KR20070037334A - 유기 일렉트로루미네선스 장치 및 전자기기 - Google Patents

유기 일렉트로루미네선스 장치 및 전자기기 Download PDF

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KR20070037334A
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 기능층의 상층에 형성된 대향 전극에 크랙이 발생하는 것을 방지하고, 기능층이 수분에 의해 열화하는 것을 방지할 수 있는 유기 EL 장치 및 이를 이용한 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
유기 EL 장치(1)는 기판(10) 위에 화소 전극(11), 기능층(13), 음극(14), 음극 커버층(15) 및 수지층(16)이 적층되어 있다. 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성되는 테이퍼각(α)은 20°이하로 설정되어 있다. 따라서, 화소 전극(11)의 측면이 형성하고 있는 단차가 기능층(13), 음극(14), 음극 커버층(15) 및 수지층(16)에 반영되어 있다고 해도 단차 형상은 완만하다. 그 때문에, 유기 EL 장치(1)에 대하여 내습 시험을 행하여도, 음극(14)에 과대한 응력이 가해지지 않으므로, 음극(14)에 크랙이 발생하는 일이 없다.
화소 전극, 기능층, 수지층, 음극 커버층

Description

유기 일렉트로루미네선스 장치 및 전자기기{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
도 1은 본 발명이 적용되는 유기 EL 장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 EL 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 EL 장치를 제조하는데 있어서, 측면의 테이퍼각이 작은 화소 전극을 형성하기 위한 방법을 나타내는 공정도.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 EL 장치의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 유기 EL 장치가 탑재되는 전자기기의 설명도.
도 6은 종래의 유기 EL 장치의 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 :유기 EL 장치
10 : 기판
11 : 화소 전극
13 : 기능층
14 : 음극(대향 전극)
15 : 음극 커버층
16 :수지층
본 발명은 유기 일렉트로루미네선스 장치(이하, 유기 EL 장치라고 함) 및 전자기기에 관한 것이다.
유기EL 장치에서는 도 6에 나타낸 바와 같이, 기판(10) 위에 섬모양으로 형성된 양극으로서의 화소 전극(11)과, 상기 화소 전극(11)의 표면측을 덮는 기능층(13)과, 상기 기능층(13) 위에 적층된 음극(14)로서의 대향 전극을 갖고 있다. 여기에서, 기능층(13)은 발광 기능을 담당하는 발광층으로서 형성되어 있다. 이러한 기능층(13)은 수분에 의해 열화하기 쉽기 때문에, 음극(14)의 상층에는 음극 커버층(15) 및 수지층(16)이 적층되는 경우가 많다. 이렇게 구성된 유기 EL 장치에서, 종래는 상기 각층의 두께 및 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성되는 테이퍼각(α)이, 예를 들면 이하의 조건으로 설정되어 있다.
화소 전극(11) …… 1OO㎚
기능층(13) …… 100㎚
음극(14) …… 10㎚
음극 커버층(15) …… 200㎚
수지층(16) …… 3000㎚
테이퍼각(α) …… 80°
또한, 다른 구성의 유기 EL 장치이지만, 기판 위에 화소 전극에 의해 단차가 형성되어 있으면, 기능층에 단차 끊김(step disconnection)이 발생한다고 하여, 화소 전극의 측면을 테이퍼면으로 하는 구성 및 화소 전극의 옆쪽에 다른 금속막을 형성하는 구성이 개시되어 있다.(예를 들면, 특허문헌 1 참조)
[특허문헌 1]일본국 공개 특허평 10-294183호 공보.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 구성은 어디까지나 기능층에 단차 끊김이 발생하는 것을 목적으로 하고 있어, 이하의 문제를 해결할 수 없다. 즉, 유기 EL 장치에 대하여 내습 시험을 행하면, 음극(14)에 과대한 응력이 증가하여 크랙이 발생하고, 이 크랙을 통하여 수분이 기능층(13)에 도달한다. 이러한 수분은 기능층(13)을 열화시켜 화소에서의 발광 면적이 축소되어 버리는 화소 축소(pixel shrinkage) 현상의 원인이 된다.
이러한 문제점에 대해서 본원 발명자는 여러 가지로 검토한 결과, 음극(14)에 크랙을 발생시키는 원인이 되는 응력은, 화소 전극(11)의 단부(端部)에 의해 형성된 단차가 영향을 주고 있다는 새로운 지견을 얻었지만, 예를 들면 도6에 나타낸 각층의 두께 및 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성되는 테이퍼각(α)을, 이하의 조건으로 하여도 음극(14)에 크랙이 발생하는 것을 확실히 방지할 수 없다라는 결과를 얻었다.
화소 전극(11) …… 1OO㎚
기능층(13) …… 100㎚
음극(14) …… 10㎚
음극 커버층(15) …… 200㎚
수지층(16) …… 3000㎚
테이퍼각(α) …… 450°
이상의 문제점을 감안하여, 본 발명의 과제는 기능층의 상층에 형성된 대향 전극에 크랙이 발생하는 것을 방지하고, 기능층이 수분에 의해 열화하는 것을 방지할 수 있는 유기 EL 장치 및 이를 이용한 전자기기를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 기판 위에 섬 모양으로 형성된 화소 전극과, 상기 화소 전극의 표면측을 덮는 기능층과, 상기 기능층 위에 적층된 대향 전극을 갖는 유기 EL 장치에 있어서, 상기 화소 전극의 측면이 상기 기판 면에 대하여 형성형성하는 테이퍼각을 20°이하로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 화소 전극의 측면이 기판 면에 대하여 형성형성하는 테이퍼각이 20°이하이기 때문에, 그 상층에 형성된 기능층이나 대향 전극 등에 화소 전극 단부의 단차가 반영되어 있다고 하여도 단차 형상은 완만하다. 따라서, 유기 EL 장치에 대하여 내습 시험을 행하여도, 대향 전극에 과대한 응력이 가해지지 않기 때문에, 대향 전극에 크랙이 발생하는 일이 없다. 그 때문에, 대향 전극에 발생한 크랙을 통하여 수분이 기능층까지 침입하는 경우가 없으므로, 기능층이 수분으로 열화하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기능층의 열화에 기인하는 발광 면적의 축소를 확실하게 방지할 수 있다.
여기에서, 상기 화소 전극의 두께는 50㎚ 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 구성하면, 기능층이나 대향 전극 등에 단차가 반영되어 있다고 하여도 단차 형상이 완만하다. 따라서, 유기 EL 장치에 대하여 내습 시험을 행하여도, 대향 전극에 과대한 응력이 가해지지 않으므로, 대향 전극에 크랙이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태에서는 기판 위에 섬 모양으로 형성된 화소 전극과, 상기 화소 전극의 표면측을 덮는 기능층과, 상기 기능층 위에 적층된 대향 전극을 갖는 유기 EL 장치에 있어서, 상기 화소 전극의 두께를 50㎚이하로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 화소 전극이 50㎚이하로 얇기 때문에, 그 상층에 형성된 기능층이나 대향 전극 등에 화소 전극 단부의 단차가 반영되어 있다고 하여도 단차 형상이 완만하다. 따라서, 유기 EL 장치에 대하여 내습 시험을 행하여도, 대향 전극에 과대한 응력이 가해지지 않으므로, 대향 전극에 크랙이 발생하는 일이 없다. 그 때문에, 대향 전극에 발생한 크랙을 통하여 수분이 기능층까지 침입하는 일이 없으므로, 기능층이 수분으로 열화하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기능층의 열화에 기인하는 발광 면적의 축소를 확실하게 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 EL 장치는 각종 표시 장치나, 복사기, 기타의 화상 형성 장치 등의 전자기기에 이용된다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명이 적용된 액티브 매트릭스형의 유기 EL 표시 장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 EL 장치에 형성된 화소 1개 분의 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 유기 EL 장치(1)는 복수의 주사선(101)과, 주사선(101)에 대하여 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 신호선(102)과, 신호선(102)에 병렬로 연장되는 복수의 전원선(103)이 각각 배선된 구성을 갖는 동시에, 주사선(101) 및 신호선(102)의 각 교점 부근에 화소 영역(100)이 설치되어 있다. 신호선(102)에는 시프트 레지스터, 레벨 시프터, 비디오 라인 및 아날로그 스위치를 구비한 데이터측 구동회로(104)가 접속되고, 주사선(101)에는 시프트 레지스터 및 레벨 시프터를 구비하는 주사측 구동회로(105)가 접속되어 있다. 화소 영역(100)의 각각에는 주사선(101)을 통하여 주사 신호가 게이트 전극에 공급되는 스위칭용 박막 트랜지스터(107)와, 이 스위칭용 박막 트랜지스터(107)를 통하여 신호선(102)으로부터 공급되는 화소 신호를 유지하는 저장용량(7)과, 저장용량(7)에 의해 유지되는 화소 신호가 게이트 전극에 공급되는 구동용 박막 트랜지스터(123)와, 이 구동용 박막 트랜지스터(123)를 통하여 전원선(103)에 전기적으로 접속했을 때에 해당 전원선(103)으로부터 구동 전류가 유입되는 화소 전극(11)(양극)과, 이 화소 전극(11)과 음극(14)(대향 전극) 사이에 삽입된 기능층(13)이 설치되어 있다. 여기에서, 화소 전극(11), 기능층(13) 및 음극(14)은 유기 EL 소자(5)를 구성하고 있다.
이러한 유기 EL 장치(1)의 각 화소는, 구체적으로 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(10) 위에 섬 모양으로 형성된 ITO막으로 이루어지는 화소 전극(11)과, 이 화소 전극(11)의 표면측을 덮는 기능층(13)과, 이 기능층(13) 위에 적층된 마그네슘 ―은 합금으로 이루어지는 음극(14)을 갖고 있다. 여기에서, 기능층(13)은 적어도 발광층을 구비하고 있고, 발광층의 하층 측에는 정공 주입층이나 정공 수송층이 형성되는 경우도 있다. 어느 쪽의 경우도, 기능층(13)은 스틸벤계, 카르바졸계, 히드라존계, 아릴아민계, 옥사디아졸계, 스타버스트계 유도체 등으로 이루어지는 저분자의 유기 재료로 구성되어 있기 때문에, 수분에 의해 열화되기 쉽다. 그래서, 본 형태에서는 음극(14)의 상층에는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막 등의 무기물로 이루어지는 음극 커버층(15) 및 에폭시 수지 등으로 이루어지는 수지층(16)이 적층되어 있다. 또한, 기판(10)의 표면에는 박막 트랜지스터나 광공진기가 형성되고, 그 상층 측에 화소 전극(11)이 형성되는 경우가 많지만, 이하의 설명에서는 박막 트랜지스터나 광공진기 등의 도시 및 설명을 생략한다.
이렇게 구성한 유기 EL 장치(1)에 있어서, 상기 각층의 두께 및 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성형성하는 테이퍼각(α)은, 이하의 조건으로 설정되어 있다.
화소 전극(11) …… 1OO㎚
기능층(13) …… 100㎚
음극(14) …… 10㎚
음극 커버층(15) …… 200㎚
수지층(16) …… 3000㎚
테이퍼각(α) …… 20°
즉, 본 형태에서는 화소 전극(11)의 막두께는 1OO㎚로, 종래의 화소 전극과 마찬가지지만, 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성형성하는 테이퍼각(α)은 20°이하로 설정되어 있다.
이 때문에, 본 형태에 의하면, 화소 전극(11)의 측면이 형성하고 있는 단차가 기능층(13), 음극(14), 음극 커버층(15) 및 수지층(16)에 반영되어 있다고 하여도 단차 형상이 완만하다. 따라서, 유기 EL 장치(1)에 대하여 내습 시험을 행하여도 음극(14)에 과대한 응력이 가해지지 않기 때문에, 음극(14)에 크랙이 발생하는 일이 없다. 그 때문에, 음극(14)에 발생한 크랙을 통하여 수분이 기능층(13)까지 침입하는 일이 없으므로, 기능층(13)이 수분으로 열화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기능층(13)의 열화에 기인하는 발광 면적의 축소를 확실하게 방지할 수 있다.
예를 들면, 본 형태와 같이 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성하는 테이퍼각(α)을 20°이하로 설정한 유기 EL 장치, 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성하는 테이퍼각(α)을 45°로 되어 있는 유기 EL 장치 및 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성하는 테이퍼각(α)을 80°로 한 유기 EL 장치의 각각을 60℃에서, 상대 습도 95％의 분위기 중에 방치하면, 테이퍼각(α)과 발광 면적의 수축 정도와의 관계로서, 이하의 결과가 얻어졌다.
테이퍼각(α) = 20° …… 발광 면적의 수축 = 10％
테이퍼각(α) = 45° …… 발광 면적의 수축 = 40％
테이퍼각(α) = 80° …… 발광 면적의 수축 = 60％
즉, 본 형태의 유기 EL 장치에서는 발광 면적이 10％ 밖에 수축하지 않는다 는 결과가 얻어졌다.
(제조 방법)
이러한 유기 EL 장치(1)를 제조하는 것에 있어서, 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성하는 테이퍼각(α)을 20°이하로 하기 위해서, 예를 들면 도 3(a)∼(c)에 나타낸 방법을 채용하면 좋다. 도 3(a)∼(c)는 측면의 테이퍼각(α)이 작은 화소 전극(11)을 형성하기 위한 방법을 나타내는 공정도이다.
도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 화소 전극(11)을 형성할 때, ITO막의 성막 및 패터닝을 각각 복수회 행하고, 복수의 ITO막(111, 112, 113)을 적층하는 동시에, 그 크기를 상층 측에서 작게 하면 좋다. 이렇게 하면, 측면의 테이퍼각(α)이 작은 화소 전극(11)을 형성할 수 있다.
또한, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 기판(10) 위에 ITO막(110)을 형성한 후 레지스트 마스크(19)을 형성한 상태에서, ITO막(110)과 레지스트 마스크(19)와의 밀착성을, 예를 들면 기판(10)과 ITO막(110)과의 밀착성을 낮게 하여 웨트 에칭을 행하면 좋다. 이렇게 구성하면, 웨트 에칭 시 ITO막(110)과 레지스트 마스크(19)와의 계면에서 사이드 에칭이 진행되므로, 측면의 테이퍼각(α)이 작은 화소 전극(11)을 형성할 수 있다.
또한, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 기판(10) 위에 ITO막(110)을 형성한 후 단부에 테이퍼를 구비한 레지스트 마스크(19)를 형성하고, 이 상태에서 산소 함유 가스를 이용하여 드라이 에칭을 행하여도 좋다. 이렇게 구성하면, ITO막(110)과 레지스트 마스크(19)가 동시에 에칭되므로, 측면의 테이퍼각(α)이 작은 화소 전극 (11)을 형성할 수 있다.
이러한 화소 전극(11)을 형성한 후에는 진공 증착법, 스퍼터법, 이온 도금법, 또는 회전 도포법 등을 이용하여, 기능층(13), 음극(14), 음극 커버층(15), 수지층(16)을 순차적으로 형성한다.
[실시예 2]
본 발명의 실시예 2에 따른 유기EL 장치에서는, 도 2를 참조하여 설명한 화소 전극(11), 기능층(13), 음극(14), 음극 커버층(15) 및 수지층(16)의 두께와 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성하는 테이퍼각(α)은, 이하의 조건으로 설정되어 있다.
화소 전극(11) …… 200㎚
기능층(13) …… 100㎚
음극(14) …… 10㎚
음극 커버층(15) …… 200㎚
수지층(16) …… 3000㎚
테이퍼각(α) …… 20°
즉, 본 형태에서는 화소 전극(11)의 막두께는 200㎚로, 종래의 화소 전극과 비교하여 2배의 두께지만, 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성하는 테이퍼각(α)은 20°이하로 설정되어 있다.
이 때문에, 본 형태에 의하면, 화소 전극(11)의 측면이 형성하고 있는 단차가 기능층(13), 음극(14), 음극 커버층(15) 및 수지층(16)에 반영되어 있다고 하여 도 단차 형상이 완만하다. 따라서, 유기 EL 장치(1)에 대하여 내습 시험을 행하여도 음극(14)에 과대한 응력이 가해지지 않으므로, 음극(14)에 크랙이 발생하는 일이 없다. 그 때문에, 음극(14)에 발생한 크랙을 통하여 수분이 기능층(13)까지 침입하는 일이 없으므로, 기능층(13)이 수분으로 열화하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기능층(13)의 열화에 기인하는 발광 면적의 축소를 확실하게 방지할 수 있다. 예를 들면, 본 형태의 유기 EL 장치를 60℃, 상대 습도 95％의 분위기 중에 방치해도, 발광 면적은 10％ 밖에 수축하지 않는다는 결과가 얻어진다.
[실시예 3]
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 유기 EL 장치에 형성된 화소 1개 분의 단면도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 형태에서도 기판(10) 위에 ITO막으로 이루어지는 화소 전극(11)과, 이 화소 전극(11)의 표면측을 덮는 기능층(13)과, 이 기능층(13) 위에 적층된 마그네슘―은 합금으로 이루어지는 음극(14)을 갖고 있다. 또한, 음극(14)의 상층에는 실리콘 산질화막 등으로 이루어지는 음극 커버층(15) 및 에폭시 수지 등으로 이루어지는 수지층(16)이 적층되어 있다.
이렇게 구성된 유기 EL 장치(1)에 있어서, 본 형태에서는 상기 각층의 두께 및 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성하는 테이퍼각(α)은, 이하의 조건으로 설정되어 있다.
화소 전극(11) …… 50㎚
기능층(13) …… 100㎚
음극(14) …… 10㎚
음극 커버층(15) …… 200㎚
수지층(16) …… 3000㎚
테이퍼각(α) …… 80°
즉, 본 형태에서는 화소 전극(11)의 측면이 기판 면에 대하여 형성하는 테이퍼각(α)은 도 6을 참조하여 설명한 구성과 마찬가지로 80°이지만, 화소 전극(11)의 막두께는 50㎚로, 종래의 화소 전극과 비교하여 1/2배의 두께이다.
이 때문에, 본 형태에 의하면, 화소 전극(11)의 측면이 형성하고 있는 단차가 기능층(13), 음극(14), 음극 커버층(15) 및 수지층(16)에 반영되어 있다고 하여도 단차 형상이 완만하다. 따라서, 유기 EL 장치(1)에 대하여 내습 시험을 행하여도, 음극(14)에 과대한 응력이 가해지지 않으므로, 음극(14)에 크랙이 발생하는 일이 없다. 그 때문에, 음극(14)에 발생한 크랙을 통하여 수분이 기능층(13)까지 침입하는 일이 없으므로, 기능층(13)이 수분으로 열화하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기능층(13)의 열화에 기인하는 발광 면적의 축소를 확실하게 방지할 수 있다. 예를 들면, 본 형태의 유기 EL 장치를 60℃, 상대 습도 95％의 분위기 중에 방치하여도, 발광 면적은 10％ 밖에 수축하지 않는다는 결과가 얻어진다.
[기타의 실시예]
본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변경이 가능하다, 예를 들면, 실시예 1에서는 화소 전극(11)의 두께를 100㎚로 했지만, 실시예 3과 같이 50㎚로 하여도 좋다.
또한 상기 형태에서는 기능층이 저분자 재료로 형성되어 있으므로, 제조 공정에서도 진공 증착법을 채용했지만, 기능층을 구성하는데 고분자 재료를 이용하고, 이 고분자 재료를 소정의 용매에 배합하여 잉크젯법 등의 방법으로 토출함으로써, 기능층을 형성하여도 좋다.
[전자기기에의 탑재예]
본 발명을 적용한 유기 EL 장치를 구비한 전자기기의 구체적인 예에 대하여 설명한다. 도 5(a)는 휴대전화의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 5(a)에서 부호 600은 휴대 전화 본체를 나타내고, 부호 601은 상술한 유기 EL 장치를 이용한 표시부를 나타내고 있다. 도 5(b)는 워드 프로세서, PC 등의 휴대형 정보처리 장치의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 5(b)에서, 부호 700은 정보처리 장치, 부호 701은 키보드 등의 입력부, 부호 703은 정보처리 장치 본체, 부호 702는 상술한 유기 EL 장치를 이용한 표시부를 나타내고 있다. 도 5(c)는 손목 시계형 전자기기의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 5(c)에서, 부호 800은 시계 본체를 나타내고, 부호 801은 상술한 유기 EL 장치를 이용한 표시부를 나타내고 있다.
본 발명에 의하면, 기능층의 상층에 형성된 대향 전극에 크랙이 발생하는 것을 방지하고, 기능층이 수분에 의해 열화하는 것을 방지할 수 있는 유기 EL 장치 및 이를 이용한 전자기기를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 기판 위에 섬 모양으로 형성된 화소 전극과, 상기 화소 전극의 표면측을 덮는 기능층과, 상기 기능층 위에 적층된 대향 전극을 갖는 유기 일렉트로루미네선스 장치에 있어서,
    상기 화소 전극의 측면이 상기 기판 면에 대하여 형성하는 테이퍼각이 20°이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  2. 기판 위에 섬 모양으로 형성된 화소 전극과, 상기 화소 전극의 표면측을 덮는 기능층과, 상기 기능층 위에 적층된 대향 전극을 갖는 유기 일렉트로루미네선스 장치에 있어서,
    상기 화소 전극의 두께가 50㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극의 두께가 50㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네선스 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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