KR100703021B1 - Ｅｌ 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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히데카즈 고바야시
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 출력되는 광의 색순도를 향상시킬 수 있고, 또한 구성이 간단하여 제조가 용이한 EL 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
EL 장치(100)는 적색의 R화소와, 녹색의 G화소와, 청색의 B화소를 구비하고, 각 R, G, B화소는 한 쌍의 전극(4, 9) 사이에 개재된 발광층(7)을 구비한다. 투광성 전극(4) 중 발광층(7)과 반대쪽 면에 형성된 절연체 적층막(18)은 저굴절률층(17a, 17b, 17c)과 고굴절률층(16a, 16b, 16c)을 갖는다. 저굴절률층과 고굴절률층의 각각은 균일한 두께를 갖는다. 발광층(7)이 발광하면, 투광성 전극(4)과 절연체 적층막(18) 사이의 계면 및 저굴절률층(17a, 17b, 17c)과 고굴절률층(16a, 16b, 16c) 사이의 계면에서의 반사에 의해, R화소, G화소 및 B화소의 어느 것의 발광 피크 파장에서도, 절연체 적층막이 없는 경우보다도 높은 강도의 광이 절연체 적층막으로부터 방출되도록 저굴절률층과 고굴절률층의 두께가 결정된다.
EL 장치, 발광층, 고굴절률층, 저굴절률층, 투광성 전극, 절연체 적층막

Description

ＥＬ 장치 및 전자 기기{ELECTRO-LUMINESCENCE DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 풀컬러(full-color) 발광형 유기 EL 장치의 배선 구조를 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 유기 EL 장치의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 유기 EL 장치에서의 각층(各層)의 특성을 나타낸 표.
도 4는 본 발명에 따른 유기 EL 장치에서의 화소에서 발광한 광의 진로(進路) 예를 나타낸 모식도.
도 5는 본 발명에 따른 유기 EL 장치의 각 화소에 겹치는 영역으로부터 방출(放出)된 광의 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 6은 비교예의 유기 EL 장치의 각 화소에 겹치는 영역으로부터 방출된 광의 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 7의 (a)는 본 발명에 따른 유기 EL 장치의 제조의 일 공정을 나타낸 단면도, (b)는 (a) 후의 공정을 나타낸 단면도, (c)는 (a) 후의 공정을 나타낸 단면도.
도 8의 (a)는 도 7의 (c) 후의 공정을 나타낸 단면도, (b)는 (a) 후의 공정을 나타낸 단면도, (c)는 (a) 후의 공정을 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 유기 EL 장치에서의 수직 입사광에 기인하는 광의 진 로 예를 나타낸 모식도.
도 10은 본 발명에 따른 유기 EL 장치에서의 R화소에 겹치는 영역에 대한 외부로부터 유기 EL 장치에 수직 입사하는 광에 대한 반사율 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 유기 EL 장치에서의 G화소에 겹치는 영역에 대한 외부로부터 유기 EL 장치에 수직 입사하는 광에 대한 반사율 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 유기 EL 장치에서의 B화소에 겹치는 영역에 대한 외부로부터 유기 EL 장치에 수직 입사하는 광에 대한 반사율 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 13은 본 발명에 따른 다른 유기 EL 장치에서의 각층의 특성을 나타낸 표.
도 14는 본 발명에 따른 다른 유기 EL 장치에서의 각층의 특성을 나타낸 표.
도 15는 본 발명에 따른 다른 유기 EL 장치에서의 각층의 특성을 나타낸 표.
도 16은 본 발명에 따른 풀컬러 발광형 유기 EL 장치의 제 3 실시예의 단면도.
도 17은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 풀컬러 발광형 무기 EL 장치의 일부를 나타낸 단면도.
도 18의 (a)는 본 발명에 따른 전자 기기를 나타낸 도면, (b)는 본 발명에 따른 다른 전자 기기를 나타낸 도면, (c)는 본 발명에 따른 전자 기기를 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
4…화소 전극(양극(陽極), 투광성 전극)
7…발광층
9…대향 전극(음극(陰極))
16a, 16b, 16c…제 2 층간절연층(고(高)굴절률층)
17a, 17b, 17c…제 2 층간절연층(저(低)굴절률층)
18…절연체 적층막
100…유기 EL 장치(EL 장치)
202…투광성 전극
204…발광층
206…배면(背面) 전극
207…절연체 적층막
208…저굴절률층
209…고굴절률층
본 발명은 EL 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
최근 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 휴대전화기, 전자수첩 등의 전자 기기에 있어서, 정보를 표시하는 수단으로서 복수의 일렉트로루미네선스(이하, EL이라고 칭함) 소자를 구비하는 EL 장치가 제안되어 있다. EL 소자에서는 대향하는 한 쌍의 전극 사이에 EL층(발광층)이 배치되어 있다.
EL 장치 분야에 있어서, 다른 굴절률을 갖는 층을 번갈아 적층한 다층막을 사용하여 특정 파장의 광을 공진(共振)시키는 것이 알려져 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는, 유리 기판 전면(全面)에 형성된 유전체로 이루어지는 반투명 반사막과, 그 위에 형성된 SiO2으로 이루어지는 스페이서와, 그 위에 형성된 투명 양극과, 그 위에 형성된 정공 주입층과, 그 위에 형성된 발광층과, 그 위에 형성된 음극을 갖는 EL 장치가 개시(開示)되어 있다. 이 발광층은 모든 화소에서 공통의 재료로 형성되어 있어 백색광을 발하지만, 목적으로 하는 출력색을 다르게 하기 때문에, 투명 양극과 정공 주입층과 발광층의 광학거리 합 또는 SiO2의 스페이서 두께는 목적으로 하는 출력색에 따라 다르다. 따라서, 같은 백색 발광 재료로 발광층을 형성하여도, R(적색), G(녹색), B(청색)의 출력색이 얻어진다.
또한, 특허문헌 2에는, R, G, B화소에 대해서 각각 다른 재료로 형성된 발광층과, 모든 발광층에 겹치는 반투명한 반사층 그룹을 구비하는 EL 장치가 개시되어 있다. 반투명한 반사층 그룹은 모든 발광층에 대하여 같은 구조이지만, 출력색의 색순도(色純度)를 향상시키기 위해, R광의 공진에 적합한 반(半)반사층과, G광의 공진에 적합한 반반사층과, B광의 공진에 적합한 반반사층을 갖는다. 이들 반반사층의 각각은 복수의 저굴절률층(예를 들어 SiO2의 층)과 복수의 고굴절률층(예를 들어 TiO2의 층)을 갖고 있으며, 이들 저굴절률층과 고굴절률층은 번갈아 적층되어 있 다. 반반사층 각각에 있어서, 고굴절률층의 굴절률 n1, 그 두께 d1, 저굴절률층의 굴절률 n2, 그 두께 d2는 식 (1)의 관계를 충족시키도록 설정되어 있다.
n1·d1=n2·d2=(1/4+m/2)·λ …(1)
여기서, λ은 반사되어 공진되어야 할 광의 파장이며, m은 0이상의 정수 중 어느 하나이다. 따라서, 반사층 각각에 있어서, 저굴절률층은 서로 같은 두께 d2를 갖고, 고굴절률층은 서로 같은 두께 d1을 갖는다.
[특허문헌 1] 일본국 특허제2797883호 공보
[특허문헌 2] 일본국 공표특허2003-528421호 공보
그러나, 특허문헌 1의 EL 장치에서는, 백색 발광으로부터 다른 색을 출력할 수 있어도, 출력되는 광의 색순도를 향상시키는 것은 곤란하다. 또한, R, G, B의 모든 파장 대역에 대하여 어느 정도의 발광 강도를 갖는 백색 발광 재료는 한정되어 있다.
또한, 특허문헌 2의 EL 장치에서는, 실제로는 예를 들어 R화소의 적색 발광은 G 또는 B의 광에 적합한 층에서 상당히 반사된다. 따라서, 모든 색의 화소의 발광이 반투명한 반사층 그룹을 통과하는 동안에 상당히 감쇠(減衰)하여, 원하는 공진 효과를 얻을 수는 없다. 또한, 발광층에서 발광된 광은 다양한 계면에서 반사하거나 투과하여 출력될 때까지 다양한 경로를 통과하기 때문에, 식 (1)에 준거하여 저굴절률층 및 고굴절률층의 두께를 결정하는 것이 현저한 공진 효과로 결부된다고는 할 수 없다. 또한, 반투명한 반사층 그룹은 R광의 공진에 적합한 반반사 층과, G광의 공진에 적합한 반반사층과, B광의 공진에 적합한 반반사층을 갖기 때문에, 층의 수가 필연적으로 많아 제조가 곤란하다.
그래서, 본 발명은 출력되는 광의 색순도를 향상시키는 것이 가능하고, 또한 구성이 간단하여 제조가 용이한 EL 장치와 이러한 EL 장치를 구비한 전자 기기를 제공한다.
본 발명에 따른 EL 장치의 일 형태는, 적색에 상당하는 광을 발광 가능한 R화소와, 녹색에 상당하는 광을 발광 가능한 G화소와, 청색에 상당하는 광을 발광 가능한 B화소를 구비하는 EL 장치로서, 상기 각 화소는 한 쌍의 전극과, 이들 전극의 사이에 끼워져 전기 에너지가 공급됨으로써 발광하는 발광층을 적어도 갖고 있으며, 상기 전극 중 한쪽은 투광성 전극이고, 상기 투광성 전극 중 상기 발광층과 반대쪽 면에는 절연체 적층막이 형성되어 있고, 상기 절연체 적층막은 투광성 절연체로 형성된 복수의 저굴절률층과, 상기 저굴절률층보다도 높은 굴절률을 갖는 투광성 절연체로 형성된 복수의 고굴절률층을 갖고 있으며, 이들 저굴절률층과 고굴절률층은 번갈아 적층되어 있고, 각 저굴절률층은 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 발광 영역 전역(全域)에 걸쳐 형성되고, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고 있으며, 각 고굴절률층은 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 발광 영역 전역에 걸쳐 형성되고, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고 있으며, 복수의 상기 저굴절률층은 서로 다른 두께를 갖고 있으며, 복수의 상기 고굴절률층은 서로 다른 두께를 갖고 있으며, 상기 발광층이 발광하면, 적어도 상기 투광성 전극과 상기 절연체 적층막 사이의 계면 및 상기 저굴절률층과 상기 고굴절률층 사이의 계면에서의 반사에 의해, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것의 발광 피크 파장에서도, 상기 절연체 적층막이 없는 경우보다도 높은 강도의 광이 상기 절연체 적층막으로부터 방출되도록 상기 저굴절률층과 상기 고굴절률층의 두께가 결정되는 것을 특징으로 한다.
이 형태의 EL 장치에서는, 투광성 전극의 발광층과 반대쪽에서 복수의 저굴절률층과 복수의 고굴절률층이 번갈아 적층된 절연체 적층막이 배치된다. 저굴절률층과 고굴절률층의 두께가 적절히 결정됨으로써, 발광층이 발광하면, 적어도 투광성 전극과 절연체 적층막 사이의 계면 및 저굴절률층과 고굴절률층 사이의 계면에서의 반사에 의해, R화소, G화소 및 B화소의 어느 것의 발광 피크 파장에서도, 절연체 적층막이 없는 경우보다도 높은 강도의 광이 절연체 적층막으로부터 방출된다. 「발광 피크 파장」은 화소의 발광층으로부터 방출되는 광의 파장 중 가장 강도가 높은 파장이다. 본 발명에서는 R화소의 발광 피크 파장에서도, G화소의 발광 피크 파장에서도, B화소의 발광 피크 파장에서도 절연체 적층막에 의해 높은 강도의 광이 방출된다. 따라서, 출력되는 광의 색순도를 향상시키는 것이 가능하다. 복수의 저굴절률층은 서로 다른 두께를 갖지만, 각 저굴절률층은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고, 복수의 고굴절률층은 서로 다른 두께를 갖지만, 각 고굴절률층은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖기 때문에, 화소에 따라 두께를 변화시킬 필요가 없다. 즉, R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 절연체 적층막은 공통의 구조를 갖는다. 또한, R광의 공진에 적합한 층과, G광의 공진에 적합한 층, B광의 공진에 적합한 층을 각각 별도로 설계할 필요도 없다. 따라서, 이 EL 장치의 구성은 간단하여 제조가 용이하다.
본 발명에 따른 EL 장치의 다른 형태는, 적색에 상당하는 광을 발광 가능한 R화소와, 녹색에 상당하는 광을 발광 가능한 G화소와, 청색에 상당하는 광을 발광 가능한 B화소를 구비하는 EL 장치로서, 상기 각 화소는 한 쌍의 전극과, 이들 전극의 사이에 끼워져 전기 에너지가 공급됨으로써 발광하는 발광층을 적어도 갖고 있으며, 상기 전극 중 한쪽은 투광성 전극이고, 상기 투광성 전극 중 상기 발광층과 반대쪽 면에는 절연체 적층막이 형성되어 있고, 상기 절연체 적층막은 투광성 절연체로 형성된 저굴절률층과, 상기 저굴절률층보다도 높은 굴절률을 갖는 투광성 절연체로 형성된 고굴절률층을 갖고 있으며, 상기 저굴절률층은 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 발광 영역 전역에 걸쳐 형성되고, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고 있으며, 상기 고굴절률층은 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 발광 영역 전역에 걸쳐 형성되고, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고 있으며, 상기 절연체 적층막 측으로부터 상기 투광성 전극 및 상기 발광층을 향하여 광을 입사시켰을 때, 적어도 상기 투광성 전극과 상기 절연체 적층막 사이의 계면 및 상기 저굴절률층과 상기 고굴절률층 사이의 계면에서의 반사에 의해, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 각 발광 피크 파장의 ±20㎚ 내에 있는 파장에서의 반사율이 각 발광 피크 파장의 ±50㎚ 내의 다른 파장에서의 반사율보다도 낮아지도록 상기 저굴절률층과 상기 고굴절률층의 두께가 결정되는 것을 특징으로 한다.
이 형태의 EL 장치에서는, 투광성 전극의 발광층과 반대쪽에서 저굴절률층과 고굴절률층을 갖는 절연체 적층막이 배치된다. 저굴절률층과 고굴절률층의 두께가 적절히 결정됨으로써, 발광층 측으로부터 투광성 전극 및 절연체 적층막을 향하여 광을 입사시켰을 때, 적어도 투광성 전극과 절연체 적층막 사이의 계면 및 저굴절률층과 고굴절률층 사이의 계면에서의 반사에 의해, 각 발광 피크 파장의 ±20㎚ 내에 있는 파장에서의 반사율이 각 발광 피크 파장의 ±50㎚ 내의 다른 파장에서의 반사율보다도 낮아진다. 예를 들어 R화소의 발광 피크 파장의 ±50㎚의 범위 내에서, R화소의 발광 피크 파장의 ±20㎚ 내에 있는 1개의 파장에서의 반사율이 최저로 된다. 이것에 의해, 출력되는 광의 색순도를 향상시키는 것이 가능하다. 이 명세서에서의 「±20㎚ 내」는 발광 피크 파장의 +20㎚ 파장 및 -20㎚ 파장을 포함하고, 「±50㎚ 내」는 발광 피크 파장의 +50㎚ 파장 및 -50㎚ 파장을 포함한다는 의도이다. 저굴절률층은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고, 고굴절률층은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖기 때문에, 화소에 따라 두께를 변화시킬 필요가 없다. 즉, R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 절연체 적층막은 공통의 구조를 갖는다. 또한, R광의 공진에 적합한 층과, G광의 공진에 적합한 층과, B광의 공진에 적합한 층을 각각 별도로 설계할 필요도 없다. 따라서, 이 EL 장치의 구성은 간단하여 제 조가 용이하다.
상기 투광성 전극과 상기 발광층을 포함하는 상기 투광성 전극으로부터 상기 발광층까지의 층의 두께 조합이 상기 화소의 발광색에 따라 다른 것이 바람직하다. 이것에 의하면, R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 절연체 적층막이 공통의 구조를 가지면서도, 투광성 전극으로부터 상기 발광층까지의 층의 두께 조합이 화소의 발광색에 따라 다르기 때문에, 각 발광색에 따른 적절한 반사 특성을 얻는 것이 용이하다.
또한, 본 발명에 따른 EL 장치는 유기 EL 장치로서, 상기 발광층과 상기 투광성 전극의 사이에 상기 발광층으로부터 상기 투광성 전극을 향하여 정공 또는 전자가 누출되는 것을 저감시키는 중간층이 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 중간층이 없는 경우와 비교하여, 발광층 내의 두께 방향에서의 발광 위치가 다르다. 예를 들어 발광층의 양면에 발광층과 전극 사이의 이러한 중간층(정공 블록층 및 전자 블록층)이 없는 경우와 비교하여, 발광층과 투광성 전극 사이에 중간층을 설치한 경우에는, 발광층 내에서의 발광 위치가 이 중간층, 더 나아가서는 투광성 전극 쪽으로 변위하고, 중간층의 재질 및/또는 두께에 따라서는 발광층과 중간층의 계면에서 발광하는 경우도 있을 수 있다. 따라서, 이 중간층을 설치하여, 그 재질 및/또는 두께를 선택함으로써, 발광층 내의 두께 방향에서의 발광 위치, 더 나아가서는 발광 위치로부터 절연체 적층막까지 광이 진행하는 광학거리를 조정하는 것이 가능하다.
상기 절연체 적층막은 복수의 저굴절률층과 복수의 고굴절률층을 갖고 있으 며, 이들 저굴절률층과 고굴절률층이 번갈아 적층되어 있고, 복수의 상기 저굴절률층은 서로 다른 두께를 갖고 있으며, 복수의 상기 고굴절률층은 서로 다른 두께를 갖고 있는 것이 바람직하다.
종래 복수의 저굴절률층과 복수의 고굴절률층이 번갈아 적층된 절연체 적층막에 의해 광을 공진시키고자 하는 구조에서는, 상기 식 (1)에 준거하여, 저굴절률층은 서로 같은 두께를 갖고, 고굴절률층은 서로 같은 두께를 갖는 것이 일반적이었지만, 이러한 구조에서 현저한 공진 효과를 얻을 수 있다고 단정할 수는 없는 것이 본 발명의 발명자에 의해 이미 발견되었다. 오히려 복수의 저굴절률층은 서로 다른 두께를 갖고, 복수의 고굴절률층은 서로 다른 두께를 갖는 것이 R, G, B의 모든 광을 공진시켜 보다 높은 에너지로 방출하는 것이 가능하다.
또한, 상기 절연체 적층막의 광사출(光射出) 측에 컬러 필터가 배열 설치되어 있을 수도 있다. 이렇게 컬러 필터를 설치함으로써, 콘트라스트 및 색순도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전자 기기는 본 발명에 따른 상기 EL 장치를 예를 들어 표시부로서 구비하는 것을 특징으로 한다. 이러한 전자 기기에 의하면, 출력되는 광의 색순도가 높은 표시를 실현하는 것이 가능해진다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 다양한 실시예를 설명한다. 이들 도면에서는, 각층이나 각 부재의 치수 비율이 실제와는 적당히 다르다.
<제 1 실시예>
본 발명의 제 1 실시예에 따른 풀컬러 발광형 유기 EL 장치에 대해서 설명한 다. 도 1은 유기 EL 장치(100)의 배선 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 유기 EL 장치(100)의 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 유기 EL 장치(100)는 복수의 주사선(101)과, 주사선(101)에 대하여 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 신호선(102)과, 신호선(102)에 병렬로 연장되는 복수의 전원선(103)을 구비한다. 주사선(101) 및 신호선(102)의 각 교점 부근에 화소 영역(A)이 매트릭스 형상으로 형성되어 있다.
신호선(102)에는 시프트 레지스터, 레벨 시프터, 비디오 라인 및 아날로그 스위치를 구비한 데이터측 구동 회로(104)가 접속되어 있다. 또한, 주사선(101)에는 시프트 레지스터 및 레벨 시프터를 구비한 주사측 구동 회로(105)가 접속되어 있다.
화소 영역(A)의 각각에는 주사선(101)을 통하여 주사 신호가 게이트 전극에 공급되는 제 1 박막트랜지스터(122)와, 이 제 1 박막트랜지스터(122)를 통하여 신호선(102)으로부터 공급되는 화소 신호를 유지하는 커패시터(cap)와, 커패시터(cap)에 의해 유지된 화소 신호가 게이트 전극에 공급되는 제 2 박막트랜지스터(2)가 설치되어 있다. 또한, 화소 영역(A)에는, 제 2 박막트랜지스터(2)에 의해 전원선(103)이 통전(通電)되었을 때에 상기 전원선(103)으로부터 구동 전류가 유입되는 화소 전극(양극)(4)과, 이 화소 전극(4)과 대향 전극(음극)(9) 사이에 배치된 발광층(7)이 설치되어 있다. 이들 화소 전극(4), 대향 전극(9) 및 발광층(7)에 의해 유기 EL 소자가 구성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 주사선(101)이 구동되어 제 1 박막트랜지스터(122)가 온(on)으로 되면, 이 때의 신호선(102)의 전위가 커패시터(cap)에 유지되고, 상기 커패시터(cap)의 상태에 따라 제 2 박막트랜지스터(2)의 온/오프 상태가 결정된다. 그리고, 제 2 박막트랜지스터(2)의 채널을 통하여 전원선(103)으로부터 화소 전극(4)에 전류가 흐르고, 또한 발광층(7)을 통하여 대향 전극(9)에 전류가 흐른다. 발광층(7)은 이것을 흐르는 전류량에 따라 발광한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 유기 EL 장치(100)는 유리 등의 투광성 재료로 형성된 투명 기판(1)과, 이 투명 기판(1) 위에 매트릭스 형상으로 형성 배치된 다수의 유기 EL 소자(7a)를 구비한다. 구체적으로는, 유기 EL 소자(7a)는 투명 기판(1)에 적층된 박막트랜지스터(TFT)(2), 투명한 화소 전극(투명 양극)(4), 발광층(7), 대향 전극(음극)(9)을 구비한다.
투명 기판(1)으로서는, 유리 기판 이외에, 실리콘 기판, 석영 기판, 세라믹 기판, 금속 기판, 플라스틱 기판, 플라스틱 필름 기판 등 공지의 다양한 기판을 사용할 수 있다. 투명 기판(1)의 도면의 상면(上面)에는 발광 영역으로서의 복수의 화소 영역(A)이 매트릭스 형상으로 배열되어 있다. 구체적으로는, 컬러 표시를 행하기 위해, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각색에 대응하는 화소 영역이 배열되어 있다. 각 화소 영역(A)에는 화소 전극(4)이 배치되고, 그 근방에는 신호선, 전원선, 주사선 등이 배치되어 있다. 이 명세서에서는 적색(R)을 발광 가능한 화소 영역(A)을 R화소, 녹색(G)을 발광 가능한 화소 영역(A)을 G화소, 청색(B)을 발광 가능한 화소 영역(A)을 B화소라고 한다.
또한, 투명 기판(1) 위에는 화소 영역(A)의 화소 전극(투명 양극)(4)에 각각 전기적으로 접속된 복수의 박막트랜지스터(2)가 형성되어 있다. 박막트랜지스터(2)의 각각은 투명 기판(1) 위에 섬 형상으로 배치된 반도체층(13)과, 반도체층(13)의 드레인 영역에 겹치지만 반도체층(13)으로부터 이간(離間)되어 있는 게이트 전극(12)과, 반도체층(13)의 한쪽 끝의 게이트 영역에 접속된 게이트 전극(12)과, 반도체층(13)의 다른쪽 끝의 소스 영역에 접속된 소스 전극(11)을 구비한다. 반도체층(13)은 예를 들어 다결정 실리콘막으로 형성되고, 전극(10, 11, 12)은 예를 들어 알루미늄 등으로 형성된다. 공지된 기술대로, 게이트 절연층(30), 제 1 층간절연층(31) 및 제 2 층간절연층(16a∼16c, 17a∼17c)이 설치됨으로써, 반도체층(13) 및 전극(10, 11, 12)은 서로 다른 높이로 배치되어 있다. 구체적으로는, 반도체층(13)은 게이트 절연층(30)으로 덮이고, 게이트 절연층(30) 위에 배치된 게이트 전극(12)은 제 1 층간절연층(31)으로 덮이고, 제 1 층간절연층(31) 위에 배치된 소스 전극(11)은 제 2 층간절연층(16a)으로 덮이며, 드레인 전극(10)은 제 2 층간절연층(17c) 위에 배치되어 있다.
도시하지 않지만, 공지된 기술대로, 절연층(30, 31) 사이에는 게이트 전극(12)에 접속된 게이트선이 배치되고, 절연층(31, 16a) 사이에는 소스 전극(11)에 접속된 소스선이 배치되어 있으며, 도 1에 도시된 다양한 선의 각각도 절연층(30, 31, 16a∼16c, 17a∼17c) 중 어느 하나의 층간(層間)에 배치되어 있다. 절연층(30, 31)에는 소스 전극(11)과 반도체층(13)의 소스 영역을 전기적으로 접속하기 위한 컨택트 홀(23)이 형성되어 있다. 절연층(30, 31, 16a∼17c)에는 드레인 전극(10)과 반도체층(13)의 드레인 영역을 전기적으로 접속하기 위한 컨택트 홀(24)이 형성되어 있다.
절연체 적층막(18)은 투광성 절연체로 형성된 복수의 저굴절률층과, 저굴절률층보다도 높은 굴절률을 갖는 투광성 절연체로 형성된 복수의 고굴절률층을 갖고 있으며, 이들 저굴절률층과 고굴절률층은 번갈아 적층되어 있다. 제 2 층간절연층(16a∼16c)은 고굴절률층이며, 예를 들어 SiNX 또는 TiO2으로 형성되어 있다. 제 2 층간절연층(17a∼17c)은 저굴절률층이며, 예를 들어 SiO2으로 형성되어 있다. 제 2 층간절연층(16a∼16c, 17a∼17c)의 각각은 투명 기판(1)의 상면 전체에 걸쳐 균일한 두께로 형성되어 있으며, 따라서, R화소, G화소 및 B화소의 발광 영역 전역에 걸쳐 연장되고, R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖는다. 후술하는 바와 같이, 복수의 제 2 층간절연층(16a∼16c)은 서로 다른 두께를 갖고 있으며, 복수의 제 2 층간절연층(17a∼17c)은 서로 다른 두께를 갖는다.
게이트 절연층(30) 및 제 1 층간절연층(31)은 예를 들어 SiO2으로 형성되어 있다. 게이트 절연층(30) 및 제 1 층간절연층(31)의 각각은 TFT(2)의 특성을 정하는 요소이며, 균일한 두께를 갖는다.
각 화소 영역(A)의 화소 전극(4)은 절연체 적층막(18) 최상층의 제 2 층간절연층(17c) 위에 형성되어 있으며, 대응하는 TFT(2)의 드레인 전극(10)과 전기적으로 접속되어 있다. 화소 전극(4)은 예를 들어 ITO(인듐 주석 산화물) 등의 투광성 도전 재료로 형성되어 있다. 화소 전극(4) 각각의 위에는 정공 주입/수송층(28)이 성막되고, 정공 주입/수송층(28) 각각의 위에는 중간층(29)이 성막되며, 중간층(29) 각각의 위에는 발광층(7)이 성막되어 있다. 또한, 모든 발광층(7) 위에는 전자 주입층(8)이 성막되며, 그 위에는 대향 전극(9)이 형성되어 있다. 즉, 전자 주입층(8) 및 대향 전극(9)은 모든 화소에 공통이며, R화소, G화소 및 B화소의 발광 영역 전역에 걸쳐 연장된다. 이렇게 하여, 화소 전극(4)은 발광층(7)을 사이에 두어 대향 전극(9)과 대향하고 있으며, 발광층(7) 및 대향 전극(9)과 함께 유기 EL 소자(발광 소자)(7a)를 구성한다.
정공 주입/수송층(28), 중간층(29) 및 발광층(7)은 뱅크부(격벽부)(51, 52)에 의해 획정(劃定)된 오목부 내에 형성되어 있다. 제 1 뱅크부(51)는 SiO2 등의 무기 재료로 형성되고, 제 2 뱅크부(52)는 아크릴 또는 폴리이미드 등의 유기 재료 또는 SiO2 등의 무기 재료로 형성된다. 제 1 뱅크부(51)는 제 2 층간절연층(17c) 위로서 화소 전극(4)의 외측 가장자리를 일부 덮고 있으며, 내부에 발광층(7) 등을 배치하기 위한 개구부를 갖는다. 또한, 제 2 뱅크부(52)는 제 1 뱅크부(51) 위에 배치되고, 제 1 뱅크부(51)의 개구부보다도 큰 직경의 개구부를 갖는다.
정공 주입/수송층(28)은 각 화소 영역(A)마다 배치되는데, 모든 화소에 대해서 같은 재료 예를 들어 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDOT)과 폴리스티렌설폰산(PSS)의 혼합물(이하, 「PEDOT/PSS」라고 칭함)에 의해 형성되어 있다. 중간층(29)도 각 화소 영역(A)마다 배치되는데, 모든 화소에 대해서 같은 재료로 형성되어 있다. 이 중간층(29)은 음극으로부터 온 전자가 발광층(7)으로부터 화소 전극( 양극)(4)을 향하여 누출되는 것을 저감시키는 전자 블록층이며, 예를 들어 정공 주입성이 양호한 트리페닐아민계 폴리머 또는 TFB(poly(2,7-(9,9-di-n-octylfluorene)-(1,4-phenylene-(4-secbutylphenyl)imino)-1,4-phenylene))에 의해 형성되어 있다.
발광층(7)에는 전극(4, 9) 사이를 흐르는 전류에 의해 적색(R)을 발광하는 적색 발광층(7R)과, 녹색(G)을 발광하는 녹색 발광층(7G)과, 청색(B)을 발광하는 청색 발광층(7B)이 있다. 발광층(7)은 각색마다 다른 유기 EL 재료로 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 전자 주입층(8) 및 대향 전극(9)은 모든 화소에 공통된다. 전자 주입층(8)은 예를 들어 LiF으로 형성되어 있으며, R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖는다. 대향 전극(음극)(9)은, 상세하게는 도시하지 않지만, 예를 들어 칼슘층과 알루미늄층으로 구성되어 있다. 전자 주입층(8)에 가까운 쪽이 상당히 얇은 칼슘제의 제 2 대향 전극층이고, 전자 주입층(8)에 먼 쪽이 보다 두꺼운 알루미늄제의 제 1 대향 전극층이다. 제 1 대향 전극층 및 제 2 대향 전극층의 각각은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖는다.
본 실시예의 각 발광 소자의 구성은 상기한 바와 같지만, 본 발명에 이용 가능한 발광 소자의 변형(variation)으로서는, 전자 주입층(8)이 없는 타입이나, 전자 주입층(8)과 발광층(7) 사이에 전자 수송층을 설치한 타입 등 다른 층을 갖는 타입일 수도 있다. 예를 들어 저분자계의 발광층(7)을 사용할 경우에는, 음극, 전 자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층, 정공 주입층 및 양극을 갖는 타입이 일반적으로 이용되고, 고분자계의 발광층(7)에 대해서는 음극, 발광층, 정공 주입층 및 양극을 갖는 타입이 일반적으로 이용되며, 이들 타입에 본 발명을 이용할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 양극이 투명하고 음극이 반사성이며 발광층(7)으로부터의 광이 투명 양극(4) 및 절연체 적층막(18)을 통하여 외부에 방출되지만, 양극을 반사성, 음극을 투명으로 하고 투명 음극 측에 절연체 적층막(18)을 배치하여 발광층(7)으로부터의 광이 투명 음극 및 절연체 적층막을 통하여 외부에 방출되는 타입에 본 발명을 이용할 수도 있다. 또한, 본 실시예의 유기 EL 장치(100)는 발광층(7)으로부터의 광이 기판(1)을 통하여 외부에 방출되는 보톰 이미션(bottom-emission) 타입이지만, 발광층(7)으로부터의 광이 기판 반대쪽에 방출되는 톱 이미션(top-emission) 타입에 본 발명을 이용할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 중간층(29)은 전자 블록층이다. 중간층(29)이 없는 경우와 비교하여, 중간층(29)이 있으면 발광층 내에서의 두께 방향에서 중간층(29), 더 나아가서는 화소 전극(투명 양극)(4) 쪽으로 변위하고, 중간층(29)의 재질 및/또는 두께에 의해 결정되는 전자 블록 성능에 따라서는 발광층(7)과 중간층(29)의 계면에서 발광하는 경우도 있을 수 있다. 본 실시예에서는 발광층(7)과 투명 양극(4) 사이에 전자 블록층으로서의 중간층(29)이 배치되어 있지만, 양극을 반사성으로 하고 음극을 투명으로 한 타입에서는, 발광층과 투명 음극 사이에 정공 블록층으로서의 중간층이 배치된다. 정공 블록층은 양극으로부터 온 정공이 발광층(7)으로부터 대향 전극(음극)(9)을 향하여 누출되는 것을 저감시키는 층이다. 정공 블록층이 있으면, 발광층 내의 두께 방향에서 정공 블록층, 더 나아가서는 음극 쪽으로 변위하고, 정공 블록층의 재질 및/또는 두께에 의해 결정되는 정공 블록 성능에 따라서는 발광층과 정공 블록층의 계면에서 발광하는 경우도 있을 수 있다. 발광층(7)의 양측에 중간층을 설치한 경우, 즉, 정공 블록층과 전자 블록층의 양쪽을 설치한 경우에는, 발광층 내의 두께 방향에서의 발광 위치는 정공 블록층과 전자 블록층 중 블록 성능이 큰 쪽에 가깝다. 따라서, 적어도 한쪽의 중간층을 설치하여, 그 재질 및/또는 두께를 선택함으로써, 발광층 내의 두께 방향에서의 발광 위치, 더 나아가서는 발광 위치로부터 절연체 적층막까지 광이 진행하는 광학거리를 조정할 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 유기 EL 장치(100)에서의 각층의 특성을 나타낸 표이다. 도 3에 있어서, 같은 재료라도 겹치는 화소의 색에 따라 굴절률이 다른 것은 굴절률에 파장 의존성이 있기 때문이다. 도 3에 도시된 굴절률은 R화소가 620㎚, G화소가 540㎚, B화소가 470㎚의 광을 발하는 것을 전제로 한다. 도 3의 각층의 광학거리는 층의 두께와 굴절률의 곱이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 절연체 적층막(18) 내의 제 2 층간절연층(16a∼16c, 17a∼17c) 각각은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖는다. 또한, 복수의 제 2 층간절연층(16a∼16c)은 서로 다른 두께를 갖고 있으며, 복수의 제 2 층간절연층(17a∼17c)은 서로 다른 두께를 갖는다.
절연체 적층막(18)이 모든 화소에 대해서 같은 구성이며 같은 두께인 것에 대하여, 화소 전극(4)으로부터 발광층(7)까지의 층(화소 전극(4)과 발광층(7)을 포함함)의 조합은 화소의 발광색에 따라 다르다. R화소에 겹치는 영역에서는 화소 전극(4)의 두께가 95㎚이지만, G화소 및 B화소에 겹치는 영역에서는 화소 전극(4)의 두께는 50㎚이다. R화소 및 G화소에 겹치는 영역에서는 정공 주입/수송층(28)의 두께가 70㎚이지만, B화소에 겹치는 영역에서는 정공 주입/수송층(28)의 두께는 30㎚이다. 발광층(7)의 두께는 화소의 발광색에 따라 다르다.
도 4는 본 실시예에 따른 유기 EL 장치(100)에서의 화소에서 발광한 광의 진로 예를 나타낸 모식도이다. 도 4에 있어서, 실선(實線)은 층간의 계면을 나타내고, 1점쇄선은 광의 진로를 나타낸다. 도시된 광의 진로는 대표적인 예이며, 이들 이외에도 다수의 광의 진로가 있지만 도면을 간단명료하게 하기 위해 생략한다. 또한, 도면의 1점쇄선의 각도는 광의 진행 각도를 정확히 나타내는 것이 아니라, 복수의 진로를 구별하기 쉽게 묘사되어 있다.
도 4는 발광층(7)과 중간층(29) 사이의 계면(BO)에서 발광한 것을 전제로 한다. 발광 위치로부터는 전(全)방향을 향하여 발광하지만, 반사성의 대향 전극(9)과 전자 주입층(8) 사이의 계면에서는, 대향 전극(9)에 흡수되지 않은 모든 광이 도면의 우측으로 반사된다. 또한, 광을 투과하는 2개의 층 사이의 계면에서는 반사 및 굴절이 생긴다. 즉, 광의 일부가 계면에서 반사하고, 다른 일부가 굴절하여 진행한다. 또한, 굴절률이 높은 물질(예를 들어 제 2 층간절연층(16a∼16c))로부터 낮은 물질(예를 들어 제 2 층간절연층(17a∼17c))로 광이 진행할 때, 입사각이 일정 각도(임계각)를 초과하면, 그 계면에서 광이 모두 반사하는 현상, 즉, 전(全) 반사가 일어나지만, 굴절률이 높은 물질로부터 낮은 물질로 광이 진행할 때에도, 입사각이 임계각보다 작을 경우(수직 입사에 근사할 경우)에는, 광은 계면에서 일부만 반사하고 나머지는 굴절하여 진행한다.
이상의 구성에 의해, 발광층(7)이 발광하면, 중간층(29)과 정공 주입/수송층(28) 사이의 계면, 정공 주입/수송층(28)과 화소 전극(4) 사이의 계면, 화소 전극(4)과 절연체 적층막(18) 사이의 계면 및 저굴절률의 제 2 층간절연층(17a∼17c)과 고굴절률의 제 2 층간절연층(16a∼16c) 사이의 계면에서의 반사에 의해 공진 작용이 일어나고, R화소, G화소 및 B화소의 어느 것의 발광 피크 파장에서도, 절연체 적층막(18)이 없는 경우보다 높은 강도의 광이 절연체 적층막(18)으로부터 외측(절연체 적층막(18)에서는 발광층(7)의 반대쪽, 즉, 투명 기판(1) 측)을 향하여 방출된다. 「발광 피크 파장」은 화소의 발광층(7)으로부터 방출되는 광의 파장 중 가장 강도가 높은 파장이다. 본 발명에서는 R화소의 발광 피크 파장(620㎚)에서도, G화소의 발광 피크 파장(540㎚)에서도, B화소의 발광 피크 파장(470㎚)에서도 절연체 적층막(18)에 의해 높은 강도의 광이 방출된다. 따라서, 출력되는 광의 색순도를 향상시키는 것이 가능하다.
환언하면, 본 실시예에서는, 발광층(7)이 발광하면, 상기 계면에서의 반사에 의해, R화소, G화소 및 B화소의 어느 것의 발광 피크 파장에서도, 절연체 적층막(18)이 없는 경우보다도 높은 강도의 광이 절연체 적층막(18)으로부터 외측을 향하여 방출되도록 고굴절률층(제 2 층간절연층(16a, 16b, 16c) 및 저굴절률층(제 2 층간절연층(17a, 17b, 17c))의 두께가 결정된다. 이하, 이들 층의 두께 결정 순서를 설명한다.
우선, 이하에 설명하는 각층의 두께 결정 순서의 전제를 설명한다. 수직 입사에서의 2개 층의 계면에서의 반사율 R, 투과율 T, 반사에서의 위상변화 φr 및 투과에서의 위상변화 φt는 이하의 식 (2)∼(5)에 의해 구할 수 있다. 단, n1은 입사측 매질의 굴절률, n2는 출사측 매질의 굴절률, k2는 출사측 매질의 소광계수이며, 굴절률 및 소광계수는 광의 파장에 의존한다.
R={(n1-n2)2+k2 2}/{(n1+n2)2+k2 2} …(2)
T=4n1n2/{(n1+n2)2+k2 2} …(3)
φr=tan-1{2n1k2/(n1 2-n2 2-k2 2)} …(4)
φt=tan-1{k2/(n1+n2)} …(5)
식 (2)∼(5) 및 각층의 두께를 이용하여, 수직 입사에서의 각 계면에서의 반사광 강도(진폭(振幅)) 및 위상, 투과광 강도(진폭) 및 위상을 구하고, 또한 절연체 적층막(18)으로부터 외측을 향하여 방출되는 합계의 광(출력광) 강도(또는 진폭)를 추정했다. 그리고, 각층의 두께를 바꾸면서, 절연체 적층막(18)으로부터 외측을 향하여 방출되는 합계의 광의 발광 피크 파장에서의 강도(또는 진폭)를 추정하는 것을 반복하여, 각층의 최적의 두께를 구했다. 강도의 추정(推定)에서는, 발광으로부터 최대 3회까지 반사한 광을 합계했다. 그보다 많이 반사한 광은 층 내 에서의 광 흡수에 의해 상당히 감쇠되었기 때문이다.
조건으로서, 화소 전극(4), 정공 주입/수송층(28) 및 발광층(7)의 두께를 현실적인 두께 범위 내에서 변화시켰다. 구체적으로는, 화소 전극(4)의 재료로서는 ITO를 사용하는 것을 상정(想定)하고, 그 두께의 범위를 40㎚∼100㎚로 한정했다. 정공 주입/수송층(28)의 재료로서는 PEDOT/PSS를 사용하는 것을 상정하고, 그 두께의 범위를 20㎚∼100㎚로 한정했다. 발광층(7) 두께의 범위는 60㎚∼100㎚로 한정했다. 또한, 발광층(7)과 중간층(29) 사이의 계면(BO)에서 발광한 것을 전제로 한다(도 4 참조).
외측을 향하여 방출되는 합계의 광의 발광 피크 파장에서의 강도는 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션에 의해 추정했다. 구체적으로는, 2005년 8월 현재 일본국 도쿄의 사이버넷 시스템 주식회사(Cybernet Systems Co., Ltd)로부터 「OPTAS-FILM」이라는 상품명으로 입수 가능한 소프트웨어를 사용했다.
(스텝 1) 최종적으로는, R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 모든 영역에 대해서, 외측을 향하여 방출되는 합계의 광의 발광 피크 파장에서의 강도를 가능한 한 크게 하는 것을 목적으로 하지만, 절연체 적층막(18)의 고굴절률층(제 2 층간절연층(16a, 16b, 16c)) 및 저굴절률층(제 2 층간절연층(17a, 17b, 17c))의 두께를 모든 영역에서 공통으로 하기 위해, 우선, 가시광 영역의 거의 중심 파장인 약 540㎚의 발광 피크 파장을 갖는 G화소에 겹치는 영역에서 고굴절률층(16a), 저굴절률층(17a), 고굴절률층(16b), 저굴절률층(17b), 고굴절률층(16c), 저굴절률층(17c), 화소 전극(4G), 정공 주입/수송층(28G), 중간층(29G), 및 발광층(7G)의 두께를 최적 화했다. 구체적으로는, 각층의 두께를 바꾸면서, 절연체 적층막(18)으로부터 외측을 향하여 방출되는 합계의 광의 발광 피크 파장에서의 강도를 추정하는 것을 반복하여, 발광 피크 파장에서 가장 높은 강도의 광이 방출되는 두께의 조합을 최적의 두께 조합으로서 선택했다. 굴절률 및 소광계수는 광의 파장에 의존하기 때문에, 이 단계에서는 녹색 파장(540㎚)에 대한 광학상수(굴절률 및 소광계수)를 사용했다. 이렇게 하여 얻어진 것이 도 3의 G화소에 겹치는 영역에 대한 각층의 두께이다.
(스텝 2) 다음으로, R화소(발광 피크 파장은 약 620㎚)에 겹치는 영역에 대해서, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 스텝 1에서 구한 값으로 고정시키는 한편, 화소 전극(4R), 정공 주입/수송층(28R), 중간층(29R), 및 발광층(7R)의 두께를 최적화했다. 구체적으로는, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 확정 조건으로 하고, 화소 전극(4R), 정공 주입/수송층(28R), 중간층(29R), 및 발광층(7R)의 두께를 바꾸면서, 절연체 적층막(18)으로부터 외측을 향하여 방출되는 합계의 광의 발광 피크 파장에서의 강도를 추정하는 것을 반복하여, 발광 피크 파장에서 가장 높은 강도의 광이 방출되는 두께의 조합을 최적의 두께 조합으로서 선택했다. 이 단계에서는 적색 파장(620㎚)에 대한 광학상수(굴절률 및 소광계수)를 사용했다. 이렇게 하여 얻어진 것이 도 3의 R화소에 겹치는 영역에 대한 각층의 두께이다.
(스텝 3) 다음으로, B화소(발광 피크 파장은 약 470㎚)에 겹치는 영역에 대해서, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 스텝 1에 서 구한 값으로 고정시키는 한편, 화소 전극(4R), 정공 주입/수송층(28R), 중간층(29R), 및 발광층(7R)의 두께를 최적화했다. 구체적으로는, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 확정 조건으로 하고, 화소 전극(4R), 정공 주입/수송층(28R), 중간층(29R), 및 발광층(7R)의 두께를 바꾸면서, 절연체 적층막(18)으로부터 외측을 향하여 방출되는 합계의 광의 발광 피크 파장에서의 강도를 추정하는 것을 반복하여, 발광 피크 파장에서 가장 높은 강도의 광이 방출되는 두께의 조합을 최적의 두께 조합으로서 선택했다. 이 단계에서는 청색 파장(470㎚)에 대한 광학상수(굴절률 및 소광계수)를 사용했다. 이렇게 하여 얻어진 것이 도 3의 B화소에 겹치는 영역에 대한 각층의 두께이다.
이상과 같이, 우선, G화소에 겹치는 영역에 대해서, 절연체 적층막(18)의 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 포함하는 각층의 두께를 결정한 후, 다른 화소에 겹치는 영역에 대해서, 절연체 적층막(18)의 이들 층을 고정시키고, 다른 층의 두께를 결정한다. 단, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 최적화 스텝(스텝 1)에서 R, G, B 중 어느쪽 화소에 겹치는 영역을 두께 결정의 기준으로 하여도 좋다. 그러나, 본 실시예와 같이, 가시광의 거의 중심 파장인 G화소에 겹치는 영역을 기준으로 하면, R화소, G화소, B화소에 겹치는 모든 영역에 대해서, 높은 강도의 광을 외측에 방출하도록 화소 전극(4), 정공 주입/수송층(28), 중간층(29), 및 발광층(7)의 두께를 결정하는 것이 용이하다.
도 5는 본 실시예의 유기 EL 장치(100)의 각 화소에 겹치는 영역으로부터 투 명 기판(1)을 거쳐 방출된 광의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 6은 비교예의 유기 EL 장치의 각 화소에 겹치는 영역으로부터 투명 기판을 거쳐 방출된 광의 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 이들 도면에 있어서, 적색, 녹색, 청색으로 구별되는 곡선은 각각 R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 영역으로부터 방출된 광의 스펙트럼을 나타낸다. 도시하지 않지만, 비교예의 유기 EL 장치는 유리제의 투명 기판과, 그 위에 형성된 두께 600㎚의 SiNx제의 단일 층간절연층과, 그 위에 형성된 R, G, B의 유기 EL 소자를 갖는다. 비교예의 각 유기 EL 소자는 층간절연층 위에 형성된 두께 50㎚의 ITO제 화소 전극(투명 양극)과, 그 위에 형성된 PEDOT/PSS제 정공 주입/수송층과, 그 위에 형성된 중간층(전자 블록층)과, 그 위에 형성된 발광층과, 그 위에 형성된 반사성의 금속제 음극을 갖는다. 모든 색의 유기 EL 소자에 대해서, 화소 전극, 정공 주입/수송층, 중간층 및 발광층의 두께는 공통된다.
도 5에 있어서, 상대 강도는 절연체 적층막(18)이 없지만 다른 조건은 본 실시예와 동일한 유기 EL 장치의 R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 영역으로부터 방출된 광의 스펙트럼에서의 최대 강도이며, 본 실시예의 유기 EL 장치(100)의 방출광 강도를 제산(除算)하여 얻어진 것이다. 도 6에 있어서, 상대 강도는 층간절연층이 없지만 다른 조건은 비교예와 동일한 유기 EL 장치의 R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 영역으로부터 방출된 광의 스펙트럼에서의 최대 강도이며, 비교예의 유기 EL 장치의 방출광 강도를 제산하여 얻어진 것이다. 도 5 및 도 6으로부터 명확히 알 수 있듯이, 본 실시예에 의하면, 비교예, 즉, 종래기술의 유기 EL 장치에 비하여 각색의 강도가 크고, 스펙트럼 반치폭이 좁다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 출력되는 광의 색순도를 향상시키는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, R화소의 발광 피크 파장에서도, G화소의 발광 피크 파장에서도, B화소의 발광 피크 파장에서도 절연체 적층막(18)에 의해 높은 강도의 광이 방출된다. 따라서, 출력되는 광의 색순도를 향상시키는 것이 가능하다. 절연체 적층막(18) 내의 복수의 저굴절률층(17a, 17b, 17c)은 서로 다른 두께를 갖지만, 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 각각은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고, 복수의 고굴절률층(16a, 16b, 16c)은 서로 다른 두께를 갖지만, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)의 각각은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖기 때문에, 화소에 따라 두께를 변화시킬 필요가 없다. 즉, R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 절연체 적층막(18)은 공통의 구조를 갖는다. 또한, R광의 공진에 적합한 층과, G광의 공진에 적합한 층과, B광의 공진에 적합한 층을 각각 별도로 설계할 필요도 없다. 따라서, 이 유기 EL 장치(100)의 구성은 간단하여 제조가 용이하다.
종래 복수의 저굴절률층과 복수의 고굴절률층이 번갈아 적층된 절연체 적층막에 의해 광을 공진시키고자 하는 구조에서는, 상기 식 (1)에 준거하여, 저굴절률층은 서로 같은 두께를 갖고, 고굴절률층은 서로 같은 두께를 갖는 것이 일반적이었지만, 이러한 구조에서 현저한 공진 효과를 얻을 수 있다고 단정할 수는 없는 것이 본 발명의 발명자에 의해 이미 발견되었다. 오히려 본 실시예와 같이, 복수의 저굴절률층(17a, 17b, 17c)은 서로 다른 두께를 갖고, 복수의 고굴절률층(16a, 16b, 16c)은 서로 다른 두께를 갖는 것이 R, G, B의 모든 광을 공진시켜 보다 높은 강도로 방출할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 화소 전극(투광성 전극)(4)으로부터 발광층(7)까지의 층(화소 전극(4)과 발광층(7)을 포함함)의 두께 조합이 화소의 발광색에 따라 다르기 때문에, R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 절연체 적층막(18)이 공통의 구조를 가지면서도, 각 발광색에 따른 적절한 반사 특성을 얻는 것이 용이하다. 영역에 따라 다른 두께의 박막을 형성하는 것은 곤란하거나 공정이 복잡해지는 경우가 많지만, 특히 고분자계의 발광층(7)을 사용할 경우에는, 정공 주입/수송층(28) 및 발광층(7)의 형성 시에 잉크젯법과 같이 액체 재료를 적하(滴下)하는 방법을 채용할 수 있기 때문에, 액체 재료의 적하량을 적절히 조정함으로써, 정공 주입/수송층(28) 및 발광층(7)의 두께를 제어하는 것이 용이하다.
본 실시예에서는 발광층(7)과 정공 주입/수송층(28) 사이에 전자 블록층으로서의 중간층(29)이 설치되어 있고, 출력광의 강도 추정에서는, 발광층(7)과 중간층(29) 사이의 계면(BO)(도 4 참조)에서 발광한 것을 전제로 한다. 단, 이러한 중간층을 설치하지 않아도 된다. 중간층(29)이 없는 경우, 발광 위치는 정공 주입/수송층(28), 발광층(7) 및 전자 주입층(8)의 특성에 의해 결정되는 전자와 정공이 균형을 이루는 위치에서 발광한다. 예를 들어 중간층이 없고, 정공 주입/수송층(28)으로서 PEDOT/PSS를 사용하며, 전자 주입층(8)으로서 LiF을 사용한 경우, 모든 화소에 대해서 계면(BO)이 아니라 발광층(7) 내에서 발광한다. R화소에서는 계면(BO)으로부터 약 30㎚의 위치에서 발광하고, G화소에서는 계면(BO)으로부터 약 40 ㎚의 위치에서 발광하며, B화소에서는 계면(BO)으로부터 약 30㎚의 위치에서 발광한다. 중간층이 없는 경우에는, 이들 발광 위치를 이용하여, 상기 방법에 준하여 출력광의 강도를 계산할 수 있다.
다음으로, 상기 유기 EL 장치의 제조 방법의 일례를 설명한다.
우선, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 미리 준비한 투명 기판(1) 위에 섬 형상의 반도체층(13)을 형성한다. 여기서는, 다결정 실리콘막을 포토리소그래피법에 의해 각 화소 영역(A)(도 2 참조)에 반도체층(13)이 일대일로 대응하도록 형성한다.
다음으로, 반도체층(13)을 덮도록 투명 기판(1) 위에 게이트 절연층(30)을 형성한다. 구체적으로는, SiO2을 CVD법 또는 그 이외의 증착법 등에 의해 막 두께 75㎚로 형성한다. 그리고, 상기 게이트 절연층(30) 위로서 반도체층(13)의 채널 영역에 겹치는 영역 위에 섬 형상의 게이트 전극(12)을 형성한다. 구체적으로는, Al막을 스퍼터링법 등에 의해 형성하고, 이것을 포토리소그래피법에 의해 패터닝한다.
이어서, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제 1 층간절연층(31)을 형성한다. 구체적으로는, SiO2막을 CVD법 또는 그 이외의 증착법 등에 의해 막 두께 800㎚로 형성한다. 이어서, 반도체층(13)의 소스 영역에 접속되는 컨택트 홀(23)을 형성한다. 구체적으로는, 게이트 절연층(30) 및 제 1 층간절연층(31)에 대한 마스크 에칭에 의해 반도체층(13)의 소스 영역에 이르는 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구 멍에 Al 등의 도전(導電) 재료를 충전함으로써 컨택트 홀(23)을 형성한다. 그 후, 제 1 층간절연층(31) 위에 컨택트 홀(23)에 접속되는 소스 전극(11)을 형성하고, 또한 소스 전극(11)을 덮도록 제 1 층간절연층(31) 위에 제 2 층간절연층(16a, 16b, 17a, 17b, 16c, 17c)을 형성한다.
다음으로, 제 2 층간절연층(16a∼17c)에 반도체층(13)의 드레인 영역에 접속되는 컨택트 홀(24)을 형성한다. 구체적으로는, 제 2 층간절연층(16a∼17c)에 대한 마스크 에칭에 의해 반도체층(13)의 드레인 영역에 이르는 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍에 Al 등의 도전 재료를 충전함으로써 컨택트 홀(24)을 형성한다. 그 후, 제 2 층간절연층(17c) 위에 컨택트 홀(24)에 접속되는 화소 전극(4)을 형성한다. 구체적으로는, ITO를 스퍼터링법 등에 의해 소정 패턴으로 형성한다. 화소 전극(4)은 각색마다 상술한 최적화 막 두께로 형성한다. 구체적으로는, R화소의 화소 전극(4R)은 95㎚, G화소의 화소 전극(4G)은 50㎚, B화소의 화소 전극(4B)은 50㎚의 두께로 형성한다.
다음으로, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 각 화소 영역(A)(도 2 참조)에 대응하는 개구부(51a)를 갖는 SiO2제의 제 1 뱅크부(격벽)(51)를 형성한다. 구체적으로는, SiO2 박막 형성 공정, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정을 행한다. 제 1 뱅크부(51)는 개구부(51a)의 둘레부가 화소 전극(4)의 외측 에지부에 겹치도록 형성한다. 또한, 제 1 뱅크부(51) 위에 각 화소 영역(A)에 대응하는 개구부(52a)를 갖는 제 2 뱅크부(격벽)(52)를 형성한다. 이 제 2 뱅크부(52)는 폴리아크릴 수지 제이며, 폴리아크릴 수지를 함유하는 용액의 도포 공정, 도포된 막의 건조 공정, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정에 의해 형성한다.
다음으로, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 각 뱅크부(51, 52)에서 형성된 개구부(51a ,52a) 내의 화소 전극(4) 위에 액상 조성물(61)을 배치한다. 여기서, 상기 액상 조성물(61)의 배치 방법으로서는, 공지의 액상법(습식 프로세스, 습식 도포법)이 채용되고, 예를 들어 스핀 코팅법, 잉크젯(액적 토출)법, 슬릿 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 성막법, 인쇄법 등이 이용된다. 이러한 액상법은 고분자 재료를 성막하는데는 적합한 방법이며, 기상법과 비교하여 진공 장치 등의 고가(高價)의 설비를 이용하지 않고 저렴하게 유기 EL 장치를 제조할 수 있다. 이러한 액상법을 이용함으로써, 액상 조성물(61)이 각 개구부(5) 내의 화소 전극(4) 위에 형성된다.
액상 조성물(61)은 정공 주입/수송층(28)을 형성하기 위한 재료를 용매에 용해 내지 분산시킨 것, 중간층(29)을 형성하기 위한 재료를 용매에 용해 내지 분산시킨 것, 발광층(유기 EL층)(7)을 형성하기 위한 재료를 용매에 용해 내지 분산시킨 것이다. 즉, 정공 주입/수송층(28), 중간층(29) 및 발광층(7)의 각각을 형성할 때마다 각층의 재료로 되는 액상 조성물(61)의 배치가 실행되고, 건조된다. 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 정공 주입/수송층(28)을 형성한 후, 중간층(29)을 형성하고, 또한 그 후에 각색의 발광층(7R, 7G, 7B)을 형성한다.
정공 주입/수송층(28)은 각색마다 상술한 최적화 막 두께로, 구체적으로는 R화소의 정공 주입/수송층(28R)은 70㎚, G화소의 정공 주입/수송층(28G)은 70㎚, B 화소의 정공 주입/수송층(28B)은 30㎚의 두께로 형성한다. 또한, 중간층(29)은 각색마다 상술한 최적화 막 두께로, 구체적으로는 R화소의 중간층(29R)은 8㎚, G화소의 중간층(29G)은 8㎚, B화소의 중간층(29B)은 8㎚의 두께로 형성한다. 또한, 발광층(7)은 각색마다 상술한 최적화 막 두께로, 구체적으로는 R화소의 발광층(7R)은 96㎚, G화소의 발광층(7G)은 90㎚, B화소의 발광층(7B)은 70㎚의 두께로 형성한다.
이어서, 투명 기판(1) 위의 전면(全面)(즉, 화소 영역 내에 상당하는 개구부(5) 내의 발광층(7) 위와 제 2 격벽(52) 위)에 LiF으로 이루어지는 전자 주입층(8)을 진공 증착법 등에 의해 형성하고, 또한 전자 주입층(8) 위에 Al으로 이루어지는 대향 전극(음극)(9)을 진공 증착법 등에 의해 형성함으로써, 도 2에 나타낸 구성을 가진 유기 EL 장치(100)를 얻는다.
<제 2 실시예>
다음으로, 제 1 실시예와 동일한 구조의 유기 EL 장치(100)의 각층의 두께를 결정하는 다른 순서를 설명한다. 이 방법에서는, 외부로부터 유기 EL 장치(100)에 투명 기판(1) 및 절연체 적층막(18)으로부터 화소 전극(4) 및 발광층(7)을 향하여 등에너지 백색광을 수직 입사시켰다고 가정하여, R, G, B 화소의 각 발광 피크 파장에서의 반사광 강도가 최소로 되도록 각층의 두께를 결정한다. 단, 외부로부터 유기 EL 장치(100)에 수직 입사하는 광은 등에너지 백색광에 한정될 필요는 없으며, 반사율에 주목하면, 본 실시예에서의 두께를 결정하는 방법은 R화소, G화소 및 B화소의 각 발광 피크 파장에서의 반사율이 최소로 되도록 각층의 두께를 결정하는 것과 등가(等價)이다. 여기서의 「반사광 강도」는 절연체 적층막(18)으로부터 화 소 전극(4) 및 발광층(7)을 향하는 입사광의 반사광, 즉, 화소 전극(4)으로부터 절연체 적층막(18)을 향하는 방향으로의 합계의 출력광 강도이며, 「반사율」은 절연체 적층막(18)으로부터 화소 전극(4) 및 발광층(7)을 향하는 입사광의 강도에 대한 반사광, 즉, 화소 전극(4)으로부터 절연체 적층막(18)을 향하는 방향으로의 합계의 출력광 강도의 비율이다. 이 결정 방법에 의해서도 제 1 실시예와 동일한 두께의 조합(도 3에 나타냄)이 얻어지며, 출력되는 광의 색순도를 향상시킬 수 있다.
따라서, 얻어지는 유기 EL 장치(100)에서는, 발광층(7)이 발광하면, 중간층(29)과 정공 주입/수송층(28) 사이의 계면, 정공 주입/수송층(28)과 화소 전극(4) 사이의 계면, 화소 전극(4)과 절연체 적층막(18) 사이의 계면 및 저굴절률의 제 2 층간절연층(17a∼17c)과 고굴절률의 제 2 층간절연층(16a∼16c) 사이의 계면에서의 반사에 의해 공진 작용이 일어나고, R화소, G화소 및 B화소의 어느 것의 발광 피크 파장에서도, 절연체 적층막(18)이 없는 경우보다도 높은 강도의 광이 절연체 적층막(18)으로부터 외측(절연체 적층막(18)에서는 발광층(7)의 반대쪽, 즉, 투명 기판(1) 측)을 향하여 방출된다. 또한, 같은 유기 EL 장치(100)에서 절연체 적층막(18) 측으로부터 화소 전극(투광성 전극)(4) 및 발광층(7)을 향하여 광을 수직 입사시켰을 때, 중간층(29)과 정공 주입/수송층(28) 사이의 계면, 정공 주입/수송층(28)과 화소 전극(4) 사이의 계면, 화소 전극(4)과 절연체 적층막(18) 사이의 계면 및 저굴절률의 제 2 층간절연층(17a∼17c)과 고굴절률의 제 2 층간절연층(16a∼16c) 사이의 계면에서의 반사에 의해, R화소, G화소 및 B화소의 각 발광 피크 파장 ±20㎚ 내에 있는 1개의 파장에서의 반사율이 그 발광 피크 파장의 ±50㎚ 내의 다 른 파장에서의 반사율보다도 낮아진다. 예를 들어 외부로부터 유기 EL 장치(100)에 광을 수직 입사시켰을 때에, R화소의 발광 피크 파장(620㎚)의 ±50㎚의 범위 내에서, R화소의 발광 피크 파장의 ±20㎚ 내에 있는 1개의 파장에서의 반사율이 최저로 된다.
도 9는 본 실시예에 따른 유기 EL 장치(100)에서의 수직 입사광(IL)에 기인하는 광의 진로 예를 나타낸 모식도이다. 도 9에 있어서, 실선은 층간의 계면을 나타내고, 1점쇄선은 광의 진로를 나타낸다. 도시된 광의 진로는 대표적인 예이며, 이들 이외에도 다수의 광의 진로가 있지만 도면을 간단명료하게 하기 위해 생략한다. 또한, 도면의 1점쇄선의 각도는 광의 진행 각도를 정확히 나타내는 것이 아니라, 복수의 진로를 구별하기 쉽게 묘사되어 있다. 도 9로부터 명확히 알 수 있듯이, 반사성의 대향 전극(9)과 전자 주입층(8) 사이의 계면에서는, 대향 전극(9)에 흡수되지 않은 모든 광이 도면의 우측으로 반사된다. 또한, 광을 투과하는 2개의 층 사이의 계면에서는 반사 및 굴절이 생긴다. 결과적으로, 화소 전극(4)으로부터 절연체 적층막(18)을 향하는 방향으로의 반사광이 절연체 적층막(18)으로부터 도면의 우측으로 출사된다. 본 실시예에서는 이들 반사광의 합계, 또는 입사광에 대한 반사광의 합계 비율인 반사율을 이용하여 각층의 두께를 결정한다.
우선, 이하에 설명하는 각층의 두께 결정 순서의 전제를 설명한다. 수직 입사에서의 2개 층의 계면에서의 반사율 R, 투과율 T, 반사에서의 위상변화 φr 및 투과에서의 위상변화 φt는 이하의 식 (2)∼(5)에 의해 구할 수 있다. 단, n1은 입 사측 매질의 굴절률, n2는 출사측 매질의 굴절률, k2는 출사측 매질의 소광계수이며, 굴절률 및 소광계수는 광의 파장에 의존한다.
R={(n1-n2)2+k2 2}/{(n1+n2)2+k2 2} …(2)
T=4n1n2/{(n1+n2)2+k2 2} …(3)
φr=tan-1{2n1k2/(n1 2-n2 2-k2 2)} …(4)
φt=tan-1{k2/(n1+n2)} …(5)
식 (2)∼(5) 및 각층의 두께를 이용하여, 외부로부터 투명 기판(1)을 거쳐 유기 EL 장치(100)에 수직 입사하는 등에너지 백색광에 대해서 각 계면에서의 반사광 강도(진폭) 및 위상, 투과광 강도(진폭) 및 위상을 구하고, 내부 반사하여 투명 기판(1)을 거쳐 외부에 출사되는 합계의 반사광 강도(또는 진폭)를 추정했다. 그리고, 각층의 두께를 바꾸면서, 절연체 적층막(18)으로부터 외측을 향하여 방출되는 합계의 반사광 강도를 추정하는 것을 반복하여, 각층의 최적의 두께를 구했다. 강도의 추정에서는, 발광으로부터 최대 3회까지 반사한 광을 합계했다. 그보다 많이 반사한 광은 층 내에서의 광 흡수에 의해 상당히 감쇠되었기 때문이다.
조건으로서, 화소 전극(4), 정공 주입/수송층(28) 및 발광층(7)의 두께를 현실적인 두께 범위 내에서 변화시켰다. 구체적으로는, 화소 전극(4)의 재료로서는 ITO를 사용하는 것을 상정하고, 그 두께의 범위를 40㎚∼100㎚로 한정했다. 정공 주입/수송층(28)의 재료로서는 PEDOT/PSS를 사용하는 것을 상정하고, 그 두께의 범위를 20㎚∼100㎚로 한정했다. 발광층(7) 두께의 범위는 60㎚∼100㎚로 한정했다.
외측을 향하여 방출되는 합계의 반사광 강도는 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션에 의해 추정했다. 구체적으로는, 2005년 8월 현재 일본국 도쿄의 사이버넷 시스템 주식회사(Cybernet Systems Co., Ltd)로부터 「OPTAS-FILM」이라는 상품명으로 입수 가능한 소프트웨어를 사용했다.
(스텝 1) 최종적으로는, R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 모든 영역에 대해서, 대응하는 화소의 발광 피크 파장에서의 반사광 강도를 가능한 한 작게 하는 것을 목적으로 하지만, 절연체 적층막(18)의 고굴절률층(제 2층간절연층(16a, 16b, 16c)) 및 저굴절률층(제 2 층간절연층(17a, 17b, 17c))의 두께를 모든 영역에서 공통으로 하기 위해, 우선, 가시광 영역의 거의 중심 파장인 약 540㎚의 발광 피크 파장을 갖는 G화소에 겹치는 영역에서 고굴절률층(16a), 저굴절률층(17a), 고굴절률층(16b), 저굴절률층(17b), 고굴절률층(16c), 저굴절률층(17c), 화소 전극(4G), 정공 주입/수송층(28G), 중간층(29G), 및 발광층(7G)의 두께를 최적화했다. 구체적으로는, 각층의 두께를 바꾸면서, 외측을 향하여 방출되는 합계의 반사광의 발광 피크 파장에서의 강도를 추정하는 것을 반복하여, 발광 피크 파장에서 가장 낮은 강도의 반사광이 방출되는 두께의 조합을 최적의 두께 조합으로서 선택했다. 굴절률 및 소광계수는 광의 파장에 의존하기 때문에, 이 단계에서는 녹색 파장(540㎚)에 대한 광학상수(굴절률 및 소광계수)를 사용했다. 이렇게 하여, 도 3의 G화소에 겹치는 영역에 대한 각층의 두께와 같은 두께가 얻어졌다.
(스텝 2) 다음으로, R화소(발광 피크 파장은 약 620㎚)에 겹치는 영역에 대해서, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 스텝 1에서 구한 값으로 고정시키는 한편, 화소 전극(4R), 정공 주입/수송층(28R), 중간층(29R), 및 발광층(7R)의 두께를 최적화했다. 구체적으로는, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 확정 조건으로 하고, 화소 전극(4R), 정공 주입/수송층(28R), 중간층(29R), 및 발광층(7R)의 두께를 바꾸면서, 절연체 적층막(18)으로부터 외측을 향하여 방출되는 합계의 반사광의 발광 피크 파장에서의 강도를 추정하는 것을 반복하여, 발광 피크 파장에서 가장 낮은 강도의 반사광이 방출되는 두께의 조합을 최적의 두께 조합으로서 선택했다. 이 단계에서는 적색 파장(620㎚)에 대한 광학상수(굴절률 및 소광계수)를 사용했다. 이렇게 하여, 도 3의 R화소에 겹치는 영역에 대한 각층의 두께와 같은 두께가 얻어졌다.
(스텝 3) 다음으로, B화소(발광 피크 파장은 약 470㎚)에 겹치는 영역에 대해서, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 스텝 1에서 구한 값으로 고정시키는 한편, 화소 전극(4R), 정공 주입/수송층(28R), 중간층(29R), 및 발광층(7R)의 두께를 최적화했다. 구체적으로는, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 확정 조건으로 하고, 화소 전극(4R), 정공 주입/수송층(28R), 중간층(29R), 및 발광층(7R)의 두께를 바꾸면서, 절연체 적층막(18)으로부터 외측을 향하여 방출되는 합계의 반사광의 발광 피크 파장에서의 강도를 추정하는 것을 반복하여, 발광 피크 파장에서 가장 낮은 강도의 반사광이 방출되는 두께의 조합을 최적의 두께 조합으로서 선택했다. 이 단계에서는 청 색 파장(470㎚)에 대한 광학상수(굴절률 및 소광계수)를 사용했다. 이렇게 하여, 도 3의 B화소에 겹치는 영역에 대한 각층의 두께와 같은 두께가 얻어졌다.
이상과 같이, 우선, G화소에 겹치는 영역에 대해서, 절연체 적층막(18)의 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 두께를 포함하는 각층의 두께를 결정한 후, 다른 화소에 겹치는 영역에 대해서, 절연체 적층막(18)의 이들 층을 고정시키고, 다른 층의 두께를 결정한다. 단, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)과 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 최적화 스텝(스텝 1)에서 R, G, B 중 어느쪽 화소에 겹치는 영역을 두께 결정의 기준으로 하여도 좋다. 그러나, 본 실시예와 같이, 가시광의 거의 중심 파장인 G화소에 겹치는 영역을 기준으로 하면, R화소, G화소, B화소에 겹치는 모든 영역에 대해서, 높은 강도의 광을 외측에 방출하도록 화소 전극(4), 정공 주입/수송층(28), 중간층(29), 및 발광층(7)의 두께를 결정하는 것이 용이하다.
도 10 내지 도 12는 이렇게 하여 얻어진 유기 EL 장치(100)에서의 각 화소에 겹치는 영역에 대한 외부로부터 투명 기판(1)을 거쳐 유기 EL 장치(100)에 수직 입사하는 광에 대한 반사율 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 10은 R화소에 겹치는 영역에 대한 반사율 스펙트럼을 나타내고, 도 11은 G화소에 겹치는 영역에 대한 반사율 스펙트럼을 나타내며, 도 12는 B화소에 겹치는 영역에 대한 반사율 스펙트럼을 나타낸다. 이들 도면으로부터, R화소, G화소 및 B화소의 각 발광 피크 파장 ±20㎚ 내에 있는 1개의 파장에서의 반사율이 그 발광 피크 파장의 ±50㎚ 내의 다른 파장에서의 반사율보다도 낮아짐이 확인되었다. 예를 들어 외부로부터 유기 EL 장 치(100)에 광을 수직 입사시켰을 때에, R화소의 발광 피크 파장(620㎚)의 ±50㎚의 범위 내에서, R화소의 발광 피크 파장의 ±20㎚ 내에 있는 1개의 파장에서의 반사율이 최저로 되었다.
본 실시예에 따른 각층의 두께 결정 방법에 의하면, 제 1 실시예와 동일한 유기 EL 장치(100)(도 3에 상세를 나타냄)를 얻을 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따라 얻어진 유기 EL 장치(100)의 각 화소에 겹치는 영역으로부터 투명 기판(1)을 거쳐 방출된 광의 스펙트럼을 나타내는 그래프는 도 5와 동일하다. 제 1 실시예에 관하여 상술한 바와 같이, 도 5와 비교예에 관한 도 6을 참조하면 명확히 알 수 있듯이, 본 실시예에 의하면, 출력되는 광의 색순도를 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 절연체 적층막(18) 내의 복수의 저굴절률층(17a, 17b, 17c)은 서로 다른 두께를 갖지만, 저굴절률층(17a, 17b, 17c)의 각각은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고, 복수의 고굴절률층(16a, 16b, 16c)은 서로 다른 두께를 갖지만, 고굴절률층(16a, 16b, 16c)의 각각은 R화소, G화소 및 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖기 때문에, 화소에 따라 두께를 변화시킬 필요가 없다. 즉, R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 절연체 적층막(18)은 공통의 구조를 갖는다. 또한, R광의 공진에 적합한 층과, G광의 공진에 적합한 층과, B광의 공진에 적합한 층을 각각 별도로 설계할 필요도 없다. 또한, 제 2 층간절연층(16a∼16c, 17a∼17c)이 균일한 두께를 갖기 때문에, 에칭에 의해 모든 컨택트 홀(24)을 일괄적으로 형성할 수 있다. 따라서, 이 유기 EL 장치(100)의 구성은 간단하여 제조가 용이하다.
종래 복수의 저굴절률층과 복수의 고굴절률층이 번갈아 적층된 절연체 적층막에 의해 광을 공진시키고자 하는 구조에서는, 상기 식 (1)에 준거하여, 저굴절률층은 서로 같은 두께를 갖고, 고굴절률층은 서로 같은 두께를 갖는 것이 일반적이었지만, 이러한 구조에서 현저한 공진 효과를 얻을 수 있다고 단정할 수는 없는 것이 본 발명의 발명자에 의해 이미 발견되었다. 오히려 본 실시예와 같이, 복수의 저굴절률층(17a, 17b, 17c)은 서로 다른 두께를 갖고, 복수의 고굴절률층(16a, 16b, 16c)은 서로 다른 두께를 갖는 것이 R, G, B의 모든 광을 공진시켜 보다 높은 강도로 방출할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 화소 전극(투광성 전극)(4)으로부터 발광층(7)까지의 층(화소 전극(4)과 발광층(7)을 포함함)의 두께 조합이 화소의 발광색에 따라 다르기 때문에, R화소, G화소 및 B화소에 겹치는 절연체 적층막(18)이 공통의 구조를 가지면서도, 각 발광색에 따른 적절한 반사 특성을 얻는 것이 용이하다. 영역에 따라 다른 두께의 박막을 형성하는 것은 곤란하거나 공정이 복잡해지는 경우가 많지만, 특히 고분자계의 발광층(7)을 사용할 경우에는, 정공 주입/수송층(28) 및 발광층(7)의 형성 시에 잉크젯법과 같이 액체 재료를 적하하는 방법을 채용할 수 있기 때문에, 액체 재료의 적하량을 적절히 조정함으로써, 정공 주입/수송층(28) 및 발광층(7)의 두께를 제어하는 것이 용이하다.
<다른 두께의 조합>
상술한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따라 각층의 두께를 산출(算出)하면, 상술한 두께의 조합(도 3)뿐만 아니라, 다른 조합이 얻어진다. 이들 조합(타입 A ∼타입 L)을 도 13 내지 도 15에 나타낸다. 도 13 내지 도 15에서 R, G, B는 각각 R화소에 겹치는 영역, G화소에 겹치는 영역, B화소에 겹치는 영역을 나타낸다. 도 3과 마찬가지로, 이들 도면에서 위쪽의 행일수록 제 1 대향 전극층으로부터 먼 층에 대응한다.
도 13 내지 도 15에 도시된 타입 A 내지 타입 L의 유기 EL 장치에서도, 발광층(7)이 발광하면, 중간층(29)과 정공 주입/수송층(28) 사이의 계면, 정공 주입/수송층(28)과 화소 전극(4) 사이의 계면, 화소 전극(4)과 절연체 적층막(18) 사이의 계면 및 저굴절률의 제 2 층간절연층(17a∼17c)과 고굴절률의 제 2 층간절연층(16a∼16c) 사이의 계면에서의 반사에 의해 공진 작용이 일어나고, R화소, G화소 및 B화소의 어느 것의 발광 피크 파장에서도, 절연체 적층막(18)이 없는 경우보다도 높은 강도의 광이 절연체 적층막(18)으로부터 외측(절연체 적층막(18)에서는 발광층(7)의 반대쪽, 즉, 투명 기판(1) 측)을 향하여 방출된다. 또한, 같은 유기 EL 장치에서 절연체 적층막(18) 측으로부터 화소 전극(투광성 전극)(4) 및 발광층(7)을 향하여 광을 수직 입사시켰을 때, 중간층(29)과 정공 주입/수송층(28) 사이의 계면, 정공 주입/수송층(28)과 화소 전극(4) 사이의 계면, 화소 전극(4)과 절연체 적층막(18) 사이의 계면 및 저굴절률의 제 2 층간절연층(17a∼17c)과 고굴절률의 제 2 층간절연층(16a∼16c) 사이의 계면에서의 반사에 의해, R화소, G화소 및 B화소의 각 발광 피크 파장 ±20㎚ 내에 있는 1개의 파장에서의 반사율이 그 발광 피크 파장의 ±50㎚ 내의 다른 파장에서의 반사율보다도 낮아진다. 따라서, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 관하여 상술한 효과를 얻을 수 있다.
제 1 실시예 및 제 2 실시예에서는 절연체 적층막(18) 내부의 층수, 즉, 고굴절률층과 저굴절률층의 합계 층수는 6이었다. 그러나, 도 14의 타입 G로서 예시되어 있는 바와 같이, 절연체 적층막(18) 내부의 층수는 8일 수도 있고, 그 이외의 층수 예를 들어 2, 4, 10, 또는 그 이상일 수도 있다. 단, 적층 수가 증가하면 시각 의존성이 강해지는 경향이 있다. 즉, 시야각이 좁아지는 경향이 있다.
<제 3 실시예>
또한, 상기 유기 EL 장치(100)를 도 16에 나타낸 바와 같이 변형할 수도 있다. 도 16에 나타난 제 3 실시예에서는 R, G, B 화소의 각각에 컬러 필터(CF)가 겹쳐져 있다. 컬러 필터(CF)는 대응하는 화소의 발광색의 파장 영역의 광을 투과하고, 다른 파장 영역의 광을 흡수한다. 예를 들어 R화소에 겹치는 컬러 필터(CF)는 적색 파장 영역(620㎚ 부근)의 광을 투과하고, 다른 파장 영역의 광을 흡수한다. 컬러 필터(CF)는 화소로부터 광이 방출되는 측인 투명 기판(1)에 접합되고, 그 주위는 블랙 매트릭스(BM)로 둘러싸여 있다. 컬러 필터(CF)와 블랙 매트릭스(BM)에는 보호막(19)이 겹쳐지고, 그 위에는 절연체 적층막(18)이 설치되어 있다. 이와 같이 각 화소에 컬러 필터(CF)를 겹침으로써, 콘트라스트 및 색순도를 향상시킬 수 있다. 즉, 화소가 발광했을 때의 광의 색순도가 향상되고, 화소가 발광하지 않을 때는 그 화소가 보다 어둡게 시인(視認)된다.
<제 4 실시예>
도 17은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 무기 EL 장치의 일부를 나타낸다. 본 발명에 따른 EL 장치의 실시예로서 유기 EL 장치를 예시하여 설명했지만, 무기 EL 장치도 본 발명의 범위 내에 있다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 무기 EL 장치는 예를 들어 유리제의 투명 기판(201) 위에 예를 들어 ITO로 형성된 투광성 전극(202)과, 그 위에 예를 들어 SiNx으로 형성된 제 1 절연막(203)과, 그 위에 형성된 발광층(204)과, 그 위에 예를 들어 SiNx으로 형성된 제 2 절연막(205)과, 그 위에 예를 들어 Al으로 형성된 배면 전극(206)을 갖는다. 본 발명에 의하면, 투명 기판(201)과 투광성 전극(202) 사이에 예를 들어 SiO2으로 형성된 저굴절률층(208)과 예를 들어 SiNx으로 형성된 고굴절률층(209)을 갖는 절연체 적층막(207)을 개재시켜, R, G, B 화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 저굴절률층(208)과 고굴절률층(209) 각각의 두께는 균일하게 하고, 투광성 전극(201)과 제 1 절연막(203)과 발광층(204)의 두께 조합을 화소의 발광색에 따라 다르게 한다.
그리고, 각층의 두께를 제 1 실시예 또는 제 2 실시예와 동일하게 결정한다. 얻어진 무기 EL 장치에서는, 발광층(204)이 발광하면, 제 1 절연막(203)과 투광성 전극(202) 사이의 계면, 투광성 전극(202)과 절연체 적층막(207) 사이의 계면 및 저굴절률층(208)과 고굴절률층(209) 사이의 계면에서의 반사에 의해 공진 작용이 일어나고, R화소, G화소 및 B화소의 어느 것의 발광 피크 파장에서도, 절연체 적층막(207)이 없는 경우보다도 높은 강도의 광이 절연체 적층막(207)으로부터 외측(절연체 적층막(207)에서는 발광층(204)의 반대쪽, 즉, 투명 기판(201) 측)을 향하여 방출된다. 또한, 같은 무기 EL 장치에서 절연체 적층막(207) 측으로부터 투광성 전극(202) 및 발광층(204)을 향하여 광을 수직 입사시켰을 때, 제 1 절연막(203)과 투광성 전극(202) 사이의 계면, 투광성 전극(202)과 절연체 적층막(207) 사이의 계면 및 저굴절률층(208)과 고굴절률층(209) 사이의 계면에서의 반사에 의해, R화소, G화소 및 B화소의 각 발광 피크 파장 ±20㎚ 내에 있는 1개의 파장에서의 반사율이 그 발광 피크 파장의 ±50㎚ 내의 다른 파장에서의 반사율보다도 낮아진다. 따라서, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 관하여 상술한 효과를 얻을 수 있다. 단, 제 1 절연막(203)은 없어도 된다.
<전자 기기>
다음으로, 본 발명의 EL 장치를 구비한 각종 전자 기기에 대해서 도 18을 참조하여 설명한다. 도 18의 (a)는 휴대전화의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 18의 (a)에 있어서, 부호 600은 휴대전화 본체를 나타내고, 부호 601은 상기 중 어느 하나의 EL 장치를 사용한 표시부를 나타낸다. 도 18의 (b)는 워드프로세서, 퍼스널 컴퓨터 등 휴대형 정보처리 장치의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 18의 (b)에 있어서, 부호 700은 정보처리 장치, 부호 701은 키보드 등의 입력부, 부호 703은 정보처리 장치 본체, 부호 702는 상기 중 어느 하나의 EL 장치를 사용한 표시부를 나타낸다. 도 18의 (c)는 손목시계형 전자 기기의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 18의 (c)에 있어서, 부호 800은 시계 본체를 나타내고, 부호 801은 상기 중 어느 하나의 EL 장치를 사용한 표시부를 나타낸다.
도 18의 (a)∼(c)에 나타낸 각각의 전자 기기는 상기 중 어느 하나의 EL 장치를 표시부로서 구비한 것이기 때문에, 색순도가 높은 표시를 실현할 수 있다.
이상의 설명에 의하면, 본 발명은 출력되는 광의 색순도를 향상시키는 것이 가능하고, 또한 구성이 간단하여 제조가 용이한 EL 장치와 이러한 EL 장치를 구비한 전자 기기를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 적색광을 발광 가능한 R화소와, 녹색광을 발광 가능한 G화소와, 청색광을 발광 가능한 B화소를 구비하는 EL 장치로서,
    상기 각 화소는 한 쌍의 전극과, 이들 전극의 사이에 끼워져 전기 에너지가 공급됨으로써 발광하는 발광층을 적어도 갖고 있으며, 상기 전극 중 한쪽은 투광성 전극이고,
    상기 투광성 전극 중 상기 발광층과 반대측 면에는 절연체 적층막이 형성되어 있고,
    상기 절연체 적층막은 투광성 절연체로 형성된 복수의 저굴절률층과, 상기 저굴절률층보다도 높은 굴절률을 갖는 투광성 절연체로 형성된 복수의 고굴절률층을 갖고 있으며, 이들 저굴절률층과 고굴절률층은 번갈아 적층되어 있고,
    상기 각 저굴절률층은 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 발광 영역 전역(全域)에 걸쳐 형성되고, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고 있으며,
    상기 각 고굴절률층은 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 발광 영역 전역에 걸쳐 형성되고, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고 있으며,
    복수의 상기 저굴절률층은 서로 다른 두께를 갖고 있으며,
    복수의 상기 고굴절률층은 서로 다른 두께를 갖고 있으며,
    상기 발광층이 발광하면, 적어도 상기 투광성 전극과 상기 절연체 적층막 사이의 계면 및 상기 저굴절률층과 상기 고굴절률층 사이의 계면에서의 반사에 의해, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것의 발광 피크 파장에서도, 상기 절연체 적층막이 없는 경우보다도 높은 강도의 광이 상기 절연체 적층막으로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 EL 장치.
  2. 적색광을 발광 가능한 R화소와, 녹색광을 발광 가능한 G화소와, 청색광을 발광 가능한 B화소를 구비하는 EL 장치로서,
    상기 각 화소는 한 쌍의 전극과, 이들 전극의 사이에 끼워져 전기 에너지가 공급됨으로써 발광하는 발광층을 적어도 갖고 있으며, 상기 전극 중 한쪽은 투광성 전극이고,
    상기 투광성 전극 중 상기 발광층과 반대측 면에는 절연체 적층막이 형성되어 있고,
    상기 절연체 적층막은 투광성 절연체로 형성된 복수의 저굴절률층과, 상기 저굴절률층보다도 높은 굴절률을 갖는 투광성 절연체로 형성된 복수의 고굴절률층을 갖고 있으며,
    상기 각 저굴절률층은 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 발광 영역 전역에 걸쳐 형성되고, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고 있으며,
    상기 각 고굴절률층은 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 발광 영역 전역에 걸쳐 형성되고, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 어느 것에 겹치는 영역에서도 균일한 두께를 갖고 있으며,
    복수의 상기 저굴절률층은 서로 다른 두께를 갖고 있으며,
    복수의 상기 고굴절률층은 서로 다른 두께를 갖고 있으며,
    상기 절연체 적층막 측으로부터 상기 투광성 전극 및 상기 발광층을 향하여 광을 입사시켰을 때, 적어도 상기 투광성 전극과 상기 절연체 적층막 사이의 계면 및 상기 저굴절률층과 상기 고굴절률층 사이의 계면에서의 반사에 의해, 상기 R화소, 상기 G화소 및 상기 B화소의 각 발광 피크 파장의 ±20㎚ 내에 있는 파장에서의 반사율이 각 발광 피크 파장의 ±50㎚ 내의 다른 파장에서의 반사율보다도 낮은 것을 특징으로 하는 EL 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투광성 전극과 상기 발광층을 포함하는 상기 투광성 전극으로부터 상기 발광층까지의 층의 두께의 조합이 상기 화소의 발광색에 따라 다른 것을 특징으로 하는 EL 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 EL 장치는 유기 EL 장치이고,
    상기 발광층과 상기 투광성 전극 사이에 상기 발광층으로부터 상기 투광성 전극을 향하여 정공 또는 전자가 누출되는 것을 저감시키는 중간층이 배치되어 있 는 것을 특징으로 하는 EL 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연체 적층막의 광사출(光射出) 측에 컬러 필터가 배열 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 EL 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 EL 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
KR1020050099240A 2004-11-22 2005-10-20 Ｅｌ 장치 및 전자 기기 KR100703021B1 (ko)

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