KR20060039949A - 전계 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
전계 발광 소자인 유기 EL 소자는 한 쌍의 전극 사이에 적어도 유기층이 끼여 있다. 한 쌍의 전극 중 적어도 체적저항률이 높은 재료로 형성된 전극은 평면형상으로 형성되어 있다. 유기층에는, 비발광부가 복수 형성되어 있다. 비발광부는, 체적저항률이 높은 재료로 형성된 전극이 외부 접속 단자와 접속되는 단자부의 위치로부터 물리적으로 가까운 위치일수록 단위 면적당 많이 존재하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 단위 면적당 흐르는 전류의 크기가 소자의 각 위치에서 대략 동일해진다.
전계 발광 소자, 유기층, 비발광부, 체적저항률, 휘도 분포
Description
기술분야
본 발명은, 한 쌍의 전극에 적어도 발광하는 층이 사이에 끼여 있는 전계 발광 소자에 관한 것이다.
배경기술
종래 전계 발광 소자인 유기 전계 발광 소자 (이하, 적당히 유기 EL 소자로 표기한다.) 를 사용한 디스플레이나 조명장치 등이 제안되어 있다. 유기 EL 소자는 한 쌍의 전극 사이에, 유기 발광 재료를 함유하는 유기 발광 영역을 갖는 유기층이 끼워진 구조를 갖는다.
그러나, 단순히 상기 구성을 채용하는 것으로 유기 EL 소자가 완성되는 것은 아니고, 예를 들어, 적어도 일방의 전극이, 유기층에 전하 (홀 또는 전자) 를 주입할 수 있음과 함께, 소자 외부로 광을 추출하기 위해 유기 발광 영역에서 발생된 광에 대한 투과성을 구비하고 있어야 한다. 또한, 유기층으로는, 전극으로부터 주입된 전하를 수송하고, 이것을 재결합하여 여기상태를 생성하며, 여기상태로부터 기저상태로 되돌아갈 때에 광을 발생하는 재료를 선택하지 않으면 안된다.
그 때문에 유기 EL 소자를 형성하기 위한 재료가 매우 한정되어, 투명 전극이나 유기층에는 체적저항률이 높은 재료를 사용하지 않을 수 없는 경우가 대부분이다.
따라서, 유기층에 있어서의 전류 밀도가 위치에 따라서 다르다는 문제가 생긴다. 이 메카니즘에 관해서 이하에 설명한다.
일반적으로, 광이 소자 외부로 추출되는 측의 전극은 ITO 등의 체적저항률이 높은 재료에 의해 구성되고, 타방의 전극은 광추출측 전극과 비교하면 체적저항률의 크기를 무시할 수 있는 정도의 재료에 의해 구성된다. 따라서, 유기 EL 소자에 있어서의 수많은 전류 경로에서의 저항치를 생각할 때에는, 당해 경로에 있어서의 광추출측 전극 상을 통과하는 길이를 검토하면 된다.
이렇게 검토하면, 광추출측 전극의 단자부로부터 광추출측 전극을 통과하여, 당해 단자부로부터 가까운 위치에 있어서 유기층을 통과하여 타방의 전극으로 통하는 전류 경로와, 단자부로부터 먼 위치에 있어서 유기층으로부터 타방의 전극으로 통하는 전류 경로에서는, 전자 (前者) 의 경로가 저항치가 작은 것을 알 수 있다. 즉, 광추출측의 단자부로부터 가까운 위치의 유기층에 있어서의 전류 밀도는 먼 위치에 있어서의 전류 밀도보다 커진다.
또, 광추출측과는 반대측의 전극쪽이 광추출측 전극보다 체적저항률이 높은 재료로 형성되는 경우도 있다. 이 경우에는, 상기한 설명에 있어서 광추출측의 전극과 타방의 전극을 바꿔서 생각하면 된다.
이상과 같이, 유기층에 있어서의 각 위치의 전류 밀도는 면내에서 균일하게 하기가 어렵기 때문에, 예를 들어 다음과 같은 현상이 생기는 경우가 있다.
ㆍ휘도 불균일의 발생
전류가 많이 흐르는 지점과 조금밖에 흐르지 않는 지점이 존재하기 때문에, 소자 전체적으로는 휘도 불균일이 생긴다. 유기 전계 발광 소자의 휘도는 흐르는 전류가 많아질수록 높아지기 때문에 (예를 들어 비특허문헌 1 참조), 전류가 많이 흐르는 지점과 조금밖에 흐르지 않는 지점이 존재하면 양자 사이에서 휘도의 차이가 발생하여, 휘도가 불균일해지기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 종래부터 각종 기술이 제안되어 왔다.
예를 들어, 전압 인가용의 추출부 (상기 단자부) 를 다수 지점에 형성하는 종래 기술이 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 그러나, 유기 EL 소자가 장착되는 휴대단말 등의 장치는 크기가 한정되기 때문에, 유기 EL 소자의 크기도 한정된다. 따라서, 이 종래 기술과 같이 추출부를 다수 형성하는 것은 상기 문제를 해결하기 위해서는 유효하지만, 실제상 채용하기가 매우 어렵다. 또한, 단자부를 복수 형성하면, 이것과 외부 구동 회로를 접속하기 위한 배선이 상기 장치 내에서 차지하는 비율도 커진다는 문제가 있다.
체적저항률이 높은 재료로 형성된 전극에, 체적저항률이 낮은 재료로 형성된 보조 전극을 배치하는 종래 기술도 알려져 있다. 예를 들어, 보조 전극을 발광층 (상기 유기층) 과 투명 도전성 필름 (상기 전극) 사이의 표리대각 (表裏對角) 위치의 한쪽 가장자리부에 배치하는 기술 (예를 들어, 특허문헌 2 참조) 이 제안되어 있다. 이 종래 기술은 적절히 채용되지만, 상기 문제를 완전히 해결할 수 있는 것은 아니다.
유기층을 구성하는 각 층의 면내 막두께 변동을 소정값으로 하는 종래 기술 (예를 들어, 특허문헌 3 참조) 이나, 유기층에 있어서의 발광층 (유기 발광 영역) 의 막두께를 면내에서 휘도가 균일해지도록 발광층의 각 위치에 있어서 조정하는 종래 기술도 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 4 참조). 이 종래 기술도 적절히 채용될 수 있지만, 유기 EL 소자의 제조에 있어서 각 층의 막두께를 위치에 따라서 변경시키는 것은 실제에서는 매우 곤란하다. 또한, 이것을 실현하기 위해서는 특별한 제조방법을 채용하거나, 이 제조방법을 실현하기 위한 제조장치를 제작하지 않으면 안된다.
발광 영역을 복수로 분할하고, 각 발광 영역을 직렬로 접속하는 라인 광원에 관한 종래 기술도 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 5 참조). 보다 구체적으로는, 복수의 박막 발광 소자 (발광 영역) 를 직렬로 접속하여 각 박막 발광 소자에 흐르는 전류치를 동일하게 하고, 각 박막 발광 소자의 면적을 동일하게 함으로써 각각의 발광 소자에 있어서의 전류 밀도를 동일하게 하고, 이것에 의해 각 박막 발광 소자의 휘도를 동일하게 하는 기술이다.
또한, 전계 발광 소자인 무기 전계 발광 소자 (이하, 적절히 무기 EL 소자로 표기한다.) 에 있어서도 동일한 문제가 발생하고 있었다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평5-315073호 (청구항 1, 0002 단락)
특허문헌 2: 일본 공개실용신안공보 평5-20294호 (청구항 1)
특허문헌 3: 일본 공개특허공보 평11-339960호 (청구항 1)
특허문헌 4: 일본 공개특허공보 평11-40362호 (청구항 2, 도 1)
특허문헌 5: 일본 공개특허공보 평2000-173771호 (0040-0046 단락, 0060-0065 단락, 도 5, 도 7)
비특허문헌 1: 미야타 세이조 감수, 「유기 EL 소자와 그 공업화 최전선」, 주식회사 엔티에스, 1998년 11월 30일 발행, p.46-47, 도 9
발명의 개시
본 발명의 목적은, 소자의 휘도 분포를 원하는 상태로 하기 위한 신규 구성을 구비하는 전계 발광 소자를 제공하는 것에 있다. 「원하는 상태」에는, 소자 전체적으로 휘도가 대략 균일해지는 상태나, 중앙부분이 양 사이드 또는 주연 (周緣) 부분과 비교하여 휘도가 높아지는 상태나, 또는 화상 등에 있어서의 임의의 표시부의 휘도가 높아지는 상태 등이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 한 쌍의 전극에 적어도 전압의 인가에 의해 발광할 수 있는 전계 발광 소자로서, 상기 전계 발광 소자는 발광부와 비발광부를 가지고, 상기 발광부 및 비발광부가 소자의 휘도 분포를 원하는 상태로 하기 위한 분포가 되도록 형성되어 있는 전계 발광 소자를 제공한다.
상기 발광부 및 비발광부는, 소자의 휘도 분포가 전체적으로 대략 균일해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
바람직한 예에서는, 상기 한 쌍의 전극에 있어서 체적저항률이 높은 재료로 형성된 쪽의 전극은 평면형상으로 형성되고, 상기 비발광부는, 상기 체적저항률이 높은 재료로 형성된 쪽 전극의 단자부의 위치로부터 물리적으로 가까운 위치일수록 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성되어 있다.
바람직한 예에서는, 상기 한 쌍의 전극에 있어서 체적저항률이 높은 재료로 형성된 쪽의 전극은 평면형상으로 형성되고, 상기 발광부는, 상기 체적저항률이 높 은 재료로 형성된 쪽 전극의 단자부의 위치로부터 물리적으로 먼 위치일수록 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성되어 있다.
상기 발광부 및 비발광부는, 소자의 휘도 분포로서 소자의 중앙부분이 다른 부분보다 밝아지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
바람직한 예에서는, 상기 비발광부는, 그 비발광부를 형성하지 않은 상태로부터 상기 전계 발광 소자의 발광시 휘도를 저하시키고자 하는 비율이 큰 영역일수록, 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성되어 있다.
상기 전계 발광 소자는, 한 쌍의 전극 사이에 적어도 전압의 인가에 의해 발광할 수 있는 유기층이 끼여 있는 유기 전계 발광 소자인 것이 바람직하다.
상기 비발광부는, 상기 한 쌍의 전극의 음극과 상기 유기층 사이에, 음극의 재료보다 일함수가 큰 재료로 형성된 부위가 형성됨으로써 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 비발광부는, 상기 한 쌍의 전극의 양극과 상기 유기층 사이에, 양극의 재료보다 일함수가 작은 재료로 형성된 부위가 형성됨으로써 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 비발광부는, 상기 유기층이 발광 불능으로 변질됨으로써 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 발광부는, 상기 한 쌍의 전극의 음극과 상기 유기층 사이에 전자 주입층을 형성함으로써 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 발광부는, 상기 한 쌍의 전극의 양극의 소정부분이, 일함수가 양극의 다른 부분보다 커지도록 변질됨으로써 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 전계 발광 소자는, 상기 발광부가 되는 부분에만 유기층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 전계 발광 소자는, 무기 전계 발광 소자로 해도 된다.
상기 비발광부는, 상기 한 쌍의 전극의 적어도 일방의 전극과 상기 유기층 사이에 절연부가 형성됨으로써 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 전계 발광 소자는 기판 상에 형성됨과 함께 보텀 에미션형으로 구성되고, 상기 기판과 투명 전극 사이의 상기 절연부와 대응하는 위치에 각각 광반사층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 장치의 모식 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 유기 EL 소자에 형성된 유기층을 설명하기 위한 모식 정면도이다.
도 3(a)∼3(c) 는 도 1 의 유기 EL 소자의 발광부 및 비발광부의 제 1 구성예를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 4(a)∼4(c) 는 유기 EL 소자의 발광부 및 비발광부의 제 2 구성예를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 유기 EL 소자에 형성된 유기층을 설명하기 위한 모식 정면도이다.
도 6 은 도 5 에 나타내는 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 장치의 모식 단면 도이다.
도 7 은 다른 실시형태에 있어서의 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 장치의 모식 단면도이다.
도 8(a)∼8(c)는 상기 다른 실시형태에 있어서의 유기 EL 소자의 형성 공정을 나타내는 모식도이다.
도 9 는 다른 실시형태에 있어서의 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 장치의 모식 단면도이다.
도 10 은 다른 실시형태에 있어서의 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 장치의 모식 단면도이다.
도 11 은 다른 실시형태에 있어서의 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 장치의 모식 단면도이다.
도 12 는 다른 실시형태에 있어서의 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 장치의 모식 단면도이다.
도 13 은 다른 실시형태에 있어서의 비발광부의 배치를 나타내는 모식 정면도이다.
발명을 실시하기
위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 전계 발광 소자를, 원하는 소자 휘도 분포의 상태로서, 소자 전체적으로 휘도가 대략 균일해지는 유기 EL 소자로 구체화한 실시형태에 관해서, 도 1∼도 4 를 참조하여 설명한다. 또, 도 1∼도 4 에 있어서, 동일, 동등하거나 또는 유사한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙였다. 또한, 도 1∼도 4 는 실제의 유기 EL 소자를 표현한 도면이 아니라, 그 구성 등을 설명하기 위해 그 구성을 모식적으로 나타낸 것으로, 하나 또는 몇 가지 치수를 매우 과장하였다. 또한, 단면도에 있어서의 해칭을 생략한 부분이 있다.
도 1 에, 본 실시형태에 관련된 유기 EL 소자 (1) 를 투명 기판 (9) 상에 적층하고, 투명 기판 (9) 측으로부터 외부로 광을 추출하는 보텀 에미션형 유기 EL 장치의 모식 사시도를 나타낸다. 도 1 에 나타내는 유기 EL 소자 (1) 는, 투명 기판 (9) 측으로부터 투명 전극 (10), 유기층 (20), 배면 (背面) 전극 (30) 이 형성되어 있다. 또, 도 1 에서는, 유기층 (20) 의 구성을 알기 쉽게 하기 위해 배면 전극 (30) 을 파선으로 나타내었다.
우선, 발광부 (21) 및 비발광부 (22) 에 관해서 설명한다.
(발광부 (21), 비발광부 (22))
유기층 (20) 은 유기 발광 재료를 함유하고, 투명 전극 (10) 과 배면 전극 (30) 사이에 전압이 인가되면 전류가 흘러서 광을 발생시키는 층이다. 보다 상세하게는, 전압이 인가되었을 때 실제로 발광하는 부위 (발광부 (21)) 와, 발광하지 않는 부위 (비발광부 (22)) 를 구비한다.
여기서, 본 실시형태에 있어서는 투명 전극 (10) 쪽이 배면 전극 (30) 과 비교하여 체적저항률이 높은 재료에 의해 구성되어 있는 것으로 하고, 도 1 에 부호 11 로 나타내는 부분이 외부 구동 회로의 도시하지 않은 외부 접속 단자와 접속되는 단자부로 한다. 또한, 투명 전극 (10) 과 비교하여 배면 전극 (30) 을 구성하는 재료의 체적저항률은, 투명 전극 (10) 을 구성하는 재료의 체적저항률과 비교 하여 무시할 수 있을 정도로 작은 것으로 한다. 무시할 수 있을 정도로 작다란, 예를 들어 1/10 이하이다.
이 구성의 경우, 유기층 (20) 에 있어서 비발광부 (22) 가 단위 면적당 차지하는 면적은, 도 2 에 나타내는 바와 같이 단자부 (11) 로부터의 거리가 멀어짐에 따라서 작아지도록 설계되어 있다. 바꾸어 말하면, 발광부 (21) 가 단위 면적당 차지하는 면적은, 단자부 (11) 로부터의 거리가 멀어짐에 따라서 커지도록 설계되어 있다.
이상과 같이 구성함으로써, 유기층에 있어서 단위 면적당에서 발광하는 광의 양을, 단자부 (11) 로부터의 거리에 상관없이 대략 균일하게 할 수 있다. 이 구성에 관해서 이하에 설명한다.
상기한 바와 같이, 투명 전극 (10) 의 단자부 (11) 로부터 투명 전극 (10) 을 지나 유기층 (20) 을 통해서 배면 전극 (30) 으로 통하는 전류 경로의 저항치는, 이 경로에서 차지하는 투명 전극 (10) 의 길이와 상관 관계가 있다. 즉, 단자부 (11) 에 가까운 위치에 있어서 투명 전극 (10) 으로부터 유기층 (20) 을 통해서 배면 전극 (30) 으로 통하는 전류 경로일수록 이 경로에서 차지하는 투명 전극 (10) 의 길이가 짧아지기 때문에, 저항치도 작아진다. 즉, 전류가 많이 흐른다.
한편, 유기 EL 소자 (1) 는, 단자부 (11) 에 가까운 위치일수록 단위 면적당 차지하는 비발광부 (22) 의 면적이 커지도록 설계되어 있다. 즉, 단위 면적당에 있어서의 발광부 (21) 의 면적은, 단자부 (11) 로부터 멀어질수록 커지도록 설 계되어 있다.
따라서, 유기층 (20) 에 있어서, 단자부 (11) 에 가까워지면 질수록 발광부 (21) 에서의 전류 밀도가 커지지만, 전류가 흐를 수 있는 면적은 작아진다. 반대로 말하면, 단자부 (11) 로부터 멀어지면 멀어질수록 발광부 (21) 에서의 전류 밀도는 작아지지만, 전류가 흐를 수 있는 면적은 커진다.
따라서, 상기 구성을 채용함으로써, 유기층 (20) 에 있어서 단자부 (11) 로부터의 거리에 상관없이 비발광부 (22) 의 하나의 면적보다 충분히 큰 단위 면적당 흐르는 전류량을 개략 동일하게 할 수 있다. 즉, 체적저항률이 높은 재료로 구성된 단자부 (11) 에 가까운 위치일수록 단위 면적당 차지하는 비발광부 (22) 의 면적이 커지도록 하면, 이러한 작용을 얻을 수 있다. 다시 말하면, 단자부 (11) 로부터 먼 위치일수록 단위 면적당 차지하는 발광부 (21) 의 면적이 커지도록 하면, 상기 작용을 얻을 수 있다.
또, 유기층 (20) 에 있어서의 비발광부 (22) 의 최적 분포는 유기 EL 소자 (1) 의 성능, 즉 유기 EL 소자 (1) 를 구성하는 각 층의 재료나 막두께, 제조법 등에 따라서 변하기 때문에 이들 조건에 맞춰서 적절히 설계하면 되며, 바람직하게는, 전체적으로 휘도가 대략 균일해지도록 설계한다. 즉, 투명 전극 (10) 과 배면 전극 (30) 사이에 일반적인 구동 전압 (예를 들어 5V 정도) 을 인가한 경우, 단위 면적당 유기층의 발광량이 균일해지도록 비발광부 (22) 의 분포를 설정하면 된다. 여기서, 「전체적으로 휘도가 대략 균일」하다는 것은, 유기 EL 소자 (1) 를 광출사면측, 이 실시형태에서는 투명 기판 (9) 측에서 보았을 때에, 광출사 영역을 복수로 분할하여, 각 영역의 휘도의 최소치를 최대치로 나눈 값에 100 을 곱한 값(%) 이 70% 이상인 것을 의미한다. 상기 각 영역의 면적은 비발광부 (22) 의 하나의 면적보다 충분히 큰 것으로 하고, 예를 들면 수 평방밀리미터이다.
또한, 유기층 (20) 의 면방향에 있어서의 비발광부 (22) 의 크기는, 유기 EL 소자 (1) 를 외부에서 바라보았을 때에 비발광부 (22) 를 육안으로 확인할 수 없을 정도의 크기로 하는 것이 바람직하고, 일반적으로는, 비발광부 (22) 내에서 가장 떨어진 2점의 거리가 300㎛ 이하인 정도로 하면 된다. 또한, 유기층 (20) 보다도 광추출측에 예를 들어 확산판 등의 확산기능을 갖는 부재를 배치하는 경우에는, 상기 거리는 500㎛ 이하 정도로 하면 된다.
다음으로, 비발광부 (22) 의 구체적 구성 및 비발광부 (22) 의 구체적 형성방법에 관해서 설명한다.
(비발광부 (22))
비발광부 (22) 는, 상기한 바와 같이, 유기 EL 소자 (1) 에 있어서, 투명 전극 (10) 과 배면 전극 (30) 사이에 전압이 인가되더라도 발광하지 않은 부분이고, 구체적으로는 예를 들어 이하와 같은 구성에 의해서 발광하지 않은 영역을 형성할 수 있다.
(1) 도 3 의 단면도에 나타내는 바와 같이, 비발광부 (22) 에 대응하는, 유기층 (20) 과 투명 전극 (10) 사이, 및/또는 유기층 (20) 과 배면 전극 (30) 사이에 절연부 (40) 를 형성한다.
즉, 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 유기층 (20) 의 배면 전극 (30) 측에 접하도록 절연부 (40) 를 형성하여 비발광부 (22) 를 형성하거나, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 유기층 (20) 의 투명 전극 (10) 측에 접하도록 절연부 (40) 를 형성하여 비발광부 (22) 를 형성하면 된다. 또한, 도 3(c) 에 나타내는 바와 같이 절연부 (40) 를 유기층 (20) 의 양측에 형성해도 된다.
이것에 의해, 전압 인가시에, 유기층의 절연부 (40) 와 대응하는 부분에 전하 (정공 및/또는 전자) 가 주입되지 않게 되어, 비발광부 (22) 의 유기층 (20) 으로부터 광이 발생하지 않는다.
절연부 (40) 는, 공지된 유기 EL 소자에 사용할 수 있는 절연 재료를, 비발광부 (22) 에 있어서의 유기층 (20) 표면 전체면에 접하도록 증착법이나 CVD 법 등의 공지된 박막형성법을 사용하여 형성하면 된다.
또, 유기층 (20) 이 적층구조를 채용하는 경우에는, 유기층 (20) 을 구성하는 층 중의 적어도 한 지점에 절연부 (40) 를 형성해도 된다.
절연부 (40) 를 형성하는 재료로는 투명 전극 (10) 의 재료가 갖는 체적저항률의 약 10배 이상의 체적저항률을 갖는 것을 채용할 수 있고, 이러한 재료로는, 예를 들어 투명성 폴리머, 산화물, 유리 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로 말하면, 바람직한 투명성 폴리머로는, 폴리이미드, 불소화폴리이미드, 불소계 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리퀴놀린, 폴리옥사디아졸, 고리형 구조를 갖는 폴리올레핀, 폴리알릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 래더형 폴리실록산 등을 들 수 있다.
또한, 바람직한 산화물로는, SiO2, Al2O3, Ta2O3, Si3N4, 불소첨가 SiO2, MgO, YbO3 등을 에칭 가공이 가능한 재료의 바람직한 예로서 들 수 있다. 이러한 재료는 에칭 가공이 용이하기 때문에, 절연부 (40) 의 형상을 임의의 (바람직한) 형상으로 할 수 있다.
또, 상기한 재료에 추가하여 감광성을 갖는 포토레지스트 및 그 경화물도 바람직하게 채용할 수 있다. 포토레지스트법에 의해서, 상기와 동일하게 절연부 (40) 의 형상을 임의의 형상으로 가공할 수 있기 때문이다.
또한, 유기층 (20) 등은 물이나 산소 등에 의해 열화되기 쉽기 때문에, 절연부 (40) 에는 함수량이 0.1중량% 이하, 및 가스 투과계수 (JIS K7126) 가 1×10-13cc·㎝/(㎠·s·㎝Hg) 이하인 재료를 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료로는, 예를 들어 무기 산화물, 무기 질화물 또는 양자의 조성물을 들 수 있다.
또한, 절연부 (40) 는, 유기층 (20) 으로부터 발생되는 파장의 광을 투과시키는 기능 (투과 기능) 이나, 상기 광을 산란시키는 기능 (산란 기능), 반사하는 기능 (반사 기능) 등을 구비하고 있어도 된다.
절연부 (40) 가 유기층 (20) 의 광추출측과는 반대측에 형성되는 경우, 특히 배면 전극 (30) 이 반사 기능을 구비하고 있는 경우에는, 유기층 (20) 으로부터 발생하는 파장의 광을 반사하는 기능 (반사 기능) 을 구비하고 있으면 된다. 이것에 의해, 유기층 (20) 으로부터 발생된 광 중에 광추출측과는 반대측으로 출사된 광의 진행방향을 광추출측으로 변환시킬 수 있다. 또한, 비발광부 (22) 가 발광은 하지 않지만, 광은 어느 정도 출사하도록 되기 때문에, 이른바 흑점 (다크스폿) 으로서 판단될 (육안으로 확인될) 가능성을 매우 낮게 할 수 있다.
배면 전극 (30) 이, 콘트라스트 향상 등의 목적에서 유기층 (20) 으로부터 발생한 광을 흡수하는 기능 (흡수 기능) 을 구비하고 있는 경우에는, 절연부 (40) 에도 흡수 기능을 부여하는 것이 좋다. 절연부 (40) 가 흡수 기능을 부여하기 위해서는, 상기한 바와 같은 재료 중에서, 절연부 (40) 형성시에 상기 광을 흡수하는 것을 선택하여 절연부 (40) 를 형성하면 된다. 또한, 절연부 (40) 의 주위만을 이러한 재료로 형성해도 된다.
또한, 절연부 (40) 는 투과 기능을 구비하고 있어도 된다. 이것에 의해, 유기층 (20) 으로부터 광추출측과는 반대측에서 발해지는 광을 배면 전극 (30) 으로 도달시킬 수 있다. 즉, 배면 전극 (30) 이 예를 들어 반사 기능 등의 기능을 갖고 있는 경우, 비발광부 (22) 에 있어서도 발광부 (21) 와 동일하게 그 기능을 발휘하는 것이 가능해진다.
물론 절연부 (40) 에 상기한 것 이외의 공지된 기능을 부여하는 것도 가능하다.
비발광부 (22) 에 투과 기능을 부여하기 위해서는, 상기한 바와 같은 재료 중에서, 절연부 (40) 로 되었을 때에 상기 광에 대한 투과성을 구비한 재료를 사용하여 절연부 (40) 를 제작하면 된다. 또한, 산란 기능은, 절연부 (40) 내에 굴절률이 상이한 재료로 형성된 비드 등을 분산시키는 등, 공지된 방법에 의해 실현 할 수 있다. 반사 기능은, 상기한 바와 같은 재료 중에서 반사 기능을 갖는 재료를 선택하여 절연부 (40) 를 형성함으로써 형성할 수 있다. 또한, 절연부 (40) 와는 별도로, 절연부 (40) 에 인접하여 반사부재를 배치해도 된다.
또, 산란 기능이나 반사 기능은 절연부 (40) 의 표면에만 형성하는 등, 절연부 (40) 의 일부에만 형성해도 된다.
(2) 비발광부 (22) 에 있어서, 투명 전극 (10), 유기층 (20) 및 배면 전극 (30) 중 적어도 하나를 형성하지 않는다.
예를 들어 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 비발광부 (22) 에 있어서 유기층 (20) 을 형성하지 않도록 하거나, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 비발광부 (22) 에 있어서 배면 전극 (30) 을 형성하지 않도록 하거나, 도 4(c) 에 나타내는 바와 같이, 비발광부 (22) 에 있어서 투명 전극 (10) 을 형성하지 않도록 하거나 해도 비발광부 (22) 를 형성할 수 있다. 물론 이들 중 복수의 층, 나아가서는 모든 층을 형성하지 않더라도 비발광부 (22) 를 구성할 수 있다.
이상과 같은 구성을 채용하면, 비발광부 (22) 와 대응하는 부분의 유기층 (20) 에 전류가 흐르지 않기 때문에, 비발광부 (22) 로부터 광이 발생하지 않는다.
또한, 이 구성을 채용하면, 비발광부 (22) 에 있어서 형성하지 않는 층을 갖는 만큼, 유기 EL 소자 (1) 형성에 필요한 재료의 양을 적게 하는 것도 가능하다.
또, 이러한 구성을 제작하기 위해서는, 예를 들어 다음과 같은 제조법을 채용하면 된다.
ㆍ마스크 등을 사용한, 미세 영역에 박막을 형성하는 방법을 사용하여 발광 부 (21) 에만 투명 전극 (10) 등을 형성한다.
ㆍ인쇄법 등의 미세 영역에 박막을 형성할 수 있는 방법을 사용하여 투명 전극 (10) 등을 형성한다.
ㆍ일단 투명 전극 (10) 등을 형성한 후에 비발광부 (22) 에 대응하는 부분의 투명 전극 (10) 등을 기계 삭박 (削剝) 이나 건식 에칭, 습식 에칭 등의 공지된 미세 가공법 (제거법) 을 사용하여 제거한다.
또한, 비발광부 (22) 에 있어서 투명 전극 (10) 등을 형성하지 않은 부분에는, 유기 EL 소자 (1) 를 보호하기 위한 보호부재를 배치하면 된다. 이 영역에 공기 등의 유기 EL 소자 (1) 를 열화시키는 물질이 존재하는 것을 방지하거나, 유기 EL 소자 (1) 를 구성하는 각 층의 평활성을 유지시키기 위해서이다. 예를 들어, 투명 전극 (10) 이 형성되어 있지 않은 영역 상에 유기층 (20), 배면 전극 (30) 을 형성하면, 유기층 (20) 및 배면 전극 (30) 에 있어서 각각 단차 (段差) 가 생길 가능성이 있기 때문이다. 또한, 유기층 (20) 이 형성되어 있지 않은 영역 상에 배면 전극 (30) 을 형성하면, 투명 전극 (10) 과 배면 전극 (30) 이 단락될 가능성이 있기 때문이다.
(3) 비발광부 (22) 에 있어서의 유기층 (20) 의 막두께를, 발광부 (21) 에 있어서의 유기층의 막두께보다 두껍게 한다.
유기층 (20) 은 체적저항률이 높기 때문에, 상기한 구성을 채용하면 비발광부 (22) 를 통과하는 전류 경로의 저항률이 높아지고, 발광부 (21) 보다 전류가 흐르기 어려워져, 실질적으로 발광하지 않게 된다.
(4) 유기층 (20) 을 변질시켜서, 전압이 인가되더라도 발광시키지 않도록 한다.
유기층 (20) 을 투명 전극 (10) 상에 대략 균일하게 형성한 후, 비발광부 (22) 에 위치하는 유기층 (20) 에 대하여 자외선을 조사하거나 레이저를 조사하거나 하는 등의 방법으로 유기층 (20) 을 변질시킴으로써, 전압이 인가되더라도 발광시키지 않도록 한다. 이와 같이 처리된 영역을 비발광부 (22) 로 하면 된다.
다음으로, 유기층 (20) 의 일반적 구성이나 제조법 등에 관해서 설명한다.
<유기층 (20)>
유기층 (20) 은 투명 전극 (10) 과 배면 전극 (30) 사이에 형성됨과 함께, 양 (兩) 전극에 전압이 인가됨으로써 발광하는 유기 발광 재료를 함유하는 층으로, 공지된 유기 EL 소자에서의 공지된 층구성 및 공지된 재료를 사용하면 되고, 공지된 제조방법에 의해 제조할 수 있다.
유기층 (20) 은 적어도 이하의 기능을 실현할 수 있으면 되고, 적층 구조로 하여 각 층에 각각 어느 하나의 기능을 담당시킬 수도 있고, 단일층에 의해 하기 기능을 실현시켜도 된다.
ㆍ전자 주입 기능
전극 (음극) 으로부터 전자가 주입되는 기능. 전자 주입성.
ㆍ정공 주입 기능
전극 (양극) 으로부터 정공 (홀) 이 주입되는 기능. 정공 주입성.
ㆍ캐리어 수송 기능
전자 및 정공의 적어도 일방을 수송하는 기능. 캐리어 수송성.
전자를 수송하는 기능은 전자 수송 기능 (전자 수송성) 이라고 하고, 정공을 수송하는 기능은 정공 수송 기능 (정공 수송성) 이라고 한다.
ㆍ발광 기능
주입ㆍ수송된 전자 및 정공을 재결합시켜서 여기자 (勵起子) 를 발생시키고 (여기상태가 되고), 기저상태로 되돌아갈 때에 광을 발생하는 기능.
투명 전극 (10) 을 양극으로 하는 경우, 유기층 (20) 은, 예를 들어 투명 전극 (10) 측으로부터 정공 주입 수송층, 발광층, 전자 주입 수송층의 순으로 층을 형성하여 구성해도 된다.
정공 주입 수송층은, 양극에서부터 발광층으로 정공을 수송하는 층이다. 정공 주입 수송층 형성용 재료로는, 예를 들어, 구리프탈로시아닌, 테트라(t-부틸)구리프탈로시아닌 등의 금속 프탈로시아닌류 및 무금속 프탈로시아닌류, 퀴나크리돈 화합물, 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)시클로헥산, N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐-1,1'-비페닐-4,4'-디아민 등과 같은 방향족 아민 등의 저분자 재료나, 폴리티오펜, 폴리아닐린 등의 고분자 재료, 폴리티오펜 올리고머 재료, 기타 기존의 정공 수송 재료 중에서 선택할 수 있다.
발광층은, 양극측에서부터 수송된 정공과 음극측에서부터 수송된 전자를 재결합시켜서 여기상태가 되고, 여기상태로부터 기저상태로 되돌아갈 때에 광을 발생하는 층이다. 발광층의 재료로는 형광 재료나 인광 재료를 채용할 수 있다. 또한, 호스트재 중에 도펀트 (형광 재료나 인광 재료) 를 함유시켜도 된다.
발광층 형성용 재료로는, 예를 들어, 9,10-디아릴안트라센 유도체, 피렌 유도체, 코로넨 유도체, 페릴렌 유도체, 루브렌 유도체, 1,1,4,4-테트라페닐부타디엔, 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄 착물, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노레이트)알루미늄 착물, 비스(8-퀴놀리노레이트)아연 착물, 트리스(4-메틸-5-트리플루오로메틸-8-퀴놀리노레이트)알루미늄 착물, 트리스(4-메틸-5-시아노-8-퀴놀리노레이트)알루미늄 착물, 비스(2-메틸-5-트리플루오로메틸-8-퀴놀리노레이트)[4-(시아노페닐)페놀레이트]알루미늄 착물, 비스(2-메틸-5-시아노-8-퀴놀리노레이트)[4-(4-시아노페닐)페놀레이트]알루미늄 착물, 트리스(8-퀴놀리노레이트)스칸듐 착물, 비스〔8-(파라-토실)아미노퀴놀린]아연 착물 및 카드뮴 착물, 1,2,3,4-테트라페닐시클로펜타디엔, 펜타페닐시클로펜타디엔, 폴리-2,5-디헵틸옥시-파라-페닐렌비닐렌, 쿠마린계 형광체, 페릴렌계 형광체, 피란계 형광체, 안트론계 형광체, 포르피린계 형광체, 퀴나크리돈계 형광체, N,N'-디알킬치환 퀴나크리돈계 형광체, 나프탈이미드계 형광체, N,N'-디아릴치환 피롤로피롤계 형광체 등의 저분자 재료나, 폴리플루오렌, 폴리파라페닐렌비닐렌, 폴리티오펜 등의 고분자 재료, 기타 기존의 발광 재료를 사용할 수 있다. 호스트/게스트형 구성을 채용하는 경우에는, 이들 재료 중에서 적절히 호스트 및 게스트 (도펀트) 를 선택하면 된다.
전자 주입 수송층은, 음극 (본 예에서는 배면 전극 (30)) 에서부터 발광층으로 전자를 수송하는 층이다. 전자 주입 수송층 형성용 재료로는, 예를 들어, 2-(4-비피닐일)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸, 2,5-비스(1-나프틸)-1,3,4-옥 사디아졸 및 옥사디아졸 유도체나 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리노레이트)베릴륨 착물, 트리아졸 화합물 등을 들 수 있다.
또, 유기층 (20) 에는 물론, 버퍼층이나 정공 블록층, 전자 주입층, 정공 주입층 등의 공지된 유기 일렉트로루미네선스층에 채용될 수 있는 층을 형성하는 것도 가능하다. 이들 층도, 공지된 재료를 사용하여 공지된 제조법에 의해 형성할 수 있다. 예를 들어 전자 주입 수송층을, 전자 주입 기능을 담당하는 전자 주입층과 전자 수송 기능을 담당하는 전자 수송층으로 기능 분리하여 적층해도 된다. 이들의 각 층을 구성하는 재료는, 각 층의 기능에 따라서 공지된 재료로부터 적절히 선택하면 되고, 상기한 전자 주입 수송층 형성용 재료 중에서 선택할 수도 있다.
다음으로 투명 전극 (10) 및 배면 전극 (30) 에 관해서 함께 설명한다.
(전극)
투명 전극 (10) 및 배면 전극 (30) 은 일방이 양극으로서 기능하고, 타방이 음극으로서 기능한다. 본 실시형태에 있어서는, 어느 쪽 전극이 양극이어도 (음극이어도) 상관없다. 우선, 양극에 관해서 설명한다.
(양극)
양극은 유기층 (20) 에 정공 (홀) 을 주입하는 전극이다.
양극 형성용 재료는 상기한 성질을 전극에 부여하는 재료이면 되고, 일반적으로는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등, 공지된 재료가 선택된다.
양극 형성용 재료로는, 예를 들어 이하의 것을 들 수 있다.
ITO (인듐-주석-옥사이드), IZO (인듐-아연-옥사이드), 산화주석, 산화아연, 아연알루미늄 산화물, 질화티탄 등의 금속 산화물이나 금속 질화물; 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 납, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 니오브 등의 금속;
이들 금속의 합금이나 요오드화구리의 합금 등,
폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리페닐렌술피드 등의 도전성 고분자 등.
투명 전극 (10) 을 양극으로 하는 경우에는, 일반적으로 추출되는 광에 대한 투과율이 10% 보다 커지도록 설정된다. 가시광 영역의 광을 추출하는 경우에는 가시광 영역에서 투과율이 높은 ITO 가 바람직하게 사용된다.
배면 전극 (30) 을 양극으로 하는 경우에는 바람직하게는 반사성 전극으로서 구성된다. 이 경우, 이상과 같은 재료 중에서, 외부로 추출되는 광을 반사하는 기능을 구비한 재료가 적절히 선택되고, 일반적으로는 금속이나 합금, 금속 화합물이 선택된다.
또한, 콘트라스트 등을 방지하거나 외광의 반사를 방지하기 위해서, 배면 전극 (30) 에 광의 흡수 기능을 부여해도 된다. 배면 전극 (30) 에 흡수 기능을 부여하기 위해서는, 상기한 바와 같은 재료 중에서, 전극을 형성하였을 때에 흡수 기능을 발휘하는 재료를 적절히 선택하면 된다.
양극은, 상기한 바와 같은 재료 1종만으로 형성해도 되고, 복수를 혼합하여 형성해도 된다. 또, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 복층 구조여도 된다.
양극의 막두께는 사용하는 재료에 따라서도 달라지지만, 일반적으로 5㎚∼1㎛ 정도, 바람직하게는 10㎚∼1㎛ 정도, 더욱 바람직하게는 10㎚∼500㎚ 정도, 특히 바람직하게는 10㎚∼300㎚ 정도, 바람직하게는 10㎚∼200㎚ 의 범위에서 선택된다.
양극은, 상기한 바와 같은 재료를 사용하여 스퍼터링법이나 이온 플레이팅법, 진공 증착법, 스핀 코트법, 전자빔 증착법 등의 공지된 박막형성법에 의해서 형성된다.
양극의 시트 전기 저항은, 바람직하게는 수 백Ω/□ 이하, 보다 바람직하게는 5∼50Ω/□ 정도로 설정된다.
또한, 양극의 표면을 UV 오존 세정이나 플라즈마 세정해도 된다.
유기 EL 소자의 단락이나 결함의 발생을 억제하기 위해서는, 입경을 미소화하는 방법이나 막형성 후에 연마하는 방법에 의해 표면의 조도를 제곱평균치로서 20㎚ 이하로 제어하면 된다.
(음극)
음극은, 유기층 (20) (상기 층구성에서는 전자 주입 수송층) 에 전자를 주입하는 전극이다.
음극 형성용 재료로는, 전자 주입 효율을 높게 하기 위해서 일함수가 예를 들어 4.5eV 미만, 일반적으로는 4.0eV 이하, 전형적으로는 3.7eV 이하인 금속이나 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물이 채용된다.
이상과 같은 전극 물질로는, 예를 들어, 리튬, 나트륨, 마그네슘, 금, 은, 구리, 알루미늄, 인듐, 칼슘, 주석, 루테늄, 티타늄, 망간, 크롬, 이트륨, 알루미늄-칼슘 합금, 알루미늄-리튬 합금, 알루미늄-마그네슘 합금, 마그네슘-은 합금, 마그네슘-인듐 합금, 리튬-인듐 합금, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘/구리 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄 혼합물 등을 들 수 있다. 또한, 양극에 사용되는 재료로서 채용할 수 있는 재료도 사용가능하다.
배면 전극 (30) 이 음극이 되는 경우에는, 이상과 같은 재료 중에서 외부로 추출되는 광을 반사하는 기능을 구비한 재료가 바람직하게 선택되고, 일반적으로는 금속이나 합금, 금속 화합물이 선택된다.
투명 전극 (10) 이 음극이 되는 경우에는 일반적으로 추출되는 광에 대한 투과율이 10% 보다 커지도록 설정되고, 예를 들어, 초박막의 마그네슘-은 합금에 투명한 도전성 산화물을 적층화하여 형성된 전극 등이 채용된다. 또한, 이 음극에 있어서, 도전성 산화물을 스퍼터링할 때에 발광층 등이 플라즈마에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 구리프탈로시아닌 등을 첨가한 버퍼층을 음극과 유기층 (20) 사이에 형성하면 된다.
음극은 이상과 같은 재료 단독으로 형성해도 되고, 복수의 재료에 의해서 형성해도 된다. 예를 들어, 마그네슘에 은이나 구리를 5%∼10% 첨가시키면 음극의 산화를 방지할 수 있고, 또한 음극의 유기층 (20) 과의 접착성도 높아진다.
또한, 음극은, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 복층 구 조여도 된다. 예를 들어 이하와 같은 구조로 해도 된다.
ㆍ음극의 산화를 방지하기 위해, 음극의 유기층 (20) 과 접하지 않은 부분에 내식성이 있는 금속으로 이루어지는 보호층을 형성한다.
이 보호층 형성용 재료로는 예를 들어 은이나 알루미늄 등이 바람직하게 사용된다.
ㆍ음극의 일함수를 작게 하기 위해, 음극과 유기층 (20) 의 계면 (界面) 부분에 일함수가 작은 산화물이나 불화물, 금속 화합물 등을 삽입한다.
예를 들어, 음극의 재료를 알루미늄으로 하고, 계면부분에 불화리튬이나 산화리튬을 삽입한 것도 사용할 수 있다.
음극은, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온화 증착법, 이온 플레이팅법, 전자빔 증착법 등의 공지된 박막 형성법에 의해 형성할 수 있다.
음극의 시트 전기 저항은 수 백Ω/□ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
이어서, 유기 EL 소자 (1) 에 바람직하게 채용되는 층이나 부재에 관해서 설명한다.
(절연층)
투명 전극 (10) 과 배면 전극 (30) 이 단락하지 않도록 하기 위해서, 유기층 (20) 의 외주에 절연층을 형성하면 된다. 이와 같이 절연층을 형성함으로써, 전기적으로 인접하는 발광 영역의 투명 전극 (10) 이나 그 배면 전극 (30) 이 유기층 (20) 과 접촉하는 것도 방지할 수 있다.
절연층 형성용의 재료로는 공지된 유기 EL 소자에 채용되는 절연부 형성용 재료를 적절히 채용할 수 있고, 예를 들어, 상기한 절연부 (40) 형성용 재료를 채용할 수도 있다. 형성방법도 공지된 형성방법을 채용할 수 있고, 예를 들어 스패터법, 전자선 증착법, CVD 법 등을 채용할 수 있다.
(보조 전극)
보조 전극을 형성하는 것도 물론 가능하다. 보조 전극은 양극 및/또는 음극에 전기적으로 접속하도록 형성되고, 접속하는 전극보다도 체적저항률이 낮은 재료로 구성된다. 이러한 재료에 의해 보조 전극을 형성하면, 보조 전극이 형성된 전극 전체의 체적저항률을 낮추는 것이 가능해져, 유기층 (20) 을 구성하는 각 점에 흐르는 전류의 크기의 최대차를 보조 전극을 형성하지 않은 경우와 비교하여 작게 할 수 있다.
보조 전극 형성용 재료로는, 예를 들어, 텅스텐 (W), 알루미늄 (Al), 구리 (Cu), 은 (Ag), 몰리브덴 (Mo), 탄탈 (Ta), 금 (Au), 크롬 (Cr), 티탄 (Ti), 네오디뮴 (Nd), 및 이들의 합금을 들 수 있다.
또한, 이들 합금의 구체예로는, Mo-W, Ta-W, Ta-Mo, Al-Ta, Al-Ti, Al-Nd, Al-Zr 등의 합금을 들 수 있다. 그리고, 보조 배선층의 구성 재료로는 금속과 규소의 화합물인, TiSi2, ZrSi2, HfSi2, VSi2, NbSi2, TaSi2, CrSi2, WSi2, CoSi2, NiSi2, PtSi, Pd2Si 등도 바람직하다. 또한, 이들 금속이나 규소 화합물을 각각 적층한 구성이어도 된다.
또, 보조 전극은, 상기한 바와 같은 재료에 의한 단층의 막이어도 되지만, 막의 안정성을 높이기 위해서 2종 이상의 다층막으로 하는 것도 바람직하다. 이러한 다층막으로는, 상기 금속 또는 그들의 합금을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 3층인 경우, Ta 층과 Cu 층과 Ta 층, 및 Ta 층과 Al 층과 Ta 층, 2층인 경우, Al 층과 Ta 층, Cr 층과 Au 층, Cr 층과 Al 층, 및 Al 층과 Mo 층의 조합을 들 수 있다.
여기서, 막의 안정성이란, 저체적저항률을 유지할 수 있음과 함께, 에칭시, 그 처리에 사용하는 액 등에 의해 부식되기 어려운 성질을 말한다. 예를 들어, 보조 전극을 Cu 나 Ag 로 구성한 경우에는, 보조 전극의 체적저항률 자체는 낮지만 부식되기 쉬운 경우가 있다. 그것에 대하여, Cu 나 Ag 로 이루어지는 금속막의 상부 및 하부, 또는 어느 일방에 내식성이 우수한 금속, 예를 들어 Ta, Cr, Mo 등의 막을 적층함으로써 보조 전극의 안정성을 높일 수 있다.
보조 전극의 막두께는, 일반적으로는 100㎚∼수 10㎛ 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 200㎚∼5㎛ 범위 내의 값으로 하는 것이다.
이 이유는, 이러한 막두께가 100㎚ 미만이 되면 저항치가 커져 보조 전극으로서 바람직하지 못하고, 한편, 이러한 막두께가 수 10㎛를 초과하면 평탄화하기 어려워져, 유기 EL 소자 (1) 의 결함이 생길 우려가 있기 때문이다.
보조 전극의 폭은, 예를 들어 2㎛∼1,000㎛ 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 5㎛∼300㎛ 범위 내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
이 이유는, 이러한 폭이 2㎛ 미만이 되면 보조 전극의 저항이 커지는 경우가 있기 때문이고, 한편, 이러한 폭이 1000㎛ 를 초과하면, 외부로의 광의 추출을 방 해하는 경우가 있기 때문이다.
(보호층: 패시베이션막, 밀봉캔)
유기층 (20) 등을 외기로부터 보호하기 위해, 유기 EL 소자 (1) 를 패시베이션막이나 밀봉캔에 의해 보호해도 된다.
패시베이션막은, 유기 EL 소자 (1) 가 산소나 수분과 접촉하는 것을 방지하기 위해 투명 기판 (9) 과 반대측에 형성되는 보호층 (밀봉층) 이다. 패시베이션막에 사용하는 재료로는, 예를 들어, 유기 고분자 재료, 무기 재료, 또한 광경화성 수지 등을 들 수 있고, 보호층에 사용하는 재료는 단독으로 사용해도 되고, 또는 복수 병용해도 된다. 보호층은 1층 구조여도 되고, 또는 다층 구조여도 된다. 패시베이션막의 막두께는, 외부로부터의 수분이나 가스를 차단할 수 있는 두께이면 된다.
유기 고분자 재료의 예로는, 클로로트리플루오로에틸렌 중합체, 디클로로디플루오로에틸렌 중합체, 클로로트리플루오로에틸렌 중합체와 디클로로디플루오로에틸렌 중합체의 공중합체 등의 불소계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 규소 수지, 에폭시실리콘 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리파라자일렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리페닐렌옥사이드 수지 등을 들 수 있다.
무기 재료로는, 폴리실라잔, 다이아몬드 박막, 어모퍼스 (amorphous) 실리카, 전기 절연성 유리, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄소화물, 금속 황화물 등 을 들 수 있다.
밀봉캔은, 외부로부터의 수분이나 산소를 차단하기 위한 밀봉판, 밀봉용기 등의 밀봉부재에 의해 구성되는 부재이다. 밀봉캔은 배면측의 전극측 (투명 기판 (9) 과 반대측) 에만 설치해도 되고, 유기 EL 소자 (1) 전체를 덮어도 된다. 밀봉부재는 유기 EL 소자 (1) 를 밀봉할 수 있어 외부의 공기를 차단할 수 있으면 되고, 밀봉부재의 형상, 크기, 두께 등은 특별히 한정되지 않는다. 밀봉부재에 사용하는 재료로는, 유리, 스테인레스스틸, 금속 (알루미늄 등), 플라스틱 (폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 등), 세라믹 등을 사용할 수 있다.
밀봉부재를 유기 EL 소자 (1) 에 설치할 때에는 적절히 밀봉제 (접착제) 를 사용해도 된다. 유기 EL 소자 (1) 전체를 밀봉부재로 덮는 경우에는, 밀봉제를 사용하지 않고 밀봉부재끼리를 열융착해도 된다. 밀봉제로는 자외선 경화 수지, 열경화 수지, 2액형 경화 수지 등을 사용할 수 있다.
또, 패시베이션막이나 밀봉캔과 유기 EL 소자 (1) 사이의 공간에 수분 흡수제를 삽입해도 된다. 수분 흡수제는 특별히 한정되지 않고, 구체예로는 산화바륨, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화칼슘, 황산나트륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 5산화인, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화구리, 불화세슘, 불화니오브, 브롬화칼슘, 브롬화바나듐, 몰레큘러 시브, 제올라이트, 산화마그네슘 등을 들 수 있다.
또한, 패시베이션막이나 밀봉캔 내에 불활성인 가스를 봉입해도 된다. 불활성인 가스란 유기 EL 소자 (1) 와 반응하지 않는 가스를 말하고, 예를 들어 헬 륨, 아르곤 등의 희가스나 질소가스를 채용할 수 있다.
다음으로 기판에 관해서 설명한다.
<기판>
기판은 유기 EL 소자 (1) 를 지지하는, 주로 판형상의 부재이다. 유기 EL 소자 (1) 는 구성하는 각 층이 매우 얇기 때문에, 일반적으로 기판에 의해서 지지된 유기 EL 장치로서 제작된다.
기판은 유기 EL 소자 (1) 가 적층되는 부재이기 때문에, 평면평활성을 갖고 있는 것이 바람직하다.
또한, 기판은 유기층 (20) 보다도 광추출측에 있는 경우에는 추출하는 광에 대하여 투명한 것으로 된다. 이 실시형태의 유기 EL 소자 (1) 는 보텀 에미션형의 소자이기 때문에, 기판은 투명하고, 또, 투명 기판 (9) 의 유기 EL 소자 (1) 와 접하는 평면과 반대측의 평면이 광추출면 (90) 이 된다.
기판으로는 상기한 기능을 가지고 있으면 공지된 것을 사용할 수 있다. 일반적으로는, 유리 기판이나 규소 기판, 석영 기판 등의 세라믹스 기판이나 플라스틱 기판이 선택된다. 또한, 금속 기판이나 지지체에 금속박을 형성한 기판 등도 사용된다. 그리고, 동종 또는 이종의 기판을 복수 조합한 복합 시트로 이루어지는 기판을 사용할 수도 있다.
또, 상기 예로는 투명 기판 (9) 상에 투명 전극 (10), 유기층 (20) 및 배면 전극 (30) 을 순차 적층한 보텀 에미션형의 유기 EL 장치를 나타내었지만, 유기 EL 장치로서 구성하지 않고, 투명 기판 (9) 을 갖지 않은 유기 EL 소자 (1) 로 구성해 도 됨은 물론이다. 이 경우에는, 처음부터 기판을 사용하지 않고서 유기 EL 소자 (1) 를 제조해도 되고, 또는 유기 EL 장치 제작 후에 기판을 에칭 등의 공지된 기판 삭박 (削剝) 기술에 의해 삭제하여 유기 EL 소자 (1) 를 제조해도 된다.
또한, 톱 에미션형 장치로서 구성해도 되고, 양측에서 광을 추출하는 장치로서 구성해도 되는 것은 상기한 바와 같다.
즉, 보텀 에미션형의 유기 EL 소자 (1) 를 제조하기 위해서는, 투명 기판 (9) 상에 투명 전극 (10), 유기층 (20) 및 배면 전극 (30) 을 상기한 각각의 막형성방법을 사용하여 형성하면 된다. 톱 에미션형의 유기 EL 소자를 제조하기 위해서는, 기판 상에, 배면 전극 (30), 유기층 (20) 및 투명 전극 (10) 을 순차 형성하면 된다.
다음으로, 상기 유기 EL 소자 (1) 의 작용 및 효과에 관해서 설명한다.
<작용 및 효과>
유기 EL 소자 (1) 에 있어서 투명 전극 (10) 및 배면 전극 (30) 은, 각각의 단자부 (11, 31) 에서 외부 구동 회로와 접속된다. 그리고, 외부 구동 회로에 의해 유기 EL 소자에 전압이 인가되면, 유기층에 전압이 인가된다. 이 때, 발광부 (21) 는 발광하고, 비발광부 (22) 는 발광하지 않는다.
상기한 바와 같이 비발광부 (22) 는, 체적저항률이 높은 전극 (본 예에서는 투명 전극 (10)) 의 단자부 (11) 에 가까울수록 단위 면적당 차지하는 면적이 넓다. 또한, 단자부 (11) 에 가까울수록 발광부 (21) 에 있어서의 전류 밀도는 크다. 따라서, 유기층 (20) 의 비발광부 (22) 의 하나의 면적보다 충분히 큰 단위 면적당에 있어서, 유기층 (20) 에 흐르는 전류량은 단자부 (11) 로부터의 거리에 의해 그 크기를 거의 동일하게 할 수 있다.
또한, 상기한 설명 중에서 기재한 각 작용이나 효과도 물론 얻을 수 있다.
다음으로 본 발명을, 유기 EL 소자의 원하는 휘도 분포의 상태로서, 소자의 중앙부분이 양 사이드와 비교하여 휘도가 높아지는 상태에 있는 유기 EL 소자로 구체화한 실시형태에 관해, 도 5 및 도 6 을 참조하여 설명한다. 또, 상기 실시형태와 동일 또는 상당한 부분에는 동일 부호를 붙이고 자세한 설명을 생략한다. 도 5 는 유기층 (20) 과 비발광부 (22) 의 관계를 나타내는 모식 정면도이고, 도 6 은 유기 EL 장치의 모식 단면도이다. 또, 도 6 에 있어서 단면을 나타내는 해칭이 생략되어 있다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 유기 EL 장치는, 투명 기판 (9) 상에 투명 전극 (10), 유기층 (20) 및 배면 전극 (30) 이 순서대로 형성되어 있다. 유기층 (20) 의 배면 전극 (30) 측의 면에는 절연부 (40) 가 복수 지점에 형성되어 있고, 유기층 (20) 의 절연부 (40) 와 대응하는 부분이 비발광부 (22) 를 구성한다. 즉, 유기층 (20) 은 절연부 (40) 의 수와 동일한 수의 비발광부 (22) 를 갖는다. 또, 유기 EL 소자 (1) 는, 투명 기판 (9) 과 대향하는 면을 제외한 부분이, 도시하지 않은 패시베이션막에 의해 보호되어 있다.
투명 전극 (10) 의 단자부 (11) 는, 상기 실시형태와 마찬가지로 투명 전극 (10) 의 일단측의 모서리부에 형성되어 있다. 따라서, 유기층 (20) 에 비발광부 (22) 를 형성하지 않은 상태에서 투명 전극 (10) 및 배면 전극 (30) 사이에 전 압이 인가된 경우에는, 단자부 (11) 에 물리적으로 가까운 영역일수록 휘도가 높아진다.
이 휘도 분포가, 비발광부 (22) 를 형성함으로써, 유기 EL 소자 (1) 의 중앙부분의 소정 영역 (51) 이 양 사이드의 영역 (52a, 52b) 과 비교하여 휘도가 높아지는 상태가 되도록 조정되어 있다. 구체적으로는, 복수의 비발광부 (22) 가 형성되고, 비발광부 (22) 는 그 비발광부 (22) 를 형성하지 않은 상태로부터 유기층 (20) 의 발광시 휘도를 저하시키고자 하는 비율이 큰 영역일수록 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성되어 있다.
비발광부 (22) 를 형성하기 전의 발광시 상태에서는, 단자부 (11) 에 가까운 영역일수록 휘도가 높다. 따라서, 중앙부분의 소정 영역 (51) 이 양 사이드의 영역 (52a, 52b) 과 비교하여 휘도가 높아지도록 하기 위해서는, 단자부 (11) 에 가까운 영역 (52a) 에서는 비발광부 (22) 의 비율을 중앙부분의 소정 영역 (51) 보다 많게 한다. 중앙부분의 소정 영역 (51) 내에서도, 단자부 (11) 에 가까운 측 쪽이 먼 측 쪽보다 비발광부 (22) 의 분포비율이 많아지도록 형성된다. 또한, 단자부 (11) 로부터 먼 측의 영역 (52b) 에서는, 영역 (51) 에 가까운 측에서는 인접하는 영역 (51) 의 부분보다 비발광부 (22) 의 분포비율이 많아지지만, 영역 (51) 으로부터 멀어질수록 적어지기 때문에, 경우에 따라서는 영역 (51) 으로부터 떨어진 부분에 있어서의 비발광부 (22) 의 분포비율이 영역 (51) 에 있어서의 비발광부 (22) 의 분포비율보다 적어지는 경우도 있다.
이 실시형태에 있어서, 유기 EL 소자 (1) 를 구성하는 유기층 (20), 발광부 (21), 비발광부 (22), 투명 전극 (10), 배면 전극 (30) 등의 각 부의 구성은, 상기 실시형태의 경우와 마찬가지로 여러 가지 구성이 가능하다. 또한, 기판, 절연층, 보조 전극, 보호층 (패시베이션막, 밀봉캔) 등도 상기 실시형태의 경우와 마찬가지로 여러 가지 구성이 가능하다.
이 실시형태에 있어서도, 유기 EL 소자 (1) 에 있어서의 투명 전극 (10) 및 배면 전극 (30) 은, 각각의 단자부 (11, 31) 를 통해서 외부 구동 회로와 접속된다. 그리고, 외부 구동 회로에 의해 유기 EL 소자 (1) 에 전압이 인가되면, 유기층 (20) 에 전압이 인가된다. 이 때, 발광부 (21) 는 발광하고, 비발광부 (22) 는 발광하지 않는다. 그리고, 비발광부 (22) 가 상기한 바와 같은 분포로 형성되어 있기 때문에, 소자의 중앙부분의 소정 영역 (51) 이 양 사이드의 영역 (52a, 52b) 과 비교하여 휘도가 높아지는 상태로 발광한다.
또한, 상기 실시형태의 구성에 기초하는 작용이나 효과 중, 이 실시형태에 있어서도 동일한 구성 부분에 관해서는 그들의 작용 효과도 물론 얻을 수 있다. 예를 들어, 절연부 (40) 를 반사율이 높은 재질로 형성함으로써, 동일 휘도를 얻는 데에 필요한 소비 전력을 낮게 할 수 있다.
다음으로, 절연부 (40) 를 형성함으로써 비발광부 (22) 를 형성하여, 유기 EL 소자 (1) 의 중앙부분의 소정 영역이 양 사이드의 영역과 비교하여 휘도가 높아지는 상태에 있는 유기 EL 소자로 구체화한 다른 실시형태에 관해서, 도 7 및 도 8 을 참조하여 설명한다. 또, 상기 실시형태와 동일 또는 상당한 부분에는 동일 부호를 붙이고 자세한 설명을 생략한다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 이 실시형태에서는 절연부 (40) 가 투명 전극 (10) (양극) 과 유기층 (20) 사이에 형성되고, 투명 기판 (9) 과 투명 전극 (10) 사이의 상기 절연부 (40) 와 대응하는 위치에 각각 광반사층 (23) 이 형성되어 있는 점이 상기 실시형태와 다르고, 그 밖의 점은 동일하다.
상기 실시형태에서는 절연부 (40) 가 유기층 (20) 과 배면 전극 (30) 사이에 형성되어 있기 때문에, 유기층 (20) 을 형성한 후에 절연부 (40) 를 형성해야 한다. 절연부 (40) 는 미리 설정된 분포가 되도록 형성할 필요가 있고, 유기층 (20) 상에 일평면이 되도록 형성되는 것이 아니라 패턴 형성을 필요로 한다. 유기층 (20) 은 수분이나 고열에 약하기 때문에, 에칭 등에 의해 불필요한 부분을 제거하고 필요한 지점에 절연부 (40) 를 형성하는 방법에서는, 유기층 (20) 을 손상시키지 않도록 하기 위한 제조 조건이 엄격해진다.
그러나, 이 실시형태에서는 절연부 (40) 가 투명 전극 (10) 과 유기층 (20) 사이에 형성되어 있기 때문에, 절연부 (40) 를 형성한 후에 유기층 (20) 을 형성하는 것이 가능해져, 절연부 (40) 를 형성할 때의 자유도가 높아진다. 예를 들어, 절연부 (40) 는 포지티브 타입의 포토레지스트에 의해 형성되어, 소정 분포 (패턴) 의 절연부 (40) 가 형성된다. 그리고, 포토레지스트를 노광할 때에 절연부 (40) 가 되는 부분 이외의 부분을 노광하기 위한 마스크를 특별히 배치하지 않더라도, 광반사층 (23) 이 형성된 투명 기판 (9) 이 마스크의 역할을 한다.
구체적으로는, 투명 기판 (9) 상에 유기 EL 소자 (1) 를 형성하는 공정에 있어서, 투명 기판 (9) 의 소정 위치 (절연부 (40) 가 형성되는 위치와 대응하는 위 치) 에 광반사층 (23) 이 형성된 후, 도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, 그 위에 투명 전극 (10) 이 형성된다. 광반사층 (23) 은, 예를 들어 은으로 형성된다. 다음으로 투명 전극 (10) 위에 포토레지스트층 (24) 이 형성된 후, 도 8(b) 에 나타내는 바와 같이, 투명 기판 (9) 측으로부터 노광되어, 포토레지스트층 (24) 의 광반사층 (23) 과 대응하는 부분 이외의 부분이 가용성으로 된다. 다음으로, 가용성으로 된 부분을 제거하여, 도 8(c) 에 나타내는 바와 같이, 광반사층 (23) 과 대응하는 부분에 절연부 (40) 가 형성된다. 이하, 유기층 (20), 배면 전극 (30) 및 보호층 (도시 생략) 이 형성되어 유기 EL 장치가 형성된다. 또, 도 7 에서는, 편의상 유기층 (20) 을 절연부 (40) 보다 두껍게 도시하고 있지만, 실제는 절연부 (40) 쪽이 두껍다.
이 실시형태에 있어서도 상기 실시형태와 마찬가지로, 유기 EL 소자 (1) 에 전압이 인가되면 소자 중앙부분의 소정 영역 (51) 이 양 사이드의 영역 (52a, 52b) 과 비교하여 휘도가 높아지는 상태로 발광한다. 그리고, 이 실시형태에 있어서는, 휘도 분포를 정하는 절연부 (40) 가 포토레지스트에 의해 형성되고, 그 노광시에 사용되는 마스크의 역할을 광반사층 (23) 이 형성된 투명 기판 (9) 이 하기 때문에, 절연부 (40) 가 설계한 대로의 위치에 정밀하게 형성된다. 또한, 휘도 분포를 설계한 대로 하기 위해서는, 절연부 (40) 와 대응하는 위치, 즉 비발광부 (22) 와 대응하는 지점으로부터는 광이 출사되지 않는 쪽이 설계가 용이하다. 이 실시형태에서는 절연부 (40) 와 대응하는 위치에 광반사층 (23) 이 형성되어 있기 때문에, 절연부 (40) 가 광을 일부 투과시키더라도 그 광이 투명 기판 (9) 으로 부터 출사되는 것이 광반사층 (23) 에서 저지되어, 설계한 대로의 휘도 분포를 얻기가 용이해진다. 또한, 비발광부 (22) 에서는, 투명 기판 (9) 의 광취출면 (90) 측에서 유기 EL 소자 (1) 의 내부로 향하는 광이 광반사층 (23) 에서 반사된다. 따라서, 예를 들어, 유기층이나 투명 전극이 광을 흡수하는 기능을 구비하고 있는 경우에는, 이들 광을 흡수하는 층을 투과하지 않고서 광반사층 (23) 에서 반사되기 때문에 상기 실시형태보다도 광손실이 작아져, 저소비 전력화를 꾀할 수 있다.
다음으로 본 발명을, 유기 EL 소자의 원하는 휘도 분포의 상태로서, 유기 EL 소자의 중앙부분의 소정 영역이 양 사이드의 영역과 비교하여 휘도가 높아지는 상태인 유기 EL 소자로 구체화한 다른 실시형태에 관해서, 도 9 를 참조하여 설명한다. 또, 상기 실시형태와 동일 또는 상당한 부분에는 동일 부호를 붙이고 자세한 설명을 생략한다.
이 실시형태에서는, 유기층 (20) 을 사이에 끼우고 양극 (투명 전극 (10)) 과 반대측에 위치하는 전극인 음극 (배면 전극 (30)) 에는, 유기층 (20) 과 대향하는 측에 당해 전극의 재료보다 일함수가 큰 재료로 형성된 부위 (25) 를 복수 갖는 점이 상기 실시형태와 다르고, 그 밖의 점은 동일하다. 유기층 (20) 의 상기 부위 (25) 와 대응하는 부분이 비발광부 (22) 를 구성한다. 즉, 유기층 (20) 은 부위 (25) 의 수와 동일한 수의 비발광부 (22) 를 갖는다. 부위 (25) 는, 부위 (25) 를 형성하지 않은 상태로부터 유기층 (20) 의 발광시 휘도를 저하시키고자 하는 비율이 큰 영역일수록 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성되어 있 다.
배면 전극 (30) 은 예를 들어 알루미늄으로 형성되고, 부위 (25) 는 예를 들어 은으로 형성되어 있다. 여기서, 은은 알루미늄보다 반사율이 크기 때문에, 이 경우, 부위 (25) 는 반사율이 배면 전극 (30) 보다 커진다. 부위 (25) 는, 상기 실시형태에 있어서의 절연부 (40) 를 대신하여 형성되는 것이다. 상기 실시형태와 마찬가지로, 절연부 (40) 를 형성한 경우, 투명 전극 (10) 및 배면 전극 (30) 사이에 전압이 인가되더라도 대응하는 부분의 유기층 (20) 에 전류가 흐르지 않아, 그 부분은 비발광부 (22) 가 된다.
한편, 이 실시형태에서는, 절연부 (40) 를 대신하여 음극 (배면 전극 (30)) 의 재료보다 일함수가 큰 재료로 형성된 부위 (25) 가 유기층 (20) 과 음극 (배면 전극 (30)) 사이에 존재한다. 부위 (25) 는, 절연부 (40) 와 달리 절연재가 아니라 도전재로 구성되어 있기 때문에 전류가 흐르기 쉽다. 그러나, 유기층 (20) 은 원래 절연재로, 음극측에 있어서 유기층 (20) 에 상이한 일함수의 재료가 접하고 있는 상태에서 양극 및 음극 사이에 전압을 인가시킨 경우, 그 인가 전압이 일함수가 큰 재료에 의한 전자 주입이 가능한 최저 전압에 도달하고 있지 않은 경우에는, 일함수가 작은 재료만 전자 주입이 가능해진다. 따라서, 그 상태에서는 일함수가 큰 재료와 대응하는 부분의 유기층 (20) 에는 전류가 흐르지 않아, 그 부분은 비발광부 (22) 가 된다.
즉, 투명 전극 (10) 및 배면 전극 (30) 사이에 일함수가 작은 재료 (배면 전극 (30) 의 재료) 만 전자 주입이 가능해지는 전압이 인가되었을 때에는, 배면 전 극 (30) 의 재료보다 일함수가 큰 재료로 형성된 부위 (25) 는 투명 전극 (10) 측을 향하여 전류를 흐르게 할 수 없어, 절연부와 동일하게 기능한다.
따라서, 상기 절연부 (40) 가 형성된 실시형태의 유기 EL 소자 (1) 에서의 절연부 (40) 와 동일한 분포가 되도록 부위 (25) 를 형성하면, 상기 실시형태와 마찬가지로, 중앙부분의 소정 영역 (51) 이 양 사이드의 영역 (52a, 52b) 과 비교하여 휘도가 높아지는 상태에서 발광하는 유기 EL 소자 (1) 가 얻어진다. 소정 영역 (51) 및 영역 (52a, 52b) 에서 얻고자 하는 휘도의 값에 따라서, 소정 영역 (51) 및 영역 (52a, 52b) 에 형성하는 부위 (25) 의 크기 및 수가 설정된다. 재료에 따라서 일함수의 크기가 다르기 때문에, 부위 (25) 를 형성하는 재료는, 배면 전극 (30) 을 형성하는 재료가 변경된 경우에는 다른 재료를 선택하지 않으면 안되는 경우도 있다.
이 실시형태에 있어서도 절연부 (40) 가 형성된 상기 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것 외에, 다음과 같은 효과도 얻어진다. 즉, 유기 EL 소자 (1) 를 휘도 상승 필름 (BEF: Brightness Enhancement Film) 을 구비하는 백라이트로서 사용하는 경우, 휘도 상승 필름에 의해 반사복귀광이 발생하기 때문에, 본 실시형태에서는 부위 (25) 가 배면 전극 (30) 보다 반사율이 높은 재료로 형성되어 있으므로, 반사복귀광을 다시 효율적으로 투명 전극 (10) 측으로 반사할 수 있다. 그 결과, 저소비 전력화를 꾀할 수 있다.
도전 재료를 사용하여 비발광부 (22) 를 형성하는 구성으로는, 상기 실시형태와 같이 유기층 (20) 과 음극 (배면 전극 (30)) 사이에 음극보다 일함수가 큰 재 료로 형성된 부위를 형성하는 것 대신에, 양극보다 일함수가 작은 재료로 형성된 부위를 양극 (투명 전극 (10)) 과 유기층 (20) 사이에 형성해도 된다. 예를 들어, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 비발광부 (22) 를 형성해야 할 유기층 (20) 의 지점과 대응하는 투명 전극 (10) 과 유기층 (20) 사이에, 양극의 재료보다 일함수가 작은 재료로 형성된 부위 (27) 를 복수 형성한다.
투명 전극 (10) 을 ITO 로 형성한 경우, ITO 의 일함수는 4.5∼4.8eV 이기 때문에, 그보다 일함수가 작은 금속이 상기 부위 (27) 의 재료로서 사용된다. 금속으로는 예를 들어, 알루미늄이 사용된다.
이 경우, 부위 (27) 는 절연부 (40) 를 대신하여 형성되는 것이다. 상기 실시형태와 마찬가지로, 절연부 (40) 를 형성한 경우, 투명 전극 (10) 및 배면 전극 (30) 사이에 전압이 인가되더라도 대응하는 부분의 유기층 (20) 에 전류가 흐르지 않아, 그 부분은 비발광부 (22) 가 된다.
한편 이 실시형태에서는, 절연부 (40) 를 대신하여 양극 (투명 전극 (10)) 의 재료보다 일함수가 작은 재료로 형성된 부위 (27) 가 유기층 (20) 과 양극 (투명 전극 (10)) 사이에 존재한다. 부위 (27) 는, 절연부 (40) 와 달리 절연재가 아니라 도전재로 구성되어 있기 때문에 전류가 흐르기 쉽다. 그러나, 유기층 (20) 은 원래 절연재로, 양극측에서 유기층 (20) 에 정공이 주입되는 영역에 있어서 전류가 흐른다. 양 전극 사이에 전압이 인가되었을 때, 일함수가 큰 재료로 제조된 양극쪽이 정공이 주입되기 쉬워, 일함수가 작은 재료와 비교하여 저전압에서 정공이 주입된다. 따라서, 양극측에 있어서 유기층 (20) 에 상이한 일함수 의 재료가 접하고 있는 상태에서 양극 및 음극 사이에 전압을 인가시킨 경우, 그 인가 전압이 일함수가 작은 재료가 정공 주입을 할 수 있는 크기의 전압에 도달하고 있지 않은 경우에는, 일함수가 큰 재료만 정공 주입이 가능해진다. 그리고, 그 상태에서는 일함수가 작은 재료와 대응하는 부분의 유기층 (20) 에는 전류가 흐르지 않아, 그 부분은 비발광부 (22) 가 된다.
따라서, 이 실시형태에 있어서도, 상기 절연부 (40) 가 형성된 실시형태의 유기 EL 소자 (1) 에 있어서의 절연부 (40) 와 동일한 분포가 되도록 부위 (27) 를 형성하면, 상기 실시형태와 마찬가지로, 중앙부분의 소정 영역 (51) 이 양 사이드의 영역 (52a, 52b) 과 비교하여 휘도가 높아지는 상태에 있는 유기 EL 소자 (1) 가 얻어진다.
또한, 부위 (27) 를 형성하는 도전 재료는 ITO 와 비교하여 저항이 작기 때문에, 부위 (27) 를 형성함으로써 투명 전극 (10) 의 면방향에 있어서의 저항이 전체적으로 작아져서, 투명 전극 (10) 및 배면 전극 (30) 사이에 같은 전압을 인가하였을 때 흐르는 전류량이 많아져, 유기 EL 소자 (1) 전체의 휘도를 높이는 것이 가능해진다.
다음으로, 유기 EL 소자 (1) 전체적으로 휘도를 대략 균일하게 한 경우의 실시형태에 관해서 설명한다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 유기 EL 장치는, 투명 기판 (9) 상에 투명 전극 (10) (양극), 유기층 (20) 및 배면 전극 (30) (음극) 이 순서대로 형성되어 있다. 배면 전극 (30) 의 유기층 (20) 측 면에는 전자 주입층 (28) 이 복수 지점에 형성되어 있고, 유기층 (20) 의 전자 주입층 (28) 과 대응하는 부분이 발광부 (21) 를 구성한다. 즉, 유기층 (20) 은 전자 주입층 (28) 의 수와 동일한 수의 발광부 (21) 를 갖는다. 또, 유기 EL 소자 (1) 는 투명 기판 (9) 과 대향하는 면을 제외한 부분이, 도시하지 않은 패시베이션막에 의해 보호되어 있다.
전자 주입층 (28) 은 배면 전극 (30) 의 재료보다 일함수가 작은 재료로 형성되어 있다. 배면 전극 (30) 및 전자 주입층 (28) 의 재료의 조합으로는, 예를 들어, 배면 전극 (30) 의 재료로 은, 전자 주입층 (28) 의 재료로 리튬 또는 세슘, 배면 전극 (30) 의 재료로 알루미늄, 전자 주입층 (28) 의 재료로 불화리튬의 조합이 바람직하다. 이 실시형태에서는, 배면 전극 (30) (음극) 은 은으로 형성되고, 전자 주입층 (28) 은 리튬 또는 세슘으로 형성되어 있다. 따라서, 양극과 음극 사이에 전자 주입층 (28) 만 전자 주입이 가능해지는 전압이 인가된 상태에서는, 전자 주입층 (28) 으로부터 유기층 (20) 에 전류가 흘러 발광부 (21) 가 된다. 한편, 배면 전극 (30) 이 유기층 (20) 과 접촉하고 있는 부분에서는 전자 주입이 이루어지지 않아 유기층 (20) 에 전류가 흐르지 않기 때문에, 그 부분은 비발광부 (22) 가 된다.
발광부 (21) 의 휘도는 단자부 (11) 에 가까울수록 높아지기 때문에, 유기 EL 소자 (1) 전체적으로 대략 균일한 휘도로 하기 위해서, 단자부 (11) 로부터 멀수록 단위 면적당 차지하는 전자 주입층 (28) 의 면적이 커지도록 전자 주입층 (28) 의 수 및 크기가 설정된다.
유기 EL 장치는, 사용시에 있어서 양극과 음극 사이에 전자 주입층 (28) 만 전자 주입이 가능해지는 전압이 인가된 상태에서 사용된다. 그 상태에서는 전자 주입층 (28) 과 대응하는 부분이 발광부 (21) 가 되고, 발광부 (21) 가 상기한 바와 같은 분포로 발광하기 때문에, 유기 EL 소자 (1) 는 전체적으로 대략 균일한 휘도로 발광한다.
또한, 음극으로서 반사성이 높은 재료인 은이 사용되고 있기 때문에, 발광부 (21) 에서 발광하여 배면 전극 (30) 측으로 진행된 광의 일부가 배면 전극 (30) 에서 반사되어 투명 전극 (10) 측을 거쳐 출사되는 비율이 높아진다. 그 결과, 전체로서의 휘도가 동일한 경우에, 보다 저소비 전력화를 꾀할 수 있다.
다음으로, 다른 실시형태에 대해 설명한다. 상기 실시형태에서는, 배면 전극 (30) 의 유기층 (20) 측 면에 전자 주입층 (28) 을 복수 지점에 형성함과 함께, 전자 주입층 (28) 만이 전자 주입이 가능해지는 크기의 전압을 양극 및 음극 사이에 인가하여 사용하는 구성이었다. 이 실시형태에서는 전자 주입층 (28) 을 형성하는 대신에, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 양극을 구성하는 투명 전극 (10) 이, 유기층 (20) 과 대향하는 측에 있어서 상기 실시형태에서 전자 주입층 (28) 이 형성된 지점과 대응하는 부위 (29) 의 일함수가 커지도록 형성되어 있다. 투명 전극 (10) 은 ITO 에 의해 형성되고, 상기 부위 (29) 는 자외선 조사나 플라즈마 처리에 의해 형성된다. 예를 들어, 투명 기판 (9) 에 투명 전극 (10) 이 형성된 후, 마스크를 사용하여 투명 전극 (10) 의 소정 지점에 자외선 조사나 플라즈마 조사함으로써 상기 부위 (29) 가 형성된다.
부위 (29) 는 투명 전극 (10) 의 재료보다 일함수가 커지도록 변질되어 있 다. 따라서, 양극과 음극 사이에서, 부위 (29) 와 접촉하는 지점에서만 유기층 (20) 에 대한 정공 주입이 이루어지고, 투명 전극 (10) 의 재료인 ITO 가 유기층 (20) 과 접촉하는 지점에서는 정공 주입이 이루어지지 않는 전압이 인가된 상태에서는, 부위 (29) 로부터 유기층 (20) 에 전류가 흘러 발광부 (21) 가 된다. 한편, ITO 가 유기층 (20) 과 접촉하고 있는 부분에서는 정공 주입이 이루어지지 않아 유기층 (20) 에 전류가 흐르지 않기 때문에, 그 부분은 비발광부 (22) 가 된다.
부위 (29) 와 대응하는 발광부 (21) 의 휘도는, 부위 (29) 를 형성하지 않고 부위 (29) 와 같은 면적의 투명 전극 (10) 이 형성된 상태에서 유기층 (20) 이 발광할 때보다 휘도가 높아진다. 따라서 같은 소비 전력이라도 발광부 (21) 의 휘도는 단자부 (11) 에 가까울수록 높아지기 때문에, 유기 EL 소자 (1) 전체적으로 대략 균일한 휘도로 하기 위해서, 단자부 (11) 로부터 멀수록 단위 면적당 차지하는 부위 (29) 의 면적이 커지도록 부위 (29) 의 수 및 크기가 설정된다.
유기 EL 장치는, 사용시에 있어서, 양극과 음극 사이에 부위 (29) 로부터만 정공 주입이 가능해지는 전압이 인가된 상태에서 사용된다. 그 상태에서는 부위 (29) 와 대응하는 부분의 유기층 (20) 이 발광부 (21) 가 되고, 부위 (29) 가 상기한 바와 같은 분포이기 때문에, 유기 EL 소자 (1) 는 전체적으로 대략 균일한 휘도로 발광한다.
이 실시형태에서는, 부위 (29) 를 형성하지 않고서 양극과 음극 사이에 전압이 인가되어 유기층 (20) 이 발광하는 경우와 비교하여 발광부 (21) 의 휘도가 높아진다. 따라서, 같은 전력 소비량이라도 유기 EL 소자 (1) 는 원하는 위치의 휘도를 높일 수 있어, 같은 휘도이면 소비 전력을 낮게 할 수 있다.
또, 유기 EL 소자의 원하는 휘도 분포의 상태로서, 소자 전체적으로 휘도가 대략 균일해지는 유기 EL 소자로 구체화한 실시형태에 있어서, 절연부 (40) 를 형성하여 비발광부 (22) 를 형성하는 구성 대신에, 음극과 유기층 (20) 사이에 일함수가 음극을 형성하는 재료보다 큰 재료로 형성된 부위 (25) 를 형성해도 된다. 상기 부위 (25) 는, 상기 체적저항률이 높은 재료로 형성된 쪽의 전극이 외부 접속 단자와 접속되는 단자부의 위치로부터 물리적으로 가까운 위치일수록 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성된다. 그리고, 유기 EL 소자는, 사용시에 있어서 상기 부위 (25) 로부터만 전자 주입이 가능한 크기의 전압이 양극 및 음극 사이에 인가된다.
또한, 유기 EL 소자의 원하는 휘도 분포의 상태로서, 소자 전체적으로 휘도가 대략 균일해지는 유기 EL 소자로 구체화한 실시형태에 있어서, 절연부 (40) 를 형성해서 비발광부 (22) 를 형성하는 구성 대신에, 양극과 유기층 (20) 사이에 일함수가 양극을 형성하는 재료보다 작은 재료로 형성된 부위 (27) 를 형성해도 된다. 상기 부위 (27) 는, 상기 체적저항률이 높은 재료로 형성된 쪽의 전극이 외부 접속 단자와 접속되는 단자부의 위치로부터 물리적으로 가까운 위치일수록 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성된다. 그리고, 유기 EL 소자는, 사용시에 있어서 상기 부위 (25) 로부터만 정공 주입이 가능한 크기의 전압이 양극 및 음극 사이에 인가된다.
또한, 유기 EL 소자의 원하는 휘도 분포의 상태로서, 소자 전체적으로 휘도 가 대략 균일해지는 유기 EL 소자 이외의 유기 EL 소자, 예를 들어, 소자의 중앙부분의 휘도가 높아지는 유기 EL 소자에 있어서, 발광부 (21) 의 휘도가 비발광부 (22) 를 형성하지 않은 경우의 휘도보다 높아지는 구성을 채용해도 된다. 즉, 발광부 (21) 로 할 지점과 대응하는 음극 (배면 전극 (30)) 과 유기층 (20) 사이에 전자 주입층 (28) 을 형성하거나, 발광부 (21) 로 할 유기층의 지점과 대응하는 양극 (투명 전극 (10)) 의 소정부분을 일함수가 다른 부분보다 커지도록 변질시키거나 한다. 이들 경우에도, 동일한 전력 소비량에 있어서 유기 EL 소자 (1) 의 원하는 위치의 휘도를 높일 수 있어, 같은 휘도이면 소비 전력을 낮게 할 수 있다.
또한, 단자부 (11) 의 위치를 투명 전극 (10) 의 한쪽 모서리로 하는 대신에, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 단자부 (11) 를 투명 전극 (10) 의 1변을 따라서 한 쪽에 형성하고, 비발광부 (22) 의 형상을 단자부 (11) 에 평행한 스트라이프형상으로 해도 된다. 이 구성에서는, 비발광부 (22) 를 점형상으로 하는 경우와 비교하여 형성이 용이해진다. 비발광부 (22) 를 형성하는 방법은, 절연부 (40) 를 형성하는 구성, 음극과 유기층 (20) 사이에 일함수가 음극보다 큰 부위 (25) 를 형성하는 구성, 양극과 유기층 (20) 사이에 일함수가 양극보다 작은 부위 (27) 를 형성하는 구성 등 상기 비발광부 (22) 를 형성하는 적절한 방법을 선택할 수 있다.
또한, 발광부 (21) 의 휘도가 비발광부 (22) 를 형성하지 않은 경우의 휘도보다 높아지는 구성의 실시형태에 있어서, 상기 발광부 (21) 의 형상을 스트라이프형상으로 해도 된다.
그리고, 상기 실시형태에 있어서는, 유기 EL 소자를, 전면 (全面) 발광하는 조명장치나 백라이트 등으로 바람직한 소자로서 설명하였는데, 상기 소자를 액티브 매트릭스 방식이나 패시브 매트릭스 방식을 채용하는 유기 EL 디스플레이에 있어서의 각 화소 또는 각 서브픽셀에 적용하는 것도 물론 가능하다.
또, 상기 유기 EL 장치는 보텀 에미션형이지만, 톱 에미션형으로 구성하거나, 양측에서 광을 추출할 수 있도록 하거나 해도 물론 상관없다.
상기 설명에 있어서는 투명 전극쪽이 배면 전극보다 체적저항률이 높은 재료로 구성된 전극으로 하였지만, 배면 전극쪽이 투명 전극보다 체적저항률이 높은 재료로 구성된 유기 EL 소자에도 물론 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에는, 상기 설명에서 배면 전극의 단자부를 기준으로 하여 비발광부/발광부의 위치를 규정하면 된다.
또한, 유기층 (20) 은, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 주입층 및 전자 수송층 중에서 적어도 발광할 수 있도록 적절히 선택하여, 적층한 구조로 해도 물론 상관없다. 이 경우, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 주입층 및 전자 수송층 중, 적어도 어느 하나의 층을 부분적으로 막을 형성하지 않고 비발광부로 한다.
상기 설명에 있어서는, 전계 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용한 구성을 설명하였지만, 전계 발광 소자로서 무기 EL 소자를 사용하는 것도 물론 본 발명을 적용할 수 있다.
Claims (16)
- 한 쌍의 전극에 적어도 전압의 인가에 의해 발광할 수 있는 전계 발광 소자로서,상기 전계 발광 소자는, 발광부와 비발광부를 가지고,상기 발광부 및 비발광부는, 소자의 휘도 분포를 원하는 상태로 하기 위한 분포가 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 발광부 및 비발광부는, 소자의 휘도 분포가 전체적으로 대략 균일해지도록 형성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 한 쌍의 전극에 있어서 체적저항률이 높은 재료로 형성된 쪽의 전극은 평면형상으로 형성되고, 상기 비발광부는, 상기 체적저항률이 높은 재료로 형성된 쪽 전극의 단자부의 위치로부터 물리적으로 가까운 위치일수록 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 한 쌍의 전극에 있어서 체적저항률이 높은 재료로 형성된 쪽의 전극은 평면형상으로 형성되고, 상기 발광부는, 상기 체적저항률이 높은 재료로 형성된 쪽 전극의 단자부의 위치로부터 물리적으로 먼 위치일수록 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 발광부 및 비발광부는, 소자의 휘도 분포에 있어서 소자의 중앙부분이 다른 부분보다 밝아지도록 형성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 5 항에 있어서,상기 비발광부는, 그 비발광부를 형성하지 않은 상태로부터 상기 전계 발광 소자의 발광시 휘도를 저하시키고자 하는 비율이 큰 영역일수록, 단위 면적당 차지하는 면적이 커지도록 형성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전계 발광 소자는, 한 쌍의 전극 사이에 적어도 전압의 인가에 의해 발광할 수 있는 유기층이 끼여 있는 유기 전계 발광 소자인, 전계 발광 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 비발광부는, 상기 한 쌍의 전극의 음극과 상기 유기층 사이에, 음극의 재료보다 일함수가 큰 재료로 형성된 부위가 형성됨으로써 구성되어 있는, 전계 발 광 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 비발광부는, 상기 한 쌍의 전극의 양극과 상기 유기층 사이에, 양극의 재료보다 일함수가 작은 재료로 형성된 부위가 형성됨으로써 구성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 비발광부는, 상기 유기층이 발광 불능으로 변질됨으로써 구성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전계 발광 소자는, 한 쌍의 전극 사이에 적어도 전압의 인가에 의해 발광할 수 있는 유기층이 끼여 있는 유기 전계 발광 소자이고, 상기 발광부는, 상기 한 쌍의 전극의 음극과 상기 유기층 사이에 전자 주입층을 형성함으로써 구성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전계 발광 소자는, 한 쌍의 전극 사이에 적어도 전압의 인가에 의해 발광할 수 있는 유기층이 끼여 있는 유기 전계 발광 소자이고, 상기 발광부는, 상기 한 쌍의 전극의 양극의 소정 부분이, 일함수가 양극의 다른 부분보다 커지도록 변질됨으로써 구성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전계 발광 소자는, 상기 발광부가 되는 부분에만 유기층이 형성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전계 발광 소자는, 무기 전계 발광 소자인, 전계 발광 소자.
- 제 7 항 또는 제 14 항에 있어서,상기 비발광부는, 상기 한 쌍의 전극 사이의 적어도 일부에 절연부가 형성됨으로써 구성되어 있는, 전계 발광 소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 전계 발광 소자는, 기판 상에 형성됨과 함께 보텀 에미션형으로 구성되고, 상기 기판과 투명 전극 사이의 상기 절연부와 대응하는 위치에 각각 광반사층이 형성되어 있는, 전계 발광 소자.
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