KR101410455B1 - 발광소자 및 표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 공진기 구조의 발광소자 및 표시장치에 있어서, 예를 들어 막 두께가 설계값으로부터 벗어나서 공진기 광로 길이가 증감했다고 해도, 휘도 변동을 억제하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 과제로 한다. 해당 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발광소자에 의하면, 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 제2반사부재 사이에 배치되는 발광층을 지니고, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재 사이에서 공진되는 광의 일부를 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재를 통해 투과시키는 공진기 구조를 구비하고, 상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이, 상기 발광층의 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도의 최대치로 되는 파장 사이에 위치하고 있다.
Description
본 발명은 발광소자 및 표시장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치나 조명장치 등의 표시장치를 구성하는 발광소자로서, 전압을 인가하면 전계발광(electroluminescence)(EL) 현상에 의해서 자기발광하는 물질을 이용한 EL소자가 알려져 있다. EL소자는 상부전극과 하부전극 사이에 유기 재료 또는 무기 재료로 이루어진 발광층을 형성한 박막 형태의 발광소자이며, 상부전극 및 하부전극으로 발광층에 전압을 인가해서 발광시키는 구조이다.
최근에 있어서는, 상부전극 및 하부전극 중 한쪽을 전반사 미러로 하고, 다른 쪽을 일부의 파장을 투과시키는 반투과 미러로 함으로써, 발광층에서 발광한 광을 공진시키는 공진기 구조(소위, 마이크로캐비티(microcavity) 구조)의 발광소자가 개발되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조).
특허문헌 1에는, 내부 발광 스펙트럼의 피크 파장과 공진부에 의한 다중 간섭 스펙트럼의 피크 파장을 서로 어긋나게 해서 백색의 시야각 의존성을 감소시키는 발광소자가 개시되어 있다. 적색(R)의 다중 간섭 스펙트럼의 피크 파장은 장파장 쪽(+10㎚)으로 어긋나게 하고, 녹색(G)의 다중 간섭 스펙트럼의 피크 파장은 장파장 쪽(+4㎚)으로 어긋나게 하며, 청색(B)의 다중 간섭 스펙트럼의 피크 파장은 단파장 쪽(-10㎚)으로 어긋나게 함으로써 백색의 시야각 의존성을 감소시키고 있다.
특허문헌 2에도, 내부 발광 스펙트럼의 피크 파장과 공진부에 의한 다중 간섭 스펙트럼의 피크 파장을 서로 어긋나게 해서 시야각 의존성을 감소시키는 발광소자가 개시되어 있다. 단, 특허문헌 1과는 달리, 적색(R)과 청색(B)의 다중 간섭 스펙트럼의 피크 파장에 대해서는, 내부 발광 스펙트럼의 피크 파장과 일치시키도록 하고 있다.
특허문헌 1 및 2에 개시되어 있는 기술은, 예를 들어, 대형 디스플레이 등과 같은 넓은 시야각 특성이 요구되는 표시장치에 대해서는 유효할지도 모르지만, 예를 들어, 휴대 단말, 개인용 컴퓨터, 카 네비게이션(car navigation) 시스템 등의 전적으로 개인적으로 사용되는 소형 디스플레이의 경우에는, 정면방향의 휘도의 불균일을 허용할 수 없게 될 경우가 있다.
즉, 공진기 구조로 했을 경우, 그 필터 특성과 발광 출력의 강한 지향성에 의해, 정면방향의 휘도가 증대한다. 넓은 시야각 특성을 필요로 하지 않는 예를 들어 개인적으로 사용되는 표시장치는, 이 지향성을 이용하는 것이며, 따라서 넓은 시야각을 필요로 하는 텔레비전 등에 비해서, 정면방향의 휘도에 불균일이 적은 것이 요구된다. 그러나, 공진기 구조의 박막 발광소자는, 그 필터 특성이 미러간 거리(공진기 광로 길이)에 민감하여, 제조 과정에 있어서의 제작 오차에 의해서 공진기 광로 길이에 불균일이 생기면, 정면방향의 색좌표(색순도)나 휘도 변동을 허용할 수 없게 될 경우가 있다.
즉, 본 발명이 해결하려는 과제에는, 전술한 문제를 일례로서 들 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은, 공진기 구조의 발광소자 및 표시장치에 있어서, 예를 들어, 막 두께가 설계값으로부터 벗어나서 공진기 광로 길이가 증감했다고 해도, 휘도 변동을 억제하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 일례로서 들 수 있다.
본 발명의 제1측면에 의한 발광소자는, 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 제2반사부재 사이에 배치되는 발광층을 지니고, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재 사이에서 공진되는 광의 일부를 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재를 통해 투과시키는 공진기 구조를 구비하되, 상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이, 상기 발광층의 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도(relative luminance efficiency)의 최대치로 되는 파장 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2측면에 의한 표시장치는, 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 제2반사부재 사이에 배치되는 발광층을 지니고, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재 사이에서 공진되는 광의 일부를 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재를 통해 투과시키는 다수의 공진기 구조를 구비하되, 상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이, 상기 발광층의 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도의 최대치로 되는 파장 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 의한 발광소자의 종단면도;
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 의한 발광소자의 평면도;
도 3은 청색(B)을 대상으로 했을 때의 광 스펙트럼을 나타낸 도면;
도 4는 청색(B)을 대상으로 했을 때의 발광 강도의 변화율(RE)과 휘도 변화율의 관계를 나타낸 도면;
도 5는 청색(B)을 대상으로 했을 때의 막 두께 변화와 정면 휘도값의 관계를 나타낸 도면;
도 6은 청색(B)을 대상으로 했을 때의 광 스펙트럼을 나타낸 도면;
도 7은 적색(R)을 대상으로 했을 때의 광 스펙트럼을 나타낸 도면;
도 8은 적색(R)을 대상으로 했을 때의 광 스펙트럼을 나타낸 도면;
도 9는 적색(R)을 대상으로 했을 때의 막 두께 변화와 정면 휘도값의 관계를 나타낸 도면;
도 10은 본 발명의 바람직한 제4실시형태에 의한 발광소자의 종단면도;
도 11은 본 발명의 바람직한 제5실시형태에 의한 발광소자의 종단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 의한 발광소자의 평면도;
도 3은 청색(B)을 대상으로 했을 때의 광 스펙트럼을 나타낸 도면;
도 4는 청색(B)을 대상으로 했을 때의 발광 강도의 변화율(RE)과 휘도 변화율의 관계를 나타낸 도면;
도 5는 청색(B)을 대상으로 했을 때의 막 두께 변화와 정면 휘도값의 관계를 나타낸 도면;
도 6은 청색(B)을 대상으로 했을 때의 광 스펙트럼을 나타낸 도면;
도 7은 적색(R)을 대상으로 했을 때의 광 스펙트럼을 나타낸 도면;
도 8은 적색(R)을 대상으로 했을 때의 광 스펙트럼을 나타낸 도면;
도 9는 적색(R)을 대상으로 했을 때의 막 두께 변화와 정면 휘도값의 관계를 나타낸 도면;
도 10은 본 발명의 바람직한 제4실시형태에 의한 발광소자의 종단면도;
도 11은 본 발명의 바람직한 제5실시형태에 의한 발광소자의 종단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 발광소자 및 표시장치에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 이하의 설명에서는, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)으로 각각 발광하는 발광소자를 구비한 표시장치를 일례로 들어서 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시형태에 의해서 본 발명의 기술적 범위는 하등 한정 해석되는 것은 아니다.
(제1실시형태)
도 1 및 도 2는 공통 기판(1)에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)으로 발광하는 3개의 발광소자(R, G, B)를 배치해서 RGB 유닛을 형성한 일례를 나타낸다. 도 1은 발광소자(R, G, B)의 종단면도이고, 도 2는 평면도이다. 또, 실제의 표시장치는, 기판(1)에 다수의 발광소자(R, G, B)를 배열해서 표시 영역을 형성하고, 도시하지 않은 표시 영역 외에 배치된 구동 회로에 의해서 수동(passive) 구동 또는 소자마다에도 구동 회로를 배치해서 능동(active) 구동되는 구성이다.
본 실시형태에 의한 발광소자(R, G, B)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1반사부재로서의 양극(2), 유기층(3) 및 제2반사부재로서의 음극(4)을 기판 상에 적층하고, 성막면 쪽으로부터 발광을 취출하는 소위 전면발광(top emission) 구조이다. 이들 RGB의 발광소자는, 뱅크(bank)라 불리는 격벽부(5)에 의해서 구획되어 있다. 또, 음극(4) 상에 또한 밀봉막 등의 유기층 혹은 무기층을 적층할 경우가 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 외광 반사를 방지하기 위한 필름이나 기판을 추가로 적층하도록 해도 된다.
양극(2)은 반사 전극(21)과 투명전극(22)의 2층 구조이다. 양극(2)의 정공(hole) 주입층(31)에 접하는 재료로서는, 일 함수가 높은 재료가 이용된다. 구체적으로는, 반사 전극(21)의 재료로서, 예를 들어, Al, Cr, Mｏ, Ni, Pt, Au, Ag 등의 금속 또는 그들을 함유하는 합금이나 금속간 화합물 등을 이용할 수 있다. 반사 전극(21)의 두께는, 예를 들어, 100㎚이다. 반사 전극(21)은, 400 내지 700㎚의 파장의 광에 대한 반사율의 평균치가 예를 들어 80% 이상으로 높은 반사율이 바람직하다. 또한, 투명전극(22)의 재료로서, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속산화물 등을 이용할 수 있다. 투명전극(22)의 두께는, 예를 들어, 75㎚이다. 한편, 도 1 및 도 2에서는 도시를 생략하고 있지만, 양극(2)에는 인출 전극(배선 전극)이 접속되어 있다. 또, 양극(2)은 반사 전극(21)의 단층 구조여도 된다.
유기층(3)은, 일부의 층이 무기 재료로 구성될 수도 있다. 또, 더욱 분할해서 다층화하는 것, 혹은 단일 층으로 복수의 층의 기능을 지니도록 적층수를 저감하는 것도 가능하다. 도 1에 나타낸 유기층(3)은, 양극(2) 쪽에서부터 차례로 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 발광층(33) 및 전자 수송층(34)이 적층된 다층구조이다. 유기층(3)은, 적어도 발광층(33)을 지니고 있으면 되지만, 효율적으로 전계발광 현상을 촉진시키기 위하여, 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 전자 수송층(34) 등을 배치하는 것이 바람직하다.
공진기 구조로 할 경우, RGB의 각 발광소자에는 각각 바람직한 공진기 광로 길이가 있다. 도 1의 구조의 경우에는, 반사 전극(21)과 음극(4)의 반사면의 이간 거리가 공진기 광로 길이이다. 일례로서, 적색(R)의 바람직한 공진기 광로 길이를 얻기 위한 적층막 두께는 300㎚이고, 녹색(G)의 바람직한 공진기 광로 길이를 얻기 위한 적층막 두께는 235㎚이며, 청색(B)의 바람직한 공진기 광로 길이를 얻기 위한 적층막 두께는 200㎚이다. 이들 공진기 광로 길이는, 예를 들어, 유기층(3)의 막 두께에 의해서 조정한다. 단, 이미 설명된 바와 같이, 제작 공정에 있어서 막 두께가 설계값으로부터 벗어나는 것을 완전히 방지하는 것은 곤란하다. 특히, 도포법에 의해서 유기층(3)을 성막할 경우에 막 두께 제어가 어렵다. 예를 들어, 잉크젯법으로 성막할 경우, 소자 간에 5% 이상의 막 두께의 불균일(즉, 편차)이 생길 경우가 있다.
도 1에 나타낸 구조는, 일례로서, 정공 주입층(31)의 두께를 변화시켜 공진기 광로 길이를 조정하고 있다. 구체적으로는, 적색(G)의 정공 주입층(31)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 125㎚이고, 녹색(G)의 정공 주입층(31)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 65㎚이며, 청색(B)의 정공 주입층(31)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 20㎚이다. 정공 수송층(32), 발광층(33) 및 전자 수송층(34)에 대해서는, RGB의 공진기 구조와 같은 두께로 하고 있다. 정공 수송층(32)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 30㎚이고, 발광층(33)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 30㎚이며, 전자 수송층(34)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 40㎚이다.
정공 주입층(31) 및 정공 수송층(32)으로서는, 정공의 수송 특성이 높은 재료로 형성되어 있으면 되고, 일례로서, 구리 프탈로사이아닌(CuPc) 등의 프탈로사이아닌화합물, m-MTDATA 등의 스타버스트(starburst)형 아민, 벤지딘형 아민의 다량체, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-바이페닐(NPB), N-페닐-p-페닐렌다이아민(PPD) 등의 방향족 제삼급 아민, 4-(다이-P-톨릴아미노)-4'-［4-(다이-P-톨릴아미노)스티릴]스틸벤젠 등의 스틸벤 화합물, 트라이아졸유도체, 스티릴아민 화합물, 버키볼(buckyball), C60 등의 풀러렌 등의 유기 재료를 이용할 수 있다. 또한, 폴리카보네이트 등의 고분자 재료 중에 저분자 재료를 분산시킨 고분자 분산계의 재료를 사용해도 된다. 단, 상기 층들의 재료는 이들 재료로 한정되는 것은 아니다.
발광층(33)으로서는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 전계발광 현상을 발생하는 재료를 이용할 수 있다. 발광층(33)의 재료의 일례로서는, (8-하이드록시퀴놀리네이트)알루미늄 착체(Alq3) 등의 형광성 유기 금속 화합물, 4,4'-비스(2,2'-다이페닐비닐)-바이페닐(DPVBi) 등의 방향족 다이메틸리딘 화합물, 1,4-비스(2-메틸스티릴)벤젠 등의 스티릴벤젠 화합물, 3-(4-바이페닐)-4-페닐-5-t-뷰틸페닐-1,2,4-트라이아졸(TAZ) 등의 트라이아졸 유도체, 안트라퀴논 유도체, 플루오노렌 유도체 등의 형광성 유기 재료, 폴리파라피닐렌비닐렌(PPV)계, 폴리플루오렌계, 폴리비닐카바졸(PVK)계 등의 고분자 재료, 백금 착체나 이리듐 착체 등의 인광성 유기 재료를 이용할 수 있다. 단, 상기 층의 재료는 이들 재료로 한정되는 것은 아니다. 또한, 유기 재료가 아니어도 되고, 전계발광 현상을 발생하는 무기 재료를 이용해도 된다.
전자 수송층(34)으로서는, 전자의 수송 특성이 높은 재료로 형성되어 있으면 되고, 일례로서, PyPySPyPy 등의 실라사이클로펜타다이엔(실롤(silole)) 유도체, 나이트로 치환 플루오레논 유도체, 안트라퀴노다이메탄 유도체 등의 유기 재료, 트리스(8-하이드록시퀴놀리네이트)알루미늄(Alq3) 등의 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체, 메탈프탈로사이아닌, 3-(4-바이페닐)-5-(4-t-뷰틸페닐)-4-페닐-1,2,4-트라이아졸(TAZ) 등의 트라이아졸계 화합물, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-t-뷰틸)-1,3,4-옥사다이아졸(PBD) 등의 옥사다이아졸계 화합물, 버키볼, C60, 카본나노튜브 등의 풀러렌을 사용할 수 있다. 단, 상기 층의 재료는 이들 재료로 한정되는 것은 아니다.
음극(4)의 재료로서는, 전자 수송층(34)에 접하는 영역의 일 함수가 낮고 음극 전체의 반사 및 투과 손실이 작은 재료를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 음극(4)의 재료로서, Al, Mg, Ag, Au, Ca, Li 등의 금속 또는 그 화합물, 혹은 그들을 포함하는 합금 등을 단층 혹은 적층해서 이용할 수 있다. 또한, 전자 수송층(34)에 접하는 영역에 얇은 불화리튬이나 산화리튬 등을 형성하여, 전자주입 특성을 제어하는 일도 있다. 음극(4)의 두께는, 예를 들어, 10㎚이다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태는, 성막면 쪽, 즉, 음극 쪽에서부터 광을 출력하는 전면발광 구조이다. 따라서, 음극(4)은, 400 내지 700㎚의 파장의 광에 대한 투과율의 평균치가 예를 들어 20% 이상인 반투과성 전극이다. 투과율은, 예를 들어, 전극의 막 두께 등에 의해서 조정할 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에서는 도시를 생략하고 있지만, 음극(4)에는 인출 전극(배선 전극)이 접속되어 있다.
음극(4) 상에 더욱 밀봉막을 적층할 경우에는, 예를 들어, 수증기나 산소의 투과율이 작은 투명한 무기 재료로 형성할 수 있다. 밀봉막의 재료로서는, 일례로서 질화규소(SiNx), 질화산화규소(SiOxNy), 산화알루미늄(AlOx), 질화알루미늄(AlNx) 등을 이용할 수 있다.
뱅크라 불리는 격벽부(5)의 재료로서는, 일례로서 불소성분을 함유하는 감광성 수지를 이용할 수 있다. 불소성분을 함유하는 것에 의해, 액상 재료에 대해서 발액성을 발휘할 수 있으므로, 도포법을 이용해서 성막할 경우의 액흐름(소위 오버랩(overlap))을 억제할 수 있다. 또, 격벽부(5)는 차광성을 지니는 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 청색(B)이나 적색(R)의 발광소자의 정면방향의 휘도는, 녹색(G)의 발광소자에 비해서, 피크 파장의 시프트에 의한 시감도의 증감에 의해서, 허용할 수 없는 휘도 변동으로 되기 쉽다. 그 중에서도, 청색(B) 쪽이 적색(R)보다도 공진기 광로 길이의 변동에 대한 휘도 변동이 크다. 따라서, 본 실시형태에서는, 청색(B)의 발광소자를 대상으로 하고, 제작 과정에 있어서 막 두께가 설계값으로부터 벗어나서 공진기 광로 길이에 증감이 생겼다고 해도, 정면방향의 휘도가 변동하는 것을 억제한다. 그를 위한 구조로서, 내부 발광 스펙트럼, 비시감도 스펙트럼 및 공진기 출력 스펙트럼이 하기의 조건을 충족시키도록 한다. 또, 내부 발광 스펙트럼이란, 발광 재료의 광발광(photoluminescence: PL) 스펙트럼에 대응한다. 또한, 공진기 출력 스펙트럼이란, 공진기 구조로부터 투과되는 광의 스펙트럼에 대응한다. 한편, 비시감도 스펙트럼의 최대치로 되는 파장은, 명소시(photopic vision) 표준으로 555㎚이다.
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 피크 파장(λS1)과 공지이기 때문에 도시를 생략한 비시감도 스펙트럼의 피크 파장(즉, 555㎚) 사이에 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)이 위치하도록 한다. 또, 설명의 편의상, 발광 강도가 최대로 되는 파장을 피크 파장이라 칭할 경우가 있다.
이미 설명한 바와 같이, 도 1에 나타낸 구조의 경우에는, 청색(B)에 바람직한 공진기 광로 길이로 하기 위한 유기층(3)의 적층막 두께(설계값)를 결정하고 있으므로, 이에 따라 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(목표값)도 결정되고 있다. 예를 들어, 공진기 광로 길이(설계값)를 200㎚로 했을 경우의 피크 파장(목표값)은 470㎚이다. 또, 비시감도 스펙트럼의 피크 파장은 명소시 표준으로 555㎚이다. 따라서, 본 실시형태에서는, 스펙트럼이 상기 위치 관계로 되는 내부 발광 스펙트럼(S1)을 발현하는 발광 재료를, 예를 들어, 일례로서 전술한 발광 재료 중에서 선정하고, 그 발광 재료로 발광층(33)을 형성하도록 한다. 즉, 일례로서 전술한 발광 재료 중에서 소망의 스펙트럼을 나타내는 발광층을 이용할 수 있었다. 바람직하게는, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 피크 파장이 450㎚ 내지 480㎚의 범위 내인 발광 재료이며, 또한, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장이 내부 발광 스펙트럼(S1)의 피크 파장에 대해서 장파장 쪽에 위치하도록 한다. 또, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 장파장 쪽의 슬로프(slope) 형상이, 비시감도 스펙트럼의 단파장 쪽의 슬로프의 대략 역수에 비례하는 형상으로 되고 있는 것이 바람직하다. 특히, 청색(B)의 경우는, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 장파장 쪽의 가장자리부가 가파르고, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장이 그 가파르게 되어 있는 영역에 위치하는 것이 바람직하다.
보다 바람직한 예로서는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)에 있어서의 내부 발광 스펙트럼(S1)의 발광 강도의 변화율(RE)이 -0.03[1/㎚] 이하, 바람직하게는 -0.05[1/㎚] 이하로 되도록 설정한다. 도 4는 피크 파장(λS2)이 470㎚(설계값)일 때의 상기 발광 강도의 변화율(RE)과 막 두께변동에 대한 휘도 변화율(RL(%))의 관계를 시뮬레이션한 결과이다. 또, 도 5는, 예를 들어, 발광층(33)의 막 두께가 설계값 부근에서 증감했을 경우의, 정면휘도의 변화를 시뮬레이션한 결과이다. 도 5에는, 일례로서, 도 4의 플롯점들(plotted points) 중 변화율(RE)이 -0.017[1/㎚], -0.034[1/㎚], -0.054[1/㎚]일 때의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
또한, 상기 발광 강도의 변화율(RE)은, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)에 있어서의 내부 발광 스펙트럼(S1)의 구배를, 파장(λS2)의 발광 강도로 나눈 것으로, RE[1/㎚]= [dE(λS2)/dλ]/E(λS2)의 계산식에 의해서 산출한다. 또한, 휘도 변화율(RL(%))은, NTSC 색순도를 충족시키는 최적막 두께를 d0이라 했을 때, d0±2㎚의 막 두께 편차에 대한 휘도의 변화율이다. 보다 상세하게는, 휘도 변화율 RL[%] ＝ [d0±2㎚에 있어서의 휘도 최대 - 최소의 차]/[d0에 있어서의 휘도]×100에 의해서 산출한 값이다. 도 4 및 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 청색(B)의 발광소자에 있어서의 발광 강도의 변화율(RE)은, 휘도 변동의 억제 효과가 발생하기 시작하고 있는 -0.03[1/㎚] 이하로 하는 것이 바람직하며, 휘도 변동을 강하게 억제하는 것으로 되고 있는 -0.05[1/㎚] 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
본 실시형태에서는, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)에 있어서의 내부 발광 스펙트럼(S1)의 발광 강도의 변화율(RE)이 상기 조건을 충족시키고 있는 것이 바람직하지만, 변화율(RE)이 상기 조건을 충족시키는 것에 부가해서, 혹은 변화율(RE)이 상기 조건을 충족시키는 것 대신에, 도 6에 나타낸 조건을 충족시키도록 설정해도 된다. 즉, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 장파장 쪽의 가장자리부에 있어서, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 발광 강도의 최대치의 90% 내지 50%의 범위(도 6의 실선의 범위)에 해당하는 파장 사이(λ90 내지 λ50)에, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)이 위치하도록 설정한다.
또, 전술한 각종 조건을 충족시키기 위해서는, 발광 재료의 선정에 의한 제어에 한정되지 않고, 예를 들어, 색순도가 허용되는 범위 내에 있어서 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(목표값)을 조절해서 상기 관계가 되도록 해도 된다. 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(목표값)의 조절은, 유기층(3)의 막 두께(설계값)를 조절함으로써 행할 수 있다. 게다가, 발광 재료의 선정 및 유기층(3)의 막 두께(설계값)의 조절의 양쪽에 의해서 상기 조건을 충족시키도록 해도 된다.
공진기 구조에 있어서는, 색순도는 비교적 여유가 있는 설계가 가능하다. 한편, 청색(B)이나 적색(R)의 발광소자의 휘도는, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장의 시프트(shift)에 의해서 허용할 수 없는 휘도 변동으로 될 경우가 있다. 예를 들어, 미러 간 거리에 대응하는 막 두께(광로 길이에 상당)가 5㎚ 정도(전체의 소자 막 두께의 5% 정도) 변화되면, 피크 파장도 5㎚ 정도 변화될 경우가 있다. 예를 들어, 청색 발광소자의 경우, 피크 파장의 설계값을 470㎚로 했을 때 막 두께가 5㎚ 증가하면, 시프트된 피크 파장(예를 들어, 475㎚)에 있어서의 시감도가 20% 이상이나 변화되어, 큰 휘도 변화, 나아가서는, 화질 저하(휘도 불균일)의 원인으로 된다.
즉, 정면방향의 화질저하(휘도 불균일)를 야기하는 원인이, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장의 시프트와 비시감도 스펙트럼과의 관계에 있으므로, 본 실시형태에서는, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 피크 파장과 비시감도 스펙트럼의 피크 파장(즉, 명소시 표준으로 555㎚) 사이에, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장이 위치하도록 한다. 이와 같이 함으로써, 제작 오차에 의해서 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)이 고시감도 쪽으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 감소하고, 반대로 피크 파장(λS2)이 저시감도 쪽으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 증가하여, 이것에 의해 정면방향의 휘도 변동을 억제할 수 있는 것이다. 실제로 시뮬레이션한 바, 청색(B)의 경우에는, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)이 ±2㎚의 범위 내에서 시프트되었을 때의 정면방향의 휘도 변동이 대략 ±5% 이내인 것을 확인하고 있다.
또, 도 1에 나타낸 발광소자는, 반사 전극 및 반투과 전극에 의해서 제1 및 제2반사부재를 구성하고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 전극과는 다른 반사막을 형성하도록 해도 된다. 이 경우, 전극과는 다른 반사막의 소자 쪽의 양극 및 음극은, 투명전극으로 하는 것이 바람직하다.
(제2실시형태)
본 실시형태는, 제1실시형태의 변형예로서, 청색(B)의 발광소자 대신에, 적색(R)의 발광소자를 대상으로 하는 실시형태이다.
즉, 적색(R)의 발광소자의 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 피크 파장(λS1)과 비시감도 스펙트럼의 피크 파장(즉, 555㎚) 사이에, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)이 위치하도록 한다.
이미 설명한 바와 같이, 도 1에 나타낸 구조의 경우에는, 적색(R)에 바람직한 공진기 광로 길이로 하기 위한 유기층(3)의 적층막 두께(설계값)를 결정하고 있으므로, 이에 따라 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(목표값)도 결정되고 있다. 예를 들어, 공진기 광로 길이(설계값)를 300㎚로 했을 경우의 피크 파장(목표값)은 620㎚이다. 또한, 비시감도 스펙트럼의 피크 파장은, 명소시 표준으로 555㎚이다. 따라서, 본 실시형태에서는, 스펙트럼이 상기 위치 관계로 되는 내부 발광 스펙트럼(S1)을 발현하는 발광 재료를, 예를 들어, 일례로서 전술한 발광 재료 중에서 선정하고, 그 발광 재료로 발광층(33)을 형성하도록 한다. 바람직하게는, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 피크 파장이 600㎚ 내지 640㎚의 범위 내인 발광 재료이며, 또한, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장이 내부 발광 스펙트럼(S1)의 피크 파장에 대해서 단파장 쪽에 위치하도록 한다. 또한, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 단파장 쪽의 슬로프(slope) 형상이, 비시감도 스펙트럼의 장파장 쪽의 슬로프의 대략 역수에 비례하는 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 특히, 적색(R)의 경우에는, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 단파장 쪽의 선두 가장자리부의 발광 강도가 가파르게 변화되는 영역에, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장이 위치하는 것이 바람직하다.
보다 바람직한 예로서는, 도 4 및 도 5의 시뮬레이션 결과와 마찬가지 이유에 의해, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)에 있어서의 내부 발광 스펙트럼(S1)의 발광 강도의 변화율(RE)이 +0.03[1/㎚] 이상, 바람직하게는 +0.05 [1/㎚] 이상으로 되도록 설정한다.
또한, 본 실시형태에서는, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)에 있어서의 내부 발광 스펙트럼(S1)의 발광 강도의 변화율(RE)이 상기 조건을 충족시키고 있는 것이 바람직하지만, 변화율(RE)이 상기 조건을 충족시키는 것에 부가해서, 혹은 변화율(RE)이 상기 조건을 충족시키는 것 대신에, 도 8에 나타낸 조건을 충족시키도록 설정해도 된다. 즉, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 단파장 쪽의 가장자리부에 있어서, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 발광 강도의 최대치의 95% 내지 50%의 범위(도 8의 실선의 범위)에 상당하는 파장 사이(λ95 내지 λ50)에, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)이 위치하도록 설정한다.
또, 청색(B)의 경우와 마찬가지로, 상기 조건을 충족시키기 위해서는, 발광 재료의 선정에 의한 것에 한정되지 않고, 예를 들어, 색순도가 허용되는 범위 내에 있어서 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(목표값)을 조절해서 상기 관계로 되도록 해도 된다. 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(목표값)의 조절은, 유기층(3)의 막 두께(설계값)를 조절함으로써 행할 수 있다. 게다가, 발광 재료의 선정 및 유기층(3)의 막 두께(설계값)의 조절의 양쪽에 의해서 상기 조건을 충족시키도록 해도 된다.
이와 같이, 적색(R)의 발광소자를 대상으로 했을 경우더라도, 내부 발광 스펙트럼(S1)의 피크 파장과 비시감도 스펙트럼의 피크 파장(즉, 명소시 표준으로 555㎚) 사이에 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장이 위치하도록 함으로써, 제작 오차에 의해서 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장(λS2)이 고시감도 쪽으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 감소하고, 반대에 피크 파장(λS2)이 저시감도 쪽으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 증가하여, 이것에 의해 정면방향의 휘도 변동을 억제할 수 있다. 실제로 시뮬레이션한 바, 도 9에 나타낸 바와 같이, 적색(R)의 경우에는, 공진기 출력 스펙트럼(S2)의 피크 파장이 ±2㎚의 범위 내에서 시프트되었을 때의 정면방향의 휘도 변동이 ±5% 이내인 것을 확인하고 있다.
(제3실시형태)
또, 제1실시형태에서는, 청색(B)의 발광소자를 대상으로 하고, 제2실시형태에서는 적색(R)의 발광소자를 대상으로 하였다. 그러나, RGB 발광소자의 다수에 의해서 표시 영역을 형성하는 표시장치에 있어서는, 제1 및 제2실시형태에서 설명한 청색(B) 및 적색(R)의 발광소자의 양쪽을 구비하는 것이 가능하여, 청색(B) 및 적색(R)의 양쪽의 휘도 변동을 억제할 수 있다.
(제4실시형태)
한편, 제1 내지 제3실시형태에서는, 정공 주입층(31)의 두께를 변화시켜 RGB의 공진기 광로 길이를 조정한 일례를 설명하였다. 단, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 도 10에 나타낸 바와 같이, 발광층(33)의 두께를 변화시켜서 RGB의 공진기 광로 길이를 조정하도록 해도 된다.
(제5실시형태)
또한, 제1 내지 제4실시형태에서는, 전면발광 구조의 발광소자를 일례로 들어서 설명하였다. 그러나, 이 구조로 한정되는 것은 아니고, 도 11에 나타낸 바와 같이, 배면발광(bottom emission) 구조여도 된다. 도 11은, 도 1의 반사 전극(21)을 반투과 전극으로 하고, 음극(4)을 반사 전극으로 함으로써, 배면발광 구조로 한 예를 나타낸다. 단, 도 11의 구조로 한정되는 것은 아니다.
(제6실시형태)
계속해서, 도 1에 나타낸 RGB 발광소자를 제조하는 순서에 대해서, 일례를 설명한다.
우선, 예를 들어 증착이나 스퍼터링법 등을 이용해서 반사 전극(21), 투명전극(22)을 차례로 성막한다. 이들 전극(21), (22)의 패터닝은, 예를 들어, 포토리소그라피법에 의해서 행할 수 있다. 이어서, 예를 들어, 불소성분을 함유하는 감광성 수지를 기판(1) 상에 도포하고, 건조시켜서 성막한 후, 예를 들어, 포토리소그라피법에 의해서 도 1에 나타낸 바와 같은 패턴을 지니는 격벽부(5)를 형성한다. 예를 들어, 수동형의 경우는, 전극(21), (22)을 스트라이프 형상으로 형성한 후, 격벽부(5)를 형성한다. 한편, 예를 들어, 능동형의 경우에는, 구동 회로마다 접속된 섬(island) 형상으로 전극(21), (22)을 형성한 후, 격벽부(5)를 형성한다.
다음에, 정공 주입층(32)의 액체 재료를, 예를 들어, 잉크젯 노즐 등을 이용해서 격벽부(5)에 의해서 구획된 영역 내에 도포하고, 건조시켜서 성막한다. 정공 수송층(32), 발광층(33)에 대해서도, 마찬가지로 도포법에 의해서 각 소자마다 도포하여 성막한다. 막 두께는, 예를 들어 액체 재료의 도포량에 의해서 조절할 수 있다. 그 다음에, 증착법을 이용해서 전자 수송층(34) 및 음극(4)을 차례로 형성한다. 음극(4)의 패터닝은, 메탈 마스크 등의 마스크를 이용하거나 또는 격벽부(5)의 뱅크 형상을 이용해서 행할 수 있다. 예를 들어, 수동형의 경우, 음극(4)을 스트라이프 형상으로 패터닝할 수 있다. 한편, 예를 들어 능동형의 경우에는, 패터닝을 행하지 않고, 소위 솔리드 전극(solid electrode)로 할 수 있다. 이러한 수순을 통해서 도 1 및 도 2에 나타낸 RGB 발광소자를 제조할 수 있다.
이상과 같이, 제1 내지 제6실시형태에 따르면, 공진기 구조를 지니는 발광소자에 있어서, 내부 발광 스펙트럼의 피크 파장과 비시감도 스펙트럼의 피크 파장 사이에, 공진기 출력 스펙트럼의 피크 파장이 위치하도록 함으로써, 공진기 광로 길이의 불균일에 기인하는 휘도 변동을 억제할 수 있다. 환언하면, 막 두께가 설계값으로부터 벗어나도, 휘도 변동이 적으므로, 나아가서는 막 두께 불균일을 어느 정도 허용하는 것이 가능해져, 수율의 향상 및 저 비용화를 실현할 수 있다.
상기 실시형태에 따른 기술은, 유기 박막 발광소자 외에, 적층소자 구조를 지니는 무기 박막 발광소자(전계발광, 발광 다이오드)에 적용할 수 있다. 또 발광소자를 면 상에 어레이화해서 배치한 발광형 표시장치에 적용할 수 있다. 또한, 제1 및 제2반사부재의 양쪽으로부터 발광을 취출하는 구조여도 된다. 게다가, RGB의 3색으로 한정되지 않고, 한가지 색 또는 두 가지 색 혹은 다른 색을 포함하고 있어도 된다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시형태에 의거해서 상세히 설명했지만, 형식이나 세부에 관한 각종 치환, 변형, 변경 등이, 특허청구범위의 기재에 의해 규정되는 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위에서 일탈하는 일없이 행해지는 것이 가능한 것은, 해당 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게는 명확하다. 따라서, 본 발명의 범위는, 전술한 실시형태 및 첨부 도면으로 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위의 기재 및 이것과 균등한 것에 의거해서 정해져야 한다.
1: 기판 2: 양극
3: 유기층 31: 정공 주입층
32: 정공 수송층 33: 발광층
34: 전자 수송층 4: 음극
5: 격벽부
3: 유기층 31: 정공 주입층
32: 정공 수송층 33: 발광층
34: 전자 수송층 4: 음극
5: 격벽부
Claims (11)
- 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재의 사이에 발광층을 지니는 공진기 구조를 구비하되,
상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이, 상기 발광층의 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도(relative luminance efficiency)의 최대치로 되는 파장 555nm 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 발광소자. - 제1항에 있어서, 상기 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이 450㎚ 내지 480㎚의 범위 내에 있고,
상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이 상기 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장에 비해서 큰 것을 특징으로 하는 발광소자. - 제1항에 있어서, 상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과, 당해 공진기 출력 스펙트럼과 상기 내부 발광 스펙트럼이 교차하는 위치에 있어서의 파장은, 상기 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장에 비해서 큰 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제3항에 있어서, 상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장에 있어서의 상기 내부 발광 스펙트럼의 발광 강도의 변화율(RE)이 -0.03 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제4항에 있어서, 상기 발광 강도의 변화율(RE)이 -0.05 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이 ±2㎚의 범위 내에서 시프트되었을 때의 정면방향의 휘도 변동이 ±5% 이내인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이 600㎚ 내지 640㎚의 범위 내에 있고,
상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이, 상기 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장에 비해서 더 작은 것을 특징으로 하는 발광소자. - 제7항에 있어서, 상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장에 있어서의 상기 내부 발광 스펙트럼의 발광 강도의 변화율(RE)이 +0.03 이상인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제8항에 있어서, 상기 발광 강도의 변화율(RE)이 +0.05 이상인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이 ±2㎚의 범위 내에서 시프트되었을 때의 정면방향의 휘도 변동이 ±5% 이내인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재의 사이에 발광층을 지니는 복수의 공진기 구조를 구비하되,
상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이, 상기 발광층의 내부 발광 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도의 최대치로 되는 파장 555nm 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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