KR20090114886A - Fluorescence Enhancement OLED using Surface Plasmon Resonance - Google Patents

Fluorescence Enhancement OLED using Surface Plasmon Resonance Download PDF

Info

Publication number
KR20090114886A
KR20090114886A KR1020080040758A KR20080040758A KR20090114886A KR 20090114886 A KR20090114886 A KR 20090114886A KR 1020080040758 A KR1020080040758 A KR 1020080040758A KR 20080040758 A KR20080040758 A KR 20080040758A KR 20090114886 A KR20090114886 A KR 20090114886A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
layer
thin film
electrode layer
metal thin
Prior art date
Application number
KR1020080040758A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100978584B1 (en
Inventor
최경철
양기열
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020080040758A priority Critical patent/KR100978584B1/en
Publication of KR20090114886A publication Critical patent/KR20090114886A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100978584B1 publication Critical patent/KR100978584B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00Organic light-emitting devices
    • H10K50/10OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02697Forming conducting materials on a substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/387Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape with a plurality of electrode regions in direct contact with the semiconductor body and being electrically interconnected by another electrode layer
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80Constructional details
    • H10K30/81Electrodes
    • H10K30/82Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE: A fluorescence enhancement OLED using surface plasmon resonance is provided to increase optical power efficiency by adding the conductive spacer layer on the surface of metallic thin film. CONSTITUTION: The metal lower part - electrode layer(11) is arranged on the surface of the substrate(10). The metallic thin film lower part layer(12) is arranged on the surface of the metal lower part - electrode layer. The organic EL component layer(13) is arranged on the surface of the metallic thin film lower part layer. The metallic foil upper layer(15) is arranged on the organic EL component layer. The conductive spacer layer(16) is arranged on the surface of the metallic thin film lower part layer. The metal upper part - electrode layer(17) is arranged in the conductive spacer floor.

Description

표면 플라즈몬 공명을 이용한 형광 강화 OLED{Fluorescence Enhancement OLED using Surface Plasmon Resonance}Fluorescence Enhancement OLED using Surface Plasmon Resonance

본 발명은 유기 발광 다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 형광 강화 효과를 갖는 유기 발광 다이오드에 관한 것이다. The present invention relates to an organic light emitting diode (OLED), and more particularly to an organic light emitting diode having a fluorescence enhancement effect using surface plasmon resonance.

유기 발광 다이오드(OLED)는 인가된 전위에 반응을 일으켜 발광하는 전자 디바이스이다. 유기 발광 다이오드는 인가된 전위에 반응을 일으켜 발광하는 소자로 탕(Tang) 등의 문헌 'C.W.Tang, S.A.VanSlyke, Applied Physics Letters. 51, 913 (1987)' 및 통상 양도된 미국 특허 제 4,769,292호에서 설명되었다. 그 후 다수의 중합체 재료를 포함하는 유기 EL 요소층이 제시되었으며 디바이스 성능이 향상되었다. An organic light emitting diode (OLED) is an electronic device that emits light in response to an applied potential. An organic light emitting diode is a device that emits light by reacting to an applied potential and is described in Tang et al., C.W.Tang, S.A.VanSlyke, Applied Physics Letters. 51, 913 (1987) 'and commonly assigned US Pat. No. 4,769,292. Thereafter, an organic EL element layer including a plurality of polymer materials was presented and device performance was improved.

통상의 OLED 디바이스(100)는 도 1에 도시한 바와 같이 기판(10), 반사하부-전극층(11), 유기 EL 요소(13, 14) 및 투명 상부-전극층(17)을 포함하며 유기 EL 요소(13, 14)는 정공 주입 층, 정공 수송 층, 발광층, 전자 수송 층 및 전자 주입 층을 포함하는 하나 이상의 세부층을 포함한다. 여기서, 반사 하부-전극은 애노드이고 투명 상부-전극 층은 캐쏘드이다. 애노드와 캐쏘드가 서로 바뀌는 것도 가능하며 디바이스 내부에서 발광한 형광은 기판과 투명 상부-전극 양측으로 통과되어 출력된다. A typical OLED device 100 comprises a substrate 10, a reflective under-electrode layer 11, organic EL elements 13, 14 and a transparent top-electrode layer 17, as shown in FIG. (13, 14) includes one or more sublayers including a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer and an electron injection layer. Here, the reflective bottom-electrode is the anode and the transparent top-electrode layer is the cathode. It is also possible for the anode and cathode to be interchangeable, and the fluorescence emitted from inside the device is passed through both the substrate and the transparent top-electrode and output.

OLED 디바이스의 중요한 특징 중 하나는 휘도 출력 효능이다. 이 파라미터는 목적하는 광 출력의 전달을 유도하기 위해서 얼마나 많은 전류 또는 전압이 필요한지를 결정한다. OLED 디바이스는 수명이 작동 전류에 반비례하기 때문에 같은 광 출력에서 휘도 출력 효능이 높을수록 오래 사용할 수 있으며, 현재에도 이와 같은 OLED 디바이스의 휘도 효율을 향상시키고 색 품질을 높이기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.One important feature of OLED devices is their luminance output efficacy. This parameter determines how much current or voltage is needed to induce delivery of the desired light output. OLED devices have a long life inversely with the operating current, so the higher the luminance output efficiency at the same light output, the longer it can be used, and much research is being conducted to improve the luminance efficiency and color quality of such OLED devices.

본 발명의 목적은 휘도 효율과 색 품질이 향상된 형광 강화 OLED 디바이스를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a fluorescently enhanced OLED device with improved brightness efficiency and color quality.

본 발명의 다른 목적은 공정이 간단하고 용이한 형광 강화 OLED 디바이스를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fluorescently enhanced OLED device with a simple and easy process.

본 발명의 또다른 목적은 TFT 블로킹으로 인한 휘도 출력 효능 감소를 막기 위해 상부 발광이 가능한 형광 강화 OLED 디바이스를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a fluorescently enhanced OLED device capable of top emission in order to prevent a decrease in luminance output efficacy due to TFT blocking.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 형광 강화 OLED 디바이스는, 기판; 상기 기판의 표면상에 배치된 금속 하부-전극층; 상기 금속 하부-전극층의 표면상에 배치된 금속 박막 하부층; 상기 금속 박막 하부층의 표면상에 배치된 유기 EL요소층; 상기 유기 EL 요소층상에 배치된 금속 박막 상부층; 상기 금속 박막 상부층의 표면상에 배치된 전도성 스페이서 층; 및 상기 전도성 스페이서 층에 배치된 금속 상부-전극층을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to the present invention for achieving the above object, a fluorescently enhanced OLED device comprises: a substrate; A metal lower electrode layer disposed on a surface of the substrate; A metal thin film underlayer disposed on a surface of the metal under-electrode layer; An organic EL element layer disposed on a surface of the metal thin film underlayer; A metal thin film upper layer disposed on the organic EL element layer; A conductive spacer layer disposed on a surface of the metal thin film upper layer; And a metal top-electrode layer disposed on the conductive spacer layer.

여기서, 상기 금속 하부-전극층 및 상기 금속 상부-전극층 중의 적어도 하나는 불투명하고 반사성이며, 상기 불투명하고 반사성인 전극층의 재료는 Ag, Au, Al 중의 적어도 하나로 선택되고, 상기 금속 박막 상부층과 하부층은 불투명하고 반사성인 Ag, Au, Al중의 적어도 하나로 선택되며, 상기 금속 박막 상부층과 하부층의 재료와 두께, 위치 및 상기 유기 EL 요소층의 두께가 형광 강화가 없는 유사 디바이스에 비해 발광 출력을 강화시키도록 조절되는 것이 바람직하다.Here, at least one of the metal lower electrode layer and the metal upper electrode layer is opaque and reflective, and the material of the opaque and reflective electrode layer is selected from at least one of Ag, Au, Al, and the metal thin film upper layer and the lower layer are opaque. And at least one of Ag, Au, and Al, which are reflective, and adjust the material and thickness of the metal thin film upper layer and the lower layer, the position, and the thickness of the organic EL element layer to enhance the light emission output compared to a similar device without fluorescence enhancement. It is preferable to be.

또한, 상기 금속 하부-전극층 및 상기 금속 상부-전극층 중의 하나는 불투명하고 반사성이며, 다른 하나는 투명하고, 상기 투명한 전극층의 재료는 ITO로 선택되는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that one of the metal lower electrode layer and the metal upper electrode layer is opaque and reflective, the other is transparent, and the material of the transparent electrode layer is selected from ITO.

또한, 상기 금속 하부-전극층이 ITO이고, 상기 금속 상부-전극층이 Ag이며 그 두께가 10 내지 100nm인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the metal lower electrode layer is ITO, the metal upper electrode layer is Ag, and the thickness thereof is 10 to 100 nm.

또한, 상기 금속 박막 상부층과 상기 금속 박막 하부층의 모두가 Ag, Au 또는 Al이고, 박막의 두께가 2 내지 30nm일 수 있다.In addition, both the metal thin film upper layer and the metal thin film lower layer may be Ag, Au, or Al, and the thickness of the thin film may be 2 to 30 nm.

또한, 상기 금속 하부-전극층과 상기 유기 EL 요소층 사이의 상기 금속 박막 하부층은 제거될 수 있다.Further, the metal thin film underlayer between the metal under-electrode layer and the organic EL element layer can be removed.

여기서, 상기 금속 하부-전극층이 애노드이고, 상기 금속 상부-전극층이 캐쏘드일 수 있다.The metal lower electrode layer may be an anode, and the metal upper electrode layer may be a cathode.

또는, 상기 금속 하부-전극층이 캐쏘드이고, 상기 금속 상부-전극층이 애노드일 수도 있다.Alternatively, the metal lower electrode layer may be a cathode, and the metal upper electrode layer may be an anode.

바람직하게는, 상부 금속 박막 상부층과 상기 금속 상부-전극층 사이에 배치된 전도성 스페이서층은 유기물로 구성되어있으며 두께가 5내지 50nm일 수 있다.Preferably, the conductive spacer layer disposed between the upper metal thin film upper layer and the metal upper-electrode layer is made of an organic material and may have a thickness of 5 to 50 nm.

본 발명의 다른 양태에서, 형광 강화 OLED 디바이스의 성능을 추가로 향상시키기 위해 디바이스 금속 하부 전극층 상부 표면에 증착한 금속 박막층이 사용된다.In another aspect of the present invention, a metal thin film layer deposited on the top surface of the device metal lower electrode layer is used to further improve the performance of the fluorescence enhanced OLED device.

본 발명에 따른 형광 강화 OLED 디바이스는 기본적으로 하부 발광을 위해 제작되지만 경우에 따라서 상부 발광 디바이스로 사용할 수 있다. 스페이서 상단에 배치된 불투명 반사성 전극층은 Ag, Au, Al로 선택되어 사용되는데 금속이 증착되는 두께가 20nm 이하일 경우 반투명하며 표면 플라즈몬 공명에 의해 강화된 형광 발광은 상부로도 전달되기 때문에 광루미네선스를 출력할 수 있다. The fluorescently enhanced OLED device according to the invention is basically designed for bottom emission but can be used as the top emission device in some cases. The opaque reflective electrode layer disposed on the top of the spacer is selected and used as Ag, Au, Al. When the metal deposition thickness is 20 nm or less, it is translucent and the fluorescence enhanced by the surface plasmon resonance is also transmitted to the top. You can output

본 발명에 따른 OLED 디바이스 제작 구조에 따르면, 상기 기판의 한 표면상에 배치된 금속 하부 전극층 한 표면상에 배치된 금속 박막 하부를 증착하고, 유기 EL 요소상에 배치된 금속 박막 상부 및 상기 금속 박막 상부 한 표면상에 배치된 전도성 스페이서 층을 추가함으로써, 상기 금속 박막 상부의 표면 하단 부근에서 발생하는 형광이 금속박막-투명 전도성 스페이서-금속 상부 전극 구조로 전달되며, 형광은 근방 영역에서 스페이서를 사이에 두고 일정 거리를 유지하고 있는 상기 금속 상부 전극과 상호작용을 일으켜 강화작용이 발생하면서 광출력 효능이 증가하는 형광 강화 OLED를 제작할 수 있다. According to the OLED device fabrication structure according to the present invention, a metal thin film electrode disposed on one surface of a metal lower electrode layer disposed on one surface of the substrate is deposited, and a metal thin film top disposed on an organic EL element and the metal thin film By adding a conductive spacer layer disposed on the upper one surface, fluorescence generated near the bottom of the surface of the upper portion of the metal thin film is transferred to the metal thin film-transparent conductive spacer-metal upper electrode structure, and the fluorescence is interposed between the spacers in the near region. By interacting with the metal upper electrode, which maintains a certain distance, it is possible to manufacture a fluorescent-enhanced OLED which increases the light output efficiency while the reinforcing action occurs.

또한, 상기의 형광 강화 현상을 이용한 OLED 디바이스는, 유기 EL 요소 층과 금속 박막의 경계에 발생하는 표면 플라즈몬 발생으로 인한 전자 진동을 이용한 것으로, 상기 유기 EL 요소 층과 금속 박막 간의 특성에 따라 형광 강화 주파수가 결정되며, 형광 강화 주파수에서 표면 플라즈몬에 의한 광효율 증가 효과가 크고 주파수 폭이 좁은 편이므로 색 품질이 향상된 OLED 디바이스를 제작할 수 있다. In addition, the OLED device using the above-described fluorescence enhancement phenomenon uses electron vibration due to the generation of surface plasmon occurring at the boundary between the organic EL element layer and the metal thin film. The frequency is determined, and the optical efficiency due to the surface plasmon is increased and the frequency width is narrow at the fluorescence enhancement frequency, thereby making it possible to manufacture OLED devices with improved color quality.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the following examples.

OLED 디바이스의 휘도 출력 효능을 향상시키기 위한 방법은 금속 박막의 표면 플라즈몬(Surface Plasmon)을 통해 형광을 강화시키는 효과(Fluorescence enhancement)를 사용하는 것이다. 금속 박막 표면의 가까운 거리에서 발생하는 형 광이 표면 플라즈몬에 의해 강화되는 현상은 종래 문헌 'Science. 302,77 (2003)', 'Physical Review Letters. 96, 113002 (2006)'에 실험적으로 구현되어있다. A method for improving the luminance output efficacy of OLED devices is to use Fluorescence enhancement through surface plasmons of metal thin films. The phenomenon in which fluorescence generated at a close distance from the surface of a metal thin film is enhanced by surface plasmons has been described in the prior art 'Science. 302, 77 (2003), 'Physical Review Letters. 96, 113002 (2006) '.

나진(Nazin)등(문헌 'Science. 302, 77 (2003)')은 근방 영역(near field)에서 금속-분자-금속 연결 고리에 주사형 터널 현미경(Scanning Tunneling Microscope)를 통해 빛을 입사시키고 입사광을 통해 금속 기판 위의 분자를 흥분상태로 천이시킨 후 발광을 유도하는 실험을 했다. 이 실험은 입사광을 통한 분자 발광과 분자-금속 연결고리 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 전달 광 사이 경향을 확인한다. Nazin et al. (Science. 302, 77 (2003)) have introduced light through a scanning tunneling microscope into a metal-molecule-metal linkage in the near field and incident light. Through the experiment to induce light emission after the molecules on the metal substrate transition to the excited state. This experiment identifies trends between molecular luminescence through incident light and surface plasmon transfer light that occurs between the molecular-metal linkages.

앵거(Anger)등(문헌'Physical Review Letters. 96, 113002 (2006)')은 금속 기판 표면 상부에 유기 중합체를 도포한 후 형광이 표면 플라즈몬에 의해 강화되는 현상을 확인했다. 금속 기판 표면 하부에 레이저를 입사시킬 때 수십 나노 미터 범위에서 기판과 금속 입자 사이 거리를 조절하며 근방 영역(near field)에서 입사되는 빛과 플라즈몬 방사성/ 비방사성 천이 간의 상호 작용을 규명했으며, 거리와 입자의 크기에 따라 형광 강화 현상이 5배 이상 발생하는 것을 이론적으로 제시하여 실험적으로 일치함을 확인했다. Anger et al. (Physical Review Letters. 96, 113002 (2006)) confirmed the phenomenon that fluorescence was enhanced by surface plasmons after applying an organic polymer on the surface of a metal substrate. When the laser is incident on the lower surface of the metal substrate, the distance between the substrate and the metal particles is controlled in the range of tens of nanometers, and the interaction between the light incident in the near field and the plasmon radioactive / non-radioactive transition is identified. According to the size of the particles, the fluorescence enhancement phenomenon occurs more than five times theoretically confirmed that the experimental agreement.

상기 문헌들은 금속-분자-금속 접합 형태가 파장 이하 범위 근방 영역에서 표면 플라즈몬과 발광 빛간의 상호작용을 유도하여 형광 발광 강화 현상이 일어나는 것을 규명했으며 이 효과를 유기 EL 요소층 사이 금속 박막을 삽입시켜 확인해보려는 시도는 없다.These documents have revealed that the metal-molecule-metal junction form induces the interaction between surface plasmon and luminescent light in the region near the sub-wavelength range, and thus enhances the fluorescence emission phenomenon. There is no attempt to check.

오카모토(K.Okamoto)등(문헌 'Nature. 3,601(2004)')은 InGaN 발광 소 자(InGaN LED)의 양자 우물에서 발광한 빛과, 금속 전극 표면의 플라즈몬과 결합을 통해 광루미네선스(Photoluminescence)을 최고점에서 14배정도 강화시켰다. 양자 우물의 밴드갭과 전극-스페이서 간의 표면 플라즈몬 주파수가 가까워지는 금속을 선택하며, 양자 우물에서 전자와 정공 짝의 재결합에 의한 에너지 전달이 전극 금속 표면 플라즈몬에 기인한 전자 진동에 영향을 주기 때문에 발광 빈도와 발광 세기가 증가하는 것을 밝혔다. 하지만 이 연구에서는 양자 우물에 전자, 정공의 재결합에 의한 에너지가 전극 표면 플라즈몬에 전달되어 발광 세기가 증가하는 반면, 본 발명에서는 유기층 사이 금속 박막 표면 하부에서 발광된 형광이 전극 표면에 플라즈몬을 형성하고, 금속 전극은 투명 전도성 스페이서를 사이에 두고 근방 영역에서 상호작용을 함으로써 발광 세기를 증가시킨다는 것에 차이가 있다. 디바이스 가운데 각각 InGaN, 금속 박막이 삽입되기 때문에 구조적으로 유사하지만 Okamoto 등의 연구에서는 양자우물 에미터로 사용했다는 것이 차이점이며 본 발명과 달리 유기 발광 소자가 아니다.K.Okamoto et al. (Nature. 3,601 (2004)) disclose photoluminescence (LUM) by combining light emitted from quantum wells of InGaN light emitting elements (InGaN LEDs) with plasmons on the surface of metal electrodes. Photoluminescence was enhanced by 14 times at the highest point. Select a metal whose surface plasmon frequency between the bandgap of the quantum well and the electrode-spacer is close to each other and emit light because energy transfer by recombination of electrons and hole pairs in the quantum well affects the vibration of electrons caused by the electrode metal surface plasmon The frequency and luminescence intensity were found to increase. However, in this study, the energy due to the recombination of electrons and holes in the quantum well is transferred to the electrode surface plasmon to increase the luminescence intensity, whereas in the present invention, the fluorescence emitted from the lower surface of the metal thin film between the organic layers forms plasmon on the electrode surface. The difference is that the metal electrode increases the light emission intensity by interacting in the near region with the transparent conductive spacer therebetween. The structure is similar because each of InGaN and a metal thin film is inserted among the devices, but Okamoto et al. Used it as a quantum well emitter, and it is not an organic light emitting device unlike the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 형광 강화 OLED 디바이스의 일 실시 예를 나타낸 것으로서, 하부 금속 박막이 없는 형광 강화 OLED 디바이스 구조의 예를 나타낸 도면이다. 2 shows an embodiment of a fluorescently enhanced OLED device according to the present invention, illustrating an example of a structure of a fluorescently enhanced OLED device without a bottom metal thin film.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 형광 강화 OLED 디바이스 구조는 통상의 OLED 디바이스 구조와 같이, 기판(10), 금속 하부-전극(11), 유기 EL 요소층(13, 14) 및 금속 상부-전극층(17)을 포함하며, 유기 EL 요소층(13, 14)은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층의 하나 이상의 세부층을 포함한다. 이때, 본 발명에 따른 형광 강화 OLED 디바이스 구조는 유기 EL 요소층(13, 14) 표면 상부에 금속 박막(금속 박막 상부층)(15)을 침착시킴으로써 표면 주위에서 발광하는 형광을 강화(Flourescence Enhancement)시키고, 그 금속 박막 상부층(15) 위에는 전도성의 투명 전극 스페이서 층(16)을 배치한다. 전도성 스페이서 층(16)은 유기물로 구성되며, 그 두께는 5 내지 50nm로 구현될 수 있다.Referring to the drawings, the fluorescence-enhanced OLED device structure according to the present invention is the substrate 10, the metal lower-electrode 11, the organic EL element layers 13, 14 and the metal upper-electrode layer, like the conventional OLED device structure. (17), and the organic EL element layers 13 and 14 include one or more sublayers of a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer. In this case, the fluorescence-enhanced OLED device structure according to the present invention enhances fluorescence emitting around the surface by depositing a metal thin film (metal thin film upper layer) 15 on the surface of the organic EL element layers 13 and 14. The conductive transparent electrode spacer layer 16 is disposed on the metal thin film upper layer 15. Conductive spacer layer 16 is composed of an organic material, the thickness may be implemented from 5 to 50nm.

도 3은 본 발명에 따른 형광 강화 OLED 디바이스의 다른 실시 예를 나타낸 것으로서, 도 2의 금속 하부-전극(11)의 상단 표면에 금속 박막 하부층(12)을 침착시켜 미세 공동(Micro Cavity)효과로 디바이스 내부에서 발생한 형광이 유리 기판을 통해 효율적으로 나오도록 한다.Figure 3 shows another embodiment of the fluorescently enhanced OLED device according to the present invention, by depositing a metal thin film layer 12 on the top surface of the metal bottom-electrode 11 of Figure 2 to the microcavity (Micro Cavity) effect Fluorescence generated inside the device is efficiently emitted through the glass substrate.

금속 하부-전극층(11) 및 금속 상부-전극층(17) 모두는 Ag, Au, Al또는 이들중 둘 이상의 합금으로 이루어진 불투명하고 반사성인 재질로 구현될 수 있다. 또는, 금속 하부-전극층(11) 및 금속 상부-전극층(17) 중의 하나는 불투명하고 반사성인 재질로 구현되며, 다른 하나는 ITO(Indum Tin Oxcide)와 같은 투명한 재질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 금속 하부-전극층(11)이 ITO로 구현되며, 금속 상부-전극층(17)은 10 내지 100nm 두께의 Ag로 구현될 수 있다. 또한, 금속 하부-전극층(11)이 애노드이고, 금속 상부-전극층(17)이 캐쏘드로 구현되거나, 그 반대로 구현될 수도 있다.Both the metal lower electrode layer 11 and the metal upper electrode layer 17 may be made of an opaque and reflective material made of Ag, Au, Al, or an alloy of two or more thereof. Alternatively, one of the metal lower electrode layer 11 and the metal upper electrode layer 17 may be made of an opaque and reflective material, and the other may be made of a transparent material such as indium tin oxide (ITO). For example, the metal lower electrode layer 11 may be formed of ITO, and the metal upper electrode layer 17 may be formed of Ag having a thickness of 10 to 100 nm. In addition, the metal lower electrode layer 11 may be an anode, and the metal upper electrode layer 17 may be implemented as a cathode, or vice versa.

또한, 금속 박막 하부층(12) 및 금속 박막 상부층(15)은 불투명하고 반사성인 Ag, Au, Al 중의 적어도 하나로 구현될 수 있으며, 그 재료와 두께, 위치 및 유 기 EL 요소층(13, 14)의 두께는 형광 강화가 없는 유사 디바이스(도 1 참조)에 비해 발광 출력을 강화시킬 수 있도록 조절된다. 여기서, 금속 박막 하부층(12) 또는 금속 박막 상부층(15)의 두께는 2 내지 30nm로 구현되는 것이 바람직하다.In addition, the metal thin film lower layer 12 and the metal thin film upper layer 15 may be implemented with at least one of opaque and reflective Ag, Au, Al, and the material, thickness, position and organic EL element layers 13, 14. The thickness of is adjusted to enhance the luminescence output compared to similar devices without fluorescence enhancement (see FIG. 1). Here, the thickness of the metal thin film lower layer 12 or the metal thin film upper layer 15 is preferably implemented in 2 to 30nm.

도 1 내지 도 3에서 기판(10)은 유리로 구현되며, 반사 금속 상부-전극층(17)은 15nm두께의 Ag 의 캐쏘드로 구현된 것으로 가정한다. 또한, 유기 EL 요소층(13, 14)은 NPB 정공 수송층, 발광층을 포함하는 것으로 가정한다. 또한, 디바이스 내부에서 발광하는 형광 광원은 OLED 전체의 전기적 특성에 독립적인 출력을 갖는 것으로 가정한다. 또한, 투명한 전도성 스페이서 층은 두께가 10nm인 것으로 가정한다. 이와 같은 가정은 결론이 총체적으로 임의의 이미터에 적용될 수 있도록 이미터의 특정 특성에 독립적인 금속-분자-금속 연결 고리의 형광 강화 구조 자체 특성의 평가를 용이하게 한다. 1 to 3, the substrate 10 is made of glass, and the reflective metal upper-electrode layer 17 is assumed to be made of a cathode of Ag having a thickness of 15 nm. In addition, it is assumed that the organic EL element layers 13 and 14 include an NPB hole transport layer and a light emitting layer. In addition, it is assumed that the fluorescent light source emitting light inside the device has an output independent of the electrical characteristics of the entire OLED. It is also assumed that the transparent conductive spacer layer is 10 nm thick. This assumption facilitates the evaluation of the fluorescence-enhancing structure itself properties of the metal-molecule-metal linkage independent of the specific properties of the emitter so that the conclusion can be applied to any emitter as a whole.

OLED 디바이스 전기적 특성에 의한 발광 광원의 위치는 전체 디바이스의 성능에 중요한 요소이다. 본 발명에서는 OLED 평면 다층 디바이스 내부 구성 물질에 따른 에너지 레벨이 EL요소 층, 상부 금속 박막 및 투명한 전도성 스페이서 층 사이 에너지 준위 차이가 생기고, 전자- 정공 재결합이 상부 금속 박막 경계에서 발생하도록 유도했다. 따라서 표면 플라즈몬의 형광 발광 강화 OLED는 이중 쌍극자 광원이 유기 EL요소 층 상부 표면과 금속 박막 경계에 위치해있다고 가정한다. The position of the light emitting source due to the OLED device electrical properties is an important factor for the performance of the overall device. In the present invention, the energy level according to the OLED planar multilayer device internal constituent material causes a difference in energy levels between the EL element layer, the upper metal thin film and the transparent conductive spacer layer, and induced electron-hole recombination to occur at the upper metal thin film boundary. The fluorescence-enhanced OLED of surface plasmon thus assumes that the dipole light source is located at the top surface of the organic EL element layer and the metal thin film boundary.

본 발명에서 표면 플라즈몬을 통한 형광 발광 강화를 확인하고 디바이스 구조를 확립하는데 FDTD(Finite Difference Time Domain) 방법을 사용해 시뮬레이션을 실시했으며, 디바이스의 성능을 비교하는 기준으로 Normal emitted power, Total emitted power, Far Field를 설정했으며, 각각을 구하기 위해 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 3을 이용한다.In the present invention, to confirm the fluorescence emission enhancement through the surface plasmon and to establish the device structure, the simulation was performed using the Finite Difference Time Domain (FDTD) method, and as a basis for comparing the performance of the device, the normal emitted power, total emitted power, Far Field is set, and Equation 1, Equation 2 and Equation 3 are used to obtain each.

수학식 1Equation 1

Figure 112008031435794-PAT00001
Figure 112008031435794-PAT00001

상기 식에서,Where

Figure 112008031435794-PAT00002
는 이중 쌍극자 광원에서 복사되는 빛의 포인팅 벡터이고,
Figure 112008031435794-PAT00002
Is the pointing vector of light radiated from the dipole light source,

Figure 112008031435794-PAT00003
는 표면에 직교 성분 벡터이고,
Figure 112008031435794-PAT00003
Is a vector of orthogonal components on the surface,

Gaussian filter는 수학식 1에서 각도의 값에 따라 입력과 출력 값의 비율이 달라지는 함수로 수학식 3에 상술되어있고,Gaussian filter is a function in which the ratio of input and output values varies according to the angle value in Equation 1, and is described in Equation 3,

Figure 112008031435794-PAT00004
Figure 112008031435794-PAT00005
는 OLED 디바이스 기판 아래 monitor를 이용해 표면과 직교 방향으로 입사되는 전기장에 의한 값으로 파장의 함수로 주어진다.
Figure 112008031435794-PAT00004
Figure 112008031435794-PAT00005
Is the value of the wavelength given by the electric field incident in the direction perpendicular to the surface using a monitor underneath the OLED device substrate.

수학식 2Equation 2

Figure 112008031435794-PAT00006
Figure 112008031435794-PAT00006

상기 식에서,Where

Figure 112008031435794-PAT00007
는 2차원 시뮬레이션 영역의 한 지점에 통과하며 감지되는 에너지의 포인 팅 벡터이다.
Figure 112008031435794-PAT00007
Is the pointing vector of the energy detected as it passes through a point in the two-dimensional simulation domain.

수학식 3Equation 3

Figure 112008031435794-PAT00008
Figure 112008031435794-PAT00008

상기 식에서,Where

σ는 OLED 소자 기판 전면에서 Normal emittied light를 monitor로 측정할 때 시야각으로 설정하는 각도의 50% 값이다.σ is a value of 50% of the angle that is set as the viewing angle when the normal emittied light is measured by the monitor in front of the OLED element substrate.

형광 발광 광원은 이중 쌍극자 모델을 사용했고 2차원 시뮬레이션 영역에서 특정 지점을 통과하는 에너지를 측정하는 monitor를 각 위치에 설정해서 디바이스를 통해 사방으로 출력되는 Total emitted power를 측정했다. Normal emitted power는 시뮬레이션 영역의 광원으로부터 출력되는 에너지 총합에 대한 디바이스 전면 일정 시야각으로 전달되는 에너지의 비율로 디바이스 구조 설계에서 성능을 비교하는 중요한 기준으로 사용했으며, Far Field의 각도에 대한 값을 측정하여 OLED 출력 광의 각도 특성을 비교하는 기준으로 사용했다. Fluorescent light sources used a dual dipole model, and a monitor was measured at each location to measure the energy passing through a specific point in the two-dimensional simulation area, and measured the total emitted power output from all directions through the device. Normal emitted power is the ratio of the energy delivered to the device front constant viewing angle to the total energy output from the light source in the simulation area and used as an important criterion for comparing the performance in the device structure design. It was used as a reference for comparing the angular characteristics of the OLED output light.

표면 플라즈몬을 통한 형광 발광 강화로 OLED 디바이스 출력을 강화시키는 본 발명의 효능은 하기 실시예에서 예시된다. 이론적 예측에 기초한 실시예에서, 소정의 디바이스에 의한 발광 스펙트럼은, 평면 다층 디바이스내에서 랜덤한 배향의 쌍극자를 방출하는 맥스웰의 식을 해석함으로써 예측되며, 맥스웰의 식을 해석하기 위해 FDTD 방법을 사용했다. 쌍극자 발광 스펙트럼은 특정 주파수에서 가우시안 분포를 가지는 함수로 가정되었다. 각 층에서, 상기 모델은 분광 엘립소메트리 에 의해 측정되거나, 또는 문헌['Handbook of Optical Constants of Solids, E.D.Palik, Academic Press(1985)', 'Handbook of Optical Constants of Solids Ⅱ, E.D.Palik, Academic Press(1991)']으로부터 얻은 파장 의존성 복합 굴절률을 사용한다.The efficacy of the present invention to enhance OLED device output with enhanced fluorescence emission through surface plasmons is illustrated in the examples below. In an embodiment based on theoretical prediction, the emission spectrum by a given device is predicted by interpreting Maxwell's equation that emits dipoles of random orientation in a planar multilayer device, and uses the FDTD method to interpret Maxwell's equation. did. The dipole emission spectrum was assumed as a function of having a Gaussian distribution at a particular frequency. In each layer, the model is measured by spectroscopic ellipsometry or described in 'Handbook of Optical Constants of Solids, EDPalik, Academic Press (1985)', 'Handbook of Optical Constants of Solids II, EDPalik, Academic Press (1991) '] use the wavelength dependent composite refractive index.

다음에, 2개의 비교용 디바이스, 즉 (a) 유기 EL 구성 층 사이 금속 박막이 없는 OLED 디바이스(도 1참조), 및 (b) 표면 플라즈몬을 통한 형광 발광 강화를 위한 금속 박막을 삽입한 OLED 디바이스(도 2 참조)를 비교하여, 본발명에 따른 도 3에 도시된 바와 같은 하부-표면플라즈몬 강화 OLED 디바이스의 이론적으로 예측된 휘도 출력을 비교한다.Next, two comparative devices: (a) an OLED device without a metal thin film between the organic EL constituent layers (see FIG. 1), and (b) an OLED device with a metal thin film for fluorescence enhancement through surface plasmons By comparing (see FIG. 2), the theoretically predicted luminance output of the bottom-surface plasmon enhanced OLED device as shown in FIG. 3 according to the present invention is compared.

계산된 결과를 표 1에 요약한다. 이들 결과에서는 유기 EL요소 층의 상하부 표면에 금속 박막이 증착되있을 때, 금속 박막 증착이 되지 않은 OLED 디바이스(100)과 비교해서 출력이 강화되었다. 이중 쌍극자 형광 광원의 배향을 TE와 TM로 설정하고, 각각의 경우 OLED 디바이스(100, 102) 유리 기판 전면의 시야각 범위내에 출력을 상기 수학식 1에 의해 계산해서 Normal Emitted Power로 구했다. 표 1의 피크 높이는 임의 단위로 표시했으며 첫 번째 값은 TM 배향에 대한 값이고 두 번째 값은 TE 배향에 대한 값으로 이하 모든 실시예의 결과 표에 적용된다. 금속 박막과 유기 층 사이 경계의 전자 진동은 표면 플라즈몬 주파수에서 발생하고, 형광 발광이 강화되므로 아래 계산 결과에서 피크 위치와 높이가 각각 변화한 것을 확인할 수 있다. The calculated results are summarized in Table 1. In these results, when the metal thin film is deposited on the upper and lower surfaces of the organic EL element layer, the output is enhanced compared with the OLED device 100 which is not deposited with the metal thin film. The orientation of the dual dipole fluorescent light source was set to TE and TM, and in each case, the output was calculated by the above equation (1) within the viewing angle range of the front surface of the glass substrates of the OLED devices 100 and 102 to obtain Normal Emitted Power. The peak heights in Table 1 are expressed in arbitrary units where the first value is for the TM orientation and the second value is for the TE orientation and is applied to the results table of all examples below. Electromagnetic vibration of the boundary between the metal thin film and the organic layer occurs at the surface plasmon frequency, and the fluorescence is enhanced, so the peak position and the height are changed in the calculation results below.

[표 1]TABLE 1

디바이스device 기판Board 애노드 (ITO) nmAnode (ITO) nm 금속 박막 하부 nmMetal thin film bottom nm NPB nmNPB nm Alq3 nmAlq3 nm 금속 박막 상부 nmMetal thin film top nm 투명 전도성 스페이서 nmTransparent conductive spacer nm 캐쏘드 (Ag) nmCathode (Ag) nm 피크 위치 nmPeak position nm 피크 높이 (임의단위)Peak height (arbitrary unit) 계산 결과 도면Calculation result drawing 100100 유리Glass 150150 00 7575 8080 00 00 1515 568568 0.016, 0.0320.016, 0.032 도4Figure 4 102a102a 유리Glass 150150 55 7575 6565 1010 1010 1515 750750 0.083, 0.1800.083, 0.180 도5Figure 5

다음에, 본 발명의 OLED 디바이스(102)에서 유기 EL요소 층의 두께에 따른 광출력 이점을 설명한다. Next, the light output advantage according to the thickness of the organic EL element layer in the OLED device 102 of the present invention is described.

금속박막 상부층(15)의 표면 하단의 유기 EL요소층(13, 14)을 두께를 140nm에서 135nm로 감소시켰을 때, Normal Emitted Power의 피크 위치는 730nm로 청색 이동이 일어났고 피크 높이는 TM의 경우 0.181, TE는 0.361로 2~3배 강화되는 사실을 계산할 수 있었다. 공정 상 유기물은 증착 속도가 느린 편으로 5nm 정도 두께 조절을 하기 용이하다. 또한 NPB와 Alq3의 두께의 합, 즉 유기 EL요소 층의 두께가 일정한 경우 Normal Emitted Power 피크의 위치와 높이는 비슷하게 나오는 경향이 계산에서 예측되었으며 이는 실시예와 별개의 계산에서 확인할 수 있었다. When the thickness of the organic EL element layers 13 and 14 at the bottom surface of the upper surface of the metal thin film layer 15 was reduced from 140 nm to 135 nm, the peak position of the Normal Emitted Power was 730 nm, and the peak height was 0.181 for the TM. We can calculate that TE is strengthened 2-3 times to 0.361. The organic material in the process is a slow deposition rate is easy to control the thickness of about 5nm. In addition, when the sum of the thicknesses of NPB and Alq3, that is, the thickness of the organic EL element layer is constant, the tendency of the position and height of the Normal Emitted Power peak is similarly predicted in the calculation.

[표 2]TABLE 2

디바이스device 기판Board 애노드 (ITO) nmAnode (ITO) nm 금속 박막 하부 nmMetal thin film bottom nm NPB nmNPB nm Alq3 nmAlq3 nm 금속 박막 상부 nmMetal thin film top nm 투명 전도성 스페이서 nmTransparent conductive spacer nm 캐쏘드 (Ag) nmCathode (Ag) nm 피크 위치 nmPeak position nm 피크 높이 (임의단위)Peak height (arbitrary unit) 계산 결과 도면Calculation result drawing 102a102a 유리Glass 150150 55 7575 6565 1010 1010 1515 750750 0.083, 0.1800.083, 0.180 도5Figure 5 102b102b 유리Glass 150150 55 6060 7575 1010 1010 1515 730730 0.181, 0.3610.181, 0.361 도6Figure 6

다음은, 3개의 비교용 디바이스, 즉 (a) 투명 전도성 스페이서 및 금속박막 상부 두께가 10nm인 OLED 디바이스(102b)와 대비하여 (b) 투명 전도성 스페이서 및 금속박막 상부 두께가 15nm인 OLED 디바이스(102c), 및 (c) 투명 전도성 스페이서의 두께가 15nm, 금속박막 상부 두께가 20nm인 OLED 디바이스(102d)의 이론적으로 예측된 Normal Emitted Power를 비교한다. Next are three comparative devices: (a) an OLED device 102c with a thickness of 15 nm transparent conductive spacers and a metal thin film as compared to (a) an OLED device 102b with a thickness of 10 nm transparent transparent spacers and a metal thin film. ), And (c) the theoretically predicted Normal Emitted Power of OLED device 102d with a thickness of 15 nm of transparent conductive spacers and 20 nm of metal thin film top thickness.

앵거(P.Anger)등[문헌 'Physical Review Letters 96,113002(2006)'] 의 연구 결과에서는 형광 발광 강화가 유전체를 사이에 두는 금속 입자와 유기 박막 간의 거리의 함수로 나타나고, 형광 발광이 발생하는 유기 박막 부분과 금속 입자 사이 거리가 0~20nm 사이일 때 강화 효과가 크게 일어난다. In a study by P.Anger et al., 'Physical Review Letters 96,113002 (2006)', the fluorescence enhancement is shown as a function of the distance between the metal particles and the organic thin film sandwiching the dielectric, and fluorescence occurs. The reinforcing effect is large when the distance between the organic thin film portion and the metal particles is between 0 and 20 nm.

표 3에서 각 디바이스를 비교하면 NPB와 Alq3층의 총 두께 합을 일정하게 유지시키고 금속박막 상부층(15)과 투명전도성 스페이서(16)의 두께를 각각 5nm씩 증가시키거나 10nm, 5nm씩 증가시킨 점은 다르며, OLED 디바이스는 피크 위치가 725nm로 청색 이동이 발생하고 피크 높이가 TM, TE 각각 0.255, 0.510으로 증가하는 것으로 예측된다. 금속박막 상부층(15)의 두께가 15nm인 경우와 20nm인 경우는 Normal Emitted Power의 피크 위치와 높이는 서로 차이가 없었다. Comparing the devices in Table 3, the total thickness of the NPB and Alq3 layers was kept constant, and the thicknesses of the metal thin film upper layer 15 and the transparent conductive spacer 16 were increased by 5 nm or 10 nm and 5 nm, respectively. The OLED device is expected to have a blue shift at the peak position of 725 nm and increase the peak height to 0.255 and 0.510 for TM and TE, respectively. In the case where the thickness of the metal thin film upper layer 15 was 15 nm and 20 nm, the peak position and height of the normal emission power were not different from each other.

[표 3]TABLE 3

디바이스device 기판Board 애노드 (ITO) nmAnode (ITO) nm 금속 박막 하부 nmMetal thin film bottom nm NPB nmNPB nm Alq3 nmAlq3 nm 금속 박막 상부 nmMetal thin film top nm 투명 전도성 스페이서 nmTransparent conductive spacer nm 캐쏘드 (Ag) nmCathode (Ag) nm 피크 위치 nmPeak position nm 피크 높이 (임의단위)Peak height (arbitrary unit) 계산 결과 도면Calculation result drawing 102b102b 유리Glass 150150 55 6060 7575 1010 1010 1515 730730 0.181, 0.3610.181, 0.361 도6Figure 6 102c102c 유리Glass 150150 55 5050 8585 1515 1515 1515 725725 0.255, 0.5100.255, 0.510 도7Figure 7 102d102d 유리Glass 150150 55 5050 8585 2020 1515 1515 725725 0.255, 0.5100.255, 0.510 도8Figure 8

다음에, 3개의 비교용 디바이스, 즉 금속박막 상부와 투명전도성 스페이서의 두께는 20nm와 15nm로 일정하며, 유기 EL 요소 층의 두께가 일정한 조건에서,(a) 금속박막 하부의 두께가 10nm인 OLED 디바이스(102f), (b) 금속박막 하부의 두께가 5nm인 OLED 디바이스(102e) 및 (c) 금속박막 하부의 두께가 15nm인 OLED 디바이스(102g)의 Normal Emitted Power를 계산했다. Next, the thicknesses of the three comparative devices, namely, the upper portion of the metal thin film and the transparent conductive spacer, are constant at 20 nm and 15 nm, and under the condition that the thickness of the organic EL element layer is constant, (a) an OLED having a thickness of the lower portion of the metal thin film is 10 nm. The normal emitted power of the devices 102f, (b) the OLED device 102e having a thickness of 5 nm under the metal thin film and (c) the OLED device 102g having a thickness of 15 nm under the metal thin film was calculated.

금속박막 하부의 두께를 각각 5nm일 때와 비교하면, 10nm와 15nm일 때 피크 높이가 2배 가까이 높아지고 위치도 다소 청색 이동 현상을 보였다. 금속박막 상부, 투명 전도성 스페이서, 캐쏘드 및 유기 EL 요소 층의 두께는 일정한 조건에서 금속박막 하부 두께가 변할 때 피크의 변화가 발생했으며, 금속박막 상부-투명전도성 스페이서-캐쏘드 사이에서 발생하는 형광 발광 강화 현상으로 인한 빛이 애노드 상단 표면의 금속박막 하부와 커플링 현상으로 두께에 따라 다른 피크 값을 출력하는 것으로 계산되었다. 또한, 금속박막 하부의 두께가 10nm와 15nm일 때, 즉 10nm 이상의 두께를 가질 때 Normal Emitted Power 피크 위치와 높이가 기민하지 않고 일정한 값으로 계산되었다. When the thickness of the lower portion of the metal thin film is 5 nm, respectively, the peak height is nearly doubled and the position is slightly shifted at 10 nm and 15 nm, respectively. The thickness of the metal thin film upper layer, the transparent conductive spacer, the cathode, and the organic EL element layer were changed in peak when the metal thin film thickness was changed under constant conditions, and the fluorescence generated between the metal thin film upper-transparent conductive spacer-cathode It is calculated that the light due to the emission enhancement phenomenon outputs different peak values depending on the thickness due to the coupling phenomenon with the metal thin film on the upper surface of the anode. In addition, when the thickness of the lower portion of the metal thin film is 10nm and 15nm, that is, having a thickness of more than 10nm, the peak position and height of the Normal Emitted Power was not agile and calculated as a constant value.

[표 4]TABLE 4

디바이스device 기판Board 애노드 (ITO) nmAnode (ITO) nm 금속 박막 하부 nmMetal thin film bottom nm NPB nmNPB nm Alq3 nmAlq3 nm 금속 박막 상부 nmMetal thin film top nm 투명 전도성 스페이서 nmTransparent conductive spacer nm 캐쏘드 (Ag) nmCathode (Ag) nm 피크 위치 nmPeak position nm 피크 높이 (임의단위)Peak height (arbitrary unit) 계산 결과 도면Calculation result drawing 102e102e 유리Glass 150150 55 6060 7070 2020 1515 1515 740740 0.210, 0.4200.210, 0.420 도9Figure 9 102f102f 유리Glass 150150 1010 6060 7070 2020 1515 1515 720720 0.407, 0.8190.407, 0.819 도10Figure 10 102g102 g 유리Glass 150150 1515 6060 7070 2020 1515 1515 735735 0.417, 0.8300.417, 0.830 도11Figure 11

각각의 파장 함수로 나타낸 결과는 도 4 내지 도 11에 나타낸 바와 같다.The results expressed in respective wavelength functions are as shown in FIGS. 4 to 11.

형광 강화 OLED는 아래와 같이 제조된다. 약 4m토르의 Ar압력에서 DC스퍼터링 공정에 의해 ITO로 구성된 150nm 두께의 애노드 층으로 유리 기판을 코팅시켰다. 아래 층들을 하기 순서로 약

Figure 112008031435794-PAT00009
토르의 진공하에서 가열 보트로부터 승화시켜 침착시켰다. Fluorescence enhanced OLED is manufactured as follows. The glass substrate was coated with a 150 nm thick anode layer composed of ITO by a DC sputtering process at an Ar pressure of about 4 mTorr. The layers below are in order
Figure 112008031435794-PAT00009
Sublimate and deposit from a heating boat under vacuum of Thor.

(1)Ag로 이루어진 15nm 두께의 금속박막 하부층;(1) a 15 nm thick metal thin film underlayer consisting of Ag;

(2)N, N'-디(나프탈렌-1-일)-N, N'-디페닐-벤지딘(NPB)로 이루어진 60nm 두께의 정공 수송 층;(2) a 60 nm thick hole transport layer consisting of N, N'-di (naphthalen-1-yl) -N, N'-diphenyl-benzidine (NPB);

(3)트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(Ⅲ)(Alq3)으로 이루어진 70nm 두께의 전자 수송 층(또한 발광 층으로서 작용함);(3) a 70 nm thick electron transport layer (also serving as a light emitting layer) consisting of tris (8-hydroxyquinoline) aluminum (III) (Alq3);

(4)Ag로 이루어진 20nm 두께의 금속박막 상부층;(4) a 20 nm thick metal thin film upper layer composed of Ag;

(5)트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(Ⅲ)(Alq3)으로 이루어진 15nm 두께의 투명성 전도 스페이서 층; 및(5) a 15 nm thick transparent conductive spacer layer consisting of tris (8-hydroxyquinoline) aluminum (III) (Alq3); And

(6) Ag로 이루어진 15nm 두께의 금속 전극 상부층.(6) A 15 nm thick metal electrode upper layer made of Ag.

이들 층을 침착시킨 후, 디바이스를 침착 챔버로부터 캡슐화를 위한 드라이 박스내로 옮겼다. 완성된 디바이스 구조물은 유리 /ITO /Ag /NPB /Alq3 /Ag /Alq3 /Ag /Alq3로서 지칭된다.After depositing these layers, the device was transferred from the deposition chamber into a dry box for encapsulation. The completed device structure is referred to as glass / ITO / Ag / NPB / Alq3 / Ag / Alq3 / Ag / Alq3.

금속 상부 전극층과 유기 스페이서 구성 물질 간의 표면 플라즈몬 주파수에 의해 결정되는 디바이스의 광출력은 유기 EL 요소 층의 세부 구성 및 두께, 상기 전극층의 한 표면상에 배치된 금속 박막 하부의 구성 및 두께, 상기 유기 EL 요소상에 배치된 금속 박막 상부의 구성 및 두께, 상기 금속 박막 상부 한 표면상에 배치된 전도성 스페이서 층의 구성 및 두께를 결정함으로써 조절할 수 있으며 비교적 광효율이 낮고 수명이 짧은 형광 적색 OLED 및 청색 OLED의 성능을 향상시킬 수 있다.The light output of the device, determined by the surface plasmon frequency between the metal upper electrode layer and the organic spacer constituent material, is characterized by the detail and thickness of the organic EL element layer, the composition and thickness of the bottom of the metal thin film disposed on one surface of the electrode layer, the organic Fluorescent red OLEDs and blue OLEDs with relatively low light efficiency and short lifetime can be controlled by determining the composition and thickness of the top of the metal thin film disposed on the EL element, and the composition and thickness of the conductive spacer layer disposed on one surface of the metal thin film. Can improve the performance.

표면 플라즈몬 형성을 위해 금속 표면에 파장 이하 폭의 패터닝한 오카모토(K.Okamoto)등(문헌 'Nature. 3,601(2004)', 웨지(S.Wedge)등 (문헌 'Optics Express.12,16(2004)' 연구에서의 공정과정과 달리 본 발명에서는 통상적인 OLED 구조에 금속 박막을 평면 침착시키는 과정만을 추가하는 방법을 사용함으로써 미세, 진공 공정을 줄이고 수율이 증가하여 형광 강화 OLED의 제조가 쉽고 용이하게 설계했다. K.Okamoto et al. (Nature. 3,601 (2004), S. Wedge, et al. (Optics Express. 12, 16 (2004), patterning sub-wavelength widths on metal surfaces for surface plasmon formation. Unlike the process in the research, in the present invention, by using only a method of planar deposition of a metal thin film on a conventional OLED structure, it is easy and easy to manufacture a fluorescent-enhanced OLED by reducing the fine and vacuum processes and increasing the yield. Designed.

패널을 포함하여 TFT, 드라이버와 연결된 전체 디스플레이 시스템을 고려했을 때 하부 발광 방식의 OLED는 TFT 블로킹으로 광출력이 줄어든다. TFT 블로킹으로 줄어드는 광출력은 하부 발광 방식의 OLED를 사용하는 경우 피할 수 없는 단점으로, 본 발명의 다른 일면에 따라, 이것을 극복하기 위해 상부 발광 방식의 형광 강화 OLED 디바이스로의 응용이 가능하도록 제작하였다. 형광 강화에 관여하는 상부 금속 전극은 유기 스페이서를 사이에 두고 상부 금속 박막과 수십 나노 미터 거리 이하에 위치해있으며 두께도 수십 나노 미터 이하로 전도성이 좋은 금속인 Ag, Au, Al을 사용하기 때문에 문제가 발생하지 않는다. 불투명하고 반사성 금속인 Ag, Au, Al이 수십 나노 미터 이하 얇은 두께로 증착되는 경우 디바이스 내부에서 발생 하는 광이 투과할 수 있는 반투명성의 특징을 가지게 되며 기존 OLED에 비해 형광 발광 강화가 발생하므로 하부 발광 디바이스로 제작된 형광 강화 OLED 디바이스는 상부 발광을 위한 디바이스로도 사용이 가능하다. 상부 발광 디바이스로 사용하기 위해서는 본 발명의 디바이스 구조를 그대로 사용하되, 금속 하부 전극층의 한 표면상에 배치된 금속 박막 하부를 제거하고, 애노드와 캐쏘드는 하부 발광 디바이스와 동일하게 사용한다. Considering the entire display system connected to the TFT and driver including the panel, the bottom emitting OLED reduces the light output by TFT blocking. The light output reduced by TFT blocking is unavoidable when using the OLED of the bottom emission type, and according to another aspect of the present invention, to overcome this, it is manufactured to be applied to the top emission type fluorescent enhanced OLED device. . The upper metal electrode involved in fluorescence enhancement is located at a distance of several tens of nanometers or less from the upper metal thin film with an organic spacer interposed therebetween. Does not occur. When opaque and reflective metals Ag, Au, and Al are deposited with a thin thickness of several tens of nanometers or less, they have semi-transparent characteristics that can transmit light generated inside the device. Fluorescence-enhanced OLED devices fabricated as devices can also be used as devices for top emission. In order to use the upper light emitting device, the device structure of the present invention is used as it is, but the lower portion of the metal thin film disposed on one surface of the lower metal electrode layer is removed, and the anode and the cathode are used in the same manner as the lower light emitting device.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the present invention without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Anyone skilled in the art can make various modifications, as well as such modifications are within the scope of the claims.

도 1은 비교군으로 사용한 일반적인 OLED디바이스 구조의 개략적 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a typical OLED device structure used as a comparison group.

도 2는 하부 금속 박막이 없는 형광 강화 OLED 디바이스 구조의 개략적 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a fluorescence enhanced OLED device structure without a bottom metal thin film.

도 3은 본 발명의 형광 강화 OLED 디바이스 구조의 개략적 단면도로 하부 금속 박막이 있다.3 is a schematic cross-sectional view of the structure of a fluorescently enhanced OLED device of the present invention with a bottom metal thin film.

도 4 는 디바이스 100의 Normal emitted power를 파장의 함수로 나타낸 결과이다. 4 shows the result of the normal emitted power of the device 100 as a function of the wavelength.

도 5 는 디바이스 102a의 Normal emitted power를 파장의 함수로 나타낸 결과이다. 5 shows the result of the normal emitted power of the device 102a as a function of wavelength.

도 6 은 디바이스 102b의 Normal emitted power를 파장의 함수로 나타낸 결과이다. 6 shows the result of the normal emitted power of the device 102b as a function of wavelength.

도 7 은 디바이스 102c의 Normal emitted power를 파장의 함수로 나타낸 결과이다. 7 shows the result of the normal emitted power of the device 102c as a function of wavelength.

도 8 은 디바이스 102d의 Normal emitted power를 파장의 함수로 나타낸 결과이다. 8 shows the result of the normal emitted power of the device 102d as a function of wavelength.

도 9 는 디바이스 102e의 Normal emitted power를 파장의 함수로 나타낸 결과이다. 9 shows the result of the wavelength of the normal emitted power of the device 102e.

도 10 은 디바이스 102f의 Normal emitted power를 파장의 함수로 나타낸 결 과이다. FIG. 10 shows the result of the normal emitted power of the device 102f as a function of wavelength.

도 11 은 디바이스 102g의 Normal emitted power를 파장의 함수로 나타낸 결과이다. 11 shows the result of the normal emitted power of the device 102g as a function of wavelength.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10: 기판10: Substrate

11: 하부-전극층11: lower electrode layer

12: 금속박막 하부층12: metal thin film underlayer

13: 유기 EL 요소 층(Ⅰ)13: organic EL element layer (I)

14: 유기 EL 요소 층(Ⅱ)14: organic EL element layer (II)

15: 금속박막 상부층15: metal thin film upper layer

16: 투명 전도성 스페이서 층16: transparent conductive spacer layer

17: 상부-전극층17: top-electrode layer

Claims (9)

기판; Board; 상기 기판의 표면상에 배치된 금속 하부-전극층; A metal lower electrode layer disposed on a surface of the substrate; 상기 금속 하부-전극층의 표면상에 배치된 금속 박막 하부층; A metal thin film underlayer disposed on a surface of the metal under-electrode layer; 상기 금속 박막 하부층의 표면상에 배치된 유기 EL요소층; An organic EL element layer disposed on a surface of the metal thin film underlayer; 상기 유기 EL 요소층상에 배치된 금속 박막 상부층; A metal thin film upper layer disposed on the organic EL element layer; 상기 금속 박막 상부층의 표면상에 배치된 전도성 스페이서 층; 및 A conductive spacer layer disposed on a surface of the metal thin film upper layer; And 상기 전도성 스페이서 층에 배치된 금속 상부-전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 강화 OLED 디바이스.And a metal top-electrode layer disposed on the conductive spacer layer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 하부-전극층 및 상기 금속 상부-전극층 중의 적어도 하나는 불투명하고 반사성이며, 상기 불투명하고 반사성인 전극층의 재료는 Ag, Au, Al 중의 적어도 하나로 선택되고, 상기 금속 박막 상부층과 하부층은 불투명하고 반사성인 Ag, Au, Al중의 적어도 하나로 선택되며, 상기 금속 박막 상부층과 하부층의 재료와 두께, 위치 및 상기 유기 EL 요소층의 두께가 형광 강화가 없는 유사 디바이스에 비해 발광 출력을 강화시키도록 조절되는 것을 특징으로 하는 형광 강화 OLED 디바이스. At least one of the metal lower electrode layer and the metal upper electrode layer is opaque and reflective, and the material of the opaque and reflective electrode layer is selected from at least one of Ag, Au, Al, and the metal thin film upper layer and the lower layer are opaque and reflective. At least one of adult Ag, Au, and Al, wherein the material, thickness, position, and thickness of the organic EL element layer of the metal thin film upper and lower layers are adjusted to enhance luminescence output compared to similar devices without fluorescence enhancement. Characterized by a fluorescently enhanced OLED device. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 하부-전극층 및 상기 금속 상부-전극층 중의 하나는 불투명하고 반사성이며, 다른 하나는 투명하고, 상기 투명한 전극층의 재료는 ITO로 선택되는 것을 특징으로 하는 형광 강화 OLED 디바이스.Wherein one of the metal bottom electrode layer and the metal top electrode layer is opaque and reflective, the other is transparent, and the material of the transparent electrode layer is selected from ITO. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 금속 하부-전극층이 ITO이고, 상기 금속 상부-전극층이 Ag이며 그 두께가 10 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 형광 강화 OLED 디바이스.Wherein said metal bottom electrode layer is ITO, said metal top electrode layer is Ag and has a thickness of 10 to 100 nm. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 박막 상부층과 상기 금속 박막 하부층의 모두가 Ag, Au 또는 Al이고, 박막의 두께가 2 내지 30nm인 것을 특징으로 하는 형광 강화 OLED 디바이스.Wherein both the metal thin film upper layer and the metal thin film lower layer are Ag, Au or Al, and the thickness of the thin film is 2 to 30 nm. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 금속 하부-전극층이 애노드이고, 상기 금속 상부-전극층이 캐쏘드인 것을 특징으로 하는 형광 강화 OLED 디바이스.Wherein said metal bottom-electrode layer is an anode and said metal top-electrode layer is a cathode. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 하부-전극층이 캐쏘드이고, 상기 금속 상부-전극층이 애노드인 것을 특징으로 하는 형광 강화 OLED 디바이스.Wherein said metal bottom-electrode layer is a cathode and said metal top-electrode layer is an anode. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상부 금속 박막 상부층과 상기 금속 상부-전극층 사이에 배치된 전도성 스페이서층은 유기물로 구성되어있으며 두께가 5내지 50nm인 것을 특징으로 하는 형광 강화 OLED 디바이스.The conductive spacer layer disposed between the upper metal thin film upper layer and the metal upper-electrode layer is composed of organic material and has a thickness of 5 to 50 nm. 기판; Board; 상기 기판의 표면상에 배치된 금속 하부-전극층; A metal lower electrode layer disposed on a surface of the substrate; 상기 금속 하부-전극층의 표면상에 배치된 유기 EL요소층; An organic EL element layer disposed on a surface of the metal lower electrode layer; 상기 유기 EL 요소층상에 배치된 금속 박막 상부층; A metal thin film upper layer disposed on the organic EL element layer; 상기 금속 박막 상부층의 표면상에 배치된 전도성 스페이서 층; 및 A conductive spacer layer disposed on a surface of the metal thin film upper layer; And 상기 전도성 스페이서 층에 배치된 금속 상부-전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 강화 OLED 디바이스.And a metal top-electrode layer disposed on the conductive spacer layer.
KR1020080040758A 2008-04-30 2008-04-30 Fluorescence Enhancement OLED using Surface Plasmon Resonance KR100978584B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080040758A KR100978584B1 (en) 2008-04-30 2008-04-30 Fluorescence Enhancement OLED using Surface Plasmon Resonance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080040758A KR100978584B1 (en) 2008-04-30 2008-04-30 Fluorescence Enhancement OLED using Surface Plasmon Resonance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090114886A true KR20090114886A (en) 2009-11-04
KR100978584B1 KR100978584B1 (en) 2010-08-27

Family

ID=41556079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080040758A KR100978584B1 (en) 2008-04-30 2008-04-30 Fluorescence Enhancement OLED using Surface Plasmon Resonance

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100978584B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200063348A (en) 2018-11-22 2020-06-05 이미진 Blogger and advertiser recommendation system based on bigdata collaborative filtering and method thereof
KR20230125679A (en) 2022-02-21 2023-08-29 (주)리브레크리에이티브컴퍼니 Marketing diagnosis method based on bigdata and marketing diagnosis system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201245405A (en) * 2011-03-08 2012-11-16 Du Pont Organic electronic device for lighting

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100809931B1 (en) * 2001-06-30 2008-03-06 엘지.필립스 엘시디 주식회사 Organic Electroluminescence Display and Fabricating Method Thereof
GB0401613D0 (en) * 2004-01-26 2004-02-25 Cambridge Display Tech Ltd Organic light emitting diode
EP1933603A1 (en) 2005-09-12 2008-06-18 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Conductive laminate and organic el device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200063348A (en) 2018-11-22 2020-06-05 이미진 Blogger and advertiser recommendation system based on bigdata collaborative filtering and method thereof
KR20230125679A (en) 2022-02-21 2023-08-29 (주)리브레크리에이티브컴퍼니 Marketing diagnosis method based on bigdata and marketing diagnosis system

Also Published As

Publication number Publication date
KR100978584B1 (en) 2010-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11569481B2 (en) OLED device having enhancement layer(s)
EP1734792B1 (en) Organic light emitting element
KR101431254B1 (en) Organic electroluminescent light source
JP4703108B2 (en) Light emitting element substrate and light emitting element using the same
US7548021B2 (en) OLED device having improved light output
JP4195352B2 (en) Light emitting element substrate and light emitting element using the same
US11647647B2 (en) Enhanced outcoupling from surface plasmon modes in corrugated OLEDs
US9112174B2 (en) Organic electroluminescent element
KR20120027120A (en) Electroluminescence device
US8987985B2 (en) Method and apparatus for light emission utilizing an OLED with a microcavity
KR20100063730A (en) Organic electroluminescence device
Agrawal et al. Enhanced outcoupling from organic light-emitting diodes using aperiodic dielectric mirrors
KR100978584B1 (en) Fluorescence Enhancement OLED using Surface Plasmon Resonance
JP5013418B2 (en) Organic EL device
US10862063B2 (en) Electroluminescent device, display panel and display apparatus
US20110198636A1 (en) Organic light emitting diode device
JP4726411B2 (en) Light emitting element substrate and light emitting element using the same
WO2019033794A1 (en) Organic electroluminescent apparatus and electrode therefor
JP2014086345A (en) Electroluminescence element and luminaire using electroluminescence element
Liu et al. The effect of transmittance and luminous efficiency with the application of cathode mesh mask in transparent organic light‐emitting devices
Choy et al. Voltage-controlled colour-tunable microcavity OLEDs with enhanced colour purity
JP2008085142A (en) Organic el element, and optical wiring module
Khadir et al. Hole injection and electroluminescence enhancement by Ag periodic nanorods array on indium tin oxide electrode in OLED
WO2014013567A1 (en) Light-emitting element
KR101974089B1 (en) Organic light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130730

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140724

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150729

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160727

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170725

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180725

Year of fee payment: 9