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KR100968191B1 - 유전체 캐핑층들을 포함하는 유기 발광 소자들 - Google Patents

유전체 캐핑층들을 포함하는 유기 발광 소자들 Download PDF

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KR100968191B1
KR100968191B1 KR1020077011115A KR20077011115A KR100968191B1 KR 100968191 B1 KR100968191 B1 KR 100968191B1 KR 1020077011115 A KR1020077011115 A KR 1020077011115A KR 20077011115 A KR20077011115 A KR 20077011115A KR 100968191 B1 KR100968191 B1 KR 100968191B1
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electrode
capping layer
capping
organic
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지그프리트 에프 카르그
월터 리스
하이크 이 리엘
콘스탄체 로스트
하지메 나카무라
Original Assignee
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

본 발명은 제1 전극, 제2 전극, 제1 및 제2 전극 사이에 배치되는 적어도 하나의 유기 물질층 및 제1 전극과 반대편인 제2 전극 위에 배치되는 유전체 캐핑층을 구비하는 다중층 구조를 포함하고, 캐핑층은 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광의 방출을 위한 제2 전극과 반대편에 위치하고, 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성되는 광의 방출을 위한 외부면을 포함하는 것인 유기 발광 소자에 관한 것이다. 캐핑층은 외부광의 반사율이 감소되는 반면, 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광의 캐핑층을 통한 아웃커플링(outcoupling)이 증가되도록 하는 효과를 갖는다.

Description

유전체 캐핑층들을 포함하는 유기 발광 소자들{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICES COMPRISING DIELECTRIC CAPPING LAYERS}
본 발명은 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device), 그것을 제조하기 위한 방법 및 복수의 유기 발광 소자를 포함하는 어레이(array)를 제공한다.
지난 여러 해 동안 노트북이나 PDA(personal digital assistants)와 같은 이동 정보 통신 장치들은 급속한 발전을 경험해왔다. 통신 장치들은 더 가볍고 더 효율적이 되고 있다. 최근 이러한 장치들에서 평판 디스플레이(flat panel display)가 점점 더 널리 사용되고 있다. 오늘날, 이른바 액정 디스플레이(liquid crystal desplay, LCD)는 배경 조명(background lighting)의 필요 및 시야각(viewing angle)의 제한과 같은 일부 단점들이 있음에도 불구하고, 평판 디스플레이로서 사용된다.
액정 외에도, 유기 발광 다이오드, 이른바 유기 LED 또는 OLED가 평판 디스플레이에서 사용될 수 있다. 이러한 유기 LED는 더 높은 발광 효율(luminous efficiency) 및 증가된 시야각을 갖는다. 유기 LED의 기본 특징은 특정 유기 물질에 대한 전기발광성(electroluminescence)이다. 특정 유기 물질은 첫 번째 근사에서 대응하는 유기 LED에 의해 발생되는 광의 색상 즉, 파장(wavelengths)을 결정한 다.
도 1은 공지된 유기 LED(100)의 개략도를 도시한 것이다. 보통의 유기 LED(100)는 일반적으로 유리 또는 유사한 투명한 물질로 만들어지는 기판(substrate, 101)을 포함한다. 애노드층(102)은 상기 기판(101) 위에 형성된다. 바람직하게 애노드층(102)은 상대적으로 높은 일함수(work function)를 갖는 물질로 만들어지고, 가시광선(visible light)에 대하여 실질적으로 투명하다. 따라서 애노드층(102)을 위한 대표적인 물질은 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO)이다. 전기발광성 물질 층(103)은 애노드층(102) 위에 형성되고, 유기 LED(100)의 발광층(103)으로서 동작한다. 발광층(103)을 형성하기 위한 통상의 물질들은 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV)와 같은 중합체(polymer)들 및 트리스(8-옥시키놀리네이토) 알루미늄(tris (8-oxychinolinato) Aluminum, Alq3)과 같은 분자(molecule)들이다. 분자들의 경우, 발광층(103)은 일반적으로 여러 분자층을 포함한다. 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 또는 마그네슘(magnesium)과 같이 낮은 일함수를 갖는 물질의 캐소드층(104)은 발광층(103) 위에 형성된다. 캐소드층(104)과 애노드층(102)은 동작 중에 파워서플라이(power supply, 105)와 연결된다.
전기발광성의 기본 원리들 및 유기 LED의 기본 원리들을 후술한다. 애노드층(102) 및 캐소드층(104)은, 전하 캐리어 즉, 전자(electron)와 홀(hole)을 발광층(10) 즉, 활동층(active layer)으로 주입한다. 발광층(103)에서, 전하 캐리어는 전송되고, 반대 전하의 전하 캐리어는 이른바 여기자(exciton) 즉, 여기된 상태를 형성한다. 여기자는 광을 생성함으로써, 급격히(radiatively) 기저 상태(ground state)로 소멸된다. 그 후에, 생성된 광은 ITO와 같은 투명한 물질로 만들어진 애노드층(102)을 통하여 유기 LED에 의해 방출된다. 생성된 광의 색상은 유기층(103)을 위해 사용된 물질에 의존한다.
또한, 소위 다중층 유기 LED는 공지된 것이다. 다중층 유기 LED는 복수의 캐소드층 및/또는 복수의 유기층 및/또는 복수의 애노드층을 포함한다. 복수의 유기층을 사용함으로써, 단일 유기층을 포함하는 유기 LED에 비하여, 유기 LED의 효율성이 증가될 수 있다. 복수의 유기층 중에서 두 개의 유기층 간의 경계면은, 적어도 하나의 전하 캐리어 타입(전자 또는 홀)에 대하여, 다이오드를 통과하는 전류를 감소시키는 장벽(barrier)과 같이 동작할 수 있다. 따라서 적어도 하나의 전하 캐리어 타입이 경계면에서 축적되어, 전자와 홀의 재결합 확률이 증가되며, 유기 LED의 더 높은 효율을 야기한다.
"유기 표면-발광 다이오드에서 초박막 불화리듐/알루미늄 이중층(Ultrathin LiF/Al bilayer)의 응용, L.S. Hung 외, 응용물리학회지(Applied Physics Letters) 제 78권, 4호 (2001.01.22), 544-546쪽"에서, 애노드를 통하여 광을 방출하는 대신에, 생성된 광이 유기 LED의 캐소드를 통하여 방출되는 경우의 유기 LED가 개시된다. 그러한 유기 LED의 개략도가 도 2에 도시되어 있다. 산화인듐주석(ITO)층(201)은 유기 LED(200)의 기판으로서 제공된다. α-나프틸페닐비페닐 디아민(α-naphtylphenylbiphenyl diamine, NPB)층(202)은 ITO 기판(201) 위에 형성되고, 홀(hole) 전송층으로 동작한다. 반사 은 거울(silver mirror)이 ITO 기판(201) 아 래에 형성된다. Alq3층(203)은 홀 전송층(202) 위에 형성되며, 전자 전송/방출층으로 동작한다. 또한, 캐소드(204)는 Alq3층(203) 위에 형성된다.
캐소드(204)는, 광학적으로 투과형(transmissive)이고, 유기 LED를 위한 전자-주입 접촉(electron-injection contact)과 같이 효율적인 이른바 다중층 캐소드 구조로서, 복수의 캐소드층들에 의해 형성된다. 다중층 캐소드 구조는 LiF 초박막층(205), 전자-주입 접촉으로서의 알루미늄층(206), 및 박막 저항(sheet resistance) 감소를 위한 은층(207)을 포함한다. 또한, 광 전송의 향상을 위한 투명 유전체층(208)은 다중층 캐소드 구조 위에 형성된다. 이 투명한 유전체층(208)은 캐소드(204) 즉, 다중층 캐소드 구조를 통하여 광을 방출하는 것의 효율성을 증가시키기 위하여 사용된다.
이 유기 LED에서, 생성된 광은 캐소드(204)를 통하여 방출된다. 이러한 유기 LED는 탑-에미팅(top-emitting) 유기 LED 라고 명명된다. 탑-에미션(top-emission)은, 캐소드(204)가 LiF/Al 이중층을 포함하기 때문에 가능하다. LiF층(205)의 적절한 두께는 약 0.3nm로 주어지며, Al층(206)의 적절한 두께는 0.1nm에서 1.0nm 사이로 주어진다. 캐핑층(capping layer)이라고도 불리는 유전체층(208)을 위하여, Alq3 또는 산화마그네슘(MgO)이 사용될 수 있다.
이 유기 LED의 한 가지 단점은 굴절 유전체층(208)의 두께가 유기 LED의 색상 즉, 특정 유기 LED로부터 방출되는 광의 파장에 따라 조정되어야 한다는 것이다. 즉, 상이한 색을 방출하는 유기 LED 각각은 유기 LED의 효율성을 증가시키기 위해 상이한 굴절층(208)의 두께를 가져야 한다. 따라서 상이한 색들을 방출하는 유기 LED들을 포함하는 평판 디스플레이를 제조할 때, 각 색상마다 유기 LED를 위한 굴절 유기체층(208)의 두께가 상이하다. 개략적으로 이러한 단점을 설명하기 위하여, 도 2는 2a, 2b, 2c의 세 부분으로 구별된다. 도 2a로 표시된 좌측 도면은 청색광과 같이 상대적으로 짧은 파장의 광을 방출하기 위한 유기 LED를 도시한 것으로, 상대적으로 얇은 굴절 유전체층(208)을 갖는다. 도 2b로 표시된 중간 도면은 녹색광이나 황색광과 같이 중간 파장의 광을 방출하기 위한 유기 LED를 도시한 것으로, 도 2a에 도시된 굴절 유천체층(208)보다는 더 두꺼운 굴절 유전체층(208)을 갖는다. 도 2c로 표시된 우측 도면은 적색광과 같이 상대적으로 긴 파장의 광을 방출하기 위한 유기 LED를 도시한 것으로, 도 2a 및 2b에 도시된 것보다 더 두꺼운 굴절 유전체층(208)을 갖는다. 굴절 유전체층(208)의 목적을 달성하기 위해서는, 파장이 증가함에 따라, 더 긴 광 경로길이(optical pathlength)가 요구된다. 또한, 유기 LED의 α-나프틸페닐비페닐 디아민(NPB)층(202) 및 트리스(8-옥시키놀리네이토) 알루미늄(Alq3)층(203)의 두께도 마찬가지로 조정되어야 한다.
그러므로, 복수의 적색, 녹색 및 청색 픽셀들을 포함하는 디스플레이에서, 각각의 픽셀이 하나의 유기 LED에 의해 실현될(realized) 때, 각 색상마다 상이한 층 두께를 갖는 굴절 유전체층(208)이 유기 LED 위에 배치되어야 한다. 이것은 복수의 유기 LED를 포함하는 디스플레이의 제조 방법을 복잡하고 다루기 어렵게 만든다. 즉, 굴절 유전체층(208)의 모든 두께마다 별개의 프로세스 단계가 필요하게 된다.
이러한 유기 LED의 더 큰 단점은 굴절 유기체층(208)이 광 출력 즉, 발광 강도(luminous intensity)를 증가시키더라도, 여전히, 유기 LED의 명암비(contrast ratio)가 상대적으로 낮다는 것이다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 따른 유기 LED 및 복수의 유기 LED를 포함하는 디스플레이의 단점을 극복하는 것이다.
본 발명은 제1 전극, 제2 전극, 제1 전극 및 제2 전극 사이에 배치되는 적어도 하나의 유기(oraganic) 물질층, 및 제2 전극 위에 배치되는 유전체 캐핑층을 갖는 다중층 구조를 포함하는 유기 발광 소자(organic light emitting device)에 관한 것이다. 캐핑층은, 외부광의 반사율은 감소되는 반면, 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광의 캐핑층을 통한 아웃커플링(outcoupling)은 증가되도록 하는 효과가 일어나도록 하기 위하여 선택된다. 바람직하게는, 반사율이 국부 최소값(local minimum)으로 감소되는 두께 및 동일한 두께에서 휘도(luminance)라고도 불리는 생성된 광의 아웃커플링도 국부 최소값 또는 그에 근접하는 두께의 선택이 허용되는 물질이 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 제1 전극, 제2 전극, 제1 및 제2 전극 사이에 배치되는 적어도 하나의 유기 물질층, 및 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성되는 광의 방출을 위해 제2 전극과 마주보는 외부면(outer surface)을 포함하고 제1 전극과 반대편에 있는 제2 전극의 일면(side) 위에 배치되는 캐핑층을 갖는 유기 발광 소자의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 제1 전극을 제공하는 단계, 상기 제1 전극 위에 적어도 하나의 유기층을 형성하는 단계, 상기 적어도 하나의 유기층 위에 제2 전극을 형성하는 단계, 및 상기 제2 전극 위에 캐핑층을 형성하는 단계를 포함한다. 캐핑층에 의하여, 외부광의 반사율이 감소되고, 상기 캐핑층의 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광의 아웃커플링이 증가된다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 복수의 유기 발광 소자의 어레이(array)가 제공된다. 각각의 유기 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극의 사이에 배치된 적어도 하나의 유기 물질층, 및 상기 제1 전극과 반대편인 제2 전극 위에 배치된 유전체 캐핑층을 갖는 다중층 구조를 포함하고, 상기 캐핑층은 상기 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광의 방출을 위하여, 상기 제2 전극과 반대편에 있는 외부면(outer surface)을 포함한다. 상기 각 유기 발광 소자의 캐핑층은, 외부광의 반사율의 감소와, 상기 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광의 상기 캐핑층을 통한 아웃커플링(outcoupling)이 증가를 초래한다. 상기 복수의 유기 발광 소자 중 적어도 하나의 유기 발광 소자는 상기 복수의 유기 발광 소자 중 다른 하나의 유기 발광 소자의 광 색상과는 상이한 색상의 광을 방출한다. 더욱이, 상기 복수의 유기 발광 소자 각각의 캐핑층은 실질적으로 동일한 두께는 갖는다. 바람직하게는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 위한 물질의 선택된 세트(set)에 대하여, 외부광의 반사율이 감소되고, 반면 상기 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광의 상기 캐핑층을 통한 아웃커플링은 증가되도록 하기 위하여, 두께가 조정된다.
본 발명의 독특한 특징은, 동시에 전체 OLED 즉, 전체 OLED 스택의 반사율은 감소되고, 발광 강도(luminant intensity)는 증가되는 동안, 유기 발광 소자(OLED)의 캐핑층은 캐핑층 전체에 걸쳐서 동일한 두께를 나타날 수 있다는 것이다. 발명자는 놀랍게도 동시에 반사율과 휘도(luminance)를 개선하는 것이 가능함을 발견하였고, 더 높은 발광 강도와 효율성뿐만 아니라, 더 높은 명암비(contrast ratio)를 갖는 유기 발광 소자를 안출하였다.
본 발명에 따른 OLED 어레이의 장점은, 하나의 OLED가 방출하는 광의 색상과 무관하게, 각 OLED의 캐핑층의 두께가 실질적으로 동일하게 선택될 수 있다는 것이다. 따라서, OLED들의 어레이 즉, 디스플레이를 생산하는 방법이 간소화될 수 있다. 더욱이, 어레이는 광 방출면 즉, 캐핑층의 외부면에 의해 형성되는 면이 실질적으로 고른 표면이 되도록 생산될 수 있다. 예를 들어, OLED의 아래에 있는 층들이 이미 곡면인 경우, 광 방출면은 평면 또는 곡면으로 형성될 수 있다.
본 명세서에서, 캐핑층의 두께는 제2 전극과 캐핑층 사이의 경계면으로부터 캐핑층의 외부면까지 측정된다. 더욱이, "반사율"이라는 표현은 전체 OLED 소자에서의 반사도(reflectivity) 즉, 입사 광선의 강도와 반사 광선의 강도의 비(ratio)로 이해되어야 한다. 특히, 전체 OLED 소자의 반사율을 감소시킴으로서, 외부광 즉, 태양이나 사무실의 인공적인 광원과 같은 외부 광원의 입사광 반사율이 감소된다. 이것은, 하나의 경계면 예컨대, OLED의 캐핑층의 외부면으로부터 반사되는 입사광과 다른 하나의 경계면 예컨대, 제1 전극층에 인접한 유기층과 OLED의 제1 전극 사이의 경계면으로부터 반사되는 다른 입사광 간의 소멸 간섭(destructive interference)이 발생하도록 하기 위한 두께에 따라, 캐핑층의 두께를 조절함으로써 수행될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 기재된다. 실시예는 본 발명에 따른 유기 발광 소자와 관련하여 기재될 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 방법 및 복수의 유기 발광 소자를 포함하는 어레이에 관하여도 기재된다.
제1 전극은 복수의 서브층(sublayer)들을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 제1 전극은 반사층을 포함한다. 바람직하게, 반사층은 적어도 하나의 유기 물질층과 반대편인 제1 전극 위에 배치된다. 즉, 제1 전극은 반사층과 상기 적어도 하나의 유기 물질층 사이에 배치된다.
바람직하게, 반사층은 유전체층을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반사층은 금속층(metallic layer) 특히, 알루미늄(aluminum)층 또는 은층(silver layer)을 포함한다.
반사층은, 생성된 광이 반사층으로부터 제2 전극 방향으로 반사되도록 하기 때문에, 유기 발광 소자의 효율성이 증가될 수 있도록 하는 이점을 제공한다. 특히, 알루미늄은 일반적인 처리단계에 의해 용이하게 처리될 수 있으며, 저렴한 물질이기 때문에, OLED의 반사층으로서 적당한 물질이다. 더욱이, 알루미늄은 높은 반사율을 나타내도록 처리하기 용이하므로, 참조문헌으로 여기에 포함된 국제특허공보 제03/055275호에서 기재된 특정한 방법과 같이 표면이 처리되는 경우, 동시에 OLED의 전극으로도 사용될 수 있는 반사층을 제공하기에 적합하다. 반사층을 사용함으로써, 탑-에미팅(top-emitting) OLED의 효율성이, 투명한 제1 전극을 통하여 발광하는 OLED, 소위 기판-통과 발광(through-substrate emitting) OLED의 효율성 보다 더 높은 수치까지 증가되도록 할 수 있다.
바람직하게, 제1 전극은 산화주석인듐(indium tin oxide, ITO)을 포함한다. ITO는 투명하고, 상대적으로 높은 일함수를 나타내기 때문에, 제1 전극으로서 적합한 물질이다.
또 다른 실시예에서, 유기 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 복수의 유기 물질층을 포함한다. 복수의 유기 물질층을 사용함으로써, OLED의 효율성이 더 증가될 수 있다. 복수의 유기 물질층 중에서 두 개의 유기 물질층 사이의 경계면는 적어도 하나의 전하 캐리어 타입(전자 또는 홀)에 대하여 OLED를 통한 전류 흐름(current flow)을 방해하는 장벽으로서 기능할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 전하 캐리어 타입이 경계면에 축적되고, 그로 인해 전자와 홀의 재결합 확률이이 증가되며, OLED의 높은 효율성을 가져온다.
또 다른 실시예에서, 제2 전극은 복수의 제2 전극 서브층을 포함한다. 제2 전극은 불화리듐(LiF)층 및/또는 알루미늄(Al)층 및/또는 산화리듐(Li2O)층 및/또는 불화세슘(CsF)층 및/또는 벤조산리듐(Li-benzoate)층 및/또는 아세톤산리듐(Li-acetonate) 및/또는 칼슘(calcium)층 및/또는 마그네슘(magnesium)층 및/또는 티타늄(titanium)층 및/또는 은(silver)층을 포함한다. 이 모든 물질들은 제2 전극을 위한 물질들로 적합한 물질들이며, 상대적으로 낮은 일함수를 제공한다. 특히, LiF층 및/또는 Al층을 포함하는 제2 전극은, 상대적으로 낮은 일함수를 제공하기 때문에 효율적이다. 동시에, 얇은 LiF/Al층을 갖는 제2 전극은 OLED에 의해서 생성된 광을 그것을 통해 방출하는데 적합하다. LiF층의 적당한 두께는 0.3nm 범위내이며, Al층의 적당한 두께는 0.1nm에서 1.0nm 사이이다.
바람직하게, 캐핑층의 두께는 광의 상이한 파장에 대하여 외부 광원의 반사율이 감소되도록 조정된다. 캐핑층의 두께가 바람직하게는 적색, 녹색 및 청색과 같이 상이한 색상의 광에 대하여 실질적으로 동일하기 때문에, 광의 상이한 파장에 대한 소자 성능을 향상시키기 위해 캐핑층의 두께를 조정함으로써, 용이한 방법으로 상이한 색상의 광을 방출하는 OLED를 포함하는 디스플레이를 생산할 수 있다.
더욱이, 상이한 색상에 대해 상이한 두께를 갖는 전자 및/또는 홀 전송층(transport layer)이 사용된다면, 캐핑층의 두께는 이러한 전자 및/또는 홀 전송층의 두께의 차이를 보상하기 위해서도 조정될 수 있고, 이는 OLED 어레이의 표면이 매끈하도록 한다. 이러한 조정은 상이한 파장에 대하여 적당한 굴절율을 갖는 물질을 선택함으로써 수행될 수 있고, OLED의 균일하거나 평평한 표면이 달성되도록 한다. 즉, 상이한 색상에 대한 캐핑층의 물질 및/또는 물질의 굴절율은, 상이한 색상에 대한 광 경로길이의 차이가 상이한 색상에 대한 전자 및/또는 홀의 전송층 두께의 차이와 같도록 선택된다. 광 경로길이는, OLED, 바람직하게는 전체 OLED 즉, 전체 OLED 스택의 다양한 색상의 반사율이 감소되고 발광 강도 즉, 휘도가 증가되도록 한다
또 다른 실시예에서, 캐핑층은 복수의 캐핑서브층들을 포함한다. 바람직하게, 캐핑서브층 각각의 굴절률은 상이하다. 각각의 캐핑서브층 귤절률은 캐핑서브층 각각의 제1 전극으로부터의 거리에 따라 단조적으로(monotonically) 증가하거나 감소할 수 있다. 서브층 굴절률의 단조 증가 또는 단조 감소는, 서술적인 방법으로, 캐핑층의 두께에 대한 캐핑층 굴절률의 그래디언트(gradient)를 제공한다.
하나의 실시예에 따르면, 캐핑층은 이상 분산(anormalous dispersion)을 갖는 물질을 포함한다. 캐핑층에 대해 이상 분산을 갖는 물질을 사용함으로써, 상이한 색상의 광을 방출하는 OLED의 캐핑층이 동일한 두께를 갖더라도, 캐핑층이 광의 상이한 파장에 대하여 조정되도록 하는 것이 가능한다. 이것은 이상 분산을 갖는 물질이 광 파장이 증가함에 따라 함께 증가하는 굴절률을 갖는다는 사실 때문이다. 그러므로, 캐핑층을 사용함에 있어서 중요한 광 경로길이는 파장과 함께 증가한다. 그러므로, 파장과 함께 굴절률이 증가하는 것과 광 경로길이의 증가는 서로 매치될 수 있다. 따라서, 해당 LED 즉, 적색, 녹색 및 청색 광을 방출하는 OLED에 의해 방출되는 광의 색상에 관계없이, 모든 캐핑층에 대하여 동일한 캐핑층 두께가 달성될 수 있다.
캐핑층 물질은, 셀렌화납(PbSe) 및/또는 황화납(PbS) 및/또는 셀렌화아연(ZnSe) 및/또는 황화아연(ZnS) 및/또는 텔루르화납(PbTe)일 수 있다. 이 모든 물질들은 보통의 OLED에서 참조되는 파장 간격 즉, 본질적으로 약 400nm 에서 700nm의 가시광선의 범위 전부 또는 일부에서 이상 분산을 나타내는 물질들이다. 캐핑층을 위한 적합한 물질은 1.6 및 4 사이, 바람직하게는 2 및 3 사이의 굴절률을 갖는다. 캐핑층 물질의 분산은, 400nm 파장의 광에 대해서는 약 2.3, 700nm 파장의 광에 대해서는 약 2.7의 굴절률의 범위인 것이 가장 바람직하다. 그러나, 1.6 에서 2.2와 같은 낮은 굴절율 또는 2.8 에서 4과 같은 높은 굴절률을 갖는 물질도 캐핑층이 없는 OLED와 비교하여 개선된다. 따라서, 캐핑층 외부면의 반사율 감소 및 캐핑층 투과율(trasmittance) 증가에 있어서, 캐핑층에 의한 개선은 용이한 방법에 의해 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 캐핑층은 강유전성(ferroelectric) 물질 및/또는 액정(liquid crystalline) 물질을 포함한다. 강유전성 물질과 액정 물질은 물질의 굴절률을 조정할 수 있는 가능성을 보여준다. 따라서, 굴절률 및 굴절률에 관련된 광 경로길이가 조정될 수 있다. 그러므로, 굴절률을 조정할 수 있고, 제1 전극, 예컨대 애노드와 제2 전극, 예컨대 캐소드의 선택된 물질 세트에 대하여 외부광의 반사율은 감소되는 반면, 생성된 광의 캐핑층을 통한 아웃커플링은 증가되도록 하기 위한 캐핑층의 두께를 계산할 수 있다. 강유전성 물질 및 액정 물질은 이상 분산을 갖는 물질로 동작하도록, 특히, 조정 가능한 분산을 갖는 물질로서 동작하도록 조정될 수 있다.
캐핑층은 제3 전극 및 제4 전극 사이에 배치될 수 있다. 강유전성 물질 또는 액정 물질을 포함하는 캐핑층을 두 전극 사이에 배치함으로써, 캐핑층의 굴절율을 조정하기 위한 효율적인 방법이 제공된다. 이러한 물질들은 노출되는 전기장(electric field)의 강도에 따라 굴절률이 변경된다. 따라서, 캐핑층을 제3 및 제4 전극 사이에 배치하고, 이 전극들에 의해 제공되는 전기장을 변경함으로써, 캐핑층의 이상 분산을 시뮬레이팅(simulatiing)하면서, 각 색상에 대한 굴절률이 각각 설정될 수 있다. 예를 들어, 액정 물질 MBBA (p-메톡시- 베질리딘- p'-부틸아닐린)(p-methoxy- bezylidene- p'-butylaniline) 및 BMAOB (p-부틸- p-메톡시- 아조옥시벤젠)(p- butyl- p'- methoxy- azooxybenzene)은 그것들의 굴절률을 1.5에서 1.8 및 1.6에서 2.0으로 각각 변경한다. 캐핑층으로서의 액정 물질의 경우 제3 전극은 바람직하게는 다이아몬드상 탄소(diamond-like carbon)와 함께, 액정 물질이 이 액정 물질이 배치된 층의 배향(orientation)에 따라 정렬되는(align) 방식으로 처리된다. 본 발명에 따르면, 제1 전극 및 제2 전극이 제3 전극으로서 사용될 수 있다.
요약하면, 본 발명의 한 측면에 따르면, OLED의 하나의 전극층 위에 형성된 유전체 캐핑층을 제공함으로써, 전류가 소자를 통하여 흐르고 있을 때 광을 방출하는 유기 발광 다이오드 또는 소자와 같은 탑-에미팅(top-emitting) 유기 발광 소자(OLED)의 발광 광도, 특히 명암비(contrast ratio)가 증가된다. 이러한 유용한 기능을 제공하기 위하여 이러한 특성을 나타내는 적합한 물질이 선택되도록 할 수 있다. 더 바람직한 방법으로, 캐핑층 두께가 미리 결정된 캐핑층 두께의 범위, 바람직하게는 0nm 에서 50nm 사이의 범위 내에서 증가함에 따라 휘도(luminance)가 증가하는 물질이 선택될 수 있다. 보다 더 바람직한 방법으로는, 캐핑층 두께가 미리 결정된 두께 범위 내에서 증가함에 따라 반사율이 감소하는 물질, 보다 바람직하게는 동일한 두께 범위에서 휘도 증가가 가능한 물질이 선택될 수 있다. 가장 바람직한 실시예에서, 캐핑층에 대하여 휘도가 적어도 국부최대값(local maximum)을 보이고, 반사율이 적어도 국부 최소값 또는 비교적 그에 근접한 값을 보이는 두께가 선택될 수 있다. 여기서, 비교적 근접하다는 것은 다음 최소값(next minimum)으로부터 10nm 범위 이내, 바람직하게는 최소값으로부터 5nm 이하의 거리 있는 것으로 해석된다. 유전체 캐핑층은 광이 어느 전극을 통하여 OLED에 의해 방출되는지에 관한 선택에 따라서, OLED의 애노드 또는 캐소드 위에 형성될 수 있다. 캐핑층의 두께는 물리적으로 가능한 범위 내에서 외부광의 반사 및 생성된 광의 캐핑층을 통한 아웃커플링을 바람직한 값으로 개선시키도록 조정될 수 있다. 특히, 두께는 OLED에 의해 방출되는 광의 상이한 파장에 대하여 두께가 동일한 방식에 의해 결정되도록 할 수 있다.
특히, 캐핑층 표면의 반사율을 조정함으로써, 외부 광원의 입사광의 반사가 감소되며, 따라서 OLED의 명암비(contrast ratio)가 개선된다. 이것은 캐핑층의 두께를 경계면 예컨대, OLED의 캐핑층의 외부면으로부터 반사되는 입사광과, 다른 경계면 예컨대, 제1 유기층과 OLED의 애노드와 같은 제1 전극 사이의 경계면으로부터 반사되는 다른 입사광 간에 소멸 간섭이 발생하는 두께로 조정함으로써 수행될 수 있다.
바람직하게, 캐핑층은 스루-패싱(through-passing) 광의 파장이 증가함에 따라 캐핑층을 통한 광 경로길이가 증가하도록 이상 분산을 보이는 유전성 물질로 만들어진다. 종래의 유전성 물질이 정상적인 분산을 보이는 것에 반하여, 일부 유전성 물질들 예를 들어, 텔루르화납(PbTe), 셀렌화납(PbSe)과 같은 좁은 밴드갭 반도체(narrow bandgap semiconductors), 유리(glasses) 또는 유동체(liquids), 또는 황화납(PbS) 또는 황화아연(ZnS) 또는 셀렌화아연(ZnSe) 또는 이들의 조합들은 이상 분산을 나타내며, 따라서, 캐핑층을 위하여 선택되기에 적합한 물질들로서 자격을 갖는다. 이상 분산 물질에서의 광 경로길이는 캐핑층의 주어진 두께에서 파장이 증가함에 따라 증가하는 반면, 정상 분산을 나타내는 종래의 유전성 물질들은 파장의 증가에 따라 광 경로길이의 감소를 나타낸다. 캐핑층 물질의 굴절률은 바람직하게 400nm 파장에 대하여는 약 2.3, 700nm 파장에 대하여는 약 2.7이다. 그러나, 1.6에서 2.2 사이의 낮은 굴절률 또는 2.7 이상의 높은 굴절률을 갖는 물질도 캐핑층이 없는 OLED들에 비하여 개선을 제공한다. 따라서, 캐핑층에 대하여 이상 분산을 나타내는 유전성 물질층 사용함으로써, 상이한 색상의 광을 방출하는 OLED의 캐소드 위에 배치되는 두께가 동일한 캐핑층을 사용할 수 있도록 하는 용이한 방법이 제공된다. 이는 상이한 OLED들의 어레이 즉, 상이한 색상의 광을 방출하는 OLED들에 대하여 더 손쉽게 패터닝을 할 수 있고, 제조 방법이 간소화되는 이점을 가져온다.
선택적으로 또는 부가적으로, 캐핑층은 외부 전자장에 의해 설정될 수 있는 굴절율을 갖는 강유전성 물질 또는 액정 물질을 포함한다. 따라서 이러한 물질들을 포함하는 캐핑층이 두 개의 전극 사이에 삽입된다면, 각 색상 즉, 한 가지 색상의 광을 방출하는 OLED 각각의 굴절률이 개별적으로 설정될 수 있다.
본 발명은 모든 색상에 대하여 균일한 캐핑층을 갖는 소자를 제조하고, 전기적으로 조정 가능한 광 특성을 갖는 OLED를 제공하는 방법을 기재한다. 이 발명의 또 다른 이점은 개선된 광 출력 외에도 캐핑층이 마찬가지 방식으로 조정될 수 있고, 더 높은 명암비를 달성하기 위하여 반사율의 감소가 성취된다.
더욱이 캐핑층의 두께가 조정되는 것과 비교하여, OLED의 모든 층의 두께는 예를 들어, 반사율을 감소시키고, 동시에 층들의 아웃커플링 효율성을 증가 즉, OLED의 광출력을 증가시킴으로써, OLED를 최적화하도록 조정될 수 있다. 아웃커플링 효율성은 시야각(viewing angle) 즉, 사용자에 의해 OLED가 보일 수 있는 각도에 따라서도 조정될 수 있다. 두께를 조정하는 것에 의한 반사율의 감소는, OLED의 상이한 층들 사이의 상이한 경계들에서 반사되는 광선들 간의 소멸 간섭 효과를 사용하여 수행될 수 있다. 미리 결정된 굴절률 및 흡수 계수(absorption coefficient)를 갖는 전극 물질을 선택함으로써, 세밀하게 간섭을 조정할 수 있다. 소멸 간섭을 위해, 반파장 또는 반파장의 홀수 배(odd multiple), λ/2 간섭이 야기되는 광선들 간의 상대적 위상 편이(phase shift)가 사용된다. 진폭들의 합이 매칭할 경우, 완전한 소멸이 일어난다.
OLED의 애노드 및/또는 캐소드 및/또는 유기층은 단일층에 의해 또는 다중층 구조, 이른바 스택에 의해 형성될 수 있다. 또한, 반사층은 OLED의 효율성을 증가시키기 위하여, OLED의 하나의 면 위에 형성될 수 있다. 반사층은 금속 물질 또는 유전성 물질을 포함할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 유기 발광 소자의 개략도를 도시한 것이다.
도 2는 종래 기술에 따른 유기 발광 소자를 포함하는, 상이한 파장의 광을 방출하는 3 개의 서브픽셀들의 개략도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 어레이의 개략 도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 OLED에 관련된 시뮬레이션의 결과를 도시한 것이다.
이하, 본 발명이 도면에 나타난 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.
도 3a 내지 3c는 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 3개의 서브픽셀들의 어레이에 관한 개략도를 도시한 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 유기 발광 소자는 유기발광다이오드이다. 어레이(300)의 각 OLED는 기판(309)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 기판(309)은 그 위에 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO)층(301)이 형성된 유리 기판이다. 유리 기판(309) 아래에 즉, ITO층(301)의 반대편에 거울층(310)이 형성된다. ITO층(301)은 유기발광다이오드의 제1 전극 예컨대, 애노드로 사용되고, 도 3에 도시되지 않은 파워 서플라이에 연결된다. 거울층(310)은 OLED의 효율성을 향상시키기 위해 형성된다. 이러한 거울층(310)은, 예를 들어 은층(silver layer) 또는 유전물질에 의해 형성될 수 있다.
선택적으로, 애노드(301)는 알루미늄층에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 거울층(310)은 애노드(301)의 알루미늄이 반사율을 갖고, 스스로 거울층으로서 동작하도록, 애노드(301)의 알루미늄층을 처리함으로써 형성될 수 있다. 만약 거울층(310)이 유전성 반사 물질에 의해 형성되었다면, 거울층(310)은 전극으로서 사용될 수 없으므로, 유전체 거울층(310)의 경우 독립적인 전극층이 배치된다.
OLED의 활동 영역 즉, 유기 영역은 ITO층(301) 위에 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 OLED에서, 활동 영역층은 두 개의 서브층들을 포함한다. 제1 서브층(302)은 홀 전송층(302)으로 형성된다. 홀 전송층(302)은 α-나프틸페닐비페닐 디아민(NPB) 또는 종래 기술에서 알려진 등가의 다른 물질에 의해 만들어질 수 있다. 제2 서브층(303)은 전자 전송층으로서 형성되고, 트리스(8-옥시키놀리네이토) 알루미늄(Alq3)에 의해 만들어질 수 있다. 선택적으로, 활동 영역은 예를 들어, Alq3에 의해 만들어진 단일 발광층을 포함할 수 있다. 제1 서브층(302) 및 제2 서브층(303)의 바람직한 두께는 각각 약 60nm이다. OLED의 유기 영역은 전기발광성을 나타내는 유기 물질, 예를 들어, 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV)과 같은 중합체에 의해 만들어질 수 있다.
복수의 서브층(302, 303)을 포함하는 활동 영역은, OLED의 효율성을 증가시키기 위하여 사용될 수 있다. 활동 영역의 두 서브층(302, 303) 간의 경계면은 적어도 하나의 캐리어 타입(전자 또는 홀)에 대하여 OLED를 통한 흐름을 감소시키거나 방해하는 장벽으로서 동작할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 전하 캐리어 타입은 경계면에서 축적되며, OLED의 더 높은 효율성을 야기하기 위한 전자와 홀의 재결합 확률이 증가된다.
다중층 구조, 이른바 스택은 활동 영역 위에 형성된다. 다중층 구조는 제2 전극, 예컨대 OLED의 캐소드로서 사용된다. 따라서, 도 3a 내지 3c에 도시된 개략적인 OLED는 다중층 캐소드 구조, 즉 복수의 층을 포함하는 캐소드를 포함한다. 다중층 캐소드 구조의 제1 층(305)은 불화리듐(LiF)층(305)이다. LiF층(305)의 바람직한 두께는 약 0.3nm이다. 다중층 캐소드 구조의 제1 층(305)은 활동 영역(302, 303) 위에 형성된다. 다중층 캐소드 구조의 제2 층(306)은, 제1 층(305) 위에 형성된다. 제2 층(306)은 알루미늄으로 만들어지고, 0.1nm 에서 0.6nm 사이의 바람직한 두께를 갖는다. 도 3a 내지 3c에 도시된 실시예에서, 다중층 캐소드 구조는 또한 제3 층(307)을 포함한다. 제3 층(307)은 은으로 만들어지고, 약 20nm의 바람직한 두께는 갖는다. 은층(307)의 목적은 캐소드의 저항을 감소시키기 위한 것이다.
캐소드는 다중층 캐소드 구조에 한정되지 않으며, 단일층으로 형성될 수도 있다. 알루미늄 또는 칼슘 또는 마그네슘 또는 마그네슘-은 합금을 포함하는 물질은 그러한 단일층 캐소드로 사용될 수 있다. 일반적으로, 칼슘 또는 마그네슘 캐소드를 갖는 OLED는, 칼슘 또는 마그네슘층의 두께가 알루미늄층의 두께와 같은 경우, 광의 가시 스펙트럼 내에서 예를 들어, 약 550nm의 파장에서 알루미늄에 의해 만들어진 캐소드를 갖는 OLED에 의해 제공되는 휘도보다 약 30% 높은 휘도를 제공한다.
캐핑층(308)은 캐소드 스택 즉, 도 3의 캐소드 스택의 제3 층(308) 위에 형성된다. 캐핑층(308)은 이 실시예에서, 가시광 즉, 400nm 에서 700nm 사이의 파장을 갖는 광의 범위에서 이상 분산을 나타내는 유전성 물질로 만들어진다. 이상 분산은 굴절률 n이 각 주파수(angular frequency)에 따라 감소하는 즉, 굴절률 n이 파장에 따라 증가하는 유형의 분산이다. 캐핑층(308)에 적합한 물질은 셀렌화납(PbSe) 또는 황화납(PbS) 또는 셀렌화아연(ZnSe) 또는 황화아연(ZnS) 또는 텔루 르화납(PbTe)이다 이상 분산을 나타내는 물질을 사용하는 것은, 상이한 색상을 방출하는 OLED에 대하여 동일한 두께의 캐핑층을 사용할 수 있는 가능성을 제공한다.
캐핑층(308)은, 외부광의 반사가 감소되는 것과 동시에, OLED에서 생성된 광에 대한 캐핑층을 통한 아웃커플링이 증가되도록 하는 효과가 발휘되도록 선택된다. 여기서 자세히 설명되는 바와 같이, 이는 물질과 두께의 선택에 관한 문제이다.
도 3 a 내지 3c에서, 상이한 광에 대한 홀 전송층(302) 및 전자 전송층(303)이 동일한 두께를 갖는 것으로 도시되어 있지만, , 전자 및/또는 홀 전송층(303, 202)는 상이한 색상에 대하여 상이한 두께를 가질 수 있다. 이 경우, 캐핑층(308)의 두께는 전자 및/또는 홀 전송층(302, 303)의 두께 차이를 보상하기 위해서도 조정될 수 있어서, 고른 또는 평평한 면이 생기게 한다. 이러한 조정은 상이한 파장에 대하여 적절한 굴절률을 갖는 물질을 선택함으로서 달성될 수 있다. 즉, 상이한 색상에 대하여 캐핑층(308)의 물질 및/또는 물질의 굴절률은, 상이한 색상에 대한 광 경로길이의 차이가 상이한 색상에 대한 전자 및/또는 홀 전송층의 두께의 차이와 같도록 선택된다. 광 경로길이는 전체 OLED 즉, 전체 OLED 스택의 반사율이 감소되고, 발광 강도가 증가되도록 선택된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 OLED(400)의 개략도를 도시한 것이다. 도 4의 실시예에서, OLED(400)는 은을 포함하는 거울층(401)을 포함한다. 거울층(401)은 다시 반사하는 광에 의한 OLED의 광출력이 증가하도록 하기 위해 사용된다. ITO로 만들어진 전극층(402)은 거울층(401) 위에 형성된다. ITO층(402)은 제1 전극, 즉 OLED(400)의 애노드로서 사용되고, 도 4에 도시되지 않은 파워 서플라이에 연결된다. 선택적으로, 애노드(402)는 알루미늄으로 형성될 수 있고, 애노드(402)의 알루미늄이 애노드(402)가 반사율을 갖도록 처리되는 경우에 거울층(401)은 생략될 수 있다.
OLED의 활동 영역(403) 즉, 유기 영역은 애노드(402) 위에 형성된다. 도 4에 도시된 개략적인 OLED에서, OLED의 발광층으로 동작하는 활동 영역은 Alq3로 만들어질 수 있다. 도 3과 관련하여 설명된 것과 마찬가지로, 선택적으로, 활동 영역(403)은 OLED의 효율성을 증가시키기 위해, 복수의 서브층을 포함하는 다중층(multilayer)으로 형성될 수 있다.
제2 전극층(404)은 활동 영역(403) 위에 형성된다. 제2 전극층(404)은 OLED의 제2 전극(404) 즉, 캐소드로서 사용된다. 도 4에 도시된 개략적인 OLED에서, 캐소드(404)는 알루미늄으로 만들어진다. 선택적으로, 도 3과 관련하여 설명된 것과 같이, 캐소드(404)는 다중층 캐소드 구조로서 형성될 수 있다.
제3 전극(405)은 캐소드(404) 위에 형성된다. 제3 전극(405)은 강유전성 물질 또는 액정 물질에 의해 만들어지고, 제3 전극(405) 상에 형성되는 캐핑층(406)의 굴절률을 조정하기 위하여 사용된다.
제4 전극(407)은 캐핑층(406) 위에 형성된다. 제3 전극(405) 및 제4 전극(407)은 캐핑층(406)의 굴절률을 조정하기 위하여 사용된다.
이미 언급한 바와 같이, 강유전성 물질 및 액정 물질은 굴절률을 조정할 수 있는 가능성을 보여준다. 따라서 굴절률 및 굴절률과 관련하여 그러한 물질들에 의해 형성된 캐핑층(406)의 광 경로길이는 조정 가능하다. 그러므로, 전체 OLED 스택의 반사율이 감소되고, 그에 더해 캐핑층(406)을 통한 아웃커플링이 증가되도록 하기 위하여, 굴절률을 조정하고, 캐핑층(406)의 두께를 계산하는 것이 가능하다. 강유전성 물질 및 액정 물질이 이상 분산을 갖는 물질로서 동작하도록, 특히 조정 가능한 분산을 갖는 물질로서 동작하도록 조정될 수 있음은 서술적 방법으로 설명될 수 있다.
강유전성 물질 또는 액정 물질을 포함하는 캐핑층(406)을 제3 전극(405) 및 제4 전극(407) 사이에 배치함으로써, 캐핑층(406)의 굴절률을 조정하기 위한 효율적인 방법이 제공된다. 이 물질들은 현재 전기장의 강도에 따라 굴절률을 변경할 수 있다. 따라서 각 색상에 대한 굴절률이 개별적으로 설정될 수 있고, 캐핑층(406)을 제3 전극(405)과 제4 전극(407) 사이에 배치하고, 이 전극들(405. 407)에 의해 제공되는 전기장을 변경함으로써, 캐핑층(406)의 이상 분산을 시뮬레이팅(simulating)한다. 선택적으로, OLED의 제2 전극(404)은 제3 전극(405)으로도 사용될 수 있다. 캐핑층(406)으로서 액정 물질을 사용하는 경우, 제3 전극(405)은 바람직하게는 예를 들어, 다이아몬드상 탄소(diamond-like carbon)와 함께 액정 물질이 정렬되는 방식으로 처리된다.
도 5에서, 시뮬레이션의 결과가 도시된다. 시뮬레이션은 반사율과 휘도가 함께 개선될 수 있다는 본 발명에 따른 견해의 실행 가능성을 보여주기 위해 수행되었다. 도 5에서, 백색광에 대한 반사율과 적색, 녹색 및 청색광에 대한 방출되 는 광의 휘도에 관한 시뮬레이션 결과가 도시된다. 더욱이, 시뮬레이션은 유리 기판(309), 제1 전극층(301)(예를 들어, 70nm의 두께를 갖는 알루미늄으로 만들어진 애노드층, 5nm의 두께를 갖는 불소화 탄소(flourinated carbon, CFX)로 만들어진 서브층, 홀 전송층으로 동작하는 40nm 에서 80nm 사이의 두께를 갖는 NPB로에 만들어진 제1 서브층(302), 10nm의 두께를 갖는 발광층, 40 nm에서 70nm의 Alq3의 전자 전송층(303), 및 제2 전극(305-307)(예를 들어, 10nm의 두께를 갖는 알루미늄으로 만들어진 캐소드)을 포함하는 OLED를 기초로 하여 수행되었다. 셀렌화아연(ZnSE)으로 만들어진 캐핑층(308)은 캐소드(305-307) 위에 형성된다. 시뮬레이션에서, 캐핑층(308)의 두께는 30nm와 70nm 사이에서 5nm 간격으로 가변되었다. 더욱이, 반사율과 휘도는 380nm와 780 nm 사이의 광의 파장에 대하여 연구되었으며, 파장은 20nm 간격으로 가변되었다.
도 5a는 캐핑층(308)(Alq3: 65nm, NPB: 55nm)의 두께에 대하여, 녹색광의 아웃커플링된 휘도와 백색광의 반사율를 도시하는 다이어그램을 도시한다. 두께는 0nm와 70nm 사이에서 가변된다. 반사율는 약 45nm의 캐핑층 두께에서 65%부터 약 30%까지 감소하고, 70nm의 캐핑층 두께에서 50%까지 증가함을 보여준다. 동시에, 아웃커플링된 휘도는 0nm 두께의 캐핑층(308)에 대한 상대적인 값 0.15부터 최소 반사율를 갖는 45nm 두께의 동일한 캐핑층에 대한 최대값 0.33까지 증가한다.
도 5b는 캐핑층(308)의 두께에 대하여, 청색광의 반사율와 아웃커플링된 휘도를 도시하는 다이어그램을 나타낸다. 두께는 0nm와 70nm 사이에서 가변된 다(Alq3: 55nm, NPB: 50nm). 청색광의 휘도는 0nm 두께의 캐핑층에 대한 0.15에서 35nm 두께의 상응하는 캐핑층을 대한 0.28의 최대값까지 증가하고, 70nm의 캐핑층 두께에서 0.16까지 서서히 감소한다. 대응하는 반사율은 35nm에서 15%의 최소값을 갖는 반대의 양상을 보여준다.
도 5c에서 캐핑층(308)의 두께에 대하여 적색광의 휘도와 반사율을 도시하는 다이어그램을 내타낸다. 두께는 0nm와 70nm 사이에서 가변된다(Alq3: 70nm, NPB: 55nm). 적색광의 휘도는 0nm의 캐핑층 두께에 대응하는 0.09에서부터 약 5nm의 캐핑층 두께에서의 최대값 0.19까지 증가하고, 70nm의 캐핑층 두께에서 0.13으로 감소함을 보여준다. 반사율은 마찬가지로 45nm의 캐핑층 두께에서 19%의 최소값을 갖는다.
도 5a, 5b 및 5c로부터, 백색광의 반사율의 최소값과 마찬가지로, 실질적으로 동일한 캐핑층의 두께에서 녹색, 적색 및 청색광의 최대값을 달성할 수 있음을 알 수 있다. 캐핑층(308)의 대응하는 두께는 35nm 와 45nm 사이에서 가변한다. 따라서, 외부 광원의 반사율이 감소되고, 반대로 생성된 광의 캐핑층(308)을 통한 아웃커플링된 휘도는 증가되도록 하기 위하여, 미리 결정되는 캐핑층(308)의 두께가 조정될 수 있다.
요약하면, 여기서 모든 색상에 대하여 실제로 단지 하나의 캐핑층 두께를 갖는 개선된 디스플레이를 제조하는 방법과 전기적으로 조정 가능한 광 특성을 갖는 OLED를 제공하는 방법이 설명된다. 본 발명의 또 다른 이점은, 개선된 광 출력에 더하여, 더 높은 명암비(contrast ratio)가 달성되도록 하기 위해, 반사율의 감소가 수행되도록 캐핑층(308)이 조정될 수 있다는 것이다.
더욱이, 캐핑층(308)의 두께를 조정하는 것에 더해, 예를 들어, 반사율을 감소시키고, 동시에 층의 투과율을 증가 즉, OLED의 광출력을 증가시킴으로써 OLED를 개선하기 위하여 OLED의 모든 층들의 두께가 조정될 수 있다. 두께의 조정은 OLED의 상이한 층들 간의 상이한 경계면들에서 반사되는 광선들 간의 소멸 간섭의 효과를 이용하여 성취될 수 있다. 소멸 간섭을 위하여, 반파장(λ/2) 간섭이 야기되는 광선들 간의 상대적 위상 천이가 사용된다.
본 발명과 본 발명의 장점들이 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항들에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서, 다양한 변화, 치환 및 변경이 행해질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (10)

  1. 다중층 구조(multilayer structure)를 포함하는 유기 발광 소자로서,
    제1 전극;
    제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 적어도 하나의 유기 물질층; 및
    상기 제2 전극 위에 배치되고, 상이한 굴절률을 갖는 복수의 캐핑서브층들을 포함하는 유전체 캐핑층(dielectric capping layer)으로서, 외부광의 반사의 감소 및 상기 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광의 상기 유전체 캐핑층을 통한 아웃커플링의 증가를 제공하는, 상기 유전체 캐핑층
    을 가지고,
    상기 캐핑서브층들의 귤절률들은, 상기 제1 전극으로부터 각 개별 캐핑서브층의 거리에 대하여 단조 증가 또는 단조 감소하는 것인, 유기 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광을 제2 전극 방향으로 반사시키기 위한 반사층을 더 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반사층은, 유전체층과 금속층 중 하나를 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 반사층은, 상기 적어도 하나의 유기 물질층과 반대편인, 상기 제1 전극의 면 위에 배치되는 것인, 유기 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide)을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유전체 캐핑층은, 이상 분산(anomalous dispersion)을 갖는 물질을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유전체 캐핑층은, 셀렌화납(PbSe), 황화납(PbS), 셀렌화아연(ZnSe), 황화아연(ZnS), 텔루르화납(PbTe), 강유전성(ferroelectric) 물질, 또는 액정(liquid crystalline) 물질을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유전체 캐핑층은 제3 전극과 제4 전극 사이에 배치되고, 상기 제3 전극은 상기 유전체 캐핑층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 것인, 유기 발광 소자.
  9. 유기 발광 소자(OLED)를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 적어도 하나의 유기 물질층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 전극 상에 유전체 캐핑층(dielectric capping layer)을 형성하는 단계로서, 상기 유전체 캐핑층은 소정의 두께-이 두께는, 상기 OLED 상으로 입사되는 외부광의 반사를 최소화시키고, 상기 적어도 하나의 유기 물질층에서 생성된 광의 상기 캐핑층을 통한 아웃커플링을 최대화시키는 두께임-를 갖는 것인, 상기 유전체 캐핑층 형성 단계
    를 포함하고,
    상기 유전체 캐핑층 형성 단계는, 상이한 굴절율을 갖는 복수의 캐핑 서브층들을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 상이한 굴절율을 갖는 복수의 캐핑서브층들을 형성하는 단계는, 상기 제1 전극으로부터 각 개별 캐핑서브층의 거리에 대하여 단조 증가 또는 단조 감소하는 굴절율을 갖도록 캐핑서브층들을 형성하는 것을 포함하는 것인, 유기 발광 소자(OLED)를 형성하는 방법.
  10. 삭제
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