KR101403420B1 - 발광소자 및 표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공진기 구조의 발광소자 및 표시장치에 있어서, 예를 들어, 막 두께가 설계값으로부터 벗어나서 공진기 광로 길이가 증감했다고 해도, 휘도 변동을 억제하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 과제로 하고 있다. 해당 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발광소자에 의하면, 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재 사이에 배치되는 발광층을 지니고, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재 사이에서 공진되는 광의 일부를 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재를 통해 투과시키는 공진기 구조; 및 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재를 통해 투과된 광의 일부를 더욱 투과시키는 밴드 흡수 필터를 구비하고, 상기 밴드 흡수 필터의 투과가 최소값으로 되는 파장은, 상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도의 최대치로 되는 파장 사이에 위치하고 있다.
Description
본 발명은 발광소자 및 표시장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치나 조명장치 등의 표시장치를 구성하는 발광소자로서, 전압을 인가하면 전계발광(electroluminescence)(EL) 현상에 의해서 자기발광하는 물질을 이용한 EL소자가 알려져 있다. EL소자는 상부전극과 하부전극 사이에 유기 재료 또는 무기 재료로 이루어진 발광층을 형성한 박막 형태의 발광소자이며, 상부전극 및 하부전극으로 발광층에 전압을 인가해서 발광시키는 구조이다.
최근에 있어서는, 상부전극 및 하부전극 중 한쪽을 전반사 미러(mirror)로 하고, 다른 쪽을 일부의 파장을 투과시키는 반투과 미러로 함으로써, 발광층에서 발광한 광을 공진시키는 공진기 구조(소위, 마이크로캐비티(microcavity) 구조)의 발광소자가 개발되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조).
그러나, 공진기 구조의 박막 발광소자에 있어서는, 색 필터 특성은 미러 간 거리(공진기 광로 길이)에 민감하다. 그 때문에, 예를 들어, 제조 과정에 있어서의 제작 오차에 의해서 공진기 광로 길이에 불균일이 생기면, 정면방향의 색좌표(색순도)나 휘도 변동을 허용할 수 없게 될 경우가 있다.
공진기 구조에 있어서는, 색순도는 비교적 여유가 있는 설계가 가능하다. 한편, 청색(B)이나 적색(R)의 발광소자의 휘도는, 중심파장의 시프트(shift)에 의해서 허용할 수 없는 휘도 변동으로 될 경우가 있다. 예를 들어, 미러 간 거리에 대응하는 막 두께(광로 길이에 상당)가 5㎚ 정도(전체의 소자 막 두께의 5% 정도) 변화되면, 중심파장도 5㎚ 정도 변화될 경우가 있다. 예를 들어, 청색 발광소자의 경우, 중심파장의 설계값을 470㎚로 했을 때 막 두께가 5㎚ 증가하면, 시프트된 중심파장(예를 들어, 475㎚)에 있어서의 시감도가 20% 이상이나 변화되어, 큰 휘도 변화, 나아가서는, 화질 저하(휘도 불균일)의 원인으로 된다.
즉, 본 발명이 해결하려는 과제에는, 전술한 문제를 일례로서 들 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은, 공진기 구조의 발광소자 및 표시장치에 있어서, 예를 들어, 막 두께가 설계값으로부터 벗어나서 공진기 광로 길이가 증감했다고 해도, 휘도 변동을 억제하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 일례로서 들 수 있다.
본 발명의 제1측면에 의한 발광소자는, 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 제2반사부재 사이에 배치된 발광층을 구비하고, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재 사이에서 공진되는 광의 일부를 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재를 통해 투과시키는 공진기 구조와, 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재를 통해 투과된 광의 일부를 또 투과시키는 밴드 흡수 필터를 구비하되, 상기 밴드 흡수 필터의 투과가 최소값으로 되는 파장은, 상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도(relative luminance efficiency)의 최대치로 되는 파장 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2측면에 의한 표시장치는, 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재 사이에 배치되는 발광층을 지니고, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재 사이에서 공진되는 광의 일부를 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재를 통해 투과시키는 다수의 공진기 구조와, 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재를 통해 투과된 광의 일부를 또 투과시키는, 상기 다수의 공진기 구조에 공통인 밴드 흡수 필터를 구비하되, 상기 밴드 흡수 필터의 투과가 최소값으로 되는 파장은, 상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도의 최대치로 되는 파장 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 의한 RGB 발광소자의 종단면도;
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 의한 RGB 발광소자의 평면도;
도 3은 청색(B)을 대상색으로 한 밴드 흡수 필터의 특성을 나타낸 도면;
도 4는 청색(B)을 대상색으로 한 밴드 흡수 필터의 특성을 나타낸 도면;
도 5는 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 발광 스펙트럼의 관계를 나타낸 도면;
도 6은 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 휘도의 관계를 나타낸 도면;
도 7은 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 발광 스펙트럼의 관계를 나타낸 도면;
도 8은 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 휘도의 관계를 나타낸 도면;
도 9는 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 발광 스펙트럼의 관계를 나타낸 도면;
도 10은 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 휘도의 관계를 나타낸 도면;
도 11은 상기 발광소자에 있어서의 밴드 흡수 필터의 흡수 변화율과 휘도 변화율의 관계를 나타낸 도면;
도 12는 적색(R)을 대상색으로 한 밴드 흡수 필터의 특성을 나타낸 도면;
도 13은 적색(R)을 대상색으로 한 밴드 흡수 필터의 특성을 나타낸 도면;
도 14는 본 발명의 바람직한 제4실시형태에 의한 발광소자의 종단면도;
도 15는 본 발명의 바람직한 제5실시형태에 의한 발광소자의 종단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시형태에 의한 RGB 발광소자의 평면도;
도 3은 청색(B)을 대상색으로 한 밴드 흡수 필터의 특성을 나타낸 도면;
도 4는 청색(B)을 대상색으로 한 밴드 흡수 필터의 특성을 나타낸 도면;
도 5는 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 발광 스펙트럼의 관계를 나타낸 도면;
도 6은 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 휘도의 관계를 나타낸 도면;
도 7은 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 발광 스펙트럼의 관계를 나타낸 도면;
도 8은 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 휘도의 관계를 나타낸 도면;
도 9는 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 발광 스펙트럼의 관계를 나타낸 도면;
도 10은 상기 발광소자에 있어서의 막 두께와 휘도의 관계를 나타낸 도면;
도 11은 상기 발광소자에 있어서의 밴드 흡수 필터의 흡수 변화율과 휘도 변화율의 관계를 나타낸 도면;
도 12는 적색(R)을 대상색으로 한 밴드 흡수 필터의 특성을 나타낸 도면;
도 13은 적색(R)을 대상색으로 한 밴드 흡수 필터의 특성을 나타낸 도면;
도 14는 본 발명의 바람직한 제4실시형태에 의한 발광소자의 종단면도;
도 15는 본 발명의 바람직한 제5실시형태에 의한 발광소자의 종단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 발광소자 및 표시장치에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 이하의 설명에서는, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)으로 각각 발광하는 발광소자를 구비한 표시장치를 일례로 들어서 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시형태에 의해서 본 발명의 기술적 범위는 하등 한정 해석되는 것은 아니다.
(제1실시형태)
도 1 및 도 2는 공통 기판(1)에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)으로 발광하는 3개의 발광소자(R, G, B)를 배치해서 RGB 유닛을 형성한 일례를 나타낸다. 도 1은 발광소자(R, G, B)의 종단면도이고, 도 2는 평면도이다. 또, 실제의 표시장치는, 기판(1)에 다수의 발광소자(R, G, B)를 배열해서 표시 영역을 형성하고, 도시하지 않은 표시 영역 외에 배치된 구동 회로에 의해서 수동(passive) 구동 또는 소자마다에도 구동 회로를 배치해서 능동(active) 구동되는 구성이다.
본 실시형태에 의한 발광소자(R, G, B)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1반사부재로서의 양극(2), 유기층(3) 및 제2반사부재로서의 음극(4)을 기판 상에 적층하고, 성막면 쪽으로부터 발광을 취출하는 소위 전면발광(top emission) 구조이다. 이들 RGB의 발광소자는, 뱅크(bank)라 불리는 격벽부(5)에 의해서 구획되어 있다. 또, 음극(4) 상에 또한 밀봉막 등의 유기층 혹은 무기층을 적층할 경우가 있다.
또한, 상기 발광이 취출되는 성막면과 대향하는 위치에, 공진기 구조로부터의 광의 일부를 더욱 파장선택적으로 투과시키는 밴드 흡수 필터(BEF)(6)가 배치되어 있다. 이 밴드 흡수 필터(6)는, 바람직하게는, 도 1에 나타낸 바와 같이 RGB의 각 발광소자에 공통인 필터이다. 밴드 흡수 필터(6)는, 도시하지 않은 지지부재에 의해서 고정 배치되는 필터 지지부재에 의해서 지지되어 있다. 도 1에는, 예를 들어, 투명재료로 형성된 기판(필터 지지 기판)(7)에 의해서 필터 지지부재를 구성한 예를 나타낸다. 필터 지지부재는, 기판에 한정되는 것은 아니고, 투명 필름 등이어도 된다. 또한, 예를 들어, 외광반사를 방지하기 위한 구조나 재료를 부가해도 된다.
양극(2)은 반사 전극(21)과 투명전극(22)의 2층 구조이다. 양극(2)의 정공(hole) 주입층(31)에 접하는 재료로서는, 일 함수가 높은 재료가 이용된다. 구체적으로는, 반사 전극(21)의 재료로서, 예를 들어, Al, Cr, Mｏ, Ni, Pt, Au, Ag 등의 금속 또는 그들을 함유하는 합금이나 금속간 화합물 등을 이용할 수 있다. 반사 전극(21)의 두께는, 예를 들어, 100㎚이다. 반사 전극(21)은, 400 내지 700㎚의 파장의 광에 대한 반사율의 평균치가 예를 들어 80% 이상으로 높은 반사율이 바람직하다. 또한, 투명전극(22)의 재료로서, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속산화물 등을 이용할 수 있다. 투명전극(22)의 두께는, 예를 들어, 75㎚이다. 한편, 도 1 및 도 2에서는 도시를 생략하고 있지만, 양극(2)에는 인출 전극(배선 전극)이 접속되어 있다. 또, 양극(2)은 반사 전극(21)의 단층 구조여도 된다.
유기층(3)은, 일부의 층이 무기 재료로 구성될 수도 있다. 또, 더욱 분할해서 다층화하는 것, 혹은 단일 층으로 복수의 층의 기능을 지니도록 적층수를 저감하는 것도 가능하다. 도 1에 나타낸 유기층(3)은, 양극(2) 쪽에서부터 차례로 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 발광층(33) 및 전자 수송층(34)이 적층된 다층구조이다. 유기층(3)은, 적어도 발광층(33)을 지니고 있으면 되지만, 효율적으로 전계발광 현상을 촉진시키기 위하여, 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 전자 수송층(34) 등을 배치하는 것이 바람직하다.
공진기 구조로 할 경우, RGB의 각 발광소자에는 각각 바람직한 공진기 광로 길이가 있다. 도 1의 구조의 경우에는, 반사 전극(21)과 음극(4)의 반사면의 이간 거리가 공진기 광로 길이이다. 일례로서, 적색(R)의 바람직한 공진기 광로 길이를 얻기 위한 적층막 두께는 300㎚이고, 녹색(G)의 바람직한 공진기 광로 길이를 얻기 위한 적층막 두께는 235㎚이며, 청색(B)의 바람직한 공진기 광로 길이를 얻기 위한 적층막 두께는 200㎚이다. 이들 공진기 광로 길이는, 예를 들어, 유기층(3)의 막 두께에 의해서 조정한다. 단, 이미 설명된 바와 같이, 제작 공정에 있어서 막 두께가 설계값으로부터 벗어나는 것을 완전히 방지하는 것은 곤란하다. 특히, 도포법에 의해서 유기층(3)을 성막할 경우에 막 두께 제어가 어렵다. 예를 들어, 잉크젯법으로 성막할 경우, 소자 간에 5% 이상의 막 두께의 불균일(즉, 편차)이 생길 경우가 있다.
도 1에 나타낸 구조는, 일례로서, 정공 주입층(31)의 두께를 변화시켜 공진기 광로 길이를 조정하고 있다. 구체적으로는, 적색(G)의 정공 주입층(31)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 125㎚이고, 녹색(G)의 정공 주입층(31)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 65㎚이며, 청색(B)의 정공 주입층(31)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 20㎚이다. 정공 수송층(32), 발광층(33) 및 전자 수송층(34)에 대해서는, RGB의 공진기 구조와 같은 두께로 하고 있다. 정공 수송층(32)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 30㎚이고, 발광층(33)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 30㎚이며, 전자 수송층(34)의 두께(설계값)는, 예를 들어, 40㎚이다.
정공 주입층(31) 및 정공 수송층(32)으로서는, 정공의 수송 특성이 높은 재료로 형성되어 있으면 되고, 일례로서, 구리 프탈로사이아닌(CuPc) 등의 프탈로사이아닌화합물, m-MTDATA 등의 스타버스트(starburst)형 아민, 벤지딘형 아민의 다량체, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-바이페닐(NPB), N-페닐-p-페닐렌다이아민(PPD) 등의 방향족 제삼급 아민, 4-(다이-P-톨릴아미노)-4'-［4-(다이-P-톨릴아미노)스티릴]스틸벤젠 등의 스틸벤 화합물, 트라이아졸유도체, 스티릴아민 화합물, 버키볼(buckyball), C60 등의 풀러렌 등의 유기 재료를 이용할 수 있다. 또한, 폴리카보네이트 등의 고분자 재료 중에 저분자 재료를 분산시킨 고분자 분산계의 재료를 사용해도 된다. 단, 상기 층들의 재료는 이들 재료로 한정되는 것은 아니다.
발광층(33)으로서는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 전계발광 현상을 발생하는 재료를 이용할 수 있다. 발광층(33)의 재료의 일례로서는, (8-하이드록시퀴놀리네이트)알루미늄 착체(Alq3) 등의 형광성 유기 금속 화합물, 4,4'-비스(2,2'-다이페닐비닐)-바이페닐(DPVBi) 등의 방향족 다이메틸리딘 화합물, 1,4-비스(2-메틸스티릴)벤젠 등의 스티릴벤젠 화합물, 3-(4-바이페닐)-4-페닐-5-t-뷰틸페닐-1,2,4-트라이아졸(TAZ) 등의 트라이아졸 유도체, 안트라퀴논 유도체, 플루오노렌 유도체 등의 형광성 유기 재료, 폴리파라피닐렌비닐렌(PPV)계, 폴리플루오렌계, 폴리비닐카바졸(PVK)계 등의 고분자 재료, 백금 착체나 이리듐 착체 등의 인광성 유기 재료를 이용할 수 있다. 단, 상기 층의 재료는 이들 재료로 한정되는 것은 아니다. 또한, 유기 재료가 아니어도 되고, 전계발광 현상을 발생하는 무기 재료를 이용해도 된다.
전자 수송층(34)으로서는, 전자의 수송 특성이 높은 재료로 형성되어 있으면 되고, 일례로서, PyPySPyPy 등의 실라사이클로펜타다이엔(실롤(silole)) 유도체, 나이트로 치환 플루오레논 유도체, 안트라퀴노다이메탄 유도체 등의 유기 재료, 트리스(8-하이드록시퀴놀리네이트)알루미늄(Alq3) 등의 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체, 메탈프탈로사이아닌, 3-(4-바이페닐)-5-(4-t-뷰틸페닐)-4-페닐-1,2,4-트라이아졸(TAZ) 등의 트라이아졸계 화합물, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-t-뷰틸)-1,3,4-옥사다이아졸(PBD) 등의 옥사다이아졸계 화합물, 버키볼, C60, 카본나노튜브 등의 풀러렌을 사용할 수 있다. 단, 상기 층의 재료는 이들 재료로 한정되는 것은 아니다.
음극(4)의 재료로서는, 전자 수송층(34)에 접하는 영역의 일 함수가 낮고 음극 전체의 반사 및 투과 손실이 작은 재료를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 음극(4)의 재료로서, Al, Mg, Ag, Au, Ca, Li 등의 금속 또는 그 화합물, 혹은 그들을 포함하는 합금 등을 단층 혹은 적층해서 이용할 수 있다. 또한, 전자 수송층(34)에 접하는 영역에 얇은 불화리튬이나 산화리튬 등을 형성하여, 전자주입 특성을 제어하는 일도 있다. 음극(4)의 두께는, 예를 들어, 10㎚이다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태는, 성막면 쪽, 즉, 음극 쪽에서부터 광을 출력하는 전면발광 구조이다. 따라서, 음극(4)은, 400 내지 700㎚의 파장의 광에 대한 투과율의 평균치가 예를 들어 20% 이상인 반투과성 전극이다. 투과율은, 예를 들어, 전극의 막 두께 등에 의해서 조정할 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에서는 도시를 생략하고 있지만, 음극(4)에는 인출 전극(배선 전극)이 접속되어 있다.
음극(4) 상에 더욱 밀봉막을 적층할 경우에는, 예를 들어, 수증기나 산소의 투과율이 작은 투명한 무기 재료로 형성할 수 있다. 밀봉막의 재료로서는, 일례로서 질화규소(SiNx), 질화산화규소(SiOxNy), 산화알루미늄(AlOx), 질화알루미늄(AlNx) 등을 이용할 수 있다.
뱅크라 불리는 격벽부(5)의 재료로서는, 일례로서 불소성분을 함유하는 감광성 수지를 이용할 수 있다. 불소성분을 함유하는 것에 의해, 액상 재료에 대해서 발액성을 발휘할 수 있으므로, 도포법을 이용해서 성막할 경우의 액흐름(소위 오버랩(overlap))을 억제할 수 있다. 또, 격벽부(5)는 차광성을 지니는 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
또, 밴드 흡수 필터(BEF)(6)로서는, 예를 들어, 대략 가우스(Gaussian) 형상의 흡수 특성을 지니는 단일 밴드 흡수의 필터를 이용할 수 있다. 밴드 흡수 필터(6)는, 하기의 흡수 특성을 지니고 있으면 형상이나 재료가 한정되는 것은 아니다. 일례로서, 밴드 흡수 필터(6)는, 필름 형태나 판 형태의 필터를 표시면에 붙이도록 해도 되고, 또한 하기의 흡수 특성을 지니는 색소를 표시면에 도포 또는 부착시킴으로써 필터를 구성해도 된다. 단, 상기 필터가 단일 밴드 흡수의 필터이므로, 청색(B), 적색(R), 녹색(G) 중 어느 것을 대상색으로 하는지에 따라서, 필터의 흡수 특성이 다르다. 이하의 설명은, 바람직한 예로서, 청색(B)을 대상색으로 했을 경우에 대해서 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서는, 설명의 편의상, 발광 강도가 최대로 되는 파장을 중심파장이라 칭한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 청색(B)을 대상색으로 했을 경우, 공진기 구조로부터의 출력 스펙트럼(이하, 「공진기 출력 스펙트럼」이라 칭함)(S1)의 중심파장(λB)이 470㎚±10㎚이다. 또, ±10㎚로 폭을 가지게 한 것은, NTSC 색순도를 얻기 위한 중심파장(λB)이 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 폭이나 PL 형상에 의존하기 때문이다. 또한, 막 두께의 불균일에 의한 중심파장(λB)의 시프트 폭도 고려했다. 한편, 비시감도 스펙트럼의 중심파장은, 명소시(photopic vision) 표준으로 555㎚이다. 이 경우에 있어서, 본 실시형태에서는, 바람직한 일례로서, 흡수의 중심파장(λa)이 예를 들어 495㎚의 투과 스펙트럼(S2)을 지니는 밴드 흡수 필터(6)를 이용한다. 보다 바람직하게는, 베이스 흡수 0%로 했을 때, 피크 흡수가 60% 이상이다. 또, 도 3에는, 설계값대로 막 두께를 형성했을 때, 밴드 흡수 필터(6)를 통해서 출력되는 광의 스펙트럼(이하, "발광 출력 스펙트럼") S3을 나타내고 있다.
더욱 상세하게는, 밴드 흡수 필터(6)의 흡수 스펙트럼(S2)은, 공진기 출력 스펙트럼(S1)에 접근하고 있어, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장(λB)으로부터 장파장 쪽을 향해서 단조롭게 흡수율이 증가하고 있다. 그리고, 중요한 요소로서, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장 부근의 투과율 변화가, 휘도 변동을 억제하는데 충분한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 중심파장(λB)에 있어서의 투과율을 T(0)이라 하고, 상기 중심파장으로부터 +10㎚의 파장에 있어서의 투과율을 T(10)이라 했을 때, 투과율의 비 ΔT[= T(10)/T(0)]가 바람직하게는 0.9 이하, 보다 바람직하게는 0.7 이하, 보다 바람직하게는 0.6 이하이다.
이상과 같이, 본 실시형태는, 상기의 흡수 조건을 충족시키는 밴드 흡수 필터(6)를 이용해서, 공진기 구조로부터 출력되는 광의 일부를 더욱 흡수하는 구성으로 하였다. 즉, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장(λB)이 고시감도 쪽(∼480㎚)으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 감소하도록, 중심파장(λB)이 저시감도 쪽(∼460㎚)으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 증가하도록, 중심파장(λB) 부근의 형상을 밴드 흡수 필터(6)에 의해서 제어하는 구성으로 하였다. 이러한 구성으로 함으로써, 예를 들어, 막 두께가 ±10㎚의 범위 내에서 설계값으로부터 벗어나서 공진기 광로 길이에 불균일이 생겼다고 해도, 휘도 변동을 억제할 수 있다. 이 경우에 있어서, 색도 좌표의 NTSC의 색순도로부터의 편차(Δu'v')는 0.05 이내 또는 NTSC의 색재현 범위를 확대하는 색도 좌표이며, 컬러 표시를 위한 양호한 색순도를 충족시키고 있다.
이하, 보다 구체적인 시뮬레이션 결과를 참조하면서, 휘도 변동이 억제되는 것에 대해서 설명한다. 단, 이하의 시뮬레이션 결과는 일례이며, 본 실시형태를 하등 한정하는 것은 아니다.
공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장(λB)의 설계값을 예를 들어 472㎚로 했을 경우에 있어서, 도 5(a)에는 막 두께가 설계값으로부터 -1㎚로 되었을 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또, 도 5(b)에는, 설계값대로 막 두께가 되었을 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한, 도 5(c)에는, 막 두께가 설계값으로부터 +1㎚로 되었을 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 밴드 흡수 필터(6)는, 흡수의 중심파장(λa)이 500㎚, 흡수 계수(σ)가 10㎚인 대략 가우스 형상의 흡수 특성을 지니는 것을 이용하였다. 투과율의 비 ΔT[= T(10)/T(0)]는 대략 0.9이다.
또, 도 5에 표기된 각 스펙트럼 중, 스펙트럼(S10)은, 밴드 흡수 필터(6)의 투과 스펙트럼이며, 스펙트럼(S11)은, 밴드 흡수 필터(6)를 통해서 출력되는 발광 출력 스펙트럼이다. 또한, 스펙트럼(S12)은, 비교로서, 밴드 흡수 필터(6)를 설치하지 않은 경우의 발광 출력 스펙트럼이다. 또, 스펙트럼(S13)은, 공진기 구조를 이용하지 않고 발광시켰을 경우의 내부 발광인 광발광(photoluminescence) 스펙트럼이다.
또한, 막 두께가 설계값 부근에서 증감했을 경우의 정면휘도의 변화를 시뮬레이션한 결과를 도 6에 나타낸다.
도 5의 시뮬레이션 결과와 같이, 상기 조건을 충족시키는 밴드 흡수 필터(6)를 이용한 것에 의해, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장(λB)이 고시감도 쪽으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 감소하고, 중심파장(λB)이 저시감도 쪽으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 증가하도록 제어된다. 이와 같이 제어하면, 막 두께의 증감에 의해서 발광 강도는 변동하지만, 도 6의 시뮬레이션 결과와 같이, 막 두께의 증감에 대한 휘도 변동이 억제된다. 즉, 밴드 흡수 필터(6)를 이용하지 않을 경우에는, 설계값 부근에 있어서의 막 두께변화±1㎚에 의해서 ±5%의 휘도 변화가 생기는 것에 대해서, 밴드 흡수 필터(6)를 이용했을 경우에는, 설계값에 있어서의 휘도는 10% 정도 감소하지만, 막 두께변화±1㎚에 대해서 휘도 변화가 ±3% 정도로 억제된다. 또한, 설계값은 필터 투과 후의 발광이 휘도 및 색도에 대해서 최적화된 것이다.
기타 예로서, 도 7은, 흡수 중심파장이 495㎚, 흡수 계수(σ)가 10㎚인 대략 가우스 형상의 흡수 특성을 지니는 밴드 흡수 필터(6)를 이용했을 경우의 시뮬레이션 결과이다. 투과율의 비 ΔT[= T(10)/T(0)]는 대략 0.7이다. 이 경우에도, 스펙트럼의 거동은 도 5와 마찬가지 경향에 있지만, 투과율의 비 ΔT의 값을 작게 한만큼, 막 두께의 증감에 따르는 발광 출력의 변동 폭이 커지고 있다. 그 결과, 도 8의 시뮬레이션 결과와 같이, 막 두께의 증감에 대한 휘도 변동은, 설계값에 있어서의 휘도는 20% 정도 감소하지만, 막 두께변화±1㎚에 대해서 휘도 변화가 ±1% 정도로 억제된다. 즉, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장 부근의 투과율 변화가 큰 밴드 흡수 필터(6)를 이용함으로써, 보다 확실하게 휘도 변동을 억제할 수 있다.
기타 예로서, 도 9는, 흡수 중심파장이 495㎚, 흡수 계수(σ)가 15㎚인 대략 가우스 형상의 흡수 특성을 지니는 밴드 흡수 필터(6)를 이용했을 경우의 시뮬레이션 결과이다. 투과율의 비 ΔT[= T(10)/T(0)]는 대략 0.6이다. 이 경우에도, 스펙트럼의 거동은 도 5 및 도 7과 마찬가지의 경향에 있지만, 투과율의 비 ΔT의 값을 더욱 작게 한만큼, 막 두께의 증감에 따르는 발광 출력의 변동 폭이 커지고 있다. 그 결과, 도 10의 시뮬레이션 결과와 같이, 막 두께의 증감에 대한 휘도 변동은, 설계값에 있어서의 휘도는 35% 정도 감소하지만, 충분한 색순도를 유지한 채 휘도 변화를 거의 제로로 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장 부근의 투과율 변화가 더욱 큰 밴드 흡수 필터(6)를 이용함으로써, 더욱 확실하게 휘도 변동을 억제할 수 있다.
도 11은, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장(λB)에 있어서의 밴드 흡수 필터(6)의 흡수 변화율(RA)과, 막 두께 변동에 대한 휘도 변화율(RL(%))의 관계를 시뮬레이션한 결과를 나타내고 있다. 흡수 변화율(RA)은, 중심파장(λB)에 있어서의 흡수 스펙트럼의 구배를, 파장(λB)의 흡수율로 나눈 것으로, RA[1/㎚] = [dA(λB)/dλ]/A(λB)의 계산식에 의해서 산출할 수 있다. 또, 휘도 변화율(RL(%))은, NTSC 색순도를 충족시키는 최적막 두께를 d0이라 했을 때, d0±2㎚의 막 두께 편차에 대한 휘도의 변화율이다. 보다 상세하게는, 휘도 변화율 [RL%] ＝ [d0±2㎚에 있어서의 휘도 최대 - 최소의 차]/ [d0에 있어서의 휘도]×100에 의해 산출한 값이다. 도 11에 결과를 나타낸 바와 같이, 청색(B)의 발광소자에 있어서의 흡수 변화율(RA)[1/㎚]은 -0.01 이하가 바람직하며, 보다 바람직하게는 -0.02 이하이다.
또, 도 1에 나타낸 발광소자는, 반사 전극 및 반투과 전극에 의해서 제1 및 제2반사부재를 구성하고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 전극과는 다른 반사막을 형성하도록 해도 된다. 이 경우, 전극과는 다른 반사막의 소자 쪽의 양극 및 음극은, 투명전극으로 하는 것이 바람직하다.
(제2실시형태)
본 실시형태는, 제1실시형태의 변형예로, 밴드 흡수 필터(6)로 제어하는 대상색을 적색(R)으로 한 실시형태이다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 적색(R)을 대상색으로 했을 경우, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장(λR)이 620±20㎚이다. ±20㎚로 폭을 지니게 한 것은, NTSC 색순도를 얻기 위한 중심파장(λR)이 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 폭이나 PL형상에 의존하기 때문이다. 또, 막 두께의 불균일에 의한 중심파장(λR)의 시프트 폭도 고려하였다. 또한, 비시감도의 중심파장은 명소시 표준으로 555㎚이다. 이 경우에 있어서, 본 실시형태에서는, 바람직한 일례로서, 흡수의 중심파장(λa)이 예를 들어 590㎚인 투과 스펙트럼(S2)을 지니는 밴드 흡수 필터(6)를 이용한다. 보다 바람직하게는, 베이스 흡수 0%로 했을 때, 피크 흡수가 60% 이상이다. 또한, 도 12에는, 설계값대로 막 두께를 형성했을 때, 밴드 흡수 필터(6)를 통해서 출력되는 발광 출력 스펙트럼(S3)을 나타내고 있다.
보다 상세하게는, 밴드 흡수 필터(6)의 흡수 스펙트럼(S2)은, 공진기 출력 스펙트럼(S1)에 접근하고 있고, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장(λR)으로부터 장파장 쪽을 향해서 단조롭게 흡수율이 감소하고 있다. 그리고, 중요한 요소로서, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장 부근의 투과율 변화가, 휘도 변동을 억제하는데 충분한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 중심파장(λR)에 있어서의 투과율을 T(0)으로 하고, 상기 중심파장으로부터 -10㎚의 파장에 있어서의 투과율을 T(-10)으로 했을 때, 투과율의 비 ΔT[= T(-10)/T(0)]가 바람직하게는 0.9 이하, 보다 바람직하게는 0.7 이하, 보다 바람직하게는 0.6 이하이다.
또한, 도 11과 마찬가지로 해서, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장(λR)에 있어서의 밴드 흡수 필터(6)의 흡수 변화율(RA)과, 막 두께 변동에 대한 휘도 변화율(RL(%))의 관계를 시뮬레이션한 결과, 적색(R)의 발광소자에 있어서의 흡수 변화율((RA)[1/㎚])은 +0.01 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 +0.02 이상이다.
이와 같이, 적색(R)을 대상색으로 한 경우더라도, 공진기 출력 스펙트럼(S1)의 중심파장(λR)이 고시감도 쪽으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 감소하도록, 중심파장(λR)이 저시감도 쪽으로 시프트될 경우에는 발광 출력이 증가하도록, 중심파장(λR) 부근의 형상을 밴드 흡수 필터(6)에 의해서 제어할 수 있다. 따라서, 청색(B)의 경우와 마찬가지로, 예를 들어, 막 두께가 ±10㎚의 범위 내에서 설계값으로부터 벗어나서 공진기 광로 길이에 불균일이 생겼다고 해도, 휘도 변동을 억제할 수 있다.
(제3실시형태)
본 실시형태는, 제1 및 제2실시형태의 변형예로서, 밴드 흡수 필터(6)로 제어하는 대상색을 청색(B)과 적색(R)의 양쪽으로 한 실시형태이다.
즉, 제1실시형태의 흡수 특성을 지니는 밴드 흡수 필터와, 제2실시형태의 흡수 특성을 지니는 밴드 흡수 필터의 양쪽을 준비하고, 2층 적층한 구성으로 한다. 이 경우, 청색(B) 및 적색(R)의 발광소자에 대해서 개별적으로 형성할 필요없는 상기 필터들에 의해 휘도 변동 억제 효과를 얻는 것이 가능해진다. 단, 2층 적층하는 구성으로 한정되는 것은 아니고, 청색(B) 및 적색(R)의 발광소자에 각각 필터를 배치한 구성으로 할 수도 있다. 이러한 구성으로 하면, 청색(B) 및 적색(R)의 양쪽의 휘도 변동을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 2개의 필터를 준비하는 것으로 한정되지 않고, 예를 들어, 제1실시형태의 흡수 특성의 조건과, 제2실시형태의 흡수 특성의 조건의 양쪽을 충족시키는 2밴드 흡수의 단일 필터를 이용할 수도 있다.
(제4실시형태)
또, 제1 내지 제3실시형태에서는, 정공 주입층(31)의 두께를 변화시켜서 RGB의 공진기 광로 길이를 조정한 일례를 설명하였다. 단, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 도 14에 나타낸 바와 같이, 발광층(33)의 두께를 변화시켜서 RGB의 공진기 광로 길이를 조정하도록 해도 된다.
(제5실시형태)
또한, 제1 내지 제4실시형태에서는, 전면발광 구조의 발광소자를 일례로 들어서 설명하였다. 그러나, 이 구조로 한정되는 것은 아니고, 도 15에 나타낸 바와 같이, 배면발광(bottom emission) 구조여도 된다. 도 15는, 도 1의 반사 전극(21)을 반투과 전극으로 하고, 음극(4)을 반사 전극으로 함으로써, 배면발광 구조로 한 예를 나타낸다. 이 경우의 밴드 흡수 필터(6)는, 도 15에 나타낸 바와 같이 기판(1)에 배치해도 되고, 혹은 도 1에 나타낸 바와 같은 필터 지지 기판(7)을 이용해서 기판(1)과 대향하도록 배치해도 된다. 단, 구조가 한정되는 것은 아니다.
(제6실시형태)
계속해서, 도 1에 나타낸 RGB 발광소자를 제조하는 순서에 대해서, 일례를 설명한다.
우선, 예를 들어 증착이나 스퍼터링법 등을 이용해서 반사 전극(21), 투명전극(22)을 차례로 성막한다. 이들 전극(21), (22)의 패터닝은, 예를 들어, 포토리소그라피법에 의해서 행할 수 있다. 이어서, 예를 들어, 불소성분을 함유하는 감광성 수지를 기판(1) 상에 도포하고, 건조시켜서 성막한 후, 예를 들어, 포토리소그라피법에 의해서 도 1에 나타낸 바와 같은 패턴을 지니는 격벽부(5)를 형성한다. 예를 들어, 수동형의 경우는, 전극(21), (22)을 스트라이프 형상으로 형성한 후, 격벽부(5)를 형성한다. 한편, 예를 들어, 능동형의 경우에는, 구동 회로마다 접속된 섬(island) 형상으로 전극(21), (22)을 형성한 후, 격벽부(5)를 형성한다.
다음에, 정공 주입층(32)의 액체 재료를, 예를 들어, 잉크젯 노즐 등을 이용해서 격벽부(5)에 의해서 구획된 영역 내에 도포하고, 건조시켜서 성막한다. 정공 수송층(32), 발광층(33)에 대해서도, 마찬가지로 도포법에 의해서 각 소자마다 도포하여 성막한다. 막 두께는, 예를 들어 액체 재료의 도포량에 의해서 조절할 수 있다. 그 다음에, 증착법을 이용해서 전자 수송층(34) 및 음극(4)을 차례로 형성한다. 음극(4)의 패터닝은, 메탈 마스크 등의 마스크를 이용하거나 또는 격벽부(5)의 뱅크 형상을 이용해서 행할 수 있다. 예를 들어, 수동형의 경우, 음극(4)을 스트라이프 형상으로 패터닝할 수 있다. 한편, 예를 들어 능동형의 경우에는, 패터닝을 행하지 않고, 소위 솔리드 전극(solid electrode)로 할 수 있다.
최후에, 예를 들어, 필름 형태의 밴드 흡수 필터(6)를 붙인 필터 지지 기판(7)을, 발광이 취출되는 성막면과 대향하는 위치에 배치함으로써, 도 1 및 도 2에 나타낸 RGB 발광소자를 제조할 수 있다.
이상과 같이, 제1 내지 제6실시형태에 따르면, 공진기 구조를 지니는 발광소자에 있어서, 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도의 최대치로 되는 파장 사이에 투과가 최소값으로 되는 파장을 지니는 밴드 흡수 필터에 의해서, 공진기 구조로부터의 광의 일부를 또 파장선택적으로 투과시키는 구성으로 함으로써, 공진기 광로 길이의 변동에 기인하는 휘도 변동을 억제할 수 있다. 환언하면, 막 두께가 설계값으로부터 벗어나도, 휘도 변동이 적으므로, 나아가서는 막 두께 불균일의 허용 폭이 넓어지게 되어, 수율의 향상 및 저 비용화를 실현할 수 있다.
상기 실시형태에 따른 기술은, 유기 박막 발광소자 외에, 적층소자 구조를 지니는 무기 박막 발광소자(전계발광, 발광 다이오드)에 적용할 수 있다. 또 발광소자를 면 상에 어레이화해서 배치한 발광형 표시장치에 적용할 수 있다. 또한, 제1 및 제2반사부재의 양쪽으로부터 발광을 취출하는 구조여도 된다. 게다가, RGB의 3색으로 한정되지 않고, 한가지 색 또는 두 가지 색 혹은 다른 색을 포함하고 있어도 된다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시형태에 의거해서 상세히 설명했지만, 형식이나 세부에 관한 각종 치환, 변형, 변경 등이, 특허청구범위의 기재에 의해 규정되는 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위에서 일탈하는 일없이 행해지는 것이 가능한 것은, 해당 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게는 명확하다. 따라서, 본 발명의 범위는, 전술한 실시형태 및 첨부 도면으로 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위의 기재 및 이것과 균등한 것에 의거해서 정해져야 한다.
1: 기판 2: 양극
3: 유기층 31: 정공 주입층
32: 정공 수송층 33: 발광층
34: 전자 수송층 4: 음극
5: 격벽부 6: 밴드 흡수 필터
7: 필터 지지 기판
3: 유기층 31: 정공 주입층
32: 정공 수송층 33: 발광층
34: 전자 수송층 4: 음극
5: 격벽부 6: 밴드 흡수 필터
7: 필터 지지 기판
Claims (11)
- 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재의 사이에 발광층을 지니는 공진기 구조; 및
상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재에서 투과한 광을 투과하는 밴드 흡수 필터를 구비하되,
상기 밴드 흡수 필터의 투과율의 파장특성은, 투과율이 최소값으로 되는 파장이 상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도(relative luminance efficiency)의 최대치로 되는 파장 555nm 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 밴드 흡수 필터의 투과율의 파장 특성과 상기 공진기 출력 스펙트럼이 교차하는 위치에 있어서의 파장은, 상기 공진기 출력 스펙트럼이 최대치로 되는 파장에 비하여 작은 제 1 파장 및 상기 공진기 출력 스펙트럼이 최대치로 되는 파장에 비하여 긴 제 2 파장인 것을 특징으로 하는 발광소자. - 제2항에 있어서,
상기 제 1 파장에 있어서의 상기 공진기 출력 스펙트럼의 강도는 상기 제 2 파장에 있어서의 상기 공진기 출력 스펙트럼의 강도에 비하여 큰 것을 특징으로 하는 발광소자. - 제1항에 있어서, 상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이 470±10㎚의 범위 내이고,
상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장에 있어서의 상기 밴드 흡수 필터의 투과율을 T(0)으로 하고, 최대치로 되는 파장으로부터 +10㎚의 파장에 있어서의 투과율을 T(10)으로 했을 때, 투과율의 비 ΔT[= T(10)/T(0)]가 0.9 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자. - 제4항에 있어서, 상기 투과율의 비 ΔT가 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공진기 출력 스펙트럼의 중심파장(λB)에 있어서의 흡수 스펙트럼의 구배를, 파장λB의 흡수율로 나눈, 이하의 식으로 표시되는 상기 밴드 흡수 필터의 흡수 변화율(RA)이 -0.01[1/㎚] 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자.
흡수 변화율 RA[1/㎚] = [dA(λB)/dλ]/A(λB) - 제1항에 있어서, 상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장이 620±20㎚의 범위 내이고,
상기 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장에 있어서의 상기 밴드 흡수 필터의 투과율을 T(0)으로 하고, 최대치로 되는 파장으로부터 -10㎚의 파장에 있어서의 투과율을 T(-10)으로 했을 때, 투과율의 비 ΔT[= T(-10)/T(0)]가 0.9 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자. - 제7항에 있어서, 상기 투과율의 비 ΔT가 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공진기 출력 스펙트럼의 중심파장(λB)에 있어서의 흡수 스펙트럼의 구배를, 파장λB의 흡수율로 나눈, 이하의 식으로 표시되는 상기 밴드 흡수 필터의 흡수 변화율(RA)이 +0.01[1/㎚] 이상인 것을 특징으로 하는 발광소자.
흡수 변화율 RA[1/㎚] = [dA(λB)/dλ]/A(λB) - 제1항 내지 제5항, 제 7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 색도 좌표의 NTSC(National Television System Committee)의 색순도로부터의 편차(Δu'v')가 0.05 이내이거나 또는 NTSC(National Television System Committee)의 색재현 범위를 확대하는 색도 좌표인 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1반사부재와, 제2반사부재와, 상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재의 사이에 발광층을 지니는 공진기 구조; 및 상기 제1반사부재 또는 상기 제2반사부재에서 투과한 광을 투과하는 밴드 흡수 필터가 복수 겹쳐서 쌓여 있고,
상기 밴드 흡수 필터의 투과율의 파장특성이 최소값으로 되는 파장은, 상기 공진기 구조로부터의 공진기 출력 스펙트럼의 최대치로 되는 파장과 비시감도의 최대치로 되는 파장 555nm 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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