KR20080084620A

KR20080084620A - 유기 ｅｌ 소자

Info

Publication number: KR20080084620A
Application number: KR1020080020900A
Authority: KR
Inventors: 유코 나카마타; 유키노리 가와무라; 토시오 하마; 코지 가와쿠치; 유타카 테라오
Original assignee: 후지 덴키 홀딩스 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2008-09-19
Also published as: TW200903798A; CN101267698A; JP2008226718A; US20080224595A1

Abstract

본 발명은 제조공정이 단순하고, 막 두께의 변동으로 인한 색변이를 방지할 수 있으며, 높은 효율을 가지는 유기 EL 소자를 제공하는 것이다.

제 1 ~ 제 3 발광색의 부(副)화소를 구성하는 복수의 독립된 발광부를 포함하는 유기 EL 소자로서, 제 1 및 제 2 발광색의 부화소를 구성하는 발광부는, 투명기판과 투명전극 사이에 반투명반사층을 더 포함하며, 상기 반투명반사층은 해당 발광색의 광에 관하여 반사전극과의 사이에서 광공진기로서 작용하도록 구성되어 있고, 제 3 발광색의 부화소를 구성하는 발광부는, 투명기판과 투명전극 사이에 색변환층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 발광소자.

Description

유기 ＥＬ 소자{ORGANIC EL DEVICE}

본 발명은, 정밀도가 높은 동시에 시인성(視認性)이 우수하고, 다색 표시가 가능한 유기 일렉트로루미네센스(이하, ‘유기 EL’이라 함) 디스플레이나, 컬러액정표시기의 백라이트나, 기타 조명기기에 사용하는 유기 EL 소자의 구성에 관한 것이다.

표시장치에 적용되는 발광소자의 일례로서, 유기화합물의 박막 적층구조를 가지는 유기 EL 소자가 알려져 있다. 유기 EL 소자는, 박막의 자가발광형 소자이며, 저(低)구동전압, 고(高)해상도, 고(高)시야각과 같은 우수한 특징을 가지므로, 그 실용화를 위해 여러 가지의 검토가 이루어지고 있다.

EL 소자와 관련하여, 지금까지 발광효율의 향상에 초점을 맞춘 연구가 많이 이루어져 왔다. 발광층에서 발생하는 광의 반 이상이 소자 혹은 투명기판 내에 가두어져 버리는 것이, EL 소자의 발광효율을 낮추는 원인의 하나라는 것은 잘 알려진 사실이다 (비특허문헌 1 참조).

이러한 투명기판 내에 가두어진 광을 외부로 방출시킬 수 있도록 하여 발광효율을 향상시키는 방법의 하나로서, 미소공진기(微小共振器) 구조를 채용하는 방 법이 널리 알려져 있다(비특허문헌 2 참조). 또한, 이러한 원리를 이용한 유기 EL 소자가 제안된 바 있다 (예컨대, 특허문헌 1 및 2 참조).

미소공진기 구조를 적용하면, 발광층 내에서 발광한 광자(photon)가 지향성을 가지고 출사되게 되어, 투명기판 내에 가두어지는 광의 비율을 감소시킬 수가 있다. 또한, 미소공진기 구조의 적용은, 광자의 에너지 분포(즉, 발광 스펙트럼)를 샤프하게 하여, 피크 강도를 몇 배~몇십 배로 하는 효과를 가지는데, 이에 따라 발광층에서 얻어지는 발광강도의 증강효과 및 단색화의 효과를 얻을 수 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 H6(1994)-283271호

[특허문헌 2] 일본특허공보 제2830474호

[비특허문헌 1] Advanced Materials, vol.6, p.491, 1994

[비특허문헌 2] Applied Physics Letters, vol.64, p.2486, 1994

그러나, 상기 미소공진기 EL 소자를 컬러 디스플레이에 적용하고자 하면, 빨강(R), 파랑(B), 초록(G)의 각 색상에 대응한 부화소마다, 공진기를 구성하는 한 쌍의 미러 간의 광학거리를 조정할 필요가 있어, 제조공정이 복잡해진다.

또한, RGB의 3색 모두에 미소공진기 구조를 도입하여 3색을 동시에 강조하기 위해서는, 캐비티 길이(반(半)투명반사층과 반사전극 사이의 층의 총 막 두께)를 크게 할 필요가 있는데, 그러한 막 두께는 현실적이지 않다. 또한 이때, 총 막 두께가 두꺼워지면 근소한 막 두께의 변동에 의해, 색변이(color shift)가 생기기 쉬 워진다는 점에서도 문제가 있다.

본 발명의 유기 EL 소자는, 복수의 독립된 발광부를 포함하고, 상기 복수의 발광부는, 투명기판상에 순차로 적층된 투명전극, 적어도 발광층을 포함하는 유기 EL층, 및 반사전극을 포함하고, 상기 복수의 독립된 발광부는 제 1 ~ 제 3 발광색의 부(副)화소를 구성하는 유기 EL 소자로서, 제 1 및 제 2 발광색의 부화소를 구성하는 발광부는, 투명기판과 투명전극 사이에 반투명반사층을 더 포함하며, 상기 반투명반사층은 해당 발광색의 광에 관하여 반사전극과의 사이에서 광공진기로서 작용하도록 구성되어 있고, 제 3 발광색의 부화소를 구성하는 발광부는, 투명기판과 투명전극 사이에 색변환층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 제 1 발광색이 청색이고, 제 2 발광색이 적색이고, 제 3 발광색이 녹색이어도 된다. 혹은, 제 1 발광색이 청색이고, 제 2 발광색이 녹색이고, 제 3 발광색이 적색이어도 된다.

이러한 구성, 즉, 3가지의 발광색 중 제 1 발광색 및 제 2 발광색에만 공진기구조를 적용하고, 나머지 제 3 발광색에 대해서는 색변환층을 적용함으로써, 각 발광색의 휘도를 증대시켜, 고효율의 발광을 얻을 수 있다. 본 발명의 구성에 있어서는, 각 발광색의 부화소마다 공진기구조의 캐비티 길이를 조정할 필요성도, 캐비티 길이를 현실적이지 않을 정도로 크게 할 필요성도 배제되기 때문에, 제조공정이 단순화되며, 또한 막 두께의 변동으로 인한 색변이도 방지할 수 있다. 본 발명 의 구성은, 고효율을 필요로 하는 디스플레이용 유기 EL 소자의 제작에 있어서 유용하다.

이하에서는, 도 1을 참조하면서 본 발명의 유기 EL 소자에 대해 설명한다. 도 1의 유기 EL 소자는, 투명기판(10) 상에, 투명전극(70), 유기 EL층(80) 및 반사전극(90)으로 구성되는 복수의 독립된 발광부를 포함하고, 상기 복수의 독립된 발광부는 제 1 ~ 제 3 발광색의 부화소를 구성한다. 도 1에는, 제 1 발광색이 청색, 제 2 발광색이 적색, 제 3 발광색이 녹색인 경우를 도시하였다. 제 1 발광색(B) 및 제 2 발광색(R)의 부화소를 구성하는 발광부에서는, 투명기판(10)과 투명전극(70) 사이에 반투명반사층(60)이 형성된다. 반투명반사층(60)은, 해당 발광색 (제 1 및 제 2 발광색)에 관하여, 반사전극과의 사이에서 광공진기로서 작용하도록 구성된다. 한편, 제 3 발광색(G)의 부화소를 구성하는 발광부에서는, 투명기판(10)과 투명전극(70) 사이에 색변환층(30G)이 형성된다. 색변환층(30)은, 유기 EL층(80)에서 발생한 광의 일부를 흡수하여, 해당 발광색(제 3 발광색)의 광을 방출하는 층이다. 도 1에 나타낸 그 밖의 층(컬러필터층(20), 평탄화층(40), 및 패시베이션층(50))들은, 임의로 선택할 수 있으나, 형성하는 것이 바람직한 층이다.

본 발명에서, 투명기판(10)은, 유리와 같은 무기재료로 형성할 수도 있고, 셀룰로오스 에스테르; 폴리아미드; 폴리카보네이트; 폴리에스테르; 폴리스티렌; 폴리올레핀; 폴리설폰; 폴리에테르설폰; 폴리에테르케톤; 폴리에테르이미드; 폴리옥시에틸렌; 노보넨 수지 등의 고분자재료로 형성할 수도 있다. 고분자재료를 이용 할 경우, 투명기판(10)은 강직하여도 좋고 가요성을 가지고 있어도 좋다. 광학적으로 투명하다는 것은, 가시광에 대해 80% 이상, 바람직하게는 86% 이상의 투과율을 가지는 것을 의미한다.

투명전극(70)은, ITO, 산화주석, 산화인듐, IZO, 산화아연, 아연-알루미늄 산화물, 아연-갈륨 산화물, 또는 이들 산화물에 대해 F, Sb 등의 도펀트를 첨가한 도전성 투명금속산화물을 이용하여 형성할 수 있다. 투명전극(70)은, 증착법, 스퍼터법 또는 화학기상퇴적(CVD)법을 이용하여 형성되며, 바람직하게는 스퍼터법을 이용하여 형성된다.

반사전극(90)은, 고반사율의 금속(Al, Ag, Mo, W, Ni, Cr 등), 아몰퍼스 합금(NiP, NiB, CrP, CrB 등), 미결정성 합금(NiAl 등)을 이용하여, 증착법, 스퍼터법 등의 드라이 프로세스에 의해 형성할 수 있다. 반사전극(90)은, 바람직하게는 50% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상의 반사율을 가진다.

유기 EL층(80)은, 적어도 발광층을 포함하며, 필요에 따라 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및/또는 전자주입층을 개재시킨 구조를 가진다. 구체적으로는, 유기 EL 소자는 하기와 같은 층구조로 이루어진 것이 채용된다(양극 및 음극은, 반사전극 또는 투명전극 중 어느 하나이다).

(1) 양극／유기발광층／음극

(2) 양극／정공주입층／유기발광층／음극

(3) 양극／유기발광층／전자주입층／음극

(4) 양극／정공주입층／유기발광층／전자주입층／음극

(5) 양극／정공수송층／유기발광층／전자주입층／음극

(6) 양극／정공주입층／정공수송층／유기발광층／전자주입층／음극

(7) 양극／정공주입층／정공수송층／유기발광층／전자수송층／전자주입층／음극

유기 EL층을 구성하는 각 층의 재료로서는, 공지의 재료가 사용된다. 또한, 유기 EL층을 구성하는 각 층은, 증착법 등의 해당 기술에 있어서 주지되어 있는 임의의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.

본 발명에서는, 발광층에 적어도 2종의 도펀트를 도입하여, 발광 스펙트럼의 폭을 확대하는 것이 바람직하다. 발광층에 대해, 제 1 발광색영역에서 발광하는 도펀트, 및 제 2 발광색영역에서 발광하는 도펀트를 도입하는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 도 1의 구성에서는, 청색영역에서 발광하는 도펀트와, 적색영역에서 발광하는 도펀트를 도입하는 것이 바람직하다.

본 발명의 유기 EL 소자는, 독립적으로 제어되는 복수의 발광부를 가진다. 예를 들어, 패시브 매트릭스 구동되는 복수의 발광부를 가지는 유기 EL 소자를 형성하기 위해서는, 투명전극(70) 및 반사전극(90)을 모두 복수의 스트라이프형상 부분전극으로 형성하고, 투명전극(70)을 구성하는 스트라이프형상 부분전극이 연장되는 방향을, 반사전극(90)을 구성하는 스트라이프형상 부분전극이 연장되는 방향과 교차(바람직하게는, 직교)하는 방향으로 설정한다. 복수의 부분전극으로 이루어진 투명전극(70)을 형성할 경우에는, 절연성 금속산화물(TiO₂, ZrO₂, AlO_x 등) 혹은 절연성 금속질화물(AlN, SiN 등) 등을 이용하여, 상기 복수의 부분전극의 틈새에 절 연막을 형성해도 좋다.

제 1 발광색 및 제 2 발광색의 부화소가 되는 발광부에서는, 투명기판(10)과 투명전극(70)의 사이, 바람직하게는 투명전극(70)의 유기 EL층(80)과는 반대되는 측에 접촉하여, 반투명반사층(60)이 형성된다. 반투명반사층(60)은, 유기 EL층(80)에서 발생한 광의 일부를 반사전극(90)의 방향을 향해 반사시켜, 광공진기구조를 형성하기 위한 층이다. 도 1의 구성에서는, 제 1 발광색인 청색 및 제 2 발광색인 적색의 부화소가 되는 발광부에 대해 반투명반사층(60)을 형성한 예를 나타내었다. 반투명반사층(60)은, 바람직하게는 10~50%, 보다 바람직하게는 20~30%의 반사율을 가진다. 반투명반사층(60)은, Ag, Al 등의 재료를 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 이러한 재료를 이용하여 전술한 반사율을 실현하기 위해서는, 반투명반사층(60)은 5~20㎚의 막 두께를 가지는 것이 바람직하고, 10~15㎚의 막 두께를 가지면 더욱 바람직하다.

제 1 발광색 및 제 2 발광색에 대응하는 2개의 파장영역의 광의 공진은, 공진기구조를 구성하는 한 쌍의 미러(즉, 반투명반사층(60) 및 반사전극(90)) 사이의 광학적 거리를 다음과 같이 설정함으로써 얻어진다. 즉, 제 1 발광색 및 제 2 발광색의 광의 스펙트럼의 피크 파장이 각각 λ₁(㎚), λ₂(㎚)이고, 반투명반사층(60) 및 반사전극(90)의 양 표면에서 반사시에 생기는 반사광의 위상 시프트가 Φ(라디안)일 경우에, 반사전극(90)과 반투명반사층(60) 간의 광학적 거리(L(㎚))를, 이하의 식(I) 및 (II)를 모두 만족시키도록 설정한다.

2L/λ₁+Φ/2π=m₁ (m₁은 정수) … (I)

2L/λ₂+Φ/2π=m₂ (m₂은 정수) … (II)

여기서, 광학적 거리(L)는, 반사전극(90)과 반투명반사층(60) 사이에 존재하는 층(즉, 투명전극(70) 및 유기 EL층(80))에 관한, 실제 막 두께(㎚)와 굴절율의 곱의 총 합계이다.

제 1 발광색이 청색이고, 제 2 발광색이 적색일 경우, λ₁을 440~490㎚의 범위 내, 그리고 λ₂을 600~650㎚의 범위로 설정하고, 상기 식 (I) 및 (II)를 만족시키도록 광학적 거리(L)를 조정한다. 바람직하게는, λ₁은 발광층 중에 도입되는 청색 도펀트의 발광 피크 파장으로 설정되고, λ₂는 발광층 중에 도입되는 적색 도펀트의 발광 피크 파장으로 설정된다. 사용하는 재료에도 좌우되지만, 이 경우에는, 예컨대 유기 EL층(80)의 실제 막 두께를 200㎚정도로, IZO로 형성되는 투명전극(70)의 실제 막 두께를 200㎚정도로 함으로써, 상기 식 (I) 및 (II)를 만족시키는 광학적 거리(L)를 얻을 수 있다.

한편, 제 1 발광색이 청색이고, 제 2 발광색이 녹색일 경우, λ₁을 440~490㎚의 범위 내, 그리고 λ₂를 500~590㎚의 범위로 설정하고, 상기 식 (I) 및 (II)를 만족시키도록 광학적 거리(L)를 조정한다. 바람직하게는, λ₁은 발광층 중에 도입되는 청색 도펀트의 발광 피크 파장으로 설정되고, λ₂는 발광층 중에 도입되는 녹 색 도펀트의 발광 피크 파장으로 설정된다. 사용하는 재료에도 좌우되지만, 이 경우에는, 예를 들면 유기 EL층(80)의 실제 막 두께를 265㎚정도로, IZO로 형성되는 투명전극(70)의 실제 막 두께를 400㎚정도로 함으로써, 상기 식 (I) 및 (II)를 만족시키는 광학적 거리(L)를 얻을 수 있다.

이상과 같이 광학적 거리(L)를 조정함으로써, 본 발명의 유기 EL 발광소자에서는, 제 1 및 제 2 발광색에 있어서의 발광 스펙트럼의 협대역화(狹帶域化) 및 지향성 향상에 의한 외부 추출효율의 개선과 같은 효과가 얻어져, 해당 발광색의 발광효율을 향상시킬 수 있다.

아울러, 본 발명의 유기 EL 발광소자에서는, 공진기구조를 적용하지 않는 제 3 발광색의 부화소가 되는 발광부에 색변환층(30)을 형성하여, 발광효율을 향상시킨다. 도 1의 구성에서는, 제 3 발광색인 녹색의 부화소 위치에 녹색변환층(30G)을 형성한 예를 나타내었다. 색변환층(30)은, 1종류 또는 복수 종류의 색변환 색소와, 매트릭스 수지를 포함하는 층이다.

제 3 발광색이 녹색일 경우, 색변환 색소는, 발광층에서 발생한 청색영역의 광을 흡수하고, 녹색영역의 광을 방사하는 색소이다. 이 경우에 사용할 수 있는 색변환 색소는, 예를 들면, 3- (2´-벤조티아졸릴)-7-디에틸아미노-쿠마린(쿠마린6), 3- (2´-벤조이미다졸릴)-7-디에틸아미노-쿠마린(쿠마린7), 3- (2´-N-메틸벤조이미다졸릴)-7-디에틸아미노-쿠마린(쿠마린30), 2,3,5,6-1H,4H-테트라히드로-8-트리플루오로메틸퀴놀리진(9,9a,1-gh)쿠마린(쿠마린153) 등의 쿠마린계 색소, 혹은 쿠마린 색소계 염료인 베이식 옐로51, 나아가서는 솔벤트 옐로11, 솔벤트 옐로116 등의 나프탈이미드계 색소 등을 포함한다.

제 3 발광색이 적색일 경우, 색변환 색소는, 발광층에서 발생하는 청색~녹색영역의 광을 흡수하고 적색영역의 광을 방사하는 색소, 바람직하게는, 발광층에서 발생하는 청색영역의 광을 흡수하고 적색영역의 광을 방사하는 색소이다. 이 경우에 사용할 수 있는 색변환 색소는, 예컨대, 로다민B, 로다민6G, 로다민3B, 로다민101, 로다민110, 설포로다민, 베이식 바이올렛11, 베이식 레드2 등의 로다민계 색소, 시아닌계 색소, 1-에틸-2- [4- (p-디메틸아미노페닐)-1,3-부타디에닐]-피리디늄퍼클로레이트(피리딘1) 등의 피리딘계 색소, 혹은 옥사진계 색소 등을 포함한다. 또한, 전술한 청색영역의 광을 흡수하고 녹색영역의 광을 방사하는 색소를 병용하여, 색변환 효율을 향상시켜도 좋다.

색변환층(30)에서 이용되는 매트릭스 수지는, 열가소성 수지에 더하여, 광경화성 또는 광열병용형 경화성 수지(레지스트)의 경화물을 포함한다.

또한, 임의선택적이기는 하나, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 제 2 발광색의 부화소가 되는 발광부에, 제 2 발광색의 광을 방출하는 색변환층(30)을 형성해도 좋다. 도 2의 구성에서는, 제 2 발광색(적색)의 부화소 위치에 적색변환층(30R)을 형성한 예를 나타내었다.

본 발명의 유기 EL 발광소자에서는, 임의선택적이기는 하나, 투명기판(10)과 접촉하여, 각 발광색의 부화소에 상당하는 위치에, 해당 발광색에 상당하는 컬러필터층(20)을 형성해도 좋다. 도 1의 구성에서는, 제 1 ~ 제 3 발광색(청색, 적색 및 녹색)의 부화소에 상당하는 위치의 각각에, 각각의 발광색(청색, 적색 및 녹색) 에 상당하는 컬러필터층(20B, 20R, 20G)을 형성한 예를 나타내었다. 컬러필터층(20)은, 특정한 파장영역의 광만을 투과시키고, 그 밖의 파장영역의 광을 차단하여, 투과광의 색순도를 향상시키기 위한 층이다. 컬러필터층(20)은, 플랫 패널 디스플레이용으로 시판되고 있는 재료 및 기지(旣知)의 방법을 이용하여 형성하는 것이 가능하다.

본 발명의 유기 EL 발광소자에서는, 임의선택적이기는 하나, 투명기판(10) 상에 색변환층(30) 및, 존재할 경우에는 컬러필터층(20)을 덮는 평탄화층(40)을 형성해도 좋다. 평탄화층(40)은, 투명전극(70)과 반사전극(90) 간의 단락의 원인이 되는 요철을 제거하고, 표면을 평탄화시키기 위한 층이다. 평탄화층(40)은, 단층으로 구성되어도 좋고, 복수의 재료를 적층한 것이어도 좋다. 평탄화층(40)의 형성에 이용가능한 재료는, 이미드 변성 실리콘 수지, 무기금속화합물(TiO, Al₂O₃, SiO₂ 등)을 아크릴, 폴리이미드, 실리콘 수지 등 중에 분산시킨 재료, 아크릴레이트 모노머/올리고머/폴리머의 반응성 비닐기를 가지는 수지, 레지스트 수지, 불소계 수지, 또는 에폭시 수지, 에폭시 변성 아크릴레이트 수지 등의 광경화성 수지 및 / 또는 열경화성 수지를 포함한다. 이들 재료를 이용하여 평탄화층(40)을 형성하는 방법에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면, 건식법(스퍼터법, 증착법, CVD법 등), 혹은 습식법(스핀코트법, 롤코트법, 캐스트법 등)과 같은 관용의 방법에 의해 형성할 수 있다.

본 발명의 유기 EL 발광소자에서는, 임의선택적이기는 하나, 색변환층(30)과 투명전극(70) 사이에, 평탄화층(40)이 존재하는 경우에는 평탄화층(40)상에 패시베이션층(50)을 형성해도 좋다. 패시베이션층(50)은, 그 아래에 형성되는 색변환층(30), 및 존재하는 경우에는 컬러필터층(20) 및 평탄화층(40)으로부터의 산소, 저분자성분 및 수분의 투과를 방지하고, 이들에 의한 유기 EL층(80)의 기능 저하를 방지하는 데 유효하다. 패시베이션층(50)은, 예를 들어 SiO_x, AlO_x, TiO_x, TaO_x, ZnO_x 등의 금속산화물, SiN_x 등의 금속질화물, SiN_xO_y 등의 금속산질화물 등의 재료를 이용하여 형성할 수 있다. 패시베이션층(50)은, 스퍼터법 또는 CVD법과 같은 건식법을 이용하여 형성할 수 있다.

(실시예 1)

도 2와 같은 구성의 유기 EL 소자를 제작하였다. 먼저, 두께가 0.7㎜인 유리제의 투명기판(10)을 순수(純水) 속에서 초음파 세정하여, 건조시킨 후에, 추가로 UV오존 세정을 행하였다. 세정이 끝난 유리기판에 대해, 스핀코트법을 이용하여 컬러 모자이크 CK-7800(Fuji film Electronics Materials Co., Ltd. 제조)을 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 패터닝을 행하여, 폭이 0.03㎜이고, 막 두께가 1㎛인 복수의 스트라이프형상 부분이 0.11㎜의 피치로 배열되어 있는 블랙 매트릭스(도시생략)를 형성하였다.

블랙 매트릭스를 형성한 투명기판(10)에 대해, 컬러 모자이크 CB-7001(Fujifilm Electronics Materials Co., Ltd. 제조)을 도포하고, 포토리소그래 피법에 의해 패터닝하여 폭이 0.1㎜이고, 막 두께가 1㎛인 제 1 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프형상 부분이 0.33㎜의 피치로 배치되어 있는 청색 컬러필터층(20B)을 형성하였다.

이어서, 컬러 모자이크 CG-7001(Fujifilm Electronics Materials Co., Ltd. 제조)을 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 패터닝하여 폭이 0.1㎜이고, 막 두께가 1㎛인 제 1 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프형상 부분이 0.33㎜의 피치로 배치되어 있는 녹색 컬러필터층(20G)을 형성하였다.

이어서, 컬러 모자이크 CR-7001(Fujifilm Electronics Materials Co., Ltd. 제조)을 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 패터닝하여 폭이 0.1㎜이고, 막 두께가 1㎛인 제 1 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프형상 부분이 0.33㎜의 피치로 배치되어 있는 적색 컬러필터층(20R)을 형성하였다.

다음으로, 쿠마린6(0.9중량부)을 용제인 프로필렌글리콜모노에틸아세테이트(PGMEA) 120중량부에 용해시켰다. 광중합성 수지조성물인 「V259PA/P5」(Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) 100중량부를 추가하여 용해시켜 도포액을 얻었다. 이 도포용액을, 기판상에 스핀코트법에 의해 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 패터닝을 실시하여, 녹색 컬러필터층(20G) 상에 녹색변환층(30G)을 얻었다. 녹색변환층(30G)은, 폭이 0.1㎜이고, 막 두께가 5㎛인 제 1 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프형상 부분으로 이루어지며, 상기 복수의 스트라이프형상 부분은 0.33㎜의 피치로 배치되었다.

이어서, 쿠마린6(0.5중량부), 로다민6G (0.3질량부), 베이식 바이올렛11(0.3 질량부)을, 「V259PA/P5」 100중량부를 추가하여 용해시켜 도포액을 얻었다. 이 도포용액을, 투명기판상에 스핀코트법에 의해 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 패터닝을 실시하여, 적색 컬러필터층(20R) 상에 적색변환층(30R)을 얻었다. 적색변환층(30R)은, 폭이 0.1㎜이고, 막 두께가 5㎛인 제 1 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프형상 부분으로 이루어지며, 상기 복수의 스트라이프형상 부분은 0.33㎜의 피치로 배치되었다.

컬러필터층(20) 및 색변환층(30)이 형성된 투명기판(10)에 대해, 「V259PA/P5」을 도포하고, 고압수은등의 광을 조사하여 막 두께가 8㎛인 평탄화층(40)을 형성하였다. 이때, 컬러필터층(20) 및 색변환층(30)의 스트라이프 형상에 변형은 발생하지 않았으며, 또한 평탄화층(40)의 상면은 평탄하였다.

평행평판형 플라즈마 CVD장치를 이용하여, 평탄화층(40) 상에 막 두께가 300㎚인 SiN막으로 이루어진 패시베이션층(50)을 형성하였다. 분위기를 SiH₄가스 50sccm과 N₂가스 200sccm으로 하고, RF인가전력을 150W, 기판 스테이지 온도를 60℃로 하였다.

패시베이션층(50)의 상면에, 스퍼터법(DC 마그네트론)에 의해 막 두께가 12㎚인 은합금막(Furuya Metal Co., Ltd.제조, APC-TR)을 형성하였다. 스핀코트법을 이용하여 은합금막 상에 막 두께가 1.3㎛인 포토레지스트(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.제조, TFR-1250)를 형성하고, 클린 오븐(Clean Oven) 속에서 80℃로 15분간에 걸쳐 건조시켰다. 그런 다음, 포토레지스트에 대해 포토마스크를 통과시켜 고압 수은램프에 의한 자외선을 조사하고, 현상액(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.제조, NMD-3)으로 현상하여, 은합금막 상에 포토레지스트 패턴을 제작하였다. 이용한 포토마스크는, 청색 컬러필터층(20B) 및 적색 컬러필터층(20R)에 상당하는 위치에, 폭이 0.094㎜인 스트라이프 형상의 차광부를 가졌다.

이어서, 은용(銀用) 에칭액(Kanto Chemical Co., Inc.제조, SEA2)을 이용하여 은합금막을 에칭하고, 이어서, 레지스트 박리액(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.제조, 박리액106)을 이용하여 포토레지스트 패턴을 박리하고, 청색 컬러필터층(20B) 및 적색 컬러필터층(20R)에 상당하는 위치에 패턴화된 은합금으로 이루어진 반투명반사층(60)을 제작하였다.

이어서, DC스퍼터법을 이용하여, 막 두께가 220㎚인 IZO막을 형성하였다. IZO막의 형성시에는, 스퍼터 가스로서 압력이 0.3Pa인 Ar을 이용하고, 타겟으로서 In₂O₃-10% ZnO를 이용하며, 100W의 전력을 인가하였다. 이때의 막 형성 속도는 0.33㎚/s였다. 이어서, 포토리소그래피법에 의한 패터닝, 건조처리(150℃) 및 UV처리(수은등, 실온 및 150℃)를 실시하여, 각 색상의 컬러필터층(20)에 상당하는 위치에, 폭이 0.094㎜이고, 피치가 0.11㎜이고, 막 두께가 100㎚인 제 1 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 형상의 부분전극으로 이루어진 투명전극(70; 양극)을 얻었다.

이어서, 투명전극(70)을 형성한 적층체를 저항가열증착장치 내에 장착하고, 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층으로 이루어진, 총 막 두께가 226.8 ㎚인 유기 EL층(80)을 진공을 유지한 채 순차로 막 형성하였다. 막 형성시에는 진공조의 내압을 1×10^-5Pa까지 감압하였다. 정공주입층으로서 막 두께가 177㎚인 4,4´, 4˝-트리스[(3-메틸페닐)페닐아미노]-트리페닐아민(m-MTDATA)과 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노-퀴노디메탄(F4-TCNQ)의 공증착막(m-MTDATA:F4-TCNQ=100:2(막 두께 기준의 성분비))을 형성하였다. 정공수송층으로서 막 두께가 10.7㎚인 N,N´-비스(1-나프틸)-N,N´-디페닐-비페닐-4,4´-디아민(α-NPD)을 적층하였다. 발광층으로서 막 두께가 16.7㎚인 4,4´-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(DPVBi), 청색 도펀트BD-102(Idemitsu 제조), 및 적색 도펀트RD-001(Idemitsu 제조)의 공증착막(DPVBi:BD-102:RD-001=100:3:0.15(막 두께 기준의 성분비))을 적층하였다. 이어서, 전자수송층으로서 막 두께가 22.4㎚인 트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄 착체(Alq₃)를 적층하였다. 또한, 본 발명에서의 「막 두께 기준의 성분비」란, 각 성분을 단체(單體)로 증착하였을 경우에 형성되는 막 두께로 나타낸 비를 의미한다.

이후, 진공을 유지한 채로, 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 연장되는 폭이 0.3㎜이고, 피치가 0.33㎜인 스트라이프 패턴을 얻을 수 있는 마스크를 이용하여, LiF(막 두께 1㎚)/Al(막 두께 100㎚)를 퇴적시켜, 복수의 스트라이프 형상의 부분전극으로 이루어진 반사전극(90)을 형성하였다.

이상과 같이 얻어진 적층체를 글러브 박스(glove box) 내의 건조 질소분위기(수분농도 10ppm이하) 중으로 이동시키고, 게터제가 도포되어 있는 밀봉유리 및 UV경화 접착제(양쪽 모두 도시생략)를 이용하여 밀봉하고, 유기 EL 소자를 얻었다.

또한, 상기와 동일한 순서를 이용하여, 투명기판(10) 상에 직접, 반투명반사층(60), 투명전극(70), 유기 EL층(80) 및 반사전극(90)을 순차로 적층하여, 유기 EL 발광 스펙트럼 측정용 소자를 제작하였다. 얻어진 유기 EL 발광 스펙트럼 측정용 소자의 모든 발광부를 발광시켜, 그 발광 스펙트럼을 측정하였다. 도 3에 그 결과를 나타내었다.

(실시예 2)

적색변환층(30R)을 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 1의 순서를 반복하여, 도 1에 나타내는 구성을 가지는 유기 EL 소자를 제작하였다.

(실시예 3)

실시예 1의 순서를 반복하여, 투명기판(10) 상에, 컬러필터층(20R, 20G, 20B), 색변환층(30R, 30G), 평탄화층(40) 및 패시베이션층(50)을 형성하였다. 이어서, 실시예 1과 동일한 조건을 이용하여, 청색 및 녹색의 컬러필터층(20B, 20G)에 상당하는 위치에 반투명반사층(60)을 형성하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 조건을 이용하여, 막 두께가 220㎚인 IZO로 이루어진 투명전극(70)을 형성하였다.

이어서, 투명전극(70)을 형성한 적층체를 저항가열증착장치내에 장착하고, 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층으로 이루어진 총 막 두께가 225㎚인 유기 EL층(80)을 진공을 유지한 채 순차로 막 형성하였다. 막 형성시에는 진공조의 내압을 1×10^-5Pa까지 감압하였다. 정공주입층으로서 막 두께가 180㎚인, m- MTDATA 및 F4-TCNQ의 공증착막(m-MTDATA:F4-TCNQ=100:2(막 두께 기준의 성분비))을 형성하였다. 정공수송층으로서 막 두께가 10㎚인 α-NPD를 적층하였다. 발광층으로서 막 두께가 15㎚인, DPVBi, 녹색 도펀트GD-206(Idemitsu 제조), 및 적색 도펀트RD-001(Idemitsu 제조)의 공증착막(DPVBi:GD-206:RD-001=100:3:0.15(막 두께 기준의 성분비))을 적층하였다. 계속해서, 전자수송층으로서 막 두께가 20㎚인 Alq₃을 적층하였다.

이후, 실시예 1과 동일한 조건을 이용하여, 반사전극(90)의 형성 및 밀봉을 수행하여 유기 EL 소자를 얻었다.

(비교예 1)

실시예 1의 순서를 반복하여, 투명기판(10) 상에, 컬러필터층(20R, 20G, 20B), 색변환층(30R, 30G), 평탄화층(40) 및 패시베이션층(50)을 형성하였다. 이어서, 실시예 1과 동일한 조건을 이용하여, 패시베이션층(50) 상에 직접 투명전극(70)을 형성하였다.

이어서, 투명전극(70)을 형성한 적층체를 저항가열증착장치내에 장착하고, 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층으로 이루어진 총 막 두께가 140.3㎚인 유기 EL층(80)을 진공을 유지한 채 순차로 막 형성하였다. 막 형성시에는 진공조의 내압(內壓)을 1×10^-5Pa까지 감압하였다. 정공주입층으로서, 막 두께가 95.5㎚인, m-MTDATA 및 F4-TCNQ의 공증착막(m-MTDATA:F4-TCNQ=100:2(막 두께 기준의 성분비))을 형성하였다. 정공수송층으로서 막 두께가 10㎚인 α-NPD를 적층하 였다. 발광층으로서 막 두께가 14.9㎚인, DPVBi, 청색 도펀트 BD -102(Idemitsu 제조), 및 적색 도펀트 RD-001(Idemitsu 제조)의 공증착막(DPVBi:BD-102:RD-001=100:3:0.15(막 두께 기준의 성분비))을 적층하였다. 이어서, 전자수송층으로서 막 두께가 19.9㎚인 Alq₃을 적층하였다.

이후, 실시예 1과 동일한 조건을 이용하여, 반사전극(90)의 형성 및 밀봉을 수행하여 유기 EL 소자를 얻었다. 얻어진 유기 EL 소자는, 반투명반사층(60)이 존재하지 않는 점과 유기 EL층(80)을 구성하는 층의 막 두께가 다르다는 점에서 실시예 1의 유기 EL 소자와 다르다.

또한, 상기와 동일한 순서를 이용하여, 투명기판(10) 상에 직접, 투명전극(70), 유기 EL층(80) 및 반사전극(90)을 순차로 적층하고, 유기 EL 발광 스펙트럼 측정용 소자를 제작하였다. 얻어진 유기 EL 발광 스펙트럼 측정용 소자의 모든 발광부를 발광시켜, 그 발광 스펙트럼을 측정하였다. 도 3에 그 결과를 나타내었다.

(비교예 2)

반투명반사층(60)을 청색 컬러필터층(20B)에 상당하는 위치에만 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 마찬가지로 유기 EL 소자를 제작하였다.

(평가)

도 3은, 실시예 1 및 비교예 1의 발광 스펙트럼 측정용 소자에 의한 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 반투명반사층(60)을 형성하지 않은 비교예 1에서의 소자 의 스펙트럼에서는, 발광층 중의 호스트 분자 및 2개의 도펀트의 발광에 기인한다고 생각되는 3개의 피크가 관찰되며, 각각의 피크의 폭은 넓게 되어 있었다. 한편, 반투명반사층(60)을 형성하고, 투명전극 및 유기 EL층의 막 두께를 최적화한 실시예 1의 소자에서는, 청색영역 및 적색영역의 2개의 피크가 관찰되며, 이들 피크(특히, 청색영역의 피크)의 형상은 뾰족하게 되어 있었다. 이 결과로부터, 실시예 1의 소자에 형성한 공진기구조가, 발광부에서 발생하는 광에서 청색영역 및 적색영역을 강조하는 데 유효함을 알 수 있다.

또한, 컬러필터층(20)을 포함하는 실시예 및 비교예에서의 유기 EL 소자의 모든 발광부에 대해 전류밀도가 0.1A/cm²인 전류를 흘렸을 때의 전류효율(가시광 전체 영역에 관한) 및 휘도비를 측정하였다. 표 1에 그 결과를 나타내었다. 또한, 휘도비는, 비교예 1에서의 소자의 휘도를 기준으로 한 상대비로 나타내었다.

실시예 2의 유기 EL 소자는, 비교예 1의 유기 EL 소자에 비해 1.2배의 휘도 및 전류효율을 나타내었다. 이것은, 공진기구조를 배치한 청색 및 적색 부화소에서의 청색 및 적색광의 강조에 더하여, 녹색변환층(30G)을 배치한 녹색 부화소에서의 청색성분의 색변환에 의해 녹색광의 강도가 향상된 것에 의한 것으로 생각된다.

또, 실시예 3의 유기 EL 소자는, 비교예 1의 유기 EL 소자에 비해 1.14배의 휘도 및 전류효율을 나타내었다. 이것은, 공진기구조를 배치한 청색 및 녹색 부화소에서의 청색 및 녹색광의 강조에 더하여, 적색변환층(30R)을 배치한 적색 부화소에서의 청색성분의 색변환에 의해 적색광의 강도가 향상된 것에 의한 것으로 생각 된다.

또한, 실시예 1의 유기 EL 소자는, 실시예 2의 유기 EL 소자에 비해 1.08배의 휘도 및 전류효율을 나타내었다. 이것은, 적색 부화소에 있어서, 공진기구조의 존재에 의한 강조에 더하여, 청색성분의 색변환에 의해 적색광의 강도가 더욱 향상된 것에 의한 것으로 생각된다.

더욱이, 실시예 1의 유기 EL 소자는, 비교예 2의 유기 EL 소자에 비해 1.24배의 휘도 및 전류효율을 나타내었다. 이것은, 적색변환층(30R)이 배치된 적색 부화소에 있어서, 공진기구조의 존재에 의해 청색광을 강조하는 것이, 청색성분의 색변환에 의한 적색광의 강도향상에 크게 기여하고 있기 때문으로 생각된다.

제 1표 소자특성

	전류효율(cd/A)	휘도비
실시예 1	2.8	1.30
실시예 2	2.6	1.20
실시예 3	2.5	1.14
비교예 1	2.2	1.00
비교예 2	2.3	1.05

(비교예 3)

실시예 1의 순서를 반복하여, 투명기판(10) 상에, 컬러 필터층(20R, 20G, 20B), 색변환층(30R, 30G), 평탄화층(40) 및 패시베이션층(50)을 형성하였다.

이어서, 실시예 1과 동일한 조건을 이용하여, 모든 색상의 컬러 필터층(20)에 상당하는 위치에 반투명반사층(60)을 형성하였다.

이어서, 실시예 1과 동일한 조건을 이용하여, 막 두께가 220㎚인 IZO로 이루어진 투명전극(70)을 형성하였다.

이어서, 투명전극(70)을 형성한 적층체를 저항가열증착장치내에 장착하고, 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층으로 이루어진 총 막 두께 279㎚인 유기 EL층(80)을 진공을 유지한 채 순차로 막을 형성하였다. 막 형성시에는 진공조의 내압을 1×10^-5Pa까지 감압하였다. 정공주입층으로서 막 두께가 229㎚인, m-MTDATA 및 F4-TCNQ의 공증착막(m-MTDATA:F4-TCNQ=100:2(막 두께 기준의 성분비))을 형성하였다. 정공수송층으로서 막 두께가 10㎚인 α-NPD를 적층하였다. 발광층으로서 막 두께 20㎚인, DPVBi, 청색 도펀트BD-102(Idemitsu 제조), 및 적색 도펀트RD-001(Idemitsu 제조)의 공증착막(DPVBi:BD-102:RD-001=100:3:0.15(막 두께 기준의 성분비))을 적층하였다. 이어서, 전자수송층으로서 막 두께가 20㎚인 Alq₃을 적층하였다.

이후, 실시예 1과 동일한 조건을 이용하여, 반사전극(90)의 형성 및 밀봉을 수행하여 유기 EL 소자를 얻었다. 얻어진 유기 EL 소자는, 반투명반사층(60)의 배치 및 유기 EL층의 막 두께의 변경에 의해, 3개의 발광색(청색, 녹색 및 적색) 전부에 공진기구조가 형성된 점에서, 실시예 1의 유기 EL 소자와 다르다.

본 비교예의 유기 EL 소자의 구동전압은, 실시예 1의 유기 EL 소자의 구동전압보다도 높고, 이에 따라 본 비교예의 유기 EL 소자의 소비전력 또한 실시예 1의 소자보다 높았다. 이러한 결과는, 모든 발광색에 있어서 공진기구조를 실현하기 위하여, 유기 EL층(80)의 막 두께가 증대되어 버렸기 때문으로 생각된다.

도 1은 본 발명의 유기 EL 발광소자의 일례를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 유기 EL 발광소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 유기 EL 발광부의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 투명기판 20R, 20G, 20B : 컬러 필터층

30R, 30G : 색변환층 40 : 평탄화층

50 : 패시베이션층 60 : 반투명반사층

70 : 투명전극 80 : 유기 EL층

90 : 반사전극

Claims

복수의 독립된 발광부를 포함하고, 상기 복수의 발광부는, 투명기판 상에 순차로 적층된 투명전극, 적어도 발광층을 포함하는 유기 EL층, 및 반사전극을 포함하며, 상기 복수의 독립된 발광부는 제 1∼제 3 발광색의 부(副)화소를 구성하는 유기 EL 발광소자로서,

제 1 및 제 2 발광색의 부화소를 구성하는 발광부는, 투명기판과 투명전극 사이에 반투명반사층을 더 포함하며, 상기 반투명반사층은 해당 발광색의 광에 관하여 반사전극과의 사이에서 광공진기로서 작용하도록 구성되어 있고,

제 3 발광색의 부화소를 구성하는 발광부는, 투명기판과 투명전극 사이에 색변환층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 발광소자.
제 1항에 있어서,

제 1 발광색이 청색이고, 제 2 발광색이 적색이고, 제 3 발광색이 녹색인 것을 특징으로 하는 유기 EL 발광소자.
제 1항에 있어서,

제 1 발광색이 청색이고, 제 2 발광색이 녹색이고, 제 3 발광색이 적색인 것을 특징으로 하는 유기 EL 발광소자.