KR20120003439A - 발광 소자 - Google Patents

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히데키 야스다
마사유키 나야
와타루 소토야마
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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

고발광 효율은 소자의 내구성을 저하시키지 않고 EL 소자(1)에 달성된다. 일렉트로루미네센스 소자(1)는 전극(11, 16), 전극(11, 16) 사이에 증착된 복수의 층(12 내지 15), 복수의 층(13 내지 15) 사이에 발광 영역(14)을 구비한다. 발광 영역(14)은 전극(11, 16) 사이로의 전계의 인가에 의해 발광한다. 상기 발광 영역(14)으로부터의 발광 광에 의한 플라즈몬 공명을 표면에 유도하는 하나 이상의 미립자(20)가 상기 발광 영역(14)의 근방 또는 발광 영역(14)에 배치된다. 미립자(20)는 하나 이상의 금속 미립자 코어(22)와, 금속 미립자 코어(22)를 커버하는 절연체 쉘(21)을 구비하는 코어 쉘형 미립자이다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 전계의 인가에 의해 발광하는 전계 발광 소자(일렉트로루미네센스 소자)에 관한 것으로서, 특히 고효율화로 발광할 수 있는 일렉트로루미네센스 소자에 관한 것이다.
유기 EL 소자나 LED(발광 다이오드), 반도체 레이저 등의 일렉트로루미네센스 소자(EL 소자)는 전극층이나 발광층 등이 기판 상에 적층된 방법으로 구성된다. 일반적으로, 발광층에서 생성된 광은 투명 전극을 통해서 인출된다. 그러나, 광이 각 층의 굴절율의 영향에 의해 광 인출측의 계면에 입사할 때 경계각 이상으로 입사되면 전반사가 발생한다. 그러므로, 광은 일렉트로루미네센스 소자에 트랩핑되고 그로부터 광을 인출할 수 없다. 그 때문에, 발광 광의 고효율 인출이 어렵다. 예를 들면 투명 전극의 반사율이 투명 전극의 재료로서 자주 사용되는 ITO 등의 굴절율일 때, 광 인출 효율은 예를 들면 대략 20%정도라고 한다.
예를 들면, 유기 EL 소자에 있어서는 유기 재료는 본질적으로 여기 상태에 장시간 존재할 때 유기 재료의 화학 결합이 깨져 발광 성능이 경시적으로 저하되는 것이 알려져 있다. 유기물이 발광 소자의 재료로서 사용될 때 이 과제가 해결되는 것이 필수이다. 또한, 형광이 이용되는 한 상준위의 생성 효율이 이론적으로 25%로 제한되어 이 레벨 이상의 발광 효율을 증가시키는 것은 불가능하다. 원리적으로, 인광이 사용되면 항간 교차가 촉진됨으로써 트리플렛만 포함하는 상준위를 증가시킬 수 있다. 그러므로, 이론적 제한은 75%로부터 100%의 범위에 상승될 수 있다. 그러나, 상준위의 트리플렛 수명이 형광의 그것보다 길고, 허용 천이에 방사되여 여기자 사이의 충돌 가능성이 높다. 그러므로, 발광 광율이 낮다. 또한, 소자가 더 빨리 악화되어 소자의 내구성이 낮다.
상술된 바와 같이, EL 소자의 발광 효율과 인출 효율이 낮아진다. 그러므로, 발광의 이용율이 극히 낮다. 따라서, 이용율이 향상될 필요가 있다.
발광 효율을 향상시키는(발광을 증대시키는) 접근법으로서 W. Li 외, "Emissive Efficiency Enhancement of Alq3 and Prospects for Plasmon-enhanced Organic Electroluminescence", SPIE, Vol. 7032, pp.703224-1-703224-7, 2008(비특허문헌 1)의 Proc. 플라즈몬 증강 효과를 사용하는 방법이 제안된다. 플라즈몬 증강 효과를 사용하는 방법에서, 금속(섬형상구조가 바람직함)은 발광층의 근방(예를 들면 수 10㎚)에 배치되어 발광을 향상시킨다. 플라즈몬(또는 국재 플라즈몬)은 발광층의 쌍극자의 방사에 의해 금속 표면에 플라즈몬(또는 국재 플라즈몬)을 유도한다. 에너지를 흡수한 뒤에 광이 다시 방사되고, 새롭게 발광 광이 발광을 증강한다. 그러므로, 플라즈몬에 의한 새로운 발광 천이가 발광 소자의 발광 처리에 가해진다. 따라서, 상준위 수명(여기 수명)이 감소될 수 있다. 플라즈몬 증강이 사용되면 발광 효율의 향상과 함께 여기 수명의 단축화에 의한 내구성의 향상이 기대될 수 있다.
광 인출 효율을 향상시키기 위한 방법으로서, 일본 특허 공개 2007-165284(특허문헌 1)호는 광산란층을 구비하는 EL 소자를 개시한다. 산란층이 제공되어 광산란층으로부터 발광 광이 발광층과, 발광층과 인접하는 층 사이의 계면에 전반사되기 때문에 광 인출 효율이 낮다는 문제를 해결하기 위해 제공된다. 광산란층은 유전체층과 유전체층에 함유된 금속 미립자를 함유한다. EL 소자에서 전반사가 발생되면 금속 미립자는 발광층 계면으로부터 분산된 근접장 광에 의해 공명되고 플라즈몬이 유기된다. 광은 유도된 플라즈몬에 의해 방사되어서 방사 광이 소자로부터 외부에 인출된다. 특허문헌 1은 발광층에 국한된 광이 발광층의 외부로 산란될 수 있는 것을 기재한다.
그러나, 비특허문헌 1에 플라즈몬 증강 효과에 의한 발광의 증강은 광 여기 타입 발광 소자(포토루미네선스 소자: PL 소자)에서만 확인되고, 어떤 성공적인 경우도 보고되지 않는다. 비특허문헌 1은 차지 트랩의 원인인 EL 소자에 금속층의 삽입을 기재하고, 전극으로부터 발광층에 전자와 정공의 흐름을 억제한다. 또한, 비특허문헌 1은 캐리어 밸런스가 깨진 것을 기재하고, 발광은 증강되기보다 억제된다.
반면에, 특허문헌 1에 개시된 EL 소자에서 금속 미립자가 유전체층에 배치된다. 그러므로, 차지 트랩의 영향이 방지될 수 있다. 그러나, 전하(전자 및 홀)의 이동(수송)층이 유전체층에 의해 분단된다. 그러므로, 전자 및 홀의 흐름도 억제되고 발광에 영향을 미칠 위험이 있다.
이전 상황의 관점에서, 본 발명은 소자의 내구성을 저하시키지 않고 고발광 효율을 달성할 수 있는 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일렉트로루미네센스 소자는,
전극,
상기 전극 사이에 적층된 복수의 층, 및
상기 복수의 층 사이에 상기 전극 사이로의 전계의 인가에 의해 발광하는 발광 영역을 포함하는 일렉트로루미네센스 소자로서, 상기 발광 영역의 근방에 또는 상기 발광 영역의 내부에 상기 발광 영역으로부터 발광된 광에 의한 플라즈몬 공명을 표면에 유도하는 하나 이상의 미립자가 배치되고, 상기 미립자는 하나 이상의 금속 미립자 코어와 이 금속 미립자 코어를 커버하는 절연체 쉘을 구비하는 코어 쉘형 미립자인 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 용어 "일렉트로루미네센스 소자"는 전계 인가에 의해 발광하는 소자의 총칭으로 사용되고, 유기 EL 소자, 무기 EL 소자, 발광 다이오드(LED), 및 반도체 레이저(LD: 레이저 다이오드)를 포함한다.
본 발명의 일렉트로루미네센스 소자에서, 하나 이상의 코어 쉘형 미립자의 적어도 일부는 발광 영역의 내부 및/또는 표면에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일렉트로루미네센스 소자에서, 다수의 상기 코어 쉘형 미립자는 상기 발광 영역의 내부에 분산되는 것이 바람직하다.
플라즈몬 효과를 더 효과적으로 달성하기 위해서는 하나 이상의 코어 쉘형 미립자는 하나 이상의 코어 쉘형 미립자내의 하나 이상의 금속 미립자 코어의 표면과 발광 영역 사이의 거리가 30㎚이하가 되도록 배치된다. 또한, 금속 미립자 코어의 입자 직경은 10㎚이상 1㎛이하인 것이 바람직하다. 여기서, 용어 "입자 직경"은 금속 미립자 코어의 가장 큰 직경(길이)으로 언급된다.
상기 코어 쉘형 미립자 또는 상기 금속 미립자 코어는 긴 미립자이고, 긴 미립자의 장경(長徑)과 이 긴 미립자의 장경에 수직한 단경(短徑)의 애스펙트비가 1보다 크고, 다수의 긴 미립자는 긴 미립자의 단경이 전극면에 대해서 실질적으로 수직인 방향으로 배향되도록 배치되는 것이 바람직하다.
일렉트로루미네선스 소자가 유기 EL 소자이면 복수의 층은 각각 유기층인 전자 수송층, 발광층, 및 정공 수송층을 적어도 포함하는 것이 바람직하다. 일렉트로루미네선스 소자가 그러한 방법으로 구성되면 코어 쉘형 미립자는 정공 수송층 또는 전자 수송층의 표면 또는 정공 수송층 내부에 분산되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일렉트로루미네센스 소자는 발광 영역의 근방 또는 발광 영역에 미립자를 포함한다. 미립자는 발광 영역으로부터 발광 광에 의해 표면 상에 플라즈몬 공명을 유도한다. 미립자는 하나 이상의 금속 미립자 코어와 하나 이상의 금속 미립자 코어를 커버하는 절연체 쉘을 구비하는 코어 쉘형 미립자로서 구성된다. 금속 미립자가 같은 방법으로 구성되면 금속 미립자(금속 미립자 코어)는 절연체에 의해 코팅된다. 그러므로, 전자와 정공의 흐름은 차지 트랩에 의해 저해되지 않는다. 또한, 플라즈몬에 의한 발광 천이는 발광 증강과 상준위 수명(여기 수명)을 단축할 수 있다. 따라서, 발광 효율과 여기 수명의 단축화에 의한 내구성을 상당히 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일렉트로루미네센스 소자에서 금속 미립자(금속 미립자 코어)의 표면이 절연체에 의해 커버된다. 그러므로, 코어 쉘형 미립자는 발광층 표면 또는 발광층에도 배치될 수 있다. 금속 미립자 코어가 발광층의 표면 또는 발광층에 제공되면 플라즈몬에 의한 발광 천이가 보다 효과적으로 유도된다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 EL 소자(유기 EL 소자)의 층구성을 도시하는 개략도이며;
도 2는 복수의 금속 미립자 코어를 포함하는 코어 쉘형 미립자의 구성을 도시하는 개략 단면도이며;
도 3은 긴 형상의 코어 쉘형 미립자를 포함하는 EL 소자의 층구성을 도시하는 개략도이며;
도 4는 발광층에 금속 미립자 코어를 포함하는 구성의 EL 소자의 층구성을 도시하는 개략도이고;
도 5는 본 발명의 실시형태에 의한 무기 LED의 층구성을 도시하는 개략도이다.
<일렉트로루미네센스(EL) 소자>
도면을 참조해서 본 발명에 의한 일렉트로루미네센스 소자(EL 소자)가 예시될 것이다. 도 1은 본 실시형태에 의한 EL 소자의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 1에서, 구성 요소는 실제 사이즈로부터 다른 축척으로 적절하게 예시되어 구성 요소가 쉽게 시인될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 일렉트로루미네센스 소자(EL 소자)(1)는 투광성 기판(10) 상에 양극(11), 정공 수송층(13), 발광층(발광 영역)(14), 전자 수송층(15), 및 음극(16)을 구비하고 광을 투과한다. EL 소자에서(유기 EL 소자)(1)는 다수 금속 미립자 코어(22)와, 발광층(14)으로부터 발광 광에 의해 플라즈몬 공명이 유도된 코어 쉘형 미립자(20)로서 정공 수송층(13)에 다수 분산된다. 코어 쉘형 미립자(20)는 금속 미립자 코어(22)를 커버하는(코팅) 미립자 코어(22)와 절연체 쉘(21)을 구비한다. 절연체 쉘(21)은 발광층(14)으로부터 발광 광을 투과하는 투광성 재료로 이루어진다. 여기서, 용어 "투광성"은 발광 광에 대해 투과율이 70%이상인 것으로 의미한다.
투광성 기판(10)은 특별한 제한은 없고, 글래스, 석영, 폴리머 등의 가요성 기판이 사용될 수 있다.
발광층(14)은 유기 EL 소자의 발광층으로서 적용 가능한 것이면 특별한 제한은 없다. 예를 들면 발광층(14)은 페난트롤린 유도체(BCP) 등으로 이루어진다. 유기 EL 소자(1)는 양극(11)과 음극(17)으로부터 주입된 전자, 정공이 발광층(14)의 영역에서 서로 재결합될 때 발광한다.
코어 쉘형 미립자(20)는 플라즈몬 공명이 발광 광에 영역으로부터 발광에 의해 유도되도록 발광 영역의 근방에 배치된다.
코어 쉘형 미립자(20)가 배치되는 위치는 코어 쉘형 미립자(20)의 금속 미립자(금속 미립자 코어)(22)가 발광 광(14)으로부터 발광 광에 의해 플라즈몬 공명이 유도되는 영역에 배치되는 한 특별히 제한되지 않는다. 발광층(14)과 금속 미립자(22) 사이의 거리가 지나치게 길면 발광 광에 의한 플라즈몬 공명이 유도되기 어려워져 효과적인 발광 증강 효과를 달성하기 어렵다. 그러므로, 금속 미립자(22)의 표면과 발광층(14) 사이의 거리(d)는 30㎚이하인 것이 바람직하다. 본 실시형태의 유기 EL 소자는 금속 미립자(금속 미립자 코어)(22)가 절연체 쉘(21)에 의해 커버된다. 그러므로, 금속 미립자 코어(22)를 포함하는 코어 쉘형 미립자(20)는 발광층(14)이나 전극층(11, 16)에 배치될 수 있다.
금속 미립자(금속 미립자 코어)(22)의 재료로서 발광 광에 의해 플라즈몬 공명이 유도되는 재료가 사용될 것이다. 예를 들면, Ag(은), Au(금), Cu(동), Al(알루미늄), Pt(백금), 또는 이들 금속 중 어느 하나를 주성분(80%이상)으로 하는 합금이 사용될 수 있다. 발광 광이 가시 영역 파장이면 은은 플라즈마 주파수 때문에 가시 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있기 때문에 은이 바람직하다. 발광 광의 파장이 가시 영역이 아니면, 예를 들면 발광 광의 파장이 적외 영역이면 재료는 금이 바람직하다.
반면에, 발광 광을 투과하는 절연체 쉘(21)의 재료로서는 SiO2, Al2O3, MgO, ZrO2, PbO, B2O3, CaO, 및 BaO 등의 절연체가 사용될 수 있다.
각 층(13 내지 15)은 발광층이 유기 EL 소자에서 형성되는 정재파의 루프에 위치되는 굴절율 및 두께를 갖도록 설계된다.
본 명세서의 "배경 기술" 부분에 기재된 바와 같이, 노출된 상태에서 금속 미립자 등의 금속 부재가 EL 소자의 층에 삽입되면 금속의 일함수가 각 층의 일함수보다 크기 때문에 전하는 전계의 인가 동안 금속에 트랩된다. 그러므로, 전하의 흐름이 저해되어 캐리어 밸런스가 무너진다. 따라서, 전하의 재조합 효율이 낮아져 발광이 향상되기보다 억제된다. 금속 미립자가 유전체층에 배치되면 전하 트랩의 영향이 저해될 수 있다. 그러나, 전하(전자 및 홀)의 이동(투과)층이 유전체층에 의해 회피된다. 그러므로, 전자나 정공의 흐름이 저해되어 발광에 영향을 미칠 위험이 존재한다.
본 실시형태에서, 발광 광에 의해 표면에 플라즈몬 공명을 유도하는 금속 부재로서 코어 쉘형 미립자(20)가 광 발광에 부정적인 영향 등을 방지하기 위해 사용된다. 코어 쉘형 미립자(20)는 금속 미립자 코어(22)와 절연체 쉘(21)로서 SiO2 등의 유전체를 이용하여 형성된다. 플라즈몬 공명에 기여하는 은미립자(22)는 절연체 쉘(21)로 커버된다. 그러므로, 전계가 전극 사이에 인가되어도 전하는 Ag에 트랩되지 않고 전하는 유전체 층의 그것보다 큰 전도도를 갖는 이동층을 통해 흐른다. 따라서, 전하의 흐름이 저해되어 발광층이 플라즈몬 공명의 효과가 달성될 수 있다.
이하에, 본 실시형태의 EL 소자(1)의 제조 방법의 예가 간단하게 설명될 것이다.
ITO[산화 인듐 주석]로 이루어지는 양극(11)은 글래스 기판(50) 상에 증착에 의해 형성된다. 코어 쉘형 미립자(20)로서는 50㎚의 입경을 갖는 Ag의 미립자(22)가 두께 10㎚의 SiO2(21)로 코팅된다. 이어서, 코어 쉘형 미립자(20)는 정공 수송 재료인 트리페닐디아민 유도체(TPD)를 용해시킨 디클로로메탄에 분산된다. 또한, 용매는 스핀 코팅에 의해 양극(11)에 도포되고 용매가 건조된다. 따라서, 코어 쉘형 미립자(20)가 분산된 정공 수송층(13)이 형성된다.
이어서, 발광 재료인 페난트롤린 유도체(BCP), 전자 수송층 재료인 Alq3[트리스-(8-하이드록시퀴놀린) 알루미늄]이 순차적으로 증착되어 각각 발광층(14), 전자 수송층(15)을 형성한다. 최후에, Al로 이루어지는 음극(16)이 형성되어 유기 EL 소자(1)를 얻는다.
상기 실시예에 있어서는, 코어 쉘형 미립자(20)가 정공 수송층(13)의 내부에 분산된다. 대안으로, 상기한 바와 같이 코어 쉘형 미립자(20)가 배치되는 영역에 유도가능한 발광에 의해 플라즈몬 공명만큼 긴 전극 사이의 어느 층중에 코어 쉘형 미립자(20)가 배치되거나 분산될 수 있다. 코어 쉘형 미립자(20)가 발광 영역(14)에 존재하면 더 효과적으로 플라즈몬 공명을 유도할 수 있고 바람직하다.
도 1에서, 다수 코어 쉘형 미립자(20)가 존재한다. 그러나, 하나의 코어 쉘형 미립자(20)가 존재해도 플라즈몬 공명에 의한 발광 효율을 증강시킨다.
또한, 도 1에서, 1개의 금속 미립자 코어(22)가 절연체 쉘(21)에 제공된다. 대안으로, 도 2에 도시된 바와 같이 절연체 쉘(21')에 복수의 금속 미립자 코어(22)를 구비한 코어 쉘형 미립자(20')가 이용될 수 있다.
코어 쉘형 미립자(20)의 금속 미립자 코어(22)의 입자 직경은 플라즈몬이 유도되는 한 특별히 제한되지 않는다. 금속 미립자 코어(22)의 입자 직경은 발광 광의 파장 이하이거나 같다. 선택적으로, 입자 크기는 특히 10㎚ 내지 1㎛보다 크거나 같을 수 있다.
절연체 쉘(21)의 두께는 발광 광에 의한 금속 미립자 코어(22)에 있어서의 플라즈몬의 유도를 저해하지 않는 것이 바람직하다. 발광층(14)과 금속 미립자 코어(22)의 표면 사이의 거리는 발광층(14)으로부터 발광 광에 의한 플라즈몬을 효과적으로 유도하기 위해서는 30㎚이하가 바람직하다. 그러므로, 코어 쉘형 미립자(20)가 배치되는 위치와 층구성이나 층배치, 및 절연체 쉘(21)의 두께는 보다 효과적인 플라즈몬 공명이 유도되도록 설계되는 것이 바람직하다. 여기서, 절연체 쉘(21)의 두께는 하나의 금속 미립자(22)만 절연체 쉘(21)의 내부에 포함되어 있을 때 절연체 쉘(21)의 표면과 금속 미립자 코어 표면 사이의 평균 거리이다. 복수의 금속 미립자 코어(20')가 도 2에 도시된 바와 같이 절연체 쉘(21')에 구비되면 절연체 쉘(21')의 두께는 절연체 쉘(21')의 표면과 각 금속 미립자 코어(22')의 표면 사이의 최단 거리의 평균값이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 유기 EL 소자(2)에서, 다수의 긴 미립자가 코어 쉘형 미립자(20") 또는 금속 미립자 코어(22")(긴 미립자의 장경에 대한 긴 미립자의 단경의 애스펙트비는 1보다 큼)로서 사용된다. 유기 EL 소자(2)에서, 다수의 긴 형상의 코어 쉘형 미립자(20")는 미립자의 단경이 전극면에 대해서 실질적으로 수직인 방향으로 배향되도록 배치될 수 있다.
유기 EL 소자(2)가 그러한 방법으로 구성되면 이러한 구성으로 함으로써 긴 코어 쉘형 미립자(20")의 형상 이방성 때문에 광 인출면측에 더 높은 산란광을 얻을 수 있다. 따라서, 더 높은 발광 효율을 달성하는 것이 가능하다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시형태에 의하면 코어 쉘형 미립자(20)는 코어 쉘형 미립자(20)가 발광층(14) 내부에 금속 미립자(22)가 배치되는 구성으로 배치될 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 금속 미립자(22)가 발광 영역(14)에 존재하면 플라즈몬 공명에 의한 발광 천이가 더 효과적으로 유도된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유기 EL 소자(3)에서, 코어 쉘형 미립자(20)는 양극(11)에 인접하는 층[정공 수송층(13)]과 발광층(14) 양쪽에 존재한다. 유기 EL 소자(3)가 그러한 방법으로 구성되면, 상기 기재된 바와 같이 스핀 코팅에 의해 코어 쉘형 미립자(20)를 제공함으로써 EL 소자(3)를 용이하게 제조할 수 있다.
유기 EL 소자(1 내지 3)는 발광 영역(14)의 근방 또는 발광 영역(14)의 내부에 발광 영역(발광층)(14)으로부터의 발광 광에 의한 플라즈몬 공명을 표면에 유도한다. 또한, 미립자[20(20'，20")]는 하나 이상의 금속 미립자 코어[22(22'，22")]와 하나 이상의 금속 미립자 코어[22(22'，22")]를 커버하는 절연체 쉘[21(21'，21")]을 구비한다. 미립자[20(20'，20")]가 그와 같은 방법으로 구성되면 금속 미립자[22(22'，22")]가 절연체[21(21'，21")]에 의해 코팅된다. 그러므로, 전자나 정공의 흐름이 차지 트랩에 의해 저해되지 않고 플라즈몬에 의한 발광 천이를 유도할 수 있어 발광 증강과 상준위 수명(여기 수명)을 단축하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 발광 효율, 여기 수명의 단축화에 의한 소자의 내구성을 상당히 향상시킬 수 있다.
또한, 유기 EL 소자(1∼3)는 금속 미립자[22(22'，22")]의 표면이 모두 절연체[21(21'，21")]에 의해 커버된다. 그러므로, 금속 미립자[22(22'，22")]는 발광 영역(발광층)(14) 표면 또는 발광 영역(발광층)(14)에도 배치될 수 있다. 금속 미립자[22(22'，22")]가 발광층(14)의 표면 또는 발광층(14)에 구비되면 플라즈몬에 의한 발광 천이가 더 효과적으로 유도된다.
예를 들면, 상술한 바와 같은 EL 소자에서, 층은 양극측으로부터 기판 상에 순차적으로 증착되어 광이 양극측으로부터 인출된다. 금속막 이외의 각 층은 종래의 유기 EL 소자의 재료 및 적층 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 음극, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층, 양극 등의 각 층은 각각의 기능을 갖는 층으로서 주지의 각종 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 정공 블록층, 전자 블록층, 보호층 등의 층이 구비될 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에서는 발광층을 포함하는 복수의 층이 유기 화합물층인 유기 EL 소자가 기재되었다. 대안으로, 본 발명의 EL 소자는 발광층을 포함하는 복수의 층이 무기 화합물층인 무기 EL 소자의 층이다. 또한, 본 발명의 EL 소자는 복수의 반도체층 및 반도체 레이저를 구비하는 발광 다이오드(LED)에 적합하게 적용될 수 있다.
이하에, 본 발명이 무기 LED에 적용된 실시예가 기재될 것이다. 도 5는 코어 쉘형 미립자(20)가 청색 LED의 InGaN/GaN 다중 양자 우물 구조에 분산된 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5에 도시된 무기 LED(4)는 예를 들면 다음의 방법으로 제작될 수 있다. 우선, 사파이어 기판(30)이 준비되고, 저온 버퍼층(GaN)(37), n형 클래드층(35)(n-GaN)은 유기 금속 기상 성장법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)을 이용하여 사파이어 기판(30)의 (001)면 상에 순차적으로 증착된다. 그 후에, 저온 버퍼층(GaN)(37), n형 클래드층(35)(n-GaN)이 도포된 사파이어 기판(30)이 챔버로부터 인출된다. 또한, 코어 쉘형 미립자(20)가 n형 클래드층(35) 상에 스핀 코팅에 의해 분산된다.
이 실시예에서, 코어 쉘형 미립자(20)가 코팅액(도포액)을 사용함으로써 스핀 코팅에 도포되고 분산된다. 코팅액에서, 코어 쉘형 미립자(20)는 디클로로메탄에 분산된다. 코어 쉘형 미립자(20)는 입경 50㎚의 Ag미립자를 함유하고, Ag미립자는 두께 10㎚의 SiO2의 코팅으로 코팅된다. 스핀 코팅 밑에 용매가 건조된다.
또한, 다중 양자 우물 구조(발광층)(34), P형 클래드층(P-GaN)(33)이 순차적으로 증착된다. 다중 양자 우물 구조(34)는 예를 들면 In0.2Ga0.8N의 양자 우물과 GaN의 배리어층을 MOCVD법에 의해 교대로 증착시켜서 제조될 수 있다. P형 클래드층(33)도 MOCVD법에 의해 증착될 수 있다.
이어서, 무기 LED의 전극 부분이 형성된다. 우선, 포토리소그래피와 에칭이 행하져 부분적으로 n형 클래드층(35)을 노출시킨다. 이어서, 투명한 전류 확산층(38)으로서 ITO(산화인지움 주석)가 P형 클래드층(33) 상에 증착된다. 최후에, Cr/Au가 전류 확산층(38)과 n형 반도체층(35) 상에 전극(31 및 36)으로서 EB법으로 증착된다. 따라서, LED 구조가 완성된다.
무기 LED(4)와 상술된 무기 LED 소자는 서로 다른 소자 구조를 갖는다. 그러나, 무기 LED(4)는 발광 영역(34)의 근방에서나 발광층(34)에서 발광 영역(발광층)(34)으로부터의 발광 광에 의해 플라즈몬 공명을 표면에 유도하는 미립자(20)를 함유하는 무기 EL 소자(1 내지 3)와 유사한 구조를 갖는다. 또한, 무기 LED(4)는 무기 LED(4)의 코어 쉘형 미립자가 하나 이상의 금속 미립자 코어(22)와, 상기 금속 미립자 코어를 커버하는 절연체 쉘(21)을 구비하는 유사한 구조를 갖는다. 그러므로, 무기 LED(4)는 유기 EL 소자(1 내지 3)와 동일한 효과를 달성한다. 그러므로, 무기 LED(4)는 발광 효율과 여기 수명의 단축화에 의한 내구성의 높은 소자가 달성된다.
무기 LED(4)에서, 코어 쉘형 미립자(20)가 발광층인 양자 우물 구조(34) 내부에 배치될 수 있다. 코어 쉘형 미립자(20)가 그러한 방법으로 배치되면 플라즈몬이 발광층에 발광 광에 의해 코어 쉘형 미립자(20)의 금속 미립자(22)에 고효율로 유도된다. 그러므로, 플라즈몬에 의한 발광 천이에 의해 발광 증강 효과와 상준위 수명(여기 수명)을 단축하는 대단한 효과가 가능하다.
또한, 본 발명의 EL 소자는 표시 소자 또는 요소, 디스플레이, 백라이트, 전자 사진, 조명 광원, 기록 광원, 노광 광원, 판독 광원, 표지 또는 마크, 간판, 인테리어 장식 또는 물체, 광통신 등에 적절하게 이용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 전극;
    상기 전극 사이에 적층된 복수의 층; 및
    상기 복수의 층 사이에 상기 전극 사이로의 전계의 인가에 의해 발광하는 발광 영역을 포함하는 일렉트로루미네센스 소자로서:
    상기 발광 영역의 근방에 또는 상기 발광 영역의 내부에 상기 발광 영역으로부터 발광된 광에 의한 플라즈몬 공명을 표면에 유도하는 하나 이상의 미립자가 배치되고, 상기 미립자는 하나 이상의 금속 미립자 코어와 이 금속 미립자 코어를 커버하는 절연체 쉘을 구비하는 코어 쉘형 미립자인 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네센스 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 코어 쉘형 미립자의 적어도 일부는 상기 발광 영역의 내부 및/또는 상기 발광 영역의 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네센스 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    다수의 상기 코어 쉘형 미립자는 상기 발광 영역의 내부에 분산되는 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네센스 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 코어 쉘형 미립자는 하나 이상의 코어 쉘형 미립자내의 하나 이상의 상기 금속 미립자 코어의 표면과 상기 발광 영역 사이의 거리가 30㎚이하가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네센스 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 미립자 코어의 입자 직경은 10㎚이상 1㎛이하인 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네센스 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어 쉘형 미립자 또는 상기 금속 미립자 코어는 긴 미립자이고, 상기 긴 미립자의 장경과 이 긴 미립자의 장경에 수직한 단경의 애스펙트비가 1보다 크고, 다수의 긴 미립자는 상기 긴 미립자의 단경이 전극면에 대해서 실질적으로 수직인 방향으로 배향되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네센스 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 층은 각각 유기층인 전자 수송층, 발광층, 및 정공 수송층을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네센스 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    다수의 코어 쉘형 미립자는 상기 전자 수송층의 내부에 분산되는 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네센스 소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    다수의 코어 쉘형 미립자는 상기 정공 수송층의 내부에 분산되는 것을 특징으로 하는 일렉트로루미네센스 소자.
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