채워져 있는 발광 소자.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경은 50 nm 내지 150 nm인 발광 소자.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 높이는 0 nm 내지 150 nm인 발광 소자.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 변조 표면의 상기 다수의 패턴의 주기는 100 nm 내지 300 nm인 발광 소자.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로 캐비티의 공진 파장을 λ라고 할 때, 상기 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 nλ/2 (n은 자연수)를 만족하도록 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경, 각각의 패턴의 높이 및 다수의 패턴의 주기가 선택되는 발광 소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 구조체는:
    상기 제 1 전극 상에 배치된 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층;
    상기 정공 수송층 상에 배치된 유기 발광층;
    상기 유기 발광층 상에 배치된 전자 수송층; 및
    상기 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층;을 포함하는 발광 소자.
  16. 제 1 파장의 빛을 방출하는 제 1 화소; 및
    제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빛을 방출하는 제 2 화소;를 포함하며,
    상기 제 1 화소와 제 2 화소의 각각은:
    위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층;
    상기 금속 반사층의 상기 위상 변조 표면 상에 배치된 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상에 배치된 발광 구조체; 및
    상기 발광 구조체 상에 배치된 제 2 전극;을 포함하고,
    상기 위상 변조 표면은 다수의 나노 광 공진 구조를 포함하고, 상기 나노 광 공진 구조는 입사광의 자기장 성분이 나노 규모의 패턴들의 주변부에서 공진하여 형성되는 실린더 타입의 마그네틱 공진기이고,
    상기 금속 반사층과 상기 제 2 전극은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성하며, 상기 마이크로 캐비티의 공진 파장은 상기 나노 광 공진 구조에 의한 위상 지연과 상기 금속 반사층과 상기 제 2 전극 사이의 광학적 거리에 의해 결정되고,
    상기 제 1 전극은 투명 전극이고 상기 제 2 전극은 반사 전극이며,
    상기 금속 반사층은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과성을 갖고,
    상기 금속 반사층은 평평한 하부 표면을 가지며 상기 위상 변조 표면은 상기 금속 반사층의 상부에 배치되고,
    상기 제 1 전극의 하부 표면은 상기 위상 변조 표면과 상보적인 돌출 패턴을 가지며 상기 제1 전극의 상부 표면은 평평하고,
    상기 패턴들의 바닥과 상기 금속 반사층의 하부 표면 사이의 두께는 10 nm 내지 20 nm인, 디스플레이 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속 반사층은 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금으로 이루어지는 디스플레이 장치.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 위상 변조 표면은 규칙적 또는 불규칙적으로 배열된 다수의 패턴들을 포함하는 디스플레이 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 화소의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 제 1 파장에 대응하도록 상기 제 1 화소의 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경, 각각의 패턴의 높이 및 다수의 패턴의 주기가 선택되며, 상기 제 2 화소의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 제 2 파장에 대응하도록 상기 제 2 화소의 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경, 각각의 패턴의 높이 및 다수의 패턴의 주기가 선택되는 디스플레이 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 위상 변조 표면의 상기 패턴들의 주변 공간 내에 상기 제 1 전극의 일부가 채워져 있는 디스플레이 장치.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경은 50 nm 내지 150 nm이고, 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 높이는 0 nm 내지 150 nm이며, 상기 위상 변조 표면의 상기 다수의 패턴의 주기는 100 nm 내지 300 nm인 디스플레이 장치.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 마이크로 캐비티의 공진 파장을 λ라고 할 때, 상기 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 nλ/2 (n은 자연수)를 만족하도록 상기 위상 변조 표면의 각각의 패턴의 직경, 각각의 패턴의 높이 및 다수의 패턴의 주기가 선택되는 디스플레이 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 파장을 λ1 상기 제 2 파장을 λ2라 할 때, 상기 제 1 화소의 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 nλ1/2이며, 상기 제 2 화소의 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 nλ2/2이고,
    상기 제 1 화소에서 상기 제 2 전극과 상기 위상 변조 표면 사이의 광학적 길이와 상기 제 2 화소에서 상기 제 2 전극과 상기 위상 변조 표면 사이의 광학적 길이가 동일한 디스플레이 장치.
  29. 제 16 항에 있어서,
    상기 발광 구조체는:
    상기 제 1 전극 상에 배치된 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층;
    상기 정공 수송층 상에 배치된 것으로, 제 1 파장의 빛과 제 2 파장의 빛을 모두 발생시키는 유기 발광층;
    상기 유기 발광층 상에 배치된 전자 수송층; 및
    상기 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층;을 포함하는 디스플레이 장치.
  30. 제 16 항에 있어서,
    상기 발광 구조체는:
    상기 제 1 전극 상에 배치된 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층;
    상기 정공 수송층 상에 배치된 유기 발광층;
    상기 유기 발광층 상에 배치된 전자 수송층; 및
    상기 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층;을 포함하며,
    상기 제 1 화소의 유기 발광층은 제 1 파장의 빛을 발생시키도록 구성되고, 상기 제 2 화소의 유기 발광층은 제 2 파장의 빛을 발생시키도록 구성되는 디스플레이 장치.
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