KR20090039608A - 발광 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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KR20090039608A
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light
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히데카즈 고바야시
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 외광 반사를 저감하는 것이 가능한 발광 장치를 제공한다.
(해결 수단) 발광 장치는, 발광 소자와, 반사층과, 반투명 반(半)반사층을 갖는 공진기 구조에 더하여, 컬러 필터를 구비한다. 이 중, 반투명 반반사층은, 그 굴절률이 1이상이며, 바람직하게는 MgAg으로 만들어져 있으면 좋다. 또한, 반사층에서 반투명 반반사층까지의 광학적 거리(d1)가, 외광 반사를 저감하는 데에 매우 적합한 조건을 만족시키면 더욱 좋다.
발광 소자, 반사층, 반투명 반반사층, 굴절률

Description

발광 장치 및 전자 기기 {LIGHT EMITTING DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은, 일렉트로루미네센스(electroluminescence)에 의해 발광하는 발광 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
박형이며 경량인 발광원으로서, OLED(Organic Light Emitting Diode), 즉 유기 EL(Electro Luminescent) 소자가 주목을 모으고 있고, 다수의 유기 EL 소자를 구비하는 화상 표시 장치가 개발되고 있다. 유기 EL 소자는, 유기 재료로 형성된 적어도 1층의 유기 박막을 화소 전극과 대향 전극으로 협지(interpose)한 구조를 갖는다.
유기 EL 소자의 분야에 있어서, 증폭적 간섭, 즉 공진을 이용하여, 발광한 빛 중 특정의 파장의 빛을 강하게 하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 이 기술에서는, 발광색의 색 순도를 높이거나, 발광에 대한 방출되는 빛의 효율을 높이거나 할 수 있다.
유기 EL 소자에는, 표시면의 외광 반사에 의해 표시 화상의 품질이 열화되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해, 예를 들면 표시면측에 원편광판(circular polarizing plate)을 배치하는 것이 제안되고 있다. 그러나, 원편광판은, 발광층 에서 발생한 빛을 절반 이하로 감쇠(減衰)시키기 때문에, 휘도가 저하해 버린다.
또한, 컬러 필터를 유기 EL 소자에 겹침으로써, 외광 반사를 저감하는 방법도 제안되고 있다. 이 방법은, 투과시키는 목적의 파장 이외의 파장의 빛을 컬러 필터에 흡수시키는 방법이다. 그러나, 단순히 컬러 필터를 이용하는 방법에서는, 유기 EL 소자가 방출하는 빛과 다른 색의 빛의 반사가 저감되지만, 유기 EL 소자가 방출하는 빛과 동일한 색 또는 유사한 색의 빛의 반사율이 그다지 저감되지 않는다.
또한, 특허 문헌 2에는, 유기 발광 소자의 반(半)투과성 반사성의 전극에서의 외광의 반사광의 위상과, 반사성의 전극에서의 외광의 반사광의 위상이 반전하도록 조정하는 기술이 개시되어 있다.
[특허 문헌 1] 국제 공개 제01/39554호 팜플렛
[특허 문헌 2] 일본특허 제3944906호 공보
특허 문헌 2에 기재된 바와 같이, 어느 면에서의 반사광의 위상과 다른 면에서의 반사광의 위상을 역으로 한 경우에는, 감쇠적 간섭에 의해 반사광이 저감할지도 모른다. 그러나, 이 조건 하에서는, 유기 발광 소자의 발광 중 방출되는 빛의 효율을 높이는 것에 한계가 있다. 특허 문헌 2에서는, 유기 발광 소자가, 반투과성 반사성의 전극과 반사성의 전극을 구비하고, 이들의 전극의 사이에서 빛이 왕복하게 되어 있어, 빛을 공진시키는 공진기 구조를 갖는다고 기재되어 있지만, 비록 전극의 사이에서 빛이 왕복하는 구조라도, 광학적 거리 등의 광학적 요인이 부적절해서는, 빛은 공진하지 않아 빛의 이용 효율을 높일 수 없다.
그래서, 본 발명은, 전술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 발광 장치는, 전술한 과제를 해결하기 위해, 제1 전극층과, 제2 전극층과, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층의 사이에 배치된 발광 기능층을 갖는 발광 소자와, 상기 발광 기능층에서 발하여진 빛을 상기 발광 기능층을 향하여 반사하는 반사층과, 상기 발광 기능층을 사이에 두고 상기 반사층의 반대측에 배치되어, 상기 발광 기능층에서 발하여진 빛의 일부를 상기 발광 기능층을 향하여 반사하고, 다른 일부를 투과시키는 반투명 반(半)반사층을 구비하고, 상기 반투명 반반사층은, 굴절률이 1이상이다.
본 발명에 의하면, 당해 발광 장치에 입사하는 외광의 반사에 따른 화질 저하 등의 폐해를 억제할 수 있다. 이는 이하의 사정에 따른다.
본 발명에 따른 발광 장치는, 발광 소자, 반사층 및, 반투명 반반사층(translucent semi-reflection layer)으로 이루어지는 공진기 구조를 구비하지만, 반투명 반반사층이 굴절률 1이상인 점에서, 당해 반투명 반반사층으로부터 입사하여 오려고 하는 외광은, 전(全)반사 조건에 보다 먼 조건 하에서, 당해 층 내에서 굴절하게 된다. 한편, 가령, 굴절률이 1을 하회하는 경우를 생각하면, 이 경우, 외광은, 전반사 조건에 보다 가까운 조건 하에서, 당해 층 내에서 굴절하게 된다.
이들 양자의 경우를 비교하면, 외광 반사의 절대량 자체가, 후자에 비하여 전자의 쪽이 상대적으로 작아진다고 생각된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 외광 반사 저감 효과가 얻어지게 되는 것이다.
이 발명의 발광 장치에서는, 상기 반투명 반반사층을 사이에 두고 상기 발광 기능층의 반대측에 배치되어, 상기 반투명 반반사층을 투과한 빛을 투과시키는 컬러 필터를 추가로 구비하고, 상기 반사층에서, 상기 반투명 반반사층에 있어서의 상기 반사층에 대향하지 않는 계면(interface)까지의 광학적 거리가, 식(1)로 산출되는 광학적 거리(d2)에 기초하여 정해지도록 구성해도 좋다.
d2=(p+1/2)·λ/2-(Φ1-Φ2)·λ/4π … 식(1)
여기서, λ는 상기 컬러 필터의 투과율의 피크에 상당하는 파장이며, Φ1 은, 상기 발광 기능층과는 반대측으로부터 상기 반투명 반반사층으로 진행하는 파장(λ)의 빛이, 상기 반투명 반반사층의 상기 발광 기능층과는 반대측의 계면에서 반사할 때의 위상 변화이며, Φ2 는, 상기 발광 기능층측으로부터 상기 반사층으로 진행하는 파장(λ)의 빛이, 상기 반사층에서 반사할 때의 위상 변화이며, p는, 플러스의 정수이다.
이 형태에 의하면, 상기 공진기 구조가, 감쇠적 간섭을 생기게 하기 위한 광학적 거리를 기준으로 구성되어 있는 점에서, 전술의 효과를 보다 실효적으로 가져오게 된다. 이를 만족시키는, 보다 구체적인 구성 내지 구조에 대해서는, 실시 형태에 있어서 설명된다.
또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 반투명 반반사층을 사이에 두고 상기 발광 기능층의 반대측에 배치되어, 상기 반투명 반반사층을 투과한 빛을 투과시키는 컬러 필터를 추가로 구비하고, 상기 반투명 반반사층은 소정의 물리적인 두께(tz)를 가지고, 그리고, 상기 반사층에서, 상기 반투명 반반사층에 있어서의 상기 반사층에 대향하는 계면까지의 광학적 거리가, 식(2)로 산출되는 광학적 거리(d1)에 기초하여 정해지도록 구성해도 좋다.
d1=(p+1/2)·λ/2-(Φ1-Φ2)·λ/4π-nz·tz … 식(2)
여기서, λ는 상기 컬러 필터의 투과율의 피크에 상당하는 파장이며, Φ1 은, 상기 발광 기능층과는 반대측으로부터 상기 반투명 반반사층으로 진행하는 파 장(λ)의 빛이, 상기 반투명 반반사층의 상기 발광 기능층과는 반대측의 계면에서 반사할 때의 위상 변화이며, Φ2 는, 상기 발광 기능층측으로부터 상기 반사층으로 진행하는 파장(λ)의 빛이, 상기 반사층에서 반사할 때의 위상 변화이며, p는, 플러스의 정수이며, nz는 상기 반투명 반반사층의 파장(λ)에 관한 굴절률이다.
이 형태에 의하면, 상기 공진기 구조가, 감쇠적 간섭을 생기게 하기 위한 광학적 거리를 기준으로 구성되어 있는 점에서, 전술한 효과를 보다 실효적으로 가져오게 된다. 이를 만족시키는, 보다 구체적인 구성 내지 구조에 대해서는, 실시 형태에 있어서 설명된다.
또한, 반투명 반반사층의 물리적인 두께(tz)의 변화(제조 프로세스상 이용되는 각종 파라미터의 조정, 또는 그들의 오차 등에 따름)는, 통상, 굴절률의 변화를 가져온다. 따라서, 바람직하게는, 이 물리적인 두께(tz)를 적극적으로 조정하는 것을 통하여, 굴절률이 1이상이라는 조건이 만족되는 바와 같은 굴절률에 따른 조정이 행해지면 좋다.
또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 반투명 반반사층이, 적어도 2종 이상의 단위 원소로 이루어지는 합금을 포함하고, 그 중 1종의 단위 원소의 조성 비율의 변화 및, 상기 반투명 반반사층의 물리적 두께의 변화에 따라, 상기 굴절률이 변화하는 경우에 있어서, 상기 반투명 반반사층의 합금 조성은, 상기 물리적 두께에 따르거나, 또는, 상기 반투명 반반사층의 상기 물리적 두께는, 상기 합금 조성에 따라 정해지도록 구성해도 좋다.
이 형태에 의하면, 우선, 물리적 두께 및 합금 조성 비율의 조정을 통하여, 반투명 반반사층의 굴절률을 매우 적합하게 조정할 수 있다.
또한, 본 형태에 의하면, 반투명 반반사층의 재료 설계에 관한 설계 자유도가 높아진다. 예를 들면, 상기 1종의 단위 원소의 조성 비율이 증대하면 굴절률은 감소하고, 그리고, 상기 물리적 두께가 증대하면 굴절률은 증대한다는 등과 같은 관계가 있는 경우에는, 물리적 두께를 상대적으로 크게 함으로써, 상기 1종의 단위 원소의 조성 비율을 높이는 등과 같은 재료 설계가 가능해진다. 역으로, 합금 조성을 미리 소망하는 것으로 정한 후에, 물리적 두께를 정할 수도 있다.
여기서, 일반적으로, 합금 조성 비율의 변화에 따라서는, 투명도 등의 광학적 특성이나, 강도, 온도 변화에 대한 감응도(열팽창률 등) 등의 기계적·역학적·물리적 특성, 각종 화학 물질 등에 대한 내성(耐性) 등의 화학적 특성 등등도 또한 변화할 수 있는 것이 통상이다. 따라서, 실제상의 장치에, 어떠한 합금 조성 비율을 가지는 재료를 이용하는지는, 여러 가지 사정이 감안된 후에 결정되는 것이 바람직하다.
이러한 사정을 감안하는데에, 예를 들면 전술한 바와 같이, 최초로 바람직한 합금 조성 비율을 정한 후에도, 두께를 조정함으로써, 굴절률을 조정 가능하다는 등과 같은 본 형태는, 매우 유리하다. 이에 따라, 전반적인 관점에서 보아 제반의 요구를 만족시킨 반투명 반반사층을 제공할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 반투명 반반사층이, MgAg을 포함하도록 구성해도 좋다.
이 형태에 의하면, 반투명 반반사층이, 매우 적합하게 「굴절률이 1이상이다」라는 것이 만족된다. 또한, 반투명 반반사층을 구성하는 재료로서, 이 MgAg을 이용하는 경우에, 그 막두께는, 12.5nm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한, MgAg의 조성 비율은, Mg을 10으로 한 경우의 Ag의 비율이 10 이하인 것이 바람직하다. 그 한계적인 의의는, 후의 실시 형태에 있어서의 설명을 참조하길 바란다.
또한, 본 발명의 전자 기기는, 상기 과제를 해결하기 위해, 전술한 각종의 발광 장치를 구비한다.
본 발명에 의하면, 전술한 각종의 발광 장치를 구비하여 이루어지기 때문에, 외광 반사 저감 효과를 실효적으로 누리게 된다. 따라서, 보다 고품질의 화상을 표시하는 것이 가능하다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하에서는, 본 발명에 따른 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도면에 있어서는, 각 부의 치수의 비율은 실제의 것과는 적절히 다르다.
<유기 EL 장치의 단면 구조>
도1 은, 본 발명의 실시 형태에 따른 발광 장치로서의 유기 EL 장치(1)의 개략을 나타내는 단면도이다. 유기 EL 장치(1)는, 발광 패널(3)과 컬러 필터 패널(30)을 구비한다.
발광 패널(3)은, 도시한 바와 같이 복수의 화소로서의 발광 소자(2(2R, 2G, 2B))를 갖는다. 본 실시 형태의 유기 EL 장치(1)는, 풀(full) 컬러의 화상 표시 장치로서 사용된다. 발광 소자(2R)는 방출광의 색이 적색인 발광 소자이며, 발광 소자(2G)는 방출광의 색이 녹색인 발광 소자이며, 발광 소자(2B)는 방출광의 색이 청색인 발광 소자이다. 도1 에서는, 3개의 발광 소자(2)밖에 나타나 있지 않지만, 실제로는, 도시한 것보다도 다수의 발광 소자가 형성되어 있다. 이하, 구성 요소의 첨자인 R, G, B는, 발광 소자(2R, 2G, 2B)에 대응한다.
도시의 발광 패널(3)은 톱 이미션(top emission) 타입이다. 발광 패널(3)은, 기판(10)을 갖는다. 기판(10)은, 예를 들면 유리와 같은 투명 재료로 형성해도 좋고, 예를 들면 세라믹 또는 금속과 같은 불투명 재료로 형성해도 좋다.
기판(10) 상의 적어도 발광 소자(2)와 겹치는 위치에는, 균일한 두께의 반사층(12)이 형성되어 있다. 반사층(12)은, 예를 들면 알루미늄 또는 은 등의 반사율이 높은 재료로 형성되어 있어, 발광 소자(2)로부터 진행해 오는 빛(발광 소자(2)에서의 발광을 포함함)을 도1 의 상방을 향하여 반사한다.
반사층(12)을 덮도록 기판(10) 상에는, 절연체 투명층(14)이 형성되어 있다. 절연체 투명층(14)은, 예를 들면 SiN 등의 절연체로서 투광성이 높은 재료로 형성되어 있다. 도시하지 않지만, 절연체 투명층(14)에는, 각 발광 소자(2)에 급전하기 위한 TFT(박막 트랜지스터) 및 배선이 매설되어 있다. 반사층(12) 상의 절연체 투명층(14)의 두께는, 겹쳐 있는 발광 소자(2)의 발광색에 관계없이 균일하다.
절연체 투명층(14)의 위에는, 발광 소자(2)를 구분하는 세퍼레이터(separator)로서의 격벽(partition;16)이 형성되어 있다. 격벽(16)은, 예를 들 면, 아크릴, 에폭시 또는 폴리이미드 등의 절연성의 수지 재료로 형성되어 있다.
각 발광 소자(2)는, 제1 전극층(18)과, 반투명 반반사층으로서의 제2 전극층(22)과, 제1 전극층(18) 및 제2 전극층(22)의 사이에 배치된 발광 기능층(20)을 갖는다. 본 실시 형태에서, 제1 전극층(18(18R, 18G, 18B))은, 화소(발광 소자(2))에 각각 형성되는 화소 전극으로서, 예를 들면 양극이다. 제1 전극층(18)은, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ZnO2와 같은 투명 재료로 형성되어 있다. 제1 전극층(18)의 두께는, 발광색에 따라 다르다. 즉, 제1 전극층(18R, 18G, 18B)은, 서로 다른 두께를 갖는다.
본 실시 형태에서, 발광 기능층(20)은, 복수의 발광 소자(2)에 공통으로 형성되어 있고, 발광 소자(2)의 발광색에 관계없이 균일한 두께를 갖는다. 발광 기능층(20)은, 적어도 유기 발광층을 갖는다. 이 유기 발광층은 전류가 흐르면 백색으로 발광한다. 즉, 적색, 녹색 및, 청색의 광성분을 갖는 빛을 발한다. 유기 발광층은, 단층이어도 좋고, 복수의 층(예를 들면 전류가 흐르면 주로 청색으로 발광하는 청색 발광층과, 전류가 흐르면 적색과 녹색을 포함하는 빛을 발하는 황색 발광층)으로 구성되어 있어도 좋다.
도시하지 않지만, 발광 기능층(20)은, 유기 발광층 외에, 정공 수송층, 정공 주입층, 전자 블록층, 정공 블록층, 전자 수송층, 전자 주입층 등의 층을 갖고 있어도 좋다. 발광 기능층(20)이 복수의 층으로 구성되는 경우, 개개의 층도, 발광 소자(2)의 발광색에 관계없이 균일한 두께를 갖는다.
반투명 반반사층으로서의 제2 전극층(22)은, 예를 들면 MgAl, MgCu, MgAu, MgAg과 같은 반투명 반반사성의 합금 또는 금속 재료로 형성되어 있다. 제2 전극층(22)은 본 실시 형태에서는, 복수의 화소(발광 소자)에 공통으로 형성되는 공통 전극으로서, 예를 들면 음극이다. 제2 전극층(22)은, 발광 소자(2)의 발광색에 관계없이 균일한 두께를 갖는다. 제2 전극층(22)은, 발광 기능층(20)으로부터 진행해 온 빛(발광 기능층(20)으로부터의 빛을 포함함)의 일부를 도면의 상방에 투과하고, 이들의 빛의 다른 일부를 도면의 하방, 즉 제1 전극층(18)을 향하여 반사한다.
이 제2 전극층(22)은, 전술한 중에서는 특히 MgAg 등의 굴절률이 1이상인 재료로 만들어지는 것이 바람직하지만, 이 점에 대해서는, 후의 작용 효과의 설명시에, 보다 구체적인 데이터 등에 대한 설명도 섞으면서, 다시 설명하기로 한다.
복수의 격벽(16)간에 형성된 개구(화소 개구)의 내부에 있어서, 발광 기능층(20)은, 제1 전극층(18)과 접촉하고 있고, 어느 발광 소자(2)에 있어서, 제1 전극층(18)과 제2 전극층(22)의 사이에 전류를 흘리면, 그 발광 소자(2)에 있어서의 발광 기능층(20)에는 제1 전극층(18)으로부터 정공이 공급되고, 제2 전극층(22)으로부터 전자가 공급되어, 정공과 전자가 결합하여 발광한다. 따라서, 격벽(16)간에 형성된 화소 개구에서 발광 소자(2)의 발광 영역이 대략 획정(determination)된다. 즉 격벽(16)의 화소 개구는 발광 소자(2)를 구분한다.
도2 에만 나타내지만, 제2 전극층(22)의 도면의 상면에는, 매우 얇은 패시베이션층(passivation layer;27)이 형성되어 있다. 패시베이션층(27)은, 예를 들면 SiON과 같은 투명한 무기 재료로 형성되어 있고, 발광 소자(2)의 특히 발광 기능 층(20)을 수분 또는 산소에 의한 열화로부터 방지한다. 이와 같이 하여 발광 패널(3)이 형성되어 있다.
발광 기능층(20)은 백색 발광하지만, 반사층(12)과 제2 전극층(22)과의 사이에서 빛이 왕복함으로써, 개개의 발광 소자(2)는 특정의 파장의 빛이 증폭된 빛을 방출한다. 즉, 발광 소자(2R)에서는 적색의 파장의 빛이 증폭되어 방출되고, 발광 소자(2G)에서는 녹색의 파장의 빛이 증폭되어 방출되고, 발광 소자(2B)에서는 청색의 파장의 빛이 증폭되어 방출된다. 이 목적을 위해, 발광 소자(2R, 2G, 2B)에서는, 반사층(12)과 제2 전극층(22)과의 사이의 광학적 거리(d1(d1R, d1G, d1B))가 다르다. 또한, 도면 중의 광학적 거리(d1(d1R, d1G, d1B)) 및 광학적 거리(d2(d2R, d2G, d2B))는, 광학적 거리를 나타내고 있어, 실제의 거리를 나타내고 있는 것은 아니다.
발광 패널(3)에는, 투명한 접착제(28)에 의해 컬러 필터 패널(30)이 접합되어 있다. 컬러 필터 패널(30)은, 예를 들면 유리와 같은 투명 재료로 형성된 기판(32)과, 기판(32)에 형성된 블랙 매트릭스(34)와, 블랙 매트릭스(34)에 형성된 개구에 배치된 컬러 필터(36(36R, 36G, 36B))를 구비한다. 접착제(28)는, 컬러 필터 패널(30)의 컬러 필터(36)와 발광 패널(3)의 패시베이션층(27)(도2 참조)의 사이에 배치되어, 컬러 필터 패널(30)에 있어서의 기판(32)과 컬러 필터(36)를 발광 패널(3)의 각 층에 대하여 평행하게 지지한다.
컬러 필터(36)는 각각, 발광 소자(2), 특히 제1 전극층(18)에 겹치는 위치에 배치되어 있다. 컬러 필터(36)는, 반투명 반반사성의 제2 전극층(22)을 사이에 두 고 발광 기능층(20)의 반대측에 배치되어, 겹친 발광 소자(2)의 제2 전극층(22)을 투과한 빛을 투과시킨다.
이하에 보다 구체적으로 설명한다.
컬러 필터(36R)는 발광 소자(2R)에 겹쳐 있고, 하나의 컬러 필터(36R)와 하나의 발광 소자(2R)로 하나의 세트를 구성한다. 컬러 필터(36R)는 적색의 빛을 투과시키는 기능을 갖고, 그 투과율의 피크는 610nm의 파장에 있다. 컬러 필터(36R)는, 겹친 발광 소자(2R)의 제2 전극층(22)을 투과한 적색이 증폭된 빛 중, 적색의 빛을 투과시켜, 적색의 순도를 높인다. 또한, 컬러 필터(36R)는, 녹색 및 청색의 빛의 대부분을 흡수한다.
컬러 필터(36G)는 발광 소자(2G)에 겹쳐 있고, 하나의 컬러 필터(36G)와 하나의 발광 소자(2G)로 하나의 세트를 구성한다. 컬러 필터(36G)는 녹색의 빛을 투과시키는 기능을 갖고, 그 투과율의 피크는 550nm의 파장에 있다. 컬러 필터(36G)는, 겹친 발광 소자(2G)의 제2 전극층(22)을 투과한 녹색이 증폭된 빛 중, 녹색의 빛을 투과시켜, 녹색의 순도를 높인다. 또한, 컬러 필터(36G)는, 적색 및 청색의 빛의 대부분을 흡수한다.
컬러 필터(36B)는 발광 소자(2B)에 겹쳐 있고, 하나의 컬러 필터(36B)와 하나의 발광 소자(2B)로 하나의 세트를 구성한다. 컬러 필터(36B)는 청색의 빛을 투과시키는 기능을 갖고, 그 투과율의 피크는 470nm의 파장에 있다. 컬러 필터(36B)는, 발광 소자(2B)에 겹쳐 있고, 발광 소자(2B)의 제2 전극층(22)을 투과한 청색이 증폭된 빛 중, 청색의 빛을 투과시켜, 청색의 순도를 높인다. 또한, 컬러 필 터(36B)는, 적색 및 녹색의 빛의 대부분을 흡수한다.
<광반사 및 투과 모델>
도2 는, 컬러 필터(36)를 통하여 발광 패널(3)의 발광 소자(2)를 향해 외광이 도래했을 때의 빛의 궤적을 간략적으로 나타내는 개략도이다. 컬러 필터(36)를 투과한 외광은, 투명한 접착제(28)를 지나고, 또한 패시베이션층(27)을 투과하여, 반투명 반반사성의 제2 전극층(22)에 도달한다. 외광의 일부는, 패시베이션층(27)과 제2 전극층(22)의 계면(interface)(제2 전극층(22)의 발광 기능층(20)과는 반대측의 계면)에서 반사한다. 이 반사시의 위상 변화를 Φ1로 한다.
또한 외광의 다른 일부는, 반투명 반반사성의 제2 전극층(22)을 투과하고, 또한 발광 기능층(20), 제1 전극층(18) 및, 절연체 투명층(14)을 투과하여, 반사층(12)의 발광 기능층(20)측의 면에서 반사한다. 이 반사시의 위상 변화를 Φ2로 한다.
반사층(12)에서의 반사광은, 절연체 투명층(14), 제1 전극층(18), 발광 기능층(20)을 투과하고, 그 일부가 반투명 반반사성의 제2 전극층(22)을 투과하고 발광 소자(2)로부터 접착제(28)로 진행하여, 전술한 패시베이션층(27)과 제2 전극층(22)의 계면에서의 반사광과 간섭한다. 또한, 도2 에 있어서 각 계면에서의 빛의 굴절에 따른 광로 변화의 도시는 생략하여, 광로는 직선으로 나타내고 있다.
이상과 같은 별개의 계면에서의 반사광을 감쇠적 간섭(attenuated interference)에 의해 저감하려면, 식(3)을 충족하는 것이 매우 바람직하다.
2·d2=(p+1/2)·λ-(Φ1-Φ2)·λ/2π … 식(3)
여기서, d2는, 반사층(12)의 발광 기능층(20)측의 계면과, 제2 전극층(22)의 발광 기능층(20)과는 반대측의 계면과의 사이의 광학적 거리(nm)이다. 광학적 거리(d2)는, 절연체 투명층(14), 제2 전극층(22) 및, 이들의 사이의 층의 굴절률과 두께의 곱의 총합이다.
식(3)의 「파장(λ)」은, 감쇠시키고 싶은 광성분의 파장(nm)이다. 문제삼고 있는 외광은, 컬러 필터(36)를 투과하고 발광 패널(3)을 향하여 진행해 오는 빛이기 때문에, 컬러 필터(36)의 투과 파장 영역의 빛이다. 따라서, 식(3)의 「파장(λ)」으로서는, 컬러 필터의 투과율의 피크에 상당하는 파장을 취하는 것이 적절하다.
식(3)의 Φ1은, 발광 기능층(20)과는 반대측으로부터 제2 전극층(22)으로 진행하는 파장(λ)의 빛이, 반투명 반반사성인 제2 전극층(22)의 발광 기능층(20)과는 반대측의 계면에서 반사할 때의 위상 변화(rad)이며, Φ2는, 발광 기능층(20)측으로부터 반사층(12)으로 진행하는 파장(λ)의 빛이, 반사층(12)에서 반사할 때의 위상 변화(rad)이다. 또한 p는 플러스의 정수로서, 바람직하게는 1이다.
이러한 식(3)은, 실제상은, 적(red), 녹(green) 및 청(blue)의 발광 소자(2R, 2G, 2B) 각각에 관한 개별의 식으로 고쳐 쓸 수 있다. 즉,
d2R=(p+1/2)·λR/2-(Φ1R-Φ2R)·λR/4π … 식(4)
d2G=(p+1/2)·λG/2-(Φ1G-Φ2G)·λG/4π … 식(5)
d2B=(p+1/2)·λB/2-(Φ1B-Φ2B)·λB/4π … 식(6)
여기서, d2R은, 발광 소자(2R)에 대한 광학적 거리(d2), λR은 컬러 필터(36R)의 투과율의 피크에 상당하는 파장 610nm, Φ1R은 파장(λR)에서의 위상 변화(Φ1), Φ2R은 파장(λR)에서의 위상 변화(Φ2)이다.
또한, d2G는, 발광 소자(2G)에 대한 광학적 거리(d2), λG는 컬러 필터(36G)의 투과율의 피크에 상당하는 파장 550nm, Φ1G는 파장(λG)에서의 위상 변화(Φ1), Φ2G는 파장(λG)에서의 위상 변화(Φ2)이며, d2B 는, 발광 소자(2B)에 대한 광학적 거리(d2), λB는, 컬러 필터(36B)의 투과율의 피크에 상당하는 파장 470nm, Φ1B는 파장(λB)에서의 위상 변화(Φ1), Φ2B는 파장(λB)에서의 위상 변화(Φ2)이다.
반사층(12)과 제2 전극층(22)과의 사이의 광학적 거리(d1)(nm)와, 반사층(12)의 발광 기능층(20)측의 계면과 제2 전극층(22)의 발광 기능층(20)과는 반대측의 계면과의 사이의 광학적 거리(d2)의 사이에는, 식(7)에 나타내는 관계가 있다.
d1=d2-nz·tz
따라서, d1=(p+1/2)·λ/2-(Φ1-Φ2)·λ/4π-nz·tz … 식(7)
여기서, nz는 파장(λ)의 빛에 관한 제2 전극층(22)의 굴절률이며, tz는 제2 전극층(22)의 두께이다.
따라서, 각 발광 소자(2R, 2G, 2B)에 대해서, 식(7)은 식(8)∼식(10)과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
d1R=(p+1/2)·λR/2-(Φ1R-Φ2R)·λR/4π-nzR·tz … 식(8)
d1G=(p+1/2)·λG/2-(Φ1G-Φ2G)·λG/4π-nzG·tz … 식(9)
d1B=(p+1/2)·λB/2-(Φ1B-Φ2B)·λB/4π-nzB·tz … 식(10)
여기서, d1R은, 발광 소자(2R)에 대한 광학적 거리(d1), nzR은 파장(λR)의 빛에 관한 제2 전극층(22)의 굴절률(nz)이다.
또한, d1G는, 발광 소자(2G)에 대한 광학적 거리(d1), nzG는 파장(λG)의 빛에 관한 제2 전극층(22)의 굴절률(nz)이며, d1B는, 발광 소자(2B)에 대한 광학적 거리(d1), nzB는 파장(λB)의 빛에 관한 제2 전극층(22)의 굴절률(nz)이다.
이상, 별개의 계면에서의 반사광을 감쇠적 간섭에 의해 저감하기 위하여 매우 적합한 조건을 설명했다.
<유기 EL 장치의 작용 효과>
이하에서는, 이상과 같은 구성을 구비하는 유기 EL 장치의 작용 효과에 대하여, 이미 참조한 도1 및 도2 에 더하여, 도3 내지 도9 를 참조하면서 설명한다.
이들의 도3 내지 도9 는, 위에 설명한 구조를 갖는 유기 EL 장치에 기초하여, 광학 시뮬레이션을 실행한 결과를 나타내고 있다. 또한, 이 시뮬레이션의 결 과는, 주식회사 토요타 중앙연구소가 제작한 광학 시뮬레이션 프로그램인 상품명「Opt Designer」를 사용하여 얻어내고 있다. 또한, 이 점에 대해서는, 후에 참조하는 도10 내지 도14 에 대해서도 동일하다.
<막두께와 굴절률>
우선, 본 실시 형태의 유기 EL 장치의 작용 효과의 설명에 들어가는 전제로서, 상기 제2 전극층(22)에 관한, 그 두께와 그 굴절률과의 관계에 대하여 설명한다.
도3 의 상방(윗쪽)에는, 이러한 관계에 대한 그래프가 나타나 있다.
이 도면에 나타내는 바와 같이, 우선, 제2 전극층(22)의 두께의 상위(difference)에 관계없이, 파장이 커짐에 따라, 그 굴절률은 거의 비례적으로 증대해 가는 것이 확인된다.
이에 더하여, 이 도면으로부터는, 제2 전극층(22)의 두께가 증대해 감에 따라, 그 굴절률은 커져 가는 것이 확인된다. 즉, 도3 에서는, 막두께가 T1=11nm, T2=12.5nm, T3=20nm의 각각의 경우의 굴절률이 나타나 있지만, 막두께(T1)의 경우는, 파장이 600nm 반(half) 근처까지, 굴절률은 1에 미치지 않는다. 이에 대하여, 막두께(T2) 및 막두께(T3)의 경우는, 전(全) 파장 영역에 걸쳐 굴절률이 1이상이 된다. 특히, 이 도면으로부터, 전(全) 파장 영역에 있어서 굴절률이 1이상이 되기 위한 한계적인 값이, 막두께(T2)인 것을 알 수 있다.
또한, 이 도3 의 상방의 결과는, 복소 굴절률 nc=n-jk를 구하는 과정을 거쳐 얻어진 것으로, 동(同) 도의 종축의 「굴절률」이란, 그 실수부(real number; n)의 값을 의미하고 있다. 소쇠 계수(extinction coefficient; k)도 구해져 있지만, 도3 에서는 도시되어 있지 않다. 또한, 도3 의 왼쪽 윗부분에 있어서는, 이러한 것을 표현하는 의도를 갖고, 「굴절률 실수부」라는 표현을 사용하고 있다. 이상의 사항은, 후에 참조하는 도10 및 도11 에 있어서도 동일하다.
또한, 이 도3 의 상방의 결과는, 제2 전극층(22)이, Mg과 Ag을 포함하는 합금이며, 또한, 전자가 10에 대하여 후자가 1의 중량비의 관계에 있는 합금으로 만들어져 있는 경우에 기초하고 있다. 이러한 사정은, 후에 참조하는 도4 내지 도9 에 있어서도 전제로 되어 있다.
도3 에는, 상기의 각 막두께(T1, T2, T3)의 변화와 굴절률과의 관계 외에, 이들 각 막두께(T1, T2, T3)의 변화와 외광 반사율과의 관계가, 도면 중 하방(아랫쪽)에 나타나 있다. 또한, 이 도면은, 녹색광에 대한 외광 반사율에 관한 것이다. 또한, 이 반사율은, 등(等) 에너지 백색광이 컬러 필터(36)를 투과하여 발광 패널(3)에 도달했다고 가정하고, 그 반사광이 컬러 필터(36)를 투과한 결과의 빛의 강도와, 원래의 등 에너지 백색광의 강도의 비에 기초하여 구해진다. 이러한 사정은, 후에 참조하는 도6 내지 도9, 도12 내지 도14 에 있어서도 동일하다.
이 결과는, 전술한 식(5), 및, 식(9)에 의해 얻어지는 결과에 기초한다. 즉, 전자의 식(5)에서는 반사광의 감쇠적 간섭을 생기게 하기 위한 광학적 거리(d2G)가 구해지고, 후자의 식(9)에서는 동일하게 반사광의 감쇠적 간섭을 생기게 하기 위한 광학적 거리(d1G)가 구해지지만, 후자의 광학적 거리(d1G)에 대해서는, 식(9)에 있어서의 제2 전극층(22)의 두께(tz)에 대하여, 상기의 막두께(T1, T2, T3)의 각각이 대입된다. 동(同) 도의 결과는, 이와 같이 하여 구해지는 3종의 광학적 거리(d1G) 및, 광학적 거리(d2G)에 기초하여, 또는 이것이 거의 만족되도록, 유기 EL 장치의 발광 소자(2G)에 관한 단면 구조가, 시뮬레이션상 설정됨으로써 구해지고 있다.
또한, 전술의 광학적 거리(d1G) 및, 광학적 거리(d2G)를 구하기 위해 식(5) 및 식(9)에 대입해야 할 값으로서는, 예를 들면 도4 에 나타나는 바와 같은 값(지금의 경우, 녹색광이 문제가 되고 있기 때문에, 동(同) 도의 「발광 소자(2G)」의 열에 있는 값)을 이용할 수 있다. 이러한 값을 이용하면서, p=1로 하고, 그리고, nzG=1.24, tz=12.5nm로 한 경우에 있어서의, 광학적 거리(d1G) 및 광학적 거리(d2G)는 각각, d1G=약 406.2nm, d2G=약 422.0nm가 된다.
또한, 상기 시뮬레이션을 실행하는 경우에 있어서, 절연체 투명층(14)의 두께, 발광 기능층(20)의 두께는 발광 소자(2R, 2G, 2B)에서 공통으로 하고, 제1 전극층(18)의 두께가 발광 소자(2R, 2G, 2B)에 따라 다른 것을 조건으로 했다.
또한, 시뮬레이션의 실제에 있어서, 각 층의 재료, 두께 및, 굴절률은, 도5 대로 설정된다. 덧붙여, 여기에 나타나는 수치에 따라, 광학적 거리(d1G) 상당의 값인 광학적 거리(d1G')값을 산출하면, d1G'=약 426.3nm가 된다. 이 광학적 거 리(d1G')와 상기의 광학적 거리(d1G)와의 사이에 상위가 있는 것은, 후자의 산출 근거인 식(5) 및 식(9)에서는 적층 구축물을 구성하는 각 층간의 다른 계면에 의한 반사가 고려되어 있지 않은 것 등에 따른다. 이와 같이 광학적 거리(d1G') 및 광학적 거리(d1G)는 반드시 일치한다고는 할 수 없지만, 광학적 거리(d1G')가 광학적 거리(d1G)에 기초하고 있는 것에 변함은 없다. 또한, 상기의 도4 및 도5 에 있어서는, 후술하는 도6 및 도7 에 나타내는 청색광 및 적색광에 관한 동일한 수치에 대해서도, 아울러 게재하고 있다.
그런데, 도3 의 하방에 나타내는 바와 같이, 반사율은, 파장에 대하여, 일정한 주기를 가지고 저감하고, 또한, 증대하는 것을 알 수 있지만, 막두께(T1, T2, T3)의 어느 것에 있어서도, 녹색광에 관한 피크 파장 550nm 부근의 반사율은 저감하고 있는 것을 알 수 있다. 단, 이들 막두께(T1, T2, T3)간의 상위에 기초하여, 반사율 저감의 상태의 상위도 확인된다. 즉, 상기 피크 파장 550nm에서의 반사율 저감 효과가 가장 약한 것이, 막두께(T1)에 대한 결과이다. 계속해서, 막두께(T3)에서 개선되고, 막두께(T2)에서 양호한 결과가 얻어지고 있다. 단, 막두께(T2) 및 막두께(T3)의 결과는, 거의 동일하다고 말할 수 있는 범위이다.
이러한 점에서 결국, 반사율 저감의 효과와, 도3 의 상방을 참조하여 설명한 굴절률과의 사이에는 일정한 상관 관계가 있는 것을 알 수 있다. 즉, 굴절률이 1이상인 경우에, 보다 실효적인 반사율 저감 효과가 얻어진다고 말할 수 있는 것이다.
이러한 굴절률과 반사율 저감 효과와의 사이의 상관 관계는, 다음에 서술하는 점에서도 확인된다.
즉, 우선, 도3 의 하방에 나타내는, 파장에 따라 변화하는 반사율을 나타내는 곡선의 각각에 있어서, 그 최소값에 착안한다. 이들의 최소값은, 동(同) 도에 나타내는 바와 같이, 막두께(T1, T2, T3)에 관한 곡선의 각각에 관하여, m1, m2, m3이다.
다음으로, 이들 최소값(m1, m2, m3)에 대응하는 파장에 있어서, 제2 전극층(22)의 굴절률이 어떻게 되어 있는지를 확인한다. 도3 에서는, 이것이 시각적으로 파악될 수 있다. 예를 들면, 최소값(m1)의 지점을 1끝점(end point)으로 하는 선분(R1)은, 도면 중 상방으로 연재하여, 도3 의 상방에 나타내는 파장-굴절률 곡선에 교차된다. 여기서 착안해야 할 것은, 막두께(T1)에 관한 파장-굴절률 곡선이기 때문에, 당해 최소값(m1)에 대응하는 굴절률은 1이하인 것을 알 수 있다.
남는 선분(R2) 및 선분(R3)에 대해서도, 동일하다. 단, 이들 선분(R2) 및 선분(R3)의 도3 중 상방의 끝점을 보면, 어느 것에 있어서도, 굴절률은 1이상인 것을 알 수 있다.
이상의 점에서, 다음의 것이 추측된다.
즉, 상기의 식(5) 및 식(9)는, 전술한 바와 같이 감쇠적 간섭을 생기게 하기 위한 광학적 거리(d1G) 및 광학적 거리(d2G)를 구하기 위한 식이기는 하지만, 파장(λG) 및 그 부근의 파장에 있어서 반사율이 최소가 되어야 할 광학적 거리(d1G) 및 광학적 거리(d2G)를 구하기 위한 식이라는 것도 불가능하지는 않다. 시뮬레이션은, 이들 광학적 거리(d1G) 및 광학적 거리(d2G)에 거의 일치하는 조건에서 행해지고 있기 때문에, 그 결과인 도3 의 하방에 있어서의 최소값(m1, m2, m3)도 또한, 당연히, 그 반사율이 최소가 되어야 할 광학적 거리(d1G) 및 광학적 거리(d2G)를 반영하고 있다고 할 수 있다. 특히, 광학적 거리(d1G)는, 전술한 식(9)에 나타내는 바와 같이, 제2 전극층(22)의 굴절률(nzG)(및 물리적인 두께(tzG))에 따라 변화한다.
이상을 정리하면, 굴절률(nzG)의 변화가, 광학적 거리(d1G)에 영향을 주고, 또한 그것이 반사율 저감 효과, 구체적으로는 상기 최소값(m1, m2, m3)에 영향을 미친다는 일련의 관계를 알 수 있다.
여기서 다시, 최소값(m1, m2, m3)을 눈여겨 보면, 최소값(m1)과, 최소값(m2) 및 최소값(m3)과의 사이에는 현저한 차(W)가 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 이 양자의 사이에는, 전술한 바와 같이, 전자는 굴절률(nzG)이 1을 하회(下回)하고, 후자는 1이상이 된다는 관계가 있다. 그렇다고 하면, 굴절률(nzG)의 값이 1을 하회하는지 1이상이 되는지라는 것과, 상기의 현저한 차(W)가 생기는지 어떤지라는 것과의 사이에, 어떠한 상관 관계가 있다고 보는 것이 가능하다.
이상과 같은 상관 관계가 있을 수 있는 것은 도3 으로부터 읽어낼 수 있지만, 그 원인에 대해서는 반드시 명료하지 않다. 단, 굴절률(nzG)이 1을 하회하는 경우란, 일반적으로, 입사각에 대하여 굴절각이 증대하는 것을 의미하기 때문에, 그 정도가 지나면 지날수록, 전(全)반사 조건으로의 접근이 귀결된다. 그렇다면, 이에 따라, 반사광량은, 일반적으로는 증대할 것이라는 것이 추측된다. 그렇게 하면, 상기의 식(5) 및 식(9)에 의해, 감쇠적 간섭을 생기게 하는 광학적 거리(d1G) 및 광학적 거리(d2G)를 구했다고 해도, 굴절률(nzG)이 1을 하회하는 경우에 있어서는, 간섭의 효과가, 굴절률(nzG)이 1이상인 경우에 비하여, 상대적으로 보아, 또는 실질적으로 보아, 약해질 것으로 생각된다.
결국, 이상 서술한 바와 같이, 상기 굴절률(nzG)이 1이상이면, 반사율 저감 효과가 보다 잘 얻어지는 것이다.
도6 및 도7 은, 도3 의 하방과 동일 취지의 도면으로서, 각 막두께(T1, T2, T3)의 변화와 외광 반사율과의 관계를 나타내는 것이지만, 전자는 청색광, 후자는 적색광에 관한 것이다. 이들의 도면은, 각각, 도6 에 관해서는 전술한 식(6) 및 식(10)이, 도7 에 관해서는 식(4) 및 식(8)이, 상기의 녹색광에 관하여 서술한 것과 동일한 의의에 있어서 관계한다.
이들의 도면 중, 도6(청색광) 에서는, 도3 의 경우와 동일, 또는 그보다도 보다 확실하게, 제2 전극층(22)의 막두께가 커짐에 따라 반사율 저감 효과가 보다 잘 달성되는 것이 나타나 있다고 할 수 있다. 또한, 도7(적색광) 에서는, 파장이 작은 영역에서는, 각 두께(T1, T2, T3)간에 그다지 큰 차이는 없다고 할 수 있지만, 문제가 될만 한 파장 610nm 주위에서는, 도3 과 동일한 경향을 읽어낼 수 있 다. 즉, 파장 600nm로부터 그 절반을 지난 근처까지의 영역(도7 의 파선 둘레선 참조)을 보면 알 수 있는 바와 같이, 막두께(T1)의 경우, 즉 굴절률(nzR)이 1을 하회하는 경우와, 막두께(T2) 및 막두께(T3)의 경우, 즉 굴절률(nzR)이 1이상인 경우와의 사이에는, 현저한 차이가 생기고 있는 것으로, 전자가 후자에 비하여, 반사율이 보다 커져 버려 있는 것이다. 이러한 것은, 정도의 차(差)야 있기는 하지만, 도6 의 경우의 파장 470nm 및 그 부근에 있어서도 보여진다.
도8 은, 이상 서술한, 도3 의 하방, 도6 및, 도7 의 시뮬레이션 결과를, 제2 전극층(22)의 막두께가 12.5nm인 경우(즉, 도3, 도6 및, 도7 에 있어서의 막두께(T2))에 한하여, 정리하여 나타낸 것이다. 막두께 T2=12.5nm가 선택되고 있는 이유는, 전술한 바와 같이, 전(全) 파장 영역에 있어서 굴절률이 1이상이 되기 위한 한계적인 값이, 당해 막두께(T2)이기 때문이다(도3 참조).
이 도면에 나타내는 바와 같이, 곡선(Gref)은 피크 파장 550nm 부근에서 매우 낮은 반사율 값을 취하고, 곡선(Bref)은 피크 파장 470nm 부근에서 매우 낮은 반사율 값을 취하고, 곡선(Rref)은 피크 파장 610nm에서 매우 낮은 반사율 값을 취한다.
그리고, 전(全) 색에 관한 반사율이 이러한 결과가 되는 점에서, 도9 에 나타내는 바와 같이, 시감도(visibility property) 특성으로서의 반사율은, 어느 색에 대해서도 10% 이하라는 매우 우수한 성적이 마크된다. 이 도9 에 있어서, 각각의 색의 피크 파장 부근에 있어서의 반사율의 저감은, 상기의 도3 의 하방, 도6 및, 도7 의 결과가 반영되어 있는 것의 귀결이다. 한편, 그 외의 파장의 영역에서, 반사율이 저감되어 있는 것은, 컬러 필터(36)에 의한 흡수 효과의 반영이다. 예를 들면, 도9 의 곡선(Gsf)은, 피크 파장 550nm 부근 이외의 파장 영역에 있어서, 컬러 필터(36G)에 의한 광흡수가 생기기 때문에, 반사율 값이 낮아지고 있는 것이다(그 외의 곡선(Bsf) 및 곡선(Rsf)에 대해서도 동일하다). 또한, 상기에서 「시감도 특성으로서의 반사율」이란, 다수의 발광 소자(2)를 컬러 필터(36)를 통하여 종합적으로 본 경우의 반사율을 의미한다. 구체적으로는, 도8 의 그래프를 적분한 결과 얻어지는 것이다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 유기 EL 장치에서는, 제2 전극층(22)의 굴절률이 1이상인 경우에, 보다 좋은 반사율 저감 효과가 얻어진다.
또한, 상기의 설명 및 도3 등으로부터 분명한 바와 같이, 가시광 영역(400nm∼800nm)에서 파장 400nm에 있어서의 제2 전극층(22)의 굴절률은 1이상인 것이 바람직하다. 한편, 굴절률의 실질적인 상한치로서는, 파장 800nm에 있어서의 굴절률로 규정하는 것이 바람직하고, 제2 전극층(22)의 굴절률의 상한치는 3이하이면 좋고, 또한, 도3 에서 상한치는 2.5 이하로 해도 좋다.
<합금 조성과 굴절률>
다음으로, 제2 전극층(22)의 조성이, 당해 제2 전극층(22)의 굴절률에 미치는 영향에 대하여 설명한다.
도10 은, 제2 전극층(22)의 막두께를, 상기 도8 및 도9 와 동일한, 12.5nm(=막두께(T2))로 고정한 채로, 그 조성 성분인 Mg과 Ag과의 조성 비율을 변화시킨 경 우에, 굴절률이 어떻게 되는지를 나타내는 그래프이다.
이 도10 에 나타내는 바와 같이, Mg과 Ag과의 조성 비율이 10:1인 경우(도 중 부호「C1」참조)를 기준으로 하여, Ag의 비율이 높아져 가면, 굴절률은 점차로 작아져 가는 것이 확인된다. 도10 에서는, Mg:Ag=10:3의 경우가 「C2」로서, 동일하게 10:5의 경우가 「C3」으로서, 각각 나타나 있다. 또한, Ag이 포함되어 있지 않은 경우, 즉 Mg 단체(single material)의 경우가 「C0」으로서 나타나 있다.
계속해서 도11 은, 상기의 도10 을 기준으로, 제2 전극층(22)의 물리적 두께를 증대시키면 굴절률이 어떻게 되는지를 나타내고 있다. 구체적으로는, 이 도11 에서는, 제2 전극층(22)의 막두께가 20nm로 되어 있어, 상기의 도10 의 경우에 있어서의 12.5nm에 비하여, 막두께가 커져 있다.
이 도11 에 의해, 우선, 막두께가 크게 되면 될수록, 굴절률은 커지는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 도11 의 부호「C1」이 붙여진 곡선과, 도10 의 부호「C1」이 붙여진 곡선(모두, Mg:Ag=10:1의 경우의 곡선임)을 비교하면 알 수 있는 것처럼, 막두께가 큰 쪽이, 전체적으로 상승되어 있는 바와 같이, 굴절률의 값이 전(全) 파장 영역에서 커져 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도11 에 의하면, MgAg에 있어서의 Ag의 조성 비율이 증대하면 할수록, 굴절률은 감소해 가는 것도 알 수 있다. 이 경향은, 도10 을 참조하여 설명한 경향과 동일하다. 또한, 도11 에서는, Mg:Ag=10:10의 경우가 「C4」로서 나타나 있다. 또한, 부호「C0」,「C3」의 의미는, 도10 의 경우와 동일하다.
이상의 도10 및 도11 로부터 결국, MgAg 합금 중의 Ag의 조성 비율이 상승할 수록, 굴절률은 작아져 가는 한편, 제2 전극층(22)의 막두께가 커질수록, 굴절률은 커져 가는 것을 알 수 있다.
여기서, 전술한, 굴절률이 1이상인 것이 바람직하다는 관점에 배려하면서, 도10 및 도11 을 다시 본다. 그러면, 도10 에서는 부호「C3」이 붙여진 곡선의 경우, 파장이 작은 영역에서, 굴절률이 1이하가 되는 부분이 존재한다. 그런데, 동일 조성 비율에서도, 도11 에 있어서의 부호「C3」이 붙여진 곡선의 경우, 전(全) 파장 영역에서 굴절률이 1이상으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, 전술한 바와 같이, 도11 의 경우, 막두께가 20nm로 되어 있어, 도10 의 12.5nm의 경우보다도, 막두께가 크게 되어 있는 것에 의한다. 요컨대, 이들 도10 및 도11 로부터는, 제2 전극층(22)의 막두께를 크게 하면, 전술한 바와 같은 굴절률에 관한 「전체적인 상승」을 실현할 수 있는 점에서, 그 경우에는, Ag의 비율을 일정 정도 높일 수 있다는 일정한 관계를 읽어낼 수 있다. 도11 을 보면, 막두께가 20nm이면, 한계적인 조성 비율은, 그 파장이 400nm 근방에서 굴절률이 약간 「1」을 하회하는 부분을 갖기는 하지만, Mg:Ag=10:10으로 설정할 수 있다고 생각된다.
도12 는, 도3 의 하방, 도6 및 도7 과 동일 취지의 도면이다. 단, 이 도12 에서는, 도6 등에 있어서 막두께(T1, T2, T3)가 파라미터로서 변화하고 있었던 것에 대신하여, 제2 전극층(22)의 조성 비율이 파라미터로서 변화하고 있다. 즉, 도12 는, 전술한 각 조성 비율로서의 곡선(C1, C3, C4)의 변화와 외광 반사율과의 관계를 나타내고 있다.
또한, 이 도12 는, 이하의 각 전제를 둔 상태에서의 결과이다. (i) 도12 중 의 각 조성 비율로서의 곡선(C1, C3, C4)의 의미는 도11 의 경우와 동일하다, (ⅱ) 막두께도 도11 과 동일하게, 20nm이다, (ⅲ) 도12 는, 녹색광에 관한 반사율의 시뮬레이션이다.
이 도12 에 나타내는 바와 같이, 반사율은, 도3 의 하방과 동일하게, 파장에 대하여, 일정한 주기를 가지고 저감하고, 또한, 증대하는 것을 알 수 있지만, 조성 비율로서의 곡선(C1, C3, C4)의 어느 것에 있어서도, 녹색광에 관한 피크 파장 550nm 부근의 반사율은 저감해 가는 것을 알 수 있다. 단, 이들 조성 비율로서의 곡선(C1, C3, C4)의 상위에 기초하여, 반사율 저감의 상태의 상위도 확인된다. 즉, 상기 피크 파장 550nm에서의 반사율 저감 효과가 가장 약한 것이, 조성 비율로서의 곡선(C1)에 대한 결과이다. 계속해서, 조성 비율로서의 곡선(C4)에서 개선되고, 조성 비율로서의 곡선(C3)에서 가장 양호한 결과가 얻어지고 있다. 단, 조성 비율로서의 곡선(C3) 및 조성 비율로서의 곡선(C4)의 결과는, 거의 동일하다고 말할 수 있는 범위이다.
이 결과는, 조성 비율 변경을 통하여, 반사율 저감 효과를 더욱 실효적으로 누릴 수 있는 것을 시사하고 있다. 이것도, 도12 에 있어서의 부호「C1」을 붙인 곡선은, 도3 의 하방에 있어서의 부호「T3」을 붙인 곡선과 실질적으로 동일하기 때문이다. 즉, 양자는 모두, 막두께가 20nm로, Mg:Ag=10:1의 조성 비율을 가지는 제2 전극층(22)을 상정한 경우의 반사율이다. 따라서, 도12 의 나머지 곡선(C3) 및 곡선(C4)은, 도3 의 하방에 나타낸 막두께(T2)를 나타내는 곡선「T2」및 막두께(T3)를 나타내는 곡선「T3」에 비하여, 모두 개선되어 있는 것이다(또한, 도12 와 도3 의 하방에서는, 종축의 눈금 매기는 법이 다르다는 것에 주의).
이상의 점에서 결국, 막두께가 충분히 큰 것이라면, MgAg 중의 Ag의 조성 비율을 크게 해도, 굴절률은 주요한 파장 영역에서 1이상이 되는 점에서, 더욱 실효적인 반사율 저감 효과가 얻어진다고 할 수 있는 것이다.
도13 은, 이상 서술한, 도12 의 시뮬레이션 결과 및, 도시하지 않은 청색광 및 적색광에 관한 도12 와 동일한 시뮬레이션 결과(상기의 도6 및 도7 에 상당하는 것)를, 제2 전극층(22)의 막두께가 20nm인 경우(즉, 도12 에 있어서의 곡선(C1))에 한하여 나타낸 것이다. 막두께 20nm가 선택되어 있는 이유는, 이 도13 에 기초하는, 바로 다음에 서술하는 도14 와, 전술의 도9 와의 비교를 위함이다(이 점에 대해서는, 바로 다음에 서술한다).
이 도13 에 나타내는 바와 같이, 곡선(Gref)은 피크 파장 550nm 부근에서 매우 낮은 반사율 값을 취하고, 곡선(Bref)은 피크 파장 470nm 부근에서 매우 낮은 반사율 값을 취하고, 곡선(Rref)은 피크 파장 610nm에서 매우 낮은 반사율 값을 취한다.
그리고, 전(全) 색에 관한 반사율이 이러한 결과가 되는 점으로부터, 도14 에 나타내는 바와 같이, 시감도 특성으로서의 반사율은, 모든 색에 대해서도 5% 정도 이하라는 매우 우수한 성적이 마크된다. 이 도14 에 있어서, 각각의 색의 피크 파장 부근에 있어서의 반사율의 저감은, 상기의 도12 의 결과 등이 반영되어 있는 것의 귀결이다. 한편, 그 외의 파장의 영역에서, 반사율이 저감되어 있는 것은, 컬러 필터(36)에 의한 흡수 효과의 반영이다. 예를 들면, 도14 의 곡선(Gsf)은, 피크 파장 550nm 부근 이외의 파장 영역에 있어서, 컬러 필터(36G)에 의한 광흡수가 생기기 때문에, 반사율 값이 낮아져 있는 것이다(그 외의 곡선(Bsf) 및 곡선(Rsf)에 대해서도 동일하다). 또한, 상기에서 「시감도 특성으로서의 반사율」이라는 것의 의의는, 도9 에 관하여 서술한 것과 동일하다.
이 도14 와, 전술의 도9 를 비교해 보아 알 수 있는 바와 같이, 도14 의 쪽이, 시감도 특성으로서의 반사율은 보다 개선되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, 일단, 굴절률의 증대에 따라 생긴 변화로 보는 것도 가능하다(도10 의 곡선(C1)과 도11 의 곡선(C1)을 대비 참조). 또한, 도14 및 도9 의 양자는 모두, Mg:Ag=10:1로 동일하고, 단, 막두께에 관하여, 도14 의 쪽이 20nm, 도9 의 쪽이 12.5nm로 다르다. 따라서, 양자의 상위는, 막두께 상위에 기초하는 효과다라는 것은 적어도 말할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태의 유기 EL 장치에서는, 제2 전극층(22)의 굴절률이 1이상일 뿐만 아니라, 그 합금 조성 비율을 적당히 조정함으로써, 보다 좋은 반사율 저감 효과가 얻어진다.
이상, 본 발명에 따른 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명에 따른 발광 장치는, 전술한 형태에 한정되는 일 없이, 각종의 변형이 가능하다.
(1) 전술한 실시 형태에서는, 투명한 제1 전극층(18)이 양극, 반투명 반반사성의 제2 전극층(22)이 음극이지만, 제1 전극층(18)이 음극이고 제2 전극층(22)이 양극이라도 좋다.
(2) 전술한 실시 형태에서는, 제1 전극층(18)과 반사층(12)이 별개의 층이지만, 제1 전극층(18)을 반사층과 겸용해도 좋다.
(3) 전술한 실시 형태에 따른 발광 장치는, 톱 이미션 타입이지만, 본 발명에 따른 발광 장치는, 보텀 이미션(bottom emission) 타입이라도 좋다. 즉 반사층을 발광 기능층보다 기판으로부터 먼 층에 배치하고, 반투명 반반사층을 발광 기능층보다 기판에 가까운 층에 배치해도 좋다.
(4) 전술한 실시 형태에 따른 발광 장치는, 유기 EL 장치이지만, 본 발명에 따른 발광 장치는, 무기 EL 장치라도 좋다.
(5) 전술한 실시 형태에서는, 발광 기능층(20)이 백색으로 발광하지만, 본 발명은, 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도15 에 나타내는 바와 같이, 발광 소자(2R, 2G, 2B)에 각각 전용의 발광 기능층(20R, 20G, 20B)이 형성되어도 좋다. 이들 발광 기능층(20R, 20G, 20B)의 각각은, 격벽(16)의 화소 개구 내에 배치되어 있다. 발광 기능층(20R)은 적색으로 발광하고, 발광 기능층(20G)은 녹색으로 발광하고, 발광 기능층(20B)은 청색으로 발광한다.
그리고, 이 형태에서도, 발광 소자(2R, 2G, 2B)에 따라, 제1 전극층(18)의 두께가 다르다. 이는, 전술한 실시 형태와 동일하며, 전술의 식(4) 내지 식(6)으로 산출되는 광학적 거리(d2), 및, 식(8) 내지 식(10)에 의해 산출되는 광학적 거리(d1)를 만족시키려고 하기 위함이다.
(6) 전술한 실시 형태에서는, 전술의 광학적 거리(d1) 및 광학적 거리(d2)에 만족시키도록 하기 위해, 실제상의 적층 구축물의 두께의 조정은, 제1 전극층(18)의 두께의 조정을 통하여 행해지는 것이 전제로 되어 있지만, 본 발명은, 이러한 형태에 한정되지 않는다.
예를 들면, 도16 에 나타내는 바와 같이, 발광 소자(2R, 2G, 2B)별에 따라, 발광 기능층(20R, 20G, 20B)의 두께를 다르게 해도 좋다. 또는, 도17 에 나타내는 바와 같이, 발광 소자(2R, 2G, 2B)별에 따라, 절연체 투명층(14)의 두께를 다르게 해도 좋다.
<응용>
다음으로, 본 발명에 따른 유기 EL 장치를 적용한 전자 기기에 대하여 설명한다. 도18 은, 상기 실시 형태에 따른 발광 장치를 화상 표시 장치에 이용한 모바일형의 퍼스널 컴퓨터의 구성을 나타내는 사시도이다. 퍼스널 컴퓨터(2000)는, 화상 표시 장치로서의 유기 EL 장치(100)와 본체부(2010)를 구비한다. 본체부(2010)에는, 전원 스위치(2001) 및 키보드(2002)가 설치되어 있다.
도19 에, 상기 실시 형태에 따른 발광 장치를 적용한 휴대 전화기를 나타낸다. 휴대 전화기(3000)는, 복수의 조작 버튼(3001) 및 스크롤 버튼(3002) 그리고, 화상 표시 장치로서의 유기 EL 장치(100)를 구비한다. 스크롤 버튼(3002)을 조작함으로써, 유기 EL 장치(100)에 표시되는 화면이 스크롤된다.
도20 에, 상기 실시 형태에 따른 발광 장치를 적용한 정보 휴대 단말(PDA：Personal　Digital　Assistant)을 나타낸다. 정보 휴대 단말(4000)은, 복수의 조작 버튼(4001) 및 전원 스위치(4002) 그리고, 화상 표시 장치로서의 유기 EL 장치(100)를 구비한다. 전원 스위치(4002)를 조작하면, 주소록이나 스케줄 북과 같은 각종의 정보가 유기 EL 장치(100)에 표시된다.
본 발명에 따른 유기 EL 장치가 적용되는 전자 기기로서는, 도18 내지 도20 에 나타낸 것 외에, 디지털 스틸(still) 카메라, TV, 비디오 카메라, 카 내비게이션 장치, 페이저(pager), 전자 수첩, 전자 페이퍼, 전자 계산기, 워드 프로세서, 워크스테이션, TV 전화, POS 단말, 비디오 플레이어, 터치 패널을 구비한 기기 등을 들 수 있다.
도1 은 본 발명의 실시 형태에 따른 발광 장치의 개략을 나타내는 단면도이다.
도2 는 도1 의 발광 장치에 있어서, 컬러 필터를 통하여 발광 패널의 발광 소자를 향해 외광이 도래했을 때의 빛의 궤적을 간략적으로 나타내는 개략도이다.
도3 의 상방은, 도1 에 나타내는 제2 전극층의 막두께를 파라미터로 한 경우에 있어서의, 당해 전극층의 굴절률과 입사광 파장과의 관계를 나타내는 그래프이며, 그 하방은, 제2 전극층의 막두께를 파라미터로 한 경우에 있어서의, 도1 의 발광 장치에 있어서의 녹색광에 관한 반사율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도4 는 명세서에 있어서 설명되는 식(4) 내지 식(6), 식(8) 내지 식(10)에 대입해야 할 값의 일 예를 나타내는 도면이다.
도5 는 도3, 도6, 도7 에 나타내는 반사율 산출 시뮬레이션의 전제가 되어야 할, 도1 에 나타내는 각 층의 두께의 조(組)의 일 예를 나타내는 도면이다.
도6 은 제2 전극층의 막두께를 파라미터로 한 경우에 있어서의, 도1 의 발광 장치에 있어서의 청색광에 관한 반사율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도7 은 제2 전극층의 막두께를 파라미터로 한 경우에 있어서의, 도1 의 발광 장치에 있어서의 적색광에 관한 반사율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도8 은 도3 의 하방(녹색광), 도6(청색광) 및, 도7(적색광) 의 시뮬레이션 결과 중, 제2 전극층의 막두께가 T2=12.5nm인 경우를 정리하여 나타내는 그래프이 다.
도9 는 도8 에 기초하여 구해지는 시감도 특성으로서의 반사율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도10 은 MgAg의 조성 비율을 파라미터로 한 경우에 있어서의, 제2 전극층의 굴절률과 입사광 파장과의 관계를 나타내는 그래프로서, 당해 층의 막두께가 12.5nm인 경우의 그래프이다.
도11 은 MgAg의 조성 비율을 파라미터로 한 경우에 있어서의, 제2 전극층의 굴절률과 입사광 파장과의 관계를 나타내는 그래프로서, 당해 층의 막두께가 20nm인 경우의 그래프이다.
도12 는 제2 전극층의 합금 조성 비율을 파라미터로 한 경우에 있어서의, 도1 의 발광 장치에 있어서의 녹색광에 관한 반사율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도13 은 도12 의 녹색광의 경우의 시뮬레이션 결과에 더하여, 청색광 및 적색광의 시뮬레이션 결과 중, 제2 전극층의 막두께가 20nm인 경우를 정리하여 나타내는 그래프이다.
도14 는 도13 에 기초하여 구해지는 시감도 특성으로서의 반사율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도15 는 본 발명의 실시 형태에 따른 발광 장치의 변형예(그 1)의 개략을 나타내는 단면도이다.
도16 은 본 발명의 실시 형태에 따른 발광 장치의 변형예(그 2)의 개략을 나 타내는 단면도이다.
도17 은 본 발명의 실시 형태에 따른 발광 장치의 변형예(그 3)의 개략을 나타내는 단면도이다.
도18 은 본 발명에 따른 유기 EL 장치를 적용한 전자 기기를 나타내는 사시도이다.
도19 는 본 발명에 따른 유기 EL 장치를 적용한 다른 전자 기기를 나타내는 사시도이다.
도20 은 본 발명에 따른 유기 EL 장치를 적용한 또 다른 전자 기기를 나타내는 사시도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 발광 장치 또는 화상 표시 장치로서의 유기 EL 장치
2(2R, 2G, 2B) : 발광 소자
3 : 발광 패널
10 : 기판
12 : 반사층
14 : 절연체 투명층
18(18R, 18G, 18B) : 제1 전극층
20(20R, 20G, 20B) : 발광 기능층
22 : 반투명 반반사층으로서의 제2 전극층
30 : 컬러 필터 패널
36(36R, 36G, 36B) : 컬러 필터

Claims (6)

  1. 제1 전극층과, 제2 전극층과, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층의 사이에 배치된 발광 기능층을 갖는 발광 소자와,
    상기 발광 기능층에서 발하여진 빛을 상기 발광 기능층을 향하여 반사하는 반사층과,
    상기 발광 기능층을 사이에 두고 상기 반사층의 반대측에 배치되어, 상기 발광 기능층에서 발하여진 빛의 일부를 상기 발광 기능층을 향하여 반사하고, 다른 일부를 투과시키는 반투명 반(半)반사층을 구비하고,
    상기 반투명 반반사층은, 굴절률이 1이상인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반투명 반반사층을 사이에 두고 상기 발광 기능층의 반대측에 배치되어, 상기 반투명 반반사층을 투과한 빛을 투과시키는 컬러 필터를 추가로 구비하고,
    상기 반사층에서, 상기 반투명 반반사층에 있어서의 상기 반사층에 대향하지 않는 계면(interface)까지의 광학적 거리가, 식(1)로 산출되는 광학적 거리(d2)에 기초하여 정해지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    d2=(p+1/2)·λ/2-(Φ1-Φ2)·λ/4π … 식(1)
    여기서, λ는 상기 컬러 필터의 투과율의 피크에 상당하는 파장이며,
    Φ1 은, 상기 발광 기능층과는 반대측으로부터 상기 반투명 반반사층으로 진행하는 파장(λ)의 빛이, 상기 반투명 반반사층의 상기 발광 기능층과는 반대측의 계면에서 반사할 때의 위상 변화이며,
    Φ2 는, 상기 발광 기능층측으로부터 상기 반사층으로 진행하는 파장(λ)의 빛이, 상기 반사층에서 반사할 때의 위상 변화이며,
    p는, 플러스의 정수이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반투명 반반사층을 사이에 두고 상기 발광 기능층의 반대측에 배치되어, 상기 반투명 반반사층을 투과한 빛을 투과시키는 컬러 필터를 추가로 구비하고,
    상기 반투명 반반사층은 소정의 물리적인 두께(tz)를 가지고,
    상기 반사층에서, 상기 반투명 반반사층에 있어서의 상기 반사층에 대향하는 계면까지의 광학적 거리가, 식(2)로 산출되는 광학적 거리(d1)에 기초하여 정해지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    d1=(p+1/2)·λ/2-(Φ1-Φ2)·λ/4π-nz·tz … 식(2)
    여기서, λ는 상기 컬러 필터의 투과율의 피크에 상당하는 파장이며,
    Φ1 은, 상기 발광 기능층과는 반대측으로부터 상기 반투명 반반사층으로 진행하는 파장(λ)의 빛이, 상기 반투명 반반사층의 상기 발광 기능층과는 반대측의 계면에서 반사할 때의 위상 변화이며,
    Φ2 는, 상기 발광 기능층측으로부터 상기 반사층으로 진행하는 파장(λ)의 빛이, 상기 반사층에서 반사할 때의 위상 변화이며,
    p는, 플러스의 정수이며,
    nz는 상기 반투명 반반사층의 파장(λ)에 관한 굴절률이다.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반투명 반반사층은, 적어도 2종 이상의 단위 원소로 이루어지는 합금을 포함하고,
    그 중 1종의 단위 원소의 조성 비율의 변화 및, 상기 반투명 반반사층의 물리적 두께의 변화에 따라, 상기 굴절률이 변화하는 경우에 있어서,
    상기 반투명 반반사층의 합금 조성은, 상기 물리적 두께에 따르거나, 또는,
    상기 반투명 반반사층의 상기 물리적 두께는, 상기 합금 조성에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반투명 반반사층은, MgAg을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
KR1020080096618A 2007-10-18 2008-10-01 발광 장치 및 전자 기기 KR20090039608A (ko)

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