KR20050024388A - 투명 캐쏘드를 구비한 전기발광 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명 캐쏘드를 구비한 전기발광 디바이스에 관한 것이다. 상기 전기발광 디바이스는, 기판(1)과, 상기 기판(1)에 인접하고, 제 1 전극(2)과, 전기발광층(3)과, 제 2 금속 전극(4)으로 이루어진 적층체를 포함한다. 상기 제 2 전극(4)은 투명한 유전층(5)으로 덮여있고, 이 유전층은 제 2 금속 전극(4)을 통한 광 투과율을 증가시키고, 필터로 작용한다.

Description

투명 캐쏘드를 구비한 전기발광 디바이스{ELECTROLUMINESCENT DEVICE WITH A TRANSPARENT CATHODE}

본 발명은, 기판과, 제 1 전극, 전기발광층 및 제 2 전극으로 이루어진 적층체 (laminated body)를 포함하는 전기발광 디바이스에 관한 것이다.

서로 다른 원리에 기초한 전기 작동 디스플레이 시스템의 여러 가지 실시예가 알려져, 널리 사용되고 있다.

상기 원리 중 어느 한 가지 원리에 따라, 광원으로는 소위 OLED라고 불리는 유기 발광 다이오드가 사용된다. 유기 발광 다이오드는 복수의 기능층으로 이루어져 있다. "필립스 저널 오브 리써치 (1998년) 51, 467"에서, OLED의 일반적인 구조가 기술되어 있다. 일반적인 구조는, 투명 전극 (애노드)인 ITO (인듐 주석 산화물) 층과, 전도성 중합체 층과, 전기발광층, 즉, 발광 물질, 특히 발광 중합체의 층과, 금속, 바람직하게는 일 함수가 작은 금속의 전극 (캐쏘드)을 포함한다. 이러한 구조는 일반적으로 기판, 일반적으로 유리 위에 제공된다. 생성된 광은 기판을 통해 시청자에게 도달한다. 전기발광층에 발광 중합체를 함유한 OLED는 폴리 LED 또는 PLED로도 불린다.

현재, 대부분의 OLED는 수동 작동된다. 그러나, 이는 디스플레이 스크린의 대각선이 작은 경우에만 가능하다. 이보다 큰 디스플레이 시스템을 작동시키기 위해서는, 효율의 이유로, 능동 매트릭스 작업으로 전환할 필요성이 있다. 능동 OLED에서, 제 1 전극은 픽셀형이 되도록 구성되고, 각각의 픽셀 전극은 개별적으로 작동된다. OLED를 능동 작동시키기 위해서는, 각각의 픽셀 전극에 적어도 두 개의 박막 트랜지스터와 하나의 트랜지스터가 필요하다. 픽셀 전극을 작동시키는데 필요한 구성요소의 공간 요건 때문에, 기판에 트랜지스터와 커패시터가 제공되고, 광이 투명 캐쏘드를 통해 전기발광 디바이스를 이탈하도록 OLED가 개발되었다. 이러한 전기발광 디바이스는, 예를 들어 "13인치 풀 컬러 유기 EL 디스플레이" (카이젠 플래시 2001)에 기술되어 있다.

효율의 이유로, 캐쏘드 물질로는 금속만이 적합하게 사용될 수 있다. 금속층의 충분히 높은 전도성 능력을 얻기 위해, 10 내지 30nm 범위의 층 두께가 필요하고, 이는 전기발광 디바이스에서 생성된 광의 낮은 투과율을 일으킨다.

도 1은, 전기발광 디바이스의 단면도.

도 2는, 두 가지 종래 전극의 투과율 곡선을 나타낸 도면.

도 3은, 하나의 투명한 층으로 덮인 두 전극의 투과율 곡선을 나타낸 도면.

도 4는, 세 개의 투명한 유전층으로 덮인 전극의 투과율 곡선을 나타낸 도면.

도 5는, 일곱 개의 투명한 유전층으로 덮인 전극의 투과율 곡선을 나타낸 도면.

따라서, 본 발명의 목적은, 전기발광층에 의해 방출된 광의 높은 투과율을 나타내는 캐쏘드를 구비한, 향상된 전기발광 디바이스를 제공하는 것이다.

컬러 전기발광 디바이스는, 흔히 필터, 특히 컬러 필터의 사용을 필요로 한다. 컬러 필터의 제조는 전기발광 디바이스의 제조 공정에서 쉽게 통합될 수 있는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 추가 목적은, 필터, 특히 컬러 필터를 구비한, 향상된 전기발광 디바이스를 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 기판과, 상기 기판에 인접하고, 제 1 전극과, 전기발광층과, 제 2 전극과, 2n+1개의 투명 유전층으로 이루어진 적층체를 포함한 전기발광 디바이스에 의해 이루어지는데, n = 0,1,2,3 ... α이고, 투명한 전극층은 n > 1.7의 높은 굴절률과 n ≤1.7의 낮은 굴절률을 교대로 가지며, 제 2 전극에 인접한 투명 유전층은 n > 1.7의 높은 굴절률을 갖는다.

제 2 전극에 인접한 투명한 유전층은 높은 굴절률(n)을 갖기 때문에, 전기발광층에 의해 생성된 광의 반사는 제 2 금속 전극에서 감소하고 더 많은 광이 제 2 전극을 통과한다. 추가 투명 유전층에 의해, Bragg 원리에 따른 필터링 효과가 얻어진다. 그래서, 투과율 특성은, 생성된 광의 방출 스펙트럼에 맞게 조절될 수 있다. 또한, 투명한 유전층의 필터링 효과는 전기발광 디바이스의 방출 컬러가 간단한 방법으로 변하게 하거나, 컬러 전기발광 디바이스를 위한 컬러 필터 구조가 생성될 수 있게 한다. 전기발광 디바이스의 실제 제조 공정은, 투명한 유전층이 공정의 끝에만 제공되기 때문에 변하지 않는다.

청구항 제 2항과 제 3항에서 청구된 유리하게 선택된 물질은 가시광의 파장 범위에서 높은 투과율을 나타낸다.

본 발명의 이러한 목적 및 이와 다른 목적은 5개의 도면과 4개의 예로부터 분명해지고, 이를 참조해서 설명될 것이다.

도 1에 따라, 전기발광 디바이스는, 예를 들어 유리판과 같은 기판(1)과, 중합체 호일과, 반도체 또는 세라믹 웨이퍼를 포함한다. 사용된 물질에 따라, 상기 기판(1)은 광 투과성 또는 불투과성이다. 전기발광 디바이스가 능동적으로 작동하면, 트랜지스터 및 커패시터와 같은 능동 및 수동 구성요소는 기판(1) 또는 그 위에 위치한다.

기판(1) 위에는 애노드(anode)로 작동하는 제 1 전극(2)이 제공된다. 상기 전극(2)은, 예를 들어 p-도핑 규소 또는 인듐 도핑 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 절연층은 기판(1)과 제 1 전극(2) 사이에 위치할 수 있다.

전기발광층(3)은 제 1 전극(2)에 제공된다. 상기 전기발광층(3)은 발광 중합체 또는 작은 유기 분자 중 하나를 포함한다. 전기발광층(3)에 사용된 물질의 종류에 따라, 디바이스를 LEP (발광 중합체) 또는 폴리 LED, 또는 SMOLED (작은 분자 유기 발광 다이오드)로 부른다. 상기 발광 중합체는, 예를 들어 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 또는 디알콕시 치환 PPV와 같은 치환 PPV일 수 있다.

전기발광층(3)에 접한 제 2 전극(4)은, 예를 들어 알루미늄, 구리, 은이나 금, 또는 합금과 같은 금속을 함유할 수 있다. 제 2 전극(4)은 두 개 이상의 전도층을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 제 2 전극(4)은, 전기발광층(3)에 접하고 칼슘이나 바륨과 같은 알칼리 토금속으로 이루어진 제 1층과, 알루미늄, 구리, 은 또는 금과 같은 제 2층을 포함하는 것이 특히 바람직하다.

수동 작동되는 전기발광 디바이스의 경우, 전극(2,4)은 이들이 2차원 배열을 형성하도록 제공된다. 능동 작동되는 전기발광 디바이스의 경우, 제 1 전극(2)은 픽셀 형태가 되도록 구성되고, 각각의 픽셀 전극은 개별 작동된다.

대안적으로, 적층체 (laminated body)는 홀 운반층 및/또는 전자 운반층과 같은 추가 층들을 포함할 수 있다. 홀 운반층은 제 1 전극(2)과 전기발광층 사이에 배열된다. 전자 운반층은 제 2 전극(4)과 전기발광층(3) 사이에 위치한다. 양 층은 전도성 중합체를 포함하는 것이 바람직하다.

전기발광층(3)은 적색, 녹색 및 청색 컬러의 광을 방출하는 복수의 컬러 픽셀로 나누어질 수 있다. 착색광을 생성하기 위해, 전기발광층(3)의 물질이 형광 염료로 도핑될 수 있고, 또는 착색광을 방출하는 중합체가 전기발광층(3)의 물질로 사용된다. 다른 실시예에서, 중합체가 전기발광층(3)에 사용되는데, 이 중합체는 넓은 파장 범위의 광을 방출하고, 이 광으로부터, 삼원색인 적색, 녹색 또는 청색 중 임의의 한 가지 광을 생성하기 위해 컬러 필터가 사용된다.

제 2 전극(4)에서, 많은 투명 유전층(5)이 2n+1로 제공된다 (n = 0,1,2,3 ... α). 상기 투명 유전층(5)은 n > 1.7의 높은 굴절률과 n ≤1.7의 낮은 굴절률을 교대로 갖는다. 제 2 전극(4)에 접한 제 1 투명 유전층(6)은 n > 1.7의 높은 굴절률을 갖는다.

금속성의 제 2 전극(4)에서 전기발광층(3)에 의해 방출된 광의 반사는 제 1 투명 유전층(6)에 의해 감소되어, 제 2 전극(4)을 통한 광의 투과율은 증가한다.

추가 투명 유전층에 의해, 제 2 전극(4)의 투과율 특성은 전기발광층(3)에 의해 방출된 광의 방출 스펙트럼에 맞게 조절될 수 있다. 층 순서에서 굴절률의 변화를 통해, Bragg 원리에 따른 필터가 생성된다.

높은 굴절률, 즉 n > 1.7의 굴절률을 갖는 투명 유전층은, ZnS, TiO₂ 또는 SnO₂와 같은 무기 물질, 또는 유기 물질을 함유할 수 있다. 굴절률이 높은 투명 유전층은 ZnS를 함유하는 것이 바람직하다.

낮은 굴절률, 즉 n ≤1.7의 굴절률을 갖는 투명 유전층은, 예를 들어 SiO₂나 MgF₂와 같은 무기 물질, 또는 유기 물질을 함유할 수 있다. 낮은 굴절률을 갖는 투명 유전층은 MgF₂를 함유하는 것이 바람직하다.

일반적으로 수 볼트의 적절한 전압을 전극(2,4)에 인가함으로써, 양과 음의 전하 운반체가 주입되고, 이 전하 운반체는 이들이 재결합되어 광을 발생하는 전기발광층(3)으로 이동한다. 광 투과성 기판(1)의 경우, 상기 광은, 한편, 제 1 전극(2)과 기판(1)에 의해, 다른 한편으로는, 제 2 전극(4)과 투명한 유전층(5)에 의해 방출된다. 기판(1)이 불투명하면, 광은 제 2 전극(4)과 투명한 유전층(5)에 의해서만 방출된다.

도 2는, 종래의 두 전극의 투과율 곡선(7,8)과, 제 1 전극으로 140nm 두께의 ITO 층과, 홀 운반층으로 200nm 두께의 폴리에틸렌 디옥시티오펜 (PDOT) 층과, 전기발광층으로 80nm 두께의 PPV 층과, 제 2 전극으로 5nm 두께의 Ba 층과 200nm 두께의 Al 층을 포함하는 전기발광 디바이스의 방출 스펙트럼(9)을 나타낸다. 곡선(7)은 5nm 두께의 Ba 층과 25nm 두께의 Ag 층을 포함한 전극의 투과율을 나타낸다.

곡선(8)은 5nm 두께의 Ba 층과 15nm 두께의 Ag 층을 포함한 전극의 투과율을 나타낸다.

도 3은, ZnS의 투명한 유전층으로 덮인 두 전극의 투과율 곡선(10,11)을 나타낸다. 곡선(10)은 5nm 두께의 Ba 층과 25nm 두께의 Ag 층을 포함하고, 38nm 두께의 ZnS 층으로 덮인 전극의 투과율을 나타낸다. 곡선(11)은 5nm 두께의 Ba 층과 15nm 두께의 Al 층을 포함하고, 43nm 두께의 ZnS 층으로 덮인 전극의 투과율을 나타낸다. 도면에도 나타나 있는 방출 스펙트럼(9)은 도 2에 도시된 것과 동일하다.

도 3은, 두 가지 경우, 인접하고 투명한 유전층이, 전기발광층(3)에 의해 방출된 광의 금속 전극을 통한 투과율이 크게 증가하도록 하는 것을 보여준다.

또한, 청색 스펙트럼 영역의 투과율이 감소한다. 특히 환형 편광기 (circular polarizer)와 관련된 필터링 효과는 일광 컨트래스트가 증가할 수 있도록 한다.

도 4는, ZnS와 MgF₂의 세 개의 투명 유전층으로 덮인 전극의 투과율 곡선을 나타낸다. 곡선(12)은, 5nm 두께의 Ba 층과 25nm 두께의 Ag 층을 포함하고, 41nm 두께의 ZnS 층과, 84nm 두께의 MgF₂ 층과, 55nm 두께의 ZnS 층의 층 순서로 덮인 전극의 투과율을 나타낸다. 이 경우, 41nm 두께의 ZnS 층은 전극에 접한다. 도 4에 또한 도시되어 있는 방출 스펙트럼(9)은 도 2에 도시된 방출 스펙트럼(9)과 동일하다.

도 4에서 분명히 알 수 있는 바와 같이, 금속 전극을 통해 80% 이하의 가시광 투과율을 얻기 위해서는 세 개의 투명 유전층이 충분하다. 또한, 투과율 곡선은 생성된 광의 방출 스펙트럼에 맞게 조절되어, 전극의 최대 투과율은 PPV의 방출 최대치의 범위 내에 있다. 이는, 또한 투명한 유전층(5)에 의한 필터 효과를 일으킨다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 전기발광 디바이스의 방출 컬러는 변할 수 있다.

도 5는, ZnS와 MgF₂의 일곱 개의 투명 유전층으로 덮인 전극의 투과율 곡선을 나타낸다. 곡선(13)은, 5nm 두께의 Ba 층과 25nm 두께의 Ag 층을 포함하고, 9nm 두께의 ZnS 층과, 135nm 두께의 MgF₂ 층과, 62nm 두께의 ZnS 층과, 160nm 두께의 MgF₂ 층과, 64nm 두께의 ZnS 층과, 133nm 두께의 MgF₂ 층과, 102nm 두께의 ZnS 층의 층 순서로 덮인 전극의 투과율을 나타낸다. 9nm 두께의 ZnS 층은 전극과 접한다.

도 5에서 분명히 알 수 있는 바와 같이, 일곱 개의 투명한 유전층을 통해, 최대 투과율 피크가 삼원색 컬러인 적색, 녹색 및 청색의 파장 범위에 있는 투과율 곡선이 생성될 수 있다.

이 실시예에서, 투명한 유전층(5)을 통해 컬러 필터가 얻어진다.

추가 투명 유전층들은 투과율 피크의 폭이 더 작은 값으로 설정될 수 있게 한다.

다음으로, 가능한 실행 예를 구성하는 본 발명의 실시예가 설명될 것이다.

(예 1)

기판(1)으로 작용하는 유리판에는, 제 1 전극(2)으로 140nm 두께의 ITO 층이 제공되었고, 이 층은 이후 조직화되었다. 다음으로, 홀 전도층으로 200nm 두께의 폴리에틸렌 디옥시티오펜 (PDOT) 층과, 전기발광층(3)으로 80nm 두께의 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 층이 연속적으로 제공되었다. 5nm 두께의 Ba 층과 15nm 두께의 Al 층으로 이루어진 제 2 전극(4)이 PPV 층 위에 제공되었다. 43nm 두께의 ZnS 층이 Al 층 위에 증착되었다.

제 2 전극(4)의 투과율 특성은 도 3의 곡선(11)에 나타나 있다. 제 2 전극(4)을 통해 전기발광층(3)에서 생성된 광의 투과율은, 코팅되지 않은 전극 (도 2의 곡선 8)과 비교해서 증가할 수 있다. 또한, 청색 스펙트럼 영역에서 투과율은 감소한다.

(예 2)

제 2 전극이 Al 층 대신 25nm 두께의 Ag 층을 포함하고, ZnS의 층 두께는 38nm라는 점을 제외하고, 예 1과 유사한 전기발광 디바이스가 제조되었다.

전기발광층(3)에 의해 방출된 광에 관한 제 2 전극(4)의 투과율 특성이 도 3의 곡선(10)에 나타나 있다. 코팅되지 않은 전극 (도 2의 곡선 7)과 비교하면, 투과율은 증가될 수 있다. 또한, 청색과 적색 스펙트럼 영역에서의 필터링 효과가 유지되었다.

(예 3)

세 개의 투명 유전층(5)이 제 2 전극(4)에 증착된 것을 제외하고, 예 2에 기술된 것과 유사한 전기발광 디바이스가 제조되었다. 제 2 전극(4)에 인접한 ZnS의 제 1 투명 유전층(6)의 층 두께는 41nm였고, MgF₂의 제 2 투명 유전층의 층 두께는 84nm였으며, ZnS의 제 3 투명 유전층의 층 두께는 55nm였다.

제 2 전극(4)의 투과율 특성은 도 4의 곡선(12)에 나타나 있다. 단일 코팅 전극 (도 3의 곡선 10)과 비교하면, 투과율 특성은 PPV의 전기발광층의 방출 스펙트럼 (도 4의 곡선 9 참조)에 맞게 조절될 수 있었다.

(예 4)

일곱 개의 투명 유전층(5)이 제 2 전극(4)에 증착된 것을 제외하고, 예 2에 기술된 것과 유사한 전기발광 디바이스가 제조되었다. 제 2 전극(4)에 인접한 ZnS의 제 1 투명 유전층(6)의 층 두께는 9nm였고, MgF₂의 제 2 투명 유전층의 층 두께는 134nm였으며, ZnS의 제 3 투명 유전층의 층 두께는 62nm였고, MgF₂의 제 4 투명 유전층의 층 두께는 166nm였으며, ZnS의 제 5 투명 유전층의 층 두께는 64nm였고, MgF₂의 제 6 투명 유전층의 층 두께는 133nm였으며, ZnS의 제 7 투명 유전층의 층 두께는 102nm였다.

제 2 전극(4)의 투과율 특성은 도 4의 곡선(13)에 나타나 있다. 최대 투과율 값은 삼원색 컬러인 적색, 녹색 및 청색의 파장 범위에 있다. 전기발광 디바이스는, 전기발광층(3)에 의해 생성된 광에 대한 투과율 증가뿐만 아니라, 삼원색을 위한 컬러 필터를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 전기발광층에 의해 방출된 광의 높은 투과율을 나타내는 캐쏘드를 구비한 전기발광 디바이스를 제조하고, 특히 컬러 필터를 구비한 전기발광 디바이스를 제조하는데 사용할 수 있다.

Claims (3)

1. 전기발광 디바이스로서,

   기판(1)과,

   상기 기판에 인접하고, 제 1 전극(2)과, 전기발광층(3)과, 제 2 전극(4)과, 2n+1개의 투명 유전층(5)으로 이루어진 적층체 (laminated body)를 포함하고,

   n = 0,1,2,3 ... α이고, 투명한 전극층(5)은 n > 1.7의 높은 굴절률과 n ≤1.7의 낮은 굴절률을 교대로 가지며, 상기 제 2 전극(4)에 인접한 상기 투명한 유전층(6)은 n > 1.7의 높은 굴절률을 갖는,

   전기발광 디바이스.
2. 제 1항에 있어서, 높은 굴절률을 갖는 상기 투명한 층은 TiO₂, ZnS 및 SnO₂로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기발광 디바이스.
3. 제 1항에 있어서, 낮은 굴절률을 갖는 상기 투명한 층은 SiO₂와 MgF₂로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기발광 디바이스.