KR20010014503A - 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
발광 장치는 기판, 양극, 유기 발광층, 음극 제 1 및 제 2 회절 격자(광학부재)를 갖는다. 제 1 회절 격자는 X 방향의 1차원의 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있다. 제 2 회절 격자는 Y방향의 일차원의 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있다. 제 1 및 제 2 회절 격자 중의 어느 한쪽에 결함부를 갖는다. 결함부는 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정되어 있다. 유기 발광층은 전류 여기에 의해 발광 가능하며, 양극과 음극에 의해 전계가 인가된다. 이 발광 장치는 2차원의 포토닉스 밴드 갭을 이용하여 대단히 높은 효율로 스펙트럼 폭이 좁은 광을 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 전류 여기 등에 의해 발광 가능한 유기 발광층을 사용하여, 2차원의 포토닉스 밴드 갭(photonics band gap) 구조를 갖는 발광 장치에 관한 것이다.
최근, 포토닉스 결정을 이용한 반도체 발광 소자가 검토되고 있다(예를 들면, 일본 공개특허 공보 제(평)9-232669호 참조). 이러한 종류의 반도체 발광 소자로서는 결정 내부에 빛을 강하게 차폐시키는 공진기를 작성할 수 있고, 대단히 높은 효율로 코히어런트 빛을 얻을 수 있는 것이 기대되고 있다.
그러나, 반도체를 사용한 경우, 단위 매질층(주기 구조의 한단위)이 결정이기 때문에, 단위 매질층의 계면이 불규칙적인 상태가 되거나, 또는 불순물의 영향을 받기 때문에, 균일한 주기 구조를 얻기가 어려우므로, 우수한 포토닉스 결정으로서의 특성을 가진 양호한 성능의 발광 소자를 얻기기 어렵다. 또한, 반도체를 사용한 경우, 굴절율이 다른 조합 재료의 선택에 한계가 있다.
본 발명의 목적은 2차원의 포토닉스 밴드 갭을 이용하여, 대단히 높은 효율로 스펙트럼 폭이 좁은 빛을 얻을 수 있는 동시에 유기 발광 재료를 사용하여 제조할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 발광 장치는 2차원의 주기적인 굴절율 분포를 갖는 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 광학부재, 상기 광학 부재의 일부에 형성되며 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된 결함부 및 유기 발광층을 포함한다.
이러한 발광 장치는 전류 여기 또는 빛 여기에 의해 발광 가능한 유기 발광층을 갖는다. 예를 들면, 전류 여기를 이용하는 경우에는 한 쌍의 전극층, 즉 음극과 양극으로부터 각각 전자와 홀이 유기 발광층내에 주입되고, 이 전자와 홀을 유기 발광층에서 재결합시켜, 분자가 여기 상태에서 기저상태에 되돌아갈 때에 빛이 발생한다. 이 때, 상기 광학 부재의 포토닉스 밴드 갭에 상당하는 파장 대역의 빛은 광학부재내를 전파할 수 없고, 상기 결함에 기인하는 에너지 준위에 상당하는 파장 대역의 빛만이 광학부재내를 전파할 수 있다. 따라서, 상기 결함에 기인하는 에너지 준위의 폭을 규정함으로써, 2차원으로 자연 방출이 제약된 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁은 빛을 고효율적으로 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 광학부재는 2차원의 주기적인 굴절율 분포를 갖는 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 것이면 되고, 예를 들면 회절 격자형 구조, 다층막 구조, 원주 또는 그 밖의 기둥형 구조, 또는 이들의 구조의 조합으로 구성할 수 있다.
상기 유기 발광층과 상기 광학 부재의 상기 결함부란, 이하의 양태를 가질 수 있다.
(1) 상기 유기 발광층은 상기 결함부에 형성되어 결함부로도 기능한다.
(2) 상기 유기 발광층은 상기 결함부의 일부 및 상기 광학부재의 일종의 매질층으로도 기능한다.
보다 구체적으로, 발광 장치는 이하의 구성을 가질 수 있다.
(A) 발광 장치는 제 1 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖는 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 제 1 광학부재와,
제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖는 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 제 2 광학부재와,
상기 제 1 및 제 2 광학부재의 적어도 한편에 형성되며, 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된 결함부와,
유기 발광층을 포함한다.
이러한 발광 장치는 제 1 방향(X 방향)에서의 빛의 전파를 규제하는 제 1 광학부재와, 제 2 방향(Y 방향)에서의 빛의 전파를 규제하는 제 2 광학부재의 조합으로, 2차원에서 2방향의 자연 방출이 제약된 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁은 빛을 고효율적으로 얻을 수 있다.
(B) 발광 장치는 제 1 및 제 2 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖는 2차원의 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 광학부재와,
상기 광학부재에 형성되며, 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된 결함부와,
유기 발광층을 포함하며,
상기 광학 부재는 정방 격자형으로 배열된 기둥형의 제 1 매질층과, 해당 제 1 매질층 사이에 형성되는 제 2 매질층을 갖는다.
이 발광 장치는 정방 격자형으로 배열된 기둥형의 제 1 매질층과, 해당 제 1 매질층 사이에 형성되는 제 2 매질층을 갖는 광학부재에 의해, 2차원에서 2방향의 자연 방출이 제약된 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁은 빛을 고효율적으로 얻을 수 있다.
(C) 발광 장치는 제 1, 제 2 및 제 3 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖는 2차원의 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 광학부재와,
상기 광학부재에 형성되고, 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된 결함부와,
유기 발광층을 포함한다.
이러한 발광 장치는 제 1, 제 2 및 제 3 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖는, 2차원의 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 광학부재, 예를 들면 삼각 격자형, 또는 벌집형상으로 배열된 기둥형의 제 1 매질층과, 해당 제 1 매질층 사이에 형성되는 제 2 매질층을 갖는 광학부재에 의해, 2차원에서 3방향의 자연 방출이 제약된 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁은 빛을 고효율적으로 얻을 수 있다.
(D) 발광 장치는 동심 원형으로 주기적인 굴절율 분포를 갖는 2차원의 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 광학부재와,
상기 광학부재에 형성되고, 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼 내에 존재하도록 설정된 결함부와,
유기 발광층을 포함하며,
상기 광학부재는 소정의 패턴으로 배치된 기둥형의 제 1 매질층과, 해당 제 1 매질층 사이에 형성되는 제 2 매질층을 갖는다.
이러한 구조의 광학부재에서는 모든 2차원 방향에서 빛의 전파가 규제되며, 또한 빛의 차폐가 강하다.
이들의 발광 장치는 상기 유기 발광층이 전류 여기에 의해 발광 가능한 재료로 이루어지며, 해당 유기 발광층에 전계를 인가하기 위한 한 쌍의 전극층을 포함할 수 있다.
이들 양태의 발광 장치는 또한, 홀 수송층 및 전자 수송층의 적어도 한편을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 유기 발광층을 가지므로써, 반도체에 의해 포토닉스 밴드 갭을 구성하는 경우보다 이하의 점에서 유리하다. 즉, 해당 유기 발광층을 포함하는 발광 장치에서는 반도체를 사용하는 경우와 같이 발광층의 계면이 불규칙한 상태나 불순물의 영향을 쉽게 받는 난점을 갖지 않으며, 우수한 포토닉스 밴드 갭에 의한 특성을 얻게 된다. 또한, 유기 층에 의해 매질층을 형성하는 경우에는 제조가 용이하며, 더구나 양호한 굴절율의 주기 구조를 쉽게 얻을 수 있어, 보다 우수한 포토닉스 밴드 갭에 의한 특성을 얻게 된다.
다음에, 본 발명에 따른 발광 장치의 각 부분에 사용할 수 있는 재료의 일부를 예시한다. 이들의 재료는 공지된 재료의 일부를 예시한 것에 지나지 않으며, 예시한 것 이외의 재료를 선택할 수 있음은 물론이다.
(유기 발광층)
유기 발광층 재료는 소정 파장의 빛을 얻기 위해서 공지된 화합물로부터 선택된다.
이러한 유기 화합물로는 예를 들면, 특허공개공보 제(평)10-153967호에 개시된 방향족 디아민 유도체(TPD), 옥시디아졸 유도체(PBD), 옥시디아졸다이머(OXD-8), 디스틸아릴렌 유도체(DSA), 베릴륨-벤조퀴놀린올 착체(Bebq), 트리페닐아민 유도체(MTDATA), 루부렌, 퀴나크리돈, 트리아졸 유도체, 폴리페닐렌, 폴리알킬플루오렌, 폴리알킬티오펜, 아조메틴아연 착체, 폴리피린아연 착체, 벤조 옥사졸아연 착체, 페난트롤린유로퓸 착체 등을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로는 유기 발광층의 재료로는 특허공개공보 제(소)63-70257호, 동 63-175860호, 특허공개공보 제(평)2-135361호, 동 2-135359호, 동 3-152184호, 또한, 동 8-248276호 및 동 10-153967호에 기재되어 있는 것 등, 공지된 것을 사용할 수 있다. 이들 화합물은 단독으로 사용할 수 있으며, 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
(광학부재)
광학부재의 매질층으로는 공지된 무기 재료 및 유기 재료를 사용할 수 있다.
대표적인 무기 재료로는 예를 들면 특허공개공보 제(평)5-273427호에 개시되어 있는 바와 같은 TiO2, TiO2-SiO2혼합물, ZnO, Nb205, Si3N4, Ta205, HfO2또는 ZrO2등을 예시할 수 있다.
또한, 대표적인 유기 재료로는 각종 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 등, 공지된 수지를 사용할 수 있다. 이들의 수지는 층의 형성방법등을 고려하여 적절하게 선택된다. 예를 들면, 열 및 빛의 적어도 한쪽의 에너지에 의해 경화할 수 있는 수지를 사용함으로써, 범용의 노광장치나 베이크킹 화로, 보온기 등을 이용할 수 있다.
이러한 물질로는 예를 들면, 본원 출원인에 의한 특허원 제(평)10-279439호에 개시된 자외선 경화형 수지가 있다. 자외선 경화형 수지로는 아크릴계 수지가 적합하다. 여러가지 시판 중인 수지나 감광제를 이용함으로써, 투명성이 우수하며, 또한 단기간의 처리로 경화 가능한 자외선 경화형 아크릴계 수지를 얻을 수 있다.
자외선 경화형 아크릴계 수지의 기본 구성의 구체적인 예에서는 예비 중합체, 올리고머, 또는 단량체를 들 수 있다.
예비 중합체 또는 올리고머로는 예를 들면, 에폭시아크릴레이트류, 우레탄아크릴레이트류, 폴리에스테르아크릴레이트류, 폴리에테르아크릴레이트류, 스피로아세탈계 아크릴레이트류 등의 아크릴레이트류, 에폭시메타크릴레이트류, 우레탄메타크릴레이트류, 폴리에스테르메타크릴레이트류, 폴리에테르메타크릴레이트류 등의 메타크릴레이트류 등을 이용할 수 있다.
단량체로는 예를 들면, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트, N-비닐-2-필롤리돈, 카르비톨아크릴레이트, 테트라하이드로푸루푸릴아크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 디사이클로펜테닐아크릴레이트, 1,3-부탄디올아크릴레이트 등의 단일관능성 단량체, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디메타크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 펜타에리스리톨디아크릴레이트 등의 2관능성 단량체, 트리메틸올프로벤트리아크릴레이트, 트리메틸올프로벤트리메타크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트, 디벤타에리스리톨헥사아크릴레이트 등의 다관능성 단량체를 이용할 수 있다.
이상, 광학부재의 매질을 구성하는 무기 재료 또는 유기 재료를 예시하였지만, 매질층으로는 유기 발광층이 매질층으로서 기능하는 경우에는 이 층을 구성하는 재료도 채용할 수 있다.
(홀 수송층)
필요에 따라 설정된 홀 수송층의 재료로는 공지된 빛 전도 재료의 홀 주입재료로 사용되는 것 또는 유기 발광 장치의 홀 주입층에 사용되는 공지된 것 중에서 선택적으로 사용할 수 있다. 홀 수송층의 재료는 홀의 주입 또는 전자의 장벽성 중의 어느 하나의 기능을 갖는 것이며, 유기물 또는 무기물 모두 가능하다. 이의 구체적인 예로는 특허공개공보 제(평)8-248276호에 개시되어 있는 것을 예시할 수 있다.
(전자 수송층)
필요에 따라 설정된 전자 수송층의 재료로는 음극으로부터 주입된 전자를 유기 발광층에 전달하는 기능을 갖고 있으면 되고, 재료는 공지된 물질로부터 선택할 수 있다. 구체적인 예에서는 특허공개공보 제(평)8-248276호에 개시된 것을 예시할 수 있다.
(전극층)
필요에 따라 설정된 음극으로는 일함수가 작은(예를 들면 4eV 이하) 전자 주입성 금속, 합금 용기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이러한 전극 물질로는 예를 들면 특허공개공보 제(평)8-248276호에 개시된 것을 사용할 수 있다.
필요에 따라 설정된 양극으로는 일함수가 큰(예를 들면 4eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 양극으로 광학적으로 투명한 재료를 사용하는 경우에는 CuI, ITO, Sn02, ZnO 등의 도전성 투명재료를 사용할 수 있으며, 투명성을 필요로 하지 않는 경우에는 쇠 등의 금속을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 광학부재는 포토닉스 밴드 갭을 구성하도록, 매질층의 재료(이의 굴절율 등), 매질층의 형상, 격자나 기둥형 부분의 피치, 격자나 기둥형 부분의 수, 격자나 기둥형 부분의 종횡비 등이 조정된다.
본 발명에 있어서, 광학부재의 형성 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지된 방법을 사용할 수 있다. 그 대표적인 예를 이하에 예시한다.
① 리소그래피에 의한 방법
포지티브 또는 네거티브 레지스트를 자외선이나 X선 등으로 노광 및 현상하여, 레지스트층을 패터닝함으로써, 광학부재를 작성한다. 폴리메틸메타크릴레이트또는 노볼락계 수지 등의 레지스트를 사용한 패터닝의 기술로는 예를 들면 특허공개공보 제(평)6-224115호, 동 7-20637호 등이 있다.
또한, 폴리이미드를 포토리소그래피에 의해 패터닝하는 기술로는 예를 들면 특허공개공보 제(평)7-181689호 및 동1-221741호 등이 있다. 또한, 레이저 어브레이션을 이용하여, 유리 기판상에 폴리메틸메타크릴레이트 또는 산화티타늄의 광학부재를 형성하는 기술로서, 예를 들면 특허공개공보 제(평)10-59743호가 있다.
② 빛 조사에 의한 굴절율 분포의 형성에 의한 방법
광 도파로의 광도파부에 굴절율 변화를 생기게 하는 파장의 빛을 조사하여, 광도파부에 굴절율이 다른 부분을 주기적으로 형성함으로써 광학부재를 형성한다. 이러한 방법으로는 특히, 중합체 또는 중합체 전구체의 층을 형성하여, 빛 조사 등에 의해 부분적으로 중합을 행하여, 굴절율이 다른 영역을 주기적으로 형성시켜 광학부재로 하는 것이 바람직하다. 이러한 종류의 기술로서, 예를 들면, 특허공개공보 제(평)9-311238호, 동9-178901호, 동 8-15506호, 동 5-297202호, 동 5-32523호, 동 5-39480호, 동 9-211728호, 동 10-26702호, 동 10-8300호, 및 동 2-51101호등이 있다.
③ 스템핑에 의한 방법
열가소성 수지를 사용한 조밀 핫 스템핑(특허공개공보 제(평)6-201907호),자외선 경화형 수지를 사용한 스템핑(특허원 제(평)10-279439호), 전자선 경화형 수지를 사용한 스템핑(특허공개공보 제(평)7-235075호) 등의 스템핑에 의해 광학부재를 형성한다.
④ 에칭에 의한 방법
리소그래피 및 에칭 기술을 사용하여, 박막을 선택적으로 제거하여 패터닝함으로, 광학부재를 형성한다.
이상, 광학부재의 형성방법에 대해서 기술하였지만, 요약하면, 광학부재는 서로 다른 굴절율을 갖는 적어도 2영역의 주기 구조를 가지면 되며, 예를 들면, 굴절율이 다른 2종의 재료에 의해 2영역을 형성하는 방법, 일종의 재료를 부분적으로 변성시키는 등으로, 굴절율이 다른 2영역을 형성하는 방법, 등에 의해 형성할 수 있다.
또한, 발광 장치의 각 층은 공지된 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 유기 발광층은 그 재질에 따라 적합한 막 형성 방법이 선택되며, 구체적으로는 증착법, 스핀 코팅법, LB법, 잉크 제트법 등을 예시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 장치를 모식적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 장치를 모식적으로 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 장치를 모식적으로 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 장치를 모식적으로 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광 장치를 모식적으로 나타낸 단면도.
도 6은 도 5에 나타낸 발광 장치를 모식적으로 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광 장치의 변형예를 모식적으로 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광 장치의 변형예를 모식적으로 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 장치를 모식적으로 나타낸 사시도면.
도 10은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 장치의 변형예를 모식적으로 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 장치의 변형예를 모식적으로 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 발광 장치의 변형예를 모식적으로 나타낸 도면.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광 장치의 변형예를 모식적으로 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 기판 20: 양극
30: 음극 40: 유기 발광층
100: 제 1 회절 격자 200: 제 2 회절 격자
300: 결함부 400: 적층부
1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000: 발광 장치.
이하에 예시하는 실시예 중, 제 1 내지 제 4 실시예는 직교하는 2개의 회절 격자를 포함하는 광학부재를 갖는 예이다. 제 5 및 제 6 실시예는 격자점을 구성하는 기둥형부를 포함하는 광학부재를 갖는 예이다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 실시예에 따른 발광 장치(1000)를 모식적으로 나타낸 단면을 갖는 사시도이다. 발광 장치(1000)는 기판(10), 양극(20), 유기 발광층(40), 음극(30), 제 1 광학부재(회절 격자)(100) 및 제 2 광학부재(회절 격자)(200)를 갖는다.
제 1 회절 격자(100)는 그 형상(치수)이나 매질의 조합에 의거하여, 제 1 방향(X 방향)에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다. 제 2 회절 격자(200)는 그 형상(치수)이나 매질의 조합에 의거하여, X 방향과 직교하는 Y 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다. 그리고, 제 1 회절 격자(100)는 제 2 회절 격자(200)의 주기방향(다른 매질층이 주기적으로 반복되는 방향)의 중간에 형성되며, 제 1 회절 격자(100)의 위쪽 및 아래쪽에 각각 제 2 회절 격자가 연속하는 상태로 형성되어 있다.
제 1 회절 격자(100)는 굴절율이 다른 제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120)이 교대로 배열되어 있다. 제 2 회절 격자(200)는 굴절율이 다른 제 1 매질층(210)과 제 2 매질층(220)이 교대로 배열되어 있다.
제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120) 및 제 1 매질층(210)과 제 2 매질층(220)은 각각 주기적인 분포에 의해 포토닉스 밴드 갭을 형성할 수 있는 물질이면 되고, 그 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1 회절 격자(100)에 있어서는 한쪽의 매질층으로서 공기 등의 기체로도 가능하다. 이와 같이, 기체의 층으로 소위 에어 갭 구조의 회절 격자를 형성하는 경우에는 발광 장치에 사용하는 일반적인 재료의 선택 범위에서, 회절 격자를 구성하는 2매질층의 굴절율 차를 크게 할 수 있다.
제 1 회절 격자(100)의 하면에는 양극(20)이 형성되고, 제 1 회절 격자(100)의 상면에는 음극(30)이 형성되어 있다. 이들의 양극(20) 및 음극(30)은 출사광에 대하여 광학적으로 투명하다. 음극(20)과 음극(30)의 위치는 반대라도 무방하다. 이것은 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
제 1 회절 격자(100)는 결함부(300)를 갖고, 이 결함부(300)는 유기 발광층(40)으로 구성되어 있다. 즉, 본 실시예에서는 제 1 회절 격자(100)의 결함부(300)는 발광층(40)으로서도 기능한다. 결함부(300)는 그 결함에 기인하는 에너지 준위가, 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼 내에 존재하도록 형성된다. 이에 반해, 제 2 회절 격자(200)의 포토닉스 밴드 갭은 적어도 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼의 파장 대역을 포함하며, 유기 발광층(40)에서 발생한 빛이 제 2 회절 격자(200)를 전파하지 않도록 설정된다. 즉, 제 1 회절 격자(100), 양극(20) 및 음극(30)으로 구성된 적층부(400)는 제 2 회절 격자(200)의 결함부로서 기능하지 않도록, 제 2 회절 격자(200)의 적어도 1페어의 격자를 구성한다.
본 실시예에서는 제 1 회절 격자(100)를 구성하는 결함부(300)에서 일방향측의 회절 격자(100a)와 다른측의 회절 격자(100b)의 빛의 차폐 상태에서 차를 설정함으로써, 출사광의 방향을 규정할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, X 방향에서, 결함부(300)의 좌측으로부터 빛을 출사시키고자 하는 경우에는 한쪽의 회절 격자(100a)의 빛의 차폐 상태를 다른쪽의 회절 격자(100b)의 빛의 차폐 상태보다 약하게 하면 된다. 회절 격자의 빛의 차폐의 강약은 회절 격자의 페어수, 광학부재를 구성하는 매질층의 굴절율 차 등을 고려함으로써, 바람직하게는 회절 격자의 페어수에 따라 조절할 수 있다. 또한, 양자의 회절 격자(100a 및 100b)의 빛의 차폐를 동일한 정도로 하면, 제 1 회절 격자(100)의 양측면에서 동일한 정도의 강약으로 빛을 출사시킬 수 있다. Y 방향에서는 제 2 회절 격자(200)를 구성하는 적층부(400)의 상하의 회절 격자(200a 및 200b)에 의해 빛의 차폐가 이루어진다.
본 실시예의 발광 장치(1000)는 X 방향의 포토닉스 밴드 갭을 갖는 제 1 회절 격자(100) 및 Y 방향의 포토닉스 밴드 갭을 갖는 제 2 회절 격자(200)에 의해, 빛을 차폐하므로, X 방향 및 Y 방향의 2차원에서의 빛 전파가 제어된다. 그리고, 그 밖의 방향에는 누출 모드의 빛의 전파가 허용된다. 이들 누출 모드의 빛의 전파를 억제하기 위해서, 필요에 따라, 빛의 차폐를 목적으로, 도시하지 않은 클래드층이나 유전체 다층 미러를 설정할 수 있다. 이것은 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
다음에, 이 발광 장치(1000)의 동작 및 작용에 대해서 설명한다.
양극(20)과 음극(30)에 소정의 전압이 인가됨으로써, 음극(30)으로부터 전자가, 양극(20)으로부터 홀이, 각각 유기 발광층(40)내에 주입된다. 유기 발광층(40)내에서는 이러한 전자와 홀이 재결합됨으로써 여기가 생성된다. 그리고, X 방향의 제 1 회절 격자(100)에서는 결함부(300)(유기 발광층(40))의 결함에 기인하는 에너지 준위의 빛이 전파되고, Y 방향의 제 2 회절 격자(200)에서는 빛의 전파가 없다. 즉, 제 1 회절 격자(100)의 포토닉스 밴드 갭에 상당하는 파장 대역의 빛은 제 1 회절 격자(100)내를 전파할 수 없지만, 유기 발광층(40)에서 발생한 여기자는 결함에 기인하는 에너지 준위에서 기저상태로 되돌아가고, 이 에너지 준위에 상당하는 파장 대역의 빛만이 발생한다. 따라서, 상기 결함에 기인하는 에너지 준위에 의해 규정된 파장의 빛은 X 방향에서 빛의 차폐가 약한 방향으로 우선적으로 출사된다. 이 빛은 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁아서 높은 효율을 갖는다.
또한, 본 실시예에서는 Y 방향에서 발광층(40)이 결함이 되도록 형성함으로써, Y 방향에서의 빛의 출사를 행할 수 있다.
특히, 본 실시예에서는 유기 발광층을 갖고 있고, 이 발광 장치(1000)는 반도체를 사용한 경우와 동일하게, 발광층의 계면이 불규칙한 상태가 되기도 하고, 또는 불순물의 영향을 받기 쉬운 난점을 가지지 않으므로, 우수한 포토닉스 밴드 갭에 의한 특성을 얻게 된다. 이것은 아래에 기술되는 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
발광 장치(1000)의 회절 격자(100, 200) 제조방법 및 각 층을 구성하는 재료등에 대해서는 앞에서 기술된 방법 또는 재료 등을 절절하게 사용할 수 있다. 또한, 홀 수송층 및 전자 수송층을 필요에 따라, 유기 발광층과 전극 사이에 설정할 수 있다. 이들 제조방법, 재료 및 구성에 대해서는 아래에 기술되는 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
(제 2 실시예)
도 2는 본 실시예에 따른 발광 장치(2000)를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 발광 장치(2000)는 제 1 실시예에 따른 발광 장치(1000)와 기본적 구조는 유사하지만, 제 1 회절 격자(100)의 구성 및 출사광의 방향은 발광 장치(1000)와 다르다. 발광 장치(2000)는 기판(10), 양극(20), 유기 발광층(40), 음극(30), 제 1 회절 격자(100) 및 제 2 회절 격자(200)를 갖는다.
제 1 회절 격자(100)는 제 1 방향(X 방향)에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다. 제 2 회절 격자(200)는 X 방향과 직교하는 Y 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다. 그리고, 제 1 회절 격자(100)는 제 2 회절 격자(200)의 주기방향의 중간에 형성되고, 제 1 회절 격자(100)의 위쪽 및 아래쪽에 각각 제 2 회절 격자가 연속하는 상태로 형성되어 있다.
제 1 회절 격자(100)는 굴절율이 다른 제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120)이 교대로 배열되어 있다. 그리고, 제 2 매질층(120)은 유기 발광층(40)에 의해 형성되어 있다. 제 2 회절 격자(200)는 굴절율이 다른 제 1 매질층(210)과 제 2 매질층(220)이 교대로 배열되어 있다.
제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120) 및 제 1 매질층(210)과 제 2 매질층(220)은 각각 주기적인 분포에 의해 포토닉스 밴드 갭을 형성할 수 있는 물질이면 되고, 그 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1 회절 격자(100)에서는 제 1 매질층(110)은 공기 등의 기체라도 가능하다. 이와 같이, 기체의 층으로 소위 에어 갭 구조의 회절 격자를 형성하는 경우에는 발광 장치에 사용하는 일반적인 재료의 선택 범위에서, 회절 격자를 구성하는 2매질층의 굴절율차를 크게 할 수 있다.
제 1 회절 격자(100)의 하면에는 양극(20)이 형성되고, 제 1 회절 격자(100)의 상면에는 음극(30)이 형성되어 있다. 이들 양극(20) 및 음극(30)은 출사광에 대하여 광학적으로 투명하다.
제 1 회절 격자(100), 양극(20) 및 음극(30)으로 구성되는 적층부(400)는 제 2회절 격자(200)의 결함부로서 기능하고 있다. 그리고, 제 1 회절 격자(100)는 유기 발광층(40)(제 2 매질층(120))을 갖고, 발광층으로서도 기능하고 있다. 결함부(적층부(400))는 그 결함에 기인하는 에너지 준위가, 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼 내에 존재하도록 형성된다. 이에 반해, 제 1 회절 격자(100)의 포토닉스 밴드 갭은 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼 내에 결함이 존재하지 않도록 설정된다.
본 실시예에서는 제 2 회절 격자(200)를 구성하는 결함부(적층부(400))에서 일방향측의 회절 격자(200a)와 다른측의 회절 격자(200b)의 빛의 차폐 상태에서 차를 설정함으로써, 출사광의 방향을 규정할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 결함부(400)의 아래쪽으로부터 빛을 출사시키고자 하는 경우에는 한쪽의 회절 격자(200a)의 빛의 차폐 상태를 다른쪽의 회절 격자(200b)의 빛의 차폐 상태보다 약하게 하면 된다. 회절 격자의 빛의 차폐의 강약은 회절 격자의 페어수, 광학부재를 구성하는 매질층의 굴절율 차 등을 고려함으로써 조절할 수 있다. 또한, 양자의 회절 격자(200a 및 200b)의 빛의 차폐를 같은 정도로 하면, 제 2 회절 격자(200)의 양측에서 동일한 강도로 빛을 출사시킬 수 있다.
본 실시예의 발광 장치(2000)는 제 1 실시예와 동일하게, X 방향의 포토닉스 밴드 갭을 갖는 제 1 회절 격자(100) 및 Y 방향의 포토닉스 밴드 갭을 갖는 제 2 회절 격자(200)에 의해, 빛이 차폐되므로, X 방향 및 Y 방향의 2차원에서의 빛 전파가 제어된다. 그리고, 그 밖의 방향에는 누출 모드의 빛의 전파가 허용된다.
다음에, 이 발광 장치(2000)의 동작 및 작용에 대해서 설명한다.
양극(20)과 음극(30)에 소정의 전압이 인가됨으로써, 음극(30)으로부터 전자가, 양극(20)으로부터 홀이, 유기 발광층(40)내에 주입된다. 유기 발광층(40)내에서는 이 전자와 홀이 재결합됨으로써 여기자가 생성된다. 그리고, Y 방향의 제 2 회절 격자(200)에서는 결함부(적층부(400))의 결함에 기인하는 에너지 준위의 빛을 전파하고, X 방향의 제 1 회절 격자(100)에서는 빛의 전파가 없다. 즉, 제 2 회절 격자(200)의 포토닉스 밴드 갭에 상당하는 파장 대역의 빛은 제 2 회절 격자(200)내를 전파할 수 없지만, 결함부(적층부(400))의 유기 발광층(40)에서 발생한 여기자는 결함에 기인하는 에너지 준위에서 기저상태에 되돌아가고, 이 에너지 준위에 상당하는 파장 대역의 빛만이 발생한다. 따라서, 상기 결함에 기인하는 에너지 준위에 의해 규정된 파장의 빛은 Y 방향에서 빛의 차폐가 약한 방향에 우선적으로 출사된다. 이 빛은 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁아서 높은 효율을 갖는다.
(제 3 실시예)
도 3은 본 실시예에 따른 발광 장치(3000)를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 발광 장치(3000)는 기판(10), 양극(20), 유기 발광층(40), 음극(30), 제 1 광학부재(회절 격자)(100) 및 제 2 광학부재(회절 격자)(200)를 갖는다.
제 1 회절 격자(100)는 제 1 방향(X 방향)에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다. 제 2 회절 격자(200)는 X 방향과 직교하는 Y 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다. 그리고, 제 1 회절 격자(100)는 제 2 회절 격자(200)의 주기방향의 중간에 형성되며, 제 1 회절 격자(100)의 위쪽 및 아래쪽에 각각 제 2 회절 격자가 연속하는 상태로 형성되어 있다.
제 1 회절 격자(100)는 굴절율이 다른 제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120)이 교대로 배열되어 있다. 그리고, 제 2 매질층(120)은 유기 발광층(40)에 의해 형성되어 있다. 제 1 매질층(110)은 제 2 회절 격자(200)의 주기방향에도 연속하여 형성되어 있다. 제 2 회절 격자(200)는 굴절율이 다른 제 1 매질층(210)과 제 2 매질층(220)이 교대로 배열되어 있다.
제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120) 및 제 1 매질층(210)과 제 2 매질층(220)은 각각 주기적인 분포에 의해 포토닉스 밴드 갭을 형성할 수 있는 물질이면 되고, 그 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1 회절 격자(100)에서는 제 1 매질층(110)은 공기등의 기체라도 가능하다. 이와 같이, 기체의 층으로 소위 에어 갭 구조의 회절 격자를 형성하는 경우에는 발광 장치에 사용하는 일반적인 재료의 선택 범위에서, 회절 격자를 구성하는 2매질층의 굴절율 차를 크게 할 수 있다. 또한, 제 2 회절 격자(200)를 구성하는 제 1 매질층(210) 및 제 2 매질층(220) 중의 하나는 제 1 회절 격자(100)의 제 1 매질층(110)과 같은 재질이라도 가능하다.
제 1 회절 격자(100)의 제 2 매질층(120)(유기 발광층(40))의 하면에는 양극(20)이 형성되고, 제 2 매질층(120)(유기 발광층(40))의 상면에는 음극(30)이 형성되어 있다. 이들의 양극(20) 및 음극(30)은 출사광에 대하여 광학적으로 투명하다.
제 1 회절 격자(100)의 제 2 매질층(120), 양극(20) 및 음극(30)으로 구성되는 적층부(400)는 제 2 회절 격자(200)의 결함부로서 기능하고 있다. 그리고, 적층부(400)는 제 1 회절 격자(100)의 유기 발광층(40)(제 2 매질층(120))을 갖는 발광층에서서도 기능하고 있다. 결함부(적층부(400))는 그 결함에 기인하는 에너지 준위가, 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼 내에 존재하도록 형성된다. 이것에 대하여, 제 1 회절 격자(100)의 포토닉스 밴드 갭은 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼내에 결함이 존재하지 않도록 설정된다.
본 실시예에서는 제 2 회절 격자(200)를 구성하는 결함부(적층부(400))에서 일방향측의 회절 격자(200a)와 다른측의 회절 격자(200b)의 빛의 차폐 상태에서 차를 설정함으로써, 출사광의 방향을 규정할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 결함부(400)의 아래쪽으로부터 빛을 출사시키고자 하는 경우에는 한쪽의 회절 격자(200a)의 빛의 차폐 상태를 다른쪽의 회절 격자(200b)의 빛의 차폐 상태보다 약하게 하면 된다. 회절 격자의 빛의 차폐의 강약은 회절 격자의 페어수, 회절 격자를 구성하는 매질층의 굴절율 차 등을 고려함으로써 조절할 수 있다. 또한, 양자의 회절 격자(200a 및 200b)의 빛의 차폐를 같은 정도로 하면, 제 2 회절 격자(200)의 양사이드에서 동일한 강도로 빛을 출사시킬 수 있다.
본 실시예의 발광 장치(3000)는 제 1 실시예와 마찬가지로, X 방향의 포토닉스 밴드 갭을 갖는 제 1 회절 격자(100) 및 Y 방향의 포토닉스 밴드 갭을 갖는 제 2 회절 격자(200)에 의해, 빛을 차폐하므로, X 방향 및 Y 방향의 2차원에서의 광전파가 제어된다. 그리고, 그 밖의 방향에는 누출 모드의 빛의 전파가 허용된다.
다음에, 이 발광 장치(3000)의 동작 및 작용에 대해서 설명한다.
양극(20)과 음극(30)에 소정의 전압이 인가됨으로써, 음극(30)으로부터 전자가, 양극(20)으로부터 홀이, 유기 발광층(40)내에 주입된다. 유기 발광층(4O) 내에서는 이 전자와 홀이 재결합됨으로써 여기자가 생성된다. 그리고, Y 방향의 제 2 회절 격자(200)에서는 결함부(적층부(400))의 결함에 기인하는 에너지 준위의 빛이 전파하고, X 방향의 제 1 회절 격자(100)에서는 빛의 전파가 없다. 즉, 제 2 회절 격자(200)의 포토닉스 밴드 갭에 상당하는 파장 대역의 빛은 제 2 회절 격자(200)내를 전파할 수 없지만, 결함부(적층부(400))의 유기 발광층(40)에서 발생한 여기자는 결함에 기인하는 에너지 준위에서 기저상태로 되돌아가고, 이 에너지 준위에 상당하는 파장 대역의 빛 만이 발생한다. 따라서, 상기 결함에 기인하는 에너지 준위에 의해 규정된 파장의 빛은 Y 방향에서 빛의 차폐가 약한 방향에 우선적으로 출사된다. 이 빛은 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁고 높은 효율을 갖는다.
본 실시예에서는 회절 격자(100, 200)를 구성하는 매질층(유기 발광층을 포함한다), 양극(20), 음극(30) 등을 기판(10)상에 퇴적한 후, 기판(10)에 수직방향에 홈을 형성하고, 이 홈내에 제 1 매질층(110)을 매립함으로써, 또는 에어 갭의 경우는 홈을 이용하여, 비교적 용이하게 발광 장치를 형성할 수 있다.
(제 4 실시예)
도 4는 본 실시예에 따른 발광 장치(4000)를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 발광 장치(4000)는 기판(10), 양극(20), 유기 발광층(40), 음극(60), 제 1 광학부재(회절 격자)(100) 및 제 2 광학부재(회절 격자)(200)를 갖는다.
제 1 회절 격자(100)는 제 1 방향(X 방향)에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다. 제 2 회절 격자(200)는 X 방향과 직교하는 Y 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다. 그리고, 제 1 회절 격자(100)는 제 2 회절 격자(200)의 주기방향의 중간에 형성되고, 제 1 회절 격자(100)의 위쪽 및 아래쪽에 각각 제 2 회절 격자가 연속하는 상태로 형성되어 있다.
제 1 회절 격자(100)는 굴절율이 다른 제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120)과가, 교대로 배열되어 있다. 그리고, 제 1 매질층(110)의 하나는 유기 발광층(40)에 의해 형성되어 있다. 제 2 회절 격자(200)는 굴절율이 다른 제 1 매질층(210)과 제 2 매질층(220)이 교대로 배열되어 있다. 그리고, 제 3 매질층(230)은 제 2 회절 격자(200)의 주기방향에 연속하여 형성되어 있다.
제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120) 및 제 1 매질층(210)과 제 2 매질층(220)은 각각 주기적인 분포에 의해 포토닉스 밴드 갭을 형성할 수 있는 물질이면 되고, 그 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1 회절 격자(100)의 제 2 매질층(120) 및 제 2 회절 격자(200)의 제 3 매질층(230)은 공기 등의 기체라도 가능하다. 이와 같이, 기체의 층으로 소위 에어 갭 구조의 회절 격자를 형성하는 경우에는 발광 장치에 사용하는 일반적인 재료의 선택 범위에서, 회절 격자를 구성하는 2매질층의 굴절율 차를 크게 할 수 있다. 또한, 제 2 회절 격자(200)를 구성하는 제 1 매질층(210) 및 제 2 매질층(220) 중의 하나는 제 3 매질층(230)과 같은 재질이라도 가능하다. 또한, 제 3 매질층(230)은 제 1 회절 격자(100)의 제 2 매질층(120)과 같은 재료로 형성할 수 있다.
제 1 회절 격자(100)의 하면에는 양극(20)이 형성되고, 제 1 회절 격자(100)의 상면에는 음극(30)이 형성되어 있다. 이들의 양극(20) 및 음극(30)은 출사광에 대하여 광학적으로 투명하다.
유기 발광층(40)은 제 1 회절 격자(100)의 결함부(300)로서 기능을 하고 있다. 또한, 제 1 회절 격자(100), 양극(20) 및 음극(30)으로 구성된 적층부(400)는 제 2 회절 격자(200)의 결함부로서 기능하고 있다. 그리고, 적층부(400)는 제 1 회절 격자(100)의 유기 발광층(40)을 갖고, 발광층에서서도 기능하고 있다. 제 1 회절 격자(100)의 포토닉스 밴드 갭은, 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된다. 또한, 결함부(적층부(40O))는 그 결함에 기인하는 에너지 준위가, 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼내에 존재하도록 형성된다.
본 실시예에서는 제 1 및 제 2 회절 격자(100 및 200)의 양자에서 빛을 출사할 수 있다. 예를 들면, 제 1 회절 격자(100)를 구성하는 결함부(300)에서 일방향측의 회절 격자(100a)와 다른측의 회절 격자(100b)의 빛의 차폐 상태에서 차를 설정함으로써, 제 1 회절 격자(100)의 출사광의 방향을 규정할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 결함부(300)의 좌측으로부터 빛을 출사시키고자 하는 경우에는 한쪽의 회절 격자(100a)의 빛의 차폐 상태를 다른쪽의 회절 격자(100b)의 빛의 차폐 상태보다 약하게 하면 된다. 또한, 제 2 회절 격자(200)를 구성하는 결함부(적층부(400))에서 일방향측의 회절 격자(200a)와 다른측의 회절 격자(200b)의 빛의 차폐 상태에서 차를 설정함으로써, 출사광의 방향을 규정할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 결함부(400)의 아래쪽으로부터 빛을 출사시키고자 하는 경우에는 한쪽의 회절 격자(200a)의 빛의 차폐 상태를 다른쪽의 회절 격자(200b)의 빛의 차폐 상태보다 약하게 하면 된다. 회절 격자의 빛의 차폐의 강약은 회절 격자의 페어수, 회절 격자를 구성하는 매질층의 굴절율 차 등을 고려함으로써 조절할 수 있다.
또한, 양자의 회절 격자(100 및 200)의 각 회절 격자(100a, 100b, 200a 및 200b)의 빛의 차폐를 동일한 정도로 하면, 제 1 및 제 2 각 회절 격자(100, 200)의 양사이드(4방향)로부터 동일한 강도로 빛을 출사시킬 수 있다. 물론, 결함부에 기인하는 에너지 준위와 각 회절 격자의 포토닉스 밴드 갭의 관계를 규정함으로써, X 방향 또는 Y 방향 중 한방향에서만 빛을 출사시킬 수 있다.
본 실시예의 발광 장치(4000)는 제 1 실시예와 마찬가지로, X 방향의 포토닉스 밴드 갭을 갖는 제 1 회절 격자(100) 및 Y 방향의 포토닉스 밴드 갭을 갖는 제 2 회절 격자(200)에 의해, 빛이 차폐되므로, X 방향 및 Y 방향의 2차원에서의 광전파가 제어된다. 그리고, 그 밖의 방향에는 누출 모드의 빛의 전파가 허용된다.
다음에, 이 발광 장치(4000)의 동작 및 작용에 대해서 설명한다.
양극(20)과 음극(30)에 소정의 전압이 인가됨으로써, 음극(30)으로부터 전자가, 양극(20)으로부터 홀이, 유기 발광층(40)내에 주입된다. 유기 발광층(40)내에서는 이 전자와 홀이 재결합됨으로써 여기자가 생성된다. 그리고, Y 방향의 제 2 회절 격자(200)에서는 결함부(적층부(400))의 결함에 기인하는 에너지 준위의 빛이 전파하여, X 방향의 제 1 회절 격자(100)에서도 동일한 빛의 전파가 있다. 즉, 제 1 및 제 2 회절 격자(100 및 200)의 포토닉스 밴드 갭에 상당하는 파장 대역의 빛은 이들 회절 격자내를 전파할 수 없지만, 결함부((300) 및 적층부(400))의 유기 발광층(40)에서 발생한 여기자는 결함에 기인하는 에너지 준위에서 기저상태로 되돌아가고, 이 에너지 준위에 상당하는 파장 대역의 빛만이 발생한다. 따라서, 상기 결함에 기인하는 에너지 준위에 의해 규정된 파장의 빛은 X 방향 및 Y 방향에서, 빛의 차폐가 약한 방향에 우선적으로 출사된다. 이 빛은 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁고 높은 효율을 갖는다.
본 실시예에서는 제 2 회절 격자(200)를 구성하는 매질층(210, 220)을 퇴적한 후, 기판(10)에 수직방향에 홈을 형성하고, 이 홈내에 매질층(230)을 매립하여 아래쪽의 제 2 회절 격자(200a)를 형성한다. 계속해서, 음극(20), 제 1 회절 격자(100)를 구성하는 매질층(110, 120)(유기 발광층(40)을 포함한다), 음극(30)을 퇴적하여 제 1 회절 격자(100)를 형성한다. 또한, 아래쪽의 제 2 회절 격자(200a)와 동일하게 하여 위쪽의 제 2 회절 격자(200b)를 형성함으로써, 비교적 용이하게 발광 장치를 형성할 수 있다. 에어 갭을 갖는 경우는 상기의 홈을 이용하여 발광소자를 형성할 수 있다.
(제 5 실시예)
도 5는 본 실시예에 따른 발광 장치(5000)를 모식적으로 나타낸 단면도이고, 도 6은 도 5에서의 음극(30)을 제외한 상태의 평면도이다. 발광 장치(5000)는 기판(10), 양극(20), 유기 발광층(40), 음극(30), 광학부재(100)를 갖는다.
광학부재(100)는 기판(10)상에 소정의 배열 패턴으로 형성된 원주로 이루어진 제 1 매질층(110)과, 이들의 제 1 매질층(110)과 굴절율이 다르고, 또한 제 1 매질층(110)의 상호간을 메우는 제 2 매질층(120)으로 구성되어 있다. 제 1 매질층(110)은 정방 격자형의 패턴을 갖고 있다. 따라서, 이 광학부재(100)는 제 1 방향(X 방향)에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성하며, 또한, X 방향과 직교하는 Y 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다.
또한, 본 실시예에서는 매질층(110 및 120)의 굴절율의 조합, 치수(피치) 등을 조정하여, 도 6에서의 X축과 Y축에 대하여 45도 방향에서 주기적인 굴절율 분포를 형성하고, 2차원의 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있다.
제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120)이란, 주기적인 분포에 의해 포토닉스 밴드 갭을 형성할 수 있는 물질이면 되고, 그 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 광학부재(100)에 있어서는 제 1 매질층(110)와 제 2 매질층(120) 중의 어느 한쪽은 공기 등의 기체라도 된다. 이와 같이, 기체의 층으로 소위 에어 갭 구조의 광학부재를 형성하는 경우에는 발광 장치에 사용하는 일반적인 재료의 선택 범위에서, 광학부재를 구성하는 2매질층의 굴절율 차를 크게 할 수 있다.
광학부재(100)의 하면에는 양극(20)이 형성되고, 광학부재(100)의 상면에는 음극(30)이 형성되어 있다.
광학부재(100)를 구성하는 제 1 매질층의 하나는 유기 발광층(40)에 의해 형성되고, 이 유기 발광층(40)에 의해 결함부(300)가 구성되어 있다. 결함부(300)는 그 결함에 기인하는 에너지 준위가, 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼내에 존재하도록 형성된다. 그리고, 결함부(300)의 위치 및 형상등을 특정함으로써, 빛의 출사 방향을 규정할 수 있다. 즉, 1방향에서 빛을 출사시키는 경우에는 광학부재(100)의 포토닉스 밴드 갭은 X 방향 또는 Y 방향 중의 하나에 대해서는 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼 내에 결함이 존재하지 않도록 설정된다. 또한, 예를 들면, 광학부재(100)를 구성하는 결함부(300)의 위치 및 형상 등에 따라서는 X 방향 및 Y 방향의 양자로부터 빛을 출사시킬 수 있다.
본 실시예의 발광 장치(5000)는 정방 격자를 갖는 광학부재(100)에 의해, X 방향 및 Y 방향의 2차원에서의 광전파가 조절된다. 그리고, 그 밖의 방향에는 누출 모드의 빛의 전파가 허용된다.
다음에 이 발광 장치(5000)의 동작 및 작용에 대해서 설명한다.
양극(20)과 음극(30)에 소정의 전압이 인가됨으로써, 음극(30)으로부터 전자가, 양극(20)으로부터 홀이, 각각 유기 발광층(40)내에 주입된다. 유기 발광층(40)내에서는 이 전자와 홀이 재결합됨으로써 여기자가 생성된다. 그리고, 광학부재(100)에서는 X 방향 또는 Y 방향 중의 한방향에서, 결함부(300)(유기 발광층(40))의 결함에 기인하는 에너지 준위의 빛이 전파되며, 그 이외의 방향에서, 빛의 전파가 없다. 즉, 광학부재(100)의 포토닉스 밴드 갭에 상당하는 파장 대역의 빛은 광학부재(100)내를 전파할 수 없지만, 결함부(300)의 유기 발광층(40)에서 발생한 여기자는 결함에 기인하는 에너지 준위로 기저상태로 되돌아가고, 이 에너지 준위에 상당하는 파장 대역의 빛만이 발생한다. 따라서, 상기 결함에 기인하는 에너지 준위에 의해 규정된 파장의 빛은 X 방향 또는 Y 방향에서의 빛의 차폐가 약한 방향으로 출사된다. 이 빛은 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁아서 높은 효율을 갖는다.
본 실시예에서는 광학부재(100)는 기판(10)상에 양극(20)을 형성한 후, 제 1 매질층(원주)(110)을 형성하고, 그 후, 제 2 매질층(120)을 제 1 매질층(110)의 사이에 퇴적시킴으로써 형성할 수 있다. 제 2 매질층(120)을 에어 갭으로 하는 경우는 제 2 매질층(120)을 메꾸지 않는 것에 의해 발광 장치를 형성할 수 있다.
(광학부재의 변형예)
제 5 실시예에서는 광학부재로서, 도 7, 도 8 및 도 13a 내지 13c에 예시하는 구조를 채용할 수 있다. 이들의 도면에 있어서, 도 5 및 도 6에 나타낸 부재와 동일한 부재에는 동일 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다.
(A) 도 7은 광학부재를 삼각 격자형으로 형성한 예를 예시한다. 이 광학부재의 경우, 2차원에 있어서, 3방향(a, b 및 c 방향)에서, 빛의 전파가 규제되므로, X 방향 및 Y 방향의 2방향에 비해 더욱 빛의 차폐가 크고, 출사광의 효율을 더욱 높일 수 있다.
(B) 도 8은 광학부재를 벌집형상으로 형성한 예를 예시한다. 이 광학부재의 경우도, 2차원에 있어서, 3방향(a, b 및 c 방향)에서, 빛의 전파가 규제되므로, X 방향 및 Y 방향의 2방향에 비해 더욱 빛의 차폐가 크고, 출사광의 효율을 더욱 높일 수 있다. 특히, 도 8에 나타낸 벌집형태의 광학부재의 경우에는 임의의 편파에서의 차폐가 가능하다.
(C) 도 13a 내지 도 13c는 광학부재를 정방 격자형으로 형성한 다른 예를 나타낸다. 도 13a에 나타낸 광학부재는 결함부(300)를 유기 발광층(40)으로 형성하고, 또한, 결함부(400)를 제 2 매질층(120)의 일부에 형성한 구조를 갖는다. 도 13b에 나타낸 광학부재는 제 2 매질층(120)으로서 유기 발광층(40)을 사용한 구조를 갖는다. 그리고, 제 1 매질층(110)의 일부를 불규칙하게 하여, 예를 들면 제 1 매질층을 일부 형성하지 않는 것 등으로, 결함부를 구성한다. 도 13c의 광학부재는 제 1 매질층(110)의 일부를 불규칙하게 하여 예를 들면 제 1 매질층을 일부 형성하지 않은 것 등으로, 결함부를 구성하는 구조를 갖는다. 또한, 제 1 매질층(110)은 유기 발광층(40)에 의해 형성된 구조를 갖는다.
(제 6 실시예)
도 9는 본 실시예에 따른 발광 장치(6000)를 모식적으로 나타낸 단면도를 갖는 사시도이다. 발광 장치(6000)는 기판(10), 양극(20), 유기 발광층(40), 음극(30), 광학부재(100)를 갖는다. 본 실시예의 광학부재(100)는 정방 격자형인 점에서 제 5 실시예와 유사하지만, 기판(10)에 대한 격자의 방향이 다르다.
광학부재(100)는 기판(10)에 대하여 수직인 면에서 소정 패턴을 갖는 각 기둥형의 제 1 매질층(110)과, 이 제 1 매질층(110)과 굴절율이 다르고, 또한 제 1 매질층(110)의 상호간을 메우는 각 기둥형상의 제 2 매질층(120)으로 구성되어 있다. 제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120)은 기판(10)에 대하여 직교하는 면에서, 모자이크 형상을 이루고 있다. 따라서, 이 광학부재(100)는 제 1 방향(X 방향)에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성하며, 또한, X 방향과 직교하는 Y 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 소정의 파장 대역에 대하여 포토닉스 밴드 갭을 구성한다.
제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120)은 주기적인 분포에 의해 포토닉스 밴드 갭을 형성할 수 있는 물질이면 되고, 그 재질은 특별히 한정되지 않는다.
광학부재(100)의 앞면(도 9에 있어서, 기판(10)에 대하여 수직인 앞의 면)에는 양극(20)이 형성되고, 광학부재(100)의 뒷면(도 9에 있어서, 기판(10)에 대하여 수직인 후방의 면)에는 음극(30)이 형성되어 있다.
광학부재(100)를 구성하는 제 1 매질층의 하나는 유기 발광층(40)에 의해 형성되고, 이 유기 발광층(40)에 의해 결함부(300)가 구성되어 있다. 결함부(300)는 그 결함에 기인하는 에너지 준위가, 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼내에 존재하도록 형성된다. 그리고, 결함부(300)의 위치나 형성 등을 특정함으로써, 빛의 출사 방향을 규정할 수 있다. 즉, 광학부재(100)의 포토닉스 밴드 갭은, X 방향 또는 Y 방향 중의 하나에 대해서는 유기 발광층(40)의 전류 여기에 의한 발광 스펙트럼내에 결함이 존재하지 않도록 설정된다. 또한, 광학부재(100)는 예를 들면, 광학부재(100)를 구성하는 결함부(300)의 위치나 형성에 의해 X 방향 및 Y 방향의 양자로부터 빛을 출사시킬 수 있다.
본 실시예의 발광 장치(6000)는 정방 격자를 갖는 광학부재(100)에 의해, X 방향 및 Y 방향의 2차원에서의 광전파가 제어된다. 그리고, 그 밖의 방향에는 누출 모드의 빛의 전파가 허용된다.
다음에, 이 발광 장치(6000)의 동작 및 작용에 대해서 설명한다.
양극(20)과 음극(30)에 소정의 전압이 인가됨으로써, 음극(30)으로부터 전자가, 양극(20)으로부터 홀이, 유기 발광층(40)내에 주입된다. 유기 발광층(40)내에서는 이 전자와 홀이 재결합됨으로써 여기자가 생성된다. 그리고, X 방향 또는 Y 방향의 한쪽의 방향에서, 결함부(300)(유기 발광층(40))의 결함에 기인하는 에너지 준위의 빛이 전파하고, X 방향 또는 Y 방향의 다른쪽 방향으로 광학부재(100)에서는 빛의 전파가 없다. 즉, 광학부재(100)의 포토닉스 밴드 갭에 상당하는 파장 대역의 빛은 광학부재(100)내를 전파할 수 없지만, 결함부(300)의 유기 발광층(40)에서 발생한 여기자는 결함에 기인하는 에너지 준위에서 기저상태로 되돌아가고, 이 에너지 준위에 상당하는 파장 대역의 빛 만이 발생한다. 따라서, 상기 결함에 기인하는 에너지 준위에 의해 규정된 파장의 빛은 X 방향 또는 Y 방향에서의 에너지 준위가 존재하는 방향으로 빛의 차폐가 약한 방향으로 출사된다. 이 빛은 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁아서 높은 효율을 갖는다.
본 실시예에서는 광학부재(100)는 기판(10)상에 제 1 층째의 매질층, 즉 제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120)이 교대로 나열되는 층을 형성하여, 제 2층째의 매질층으로서, 제 1층째의 매질층의 제 1 매질층(110) 위에 제 2 매질층(120)이 위치하고, 제 2 매질층(120) 위에 제 1 매질층(110)이 위치하도록, 각 매질층을 형성한다. 그리고, 순차 이것을 되풀이하여, X-Y 평면에 있어서 모자이크형상의 매질층을 형성한다. 어느 하나의 매질층을 형성할 때에, 결함부(300)(유기 발광층(40))를 형성한다.
(광학부재의 변형예)
도 10 및 도 11은 제 6 실시예의 광학부재의 변형예를 예시한다. 이들 도면에 있어서, 도 9에 나타낸 부재와 같은 부재에는 동일 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다. 도 10은 광학부재를 삼각 격자형으로 형성한 예를 예시한다. 도 11은 광학부재를 벌집형상으로 형성한 예를 예시한다. 어느쪽의 경우에도, 2차원에서, 3방향(a, b 및 c 방향)에서, 빛의 전파가 규제되므로, X 방향 및 Y 방향의 2방향에 비해 더욱 빛의 차폐가 강하고, 출사광의 효율을 더욱 높일 수 있다. 특히, 도 11에 나타낸 벌집형상의 광학부재의 경우에는 임의의 편파에서의 차폐가 가능하다.
(제 7 실시예)
도 12는 본 실시예에 따른 발광 장치를 모식적으로 나타낸 평면도이다. 이 발광 장치에는 결함부(300)를 구성하는 유기 발광층(40)를 중심으로 하여, 그 주위에 제 1 매질층(110)과 제 2 매질층(120)이 교대로 동심 원형으로 배치되어 있다. 이 구조의 발광 장치에서는 2차원 방향의 모두에서 빛의 전파가 규제되며, 또한 빛의 차폐가 강하다. 이 예의 경우, 결함부를 구성하는 유기 발광층(40)은 평면형상이 타원형을 이루고 있지만, 그 외에도 결함으로서 기능하면 그 형상은 특정되지 않는다. 이러한 구조의 발광 장치에 있어서도, 유기 발광층이나 매질층의 배치 및 형상 등을 규정함으로써, 적어도 한편으로부터 빛을 출사시킬 수 있다.
또한, 도 12에 나타낸 동심 원형의 굴절율 분포를 갖는 광학부재를, 다른 매질층이 동심 원형을 이루는 단면을 기판에 대하여 수직이되도록 설정할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 유기 발광층을 사용하여, 2차원의 포토닉스 밴드 갭으로서의 특성을 갖는 발광 스펙트럼 폭이 대단히 좁은 고성능의 발광 장치가 제공된다. 본 발명은 상술의 실시예에 한정되지 않고, 그 요지의 범위내에서 각종의 양태를 취할 수 있다.
Claims (29)
- 2차원의 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 포토닉스 밴드 갭(photonics band gap)을 구성할 수 있는 광학부재,상기 광학부재의 일부에 형성되어, 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된 결함부, 및유기 발광층을 포함하는 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기 발광층은 상기 결함부로서도 기능하는 발광 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 유기 발광층은 상기 광학부재의 일종의 매질층으로서도 기능하는 발광 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 유기 발광층은 전류 여기에 의해 발광 가능한 재료로 이루어지고, 해당 유기 발광층에 전계를 인가하기 위한 한 쌍의 전극층을 포함하는 발광 장치.
- 제 1 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 제 1 광학부재,제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 제 2 광학부재,상기 제 1 및 제 2 광학부재의 적어도 한편에 형성되며, 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된 결함부, 및유기 발광층을 포함하는 발광 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 유기 발광층은 상기 결함부로서도 기능하는 발광 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 유기 발광층은 상기 광학부재의 일종의 매질층으로서도 기능하는 발광 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 광학부재는 상기 제 2 광학부재의 부분을 구성하고,상기 결함부는 상기 제 1 광학부재에 형성된 유기 발광층으로 이루어지며,상기 제 1 광학부재의 주기 방향에 빛이 출사되는 발광 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 광학부재는 상기 제 2 광학부재의 부분을 구성하고,상기 제 1 광학부재에서는 해당 광학부재를 구성하는 일종의 매질층이 유기 발광층으로 이루어지며,상기 결함부는 상기 제 1 광학부재를 포함하며,상기 제 2 광학부재의 주기방향에 빛이 출사되는 발광 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 광학부재는 상기 제 2 광학부재의 부분을 구성하고,상기 제 1 광학부재에서는 해당 광학부재를 구성하는 일종의 매질층이 유기 발광층으로 이루어지고, 해당 광학부재를 구성하는 다른 매질층이 상기 제 2 광학부재의 주기방향에 연속하여 형성되며,상기 결함부는 상기 제 1 광학부재를 포함하며,상기 제 2 광학부재의 주기방향에 빛이 출사되는 발광 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 광학부재는 상기 제 2 광학부재의 부분을 구성하며,상기 결함부는 상기 제 1 광학부재 및 상기 제 2 광학부재의 적어도 한편에 형성되고,상기 제 1 광학부재 및 상기 제 2 광학부재의 적어도 한쪽의 주기방향에 빛이 출사되는 발광 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 결함부는 상기 제 1 광학부재 및 상기 제 2 광학부재에 형성되며,상기 제 1 광학부재에 형성된 결함부는 유기 발광층으로 이루어지며,상기 제 2 광학부재에 형성된 결함부는 상기 제 1 광학부재를 포함하며,상기 제 1 광학부재 및 상기 제 2 광학부재의 주기방향에 각각 빛이 출사되는 발광 장치.
- 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 유기 발광층은 전류 여기에 의해 발광 가능한 재료로 이루어지며, 해당 상기 발광층에 전계를 인가하기 위한 한 쌍의 전극층을 포함하는 발광 장치.
- 제 1 및 제 2 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 2차원의 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 광학부재,상기 광학 부재에 형성되고, 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된 결함부, 및유기 발광층을 포함하며,상기 광학부재는 정방 격자형으로 배열된 기둥형의 제 1 매질층과 해당 제 1 매질층 사이에 형성되는 제 2 매질층을 갖는 발광 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 결함부는 상기 유기 발광층으로 이루어진 발광 장치.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,상기 광학부재를 구성하는 제 1 매질층은 기판에 대하여 수직으로 형성된 발광 장치.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,상기 광학 부재를 구성하는 상기 제 1 매질층은 기판에 대하여 평행하게 형성된 발광 장치.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,상기 유기 발광층은 전류 여기에 의해 발광 가능한 재료로 이루어지고, 해당 유기 발광층에 전계를 인가하기 위한 한 쌍의 전극층을 포함하는 발광 장치.
- 제 1, 제 2 및 제 3 방향에 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 2차원의 포토닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 광학부재,상기 광학부재에 형성되고, 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된 결함부, 및유기 발광층을 포함하는 발광 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 광학 부재는 격자형으로 배열된 기둥형의 제 1 매질층과, 해당 제 1 매질층 사이에 형성된 제 2 매질층을 갖는 발광 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 광학 부재를 구성하는 상기 제 1 매질층은 기판에 대하여 수직으로 형성된 발광 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 광학부재를 구성하는 상기 제 1 매질층은 기판에 대하여 평행하게 형성된 발광 장치.
- 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,상기 광학부재의 상기 제 1 매질층은 삼각 격자형으로 배열된 발광 장치.
- 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,상기 광학 부재의 상기 제 1 매질층은 벌집형상으로 배열된 발광 장치.
- 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 유기 발광층은 전류 여기에 의해 발광 가능한 재료로 이루어지고, 해당 상기 발광층에 전계를 인가하기 위한 한 쌍의 전극층을 포함하는 발광 장치.
- 동심 원형으로 주기적인 굴절율 분포를 갖고, 2차원의 포트닉스 밴드 갭을 구성할 수 있는 광학부재,상기 광학 부재에 형성되고, 결함에 기인하는 에너지 준위가 소정의 발광 스펙트럼내에 존재하도록 설정된 결함부, 및유기 발광층을 포함하며,상기 광학 부재는 소정의 패턴으로 배치된 기둥형의 제 1 매질층과 해당 제 1 매질층의 사이에 형성된 제 2 매질층을 갖는 발광 장치.
- 제 26 항에 있어서,상기 결함부는 상기 굴절율 분포의 동심 원형 구조의 중심에 설정되고, 해당 결함부는 유기 발광층으로 이루어진 발광 장치.
- 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,상기 광학부재는 굴절율이 다른 제 1 매질층과 제 2 매질층으로 구성되고, 해당 제 1 및 제 2 매질층이 상기 유기 발광층을 중심으로 동심 원형으로 교대로 배치된 발광 장치.
- 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,상기 유기 발광층은 전류 여기에 의해 발광 가능한 재료로 이루어지며, 해당 유기 발광층에 전계를 인가하기 위한 한 쌍의 전극층을 포함하는 발광장치.
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