KR101344256B1

KR101344256B1 - 표시장치

Info

Publication number: KR101344256B1
Application number: KR1020110076363A
Authority: KR
Inventors: 노부타카 미즈노
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-12-23
Also published as: US20120032584A1; KR20120013194A; CN102376897A; JP2012054225A; US8227976B2

Abstract

표시장치는, 청색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자, 녹색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자, 및 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한다. 상기 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자 위에 설치된 광학조정층은, 이하의 수학식을 충족시키는 두께 d₁을 갖는다:
(4m₁-2φ₁/π-3)λ₁/(8n₁) <d₁ <(4m₁-2φ₁/π-1)λ₁/(8n₁)
여기에서, λ₁은 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 방출된 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장을 나타내고, n₁은 상기 최대 피크 파장λ₁에 있어서의 상기 광학조정층의 굴절률을 나타내고, φ₁은 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 광이 상기 광학조정층의 제2전극과는 반대측의 계면에서 반사될 때의 위상쉬프트량을 나타내고, m₁은 양의 정수이다.

Description

표시장치{DISPLAY APPARATUS}

본 발명은, 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한 표시장치에 관한 것이다.

유기 일렉트로루미네센스(ＥＬ) 소자는, 기판에 배치된 제1전극, 발광층을 포함하는 유기 화합물층, 및 제2전극으로 구성된 적층구조를 갖는다. 유기ＥＬ소자에 관한 일 과제는, 발광 효율이 낮은 것이다. 발광 효율을 향상시키기 위해서, 예를 들면, 일본국 공개특허공보 특개 2004-127795호에는, 제1전극과 제2전극의 양쪽에 금속을 사용하는 공진기 구조를 갖는 유기ＥＬ소자가 개시되어 있다.

일반적으로, 금속박막의 반사율은, 가시광선영역의 장파장측에서는 크다. 그 때문에, 유기ＥＬ소자의 광 출사측의 전극으로서 금속박막을 사용하는 경우에, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자에서의 공진 효과는, 다른 색을 방출하는 유기ＥＬ소자보다도 크다.

이것으로, 공진 효과가 큰 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자에 있어서는, 유기 화합물층등을 형성할 때에 일어나는 두께의 변화에 따라, 색도나 발광 효율등의 특성이 크게 변화되어버린다고 하는 과제가 생긴다. 이에 따라서, 출사측의 전극으로서 상기 종류의 금속박막을 사용하는 적색, 청색 및 녹색을 발광하는 유기 EL소자가 장착된 풀 칼라 표시장치는, 가시광 영역의 적색측이 다른 색보다 선명한 색을 표시할 것이다.

본 발명에 따른 표시장치는, 청색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자와, 녹색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자와, 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한다. 각 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 제1전극과, 발광층과, 제2전극을 갖는다. 각 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 방출한 광은 상기 제2전극으로부터 출사된다. 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자의 제2전극 위에, 두께 d₁의 제1광학조정층이 형성된다. 상기 제1광학조정층의 두께 d₁은, 이하의 수학식 A를 충족시킨다:

(4m₁-2φ₁/π-3)λ₁/(8n₁) <d₁ <(4m₁-2φ₁/π-1)λ₁/(8n₁) ...(A)

여기에서, λ₁은 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 방출된 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장, n₁은 상기 최대 피크 파장λ₁에 있어서의 상기 제1광학조정층의 굴절률, φ₁은 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 광이 상기 제1광학조정층의 상기 제2전극과는 반대측의 계면에서 반사될 때의 위상 쉬프트, 및 m₁은 양(positive)의 정수다.

본 발명에 의하면, 고효율의 광을 방출하는 유기ＥＬ소자를 구비한 표시장치를 얻을 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징들은, 첨부도면을 참조하여 예시적 실시예들의 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1a 내지 1c는 본 발명에 따른 유기ＥＬ소자를 구비하는 표시장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 은 박막에 있어서의 반사율에 대한 파장분산을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 제1광학조정층의 두께와 발광 효율의 관계를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예와 제1 비교예에 있어서의 유기 화합물층의 두께 변동과 색도 변동의 관계를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 제1광학조정층의 두께와 발광 효율의 관계를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예와 제1 비교예에 있어서의 유기 화합물층의 두께 변동과 색도 변동의 관계를 나타낸다.

이하, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 표시장치를, 도면을 참조해서 설명한다. 본 명세서에서 도면에 나타내지 않거나 기재되지 않은 구성요소에 관해서, 이러한 구성요소가 해당 기술분야에 공지되거나, 종래의 기술에서의 동등한 구성요소가 사용된다. 또한, 이하에 설명하는 상기 예시적 실시예는, 본 발명의 일 실시예에 지나지 않고, 이것들에 한정되지 않는다.

도 1a는, 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스(ＥＬ) 소자를 갖는 본 발명에 따른 표시장치의 개략적인 단면도다. 표시장치는, 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)와, 녹색을 발광하는 유기ＥＬ소자(12)와, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)가 설치된 기판(1)을 갖는다. 각 유기ＥＬ소자는, 제1전극(2), 발광층을 갖는 유기 화합물층(3), 및 제2전극(4)을 이 순서로 갖는다. 더욱이, 유기ＥＬ소자 위에는 보호층(6)이 배치되어 있다. 각 유기ＥＬ소자로부터의 발광은, 제2전극(4)측으로부터 출사된다. 유기ＥＬ소자의 사이에는 격벽(7)이 배치되어 있다.

보호층(6)은, 다수의 유기ＥＬ소자(즉, 유기ＥＬ소자(11), 유기ＥＬ소자(12) 및 유기ＥＬ소자(13))에 걸쳐서 공통의 두께로 연장되어 있다.

각 유기ＥＬ소자의 제2전극(4)과 보호층(6)의 사이에 광학조정층(5)이 배치되어 있다. 이 광학조정층(5)은, 1개의 층이나 다수의 층으로 구성되어도 된다. 이 광학조정층(5)이 다수의 층으로 구성되는 경우에는, 그 다수의 층 중 2개의 인접한 층은, 서로 다른 굴절률을 갖는다.

도 2는, 10ｎｍ 두께의 은(Ａｇ) 박막이 제2전극(4)에 사용될 경우의 반사율에 대한 파장분산을 나타낸다. 특히, 본 도면에 나타낸 것처럼, 각 유기ＥＬ소자의 광 추출 전극이 되는 각 제2전극(4)을 두께 5ｎｍ이상 20ｎｍ이하의 금속박막으로 형성하는 경우에는, 그 제2전극(4)의 반사율이 장파장(적색측) 영역에서 보다 높다. 이 때문에, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자의 공진 효과가 커지고, 광추출 효율이, 다른 색보다도 상대적으로 커져버린다. 이 때문에, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)에서는, 유기 화합물층(3)등을 형성할 때에 일어나는 두께 변화에 따라, 색도와 발광 효율등의 특성이 크게 변화되어 버려, 강건성(robustness)이 저하되게 된다. "공진 효과"란, 제1전극(2)측에 있는 반사면과 제2전극(4)측에 있는 반사면과의 사이에서 광간섭 효과를 이용해서 발광층이 방출하는 광을 강화하는 효과다.

이를 고려하여, 본 발명에서는, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 공진 효과를 약화시키도록 광학조정층(5)이 특별히 설계된다. 구체적으로는, 유기ＥＬ소자(13)의 발광층으로부터 방출되고 광학조정층(5)의 2개의 계면에서 반사된 적색광의 위상이 서로 반대이도록(즉, 180도 또는 π라디안만큼 시프트되도록), 광학조정층(5)의 두께가 설정되어 있다. 더 구체적으로는, 광학조정층(5)의 두께d₁이 이하의 수학식 1을 충족시키도록 설계되어 있다:

2n₁d₁/λ₁+φ₁/2π=m₁-1/2 (1)

여기에서, λ₁은 유기ＥＬ소자(13)로부터 방출된 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장, n₁은 최대 피크 파장λ₁에 있어서의 광학조정층(5)의 굴절률, φ₁은 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)로부터 출사되는 광이 광학조정층(5)의 제2전극(4)과는 반대측의 계면(표면 또는 평면)에서 반사될 때의 위상 쉬프트, m₁은 양의 정수다. 구체적으로, 동작시에, 유기ＥＬ소자(13)의 발광층은, 적색 파장영역의 광(적색광)을 발생한다. 상기 적색광의 일부는, 상기 제2전극(4)과 상기 광학조정층(5)을 통해 직접 방출된다. 그렇지만, 상기 적색광의 일부는, 광학조정층(5)의 표면S1(계면)에서 반사되고 나서, 상기 제2전극(4)과 상기 광학조정층(5)을 통해 방출된다. 이에 따라서, φ₁은, 상기 적색광이 상기 광학조정층(5)의 표면S1에서 반사될 때 상기 유기ＥＬ소자(13)로부터 출사된 상기 적색광의 위상 시프트의 양이다. 도 1a에 나타낸 것처럼, 상기 광학조정층(5)의 표면S1은 상기 제2전극(4)의 반대이다.

각 유기 화합물층(3)과 광학조정층(5)을 형성할 때 일어나는 정보 오차로 인해, 또는 발광층내의 발광 분포의 영향으로 인해 상기 수식 1을 충족시키지 않는 경우가 있다. 그렇지만, 광학조정층(5)의 광학두께n₁d₁의 값이 식 1을 충족시키는 값으로부터 ±λ₁/8정도 벗어난 경우에도, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 공진 효과는 충분히 약화된다. 따라서, 광학조정층(5)의 두께d₁은, 이하의 관계식 A를 만족시키고 있으면 좋다. 이 경우에, d₁> 0이다.

(4m₁-2φ₁/π-3)λ₁/(8n₁) <d₁ <(4m₁-2φ₁/π-1)λ₁/(8n₁) ...(A)

이 구성에 의해, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자의 공진 효과를 약화시켜, 색도와 발광 효율등의 특성이 변화되기 어려워져 강건성이 높게 된다. 이때, 비록 도 1a가 유기ＥＬ소자(11,12,13) 각각 위에 배치되는 광학조정층(5)을 나타내지만, 광학조정층(5)은 그 대신에 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)에만 배치되어도 된다.

또한, 광학조정층(5)의 광학두께n₁d₁은, 광학조정층(5)의 광학두께n₁d₁의 값이 식 1을 충족시키는 값으로부터 ±λ₁/16정도 벗어난 범위내이도록 설정되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 광학조정층(5)의 두께d₁은 이하의 관계식 A'을 만족시키는 것이 바람직하다:

(8m₁-4φ₁/π-5)λ₁/(16n₁)≤d₁≤(8m₁-4φ₁/π-3)λ₁/(16n₁) ...(A')

도 2의 특성은, Ａｇ을 포함하는 금속박막을 제2전극(4)으로 사용할 경우에는 현저하다. 그렇지만, 두께 5ｎｍ이상 20ｎｍ이하의 금속 박막의 반사율이 대개 단파장측으로 감소되기 때문에, 각 제2전극(4)은 Ａｇ박막 혹은 Ａｇ를 포함하는 금속박막에 한정되는 것은 아니다. 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 공진 효과가 다른 색을 발광하는 유기ＥＬ소자보다도 큰 것이면 본 발명을 적용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명은, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자의 공진기 구조가 다른 색을 발광하는 소자와 비교하여 높은 차원의 광간섭 효과를 이용하는 공진기 구조를 갖는 유기ＥＬ소자에 적용할 수 있다.

도 1b에는, 광학조정층(5)이, 제2전극(4) 위에 배치된 제1광학조정층(51)과, 제1광학조정층(51) 위에 배치되는 제2광학조정층(52)을 갖는 다수의 층으로 구성되어 있는 예가 도시되어 있다. 제1광학조정층(51) 및 제2광학조정층(52)은 함께, 각 유기ＥＬ소자 위에 공통으로 배치되어 있다. 제1광학조정층(51)과 제2광학조정층(52)은 굴절률이 다른 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 제1광학조정층(51)의 두께는, 전술한 식A를 충족시키고, 제2광학조정층(52)의 두께d₁은 하기 수학식 B를 만족시키고 있다:

(4m₂-2φ₂/π-1)λ₂/(8n₂) <d₂ <(4m₂-2φ₂/π+1)λ₂/(8n₂) ...(B)

여기에서, λ₂는 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)로부터 추출되는 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장, n₂는 최대 피크 파장λ₂에 있어서의 제2광학조정층(52)의 굴절률, φ₂는 청색광이 제1광학조정층(51)과 제2광학조정층(52)과의 계면S2에서 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출력된 청색광의 위상쉬프트량과, 상기 청색광이 제2광학조정층(52)의 제1광학조정층(51)과는 반대측의 계면S3에서 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출력된 청색광의 위상쉬프트량과의 합이고, m₂는 양의 정수다.

제2광학조정층(52)의 두께d₂는 이하의 수학식B'를 충족시키는 것이 보다 바람직하다. 한층 더, 제2광학조정층(52)의 두께d₂는 이하의 수학식B"를 충족시키는 것이 가장 바람직하다.

(8m₂-4φ₂/π-1)λ₂/(16n₂)≤d₂≤(8m₂-4φ₂/π+1)λ₂/(16n₂) ...(B')

2n₂d₂/λ₂+φ₂/2π=m₂ (B")

상기 수학식은, 도 2에서 나타나 있는 바와 같이, 광 추출 전극이 되는 각 제2전극(4)을 두께 5ｎｍ이상 20ｎｍ이하의 금속박막으로 형성하는 경우에는, 그 제2전극(4)의 반사율이 단파장(청색측) 영역에서 작아지는 사실에 기초한다. 상기 식B, B', B"를 충족시키도록 제2광학조정층(52)을 형성함으로써, 유기ＥＬ소자(11)로부터 방출되고 제2광학조정층(52)의 양쪽 계면S2,S3에서 반사된 청색광의 위상들은, 서로 가까워짐으로써, 유기ＥＬ소자(11)의 공진 효과를 강화할 수 있어서, 청색광의 광 추출 효율이 향상한다.

본 발명에 따른 표시장치에 있어서, 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)의 발광 효율이 향상하는 반면에, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 발광 효율을 낮게 할 수 있음으로써, 백색광을 표시할 때 휘도 밸런스가 양호하게 하고, 또한 소비 전력을 저감하게 한다.

도 1c를 참조하면, 제3광학조정층(53)은, 상기 제1광학조정층(51)과 제2광학조정층(52)과 아울러, 유기ＥＬ소자 각각의 제2광학조정층(52) 위에 설치되어도 된다. 즉, 제3광학조정층(53)의 양쪽 계면S4,S5에서 반사될 때의 청색광의 위상을 일치하여도 되고, 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)의 공진 효과를 제2광학조정층(52)과 제3광학조정층(53)을 사용해서 강화하여도 된다. 이 경우, 제3광학조정층(53)은 제2광학조정층(52)과는 굴절률이 다른 재료로 구성된다. 제3광학조정층(53)의 두께d₃은, 하기 관계식 C를 만족시키고 있다:

(4m₃-2φ₃/π-1)λ₂/(8n₃) <d₃ <(4m₃-2φ₃/π+1)λ₂/(8n₃) ...(C)

여기에서, n₃은 전술한 최대 피크 파장λ₂에 있어서의 제3광학조정층(53)의 굴절률, φ₃은 청색광이 제2광학조정층(52)과 제3광학조정층(53)과의 계면S4에서 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출력된 청색광의 위상쉬프트량과, 상기 청색광이 제3광학조정층(53)의 제2광학조정층(52)과는 반대측의 계면S5에서 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출력된 청색광의 위상쉬프트량과의 합이고, m₃은 양의 정수다.

제3광학조정층(53)의 두께d₃은 식C'를 충족시키는 것이 보다 바람직하다. 한층 더, 제2광학조정층(53)의 두께d₃은 식C"을 충족시키는 것이 가장 바람직하다.

(8m₃-4φ₃/π-1)λ₃/(16n₃)≤d₃≤(8m₃-4φ₃/π+1)λ₃/(16n₃) ...(C')

2n₃d₃/λ₃+φ₃/2π=m₃ (C")

또한, 광학조정층(5)이 단층으로 이루어질 경우의 그 두께d₁과 광학조정층(5)이 다수의 층으로 이루어질 경우의 제1광학조정층(51)의 두께d₁은, 상기 식A 또는 식A'를 충족시키고, 또한, 이하의 수학식D, D' 및 D" 중 적어도 하나를 충족시킨다:

(4m₄-2φ₄/π-1)λ₂/(8n₄) <d₁ <(4m₄-2φ₄/π+1)λ₂/(8n₄) ...(D)

(8m₄-4φ₄/π-1)λ₂/(16n₄)≤d₁≤(8m₄-4φ₄/π+1)λ₂/(16n₄) ...(D')

2n₄d₁/λ₂+φ₄/2π=m₄ (D")

여기에서, λ₂는 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)로부터 추출되는 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장, n₄는 최대 피크 파장λ₂에 있어서의 광학조정층(5)(또는 제1광학조정층 51)의 굴절률, φ₄는 유기ＥＬ소자(11)로부터 출사되는 청색광이 광학조정층(5)(또는 제1광학조정층 51)의 제2전극(4)과는 반대측의 계면S1에서 반사될 때의 위상쉬프트량, m₄는 양의 정수다.

이 구성에서는, 광학조정층(5) 또는 제1광학조정층(51)에 의해, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 공진 효과를 약화시킬 수 있고, 또한, 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)의 공진 효과를 강화할 수 있다. 또한, 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)의 공진 효과를 만족스럽게 강화하기 위해서는, 식D보다도 식D'이나, 식D'보다도 식D"을 충족시키는 쪽이 보다 바람직하다.

광학조정층(5)이 다수의 층으로 이루어진 경우에, 제2광학조정층(52)의 두께d₂는, 상기 식B 또는 B'를 만족시키고, 또한, 이하의 식E, 식E', 식E" 중 적어도 하나를 충족시키는 것이 바람직하다.

(4m₅-2φ₅/π-3)λ₁/(8n₅) <d₂ <(4m₅-2φ₅/π-1)λ₁/(8n₅) ...(E)

(8m₅-4φ₅/π-5)λ₁/(16n₅)≤d₂≤(8m₅-4φ₅/π-3)λ₁/(16n₅) ...(E')

2n₅d₂/λ₁+φ₅/2π=m₅-1/2 ...(E")

여기에서, λ₁은 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)로부터 추출되는 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장, n₅는 최대 피크 파장λ₁에 있어서의 제2광학조정층(52)의 굴절률, φ₅는 적색광이 제1광학조정층(51)과 제2광학조정층(52)과의 계면S2에서 반사될 때의 유기ＥＬ소자(13)로부터 출력된 적색광의 위상쉬프트량과, 상기 적색광이 제2광학조정층(52)의 제1광학조정층(51)과는 반대측의 계면S3에서 반사될 때의 유기ＥＬ소자(13)로부터 출력된 적색광의 위상쉬프트량과의 합이고, m₅는 양의 정수다.

이 구성에서는, 제2광학조정층(52)에 의해, 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)의 공진 효과를 강화하고, 또한, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 공진 효과를 약화시킬 수 있다. 또한, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 공진 효과를 만족스럽게 약화시키기 위해서는, 식E보다도 식E'이나, 식E'보다도 식E"을 충족시키는 쪽이 보다 바람직하다.

광학조정층(5)이 한층 더 제3광학조정층(53)을 가질 경우에, 그 두께d₃은, 상기 식C 또는 C'을 충족시키고, 또한, 이하의 식F, F' 및 F" 중 적어도 하나를 충족시키는 것이 바람직하다:

(4m₆-2φ₆/π-3)λ₁/(8n₆) <d₃ <(4m₆-2φ₆/π-1)λ₁/(8n₆) ...(F)

(8m₆-4φ₆/π-5)λ₁/(16n₆)≤d₃≤(8m₆-4φ₆/π-3)λ₆/(16n₆) ...(F')

2n₆d₃/λ₁+φ₆/2π=m₆-1/2 (F")

여기에서, λ₁은 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)로부터 추출되는 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장, n₆은 최대 피크 파장λ₁에 있어서의 제3광학조정층(53)의 굴절률, φ₆은 적색광이 제2광학조정층(52)과 제3광학조정층(53)과의 계면S4에서 반사될 때의 유기ＥＬ소자(13)로부터 출력된 적색광의 위상쉬프트량과, 상기 적색광이 제3광학조정층(53)의 제2광학조정층(52)과는 반대측의 계면S5에서 반사될 때의 유기ＥＬ소자(13)로부터 출력된 적색광의 위상쉬프트량과의 합이고, m₆은 양의 정수다.

이 구성에서는, 제3광학조정층(53)에 의해, 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)의 공진 효과를 강화하고, 또한, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 공진 효과를 약화시킬 수 있다. 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 공진 효과를 만족스럽게 약화시키기 위해서는, 식F보다도 식F'나, 식F'보다도 식F"을 충족시키는 쪽이 보다 바람직하다.

기판(1)은 박막트랜지스터 등의 스위칭소자(도면에 나타내지 않는다)가 구비된 절연성의 기판이며, 유리나 플라스틱으로 이루어진다.

각 제1전극(2)은, 알루미늄, 크롬 또는 은 등의 단일 금속이나 그것들의 합금으로 이루어진 금속층이어도 된다. 한층 더, 제1전극(2)은, 산화인듐과 산화주석의 화합물층이나 산화인듐과 산화아연의 화합물층등의 각 투명산화물 도전층을 금속층 위에 적층하여 형성되어도 된다. 제1전극(2)이 금속층만으로 형성된 경우에는, 제1전극(2)의 반사면은, 금속층(즉, 제1전극2)과 유기 화합물층(3)과의 계면이다. 제1전극(2)이 금속층과 투명산화물도전층과의 2층으로 형성되는 경우에는, 제1전극(2)의 반사면은, 금속층과 투명산화물 도전층과의 계면이다. 제1전극(2)의 두께는, 50ｎｍ이상 200ｎｍ이하가 바람직하다. "투명"이란, 가시광선영역(즉, 파장400ｎｍ 내지 780ｎｍ)에 있어서 50%이상의 광투과율을 갖는 것을 말한다.

각 유기 화합물층(3)은, 적어도 발광층을 갖는다. 추가로, 유기 화합물층(3)은, 필요에 따라서 정공수송층이나 전자수송층등의 전하수송층을 가져도 되고, 또한, 정공 블록킹층 등을 가져도 된다. 각 층은, 공지의 재료로 이루어져도 되고, 공지의 성막 기술, 이를테면, 증착기술 또는 전사 기술에 의해 형성되어도 된다. 또한, 색마다 유기 화합물층(3)의 두께를 최적화 함으로써, 각 색의 유기ＥＬ소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.

각 제2전극(4)은, 알루미늄, 크롬 또는 은등의 단일 금속이나 그것들의 합금으로 이루어진 금속박막이어도 된다. 특히, Ａｇ을 포함하는 금속 박막은, 흡수율이 낮고, 비저항도 낮기 때문에, 제2전극(4)으로서 사용되는 것이 바람직하다. 제2전극(4)의 두께가 5ｎｍ이상 20ｎｍ이하인 것이 바람직하다. 이와는 달리, 제2전극(4)은, 전술한 금속박막 위에, 산화인듐과 산화 주석의 화합물층이나 산화인듐과 산화아연의 화합물층등의 투명산화물 도전층을 적층하여서 형성되어도 된다. 제2전극(4)의 반사면은, 금속박막(즉, 제2전극 4)과 유기 화합물층(3)과의 계면이다.

보호층(6)은, 공지의 재료를 사용하고 또한 공지의 성막 수법에 의해 형성될 수 있다. 일례는, 질화 실리콘(ＳｉＮ)막을 화학기상증착(ＣＶＤ)을 사용하여 형성하는 것을 포함한다. 또한, 산화티탄이 대안으로서 사용되어도 된다. 보호층(6)의 두께는, 밀봉성능을 얻기 위해서 일반적으로 미크론 오더이며, 광학간섭 효과에 영향을 받지 않는 두께다.

광학조정층(5)에 사용된 재료는, 특별히 한정되지 않고, 유기재료나 무기재료의 어느 한쪽이어도 좋다. 이러한 재료의 예들은, ＳｉＯ₂, ＴｉＯ₂, ＬｉＦ, ＭｇＦ₂, ＣＦ_x, 및 유기 화합물층(3)의 재료와 같은 재료를 포함한다. 인접하는 광학조정층간(즉, 제1광학조정층(51)과 제2광학조정층(52), 제2광학조정층(52)과 제3광학조정층(53))에 있어서 굴절률 차이가 큰쪽(즉, 0.2이상의 차이)이, 반사율이 커지기 때문에, 광학적인 조정을 행하는데 보다 바람직하다. 또한, 굴절률ｎ_A의 매질로부터 굴절률ｎ_B의 매질에 광이 입사할 때의 계면에 있어서의 반사율R은 아래의 수학식 2로 나타내어진다:

R=(ｎ_A-ｎ_B)²/(ｎ_A+ｎ_B)² (2)

또한, 광학조정층(5)은, 고굴절률층(굴절률이 1.7보다 크다)과 저굴절률층(굴절률이 1.7이하)이 교대로 적층하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제1광학조정층(51)이 고굴절률층이라면, 제2광학조정층(52)은 저굴절률층이 바람직하다. 광학조정층(5)내에서, 보호층(6)과 접하는 층의 굴절률은 보호층(6)의 굴절률보다도 큰 것이 바람직하고, 그 굴절률 차이는 0.5이상인 것이 바람직하다.

광학조정층(5)을 구성하는 상기 층의 각 두께는, 10ｎｍ이상 150ｎｍ이하가 바람직하다.

(제1 실시예)

본 실시예에 따른 표시장치는, 도 1a 및 1b에서 도시한 바와 같이, 청색, 녹색 및 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11,12,13)를 구비한다. 기판(1) 위에, 각 유기ＥＬ소자에 대응하는 제1전극(2)이 배치되어 있다. 각 제1전극(2) 위에는, 발광층(31)을 갖는 유기 화합물층(3)이 배치되어 있다. 각 유기 화합물층(3)의 두께는, 색마다 공진 효과를 이용하기 위해서 최적화되어 있다. 각 유기ＥＬ소자의 유기 화합물층(3) 위에는, 금속박막으로 이루어진 제2전극(4)이 연장되어 있다.

제2전극(4) 위에는, 광학조정층(5)이 배치(적층)되어 있다. 광학조정층(5) 위에는, 보호층(6)이 배치되어 있다. 도면에서, 광학조정층(5)과 보호층(6)은, 각 유기ＥＬ소자에 걸쳐서 공통적으로 배치되어 있다. 그렇지만, 상술한 것처럼, 광학조정층(5)은, 유기ＥＬ소자 중 적어도 하나에 선택적으로 배치되어도 된다. 광학조정층(5)은, 제1광학조정층(51)과 제2광학조정층(52)으로 구성되어 있다. 제1 예시적 실시예의 광학조정층(5)의 층들과 보호층(6)의 예시적 재료, 굴절률 및 두께는 표 1에 나타내어져 있다.

도 3은, 제1광학조정층(51)의 두께x와 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 발광 효율과의 관계가 도시되어 있다. 도 3으로부터, 제1광학조정층(51)의 두께가 30ｎｍ일 경우에, 발광 효율이 최소에 있는 것을 알 수 있다. 본 실시예에 있어서, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)가 방출하는 스펙트럼의 최대 피크 파장λ₁은 620ｎｍ이다. 상기 제2전극(4)으로부터 출사되는 광이 제1광학조정층(51)의 제2전극(4)과는 반대측의 계면S1(제1광학조정층과 제2광학조정층 사이의 계면S2)에서 반사될 때의 위상쉬프트량φ₁은 약 0이다. 따라서, m₁=1일 때, 제1광학조정층(51)의 두께는 식A를 충족시키고 있다.

도 4에, 제1광학조정층(51)의 두께x가 30ｎｍ인 제1 실시예와 유기ＥＬ소자에 광학조정층(5)을 설치하지 않은 제1 비교예간의 비교를 나타낸 것이다. 구체적으로는, 유기 화합물층(3)의 두께 변동과 설정 값(x₀,y₀)으로부터의 색도 변동Δｘｙ의 관계가 도시되어 있다. 그 설정 값(x₀,y₀)은, 적색의 ＮＴＳＣ색도좌표(0.67, 0.33)이다. 이 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 제1 비교예보다도 제1 실시예쪽이, 두께 변동에 대하여 색도 변동이 작다. 예를 들면, Δｘｙ≤0.01을 달성하기 위해서는, 제1 비교예에서는 유기 화합물층(3)의 두께 변동이 ±5ｎｍ정도인 것에 반해, 제1 실시예에서는 유기 화합물층(3)의 두께 변동이 ±10ｎｍ이다. 이에 따라, 제1 실시예는, 보다 넓은 두께변동 허용값을 제공하여서, 강건성이 향상한다.

제2광학조정층(52)의 두께는 77ｎｍ인데, 이것은 식B를 충족시키도록 설정되어 있다. 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)가 방출하는 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장λ₂는 460ｎｍ이다. 제1광학조정층(51)과 제2광학조정층(52)과의 계면S2에서 청색광이 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출사되는 청색광의 위상쉬프트량과, 제2광학조정층(52)의 제1광학조정층(51)과는 반대측의 계면S3에서 청색광이 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출사되는 청색광의 위상쉬프트량과의 합φ₂는, 대략 π이다. 양의 정수m₂는 1이다.

표 2에 제1 실시예 및 제1 비교예에 있어서의 각 색을 발광하는 유기ＥＬ소자간의 발광 효율비, 및 그 때의 소비 전력비가 표시되어 있다.

본 실시예에서는, 상기 보다 넓은 두께변동 허용값으로 인해, 제1광학조정층(51)에 의해 적색광의 공진 효과를 약화시키고 있으므로, 적색광의 발광 효율은 비교 예보다도 낮다. 한편, 제2광학조정층(52)에 의해 단파장측의 공진 효과를 강화하므로, 녹색과 청색의 발광 효율은 비교 예보다 높다. 그 결과, 본 실시예에서 소비 전력이 작은 표시장치를 얻는 것이 가능해진다.

본 실시예에서는, 광학조정층(5)은 제1광학조정층(51)과 제2광학조정층(52)의 2층으로 구성되어 있지만, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 강건성을 향상시키기 위해서는 광학조정층(5)이 그 대신에 1층으로 구성되어도 된다. 추가로, 광학조정층(5)은, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)에만 배치되어도 된다.

(제2 실시예)

본 제2 실시예는, 도 1c와 같이, 제1 실시예에 대하여, 광학조정층(5)이 제1광학조정층(51), 제2광학조정층(52) 및 제3광학조정층(53)으로 구성되어 있는 점에서 다르다. 상기 제2 실시예에 대해 상기 제1광학조정층(51), 제2광학조정층(52), 제3광학조정층(53) 및 보호층(6)의 예시적 재료, 굴절률 및 두께는 표 3에 나타낸다.

도 5는, 제1광학조정층(51)의 두께x와 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)의 발광 효율과의 관계가 도시되어 있다. 제1광학조정층(51)이 약 60ｎｍ의 두께를 갖는 경우에, 발광 효율이 최소인 것을 알 수 있다. 본 실시예에 있어서, 적색을 발광하는 유기ＥＬ소자(13)가 방출하는 스펙트럼의 최대 피크 파장λ₁은 620ｎｍ이다. 제2전극(4)으로부터 출사된 광이 제1광학조정층(51)의 제2전극(4)과는 반대측의 계면S1(제1광학조정층과 제2광학조정층간의 계면S2)에서 반사될 때의 위상쉬프트량φ₁은 약 0이다. 따라서, m₁=1일 때, 제1광학조정층(51)의 두께는 식A를 충족시키고 있다.

도 6은, 제1광학조정층(51)의 두께x가 60ｎｍ인 제2 실시예와 유기ＥＬ소자에 광학조정층(5)을 설치하지 않은 제1 비교예간의 비교를 나타낸다. 특히, 도 6에서, 유기 화합물층(3)의 두께 변동과, 설정 값(x₀,y₀0)으로부터의 색도 변동Δｘｙ와의 관계가 도시되어 있다. 상기 설정 값은 제1 실시예와 같다. 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 제1 비교예보다도 제2 실시예쪽이, 두께 변동에 대하여 색도 변동이 작다. 예를 들면, Δｘｙ≤0.01을 달성하기 위해서는, 제1 비교예에서는 유기 화합물층(3)의 두께 변동이 ±5ｎｍ정도인 것에 반해, 제2 실시예에서는 유기 화합물층(3)의 두께 변동이 ±10ｎｍ이 된다. 이에 따라, 제2 실시예에서는 보다 넓은 두께변동 허용값을 제공하여서, 강건성이 향상한다.

제2광학조정층(52)의 두께는, 77ｎｍ이고, 이것은 식B를 충족시키도록 설정되어 있다. 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자(11)가 방출하는 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장λ₂는 460ｎｍ이다. 제1광학조정층(51)과 제2광학조정층(52)과의 계면S2에서 청색광이 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출사되는 청색광의 위상쉬프트량과, 제2광학조정층(52)의 제1광학조정층(51)과는 반대측의 계면S3에서 청색광이 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출사되는 청색광의 위상쉬프트량과의 합φ₂는, 대략 π이다. 양의 정수m₂는 1이다.

제3광학조정층(53)의 두께는, 58ｎｍ인데, 이것은 식C를 충족시키도록 설정되어 있다. 제2광학조정층(52)과 제3광학조정층(53)과의 계면S4에서 청색광이 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출사되는 청색광의 위상쉬프트량과, 제3광학조정층(53)의 제2광학조정층(52)과는 반대측의 계면S5에서 청색광이 반사될 때의 유기ＥＬ소자(11)로부터 출사되는 청색광의 위상쉬프트량과의 합φ₃은, 대략 π이다. 양의 정수m₃은 1이다.

표 4에는, 제2 실시예 및 제1 비교예에 있어서의 각 색을 발광하는 유기ＥＬ소자의 발광 효율비, 및, 그 때의 소비 전력비가 표시되어 있다.

제2 실시예에서는, 보다 넓은 두께변동 허용값으로 인해, 제1광학조정층(51)에 의해 적색광의 공진 효과를 약화시키고 있으므로, 적색광의 발광 효율은 비교 예보다도 저하하고 있다. 한편, 제2광학조정층(52) 및 제3광학조정층(53)이 단파장측의 공진 효과를 강화하기 때문에, 녹색과 청색의 발광 효율은 비교 예보다도 높다. 그 결과, 본 실시예에서 소비 전력이 작은 표시장치를 얻는 것이 가능해진다.

상기 설명은 톱 이미션형을 대상으로 삼았지만, 본 발명은 보텀 이미션형에도 적용될 수 있다. 또한, 다수층으로 구성된 보호층은, 일부를 광학조정층으로서 이용하여도 된다. 굴절률의 산출에 관해서는 분광 엘립소메트리(ellipsometry)형 등의 광학기기를 사용하여도 된다.

본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 아주 넓게 해석해야 한다.

Claims

청색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자;
녹색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자; 및
적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비하고,
각 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 제1전극과, 발광층과, 제2전극을 갖고,
각 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 방출한 광은 상기 제2전극으로부터 출사되고,
상기 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자의 상기 제2전극 위에, 두께 d₁의 제1광학조정층이 형성되고,
상기 제1광학조정층의 두께 d₁은, 이하의 수학식 A를 충족시킨다:
(4m₁-2φ₁/π-3)λ₁/(8n₁) <d₁ <(4m₁-2φ₁/π-1)λ₁/(8n₁) ...(A)
여기에서, λ₁은 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 방출된 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장을 나타내고,
n₁은 상기 최대 피크 파장λ₁에 있어서의 상기 제1광학조정층의 굴절률을 나타내고,
φ₁은 적색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 광이 상기 제1광학조정층의 상기 제2전극과는 반대측의 계면에서 반사될 때의 위상쉬프트량을 나타내고,
m₁은 양의 정수인, 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 두께 d₁의 제1광학조정층은, 청색을 발광하는 유기ＥＬ소자와 녹색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자에 걸쳐서 연장되는, 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1광학조정층 위에 배치된 두께 d₂의 제2광학조정층을 더 구비하고,
상기 제1광학조정층과 상기 제2광학조정층은, 서로 다른 굴절률을 갖고, 각 유기 일렉트로루미네센스 소자에 배치되고,
상기 제2광학조정층의 두께d₂는, 이하의 수학식B를 충족시키는, 표시장치:
(4m₂-2φ₂/π-1)λ₂/(8n₂) <d₂ <(4m₂-2φ₂/π+1)λ₂/(8n₂) ...(B)
여기에서, λ₂는 청색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 방출된 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장을 나타내고,
n₂는 최대 피크 파장λ₂에 있어서의 제2광학조정층의 굴절률을 나타내고,
φ₂는 청색광이 제1광학조정층과 제2광학조정층과의 계면에서 반사될 때의 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 청색광의 위상쉬프트량과, 상기 청색광이 제2광학조정층의 제1광학조정층과는 반대측의 계면에서 반사될 때의 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 청색광의 위상쉬프트량과의 합이고,
m₂는 양의 정수이다.
제 1 항에 있어서,
상기 제2전극은 두께 5ｎｍ이상 20ｎｍ이하의 금속으로 이루어진, 표시장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제2전극은 은을 포함하는, 표시장치.
제 3 항에 있어서,
각 유기 일렉트로루미네센스 소자의 상기 제2광학조정층 위에 배치된 두께d₃의 제3광학조정층을 더 구비하고,
상기 제3광학조정층은, 상기 제2광학조정층과는 굴절률이 다른 굴절률을 갖고,
상기 제3광학조정층의 두께d₃은, 이하의 수학식C를 충족시키는, 표시장치:
(4m₃-2φ₃/π-1)λ₂/(8n₃) <d₃ <(4m₃-2φ₃/π+1)λ₂/(8n₃) ...(C)
여기에서, n₃은 상기 최대 피크 파장λ₂에 있어서의 제3광학조정층의 굴절률을 나타내고,
φ₃은 청색광이 제2광학조정층과 제3광학조정층과의 계면에서 반사될 때의 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 청색광의 위상쉬프트량과, 상기 청색광이 제3광학조정층의 제2광학조정층과는 반대측의 계면에서 반사될 때의 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 청색광의 위상쉬프트량과의 합이고,
m₃은 양의 정수이다.
제 2 항에 있어서,
상기 제1광학조정층의 두께d₁은, 이하의 수학식D를 충족시키는 표시장치:
(4m₄-2φ₄/π-1)λ₂/(8n₄) <d₁ <(4m₄-2φ₄/π+1)λ₂/(8n₄) ...(D)
여기에서, λ₂는 청색을 발광하는 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 방출되는 광의 스펙트럼의 최대 피크 파장을 나타내고,
n₄는 상기 최대 피크 파장λ₂에 있어서의 제1광학조정층의 굴절률을 나타내고,
φ₄는 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출사되는 청색광이 제1광학조정층의 상기 제2전극과는 반대측의 계면에서 반사될 때의 위상쉬프트량을 나타내며,
m₄는 양의 정수이다.
제 7 항에 있어서,
상기 제1광학조정층의 두께d₁은, 이하의 수학식A' 및 식D',
(8m₁-4φ₁/π-5)λ₁/(16n₁)≤d₁≤(8m₁-4φ₁/π-3)λ₁/(16n₁) ...(A')
(8m₄-4φ₄/π-1)λ₂/(16n₄)≤d₁≤(8m₄-4φ₄/π+1)λ₂/(16n₄) ...(D')을 더욱 충족시키는, 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제2광학조정층의 두께d₂는, 이하의 수학식E를 충족시키는 표시장치:
(4m₅-2φ₅/π-3)λ₁/(8n₅) <d₂ <(4m₅-2φ₅/π-1)λ₁/(8n₅) ...(E)
여기에서, n₅는 최대 피크 파장λ₁에 있어서의 제2광학조정층의 굴절률을 나타내고,
φ₅는 적색광이 제1광학조정층과 제2광학조정층과의 계면에서 반사될 때의 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 적색광의 위상쉬프트량과, 상기 적색광이 제2광학조정층의 제1광학조정층과는 반대측의 계면에서 반사될 때의 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 적색광의 위상쉬프트량과의 합이고,
m₅는 양의 정수이다.
제 9 항에 있어서,
상기 제2광학조정층의 두께d₂는, 이하의 수학식B' 및 식E',
(8m₂-4φ₂/π-1)λ₂/(16n₂)≤d₂≤(8m₂-4φ₂/π+1)λ₂/(16n₂) ...(B')
(8m₅-4φ₅/π-5)λ₁/(16n₅)≤d₂≤(8m₅-4φ₅/π-3)λ₁/(16n₅) ...(E')을 충족시키는, 표시장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제3광학조정층의 두께d₃은, 이하의 수학식F를 충족시키는 표시장치:
(4m₆-2φ₆/π-3)λ₁/(8n₆) <d₃ <(4m₆-2φ₆/π-1)λ₁/(8n₆) ...(F)
여기에서, n₆은 최대 피크 파장λ₁에 있어서의 제3광학조정층의 굴절률을 나타내고,
φ₆은 적색광이 제2광학조정층과 제3광학조정층과의 계면에서 반사될 때의 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 적색광의 위상쉬프트량과, 상기 적색광이 제3광학조정층의 제2광학조정층과는 반대측의 계면에서 반사될 때의 유기 일렉트로루미네센스 소자로부터 출력된 적색광의 위상쉬프트량과의 합이고,
m₆은 양의 정수이다.
제 11 항에 있어서,
상기 제3광학조정층의 두께d₃은, 이하의 수학식C' 및 식F',
(8m₃-4φ₃/π-1)λ₃/(16n₃)≤d₃≤(8m₃-4φ₃/π+1)λ₃/(16n₃) ...(C')
(8m₆-4φ₆/π-5)λ₁/(16n₆)≤d₃≤(8m₆-4φ₆/π-3)λ₆/(16n₆)...(F')을 충족시키는, 표시장치.