KR20130017088A - 발광 소자, 화상 표시 장치 및 조명 장치 - Google Patents
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Abstract
기판(11)면 상에 양극층(12), 유전체층(13) 및 음극층(14)이 순차 적층되어 있고, 적어도 유전체층(13)을 관통하여 양극층(12)으로부터 음극층(14)에 이르는 복수의 관통부(16)와, 관통부(16) 내면의 적어도 양 전극 사이를 덮는 발광부(17)를 구비하고, 관통부(16)의 양극층(12)면에 있어서의 형상의 둘레 길이가 이 형상을 내포하는 최소원의 둘레 길이보다 길고, 또한 이 형상의 최대폭이 0.01㎛~5㎛인 발광 소자(10)에 의해, 발광부에서의 전하 집중이 생기기 어렵고, 발광면의 면적을 유효하게 이용할 수가 있고, 외부로의 광 취출 효율이 높은 캐비티 형상에 의해, 휘도와 발광 효율이 높은 발광 소자 등을 제공한다.
Description
본 발명은 예를 들면, 화상 표시 장치나 조명 장치에 이용되는 발광 소자 등에 관한 것이다.
근년 들어, 전계발광(electroluminescence) 현상을 이용한 디바이스가 중요도를 더하고 있다. 이러한 디바이스로서 발광 재료를 층상으로 형성하고, 이 발광층에 양극과 음극으로 이루어지는 한 쌍의 전극을 설치하여 전압을 인가함으로써 발광을 행하게 하는 전계발광 소자 등의 발광 소자가 주목을 끌고 있다. 이러한 전계발광 소자는 양극과 음극 사이에 전압을 인가함으로써, 양극과 음극으로부터 각각 정공과 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공이 발광층에서 결합하는 것에 의해 생기는 에너지를 이용하여 발광을 행한다. 즉, 전계발광 소자는, 이 결합에 의한 에너지로 발광층의 발광 재료가 여기되고, 여기 상태로부터 다시 기저 상태로 돌아갈 때에 광을 발생시키는 현상을 이용한 디바이스다.
이 전계발광 소자 등의 발광 소자를 화상 표시 장치로서 사용한 경우, 발광 재료가 자기 발광이기 때문에, 화상 표시 장치로서의 응답 속도가 빠르고, 시야각이 넓다고 하는 특징을 가진다. 또한 전계발광 소자의 구조상, 화상 표시 장치의 박형화가 용이하게 된다고 하는 이점도 있다. 또 발광 재료로서 예를 들면 유기물질을 이용한 유기 전계발광 소자의 경우는, 유기물질의 선택에 따라 색순도가 높은 광을 발생시키기 쉽고, 그 때문에 색재현역을 넓게 잡는 것이 가능하다고 하는 특징이 있다.
또한, 전계발광 소자 등의 발광 소자는 백색에서의 발광도 가능하고, 면발광이기 때문에, 이 전계발광 소자를 조명 장치에 조립해 넣어 이용하는 용도도 제안되어 있다.
이러한 발광 소자의 구조로서 예를 들면, 특허문헌 1에는 정공 전극 주입층과 전자 주입 전극층 사이에 삽입되는 유전체층을 구비하고, 적어도 유전체층 및 전극층의 하나를 관통하여 형성되고, 정공 주입 전극 영역, 전자 주입 전극 영역 및 유전체 영역을 구비하는 관통부(캐비티(cavity))의 내부 표면에 전계발광 코팅 재료를 도포하는 캐비티 발광 전계발광 디바이스가 제안되어 있다.
특허문헌 1에는 캐비티의 형상으로서 원기둥상이나 입방상의 것 등이 예시되어 있지만, 그 발광 소자의 기판면에 있어서의 단면 형상은 원 또는 최소 내포원의 둘레 길이보다도 짧은 다각형이다. 캐비티가 제작된 개소에서 발광하는 캐비티 발광 전계발광 디바이스에 있어서, 상기 캐비티 형상에서는 발광면의 면적을 유효하게 사용하고 있다고는 할 수 없다. 또, 캐비티 내부에 있어서 전하 집중이 생기기 쉽기 때문에, 큰 전류를 흘려 발광 강도를 크게 하는데도 한도가 있다. 또한 전계발광 코팅 재료 내부에서 생긴 광을 효율적으로 외부로 취출(取出)할 수가 없고, 발광 효율이 낮다고 하는 문제가 있었다.
상기 과제를 감안하여, 본 발명의 목적은, 발광부에서의 전하 집중이 생기기 어렵고, 발광면의 면적을 유효하게 이용할 수가 있고, 외부로의 광 취출 효율이 높은 캐비티 형상에 의해, 휘도와 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다.
또, 다른 목적은, 상기 발광 소자를 이용하여, 높은 발광 효율을 가지는 화상 표시 장치 또는 조명 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 구비한다.
(1) 기재면 상에 제1전극층, 유전체층 및 제2전극층이 순차 적층되어 있고, 적어도 상기 유전체층을 관통하여 제1전극층으로부터 제2전극층에 이르는 복수의 관통부와, 상기 관통부 내면의 적어도 상기 양 전극 사이를 덮는 발광부를 구비하고, 상기 관통부의 상기 제1전극층면에 있어서의 형상의 둘레 길이가 당해 형상을 내포하는 최소원의 둘레 길이보다 길고, 또한 당해 형상의 최대폭이 0.01㎛~5㎛인 발광 소자.
(2) 상기 관통부가 상기 제1전극층도 관통하고 있는 전항 (1)에 기재된 발광 소자.
(3) 상기 관통부가 상기 제2전극층도 관통하고 있는 전항 (1) 또는 (2)에 기재된 발광 소자.
(4) 상기 제1전극층면에 있어서의 형상의 둘레 길이가 0.5㎛~25㎛인 전항 (1)~(3)의 어느 하나에 기재된 발광 소자.
(5) 상기 제1전극층면에 있어서의 형상의 둘레 길이가 당해 형상을 내포하는 최소원의 둘레 길이의 1.15배~2배인 전항 (1)~(4)의 어느 하나에 기재된 발광 소자.
(6) 상기 관통부가 기재면 1mm2당 103개~108개 형성되어 있는 전항 (1)~(5)의 어느 하나에 기재된 발광 소자.
(7) 상기 기재면의 단위면적당 존재하는 상기 관통부의 둘레 길이의 합계가 1㎛/㎛2 이상인 전항 (1)~(6)의 어느 하나에 기재된 발광 소자.
(8) 상기 제1전극층면에 있어서의 형상이 오목 다각형인 전항 (1)~(7)의 어느 하나에 기재된 발광 소자.
(9) 상기 제1전극층면에 있어서의 형상이 꼭지점부가 모따기된 오목 다각형인 전항 (1)~(7)의 어느 하나에 기재된 발광 소자.
(10) 상기 오목 다각형이 꼭지점을 8개 이상 가지는 전항 (8) 또는 (9)에 기재된 발광 소자.
(11) 상기 오목 다각형의 변의 길이가 동일한 전항 (8)~(10)의 어느 하나에 기재된 발광 소자.
(12) 상기 제1전극층면에 있어서의 형상이 프랙털(fractal) 구조를 가지는 형상인 전항 (1)~(11)의 어느 하나에 기재된 발광 소자.
(13) 상기 발광부가 적어도 유기 화합물로 이루어지는 발광체를 포함하는 발광층을 가지는 전항 (1)~(12)의 어느 하나에 기재된 발광 소자.
(14) 상기 유기 화합물이 유기 금속 착체인 전항 (13)에 기재된 발광 소자.
(15) 전항 (1)~(14)의 어느 하나에 기재된 발광 소자를 구비한 화상 표시 장치.
(16) 전항 (1)~(14)의 어느 하나에 기재된 발광 소자를 구비한 조명 장치.
본 발명에 의하면, 발광부에서의 전하 집중이 생기기 어렵고, 발광면의 면적을 유효하게 이용할 수가 있고, 휘도와 발광 효율이 높은 발광 소자, 그것을 이용한 화상 표시 장치 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시의 형태가 적용되는 발광 소자의 일례를 설명한 부분 단면도이다.
도 2는 본 실시의 형태가 적용되는 발광 소자의 관통부의 형상과 그 배열을 설명한 도이다.
도 3 (a)~(b)는 본 실시의 형태의 발광 소자에 있어서의 관통부의 형상을 설명한 도이다.
도 4 (a)~(d)는 본 실시의 형태의 발광 소자에 있어서의 관통부의 다른 형상 및 이 형상의 제작 방법을 나타낸 도이다.
도 5 (a)~(b)는 본 실시의 형태의 발광 소자에 있어서의 관통부의 또 다른 형상을 설명한 도이다.
도 6 (a)~(c)는 오목 십각형을 두 가지 방법으로 모따기한 경우를 설명한 도이다.
도 7 (a)~(d)는 발광부 형상의 다른 형태를 설명한 도이다.
도 8 (a)~(f)는 본 발명의 발광 소자에 있어서의 관통부의 여러 가지 형태에 대해서 설명한 도이다.
도 9 (a)~(f)는 본 실시의 형태가 적용되는 발광 소자의 제조 방법에 대해서 설명한 도이다.
도 10은 본 실시의 형태에 있어서의 발광 소자를 구비하는 화상 표시 장치의 일례를 설명한 도이다.
도 11은 본 실시의 형태에 있어서의 발광 소자를 구비하는 조명 장치의 일례를 설명한 도이다.
도 2는 본 실시의 형태가 적용되는 발광 소자의 관통부의 형상과 그 배열을 설명한 도이다.
도 3 (a)~(b)는 본 실시의 형태의 발광 소자에 있어서의 관통부의 형상을 설명한 도이다.
도 4 (a)~(d)는 본 실시의 형태의 발광 소자에 있어서의 관통부의 다른 형상 및 이 형상의 제작 방법을 나타낸 도이다.
도 5 (a)~(b)는 본 실시의 형태의 발광 소자에 있어서의 관통부의 또 다른 형상을 설명한 도이다.
도 6 (a)~(c)는 오목 십각형을 두 가지 방법으로 모따기한 경우를 설명한 도이다.
도 7 (a)~(d)는 발광부 형상의 다른 형태를 설명한 도이다.
도 8 (a)~(f)는 본 발명의 발광 소자에 있어서의 관통부의 여러 가지 형태에 대해서 설명한 도이다.
도 9 (a)~(f)는 본 실시의 형태가 적용되는 발광 소자의 제조 방법에 대해서 설명한 도이다.
도 10은 본 실시의 형태에 있어서의 발광 소자를 구비하는 화상 표시 장치의 일례를 설명한 도이다.
도 11은 본 실시의 형태에 있어서의 발광 소자를 구비하는 조명 장치의 일례를 설명한 도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시의 형태가 적용되는 발광 소자의 일례를 설명한 부분 단면도이다.
도 1에 나타낸 발광 소자(10)(이하, 유기 전계발광 소자(10), 유기 발광 소자(10)라고도 표기한다)는, 기판(11) 상에 정공을 주입하기 위한 제1전극층으로서의 양극층(12)과, 절연성의 유전체층(13)과, 전자를 주입하기 위한 제2전극층으로서의 음극층(14)이 순차 적층된 구조를 채용한다. 또, 양극층(12), 유전체층(13), 음극층(14)을 관통하여 형성되는 관통부(16)를 가지고, 그리고 관통부(16) 내면을 덮어 형성되고 전압을 인가함으로써 발광하는 발광부(17)를 가진다. 이 발광부(17)는 관통부(16) 전체를 메우지 않고 관통부(16) 내표면에 층상으로 형성되어 오목부(18)를 형성한다.
기판(11)은 양극층(12), 유전체층(13), 음극층(14), 발광부(17)를 형성하는 지지체로 되는 기재이다. 기판(11)에는 발광 소자(10)에 요구되는 기계적 강도를 만족시키는 재료가 이용된다.
기판(11)의 재료로서는, 발광 소자(10)의 기판(11)측으로부터 광을 취출하고 싶은 경우는, 발광광에 대해서 투명하다는 것이 필요하다. 가시광이면 구체적으로는 소다 유리, 무알칼리 유리 등의 유리； 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에스터 수지, 나일론 수지 등의 투명 수지 등을 들 수 있다.
발광 소자(10)의 기판(11)측으로부터 광을 취출할 필요가 없는 경우는, 기판(11)의 재료는 발광광에 대해서 불투명한 재료라도 좋다. 구체적으로 기판(11)의 재료는 상기 재료에 더하여, 동(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 혹은 니오브(Nb)의 단체, 또는 이들의 합금, 혹은 스테인리스강 등으로 이루어지는 재료를 들 수 있다.
기판(11)의 두께는 요구되는 기계적 강도를 만족시키면 좋다. 통상 0.1mm~10mm, 바람직하게는 0.25mm~2mm이다.
양극층(12)은 음극층(14)과의 사이에 전압을 인가하고, 발광부(17)에 정공을 주입한다. 양극층(12)에 사용되는 재료로서는, 전기 전도성을 가지는 것이면 특히 한정되는 것은 아니지만, －5℃~80℃의 온도 범위에서 면저항이 1000Ω 이하인 것이 바람직하고, 100Ω 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 알칼리성 수용액에 대해 전기 저항이 현저하게 변화하지 않는 것이 바람직하다.
이러한 조건을 만족시키는 재료로서 예를 들면, 금속 산화물, 금속, 합금을 들 수 있다. 여기서, 금속 산화물로서는, 예를 들면, ITO(산화인듐주석), IZO(인듐－아연 산화물)를 들 수 있다. 또 금속으로서는 스테인리스강, 동(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 니오브(Nb), 이들의 금속을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 투명 전극을 형성하는데 이용되는 투명 재료로서는, 예를 들면, 산화인듐, 산화아연, 산화주석, 그들의 복합체인 ITO(산화인듐주석), IZO(인듐－아연 산화물) 등으로 이루어지는 도전성 유리(NESA 등), 금, 백금, 은, 동을 들 수 있다. 이들 중에서도 ITO, IZO, 산화주석이 바람직하다. 또, 폴리아닐린 혹은 그 유도체, 폴리티오펜 혹은 그 유도체 등의 유기물로 이루어지는 투명 도전막을 이용해도 좋다. 또, 발광부(17)에의 정공의 주입을 용이하게 한다는 관점에서, 양극층(12)의 발광부(17)와 접촉하는 표면 상에 프탈로시아닌 유도체, 폴리티오펜 유도체 등의 도전성 고분자, Mo 산화물, 아모퍼스 카본, 불화카본, 폴리아민 화합물 등으로 이루어지는 1nm~200nm의 층, 혹은 금속 산화물, 금속 불화물, 유기 절연 재료 등으로 이루어지는 평균 막두께 10nm 이하의 층을 설치해도 좋다.
발광 소자(10)의 기판(11)측으로부터 광을 취출하고 싶은 경우, 양극층(12)은 높은 광투과율을 가지는 것이 바람직하기 때문에 두께 2nm~300nm인 것이 바람직하다. 또 발광 소자(10)의 기판(11)측으로부터 광을 취출할 필요가 없는 경우는, 예를 들면, 양극층(12)을 2nm~2mm의 두께로 형성할 수가 있다.
또한, 양극층(12)은 기판(11)과 동일한 재질을 사용할 수도 있다. 이 경우 양극층(12)과 기판(11)은 일체로 된다.
유전체층(13)은 양극층(12)과 음극층(14) 사이에 형성되고, 양극층(12)과 음극층(14)을 소정의 간격으로 분리하여 절연함과 아울러, 발광부(17)에 전압을 인가하기 위한 것이다. 이 때문에 유전체층(13)은 고저항률 재료인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 저항률 108Ω·cm 이상, 더 바람직하게는 저항률 1012Ω·cm 이상이다. 구체적인 재료로서는 질화규소, 질화붕소, 질화알루미늄 등의 금속 질화물； 산화규소, 산화알류미늄 등의 금속 산화물을 들 수 있지만, 그밖에 폴리이미드, 폴리불화비닐리덴, 파릴렌 등의 고분자 화합물도 사용 가능하다.
또 유전체층(13)은 전기적 절연성이 보지(保持)되는 한은 2층 이상으로 구성되어 있어도 좋다. 구체적으로는 절연체로 이루어지는 층에 추가하여, 절연체로 이루어지는 층, 도전체로 이루어지는 층, 절연체에 도전체를 분산시킨 층, 절연체에 절연체를 분산시킨 층, 반도체로 이루어지는 층 등을 적층시켜도 좋다. 구체적으로는 질화규소, 질화붕소, 질화알루미늄 등의 금속 질화물； 산화규소, 산화알류미늄, 산화인듐, 산화아연, 산화주석, 그들의 복합체인 ITO(산화인듐주석), IZO(인듐－아연 산화물) 등의 금속 산화물； 스테인리스강, 동(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 니오브(Nb) 등의 금속； 도전성 폴리머, 유기 EL 발광 재료 등의 유기 도전성 재료； 그라파이트, 알루미나, 질화붕소, 카본 나노튜브, 분말 다이아몬드, 분말 규소 등을 수지 등의 절연체에 분산시킨 재료를 들 수 있다.
유전체층(13)의 두께로서는, 발광 소자(10) 전체의 두께를 억제하기 위해 1㎛를 넘지 않는 것이 바람직하다. 또, 양극층(12)과 음극층(14)의 간격이 좁은 쪽이, 발광을 위해 필요한 전압이 낮아서 족하므로, 이 관점에서도 유전체층(13)은 얇은 쪽이 보다 바람직하다. 단, 너무 얇으면 유기 전계발광 소자(10)를 구동하기 위한 전압에 대해, 절연 내력(耐力)이 충분하지 않게 될 우려가 있다. 여기서 절연 내력은, 발광부(17)가 형성되어 있지 않은 상태에서 양극층(12)과 음극층(14) 사이에 흐르는 전류의 전류 밀도가 0.1mA/cm2 이하인 것이 바람직하고, 0.01mA/cm2 이하인 것이 보다 바람직하다. 또 발광 소자(10)의 구동 전압에 대해 2V를 넘는 전압에 견디는 것이 바람직하기 때문에, 예를 들면 구동 전압이 5V인 경우는, 발광부(17)가 형성되어 있지 않은 상태에서 양극층(12)과 음극층(14) 사이에 약 7V의 전압을 인가한 경우에 상기의 전류 밀도를 만족시키면 좋다. 이것을 만족시키는 유전체층(13)의 두께로서는, 바람직하게는 10nm~500nm, 더 바람직하게는 50nm~200nm로 제작하는 것이 좋다.
음극층(14)은 양극층(12)과의 사이에서 전압을 인가하고, 발광부(17)에 전자를 주입한다. 음극층(14)에 사용되는 재료로서는, 양극층(12)과 마찬가지로 전기 전도성을 가지는 것이면 특히 한정되는 것은 아니지만, 일함수가 낮고, 또한 화학적으로 안정한 것이 바람직하다. 일함수는 화학적 안정성을 고려하면 －2.9eV 이하인 것이 바람직하다. 구체적으로는 Al, MgAg 합금, AlLi나 AlCa 등의 Al과 알칼리 금속의 합금 등의 재료를 예시할 수가 있다. 음극층(14)의 두께는 10nm~1㎛가 바람직하고, 50nm~500nm가 보다 바람직하다.
또, 음극층(14)으로부터 발광부(17)로의 전자의 주입 장벽을 내려 전자의 주입 효율을 올릴 목적으로, 도시하지 않는 음극 버퍼층을 음극층(14)에 인접하여 설치해도 좋다. 음극 버퍼층은 음극층(14)보다 일함수가 낮은 것이 필요하고, 금속 재료가 매우 적합하게 이용된다. 예를 들면, 알칼리 금속(Na, K, Rb, Cs), 알칼리토류 금속(Sr, Ba, Ca, Mg), 희토류 금속(Pr, Sm, Eu, Yb), 혹은 이들 금속의 불화물, 염화물, 산화물로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 혼합물을 사용할 수가 있다. 음극 버퍼층의 두께는 0.05nm~50nm가 바람직하고, 0.1nm~20nm가 보다 바람직하고, 0.5nm~10nm가 한층 더 바람직하다.
관통부(16)는 발광부(17)를 그 내면에 가지고, 적어도 유전체층(13)을 관통하여 양극층(12)으로부터 음극층(14)에 이른다. 본 실시의 형태에서는 제1전극층인 양극층(12), 유전체층(13), 제2전극층인 음극층(14)을 관통하도록 형성한다. 이와 같이 관통부(16)를 설치함으로써 발광부(17)로부터 발하여진 광은, 관통부(16), 양극층(12), 유전체층(13) 등의 내부를 전반하여, 기판(11)측 및 음극층(14)측의 양방향에 있어서 취출할 수가 있다. 여기서, 관통부(16)는 양극층(12), 유전체층(13), 음극층(14)을 관통하여 형성되어 있기 때문에, 제1전극층인 양극층(12) 및 제2전극층인 음극층(14)이 불투명 재료에 의해 형성될 때에도 광을 취출하는 것이 가능하다.
도 2는 본 실시의 형태가 적용되는 발광 소자(10)의 관통부(16)의 형상과 그 배열을 설명한 도이다. 여기서, 도 2는 발광 소자(10)를 제1전극층인 양극층(12)면에 대해서 수직인 방향으로부터 본 도이다.
도 2에 있어서 관통부(16)는, 상세하게는 후술하지만 오목 팔각형의 형상을 채용한다. 그리고, 이 관통부(16)는 인접하는 각 열이 각각 지그재그형으로 되도록 배열한다. 그리고, 이 오목 팔각형을 내포하는 최소원(21)(최소 내포원)을 생각하고, 이 인접하는 최소원(21)의 중심끼리를 잇는 각 선분이 정삼각형을 구성하도록 배열한다. 여기서, 이 정삼각형의 한 변의 길이를 피치(P)로 하고, 인접하는 최소원(21)의 외연부의 거리를 격리(s)로 하면, 최소원(21)의 반경(r)과의 사이에 p=s＋2r의 관계가 성립된다. 또한 본 실시의 형태에 있어서 「최소 내포원」이란, 관통부(16)가 채용하는 형상을 모두 내측에 포함하는 원 중 최소의 것을 한다.
여기서, 관통부(16)가 이 최소원(21)의 형상인 경우는, 도 1로부터도 알 수 있듯이 발광부(17)는 이 원형 형상의 내연부(內緣部)를 따라 원형상으로 형성된다. 그 때문에 주로 발광은 이 최소원(21)의 내연부에서 원형상으로 생긴다. 그리고, 최소원(21)의 직경(2r) 및 각각의 간격인 격리(s)를 작게 하면, 그만큼 단위면적당 관통부(16)의 수가 증가하기 때문에 발광 강도를 크게 할 수가 있다. 그렇지만, 발광 소자(10)의 제조상의 문제로부터, 관통부(16)를 최소원(21)의 형상으로 한 경우, 직경(2r) 및 격리(s)를 함부로 작게 하는 것은 곤란하다.
그래서, 본 실시의 형태에서는 관통부(16)의, 제1전극층인 양극층(12)면에 대해서 수직인 방향으로부터 본 형상의 둘레 길이를, 이 형상을 내포하는 최소원(21)의 둘레 길이보다 길게 하고, 관통부(16)의, 양극층(12)면에 있어서의 형상의 최대폭을 0.01㎛~5㎛로 하고 있다. 상기 둘레 길이는 0.5㎛~25㎛인 것이 바람직하다. 혹은 상기 관통부(16)의, 양극층(12)면에 있어서의 형상의 둘레 길이가 당해 형상을 내포하는 최소원의 둘레 길이의 1.15배~2배로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 관통부(16)는 기판(11)면 1mm2당 103개~108개로 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이들 범위로 조정하면 제조하기 쉽고 발광 강도를 보다 크게 할 수가 있다.
도 3 (a)~(b)는 본 실시의 형태의 발광 소자(10)에 있어서의 관통부(16)의 형상을 설명한 도이다.
도 3 (a)~(b)에 나타낸 관통부(16)는, 발광 소자(10)의 광의 취출 방향으로부터 본 경우의 형상이다. 여기서, 도 3 (a)에 나타낸 관통부(16)의 경우, 도 2에서 나타낸 관통부(16)와 마찬가지의 형상이다. 이 관통부(16)의 양극층(12)면에 있어서의 형상은 오목 다각형 형상의 하나인 오목 팔각형이다. 또 이 오목 팔각형을 구성하는 변의 길이는 대략 동일하다. 그리고, 이 변의 길이의 합계로서의 둘레 길이는 오목 팔각형을 내포하는 최소원(21)의 둘레 길이(즉, 원주의 길이)보다 길게 되어 있다.
또, 도 3 (b)에 나타낸 관통부(16)의 경우, 관통부(16)의 형상은 오목 다각형의 하나인 오목 십각형이고, 이른바 별 형상으로 되어 있다. 그리고, 이 오목 십각형의 볼록부의 꼭지점에 있어서의 꼭지각은 36°로 하고 있다. 또 이 오목 십각형을 구성하는 변의 길이는 역시 대략 동일하다. 그리고, 이 변의 길이의 합계로서의 둘레 길이는 오목 십각형을 내포하는 최소원(21)의 둘레 길이보다 길게 되어 있다.
또한 본 실시의 형태에 있어서 「오목 다각형」이란, 180°이상의 내각을 하나 이상 가지는 다각형이다. 관통부(16)의 형상으로서 오목 다각형 형상을 채용하는 경우, 그 오목 다각형 형상은 꼭지점을 8 이상 가지는 것이 바람직하다. 꼭지점을 8개 이상 가짐으로써 오목 다각형의 둘레 길이가 오목 다각형을 내포하는 최소원(21)의 둘레 길이보다 길어지기 쉽게 된다.
도 3 (a)~(b)와 같이 관통부(16)를 형성함으로써, 관통부(16)의 형상을 단순하게 원형 형상으로 하는 경우보다 관통부(16) 내의 발광 면적이 증대된다. 그 때문에 발광 소자(10)에 일정 전류를 흘린 경우, 단위 발광 면적에 흐르는 전류량은 원형 형상과 비교하여 감소하게 된다. 따라서, 관통부(16) 내의 전류 밀도를 내릴 수가 있다. 전류 밀도가 내려지면, 전류에 대한 발광 효율인 전류 발광 효율을 올릴 수가 있음과 아울러, 발광 소자(10)에 인가하는 전압을 내리는 것도 가능하게 된다. 그 결과, 함부로 격리(s)(도 2 참조)를 작게 하지 않아도 발광 강도를 크게 하는 것이 가능하게 되어, 발광면의 면적을 유효하게 이용할 수가 있다. 또, 관통부(16) 내의 발광 면적이 증대됨으로써 발광부(17)로부터 발생하는 열을 방열하는 효율도 상승한다. 그 때문에 발광 소자(10)의 장(長)수명화를 도모하기 쉽게 된다. 또한, 관통부(16)의 형상을 오목 다각형 형상으로 함으로써, 발광부로부터 생긴 광을 외부로 효율적으로 취출할 수가 있어, 발광 효율을 한층 더 올릴 수가 있다.
또, 변의 길이를 대략 동일하게 함으로써, 또한 특정 부분에의 전하 집중을 억제할 수가 있다. 또한 여기서 변의 길이가 대략 동일하다는 것은 엄밀한 의미로 동일 길이인 것을 의미하는 것이 아니라, 대체로 동일 길이이면 좋다는 것을 의미한다.
또, 본 실시의 형태에서는 관통부(16)의, 제1전극층인 양극층(12)면에 대해서 수직인 방향으로부터 본 형상의 둘레 길이와, 이 형상을 내포하는 최소원(21)의 둘레 길이를 비교하는데 「에지 밀도」라는 지표를 이용할 수가 있다.
이 에지 밀도는 기재면의 단위면적당 존재하는 관통부(16)의 에지의 길이의 합계, 즉 단위면적당 둘레 길이의 합계를 나타낸다. 에지 밀도는 가능한 한 높게(바람직하게는 1㎛/㎛2 이상) 함으로써, 최고 휘도, 발광 효율 모두 보다 높게 할 수 있고, 최고 휘도시의 전압을 보다 낮게 억제할 수 있다.
예를 들면, 원형상의 관통부(16)가 도 2에서 나타내듯이 배열되는 경우는, 이 관통부(16)의 배열의 반복 단위는 정삼각형으로 되기 때문에 이 정삼각형 내에 속하는 부분의 둘레 길이를 먼저 계산한다. 관통부(16)가 원형 형상인 경우는, 이 정삼각형의 하나의 모서리 부분에 속하는 이 원의 둘레 길이(즉, 원주 길이)는 원의 둘레 길이의 1/6이다. 그리고, 정삼각형의 모서리는 3개 있고, 원의 반경은 r이므로, 이 정삼각형 내에 속하는 원형 형상의 둘레 길이는 3×(1/6)×(원주 길이)=πr이다.
그리고, 이 정삼각형의 면적은 한 변의 길이가 p인 것으로부터 √3p2/4이다. 따라서, 단위면적당 관통부(16)의 에지의 길이인 에지 밀도는 4√3πr/(3p2)이고, 이것은 7.26r/p2으로 근사할 수 있다.
이 에지 밀도를 도 3 (a)~(b)에 나타낸 오목 다각형으로 계산한다. 먼저 도 3 (a)에 나타낸 오목 팔각형의 경우는, 한 변의 길이를 r의 4/5, 즉 4r/5로 한 경우의 오목 팔각형에서는, 에지 밀도는 64√3r/(15p2)이다. 이것은 7.39r/p2으로 근사할 수 있다.
또, 도 3 (b)에 나타낸 오목 십각형의 경우는, 에지 밀도는 20√3(3－√5)rsin72о／(3p2)으로 된다. 이것은 8.39r/p2으로 근사할 수 있다.
따라서, 모두 7.26r/p2보다 에지 밀도는 크게 되기 때문에, 관통부(16)의 광의 취출측으로부터 본 형상의 둘레 길이는 이 형상을 내포하는 최소원(21)의 둘레 길이보다 길게 되어 있다.
또한, 발광 소자(10)의, 제1전극층인 양극층(12)면에 대해서 수직인 방향으로부터 본 경우의 관통부(16)의 형상을 상술한 오목 다각형이 아니라 볼록 다각형을 사용한 경우는, 관통부(16)의 제1전극층인 양극층(12)면에 대해서 수직인 방향으로부터 본 형상의 둘레 길이가, 이 형상을 내포하는 최소원(21)의 둘레 길이보다 길게 할 수 없다.
예를 들면, 볼록 다각형으로서 정삼각형을 생각하고, 이 정삼각형을 내포하는 최소원(21)의 반경을 r로 한 경우의 에지 밀도는 6r/p2으로 된다. 또 볼록 다각형으로서 정방형을 생각한 경우의 에지 밀도는 8√6r/(3p2)으로 된다. 이것은 6.53r/p2으로 근사할 수 있다. 모두 원형 형상의 경우의 7.26r/p2을 밑돈다. 볼록 다각형의 변의 수를 늘리면, 에지 밀도는 이 볼록 다각형을 내포하는 최소원(21)의 에지 밀도에 가까워지지만 넘을 수는 없다.
도 4 (a)는 본 실시의 형태의 발광 소자(10)에 있어서의 관통부(16)의 다른 형상을 설명한 도이다.
도 4 (a)에 나타낸 관통부(16)의 양극층(12)면에 있어서의 형상은 프랙털 구조를 가지는 형상이다.
이 형상은 정삼각형의 각 변을 구성하는 3개의 선분을 각각 코흐(Koch) 곡선으로 하는 변형을 행할 때에 도중에 출현하는 형상이다.
도 4 (b)~(d)에 이 형상의 제작 방법을 나타냈다. 먼저, 정삼각형이 출발로 되는 형상이다(도 4 (b)). 다음에 정삼각형의 변을 구성하는 3개의 각 선분을 3등분하고, 분할한 2점을 꼭지점으로 하는 정삼각형의 작도를 행한다(도 4 (c)). 이에 의해 12개의 변으로 이루어지는 형상이 생긴다. 그리고 이 12개의 변의 길이는 모두 같고, 그 길이의 합계는 원래의 정삼각형의 4/3배로 된다. 다음에 이 12개의 변 모두에 대해서, 도 4 (b)에서 행한 것과 같은 조작을 또 행한다(도 4 (d)). 이에 의해 48개의 변으로 이루어지는 도 4 (a)에서 나타낸 형상이 생긴다. 그리고 이 48개의 변의 길이는 모두 같고, 그 길이의 합계는 원래의 정삼각형의 4/3×4/3배=16/9배로 된다.
이와 같이 하여 제작한 형상은, 본 실시의 형태에서는, 원래의 형상인 도 4 (b)의 정삼각형을 제1세대로 하고, 도 4 (c)의 형상을 제2세대, 도 4 (d)(도 4 (a))의 형상을 제3세대로 부르기로 한다. 이 각 형상은 이 형상의 각 부분을 확대하면 전체와 같은 형태로 되는 자기 상사성을 가진다.
여기서, 도 4 (c)의 형상에 대해서, 이 형상을 내포하는 최소원(21)의 반경을 r로 한 경우의 에지 밀도를 계산하면, 8r/p2으로 되어 이 최소원(21)의 에지 밀도인 7.26r/p2을 웃돈다.
또, 도 4 (a)(도 4 (d))의 형상에 대해서, 이 형상을 내포하는 최소원(21)의 반경을 r로 한 경우의 에지 밀도를 계산하면, 32r/(3p2)으로 된다. 이것은 10.67r/p2으로 근사할 수 있어 더 에지 밀도를 크게 할 수가 있다.
또한, 도 4 (b)~(d)에 나타낸 프랙털 구조를 가지는 형상은 정삼각형을 출발 형상으로 하고, 그 제2세대~제3세대의 형상을 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 정방형, 정오각형, 정육각형 등을 출발 형상으로 해도 좋다. 또 관통부(16)의 제1전극층인 양극층(12)면에 대해서 수직인 방향으로부터 본 형상으로서 바람직한 세대에 대해서는, 관통부(16)의 제작의 용이성의 관점에서, 제2세대~제4세대로 제작할 수가 있는 형상이 좋다.
또한, 관통부(16) 내부에서의 특정 부분에의 전하 집중을 억제하는 관점에서는, 상술한 것 같은 각 변의 길이가 동일한 오목 다각형이나, 프랙털 구조를 가지는 형상이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 5 (a)~(b)는 본 실시의 형태의 발광 소자(10)에 있어서의 관통부(16)의 또 다른 형상을 설명한 도이다.
도 5 (a)에 나타낸 관통부(16)의 형상은 오목 다각형이지만, 각 변의 길이는 대략 동일하지 않고 여러 가지의 길이를 채용한다. 이러한 형상에서도 형상의 둘레 길이를 이 형상을 내포하는 최소원(21)의 둘레 길이보다 길게 할 수가 있다.
또, 상술한 예에서는 각 형상은 복수의 선분에 의해 형성되어 있었지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 곡선에 의해 구성되어 있어도 좋다.
도 5 (b)에 나타낸 관통부(16)의 형상은 이 경우의 일례를 나타낸 것이고, 관통부(16)의 형상은 불규칙한 곡선에 의해 구성되어 있다. 그리고, 형상의 둘레 길이는 이 형상을 내포하는 최소원(21)의 둘레 길이보다 길게 되어 있다.
또한, 지금까지 상술한 관통부(16)의 형상에서는 특히 꼭지점부에 있어서 전하 집중이 생길 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해서, 예를 들면, 관통부(16)의 양극층(12)면에 있어서의 형상을 꼭지점부가 모따기된 오목 다각형으로 하는 것이 생각된다.
도 6 (a)~(c)는 오목 십각형을 두 가지 방법으로 모따기한 경우를 설명한 도이다.
먼저 도 6 (b)는 도 6 (a)에서 나타내는 오목 십각형의 각 꼭지점을 R모따기한 경우이다. 이 모따기에 의해 각 꼭지점은 원호상으로 완만하게 둥글게 된다. 또 도 6 (c)는 도 6 (a)에서 나타내는 오목 십각형의 각 꼭지점을 C모따기한 경우이다. 이 모따기에 의해 각 꼭지점은 직선상으로 둥글게 된다. 어느 경우도 꼭지점부의 모따기를 행하기 전보다 완만한 형상으로 할 수 있기 때문에, 이 부분에 있어서의 전하 집중을 억제할 수가 있다. 또한 도 6 (b)~(c)에서 나타낸 예에서는, 모든 꼭지점부에 대해서 모따기를 행했지만, 각 꼭지점부 중 볼록부에 대해서 행하는 것이 특히 바람직하다. 즉, 볼록부에 있어서 예각을 이루기 때문에 전하 집중이 일어나기 쉽기 때문이고, 이 부분의 모따기를 행함으로써 보다 효과적으로 전하 집중을 억제할 수가 있다.
발광부(17)는 관통부(16) 내면의 적어도 양극층(12) 및 음극층(14)의 양 전극층 사이를 덮도록 설치된다. 본 실시의 형태에서는 전압을 인가함으로써 광을 발하는 발광 재료를, 상술한 대로 관통부(16) 내면의 적어도 상기 양 전극층 사이에 걸치는 면에 접촉하여 설치한다. 이에 의해 오목부(18)를 형성하도록 관통부(16) 내면에 발광부(17)가 형성된다. 발광부(17)에 있어서의 발광 기구는, 예를 들면 양극층(12)으로부터 주입된 정공과 음극층(14)으로부터 주입된 전자(정공)가 재결합하여 발광이 생기는 기구를 들 수가 있다.
발광부(17)의 재료로서는 유기 재료 및 무기 재료 모두 이용할 수가 있다. 유기 화합물이면 저분자 화합물 및 고분자 화합물의 어느 것도 사용할 수가 있고, 예를 들면, 오모리 유타카： 응용물리, 제70권, 제12호, 1419－1425면(2001년)에 기재되어 있는 발광성 저분자 화합물 및 발광성 고분자 화합물 등을 예시할 수가 있다.
단, 본 실시의 형태에서는 도포성이 뛰어난 재료가 바람직하다. 즉 본 실시의 형태에 있어서의 발광 소자(10)의 구조에서는, 발광부(17)가 관통부(16) 내에서 안정하게 발광하기 위해서는 발광부(17)가 관통부(16) 내면에 균일하게 접하고, 막두께가 균등하게 성막되는 것, 즉 커버리지(coverage)성이 향상되는 것이 바람직하다. 도포성이 뛰어난 재료를 사용하면 관통부(16)로부터 출사하는 광의 휘도의 불균일 등을 억제할 수 있다.
또, 관통부(16) 내에 발광부(17)를 균일하게 형성하기 위해서는 도포법으로 행하는 것이 바람직하다. 즉, 도포법에서는 관통부(16)에 발광 재료를 포함하는 용액을 메워넣는 것이 용이하기 때문에 요철을 가지는 면에 있어서도 커버리지성을 높여 성막하는 것이 가능하다. 도포법에 있어서는 도포성을 향상시킬 목적으로, 주로 중량 평균 분자량으로 1,000~2,000,000인 유기 고분자 재료가 매우 적합하게 이용된다. 또, 도포성을 향상시키기 위해 레벨링제, 탈포제 등의 도포성 향상 첨가제를 첨가하거나, 전하 트랩(trap) 능력이 적은 바인더 수지를 첨가할 수도 있다.
구체적으로 도포성이 뛰어난 재료로서는, 예를 들면, 일본 특허공개 2007－86639호 공보에 개시되어 있는 소정의 구조를 가지는 분자량 1500 이상 6000 이하의 아릴아민 화합물이나, 일본 특허공개 2000－034476호 공보에 개시되어 있는 소정의 고분자 형광체 등을 들 수 있다.
여기서, 도포성이 뛰어난 재료 중에서도, 발광 소자(10)의 제조 공정이 간소화된다는 점에서 발광성 고분자 화합물이 바람직하고, 발광 효율이 높은 점에서 인광 발광성 화합물이 바람직하다. 따라서, 특히 인광 발광성 고분자 화합물이 바람직하다. 또한, 복수의 재료끼리를 혼합, 혹은 도포성을 손상시키지 않는 범위에서 저분자 발광 재료(예를 들면, 분자량 1000 이하)를 첨가하는 것도 가능하다. 이때의 저분자 발광 재료의 첨가량은 30질량% 이하가 바람직하다.
또, 발광성 고분자 화합물은 공액 발광성 고분자 화합물과 비공액 발광성 고분자 화합물로 분류할 수도 있는데, 그 중에서 비공액 발광성 고분자 화합물이 바람직하다.
상기의 이유에서, 본 실시의 형태에서 이용되는 발광 재료로서는 인광 발광성 비공액 고분자 화합물(인광 발광성 고분자이고, 또한 비공액 발광성 고분자 화합물이기도 한 발광 재료)이 특히 바람직하다.
본 발명의 발광 소자(10)에 있어서의 발광부(17)는 바람직하게는 인광을 발광하는 인광 발광성 단위와 캐리어(carrier)를 수송하는 캐리어 수송성 단위를 하나의 분자 내에 구비한 인광 발광성 고분자(인광 발광 재료)를 적어도 포함한다. 인광 발광성 고분자는 중합성 치환기를 가지는 인광 발광성 화합물과, 중합성 치환기를 가지는 캐리어 수송성 화합물을 공중합함으로써 얻어진다. 인광 발광성 화합물은 이리듐(Ir), 백금(Pt) 및 금(Au) 중에서 하나 선택되는 금속 원소를 포함하는 금속 착체이고, 그 중에서 이리듐 착체가 바람직하다. 인광 발광성 고분자로서는 예를 들면 일본 특허공개 2003－342325에 기재된 화합물 등을 들 수 있다.
본 실시의 형태에 있어서의 발광 소자(10)의 발광부(17)는 바람직하게는 전술한 인광 발광성 화합물을 포함하지만, 발광부(17)의 캐리어 수송성을 보충할 목적으로 정공 수송성 화합물이나 전자 수송성 화합물이 포함되어 있어도 좋다. 이러한 목적으로 이용되는 정공 수송성 화합물로서는, 예를 들면, TPD(N, N＇－디페닐－N, N＇－비스(3－메틸페닐)－1, 1＇－비페닐－4, 4＇－디아민), α－NPD(4, 4＇－비스［N－(1－나프틸)－N－페닐아미노］비페닐), m－MTDATA(4, 4＇, 4＇＇－트리스(3－메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민) 등의 저분자 트리페닐아민 유도체를 들 수 있다. 또한, 폴리비닐카바졸, 트리페닐아민 유도체에 중합성 관능기를 도입하여 고분자화한 것； 일본 특허공개 1996－157575호 공보에 개시되어 있는 트리페닐아민 골격의 고분자 화합물； 폴리파라페닐렌비닐렌, 폴리디알킬플루오렌 등을 들 수 있다. 또, 전자 수송성 화합물로서는, 예를 들면, Alq3(알루미늄트리스퀴놀리놀레이트) 등의 퀴놀리놀 유도체 금속 착체, 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 트리아진 유도체, 트리아릴보란 유도체 등의 저분자 재료를 들 수 있다. 또한 상기의 저분자 전자 수송성 화합물에 중합성 관능기를 도입하여 고분자화한 것, 예를 들면 일본 특허공개 1998－1665호 공보에 개시되어 있는 폴리PBD 등의 기존의 전자 수송성 화합물을 들 수 있다.
이상 상술한 발광 소자는 도 1에 나타낸 발광 소자(10)(발광부(17)가 관통부(16)에 접촉하여 발광 재료가 설치되는 것으로 오목부(18)를 형성하고, 그리고, 오목부(18)의 저부는 관통부(16)의 저부에 가까운 개소에 위치하도록 형성되어 있다)에 한정되는 것은 아니다.
도 7 (a)~(d)는 발광부(17)의 형상의 다른 형태를 설명한 도이다.
도 7 (a)에 나타낸 발광 소자(10a)에서는 오목부(18)의 깊이는 얕고, 오목부(18)의 저부는 관통부(16)의 저부보다도 정수리부에 가까운 개소에 위치하도록 형성되어 있다. 또, 도 7 (b)에 나타낸 발광 소자(10b)에서는 오목부(18)는 형성되지 않고, 발광부(17)에 의해 관통부(16)는 모두 충전되고, 발광부(17)의 상면은 음극층(14)의 상면과 일치하고 있다. 또한, 도 7 (c)에 나타낸 발광 소자(10c)에서는 오목부(18)는 형성되지 않고, 발광부(17)에 의해 관통부(16)는 모두 충전되고, 또한 그 상면을 볼록 형상으로 하고 있다. 또한, 도 7 (d)에 나타낸 발광 소자(10d)에서는 오목부(18)는 형성되어 있지만, 오목부(18)의 깊이는 얕고, 오목부(18)의 저부는 관통부(16)의 저부보다도 정수리부에 가까운 개소에 위치하도록 형성되어 있고, 또한 발광부(17)는 관통부(16)의 내부뿐만 아니라 음극층(14)의 상면에도 전개하여 형성되어 있다.
도 7 (a)~(d)에 나타낸 발광 소자(10a, 10b, 10c, 10d)에 있어서도, 발광부(17)에 의해 발하여진 광은 발광부(17) 내부를 전반하고, 상술의 발광 소자(10)와 마찬가지로 기판(11)측 및 음극층(14)측의 양방으로부터 취출이 가능하다.
도 1 및 도 7 (a)~(d)에서 설명한 발광부(17)의 형상은, 예를 들면, 양극층(12) 및 음극층(14)의 단면 구조에 의해 선택할 수가 있다.
예를 들면, 도 1에서 설명한 발광 소자(10)와 같이 기판(11)측을 하측으로 하고, 기판(11)의 반대측을 상측으로 했을 때, 음극층(14)이 관통부(16)에 의해 관통되어 상부가 개방된 형상인 경우는 오목부(18)를 형성하는 것이 바람직하다. 또, 발광부(17)가 음극층(14)에 의해 덮이는 것 같은 구조를 채용한 경우에서는 발광부(17)를 형성한 후 음극층(14)이 형성된다. 그 때문에 오목부(18)를 작게 형성하든지 또는 형성하지 않는 쪽이, 음극층(14)을 형성할 때에 커버리지성이 향상되기 때문에 바람직하다.
또, 도 1 및 도 7에서 설명한 발광 소자(10, 10a, 10b, 10c, 10d)는, 관통부(16)가 양극층(12), 유전체층(13), 음극층(14)을 관통하여 형성되어 있었지만 이것에 한정하는 것은 아니다. 발광부(17)가 발광하기 위해서는 적어도 유전체층(13)이 관통부(16)에 의해 관통되면 족하고, 다른 층은 관통되어도 관통되지 않아도 좋다.
도 8 (a)~(f)는 본 발명의 발광 소자에 있어서의 관통부(16)의 여러 가지 형태에 대해서 설명한 도이다.
도 8 (a)에 나타낸 발광 소자(10e)는 관통부(16)가 유전체층(13)을 관통하지만, 양극층(12), 음극층(14)을 관통하지 않는 경우이다. 발광 소자(10e)에서는 발광부(17)를 형성하는 발광 재료가 이 관통부(16)를 메우도록 하여 형성된다. 그 때문에 음극층(14)은 유전체층(13) 및 이 관통부(16)의 상면에 평면상으로 형성된다.
또 도 8 (b)에 나타낸 발광 소자(10f)는 관통부(16)가 유전체층(13)을 관통하지만, 양극층(12), 음극층(14)을 관통하지 않고 형성되는 것은 발광 소자(10e)와 마찬가지다. 다만 발광부(17)를 형성하는 발광 재료가 관통부(16)를 메울 뿐만 아니라, 유전체층(13)의 상면으로 연신하고 전개하여 연신부(17a)를 형성한다. 그 때문에 음극층(14)은 이 관통부(16) 및 연신부(17a)의 상면에 평면상으로 형성된다.
또한 도 8 (c)에 나타낸 발광 소자(10g)는 관통부(16)가 양극층(12) 및 유전체층(13)을 관통하지만, 음극층(14)을 관통하지 않는 경우이다. 그리고 발광 소자(10g)의 경우도, 발광 소자(10e)와 마찬가지로 발광부(17)를 형성하는 발광 재료가 이 관통부(16)를 메우도록 하여 형성되고, 음극층(14)은 유전체층(13) 및 이 관통부(16)의 상면에 평면상으로 형성된다.
또 도 8 (d)에 나타낸 발광 소자(10h)는 발광 소자(10g)에 대해서, 발광 소자(10f)와 마찬가지의 발광 재료에 의한 연신부(17a)를 형성한 경우이다.
또한 도 8 (e)에 나타낸 발광 소자(10i)는 관통부(16)가 양극층(12) 및 유전체층(13)을 관통하지만, 음극층(14)을 관통하지 않는 것은 발광 소자(10g)와 마찬가지다. 다만, 관통부(16)가 기판(11)을 뚫음으로써 형성되는 천공부(16a)를 더 가지는 점에서 상위하다. 이 천공부(16a)를 형성함으로써, 발광부(17)로부터 출사한 광이 기판(11) 내로 침입하기 쉽게 된다. 그 때문에 외부로의 광 취출 효율이 향상된다고 하는 효과가 생긴다.
또 도 8 (f)에 나타낸 발광 소자(10j)는 발광 소자(10i)에 대해서, 발광 재료에 의한 연신부(17a)를 형성한 경우이다.
이상의 발광 소자(10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j)에 있어서, 관통부(16)가 양극층(12) 또는 음극층(14)을 관통하지 않는 경우로, 그 방향으로 광을 취출하고 싶은 경우는, 양극층(12)이나 음극층(14)이 발광부(17)로부터 발하는 광의 파장역의 광에 대해 투명하다는 것이 필요하다.
또한, 이상 상술한 발광 소자(10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j)에서는 기판(11)측을 하측으로 한 경우, 양극층(12)을 하측에 형성하고, 유전체층(13)을 끼워넣어 대향하는 형태로 음극층(14)을 상측에 형성하는 경우를 예시하여 설명을 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 양극층(12)과 음극층(14)을 바꿔넣은 구조라도 좋다. 즉, 기판(11)측을 하측으로 한 경우, 음극층(14)을 하측에 형성하고, 유전체층(13)을 끼워넣어 대향하는 형태로 양극층(12)을 상측에 형성하는 형태라도 좋다.
다음에, 본 발명의 발광 소자의 제조 방법에 대해서, 도 1에서 설명한 발광 소자(10)의 경우를 예로 취하여 설명한다.
도 9 (a)~(f)는 본 실시의 형태가 적용되는 발광 소자(10)의 제조 방법에 대해서 설명한 도이다. 기판(11) 상에 양극층(12), 유전체층(13), 음극층(14)을 차례로 적층하는 형태로 형성한다(도 9 (a)). 이들 층을 형성하는데는 저항 가열 증착법, 전자빔 증착법, 스퍼터링법, 이온 도금법, CVD법 등을 이용할 수가 있다. 또, 도포 성막 방법, 즉 목적으로 하는 재료를 용제에 용해시킨 상태에서 기판에 도포하여 건조시키는 방법이 가능한 경우는, 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 잉크젯법, 인쇄법, 스프레이법, 디스펜서법 등의 방법을 이용하여 성막하는 것도 가능하다. 또한 음극 버퍼층을 설치하고 싶은 경우도 마찬가지의 방법으로 형성할 수가 있다.
또, 양극층(12)을 형성한 후에 양극층(12)의 표면 처리를 행함으로써, 오버코트(overcoat)되는 층의 성능(양극층(12)과의 밀착성, 표면 평활성, 홀 주입 장벽의 저감화 등)을 개선할 수가 있다. 표면 처리를 행하는데는 고주파 플라즈마 처리를 비롯하여 스퍼터링 처리, 코로나 처리, UV 오존 조사 처리, 자외선 조사 처리, 또는 산소 플라즈마 처리 등이 있다.
또한, 양극층(12)의 표면 처리를 행하는 대신에, 혹은 표면 처리에 추가하여, 도시하지 않는 양극 버퍼층을 형성함으로써 표면 처리와 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다. 그리고, 양극 버퍼층을 웨트(wet) 공정으로 도포하여 제작하는 경우에는 스핀 코트법, 캐스팅법, 마이크로그라비어 코트법, 그라비어 코트법, 바 코트법, 롤 코트법, 와이어－바 코트법, 딥 코트법, 스프레이 코트법, 스크린 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 프린트법 등의 도포법 등을 이용하여 성막할 수가 있다.
상기 웨트 공정에 의한 성막에서 사용할 수 있는 화합물은, 양극층(12)과 발광부(17)에 포함되는 발광성 화합물에 양호한 부착성을 가진 화합물이면 특히 제한은 없다. 예를 들면, 폴리－3, 4－에틸렌디옥시티오펜(PEDOT)과 폴리스티렌술폰산의 혼합물, 폴리아닐린(PANI)과 폴리스티렌술폰산의 혼합물 등의 도전성 폴리머를 들 수가 있다. 또한, 이들 도전성 폴리머에 톨루엔, 이소프로필알코올 등의 유기 용제를 첨가하여 이용해도 좋다. 또, 계면활성제 등의 제3성분을 포함하는 도전성 폴리머라도 좋다. 계면활성제로서는 예를 들면 알킬기, 알킬아릴기, 플루오로알킬기, 알킬실록산기, 황산염, 술폰산염, 카복실레이트, 아미드, 베타인 구조, 및 제4급화 암모늄기로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 기를 포함하는 계면활성제가 이용되지만, 불화물 베이스의 비이온성 계면활성제도 사용할 수 있다.
또, 양극 버퍼층을 드라이 공정으로 제작하는 경우는, 일본 특허공개 2006－303412호 공보에 예시된 플라즈마 처리 등을 이용하여 성막할 수가 있다. 이밖에도 금속 단체 혹은 금속 산화물, 금속 질화물 등을 성막하는 방법을 들 수 있고, 구체적인 성막 방법으로서는 전자빔 증착법, 스퍼터링법, 화학 반응법, 코팅법, 진공 증착법 등을 이용할 수가 있다.
다음에, 도 9 (a)의 공정으로 형성한 각 층을 관통하는 형태로 관통부(16)의 형성을 행하지만, 관통부(16)를 형성하는데는, 예를 들면, 리소그래피(lithography)를 이용한 방법을 사용할 수 있다. 이것을 행하는데는 먼저 음극층(14) 상에 레지스트액을 도포하고, 스핀 코트 등에 의해 여분의 레지스트액을 제거하여 레지스트층(71)을 형성한다(도 9 (b)).
그리고, 관통부(16)를 형성하기 위한 소정의 패턴이 묘화된 마스크(도시하지 않음)를 덮고, 자외선(UV： Ultra Violet), 전자선(EB： Electron Beam) 등에 의해 노광을 행한다. 이 마스크의 패턴은 상술한 것 같은 관통부(16)의 형상에 대응하는 형상을 가지는 개구부가 규칙적으로 배열된 것으로 된다. 그 결과, 레지스트층(71)에 관통부(16)의 형상이 규칙적으로 배열된 소정의 패턴(72)이 노광된다(도 9 (c)).
여기서 등배 노광(예를 들면, 접촉 노광이나 프록시미티(proximity) 노광의 경우)을 행하면 마스크 패턴과 등배의 관통부(16) 패턴을, 축소 노광(예를 들면, 스테퍼(stepper)를 사용한 노광의 경우)을 행하면 마스크 패턴에 대해서 축소된 관통부(16) 패턴을 각각 형성할 수가 있다.
또 노광시에 노광 장치의 초점을 고의로 어긋나게 한 상태로 노광을 행함으로써, 레지스트층에 투영되는 마스크의 화상을 희미해지게 할 수가 있다. 이와 같이 함으로써 관통부(16) 패턴의 모따기를 행할 수도 있다. 즉, 예를 들면 본래 도 6 (a)의 관통부(16) 패턴이 형성되는 마스크를 이용하여, 도 6 (b) 혹은 도 6 (c)의 관통부(16) 패턴을 형성할 수가 있다.
다음에, 현상액을 이용하여 레지스트층(71)의 노광 부분을 제거하면, 패턴(72) 부분의 레지스트층(71)이 제거된다(도 9 (d)).
다음에, 노출된 음극층(14) 부분을 에칭 제거하여, 도 9 (a)의 공정으로 형성한 각 층을 관통하는 형태로 관통부(16)를 형성한다(도 9 (e)). 에칭은 드라이 에칭과 웨트 에칭의 어느 것도 사용할 수가 있다. 또 이때에 등방성 에칭과 이방성 에칭을 조합함으로써 관통부(16)의 형상의 제어를 행할 수가 있다. 드라이 에칭으로서는 반응성 이온 에칭(RIE： Reactive Ion Etching)이나 유도 결합 플라즈마 에칭을 이용할 수 있고, 또 웨트 에칭으로서는 묽은 염산이나 묽은 황산에의 침지를 행하는 방법 등을 이용할 수 있다. 이 결과, 광의 취출측으로부터 본 형상이 상술한 것 같은 소정의 형상으로 되는 관통부(16)가 형성된다.
또한, 에칭을 행할 때에 에칭의 조건(처리 시간, 사용 가스, 압력, 기판 온도)을 조절함으로써, 관통부(16)가 관통하는 층을 선택할 수가 있다. 즉, 양극층(12)을 남기고 유전체층(13) 및 음극층(14)을 관통시킬 수도 있다. 또 양극층(12)을 제거한 후에 더 에칭을 행하여, 도 8 (e)~(f)에서 설명한 천공부(16a)를 형성시킬 수도 있다.
또 도 9 (b)~(d)의 공정은 나노임프린트(nanoimprint)법에 의한 방법으로 행할 수가 있다.
구체적으로는 도 9 (b)와 같이 레지스트층(71)을 형성한 후에, 패턴(72)을 형성하기 위한 소정의 볼록 패턴이 묘화된 마스크를, 레지스트층(71)에 압력을 걸어 꽉 누른다. 그리고 이 상태에서, 열 혹은/및 광을 레지스트면에 조사함으로써, 포토레지스트를 경화시킨다. 다음에 마스크를 제거함으로써 포토레지스트 표면에 볼록 패턴에 대응하는 관통부(16)의 패턴인 패턴(72)이 형성된다. 이어서, 전술한 에칭을 행함으로써 관통부(16)를 형성할 수가 있다.
다음에, 남은 레지스트층(71)을 레지스트 제거액 등을 이용하여 제거하여 발광부(17)를 형성함으로써 유기 전계발광 소자(10)를 제조할 수 있다(도 9 (f)). 발광부(17)의 형성에는 전술의 도포법이 이용된다. 먼저 발광부(17)를 구성하는 발광 재료를 유기용매나 물 등의 소정의 용매에 분산시킨 잉크를 도포한다. 도포를 행할 때에는 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅법, 잉크젯법, 슬릿 코팅법, 디스펜서법, 인쇄 등의 여러 가지의 방법을 사용할 수가 있다. 도포를 행한 후는 가열 혹은 진공 흡입을 행함으로써 잉크를 건조시켜, 발광 재료가 관통부(16) 내면에 고착하여 발광부(17)가 형성된다.
또, 이들 일련의 공정 후, 발광 소자(10)를 장기 안정적으로 이용하고, 발광 소자(10)를 외부로부터 보호하기 위한 보호층이나 보호 커버(도시하지 않음)를 장착하는 것이 바람직하다. 보호층으로서는 고분자 화합물, 금속 산화물, 금속 불화물, 금속 붕화물, 질화규소, 산화규소 등의 실리콘 화합물 등을 이용할 수가 있다. 그리고, 이들의 적층체도 이용할 수가 있다. 또, 보호 커버로서는 유리판, 표면에 저투수율 처리를 한 플라스틱판, 금속 등을 이용할 수가 있다. 이 보호 커버는 열경화성 수지나 광경화성 수지로 소자 기판과 첩합(貼合)하여 밀폐하는 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 또 이때에 스페이서(spacer)를 이용함으로써 소정의 공간을 유지할 수가 있고, 발광 소자(10)가 손상되는 것을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. 그리고, 이 공간에 질소, 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 가스를 봉입하면, 상측의 음극층(14)의 산화를 방지하기 쉽게 된다. 특히 헬륨을 이용한 경우, 열전도가 높아서 전압 인가시에 발광 소자(10)로부터 발생하는 열을 효과적으로 보호 커버에 전달할 수가 있기 때문에 바람직하다. 또한 산화바륨 등의 건조제를 이 공간 내에 설치함으로써 상기 일련의 제조 공정에서 흡착한 수분이 발광 소자(10)에 손상을 주는 것을 억제하기 쉽게 된다.
또한 도 8 (a)~(f)에서 설명한 발광 소자(10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j)의 제작을 행하는데는, 도 9 (a)의 공정에 있어서, 음극층(14)을 형성하지 않고, 그리고 도 9 (f)의 공정 후에 음극층(14)을 형성하면 좋다.
다음에, 이상 상술한 발광 소자를 구비하는 화상 표시 장치에 대해서 설명한다.
도 10은 본 실시의 형태에 있어서의 발광 소자를 이용한 화상 표시 장치의 일례를 설명한 도이다.
도 10에 나타낸 화상 표시 장치(200)는 이른바 패시브 매트릭스(passive matrix)형의 화상 표시 장치이고, 화상 표시 장치 기판(202), 양극 배선(204), 양극 보조 배선(206), 음극 배선(208), 절연막(210), 음극 격벽(212), 발광 소자(214), 봉지 플레이트(216), 씰재(218)를 구비하고 있다.
화상 표시 장치 기판(202)으로서는, 예를 들면, 직사각형상의 유리 기판 등의 투명 기판을 이용할 수가 있다. 화상 표시 장치 기판(202)의 두께는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.1~1mm의 것을 이용할 수가 있다.
화상 표시 장치 기판(202) 상에는 복수의 양극 배선(204)이 형성되어 있다. 양극 배선(204)은 일정 간격을 두고 평행하게 배치된다. 양극 배선(204)은 투명 도전막에 의해 구성되고, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide)를 이용할 수가 있다. 또 양극 배선(204)의 두께는 예를 들면 100nm~150nm로 할 수가 있다. 그리고, 각각의 양극 배선(204)의 단부 상에는 양극 보조 배선(206)이 형성된다. 양극 보조 배선(206)은 양극 배선(204)과 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 양극 보조 배선(206)은 화상 표시 장치 기판(202)의 단부측에 있어서 외부 배선과 접속하기 위한 단자로서 기능하고, 외부에 설치된 도시하지 않는 구동 회로로부터 양극 보조 배선(206)을 개재하여 양극 배선(204)에 전류를 공급할 수가 있다. 양극 보조 배선(206)은 예를 들면 두께 500nm~600nm의 금속막에 의해 구성된다.
또, 화상 표시 장치 기판(202) 상에는 복수의 음극 배선(208)이 설치되어 있다. 복수의 음극 배선(208)은 각각이 평행하게 되도록, 또한 양극 배선(204)과 직교하도록 배치되어 있다. 음극 배선(208)에는 Al 또는 Al 합금을 사용할 수가 있다. 음극 배선(208)의 두께는 예를 들면 100nm~150nm이다. 또, 음극 배선(208)의 단부에는 양극 배선(204)에 대한 양극 보조 배선(206)과 마찬가지로, 도시하지 않는 음극 보조 배선이 설치되어 음극 배선(208)과 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 음극 배선(208)과 음극 보조 배선 사이에 전류를 흘릴 수가 있다.
화상 표시 장치 기판(202) 상에는 양극 배선(204)을 덮도록 절연막(210)이 형성된다. 절연막(210)에는 양극 배선(204)의 일부를 노출시키도록 직사각형상의 개구부(220)가 설치되어 있다. 복수의 개구부(220)는 양극 배선(204) 상에 매트릭스상으로 배치되어 있다. 이 개구부(220)에 있어서, 후술하듯이 양극 배선(204)과 음극 배선(208) 사이에 발광 소자(214)가 설치된다. 즉, 각각의 개구부(220)가 화소로 된다. 따라서, 개구부(220)에 대응하여 표시 영역이 형성된다. 여기서, 절연막(210)의 막두께는 예를 들면 200nm~300nm로 할 수가 있고, 개구부(220)의 크기는 예를 들면 300㎛×300㎛로 할 수가 있다.
양극 배선(204) 상의 개구부(220)의 위치에 대응한 개소에 발광 소자(214)가 형성되어 있다. 또한, 여기서 발광 소자(214)는 양극 배선(204)이 기판(11)을 대신하기 때문에, 양극 배선(204) 상에 직접 양극층(12), 유전체층(13), 음극층(14), 발광부(17)(도 1 참조)가 형성되어 있다. 발광 소자(214)는 개구부(220)에 있어서 양극 배선(204)과 음극 배선(208)에 끼여 있다. 즉, 발광 소자(214)의 양극층(12)이 양극 배선(204)과 접촉하고, 음극층(14)이 음극 배선(208)과 접촉한다. 유기 전계발광 소자(214)의 두께는 예를 들면 150nm~200nm로 할 수가 있다.
절연막(210) 상에는 복수의 음극 격벽(212)이 양극 배선(204)과 수직인 방향을 따라 형성되어 있다. 음극 격벽(212)은 음극 배선(208)의 배선끼리가 도통하지 않도록 복수의 음극 배선(208)을 공간적으로 분리하기 위한 역할을 담당하고 있다. 따라서, 인접하는 음극 격벽(212) 사이에 각각 음극 배선(208)이 배치된다. 음극 격벽(212)의 크기로서는 예를 들면 높이가 2㎛~3㎛, 폭이 10㎛인 것을 이용할 수가 있다.
화상 표시 장치 기판(202)은 봉지 플레이트(216)와 씰재(218)를 개재하여 첩합되어 있다. 이에 의해 발광 소자(214)가 설치된 공간을 봉지할 수가 있고, 발광 소자(214)가 공기 중의 수분에 의해 열화하는 것을 막을 수가 있다. 봉지 플레이트(216)로서는 예를 들면 두께가 0.7mm~1.1mm인 유리 기판을 사용할 수가 있다.
이러한 구조의 화상 표시 장치(200)에 있어서, 도시하지 않는 구동 장치에 의해, 양극 보조 배선(206), 도시하지 않는 음극 보조 배선을 개재하여, 발광 소자(214)에 전류를 공급하여 발광부(17)를 발광시켜 관통부(16)로부터 광을 출사시킬 수가 있다. 그리고, 상술의 화소에 대응한 발광 소자(214)의 발광, 비발광을 제어 장치에 의해 제어함으로써, 화상 표시 장치(200)에 화상을 표시시킬 수가 있다.
다음에, 발광 소자(10)를 이용한 조명 장치에 대해서 설명한다.
도 11은 본 실시의 형태에 있어서의 발광 소자를 구비하는 조명 장치의 일례를 설명한 도이다.
도 11에 나타낸 조명 장치(300)는 상술한 발광 소자(10)와, 발광 소자(10)의 기판(11)(도 1 참조)에 인접하여 설치되고 양극층(12)(도 1 참조)에 접속되는 단자(302)와, 기판(11)(도 1 참조)에 인접하여 설치되고 발광 소자(10)의 음극층(14)(도 1 참조)에 접속되는 단자(303)와, 단자(302)와 단자(303)에 접속하여 발광 소자(10)를 구동하기 위한 점등 회로(301)로 구성된다.
점등 회로(301)는 도시하지 않는 직류 전원과 도시하지 않는 제어 회로를 내부에 가지고, 단자(302)와 단자(303)를 통하여, 발광 소자(10)의 양극층(12)과 음극층(14) 사이에 전류를 공급한다. 그리고, 발광 소자(10)를 구동하고, 발광부(17)(도 1 참조)를 발광시키고, 관통부(16)로부터 광을 출사시켜 조명광으로서 이용한다. 발광부(17)는 백색광을 출사하는 발광 재료로 구성되어 있어도 좋고, 또 녹색광(G), 청색광(B), 적색광(R)을 출사하는 발광 재료를 사용한 발광 소자(10)를 각각 복수개 설치하여, 그 합성광이 백색으로 되도록 해도 좋다. 또한, 본 실시의 형태의 조명 장치(300)에서는, 관통부(16)(도 1 참조)의 직경과 간격을 작게 하여 발광시킨 경우, 인간의 눈에는 면발광하고 있는 것처럼 보인다.
실시예
(실시예 1)
［발광 재료 용액의 조제］
WO2010－16512호 공보에 기재된 방법에 따라 하기의 인광 발광성 고분자 화합물(A)을 합성하였다. 고분자 화합물(A)의 중량 평균 분자량은 52,000, 각 반복 단위의 몰비는 k：m：n=6：42：52였다.
이 인광 발광성 고분자 화합물(A) 3중량부를 97중량부의 톨루엔에 용해시켜 발광 재료 용액(이하, 「용액 A」라고도 한다)을 조제하였다.
［발광 소자의 제작］
발광 소자로서 도 1에서 나타낸 유기 발광 소자(10)를 이하의 방법으로 제작하였다.
구체적으로는 먼저 석영 유리로 이루어지는 유리 기판(25mm각(角), 두께 1mm) 상에, 스퍼터 장치(캐논아넬바주식회사제 E－401s)를 이용하여, ITO(Indium Tin Oxide)막을 150nm, 이산화규소(SiO2)층을 200nm, 알루미늄(Al)층을 100nm 성막하였다. 여기서 유리 기판은 기판(11)에 대응한다. 또 ITO막은 양극층(12)에, 이산화규소층은 유전체층(13)에, 알루미늄층은 음극층(14)에 각각 대응한다.
다음에, 포토레지스트(AZ일렉트로닉머티어리얼즈주식회사제 AZ1500)를 스핀 코트법에 의해 약 1㎛ 성막하였다. 다음에, 석영(판두께 3mm)을 기재로 하여, 도 3 (b)에서 나타낸 형상의 관통부(16)를 도 2에 나타내듯이 배치한 패턴에 대응하는 마스크 A를 제작하고, 스테퍼 노광 장치(니콘제, 형식(型式) NSR－1505i6)를 이용하여, 1/5 축척으로 노광을 행하였다. 다음에, TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide： (CH3)4NOH) 1.2%액에 의해 현상하여 레지스트층을 패턴화하였다. 그리고 이후에, 130℃에서 10분간 열을 가하였다(포스트베이크 처리).
다음에 반응성 이온 에칭 장치(삼코주식회사제 RIE－200iP)를 이용하여 드라이 에칭함으로써 각 층을 순차 가공하였다. 이때 각 층의 에칭 조건은 다음과 같다.
알루미늄층 및 ITO막의 에칭 조건으로서는, 반응 가스로서 Cl2와 SiCl4의 혼합 가스를 사용하여, 압력 1Pa, 출력 Bias/ICP=200/100(W)로 8분간 반응시켰다.
이산화규소(SiO2)층의 에칭 조건으로서는, 반응 가스로서 CHF3를 사용하여, 압력 0.3Pa, 출력 Bias/ICP=50/100(W)로 18분간 반응시켰다.
이상의 드라이 에칭 처리에 의해, 음극층(14)으로서의 알루미늄층, 유전체층(13)으로서의 이산화규소층, 및 양극층(12)으로서의 ITO막을 관통하는 관통부(16)가 형성되었다. 그리고 레지스트 제거액에 의해 레지스트 잔사를 제거하였다.
이 관통부(16)의 형상을 AFM(키엔스제, 형식 VN8010)을 이용하여 관찰한 바, 도 3 (b)에서 나타낸 형상으로 되어 있었다.
다음에 유리 기판에 순수를 내뿜으로써 세정을 행하고, 스핀 건조 장치를 이용하여 건조시켰다.
다음에, 용액 A를 스핀 코트법(회전수： 3000rpm)에 의해 도포하고, 이어서 질소 분위기하 120℃에서 1시간 방치하여 건조시킴으로써 발광부(17)를 형성하였다.
이상의 공정에 의해 유기 발광 소자(10)를 제작할 수가 있었다.
(실시예 2)
관통부(16)의 형상 패턴을 도 3 (a)에서 나타낸 오목 팔각형 형상으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자(10)의 제작을 행하였다.
(실시예 3)
관통부(16)의 형상 패턴을 도 4 (a)에서 나타낸 프랙털 구조 형상으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자(10)의 제작을 행하였다.
(실시예 4)
관통부(16)의 형상 패턴을 도 4 (a)에서 나타낸 프랙털 구조 형상으로 변경하고, 또한 이 형상의 각 꼭지점을 R모따기한 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자(10)의 제작을 행하였다. R모따기는 스테퍼 노광 장치의 초점을 5mm만큼 깊게(즉 포토레지스트 표면에 대해서 내측에 초점이 맺히도록) 조절함으로써 행할 수가 있다.
(비교예 1)
관통부(16)의 형상 패턴을 원형 형상으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(실시예 5)
유기 발광 소자로서 도 8 (b)에서 나타낸 유기 발광 소자(10f)를 이하의 방법으로 제작하였다.
구체적으로는 먼저 석영 유리로 이루어지는 유리 기판(25mm각, 두께 1mm) 상에, 스퍼터 장치(캐논아넬바주식회사제 E－401s)를 이용하여, ITO(Indium Tin Oxide) 막을 150nm, 이산화규소(SiO2)층을 200nm 성막하였다. 여기서, 유리 기판은 기판(11)에 대응한다. 또 ITO막은 양극층(12)에, 이산화규소층은 유전체층(13)에 각각 대응한다.
다음에, 포토레지스트(AZ일렉트로닉머티어리얼즈주식회사제 AZ1500)를 스핀 코트법에 의해 약 1㎛ 성막하였다. 다음에, 석영(판두께 3mm)을 기재로 하여, 도 3 (b)에서 나타낸 오목 십각형 형상의 관통부(16)를 도 2에 나타내듯이 배치한 패턴에 대응하는 마스크 A를 제작하고, 스테퍼 노광 장치(주식회사 니콘제, 형식 NSR－1505i6)를 이용하여, 1/5 축척으로 노광을 행하였다. 다음에, TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide： (CH3)4NH4OH) 1.2%액에 의해 현상하여 레지스트층을 패턴화하였다. 그리고 이후에 130℃에서 10분간 가열을 하였다(포스트베이크 처리).
다음에 반응성 이온 에칭 장치(삼코주식회사제 RIE－200iP)를 이용하여 드라이 에칭함으로써 이산화규소(SiO2)층을 가공하였다.
이때 이산화규소층의 에칭 조건으로서는, 반응 가스로서 CHF3를 사용하여, 압력 0.3Pa, 출력 Bias/ICP=50/100(W)로 18분간 반응시켰다.
이상의 드라이 에칭 처리에 의해, 유전체층(13)으로서의 이산화규소층을 관통하는 관통부(16)가 형성되었다. 그리고 레지스트 제거액에 의해 레지스트 잔사를 제거하였다.
이 관통부(16)의 형상을 AFM(키엔스제, 형식 VN8010)을 이용하여 관찰한 바, 도 3 (b)에서 나타낸 오목 십각형 형상으로 되어 있었다.
다음에 유리 기판에 순수를 내뿜으로써 세정을 행하고, 스핀 건조 장치를 이용하여 건조시켰다.
다음에, 용액 A를 스핀 코트법(회전수： 3000rpm)에 의해 도포하고, 이어서 질소 분위기하 120℃에서 1시간 방치하여 건조시킴으로써 발광부(17)를 형성하였다.
그리고 스퍼터 장치(캐논아넬바주식회사제 E－401s)를 이용하여 음극층(14)으로서 알루미늄(Al)층을 150nm 성막하였다.
이상의 공정에 의해 유기 발광 소자(10f)를 제작할 수가 있었다.
(비교예 2)
관통부(16)의 형상 패턴을 원형 형상으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 5와 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(실시예 6)
유기 발광 소자로서 도 8 (d)에서 나타낸 유기 발광 소자(10h)를, 실시예 5에 대해서 이하의 점을 변경함으로써 제작하였다.
반응성 이온 에칭 장치(삼코주식회사제 RIE－200iP)를 이용하여 드라이 에칭함으로써 이산화규소(SiO2)층을 가공한 후에, 또 이 장치를 이용하여 ITO막을 에칭함으로써 가공하였다.
ITO막의 에칭 조건으로서는, 반응 가스로서 Cl2와 SiCl4의 혼합 가스를 사용하여, 압력 1Pa, 출력 Bais/ICP=200/100(W)로 8분간 반응시켰다.
이 드라이 에칭 처리에 의해, 유전체층(13)으로서의 이산화규소층, 양극층(12)으로서의 ITO막을 관통하는 관통부(16)가 형성되었다.
그리고 다른 공정은 실시예 5와 마찬가지로 행함으로써 유기 발광 소자(10h)를 제작할 수가 있다.
(비교예 3)
관통부(16)의 형상 패턴을 원형 형상으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 6과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(실시예 7)
유기 발광 소자로서 도 8 (f)에서 나타낸 유기 발광 소자(10j)를, 실시예 6에 대해 이하의 점을 변경함으로써 제작하였다.
반응성 이온 에칭 장치(삼코주식회사제 RIE－200iP)를 이용하여 드라이 에칭함으로써, 이산화규소(SiO2)층 및 ITO막을 가공한 후에, 또 이 장치를 이용하여 유리 기판(11)을 150nm의 깊이로 에칭함으로써 가공하였다.
유리 기판(11)의 에칭 조건으로서는, 반응 가스로서 CHF3를 사용하여, 압력 0.3Pa, 출력 Bias/ICP=50/100(W)로 18분간 반응시켰다.
이 드라이 에칭 처리에 의해, 유전체층(13)으로서의 이산화규소층, 양극층(12)으로서의 ITO막을 관통하는 관통부(16)가 형성됨과 아울러, 기판(11)으로서의 유리 기판에 천공부(16a)가 형성되었다.
그리고 다른 공정은 실시예 6과 마찬가지로 행함으로써 유기 발광 소자(10j)를 제작할 수가 있다.
(비교예 4)
관통부(16)의 형상 패턴을 원형 형상으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 7과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(실시예 8)
유기 발광 소자로서 도 8 (d)에서 나타낸 유기 발광 소자(10h)를, 실시예 6에 대해 이하의 점을 변경함으로써 제작하였다.
스퍼터 장치(캐논아넬바주식회사제 E－401s)를 이용하여, 양극층(12)으로서 ITO 대신에 티탄(Ti)층을 150nm 성막하였다. 또한 관통부(16)를 형성할 때의 에칭 조건은 ITO막과 마찬가지의 조건으로 행할 수가 있다.
(비교예 5)
관통부(16)의 형상 패턴을 원형 형상으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 8과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
［평가방법］
상기와 같이 하여 제작한 각 유기 발광 소자의 관통부(16)의 둘레 길이와 휘도를 측정함으로써 평가를 행하였다.
(둘레 길이의 측정)
관통부(16)의 형상을 관찰한 AFM(키엔스제, 형식 VN8010)의 화상을 바탕으로 하여 둘레 길이의 측정을 행하였다. 즉, 관통부(16)의 화상의 외주를 플렉서블 자로 따라가서, 그 길이를 산출함으로써 관통부(16)의 둘레 길이의 측정을 행할 수가 있다.
(휘도의 측정)
유기 발광 소자에 순차적으로 전압을 인가해 가면, 전압 상승에 따라 휘도가 높아지고, 휘도가 최고치에 이른 후에 유기 발광 소자가 타서 끊어짐으로써 휘도가 저하한다. 이 휘도를 측정하여 휘도의 최고치를 최고 휘도로 하였다.
구체적으로는 각 유기 발광 소자에 직류 전원(케이슬레이인스트루르먼트주식회사제, 형식 SM2400)에 의해 전압을 인가하였다. 인가하는 전압은 2V로부터 개시하여, 단계적으로 0.1V씩 상승시켜 갔다. 이때 각 단계에서 1초간의 전압 보지(保持)를 행하고, 이 사이에 전류의 측정 및 휘도계(주식회사 탑콘제, 형식 BM－9)에 의한 휘도의 측정을 행하였다. 이에 의해 전압 및 전류에 대한 휘도의 플롯(plot)을 얻을 수 있다. 그리고 이 플롯에 있어서의 휘도의 최대치를 최고 휘도로 하였다.
평가 결과를 이하의 표 1에 나타낸다. 또한 도 2에서 설명한 반경(r), 피치(p), 간격(s)의 결과도 함께 나타낸다.
(실시예 9)
도 2에서 설명한 반경(r), 피치(p), 간격(s)을 표 2에 나타낸 대로 변경한 것 외에는, 실시예 2와 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(비교예 6)
반경(r), 피치(p), 간격(s)을 표 2에 나타낸 대로 변경한 것 외에는, 비교예 1과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(실시예 10)
반경(r), 피치(p), 간격(s)을 표 2에 나타낸 대로 변경한 것 외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(비교예 7)
반경(r), 피치(p), 간격(s)을 표 2에 나타낸 대로 변경한 것 외에는, 비교예 2와 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(실시예 11)
관통부(16)를 격자상으로 배치한 것 외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(비교예 8)
관통부(16)를 격자상으로 배치한 것 외에는, 비교예 3과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(실시예 12)
관통부(16)를 격자상으로 배치한 것 외에는, 실시예 7과 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(비교예 9)
관통부(16)의 형상을 정방형으로 하고, 관통부(16)를 격자상으로 배치한 것 외에는, 비교예 4와 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
(비교예 10)
관통부(16)의 형상을 정육각형으로 하고, 관통부(16)를 격자상으로 배치한 것 외에는, 비교예 4와 마찬가지로 하여 유기 발광 소자의 제작을 행하였다.
10…발광 소자 11…기판
12…양극층 13…유전체층
14…음극층 16…관통부
17…발광부 18…오목부
21…최소원 200…화상 표시 장치
300…조명 장치
12…양극층 13…유전체층
14…음극층 16…관통부
17…발광부 18…오목부
21…최소원 200…화상 표시 장치
300…조명 장치
Claims (16)
- 기재면 상에 제1전극층, 유전체층 및 제2전극층이 순차 적층되어 있고,
적어도 상기 유전체층을 관통하여 제1전극층으로부터 제2전극층에 이르는 복수의 관통부와,
상기 관통부 내면의 적어도 상기 양 전극층 사이를 덮는 발광부를 구비하고,
상기 관통부의 상기 제1전극층면에 있어서의 형상의 둘레 길이가 당해 형상을 내포하는 최소원의 둘레 길이보다 길고,
또한, 당해 형상의 최대폭이 0.01㎛~5㎛인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 관통부가 상기 제1전극층도 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 관통부가 상기 제2전극층도 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1전극층면에 있어서의 형상의 둘레 길이가 0.5㎛~25㎛인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1전극층면에 있어서의 형상의 둘레 길이가 당해 형상을 내포하는 최소원의 둘레 길이의 1.15배~2배인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관통부가 기재면 1mm2당 103개~108개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기재면의 단위면적당 존재하는 상기 관통부의 둘레 길이의 합계가 1㎛/㎛2 이상인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1전극층면에 있어서의 형상이 오목 다각형인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1전극층면에 있어서의 형상이 꼭지점부가 모따기된 오목 다각형인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 오목 다각형이 꼭지점을 8개 이상 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목 다각형의 변의 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1전극층면에 있어서의 형상이 프랙털 구조를 가지는 형상인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광부가 적어도 유기 화합물로 이루어지는 발광체를 포함하는 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제13항에 있어서,
상기 유기 화합물이 유기 금속 착체인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자를 구비한 화상 표시 장치.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자를 구비한 조명 장치.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2010/058933 WO2011148478A1 (ja) | 2010-05-26 | 2010-05-26 | 発光素子、画像表示装置および照明装置 |
Publications (1)
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