KR20040041513A - 발광 소자 및 이것을 이용한 표시 장치 - Google Patents

발광 소자 및 이것을 이용한 표시 장치 Download PDF

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Abstract

외광 반사 또는 외경(外景)의 투영을 저감함으로써 화질을 향상시킬 수 있는 발광 소자를 제공한다. 발광층(13B)에서 발생한 광을 제1 단부 P1과 단부 P2와의 사이에서 공진시켜서 제2 단부 P2의 측으로부터 추출하는 공진기 구조를 갖는다. 제2 단부 P2의 측으로부터 입사되는 공진 파장에서의 외광 H의 반사율이 20% 이하가 되도록, 제1 단부 P1의 측과 제2 단부 P2의 측에서의 외광의 반사광 h1, h2에 대하여 강도와 위상이 각각 조정되어 있고, 구체적으로는 강도가 거의 동일하여 위상이 거의 반전하도록 구성되어 있다. 반사광 h1, h2의 강도는 제1 전극(12) 및 제2 전극(14)의 재료 및 두께에 의해 조정된다. 반사광 h1, h2의 위상은 제1 단부 P1과 제2 단부 P2 사이의 광학적 거리 L에 의해 조정된다.

Description

발광 소자 및 이것을 이용한 표시 장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND DISPLAY UNIT USING IT}
본 발명은 발광층에서 발생한 광을 제1 단부와 제2 단부와의 사이에서 공진시키는 공진기 구조를 갖는 발광 소자 및 이것을 이용한 표시 장치에 관한 것으로, 특히 그와 같은 공진기 구조를 갖는 유기 발광 소자 및 이것을 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 액정 디스플레이를 대신하는 표시 장치로서, 유기 발광 소자를 이용한 유기 발광 디스플레이가 주목받고 있다. 유기 발광 디스플레이는 자발광형이기 때문에 시야각이 넓고 소비 전력이 낮다고 하는 특성을 가지며, 또한 고선명의 고속 비디오 신호에 대해서도 충분한 응답성을 갖는 것으로 생각되어, 실용화를 위한 개발이 진행되고 있다.
지금까지, 유기 발광 소자에 대해서는 공진기 구조를 도입함으로써 발광색의 색 순도를 향상시키거나 발광 효율을 높이는 등, 발광층에서 발생하는 광을 제어하는 시도가 행해져 왔다(예를 들면, 국제 공개 제01/39554호 팜플렛 참조).
그러나, 유기 발광 소자에는 표시면의 외광 반사 또는 외경의 투영에 의해 표시 화상의 화질이 열화한다고 하는 문제가 남겨져 있었다. 이것을 해결하기 위해, 예를 들면 표시면측에 원편광판을 배치하는 것이 제안되고 있다. 그러나, 이 구성에서는 발광층에서 발생한 광도 원편광판에 의해 50% 이하로 감쇠되기 때문에, 휘도가 저하된다. 휘도를 확보하면 소비 전력의 상승 또는 디스플레이의 수명 단축을 초래하게 된다.
또한, 각 발광색에 맞춘 광 흡수성의 컬러 필터, 혹은 형광성의 컬러 필터를 병용하는 방법도 제안되고 있다. 이 방법으로는 화소의 발광색 이외에서의 파장에서의 반사율은 크게 저하하지만, 발광색 근변에서의 파장에서의 반사율은 그만큼 저하되지 않기 때문에, 외광의 영향을 충분히 제거할 수 없다.
본 발명은 이러한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 외광 반사 또는 외경의 투영을 저감함으로써 화질을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 이것을 이용한 표시 장치를 제공하는 데에 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 발광 소자인 유기 발광 소자를 이용한 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 유기 발광 소자에서의 유기층의 구성을 확대하여 도시하는 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 유기 발광 소자에서의 유기층의 구성을 확대하여 도시하는 단면도.
도 4는 감쇠 계수를 -4i로 하고, 실부 굴절율을 0.1 이상 1.1 이하로 0.1마다 변화시킨 경우의 두께에 대한 광 흡수율을 도시하는 도면.
도 5는 도 1에 도시한 유기 발광 소자에서의 외광의 반사를 모식적으로 도시하는 단면도.
도 6은 감쇠 계수를 -4i로 하고, 실부(real part) 굴절율을 0.1 이상 1.1 이하로 0.1마다 변화시킨 경우의, 두께에 대한 광 반사율을 도시하는 도면.
도 7은 굴절율을 0.5로 하고, 감쇠 계수를 0으로부터 -5.0까지 0.5마다 변화시킨 경우의, 두께에 대한 광 반사율을 도시하는 도면.
도 8은 굴절율을 0.5로 하고, 감쇠 계수를 0으로부터 -5.0까지 0.5마다 변화시킨 경우의, 두께에 대한 광 흡수율을 도시하는 도면.
도 9a 및 도 9b는 도 1에 도시한 표시 장치의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 단면도.
도 10a 및 도 10b는 도 9a 및 도 9b에 계속되는 공정을 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 발광 소자인 유기 발광 소자의 구성을 도시하는 단면도.
도 12는 본 발명의 실시예 1의 유기 발광 소자에서의 외광의 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 실시예 2의 유기 발광 소자에서의 외광의 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 구동 패널
10R, 10G, 10B, 40R, 40G, 40B : 유기 발광 소자
11 : 구동용 기판
12 : 제1 전극
13 : 유기층
13A : 정공 수송층
13B : 발광층
13C : 전자 수송층
14 : 제2 전극
15 : 보호막
16 : 정공 주입용 박막층
20 : 밀봉 패널
21 : 밀봉용 기판
22 : 컬러 필터
22R : 적색 필터
22G : 녹색 필터
22B : 청색 필터
30 : 접착층
본 발명에 따른 발광 소자는, 발광층에서 발생한 광을 제1 단부와 제2 단부사이에서 공진시키는 공진기 구조를 가지고, 적어도 제2 단부측으로부터 광을 추출하는 것으로서, 제2 단부측으로부터 입사되는 공진 파장에서의 외광의 반사율은 20% 이하이다.
본 발명에 따른 표시 장치는, 발광층에서 발생한 광을 제1 단부와 제2 단부와의 사이에서 공진시키는 공진기 구조를 가지며, 적어도 제2 단부측으로부터 광을 추출하는 발광 소자를 이용한 것으로, 발광 소자의 제2 단부측으로부터 입사되는 공진 파장에서의 외광의 반사율은 20% 이하이다.
본 발명에 따른 발광 소자 및 표시 장치에서는, 공진 파장에서의 외광의 반사율이 20% 이하가 되도록 하였기 때문에, 발광색 근변의 파장에서의 외광의 반사율이 작아져서 외경의 투영이 방지된다.
<발명의 실시 형태>
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
〔제1 실시 형태〕
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 발광 소자인 유기 발광 소자를 이용한 표시 장치의 단면 구조를 나타내는 것이다. 이 표시 장치는 극박형의 유기 발광 컬러 디스플레이 장치 등으로 이용되는 것으로, 예를 들면 구동 패널(10)과 밀봉 패널(20)이 대향 배치되고, 접착층(30)에 의해 전면이 접합되어 있다. 구동 패널(10)은 유리 등의 절연 재료로 이루어지는 구동용 기판(11) 위에, 적색의 광을 발생하는 유기 발광 소자(10R)와, 녹색의 광을 발생하는 유기 발광 소자(10G)와, 청색의 광을 발생하는 유기 발광 소자(10B)가 순서대로 전체적으로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다.
이 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)는, 예를 들면 구동용 기판(11) 측으로부터, 양극으로서의 제1 전극(12), 유기층(13), 및 음극으로서의 제2 전극(14)이 이 순서대로 적층된다. 제2 전극(14) 상에는 필요에 따라 보호막(15)이 형성된다.
제1 전극(12)은 반사층으로서의 기능도 겸하고 있고, 될 수 있는 한 높은 반사율을 갖도록 하는 것이 발광 효율을 높이는 데에 있어서 바람직하다. 예를 들면, 금속 등의 감쇠 계수가 높은 재료를 이용하는 경우에는, 될 수 있는 한 실부 굴절율이 낮은 재료를 이용하여, 적층 방향의 두께(이하, 단순히 두께라고 함)를 광이 투과하지 못할 정도로, 구체적으로는 대강 100㎚ 이상이라고 하면, 반사율을 높게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 구체적으로는, 두께를 예를 들면 200㎚ 정도로 하고, 백금(Pt), 금(Au), 크롬(Cr) 또는 텅스텐(W) 등의 일함수가 높은 금속 원소의 단일 물질 또는 합금에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 또, 제1 전극(12)에는 광학 상수에 실질적인 차를 발생하지 않을 정도로 다른 원소를 첨가해도 된다.
유기층(13)은 유기 발광 소자(10)의 발광색에 따라 구성이 다르다. 도 2는 유기 발광 소자(10R, 10B)에서의 유기층(13)의 구성을 확대하여 나타낸 것이다. 유기 발광 소자(10R, 10B)의 유기층(13)은 정공 수송층(13A), 발광층(13B) 및 전자 수송층(13C)이 제1 전극(12) 측으로부터 이 순서대로 적층된 구조를 갖고 있다. 정공 수송층(13A)은 발광층(13B)으로의 정공 주입 효율을 높이기 위한 것이다. 본 실시 형태에서는 정공 수송층(13A)이 정공 주입층을 겸하고 있다. 발광층(13B)의 기능은 전류의 주입에 의해 광을 발생하는 것이다. 전자 수송층(13C)의 기능은 발광층(13B)으로의 전자 주입 효율을 높이기 위한 것이다.
유기 발광 소자(10R)의 정공 수송층(13A)은, 예를 들면 두께가 45㎚ 정도로, 비스[(N-나프틸)-N-페닐] 벤디진(α-NPD)에 의해 구성되어 있다. 유기 발광 소자(10R)의 발광층(13B)은, 예를 들면 두께가 50㎚ 정도이며, 2,5-비스[4-[N-(4-메톡시페닐)-N-페닐아미노]] 스틸벤젠-1, 4-디카보니트릴(BSB)에 의해 구성되어 있다. 유기 발광 소자(10R)의 전자 수송층(13C)은, 예를 들면 두께가 30㎚ 정도로, 8-퀴놀리놀 알루미늄 합성물(Alq3)에 의해 구성되어 있다.
유기 발광 소자(10B)의 정공 수송층(13A)은, 예를 들면 두께가 30㎚ 정도로, α-NPD에 의해 구성되어 있다. 유기 발광 소자(10B)의 발광층(13B)은, 예를 들면 두께가 30㎚ 정도이며, 4,4'-비스(2, 2'-디페닐 비닐)비페닐(DPVBi)에 의해 구성되어 있다. 유기 발광 소자(10B)의 전자 수송층(13C)은, 예를 들면 두께가 30㎚ 정도로, Alq3에 의해 구성되어 있다.
도 3은 유기 발광 소자(10G)에서의 유기층(13)의 구성을 확대하여 나타내는 것이다. 유기 발광 소자(10G)의 유기층(13)은 정공 수송층(13A) 및 발광층(13B)이 제1 전극(12)의 측으로부터 이 순서대로 적층된 구조를 갖고 있다. 정공 수송층(13A)은 정공 주입층을 겸하고 있고, 발광층(13B)은 전자 수송층을 겸하고 있다.
유기 발광 소자(10G)의 정공 수송층(13A)은, 예를 들면 두께가 50㎚ 정도로, α-NPD에 의해 구성되어 있다. 유기 발광 소자(10G)의 발광층(13B)은, 예를 들면두께가 60㎚ 정도이며, Alq3에 쿠마린6(C6; Coumarin6)을 1체적% 혼합한 것에 의해 구성되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시한 제2 전극(14)은 반 투과성 반사층으로서의 기능을 겸하고 있다. 즉, 이 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)는 제1 전극(12)의 발광층(13B) 측의 단부면을 제1 단부 P1, 제2 전극(14)의 발광층(13B) 측의 단부면을 제2 단부 P2로 하여, 유기층(13)을 공진부로서 발광층(13B)에서 발생한 광을 공진시켜 제2 단부 P2 측으로부터 추출하는 공진기 구조를 갖고 있다. 이와 같이 공진기 구조를 갖도록 하면, 발광층(13B)에서 발생한 광이 다중 간섭을 일으키고, 일종의 협대역 필터로서 작용함으로써, 추출되는 광의 스펙트럼의 반값폭이 감소하고, 색 순도를 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 밀봉 패널(20)로부터 입사한 외광에 대해서도 다중 간섭에 의해 감쇠시킬 수 있어, 후술하는 컬러 필터(22)(도 1 참조)와의 조합에 의해 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)에서의 외광의 반사율을 매우 작게 할 수 있어 바람직하다.
그것을 위해서는, 공진기의 제1 단부 P1과 제2 단부 P2와의 사이의 광학적 거리 L은 수학식 1을 만족하도록 하고, 공진기의 공진 파장(추출되는 광의 스펙트럼의 피크 파장)과, 추출하고자 하는 광의 스펙트럼의 피크 파장을 일치시키는 것이 바람직하다. 광학적 거리 L은 실제로는 수학식 1을 만족하는 플러스의 최소값으로 되도록 선택하는 것이 바람직하다.
(수학식 중, L은 제1 단부 P1과 제2 단부 P2와의 사이의 광학적 거리, Φ는 제1 단부 P1 및 제2 단부 P2로 발생하는 반사광의 위상 시프트(rad), λ는 제2 단부 P2의 측으로부터 추출하고자 하는 광의 스펙트럼의 피크 파장, m은 L이 플러스가 되는 정수를 각각 나타낸다. 또, 수학식 1에서 L 및 λ는 단위가 공통되어야 하며, 예를 들면 ㎚를 공통 단위로 사용한다)
제2 전극(14)은, 예를 들면 금속 재료에 의해 구성된다. 금속 재료는 감쇠 계수가 크고, 제2 전극(14)에서의 광 흡수가 발생하게 되기 때문에, 광 흡수가 작아지는 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 자기 흡수에 의한 손실은 그 광이 어디에도 방출되지 않아 발광 효율의 저하를 초래하게 되기 때문이다. 도 4는 감쇠 계수를 -4i로 하고, 실부 굴절율을 0.1 이상 1.1 이하로 0.1마다 변화시킨 경우의, 두께에 대한 광 흡수율을 나타내고 있고, 일반적인 광학 다층 박막에서의 흡수율 계산 방법에 의해 구한 것이다(예를 들면, "Principles of Optics", 막스 본(Max Born)과 에밀 울프(Emil Wolf), 1974(PERGAMON PRESS) 등 참조). 도 4로부터는 실부 굴절율이 작을수록 광 흡수가 작아져서, 바람직한 것을 알 수 있다. 즉, 손실을 작게 하기 위해서는 예를 들면 은(Ag)(0.055-3.32i: 550㎚), 알루미늄(Al)(0.7-5.0i: 500㎚), 마그네슘(Mg)(0.57-3.47i: 546㎚), 칼슘(Ca)(0.7-5.0i: 500㎚), 나트륨(Na)(0.029-2.32i: 546㎚), 금(0.035-2.40i:546㎚), 구리(Cu)(0.91-2.40i: 540㎚), 백금(0.92-2.6i: 500㎚) 등, 실부 굴절율이 대략 1 이하가 되는 재료에 의해제2 전극(14)을 구성하는 것이 바람직하다. 특히, 본 실시 형태와 같이 제2 전극(14)이 음극으로서 사용되는 경우에는, 상기한 예 중에서, 일함수가 작은 재료, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 나트륨 등의 단일 물질 또는 합금이 적합하다. 또, 제2 전극(14)에는 광학 상수에 실질적인 차를 발생하지 않을 정도로 다른 원소를 첨가해도 된다.
또한, 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)에서는 제2 단부 P2 측으로부터 입사되는 공진 파장에서의 외광의 반사율이 20% 이하로 되도록 조정된다. 구체적으로는, 공진 파장에서의 외광의 반사율이 20% 이하로 되도록, 제1 단부 P1 측과 제2 단부 P2 측에서의 외광의 반사광에 대하여 강도와 위상이 각각 조정되고, 예를 들면 강도가 거의 동일하여 위상이 거의 반전하도록 구성된다. 종래의 고콘트라스트화된 CRT(음극선관; Cathode Ray Tube)를 이용한 표시 장치와 동등 레벨의 화질을 얻기 위해서는 외광 반사율을 20% 이하로 할 필요가 있기 때문이다. 또한, 제2 단부 P2 측으로부터 입사되는 공진 파장에서의 외광의 반사율은 15% 이하로 되도록 조정되는 것이 바람직하고, 5% 이하로 되도록 조정되면 보다 바람직하다. 여기서, 제1 단부 P1의 측에서의 외광의 반사광이란, 제1 단부 P1의 측으로부터 발생하는 모든 반사광의 합성파를 의미하고, 제2 단부 P2의 측에서의 외광의 반사광이란, 제2 단부 P2 측으로부터 발생하는 모든 반사광의 합성파를 의미한다. 본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 단부 P1 측에서의 외광 H의 반사광 h1은, 제1 전극(12)과 유기층(13)과의 계면에서 발생하는 반사광이며, 제2 단부 P2 측에서의 외광 H의 반사광 h2는 제2 전극(14)과 유기층(13)과의 계면에서 발생하는 반사광과발광층(13B)과 제2 전극(14)의 유기층(13)에 접하지 않은 측의 계면에서 발생하는 반사광과의 합성파이다.
반사광 h1, h2의 강도는, 제1 전극(12) 및 제2 전극(14)의 재료 및 두께를 선택함으로써 조정된다. 도 6은 감쇠 계수를 -4i로서, 실부 굴절율을 0.1 이상 1.1 이하로 0.1마다 변화시킨 경우의, 두께에 대한 광 반사율을 나타내고 있고, 일반적인 광학 다층 박막의 반사율 계산 방법에 의해서 구한 것이다. 도 6으로부터는, 두께 또는 재료를 바꿈으로써, 광 반사율을 0%부터 최대 90%까지 변화시킬 수 있고, 또한 굴절율이 작을수록 광 반사율의 실행 범위가 넓어지는 것을 알 수 있다. 특히, 굴절율을 1 이하로 하면 광 반사율을 0%부터 약 70% 이상까지 변화시킬 수 있어 바람직하다.
도 7은 굴절율을 0.5로서, 감쇠 계수를 0으로부터 -5.0까지 0.5마다 변화시킨 경우의, 두께에 대한 광 반사율, 도 8은 굴절율을 0.5로 하고, 감쇠 계수를 0으로부터 -5.0까지 0.5마다 변화시킨 경우의, 두께에 대한 광 흡수율을 각각 나타내고 있다. 이들의 광 반사율 및 광 흡수율은, 일반적인 광학 다층 박막의 계산 방법에 의해 구한 것이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 감쇠 계수를 -0.5 이하(0.5 이상)로 하면 광 반사율을 0%부터 약 80% 이상까지 변화시킬 수 있어, 바람직하다. 또한, 감쇠 계수를 -2.0 이하(2 이상)로 하면 광 반사율의 실행 값의 범위가 넓어지고, 0% 내지 약 90% 이상까지 변화시킬 수 있기 때문에, 보다 바람직하다. 단, 도 8에 도시한 바와 같이 광 흡수율도 커지게 되기 때문에, 광 흡수율이 되도록이면 작아지도록 두께를 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 위상에 대해서는 제1 단부 P1과 제2 단부 P2와의 사이의 광학적 거리 L이 수학식 1을 만족하도록 하면, 도 5에 도시한 반사광 h1과, 반사광 h2가 거의 반전하도록 조정된다.
도 1에 도시한 보호막(15)은, 예를 들면 두께가 500㎚ 이상 10,000㎚ 이하이며, 투명 유전체로 이루어지는 패시베이션막이다. 보호막(15)은, 예를 들면 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN) 등으로 구성되어 있다.
밀봉 패널(20)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 구동 패널(10)의 제2 전극(14)측에 위치하고 있고, 접착층(30)과 함께 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)를 밀봉하는 밀봉용 기판(21)을 포함한다. 밀봉용 기판(21)은 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)에서 발생한 광에 대하여 투명한 유리 등의 재료에 의해 구성되어 있다. 밀봉용 기판(21)에는, 예를 들면 컬러 필터(22)가 설치되고 있고, 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)에서 발생한 광을 추출함과 함께, 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B) 및 그 동안의 배선에서 반사된 외광을 흡수하여 콘트라스트를 개선하도록 되어 있다.
컬러 필터(22)는 밀봉용 기판(21)의 어느 측 면에 설치되어도 되지만, 구동 패널(10)의 측에 설치되는 것이 바람직하다. 컬러 필터(22)가 표면에 노출하지 않고, 접착층(30)에 의해 보호할 수 있기 때문이다. 컬러 필터(22)는 적색 필터(22R), 녹색 필터(22G) 및 청색 필터(22B)를 갖고 있고, 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)에 대응하여 순서대로 배치되어 있다.
적색 필터(22R), 녹색 필터(22G) 및 청색 필터(22B)는, 각각 예를 들면 구형형상으로 간극없이 형성되어 있다. 이들 적색 필터(22R), 녹색 필터(22G) 및 청색 필터(22B)는, 안료를 혼입한 수지에 의해 각각 구성되어 있고, 안료를 선택함으로써, 목적으로 하는 적, 녹 혹은 청의 파장 대역에서의 광 투과율이 높고, 다른 파장 대역에서의 광 투과율이 낮게 되도록 조정된다.
또한, 컬러 필터(22)에서의 투과율이 높은 파장 범위와, 공진기 구조로부터 추출하는 광의 스펙트럼의 피크 파장 λ는 일치하고 있다. 이에 의해, 밀봉 패널(20)로부터 입사하는 외광 h 중, 추출하는 광의 스펙트럼의 피크 파장 λ와 같은 파장을 갖는 것만이 컬러 필터(22)를 투과하고, 그 외의 파장의 외광 h가 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)에 침입하는 것이 방지된다.
이 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b는 이 표시 장치의 제조 방법을 공정순으로 나타낸 것이다. 우선, 도 9a에 도시한 바와 같이, 상술한 재료로 이루어지는 구동용 기판(11) 상에, 예를 들면 직류 스퍼터링에 의해, 상술한 재료로 이루어지는 제1 전극(12)을 상술한 두께로 성막하고, 예를 들면 리소그래피 기술을 이용하여 선택적으로 에칭하여 소정의 형상으로 패터닝한다. 그 후, 동일하게 도 9a에 도시한 바와 같이, 예를 들면 증착법에 의해, 상술한 두께 및 재료로 이루어지는 정공 수송층(13A), 발광층(13B), 전자 수송층(13C) 및 제2 전극(14)을 순차 성막하여, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같은 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)를 형성한다. 그 후, 제2 전극(14) 위에, 필요에 따라 보호막(15)을 형성한다. 이에 의해, 구동 패널(10)이 형성된다.
또한, 도 9b에 도시한 바와 같이, 예를 들면 상술한 재료로 이루어지는 밀봉용 기판(21) 위에, 적색 필터(22R)의 재료를 스핀 코팅 등에 의해 도포하고, 포토리소그래피 기술에 의해 패터닝하여 소성함으로써 적색 필터(22R)를 형성한다. 계속해서, 동일하게 도 9b에 도시한 바와 같이, 적색 필터(22R)와 마찬가지로 하여, 청색 필터(22B) 및 녹색 필터(22G)를 순차 형성한다. 이에 의해, 밀봉 패널(20)이 형성된다.
밀봉 패널(20) 및 구동 패널(10)을 형성한 후, 도 10a에 도시한 바와 같이, 보호막(15) 위에, 접착층(30)을 형성한다. 그 후, 도 10b에 도시한 바와 같이, 구동 패널(10)과 밀봉 패널(20)을 접착층(30)을 통하여 접합한다. 그 때, 밀봉 패널(20) 중 컬러 필터(22)를 형성한 측의 면을, 구동 패널(10)과 대향시켜서 배치하는 것이 바람직하다. 이상에 의해, 구동 패널(10)과 밀봉 패널(20)이 접착되고, 도 1 내지 도 3에 도시한 표시 장치가 완성된다.
이 표시 장치에서는 제1 전극(12)과 제2 전극(14) 사이에 소정의 전압이 인가되면, 발광층(13B)에 전류가 주입되고, 정공과 전자가 재결합함으로써, 주로 발광층(13B)의 계면에서 발광이 발생한다. 이 광은 제1 전극(12)과 제2 전극(14) 사이에 다중 반사하여, 제2 전극(14), 보호층(15), 컬러 필터(22) 및 밀봉용 기판(21)을 투과하여 추출된다. 이 때, 밀봉용 기판(21)의 측으로부터 외광이 입사하지만, 공진 파장 이외의 외광은 컬러 필터(22)에 의해 흡수됨과 함께, 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)에서의 다중 간섭에 의해 감쇠된다. 한편, 공진 파장의 외광은 컬러 필터(22)를 투과하여 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)에 입사하고, 제2 전극(14) 및 제1 전극(12)에서 주로 반사한다. 단, 본 실시 형태에서는 제1 단부 P1의 측 즉 제1 전극(12)과 제2 단부 P2의 측 즉 제2 전극(14)에서의 외광의 반사광에 대하여, 강도와 위상을 각각 조정함으로써, 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)에서의 반사율이 20% 이하로 되도록 구성되어 있기 때문에, 밀봉용 기판(21)을 투과하여 추출되는 반사광은 매우 적어지게 된다. 따라서, 외광 반사 또는 외경의 투영이 저감된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 제2 단부 P2측 즉 제2 전극(14)측으로부터 입사되는 공진 파장에서의 외광 H의 반사율이 20% 이하로 되도록 하였기 때문에, 외광 반사 또는 외경의 투영을 저감시킬 수 있어, 화질을 향상시킬 수 있다.
특히, 제2 전극(14)의 감쇠 계수를 0.5 이상, 또한 2 이상으로 하도록 하면, 제2 전극(14)의 광 반사율의 취할 수 있는 값의 범위를 넓힐 수 있다. 따라서, 공진 파장에서의 외광 H의 반사율이 20% 이하가 되도록, 제1 단부 P1측과 제2 단부 P2측에서의 반사광 h1, h2의 강도를 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 특히 제2 전극(14)의 굴절율을 1 이하로 하도록 하면, 제2 전극(14)에서의 흡수를 작게 할 수 있어, 발광층(13B)에서 발생한 광을 효율적으로 추출할 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 소자인 유기 발광 소자의 단면 구조를 나타내는 것이다. 이 유기 발광 소자(40R, 40G, 40B)는 제1 전극(12)과유기층(13)과의 사이에, 정공 주입용 박막층(16)이 형성되어 있는 것을 제외하고는 제1 실시 형태에서 설명한 유기 발광 소자(10R, 10G, 10B)와 동일하다. 따라서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여서, 그 상세한 설명을 생략한다.
정공 주입용 박막층(16)은 유기층(13)으로의 정공 주입 효율을 높이기 위한 것으로, 제1 전극(12)보다도 일함수가 높은 재료에 의해 구성되어 있다. 또한, 정공 주입용 박막층(16)은 제1 전극(12)을 형성한 후의 제조 공정에서도 양극(12)이 손상을 받는 것을 완화한다고 하는 보호막으로서의 기능도 갖고 있다. 정공 주입용 박막층(16)을 구성하는 재료로서는, 예를 들면 크롬, 니켈(Ni), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 백금 혹은 실리콘(Si) 등의 금속, 또는 이들 중 적어도 1종을 포함하는 합금, 또는 이들 금속 혹은 합금의 산화물 혹은 질화물, 또는 ITO(Indium-Tin Oxide: 인듐(In) 및 주석(Sn)의 산화물 혼합막) 등의 투명 도전성 재료를 예로 들 수 있다. 정공 주입용 박막층(16) 두께는, 구성 재료의 광의 투과율과 도전율에 따라 결정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 산화 크롬(III)(Cr2O3) 등의 도전율이 그다지 높지 않은 산화물이나 질화물에 의해 구성하는 경우에는 얇은 쪽이 바람직하고, 예를 들면 5㎚ 정도로 되는 것이 바람직하다. 또한, 도전율이 높고 투과율이 낮은 금속에 의해 구성하는 경우에도 얇은 쪽이 바람직하고, 예를 들면 수㎚가 되는 것이 바람직하다. 한편, 도전율, 투과율 모두 높은 ITO에 의해 구성하는 경우에는 수㎚∼수십㎚ 정도까지 두텁게 하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에서는, 정공 주입용 박막층(16)은, 예를 들면 산화 크롬(II)(CrO)에 의해 구성되어 있다.
본 실시 형태와 같이 정공 주입용 박막층(16)을 형성한 경우에는, 제1 단부 P1의 측에서의 외광 H의 반사광 h1은, 제1 전극(12)과 정공 주입용 박막층(16)과의 계면에서 발생하는 반사광과 정공 주입용 박막층(16)과 유기층(13)과의 계면에서 발생하는 반사광과의 합성파이다. 2개의 계면에 대해 어느 한쪽에서의 반사광이 커지는 것은 정공 주입용 박막층(16)의 재료에 따라 좌우된다. 예를 들면, 정공 주입용 박막층(16)을 산화 크롬(II) 등과 같이 광학 상수가 유기층(13)에 가까운 것에 의해 구성한 경우에는 제1 전극(12)과 정공 주입용 박막층(16)과의 계면에서 발생하는 반사광쪽이 커지고, 정공 주입용 박막층(16)도 공진부에 포함되고, 제1 단부 P1은 제1 전극(12)과 정공 주입용 박막층(16)과의 계면이 된다. 또한, 예를 들면 정공 주입용 박막층(16)을 백금(Pt) 등과 같은 금속에 의해 구성한 경우에는 정공 주입용 박막층(16)과 유기층(13)과의 계면에서 발생하는 반사광쪽이 커지고, 정공 주입용 박막층(16)은 공진부에는 포함되지 않고, 제1 단부 P1은 정공 주입용 박막층(16)과 유기층(13)과의 계면이 된다.
이와 같이 구성해도, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<실시예>
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
(실시예 1)
상기 제2 실시 형태와 마찬가지의 구성을 갖는 유기 발광 소자(40R, 40G, 40B)를 각각 제작하였다. 그 때, 제1 전극(12)은 알루미늄 또는 알루미늄을 98wt%을 포함하는 알루미늄계 합금에 의해 구성하고, 두께는 200㎚로 하였다. 정공 주입용 박막층(16)은 산화 크롬(II)에 의해 구성하고, 두께는 4㎚로 하였다. 유기층(13)은 상기 실시 형태에서 예시한 재료에 의해 구성하고, 그 합계 두께는 유기 발광 소자(40R)에서는 125㎚, 유기 발광 소자(40G)에서는 110㎚, 유기 발광 소자(40B)에서는 93㎚로 하였다. 또, 유기층(13) 중 제2 전극(14)과 접하고 있는 층, 즉 유기 발광 소자(40R, 40B)에서는 전자 수송층(13C), 유기 발광 소자(40G)에서는 발광층(13B)의 굴절율은 모두 거의 1.7이다. 제2 전극(14)은 제1 전극(12)과 마찬가지의 재료에 의해 구성하고 두께는 17㎚로 하였다. 보호막(15)은 굴절율 1.5의 재료에 의해 구성하였다. 이와 같이 제1 전극(12) 및 제2 전극(14) 등의 재료 및 두께, 및 유기층(13)의 광학적 거리 L을 조정함으로써, 공진 파장에서의 외광 H의 제1 전극(12)에서의 반사광 h1과, 제2 전극(14)에서의 반사광 h2가 거의 동일한 강도를 갖고 또한 위상이 거의 반전하도록 하였다. 제작한 유기 발광 소자(40R, 40G, 40B)에 대하여, 제2 전극(14)의 측으로부터 입사각 0도로 외광을 입사시켜, 그 반사율을 각각 조사하였다. 도 12에 유기 발광 소자(40R, 40G, 40B)의 반사 스펙트럼을 나타낸다. 도 12에 도시한 바와 같이, 유기 발광 소자(40R)에 대해서는, 공진 파장 630㎚ 근방에서의 외광의 반사율은 2%가 되었다. 유기 발광 소자(40G)에 대해서는, 공진 파장 540㎚ 근방에서의 외광의 반사율은 0.5%가 되었다. 유기 발광 소자(40B)에 대해서는, 공진 파장 450㎚ 근방에서의 외광의 반사율은 2%가 되었다.
(실시예 2)
유기층(13) 및 제2 전극(14)의 두께와 보호막(15)의 재료를 바꾼 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자(40R, 40G, 40B)를 각각 제작하여, 공진 파장에서의 제1 전극(12)에서의 반사광 h1과, 제2 전극(14)에서의 반사광 h2가 거의 동일한 강도를 갖고 또한 위상이 거의 반전하도록 하였다. 유기층(13)의 합계 두께는, 유기 발광 소자(40R)에서는 128㎚, 유기 발광 소자(40G)에서는 112㎚, 유기 발광 소자(40B)에서는 95㎚로 하였다. 제2 전극(14)의 두께는 17㎚로 하였다. 보호막(15)은, 굴절율 1.9의 재료에 의해 구성하였다. 제작한 유기 발광 소자(40R, 40G, 40B)에 대하여 제2 전극(14) 측으로부터 외광을 입사각 0도로 입사시켜, 그 반사율을 각각 조사하였다. 도 13에 유기 발광 소자(40R, 40G, 40B)의 반사 스펙트럼을 도시한다. 도 13에 도시한 바와 같이, 유기 발광 소자(40R)에 대해서는, 공진 파장 630㎚ 근방에서의 외광의 반사율은 2%가 되고, 실시예 1과 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 유기 발광 소자(40G)에 대해서는 공진 파장 540㎚ 근방에서의 외광의 반사율은 0.5%가 되고, 실시예 1과 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 유기 발광 소자(40B)에 대해서는, 공진 파장 450㎚ 근방에서의 외광의 반사율은 3%가 되고, 실시예 1과 거의 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
즉, 공진 파장에서의 외광 H의 제1 단부 P1의 측에서의 반사광 h1과, 제2 단부 P2의 측에서의 반사광 h2에 대하여 강도와 위상을 조정하면, 반사율을 20% 이하로 할 수 있어, 화질을 개선할 수 있는 것을 알았다.
이상, 실시 형태를 예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 여러가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에 있어서 설명한 각층의 재료 및 두께, 또는 성막 방법 및 성막 조건 등은 한정되는 것이 아니라, 다른 재료 및 두께로 해도 되고, 또는 다른 성막 방법 및 성막 조건으로 해도 된다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 구동용 기판(11) 위에, 제1 전극(12), 유기층(13) 및 제2 전극(14)을 구동용 기판(11) 측으로부터 순서대로 적층하고, 밀봉 패널(20) 측으로부터 광을 추출하도록 한 경우에 대하여 설명하였지만, 적층 순서를 반대로 하여, 구동용 기판(11) 위에, 제2 전극(14), 유기층(13) 및 제1 전극(12)을 구동용 기판(11)의 측으로부터 순서대로 적층하고, 구동용 기판(11)의 측으로부터 광을 추출하도록 할 수 있다.
또한, 예를 들면 상기 실시 형태에서는, 제1 전극(12)을 양극, 제2 전극(14)을 음극으로 하는 경우에 대하여 설명하였지만, 양극 및 음극을 반대로 하여, 제1 전극(12)을 음극, 제2 전극(14)을 양극으로 해도 된다. 이 경우, 제2 전극(14)의 재료로서는 일함수가 높은 금, 은, 백금, 구리 등의 단체 또는 합금이 적합하지만, 정공 주입용 박막층(16)을 형성함으로써 다른 재료를 이용할 수 있게 된다. 또한, 제2 전극(14)에는 광학 상수에 실질적인 차를 발생하지 않을 정도로 다른 원소를 첨가해도 된다. 또한, 제1 전극(12)을 음극, 제2 전극(14)을 양극으로 함과 함께, 구동용 기판(11) 위에, 제2 전극(14), 유기층(13) 및 제1 전극(12)을 구동용 기판(11) 측으로부터 순서대로 적층하고, 구동용 기판(11)의 측으로부터 광을 추출하도록 할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 유기 발광 소자의 구성을 구체적으로 예를 들어 설명하였지만, 정공 주입용 박막층(16), 보호막(15) 등의 모든 층을 갖출 필요는 없고, 또한 다른 층을 더 포함해도 된다. 예를 들면, 제1 전극(12)을 유전체 다층막 또는 Al 등의 반사막의 상부에 투명 도전막을 적층한 2층 구조로 할 수도 있다. 이 경우, 이 반사막의 발광층측의 단부면이 공진부의 단부를 구성하고, 투명 도전막은 공진부의 일부를 구성하게 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 제2 전극(14)이 반 투과성 반사층에 의해 구성되어 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 제2 전극(14)은 반 투과성 반사층과 투명 전극이 제1 전극 측으로부터 순서대로 적층된 구조로 해도 된다. 이 투명 전극은 반 투과성 반사층의 전기 저항을 내리기 위한 것으로, 발광층에서 발생한 광에 대하여 충분한 투광성을 갖는 도전성 재료에 의해 구성되어 있다. 투명 전극을 구성하는 재료로서는, 예를 들면 ITO 또는 인듐과 아연(Zn)과 산소를 포함하는 화합물이 바람직하다. 실온으로 성막해도 양호한 도전성을 얻을 수 있기 때문이다. 투명 전극의 두께는, 예를 들면 30㎚ 이상 1000㎚ 이하로 할 수 있다. 또한, 이 경우, 반 투과성 반사층을 한쪽 단부로 하고, 투명 전극을 샌드위치하여 반 투과성 전극에 대향하는 위치에 다른 쪽의 단부를 형성하고, 투명 전극을 공진부로 하는 공진기 구조를 형성하도록 해도 된다. 또한, 그와 같은 공진기 구조를 형성하는 경우에는, 보호막(15)을 투명 전극을 구성하는 재료와 동일한 정도의 굴절율을 갖는 재료에 의해 구성하면 보호막(15)을 공진부의 일부로 할 수 있어 바람직하다.
또한, 본 발명은 제2 전극(14)을 투명 전극에 의해 구성함과 함께, 이 투명 전극의 유기층(13)과 반대측 단부면의 반사율이 커지도록 구성하고, 제1 전극(12)의 발광층(13B) 측의 단부면을 제1 단부, 투명 전극의 유기층과 반대측의 단부면을제2 단부로 한 공진기 구조를 구성한 경우에 대해서도 적용할 수 있다. 예를 들면, 보호막(15) 또는 접착층(30)과의 경계면에서의 반사율을 크게 하여, 이 경계면을 제2 단부로 해도 된다. 또한, 보호막(15) 및 접착층(30)을 형성하지 않고서, 투명 전극을 대기층에 접촉시켜, 투명 전극과 대기층과의 경계면의 반사율을 크게 하여, 이 경계면을 제2 단부로 하도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 발광 소자 및 본 발명의 표시 장치에 따르면, 제2 단부측으로부터 입사되는 공진 파장에서의 외광의 반사율이 20% 이하로 되도록 설정하였기 때문에, 외광 반사 또는 외경의 투영을 저감시킬 수 있어, 화질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 특징의 발광 소자 및 본 발명의 일 특징의 표시 장치에 따르면, 반 투과성 반사층의 감쇠 계수를 0.5 이상으로 설정하였기 때문에, 반 투과성 반사층의 반사율의 실행 값의 범위를 넓힐 수 있다. 따라서, 공진 파장에서의 외광의 반사율이 20% 이하가 되도록, 제1 단부측과 제2 단부측에서의 반사광의 강도를 용이하게 조정할 수 있다.
본 발명의 다른 특징의 발광 소자 및 본 발명의 다른 특징의 표시 장치에 따르면, 반 투과성 반사층의 굴절율을 1 이하로 설정하였기 때문에, 반 투과성 반사층에서의 흡수를 작게 할 수 있어, 발광층에서 발생한 광을 효율적으로 추출할 수 있다.
본 발명의 명백하게 많은 변형 및 변화는 상술한 기술의 관점에서 가능하다.따라서, 첨부된 청구범위내에서 본 발명이 구체적으로 기술된 것과는 다르게 실행될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 발광층에서 생성된 광을 제1 단부와 제2 단부 사이에서 공진시키는 공진기 구조를 구비하고, 적어도 상기 제2 단부측으로부터 광을 추출하는 발광 소자에 있어서,
    상기 제2 단부측으로부터 입사되는 공진 파장에서의 외광의 반사율이 20% 이하인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단부측과 상기 제2 단부측에서의 상기 외광의 반사광의 강도 및 위상을 각각 조정하여 상기 외광의 반사율이 20% 이하로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단부와 상기 제2 단부사이에, 상기 발광층을 포함하는 유기층이 제공되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단부 상에 반 투과성 반사층이 제공되고, 상기 반 투과성 반사층의 감쇠 계수는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반 투과성 반사층은 굴절율이 1 이하인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서 생성된 반사광의 위상 시프트를 Φ, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부사이의 광학적 거리를 L, 상기 제2 단부측으로부터 추출하고 싶은 광의 스펙트럼의 피크 파장을 λ로 하면,
    상기 광학적 거리는,
    [수학식 1]
    수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단부측으로부터 추출되는 광을 투과시키는 컬러 필터가 제공되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  8. 발광층에서 생성된 광을 제1 단부와 제2 단부 사이에서 공진시키는 공진기 구조를 구비하고, 적어도 상기 제2 단부측으로부터 광을 추출하는 발광 소자를 포함하는 표시 장치에 있어서,
    상기 제2 단부측으로부터 입사되는 공진 파장에서의 외광의 반사율이 20% 이하인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단부측과 상기 제2 단부측에서의 상기 외광의 반사광의 강도 및 위상을 각각 조정하여 상기 외광의 반사율이 20% 이하로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에, 상기 발광층을 포함하는 유기층이 제공되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 단부 상에 반 투과성 반사층이 제공되고, 상기 반 투과성 반사층의 감쇠 계수는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반 투과성 반사층은 굴절율이 1 이하인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서 생성된 반사광의 위상 시프트를 Φ, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부사이의 광학적 거리를 L, 상기 제2 단부측으로부터 추출하고 싶은 광의 스펙트럼의 피크 파장을 λ로 하면,
    상기 광학적 거리는,
    수학식 2을 만족하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제2 단부측으로부터 추출되는 광을 투과시키는 컬러 필터가 제공되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
KR1020030078975A 2002-11-11 2003-11-10 발광 소자 및 이것을 이용한 표시 장치 KR101060379B1 (ko)

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