KR20180072752A - 광학식 지문 인증 장치 - Google Patents

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KR20180072752A
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가즈요시 오마타
츠카사 야기
나츠키 야마모토
히로후미 오타니
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코니카 미놀타 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 박형의 구성이고, 목적에 따라 다양한 형상의 조명 광원을 가진 광학식 지문 인증 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 광학식 지문 인증 장치는, 적어도 광원과 이미지 센서를 갖고, 확산광을 검출하는 광학식 지문 인증 장치이며, 상기 광원으로서, 유기 일렉트로루미네센스 패널을 갖고, 당해 유기 일렉트로루미네센스 패널은, 유기 일렉트로루미네센스 소자에 의해 구성되는 발광부 영역과, 광 투과성 비발광부로 구성되고, 상기 비발광부에 인접하는 위치에 상기 이미지 센서가 배치되어 있는 지문 정보 판독부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

광학식 지문 인증 장치
본 발명은 지문을 이용하여 광학 방식에 의해 개인 인증을 행하는 광학식 지문 인증 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 조명용 광원으로서 유기 일렉트로루미네센스 소자를 사용한 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치에 관한 것이다.
근년, 은행의 ATM(Automated Teller Machine, 현금 자동 지급기), 휴대 전화기, PDA(Personal Data Assistant, 휴대 정보 단말기), 퍼스널 컴퓨터 등에 있어서, 사용자를 특정하는 방법의 하나로서, 사용자의 지문, 정맥, 성문(聲紋), 홍채 등의 생체 패턴을 사용한 개인 인증의 필요성이 증대되고 있다. 그 중에서도, 지문은 가장 역사가 오래되고 실적이 있는 생체 인증 방법이다. 예전부터 전반사 프리즘을 사용한 지문 입력 장치가 실용화되어 있지만, 소형화가 어렵기 때문에 노트북 컴퓨터나 PDA, 휴대 전화기 등의 휴대 단말기에는 부적합했다. 그 때문에 박형화, 소형화가 진행된 다양한 지문 입력 장치가 개시되어 있다.
예를 들어, 특허 제3684233호 공보에는, 배선 기판 위의 고체 촬상 소자 옆에 조명용 광원으로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하, LED라고 약기한다)를 배치하고, 당해 조명용 LED로부터 나온 광이 손가락 내부에 들어가, 산란광이 지문을 통과하여 고체 촬상 소자에 들어가, 지문 패턴을 인식하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2005-18595호 공보에는, 고체 촬상 소자 옆에 조명용 LED가 배치되고, 당해 조명용 LED로부터 나온 광이 보호 부재를 통과하여 손가락 내부에 들어가, 산란광이 지문, 보호 부재를 통과하여 고체 촬상 소자에 들어가, 지문 패턴을 인식하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2003-233805호 공보나 일본 특허 공개 제2005-38406호 공보에는, 회로 기판 위에 이미지 센서(고체 촬상 소자), 보호 부재를 적층하고, 보호 부재 표면에 손가락을 밀착시키는 방법이고, 회로 기판 위이며 광 센서 옆에 조명용 LED가 배치되고, 그 광을, 라이트 가이드를 통하여 손가락에 쏘는 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 1에는, 조명용 광원으로서 LED를 사용하여, 손가락과 촬상 소자의 상대 위치를 이동시키면서, 손가락 내부의 산란광에 의해 발생하는 지문 패턴을 촬상 소자로 촬영하는 지문 입력 장치가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, LED로부터의 광을 손가락면에 조사하여, 손가락면으로부터의 반사광을 촬상 소자로 수광하는 광학식 지문 입력 장치이고, 특정된 구조를 가진 촬상 칩을 구비하고 있는 구성이 제안되어 있다.
그러나, 상기에서 제안되고 있는 각 지문 인증 장치에 있어서는, 조명용 광원으로서 LED를 사용하고 있기 때문에, 조명부로서는, 도광판 등의 내장 등이 필요하고, 그 결과, 두꺼운 구성이 되기 때문에, 장치의 박막화라는 관점에서는, 큰 장해가 되고 있었다. 또한, LED는, 그 구조에 기인하여, 원형이나 타원형과 같은 곡면을 가진 형상으로의 가공이 어렵다는 문제를 안고 있다.
일본 특허 공개 제2007-328511호 공보 일본 특허 공개 제2005-118289호 공보
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 해결 과제는, 조명 광원으로서 유기 일렉트로루미네센스 패널을 적용하여, 박형의 구성이고, 목적에 따라 다양한 형상의 조명 광원을 가진 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자는, 상기 과제를 감안하여 예의 검토를 진행시킨 결과, 적어도 광원과 이미지 센서를 갖고, 당해 광원으로서, 유기 일렉트로루미네센스 패널(이하, 유기 EL 패널이라고도 한다)을 적용하고, 당해 유기 EL 패널은, 유기 일렉트로루미네센스 소자(이하, 유기 EL 소자라고도 한다)에 의해 구성되는 발광부 영역과, 광 투과성 비발광부로 구성되고, 적어도 비발광부에 인접하는 위치에 이미지 센서가 배치되어 있는 지문 정보 판독부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 확산광을 검출하는 광학식 지문 인증 장치에 의해, 박형의 구성이고, 목적에 따라 다양한 형상의 조명 광원을 가진 광학식 지문 인증 장치를 실현할 수 있음을 알아내었다.
즉, 본 발명의 상기 과제는, 하기의 수단에 의해 해결된다.
1. 적어도 광원과 이미지 센서를 갖고, 확산광을 검출하는 광학식 지문 인증 장치이며,
상기 광원으로서, 유기 일렉트로루미네센스 패널을 갖고,
당해 유기 일렉트로루미네센스 패널은, 유기 일렉트로루미네센스 소자에 의해 구성되는 발광부 영역과, 광 투과성 비발광부로 구성되고,
상기 비발광부에 인접하는 위치에 상기 이미지 센서가 배치되어 있는 지문 정보 판독부를 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
2. 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자가, 1쌍의 대향하는 전극 사이에 유기 기능층 유닛을 갖고, 상기 전극의 한쪽이 광 투과성 전극이며, 다른 쪽이 비 광투과성 전극인 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
3. 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자가, 1쌍의 대향하는 전극 사이에 유기 기능층 유닛을 갖고, 상기 전극이 모두 광 투과성 전극인 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
4. 상기 광 투과성 전극이, 산화물 반도체 또는 박막의 금속 혹은 합금으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제2항 또는 제3항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
5. 상기 광 투과성 비발광부가, 광 투과성 전극을 가진 것을 특징으로 하는 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
6. 상기 광 투과성 비발광부가, 상기 광 투과성 전극 및 상기 유기 기능층 유닛을 가진 것을 특징으로 하는 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
7. 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 외주부 영역에, 연속된 구성의 유기 일렉트로루미네센스 소자가 배치되고, 중앙부가 상기 광 투과성 비발광부인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
8. 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 복수의 유기 일렉트로루미네센스 소자가 스트라이프형으로 병렬 배치되고, 상기 스트라이프형 유기 일렉트로루미네센스 소자의 사이에, 상기 광 투과성 비발광부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
9. 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 외주부 영역에, 독립된 복수의 유기 일렉트로루미네센스 소자가 이격하여 배치되고, 중앙부가 상기 광 투과성 비발광부인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
10. 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 가시광 영역의 파장의 광을 발광하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
11. 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 적외 영역의 파장의 광을 발광하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 광학식 지문 인증 장치.
본 발명에 따르면, 박형의 구성이고, 목적에 따라 다양한 형상의 조명 광원을 가진 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에서 규정하는 구성을 포함하는 광학식 지문 인증 장치의 기술적 특징과 그 효과의 발현 기구는, 이하와 같이 추정된다.
종래의 광학식 지문 인증 장치에 있어서는, 전술한 바와 같이 광 조사 광원으로서는, LED가 널리 사용되어 왔지만, LED는 광원 수명이라는 점에서는 이점을 갖고 있지만, 그 발광 원리 때문에 구조적으로, 두꺼워지는 것, 혹은 다양한 형상으로의 가공이 매우 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명자는, 이와 같은 문제를 해결하는 방법으로서, 광원에, 유기 EL 소자를 구비하고 있는 유기 일렉트로루미네센스 패널을 적용함으로써, 상기 과제를 해 결정할 수 있음을 알아낸 것이다.
즉, 유기 EL 소자의 박막 발광 소자로서의 특징을 살림과 함께, 그 형성 방법(예를 들어, 화학 증착법이나 습식 도포 방식)에 의해, 임의의 발광 패턴을 가진 유기 EL 소자의 형성을 행할 수 있고, 광학식 지문 인증 장치에 요구되는 다양한 형상의 검출 에어리어를 가진 지문 정보 판독부를 설계할 수 있어, 다양한 요구의 지문 인증 장치에 대응하는 것이 가능하게 되었다. 또한, 다양한 형상이고, 또한 균일한 광 조사 광원을 실현함으로써, 지문 인증 장치의 인식률의 향상이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 광학식 지문 인증 장치를 구성하는 지문 정보 판독부의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 소자의 구성의 일례를 도시하는 개략 단면도.
도 3은 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 패널의 구성의 일례를 도시하는 개략 단면도(실시 형태 1).
도 4는 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 패널의 구성의 다른 일례를 도시하는 개략 단면도(실시 형태 2).
도 5는 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 패널의 구성의 다른 일례를 도시하는 개략 단면도(실시 형태 3).
도 6은 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 패널의 구성의 다른 일례를 도시하는 개략 단면도(실시 형태 4).
도 7은 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 패널의 구성의 다른 일례를 도시하는 개략 단면도(실시 형태 5).
도 8a는 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 패널의 형성 방법의 제1 스텝을 도시하는 개략 단면도(실시 형태 6).
도 8b는 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 패널의 형성 방법의 제2 스텝을 도시하는 개략 단면도(실시 형태 6).
도 8c는 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 패널의 형성 방법의 제3 스텝을 도시하는 개략 단면도(실시 형태 6).
도 9는 도넛형 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 패널을 가진 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 7).
도 10은 직사각형 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 패널을 가진 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 8).
도 11은 직사각형 유기 EL 소자를 4변에 배치한 유기 EL 패널을 가진 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 9).
도 12는 중심에 직사각형 비발광부를 설치한 원형 유기 EL 패널을 가진 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 10).
도 13은 복수의 스트립형 유기 EL 소자를 스트라이프형으로 병렬 배치한 유기 EL 패널을 가진 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 11).
도 14는 외주부에 복수의 유기 EL 소자를 이격하여 배치한 유기 EL 패널을 가진 광학 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 12).
본 발명의 광학식 지문 인증 장치는, 적어도 광원과 이미지 센서를 갖고, 확산광을 검출하는 지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치이며, 상기 광원으로서, 유기 일렉트로루미네센스 패널을 갖고, 당해 유기 일렉트로루미네센스 패널은, 유기 일렉트로루미네센스 소자에 의해 구성되는 발광부 영역과, 광 투과성 비발광부로 구성되고, 상기 비발광부에 인접하는 위치에 상기 이미지 센서가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 특징은, 각 청구항에 관한 발명에 공통되거나 또는 대응하는 기술적 특징이다.
본 발명의 실시 형태로서는, 본 발명이 목적으로 하는 효과를 보다 발현시킬 수 있다는 관점에서, 유기 EL 소자가, 1쌍의 대향하는 전극 사이에 유기 기능층 유닛을 갖고, 상기 전극의 한쪽이 광 투과성 전극이며, 다른 쪽을 비 광투과성 전극으로 하고, 발광면이 한쪽 면측만 있는 구성으로 하는 것이, 효율적으로 조사광을 지문 검출부에 조사할 수 있고, 또한 이미지 센서의 수광 감도를 높일 수 있다는 관점에서 바람직하다.
또한, 한편, 유기 EL 패널의 구성에 따라서는, 유기 EL 소자로서, 1쌍의 대향하는 전극으로 하고, 모두 광 투과성 전극으로 하고, 양면 발광형으로 하여 설계할 수도 있다.
또한, 유기 EL 소자를 구성하는 투명 전극으로서는, 산화물 반도체 또는 박막의 금속 혹은 합금으로 구성하는 것이, 높은 광 투과성과 우수한 도전성을 양립시킨 전극을 얻을 수 있는 점에서 바람직하다.
또한, 광 투과성 비발광부에 광 투과성 전극을 형성하는 것, 혹은 광 투과성 전극 및 유기 기능층 유닛을 가진 구성으로 하는 것이, 광학식 지문 인증 장치의 제조 방법을 보다 간편하게 할 수 있다는 관점에서 바람직하다.
또한, 본 발명의 광학식 지문 인증 장치를 구성하는 유기 EL 패널에 있어서의 유기 EL 소자의 배치 패턴으로서는, 타원형 외주부에 유기 EL 소자를 배치하고, 중앙부에 광 투과성 비발광부를 형성하는 방법, 혹은, 복수의 스트라이프형 유기 EL 소자를 이격한 상태에서 병렬 배치하고, 유기 EL 소자 사이에 광 투과성 비발광부를 형성하는 방법 등이, 효율적으로 지문 인증에 필요한 광학 정보를 얻을 수 있다는 관점에서 바람직한 형태이다.
또한, 유기 일렉트로루미네센스 패널이 가시광 영역의 파장의 광을 발광하는 것, 혹은, 적외 영역의 파장의 광을 발광하는 사양인 것이, 사용 용도를 확대할 수 있다는 관점에서 바람직하다.
또한, 본 발명에서 말하는 「유기 EL 패널」이란, 동일 평면 위에 유기 EL 소자에 의해 구성되는 발광부 영역과, 광 투과성 비발광부로 구성되어 있음을 의미한다.
또한, 본 발명에서 말하는 「유기 EL 소자」란, 지문 인증을 하기 위하여, 검체면(구체적으로는, 지문면)에 광 조사하는 면 광원이며, 주로는 투명 기재 위에, 대향하는 1쌍의 광 투과성을 가진 전극(양극 및 음극), 혹은 광 투과성 전극과 비 광투과성 전극으로 구성되는 전극쌍과, 당해 1쌍의 전극 사이에, 주로 전자 또는 정공의 수송을 제어하는 캐리어 수송 기능층과 발광층에 의해 구성되는 유기 기능층 유닛을 갖고, 그 상부에 밀봉 부재를 더 설치한 구성을 의미한다. 단, 설명의 사정상, 밀봉 부재의 기재나 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, 이하에 나타내는 본 발명의 상세한 설명에 있어서는, 유기 EL 소자의 발광을 제어하는 제어 회로나 배선의 기재 및 설명은 생략한다.
본 발명에서 말하는 「유기 기능층 유닛」이란, 후술하는 도 2에서 설명하겠지만, 일례로서는, 기재 위에, 제1 캐리어 수송 기능층군 1(예를 들어, 정공 주입층, 정공 수송층 등)과, 인광성 화합물 등을 함유하는 발광층과, 제2 캐리어 수송 기능층군 2(예를 들어, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 등)가 적층 배치되어 있는 구성을 의미한다.
본 발명에서 말하는 「발광 에어리어」란, 층 두께 방향으로, 양극, 유기 기능층 유닛 및 음극 모두가 존재하고 있는 영역을 의미한다.
본 발명에서 말하는 「양극」이란, 전압으로서 (+)를 인가하는 전극이며, 「애노드」 혹은 「제1 전극」이라는 경우가 있다. 또한, 「음극」이란, 전압으로서 (-)를 인가하는 전극이며, 「캐소드」 또는 「제2 전극」이라고 하는 경우가 있다.
또한, 본 발명에서 말하는 「광 투과성」이란, 파장 550㎚에 있어서의 광 투과율이 60％ 이상임을 의미하고, 바람직하게는 70％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 80％ 이상이다. 또한, 「비 광투과성」이란, 파장 550㎚에 있어서의 광 투과율이 40％ 이하임을 의미하고, 바람직하게는 30％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 20％ 이하이다.
이하, 본 발명의 구성 요소 및 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세한 설명을 한다. 또한, 본원에 있어서, 수치 범위를 나타내는 「내지」는, 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용하고 있다. 또한, 각 도면의 설명에 있어서, 구성 요소의 말미에 괄호 안에 기재한 숫자는, 각 도면에 있어서의 부호를 나타낸다.
《광학식 지문 인증 장치의 기본 구성》
본 발명의 광학식 지문 인증 장치는, 주로 광원과 이미지 센서를 갖고, 광원으로서, 유기 EL 소자에 의해 구성되는 발광부 영역과, 광 투과성 비발광부로 구성되는 유기 EL 패널을 갖고, 상기 비발광부에 인접하는 위치에 상기 이미지 센서가 배치되어 있는 지문 정보 판독부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 광학식 지문 인증 장치를 구성하는 지문 판독부의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시하는 광학식 지문 인증 장치의 지문 정보 판독부(100)로서는, 유기 EL 소자(OLED)와 광 투과성 비발광부(12)로 구성되는 유기 EL 패널(P)과, 당해 광 투과성 비발광부(12)의 하부에, 검체의 지문 정보를 광학 방식으로 판독하기 위한 이미지 센서(S)가 배치되어 있다. 참조 부호 11은, 손가락(F)을 보유 지지하기 위한 유리 기판이다.
유기 EL 패널(P)을 구성하고 있는 광원인 유기 EL 소자(OLED)로부터 광(L1, 조사광이라고도 한다)을 방출하여, 손가락(F)의 지문면에 조사하고, 지문면으로부터의 반사광(L2, 광 신호라고도 한다)을, 유기 EL 패널(P)의 광 투과성 비발광부(12)를 통과시켜, 이미지 센서(S)로 그 광학 정보를 판독하고, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 이미지 센서(S)로 판독한 화상 정보를 해석하고, 보존되어 있는(등록되어 있는) 지문 정보와 비교 판단하여, 지문의 인증을 행한다.
본 발명의 광학식 지문 인증 장치에 적용하는 이미지 센서(S)는, 고체 촬상 소자라고도 불리며, 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device) 방식이나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 방식의 이미지 센서를 들 수 있다.
《유기 EL 소자의 기본 구성》
이어서, 본 발명에 관한 유기 EL 패널을 구성하는 유기 EL 소자의 기본적인 구성에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 소자의 유기 기능층 유닛을 포함한 기본적인 구성을 도시하는 개략 단면도이다.
도 2에서 도시하는 본 발명에 관한 유기 EL 소자(OLED)는, 광 투과성을 가진 투명 기재(1), 예를 들어 유리 기재 또는 플렉시블성 수지 기재 위에, 발광층을 포함하는 유기 기능층 유닛(U)을 적층한 구조를 나타내고 있다.
도 2에 있어서, 광 투과성을 가진 투명 기재(1) 위에 가스 배리어층(2)을 형성하고 있는 예를 나타내고 있다. 당해 가스 배리어층(2) 위에 제1 전극으로서 양극(3)을 형성하고, 그 위에, 예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층 등으로 구성되는 제1 캐리어 수송 기능층군 1(4), 발광층(5) 및 예를 들어 전자 수송층, 전자 주입층 등으로 구성되는 제2 캐리어 수송 기능층군 2(6)를 순차 적층하여, 유기 기능층 유닛(U)을 구성하고 있다. 또한, 유기 기능층 유닛(U)의 상부에, 제2 전극으로서, 음극(7)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 적층체 전체를 피복하는 구조이고, 밀봉용 접착층(8) 및 가스 배리어층(9)을 가진 밀봉 기판(10)이 설치되어, 유기 EL 소자(OLED)를 구성하고 있다.
도 2에 도시하는 구성에 있어서는, 제1 전극인 양극(3)이 상기에서 규정하는 광 투과율을 가진 투명 전극이며, 제2 전극인 음극(7)이, 비 광투과성 전극이며, 양극(3)이 배치되어 있는 손가락면측으로부터, 손가락(F)에 광 조사(L1)를 행하는 방법의 일례이다.
발광 에어리어란, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 양극(3)과, 유기 기능층 유닛(U), 특히는 발광층(5)과, 음극(7) 모두가, 동일면 위에 존재하는 영역을 의미한다.
[유기 EL 소자의 구성 요소]
먼저, 본 발명에 관한 유기 EL 패널을 구성하는 유기 EL 소자의 주요 구성 요소의 상세에 대하여 설명한다.
본 발명에 관한 유기 EL 소자(OLED)에 있어서는, 도 2에서 설명한 바와 같이, 가스 배리어층(2)을 가진 투명 기판(1) 위에 제1 전극인 광 투과성을 가진 양극(3), 이어서, 예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층 등으로 구성되는 캐리어 수송 기능층군 1(4), 발광층(5), 예를 들어 전자 수송층, 전자 주입층 등으로 구성되는 캐리어 수송 기능층군 2(6)가 적층되어, 발광 영역을 구성하고 있다. 그리고, 또한 상부에, 제2 전극인 음극(7), 밀봉용 접착층(8) 및 가스 배리어층(9)을 가진 밀봉 기판(10)이 설치되어 있다.
이하에, 유기 EL 소자의 구성의 대표예를 나타낸다.
(i) 광 투과성을 가진 양극(3)/유기 기능층 유닛(U)〔캐리어 수송 기능층군 1(4: 정공 주입 수송층)/발광층(5)/캐리어 수송 기능층군 2(6: 전자 주입 수송층)〕/비 광투과성을 가진 음극(7)
(ⅱ) 광 투과성을 가진 양극(3)/유기 기능층 유닛(U)〔캐리어 수송 기능층군 1(4: 정공 주입 수송층)/발광층(5)/캐리어 수송 기능층군 2(6: 정공 저지층/전자 주입 수송층)〕/비 광투과성을 가진 음극(7)
(ⅲ) 광 투과성을 가진 양극(3)/유기 기능층 유닛(U)〔캐리어 수송 기능층군 1(4: 정공 주입 수송층/전자 저지층)/발광층(5)/캐리어 수송 기능층군 2(6: 정공 저지층/전자 주입 수송층)〕/비 광투과성을 가진 음극(7)
(ⅳ) 광 투과성을 가진 양극(3)/유기 기능층 유닛(U)〔캐리어 수송 기능층군 1(4: 정공 주입층/정공 수송층)/발광층(5)/캐리어 수송 기능층군 2(6: 전자 수송층/전자 주입층)〕/비 광투과성을 가진 음극(7)
(v) 광 투과성을 가진 양극(3)/유기 기능층 유닛(U)〔캐리어 수송 기능층군 1(4: 정공 주입층/정공 수송층)/발광층(5)/캐리어 수송 기능층군 2(6: 정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층)〕/비 광투과성을 가진 음극(7)
(ⅵ) 광 투과성을 가진 양극(3)/유기 기능층 유닛(U)〔캐리어 수송 기능층군 1(4: 정공 주입층/정공 수송층/전자 저지층)/발광층(5)/캐리어 수송 기능층군 2(6: 정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층)〕/비 광투과성을 가진 음극(7)
상기 (i) 내지 (ⅵ)에서 설명한 구성에서는, 음극(7)을 비 광투과성으로서 설명했지만, 필요에 따라, 양극과 마찬가지의 광 투과성의 음극으로 하는 구성이어도 된다.
또한, 발광층 사이에는 비발광성의 중간층을 갖고 있어도 된다. 중간층은 전하 발생층이어도 되고, 멀티 포톤 유닛 구성이어도 된다.
본 발명에 적용 가능한 유기 EL 소자의 개요에 대해서는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2013-157634호 공보, 일본 특허 공개 제2013-168552호 공보, 일본 특허 공개 제2013-177361호 공보, 일본 특허 공개 제2013-187211호 공보, 일본 특허 공개 제2013-191644호 공보, 일본 특허 공개 제2013-191804호 공보, 일본 특허 공개 제2013-225678호 공보, 일본 특허 공개 제2013-235994호 공보, 일본 특허 공개 제2013-243234호 공보, 일본 특허 공개 제2013-243236호 공보, 일본 특허 공개 제2013-242366호 공보, 일본 특허 공개 제2013-243371호 공보, 일본 특허 공개 제2013-245179호 공보, 일본 특허 공개 제2014-003249호 공보, 일본 특허 공개 제2014-003299호 공보, 일본 특허 공개 제2014-013910호 공보, 일본 특허 공개 제2014-017493호 공보, 일본 특허 공개 제2014-017494호 공보 등에 기재되어 있는 구성을 들 수 있다.
또한, 탠덤형 유기 EL 소자로 할 수도 있고, 탠덤형 구체예로서는, 예를 들어 미국 특허 제6,337,492호 명세서, 미국 특허 제7,420,203호 명세서, 미국 특허 제7,473,923호 명세서, 미국 특허 제6,872,472호 명세서, 미국 특허 제6,107,734호 명세서, 미국 특허 제6,337,492호 명세서, 국제 공개 제2005/009087호, 일본 특허 공개 제2006-228712호 공보, 일본 특허 공개 제2006-24791호 공보, 일본 특허 공개 제2006-49393호 공보, 일본 특허 공개 제2006-49394호 공보, 일본 특허 공개 제2006-49396호 공보, 일본 특허 공개 제2011-96679호 공보, 일본 특허 공개 제2005-340187호 공보, 일본 특허 제4711424호 공보, 일본 특허 제3496681호 공보, 일본 특허 제3884564호 공보, 일본 특허 제4213169호 공보, 일본 특허 공개 제2010-192719호 공보, 일본 특허 공개 제2009-076929호 공보, 일본 특허 공개 제2008-078414호 공보, 일본 특허 공개 제2007-059848호 공보, 일본 특허 공개 제2003-272860호 공보, 일본 특허 공개 제2003-045676호 공보, 국제 공개 제2005/094130호 등에 기재된 소자 구성이나 구성 재료 등을 들 수 있지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
또한, 유기 EL 소자를 구성하는 각 층에 대하여 설명한다.
〔투명 기재〕
유기 EL 소자(OLED)에 적용 가능한 투명 기재(1)로서는, 광 투과성을 가진 기재라면 특별히 제한은 없으며, 예를 들어 유리, 플라스틱 등의 종류를 들 수 있다.
본 발명에 적용 가능한 광 투과성을 가진 기재(1)로서는, 유리, 석영, 수지 기재를 들 수 있다. 더욱 바람직하게는, 유기 EL 소자에 플렉시블성을 부여할 수 있다는 관점에서 플렉시블성 수지 기재이다.
본 발명에 적용 가능한 수지 기재를 구성하는 수지 재료로서는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(약칭: PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(약칭: PEN) 등의 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀로판, 셀룰로오스디아세테이트, 셀룰로오스트리아세테이트(약칭: TAC), 셀룰로오스아세테이트부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트(약칭: CAP), 셀룰로오스아세테이트프탈레이트, 셀룰로오스나이트레이트 등의 셀룰로오스에스테르류 및 그것들의 유도체, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌비닐알코올, 신디오택틱폴리스티렌, 폴리카르보네이트(약칭: PC), 노르보르넨 수지, 폴리메틸펜텐, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르술폰(약칭: PES), 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰류, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤이미드, 폴리아미드, 불소 수지, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴 및 폴리아릴레이트류, 아톤(상품명, JSR사제) 및 아펠(상품명, 미쓰이 가가꾸사제) 등의 시클로올레핀계 수지 등을 들 수 있다.
이들 수지 기재 중 비용이나 입수의 용이성의 관점에서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(약칭: PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트(약칭: PEN), 폴리카르보네이트(약칭: PC) 등을 구성 재료로 하는 필름이, 플렉시블성을 가진 수지 기재로서 바람직하게 사용된다.
또한, 상기한 수지 기재는, 미연신 필름이어도 되고, 연신 필름이어도 된다.
본 발명에 적용 가능한 수지 기재는, 종래 공지의 일반적인 제막 방법에 의해 제조하는 것이 가능하다. 예를 들어, 재료가 되는 수지를 압출기에 의해 용융하고, 환형 다이나 T다이에 의해 압출하여 급랭함으로써, 실질적으로 무정형으로 배향하지 않는 미연신의 수지 기재를 제조할 수 있다. 또한, 미연신의 수지 기재를 1축 연신, 텐터식 순차 2축 연신, 텐터식 동시 2축 연신, 튜블러식 동시 2축 연신 등의 공지된 방법에 의해, 수지 기재의 반송 방향(종축 방향, MD 방향), 또는 수지 기재의 반송 방향과 직각인 방향(횡축 방향, TD 방향)으로 연신함으로써, 연신 수지 기재를 제조할 수 있다. 이 경우의 연신 배율은, 수지 기재의 원료가 되는 수지에 맞게 적절히 선택할 수 있지만, 종축 방향 및 횡축 방향으로 각각 2 내지 10배의 범위 내인 것이 바람직하다.
수지 기재의 두께로서는, 3 내지 200㎛의 범위 내에 있는 박막의 수지 기재인 것이 바람직하지만, 보다 바람직하게는 10 내지 150㎛의 범위 내이며, 특히 바람직하게는 20 내지 120㎛의 범위 내이다.
또한, 본 발명에 관한 광 투과성을 가진 기재로서 적용 가능한 유리 기재로서는, 소다석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨붕규산 유리, 석영 등을 들 수 있다.
〔제1 전극: 양극〕
유기 EL 소자를 구성하는 양극으로서는 광 투과성 전극인 것이 바람직한데, 예를 들어 산화물 반도체 또는 박막의 금속 혹은 합금으로 구성되어 있는 것이 바람직한 형태이며, 예를 들어 Ag, Au 등의 금속 또는 금속을 주성분으로 하는 합금, CuI, 혹은 인듐·주석의 복합 산화물(ITO), SnO2나 ZnO 등의 산화물 반도체를 들 수 있다.
양극의 형성 방법으로서는, 예를 들어 진공 증착법(예를 들어, 저항 가열 증착법, 전자선 증착법, 이온 플레이팅법, 이온 빔 증착법 등), 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 에피택시법, 플라스마 중합법, 대기압 플라스마 중합법, 플라스마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법 등을 들 수 있다.
광 투과성을 가진 양극을, 은을 주성분으로 하여 구성하는 경우, 은의 순도로서는 99％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 은의 안정성을 확보하기 위하여 팔라듐(Pd), 구리(Cu) 및 금(Au) 등이 첨가되어 있어도 된다.
광 투과성을 가진 양극은 은을 주성분으로 하여 구성되어 있는 층이지만, 구체적으로는 은 단독으로 형성해도, 혹은 은(Ag)을 함유하는 합금으로 구성되어 있어도 된다. 그러한 합금으로서는, 예를 들어 은-마그네슘(Ag-Mg), 은-구리(Ag-Cu), 은-팔라듐(Ag-Pd), 은-팔라듐-구리(Ag-Pd-Cu), 은-인듐(Ag-In) 등을 들 수 있다.
상기 양극을 구성하는 각 구성 재료 중에서도, 본 발명에 관한 유기 EL 소자를 구성하는 양극으로서는, 은을 주성분으로 하여 구성하고, 두께가 2 내지 20㎚의 범위 내에 있는 광 투과성을 가진 양극인 것이 바람직하지만, 더욱 바람직하게는 두께가 4 내지 12㎚의 범위 내이다. 두께가 20㎚ 이하이면 광 투과성을 가진 양극의 흡수 성분 및 반사 성분이 낮게 억제되어, 높은 광 투과율이 유지되기 때문에 바람직하다.
본 발명에서 말하는 은을 주성분으로 하여 구성되어 있는 층이란, 광 투과성을 가진 양극 중의 은의 함유량이 60질량％ 이상임을 의미하고, 바람직하게는 은의 함유량이 80질량％ 이상이며, 보다 바람직하게는 은의 함유량이 90질량％ 이상이며, 특히 바람직하게는 은의 함유량이 98질량％ 이상이다. 또한, 본 발명에 관한 광 투과성을 가진 양극에서 말하는 「광 투과성」이란, 파장 550㎚에서의 광 투과율이 50％ 이상임을 의미한다.
광 투과성을 가진 양극에 있어서는, 은을 주성분으로 하여 구성되어 있는 층이, 필요에 따라 복수의 층으로 나뉘어 적층된 구성이어도 된다.
또한, 본 발명에 있어서는, 양극이, 은을 주성분으로 하여 구성하는 광 투과성을 가진 양극인 경우에는, 형성되는 광 투과성을 가진 양극의 은막의 균일성을 높이는 관점에서, 그 하부에, 하지층을 형성하는 것이 바람직하다. 하지층으로서는, 특별히 제한은 없지만, 은 또는 은을 주성분으로 하는 합금을 포함하는 양극의 성막 시에, 은의 응집을 억제할 수 있는 것이면 되는데, 예를 들어 질소 원자 또는 황 원자를 가진 유기 화합물을 함유하는 층인 것이 바람직하고, 당해 하지층 위에 광 투과성을 가진 양극을 형성하는 방법이 바람직한 양태이다.
〔유기 기능층 유닛〕
(발광층)
유기 EL 소자(OLED)를 구성하는 발광층(5)은, 발광 재료로서 인광 발광 화합물, 혹은 형광성 화합물을 사용할 수 있지만, 본 발명에 있어서는, 특히, 발광 재료로서 인광 발광 화합물이 함유되어 있는 구성이 바람직하다.
이 발광층은, 전극 또는 전자 수송층으로부터 주입된 전자와, 정공 수송층으로부터 주입된 정공이 재결합하여 발광하는 층이며, 발광하는 부분은 발광층의 층내여도 발광층과 인접하는 층의 계면이어도 된다.
이러한 발광층으로서는, 포함되는 발광 재료가 발광 요건을 만족시키면, 그 구성에는 특별히 제한은 없다. 또한, 동일한 발광 스펙트럼이나 발광 극대 파장을 가진 층이 복수층이어도 된다. 이 경우, 각 발광층 사이에는 비발광성의 중간층을 갖고 있는 것이 바람직하다.
발광층의 두께의 총합은, 1 내지 100㎚의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 보다 낮은 구동 전압을 얻을 수 있는 점에서 1 내지 30㎚의 범위 내가 더욱 바람직하다. 또한, 발광층의 두께의 총합이란, 발광층 사이에 비발광성의 중간층이 존재하는 경우에는, 당해 중간층도 포함하는 두께이다.
이상과 같은 발광층은, 후술하는 발광 재료나 호스트 화합물을, 예를 들어 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(랭뮤어·블로젯, Langmuir Blodgett법) 및 잉크젯법 등의 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다.
또한 발광층은, 복수의 발광 재료를 혼합해도 되고, 인광 발광 재료와 형광 발광 재료(형광 도펀트, 형광성 화합물이라고도 한다)를 동일 발광층 중에 혼합하여 사용해도 된다. 발광층의 구성으로서는, 호스트 화합물(발광 호스트 등이라고도 한다) 및 발광 재료(발광 도펀트 화합물이라고도 한다)를 함유하여, 발광 재료로부터 발광시키는 것이 바람직하다.
<호스트 화합물>
발광층에 함유되는 호스트 화합물로서는, 실온(25℃)에 있어서의 인광 발광의 인광 양자 수율이 0.1 미만인 화합물이 바람직하다. 또한 인광 양자 수율이 0.01 미만인 것이 바람직하다. 또한, 발광층에 함유되는 화합물 중에서, 그 층 중에서의 체적비가 50％ 이상인 것이 바람직하다.
호스트 화합물로서는, 공지된 호스트 화합물을 단독으로 사용해도 되고, 혹은, 복수종의 호스트 화합물을 사용해도 된다. 호스트 화합물을 복수종 사용함으로써 전하의 이동을 조정하는 것이 가능하여, 유기 전계 발광 소자를 고효율화할 수 있다. 또한, 후술하는 발광 재료를 복수종 사용함으로써 상이한 발광을 섞는 것이 가능해지고, 이에 의해 임의의 발광색을 얻을 수 있다.
발광층에 사용되는 호스트 화합물로서는, 종래 공지된 저분자 화합물이어도, 반복 단위를 가진 고분자 화합물이어도 되고, 비닐기나 에폭시기와 같은 중합성기를 가진 저분자 화합물(증착 중합성 발광 호스트)이어도 된다.
본 발명에 적용 가능한 호스트 화합물로서는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-257076호 공보, 동2001-357977호 공보, 동2002-8860호 공보, 동2002-43056호 공보, 동2002-105445호 공보, 동2002-352957호 공보, 동2002-231453호 공보, 동2002-234888호 공보, 동2002-260861호 공보, 동2002-305083호 공보, 미국 특허 출원 공개 제2005/0112407호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2009/0030202호 명세서, 국제 공개 제2001/039234호, 국제 공개 제2008/056746호, 국제 공개 제2005/089025호, 국제 공개 제2007/063754호, 국제 공개 제2005/030900호, 국제 공개 제2009/086028호, 국제 공개 제2012/023947호, 일본 특허 공개 제2007-254297호 공보, 유럽 특허 제2034538호 명세서 등에 기재되어 있는 화합물을 들 수 있다.
<발광 재료>
본 발명에서 사용할 수 있는 발광 재료로서는, 인광 발광성 화합물(인광성 화합물, 인광 발광 재료 또는 인광 발광 도펀트라고도 한다) 및 형광 발광성 화합물(형광성 화합물 또는 형광 발광 재료라고도 한다)을 들 수 있지만, 특히, 인광 발광성 화합물을 사용하는 것이, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다는 관점에서 바람직하다.
<인광 발광성 화합물>
인광 발광성 화합물이란, 여기 삼중항으로부터의 발광이 관측되는 화합물이며, 구체적으로는 실온(25℃)에서 인광 발광하는 화합물이며, 인광 양자 수율이 25℃에 있어서 0.01 이상인 화합물이라고 정의되지만, 바람직한 인광 양자 수율은 0.1 이상이다.
상기 인광 양자 수율은, 제4판 실험 화학 강좌 7의 분광 Ⅱ의 398페이지(1992년판, 마루젠)에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다. 용액 중에서의 인광 양자 수율은, 다양한 용매를 사용하여 측정할 수 있지만, 본 발명에 있어서 인광 발광성 화합물을 사용하는 경우, 임의의 용매의 어느 것에 있어서, 상기 인광 양자 수율로서 0.01 이상이 달성되면 된다.
인광 발광성 화합물은, 일반적인 유기 EL 소자의 발광층에 사용되는 공지된 것 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있지만, 바람직하게는 원소의 주기율표에서 8 내지 10족의 금속을 함유하는 착체계 화합물이며, 더욱 바람직하게는 이리듐 화합물, 오스뮴 화합물, 백금 화합물(백금 착체계 화합물) 또는 희토류 착체이며, 그 중에서 가장 바람직한 것은 이리듐 화합물이다.
본 발명에 있어서는, 적어도 하나의 발광층이, 2종 이상의 인광 발광성 화합물이 함유되어 있어도 되고, 발광층에 있어서의 인광 발광성 화합물의 농도비가 발광층의 두께 방향에서 변화하고 있는 양태여도 된다.
본 발명에 사용할 수 있는 공지된 인광 발광성 화합물의 구체예로서는, 이하의 문헌에 기재되어 있는 화합물 등을 들 수 있다.
Nature 395, 151(1998), Appl. Phys. Lett. 78, 1622(2001), Adv. Mater. 19, 739(2007), Chem. Mater. 17, 3532(2005), Adv. Mater. 17, 1059(2005), 국제 공개 제2009/100991호, 국제 공개 제2008/101842호, 국제 공개 제2003/040257호, 미국 특허 출원 공개 제2006/835469호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2006/0202194호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2007/0087321호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2005/0244673호 명세서 등에 기재된 화합물을 들 수 있다.
또한, Inorg. Chem. 40, 1704(2001), Chem. Mater. 16, 2480(2004), Adv. Mater. 16, 2003(2004), Angew. Chem. lnt. Ed. 2006, 45, 7800, Appl. Phys. Lett. 86, 153505(2005), Chem. Lett. 34, 592(2005), Chem. Commun. 2906(2005), Inorg. Chem. 42, 1248(2003), 국제 공개 제2009/050290호, 국제 공개 제2009/000673호, 미국 특허 제7332232호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2009/0039776호 명세서, 미국 특허 제6687266호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2006/0008670호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2008/0015355호 명세서, 미국 특허 제7396598호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2003/0138657호 명세서, 미국 특허 제7090928호 명세서 등에 기재된 화합물을 들 수 있다.
또한, Angew. Chem. lnt. Ed. 47, 1(2008), Chem. Mater. 18, 5119(2006), Inorg. Chem. 46, 4308(2007), Organometallics 23, 3745(2004), Appl. Phys. Lett. 74, 1361(1999), 국제 공개 제2006/056418호, 국제 공개 제2005/123873호, 국제 공개 제2005/123873호, 국제 공개 제2006/082742호, 미국 특허 출원 공개 제2005/0260441호 명세서, 미국 특허 제7534505호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2007/0190359호 명세서, 미국 특허 제7338722호 명세서, 미국 특허 제7279704호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2006/103874호 명세서 등에 기재된 화합물도 들 수 있다.
나아가, 국제 공개 제2005/076380호, 국제 공개 제2008/140115호, 국제 공개 제2011/134013호, 국제 공개 제2010/086089호, 국제 공개 제2012/020327호, 국제 공개 제2011/051404호, 국제 공개 제2011/073149호, 일본 특허 공개 제2009-114086호 공보, 일본 특허 공개 제2003-81988호 공보, 일본 특허 공개 제2002-363552호 공보 등에 기재된 화합물도 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 바람직한 인광 발광성 화합물로서는 Ir을 중심 금속에 가진 유기 금속 착체를 들 수 있다. 더욱 바람직하게는, 금속-탄소 결합, 금속-질소 결합, 금속-산소 결합, 금속-황 결합의 적어도 하나의 배위 양식을 포함하는 착체가 바람직하다.
상기 설명한 인광 발광성 화합물(인광 발광성 금속 착체라고도 한다)은, 예를 들어 Organic Letter지, vol 3, No.16, 2579 내지 2581페이지(2001), Inorganic Chemistry, 제30권, 제8호, 1685 내지 1687페이지(1991년), J. Am. Chem. Soc., 123권, 4304페이지(2001년), Inorganic Chemistry, 제40권, 제7호, 1704 내지 1711페이지(2001년), Inorganic Chemistry, 제41권, 제12호, 3055 내지 3066페이지(2002년), New Journal of Chemistry., 제26권, 1171페이지(2002년), European Journal of Organic Chemistry, 제4권, 695 내지 709페이지(2004년), 또한 이들 문헌 중에 기재되어 있는 참고 문헌 등에 개시되어 있는 방법을 적용함으로써 합성할 수 있다.
<형광 발광성 화합물>
형광 발광성 화합물로서는, 쿠마린계 색소, 피란계 색소, 시아닌계 색소, 크로코늄계 색소, 스쿠아릴륨계 색소, 옥소벤즈안트라센계 색소, 플루오레세인계 색소, 로다민계 색소, 피릴륨계 색소, 페릴렌계 색소, 스틸벤계 색소, 폴리티오펜계 색소 또는 희토류 착체계 형광체 등을 들 수 있다.
〔캐리어 수송 기능층군〕
이어서, 캐리어 수송 기능층군을 구성하는 각 층의 대표예로서, 전하 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 저지층의 순으로 설명한다.
(전하 주입층)
전하 주입층은, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위해 전극과 발광층 사이에 형성되는 층을 의미하고, 「유기 EL 소자와 그 공업화 최전선(1998년 11월 30일 엔·티·에스사 발행)」의 제2편 제2장 「전극 재료」(123 내지 166페이지)에 그 상세가 기재되어 있으며, 정공 주입층과 전자 주입층이 있다.
전하 주입층으로서는, 일반적으로는, 정공 주입층이면, 양극과 발광층 또는 정공 수송층 사이, 전자 주입층이면 음극과 발광층 또는 전자 수송층 사이에 존재시킬 수 있지만, 본 발명에 있어서는, 광 투과성을 가진 전극에 인접하여 전하 주입층을 배치시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 중간 전극으로 사용되는 경우는, 인접하는 전자 주입층 및 정공 주입층의 적어도 한쪽이, 본 발명의 요건을 만족시키면 된다.
정공 주입층은, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위해 광 투과성을 가진 전극인 양극에 인접하여 배치되는 층이며, 「유기 EL 소자와 그 공업화 최전선(1998년 11월 30일 엔·티·에스사 발행)」의 제2편 제2장 「전극 재료」(123 내지 166페이지)에 상세하게 기재되어 있다.
정공 주입층은, 일본 특허 공개 (평)9-45479호 공보, 동9-260062호 공보, 동8-288069호 공보 등에도 그 상세가 기재되어 있으며, 정공 주입층에 사용되는 재료로서는, 예를 들어 포르피린 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 트리아릴아민 유도체, 카르바졸 유도체, 인돌로카르바졸 유도체, 이소인돌 유도체, 안트라센이나 나프탈렌 등의 아센계 유도체, 플루오렌 유도체, 플루오레논 유도체 및 폴리비닐카르바졸, 방향족 아민을 주쇄 또는 측쇄에 도입한 고분자 재료 또는 올리고머, 폴리실란, 도전성 중합체 또는 올리고머(예를 들어, PEDOT(폴리에틸렌디옥시티오펜)/PSS(폴리스티렌술폰산), 아닐린계 공중합체, 폴리아닐린, 폴리티오펜 등) 등을 들 수 있다.
트리아릴아민 유도체로서는, α-NPD(4,4'-비스〔N-(1-나프틸)-N-페닐아미노〕비페닐)로 대표되는 벤지딘형이나, MTDATA(4,4',4"-트리스〔N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노〕트리페닐아민)으로 대표되는 스타버스트형, 트리아릴아민 연결 코어부에 플루오렌이나 안트라센을 가진 화합물 등을 들 수 있다.
또한, 일본 특허 공표 제2003-519432호 공보나 일본 특허 공개 제2006-135145호 공보 등에 기재되어 있는 헥사아자트리페닐렌 유도체도 마찬가지로 정공 수송 재료로서 사용할 수 있다.
전자 주입층은, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위해 음극과 발광층 사이에 형성되는 층을 의미하고, 음극이 본 발명에 관한 광 투과성을 가진 전극으로 구성되어 있는 경우에는, 당해 광 투과성을 가진 전극에 인접하여 형성되고, 「유기 EL 소자와 그 공업화 최전선(1998년 11월 30일 엔·티·에스사 발행)」의 제2편 제2장 「전극 재료」(123 내지 166페이지)에 상세하게 기재되어 있다.
전자 주입층은, 일본 특허 공개 (평)6-325871호 공보, 동9-17574호 공보, 동10-74586호 공보 등에도 그 상세가 기재되어 있으며, 전자 주입층에 바람직하게 사용되는 재료의 구체예로서는, 스트론튬이나 알루미늄 등으로 대표되는 금속, 불화 리튬, 불화나트륨, 불화칼륨 등으로 대표되는 알칼리 금속 화합물, 불화마그네슘, 불화칼슘 등으로 대표되는 알칼리 금속 할라이드층, 불화마그네슘으로 대표되는 알칼리 토금속 화합물층, 산화몰리브덴, 산화알루미늄 등으로 대표되는 금속 산화물, 리튬8-히드록시퀴놀레이트(Liq) 등으로 대표되는 금속 착체 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 광 투과성을 가진 전극이 음극인 경우는, 금속 착체 등의 유기 재료가 특히 적합하게 사용된다. 전자 주입층은 매우 얇은 막인 것이 바람직한데, 구성 재료에 따라 다르지만, 그 층 두께는 1㎚ 내지 10㎛의 범위가 바람직하다.
(정공 수송층)
정공 수송층이란 정공을 수송하는 기능을 가진 정공 수송 재료를 포함하고, 넓은 의미에서 정공 주입층 및 전자 저지층도 정공 수송층의 기능을 갖는다. 정공 수송층은 단층 또는 복수층 형성할 수 있다.
정공 수송 재료로서는, 정공의 주입 또는 수송, 전자의 장벽성의 어느 것을 가진 것이며, 유기물, 무기물의 어느 것이어도 된다. 예를 들어, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 아닐린계 공중합체, 도전성 고분자 올리고머 및 티오펜 올리고머 등을 들 수 있다.
정공 수송 재료로서는, 상기한 것을 사용할 수 있지만, 포르피린 화합물, 방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴아민 화합물을 사용할 수 있고, 특히 방향족 제3급 아민 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴아민 화합물의 대표예로서는, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노페닐, N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-〔1,1'-비페닐〕-4,4'-디아민(약칭: TPD), 2,2-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)프로판, 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)시클로헥산, N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4,4'-디아미노비페닐, 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)-4-페닐시클로헥산, 비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)페닐메탄, 비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)페닐메탄, N,N'-디페닐-N,N'-디(4-메톡시페닐)-4,4'-디아미노비페닐, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-비스(디페닐아미노)쿼드리페닐, N,N,N-트리(p-톨릴)아민, 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-〔4-(디-p-톨릴아미노)스티릴〕스틸벤, 4-N,N-디페닐아미노-(2-디페닐비닐)벤젠, 3-메톡시-4'-N,N-디페닐아미노스틸벤젠 및 N-페닐카르바졸 등을 들 수 있다.
정공 수송층은, 상기 정공 수송 재료를, 예를 들어 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, 잉크젯법을 포함하는 인쇄법 및 LB법(랭뮤어·블로젯, Langmuir Blodgett법) 등의 공지된 방법에 의해, 박막화함으로써 형성할 수 있다. 정공 수송층의 층 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 5㎚ 내지 5㎛ 정도, 바람직하게는 5 내지 200㎚의 범위이다. 이 정공 수송층은, 상기 재료의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 1층 구조여도 된다.
또한, 정공 수송층의 재료에 불순물을 도프함으로써, p성을 높일 수도 있다. 그 예로서는, 일본 특허 공개 (평)4-297076호 공보, 일본 특허 공개 제2000-196140호 공보, 동2001-102175호 공보 및 J.Appl.Phys., 95,5773(2004) 등에 기재된 것을 들 수 있다.
이와 같이, 정공 수송층의 p성을 높이면, 보다 저소비 전력의 소자를 제작할 수 있기 때문에 바람직하다.
(전자 수송층)
전자 수송층은, 전자를 수송하는 기능을 가진 재료로 구성되고, 넓은 의미에서 전자 주입층, 정공 저지층도 전자 수송층에 포함된다. 전자 수송층은, 단층 구조 또는 복수층의 적층 구조로서 형성할 수 있다.
단층 구조의 전자 수송층 및 적층 구조의 전자 수송층에 있어서, 발광층에 인접하는 층 부분을 구성하는 전자 수송 재료(정공 저지 재료를 겸한다)로서는, 캐소드로부터 주입된 전자를 발광층으로 전달하는 기능을 갖고 있으면 된다. 이러한 재료로서는, 종래 공지된 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥시드 유도체, 카르보디이미드, 플루오레닐리덴메탄 유도체, 안트라퀴노디메탄, 안트론 유도체 및 옥사디아졸 유도체 등을 들 수 있다. 또한, 상기 옥사디아졸 유도체에 있어서, 옥사디아졸환의 산소 원자를 황 원자로 치환한 티아디아졸 유도체, 전자 흡인기로서 알려져 있는 퀴녹살린환을 가진 퀴녹살린 유도체도, 전자 수송층의 재료로서 사용할 수 있다. 또한 이들 재료를 고분자쇄에 도입한 고분자 재료 또는 이들 재료를 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다.
또한, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체, 예를 들어 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(5,7-디클로로-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(5,7-디브로모-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리놀)알루미늄, 비스(8-퀴놀리놀)아연(약칭: Znq) 등 및 이들의 금속 착체의 중심 금속이 In, Mg, Cu, Ca, Sn, Ga 또는 Pb로 치환된 금속 착체도, 전자 수송층의 재료로서 사용할 수 있다.
전자 수송층은, 상기 재료를, 예를 들어 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, 잉크젯법을 포함하는 인쇄법 및 LB법 등의 공지된 방법에 의해, 박막화함으로써 형성할 수 있다. 전자 수송층의 층 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 5㎚ 내지 5㎛ 정도, 바람직하게는 5 내지 200㎚의 범위 내이다. 전자 수송층은 상기 재료의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 단일 구조여도 된다.
(저지층)
저지층으로서는, 정공 저지층 및 전자 저지층을 들 수 있고, 상기 설명한 캐리어 수송 기능층 유닛(3)의 각 구성층 이외에도, 필요에 따라 형성되는 층이다. 예를 들어, 일본 특허 공개 (평)11-204258호 공보, 동(11)-204359호 공보 및 「유기 EL 소자와 그 공업화 최전선(1998년 11월 30일 엔·티·에스사 발행)」의 237페이지 등에 기재되어 있는 정공 저지(홀 블록)층 등을 들 수 있다.
정공 저지층이란, 넓은 의미에서는, 전자 수송층의 기능을 갖는다. 정공 저지층은, 전자를 수송하는 기능을 가지면서 정공을 수송하는 능력이 현저하게 작은 정공 저지 재료를 포함하고, 전자를 수송하면서 정공을 저지함으로써 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다. 또한, 전자 수송층의 구성을 필요에 따라, 정공 저지층으로서 사용할 수 있다. 정공 저지층은, 발광층에 인접하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 전자 저지층이란, 넓은 의미에서는, 정공 수송층의 기능을 갖는다. 전자 저지층은, 정공을 수송하는 기능을 가지면서, 전자를 수송하는 능력이 현저하게 작은 재료를 포함하고, 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다. 또한, 정공 수송층의 구성을 필요에 따라 전자 저지층으로서 사용할 수 있다. 본 발명에 적용하는 정공 저지층의 층 두께로서는, 바람직하게는 3 내지 100㎚의 범위이며, 더욱 바람직하게는 5 내지 30㎚의 범위이다.
〔제2 전극: 음극〕
본 발명에 관한 음극은, 캐리어 수송 기능층군이나 발광층에 정공을 공급하기 위하여 기능하는 광 투과성을 가진 전극이며, 금속, 합금, 유기 또는 무기의 도전성 화합물 혹은 이들의 혼합물로서, 예를 들어 금, 알루미늄, 은, 마그네슘, 리튬, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 인듐, 리튬/알루미늄 혼합물, 희토류 금속, ITO, ZnO, TiO2 및 SnO2 등의 산화물 반도체 등을 들 수 있다.
음극은, 이들 도전성 재료를 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시켜 제작할 수 있다. 또한, 제2 전극으로서의 시트 저항은, 수백Ω/sq. 이하가 바람직하고, 막 두께는 통상 5㎚ 내지 5㎛, 바람직하게는 5 내지 200㎚의 범위에서 선택된다.
〔그 밖의 구성 요소〕
<가스 배리어층>
투명 기재(1)의 편면 또는 양면, 적어도 양극(제1 전극)이 형성되는 측의 전체면에는, 광 투과성이 있는 가스 배리어층(2)을 형성함으로써, 수분이나 산소 등, 유기 EL 소자의 구성 재료에 대하여 열화를 초래하는 성분의 침입을 억제할 수 있다.
가스 배리어층(2)은, 무기 재료 피막뿐만 아니라, 유기 재료의 복합 재료를 포함하는 피막 또는 이들의 피막을 적층한 하이브리드 피막이어도 된다. 가스 배리어층(2)의 성능으로서는, JIS(일본 공업 규격)-K7129(2008년)에 준거한 수증기 투과도(환경 조건: 25±0.5℃, 상대 습도(90±2)％)가 약 0.01g/㎡·24h 이하, JIS-K7126(2006년)에 준거한 산소 투과도가 약 0.01ml/㎡·24h·atm 이하, 저항률이 1×1012Ω·㎝ 이상, 광선 투과율은 가시광 영역에서 약 80％ 이상인, 가스 배리어성을 가진 광 투과성을 가진 절연막인 것이 바람직하다.
가스 배리어층(2)의 형성 재료로서는, 유기 EL 소자의 열화를 초래하는, 예를 들어 물이나 산소 등의 가스의 유기 EL 소자에 대한 침입을 억제할 수 있는 재료라면, 임의의 재료를 사용할 수 있다.
예를 들어, 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 탄화규소, 산탄화규소, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화니오븀, 산화몰리브덴 등의 무기 재료를 포함하는 피막으로 구성할 수 있는데, 바람직하게는 질화규소나 산화규소 등의 규소 화합물을 주원료로 하는 구성이다.
가스 배리어층의 형성 방법으로서는, 종래 공지된 성막 방법을 적절히 선택하여 사용할 수 있는데, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터법, 마그네트론 스퍼터법, 분자선 에피택시법, 클러스터 이온 빔법, 이온 플레이팅법, 플라스마 중합법, 대기압 플라스마 중합법(일본 특허 공개 제2004-68143호 공보 참조), 플라스마 CVD(Chemical Vapor Deposition)법, 레이저 CVD법, 열 CVD법, ALD(원자층 퇴적)법, 또한, 폴리실라잔 등을 사용한 습식 도포법을 적용할 수도 있다.
<밀봉 재료>
도 2에 도시하는 유기 EL 패널(P)에서는, 음극(7)까지 형성된 유기 EL 소자(OLED)를 구비한 유기 EL 패널(P)에 대하여, 추가로 그 상부에 밀봉 부재를 형성하고 있는 일례를 나타내고 있다.
도 2에서 도시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(OLED)의 전체면에, 밀봉용 접착제(8)를 부여한 후, 최표면에 가스 배리어층(9)을 가진 밀봉 부재(10)로 밀봉을 행한다.
밀봉 부재로서는, 유기 EL 소자의 표시 영역을 덮도록 배치되어 있으면 되고, 오목판형이어도, 평판형이어도 된다. 또한 투명성 및 전기 절연성은 특별히 한정되지 않는다.
구체적으로는, 플렉시블성을 구비한 유리 기판, 수지 기판, 수지 필름, 금속 필름(금속박) 등을 들 수 있다. 유리 기판으로서는, 특히 소다석회유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨붕규산 유리, 석영 등을 들 수 있다. 또한, 수지 기판으로서는, 폴리카르보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르술파이드, 폴리술폰 등을 들 수 있다.
밀봉용 접착제로서는, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 에폭시계, 아크릴계 등의 접착제를 사용할 수 있다. 필요에 따라 경화제를 병용해도 된다. 핫 멜트 라미네이션법이나 익스트루전 라미네이트법 및 공압출 라미네이션법도 사용할 수 있지만 드라이 라미네이트 방식이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 밀봉 부재로서는, 유기 EL 소자를 박막화할 수 있다는 관점에서, 수지 기판 및 유리 기판을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 수지 기판은, JIS K 7129-1992에 준거한 방법으로 측정된 온도 25±0.5℃, 상대 습도 90±2％RH에 있어서의 수증기 투과도가 1×10-3g/㎡·24h 이하인 것이 바람직하고, 나아가, JIS K 7126-1987에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가 1×10-3ml/㎡·24h·atm(1atm은, 1.01325×105Pa이다) 이하이며, 온도 25±0.5℃, 상대 습도 90±2％RH에 있어서의 수증기 투과도가 1×10-3g/㎡·24h 이하인 것이 바람직하다. 이 조건을 만족시키기 위해서, 전술한 기재에서 설명한 것과 마찬가지의 가스 배리어층을 형성하는 것이 바람직한 형태이다.
밀봉 부재와 유기 EL 소자의 표시 영역(발광 영역)의 간극에는, 기상 및 액상으로는 질소, 아르곤 등의 불활성 기체나 불화탄화수소, 실리콘 오일과 같은 불활성 액체를 주입할 수도 있다. 또한, 밀봉 부재와 유기 EL 소자의 표시 영역의 간극을 진공으로 하거나, 간극에 흡습성 화합물을 봉입할 수도 있다.
또한, 유기 EL 소자에 있어서의 유기 기능층 유닛을 완전히 덮고, 또한 유기 EL 소자에 있어서의 제1 전극인 양극(3)과, 제2 전극인 음극(7)의 단자 부분을 노출시킨 상태에서, 광 투과성을 가진 기판 위에 밀봉막을 형성할 수도 있다.
《유기 EL 패널의 구체적인 구성》
이어서, 본 발명에 관한 유기 EL 패널의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
본 발명에 관한 유기 EL 패널은, 유기 EL 소자에 의해 구성되는 발광부 영역과, 광 투과성 비발광부 영역으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 발광부 영역(발광 에어리어)과, 비발광부로 구성되는 유기 EL 패널의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
〔실시 형태 1: 유기 EL 패널의 형성 방법 1〕
도 3은 유기 EL 소자를 가진 본 발명에 관한 유기 EL 패널(P)의 구성의 일례를 도시하는 개략 단면도이다(실시 형태 1).
도 3에 도시하는 유기 EL 패널(P)은, 상기 도 2에서 설명한 유기 EL 소자이며, 광 투과성을 가진 투명 기재(1) 위에 유기 EL 소자를 각각 이격한 상태에서 배치되어, 독립된 발광 에어리어를 형성하고 있다. 상세하게는, 가스 배리어층(2)을 가진 투명 기재(1) 위에, 예를 들어 양극(3), 유기 기능층 유닛(U) 및 음극(7) 등에 의해 구성되어 있는 유기 EL 소자(OLED)를 복수개 배치하고 있다.
도 3에 도시하는 구성에 있어서는, 양극(3), 유기 기능층 유닛(U) 및 음극(7) 모두가 존재하는 영역이 발광 에어리어이며, 그 사이의 영역이, 광 투과성 비발광부(12)이다. 도 3에 도시하는 구성에서는, 하면측에 손가락이 있고, 양극(3)을 가진 손가락면측으로부터 광(L1)이 조사되고, 광 투과성 비발광부(12)의 상면측에 이미지 센서(S)가 배치되어 있는 구성이다.
도 3에 기재된 구성에서는, 양극(3)을, 광 투과성 전극으로 구성하고, 음극(7)을 비 광투과성 전극으로 구성하는 가장 바람직한 형태이지만, 필요에 따라, 양극(3) 및 음극(7)의 양쪽을, 광 투과성의 투명 전극으로 구성할 수도 있다.
〔실시 형태 2: 유기 EL 패널의 형성 방법 2〕
도 4에 도시하는 구성의 유기 EL 패널(P)은, 상기 도 3에서 설명한 구성이고, 특히, 음극(7)을 비 광투과성 전극으로 구성한 다른 구성예이며, 이러한 구성으로 한 경우에는, 유기 EL 소자의 음극(7)면측으로부터 이미지 센서(S)의 측정 정밀도에 영향을 주는 부정한 광이 이미지 센서측에 조사되는 경우가 없기 때문에, 이미지 센서(S)를, 발광 에어리어를 포함한 전체면에 배치시킬 수 있다.
〔실시 형태 3: 유기 EL 패널의 형성 방법 3〕
도 5에서 도시하는 구성의 유기 EL 패널(P)은, 유기 EL 소자를 형성할 때에, 광 투과성의 양극(3)을 발광 에어리어 및 비발광부(12)의 전체면에 형성하고, 유기 기능층 유닛(U) 및 음극(7)만으로 발광 에어리어를 형성하는 방법을 나타내고 있다.
발광 에어리어의 구성 조건은, 양극(3)과, 유기 기능층 유닛(U)과, 음극(7) 모두가, 동일면 위에 존재하는 영역이며, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 양극(3)만 존재하는 영역은, 비발광부(12)로서 기능한다.
〔실시 형태 4: 유기 EL 패널의 형성 방법 4〕
도 6에서 도시하는 구성의 유기 EL 패널(P)은, 유기 EL 소자를 형성할 때에, 양극(3) 및 유기 기능층 유닛(U)을 발광 에어리어 및 비발광부(12)의 전체면에 형성하고, 음극(7)만 발광 에어리어에 형성하는 방법을 나타내고 있다.
발광 에어리어의 구성 조건은, 양극(3)과, 유기 기능층 유닛(U)과, 음극(7) 모두가, 동일면 위에 존재하는 영역이며, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 음극(7)이 존재하지 않는 영역은 비발광부(12)로서 기능한다.
〔실시 형태 5: 유기 EL 패널의 형성 방법 5〕
도 7에서 도시하는 구성의 유기 EL 패널(P)은, 유기 EL 소자를 형성할 때에, 양극(3) 및 유기 기능층 유닛(U)을, 도 4와 마찬가지로 발광 에어리어에만 형성하고, 음극(7)을 발광 에어리어 및 비발광부(12)의 전역에 형성하는 방법을 나타내고 있다. 이 경우, 비발광부(12)에도 음극(7)이 존재하고 있기 때문에, 음극(7)은 광 투과성인 것이 바람직하다.
발광 에어리어의 구성 조건은, 양극(3)과, 유기 기능층 유닛(U)과, 음극(7) 모두가, 동일면 위에 존재하는 영역이며, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 양극(3) 및 유기 기능층 유닛(U)이 존재하지 않는 영역은 비발광부(12)로서 기능한다.
〔실시 형태 6: 유기 EL 패널의 형성 방법 6〕
도 8에 기재된 유기 EL 패널(P)의 형성 방법은, 투명 기재(1+2)의 전체면에, 양극(3), 유기 기능층 유닛(U) 및 음극(7)을 형성한 후, 비발광부(12)를 형성하기 위한 영역에, 마스크 부재(M)를 개재하여, 자외선 조사 장치(13)에 의해 자외선(UV)의 광 조사를 행하여, 유기 기능층 유닛의 발광 기능을 실활시킴으로써, 유기 기능층 유닛에 비발광부(U2)를 형성하는 방법을 사용할 수도 있다.
구체적인 방법으로서는, 특별히 제한은 없지만, 유기 기능층 유닛(U)을 형성한 후에 광 조사를 행하는 방법, 혹은, 밀봉 처리를 실시한 유기 EL 패널(P)에 광 조사를 행하여 발광 에어리어의 패터닝을 행하는 방법의 어느 것이어도 되지만, 후자의 방법이, 밀봉 완료된 유기 EL 패널을, 대기 분위기에 노출시킨 상태에서 광 조사를 행할 수 있기 때문에, 광 조사 공정의 간략화 및 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다는 관점에서 바람직하다.
제1 스텝으로서는, 도 8a에서 도시하는 바와 같이 투명 기재(1)의 전체면에 양극(3), 유기 기능층 유닛(U) 및 음극(7)을 형성한 후, 밀봉 처리를 행하여, 유기 EL 소자를 형성한다.
이어서, 비발광부(12)를 형성하는 영역 이외를, 마스크 부재(M)로 차폐한 후, 자외선 조사 장치(13)로부터 자외선(UV)을 조사한다.
상기한 자외선 조사 처리에 의해, 제2 스텝인 도 8b에서 도시하는 바와 같이, 자외선(UV)을 조사한 영역의 유기 기능층 유닛(U1)의 기능이 실활된 비발광부(U2)가 형성된다.
이어서, 제3 스텝인 도 8c에서 도시하는 바와 같이, 비발광부(12, U2)의 상부에, 이미지 센서(S)를 배치하여, 지문 정보 판독부(100)를 제작한다.
실시 형태 6에서 도시하는 형성 방법에 있어서는, 비발광부(12)의 에어리어에 양극(3) 및 음극(7)이 존재하는 구성이기 때문에, 양극(3) 및 음극(7)은, 모두 투명 전극으로 형성하는 것이 필요하다.
도 8a에서 도시하는 패턴 형성을 행하는 광 조사 공정인 제1 스텝에 있어서, 조사되는 광으로서는, 적어도 자외선(UV)을 함유하고, 가시광 또는 적외선을 더 갖고 있어도 된다. 본 발명에서 말하는 자외선이란, 그 파장이 X선보다도 길고, 가시광의 최단 파장보다도 짧은 전자파를 의미하는데, 구체적으로는 파장 영역이 1 내지 400㎚의 범위 내이지만, 바람직하게는 적용할 조사광의 파장으로서는 355㎚, 365㎚, 380㎚, 405㎚ 등의 극대 파장을 가진 조사광을 사용하는 것이 바람직하다.
조사광의 발생 수단 및 조사 수단으로서는, 종래 공지된 조사 장치 등을 사용하여 광을 발생시켜, 소정의 영역에 조사할 수 있는 방법이면, 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 적용 가능한 조사광원으로서는, 고압 수은 램프, 저압 수은 램프, 수소(중수소) 램프, 희가스(크세논, 아르곤, 헬륨, 네온 등) 방전 램프, 질소 레이저, 엑시머 레이저(XeCl, XeF, KrF, KrCl 등), 수소 레이저, 할로겐 레이저, 각종 가시(LD)-적외 레이저-의 고조파(YAG 레이저의 THG(Third Harmonic Generation) 광 등) 등을 들 수 있다.
레이저 광을 조사하는 방법으로서는, 유기 기능층 유닛(U)에 대하여 레이저 광을 스폿형으로 조사하고, 레이저 광원과 유기 기능층 유닛(U)을 상대 이동시킴으로써, 레이저 광 조사 위치를 주사시켜, 패턴 영역에 광을 조사하는 방법을 사용할 수 있다.
《지문 정보 판독부를 구비한 광학식 지문 인증 장치의 실시 형태》
이어서, 본 발명에 관한 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 패널을 사용한 광학식 지문 인증 장치를 구성하는 지문 정보 판독부의 구체적인 구성에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
〔실시 형태 7: 지문 정보 판독부의 구성예 1〕
도 9는 도넛형 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 패널을 가진 지문 정보 판독부의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 7)이다.
도 9의 A에 기재된 개략 단면도는, 먼저, 도 1에서 설명한 광학식 지문 인증 장치를 구성하는 지문 정보 판독부(100)와 마찬가지의 구성이며, 유기 EL 소자(OLED)와 광 투과성 비발광부(12)로 구성되는 유기 EL 패널(P)과, 당해 광 투과성 비발광부(12)의 하부에, 검체의 지문 정보를 광학 방식으로 판독하기 위한 이미지 센서(S)가 배치되어 있다. 참조 부호 11은, 손가락을 보유 지지하기 위한 유리 기판이다.
유기 EL 소자(OLED)로부터 조사광(L1)을 손가락(F)의 지문면에 조사하여, 광 신호인 반사광(L2)을 이미지 센서(S)에서 수광하여, 지문 패턴 정보를 얻는 방법이다.
이와 같은 구성의 지문 정보 판독부(100)에 있어서의 유기 EL 소자(OLED)의 형상으로서는, 도 9의 B에 도시하는 바와 같이, 타원형 유기 EL 패널(P)의 외주부에, 연속된 도넛형 유기 EL 소자(OLED)를 배치하고, 그 중심의 공극부를, 비발광부(12)로서 형성하는 방법이며, 이러한 유기 EL 소자(OLED)의 형태로 함으로써, 지문 패턴을 넓은 개구부에 의해 측정할 수 있다.
도 9의 C는, 도 9의 A에 도시한 구성의 하면도이며, 검체인 손가락(F)에 대하여, 도넛형 유기 EL 소자(OLED)와 그 비발광 영역에 이미지 센서(S)가 배치되어 있는 구성이다. 또한, 도 9의 C에 있어서는, 유리 기판(11)의 기재는 생략되어 있다.
〔실시 형태 8: 광학식 지문 인증 장치의 구성예 2〕
도 10은 직사각형 유기 EL 소자를 구비한 유기 EL 패널을 가진 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 8)이다.
도 10의 A에서 도시하는 개략 단면도는, 상기 도 9의 A에 기재된 구성과 마찬가지이지만, 도 10의 B 및 C에서 도시하는 바와 같이 유기 EL 패널(P) 및 이미지 센서(S)의 형상이, 직사각형이 되어 있는 것이 특징이다. 이와 같은 구성의 광학식 지문 인증 장치에서는, 원 형상이 특징인 지문 전체를 커버하는 것은 어렵지만, 중요한 지문 중심부의 패턴 검출을 행하기에는 유효한 방법의 하나이다.
도 10의 B에 도시하는 바와 같이, 유기 EL 패널(P)은 직사각형을 갖고, 그 단부에 연속된 구성의 유기 EL 소자(OLED)를 배치하고 있는 구성이며, 그 내측에, 동일하게 직사각형 에어리어를 가진 비발광부(12)가 형성되고, 도 10의 C에서 도시하는 바와 같이, 비발광부(12)의 형태에 맞게, 이미지 센서(S)가 직사각형 형태를 취한다. 또한, 도 10의 C에 있어서는, 유리 기판(11)의 기재는 생략되어 있다.
도 9 및 도 10에서 도시하는 바와 같이, 유기 EL 패널(P)에 특정한 형상, 예를 들어 도넛형이나 직사각형 유기 EL 소자(OLED)를 형성하는 방법으로서는, 양극(3), 유기 기능층 유닛(U) 및 음극(7)을, 예를 들어 진공 증착법(예를 들어, 저항 가열 증착법, 전자선 증착법, 이온 플레이팅법, 이온 빔증착법 등), 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 에피택시법, 플라스마 중합법, 대기압 플라스마 중합법, 플라스마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법이나, 스크린 인쇄법 등의 습식 도포 방법 등에 의해, 원하는 형상을 가진 마스크 부재를 사용하여 형성할 수 있다. 또, 도 8에서 도시하는 바와 같이 자외선 조사에 의해 유기 기능층 유닛의 기능을 실활시켜, 원하는 형상을 가진 유기 EL 소자를 형성할 수도 있다.
〔실시 형태 9: 광학식 지문 인증 장치의 구성예 3〕
도 11은 직사각형 유기 EL 소자를 4변에 이격하여 배치한 유기 EL 패널을 가진 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 9)이다.
실시 형태 9에 있어서의 유기 EL 패널(P)은, 도 11의 B에 도시하는 바와 같이 직사각형 유기 EL 패널(P)의 각각의 4변에, 독립된 직사각형 유기 EL 소자(OLED)를 배치한 구성이며, 비발광부(12)와 이미지 센서(S)는 직사각형 형태를 취한다. 또한, 도 11의 C에 있어서는, 유리 기판(11)의 기재는 생략되어 있다.
〔실시 형태 10: 광학식 지문 인증 장치의 구성예 4〕
도 12는 중심에 직사각형 비발광부를 설치한 원형 유기 EL 패널을 가진 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 10)이다.
도 12의 B에 도시하는 바와 같이, 실시 형태 10의 유기 EL 패널(P)은, 외주는 도 9와 마찬가지로 타원형이지만, 중앙부에 배치하고 있는 비발광부(12)와 이미지 센서(S)가 직사각형인 예를 나타내고 있다. 또한, 도 12의 C에 있어서는, 유리 기판(11)의 기재는 생략되어 있다.
〔실시 형태 11: 광학식 지문 인증 장치의 구성예 5〕
도 13은 복수의 유기 EL 소자를 스트라이프형으로 병렬 배치한 유기 EL 패널을 가진 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 11)이다.
도 13의 B 및 C에서 도시하는 구성에서는, 타원형 유기 EL 패널(P)에 대하여 복수의 사이즈가 상이한 유기 EL 소자(OLED)를 스트라이프형으로 병렬 배치한 구성이다. 또한, 도 13의 C에 있어서는, 유리 기판(11)의 기재는 생략되어 있다.
이와 같은 구성에 있어서는, 각 유기 EL 소자(OLED) 사이가 비발광부(12)가 된다.
도 13에 도시하는 구성에 있어서는, 유기 EL 소자(OLED)가 차지하는 면적이 너무 넓으면, 검지 가능 면적이 좁아지기 때문에, 유기 EL 패널(P)의 전체 면적에 대한 비발광부(12)가 차지하는 비율인 개구율(％)로서는, 50％ 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 60％ 이상이며, 특히 바람직하게는 70％ 이상이다. 개구율을 높임에 따라, 유기 EL 소자(OLED)에 의한 총 발광량이 저하되기 때문에, 높은 발광 강도를 구비한 유기 EL 소자(OLED)를 적용하는 것이 바람직하다. 높은 발광 강도를 가진 유기 EL 소자(OLED)로서는, 예를 들어 발광층을 포함하는 유기 기능층 유닛을 중간층이나 중간 전극을 개재시켜 2유닛 이상 적층한 탠덤 구성의 유기 EL 소자를 들 수 있다.
〔실시 형태 12: 광학식 지문 인증 장치의 구성예 6〕
도 14는 외주부에 복수의 유기 EL 소자를 이격하여 배치한 유기 EL 패널을 가진 광학식 지문 인증 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도(실시 형태 12)이다.
도 14의 B에 도시하는 바와 같이, 타원형 유기 EL 패널(P)의 외주부에, 복수의 직사각형 유기 EL 소자(OLED)를 독립적으로 배치한 구성이며, 그 유기 EL 소자(OLED) 사이 및 중심부에 비발광부(12)가 형성되어 있다. 또한, 도 14의 C에 있어서는, 유리 기판(11)의 기재는 생략되어 있다.
이와 같은 구성으로는, 도 13에서 예시한 스트라이프형 구성에 대하여, 높은 개구율을 얻을 수 있는 점에서 바람직하다.
《지문 인증 방법》
본 발명의 광학식 지문 인증 장치를 사용한 지문 인증의 구체적인 방법으로서는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2003-256377호 공보, 일본 특허 공개 제2004-005619호 공보, 일본 특허 공개 제2004-246586호 공보, 일본 특허 공개 제2005-063246호 공보, 일본 특허 공개 제2005-118289호 공보, 일본 특허 공개 제2006-244224호 공보, 일본 특허 공개 제2007-289457호 공보, 일본 특허 공개 제2007-328511호 공보, 일본 특허 공개 제2008-009821호 공보, 일본 특허 공개 제2008-171238호 공보, 일본 특허 공개 제2009-271825호 공보, 일본 특허 공개 제2011-141880호 공보 등에 기재된 방법을 적절히 선택하여 적용할 수 있다.
<산업상 이용가능성>
본 발명의 광학식 지문 인증 장치는, 박형의 구성이고, 목적에 따라 다양한 형상의 조명 광원을 가진 광학식 지문 인증 장치이며, 은행의 ATM, 휴대 전화기, 휴대 정보 단말기, 퍼스널 컴퓨터 등에 있어서, 지문 패턴에 의한 개인 인증에 적합하게 이용할 수 있다.
1: 투명 기재
2, 9: 가스 배리어층
3: 양극
3RM: 양극 형성 원료
4: 캐리어 수송 기능층군 1
5: 발광층
6: 캐리어 수송 기능층군 2
7: 음극
8: 밀봉용 접착층
10: 밀봉 기판
11: 유리 기판
12: 광 투과 영역, 비발광부
13: 자외선 조사 장치
100: 지문 정보 판독부
F: 손가락
L1: 광, 조사광
L2: 반사광, 광 신호
M: 마스크
OLED: 유기 EL 소자
P: 유기 EL 패널
S: 이미지 센서
U: 유기 기능층 유닛
U2: 비발광부(유기 기능층 유닛)
UV: 자외선

Claims (11)

  1. 적어도 광원과 이미지 센서를 갖고, 확산광을 검출하는 광학식 지문 인증 장치이며,
    상기 광원으로서, 유기 일렉트로루미네센스 패널을 갖고,
    당해 유기 일렉트로루미네센스 패널은, 유기 일렉트로루미네센스 소자에 의해 구성되는 발광부 영역과, 광 투과성 비발광부로 구성되고,
    상기 비발광부에 인접하는 위치에 상기 이미지 센서가 배치되어 있는 지문 정보 판독부를 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자가, 1쌍의 대향하는 전극 사이에 유기 기능층 유닛을 갖고, 상기 전극의 한쪽이 광 투과성 전극이며, 다른 쪽이 비 광투과성 전극인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자가, 1쌍의 대향하는 전극 사이에 유기 기능층 유닛을 갖고, 상기 전극이 모두 광 투과성 전극인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 광 투과성 전극이, 산화물 반도체 또는 박막의 금속 혹은 합금으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 투과성 비발광부가, 광 투과성 전극을 가진 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 투과성 비발광부가, 상기 광 투과성 전극 및 상기 유기 기능층 유닛을 가진 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 외주부 영역에, 연속된 구성의 유기 일렉트로루미네센스 소자가 배치되고, 중앙부가 상기 광 투과성 비발광부인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 복수의 유기 일렉트로루미네센스 소자가 스트라이프형으로 병렬 배치되고, 상기 스트라이프형 유기 일렉트로루미네센스 소자 사이에, 상기 광 투과성 비발광부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 외주부 영역에, 독립된 복수의 유기 일렉트로루미네센스 소자가 이격하여 배치되고, 중앙부가 상기 광 투과성 비발광부인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 가시광 영역의 파장의 광을 발광하는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 일렉트로루미네센스 패널이, 적외 영역의 파장의 광을 발광하는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인증 장치.
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