KR20040070102A - 방출이 개선된 컬러 ｏｌｅｄ 디스플레이 - Google Patents

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KR20040070102A
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Abstract

본 발명은 상이한 소정의 색을 각각 방출하는 2개 이상의 상이한 컬러 픽셀 세트로 분할된 픽셀 어레이를 갖는 컬러 유기 발광 디스플레이로서, 상기 어레이내의 각각의 픽셀이 금속 하부 전극층; 소정의 색광을 방출하기 위한 발광층을 포함하는 유기 전기발광(EL) 소자; 및 발광 출력 효율을 개선시키도록 선택된 거리만큼 금속 하부 전극층으로부터 이격된, 유기 EL 소자상의 금속 상부 전극층을 포함하며; 이 때 상기 금속 전극층 중 하나는 반투명하고 다른 하나는 본질적으로 불투명하며 반사성이고, 상기 반투명 금속 전극 및 반사성 금속의 재료는 특정 물질을 포함하고, 상기 불투명 금속 전극층의 두께 및 전극들 사이의 발광층의 위치는 발광 출력 효율을 향상시키도록 선택되는 컬러 유기 발광 디스플레이에 관한 것이다.

Description

방출이 개선된 컬러 ＯＬＥＤ 디스플레이{COLOR OLED DISPLAY WITH IMPROVED EMISSION}
본 발명은 개선된 컬러 OLED 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
EL 디바이스 또는 OLED는 인가된 전위에 응답하여 발광하는 전자 디바이스이다. 탕(Tang) 등은 문헌[Applied Physics Letters, 51, 913 (1987)], [Journal of Applied Physics, 65, 3610 (1989)] 및 공동 양도된 미국 특허 제 4,769,292 호에서 고효율 OLED를 설명하였다. 그 이후로, 중합체성 재료를 포함하는 다른 층 구조를 가진 다수의 OLED가 개시되고 디바이스 성능이 개선되어 왔다. 도 1은 종래기술의 하부 발광 OLED의 개략적 단면도를 도시한다. OLED 디바이스(101)는 기판(10), 투명한 하부 전극(12a), 유기 EL 소자(14) 및 반사성 금속 상부 전극(16R)을 포함한다. 유기 EL 소자는 정공 주입층(HIL, 14a)(도시안됨), 정공 수송층(HTL, 14b), 발광층(LEL, 14c), 전자 수송층(ETL, 14d) 및 전자 주입층(EIL, 14e)(도시안됨)을 비롯한 하나 이상의 세부층을 포함할 수 있다. 도 1에서는 투명한 하부 전극(12a)이 양극이고 반사성 금속 상부 전극(16R)이 음극이지만, 그 반대의 경우도 가능하며, 그 경우에는 유기 EL 소자(14)내의 세부층의 순서가 상기와 반대가 된다.
OLED 디바이스에 대한 가장 유망한 용도 중 하나는 이를 컬러 유기 발광 디스플레이에 사용하는 것이다. 컬러 유기 발광 디스플레이는 2종 이상의 색을 방출하는 2개 이상의 영역 또는 픽셀을 포함하는 디바이스이다. 개개 영역의 크기가 비교적 크고 개개 영역의 개수가 적은 경우, 이 디스플레이를 일반적으로 영역형(area) 컬러 디스플레이라고 한다. 개개 영역의 크기가 작지만 개수가 많은 경우에는 이 디스플레이를 일반적으로 픽셀형(pixelated) 디스플레이라고 한다. 후자는 고해상도의 풀컬러 이미지를 표시할 것이 요구되는 용도에 바람직한 디바이스이다. 가장 통상적으로는, 픽셀은 청, 녹 및 적의 원색을 각각 방출하는 3개의 상이한 컬러 픽셀 세트로 분할된다. 다양한 조합의 전력을 적용하여 픽셀을 구동시킴으로써 풀컬러 이미지를 표시할 수 있다.
상이한 컬러 픽셀을 제공하기 위해 몇가지 상이한 방법이 시도되어 왔다. 가장 직접적인 방법은 상이한 픽셀에 대해 상이한 컬러 발광층을 배치하는 것이다. 이는 소분자 OLED 디바이스의 경우 증기 증착 공정 동안 섀도우 마스크를 사용하여 상이한 픽셀에 대해 상이한 컬러 방출 재료를 선택적으로 증착시킴으로써 행해진다. 이 방법은 고품질 고성능 컬러 디스플레이를 제작하는데 성공적으로 사용되어 왔다. 중합체에 기초한 OLED를 제작하는데 특히 적합한 다른 방법은 잉크젯 인쇄를 사용하여 방출 재료를 목적하는 픽셀 위치에 침착시키는 것이다. 이 방법은 흥미롭긴 하지만, 고성능의 안정된 디바이스를 제작하기 어려웠다.
픽셀을 생성하는데 사용되는 방법에 관계없이, 컬러 유기 발광 디스플레이에 공통적으로 요구되는 것은 디바이스의 발광 출력 효율 및 발광 색 품질을 계속적으로 개선시키는 것이다. 이를 위해, 최근에는 재료 및 디바이스 구조에 관한 막대한 양의 연구 개발 노력이 있어 왔다. 검토되어 온 유망한 접근법 중 하나는 OLED 디바이스의 색 순도 및 발광 효율을 개선시키기 위해 미세공동 구조를 사용하는 것이다(미국 특허 제 6,406,801 B1 호, 미국 특허 제 5,780,174 A1 호 및 JP 11,288,786 A 호). 미세공동 OLED 디바이스에서 유기 EL 소자는 2개의 고반사 거울 사이에 배치되며, 이들 거울 중 하나는 반투명하다. 반사 거울은 미세공동내에 배치된 유기 EL의 발광 특성을 크게 개질시키는 파브리-페롯(Fabry-Perot) 미세공동을 형성한다. 공동의 공명 파장에 상응하는 파장 부근의 발광은 반투명 거울을 통해 향상되고, 공명 파장으로부터 떨어진 파장을 갖는 발광은 억제된다. OLED 디 바이스에서의 미세공동의 사용은 발광 대역폭을 감소시키고 발광의 색 순도를 개선시키는 것으로 밝혀졌다(미국 특허 제 6,326,224 호). 미세공동은 또한 OLED 디바이스로부터의 발광의 각도 분포를 크게 변화시킨다. 또한, 휘도 출력이 미세공동의 사용에 의해 향상될 수 있었다고 제안된 바 있다(요코야마(Yokoyama)의 문헌[Science, Vol. 256 (1992) p66], 조단(Jordan) 등의 문헌[Appl. Phys. Lett. 69, (1996) p1997]).
보고된 사례의 대부분에서는 반사 거울 중 적어도 하나가 쿼터 웨이브 스택(QWS)이다. QWS는 각각이 1/4 파장 두께를 갖는 교호하는 고지수 및 저지수 유전체 박막의 다층 스택이다. 이는 목적하는 범위의 파장에 걸쳐 고반사율, 저투과율 및 저흡수율을 갖도록 튜닝될 수 있다. 도 2는 QWS에 기초한 종래기술의 예시적인 미세공동 OLED 디바이스(102)의 개략적 단면도를 도시한다. 이 OLED 디바이스(102)는 기판(10), 반투명 반사판으로서의 QWS(18), 투명한 하부 전극(12a), 유기 EL 소자(14) 및 반사성 금속 상부 전극(16R)을 포함한다. 전형적인 QWS(18)는 TiO2n = 2.45 및 SiO2n = 1.5인 TiO2:SiO2:TiO2:SiO2:TiO2형태이다(조단(R.H. Jordan) 등의 문헌[Appl. Phys. Lett. 69, 1997 (1996)]에서와 같음). 각 재료의 두께는 각각 550㎚의 녹색 발광에 대한 1/4 파장에 상응하는 56㎚ 및 92㎚이다. 작동시, 550㎚의 공명 파장에 집중된 좁은 대역의 광만이 QWS 층을 통해 미세공동 OLED 디바이스 밖으로 방출된다.
그러나, QWS는 구조가 복잡하며 제작 비용이 비싸다. 공명 대역폭은 극히 좁으며, 그 결과 비록 QWS에 기초한 미세공동이 공명 파장에서 발광 피크 높이를 크게 증가시킬 수 있을지라도, 가시 파장 범위에 걸쳐 적분된 총 휘도는 미세공동이 없는 유사 디바이스에 비해 훨씬 덜 개선되며 실제로는 감소될 수도 있다. 또한, 유전체층은 전기전도성이 아니다. OLED 디바이스를 형성하기 위해서는 별도의 투명한 전도성 전극층이 QWS와 유기층 사이에 배치될 필요가 있다. 이 부가된 전도성 전극층은 구조를 더욱 복잡하게 한다. 투명한 전도성 산화물이 전도성 전극으로서 사용되는 경우, 전기전도성이 제한되어 많은 디바이스, 특히 큰 면적을 갖는 디바이스에는 부적절할 수 있다. 금속 박막이 사용되는 경우, 공동 구조가 훨씬 더 복잡해지고 디바이스 성능이 떨어질 수 있다. 따라서, QWS에 기초한 미세공동 OLED 디바이스는 실용적인 컬러 유기 발광 디스플레이에는 적합하지 않다.
그러나, 유용한 미세공동 효과를 달성하는데 있어서 비흡수성 유전체 재료로구성된 QWS가 필요한 것으로 일반적으로 여겨지고 있다. 요코야마 등(문헌[Science Vol 256, p66 (1992)]은 그의 참고 검토 논문에서 금속 거울 대신에 QWS의 사용을 특별히 권유하였다. QWS를 대체하고자 한 공개된 시도들은 크게 성공적이지 못하였다. 버그렘(Berggrem) 등(문헌[Synthetic Metals 76 (1996) 121])은 Al 거울 및 Ca-Al 반투명 거울을 사용하여 미세공동을 구성한 PLED를 연구하였다. 미세공동 효과를 암시하는 약간의 대역폭 협소화가 관찰되었지만, 미세공동을 갖는 디바이스의 외부 양자 효율은 미세공동이 없는 유사 디바이스보다 3의 인자만큼 적었다. 다카다(Takada) 등(문헌[Appl. Phys. Lett. 63, 2032 (1993)])은 반투명 (36㎚) Ag 음극 및 250㎚ MgAg 양극을 사용한 미세공동 OLED 디바이스를 제조하였다. 각도 분포의 변화 및 발광 대역폭의 감소가 관찰되었지만, 발광 강도는 공동이 없는 경우에 비해 현저히 감소되었다. 다카다 등은 발광 염료와 넓은 방출 스펙트럼 및 단순한 평면 공동의 조합이 미세공동내의 광의 구속에는 만족스럽지 못하였다고 결론지었으며, 새로운 공동 구조의 개발을 권하였다. 진(Jean) 등(문헌[Appl. Phys. Lett. Vol 81, (2002) 1717])은 양극으로서 100㎚ Al을 사용하고 반투명 음극으로서 30㎚ Al을 사용하여 미세공동 구조를 구성한 OLED 구조물을 연구하였다. 강한 미세공동 효과가 발광 대역폭의 협소화를 가져왔고 각도 의존성의 변화가 관찰되었지만, 휘도 효율의 개선은 전혀 제안되지 않았다. 실제로 디바이스의 극히 좁은 발광 대역폭으로부터 판단해 보면, 휘도 효율은 아마도 감소되었을 것 같다. EP 1,154,676 A1 호에는, 광반사 재료의 하부 전극, 유기 발광층, 반투명 반사층, 및 공동 구조를 형성하는 투명 재료의 상부 전극을 갖는 유기EL 디바이스가 개시되었다. 이의 목적은 넓은 시야각에 걸쳐 충분한 색 재현 범위를 갖는 OLED 디바이스를 달성하는 것이었다. 이 목적은 미세공동 효과를 본질적으로 감소시켜 넓은 발광 대역폭을 얻음으로써 달성되었다. 다중 반사가 공명 파장 발광을 향상시키는 것으로 주장되었지만, 실제 또는 모의 데이터는 상기 주장을 전혀 뒷받침하지 못하였다. 모든 실시예에서 Cr 반사 양극을 사용하였다. Cr과 같은 저반사율 양극을 사용하는 경우 휘도 향상은 거의 달성될 수 없는 것으로 여겨진다.
루(Lu) 등(문헌[Appl. Phys. Lett. 81, 3921 (2002)])은 미세공동 효과에 의해 향상된 성능을 갖는다고 본인들이 주장한 상부 발광 OLED 디바이스를 기술하였다. 그러나, 이들 저자의 성능 데이터는 미세공동의 각도 의존성이 매우 적음을 나타내었다. 스펙트럼 데이터가 제시되지는 않았지만, 이들 저자의 비미세공동 하부 발광 구조와 미세공동 상부 발광 구조 사이의 색 좌표의 유사성은 아마도 미세공동 OLED 디바이스에서 예상되는 대역폭 협소화 효과도 또한 없을 것임을 암시한다. 실제로, 본 출원인의 모델 계산에서는 이들 저자의 구조가 유의적인 미세공동 효과를 생성하지 못함이 확인되었다. 따라서, 관찰된 발광 향상은 아마도 비미세공동 OLED 디바이스에서 전형적으로 보이는 크지 않은 보통의 광학 간섭 효과의 결과일 것이다. 발광 향상의 크기가 매우 작고 색 품질 개선은 없다. 상기 저자들은 또한 가장 우수한 효과는 고반사율 양극 및 투명 음극을 사용함으로써 달성된다고 제안하였다.
본 발명의 목적은 색 품질 및 발광 출력 효율이 개선된 컬러 유기 발광 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저가로 제조될 수 있는 개선된 컬러 유기 발광 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 낮은 내부 직렬 저항을 가져 전력 손실을 감소시키는 컬러 유기 발광 디스플레이를 제공하는 것이다.
이들 목적은, 상이한 소정의 색을 공통의 기판상에 각각 방출하는 2개 이상의 상이한 컬러 픽셀 세트로 분할된 픽셀 어레이를 갖는 컬러 유기 발광 디스플레이로서, 상기 어레이내의 각각의 픽셀이 (a) 기판의 한쪽 면상에 배치된 금속 하부 전극층; (b) 금속 하부 전극층상에 배치되고, 소정의 색광을 방출하기 위한 발광층을 포함하는 복수의 유기층을 가진 유기 EL 소자; 및 (c) 소정의 색의 발광 출력 효율을 개선시키도록 선택된 거리만큼 금속 하부 전극층으로부터 이격된, 유기 EL 소자상의 금속 상부 전극층을 포함하며; 이 때 상기 금속 전극층 중 하나는 반투명하고 다른 하나는 본질적으로 불투명하며 반사성이고, 상기 반투명 금속 전극층의 재료는 Ag, Au 또는 이의 합금을 포함하고, 상기 불투명 반사 금속층의 재료는 Ag, Au, Al 또는 이의 합금을 포함하고, 상기 반투명 금속 전극층의 두께 및 금속 전극층들 사이의 발광층의 위치는 발광 출력 효율을 향상시키도록 선택되는 컬러 유기 발광 디스플레이를 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 양태에서는, 미세공동 OLED 디바이스의 성능을 더욱 개선시키기 위해 미세공동 외측의 반투명 금속 전극층 다음에 고굴절률의 흡수 감소층이 부가된다.
도 1은 종래기술의 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 2는 쿼터 웨이브 스택(Quarter Wave Stack, QWS)에 기초한 종래기술의 미세공동(microcavity) OLED 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 3a는 전(全) Ag 전극을 사용한 본 발명에 따른 하부 발광 미세공동 OLED 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 3b는 미세공동이 없는 하부 발광 미세공동 OLED 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 3c는 QWS에 기초한 하부 발광 미세공동 OLED 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 3d는 본 발명에 따른 흡수 감소층을 갖는 하부 발광 미세공동 OLED 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 4a는 전 Ag 전극을 사용한 본 발명에 따른 상부 발광 미세공동 OLED 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 4b는 미세공동이 없는 상부 발광 미세공동 OLED 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 4c는 QWS에 기초한 상부 발광 미세공동 OLED 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 4d는 본 발명에 따른 흡수 감소층을 갖는 상부 발광 미세공동 OLED 디바이스의 개략적 단면도이다.
도 5는 미세공동이 없는 OLED 디바이스와 본 발명에 따른 미세공동 OLED 디바이스 간의 방출 스펙트럼의 비교도이다.
도 6은 미세공동이 없는 OLED 디바이스와 본 발명에 따른 미세공동 OLED 디바이스 간의 방출 스펙트럼의 또 다른 비교도이다.
도 7은 미세공동이 없는 OLED 디바이스와 본 발명에 따른 미세공동 OLED 디바이스 간의 방출 스펙트럼의 또 다른 비교도이다.
도 8은 미세공동이 없는 OLED 디바이스와 본 발명에 따른 미세공동 OLED 디바이스 간의 방출 스펙트럼의 또 다른 비교도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 기판 12a, 12R, 12T: 하부 전극
14: 유기 EL 소자 14b: 정공 수송층
14c: 발광층 14d: 전자 수송층
16a, 16R, 16T: 상부 전극 18: QWS
20: 전도성 페이스층 22: 흡수 감소층
101: OLED 디바이스
102, 103a, 103b, 103c: 미세공동 OLED 디바이스
본 발명의 바람직한 실시태양에서, 컬러 유기 발광 디스플레이는 상이한 소정의 색을 공통의 기판상에 각각 방출하는 2개 이상의 컬러 픽셀 세트로 분할된 픽셀 어레이를 갖는다. 상기 컬러 유기 발광 디스플레이내의 각각의 픽셀은 2개의 금속 전극층을 갖는 미세공동 OLED 디바이스가 되도록 구성된다. 각각의 픽셀은 기판상에 배치된 금속 하부 전극층; 금속 하부 전극층으로부터 이격된 금속 상부 전극층; 및 하부 금속층과 상부 금속층 사이에 배치된, 소정의 색광을 방출하는 유기 EL 소자를 포함한다. 각각의 미세공동 OLED 디바이스는 2개의 금속 전극층 사이에 위치한 층의 총 광학 두께에 의해 측정된 공명 파장이 픽셀의 소정의 색에 정합된다. 종래기술의 교시내용 및 실패한 시도들을 고려하여, 본 발명자들은 광범위한 모델링 및 실험적 노력을 통해 아주 예기치않게, 발광 출력 효율 및 색 품질을 향상시키는 고성능 미세공동 OLED 디바이스가 전 금속 거울을 사용하여 실제로 제작될 수 있음을 발견하였다. 반사성 금속 전극 및 반투명 금속 전극 둘 다에 대한 재료 선택이 중요하고 반투명 금속 전극의 두께도 또한 중요함이 발견되었다. Ag, Au, Al 또는 이의 합금(이들 금속 중 1종 이상을 50원자% 이상으로 갖는 합금으로서 정의됨)을 비롯한 소수의 금속만이 반사 전극으로서 사용되는 것이 바람직하다. 다른 금속이 사용되는 경우, 휘도 출력의 이점은 증가하고 미세공동 효과로인한 색 품질 개선은 크게 감소된다. 유사하게, 반투명 전극에는 Ag, Au 또는 이의 합금을 비롯한 소수의 재료만이 사용되는 것이 바람직하다. 반투명 전극의 두께 범위도 또한 제한된다. 너무 얇은 층은 유의적인 미세공동 효과를 제공하지 못하고, 너무 두꺼운 층은 휘도 출력을 감소시킨다. 또한, 미세공동내의 발광층의 위치도 또한 휘도 출력에 크게 영향을 미치며, 최적화될 필요가 있다. 이들 인자 모두를 적절히 최적화하는 것에 의해서만이, 상응하는 비공동 OLED 디바이스보다 현저히 개선된 발광 출력 효율 및 색 품질을 갖는 미세공동 OLED 디바이스를 달성할 수 있다. 본 발명자들은 미세공동 외측의 투명 전극층 다음에 배치된 흡수 감소층이 미세공동 디바이스의 휘도 성능을 더욱 개선시킴을 추가로 발견하였다.
금속 거울은 QWS보다 구조가 더 간단하고 제작이 더 용이하다. 전극으로서도 기능하는 2개의 금속 거울을 사용하면, 별도의 투명한 전도성 전극에 대한 필요성이 없어진다. 반투명 금속 전극의 시이트 전도성은 종래기술에서 사용된 투명한 전도성 전극보다 훨씬 더 높을 수 있다. 증가된 전도성은 OLED 디바이스에서 특히 디바이스 면적이 큰 경우 옴(Ohm) 손실을 감소시킨다. 적절하게 설계된 금속 거울을 사용한 발광 대역폭은 QWS를 사용하여 수득된 것보다 넓으며, 그 결과 휘도 출력이 증가된다. 한편, 발광 대역폭은 우수한 색 품질을 제공하기에 충분할 정도로 여전히 좁다.
금속 하부 전극층은 반투명한 것일 수 있고, 이 경우 본 발명에 따른 유기 발광 디스플레이는 하부 발광한다. 다르게는, 금속 상부 전극이 반투명한 것일 수 있고, 이 경우 본 발명에 따른 유기 발광 디스플레이는 상부 발광한다. 하부 발광디스플레이의 경우, 기판은 디바이스로부터의 발광에 대해 투명하다. 기판은 유리, 플라스틱 또는 기타 적합한 투명 재료로 제조될 수 있다. 상부 발광 디스플레이의 경우, 기판은 발광에 대해 투명할 필요가 없으며 금속, 세라믹 또는 기타 적합한 물질로 제조될 수 있다.
금속 하부 전극은 양극일 수 있고, 금속 상부 전극은 음극일 수 있다. 다르게는, 금속 하부 전극은 음극일 수 있고, 금속 상부 전극은 양극일 수 있다. 어느 경우에든 유기 EL 소자는 정공 주입층 및 정공 수송층이 양극에 보다 근접하고 전자 주입층 및 전자 수송층이 음극에 보다 근접하도록 적절하게 배향된다.
금속 전극에 바람직한 재료 모두가 양호한 전하 주입을 제공하지는 못하기 때문에, 유기 EL 소자는 양극 다음에 정공 주입층 및/또는 음극 다음에 전자 주입층을 포함하는 것이 바람직하다. 정공 주입층으로서 사용하기에 적합한 재료는 공동 양도된 미국 특허 제 4,720,432 호에 기술된 바와 같은 포르피린계 화합물 및 공동 양도된 미국 특허 제 6,208,075 호에 기술된 바와 같은 플라즈마 증착된 플루오로카본 중합체를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 유기 EL 디바이스에 유용하다고 보고된 다른 정공 주입 재료는 EP 0 891 121 A1 호 및 EP 1 029 909 A1 호와 도키토(Tokito) 등의 문헌[J. Phys. D. Vol 29 (1996) 2750]에 기술되어 있다. 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 5,608,287 호, 제 5,776,622 호, 제 5,776,623 호, 제 6,137,223 호 및 제 6,140,763 호에 교시된 것을 비롯한 전자 주입층이 사용될 수 있다. 낮은 일함수의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 예를 들어 Li, Cs, Ca 또는 Mg를 함유하는 박막이 사용될 수 있다. 또한, 이러한 낮은일함수의 금속으로 도핑된 유기 물질도 또한 전자 주입층으로서 효과적으로 사용될 수 있다. 예로는 Li 또는 Cs 도핑된 Alq가 있다.
몇몇의 경우, 금속 전극에 사용되는 재료는 화학적 상호작용, 전자 이동 또는 기타 원인으로 인해 OLED 디바이스에서 불안정성을 초래한다. 적합한 차단 층을 이러한 불안정성을 방지하는데 사용할 수 있다. 또한, 양호한 전자 또는 정공 주입층이 존재하면 이러한 목적을 위한 광범위한 재료의 선택이 가능해진다.
유기 EL 소자는 하나 이상의 발광층을 갖지만, 통상적으로는 수개의 층을 포함한다. 예시적인 유기 EL 소자는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함할 수 있다. 이들 층 중 몇몇은 생략되거나 조합될 수 있다. 유기 EL 소자는 소분자의 OLED 재료에 기초하거나 중합체 OLED 재료에 기초할 수 있다. 중합체 OLED 재료에 기초한 디바이스를 흔히 PLED라고 한다. 발광층은 형광 OLED 물질을 포함하거나 인광 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 컬러 유기 발광 디스플레이에서의 상이한 컬러 픽셀 세트내의 픽셀에는 상이한 소정의 색광을 방출하도록 선택된 상이한 발광 유기 물질이 배치된다. 상이한 발광 재료의 선택적 배치는 소분자 물질의 경우 섀도우 마스킹을 사용하고 중합체성 유기 물질의 경우 잉크젯 잉크를 사용하여 달성될 수 있다. 재료의 다른 선택적 배치 방법이 개발된다면 그 방법도 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 유기 EL 소자의 두께는 미세공동 공명 파장을 조정하기 위해 변화될 수 있다. 유기 EL 소자가 전자 수송층을 포함하는 경우, 이 전자 수송층의 두께를 사용하여 미세공동 공명 파장을 변경시킬 수 있다. 유기 EL 소자가정공 수송층을 포함하는 경우에는, 이 정공 수송층의 두께를 사용하여 미세공동 공명 파장을 변경시킬 수 있다. 또한, 투명 전도성 페이스층을 추가 수단으로서 사용하여 미세공동 공명 파장을 조정할 수 있다. 투명 전도성 페이스층은 금속 전극 중 하나와 유기 EL 소자 사이에 배치될 수 있다. 투명 전도성 페이스층은 방출되는 광에 대해 투명할 필요가 있고, 금속 전극과 유기 EL 소자 사이에서 전하 캐리어를 운반하도록 전도성일 필요가 있다. 막 관통(through-film) 전도성만이 중요하기 때문에, 약 108Ω-㎝ 미만의 벌크 저항이 적당하다. 인듐-주석 산화물(ITO), 아연-주석 산화물(ZTO), 주석 산화물(SnOx), 인듐 산화물(InOx), 몰리브덴 산화물(MoOx), 텔루륨 산화물(TeOx), 안티몬 산화물(SbOx) 및 아연 산화물(ZnOx)과 같은 많은 금속 산화물이 사용될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 한 실시태양에서는, 소정 두께의 제 1 투명 전도성 페이스층이 스퍼터링 또는 증발과 같은 통상적인 박막 증착 기법에 의해 실질적으로 기판 전체에 걸쳐 배치된다. 이어서, 제 1 투명 전도성 페이스층은 제 1 투명 전도성 페이스층을 수용하도록 설계된 픽셀에만 이러한 페이스층을 남기기 위해 종래의 포토-리소그래피 기법을 사용하여 패턴화된다. 이어서, 제 2 투명 전도성 페이스층이 종래의 박막 증착 방법에 의해 실질적으로 유기 발광 디스플레이 전체에 걸쳐 적용된다. 이어서, 제 2 투명 전도성 페이스층은 제 2 투명 전도성 페이스층을 수용하도록 설계된 픽셀과 제 1 및 제 2 투명 전도성 페이스층 둘 다를 수용하도록 설계된 픽셀에만 제 2 투명 전도성 페이스층을 남기기 위해 종래의 포토-리소그래피 기법을 사용하여 패턴화된다. 이 공정은 픽셀이 몇가지 상이한 두께의 투명 전도성 페이스층을 가질 수 있도록 반복될 수 있다. 2개의 투명 전도성 페이스층을 가짐으로써 3개의 상이한 픽셀이 제조될 수 있는데, 이들 픽셀 중 하나는 두께 0의 투명 전도성 페이스층을 갖고, 또 다른 하나는 제 2 투명 전도성 페이스층만을 가지며, 세 번째 것은 제 1 및 제 2 투명 전도성 페이스층 둘 다를 갖는다. 다르게는, 3개의 컬러 픽셀을 위해 3개의 상이한 투명 전도성 페이스층 두께가 사용될 수 있다.
다르게는, 투명 전도성 페이스층은 섀도우 마스크를 통해 스퍼터링 및 증발과 같은 종래의 박막 증착 기법에 의해 제조될 수 있다. 투명 전도성 페이스층은 또한 레이저 또는 플래시 열전사 기법에 의해 픽셀 영역상에 선택적으로 배치될 수도 있다(미국 특허 제 5,937,272 호, 제 5,904,961 호 및 제 5,688,511 호). 본 발명을 실시하기 위한 예시적인 열전사 공정에서는, 표면 중 하나에 에너지 흡수층이 코팅된 얇은 플라스틱 시이트를 포함하는 도너가 제공된다. 전사되는 투명 전도성 페이스층의 재료는 에너지 흡수층상에 배치된다. 전사 공정 동안 도너는 투명 전도성 페이스층의 재료가 금속 하부 전극층에 면한 채로 위치된다. 이어서, 복사 에너지가 도너의 얇은 플라스틱 시이트를 통해 도너에 적용된다. 복사 에너지는 투명 전도성 페이스층의 재료가 승온에 도달되어 전사 물질의 상당한 증기가 현상되도록 에너지 흡수층에 의해 흡수된다. 이로써, 투명 전도성 페이스층의 재료는 패턴화된 금속 하부 전극에 증기의 증발-응축에 의해 전사되어 투명 전도성 페이스층을 형성한다. 다르게는, 복사 에너지는 전사 물질이 승온에 도달되어 덜 점성이 되어 금속 하부 전극으로 흐르도록 한다. 상이한 두께의 투명 전도성 페이스층은 상이한 도너의 사용을 통해 달성된다. 투명 전도성 페이스층의 패턴화는, 전사 공정 동안 복사 에너지를 차단하거나 고전력 레이저로부터의 복사 에너지 빔과 같은 주사 집속(scanning focused) 복사 에너지 빔을 사용하여 투명 전도성 페이스층의 목적하는 패턴에 따라 도너로부터 재료의 일부를 선택적으로 전사시킴으로써 달성될 수 있다.
본 발명은 박막 트랜지스터(TFT) 구조가 활성 어드레싱 방식에 사용되는 활성 매트릭스 컬러 유기 발광 디스플레이에 적용될 수 있다(미국 특허 제 5,684,365 호 및 제 5,550,066 호). 활성 매트릭스 컬러 유기 발광 디스플레이에서는 각각의 픽셀이 다수의 박막 트랜지스터, 커패시터와 같은 기타 구성요소, 및 접속 패드(이는 금속 하부 전극과 전기적으로 접촉함)를 구비한다.
금속 하부 전극층은 TFT 구조상의 접속 패드상에 배치되고 패턴화되어 픽셀을 형성한다. 스퍼터링, 전자빔 증발 또는 저항열 증발 등과 같은 통상적인 박막 증착 기법이 금속 하부 전극층의 제조에 사용될 수 있다. 픽셀의 크기 및 형상은 금속 하부 전극의 크기 및 형상에 의해 한정된다. 패턴화는 종래의 포토-리소그래피를 사용하여 행해지거나 레이저 증착 공정 동안 새도우 마스크를 사용하여 행해질 수 있다. 포토-리소그래피 방법을 사용하여 금속 하부 전극의 크기 및 형상을 한정할 수 있기 때문에, 개구 비(활성 발광 면적 대 전체 표시 면적의 비)가 매우 높을 수 있다. 또한, 모든 픽셀의 크기 및 형상이 동일할 필요는 없다. 실제로, 픽셀의 크기 및 형상은 상이한 픽셀들 간의 임의의 효율 또는 수명 차이를 상쇄시키거나 컬러 유기 발광 디스플레이의 이미지 품질을 개선시키기 위한 수단으로서사용될 수 있다.
본 발명은 또한 수동 매트릭스 컬러 유기 발광 디스플레이에서도 실시될 수 있다. 수동 매트릭스 컬러 유기 발광 디스플레이에서는 금속 상부 전극 및 금속 하부 전극이 둘 다 패턴화된다. 픽셀은 금속 하부 전극과 금속 상부 전극 사이의 교차물로서 형성된다. 픽셀은 상이한 소정의 색광을 방출하도록 선택되고, 각각의 픽셀과 결합된 미세공동은 미세공동 효과 없이 달성될 수 있는 것에 비해 특정 색광의 방출을 개선시키도록 튜닝된다.
도 3a는 본 발명에 따른 컬러 유기 발광 디스플레이 디바이스내의 단일 픽셀을 나타내는, 하부 발광 미세공동 OLED 디바이스(103a)의 개략적 단면도를 도시한다. 미세공동 OLED 디바이스(103a)는 기판(10), 반투명 금속 하부 전극(12T), 투명 전도성 페이스층(20), 유기 EL 소자(14) 및 반사성 금속 상부 전극(16R)을 포함한다. 반투명성 금속 하부 전극(12T) 아래에서 기판(10)상에 존재할 수 있는 TFT 회로 구조물 및 반사성 금속 상부 전극(16R)상에 존재할 수 있는 보호 오버코트 또는 캡슐화 구조물과 같은 다른 가능한 특징부는 도 3a에 도시되어 있지 않다. 2개의 금속 전극은 미세공동의 반사 거울로서 기능한다. 발생된 광은 반투명 금속 하부 전극(12T) 및 기판(10)을 통해 방출되기 때문에, 기판(10)은 투명할 필요가 있으며 유리 또는 플라스틱으로부터 선택될 수 있다. 반사성 금속 상부 전극(16R)의 재료는 Ag, Au, Al 또는 이의 합금을 포함한다. 반사성 금속 상부 전극(16R)의 두께는 1.5 이상의 광학 밀도를 갖도록 선택되어 반사성 금속 상부 전극(16R)이 본질적으로 불투명하고 반사성이도록 한다. 반투명 금속 하부 전극(12T)의 재료는 Ag,Au 또는 이의 합금을 포함한다. 반투명 금속 하부 전극(12T)의 두께는 미세공동 OLED 디바이스(103a)로부터의 소정 파장에서의 휘도 광 출력을 최적화하도록 선택된다. 바람직한 두께는 양극 및 음극이 되도록 선택된 재료에 좌우된다. 유기 EL 소자(14)는 적어도 발광층(14c)을 포함하며, 정공 주입층(14a)(도시안됨), 정공 수송층(14b), 전자 수송층(14d) 및 전자 주입층(14e)(도시안됨)과 같은 하나 이상의 추가 층을 포함할 수 있다. 유기 EL 소자(14)와 투명 전도성 페이스층(20)의 합계 두께는 미세공동 OLED 디바이스(103a)를 튜닝하여 디바이스로부터 방출되는 소정의 파장에서 공명을 갖도록 선택된다. 두께는 하기 수학식 1을 충족시킨다.
상기 식에서,
ni는 굴절률이고,
Li는 유기 EL 소자(14)내의 i번째 세부층의 두께이고,
ns는 굴절률이고,
Ls는 투명 전도성 페이스층(20)의 두께로서 0일 수 있고,
Qm1및 Qm2는 각각 2개의 유기 EL 소자-금속 전극 계면에서의 라디안의 상 이동(phase shift)이고,
λ는 디바이스로부터 방출되는 소정의 파장이고,
m은 음(-)이 아닌 정수이다.
제조 용이성 및 색 순도를 위해, m을 청색 픽셀의 경우 1로 하고 녹색 및 적색 픽셀의 경우 0 또는 1로 하는 것이 바람직하다.
금속 전극들 사이의 총 두께는 미세공동 공명 파장을 결정하는데 가장 중요한 인자이다. 그러나, 공명 파장 및 더욱 구체적으로는 공명의 강도(및 따라서 디바이스의 결과적인 효율)는 또한 발광층(14c)과 2개의 전극 각각 사이의 거리에 좌우된다. 특히, 최적의 디바이스 성능을 위해, 반사성 금속 상부 전극(16R)과 발광층(14c)(의 중심) 사이의 거리는 하기 수학식 2를 대략 충족시켜야 한다.
상기 식에서,
ni는 굴절률이고,
Li는 유기 EL 소자(14)내의 i번째 세부층의 두께이고,
Qm1은 유기 EL 소자-금속 음극 계면에서의 라디안의 상 이동이고,
λ는 디바이스로부터 방출되는 소정의 파장이고,
mD는 음(-)이 아닌 정수이다.
수학식 1과는 대조적으로, 수학식 2에서의 합계는 단지 발광층(의 중심)과 반사성 금속 상부 전극(16R) 사이에 놓여진 층들에 대한 것임을 주의한다. 투명 전도성 페이스층(20)이 발광층과 금속 음극 사이에 배치되는 경우 이의 두께를 포함시켜야한다. 반투명 금속 하부 전극(12T)과 발광층(14c) 사이의 거리에 대한 유사한 수학식을 작성할 수 있다. 그러나, 수학식 1 및 2의 충족은 이러한 제 3 수학식의 충족을 보장하기 때문에, 제 3 수학식은 임의의 추가적인 제한을 제공하지 않는다.
반투명 금속 하부 전극(12T)에 의한 광 흡수가 가능한 한 낮은 것이 바람직하기 때문에, 반투명 금속 하부 전극(12T)과 기판(10) 사이에 고굴절률의 흡수 감소층(22)을 부가하는 것이 유용하다(이는 하기 실시예에서 추가로 예시될 것이다). 이 층의 목적은 반투명 금속 하부 전극(12T) 자체내에서 광파에 의해 생성되는 전계(및 따라서 광파의 흡수)를 감소시키는 것이다. 양호한 근사값까지, 이러한 결과는 흡수 감소층(22)과 기판(10) 사이의 계면으로부터 후방으로 반사되는 광파의 전계를 가져, 디바이스 밖으로 통과하는 광의 전계를 파괴적으로 간섭하여 부분적으로 상쇄시킴으로써 가장 잘 달성된다. 그러므로, 기본적인 광학적 고려사항은 하기 수학식 3이 대략 충족되는 경우 이러한 결과가 (기판(10)보다 높은 굴절률을 갖는 흡수 감소층(22)에 대해) 발생할 것임을 의미한다.
상기 식에서,
nA및 LA는 각각 흡수 감소층의 굴절률 및 두께이고,
nT및 LT는 각각 반투명 금속 하부 양극의 굴절률 및 두께의 실제 부분이고,
mA는 음(-)이 아닌 정수이다.
mA를 실용적일 정도로 작게, 일반적으로는 0, 전형적으로는 2 미만으로 하는 것이 바람직하다. 흡수 감소층의 유리한 효과는 고굴절률의 재료가 사용되는 경우 일반적으로 더 높다. 실용적인 용도를 위해서는 1.6 이상의 굴절률 값이 바람직하다.
디바이스의 다른 형태에서는, 반투명 금속 하부 전극(12T)이 음극일 수 있고, 금속 상부 전극(16R)이 양극일 수 있다. 이러한 경우, 유기 EL 소자(14)는 정공 주입층 및 정공 수송층(14a 및 14b)이 양극에 보다 근접하고 전자 주입층 및 전자 수송층(14e 및 14d)이 음극에 보다 근접하도록 적절하게 배향된다.
상기 논의는 하부 방출 OLED 디바이스에 기초한 것이지만, 적당히 변형시킨 유사한 고려사항 및 수학식이 상부 방출 디바이스에도 또한 적용된다.
미세공동을 사용하여 OLED 디바이스 출력을 향상시키는 본 발명의 효과는 하기 실시예에서 예시된다. 이론적 예측에 기초한 실시예에서, 주어진 디바이스에 의해 생성된 전기발광(EL) 스펙트럼은, 평면 다층 디바이스에서 랜덤한 배향의 쌍극자를 방출시키기 위한 맥스웰 방정식(Maxwell's Equation)을 푸는 광학 모델을 사용하여 예측된다(크러포드(O.H. Crawford)의 문헌[J. Chem. Phys. 89, 6017 (1988)], 카헨(K.B. Kahen)의 문헌[Appl. Phys. Lett. 78, 1649 (2001)]). 쌍극자 방출 스펙트럼은 많은 경우에 파장에 의존하지 않아서 미세공동 특성 자체를 조사할 수 있도록 하는 것으로 가정된다. 다른 경우, 쌍극자 방출 스펙트럼은 몇 ㎚의 작은 청색 이동을 포함시키는 방출 재료의 측정된 포토루미네슨스(photoluminescence, PL) 스펙트럼에 의해 제공되는 것으로 가정된다. 이러한 방출은 정공 수송층에 접해 있는 발광층의 최초 10㎚내에서는 균일하게 발생하는 것으로 가정된다. 각 층에서, 모델은 분광 엘립소메트리(ellipsometry)에 의해 측정되거나 문헌[Handbook of Optical Constants of Solids, ed. by E.D. Palik (Academic Press, 1985)], [Handbook of Optical Constants of Solids II, ed. by E.D. Palik (Academic Press, 1991)], [CRC Handbook of Chemistry and Physics, 83rd ed., edited by D.R. Lide (CRC Press, Boca Raton, 2002)]으로부터 얻어진 파장 의존성 복합 굴절률을 사용한다. EL 스펙트럼이 일단 유도되었으면, 이 스펙트럼의 휘도(일정 인자까지) 및 CIE 색도의 추정이 수월하다. 예측된 EL 스펙트럼과 측정된 EL 스펙트럼의 많은 비교에 의해 상기 모델 예측이 매우 정확한 것으로 확인되었다.
실시예 1
실시예 1은, 2개의 비교용 디바이스, 즉 (a) 미세공동이 없는 OLED 디바이스(103b) 및 (b) 미세공동을 위한 거울의 하나로서 QWS를 사용한 미세공동 OLED 디바이스(103c)와 대비하여, 본 발명에 따른 도 3a에 도시된 바와 같은 하부 발광 미세공동 OLED 디바이스(103a)의 이론적으로 예측된 휘도 출력을 비교한다.
도 3b에 도시된 OLED 디바이스(103b)는 반투명 금속 하부 전극(12T)이 ITO 투명 하부 전극(12a)으로 치환된 점을 제외하고는 미세공동 OLED 디바이스(103a)와 구조가 유사하였다. 이 디바이스는 미세공동이 없는 OLED 디바이스를 대표하지만, 다층 디바이스에는 항상 약간의 광학 간섭 효과가 존재한다.
도 3c에 도시된 미세공동 OLED 디바이스(103c)는 QWS 반사 거울(18)이기판(10)과 투명 하부 전극(12a) 사이에 배치된 점을 제외하고는 OLED 디바이스(103b)와 구성이 유사하였다. QWS 반사 거울(18)은 TiO2n = 2.45 및 SiO2n= 1.5인 TiO2:SiO2:TiO2:SiO2:TiO2형태이었다. 각 재료의 두께는 TiO2가 56㎚이고 SiO2가 92㎚이었다(조단 등의 문헌[Appl. Phys. Lett. 69, 1997 (1996)]에서와 같음). 이 디바이스는 전형적인 QWS에 기초한 미세공동 OLED 디바이스를 대표한다.
3개의 모든 디바이스에서 기판(10)은 유리이었다. 반사성 금속 상부 전극(16R)은 400㎚ Ag 층이었다. 유기 EL 소자(14)는 NPB 정공 수송층(14b), 10㎚ 발광층(14c) 및 Alq 전자 수송층(14d)을 포함하는 것으로 가정하였다. 발광층(14c)은 파장에 의존하지 않는 출력을 갖는 것으로 가정하였다. 이 가정은 발광층의 특정 특성에 관계없이 미세공동 특성 자체의 평가를 용이하게 하여 결론을 임의의 발광층에 총체적으로 적용할 수 있도록 하였다. 그러나, 파장 비의존성 발광층을 사용하면 미세공동의 유리한 효과가 경시된다. 투명 전도성 페이스층(20)의 두께는 3개의 디바이스 모두에 대해 0인 것으로 가정하였다. 상기 층 모두의 두께는 각각의 디바이스로부터의 최대 휘도 출력을 달성하도록 최적화하였다. 휘도 출력은 380 내지 780㎚의 전체 가시 파장 범위에 걸쳐 적분하였다.
계산된 결과를 표 1에 요약한다. 이들 결과는, 반투명 거울로서 QWS를 사용한 미세공동 OLED 디바이스(103c)가 미세공동이 없는 OLED 디바이스(103b)와 비교할 때 실제로 휘도 출력을 향상시키고 발광 대역폭(full-width-half-max, FWHM)을 좁혔음을 나타내었다. 휘도 값은 0.239(임의 단위)로부터 0.385로 개선되었다.그러나, 놀랍게도 전 Ag 거울을 사용한 미세공동 OLED 디바이스(103a)는 피크 휘도 높이가 미세공동 OLED 디바이스(103c)보다 2보다 큰 인자만큼 낮긴 하였지만 보다 양호한 휘도 출력(0.425)을 나타내었다. 전 Ag 미세공동 OLED 디바이스(103a)의 발광 대역폭은 QWS를 사용한 OLED 디바이스(103c)보다 훨씬 더 컸지만, 양호한 색 순도를 수득하기에 충분할 정도로 여전히 작았다.
실시예 2
실시예 2는 하부 발광 디바이스용 흡수 감소층(22)의 이점을 설명한다.
도 3d는 하부 발광 미세공동 OLED 디바이스(103d)의 개략적 단면도를 도시한다. 미세공동 OLED 디바이스(103d)는 흡수 감소층(22)이 기판(10)과 반투명 금속 하부 전극(12T) 사이에 배치된 점을 제외하고는 미세공동 OLED 디바이스(103a)와 구조가 유사하였다. 이 실시예에서는 ITO를 흡수 감소층(22)으로서 선택하였다. 본 출원인의 계산에 의해, 휘도 출력을 향상시키는 흡수 감소층(22)의 효율은 보다 높은 굴절률의 재료를 사용한 경우에 향상됨을 알 수 있었다. 실시예 4로부터 명백해지는 바와 같이, 휘도 출력은 또한 흡수 감소층(22)이 유리 대신에 공기와 직접 접촉한 경우에도 증가될 수 있었다. 모든 층의 두께는 실시예 1에서와 같이 최적화하였다. 계산의 결과를 표 2에 요약한다. 흡수 감소층(22)의 삽입이 전 Ag 미세공동 OLED 디바이스(103a)의 휘도 출력을 약 0.425로부터 약 0.453로 증가시켰음을 알 수 있다.
실시예 3
실시예 3은, 2개의 비교용 디바이스, 즉 (a) 미세공동이 없는 OLED 디바이스(104b) 및 (b) 미세공동을 위한 반사 거울의 하나로서 QWS를 사용한 미세공동 OLED 디바이스(104c)와 대비하여, 본 발명에 따른 상부 발광 미세공동 OLED 디바이스(104a)의 이론적으로 예측된 휘도 출력을 비교한다.
도 4a는 본 발명에 따른 예시적인 상부 발광 미세공동 OLED 디바이스(104a)의 개략적 단면도를 도시한다. 미세공동 OLED 디바이스(104a)는 유리 기판(10), Ag 반사성 금속 하부 전극(12R), 투명 전도성 페이스층(20), 유기 EL 소자(14) 및 Ag 반투명 금속 상부 전극(16T)을 포함한다.
도 4b에 도시된 OLED 디바이스(104b)는 Ag 반투명 금속 상부 전극(16T)을 ITO 투명 상부 전극(16a)(이는 50㎚ 이상의 두께를 가질 것이 요구되었음)으로 치환한 점을 제외하고는 미세공동 OLED 디바이스(104a)와 구조가 유사하였다. 디바이스에 단지 하나의 반사 거울만이 존재하였기 때문에, OLED 디바이스(104b)는 미세공동이 없는 OLED 디바이스를 대표하지만, 다층 디바이스에는 특히 ITO 음극과 공기 사이의 계면에 항상 약간의 광학 간섭 효과가 존재한다.
도 4c에 도시된 OLED 디바이스(104c)는 QWS 반사 거울(18)이 전도성 ITO 투명 상부 전극(16a)(이는 50㎚ 이상의 두께를 가질 것이 요구되었음)의 상부에 배치된 점을 제외하고는 OLED 디바이스(104b)와 구조가 유사하였다. QWS 반사 거울(18)은 TiO2n = 2.45 및 SiO2n = 1.5인 TiO2:SiO2:TiO2:SiO2:TiO2형태이었다. 각 재료의 두께는 TiO2가 56㎚이고 SiO2가 92㎚이었다(조단 등의 문헌[Appl. Phys. Lett. 69, 1997 (1996)]에서와 같음). 이 디바이스는 전형적인 QWS에 기초한 미세공동 OLED 디바이스를 대표한다.
3개의 디바이스 모두에서, 반사성 금속 하부 전극(12R)은 400㎚ Ag 층이었다. 유기 EL 소자(14)는 NPB 정공 수송층(14b), 10㎚ 발광층(14c) 및 Alq 전자 수송층(14d)을 포함하는 것으로 가정하였다. 발광층(14c)은 파장에 의존하지 않는 출력을 갖는 것으로 가정하였다. 이 가정은 발광층의 특정 특성에 관계없이 미세공동 특성 자체의 평가를 용이하게 하여 결론을 임의의 발광층에 총체적으로 적용할 수 있도록 한다. 투명 전도성 페이스층(20)은 ITO로 제조하였다. 모든 층의 두께를 각각의 디바이스로부터의 최대 휘도 출력을 달성하도록 최적화하였다. 휘도 출력은 380 내지 780㎚의 전체 가지 파장 범위에 걸쳐 적분하였다.
표 3은 3개의 디바이스의 계산된 특징을 나타낸다. 반사 거울의 하나로서 QWS를 사용한 미세공동 OLED 디바이스(104c)는 매우 큰 미세공동 효과를 나타내었다. 휘도 피크 높이는 미세공동이 없는 OLED 디바이스에 대한 3.4의 값과 비교할 때 18.9(임의 단위)로 크게 증가하였다. 그러나, 크게 좁아진 FWHM 때문에 총 휘도 출력은 실제로는 조금만 더 컸을 뿐이었다. 음극에 필요한 전기전도성을 수득하기 위해 ITO 음극의 최소 두께를 보다 큰 값(즉, 100㎚)으로 설정하면, 실제로 QWS는 QWS가 없는 디바이스보다 낮은 휘도를 갖는 것으로 밝혀지는데, 이는 QWS 경우에 대한 공동 두께가 최저의 차수 최대값에서 최적화될 수 없기 때문이다. 반면, 두 전극 모두에 Ag를 사용한 미세공동 OLED 디바이스(14a)는 다른 2개의 비교용 디바이스에 비해 휘도 출력의 유의적인 개선을 나타내었다.
실시예 4
실시예 4는 상부 발광 디바이스용 흡수 감소층의 이점을 설명한다.
도 4d는 상부 발광 미세공동 OLED 디바이스(104d)의 개략적 단면도를 도시한다. 미세공동 OLED 디바이스(104d)는 흡수 감소층(22)이 반투명 금속 상부 전극(16T)상에 배치된 점을 제외하고는 미세공동 OLED 디바이스(104a)와 구조가 유사하였다. 이 실시예에서는 예시적인 흡수 감소층(22)으로서 ZnS:20%SiO2(n = 2.15 + 0.003i)를 선택하였다. 계산에 의해, 휘도 출력을 향상시키는 흡수 감소층의 효율은 보다 높은 굴절률의 재료를 사용한 경우에 개선됨을 알 수 있었다. 모든 층의 두께는 휘도 출력에 대해 최적화하였다. 계산의 결과를 표 4에 요약한다. 흡수 감소층(22)의 삽입이 미세공동 OLED 디바이스의 휘도 출력을 약 0.411로부터 약 0.500으로 증가시켰음을 알 수 있다.
실시예 5
실시예 5는 반사성 금속 전극층으로서 사용하기 위한 상이한 재료들을 비교한다.
표 5는 반사성 금속 하부 전극(12R)에 상이한 재료를 사용하는 점을 제외하고는 도 4d에 따라 제조된 디바이스의 계산된 휘도 출력을 나타낸다. 모든 디바이스에서, 반투명 금속 상부 전극(16T)은 얇은 Ag 층이었다. 유기 EL 소자(14)는 NPB 정공 수송층(14b), 10㎚ 발광층(14c) 및 Alq 전자 수송층(14d)을 포함하는 것으로 가정하였다. 발광층은 파장에 의존하지 않는 출력을 갖는 것으로 가정하였다. 이 가정은 발광층의 특정 특성에 관계없이 미세공동 특성 자체의 평가를 용이하게 하여 결론을 임의의 발광층에 총체적으로 적용할 수 있도록 한다. ITO 층을 투명 전도성 페이스층(20)으로서 사용하고, ZnS:(20%)SiO2유전체층을 흡수 감소층(22)으로서 사용하였다. NPB 정공 수송층(14b)의 두께를 제외한 모든 층의 두께는 최대 휘도 출력을 제공하도록 최적화하였다. 정공 수송층(14b)의 두께는 모든 디바이스에 대해 30㎚로 고정시켰다.
표 5는 상이한 반사성 양극 재료를 사용하여 제조된 디바이스의 계산된 특징을 나타낸다. 양극 재료의 선택은 디바이스의 휘도 효율에 큰 영향을 미쳤다. 양극 재료의 반사율과 휘도 출력 사이에 직접적인 상관관계가 있는 것으로 보인다. 최저 반사율의 Zr 양극과 최고 반사율의 Ag 양극 사이에 5의 인자를 초과하는 휘도 출력의 차이가 존재하였다. Mo 또는 Zr과 같은 최저 반사율의 양극의 경우, 반투명 음극이 존재하지 않은 경우에 최적의 휘도가 얻어졌다. Ag, Al, Au 및 MgAg를 양극으로서 사용하지 않으면, FWHM이 매우 컸으며 미세공동으로 인한 휘도 향상은 거의 없었다.
실시예 6
실시예 6은 디바이스 성능에 미치는 상이한 반투명 음극 재료의 영향을 설명한다.
표 6은 반투명 금속 상부 전극(16T)에 상이한 재료를 사용하는 점을 제외하고는 도 4에 따라 제조된 디바이스의 계산된 휘도 출력을 나타낸다. 모든 디바이스에서, 반사성 금속 하부 전극(12R)은 400㎚ Ag 층이었다. 유기 EL 소자(14)는 NPB 정공 수송층(14b), 10㎚ 발광층(14c) 및 Alq 전자 수송층(14d)을 포함하는 것으로 가정하였다. 발광층은 파장에 의존하지 않는 출력을 갖는 것으로 가정하였다. 이 가정은 발광층의 특정 특성에 관계없이 미세공동 특성 자체의 평가를 용이하게 하여 결론을 임의의 발광층에 총체적으로 적용할 수 있도록 한다. ITO 층을 투명 전도성 페이스층(20)으로서 사용하고, 흡수 감소층(22)은 사용하지 않았다. NPB 정공 수송층(14b)의 두께를 제외한 모든 층의 두께는 최대 휘도 출력을 제공하도록 최적화하였다. 정공 수송층(14b)의 두께는 모든 디바이스에 대해 30㎚로 고정시키고, 전자 수송층(14d)의 두께는 20㎚ 이상으로 한정하였다. 후자의 한정이 없으면, 최적화 알고리즘은 전자 수송층(14d)에 대해 비현실적으로 작은 두께를 선택한다.
표 6a는 반투명 금속 상부 전극(16T) 재료의 선택이 디바이스 성능에 유의적인 영향을 미침을 나타낸다. 반투명 금속 상부 전극(16T)으로서 Au 및 Ag를 사용한 디바이스만이 미세공동 향상 효과를 나타내었다. 음극으로서 다른 모든 재료를 사용하면, 음극 두께를 사용하지 않은 경우에 최적의 성능이 얻어졌다. 물론, 이는 음극이 전지를 완성시키는데 필요하기 때문에 현실적인 것이 아니다.
흡수 감소층이 사용되는 경우, 반투명 금속 상부 전극(16T)으로서 보다 많은 재료가 사용될 수 있다. 표 6b는 반투명 금속 상부 전극(16T)상에 부가된 ZnS:(20%)SiO2의 흡수 감소층(22)을 갖는 점을 제외하고는 표 6a에 대한 디바이스와 유사하게 제조된 디바이스의 계산된 휘도 출력을 나타낸다. 모든 디바이스에서, 반사성 금속 하부 전극(12R)은 400㎚ Ag 층이었다. 유기 EL 소자(14)는 NPB 정공 수송층(14b), 10㎚ 발광층(14c) 및 Alq 전자 수송층(14d)을 포함하는 것으로 가정하였다. 발광층은 파장에 의존하지 않는 출력을 갖는 것으로 가정하였다. 이 가정은 발광층의 특정 특성에 관계없이 미세공동 특성 자체의 평가를 용이하게 하여 결론을 임의의 발광층에 총체적으로 적용할 수 있도록 한다. ITO 층을 투명 전도성 페이스층(20)으로서 사용하고, ZnS:(20%)SiO2유전체층을 흡수 감소층(22)으로서 사용하였다. NPB 정공 수송층(14b)의 두께를 제외한 모든 층의 두께는 최대 휘도 출력을 제공하도록 최적화하였다. 정공 수송층(14b)의 두께는 30㎚로 고정시켰다. MgAg 합금은 OLED 용도에 통상적으로 사용되는 90% Mg:10% Ag 합금이었다. 50% 미만의 Ag를 갖는 기타 MgAg 합금도 유사한 거동을 나타낼 것으로 예상된다.
표 6b는 반투명 금속 상부 전극(16T) 재료의 선택이 흡수 감소층의 존재에 의해 넓어짐을 나타낸다. Al, Cu, 이의 합금, 또는 50% 미만의 Ag를 갖는 MgAg 합금을 비롯한 재료를 사용하여 유리한 미세공동 효과를 생성할 수 있다. 또한, Ag, Au, MgAg 및 Al과 같은 보다 높은 반사율의 금속이 가장 우수한 결과를 나타내었지만, 반사율과의 상관관계는 크지 않는데, 이는 보다 높은 반사율의 Al이 Au 및MgAg보다 불량한 결과를 제공하였기 때문이다(이는 금속의 광학 흡수성도 또한 반투명 전극에 대한 중요한 파라미터라는 사실에 기인하는 것으로 이해된다. Al은 그의 굴절률의 특히 큰 가상적 일부를 가지며 따라서 높은 흡수성을 갖는다). 또한, 반투명 거울로서 QWS를 사용한 미세공동 OLED 디바이스도 연구에 포함시켰다. 실제로 이는 조사한 다른 모든 재료보다 낮은 총 휘도를 산출하였다. 피크 높이는 다른 모든 재료보다 현저히 높았지만, 극히 작은 FWHM 때문에 휘도 출력은 최소였다.
실시예 7a(종래의 OLED - 비교용)
종래의 비미세공동 OLED의 제조는 다음과 같다. 투명 ITO 전도성 층으로 코팅된 1㎜ 두께의 유리 기판을, 시판중인 유리 스크러버(scrubber) 도구를 사용하여 세정하고 건조시켰다. ITO의 두께는 약 42㎚이고, ITO의 시이트 저항은 약 68Ω/스퀘어(square)이다. 후속적으로, ITO 표면을 산화성 플라즈마로 처리하여 상기 표면을 양극으로 만들었다. RF 플라즈마 처리실내에서 CHF3기체를 분해시켜 깨끗한 ITO 표면상에 1㎚ 두께의 CFx(중합된 플루오로카본)층을 정공 주입층으로서 증착시켰다. 이어서, 기판의 상부에 다른 모든 층을 증착시키기 위해 기판을 진공 증착실내로 옮겼다. 하기 층들을 하기 순서로 약 10-6Torr의 진공하에서 가열 보트(heated boat)로부터 승화시켜 증착시켰다.
(1) N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)으로 이루어진 65㎚ 두께의 정공 수송층,
(2) 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 75㎚ 두께의 전자 수송층(발광층으로서도 작용함),
(3) Li로 이루어진 1㎚ 두께의 전자 주입층, 및
(4) Ag로 이루어진 약 50㎚ 두께의 음극.
이들 층의 증착 후, 디바이스를 증착실로부터 캡슐화를 위한 드라이 박스내로 옮겼다. 완성된 디바이스 구조물을 유리/ITO(42)/CFx(1)/NPB(65)/Alq(75)/Li(1)/Ag(50)으로서 나타낸다.
이 하부 발광 디바이스는 20mA/㎠를 통과시키기 위해 7.1V의 구동 전압을 필요로 하며, 그의 휘도 효율은 3.2cd/A이고, FWHM 대역폭은 108㎚이고, 색 좌표는 CIE-x = 0.352, CIE-y = 0.550이다. 20mA/㎠에서의 방출 스펙트럼은 도 5에서 곡선 a로서 나타낸다.
실시예 7b(본 발명 실시예)
미세공동 OLED를 다음과 같이 제작하였다. 약 4mTorr의 Ar 압력에서 DC 스퍼터링 공정에 의해 Ag로 이루어진 72㎚ 두께의 양극층으로 유리 기판을 코팅하였다. RF 플라즈마 처리실내에서 CHF3기체를 분해시켜 깨끗한 Ag 표면상에 1㎚ 두께의 CFx(중합된 플루오로카본)층을 정공 주입층으로서 증착시켰다. 하기 층들을 하기 순서로 약 10-6Torr의 진공하에서 가열 보트로부터 승화시켜 증착시켰다.
(1) N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)으로 이루어진 45㎚ 두께의 정공 수송층,
(2) 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 65㎚ 두께의 전자 수송층(발광층으로서도 작용함),
(3) Li로 이루어진 1㎚ 두께의 전자 주입층,
(4) Ag로 이루어진 약 22.5㎚ 두께의 음극, 및
(5) Alq로 이루어진 약 85㎚ 두께의 흡수 감소층.
이들 층의 증착 후, 디바이스를 증착실로부터 캡슐화를 위한 드라이 박스내로 옮겼다. 완성된 디바이스 구조물을 유리/Ag(72)/CFx(1)/NPB(45)/Alq(65)/Li(1)/Ag(22.5)/Alq(85)로서 나타낸다.
20mA/㎠에서 이 디바이스는 7.0V의 구동 전압을 필요로 하며, 그의 발광 출력 효율은 9.3cd/A이고, FWHM 대역폭은 36㎚이고, 색 좌표는 CIE-x = 0.351, CIE-y = 0.626이다. 20mA/㎠에서의 방출 스펙트럼은 도 5에서 곡선 b로서 나타낸다. 비교 실시예 7a의 결과와 비교할 때, 본 발명에 따른 미세공동 디바이스는 휘도 출력의 유의적인 개선, FWHM 대역폭의 감소 및 색의 유의적인 개선을 나타내었다.
이 실험 결과를, 실시예 1 내지 6을 실시하는데 사용된 광학 모델로부터 수득된 이론적 예측값과 비교하는 것은 유익하다. 본 실시예에서 관찰된 2.8의 인자만큼의 휘도 출력의 실제 이득은 이들 두 구조물의 광학 모델링으로부터 수득되는 2.57의 예측 인자와 잘 일치하고 있다. 이들 두 구조물 간의 FWHM 대역폭의 변화 및 CIE 색 좌표의 변화도 또한 광학 모델에 의해 상당한 정확도로 예측된다.
실시예 8a(종래의 OLED - 비교용)
종래의 비미세공동 적색 발광 OLED의 제조는 다음과 같다. 투명 ITO 전도성 층으로 코팅된 1㎜ 두께의 유리 기판을, 시판중인 유리 스크러버 도구를 사용하여 세정하고 건조시켰다. ITO의 두께는 약 42㎚이고, ITO의 시이트 저항은 약 68Ω/스퀘어이다. 후속적으로, ITO 표면을 산화성 플라즈마로 처리하여 상기 표면을 양극으로 만들었다. RF 플라즈마 처리실내에서 CHF3기체를 분해시켜 깨끗한 ITO 표면상에 1㎚ 두께의 CFx(중합된 플루오로카본)층을 정공 주입층으로서 증착시켰다. 이어서, 기판의 상부에 다른 모든 층을 증착시키기 위해 기판을 진공 증착실내로 옮겼다. 하기 층들을 하기 순서로 약 10-6Torr의 진공하에서 가열 보트(heated boat)로부터 승화시켜 증착시켰다.
(1) N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)으로 이루어진 65㎚ 두께의 정공 수송층,
(2) 1.5%의 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[(디-p-톨릴아미노)스티릴]스틸벤으로 도핑된 2-(t-부틸)-9,10-디-(2-나프틸)안트라센(TBADN)으로 이루어진 20㎚ 두께의 발광층,
(3) 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 35㎚ 두께의 전자 수송층,
(4) Li로 이루어진 1㎚ 두께의 전자 주입층, 및
(5) Ag로 이루어진 약 50㎚ 두께의 음극.
이들 층의 증착 후, 디바이스를 증착실로부터 캡슐화를 위한 드라이 박스내로 옮겼다. 완성된 디바이스 구조물을 유리/ITO(42)/CFx(1)/NPB(65)/TBADN:1.5% 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[(디-p-톨릴아미노)스티릴]스틸벤(20)/Alq(35)/Li(1)/Ag(50)으로서 나타낸다.
이 하부 발광 디바이스는 20mA/㎠를 통과시키기 위해 6.6V의 구동 전압을 필요로 하며, 그의 휘도 효율은 4.72cd/A이고, FWHM 대역폭은 64㎚이고, 색 좌표는 CIE-x = 0.16, CIE-y = 0.24이다. 20mA/㎠에서의 방출 스펙트럼은 도 6에서 곡선 a로서 나타낸다.
실시예 8b(본 발명 실시예)
미세공동 청색 발광 OLED를 다음과 같이 제작하였다. 약 4mTorr의 Ar 압력에서 DC 스퍼터링 공정에 의해 Ag로 이루어진 93㎚ 두께의 양극층으로 유리 기판을 코팅하였다. 하기 층들을 하기 순서로 약 10-6Torr의 진공하에서 가열 보트로부터 승화시켜 증착시켰다.
(1) MoO3원 물질을 함유하는 보트로부터의, 2㎚ 두께의 MoOx(몰리브덴 산화물)로 이루어진 정공 주입층,
(2) N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)으로 이루어진 160㎚ 두께의 정공 수송층,
(3) 1.5%의 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[(디-p-톨릴아미노)스티릴]스틸벤으로 도핑된 2-(t-부틸)-9,10-디-(2-나프틸)안트라센(TBADN)으로 이루어진 20㎚ 두께의 발광층,
(4) 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 30㎚ 두께의 전자 수송층,
(5) Li로 이루어진 1㎚ 두께의 전자 주입층,
(6) Ag로 이루어진 약 16㎚ 두께의 음극, 및
(7) Alq로 이루어진 약 72㎚ 두께의 흡수 감소층.
이들 층의 증착 후, 디바이스를 증착실로부터 캡슐화를 위한 드라이 박스내로 옮겼다. 완성된 디바이스 구조물을 유리/Ag(93)/MoOx(2)/NPB(160)/TBADN:1.5%4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[(디-p-톨릴아미노)스티릴]스틸벤(20)/Alq(30)/Li(1)/Ag(16)/Alq(72)로서 나타낸다.
이 상부 발광 디바이스는 20mA/㎠를 통과시키기 위해 6.5V의 구동 전압을 필요로 하며, 그의 휘도 효율은 3.93cd/A이고, FWHM 대역폭은 24㎚이고, 색 좌표는 CIE-x = 0.119, CIE-y = 0.130이다. 20mA/㎠에서의 방출 스펙트럼은 도 6b에서 곡선 b로서 나타낸다. 비교 실시예 8a의 결과와 비교할 때, 본 발명에 따른 미세공동 디바이스는 FWHM 대역폭의 유의적인 감소 및 색의 유의적인 개선을 나타내었다. 휘도 효율은 4.72cd/A로부터 약 3.93cd/A로 감소되었지만, 이 감소는 미세공동 디바이스에서의 고휘도 녹색 성분의 부재에 의한 것이다. 발광 피크 높이가 거의 4배 증가하는 것에 의해 입증되는 바와 같이, 목적하는 청색 휘도의 양이 실제로는 감소된다.
실시예 9a(종래의 OLED - 비교용)
종래의 비미세공동 적색 발광 OLED의 제조는 다음과 같다. 투명 ITO 전도성 층으로 코팅된 1㎜ 두께의 유리 기판을, 시판중인 유리 스크러버 도구를 사용하여세정하고 건조시켰다. ITO의 두께는 약 42㎚이고, ITO의 시이트 저항은 약 68Ω/스퀘어이다. 후속적으로, ITO 표면을 산화성 플라즈마로 처리하여 상기 표면을 양극으로 만들었다. RF 플라즈마 처리실내에서 CHF3기체를 분해시켜 깨끗한 ITO 표면상에 1㎚ 두께의 CFx(중합된 플루오로카본)층을 정공 주입층으로서 증착시켰다. 이어서, 기판의 상부에 다른 모든 층을 증착시키기 위해 기판을 진공 증착실내로 옮겼다. 하기 층들을 하기 순서로 약 10-6Torr의 진공하에서 가열 보트로부터 승화시켜 증착시켰다.
(1) MoO3원 물질을 함유하는 보트로부터의, 3㎚ 두께의 MoOx(몰리브덴 산화물)로 이루어진 정공 주입층,
(2) N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)으로 이루어진 75㎚ 두께의 정공 수송층,
(3) 0.6%의 N,N-디페닐퀴나크리돈(DPQA)으로 도핑된 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 37.5㎚ 두께의 발광층,
(4) 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 37.5㎚ 두께의 전자 수송층,
(5) Li로 이루어진 1㎚ 두께의 전자 주입층, 및
(6) Ag로 이루어진 약 50㎚ 두께의 음극.
이들 층의 증착 후, 디바이스를 증착실로부터 캡슐화를 위한 드라이 박스내로 옮겼다. 완성된 디바이스 구조물을유리/ITO(42)/CFx(1)/MoOx(3)/NPB(75)/Alq:0.6%DPQA(37.5)/Alq(37.5)/Li(1)/Ag(50)으로서 나타낸다.
이 하부 발광 디바이스는 20mA/㎠를 통과시키기 위해 9.6V의 구동 전압을 필요로 하며, 그의 휘도 효율은 13.5cd/A이고, FWHM 대역폭은 28㎚이고, 색 좌표는 CIE-x = 0.31, CIE-y = 0.65이다. 20mA/㎠에서의 방출 스펙트럼은 도 7에서 곡선 a로서 나타낸다.
실시예 9b(본 발명 실시예)
미세공동 녹색 발광 OLED를 다음과 같이 제작하였다. 약 4mTorr의 Ar 압력에서 DC 스퍼터링 공정에 의해 Ag로 이루어진 93㎚ 두께의 양극층으로 유리 기판을 코팅하였다. 이어서, 기판의 상부에 다른 모든 층을 증착시키기 위해 기판을 진공 증착실내로 옮겼다. 하기 층들을 하기 순서로 약 10-6Torr의 진공하에서 가열 보트로부터 승화시켜 증착시켰다.
(1) MoO3원 물질을 함유하는 보트로부터의, MoOx(몰리브덴 산화물)로 이루어진 3㎚ 두께의 정공 주입층,
(2) N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)으로 이루어진 190㎚ 두께의 정공 수송층,
(3) 0.6%의 N,N-디페닐퀴나크리돈(DPQA)으로 도핑된 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 37.5㎚ 두께의 발광층,
(4) 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 40㎚ 두께의 전자 수송층,
(5) Li로 이루어진 0.5㎚ 두께의 전자 주입층,
(6) Ag로 이루어진 약 22.5㎚ 두께의 음극, 및
(7) Alq로 이루어진 약 85㎚ 두께의 흡수 감소층.
이들 층의 증착 후, 디바이스를 증착실로부터 캡슐화를 위한 드라이 박스내로 옮겼다. 완성된 디바이스 구조물을 유리/Ag(93)/MoOx(3)//NPB(190)/Alq:0.6%DPQA(20)/Alq(40)/Li(0.5)/Ag(22.5)/Alq(85)로서 나타낸다.
이 상부 발광 디바이스는 20mA/㎠를 통과시키기 위해 8.1V의 구동 전압을 필요로 하며, 그의 휘도 효율은 24.6cd/A이고, FWHM 대역폭은 16㎚이고, 색 좌표는 CIE-x = 0.18, CIE-y = 0.77이다. 20mA/㎠에서의 방출 스펙트럼은 도 7b에서 곡선 b로서 나타낸다. 비교 실시예 9a의 결과와 비교할 때, 본 발명에 따른 미세공동 디바이스는 휘도의 유의적인 증가, FWHM 대역폭의 유의적인 감소 및 색의 유의적인 개선을 나타내었다.
실시예 10a(종래의 OLED - 비교용)
종래의 비미세공동 적색 발광 OLED의 제조는 다음과 같다. 투명 ITO 전도성 층으로 코팅된 1㎜ 두께의 유리 기판을, 시판중인 유리 스크러버 도구를 사용하여 세정하고 건조시켰다. ITO의 두께는 약 42㎚이고, ITO의 시이트 저항은 약 68Ω/스퀘어이다. 후속적으로, ITO 표면을 산화성 플라즈마로 처리하여 상기 표면을 양극으로 만들었다. RF 플라즈마 처리실내에서 CHF3기체를 분해시켜 깨끗한 ITO 표면상에 1㎚ 두께의 CFx(중합된 플루오로카본)층을 정공 주입층으로서 증착시켰다. 이어서, 기판의 상부에 다른 모든 층을 증착시키기 위해 기판을 진공 증착실내로 옮겼다. 하기 층들을 하기 순서로 약 10-6Torr의 진공하에서 가열 보트로부터 승화시켜 증착시켰다.
(1) N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)으로 이루어진 65㎚ 두께의 정공 수송층,
(2) 5.0%의 루브렌 및 1.8%의 프로판디니트릴, [2-(1,1-디메틸에틸)-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴](DCJTB)로 도핑된 Alq(50%)TBADN(50%) 호스트로 이루어진 35㎚ 두께의 발광층,
(3) 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 35㎚ 두께의 전자 수송층,
(4) Li로 이루어진 1㎚ 두께의 전자 주입층, 및
(5) Ag로 이루어진 약 50㎚ 두께의 음극.
이들 층의 증착 후, 디바이스를 증착실로부터 캡슐화를 위한 드라이 박스내로 옮겼다. 완성된 디바이스 구조물을 유리/ITO(42)/CFx(1)/NPB(65)/Alq(50%)TBADN(50%):5.0%루브렌+1.8%DCJTB(20)/Alq(35)/Li(1)/Ag(50)으로서 나타낸다.
이 하부 발광 디바이스는 20mA/㎠를 통과시키기 위해 7.9V의 구동 전압을 필요로 하며, 그의 휘도 효율은 3.1cd/A이고, FWHM 대역폭은 84㎚이고, 색 좌표는 CIE-x = 0.63, CIE-y = 0.37이다. 20mA/㎠에서의 방출 스펙트럼은 도 7에서 곡선 a로서 나타낸다.
실시예 10b(본 발명 실시예)
미세공동 적색 발광 OLED를 다음과 같이 제작하였다. 약 4mTorr의 Ar 압력에서 DC 스퍼터링 공정에 의해 Ag로 이루어진 93㎚ 두께의 양극층으로 유리 기판을 코팅하였다. 이어서, 기판의 상부에 다른 모든 층을 증착시키기 위해 기판을 진공 증착실내로 옮겼다. 하기 층들을 하기 순서로 약 10-6Torr의 진공하에서 가열 보트로부터 승화시켜 증착시켰다.
(1) MoO3원 물질을 함유하는 보트로부터의, MoOx(몰리브덴 산화물)로 이루어진 2㎚ 두께의 정공 주입층,
(2) N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)으로 이루어진 40㎚ 두께의 정공 수송층,
(3) 5.0%의 루브렌 및 1.8%의 프로판디니트릴, [2-(1,1-디메틸에틸)-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴](DCJTB)로 도핑된 Alq(50%)TBADN(50%) 호스트로 이루어진 35㎚ 두께의 발광층,
(4) 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(III)(Alq)으로 이루어진 68㎚ 두께의 전자 수송층,
(5) Li로 이루어진 1㎚ 두께의 전자 주입층,
(6) Ag로 이루어진 약 22.5㎚ 두께의 음극, 및
(7) Alq로 이루어진 약 85㎚ 두께의 흡수 감소층.
이들 층의 증착 후, 디바이스를 증착실로부터 캡슐화를 위한 드라이 박스내로 옮겼다. 완성된 디바이스 구조물을 유리/Ag(93)/MoOx(2)//NPB(40)/Alq(50%)TBADN(50%):5.0%루브렌+1.8%DCJTB(20)/Alq(68)/Li(1)/Ag(22.5)/Alq(85)로서 나타낸다.
이 상부 발광 디바이스는 20mA/㎠를 통과시키기 위해 7.6V의 구동 전압을 필요로 하며, 그의 휘도 효율은 13.7cd/A이고, FWHM 대역폭은 44㎚이고, 색 좌표는 CIE-x = 0.18, CIE-y = 0.77이다. 20mA/㎠에서의 방출 스펙트럼은 도 8b에서 곡선 b로서 나타낸다. 비교 실시예 10a의 결과와 비교할 때, 본 발명에 따른 미세공동 디바이스는 휘도의 유의적인 증가 및 FWHM 대역폭의 유의적인 감소를 나타내었다.
본 발명을 이의 특정한 바람직한 실시태양을 특히 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 취지 및 범주내에서 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명의 컬러 유기 발광 디스플레이는 색 품질 및 발광 효율이 높고, 저가로 제조될 수 있으며, 전력 손실을 감소시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 상이한 소정의 색을 공통의 기판상에 각각 방출하는 2개 이상의 상이한 컬러 픽셀 세트로 분할된 픽셀 어레이를 갖는 컬러 유기 발광 디스플레이로서, 상기 어레이내의 각각의 픽셀이
    (a) 기판의 한쪽 면상에 배치된 금속 하부 전극층;
    (b) 금속 하부 전극층상에 배치되고, 소정의 색광을 방출하기 위한 발광층을 포함하는 복수의 유기층을 가진 유기 EL 소자; 및
    (c) 소정의 색의 발광 출력 효율을 개선시키도록 선택된 거리만큼 금속 하부 전극층으로부터 이격된, 유기 EL 소자상의 금속 상부 전극층
    을 포함하며;
    이 때 상기 금속 전극층 중 하나는 반투명하고 다른 하나는 본질적으로 불투명하며 반사성이고, 상기 반투명 금속 전극의 재료는 Ag, Au 또는 이의 합금을 포함하고, 상기 불투명 반사 전극의 재료는 Ag, Au, Al 또는 이의 합금을 포함하고, 상기 반투명 금속 전극층의 두께 및 금속 전극층들 사이의 발광층의 위치는 발광 출력 효율을 향상시키도록 선택되는 컬러 유기 발광 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    금속 전극층이 둘 다 Ag 또는 이의 합금이고, 반투명 전극층의 두께가 10 내지 30㎚인 컬러 유기 발광 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    하부 전극층이 반투명하고, 광이 기판을 통해 방출되는 컬러 유기 발광 디스플레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    반투명 금속 하부 전극층과 기판 사이에 배치된 고굴절률의 흡수 감소층을 추가로 포함하는 컬러 유기 발광 디스플레이.
  5. 제 4 항에 있어서,
    흡수 감소층이 1.6보다 큰 굴절률을 갖는 컬러 유기 발광 디스플레이.
  6. 제 4 항에 있어서,
    반투명 전극의 재료가 Al, Cu, 이의 합금, 또는 50% 미만의 Ag를 갖는 MgAg 합금을 추가로 포함하는 컬러 유기 발광 디스플레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상부 전극층이 반투명하고, 광이 반투명 상부 전극층을 통해 방출되는 컬러 유기 발광 디스플레이.
  8. 제 6 항에 있어서,
    반투명 상부 전극층상에 배치된 고굴절률의 흡수 감소층을 추가로 포함하는 컬러 유기 발광 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    흡수 감소층이 1.6보다 큰 굴절률을 갖는 컬러 유기 발광 디스플레이.
  10. 제 8 항에 있어서,
    반투명 전극의 재료가 Al, Cu, 이의 합금, 또는 50% 미만의 Ag를 갖는 MgAg 합금을 추가로 포함하는 컬러 유기 발광 디스플레이.
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