KR20120054528A - 조명 장치 - Google Patents

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히사오 이케다
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 광추출 효율이 높고 또 제조 비용이 낮은 조명 장치를 제공한다.
조명 장치에 내면이 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함한 구조체와, 상기 내면에 밀접한 고굴절률 재료층을 형성한다. 또한, 상기 고굴절률 재료층은 상기 내면에 밀접한 영역에서 프레넬 렌즈 형상이 된다. 이로써, 상기 고굴절률 재료층을 개재하여 상기 구조체 위에 형성된 면발광체의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 고굴절률 재료층은 적어도 상기 구조체의 오목 프레넬 렌즈 형상을 메움으로써, 상기 구조체와의 계면에서 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 면을 구비한다. 따라서, 상기 조명 장치에 있어서, 고굴절률 재료층의 사용량을 저감할 수 있다. 상술한 바와 같이 하여, 광추출 효율이 높고 또 제조 비용이 낮은 조명 장치를 제공할 수 있다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}
본 발명은 조명 장치에 관한 것이다. 특히, 면발광체를 광원으로서 구비하는 조명 장치에 관한 것이다.
근년에 들어, 유기 일렉트로루미네선스(electroluminescence) (이하, 유기 EL이라고도 함)를 이용하는 광원을 구비한 조명 장치의 개발이 활발히 진행되고 있다. 또한, 상기 광원은 면발광체이며, 발광되는 광의 지향성이 약하다. 또한, 일반적으로 상기 광원에 포함되는 발광 영역의 굴절률은 대기의 굴절률보다 높다. 따라서, 상기 광원으로부터 발광되는 광의 일부는 대기와의 계면에서 전반사된다. 결과적으로, 상기 광원이 발광하는 광 중 외부(대기 중)로 방출되는 광의 비율(이하, 광추출 효율이라고도 함)이 저하되는 문제가 발생한다.
상기 문제를 해결하기 위해서 광원 표면에 구조체를 형성하는 구성이 개시되어 있다. 예를 들어, 비특허문헌 1에서는 고굴절률 유리 기판과 고굴절률 렌즈를 조합하는 구성, 및 고굴절률 유리 기판과 대기의 계면에 요철 구조를 형성하는 구성이 개시되어 있다. 상기 구성에 의해, 광추출 효율을 개선할 수 있다.
: "White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency", Nature, 14 May 2009, Vol.459, p.234-239
그러나, 비특허문헌 1에서 개시된 구성에 포함되는, 투광성 및 고굴절률을 구비한 재료(예를 들어, 유리나 수지 등)는 종류가 적고 비싸다. 그러므로, 조명 장치에 상기 구성을 적용한 경우, 상기 조명 장치의 제조 비용이 높다는 문제가 있다.
상술한 문제를 감안하여, 본 발명의 일 형태는 광추출 효율이 높고 또 제조 비용이 낮은 조명 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 형태는 조명 장치에 있어서 소량의 고굴절률 재료층을 사용하여 광추출 효율 향상을 실현하는 것을 요지로 한다.
구체적으로는 본 발명의 일 형태는 내면이 오목 프레넬 렌즈(negative Fresnel lens) 형상인 영역을 포함하고, 또 외면이 요철 형상인 영역을 포함한 구조체와, 구조체의 내면에 밀접한 고굴절률 재료층과, 고굴절률 재료층을 개재하여 구조체 위에 형성된 면발광체를 갖고, 구조체 및 고굴절률 재료층은 투광성을 가지며, 고굴절률 재료층의 굴절률, 및 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률은 구조체의 굴절률보다 0.1 이상 높은 것(고굴절률 재료층의 굴절률을 nA, 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률을 nB, 구조체의 굴절률을 nC로 한 경우에 nA ≥ nC＋0.1 및 nB ≥ nC＋0.1)을 특징으로 하는 조명 장치이다.
또한, 상술한 구성에 있어서, 고굴절률 재료층의 굴절률이 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률보다 0.1 낮은 값 이상인 것(nA ≥ nB－0.1)이 바람직하다. 또한, 고굴절률 재료층의 굴절률이 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률 이상인 것(nA ≥ nB)이 더 바람직하다.
다만, 고굴절률 재료층의 굴절률이 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률과 비교하여 지나치게 높은 경우에는, 굴절률 차이에 기인한 상기 고굴절률 재료층 계면에서의 반사에 의한 영향이 커진다. 따라서, 상술한 구성에 있어서, 고굴절률 재료층의 굴절률이 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률보다 0.1 높은 값 이하인 것(nB＋0.1 ≥ nA)이 바람직하다.
상술한 것을 감안하여, 상기 구성에 있어서, 고굴절률 재료층의 굴절률이 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률보다 0.1 낮은 값 이상이고 또 0.1 높은 값 이하인 것(nB＋0.1 ≥nA ≥ nB－0.1)이 바람직하다. 또한, 고굴절률 재료층의 굴절률이 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률 이상이고, 또 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률보다 0.1 높은 값 이하인 것(nB＋0.1 ≥nA ≥ nB)이 더 바람직하다.
본 발명의 일 형태의 조명 장치는 내면이 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함한 구조체와, 상기 내면에 밀접한 고굴절률 재료층을 갖는다. 또한, 상기 고굴절률 재료층은 상기 내면에 밀접한 영역에서 프레넬 렌즈 형상이 된다. 이로써, 상기 고굴절률 재료층을 개재하여 상기 구조체 위에 형성된 면발광체의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 고굴절률 재료층이 적어도 상기 구조체의 오목 프레넬 렌즈 형상을 메움으로써, 상기 구조체와의 계면에서 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 면을 구비한다. 따라서, 상기 조명 장치에 있어서, 고굴절률 재료층의 사용량을 저감할 수 있다. 상술한 바와 같이 하여, 광추출 효율이 높고 또 제조 비용이 낮은 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 조명 장치의 구성예를 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 조명 장치의 구성예를 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3c는 광원의 구성예를 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4c는 조명 장치의 구성예를 도시한 도면.
도 5a 및 도 5b는 전자 기기의 일례를 도시한 도면.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 사용하여 자세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 이하에 기재된 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 제시된 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
<조명 장치의 구성예>
도 1은 본 발명의 일 형태인 조명 장치의 구성예를 도시한 도면이다. 도 1에 도시한 조명 장치는 투광성을 구비한 구조체(10)와, 구조체(10) 위에 형성되고 또 투광성을 구비한 고굴절률 재료층(20)과, 고굴절률 재료층(20) 위에 형성되고 또 면발광이 가능한 면발광체(30)를 갖는다. 또한, 고굴절률 재료층(20)의 굴절률 및 면발광체(30)에 포함되는 발광 영역의 굴절률은 구조체(10)의 굴절률보다 0.1 이상 높다(고굴절률 재료층의 굴절률을 nA, 면발광체에 포함되는 발광 영역의 굴절률을 nB, 구조체의 굴절률을 nC로 한 경우에 nA ≥ nC＋0.1 및 nB ≥ nC＋0.1). 또한, 도 1에 도시한 조명 장치는 면발광체(30)가 발광하는 광을 고굴절률 재료층(20) 및 구조체(10)를 통하여 외부로 방사하는 조명 장치이다.
또한, 도 1에 도시한 조명 장치에 있어서, 고굴절률 재료층(20)의 굴절률이 면발광체(30)에 포함되는 발광 영역의 굴절률보다 0.1 낮은 값 이상인 것(nA ≥ nB－0.1)이 바람직하다. 또한, 고굴절률 재료층(20)의 굴절률이 면발광체(30)에 포함되는 발광 영역의 굴절률 이상인 것(nA ≥ nB)이 더 바람직하다.
다만, 고굴절률 재료층(20)의 굴절률이 면발광체(30)에 포함되는 발광 영역의 굴절률과 비교하여 지나치게 높은 경우에는, 굴절률 차이에 기인한 고굴절률 재료층(20) 계면에서의 반사에 의한 영향이 커진다. 따라서, 도 1에 도시한 조명 장치에 있어서, 고굴절률 재료층(20)의 굴절률이 면발광체(30)에 포함되는 발광 영역의 굴절률보다 0.1 높은 값 이하인 것(nB＋0.1 ≥ nA)이 바람직하다.
상술한 것을 감안하여, 도 1에 도시한 조명 장치에 있어서, 고굴절률 재료층(20)의 굴절률이 면발광체(30)에 포함되는 발광 영역의 굴절률보다 0.1 낮은 값 이상이고 또 0.1 높은 값 이하인 것(nB＋0.1 ≥nA ≥ nB－0.1)이 바람직하다. 또한, 고굴절률 재료층(20)의 굴절률이 면발광체(30)에 포함되는 발광 영역의 굴절률 이상이고, 또 면발광체(30)에 포함되는 발광 영역의 굴절률보다 0.1 높은 값 이하인 것(nB＋0.1 ≥nA ≥ nB)이 더 바람직하다.
구조체(10)는 내면(제 1 면)이 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하고, 또 외면(제 1 면과 반대측인 제 2 면)이 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함한다. 또한, 고굴절률 재료층(20)은 적어도 구조체(10)의 내면이 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역을 메우도록 형성된다. 따라서, 고굴절률 재료층(20)은 구조체(10)와의 계면에서 프레넬 렌즈 형상이 되는 영역을 포함한다. 또한, 고굴절률 재료층(20)의 면발광체(30) 측의 면형상은 특정한 형상에 한정되지 않는다. 다만, 상기 면 위에 면발광체(30)가 형성되기 때문에, 상기 면은 평면 형상 또는 대략 평면 형상인 것이 바람직하다.
또한, 구조체(10)의 외면이 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 면이 아니어도 된다. 예를 들어, 외면이 마이크로 렌즈 어레이 형상인 영역을 포함하는 면 등 각종 요철 형상인 영역을 포함하는 면으로 할 수 있다. 한편, 구조체(10)의 내면은 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 면인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 내면이 마이크로 렌즈 어레이 형상인 영역을 포함하는 면인 경우에는 면발광체(30)와 비교하여 고굴절률 재료층(20)으로 이루어진 각 마이크로 렌즈의 크기가 작다. 그러므로, 이 경우에는 상기 각 마이크로 렌즈에 있어서 면발광체(30)로부터 발광되는 광의 일부가 반사되어 광추출 효율이 저하될 가능성이 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이 고굴절률 재료층(20)의 프레넬 렌즈 형상인 영역(Area20)이 면발광체(30)에 포함되는 발광 영역(Area30에 포함되는 영역)보다 넓은 것이 바람직하다. 이로써, 면발광체(30)의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 같은 이유로, 구조체(10)의 프레넬 렌즈 형상인 영역(Area10)이 고굴절률 재료층(20)의 프레넬 렌즈 형상인 영역(Area20)보다 넓은 것이 바람직하다.
도 1에 도시한 조명 장치는 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 면을 구비한 고굴절률 재료층(20)을 갖는다. 이로써, 고굴절률 재료층(20)을 사이에 두고 구조체(10) 위에 형성된 면발광체(30)의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 고굴절률 재료층(20)의 프레넬 렌즈 형상이 되는 면은 구조체(10)의 오목 프레넬 렌즈 형상을 고굴절률 재료층(20)으로 메움으로써 형성된다. 따라서, 상기 조명 장치에 있어서, 고굴절률 재료층의 사용량을 저감할 수 있다. 상술한 바와 같이 하여, 광추출 효율이 높고 또 제조 비용이 낮은 조명 장치를 제공할 수 있다.
<구체적인 예>
다음에, 도 1에 도시한 조명 장치의 구성 요소의 구체적인 예에 대해서 설명하기로 한다.
<구조체(10)의 구체적인 예>
구조체(10)에는 유리 또는 수지 등을 적용할 수 있다. 또한, 상기 수지로서는, 폴리에스테르 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리아미드 수지, 시클로올레핀 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리아미드이미드 수지, 또는 폴리염화비닐 수지 등을 사용할 수 있다. 상기 재료들은 종류가 다양하고 저렴하게 구할 수 있고, 또 재료 선택의 자유도도 높다. 또한, 재료 선택의 자유도가 높기 때문에 제조 방법의 선택의 자유도도 높다.
또한, 구조체(10)의 내면 형상 및 외면 형상의 형성 방법으로서는 금형을 사용하는 방법을 적용할 수 있다. 특히, 동일한 재료를 사용하여 사출 성형법 등에 의해 일체 성형하면, 각각의 구조 사이에 굴절률 차이가 생기기 어려워서 미광(stray light)의 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 면발광체(30)의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 구조체(10)의 내면 형상 및 외면 형상의 형성 방법으로서, 에칭법, 숫돌 입자 가공법(샌드 블라스트(sand blast)법), 마이크로블라스트 가공법, 액적 토출법이나 인쇄법(스크린 인쇄나 오프셋 인쇄 등 패턴이 형성되는 방법), 및 스핀코팅법 등의 도포법, 디핑법, 디스펜서법, 임프린트법, 나노임프린트법(nanoimprint method) 등을 적용할 수도 있다.
또한, 구조체(10)는 단층이든 복수의 층을 적층한 것이든 어느 쪽이나 상관없다. 예를 들어, 투광성과 배리어성(barrier property)을 갖는 무기 재료막을 고굴절률 재료층(20)과의 계면에 구비한 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기 재료막으로서는 산화실리콘막, 산화질화실리콘막을 적용할 수 있다. 상기 무기 재료막은 광추출 효율을 저하시키지 않으면서 면발광체(30)로 불순물이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 면발광체(30)가 유기 EL을 이용하여 발광하는 경우에는, 수분 등의 불순물이 면발광체(30) 내부로 침입하는 것을 억제하여, 상기 조명 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 구조체(10)는 복수의 부재를 조합한 구성이라도 된다. 예를 들어, 도 2a에 도시한 바와 같이, 상기 구조체를 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 면을 구비한 부재(11)와, 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 면을 구비한 부재(12)로 구성하거나, 또는 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 구조체를 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 면을 구비한 부재(11)와, 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 면을 구비한 부재(12)와, 부재(11) 및 부재(12) 사이에 끼워진 부재(13)로 구성하는 것 등이 가능하다. 또한, 복수의 부재를 접합시킨 구성으로 하는 경우에는, 각 부재 및 접착제의 굴절률이 실질적으로 같은(굴절률 차이가 0.1 미만) 것이 바람직하다. 이로써, 구조체(10) 내부의 굴절률 차이를 억제할 수 있다. 따라서, 미광을 저감시킬 수 있고 면발광체(30)가 발광하는 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
<고굴절률 재료층(20)의 구체적인 예>
고굴절률 재료층(20)에는 고굴절률의 유리 또는 수지 등을 적용할 수 있다. 또한, 고굴절률 수지로서는 브롬이 함유된 수지, 황이 함유된 수지 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 황이 함유된 폴리이미드 수지, 에피술파이드 수지, 티오우레탄 수지, 또는 브롬화 방향족 수지 등을 사용할 수 있다. 또한, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), TAC(트리아세틸 셀룰로오스) 등도 사용할 수 있다.
또한, 고굴절률 재료층(20)의 형성 방법으로서는 접착 강도나 가공성이 우수한 점 등을 고려하여 재료에 맞는 각종 방법을 적절히 선택하면 된다. 예를 들어, 상기 수지 등을 스핀코팅법, 스크린 인쇄법 등을 이용하여 막을 형성하고, 열 또는 광에 의해 경화시킴으로써 고굴절률 재료층(20)을 형성할 수 있다.
또한, 고굴절률 재료층(20)은 단층이든 복수의 층을 적층한 것이든 어느 쪽이나 상관없다. 여기서, 고굴절률 재료층(20)을 복수의 층을 적층한 구성으로 하는 경우에는, 상기 적층이 무기 재료막(특히, 질화막)을 포함한 구성으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 무기 재료막으로서는 질화실리콘막, 질화알루미늄막, 질화산화실리콘막, 산화알루미늄막 등을 적용할 수 있다. 상기 무기 재료막은 광추출 효율을 저하시키지 않으면서 면발광체(30)로 불순물이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 면발광체(30)가 유기 EL을 이용하여 발광하는 경우에는, 수분 등의 불순물이 면발광체(30) 내부로 침입하는 것을 무기 재료막이 억제하여, 상기 조명 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
<면발광체(30)의 구체적인 예>
면발광체(30)로서는, 유기 EL을 이용한 광원을 구비한 구성으로 할 수 있다. 상기 광원은 제 1 전극, 제 2 전극, 및 발광 물질을 함유한 유기층을 구비한다. 제 1 전극과 제 2 전극 중 하나가 양극으로서 기능하고, 다른 하나가 음극으로서 기능한다. 발광 물질을 함유한 유기층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되고, 상기 유기층의 구성은 제 1 전극과 제 2 전극의 극성, 및 재질에 맞춰서 적절히 선택하면 된다. 이하에, 상기 광원의 구성의 일례를 예시하지만, 면발광체(30)의 구성은 당연히 이것에 한정되지 않는다.
(광원의 구성예 1)
도 3a는 광원의 구성예를 도시한 도면이다. 도 3a에 도시한 광원은 양극(31)과 음극(32) 사이에 발광 물질을 함유한 유기층(33)을 끼운 구성으로 형성된다.
양극(31)과 음극(32) 사이에 임계값 전압보다 높은 전압을 인가하면, 발광 물질을 함유한 유기층(33)에 양극(31) 측으로부터 정공(홀)이 주입되고 음극(32) 측으로부터 전자가 주입된다. 주입된 전자와 정공은 발광 물질을 함유한 유기층(33)에서 재결합하여 상기 발광 물질이 발광한다.
발광 물질을 함유한 유기층(33)은 적어도 발광 물질을 함유한 발광층을 구비하면 되고, 발광층 이외의 층과 적층된 구조라도 된다. 발광층 이외의 층으로서는 예를 들어, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 및 바이폴러성(bipolar property)(전자 및 정공의 수송성이 높은) 물질 등을 포함한 층을 들 수 있다. 구체적으로는, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공 저지층(홀 블로킹층), 전자 수송층, 전자 주입층 등을 들 수 있고, 이들을 양극(31) 측으로부터 적절히 적층하여 이용할 수 있다.
(광원의 구성예 2)
도 3b는 도 3a에 도시한 광원과 다른 구성을 갖는 광원의 구성예를 도시한 도면이다. 도 3b에 도시한 광원은 양극(31)과 음극(32) 사이에 발광 물질을 함유한 유기층(33)을 끼운 구성으로 형성된다. 또한, 음극(32)과 발광 물질을 함유한 유기층(33) 사이에는 중간층(34)이 형성된다. 또한, 상기 광원의 발광 물질을 함유한 유기층(33)에는 상술한 광원의 구성예 1과 같은 구성을 적용할 수 있고, 상세한 사항에 대해서는 광원의 구성예 1에 기재한 구성을 참작할 수 있다.
중간층(34)은 적어도 전하 발생 영역을 포함하여 형성되면 되고, 전하 발생 영역 이외의 층과 적층된 구성이라도 된다. 예를 들어, 전하 발생 영역(34c), 전자 릴레이층(electron-relay layer)(34b), 및 전자 주입 버퍼(34a)가 음극(32) 측으로부터 순차적으로 적층된 구조를 적용할 수 있다.
중간층(34)에서의 전자와 정공의 움직임에 대해서 설명한다. 양극(31)과 음극(32) 사이에 임계값 전압보다 높은 전압을 인가하면, 전하 발생 영역(34c)에서 정공(홀)과 전자가 발생하여, 정공은 음극(32)으로 이동하고 전자는 전자 릴레이층(34b)으로 이동한다. 전자 릴레이층(34b)은 전자 수송성이 높고 전하 발생 영역(34c)에서 발생한 전자를 전자 주입 버퍼(34a)로 신속하게 이동시킨다. 전자 주입 버퍼(34a)는 발광 물질을 함유한 유기층(33)에 전자를 주입하는 장벽을 완화시키고, 발광 물질을 함유한 유기층(33)에 주입하는 전자의 주입 효율을 높인다. 따라서, 전하 발생 영역(34c)에서 발생한 전자는 전자 릴레이층(34b)과 전자 주입 버퍼(34a)를 거쳐 발광 물질을 함유한 유기층(33)의 LUMO 준위에 주입된다.
또한, 전자 릴레이층(34b)은 전하 발생 영역(34c)을 구성하는 물질과 전자 주입 버퍼(34a)를 구성하는 물질이 계면에서 반응하여, 서로의 기능이 손상되는 등의 상호작용을 방지할 수 있다.
(광원의 구성예 3)
도 3c는 도 3a 또는 도 3b에 도시한 광원과 다른 구성을 갖는 광원의 구성예를 도시한 도면이다. 도 3c에 도시한 광원은 양극(31)과 음극(32) 사이에 발광 물질을 함유한 유기층(33a, 33b)을 2개 끼운 구성으로 형성된다. 또한, 발광 물질을 함유한 유기층(33a)과 발광 물질을 함유한 유기층(33b) 사이에 중간층(34)이 형성된다. 그리고, 양극(31)과 음극(32)으로 끼워진 발광 물질을 함유한 유기층은 2개에 한정되지 않는다. 즉, 발광 물질을 함유한 유기층 사이에 중간층을 두고, 발광 물질을 함유한 유기층을 양극(31)과 음극(32) 사이에 3개 이상 적층시켜도 된다. 또한, 상기 광원의 구성예 3에서 제시한 발광 물질을 함유한 유기층(33a, 33b)에는 상술한 광원의 구성예 1과 같은 구성을 적용할 수 있다. 또한, 상기 광원의 구성예 3에 제시한 중간층(34)에는 상술한 광원의 구성예 2와 같은 구성을 적용할 수 있다. 따라서, 이들에 대한 자세한 구성에는 광원의 구성예 1, 또는 광원의 구성예 2의 기재를 참작할 수 있다.
발광 물질을 함유한 유기층들 사이에 형성된 중간층(34)에서의 전자와 정공의 움직임에 대해서 설명하기로 한다. 양극(31)과 음극(32) 사이에 임계값 전압보다 높은 전압을 인가하면, 중간층(34)에서 정공(홀)과 전자가 발생하여, 정공은 음극(32) 측에 형성된 발광 물질을 함유한 유기층(33b)으로 이동하고, 전자는 양극(31) 측에 형성된 발광 물질을 함유한 유기층(33a)으로 이동한다. 발광 물질을 함유한 유기층(33b)에 주입된 정공은 음극(32) 측으로부터 주입된 전자와 재결합하여 상기 발광 물질이 발광한다. 또한, 발광 물질을 함유한 유기층(33a)에 주입된 전자는 양극(31) 측으로부터 주입된 정공과 재결합하여 상기 발광 물질이 발광한다. 즉, 중간층(34)에서 발생한 정공과 전자는 각각 상이한 발광 물질을 함유한 유기층에서 발광하게 된다.
또한, 발광 물질을 함유한 유기층들을 접촉시켜 형성함으로써 이들 사이에 중간층과 같은 구성이 형성될 경우에는, 발광 물질을 함유한 유기층들을 접촉시켜 형성할 수 있다. 구체적으로는 발광 물질을 함유한 유기층들 중 하나의 면에 전하 발생 영역이 형성되면, 상기 전하 발생 영역은 중간층의 전하 발생 영역으로서 기능하기 때문에, 발광 물질을 함유한 유기층들을 접촉시켜 형성할 수 있다.
광원의 구성예 1 내지 구성예 3은 서로 조합할 수 있다. 예를 들어, 광원의 구성예 3의 음극(32)과 발광 물질을 함유한 유기층(33b) 사이에 중간층을 형성할 수도 있다.
(광원에 사용할 수 있는 재료)
다음에, 상술한 구성을 구비한 광원에 사용할 수 있는 구체적인 재료에 대해서 양극(31), 음극(32), 발광 물질을 함유한 유기층(33), 전하 발생 영역(34c), 전자 릴레이층(34b), 및 전자 주입 버퍼(34a)를 순차로 설명하기로 한다.
(양극(31)에 이용할 수 있는 재료)
양극(31)은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상이 바람직하다) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 산화인듐-산화주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화실리콘을 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연(IZO: Indium Zinc Oxide), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등을 들 수 있다.
이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의해 형성되지만, 졸-겔(sol-gel)법 등을 응용하여 형성하여도 된다. 예를 들어, 산화인듐-산화아연(IZO)막은 산화인듐에 대해서 1wt% 내지 20wt%의 산화아연을 첨가한 타깃을 사용하여 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 또한, 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐막은 산화인듐에 대해서 산화텅스텐을 0.5wt% 내지 5wt%, 산화아연을 0.1wt% 내지 1wt% 함유한 타깃을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
그 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐 (Pd), 티타늄(Ti), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화티타늄 등), 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 텅스텐산화물, 망간산화물, 티타늄산화물 등을 들 수 있다. 또한, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스티렌술폰산)(PAni/PSS) 등의 도전성 폴리머를 사용하여도 된다.
다만, 양극(31)과 접촉하여 전하 발생 영역을 형성하는 경우에는, 일함수를 고려하지 않고 다양한 도전성 재료를 양극(31)에 사용할 수 있다. 구체적으로는, 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료도 이용할 수 있다.
(음극(32)에 이용할 수 있는 재료)
음극(32)과 발광 물질을 포함하는 유기층(33) 사이에 음극(32)에 접촉하여 전하 발생 영역을 형성하는 경우, 음극(32)은 일함수의 크기에 상관없이 다양한 도전성 재료를 이용할 수 있다.
또한, 음극(32) 및 양극(31) 중 적어도 하나를 투광성을 구비한 도전막을 사용하여 형성한다. 투광성을 구비한 도전막으로서는, 산화텅스텐을 함유한 인듐산화물, 산화텅스텐을 함유한 인듐아연산화물, 산화티타늄을 함유한 인듐산화물, 산화티타늄을 함유한 인듐주석산화물, 인듐주석산화물, 인듐아연산화물, 산화실리콘이 첨가된 인듐주석산화물 등을 들 수 있다. 또한, 광을 투과하는 정도의 두께(바람직하게는 5nm 내지 30nm 정도)의 금속 박막을 이용할 수도 있다.
(발광 물질을 함유한 유기층(33)에 이용할 수 있는 재료)
상술한 발광 물질을 함유한 유기층(33)을 구성하는 각 층에 이용할 수 있는 재료에 대해서, 이하에 구체적인 예를 나타낸다.
정공 주입층은 정공 주입성이 높은 물질을 함유한 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 텅스텐산화물, 망간산화물 등을 사용할 수 있다. 그 외에, 프탈로시아닌(약칭: H2Pc)이나 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로시아닌계 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산)(약칭: PEDOT/PSS) 등의 고분자 등으로도 정공 주입층을 형성할 수 있다.
또한, 전하 발생 영역을 이용하여 정공 주입층을 형성하여도 된다. 정공 주입층에 전하 발생 영역을 이용하면, 일함수를 고려하지 않고 다양한 도전성 재료를 양극(31)에 이용할 수 있는 것은 상술한 바와 같다.
정공 수송층은 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층이다. 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭: TPD), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP), 4,4',4''-트리스(카르바졸-9-일)트리페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물, 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 그 외, 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA) 등의 카르바졸 유도체 등을 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 상술한 것 이외의 물질을 사용하여도 된다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층은 단층에 한정되지 않고 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층된 것으로 하여도 된다.
그 외, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 정공 수송층에 이용할 수 있다.
발광층은 발광 물질을 함유한 층이다. 발광 물질로서는, 이하에 제시하는 형광성 화합물을 이용할 수 있다. 예를 들어, N,N'-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(9,10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민](약칭: DPABPA), N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린30, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-디페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-디아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: BisDCJTM), SD1(상품명; SFC Co., Ltd 제조) 등을 들 수 있다.
또한, 발광 물질로서는, 이하에 제시하는 인광성 화합물을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2 ’]이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2’]이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스[2-(3',5'-비스트리플루오로메틸페닐)피리디나토-N,C2’]이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2’]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸라토-N,C2 ’)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스[2-(4'-퍼플루오로페닐페닐)피리디나토]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N,C2’)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디나토-N,C3’]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2’)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP), 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭：Tb(acac)3(Phen)), 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)), (디피발로일메타나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)) 등을 들 수 있다.
또한, 상술한 발광 물질은 호스트 재료에 분산시켜 사용하는 것이 바람직하다. 호스트 재료로서는, 예를 들어, NPB(약칭), TPD(약칭), TCTA(약칭), TDATA(약칭), MTDATA(약칭), BSPB(약칭) 등의 방향족 아민 화합물, PCzPCA1(약칭), PCzPCA2(약칭), PCzPCN1(약칭), CBP(약칭), TCPB(약칭), CzPA(약칭), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: PCzPA), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭：PCBA1BP) 등의 카르바졸 유도체, PVK(약칭), PVTPA(약칭), PTPDMA(약칭), Poly-TPD(약칭) 등의 고분자 화합물을 포함하는 정공 수송성이 높은 물질이나, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭: BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤즈옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체, 또한, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD)이나, 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]카르바졸(약칭: CO11), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 전자 수송성이 높은 물질을 이용할 수 있다.
전자 수송층은 전자 수송성이 높은 물질을 함유한 층이다. 전자 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어, Alq(약칭), Almq3(약칭), BeBq2(약칭), BAlq(약칭) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 이용할 수 있다. 또한, 그 외, Zn(BOX)2(약칭), Zn(BTZ)2(약칭) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 이용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도 PBD(약칭)나, OXD-7(약칭), CO11(약칭), TAZ(약칭), BPhen(약칭), BCP(약칭), 2-[4-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: DBTBIm-II) 등도 이용할 수 있다. 여기에 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 이용하여도 된다. 또한, 전자 수송층은 단층에 한정되지 않고, 상기 물질로 이루어진 층을 2층 이상 적층한 것을 이용하여도 된다.
또한, 고분자 화합물을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-co-(피리딘-3,5-디일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,2'-비피리딘-6,6'-디일)](약칭: PF-BPy) 등을 들 수 있다.
전자 주입층은 전자 주입성이 높은 물질을 함유한 층이다. 전자 주입성이 높은 물질로서는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 칼슘(Ca), 플루오르화리튬(LiF), 플루오르화세슘(CsF), 플루오르화칼슘(CaF2) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 들 수 있다. 또한, 전자 수송성을 갖는 물질 내에 알칼리 금속, 또는 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 함유시킨 것, 예를 들어, Alq 내에 마그네슘(Mg)을 함유시킨 것 등을 이용할 수도 있다. 이와 같은 구조로 함으로써, 음극(32)으로부터 주입되는 전자의 주입 효율을 더 높일 수 있다.
이들 층을 적절히 조합하여 발광 물질을 함유한 유기층(33)을 형성하는 방법으로서는, 여러 가지 방법(예를 들어, 건식법이나 습식법 등)을 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 이용하는 재료에 따라 진공 증착법, 잉크젯법 또는 스핀코팅법 등을 선택하여 이용하면 된다. 또한, 각 층마다 상이한 방법을 사용하여 형성하여도 된다.
<전하 발생 영역(34c)에 이용할 수 있는 재료>
전하 발생 영역(34c)은 정공 수송성이 높은 재료와 억셉터성 재료를 함유한 영역이다. 또한, 전하 발생 영역(34c)은 동일한 막 내에 정공 수송성이 높은 재료와 억셉터성 재료를 함유하는 경우뿐만 아니라, 정공 수송성이 높은 재료를 함유한 층과 억셉터성 물질을 포함하는 층이 적층되어도 된다. 다만, 전하 발생 영역(34c)을 음극(32) 측에 형성하는 적층 구조인 경우에는, 정공 수송성이 높은 물질을 함유한 층이 음극(32)과 접촉하는 구조가 되고, 전하 발생 영역(34c)을 양극(31) 측에 형성하는 적층 구조인 경우에는, 억셉터성 물질을 함유한 층이 양극(31)과 접촉하는 구조가 된다.
또한, 전하 발생 영역(34c)에 있어서, 정공 수송성이 높은 물질에 대해서 질량비로 0.1 이상 4.0 이하의 비율로 억셉터성 물질을 첨가하는 것이 바람직하다.
전하 발생 영역(34c)에 이용하는 억셉터성 물질로서는, 전이금속 산화물이나 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속한 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화몰리브덴이 특히 바람직하다. 또한, 산화몰리브덴은 흡습(吸濕)성이 낮다는 특징을 갖는다.
또한, 전하 발생 영역(34c)에 이용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 여러 가지 유기 화합물을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 된다.
<전자 릴레이층(34b)에 이용할 수 있는 재료>
전자 릴레이층(34b)은 전하 발생 영역(34c)에 있어서 억셉터성 물질이 추출한 전자를 신속하게 받을 수 있는 층이다. 따라서, 전자 릴레이층(34b)은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이며, 또한 그 LUMO 준위는 전하 발생 영역(34c)에서의 억셉터성 물질의 억셉터 준위와, 발광 물질을 함유한 유기층(33)의 LUMO 준위 사이에 위치한다. 구체적으로는, 대략 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하로 하는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(34b)에 이용하는 물질로서는, 예를 들어, 페릴렌 유도체나 질소를 함유한 축합 방향족 화합물을 들 수 있다. 또한, 질소를 함유한 축합 방향족 화합물은 안정된 화합물이기 때문에, 전자 릴레이층(34b)에 이용하는 물질로서 바람직하다. 또한, 질소를 함유한 축합 방향족 화합물 중 시아노기나 플루오로기 등의 전자 흡인기(吸引基)를 갖는 화합물을 사용함으로써, 전자 릴레이층(34b)에 있어서 전자를 더 용이하게 받을 수 있게 되기 때문에 바람직하다.
페릴렌 유도체의 구체적인 예로서는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카르본산 이무수물(약칭: PTCDA), 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭비스벤즈이미다졸(약칭: PTCBI), N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌테트라카르본산디이미드(약칭: PTCDI-C8H), N,N'-디헥실-3,4,9,10-페릴렌테트라카르본산디이미드(약칭: Hex PTC) 등을 들 수 있다.
또한, 질소를 함유한 축합 방향족 화합물의 구체적인 예로서는, 피라지노[2,3-f][1,10]페난트롤린-2,3-디카르보니트릴(약칭: PPDN), 2,3,6,7,10,11-헥사시아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌(약칭: HAT(CN)6), 2,3-디페닐피리도[2,3-b]피라진(약칭: 2PYPR), 2,3-비스(4-플루오로페닐)피리도[2,3-b]피라진(약칭: F2PYPR) 등을 들 수 있다.
그 외에, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭: TCNQ), 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르본산 이무수물(약칭: NTCDA), 퍼플루오로펜타센, 구리헥사데카플루오로프탈로시아닌(약칭: F16CuPc), N,N'-비스(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-펜타데카플루오로옥틸)-1,4,5,8-나프탈렌테트라카본산디이미드(약칭: NTCDI-C8F), 3',4'-디부틸-5,5''-비스(디시아노메틸렌)-5,5''-디하이드로-2,2':5',2''-터티오펜(약칭: DCMT), 메타노플라렌(예를 들어, [6,6]-페닐C61부티르산메틸에스테르) 등을 전자 릴레이층(34b)에 사용할 수 있다.
(전자 주입 버퍼(34a)에 이용할 수 있는 재료)
전자 주입 버퍼(34a)는 전하 발생 영역(34c)으로부터 발광 물질을 함유한 유기층(33)으로 전자를 용이하게 주입하게 하는 층이다. 전자 주입 버퍼(34a)를 전하 발생 영역(34c)과 발광 물질을 함유한 유기층(33) 사이에 형성함으로써, 전하 발생 영역(34c)과 발광 물질을 함유한 유기층(33) 사이의 주입 장벽을 완화할 수 있다.
전자 주입 버퍼(34a)에는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산리튬이나 탄산세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함) 등의 전자 주입성이 높은 물질을 이용할 수 있다.
또한, 전자 주입 버퍼(34a)가 전자 수송성이 높은 물질과 도너성 물질을 함유하여 형성되는 경우에는, 전자 수송성이 높은 물질에 대해서 질량비가 0.001 이상 0.1 이하인 비율로 도너성 물질을 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 도너성 물질로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화리튬 등의 산화물, 할로겐화물, 탄산리튬이나 탄산세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로겐화물, 탄산염을 포함함)) 외에, 테트라 티아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 이용할 수도 있다. 또한, 전자 수송성이 높은 물질로서는, 앞서 설명한 발광 물질을 포함하는 유기층(33)의 일부에 형성할 수 있는 전자 수송층의 재료와 동일한 재료를 이용하여 형성할 수 있다.
상술한 바와 같은 재료를 조합함으로써, 광원을 제작할 수 있다. 이 광원으로부터는 상술한 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있고, 그 발광색은 발광 물질의 종류를 변경함으로써 선택할 수 있다. 또한, 발광색이 다른 복수의 발광 물질을 이용함으로써, 발광 스펙트럼의 폭을 넓혀서, 백색 발광을 얻을 수도 있다. 또한, 백색 발광을 얻는 경우에는 서로 보색(補色) 관계인 발광색을 나타내는 발광 물질을 이용하면 된다. 구체적인 보색 관계로서는, 청색과 황색, 또는 청록색과 적색 등을 들 수 있다.
<응용예>
본 명세서에서 개시된 조명 장치는 도 1에 도시한 구성 요소만으로 구성할 수도 있지만, 도 1에 도시한 구성 요소를 복수 이용하여 조명 장치를 구성할 수도 있다. 상기 조명 장치의 구성예를 도 4a 내지 도 4c에 도시한다. 또한, 도 4a는 상기 조명 장치의 단면도이며, 도 4b는 상기 조명 장치의 상면도이다. 또한, 도 4a에 도시한 단면도는 도 4b에 도시한 M-N선 부분의 단면도에 상당한다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 조명 장치는 내면이 오목 프레넬 렌즈 형상인 복수의 영역을 포함하고, 또 외면이 프레넬 렌즈 형상인 복수의 영역을 포함한 구조체(100)와, 구조체(100)의 내면에 밀접한 고굴절률 재료층(200)과 고굴절률 재료층(200)을 개재하여 구조체(100) 위에 형성된 복수의 면발광체(300a, 300b, 300c)와, 인접한 면발광체들 사이의 각각에 형성된 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)을 갖는다. 즉, 도 4a 및 도 4b에 도시한 조명 장치는 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)에 의해 분리된 복수의 면발광체(300a, 300b, 300c)로부터 발광되는 광을 고굴절률 재료층(200) 및 구조체(100)를 통하여 외부로 방사하는 조명 장치이다. 상기 조명 장치에 있어서, 각 면발광체(300a, 300b, 300c)의 광추출 효율을 향상시킬 수 있어서 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 구조체, 고굴절률 재료층, 및 면발광체의 자세한 설명에 대해서는 상술한 내용을 참작하기로 한다. 또한, 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)은 아크릴, 실록산, 산화실리콘 등을 이용하여 구성할 수 있다. 또한, 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)은 무기막과 유기막 중 어느 하나를 이용하여 형성된 것이라도 되고, 양쪽 모두를 이용하여 형성된 것이라도 된다.
또한, 도 4a에 있어서는, 역테이퍼 형상(reverse tapered shape)의 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)이 형성되는 조명 장치에 대해서 도시하였지만, 상기 격벽으로서 순테이퍼 형상의 격벽을 적용할 수도 있다.
또한, 도 4b에 있어서는 원형상의 복수의 면발광체(300a, 300b, 300c) 및 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)이 형성되는 조명 장치에 대해서 도시하였지만, 상기 면발광체 및 상기 격벽으로서 다각형상 또는 타원형상의 면발광체 및 격벽을 적용할 수도 있다.
또한, 면발광체(300a, 300b, 300c)로서 유기 EL을 이용한 광원을 적용하는 경우에는, 도 4c에 도시한 바와 같이 상기 조명 장치를 구성할 수도 있다. 구체적으로는 도 4c에 도시한 조명 장치는 면발광체(300a, 300b, 300c) 각각이 고굴절률 재료층(200)을 사이에 두고 구조체(100) 위에 형성된 양극 및 음극 중 한쪽(310)과, 양극 및 음극 중 한쪽(310) 위에 형성된 복수의 발광 물질을 함유한 유기층(330a, 330b, 330c) 중 어느 하나와, 복수의 발광 물질을 함유한 유기층(330a, 330b, 330c) 중 어느 하나 위에 형성된 복수의 양극 및 음극 중 다른 쪽(320a, 320b, 320c) 중 어느 하나를 갖는다. 또한, 도 4c에 도시한 조명 장치에 있어서 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)이 양극 및 음극 중 한쪽(310) 위에 형성된다. 또한, 복수의 격벽(400a, 400b, 400c) 위에도 발광 물질을 함유한 유기층(330a, 330b, 330c) 및 양극 및 음극 중 다른 쪽(320a, 320b, 320c)과 같은 층이 형성된다.
즉, 도 4c에 도시한 조명 장치는 이하의 순서에 따라 형성되는 조명 장치이다. 우선, 고굴절률 재료층(200) 위에 양극 및 음극 중 한쪽(310)을 형성한다. 다음에, 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)을 형성한다. 다음에, 양극 및 음극 중 한쪽(310) 및 복수의 격벽(400a, 400b, 400c) 위에 발광 물질을 함유한 유기층을 형성한다. 이 때, 양극 및 음극 중 한쪽(310)과 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)의 단차에서 상기 유기층이 끊어진다. 이로써, 분리된 양극 및 음극 중 한쪽(310) 위의 복수의 발광 물질을 함유한 유기층(330a, 330b, 330c) 및 복수의 격벽(400a, 400b, 400c) 각각 위의 발광 물질을 함유한 유기층이 형성된다. 다음에, 발광 물질을 함유한 유기층 위에 양극 및 음극 중 다른 쪽을 형성한다. 이 때도 마찬가지로 상기 양극 및 음극 중 다른 쪽이 단차에서 끊어진다. 이로써, 분리된 복수의 발광 물질을 함유한 유기층(330a, 330b, 330c) 중 어느 하나 위의 양극 및 음극 중 다른 쪽(320a, 320b, 320c) 중 어느 하나 및 복수의 격벽(400a, 400b, 400c)의 각각 위에 발광 물질을 함유한 유기층을 개재하여 양극 및 음극 중 다른 쪽이 형성된다.
또한, 양극 및 음극, 및 발광 물질을 함유한 유기층의 자세한 설명에 대해서는 상술한 내용을 참작하기로 한다.
(실시예)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태인 조명 장치를 구비한 전자 기기의 일례에 대해서 설명하기로 한다.
도 5a는 본 발명의 일 형태인 조명 장치를 전기 스탠드로서 사용한 예이다. 전기 스탠드는 하우징(1001)과 조명부(1003)를 갖는다. 그리고, 조명부(1003)로서 본 발명의 일 형태인 조명 장치가 사용된다.
도 5b는 본 발명의 일 형태인 조명 장치를 실내용 조명 장치로서 사용한 예이다. 실내용 조명 장치는 하우징(1004)과 조명부(1006)를 갖는다. 그리고, 조명부(1006)로서 본 발명의 일 형태인 조명 장치가 사용된다.
10: 구조체
11: 부재
12: 부재
13: 부재
20: 고굴절률 재료층
30: 면발광체
31: 양극
32: 음극
33: 발광 물질을 함유한 유기층
33a: 발광 물질을 함유한 유기층
33b: 발광 물질을 함유한 유기층
34: 중간층
34a: 전자 주입 버퍼
34b: 전자 릴레이층
34c: 전하 발생 영역
100: 구조체
200: 고굴절률 재료층
300a: 면발광체
300b: 면발광체
300c: 면발광체
310: 양극 및 음극 중 한쪽
320a: 양극 및 음극 중 다른 쪽
320b: 양극 및 음극 중 다른 쪽
320c: 양극 및 음극 중 다른 쪽
330a: 발광 물질을 함유한 유기층
330b: 발광 물질을 함유한 유기층
330c: 발광 물질을 함유한 유기층
400a: 격벽
400b: 격벽
400c: 격벽
1001: 하우징
1003: 조명부
1004: 하우징
1006: 조명부

Claims (24)

  1. 표면 영역에 오목 프레넬 렌즈(negative Fresnel lens) 형상을 포함하는 구조체와;
    상기 구조체의 상기 표면과 접촉하는 층과;
    상기 구조체 위에 상기 층을 사이에 두고 형성된 발광체를 포함하고,
    상기 구조체와 상기 층은 광을 투과할 수 있고,
    상기 층의 굴절률과 상기 발광체 내의 발광 영역의 굴절률은 상기 구조체의 굴절률보다 0.1 이상 높은, 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 층의 굴절률은 상기 발광체 내의 발광 영역의 굴절률보다 0.1 낮은 값 이상인, 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 층의 굴절률은 상기 발광체 내의 발광 영역의 굴절률 이상인, 조명 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 층의 굴절률은 상기 발광체 내의 발광 영역의 굴절률보다 0.1 높은 값 이하인, 조명 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광체 측에 있는 상기 층의 표면은 평면 또는 대략 평면인, 조명 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광체는 유기 일렉트로루미네선스를 이용한 광을 발광하는 면발광체인, 조명 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역은 상기 발광 영역보다 넓은, 조명 장치.
  8. 제 1 표면 영역에 오목 프레넬 렌즈 형상을 포함하고, 상기 제 1 표면 영역과 반대측인 제 2 표면 영역에 요철 형상을 포함하는 구조체와;
    상기 구조체의 상기 제 1 표면과 접촉하는 층과;
    상기 구조체 위에 상기 층을 사이에 두고 형성된 발광체를 포함하고,
    상기 구조체와 상기 층은 광을 투과할 수 있고,
    상기 층의 굴절률과 상기 발광체 내의 발광 영역의 굴절률은 상기 구조체의 굴절률보다 0.1 이상 높은, 조명 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 층의 굴절률은 상기 발광체 내의 발광 영역의 굴절률보다 0.1 낮은 값 이상인, 조명 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 층의 굴절률은 상기 발광체 내의 발광 영역의 굴절률 이상인, 조명 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 층의 굴절률은 상기 발광체 내의 발광 영역의 굴절률보다 0.1 높은 값 이하인, 조명 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 구조체는 상기 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역을 포함하는 표면에 형성된 제 1 부재와, 상기 요철 형상인 영역을 포함하는 표면에 형성된 제 2 부재를 포함하는, 조명 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 구조체는 상기 오목 프레넬 렌즈 형상이 있는 영역을 포함하는 표면에 형성된 제 1 부재와, 상기 요철 형상이 있는 영역을 포함하는 표면에 형성된 제 2 부재와, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재 사이의 제 3 부재를 포함하는, 조명 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광체 측에 있는 상기 층의 표면은 평면 또는 대략 평면인, 조명 장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 요철 형상인 영역은 상기 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역보다 넓은, 조명 장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 요철 형상은 프레넬 렌즈 형상인, 조명 장치.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광체는 유기 일렉트로루미네선스를 이용한 광을 발광하는 면발광체인, 조명 장치.
  18. 제 8 항에 있어서,
    상기 오목 프레넬 렌즈 형상인 영역은 상기 발광 영역보다 넓은, 조명 장치.
  19. 제 1 표면의 제 1 영역에 제 1 오목 프레넬 렌즈 형상과;
    상기 제 1 표면의 제 2 영역에 제 2 오목 프레넬 렌즈 형상과;
    상기 제 1 표면과 반대측인 제 2 표면의 제 3 영역에 요철 형상을 포함하는 구조체와;
    상기 구조체의 상기 제 1 표면과 접촉하는 층과;
    상기 구조체의 제 1 영역 위에 상기 층을 사이에 두고 형성된 제 1 발광체와;
    상기 구조체의 제 2 영역 위에 상기 층을 사이에 두고 형성된 제 2 발광체를 포함하고,
    상기 구조체와 상기 층은 광을 투과할 수 있고,
    상기 층의 굴절률과 상기 제 1 발광체와 상기 제 2 발광체 내의 발광 영역들의 굴절률들은 상기 구조체의 굴절률보다 0.1 이상 높은, 조명 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 층의 굴절률은 상기 제 1 발광체와 상기 제 2 발광체 내의 발광 영역들의 굴절률들보다 0.1 낮은 값 이상인, 조명 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 층의 굴절률은 상기 제 1 발광체와 상기 제 2 발광체 내의 발광 영역들의 굴절률들 이상인, 조명 장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 층의 굴절률은 상기 제 1 발광체와 상기 제 2 발광체 내의 발광 영역들의 굴절률들보다 0.1 높은 값 이하인, 조명 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 발광체 측에 있는 상기 층의 표면은 평면 형상 또는 대략 평면 형상인, 조명 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 발광체와 상기 제 2 발광체 각각은 유기 일렉트로루미네선스를 이용한 광을 발광하는 면발광체인, 조명 장치.
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