KR20060029623A - 유기 레이저 장치 - Google Patents

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KR20060029623A
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compound layer
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KR1020057024608A
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료지 노무라
히로코 아베
미키오 유카와
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 전류가 주입되었을 때 레이저광을 방사하는 유기 화합물을 포함하는 유기 레이저 장치이다. 본 발명의 레이저 장치에 사용하는 유기 화합물층은 레이저광의 방사를 가능하게 하기 위해, 그의 파장을 고려하여 적층 구조와 각 층의 막 두께가 결정된다. 본 발명에서, 한 쌍의 전극 사이에 형성되는 유기 화합물을 주성분으로 하는 박막을 총칭하여 유기 화합물층이라고 부르기로 한다. 유기 화합물층은 한 쌍의 전극 사이에 끼워지도록 형성되는 것으로서, 바람직하게는, 캐리어 수송 특성, 발광 파장이 다른 복수의 층을 사용하여 형성된다. 또한, 반사체를 사이에 두고 한 쌍의 전극이 형성된 소위 공진기 구조로 하는 것은 바람직한 형태가 된다.
유기 레이저 장치, 전극, 유기 화합물층, 반사체

Description

유기 레이저 장치{Organic laser device}
본 발명은 유기 재료를 이용한 레이저 장치에 관한 것으로, 특히 전류 여기(勵起)형의 유기(有機) 레이저 장치에 관한 것이다.
고체 레이저는 고출력, 고효율, 높은 에너지 축적성, 넓은 파장 가변 특성, 소형 등의 특징을 가지고 있고, 따라서 응용 분야가 넓은 레이저이다. 그 중에서도 반도체 레이저는 소형, 경량이고, 또한 스레시홀드값이 작은 것 등이 큰 특징이다. 이미 무기(無機) 반도체를 이용한 반도체 레이저가 개발되어 있고, 다방면에서 실용화되고 있다.
한편, 유기 화합물을 이용하여 레이저 발진이 실현되면, 무기 반도체 레이저에서는 얻을 수 없는 특성을 레이저에 부여할 수 있다. 예를 들어, 재료의 유연성에 기초하여 유연한 레이저를 제조할 수 있다는 것, 제조 프로세스의 간소화나 비용 삭감이 가능하다는 것, 제조 프로세스가 다양하다(증착, 스핀 코팅법, 인쇄법, 딥(dip) 코팅법 등을 적용할 수 있음)는 것 등을 들 수 있다. 유기 화합물을 이용한 레이저에 관해서는 비(非)특허문헌 1(Nir Tessler, "Lasers Based on Semiconducting Organic Materials", Adv. Mater., 1999, 11, p.363-370)에 총설로서 정리되어 있다.
유기 화합물의 광 여기에 의한 레이저 발진은 지금까지도 많은 예가 들어지고 있다. 높은 양자(量子) 수율을 가지는 형광 재료를 이용하여, 질소 레이저 등의 광 여기용 레이저를 조사함으로써, 비교적 용이하게 레이저 발진이 가능하게 된다. 그러나, 레이저 발진하기 위해 필요한 에너지는 매우 크고, 수 μJ/㎠∼수백 μJ/㎠의 에너지 밀도가 필요하게 된다. 이 값은 수십 W/㎠∼수천 W/㎠의 에너지 밀도이고, 가령 1 cm 사방의 소자의 경우, 수십 V의 전압으로 10 A∼1000 A 정도의 전류를 흘릴 필요가 있다.
유기 재료를 발광시키는 대표적인 발광소자로서, 유기 일렉트로루미네센스(EL) 소자가 알려져 있다. 이 소자는 한 쌍의 전극 사이에 유기 재료를 사용하여 홀(hole) 수송층, 발광층, 전자 수송층으로 불리는 각 층을 적층함으로써 형성되어 있다. 그리고, 전극 사이에 전압을 인가하여 발광층에 전자, 홀을 주입함으로써 발광시키는 것이다. 이 발광은 발광층에 사용하는 재료 또는 첨가하는 게스트 재료의 종류에 따라, 발광의 파장 대역을 바꿀 수 있지만, 어쨌든 파장 대역이 비교적 넓고(색 순도가 나쁘고), 게다가 지향성이 없기 때문에, 레이저광으로서 사용할 수가 없었다. 또한, 종래의 유기 EL 소자에서는 레이저 발진하기 위해 필요로 되는 고밀도의 전류를 흘리는 것이 불가능하게 되어 있다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 유기 재료를 레이저 매체로서 사용하고, 전류 여기 가능한 레이저 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명은 전류가 주입되었을 때에 레이저광을 방사(放射)하는 유기 화합물을 포함하는 유기 레이저 장치이다. 본 발명에 있어서, 한 쌍의 전극 사이에 형성되는 유기 화합물을 주성분으로 하는 박막을 총칭하여 유기 화합물층이라 부르기로 한다. 본 발명의 레이저 장치에 사용하는 유기 화합물층은 레이저광의 방사를 가능하게 하기 위해, 그의 파장을 고려하여 적층 구조와 각 층의 막 두께가 결정된다. 유기 화합물층은 한 쌍의 전극 사이에 끼워지도록 형성되는 것이고, 바람직하게는 캐리어 수송 특성, 발광 파장이 다른 복수의 층을 사용하여 형성된다. 또한, 반사체를 사이에 두고 한 쌍의 전극이 형성된 소위 공진기 구조로 하는 것은 바람직한 형태가 된다.
본 발명의 유기 레이저 장치는 한 쌍의 전극 사이에 형성된 유기 화합물층에 전류를 흘림으로써 레이저광을 방사할 수 있도록, 유기 화합물층에서 발광 가능한 복수의 층이 접하여 형성되어 있는 것이다.
이 유기 레이저 장치에 있어서, 한 쌍의 전극 사이에서 유기 화합물층의 양쪽 또는 한쪽 면에 반사체가 구비되는, 소위 공진기 구조로 하는 것은 바람직한 형태가 된다. 즉, 한 쌍의 전극 사이에서, 유기 화합물층에서 발광한 특정 파장의 광에 대하여 정재파(定在波)를 형성하도록 유기 화합물층의 적어도 한쪽 면에는 반사체가 구비되어 있는 것은 바람직한 형태가 된다. 또한 유기 화합물층의 두께는 레이저광의 파장의 1/2배(반파장), 또는 그의 정수(整數)배로 하는 것이 바람직하다. 또한 여기에서, 물질 중의 광속(光速)은 진공 중의 그것과는 다르다는 것이 알려져 있고, 물질 중의 광속은 진공 중의 광속에 물질의 굴절률을 곱한 것이다. 따라서, 실제로는, 유기 화합물 중의 막 두께에 굴절률을 곱한 막 두께(이하, 광학 막 두께라고 정의함. 즉, 광학 막 두께 = 막 두께×굴절률)를 레이저광의 반파장의 정수배로 해야 한다. 이하, 막 두께란 단순히 물질의 막 두께를 가리키고, 광학 막 두께란 물질의 막의 막 두께에 그의 굴절률을 곱한 것이다.
본 발명은 복수의 발광 피크를 가지고, 적어도 하나의 발광 피크의 반치(半値)폭이 10 nm 이하인 광을 방사하는 유기 화합물층이 한 쌍의 전극 사이에 구비되어 있는 유기 레이저 장치이다.
본 발명에 적용되는 유기 화합물층은 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 적절히 조합시킨 구조로 되어 있다. 이 분류에서, 홀 이동도 등 홀 수송성에 적합한 층을 홀 주입층, 홀 수송층이라 부르고, 전자 이동도 등 전자 수송성에 적합한 층을 전자 수송층, 전자 주입층이라 부른다. 또한, 홀 주입층과 홀 수송층을 구별하여 표기하고 있지만, 이들은 홀 수송성이 특히 중요한 특성이라는 의미에서 동일하다. 편의상 구별하기 위해, 홀 주입층은 양극에 접하는 쪽의 층이고, 발광층에 접하는 쪽의 층을 홀 수송층이라 부르고 있다. 또한, 음극에 접하는 쪽의 층을 전자 주입층이라 부르고, 발광층에 접하는 쪽의 층을 전자 수송층이라 부르고 있다. 발광층은 전자 수송층을 겸하는 경우도 있고, 발광성 전자 수송층이라 부를 수도 있다. 또한, 홀 주입층, 홀 수송층, 전자 주입층 등도, 발광층과 겸용할 수 있다. 또한, 발광층에는 발광색을 변화시키기 위해 금속 착체(錯體)나, 혹은 유기 색소 재료, 각종 유도체 등을 포함시킨 것이 적용 가능하다.
이와 같은 유기 화합물층의 적층 구조를 적용한 경우, 음극으로부터 주입된 전자와, 양극으로부터 주입된 홀이 발광층에서 재결합하여 여기자를 형성하고, 그 여기자가 기저 상태로 복귀할 때에 광을 방출하는 소위 일렉트로루미네센스에 의해 발광이 얻어진다. 본 발명에서는, 전류 주입에 의해 발광층에서 발광하는 광의 파장 대역보다도 단파장 측이고, 피크 파장의 반치폭이 10 nm 이하인 광을 방사하도록 발광층에 접하여 홀 수송층을 형성함으로써, 레이저광을 발현시키는 것도 가능하게 하고 있다.
본 발명은 전류 주입에 의해 피크 파장의 반치폭이 10 nm 이하인 광을 방사하는 유기 화합물층이 한 쌍의 전극 사이에 구비되고, 전류 밀도에 대한 발광 피크에서의 발광 강도의 변화가 기울기가 다른 2개의 선형 영역에서 구분 가능하고, 기울기가 큰 영역은 기울기가 작은 영역에 대하여 고전류 밀도 측에 있는 유기 레이저 장치이다. 특히, 본 발명에서는, 기울기가 다른 2개의 선형 영역이 접하는 전류 밀도(이하, 스레시홀드값이라 함)가 5 mA/㎠∼20 mA/㎠의 사이에 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 유기 화합물층에 주입하는 전류의 전류 밀도가 스레시홀드값에 달할 때까지, 발광 피크의 반치폭이 20% 이상 변화하는 것을 특징으로 하고 있는 것이다.
상기한 본 발명의 구성에 따라, 유기 재료를 레이저 매체로서 사용하고, 전류 여기 가능한 레이저 장치를 얻을 수 있다.
여기에서, 유기 화합물층의 제 1 층을 구성하는 물질로서는, 정공 이동도가 10-6 ㎠/v·sec 이상의 것, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(이하, α-NPB라 표기함)나, 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(이하, TDATA라 표기함), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(이하, TPD라 표기함), 4,4',4''-트리스(N-카르바졸일)트리페닐아민(이하, TCTA라 표기함) 등이 바람직하다. 그러나, 여기에 열거한 것 이외의 물질이어도 상관없다.
또한, 제 2 층을 구성하는 물질로서는, 전자 이동도가 10-8 ㎠/V·sec 이상의 것, 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(이하, Alq3라 표기함)으로 대표되는 바와 같은, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체나 그의 혼합 배위자 착체 등이 바람직하다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(이하, PBD라 표기함), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(이하, OXD-7이라 표기함) 등의 옥사디아졸 유도체, 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐)-1,2,4-트리아졸(이하, TAZ라 표기함), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐)-1,2,4-트라아졸(이하, p-EtTAZ라 표기함) 등의 트리아졸 유도체, 바소페난트롤린(이하, BPhen이라 표기함), 바소큐프로인(이하, BCP라 표기함) 등의 페난트롤린 유도체, 4,4'-(N-카르바졸일)비페닐(이하, CBP라 표기함)을 사용할 수 있다. 그러나, 여기에 열거한 것 이외의 물질을 이용하여도 상관없다.
또한, 제 1 층과 제 2 층은 어느 한쪽 또는 양쪽이 무기 화합물을 포함하는 층이어도 좋다.
[발명의 효과]
본 발명에 의해, 유기 재료를 레이저 매체로서 사용하여, 전류 여기에 의해 레이저 발진을 행할 수 있게 된다. 즉, 전류 여기 가능한 유기 레이저 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 실시형태 1에서 나타내는 레이저 장치의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 2는 실시형태 2에서 나타내는 레이저 장치의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 3은 실시형태 3에서 나타내는 레이저 장치의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 4는 실시형태 4에서 나타내는 레이저 장치의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 5는 실시형태 5에서 나타내는 레이저 장치의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 6은 실시형태 6에서 나타내는 레이저 장치의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 7은 실시예 1에서 제조한 소자의 발광 특성으로, 검출기의 각도를 바꾸어 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 1에서 제조한 소자의 구조를 설명하는 도면이다.
도 9는 실시예 1에서 제조한 소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예 1에서 제조한 소자의 (A) 전압 대 전류 특성과, (B) 전압 대 발광 강도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 1에서 제조한 소자의 발광 스펙트럼의 전류 밀도 의존성을 나타내고, 발광 강도의 최대값으로 규격화한 그래프이다.
도 12는 실시예 1에서 제조한 소자의 전류 밀도 120 mA/㎠에서의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 13은 실시예 1에서 제조한 소자의 발광 특성으로, 460 nm의 발광 피크의 반치폭을 전류 밀도에 대하여 플롯한 그래프이다.
도 14는 실시형태 7에서 설명하는 발광소자의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15는 실시예 2에서 제조한 발광소자의 구조를 설명하는 도면이다.
도 16은 실시예 2에서 제조한 발광소자 및 비교예의 발광소자의 구조를 설명하는 도면이다.
도 17은 실시예 2에서 제조한 발광소자 및 비교예의 발광소자에서의 발광 스펙트럼 강도의 전류 밀도 의존성에 대하여 나타내는 도면이다.
도 18은 비교예의 발광소자의 적층 구조에 대하여 설명하는 도면이다.
본 발명자들은 지금까지 보고된 광 여기 유기 레이저의 연구에 있어서, 스레시홀드값의 측정방법에 문제가 있다고 생각하였다. 종래, 광 여기에 의한 유기 고체 레이저에서는, 박막 형상의 유기 화합물에 강한 레이저광을 조사하여 얻어진 형 광을 측정하였다. 여기에서는, 레이저광의 입사 에너지를 변화시키면서 형광 스펙트럼을 측정하여 두고, 반치폭이 좁은 발광 피크 강도를 모니터한다. 측정상의 문제점으로는, 입사 에너지는 모두 막 중의 유기 화합물에 의해 흡수되고 있다는 가정에 근거하고 있다는 점이다. 실제로는, 박막 중의 유기 화합물에 흡수되지 않고 투과하는 레이저광이나, 막에 의해 반사되는 레이저광은 고려하고 있지 않다. 따라서, 레이저 발진하기 위해 필요한 에너지 밀도는 지금까지 보고된 값보다 상당히 작은 것이라고 생각된다.
유기 EL 소자에서는, 유기 화합물의 박막에 대하여 다량의 캐리어가 공급된다. 대략적으로 어림잡아, 통전(通電) 중에 유기 EL 소자에 존재하는 캐리어 수와 소자 중의 분자 수는 거의 동등하거나, 혹은 전자(前者)가 많다. 따라서, 캐리어를 가지지 않는 분자, 즉, 기저 상태의 분자의 수는 캐리어를 가진 분자보다 적을 가능성이 있다. 이 상태에서 캐리어의 재결합이 일어나 여기 상태가 생성되면, 여기 상태의 분자 수는 기저 상태의 분자 수보다도 상대적으로 많은 상태를 만들어 낼 수 있는 가능성이 있다. 즉, 저전류량의 통전에서도 충분히 반전(反轉) 분포를 만들어내는 것이라고 예상할 수 있다. 여기에서 소자에 공진기 구조를 부여하여 두면 좋다. 즉, 공진기로서 기능하는 유기 화합물의 박막의 광학 막 두께를 반파장의 정수배로 함으로써, 반전 분포 상태로부터 발생하는 유도 방사와 공진에 의해 광이 증폭함으로써 레이저의 발진이 가능하게 될 것으로 기대된다.
따라서, 본 발명자들은 유기 EL 소자로부터의 레이저 발진의 가능성을 찾는 것을 목적으로 하여, 저전류 영역에서의 전류 밀도와 발광 강도와의 상관 관계를 상세히 검토하였다. 그 결과, 전류 밀도에 대한 발광 강도의 상관 관계 모두, 혹은 일부가 기울기가 다른 2개의 직선으로 나타나고, 또한 기울기가 큰 영역은 기울기가 작은 영역에 대하여 고전류 밀도 측에 위치하는 것을 알 수 있었다. 그리고 상기 2개의 영역이 접하는 전류 밀도(스레시홀드값)는 수 mA/㎠로부터 수십 mA/㎠ 라는 극히 작은 값인 것을 알아냈다. 동시에, 이 스레시홀드값 전후에서 발광 스펙트럼의 반치폭이 20% 정도 감소하는 것을 명확하게 하였다. 즉, 어느 특정의 복수의 유기 화합물층을 접하여 형성함으로써, 유기 화합물을 매체로 한 전류 여기형 레이저 장치에서도, 소위 고체 레이저와 마찬가지의 거동을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 양태로 실시할 수 있고, 본 발명의 취지 및 그의 범위로부터 일탈하지 않고 그의 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
[실시형태 1]
본 실시형태에서는, 기판 상에 전극과 유기 화합물층을 적층한 레이저 장치에 있어서, 기판측(양극측)으로부터 레이저광을 취출할 수 있는 구조에 대하여 설명한다. 도 1에, 기판(11) 상에 복수의 층이 적층 형성되어 구성되는 본 실시형태의 레이저 장치를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 기판측(11)으로부터 레이저광을 취출하므로, 레이저광에 대하여 투광성을 가지는 기판이면 좋다. 구체적으로는, 유리, 석영, 투명 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 부호 12는 양극으로, 금속, 합금, 전기 도전성 화합물, 혹은 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 일 함수는 고려할 필요성은 특별히 없다. 이것은 양극(12) 상에 형성되는 도전성 반사체(13)가 유기 화합물층으로의 홀 주입을 담당하기 때문에, 양극(12)은 도전성 반사체(13)와 오믹(ohmic) 접촉하면 좋기 때문이다. 그러나, 이 구조에서는 기판(11)측으로 레이저 광을 출력시키므로, 양극(12)은 가능한 한 투광성을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 양극(12)의 재료가 금속이나 합금인 경우에는, 가시광 영역에서의 흡수가 작은 금속을 사용하고, 그것을 박막으로서 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, ITO(Indium Tin Oxide)나 ZnO(Zinc Oxide) 등의 투광성 도전성 산화물, 또는 TiN(Titanium Nitride)등의 투광성 도전성 질화물을 사용할 수 있다. 그러나, 이들 재료도 어느 정도는 광을 흡수하므로, 양극(12)은 막 두께를 100 nm 정도 혹은 그 이하의 박막으로 하는 것이 바람직하다.
도전성 반사체(13)는 유기 화합물층으로 홀을 주입하기 위한 전극으로서의 기능을 가지고, 또한 발광층(16)에서 발생하는 광을 가두는 정재파를 형성하기 위한 반사경으로서의 기능도 가지고 있다. 따라서, 반사경으로서, 도전성 반사체(13)에는 가시광의 흡수가 적고, 반사율이 높고, 또한 도전성을 가지는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 여기에서는 유기 화합물층에 홀을 주입할 필요가 있기 때문에, 일 함수가 큰(일 함수 4.0 eV 이상) 재료를 선택할 필요가 있다. 이들 조건을 만족시키는 것으로서는, 예를 들어, Ag나 Pt 등을 들 수 있다. 또한, 이 반사경으로서 기능하는 도전성 반사체(13)를 통하여 레이저광을 취출하기 위해, 반사율은 50% 내지 95% 정도로 하는 것이 바람직하다.
유기 화합물층에는, 양극으로부터의 홀 주입이 우수한 홀 주입층(14), 홀 주입층(14)으로부터 발광층(16)으로 홀을 효율 좋게 수송하기 위한 홀 수송층(15), 음극(19)으로부터의 전자 주입 장벽을 경감하는 기능을 가지는 전자 주입층(18), 주입된 전자를 발광층(16)으로 효율 좋게 수송하기 위한 전자 수송층(17)이 포함되어 있다. 그리고 주입된 캐리어(홀과 전자)는 발광층(16)에서 재결합한다. 이들 캐리어 주입, 수송, 재결합으로부터 발광에 이르는 기능은 통상의 유기 EL 소자와 마찬가지이다. 따라서, 통상의 유기 EL 소자에서 사용할 수 있는 재료를 상기한 각 기능층에서 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 유기 화합물층으로서 5개의 기능층을 사용하는 것으로 하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 복수의 기능을 동일 층에서 담당함으로써 층의 수를 줄일 수도 있다.
홀 주입층(14)을 형성하는 홀 주입 재료로서는, 이온화 포텐셜이 작은 재료가 사용되고, 크게 구분하면 금속 산화물, 저분자 유기 화합물, 및 고분자계 화합물로 나눌 수 있다. 금속 산화물의 예로서는, 산화 파라듐이나 산화 몰리브덴, 산화 루테늄, 산화 알루미늄 등을 사용할 수 있다. 저분자 유기 화합물의 예로서는, m-MTDATA로 대표되는 스타버스트(starburst)형 아민이나 금속 프탈로시아닌 등을 들 수 있다. 한편, 고분자계 화합물의 일례로서는, 폴리어닐린이나 폴리티오펜 유도체 등의 공역(共役) 고분자를 사용할 수 있다. 이들 재료를 홀 주입층(14)으로 사용함으로써, 홀 주입 장벽이 저감되고, 효율 좋게 홀이 주입된다.
홀 수송층(15)으로서도 공지의 재료를 사용할 수 있고, 방향족 아민이 좋은 예이다. 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(이하, α-NPB라 표기함)이나 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐-아미노)트리페닐 아민(이하, TDATA라 표기함) 등을 사용할 수 있다. 또한, 고분자 재료로서는 양호한 홀 수송성을 나타내는 폴리(비닐카르바졸) 등을 사용하여도 좋다.
발광층(16)에서도 기지(旣知)의 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(이하, Alq3이라 표기함), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(이하, Almq3이라 표기함), 비스(10-하이드록시벤조[η]-퀴놀리노트)베릴륨(이하, BeBq2라 표기함), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-(4-하이드록시-비페닐일)-알루미늄(이하, BAlq라 표기), 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조옥사졸레이트]아연(이하, Zn(BOX)2라 표기함), 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조티아졸레이트]아연(이하, Zn(BTZ)2라 표기함) 등의 금속 착체 외, 각종 형광 색소가 유효하다. 또한, 백금 옥타에틸포르피린 착체나 트리스(페닐피리딘)이리듐 착체, 트리스(벤질리딘-아세토나토)페난트렌 유로피움 착체 등의 인광 재료도 유효하다. 특히 인광 재료는 형광 재료와 비교하여 여기 수명이 길기 때문에, 레이저 발진에 불가결한 반전 분포, 즉, 기저 상태에 있는 분자수보다도 여기 상태에 있는 분자수가 많은 상태를 만들어내는 것이 용이하게 된다.
또한, 상기한 발광층에서는, 발광 재료를 도펀트로 사용하여도 상관없다. 즉, 발광 재료보다도 이온화 포텐셜이 크고, 또한 밴드 갭(band gap)이 큰 재료를 호스트로 하고, 이것에 상기한 발광 재료를 소량(0.001% 내지 30% 정도) 혼합하여도 상관없다.
전자 수송층(17)도 공지 재료를 사용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, Alq3로 대표되도록 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체나 그의 혼합 배위자 착체 등이 바람직하다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(이하, PBD라 표기함), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(이하, OXD-7이라 표기함) 등의 옥사디아졸 유도체, 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(이하, TAZ라 표기함), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(이하, p-EtTAZ라 표기함) 등의 트리아졸 유도체, 바소페난트롤린(이하, BPhen이라 표기함), 바소큐프로인(이하, BCP라 표기함) 등의 페난트롤린 유도체를 사용할 수 있다.
전자 주입층(18)에서는, 불화 리튬, 브롬화 세슘 등의 알칼리 금속염, 불화 칼슘 등의 알칼리토류 금속염을 사용하면 좋다. 전자 주입층(18) 상에 음극(19)이 형성된다. 음극(19)은 통상의 EL 소자에서 사용되는 일 함수가 작은 금속, 합금, 전기 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하면 좋다. 구체적으로는, 1족 또는 2족의 전형 원소, 즉, Li나 Cs 등의 알칼리 금속, 및 Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속 및 이들을 포함하는 합금(Mg/Ag, Al/Li) 외, 희토류 금속을 포함하는 천이 금속을 사용하여 형성할 수 있지만, Al, Ag, ITO 등의 금속(합금을 포함)과의 적층에 의해 형성하는 것도 가능하다. 그러나, 본 실시형태에서는 발광층으로부터 얻어지는 발광을 음극(19)과, 양극(12) 상의 반사경으로서 기능하는 도전성 반사체(13)와의 사이에서 공진기 구조를 형성할 필요가 있다. 따라서, 음극 재료로서는 가시광 흡수가 작고, 반사율이 큰 금속이 바람직하다. 구체적으로는, Al이나 Mg, 혹은 이들의 합금이 바람직하다. 또한, 이 음극에서는 반사율이 한없이 100%에 가까운 것이 바람직하므로, 가시광이 투과하지 않을 정도의 막 두께는 필요하다.
또한, 상기한 유기 재료는 습식, 건식 중 어느 방법을 적용하여 형성하여도 상관없다. 고분자 재료의 경우에는, 스핀 코팅법이나 잉크젯법, 딥(dip) 코팅법, 인쇄법 등이 적합하다. 한편, 저분자 재료의 경우, 딥 코팅법이나 스핀 코팅법뿐만 아니라, 진공증착 등에 의해서도 성막된다. 양극 재료 및 음극 재료는 증착법, 스파터링법 등에 의해 형성된다.
여기에서 가장 중요한 것은 양극(12) 상의 반사경으로서 기능하는 도전성 반사체(13)와 음극(19)의 간격이다. 정재파를 형성하여 광을 증폭시키기 위해서는 반파장의 정수배의 간격이 필요하다. 따라서, 도전성 반사체(13)와 음극(19) 사이에 설치된 유기 재료의 막 두께와 그의 굴절률을 곱한 막 두께, 즉, 광학 막 두께가 레이저광의 반파장의 정수배가 되도록, 도전성 반사체(13)와 음극(19)의 간격을 설정할 필요가 있다.
예를 들어, 400 nm의 광을 증폭시키기 위해서는 광학 막 두께가 적어도 200 nm 필요하고, 따라서 도전성 반사체(13)와 음극(19)의 간격은 200 nm를 유기 재료의 굴절률로 나눈 길이가 된다. 마찬가지로, 800 nm의 광을 증폭시키기 위해서는 유기층은 적어도 400 nm의 광학 막 두께가 필요하다. 따라서, 도전성 반사체(13)와 음극(19)의 간격은 400 nm를 유기 재료의 굴절률로 나눈 길이가 된다. 상기한 유기 발광 재료의 발광 파장은 주로 가시광 영역에 존재한다. 따라서, 400 nm 내지 800 nm로 정의되는 가시광을 증폭시키기 위해서는 도전성 반사체(13)와 음극(19)의 간격, 즉, 기능층의 광학 막 두께를 200 nm 이상으로 할 필요가 있다.
도 1에 도시한 유기 레이저 장치의 전극 사이에 통전함으로써, 음극(19)으로부터 주입된 전자와 양극(12)으로부터 주입된 홀이 주로 발광층(16)에서 재결합하여 발광한다. 여기에서 얻어진 발광의 일부는 반사경으로서 기능하는 도전성 반사체(13)와 음극 사이에서 증폭된다. 따라서, 스레시홀드값 이상의 전류 밀도에서 전류를 흘림으로써 반전 분포가 형성되고, 레이저가 발진한다. 또한, 레이저광은 양극(12)측으로부터 취출된다. 레이저광은 발광층(16)으로부터 방사되는 스펙트럼 내, 공진기 구조 내에서 증폭이 허용되는 파장을 중심으로 하고, 비교적 샤프한 발광 스펙트럼으로서 관측할 수 있다.
[실시형태 2]
본 실시형태에서는, 양극을 반사경으로서 이용하는 레이저 장치의 구성을 나타낸다. 도 2에서, 기판(21)은 실시형태 1에서 나타내는 재료와 같은 것을 사용할 수 있다. 기판(21) 상에 양극(22)이 형성된다. 양극(22)은 동시에 반사경으로서의 기능을 한다. 따라서, 양극(22)은 가시광 흡수가 적고, 반사율이 높고, 또한 도전성을 가지는 재료를 사용하여 형성한다. 또한, 유기 화합물층에 홀을 주입할 필요가 있기 때문에, 일 함수가 큰(일 함수 4.0 eV 이상) 재료를 선택할 필요가 있 다. 이들 조건을 만족하는 것으로서는, 예를 들어, Ag나 Pt, 혹은 Au 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 반사경으로서 기능하는 양극(22)을 통하여 레이저광을 취출하기 때문에, 반사율은 50% 내지 90% 정도로 하는 것이 바람직하다.
양극(22) 상에 형성하는 유기 화합물층은 실시형태 1과 같고, 홀 주입층(23), 홀 수송층(24), 발광층(25), 전자 수송층(26), 전자 주입층(27) 등을 적절히 적층하여 형성한다.
마찬가지로, 음극(28)도 실시형태 1에서 나타내는 재료를 사용할 수 있다. 또한, 양극(22)과 음극(28)과의 간격(즉, 유기 화합물층의 광학 막 두께)에 대해서도, 실시형태 1에서 나타내는 바와 같은 조건을 만족시키도록 제조할 필요가 있다. 도 2에 도시한 유기 레이저 장치의 전극 사이에 통전함으로써, 음극(28)으로부터 주입된 전자와 양극(22)으로부터 주입된 홀이 주로 발광층(25)에서 재결합하여 발광한다. 여기에서 얻어진 발광의 일부는 양극(22)과 음극(28) 사이에서 증폭된다. 따라서, 스레시홀드값 이상의 전류 밀도로 전류를 흘림으로써 반전 분포가 형성되고, 레이저가 발진된다. 또한 레이저광은 양극(22)측으로부터 취출된다. 레이저광은 발광층(25)으로부터 방사되는 스펙트럼 내, 공진기 구조 내에서 증폭이 허용되는 파장을 중심으로 하는 비교적 샤프한 발광 스펙트럼으로서 관측된다.
[실시형태 3]
실시형태 1 및 2에서는, 양극 혹은 음극 상의 반사경으로서 기능하는 도전성 반사체와 음극과의 사이에서 공진기 구조를 형성하고, 광의 증폭과, 아울러 전류에 의한 반전 분포의 형성에 기초하여 유도 방사가 일어나고, 레이저가 발진하는 구성 을 나타내고 있다. 이 경우, 전극 사이, 혹은 도전제 반사체와 음극과의 사이에서 광 증폭하기 때문에, 유기 화합물층의 막 두께는 필연적으로 두껍게 되어 버린다. 이것은 구동 전압의 증대에 직접 결부되므로, 레이저를 발진하기 위한 전압이 상승한다. 따라서 본 실시형태에서는 투명성 전극 아래에 반사경을 부착하고, 투명성 전극 자체를 공진기의 일부에 넣음으로써 유기 화합물층의 막 두께를 작게 할 수 있는 레이저 장치의 구성에 대하여 나타낸다.
도 3에서는, 기판(31)측으로부터 레이저광을 취출하는 구조이기 때문에, 기판(31)은 발진하는 레이저광에 대하여 투광성이 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 실시형태 1 및 2에서 나타낸 바와 같은 재료를 사용하면 좋다.
부호 32는 기판 상에 형성되는 반사경이다. 반사경(32)으로서는, 가시광에 대하여 흡수가 작고, 반사율이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Al이나 Ag, Pt 등의 금속이나 합금이 좋다. 혹은 Al과 Si의 합금을 형성한 후에 Ti를 더 성막하여도 좋다. 혹은 유전체의 다층 막을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 산화규소와 산화티탄을 번갈아 증착한 유전체 다층 막 등을 들 수 있다. 이 유전체 다층 막은 진공 증착, 혹은 스퍼터링 등에 의해 형성된다. 이 경우, 산화규소와 산화티탄의 막 두께는 공진시키는 광의 파장에 의해 결정되고, 또한 광 반사율도 층의 수에 따라 제어하면 좋다. 본 실시형태의 레이저 장치에서는, 이 반사경(32)이 광 취출구, 즉, 출력경(鏡)이기도 하므로, 반사율은 50%∼95%로 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 얻어진 반사경(32) 위에 투명 전극(33)이 형성된다. 투명 전극(33)으로서는, ITO나 ZnO 등의 투명성 도전성 산화물, 혹은 TiN 등의 투명성 도전성 질화물을 사용할 수 있다. 그러나, 유기 화합물층으로 홀 주입을 행할 필요가 있기 때문에, 일 함수가 큰 것, 예를 들어, ITO나 TiN 등이 바람직하다. 유기 화합물층은 홀 주입층(34), 홀 수송층(35), 발광층(36), 전자 수송층(37), 전자 주입층(38) 등이고, 전류를 흘림으로써 발광에 이르게 하는 유기 EL 소자의 적층 구조와 마찬가지이고, 실시형태 1에서 나타내는 바와 같은 방법, 재료를 적용함으로써 제조된다.
이 투명 전극(33)의 막 두께는 아래와 같이 고려하여 결정하면 좋다. 여기에서는 기능층의 평균 굴절률을 norg, 막 두께를 dorg, 투명 전극의 굴절률과 막 두께를 각각 nele, dele로 하고, 발진시키는 광의 파장을 λ로 한다. 광학 막 두께(d)는 식 1에 의해 얻어질 수 있다.
[식 1]
d = norg × dorg + nele × dele
이 광학 막 두께(d)가 반파장(λ/2)의 정수(q)배일 필요가 있으므로, 식 2의 관계가 있다.
[식 2]
λq/2 = norg × dorg + nele × dele
따라서, 투명 전극의 막 두께는 식 3과 같이 주어진다.
[식 3]
dele = {(λq/2)-norg × dorg} / nele
예를 들어, 500 nm의 광을 발진하고, 유기 화합물층의 평균 굴절률을 1.7, 투명 전극의 굴절률을 2, 유기 화합물층의 막 두께가 표준적인 유기 EL 소자의 것과 동등한 100 nm로 한 경우, 투명 전극의 막 두께는 40 nm 혹은 160 nm로 한다.
이와 같은 설계 지침으로 구축된 소자 상에 음극(39)을 형성한다. 음극(39)으로서는 실시형태 1에서 나타내는 바와 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한 이 음극(39)은 반사경으로서 사용되고, 출력경으로서는 사용하지 않는다. 따라서, 발광한 광이 투과하지 않는 정도 이상의 막 두께로 형성하면 좋다.
도 3에 나타낸 구성에서, 전극들 사이에 통전함으로써, 음극(39)으로부터 주입된 전자와 투명 전극(33), 즉, 양극으로부터 주입된 홀이 주로 발광층(36)에서 재결합하여 발광에 이른다. 여기에서 얻어진 발광의 일부는 반사경(32)과 음극(39) 사이에서 증폭된다. 따라서, 스레시홀드값 이상의 전류 밀도로 전류를 흘림으로써 반전 분포가 형성되고, 레이저가 발진된다. 또한, 레이저광은 양극(33)측으로부터 취출된다. 레이저광은 발광층(36)으로부터 방사되는 스펙트럼 내, 공진기 구조 내에서 증폭이 허용되는 파장이 중심이 되고, 비교적 샤프한 발광 스펙트럼의 피크로서 관측된다.
[실시형태 4]
실시형태 1 내지 3에서는, 기판측, 즉, 양극측으로부터 레이저광을 취출하는 구성에 대하여 나타내었지만, 본 실시형태에서는 기판에 대하여 양극보다도 상측, 즉, 음극측(소자 상면)으로부터 레이저광을 취출하는 레이저 장치의 구성에 대하여 나타낸다. 도 4에서, 부호 41은 기판이고, 재료는 특별히 한정되지 않는다. 유리나 석영, 플라스틱뿐만 아니라, 종이나 직물 등의 유연한 기판에서도 사용할 수 있다. 물론, 투명할 필요는 없다.
부호 42는 양극이다. 이것은 유기 화합물층에 홀을 주입하는 기능, 및 반사경으로서 기능한다. 따라서, 가시광 흡수가 적고, 반사율이 높고, 또한 일 함수가 큰(일 함수 4.0 eV 이상) 재료를 선택할 필요가 있다. 이들 조건을 만족하는 것으로서, 예를 들어, Ag나 Pt, 혹은 Au 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 양극은 반사경으로서 이용하기 때문에, 가시광을 투과하지 않는 정도 이상의 막 두께가 필요하다. 구체적으로는, 수십 nm 내지 수백 nm로 하면 좋다.
양극(42) 상에는 전류를 흘림으로써 발광에 이르게 하는 유기 EL 소자와 같은 구조를 이용할 수 있다. 즉, 홀 주입층(43), 홀 수송층(44), 발광층(45), 전자 수송층(46)을 마련한다. 이들은 실시형태 1에서 나타내는 바와 같은 공지의 재료를 사용하면 좋다. 전자 수송층(46) 상에는 통상 전자 주입층(47)을 마련한다. 전자 주입층(47)의 재료로서, Li나 Ce 등의 알칼리 금속이 도핑된 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 유기 화합물로서는, 실시형태 1에 나타낸 전자 수송 재료를 병용할 수 있다. 이 후, 음극(48)을 형성한다. 음극(48)으로서는, 실시형태 1에서 나타낸 바와 같은 공지 재료를 사용하면 좋다. 혹은 전자 주입층(47)을 마련하지 않고, 전자 주입성이 우수한 MgAg 합금을 직접 적층하여 음극(48)으로 하여도 좋다. 또한, 이 구조에서는 상면으로부터 레이저광을 취출하므로, 음극은 출 력경으로서 기능한다. 따라서, 발진하는 레이저광에 대하여 투과율이 50%∼95%가 되도록 음극을 형성한다. 예를 들어, Mg와 Ag와의 합금을 재료로 하는 경우에는 음극(48)의 막 두께는 5 nm∼20 nm 정도가 된다.
이와 같이 하여 형성된 본 실시형태의 레이저 장치에 통전함으로써 유기 화합물층으로부터 발광한 광이 유도 방사에 의해 증폭되어 음극과 양극 사이에서 공진하고, 레이저광으로서 음극측(소자 상면)으로부터 취출할 수 있다.
[실시형태 5]
본 실시형태에서는, 투명성 전극 아래에 반사경을 부착하고, 투명성 전극 자체를 공진기의 일부에 넣음으로써 유기 화합물층의 막 두께를 작게 하고, 또한 기판의 상면(한 쌍의 전극 중, 기판으로부터 먼 쪽의 전극측)으로부터 레이저광을 발진할 수 있는 레이저 장치의 구조를 나타낸다.
도 5에서, 부호 51은 기판이고, 재질은 특별히 한정되지 않는다. 유리, 석영, 플라스틱뿐만 아니라, 종이나 직물 등의 유연한 기판도 사용할 수 있다. 물론, 투명할 필요는 없다. 이 기판(51) 위에 반사경(52)을 마련한다. 반사경(52)으로서는, 반사율이 높고, 가시광 흡수율이 낮은 재료를 선택한다. 구체적으로는, Al, Ag 등의 금속이나 이들 금속을 주성분으로 하는 합금, 혹은 SiO2나 TiO2 등의 유전체의 적층막 등이 있다. 유전체의 적층막에서는, 발진시키는 파장을 가진 광을 선택적으로 반사할 수 있도록 각 층의 막 두께를 설계한다. 또한, 광을 전반사(全反射)시키는데 필요한 층 수만큼 적층한다. 반사경(52) 상에 전극(53)을 마련 한다. 이 전극(53)은 유기 화합물층에 홀을 주입할 수 있고, 또한 투명성이 높은 것이 요구된다. 따라서, ITO나 TiN 등의 투명성 전극을 사용하는 것이 바람직하다.
전극(53) 상에는 전류를 흘림으로써 발광에 이르게 하는 유기 EL 소자와 같은 구조를 마련한다. 즉, 홀 주입층(54), 홀 수송층(55), 발광층(56), 전자 수송층(57)을 형성한다. 이들은 실시형태 1에서 나타내는 바와 같은 공지의 재료를 사용하면 좋다. 또한, 홀 주입층(54) 내지 전자 수송층(57) 내, 발광을 담당하는 층 이외에는 생략하는 것도 가능하다. 전자 수송층(57) 위에는 통상 전자 주입층(58)을 마련한다. 전자 주입층(58)의 재료로서, Li나 Ce 등의 알칼리 금속이 도핑된 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 유기 화합물로서는, 실시형태 1에 나타낸 전자 수송 재료를 병용할 수 있다. 이 후, 음극(59)을 형성한다. 음극(59)으로서는 실시형태 1에서 나타내는 바와 같은 공지 재료를 사용하면 좋다. 혹은, 전자 주입층(58)을 마련하지 않고, 전자 주입성이 우수한 MgAg 합금을 직접 적층하여 음극(59)으로 하여도 좋다. 또한, 이 구조에서는 상면으로부터의 레이저광을 취출하므로, 음극(59)은 출력경으로서 기능한다. 따라서, 발진하는 레이저광에 대하여 투과율이 50%∼95%가 되도록 음극을 형성한다. 예를 들어, Mg/Ag 합금을 재료로 하는 경우, 음극(59)의 막 두께는 5 nm∼20 nm 정도가 된다.
이와 같이 하여 형성된 본 실시형태의 레이저 장치에 통전함으로써, 유리 화합물층으로부터 유도 방사에 의해 증폭된 광의 일부가 음극(59)과 전극(53), 즉, 양극 사이에서 공진하여 정재파가 형성된다. 이때, 투명성 전극도 공진기에 포함 되어 있으므로, 그만큼 유기 화합물층의 막 두께를 작게 할 수 있다. 즉, 낮은 전압으로 발광이 가능하고, 따라서, 낮은 전압에서 레이저 발진이 가능하게 된다.
[실시형태 6]
본 실시형태에서는, 발광소자의 끝면(엣지 부분), 즉, 유기 화합물층의 측면으로부터 레이저광을 취출하는 것이 가능한 레이저 장치의 구조를 설명한다.
도 6에서, 부호 61은 기판이고, 재질은 특별히 한정되지 않는다. 실시형태 5에서 나타낸 바와 같은 재료를 사용할 수 있다. 기판(61) 위에 전극(62)이 형성된다. 여기에서는 공진에 의한 광의 증폭은 막 면에 대하여 평행한 발광 성분에만 착안한다. 즉, 종(縱) 모드에만 착안하고, 실시형태 1∼5에서 나타낸 바와 같은 횡(橫) 모드의 공진은 무시할 수 있다. 따라서, 전극의 투명성이나 반사율은 무시할 수 있으므로, 일 함수를 주된 파라미터로 하여 전극의 재료를 선택하면 좋다. 구체적으로는, Ag나 Pt, Au 등의 큰 일 함수를 가지는 금속, 혹은 합금을 사용하면 좋다. 물론, 일 함수가 큰 투명성 전극인 ITO나 ZnO를 사용하여도 좋지만, 면 방향으로 나오는 광의 회절을 고려하면 투명성이 없는 전극이 바람직하다.
전극(62) 위에는, 전류를 흘림으로써 발광에 이르게 하는 유기 EL 소자와 같은 구조를 채용한다. 즉, 홀 주입층(63), 홀 수송층(64), 발광층(65), 전자 수송층(66), 및 전자 주입층(67)이 마련되고, 이들은 실시형태 1에서 나타내는 바와 같은 방법, 재료를 선택하여 제조된다. 또한, 이들 유기 화합물층, 및 상기 전극의 막 두께는 효율 좋게 발광하기에 적절한 막 두께를 선택하면 좋다. 전자 주입층(67) 상에는 전극(68)이 마련된다. 재료로서는 투명성이나 반사율을 고려할 필요 가 없고, 주로, 일 함수를 파라미터로 하여 선택하면 좋다. 구체적으로는, 실시형태 1에 나타낸 바와 같은 재료를 사용하면 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 유기 화합물층의 끝면으로부터 레이저 발진한다. 따라서, 그의 폭은 작아도 좋고, 통상 수 ㎛의 폭과 수백 ㎛의 길이로 충분하다. 여기에서 중요한 것은 복수의 종 모드의 제어이다. 유기 화합물층의 횡 방향으로부터 발진하는 경우, 통상 유기 화합물층의 길이보다도 파장이 짧으므로, 많은 종 모드가 생기고, 그 결과, 스펙트럼 형상 곡선의 폭의 가운데에 몇 개의 종 모드가 들어간다. 따라서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 발광층 부근에 회절 격자(69)를 제작한다. 예를 들어, 도 6에서는, 홀 수송층의 상면은 평탄하게 하지 않고, 줄무늬 형상으로 하여 회절 격자를 형성한다. 그러면, 발광층 내에서 발생한 광은 이 회절 격자의 격자 간격에 의해 주기적으로 반사되어 공진·증폭되고, 단색성이 높은 광을 증폭할 수 있다. 여기에서 유기 화합물층의 굴절률을 n, 발진시키는 파장을 λ로 하면, (λ/2n)의 격자 간격으로 회절 격자를 제작하면 좋다.
이와 같이 함으로써, 단일의 종 모드를 실현할 수 있고, 단색성이 좋은 레이저광을 유기 화합물층의 측면으로부터 얻을 수 있다.
[실시형태 7]
본 실시형태에서는, 발광소자의 끝면(엣지 부분)으로부터 레이저광을 취출할 수 있도록 한 구조를 가지는 발광소자에 대하여 도 14를 이용하여 설명한다.
도 14에서, 부호 121은 소자를 지지하기 위한 기판이다. 기판(121)의 재질로서 특별히 한정되는 것은 없다. 유리, 석영, 플라스틱뿐만 아니라, 종이나 직물 등의 유연한 기판도 사용할 수 있다.
기판(121) 상에는 제 1 전극(122)이 형성되어 있다. 제 1 전극(122)은 양극으로서 기능함과 동시에, 발광한 광을 반사하기 위한 반사체로도 기능한다. 본 실시형태에 나타내는 발광소자에 있어서 제 1 전극(122)은 2층(122a, 122b)으로 구성되어 있다. 제 1 전극(122a)은 도전성이 높은 것으로 형성되어 있으면 좋고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 제 1 전극(122b)은 제 1 층(123)과 접하고, 제 1 층(123)에 정공을 주입함과 동시에 반사체로도 기능하는 것이다. 따라서, 정공을 주입하는 것을 고려하면, 제 1 전극(122b)은 ITO나 ZnO와 같은 일 함수가 높은 금속 산화물, 혹은 Ag나 Pt, Au 등의 금속 또는 합금 등을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 반사체로도 기능하는 것을 고려하면, Ag와 같은 가시광 흡수율이 낮고 반사율이 높은 것을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 막 두께에 대해서는, 반사체로서 기능할 수 있는 막 두께로 제어되어 있다. 또한, 제 1 전극(122b)이 일 함수가 높은 재료로 형성되어 있으므로, 제 1 전극(122a)은 일 함수에 대해서는 특별히 제한되지 않는다. 또한, 제 1 전극(122)은 반드시 2층으로 구성될 필요는 없고, 단층 혹은 3층 이상의 적층 구조이어도 좋다.
제 1 전극(122b) 상에 형성되어 있는 제 1 층(123)은 정공을 수송하기 위한 층임과 동시에 발광하는 층이다. 또한, 본 실시형태의 발광소자에서는, 제 1 층(123)은 전자보다도 정공의 수송성이 높고, 또한 정공 주입성도 우수하며, 에너지 밴드 갭이 큰 것으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 층(123)은 발광하는 층이기도 하기 때문에, 발광의 양자(量子) 수율이 큰 재료로 형성하는 것이 바람직 하다. 예를 들어, 방향족 아민이 바람직하다. 구체적으로는, α-NPB나, TDATA, 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]-비페닐(이하, TPD라 표기함), 4,4',4''-트리스(N-카르바졸일)트리페닐아민(이하, TCTA라 표기함) 등을 사용할 수 있다. 또는, 양호한 홀 수송성을 나타내는 폴리(비닐카르바졸) 등의 고분자 재료를 사용하여도 좋다. 또한, 트리페닐아민 유도체를 사용하는 것은 특히 바람직하다. 또한, 제 1 층(123)은 단층만이 아니라, 상기에 나타내는 바와 같은 물질로 이루어지는 2층 이상의 적층 구조를 가지는 층이어도 좋다.
제 1 층(123) 상에는 제 2 층(124)이 형성되어 있다. 제 2 층은 전자를 수송하기 위한 층이다. 제 2 층(124)은 정공보다도 전자의 수송성이 높고, 또한 전자 주입성도 우수하고, 이온화 포텐셜이 큰 것을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, Alq3으로 대표되는 바와 같이 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체나 그의 혼합 배위자 착체 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 금속 착체 이외에도, PBD, OXD-7 등의 옥사디아졸 유도체, TAZ, p-EtTAZ 등의 트리아졸 유도체, BPhen, BCP 등의 페난트롤린 유도체, 4,4'-(N-카르바졸일)비페닐(이하, CBP라 표기함)을 사용할 수 있다. 또한, 제 2 층(124)을 구성하는 물질은 제 1 층(123)을 구성하는 물질보다도 밴드 갭이 크고, 또한 이온화 포텐셜이 보다 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, CBP나 BCP 등의 페난트롤린 유도체나 카르바졸 유도체 등이다. 제 2 층(124)은 단층만이 아니라, 상기에 나타내는 바와 같은 물질로 이루어지는 2층 이상의 적층 구조를 가지는 층이어도 좋다.
제 2 층(124) 상에 제 2 전극(125)이 형성된다. 제 2 전극(125)은 음극으로서 기능함과 동시에, 발광한 광을 반사하기 위한 반사체로도 기능한다. 본 실시형태에 나타내는 발광소자에 있어서, 제 2 전극(125)은 2층(125a, 125b)으로 구성되어 있다. 제 2 전극(125a)은 제 2 층(124)과 접하고, 제 2 층(124)으로 전자를 주입하는 것이다. 따라서, 제 2 전극(125a)은 1족 또는 2족의 전형 원소, 즉, Li나 Cs 등의 알칼리 금속, 및 Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속, 및 이들을 함유하는 합금(Mg/Ag, Al/Li) 외, 희토류 금속을 함유하는 천이 금속과 같은 일 함수가 낮은 것으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 전극(125b)은 반사체로서 기능한다. 따라서, Ag, Al이나 Mg, 또는 이들의 합금과 같은 가시광 흡수가 작고, 반사율이 큰 금속을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 막 두께에 대해서는, 반사체로서 기능할 수 있도록 막 두께가 제어되어 있다. 또한, 제 2 전극(125a)이일 함수가 낮은 재료로 형성되어 있으므로 제 2 전극(126b)은 일 함수에 대해서는 특별히 제한되지 않는다. 또한, 제 2 전극(125)은 반드시 2층으로 구성될 필요는 없고, 단층 혹은 3층 이상의 적층 구조이어도 좋다.
또한, 제 1 층(123)이나 제 2 층(124)은 습식, 건식의 어떤 방법을 적용하여 형성하여도 상관없다. 고분자 재료의 경우에는, 스핀 코팅법이나 잉크젯법, 딥 코팅법, 인쇄법 등을 적용하고 있다. 한편, 저분자 재료의 경우, 딥 코팅법이나 스핀 코팅법뿐만 아니라, 진공 증착 등에 의해서도 성막된다. 제 1 전극(122), 제 2 전극(125)에 대해서도 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 증착법, 스파터링법 등에 의해 형성된다.
반사체로서 기능하는 제 1 전극(122)과 제 2 전극(125) 사이에는 제 1 층(123)과 제 2 층(124)이 설치되어 있고, 이 2개의 층에서 발광한 광이 공진, 증폭된다. 따라서, 이 2개의 층의 광학 막 두께의 합계가 발광한 광의 반파장의 정수배일 필요가 있다. 즉, 제 1 전극(122)과 제 2 전극(125)과의 간격은 제 1 층(123)과 제 2 층(124)의 광학 막 두께를 굴절률로 나눈 값이 된다.
또한, 본 실시형태에서는 제 1 전극(122)과 제 2 전극(125)과의 사이에 마련된 층은 제 1 층(123)과 제 2 층(124)의 2층으로 구성되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 그 외의 기능층을 마련한 3층 이상의 구성의 것도 좋다. 예를 들어, 전자 주입층이나 정공 주입층, 정공 저지층 등의 기능을 마련하여도 상관없다.
상기 발광소자에서는, 전류 밀도에 대한 발광 강도의 변화에 있어서, 유도 방출의 스레시홀드값을 전류 밀도 200 mA/㎠이하의 범위에 가지는 것이다. 즉, 이 스레시홀드값 이상의 전류 밀도가 되도록 전류를 흘린 경우에 반전 분포 상태가 형성된다. 또한, 스레시홀드값은 발광소자의 내구성을 고려하면 2 mA/㎠∼50 mA/㎠에 있는 것이 바람직하다. 이 상태가 형성된 영역에서 각각의 전극으로부터 주입된 전자와 정공이 재결합하고, 발광한 광의 일부는 반사체(본 실시형태에서는 제 1 전극 및 제 2 전극) 사이에서 공진·증폭된다. 또한, 이 발광의 발광 스펙트럼은 상기 발광소자 내에서 공진할 수 있는 발광 파장을 주로 하여, 비교적 날카로운 피크를 가지는 것이다. 상기 발광소자는, 예를 들어, 레이저 발진기, 즉, 레이저 장치로서 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
도 8은 본 실시예에서 제조하는 시료의 소자 구조를 나타낸다. 전극이나 발광층 등의 피막을 형성하기 위한 기판으로서, 유리 기판(예를 들어, 코닝사의 #1737 유리)을 사용한다. 그 위에, 양극(101)으로서 ITO막을 스퍼터링법으로 100 nm의 막 두께로 형성하였다.
양극(101) 상에 홀 수송층(102)으로서 홀 수송 재료인 α-NPB를 진공 증착에 의해 135 nm의 막 두께로 성막하였다. 이어서, 홀 수송층(102) 상에 발광층(103)으로서 호스트 재료인 4,4'-N,N'-디카르바졸비페닐(이하, CBP라 표기함)과 삼중항 발광재료인 이리듐 착체 Ir(tpy)2(acac)를 공(共)증착하여, 30 nm의 막 두께로 형성하였다. CBP와 이리듐 착체는 중량비로 10:1이다. 이들 막 위에 저지층 겸 전자 수송층(104)으로서 BCP, 전자 주입층(105)으로서 전자 주입 재료인 불화 칼슘(CaF2), 및 음극(106)으로서 Al을 증착에 의해 성막하여 샌드위치 구조로 하였다. 또한, 소자의 크기는 적절히 설정하면 좋지만, 본 실시예에서는 2 mm×2 mm으로 하였다.
유기 재료로 형성하는 각 층의 막 두께는 발생한 광을 유기 화합물층 내에서 증폭하는 것을 목적으로 하여 설정하고 있다. 즉, CBP층 내에 첨가한 Ir 착체, 또는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(이하, α-NPB라 표기함)층으로부터 발광한 광이, ITO와 유기 화합물층이 접하는 계면과, BCP층과 CaF2층이 접하는 계면, 혹은 CaF2층과 Al층이 접하는 계면에서 반사를 반복하면서 정재파를 형성하도 록 막 두께를 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 사용한 유기 재료 중, 발광 가능한 것은 Ir 착체와 α-NPB이다. 이들은 가시광 영역(400 nm∼800 nm)에 발광을 나타낸다. 정재파를 형성하기 위해서는, 반사면의 간격이 정재파의 반파장을 유기 재료의 굴절률로 나눈 수치의 정수배인 것이 필요 조건이다. 예를 들어, 400 nm의 광의 정재파를 형성하기 위해서는, 반사면의 간격은 200 nm를 유기 재료의 굴절률로 나눈 값의 정수배의 길이로 하는 것이 필요하다. 따라서, 유기 재료의 굴절률을 1.7로 가정하면, 200을 1.7로 나눈 값, 즉, 120 nm의 정수배가 된다. 즉, α-NPB층, CBP층, BCP층의 막 두께의 합계가 120 nm의 정수배가 되는 것이 필요로 된다. 마찬가지로, 800 nm의 광의 정재파를 형성하기 위해서는, α-NPB, CBP층, BCP층의 광학 막 두께의 합계가 400 nm, 800 nm, 1200 nm와 같이, 400 nm의 정수배인 것이 필수 조건이다. 굴절률을 1.7로 가정하면, 막 두께의 합계는 240, 480, 720 nm와 같이, 240 nm의 정수배가 필수 조건이고, 반사면의 간격, 즉, α-NPB, CBP층, BCP층의 막 두께의 합계는 240 nm, 480 nm, 720 nm와 같이, 240 nm의 정수배가 된다.
본 실시예에서는 상기한 것을 감안하여, 도 8에 나타내는 유기 EL 소자에서는 유기 화합물층의 광학 막 두께는 270 nm, 유기 EL로서는 굳이 두꺼운 막 두께로 설정하고 있지만, 본 발명에서 유기 EL 소자의 막 두께는 이것에 한정되지 않는다. 도 8에 나타내는 유기 EL 소자의 경우, 유기 화합물의 굴절률을 1.7로 가정하면, 정재파를 형성할 수 있는 광의 파장은 920 nm를 정수로 나눈 파장인 가시광 영역에서는 460 nm가 된다.
도 9는 도 8에 나타낸 유기 EL 소자를 기판면으로부터 관측한 발광 스펙트럼을 나타낸다. ITO를 양극으로 하고 Al을 음극이 되도록 직류 전압을 인가하여 전류를 흘림으로써 발광을 얻고 있다. 도 10(A)는 전압 대 전류 밀도 특성으로, 20 V 정도 인가함으로써 수 mA의 전류가 흐르는 것을 알 수 있다. 소자의 발광 면적은 0.04 ㎠이므로, 전류 밀도는 100 mA/㎠ 정도가 된다. 도 10(B)는 전압 대 발광 강도 특성이다. 또한, 발광 강도는 발광 취출면(ITO측)으로부터 관측하고 있다. 6 V 부근으로부터 발광이 시작되고, 24 V 인가함으로써 수만 칸델라(Cd)의 발광이 얻어지고 있다.
도 11(A) 및 (B)에 도 8에 나타낸 유기 EL 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸다. 양 스펙트럼에서, 발광 강도는 최대값으로 규격화하고 있다. 도 11(A)는 ITO측으로부터 관측한 면 발광의 스펙트럼이다. 한편, 도 11(B)는 소자를 횡방향으로부터 관측한 측면 발광의 스펙트럼이다.
도 11(A)에서는, 475 nm∼650 nm의 파장 대역에 강한 발광이 관측된다. 이 발광은 착체로부터의 발광에 기초한 것이다. 또한, 400 nm∼475 nm 부근에는 별도의 발광이 관측된다. 이 발광은 α-NPB층으로부터의 발광에 기초한 것이다. 이 결과는, 캐리어(홀과 전자)는 주로 CBP층 내에서 재결합하여 Ir로부터의 발광에 기여하지만, 일부의 캐리어는 α-NPB층 내에서도 재결합하고 있다고 고찰된다. 이 면발광에서는, 발광 강도는 전류 밀도의 변화에 비례하여 변화한다. 따라서, 어떠한 전류 밀도에 있어서도, 스펙트럼은 완전히 동일 형상이 되고, 강도만이 전류 밀도의 증대에 비례하여 직선적으로 증대한다.
도 11(A)의 스펙트럼에 대하여, 소자의 측면으로부터 얻어진 발광 스펙트럼은 도 11(B)에 나타내는 바와 같이 2가지 특징을 가진다. 먼저 하나는 475 nm∼650 nm의 파장 대역에서의 발광 스펙트럼의 파형이 다른 점이다. 다른 하나는 460 nm 부근에 예리한 발광 스펙트럼이 관측되는 것이다. 전자(前者)의 원인은 명백하지 않지만, 후자의 발광 스펙트럼은 소자의 유기 화합물층에서 정재파가 형성되고, 이 파장의 광만이 증폭되어 있기 때문이라고 생각된다. 실제로, 상기한 바와 같이, 이 소자의 막 두께에서 정재파가 허용되는 파장은 460 nm이다. 가장 특징적인 것은 475 nm∼650 nm의 파장 대역에서의 발광은 전류 밀도의 증대에 비례하여 강도가 변화하는 것에 대하여, 460 nm 부근에 피크가 있는 다른 발광 스펙트럼은 전류 밀도의 증대보다 더욱 크게 발광 강도가 증대하는 것이다. 따라서, 규격화된 도 11(B)에서는, 460 nm의 발광만이 상대적으로 증대하는 것으로 된다.
이상의 것으로부터, 도 8에 나타낸 유기 EL 소자 내에서 460 nm의 파장을 가지는 광은 정재파를 형성하고 있는 것이라고 생각된다. 즉, 이 소자가 460 nm의 광의 공진기로서 기능하고, 광을 증폭시키고 있다고 할 수 있다. 또한, 전류 밀도를 증대시켜 120 mA/㎠로 하면, 면 발광의 스펙트럼 형상은 전혀 변화가 없는 것에 대하여, 460 nm의 발광은 더욱 강도가 증대하고, 예리한 발광 시그널을 부여한다(도 12).
도 13은 460 nm의 파장을 가지는 광의 발광 강도를 전류 밀도에 대하여 플롯(plot)한 도면으로, 도 13(A)는 도 8에 나타낸 유기 EL 소자의 면측으로부터, 도 13(B)는 소자의 측면측으로부터 방사되는 광을 측정한 것이다. 어떠한 특성에 있 어서도, 전류 밀도의 증대에 따라 발광 강도는 직선적으로 증대한다. 그러나, 그것은 단조로운 증가가 아니고, 어떠한 발광에 있어서도, 전류 밀도가 5 mA/㎠∼10 mA/㎠ 부근에서 그의 기울기가 변화하는 스레시홀드값이라는 것이 나타내어져 있다. 이때, 전류 밀도가 스레시홀드값보다도 낮은 경우에는 자연 방출에 의한 발광이고, 높은 경우에는 유도 방출에 의해 발광하는 것이라고 할 수 있다.
도 13(B)에서는, 발광 피크가 460 nm에서의 발광 스펙트럼의 반치폭을 전류 밀도에 대하여 플롯한 도면으로 나타내고 있다. 스레시홀드값에 도달할 때까지의 사이, 반치폭은 급격하게 감소하고, 스레시홀드값 이상의 전류 밀도에서는 서서히 반치폭이 감소한다. 도 7은 소자의 측면으로부터 관측되는 발광 스펙트럼의 측정 각도 의존성에 대하여 조사한 결과로서, 각각의 각도에 있어서의 발광 스펙트럼으로부터 정면에서 관측되는 발광 스펙트럼을 뺀 것이다. 같은 도면에 나타내는 바와 같이 소자의 측면으로부터의 발광을 각도를 0도로부터 61도의 범위에서 변화시켜 측정하였지만, 발광 파장과 반치폭에 큰 변화가 없었다. 이것은 반치폭의 감소는 굴절률이 파장에 의존하기 때문이 아니라고 고찰할 수 있다. 바꿔 말하면, 발광에 극히 일부의 파장만을 선택적으로 한정하여 관측하였기 때문에 발광 스펙트럼이 외관상 샤프하게 되어 있는 것은 아니라고 할 수 있다.
한편, 면측으로부터의 발광 및 측면측으로부터의 발광의 어떠한 경우에 있어서도, 475 nm∼650 nm의 발광에는 스레시홀드값을 알아낼 수는 없었다. 이 파장 대역의 발광은 전류 밀도의 증대에 따라 직선적으로 강도가 증대하고, 고전류 영역에 이르면 발광의 증대율이 저하하는 현상을 나타내고 있었다. 이것은 통상의 유 기 EL 소자의 전형적인 거동과 같다. 또한, 소자의 ITO측으로부터 관측되는 460 nm의 발광은 어떠한 전류 밀도에서도 폭넓은 스펙트럼을 주기 때문에, 반치폭을 구할 수 없었다.
아래의 표 1은 본 실시예에서 제조한 시료(소자)의 레이저 발진 특성을 나타내고 있다. 이것은 3개의 동일한 시료에 대하여 측정한 결과를 나타내고 있지만, 어떠한 경우에도 피크 파장은 462 nm∼464 nm, 반치폭은 10 nm 이하이고, 스레시홀드값은 10 mA/㎠∼12.5 mA/㎠로 되어 있다. 이 특성은 실온에서 측정된 값이다.
[표 1]
제조한 소자의 레이저 발진 거동
샘플 No. 스레시홀드값 (mA/㎠) 피크 파장 (nm) 반치폭[1] (nm)
1 12.5 464 8.0
2 10.0 462 8.0[2]
3 11.0 463 9.1
[1] : 50 mA/㎠에서의 반치폭, [2] : 60 mA/㎠에서의 반치폭
이상의 결과로부터, 다음과 같은 결과를 도출할 수 있다. 본 실시예의 소자에서는, 460 nm 부근의 발광에 대하여 공진기 구조를 가지고 있고, 이 파장의 광의 정재파가 형성된다. 또한, 460 nm의 발광은 전류 밀도에 대하여 스레시홀드값을 나타낸다. 이렇게 한 거동은 소위 고체 레이저와 같은 거동이다. 이 스레시홀드값이 소위 반전 분포가 시작된 스레시홀드값이라고 하면, 이것보다도 큰 전류 밀도에서는 레이저광이 발진하고 있는 것으로 된다.
[실시예 2]
본 발명의 발광소자, 및 그 발광소자의 모든 특성에 대하여 설명한다.
본 실시예에서 나타내는 발광소자의 구조를 도 15를 이용하여 설명한다. 유리 기판(130) 상에 ITO를 성막하여 전극(131)으로 한다. 전극(131) 상에 제 1 층(132)으로서 α-NPB를 진공 증착에 의해 성막한 후, 또한 제 1 층(132) 상에 제 2 층(133a, 133b)으로서 CBP 및 BCP를 순차적으로 성막하였다. 제 2 층(133) 상에 제 3 층(134)으로서 불화 칼슘을 성막한 후, 또한 전극(135)으로서 알루미늄을 성막하여, 발광소자로 하였다. 또한, 제 1 층(132), 제 2 층(133a, 133b)의 막 두께는 각각 100 nm, 30 nm, 130 nm이고, 이들의 합계 막 두께는 260 nm이다. 이것은 상기 발광소자에서 전극(131), 제 3 층(134)이 각각 반사체로서 기능한다. 이와 같이 본 실시예에서의 발광소자는 발광한 광을 공진할 수 있는 구성으로 되어 있다.
도 15에 나타낸 구성을 가지는 발광소자의 발광 스펙트럼을 도 16(A)에 나타낸다. 도 16(A)로부터, 465 nm로 반치폭이 좁은 피크를 가지는 발광이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 또한, 전류 밀도에 대한 발광 강도의 변화를 도 17에 나타낸다. 도 17로부터, 전류 밀도의 증가에 따라 직선적으로 발광 강도가 증대하지만, 전류 밀도가 12 mA/㎠를 굴곡점(즉, 스레시홀드값)으로 하여 그의 기울기가 커지는 것을 알 수 있다. 이것은 12 mA/㎠보다 작은 전류 밀도의 영역에서는 자연 방사가 지배적이라는 것에 대하여, 12 mA/㎠보다 큰 전류 밀도의 영역에서는 유도 방사가 일어난다는 것을 나타낸다고 생각된다.
[비교예]
도 15에 나타낸 구성을 가지는 발광소자에 대한 비교예에 대하여 설명한다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(140) 상에 ITO를 성막하여 전극(141)으로 한다. 전극(141) 상에 제 1 층(142)으로서 α-NPB를 진공 증착에 의해 성막한 후, 제 1 층(142) 상에 제 2 층(143)으로서 BCP를 성막하였다. 제 2 층(143) 상에 제 3 층(144)으로서 불화 칼슘을 성막한 후, 전극(145)으로서 알루미늄을 성막하여, 발광소자로 하였다. 또한, 제 1 층(142), 제 2 층(143)의 막 두께는 각각 100 nm, 160 nm이고, 이들의 합계 막 두께는 260 nm이다. 또한, 상기 발광소자에서 전극(141), 제 3 층(144)이 각각 반사체로서 기능한다. 이와 같은 본 비교예에서의 발광소자는 발광한 광을 공진할 수 있도록 하는 구성으로 되어 있다.
도 18에 나타낸 구성을 가지는 발광소자의 발광 스펙트럼을 도 16(B)에 나타낸다. 도 16(B)로부터, 460 nm로 반치폭이 좁은 피크를 가지는 발광이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 그러나, 전류 밀도에 대한 발광 강도의 의존성(도 17)에서는, 전류 밀도의 증가에 따라 직선적으로 발광 강도가 증대하지만, 본 발명의 도 15에 나타낸 구성을 가지는 발광소자에서 보여지는 바와 같은 굴곡점은 가지고 있지 않는다는 것을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 유기 화합물층 및 반사체를 가지는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 유기 화합물층 및 반사체를 가지고,
    상기 반사체는 상기 유기 화합물층의 적어도 한쪽 면에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 유기 화합물층 및 반사체를 가지고,
    상기 반사체는 상기 유기 화합물층의 적어도 한쪽 면에 구비되어 있고,
    상기 반사체에 의해, 상기 유기 화합물층에서 발광한 특정 파장을 가지는 광의 정재파(定在波)가 형성되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 화합물층의 광학 막 두께가 상기 유기 화합물층에서 발광한 광의 파장의 반파장 또는 반파장의 정수(整數)배인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 유기 화합물층 및 반사체를 가지고,
    상기 유기 화합물층은 복수의 발광 피크를 가지는 광을 방사(放射)하고,
    상기 복수의 발광 피크 중 적어도 하나의 발광 피크의 반치(半値)폭이 10 nm 이하인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 유기 화합물층 및 반사체를 가지고,
    상기 반사체는 상기 유기 화합물층의 적어도 한쪽 면에 구비되어 있고,
    상기 유기 화합물층은 복수의 발광 피크를 가지는 광을 방사하고,
    상기 복수의 발광 피크 중 적어도 하나의 발광 피크의 반치폭이 10 nm 이하인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 유기 화합물층 및 반사체를 가지고,
    상기 반사체는 상기 유기 화합물층의 적어도 한쪽 면에 구비되어 있고,
    상기 유기 화합물층은 복수의 발광 피크를 가지는 광을 방사하고,
    상기 복수의 발광 피크 중 적어도 하나의 발광 피크의 반치폭이 10 nm 이하이고,
    상기 반사체에 의해, 상기 유기 화합물층에서 발광한 특정 파장을 가지는 광의 정재파가 형성되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 화합물층의 광학 막 두께가, 상기 유기 화합물층으로부터 방사된 광의 파장의 반파장 또는 반파장의 정수배인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 발광층과,
    상기 발광층에 접하는 홀 수송층을 가지고,
    상기 홀 수송층은 전류 주입에 의해 발광층에서 발광하는 광의 파장 대역보다도 단파장측이고, 피크 파장의 반치폭이 10 nm 이하의 발광 피크를 가지는 광을 방사하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 발광층에 도펀트로서 금속 착체(錯體)가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 발광층의 호스트 재료가 4,4'-N,N'-디카르바졸-비페닐이고, 상기 홀 수송층의 재료가 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-비페닐인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 발광 피크를 가지는 광이 상기 전류 주입의 방향과 교차하는 방향으로부터 방사되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  13. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 유기 화합물층을 가지고,
    상기 유기 화합물층은 전류 주입에 의해 피크 파장의 반치폭이 10 nm 이하의 발광 피크를 가지는 광을 방사하고,
    상기 방사된 광의 발광 강도의 전류 밀도에 대한 변화가 기울기가 다른 2개의 선형 영역에서 구분 가능하고,
    고전류 밀도측에 있는 선형 영역의 기울기가 저전류 밀도측에 있는 선형 영역의 기울기보다 큰 것을 특징으로 하는 발광장치.
  14. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 유기 화합물층을 가지고,
    상기 유기 화합물층은 전류 주입에 의해 피크 파장의 반치폭이 10 nm 이하의 발광 피크를 가지는 광을 방사하고,
    상기 방사된 광의 발광 강도의 전류 밀도에 대한 변화가, 기울기가 다른 2개의 선형 영역에서 구분 가능하고,
    고전류 밀도측에 있는 선형 영역의 기울기가 저전류 밀도측에 있는 선형 영역의 기울기보다 크고,
    상기 기울기가 다른 2개의 선형 영역의 스레시홀드값이 5 mA/㎠∼20 mA/㎠의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 유기 화합물층에 주입하는 전류의 전류 밀도가 상기 스레시홀드에 달할 때까지 상기 발광 피크의 반치폭이 20% 이상 변화하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  16. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 발광 피크를 가지는 광이 상기 전류 주입의 방향과 교차하는 방향으로부터 방사되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
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