KR19980071546A - 다색발광장치 - Google Patents

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KR19980071546A
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이데미쓰 히로하루
이데미쓰 고산 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 변색(혼색)의 발생을 방지하고, 시인성(視認性)이 우수하고 실용적이면서, 재료에 대한 제품의 비율이 우수하게 제조할 수 있는 구성의 다색발광장치에 관한 것이다.
본 발명은 투광성 기판(1)위에 복수의 차광층(21)과 하나 이상의 형광체층을 포함하는 복수의 상이한 색변환층(22)이 서로 엇갈리게 반복하여 평면적으로 분리 배치된 색변환 부재(2), 및 색변환층(22)에 대응한 위치에 평면적으로 분리 배치된 복수의 발광 부재(3)가, 각 발광 부재(3)의 빛을 색변환층(22)이 받아 상이한 발광을 하도록 설비되어 있는 다색발광장치에 있어서, 색변환 부재(2)의 발광 부재(3)쪽 표면의 요철이 2.0㎛ 이하로 평탄화되는 것을 특징으로 하는 다색발광장치에 관한 것이다.

Description

다색발광장치
본 발명은 다색발광장치에 관한 것이다. 더 구체적으로는 민생용, 공업용 표시기기, 칼라 디스플레이(color display) 등에 적합하게 사용되는 다색발광장치에 관한 것이다.
전자 디스플레이 디바이스(device)는, 일반적으로 맨-머쉰 인터페이스(man-machine interface)로 불리는 것 같이, 각종 장치(machine)로부터의 각종 정보를 시각을 통해 인간(man)에게 전달하는 전자 디바이스이고, 인간과 장치를 이어주는 중요한 중간 역할(interface)을 맡고 있다.
이러한 전자 디바이스에는 발광형(發光形)과 수광형(受光形)이 있으며, 발광형으로는 예를 들면 CRT(음극선관), PDP(플라즈마 디스플레이), ELD(전기발광 디스플레이), VFD(형광표시관), LED(발광 다이오드) 등을 들 수 있다. 한편, 수광형으로는 예를 들면 LCD(액정 디스플레이), ECD(전기화학적 디스플레이), EPID(전기영동 디스플레이), SPD(분산 입자 배향형 디스플레이), TBD(착색 입자 회전형 디스플레이), PLZT(투명 강유전성 PLZT[(Pb,La)(Zr,Ti)O3] 세라믹스(ceramics) 디스플레이) 등을 들 수 있다.
상기에서, 전자 디스플레이 디바이스의 완전 칼라화의 방법으로는, 다색(예를 들면 적, 청, 녹의 삼원색)의 발광 부분을 평면적으로 분리 배치하여 각각 발광시키는 방법, 또는 단일색의 빛을 복수의 상이한 색변환층(예를 들면 칼라 필터(color filter) 또는 형광체)이 받아 분해 또는 변환시켜 상이한 발광을 하게 하는 방법을 들 수 있다.
상기에서, ELD는 자기발광하므로 시인성(視認性)이 높고, 완전 고체이기 때문에 내충격성이 우수하다는 특징을 가지며, 현재 무기 또는 유기 화합물을 발광층에 사용한 여러 가지 ELD의 개발이 진행되고 있다. 특히, 유기 ELD(또는 유기 EL 소자)는 유기 화합물이 두 전극 사이에 존재하는 디스플레이이며, 유기 화합물의 종류가 풍부하고, 여러 가지 색의 빛을 고효율, 고휘도(輝度)로 발하는 디스플레이로서 기대가 크다.
그러나, 현재 유기 EL 소자의 발광부분을 평면적으로 분리 배치하여 상이한 색의 빛을 발광시켜 다색화하기 위해서는, 각각의 색의 발광재료를 개발할 필요가 있고, 또한 재료 자체가 유기 화합물이기 때문에 평면적으로 분리 배치하는 공정(예를 들면 사진평판법)에 대한 내성이 부족하다는 문제가 있었다. 그래서, 유기 EL 소자의 단일색의 빛을 색변환층으로 분해 또는 변환하는 방법이, 발광층으로서 단일색만을 설치하면 좋고 간편한 점에서는 우수하였다.
더구나, 상기에서 색변환층으로서 칼라 필터를 사용하는 경우, 그 기능상 빛을 분해 또는 컷트(cut)하여 내보내기 때문에, 빛의 손실은 두드러진다. 예를 들면, 백색의 발광을 삼원색(적, 녹, 청)으로 분해하는 경우는 백색의 휘도가 고작 3분의 1로 감소해 버린다.
한편, 색변환층이 형광체인 경우에는, 빛을 흡수하고나서 장파장(에너지가 작음)의 형광으로 변환하는 기능을 갖고 있지만, 예를 들면 형광체의 빛의 흡수율이 80%이어서 80%의 형광 수율로 형광을 발한다면, 64%의 장파장의 빛으로 변환할 수 있게 된다. 실제로 그와 같은 형광체는 존재한다. 따라서, 색변환층으로서는 형광체층을 포함하는 것이, 빛의 효율을 잘 이용한다는 의미에서 바람직하다.
그래서, 예를 들면 유기 EL 소자의 단일색의 빛을, 형광체층을 포함하는 복수의 상이한 색변환층에서 다색화하는 구성으로서는, 일본 특허 공개공보 제 91-152897 호 및 일본 특허 공개공보 제 93-258860 호에 개시되어 있다. 특히, 일본 특허 공개공보 제 93-258860 호에서는 도 11에 나타낸 것과 같이 유기 EL 소자의 발광을 받을 수 있도록 형광 매체를 배치한 다색발광장치를 개시하고 있다.
그러나, 이 다색발광장치에 있어서는 차광층이 설치되어 있지 않으므로, 유기 EL 소자로부터 등방적으로 발하는 빛이 절연성 평탄화층(투광성 매체)을 투과하여, 원하는 형광 매체뿐만 아니라 인접하는 형광 매체에 들어가, 변색(혼색)을 일으킨다.
또한, 형광 매체위에 유기 EL 소자를 적층하는 구성이지만, 유기 EL 소자는 박막의 유기층이 두 전극 사이에 존재하는 구성이기 때문에, 기초 형광 매체를 포함하는 표면의 요철이 유기 EL 소자에 미치는 영향은 크다. 즉, 두 전극 사이의 누출 및 전극의 단선을 일으키게 되어, 다색발광장치의 구동에 악영향을 미치고, 더 나아가서는 다색발광장치의 제조 비율의 저하에 연루된다.
따라서, 특허 공개공보 제 93-258860 호에서는 형광 매체와 유기 EL 소자 사이에 절연성 평탄화층을 배치하여, 형광 매체위의 평탄화를 도모하였지만, 상이한 형광 매체의 두께를 고르게 평탄화한다는 것은 개시되어 있지 않다. 또한, 형광 매체의 막 두께를 10㎛ 미만으로 하였지만, 10㎛ 미만인 것은 형광체의 형광성을 발휘하기에는 불충분하다.
본 발명은 전술한 문제에 비추어 행해진 것이며, 변색(혼색)의 발생을 방지하고, 시인성이 우수하고 실용적이면서, 재료에 대한 제품의 비율이 우수하게 제조할 수 있는 구성의 다색발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 다색발광장치의 한 실시형태를 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다색발광장치의 일반적인 구성을 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다색발광장치의 일반적인 구성을 도식적으로 나타내는 단면도이며, 색변환 부재와 발광 부재 사이에 투광성 매체를 설치한 경우를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다색발광장치에 있어서 차광층의 두께를 기준으로 하였을 때 색변환층의 두께의 영향을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 있어서 색변환 부재의 각 색변환층에 각 발광 부재를 밀착시키고, 색변환 부재의 표면 요철 모양에 발광 부재를 일치시킨 경우를 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 있어서 평탄화층의 두께의 영향을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 있어서 색변환 부재를 연마하는 경우를 도식적으로 나타내는 단면도(도 7a: 연마전, 도 7b: 연마후)이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 있어서 막 두께가 두꺼운 색변환층을 투광성 기판중에 또는 투광성 매체중에 매립한 경우를 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 있어서 투광성 매체에 의해 막 두께가 얇은 색변환층의 높이가 향상된 경우를 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명에 있어서 막 두께가 얇은 색변환층안에 투광성 매체를 포함시킨 경우를 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 종래기술을 나타내는 단면도로서, 유기 전기발광(EL) 소자의 발광을 받을 수 있도록 형광 매체를 배치한 경우를 나타내는 도면이다.
도 12는 비교예를 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은 비교예를 도시적으로 나타내는 단면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 투광성 기판 2: 색변환 부재
21: 차광층 22: 색변환층
22a: 막 두께가 두꺼운 색변환층 22b: 막 두께가 얇은 색변환층
3: 발광 부재 31: 유기 EL 소자
32: 전극 33: (투명) 전극
34: 유기물층 4: 투광성 매체
5: 평탄화층(투광성 매체)
상기 목적을 달성하기 위하여, 본원 발명에 의하면, 투광성 기판위에 복수의 차광층과 하나 이상의 형광체층을 포함하는 복수의 상이한 색변환층이 서로 엇갈리게 반복하여 평면적으로 분리 배치된 색변환 부재, 및 색변환층에 대응한 위치에 평면적으로 분리 배치된 복수의 발광 부재가, 각 발광 부재의 빛을 색변환층이 받아 상이한 발광을 하도록 설비되어 있는 다색발광장치에 있어서, 색변환 부재의 발광 부재쪽 표면의 요철이 2.0㎛ 이하로 평탄화되는 것을 특징으로 하는 다색발광장치가 제공된다.
또한, 바람직한 태양으로서, 상기 색변환 부재와 발광 부재의 사이에 투광성 매체가 배치되는 다색발광장치가 제공된다.
또한, 바람직한 태양으로서, 상기 발광 부재가 유기 전기발광(EL) 소자인 다색발광장치가 제공된다.
또한, 바람직한 태양으로서, 상기 색변환층의 막 두께가 10㎛ 이상인 다색발광장치가 제공된다.
또한, 바람직한 태양으로서, 상기 색변환 부재의 발광 부재쪽 표면이 연마되는 다색발광장치가 제공된다.
또한, 바람직한 태양으로서, 상기 색변환층의 적어도 하나가 투광성 기판안에 매립되는 다색발광장치가 제공된다.
또한, 바람직한 태양으로서, 투광성 매체에 의해 상기 색변환층의 적어도 하나의 높이가 향상되는 다색발광장치가 제공된다.
또한, 바람직한 태양으로서, 상기 색변환층의 적어도 하나가 투광성 배체를 포함하는 것인 다색발광장치가 제공된다.
또한, 바람직한 태양으로서, 상기 색변환층의 적어도 하나가 적색으로 발광하는 형광체층인 다색발광장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 다색발광장치의 실시 형태를 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
1. 다색발광장치의 구성
다색발광장치의 일반적인 구성은 도 2에 나타낸 것과 같이, 투광성 기판(1) 위에 복수의 차광층(21)과 하나 이상의 형광체층을 포함하는 복수의 상이한 색변환층(22)이 서로 엇갈리게 반복하여 평면적으로 분리 배치되는 색변환 부재(2), 및 색변환층(22)에 대응한 위치에 평면적으로 분리 배치된 복수의 발광 부재(3)가, 각 발광 부재의 빛을 색변환층이 받아 상이한 발광을 하도록 설비된다.
각 발광 부재(3)가 발광하면, 그 빛은 대응하는 색변환층(22)에서 변환되어 발광 부재(3)의 빛과 상이한 색을 발광하게 되고, 시각에 도달한다. 이와 같이 상이한 색변환층(22)이 평면적으로 분리 배치됨으로써 다색발광이 가능해진다.
한편, 색변환층(22)이 동일 종인 경우에는, 단색을 발광하게 된다. 또한, 여기에서 색변환층(22)의 일부를 투명한 층(색소를 함유하지 않는 층)으로 하여, 유기 EL 소자의 발광을 그대로 투과시켜 다색 발광하게 할 수도 있다.
또한, 도 3에 나타낸 것과 같이 색변환 부재(2)와 발광 부재(3)의 사이에 투광성 매체(4)를 설치할 수도 있다.
본 발명에 있어서는, 도 1에 나타낸 것과 같이, 색변환 부재(2)의 발광 부재(3)쪽 표면의 요철을 2.0㎛ 이하로 평탄화시켜 이루어진 다색발광장치를 제안한다.
여기에서, 색변환 부재의 발광 부재쪽 표면의 요철이 평탄화되어 있지 않은 경우에 대해 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 차광층(21)의 두께를 기준으로 하여, 색변환층(22)이 더 두꺼워지는 경우와 더 얇아지는 경우를 각각 나타낸다.
도 4a에 나타낸 경우, 임의의 특정 발광 부재(3)로부터 등방적으로 빛이 발생되어, 색변환층(형광체층)(22)에 들어가지만, 들어간 빛은 색변환층(22)에서 변환되어, 다시 등방적으로 빛(형광)이 발생된다. 색변환층(22)은 차광층(21)보다 두껍기 때문에, 튀어 나온 색변환층(22)으로부터 인접하는 색변환층으로의 빛의 누출이 크게 되고, 변색(혼색)의 원인이 된다.
한편, 도 4b에 나타낸 경우는, 색변환층(22)이 차광층(21)보다 얇기 때문에, 색변환층(22)으로부터 인접하는 색변환층으로의 입광은 방해받지만, 반대로 튀어 나온 차광층(21)이 발광 부재(3)로부터 빛을 흡수하거나 산란시키기 때문에, 그 발광부재(3)로부터의 빛을 색변환층(22)이 충분히 받을 수 없게 되므로(흡수 효율이 저하한다), 변환 후 빛의 휘도가 저하하고, 시인성을 저하시키는 원인이 된다. 게다가, 차광층의 두께에 틈이 많아 성긴 경우는 도 4a와 도 4b 중 어느 경우든지 문제가 된다. 따라서, 차광층(21)과 색변환층(22)의 두께를 같게 하는 것, 즉 색변환 부재(2)의 발광 부재(3)쪽 표면의 요철을 평탄화하는 것이 다색발광장치의 변색(혼색)을 방지하고, 휘도를 향상시키는 등 시인성 향상의 의미에서 유리하다. 이것은 도 3에 나타낸 바와 같은 색변환 부재(2)와 발광 부재(3)의 사이에 투광성 매체를 설치한 경우도 같다.
또한, 도 5는 색변환 부재(2)의 각 색변환층(22)에 각 발광 부재(예를 들면 유기 EL 소자 31)를 밀착시켜, 색변환 부재(2)의 표면 요철의 모양에 발광 부재를 일치시킨 경우를 나타낸다. 또한, 유기 EL 소자(31)는 두 전극(32,33) 사이에 유기물층(34)(주로 발광층)이 존재하는 구성이고, 두 전극(32,33)은 각각 스트라이프(stripe)상이어서, 이들이 교차한 형상인 것이 된다.
도 5a는 색변환 부재(2)의 표면 요철이 큰 경우를 나타내며, 이 경우는 박막의 유기 EL 소자(31)에 나쁜 영향을 준다. 이 결과, 유기 EL 소자(31)의 두 전극(32,33) 사이의 누출 또는 특히 전극(32)의 단선을 일으켜, 다색발광장치의 제조비율을 저하시킨다.
도 5b는 색변환 부재(2)의 표면 요철이 작은 경우를 나타내며, 이 경우는 유기 EL 소자(31)에 나쁜 영향을 주는 것은 아니다. 그 결과, 다색발광장치의 제조비율을 향상시킨다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 도 5a의 색변환 부재(2)위에 투명한 평탄화층(5), 즉 투광성 매체를 적층시켜, 색변환 부재(2)의 표면 요철을 완화시킬 수 있지만, 평탄화층(5)의 막 두께를 너무 크게 하면, 발광 부재(도시하지 않음)로부터의 빛이 새어 변색(혼색)이 발생하고, 게다가 시야각을 좁히는 것이 된다. 평탄화층(5)의 막 두께는 색변환 부재(2) 및 발광 부재의 정세도(精細度)에 의존하고, 작으면 작을수록 상기 문제가 없게 된다. 단, 색변환 부재(2)의 표면 요철이 작을수록 평탄화는 용이하게 되고, 평탄화층(5)의 막 두께도 작게 할 수 있다.
색변환 부재(2)의 표면 요철의 크기와, 발광 부재로서 유기 EL 소재를 적층한 다색발광장치를 제작할 때의 제조 비율의 관계를, 표면의 요철이 상이한 기판위에 유기 EL 소자를 제작할 때의 결과(표 1)로부터 추정할 수 있다. 즉, 표면의 요철이 2.0㎛ 이하이면, 유기 EL 소자의 단선 또는 쇼트(short)에 의한 휘도 저하 및 크로스토크(cross talk)(원하는 장소 이외의 곳이 발광하는 것)가 적음을 알 수 있고, 색변환 부재의 표면 요철이 다색발광장치의 제조 비율에 영향을 준다고 생각된다.
기판의 표면 요철(㎛) 휘도 저하1) 크로스토크1)
0.2 없음 없음
0.5 없음 없음
1.0 없음 약간 있음
2.0 약간 있음 약간 있음
3.0 있음 있음
4.0 있음 있음
5.0 있음 있음
1)평활한 투광성 기판(표면 요철이 0.1㎛ 미만이다)위에 유기 EL 소자를 제작한 경우를 기준으로 한다.
도 7a 및 7b에 나타난 것과 같이, 표면 요철이 작은 색변환 부재(2)로서, 그의 발광 부재(도시하지 않음)쪽의 표면 전체를 연마한 것을 들 수 있다.
연마는 차광층(21) 및 색변환층(22)을 형성한 후, 즉 색변환 부재(2)를 제작한 후 행할 수 있고, 예를 들면 시판되고 있는 사포 또는 알루미나, 탄화규소로 이루어진 포장 필름 등으로 색변환 부재(2)의 표면을 감싸거나, 회전연마기를 사용하여 알루미나 등의 세라믹 미립자를 연마재로 하여 수세하면서 폴리싱(polishing)하고, 연마면을 경면화(鏡面化)하는 수법이 사용된다.
또한, 도 8a에 나타난 것과 같이, 색변환층(22) 가운데 막 두께가 두꺼운 층(22a)을 투과성 기판(1)안에 매립하여 막 두께를 조정한 것을 들 수 있다.
또한, 도 8b에 나타난 바와 같이, 색변환층(22) 가운데 막 두께가 두꺼운 층(22a)을 투광성 매체(4)안에 매립하여 막 두께를 조정한 것을 들 수 있다.
또한, 도 9에 나타난 바와 같이, 투광성 매체(4)에 의해 색변환층(22) 가운데 막 두께가 얇은 층(22b)의 높이가 향상되어 막 두께를 조정한 것을 들 수 있다.
게다가, 도 10에 나타난 것과 같이, 색변환층(22) 가운데 막 두께가 얇은 층(22b)에 투광성 매체(4)를 포함시킴으로써 막 두께를 조정한 것을 들 수 있다.
또한, 상기의 구성을 조합시킨 것일 수도 있다.
2. 각 구성요소에 대하여
(1) 투광성 기판
본 발명에 사용되는 투광성 기판은, 다색발광장치를 지지하는 기판으로, 400nm 내지 700nm의 가시영역의 빛의 투과율이 50% 이상이고, 평활한 기판이 바람직하다. 구체적으로는, 유리판, 중합체 판 등을 들 수 있다. 유리판으로서는 특히 소다 석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납 유리, 규산알루미늄 유리, 규산브롬 유리, 규산바륨브롬 유리, 석영 등 등을 들 수 있다. 또한, 중합체 판으로서는 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르설파이드, 폴리설폰 등을 들 수 있다. 여기에서, 투광성 기판안에 색변환층을 매립한 경우는, 미리 또는 차광층을 형성한 후, 사진평판법 또는 인쇄법 등으로 레지스트(resist)에 원하는 패턴을 형성하고, 샌드 블래스트(sand blast) 등의 물리적인 방법 또는 플루오르산 등에 의한 화학 에칭(etching)으로 투광성 기판에 색변환층을 매립하여 예정된 적당한 깊이의 구(溝)를 제작하는 것이 바람직하다.
(2) 색변환층
본 발명에 사용되는 색변환층은 하나 이상의 형광체층을 함유하는 것으로, 발광 부재의 빛을 분해 또는 컷트하여 색조정하는 의미의 칼라 필터를 포함할 수도 있다.
형광체층으로서는 예를 들면 형광색소 및 수지, 또는 형광색소만으로 이루어지고, 형광색소 및 수지로 이루어지는 것은 형광색소를 안료 수지 및/또는 바인더(binder) 수지중에 용해 또는 분산시킨 고체상태의 것을 들 수 있다.
구체적인 형광색소에 대해서 설명한다. 우선, 근자외광으로부터는 유기 EL 소자의 자색 발광 내지 청색 발광으로 변환하는 형광색소로서는 1,4-비스(2-메틸스티릴)벤젠(이하 Bis-MSB), 트랜스-4,4'-디페닐스틸벤(이하 DPS) 등의 스틸벤계 색소, 7-하이드록시-4-메틸쿠마린(이하 쿠마린 4) 등의 쿠마린계 색소를 들 수 있다.
다음에, 청색, 청록색 또는 백색 발광 부재의 발광으로부터 녹색 발광으로 변환하는 형광 색소에 대해서는, 예를 들면 2,3,5,6-1H,4H-테트라하이드로-8-트리푸롤메틸퀴놀리지노(9,9a,1-gh)쿠마린(이하 쿠마린 153), 3-(2'-벤조티아졸릴)-7-디에틸아미노쿠마린(이하 쿠마린 6), 3-(2'-벤즈이미다졸릴)-7-N,N-디에틸아미노쿠마린(이하 쿠마린 7) 등의 쿠마린 색소, 기타 쿠마린 색소계 염료이든지, 베이직 엘로우(basic yellow)-51 또는 솔벤트 옐로우(solvent yellow)-11, 솔벤트 옐로우-116 등의 나프탈이미드 색소를 들 수 있다.
또한, 청색 내지 녹색, 또는 백색 발광 부재의 발광으로부터 오렌지색 내지 적색의 발광으로 변환하는 형광 색소에 대해서는, 예를 들면 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(p-디메틸아미노스틸릴)-4H-피란(이하 DCM) 등의 시아닌계 색소, 1-에틸-2-(4-(p-디메틸아미노페닐)-1,3-부타디에닐)-피리디늄-퍼클로레이트(이하 피리딘 1) 등의 피리딘계 색소, 로다민 B, 로다민 6G 등의 로다민계 색소, 그밖의 옥사진계를 들 수 있다.
게다가, 각종 염료(직접 염료, 산성 염료, 염기성 염료, 분산 염료 등)도 형광성이 있으면 선택할 수 있다.
또한, 상기 형광 색소를 폴리메타크릴산에스테르, 폴리염화비닐, 염화비닐아세트산비닐 공중합체, 알키드 수지, 방향족 설폰아미드 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지 등의 안료 수지안에 미리 이겨서 넣어 안료화할 수도 있다.
또한, 이러한 형광 색소 또는 안료는 필요에 따라 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수도 있다.
한편, 바인더 수지는 투명한(가시광 50% 이상) 재료가 바람직하다. 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로즈, 카복시메틸셀룰로즈 등의 투명 수지(고분자)를 들 수 있다.
또한, 형광체층을 평면적으로 분리 배치하기 위해, 사진평판법을 적용할 수 있는 감광성 수지도 선택된다. 예를 들면, 아크릴산계, 메타크릴산계, 폴리시남산비닐계, 환고무계 등의 반응성 비닐 기를 갖는 광경화형 레지스트 재료를 들 수 있다. 또한, 인쇄법을 사용하는 경우에는 투명한 수지를 사용한 인쇄 잉크(매질)가 선택된다. 예를 들면, 폴리염화비닐 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 말레산 수지, 폴리아미드 수지의 단량체, 올리고머, 중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로즈, 카복시메틸셀룰로즈 등의 투명 수지를 사용할 수 있다.
형광체층이 주로 형광 색소로 이루어지는 경우는, 원하는 형광체층 패턴의 마스크(mask)를 개재(介在)시켜 진공증착 또는 스퍼터링(sputtering)법으로 성막(成膜)시키고, 한편 형광 색소와 수지로 이루어지는 경우는, 형광 색소와 수지를 적당한 용제와 혼합, 분산 또는 가용화시켜 액상으로 만들고, 스핀코트(spin coat), 롤코트(roll coat), 캐스트(cast)법 등의 방법으로 성막하고, 사진평판법에 의해 원하는 형광체층 패턴으로 패턴화하거나, 스크린(screen) 인쇄 등의 방법에 의해 원하는 형광체층 패턴으로 패턴화하는 것이 일반적이다.
형광체층의 막 두께는 유기 EL 소자의 발광을 충분히 수광(흡수)하며, 형광을 발생하는 기능을 방해하는 것이 아니라면 제한은 없지만, 10nm 내지 1mm, 바람직하게는 1㎛ 내지 1mm, 더 바람직하게는 10㎛ 내지 100㎛이고, 칼라 필터에 비하여 일반적으로 두꺼운 막이 필요하게 된다. 형광 색소는 칼라 필터 색소에 비하여 농도에 민감하고, 안료 수지 또는 바인더 수지중에 보다 낮은 농도로 분산 또는 가용화시킨 편이 보다 형광성이 높지만, 한편 유기 EL 소자의 발광을 충분히 흡수해야 하기 때문에, 칼라 필터와 동등한 흡광도가 필요하다. 따라서, 하기 수학식 1의 램버트-비어(Rambert-Beer)의 법칙에 따라, 색소의 흡광계수가 일정하다면 결국 형광체층은 두꺼운 막인 것이 바람직하게 된다. 형광 색소의 안료 수지 및/또는 바인더 수지를 포함시킨 형광체층중의 농도는, 형광 색소에 따라 상이하지만, 1 내지 10-4몰/㎏, 바람직하게는 0.1 내지 10-3몰/㎏, 더 바람직하게는 0.05 내지 10-2몰/㎏이다.
상기 식에서,
A는 흡광도이고,
ε는 흡광계수(색소에 있어서 고유함)이고,
c는 색소 농도이고
l은 막 두께이다.
그런데, 색변환 부재의 발광 부재쪽 표면의 요철을 평탄화하기 위해서는 각 색변환층(형광체층 또는 칼라 필터층)의 막 두께를 같게 하는 것이 유리하므로, 각 색변환층의 막 두께는 형광성을 고려하여 10㎛ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 적색으로 발광하는 형광체층은 발광 부재의 파장으로부터 보다 큰 장파장쪽으로 쉬프트(shift)한 형광을 발하는(스토크스(stokes) 쉬프트가 큰) 층이므로, 일반적으로 복수 종의 형광 색소를 혼합하여 포함한다. 따라서 형광 색소의 농도가 크게 되므로, 앞서 기재한 바와 같이 발광 부재의 발광을 충분히 흡수하고, 또한 형광성을 높이기 위해서는 적색 형광체층의 막 두께는 크게 된다. 따라서, 특히 도 8a 및 도 8b에 나타낸 경우와 같이, 투광성 기판(1)안에 또는 투광성 매체(4)안에 매립하는 색변환층(22)으로서는 적색 형광체층을 들 수 있다.
한편, 칼라 필터층으로서는 예를 들면 하기의 색소만, 또는 색소를 바인더 수지중에 용해 또는 분산시킨 고체상태의 것을 들 수 있다.
적색(R) 색소는 다음과 같다: 페릴렌계 안료, 레이크(lake) 안료, 아조계 안료, 퀴나크리돈계 안료, 안트라퀴논계 안료, 안트라센계 안료, 이소인돌린계 안료, 이소인돌리논계 안료 등의 단품 및 적어도 두 종류 이상의 혼합물.
녹색(G) 색소는 다음과 같다: 할로겐 다치환 프탈로시아닌계 안료, 할로겐 다치환 구리 프탈로시아닌계 안료, 트리페닐메탄계 염기성 염료, 이소인돌린계 안료, 이소인돌리논계 안료 등의 단품 및 적어도 두 종류 이상의 혼합물.
청색(B) 색소는 다음과 같다: 구리 프탈로시아닌계 안료, 인단트론계 안료, 인도페놀계 안료, 시아닌계 안료, 디옥사진계 안료 등의 단품 및 적어도 두 종류 이상의 혼합물.
전술한 바인더 수지로서는 형광체층과 동일한 재료를 선택할 수 있다.
또한, 칼라 필터를 평면적으로 분리 배치하는데 필요한 바인더 수지도 형광체층과 동일한 재료를 선택할 수 있다.
또한, 특히 칼라 필터가 주로 색소로 이루어지는 경우 및 색소와 바인더 수지로 이루어지는 경우도 형광체층과 동일하게 패턴화할 수 있다.
칼라 필터가 색소와 바인더 수지로 이루지는 경우는, 색소의 농도가 칼라 필터를 문제없이 패턴화할 수 있으면서 유기 EL 소자의 발광을 충분히 투과할 수 있는 범위일 때 바람직하다. 일반적으로는, 색소의 종류에도 좌우되지만, 사용하는 바인더 수지를 포함시킨 칼라 필터 막에 5 내지 50중량%의 색소가 함유된다.
(3) 차광층
본 발명에 있어서, 차광층은 발광 부재의 빛을 차광하여, 다색발광장치의 혼색을 방지하고, 시야각 특성을 향상시키기 위해 사용된다.
차광층의 막 두께는 10nm 내지 1mm, 바람직하게는 1㎛ 내지 1mm, 더 바람직하게는 10㎛ 내지 100㎛이지만, 상기한 바와 같이 색변환층이 형광체인 경우는 칼라 필터의 경우에 비하여 두꺼운 막이 필요하게 되고, 색변환층과 차광층의 두께를 같게 평탄화하기 위해서는 차광층의 막 두께도 10㎛ 이상이 바람직하다.
또한, 차광층의 표면 형상은 격자상이거나 스트라이프상일 수도 있으나, 색변환층이 형광체층인 경우에는 형광체층 측면으로부터의 빛의 누출이 현저하기 때문에 격자상이 더 바람직하다. 또한, 차광층의 단면 형상은 통상적으로는 직사각형상이지만 역대(逆台)형상 또는 T 문자상일 수도 있다.
차광층의 투과율은 발광 부재의 빛 또는 색변환층(특히 형광체층)으로부터의 빛을 발하는 영역, 즉 파장 400nm 내지 700nm의 가시영역의 빛에 있어서 10% 이하인 것이 바람직하고, 1% 이하가 더 바람직하다. 10%를 초과하면, 발광 부재의 빛 또는 색변환층으로부터의 빛이 누출되어, 다색발광장치의 변색(혼색)을 발생시키고 시야각 특성도 악화시킨다. 또한, 필요에 따라 적어도 차광층의 측면을 반사성있게 할 수도 있다.
다음에, 차광층의 재료로서는 예를 들면 하기 금속 및 흑색 색소를 들 수 있다.
금속의 종류로서는 Ag, Al, Au, Cu, Fe, Ge, In, K, Mg, Ba, Na, Ni, Pb, Pt, Si, Sn, W, Zn, Cr, Ti, Mo, Ta, 스테인레스 등의 1종 이상의 금속 또는 합금을 들 수 있다. 또한, 상기 금속의 산화물, 질화물, 황화물, 질산염, 황산염 등을 사용할 수도 있고, 필요에 따라 탄소가 함유될 수도 있다.
상기 재료는 스퍼터링법, 증착법, CVD(화학증착)법, 이온 플레이팅(ion plating)법, 전석법, 전기도금법, 화학도금법 등의 방법에 의해 투광성 기판상에 성막되고, 사진평판법 등에 의해 패턴화를 행하여, 차광층의 패턴(평면적으로 분리 배치)을 형성할 수 있다.
흑색 색소로서는 카본블랙, 티탄블랙, 아닐린블랙, 전술한 칼라 필터 색소를 혼합하여 흑색화한 것을 들 수 있다.
이들 흑색 색소 또는 전술한 금속 재료를 색변환층으로 사용한 바인더 수지중에 용해 또는 분산시킨 고체상태로 만들고, 색변환층과 동일한 방법으로 패턴화하여 차광층의 패턴을 형성한다.
(4) 투광성 매체
본 발명에 있어서, 투광성 매체는 필요에 따라 색변환 부재와 발광 부재 사이에 설치되고, 색변환층 및 차광층의 높이 향상 또는 색변환층의 매립에도 사용된다. 또한, 색변환층안에 포함시켜 사용할 수 있다. 400nm 내지 700nm의 빛의 투과율이 50% 이상인 것이 바람직하고, 전기 절연층성인 것이면 더 바람직하다.
특히, 색변환 부재와 발광 부재 사이에 설치되는 경우, 투광성 매체는 단층일 수도 있고, 다층으로 구성될 수도 있다. 또한 고상, 액상, 기상 상태 중 임의의 상태일 수도 있다.
투광성 매체를 중합체 층으로 만드는 경우, 중합체로서 구체적으로는 광경화형 수지 및/또는 열경화형 수지와 같이, 아크릴레이트계, 메타크릴레이트계의 반응성 비닐 기를 갖는 것을 들 수 있다.
또한, 멜라민 수지, 페놀 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 말레산 수지, 폴리아미드 수지의 단량체, 올리고머, 중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로즈, 카복시메틸셀룰로즈 등의 투명 수지, 및 각종 플루오르 중합체를 들 수 있다.
또한, 형광체층의 내광성을 높이기 위하여 자외선 흡수재도 첨가할 수 있다.
또한, 무기 산화물 층으로 만드는 경우, 구체적으로는 산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 티탄(TiO2), 산화 이트륨(Y2O3), 산화 게르마늄(GeO2), 산화 아연(ZnO), 산화 마그네슘(MgO), 산화 칼륨(CaO), 붕산(B2O3), 산화 스트론튬(SrO), 산화 바륨(BaO), 산화 납(PbO), 지르코니아(ZrO2), 산화 나트륨(Na2O), 산화 리튬(Li2O), 산화 칼륨(K2O) 등을 들 수 있다.
또한, 무기 산화물로서 유리를 들 수 있다.
특히, 소다석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납 유리, 규산 알루미늄 유리, 붕규산 유리, 붕규산 바륨 유리 등을 들 수 있다. 또한, 여기에서 무기 산화물층은 그 조성으로서 무기 산화물을 주로 포함하는 것이 바람직하고, 질화물(예를 들면 Si3N4)이 포함될 수도 있다.
또한, 발광 부재와 색변환 부재를 접착시키기 위해서는 하기와 같은 접착제를 사용할 수 있다.
구체적으로는 아크릴산계 올리고머, 메타크릴산계 올리고머의 반응성 비닐 기를 갖는 광경화형 및 열경화형 접착제, 2-시아노아크릴산에스테르 등의 습기경화형 등의 접착제를 들 수 있다. 또한, 에폭시계 등의 열 및 화학경화형(2액 혼합)을 들 수 있다.
또한, 기상 및 액상으로는 질소, 아르곤 등의 불활성 기체 또는 플루오르화 탄화수소, 실리콘 오일과 같은 불활성 액체를 들 수 있다. 또한, 진공인 것도 가능하다.
이들 투광성 매체는 고체상의 재료를 적당한 용매로 액상으로 만들고, 스핀 코팅, 롤 코팅, 캐스트법 등의 방법으로 성막하고, 고체상의 재료를 그대로 사용하는 경우는, 스퍼터링, 증착, CVD, 이온플레이팅 등의 방법으로 성막할 수 있다. 유리판의 경우는 전술한 접착제를 사용하여 접합시킨다.
불활성 액체 또는 불활성 기체는 다색발광장치의 발광 영역외를 실링(sealing)하여 봉입한다.
이들 투광성 매체로서, 예를 들면 유기 EL 소자와 접하는 계면은 전술한 무기 산화물층이든지, 불활성 액체 또는 불활성 기체인 것이 유기 EL 소자의 열화를 촉진하는 물, 산소를 차단할 수 있으므로 바람직하다.
여기에서, 투광성 매체로 색변환층의 높이를 향상시키거나, 투광성 매체안에 색변환층을 매립하기 위해서는, 예를 들면 미리 또는 차단층을 형성한 후, 전술한 투광성 매체중의 광경화형 수지 및/또는 열경화형 수지를 사용하여, 사진평판법 또는 인쇄법에 의해 원하는 적당한 막 두께의 패턴으로 높이를 향상시키거나, 색변환층을 매립하기 위한 적당한 깊이의 구를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 색변환층에 투광성 매체를 포함시키기 위해서는 전술한 투광성 매체의 고체상의 재료를 색변환층의 바인더 수지 또는 안료 수지와는 별개로 추가하고, 용해 또는 분산시켜 포함시키는 것이 바람직하다.
(5) 발광 부재
본 발명에 사용할 수 있는 발광 부재로서는, 유기 EL 소재가 박형이고, 면발광(面發光)이며, 유기 화합물의 종류가 풍부하고, 여러 가지 색의 빛을 고효율, 고휘도로 발할 수 있으므로 바람직하지만, 무기 EL, LED, VFD, PDP 경우에 있어서는 LCD의 광원을 이용할 수 있다.
유기 EL 소자는 유기물층으로서 재결합 영역 및 발광 영역을 적어도 갖는 것이 사용된다. 이 재결합 영역 및 발광 영역은 통상적으로 발광층에 존재하기 때문에, 본 발명에 있어서는 유기물층으로서 발광층만을 사용할 수도 있지만, 필요에 따라 발광층 이외에, 예를 들면 정공주입층, 전자주입층, 유기반도체층, 전자장벽층, 부착개선층 등도 사용할 수 있다.
다음에, 본 발명에 사용할 수 있는 유기 EL 소자의 대표적인 구성예를 나타낸다. 물론, 이들에 한정되는 것은 아니다.
① 양극/발광층/음극;
② 양극/정공주입층/발광층/음극;
③ 양극/발광층/전자주입층/음극;
④ 양극/정공주입층/발광층/전자주입층/음극;
⑤ 양극/유기반도체층/발광층/음극;
⑥ 양극/유기반도체층/전자장벽층/발광층/음극;
⑦ 양극/정공주입층/발광층/부착개선층/음극
등의 구조를 들 수 있다.
이들 중에서 통상적으로 ④의 구성이 바람직하게 사용된다.
(5)-1. 양극
양극으로서는 사사(仕事)계수가 큰(4eV 이상) 금속, 합금, 전기전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 전극물질로 하는 것이 바람직하게 사용된다. 이와 같은 전극 물질의 구체예로서는 Au 등의 금속, CuI, ITO(인듐주석 산화물), SnO2, ZnO 등의 도전성 투명 재료를 들 수 있다.
양극은 이들의 전극 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등의 방법으로 박막을 형성시킴으로써 제작할 수 있다.
이와 같이 발광층으로부터의 발광을 양극으로부터 취하는 경우, 양극의 발광에 대한 투과율이 10%보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 양극의 시이트 저항은 수백Ω 이하가 바람직하다. 양극의 막 두께는 재료에도 좌우되지만, 통상 10nm 내지 1㎛, 바람직하게는 10 내지 200nm의 범위에서 선택된다.
(5)-2. 발광층
유기 EL 소자의 발광 재료는 주로 유기 화합물이며, 구체적으로는 바라는 색조에 따라 다음과 같은 화합물을 들 수 있다.
우선, 자외영역으로부터 자색의 발광을 얻는 경우에는 하기 일반식으로 표현되는 화합물을 들 수 있다:
상기 식에서,
X는 일반식(식중, n은 2, 3, 4 또는 5이다)의 화합물을 나타내고,
Y는 일반식또는의 화합물을 나타낸다.
상기 화합물의 페닐 기, 페닐렌 기, 나프탈렌 기에 탄소수 1 내지 4의 알킬 기, 알콕시 기, 하이드록시 기, 설포닐 기, 카보닐 기, 아미노 기, 디메틸아미노 기 또는 디페닐아미노 기 등이 단독 또는 복수 치환될 수도 있다. 또한, 이들은 서로 결합하여 포화 5원 고리, 6원 고리를 형성할 수도 있다. 또한, 페닐 기, 페닐렌 기, 나프틸 기에 파라 위치에서 결합한 것은 결합성이 우수하여 평활한 증착막의 형성에 바람직하다. 구체적으로는 하기 일반식 (1) 내지 (17)의 화합물들이다. 특히, p-사페닐 유도체, p-오페닐 유도체가 바람직하다.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
그 다음, 청색 내지 녹색의 발광을 얻기 위한 것으로는, 예를 들면 벤조티아졸계, 벤조이미다졸계, 벤족사졸계 등의 형광증백제, 금속 킬레이트화 옥시노이드 화합물, 스티릴벤젠계 화합물을 들 수 있다.
구체적으로 화합물명을 나타내면, 예를 들어 일본 특허 공개공보 제 84-194393 호에 개시되어 있는 것을 들 수 있다. 그의 대표예로서는, 벤족사졸계, 벤조티아졸계, 벤조이미다졸계 등의 형광증백제를 들 수 있다.
또한, 기타 유용한 화합물은 문헌[Chemistry of Synthetic Dyes, 1971, pp628-637 및 p640]에 열거되어 있다.
전술한 킬레이트화 옥시노이드 화합물로서는, 예를 들면 일본 특허 공개공보 제 88-29569 호에 개시되어 있는 것을 사용할 수 있다. 그 대표예로서는, 트리스(8-퀴놀릴)알루미늄(이하, Alq로 약칭한다) 등의 8-하이드록시퀴놀린계 금속 착체 또는 디리튬에핀트리디온 등을 들 수 있다.
또한, 전술한 스티릴벤젠계 화합물로서는, 예를 들면 유럽 특허 제 0319881 호 명세서 또는 유럽 특허 제 0373582 호 명세서에 개시되어 있는 것을 사용할 수 있다.
또한, 일본 특허 공개공보 제 90-252793 호에 개시되어 있는 디스티릴피라진 유도체도 발광층의 재료로서 사용할 수 있다.
그밖의 것으로는, 예를 들면 유럽 특허 제 0387715 호 명세서에 개시되어 있는 폴리페닐계 화합물도 발광층의 재료로서 사용할 수 있다.
또한, 전술한 형광증백제, 금속 킬레이트화 옥시노이드 화합물 및 스티릴벤젠계 화합물 이외에, 예를 들면 12-프탈로페리논(문헌[J. Appl. Phys., 제 27 권, L713 (1988)] 참조), 1,4-디페닐-1,3-부타디엔, 1,1,4,4-테트라페닐-1,3-부타디엔(이상, 문헌[Appl. Phys. Lett., 제 56 권, L799 (1990)] 참조), 나프탈이미드 유도체(일본 특허 공개공보 제 90-305886 호 참조), 페릴렌 유도체(일본 특허 공개공보 제 90-189890 호 참조), 옥사디아졸 유도체(일본 특허 공개공보 제 90-216791 호 또는 제 38 회 응용물리학 관계 연합 강연회에서 하마타(Hamata) 등에 의해 개시된 옥사디아졸 유도체), 알다진 유도체(일본 특허 공개공보 제 90-220393 호 참조), 피라졸린 유도체(일본 특허 공개공보 제 90-220394 호 참조), 사이클로펜타디엔 유도체(일본 특허 공개공보 제 90-289675 호 참조), 피롤로피롤 유도체(일본 특허 공개공보 제 90-296891 호 참조), 스티릴아미노 유도체(문헌[Appl. Phys. Lett., 제 56 권, L799 (1990)] 참조), 쿠마린계 화합물(일본 특허 공개공보 제 90-191694 호 참조), 국제 특허 공개공보 제 WO90/13148 호 및 문헌[Appl. Phys. Lett., 제 58 권, 18, p1982 (1991)]에 기재되어 있는 것과 같은 고분자 화합물 등도 발광층의 재료로서 사용할 수 있다.
본 발명에서는, 특히 발광층의 재료로서, 방향족 디메틸리딘계 화합물(유럽 특허 제 0388768 호 명세서 또는 일본 특허 공개공보 제 91-231970 호에 개시되어 있는 것)을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 4,4'-비스(2,2-디-t-부틸페닐비닐)비페닐(이하 DTBPBBi로 약칭한다), 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)비페닐(이하 DPVBi로 약칭한다) 등 및 이들의 유도체를 들 수 있다.
또한, 일본 특허 공개공보 제 93-258862 호 등에 기재되어 있는 일반식 (Rs-Q)2-AL-O-L(식중, L은 페닐부분을 함유하여 이루어진 탄소수 6 내지 24의 탄화수소이고, O-L은 페놀레이트 배위자이고, Q는 치환 8-퀴놀리놀레이트 배위자를 나타내고, Rs는 알루미늄 원자에 치환 8-퀴놀리놀레이트 배위자가 2개보다 많이 결합하는 것을 입체적으로 방해하도록 선택된 8-퀴놀리놀레이트 고리 치환기를 나타낸다)로 표현되는 화합물들 들 수 있다. 구체적으로는, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)(파라-페닐페놀레이트)알루미늄(III)(이하 PC-7), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)(1-나프톨레이트)알루미늄(III)(이하 PC-17)을 들 수 있다.
그밖에, 일본 특허 공개공보 제 94-9953 호 등에 따른 도핑(dopping)을 사용하여 고효율의 청색과 녹색의 혼합발광을 얻는 방법을 들 수 있다. 이 경우, 호스트(host)로서는 상기에 기재한 발광 재료를 들 수 있고, 도펀트(dopant)로서는 청색 내지 녹색의 강한 형광색소, 예를 들면 쿠마린계 또는 상기 호스트로서 사용된 것과 동일한 형광색소를 들 수 있다. 구체적으로는, 호스트로서 디스티릴아릴렌 골격의 발광 재료, 특히 바람직하게는 예를 들면 DPVBi를 들 수 있고, 도펀트로서는 디페닐아미노비닐아릴렌, 특히 바람직하게는 예를 들면 N,N-디페닐아미노비닐벤젠(DPAVB)을 들 수 있다.
백색의 발광을 얻는 발광층으로서는, 특히 제한은 없지만, 다음의 것을 들 수 있다:
① 유기 EL 적층 구조체의 각 층의 에너지 준위를 규정하고, 터널(tunnel) 주입을 이용하여 발광시키는 것(유럽 특허 공개공보 제 0390551 호 참조);
② ①과 동일하게 터널 주입을 이용하는 소자이며, 실시예로서 백색 발광소자가 기재되어 있는 것(일본 특허 공개공보 제 91-230584 호 참조);
③ 이층 구조의 발광층이 기재되어 있는 것(일본 특허 공개공보 제 90-220390 호 및 일본 특허 공개공보 제 90-216790 호 참조);
④ 발광층을 복수로 분할하여 각각 발광 파장이 상이한 재료로 구성된 것(특히 일본 특허 공개공보 제 92-51491 호 참조);
⑤ 청색 발광체(형광 피크 380nm 내지 480 nm)와 녹색 발광체(형광 피크 480nm 내지 580nm)를 적층시키고, 그 위에 적색 형광체를 함유시킨 구성을 갖는 것(일본 특허 공개공보 제 94-207170 호 참조); 및
⑥ 청색 발광층이 청색 형광색소를 함유하고, 녹색 발광층이 적색 형광색소를 함유한 영역을 가지며, 그 위에 녹색 형광체를 함유하는 구성을 갖는 것(일본 특허 공개공보 제 95-142169 호 참조).
그중에서도, ⑤의 구성을 갖는 것이 바람직하게 사용된다.
또한, 적색 형광체의 예를 다음에 나타낸다:
전술한 재료를 사용하여 발광층을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 증착법, 스핀코트법, LB(Langmuir-Blodgett)법 등의 공지의 방법을 적용할 수 있다. 발광층은 특히 분자퇴적막인 것이 바람직하다. 여기에서 분자퇴적막이라는 것은, 기상 상태의 재료 화합물로부터 침착되어 형성된 박막, 또는 용해상태 또는 액체상태의 재료 화합물로부터 고체화되어 형성된 막이고, 통상 이 분자퇴적막은 LB법에 의해 형성된 박막(분자누적막)과는 응집구조, 고차구조의 상위함 및 이로 인한 기능적인 상위함에 의해 구분할 수 있다.
또한, 일본 특허 공개공보 제 82-51781 호에 개시되어 있는 것과 같이, 수지 등의 결착제와 재료 화합물을 용제에 용해시켜 용액을 만든 후, 이를 스핀코트법 등에 의해 박막화하는 것에 의해서도 발광층을 형성할 수 있다.
이와 같이 하여, 형성되는 발광층의 막 두께에 대해서는 특히 제한은 없고, 상황에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 통상 5nm 내지 5㎛의 범위가 바람직하다.
유기 EL 소자의 발광층은 이하의 기능을 동시에 갖는 것이다. 즉, ① 주입 기능; 전계 인가시에 양극 또는 정공주입층으로부터 정공을 주입할 수 있고, 음극 또는 전자주입층으로부터 전자를 주입할 수 있는 기능, ② 윤송(輪送)기능; 주입한 전하(전자와 정공)를 전계의 힘으로 이동시키는 기능, ③ 발광기능; 전자와 정공의 재결합의 장을 제공하고, 이를 발광에 연결하는 기능이 있다. 단, 정공이 주입되기 쉬운 정도와 전자가 주입되기 쉬운 정도에 차이가 있을 수도 있고, 또한 정공과 전자의 이동도로 표현되는 윤송능에 대소가 있을 수도 있지만, 어느 쪽이든지 한 쪽의 전하를 이동하는 것이 바람직하다.
(5)-3. 정공주입층
다음에, 정공주입층은 반드시 본 발명에 사용되는 소자에 필요한 것은 아니지만, 발광성능의 향상을 위하여 사용하는 편이 바람직한 것이다. 이 정공주입층은 발광층으로의 정공주입을 돕는 층이어서, 정공 이동도가 크고, 이온화 에너지가 통상 5.5eV 이하로 작다. 이와 같은 정공주입층으로서는, 보다 낮은 전계에서 정공을 발광층에 윤송하는 재료가 바람직하고, 게다가 정공의 이동도가, 예를 들어 104내지 106V/cm의 전계 인가시에 10-6cm2/V·초 이상이면 바람직하다.
이와 같은 정공주입 재료에 대해서는, 전술한 바람직한 성질을 갖는 것이면 특별히 제한은 없고, 종래 광도전재료에 있어서, 정공의 전하윤송재로서 관용되고 있는 것 또는 EL 소자의 전공주입층에 사용되는 공지의 것중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 트리아졸 유도체(미국 특허 제 3,112,197 호 명세서 등 참조), 옥사디아졸 유도체(미국 특허 제 3,189,447 호 명세서 등 참조), 이미다졸 유도체(일본 특허 공개공보 제 62-16096 호 등 참조), 폴리아릴알칸 유도체(미국 특허 제 3,615,402 호 명세서, 미국 특허 제 3,820,989 호 명세서, 미국 특허 제 3,542,544 호 명세서, 일본 특허 공개공보 제 70-555 호, 일본 특허 공개공보 제 76-10983 호, 일본 특허 공개공보 제 76-93224 호, 일본 특허 공개공보 제 80-17105 호, 일본 특허 공개공보 제 81-4148 호, 일본 특허 공개공보 제 80-108667 호, 일본 특허 공개공보 제 80-156953 호, 일본 특허 공개공보 제 81-36656 호 등 참조), 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체(미국 특허 제 3,180,729 호 명세서, 미국 특허 제 4,278,746 호 명세서, 일본 특허 공개공보 제 80-88064 호, 일본 특허 공개공보 제 80-88065 호, 일본 특허 공개공보 제 74-105537 호, 일본 특허 공개공보 제 80-51086 호, 일본 특허 공개공보 제 81-80051 호, 일본 특허 공개공보 제 81-88141 호, 일본 특허 공개공보 제 82-45545 호, 일본 특허 공개공보 제 79-112637 호, 일본 특허 공개공보 제 80-74546 호 등 참조), 페닐렌디아민 유도체(미국 특허 제 3,615,404 호 명세서, 일본 특허 공개공보 제 76-10105 호, 일본 특허 공개공보 제 71-3712 호, 일본 특허 공개공보 제 72-25336 호, 일본 특허 공개공보 제 79-53435 호, 일본 특허 공개공보 제 79-110536 호, 일본 특허 공개공보 제 79-119925 호 등 참조), 아릴아민 유도체(미국 특허 제 3,567,450 호 명세서, 미국 특허 제 3,180,703 호 명세서, 미국 특허 제 3,240,597 호 명세서, 미국 특허 제 3,658,520 호 명세서, 미국 특허 제 4,232,103 호 명세서, 미국 특허 제 4,175,961 호 명세서, 미국 특허 제 4,012,376 호 명세서, 일본 특허 공개공보 제 74-35702 호, 일본 특허 공개공보 제 64-27577 호, 일본 특허 공개공보 제 80-144250 호, 일본 특허 공개공보 제 81-119132 호, 일본 특허 공개공보 제 81-22437 호, 서독 특허 제 1,110,518 호 명세서 등 참조), 아미노 치환 칼콘 유도체(미국 특허 제 3,526,501 호 명세서 등 참조), 옥사졸 유도체(미국 특허 제 3,257,203 호 명세서 등에 개시된 것), 스티릴안트라센 유도체(일본 특허 공개공보 제 81-46234 호 등 참조), 플루오레논 유도체(일본 특허 공개공보 제 79-110837 호 등 참조), 하이드라존 유도체(미국 특허 제 3,717,462 호 명세서, 일본 특허 공개공보 제 79-59143 호, 일본 특허 공개공보 제 80-52063 호, 일본 특허 공개공보 제 80-52064 호, 일본 특허 공개공보 제 80-46760 호, 일본 특허 공개공보 제 80-85495 호, 일본 특허 공개공보 제 82-11350 호, 일본 특허 공개공보 제 82-148749 호, 일본 특허 공개공보 제 90-311591 호 등 참조), 스티릴벤 유도체(일본 특허 공개공보 제 86-21036 호, 일본 특허 공개공보 제 86-228451 호, 일본 특허 공개공보 제 86-14642 호, 일본 특허 공개공보 제 86-72255 호, 일본 특허 공개공보 제 87-47646 호, 일본 특허 공개공보 제 87-36674 호, 일본 특허 공개공보 제 87-10652 호, 일본 특허 공개공보 제 87-30255 호, 일본 특허 공개공보 제 85-93445 호, 일본 특허 공개공보 제 85-94462 호, 일본 특허 공개공보 제 85-174749 호, 일본 특허 공개공보 제 85-175052 호 등 참조), 실라잔 유도체(미국 특허 제 4,950,950 호 명세서), 폴리실란계(일본 특허 공개공보 제 90-204996 호), 아닐린계 공중합체(일본 특허 공개공보 제 90-282263 호), 일본 특허 공개공보 제 89-211399 호에 개시되어 있는 도전성 고분자 올리고머(특히, 티오펜올리고머) 등을 들 수 있다.
정공주입층의 재료로서는 상기의 것을 사용할 수 있지만, 포르피린 화합물(일본 특허 공개공보 제 88-2956965 호 등에 개시된 것), 방향족 3급 아민 화합물 및 스티릴아민 화합물(미국 특허 제 4,127,412 호 명세서, 일본 특허 공개공보 제 78-27033 호, 일본 특허 공개공보 제 79-58445 호, 일본 특허 공개공보 제 79-149634 호, 일본 특허 공개공보 제 79-64299 호, 일본 특허 공개공보 제 80-79450 호, 일본 특허 공개공보 제 80-144250 호, 일본 특허 공개공보 제 81-119132 호, 일본 특허 공개공보 제 86-295558 호, 일본 특허 공개공보 제 86-98353 호, 일본 특허 공개공보 제 88-295695 호 등 참조), 특히 방향족 3급 아민 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 미국 특허 제 5,061,569 호에 기재되어 있는 2개의 축합 방향족 고리를 분자내에 갖는 것, 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(이하 NPD로 약칭한다), 및 일본 특허 공개공보 제 92-308688 호에 기재되어 있는 3개의 트리페닐아민 단위가 스타버스트(starburst)형으로 연결된 4,4',4-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(이하, MTDATA로 약칭한다) 등을 들 수 있다.
또한, 발광층의 재료로서 나타낸 전술한 방향족 디메틸리딘계 화합물의 다른 p형 Si, p형 SiC 등의 무기 화합물도 정공주입층의 재료로서 사용할 수 있다.
전공주입층은 전술한 화합물을, 예를 들면 진공증착법, 스핀코트법, 캐스트법, LB법 등의 공지의 방법에 의해 박막화함으로써 형성할 수 있다. 정공주입층으로서의 막 두께는, 특히 제한은 없지만, 통상적으로는 5nm 내지 5㎛이다. 그의 정공주입층은 1종 또는 2종 이상의 전술한 재료로 이루어진 1층으로 구성될 수도 있거나, 상기 정공주입층으로는 별종의 화합물로 이루어진 정공주입층을 적층한 것일 수도 있다.
또한, 유기 반도체층은 발광층으로의 정공주입 또는 전자주입을 돕는 층이며, 10-10S/cm 이상의 도전율을 갖는 것이 적합하다. 이와 같은 유기 도전체층의 재료로서는, 티오펜 함유 올리고머 또는 아릴아민 함유 올리고머 등의 도전성 올리고머, 아릴아민 함유 덴드리머 등의 도전성 덴드리머 등을 사용할 수 있다.
(5)-4. 전자주입층
한편, 전자주입층은 발광층으로의 전자의 주입을 돕는 층이며, 전자이동도가 크고, 또한 부착개선층은 이 전자주입층 중에서 특히 음극과의 부착이 양호한 재료로 이루어진 층이다. 전자주입층에 사용할 수 있는 재료로서는 예를 들면 8-하이드록시퀴놀린 또는 그의 유도체의 금속 착체, 또는 바람직하게 옥사디아졸 유도체를 들 수 있다. 또한, 부착개선층에 사용할 수 있는 재료로서는 특히 8-하이드록시퀴놀린 또는 그의 유도체의 금속 착체가 적합하다.
상기 8-하이드록시퀴놀린 또는 그의 유도체의 금속 착체의 구체적인 예로서는, 옥신(일반적으로 8-퀴놀릴 또는 8-하이드록시퀴놀린)의 킬레이트를 포함하는 금속 킬레이트 옥시노이드 화합물을 들 수 있다.
예를 들면 앞서 기재한 Alq를 전자주입층으로서 사용할 수 있다.
한편, 옥사디아졸 유도체로서는, 하기 일반식으로 표현되는 전자전달 화합물을 들 수 있다:
및
상기 식에서,
Ar10내지 Ar13은 각각 치환되거나 치환되지 않은 아릴 기를 나타내고,
Ar10과 Ar11및 Ar12와 Ar13은 각각 서로 동일하거나 상이할 수도 있고,
Ar14는 치환되거나 치환되지 않은 아릴렌 기를 나타낸다.
상기에서, 아릴 기로서는 페닐 기, 비페닐 기, 안트라닐 기, 페릴레닐 기, 피레닐 기 등을 들 수 있고, 아릴렌 기로서는 페닐렌 기, 나프틸렌 기, 피페닐렌 기, 안트라세닐렌기, 페닐레닐렌 기, 피레닐렌 기 등을 들 수 있다. 또한, 치환기로서는 탄소수 1 내지 10의 알킬 기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시 기 또는 시아노 기 등을 들 수 있다. 이 전자전달 화합물은 박막을 형성할 수 있는 것이 바람직하다.
상기 전자절달 화합물의 구체적인 예로서는, 하기의 것을 들 수 있다:
(5)-5. 음극
음극으로서는, 사사계수가 작은(4eV 이하) 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극물질로 하는 것이 사용된다. 이와 같은 전극 물질의 구체예로서는 나트륨, 나트륨·칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘·은 합금, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3), 알루미늄·리튬 합금, 인듐, 희토류 금속 등을 들 수 있다.
이 음극은, 이들의 전극물질을 증착 또는 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시킴으로써 제작할 수 있다.
또한, 음극으로서의 시이트저항은 수백Ω 이하가 바람직하고, 막 두께는 통상 10nm 내지 1㎛, 50 내지 200nm의 범위가 바람직하다. 또한, 본 발명에 사용되는 EL 소자에 있어서는 상기 양극 또는 음극중 어느 것이든지 하나가 투명 또는 반투명한 것이 발광을 투과하기 때문에 발광을 일으키는 효율이 우수하므로 바람직하다.
(5)-6. 유기 EL 소자의 제작(예)
이상 예시한 재료 및 방법에 의해 양극, 발광층, 필요에 따라 정공주입층 및 필요에 따라 전자주입층을 형성하고, 그 위에 음극을 형성함으로써, 유기 EL 소자를 제작할 수 있다. 또한, 음극으로부터 양극으로, 상기와 반대의 순서로 유기 EL 소자를 제작할 수 있다.
이하에 지지 기판위에 양극/정공주입층/발광층/전자주입층/음극이 순차적으로 설치된 구성의 유기 EL 소자의 제작예를 기재한다.
우선, 적당한 기판위에 양극 재료로 이루어진 박막을 1㎛ 이하, 바람직하게는 10 내지 200nm의 범위의 막 두께가 되도록 증착 또는 스퍼터링 등의 방법에 의해 형성하여 양극을 제작한다. 그 다음, 이 양극위에 정공주입층을 설치한다. 정공주입층의 형성은 전술한 바와 같이 진공증착법, 스핀코트법, 캐스트법, LB법 등의 방법에 의해 행할 수 있지만, 균질한 막이 얻어지기 쉽고, 게다가 핀홀(pinhole)이 발생하기 어렵다는 등의 점 때문에 진공증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 진공증착법에 의해 정공주입층을 형성하는 경우, 증착조건은 사용하는 화합물(정공주입층의 재료), 목적으로 하는 정공주입층의 결정 구조 또는 재결합 구조 등에 의해 상이하지만, 일반적으로 증착원 온도 50 내지 450℃, 진공도 10-7내지 10-3토르, 증착속도 0.01 내지 50nm/초, 기판 온도 50 내지 300℃, 막 두께 5nm 내지 5㎛의 범위에서 적절하게 선택할 수 있다.
그 다음, 정공주입층위에 발광층을 설치하는 발광층의 형성에 있어서도, 원하는 유기 발광재료를 사용하여, 진공증착법, 스퍼터링, 스핀코트법, 캐스트법 등의 방법에 의해 유기 발광재료를 박막화함으로써 형성할 수 있지만, 균질한 막이 얻어지기 쉽고, 게다가 핀홀이 생성되기 어렵다는 등의 점 때문에, 진공증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 진공증착법에 의해 발광층을 형성하는 경우, 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 상이하지만, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건 범위중에서 선택할 수 있다.
그 다음, 그의 발광층위에 전자주입층을 설치한다. 정공주입층, 발광층과 유사하고 균질한 막을 얻을 필요가 있기 때문에 진공증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 증착조건은 정공주입층, 발광층과 동일한 조건 범위로부터 선택할 수 있다.
마지막으로, 음극을 적층하여 유기 EL 소자를 얻을 수 있다.
음극은 금속으로 구성된 것이기 때문에, 증착법, 스퍼터링을 사용할 수 있다. 그러나, 기초 유기물층을 성막할 때의 손상으로부터 보호하기 위해서는 진공증착법이 바람직하다.
지금까지 기재한 유기 EL 소재의 제작은 1회의 진공으로 일관하여 양극으로부터 음극까지 제작하는 것이 바람직하다.
또한, 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가하는 경우, 양극을 ＋, 음극을 －의 극성으로 하여, 5 내지 50V의 전압을 인가하면, 발광을 관측할 수 있다. 또한, 반대의 극성으로 전압을 인가하여도 전류는 흐르지 않고, 발광은 전혀 일어나지 않는다. 게다가, 교류 전압을 인가한 경우에는, 양극이 ＋, 음극이 －의 극성이 되었을 때만 균일한 발광이 관측된다. 인가하는 교류의 파형은 임의적일 수도 있다.
여기에서, 평면적으로 분리 배치하여 발광하는 유기 EL 소자를 제작하기 위해서, 스트라이프상의 양극 및 음극을 교차시키고, 각각의 전극에 직류 전압을 인가하고, 교차 부분을 발광시키는 X-Y 도트 매트릭스(dot matrix) 방식과, 양극 또는 음극중 어느 것이든지를 도트상으로 형성하고, TFT(Thin Film Transister)와 같은 스위칭(switching) 소자에 의해 특정의 도트 부분에만 직류 전압을 인가하여 발광시키는 활성 매트릭스(active matrix) 방식을 들 수 있다. 스트라이프상 또는 도트상의 양극 또는 음극은 사진평판법으로 에칭하든지, 리프트오프(lift off)하든지 또는 마스킹(masking) 증착 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 구체적으로 설명한다.
실시예 1 (연마에 의한 평탄화)
투광성 기판으로서 100mm×100mm×1.1mm 두께의 유리 기판(코닝(Corning) 7059) 위에, 3중량%(고형분에 대하여)의 카본블랙을 분산시킨 아크릴레이트계 광경화형 레지스트(점도 250cps)를 스핀코트하고, 80℃에서 베이킹(baking)한 후, 고압 수은등을 광원으로 하는 노광기에 세팅(setting)하였다. 이어서, 50㎛ 라인(line), 250㎛ 갭(gap)의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 마스크를 개재시키고, 900mJ/cm(365nm2)로 노광하였다. 1중량%의 탄산나트륨 수용액으로 2분간 실온에서 현상한 후, 기판의 유리면으로부터 3000mJ/cm2로 전면 후노광하고나서 200℃에서 베이킹하여, 차광층의 패턴을 형성하였다. 차광층의 막 두께는 20㎛이었다.
그 다음, 기판을 스크린 인쇄기에 세팅하고, 250㎛×650㎛의 갭의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 판을 사용하여, 구리 프탈로아닌계 안료(C. I. 피크멘트 블루(Pigment Blue) 15:6) 2.8중량%(고형분에 대하여), 디옥사진계 안료(C. I. 피크멘트 바이올렛(Pigment Violet) 23) 0.2중량%(고형분에 대하여) 및 바인더 수지로서 폴리염화비닐 수지(중량평균 분자량 20000) 97중량%를, 용제로서 사이클로헥산중에 혼합 분산시킨 잉크(점도 8000cps)를 차광층의 패턴의 간격에 인쇄하고, 80℃에서 베이킹하여, 청색 칼라 필터층의 패턴을 얻었다. 청색 칼라 필터의 막 두께는 15㎛ 전후이었다.
그 다음, 판을 청색 칼라 필터층의 패턴의 스트라이프 배열에 대하여 수직 방향으로 300㎛ 평행 이동하여, 쿠마린 6 및 바인더 수지로서 폴리염화비닐 수지(평균 분자량 20000)를 쿠마린 6의 배합량을 폴리염화비닐 수지 1㎏에 대하여 0.03몰이 되도록 하여, 용제로서 사이클로헥산중에 용해시킨 잉크(점도 8000cps)를 차광층 패턴의 각 간격에 인쇄하고, 80℃에서 베이킹하여, 형광체층 A의 패턴을 얻었다. 형광체층 A의 막 두께는 15㎛ 전후이었다.
그 다음, 판을 형광체층 A의 패턴의 스트라이프 배열에 대하여, 게다가 수직방향으로 300㎛ 평행 이동하여, 쿠마린 6 및 4중량%(벤조구아나민 수지에 대하여)의 로다민 6G 및 4중량%(벤조구아나민 수지에 대하여)의 로다민 B를 벤조구아나민 수지중에 이겨서 넣은 형광 안료와, 바인더 수지로서 폴리염화비닐 수지(평균중량 분자량 20000)(이때, 쿠마린 6의 배합량은 로다민 6G 및 로다민 B를 벤조구아나민 수지중에 이겨서 넣은 형광 안료 및 폴리염화비닐 수지의 합계량 1㎏에 대하여 0.03몰이 되도록 하고, 형광 안료의 배합량은 30중량%, 폴리염화비닐 수지의 배합량은 70중량%가 되도록 한다)를 용제로서 사이클로헥산에 용해시킨 잉크(점도 8000cps)를 차광층의 패턴에 추가로 각 간격에 인쇄하고, 80℃에서 베이킹하여, 형광체층 B의 패턴을 얻었다. 형광체층 B의 막 두께는 20㎛ 전후이었다.
그 다음, 800번의 연마지로 정제수를 분무하면서 색변환 부재위를 래핑(wrapping) 연마한 다음, 회전연마기(스피드 팜(Speed Fam)사 제품)에 의해 알루미나 미립자 연마제를 사용하여 정제수를 분무하면서 경면연마(폴리싱)하였다.
이상으로부터, 색변환 부재를 제작하고(도 7b), 표면조도계(덱탁(DEKTAK) 3030)로 색변환 부재의 표면 요철을 측정하였더니, 0.2㎛로 평탄화되고, 색변환층(즉, 청색 칼라 필터), 형광체층 A, B의 막 두께는 각각 15㎛ 전후이었다.
또한, 후에 적층하는 유기 EL 소자의 발광 휘도 및 색도를 확인하기 위하여, 극히 일부의 차광층 및 색변환층을 깎아 놓았다.
또한, 투광성 매체로서 산화규소산(SiO2)을 기판 온도 160℃으로 가열하고, 10-6토르의 진공도로 스퍼터링하였다. 막 두께는 0.5㎛이었다.
또한, 산화규소막의 성막후에도 표면 요철을 측정하였더니, 0.2㎛로 변화는 없었다.
그 다음, 유기 EL 소자의 제작을 행하였다.
우선, 기판을 160℃로 가열하고, 10-6토르의 진공도로 산화규소막위에 스퍼터링에 의해 0.15㎛의 막 두께, 표면저항 20Ω의 ITO의 투명전극(양극)을 성막하였다.
그 다음, 포지티브(positive)형 포토레지스트(후지 헌트 일렉트로닉스 테크놀로지사 제품 HPR204)를 ITO위에 스핀코트하고, 80℃에서 베이킹한 후, 노광기로 250㎛ 라인, 50㎛ 갭의 스트라이프상의 ITO 패턴이 얻어지는 마스크를 개재시키고, 차광층 패턴에 위치를 맞추어, 100mJ/cm2로 노광하였다.
그 다음, 2.38중량%의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드록사이드) 수용액으로 레지스트를 현상하고, 120℃로 포스트베이킹(post-baking)하고, 레지스트 패턴을 형성하여 얻었다.
그 다음, 기판을 실온의 47중량%의 브롬화수소 수용액에 침지하여, ITO, 레지스트 패턴 노광된 부분을 에칭하고, 레지스트를 박리하여, 250㎛ 라인, 50㎛ 갭의 스트라이프상의 ITO 패턴을 형성하였다.
그 다음, 이 기판을 이소프로필알콜(IPA) 세정하고, 자외선 세정한 후, 증착장치(일본 진공기술사 제품) 기판 홀더(holder)에 고정하였다. 증착원은 몰리브덴으로 된 저항가열판에 정공주입 재료로서 MTDATA 및 NPD, 발광 재료로서 DPVBi, 도펀트로서 DPAVB, 전자주입 재료로서 Alq를 각각 넣고, 음극의 제 2 금속으로서 Ag를 텅스텐으로 된 필라멘트(filament)에 장착하고, 음극의 전자주입성 금속으로서 Mg를 몰리브덴으로 된 판에 장착하였다.
그 후, 진공조를 5×10-7토르까지 감압한 후, 이하의 순서로 순차 적층하였다. 정공주입층으로부터 음극까지 도중에 진공을 깨뜨리지 않고 1회의 진공으로 행하였다. 우선, 정공주입층으로서는 MTDATA를 증착속도 0.1 내지 0.3nm/s로 증착하여 막 두께 200nm로 만들고, NPD를 증착속도 0.1 내지 0.3nm/s로 증착하여 막 두께 20nm로 만들고, 발광층으로서는 DPVBi를 증착속도 0.1 내지 0.3nm/s로, DPAVB를 증착속도 0.05nm/s로 동시증착하여 동시에 막 두께 40nm(호스트 재료에 대한 도펀트의 중량비는 1.2 내지 1.6이다)로 만들고, 전자주입층으로서는 Alq를 증착속도 0.1 내지 0.3nm/s로 증착하여 막 두께 20nm로 만들고, 음극으로서는 양극 ITO 스트라이프 패턴에 대해 수직이 되게 하여, 600㎛ 라인, 100㎛ 갭의 스트라이프 패턴이 되도록 마스크를 개재시켜 Mg와 Ag를 동시증착하였다. 즉, Mg는 증착속도 1.3 내지 1.4nm/s, Ag는 증착속도 0.1nm/s이고, 막 두께는 200nm가 되었다.
이와 같이 하여, 유기 EL 다색발광장치를 제작하고(도 3), 직류 8V의 전압을 양극과 음극에 인가하면, 전압을 인가한 양극과 음극의 교차 부분이 발광하고, 차광층 및 색변환층을 깎은 부분으로부터 보이는 유기 EL 소자의 발광 휘도 및 CIE 색도좌표(JIS Z 8701)는 각각 100cd/m2및 x=0.16, y=0.24로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 청색 칼라 필터로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 50cd/m2이고, 색도는 x=0.14, y=0.16로서, 색순도가 높은 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
한편, 형광체층 A로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 113cd/m2이고, 색도는 x=0.23, y=0.65로서, 황색을 띤 녹색(yellowish green)의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 형광체층 B로부터 보이는 발광 휘도는 22cd/cm2이고, 색도는 x=0.55, y=0.29로서, 적색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 유기 EL 다색발광장치를 제작하고, 각 색변환층으로부터 본래의 색이 발광되어 변색(혼색)을 볼 수 없었다.
실시예 2 (투광성 기판중으로의 매립)
투광성 기판위에 실시예 1의 카본블랙을 분산한 아크릴레이트계 광경화형 레지스트의 스핀코트의 회전수를 크게 한 것 이외는, 실시예 1과 동일한 조건으로 차광층의 패턴을 형성하였다. 차광층의 막 두께는 15㎛이었다.
그 다음, 기판위에 드라이 필름 레지스트(Dry Film Resist, 후지필름사 제품 A-840)를 라미네이트하고, 고압 수은등을 광원으로 하는 노광기에 세팅하였다. 이어서, 650㎛ 라인, 250㎛ 갭의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 마스크를 차광층의 패턴과 평행하게 되도록 위치시키고, 60mJ/cm2(365nm)로 노광하였다.
그 다음, 1중량%의 탄산나트륨 수용액으로 2분간 실온 현상하면, 레지스트의 패턴은 차광층간의 스트라이프 패턴 3개에 대하여 1개가 개구되고, 그 개구부에는 투광성 기판이 노출되었다.
그 다음, 그 개구부로 향하여 샌드 블래스트 처리를 행하고, 투광성 기판에 5㎛ 깊이로 구를 형성하였다.
그 다음, 3중량%의 수산화나트륨 수용액으로 1분간 50℃에서 처리하면, 레지스트를 박리할 수 있다.
이하, 실시예 1의 형광체층 B를 상기 투광성 기판에 구를 형성한 부분에 매립하는 것 및 연마하지 않는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건으로 색변환 부재를 제작하였다(도 8a).
표면조도계(덱탁 3030)로 색변환 부재의 표면 요철을 측정하였더니, 청색 칼라 필터 및 형광체층 A의 막 두께는 15㎛ 전후이고, 형광체층 B의 막 두께는 20㎛ 전후임에도 불구하고, 1.5㎛로 평탄화되었다.
이하, 실시예 1과 동일한 조건으로 산화규소 막 및 유기 EL 소자를 제작하여, 유기 EL 다색발광장치를 제작하였다.
그 다음, 직류 8V의 전압을 양극과 음극에 인가하면, 전압을 인가한 양극과 음극의 교차 부분이 발광하고, 차광층 및 색변환층을 깎은 부분으로부터 보이는 유기 EL 소자의 발광 휘도 및 CIE 색도좌표(JIS Z 8701)는 각각 100cd/m2및 x=0.16, y=0.24로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 청색 칼라 필터로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 50cd/m2이고, 색도는 x=0.14, y=0.16으로서, 색순도가 높은 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
한편, 형광체층 A로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 113cd/m2이고, 색도는 x=0.23, y=0.65로서, 황색을 띤 녹색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 형광체층 B로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 20cd/m2이고, 색도는 x=0.60, y=0.31로서, 실시예 1보다 순도가 높은 적색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 유기 EL 다색발광장치를 제작한 결과, 각 색변환층으로부터 본래의 색이 발광되어 변색(혼색)은 볼 수 없었다.
실시예 3 (투광성 매체에 의한 높이의 향상)
실시예 1과 동일한 조건으로 차광층을 형성하였다(차광층의 막 두께 20㎛).
그 다음, 이 기판위에 투광성 매체로서 아크릴레이트계 광경화형 레지스트(신일철화학사 제품 V259PA)를 스핀코트하고, 80℃에서 베이킹한 후, 고압 수은등을 광원으로 하는 노광기에 세팅하였다. 이어서, 250㎛ 라인, 650㎛ 갭의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 마스크를 차광층의 패턴과 평행하게 되도록 위치시켜, 300mJ/cm2(365nm)로 노광하였다. 그리고나서, 추가로 마스크를 300㎛ 차광층의 패턴에 대하여 수직으로 이동시켜 동일한 조건으로 노광하였다.
그 다음, 1중량%의 탄산나트륨 수용액으로 2분간 실온 현상하면, 레지스트의 패턴은 차광층간의 스트라이프 패턴 3개에 대하여 2개의 내부에 충전되었다.
그 다음, 200℃에서 베이킹하여 투광성 매체의 패턴을 형성하였다. 투광성 매체의 막 두께는 5㎛이었다.
이하, 실시예 1의 청색 칼라 필터층 및 형광체층 A를 상기 투광성 매체에 충전할 수 있는(높이를 향상시킬 수 있는) 부분에 인쇄한 것 및 연마하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건으로 색변환 부재를 제작하였다(도 9).
표면조도계(덱탁 3030)로 색변환 부재의 표면 요철을 측정하면, 청색 칼라 필터 및 형광체층 A의 막 두께는 15㎛ 전후이고, 형광체층 B의 막 두께는 20㎛ 전후임에도 불구하고, 1.3㎛로 평탄화되었다.
이하, 실시예 1과 동일한 조건으로 산화규소 막 및 유기 EL 소자를 제작하여, 유기 EL 다색발광장치를 제작하였다.
이어서, 직류 8V의 전압을 양극과 음극에 인가하면, 전압을 인가한 양극과 음극의 교차 부분이 발광하여, 차광층 및 색변환층을 깎은 부분으로부터 보이는 유기 EL 소자의 발광 휘도 및 CIE 색도좌표(JIS Z 8701)는 각각 100cd/m2및 x=0.16, y=0.24로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 청색 칼라 필터로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 50cd/m2이고, 색도는 x=0.14, y=0.12이고, 게다가 색순도가 높은 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
한편, 형광체층 A로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 113cd/m2이고, 색도는 x=0.23, y=0.65로서, 황색을 띤 녹색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 형광체층 B로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 20cd/m2이고, 색도는 x=0.60, y=0.31로서, 실시예 1보다 순도가 높은 적색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
이상와 같이, 유기 EL 다색발광장치를 제작한 결과, 각 색변환층으로부터 본래의 색이 발광되어 변색(혼색)은 보이지 않았다.
실시예 4 (투광성 매체안으로의 매립)
실시예 1과 동일한 투광성 기판위에 투광성 매체로서 아크릴레이트계 광경화형 레지스트(신일철화학사 제품 V259PA)를 스핀코트하고, 80℃에서 베이킹한 후, 고압 수은등을 광원으로 하는 노광기에 세팅하였다. 이어서, 650㎛ 라인, 250㎛ 갭의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 마스크를 미리 차광층의 패턴과 평행하게 위치시키고, 300mJ/cm2(365nm)로 노광하였다.
그 다음, 1중량%의 탄산나트륨 수용액으로 2분간 실온 현상하고, 200℃에서 베이킹하여 투광성 매체의 패턴을 형성하였다. 투광성 매체의 막 두께는 5㎛이었다.
그 다음, 3중량%(고형분에 대하여)의 카본블랙을 분산한 아크릴레이트계 광경화형 레지스트(점도 250cps)를 실시예 2의 조건으로 스핀코트하고, 80℃에서 베이킹한 후, 고압 수은등을 광원으로 하는 노광기에 세팅하였다. 이어서, 50㎛ 라인, 250㎛ 갭의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 마스크를 전술한 투광성 매체의 패턴과 평행하게 되도록 위치시키고, 900mJ/cm2(365nm)로 노광하였다.
그 다음, 1중량%의 탄산나트륨 수용액으로 2분간 실온 현상하고, 투광성 기판의 유리면(이면)으로부터 3000mJ/cm2로 전면 후노광하고나서, 200℃에서 베이킹하였다. 차광층의 막 두께는 15㎛이었다.
투광성 매체의 패턴은 차광층간의 스트라이프 패턴 3개에 대하여 1개가 개구되고, 그 개구부에는 투광성 기판이 노출되었다.
이하, 형광체층 B를 상기 투광성 매체의 개구부분에 매립한 것 및 연마하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일 조건으로 색변환 부재를 제작하였다(도 8b).
표면조도계(덱탁 3030)로 색변환 부재의 표면 요철을 측정하였더니, 청색 칼라 필터 및 형광체층 A의 막 두께는 15㎛ 전후이고, 형광체층 B의 막 두께는 20㎛ 전후임에도 불구하고, 1.5㎛로 평탄화되었다.
이하, 실시예 1과 동일한 조건으로 산화규소 막 및 유기 EL 소자를 제작하여, 유기 EL 다색발광장치를 제작한 결과, 실시예 2와 동일한 결과가 수득되었다.
실시예 5 (투과성 매체를 함유하는 색변환층)
실시예 1과 동일한 조건으로 차광층을 형성하였다(차광층의 막 두께 20㎛).
그 다음, 기판을 스크린 인쇄기에 세팅하고, 250㎛ 라인, 650㎛ 갭의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 판을 사용하여, 구리 프탈로시아닌계 안료(C. I. 피그멘트 블루 15:6) 2.8중량%(고형분에 대하여)과 디옥사진계 안료(C. I. 피그멘트 바이올렛 23) 0.2중량%(고형분에 대하여), 및 바인더 수지로서 폴리염화비닐 수지(중량평균 분자량 20000) 70중량% 및 투광성 매체로서 폴리비닐피롤리돈(중량평균 분자량 40000) 27중량%를 사용하고, 이들을 용제로서 사이클로헥산중에 분산시킨 잉크(점도 13000cps)를 차광층 패턴의 공극안에 인쇄하고, 80℃에서 베이킹하여, 청색 칼라 필터의 패턴을 얻었다. 청색 칼라 필터의 막 두께는 20㎛ 전후이었다.
그 다음, 판을 스트라이프에 대하여 수직방향으로 300㎛ 비켜 놓아, 쿠마린 6 및 바인더 수지로서 폴리염화비닐 수지(중량평균 분자량 20000), 및 투광성 매체로서 폴리비닐피롤리돈(중량평균 분자량 40000)(이때, 쿠마린 6의 배합량은 폴리염화비닐 수지와 폴리비닐피롤리돈의 합계량 1㎏에 대하여 0.03몰이 되도록 하고, 폴리염화비닐 수지의 배합량은 70중량%, 폴리비닐피롤리돈의 배합량은 30중량%가 되도록 한다)를 용제로서 사이클로헥산에 용해한 잉크(점도 12000cps)를 차광층의 패턴위의 각 간격에 인쇄하고, 80℃에서 베이킹하여, 형광체층 C의 패턴을 얻었다. 형광체층 C의 막 두께는 20㎛ 전후이었다.
그 다음, 판을 형광체층 A의 패턴의 스트라이프 배열에 대하여 다시 수직방향으로 300㎛ 평행이동하여, 쿠마린 6과 4중량%(벤조구아나민 수지에 대하여)의 로다민 6G 및 4중량%(벤조구아나민 수지에 대하여)의 로다민 B를 벤조구아나민 수지중에 이겨서 넣은 형광안료, 및 바인더 수지로서 폴리염화비닐 수지(중량평균 분자량 20000)(이때, 쿠마린 6의 배합량은 로다민 6G 및 로다민 B를 벤조구아나민 수지중에 이겨서 넣은 형광안료 및 폴리염화비닐 수지의 합계량 1㎏에 대하여 0.03몰이 되도록 하고, 형광안료의 배합량은 30중량%, 폴리염화비닐 수지의 배합량은 70중량%가 되도록 한다)를 용제로서 사이클로헥산에 용해한 잉크(점도 8000cps)를 차광층의 패턴위의 각 간격에 인쇄하고, 80℃에서 베이킹하여, 형광체층 B의 패턴을 얻었다. 형광체층 B의 막 두께는 20㎛ 전후이었다.
이상으로부터 연마하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 색변환 부재를 제작하고(도 10), 표면조도계(덱탁 3030)에 의해, 청색 칼라 필터 및 형광체층 C, B의 막 두께는 각각 20㎛ 전후로서 같게 하였기 때문에, 표면 요철은 1.8㎛로 평탄화되었다.
이하, 실시예 1과 동일한 조건으로 산화규소 막 및 유기 EL 소자를 제작하여, 유기 EL 다색발광장치를 제작하였다.
그 다음, 직류 8V의 전압을 양극과 음극에 인가하면, 전압을 인가한 양극과 음극의 교차 부분이 발광하고, 차광층 및 색변환층을 깎은 부분으로부터 보이는 유기 EL 소자의 발광 휘도 및 CIE 색도 좌표(JIS Z 8701)는 각각 100cd/m2및 x=0.16, y=0.24로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 청색 칼라 필터로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 52cd/m2이고, 색도는 x=0.14, y=0.16이고, 게다가 순도가 높은 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
한편, 형광체층 C로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 115cd/m2이고, 색도는 x=0.23, y=0.65로서, 황색을 띤 녹색의 발광이 얻어지는 것을 볼 수 있다.
또한, 형광체층 B로부터 보이는 발광 휘도는 20cd/m2이고, 색도는 x=0.60, y=0.31로서, 실시예 1보다 색순도가 높은 적색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 유기 EL 다색발광장치를 제작한 결과, 각 색변환층으로부터 본래의 색이 발광되어 변색(혼색)은 보이지 않았다.
실시예 6
지지 기판으로서, 100mm×100mm×1.1mm 두께의 유리 기판(코닝 7059)위에, 30중량%(고형분에 대하여)의 카본블랙을 분산한 아크릴레이트계 광경화형 레지스트(점도 10cps)를 스핀코트하고, 80℃에서 베이킹한 후, 추가로 200℃에서 베이킹하고, 2㎛ 막 두께의 흑색 베타막을 성막하였다.
그 다음, 흑색 베타막의 반대쪽을 IPA 세정, 자외선 세정한 후, 증착장치(일본진공기술사 제품)의 기판 홀더에 고정하였다. 증착원은 몰리브덴으로 된 저항가열판에 정공주입 재료로서 MTDATA 및 NPD를, 발광재료로서 DPVBi를, 도펀트로서 DPAVB를, 전자주입 재료로서 Alq를 각각 넣고, 음극의 제 2 금속으로서 Ag를 텅스텐으로 된 필라멘트에, 음극의 전자주입성 금속으로 Mg를 몰리브덴으로 된 판에 장착하였다.
그 후, 진공조를 5×10-7토르까지 감압한 후, 600㎛ 라인, 100㎛ 갭의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 마스크를 개재시켜, 우선 음극의 패턴을 성막하고, 이어서 전자주입층으로부터 정공주입층까지 성막하였다. 또한, 음극으로부터 정공주입층을 순차 적층할 때는, 도중에 진공을 깨뜨리지 않고 1회의 진공으로 행하였다.
우선, 음극으로서는 Mg와 Ag를 동시증착하였다. 즉, Mg는 증착속도 1.3 내지 1.4nm/s, Ag는 증착속도 0.1nm/s이고, 막 두께는 200nm가 되었다.
그 다음, 전자주입층으로서는 Alq를 증착속도 0.1 내지 0.3nm/s로 증착하여, 막 두께 20nm로 만들고, 발광층으로서는 DPVBi를 증착속도 0.1 내지 0.3nm/s로, DPAVB를 증착속도 0.05nm/s로 동시증착하여 동시에 막 두께 40nm(호스트 재료에 대한 도펀트의 중량비는 1.2 내지 1.6이다)로 만들고, 정공주입층으로서는 NPD를 증착속도 0.1 내지 0.3nm/s로 증착하여 막 두께 20nm로 만들고, MTDATA를 증착속도 0.1 내지 0.3nm/s로 증착하여 막 두께는 400nm로 되었다.
그 다음, 이 기판을 스퍼터링 장치에 이동하고, 실온에서 120nm의 막 두께, 20Ω의 투명전극(양극)으로서 ITO를 250㎛ 라인, 50㎛ 갭의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 마스크를 개재시켜 성막하고, 유기 EL 소자를 제작하였다. 여기에서, 음극과 양극을 직교시켜, 각각의 전극의 단자가 떨어지도록 마스크를 배치하였다.
그 다음, 이 기판위의 음극과 양극의 교차 범위의 주변부에, 분배기로 에폭시계 광경화형 접착제(스리본드사 제품 3113)를 1mm 정도의 폭으로 일부 간격을 띄어 도포하였다.
한편, 실시예 1과 동일한 조건으로 제작한 색변환 부재의 기판(표면 요철 0.2㎛)을 유기 EL 소자와 차광층 및 색변환층을 마주보도록 하여 붙이고, 접착제 도포부분만을 자외선 조사하여 접착제를 경화하였다.
그 다음, 질소 분위기하에, 투광성 매체로서 플루오르화 탄화수소(미국 쓰리엠사 제품, 상품명: FC70)를 주사침으로 상기 경화한 접착제의 간격으로부터 주입하였다.
그 다음, 접착제의 간격에 추가로 상기 접착제를 충전하여 상기와 동일하게 자외선 경화하였다.
이와 같이 하여, 유기 EL 다색발광장치를 제작하고(도 3), 직류 8V의 전압을 양극과 음극에 인가하면, 전압을 인가한 양극과 음극의 교차 부분이 발광하고, 차광층 및 색변환층을 깎은 부분으로부터 보이는 유기 EL 소자의 발광 휘도 및 CIE 색도 좌표(JIS Z 8701)는 각각 100cd/m2및 x=0.16, y=0.24로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
청색 칼라 필터로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 50cd/m2이고, 색도는 x=0.14, y=0.16로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
한편, 형광체층 A로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 113cd/m2이고, 색도는 x=0.23, y=0.65로서, 황색을 띤 녹색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 형광체층 B로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 22cd/m2이고, 색도는 x=0.55, y=0.29로서, 적색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 유기 EL 다색발광장치를 제작한 결과, 각 색변환층으로부터 본래의 색이 발광되어 변색(혼색)은 보이지 않았다.
비교예 1 (색변환층이 차광층보다 얇은 경우)
실시예 1에 있어서, 연마를 행하지 않은 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 색변환 부재를 제작하였다. 표면조도계(덱탁 3030)로 색변환 부재의 표면 요철을 측정하였더니 5.6㎛이고, 색변환층, 즉 청색 칼라 필터층, 형광체층 A의 막 두께는 15㎛, 형광체층 B의 막 두께는 20㎛ 전후이었다.
이 색변환 부재를 사용하여, 실시예 6과 동일한 조건으로 다색발광장치를 제작하였다(도 4b, 도 12).
여기에서, 직류 8V의 전압을 양극과 음극에 인가하면, 전압을 인가한 양극과 음극의 교차 부분이 발광하고, 차광층 및 색변환층을 깎은 부분으로부터 보이는 유기 EL 소자의 발광 휘도 및 CIE 색도 좌표(JIS Z 8701)는 각각 100cd/m2및 x=0.16, y=0.24로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
청색 칼라 필터로부터 보이는 발광 휘도는 45cd/m2이고, 색도는 x=0.14, y=0.16로서, 색 순도가 높은 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
한편, 형광체층 A로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 103cd/m2이고, 색도는 x=0.23, y=0.65로서, 황색을 띤 녹색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 형광체층 B로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 20cd/m2이고, 색도는 x=0.60, y=0.31로서, 적색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 유기 EL 다색발광장치를 제작하였는데, 청색 칼라 필터 및 형광체층 A의 휘도는 실시예 1에 비하여 약간 저하하였다. 이것은 형광층이 각각의 층보다도 5㎛ 정도 두껍게 되기 때문에, 유기 EL 소자의 빛의 일부가 차광층에 흡수되므로, 색변환층이 충분히 빛을 수광할 수 없기 때문인 것으로 생각된다.
비교예 2 (색변환층이 차광층보다 두꺼운 경우)
실시예 2에 있어서, 투광성 기판에 구를 형성하지 않고, 형광체층 B를 매립하지 않은 것 이외는 실시예 2와 동일한 조건으로 색변환 부재를 형성하였다.
표면조도계(덱탁 3030)로 색변환 부재의 표면 요철을 측정하였더니 5.4㎛이었고, 또한 색변환층, 즉 청색 칼라 필터, 형광체층 A의 막 두께는 15㎛ 전후이고, B의 막 두께는 20㎛ 전후이었다.
이 색변환 부재를 사용하여 실시예 6과 동일한 조건으로 다색발광장치를 제작하였다(도 4a, 도 13).
여기에서, 직류 8V의 전압을 양극과 음극에 인가하면, 전압을 인가한 양극과 음극의 교차 부분이 발광하고, 차광층 및 색변환층을 깎은 부분으로부터 보이는 유기 EL 소자의 발광 휘도 및 CIE 색도 좌표(JIS Z 8701)는 각각 100cd/m2및 x=0.16, y=0.24로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
청색 칼라 필터로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 50cd/m2이고, 색도는 x=0.14, y=0.16로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
한편, 형광체층 A로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 110cd/m2이고, 색도는 x=0.30, y=0.59로서, 황색을 띤 녹색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 형광체층 B로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 20cd/m2이고, 색도는 x=0.60, y=0.31로서, 적색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 유기 EL 다색발광장치를 제작하였는데, 형광체층 A의 색도가 실시예 2에 비하면 변화하고(변색), 색 순도가 악화되었다. 이는 형광체층 B가 다른 층보다도 5㎛ 정도 두껍게 되기 때문에, 형광체층 B로부터 새는 빛이 형광체층 A에 혼입(혼색)되기 때문이라고 생각된다.
비교예 3 (차광층을 형성하지 않은 경우)
실시예 1에 있어서, 차광층을 형성하지 않은 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 색변환 부재를 제작하였다.
이하, 실시예 1과 동일한 조건으로 산화규소 막 및 유기 EL 소자를 제작하여, 유기 EL 다색발광장치를 제작하였다.
그 다음, 직류 8V의 전압을 양극과 음극에 인가하면, 전압을 인가한 양극과 음극의 교차 부분이 발광하고, 차광층 및 색변환층을 깎은 부분으로부터 보이는 유기 EL 소자의 발광 휘도 및 CIE 색도 좌표(JIS Z 8701)는 각각 100cd/m2이고, x=0.16, y=0.24로서, 청색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 청색 칼라 필터로부터 보이는 발광 휘도는 55cd/m2이고, 색도는 x=0.20, y=0.30로서, 청록색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
한편, 형광체층 A로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 95cd/m2이고, 색도는 x=0.30, y=0.51로서, 황색을 띤 녹색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
또한, 형광체층 B로부터 보이는 빛의 발광 휘도는 20cd/m2이고, 색도는 x=0.50, y=0.31로서, 분홍색의 발광이 얻어지는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 유기 EL 다색발광장치를 제작한 결과, 차광층이 없으므로 각 색변환층으로부터의 빛이 인접하는 색변환층에 들어가 변색(혼색)을 일으켜, 색 순도가 불량한 다색발광장치가 되었다.
실시예 7 (기판의 표면 요철과 유기 EL 소자의 발광 결함의 관계)
투광성 기판으로서 100mm×100mm×1.1mm 두께의 유리 기판(코닝 7059)을 4개 준비하고, 각각의 기판위에 30중량%(고형분에 대하여)의 카본블랙을 분산시킨 아크릴레이트계 광경화형 레지스트(후지 헌트 일렉트로닉스 테크놀로지사 제품 CK 2000)를 각종 회전수로 스핀코트하고, 80℃에서 베이킹한 후, 고압 수은등을 광원으로 하는 노광기에 세팅하였다. 이어서, 50㎛ 라인, 250㎛ 갭의 스트라이프상의 패턴이 얻어지는 마스크를 개재시켜, 300mJ/cm2(365nm)로 노광하였다.
그 다음, 1중량%의 탄산나트륨 수용액으로 2분간 실온 현상한 후, 200℃에서 베이킹하여 차광층의 패턴을 형성하였다. 차광층의 막 두께는 각각 0.2㎛, 0.5㎛, 1.0㎛, 2.0㎛이고, 각각의 막 두께가 기판의 표면 요철에 상당한다.
게다가, 투광성 매체로서 산화규소(SiO2)를 기판 온도 160℃로 가열하고, 10-5토르의 진공도로 스퍼터링하였다. 막 두께는 0.5㎛이었다.
또한, 산화규소의 성막 후에도 표면 요철을 측정하였더니, 상기 각각의 기판의 표면 요철에 변화는 없었다.
이하, 실시예 1과 동일한 조건으로 유기 EL 소자의 제작을 행하였다.
그 다음, 직류 8V의 전압을 양극과 음극에 인가하고, 전압을 인가한 양극과 음극의 교차 부분을 발광시키고, 표면 요철이 상이한 기판위의 유기 EL 소자를 평가하였다.
결과는 표 2에 나타낸다.
또한, 비교의 대조로서 투광성 기판(표면 요철0.1㎛)위에 직접 유기 EL 소자를 제작한 것도 준비하였다.
표 2로부터, 표면 요철이 2.0㎛ 이하인 기판위의 유기 EL 소자는 단선 또는 쇼트에 의한 휘도 저하 및 크로스토크가 적음을 알 수 있었다.
비교예 4
차광층의 막 두께를 3.0㎛, 4.0㎛, 5.0㎛로 한 것 이외는, 실시예 7과 동일한 조건에서 유기 EL 소자를 작성하였다.
결과를 표 2에 나타낸다.
표 2로부터, 표면 요철이 3.0㎛ 이상인 기판의 유기 EL 소자는 단선 또는 쇼트에 의한 휘도 저하 및 크로스토크가 있음을 알 수 있었다.
기판의 표면 요철(㎛) 휘도 저하1) 크로스토크1)
실시예 7 0.2 없음 없음
0.5 없음 없음
1.0 없음 약간 있음
2.0 약간 있음 약간 있음
비교예 4 3.0 있음 있음
4.0 있음 있음
5.0 있음 있음
1) 평활한 투광성 기판(표면 요철이 0.1㎛ 미만이다)위에 유기 EL 소자를 제작한 경우를 기준으로 한다.
이상 설명한 것과 같이, 본 발명에 의해, 변색(혼색)의 발생을 방지하고, 휘도를 향상시켜 시인성이 우수하고 실용적인 다색발광장치를 제공할 수 있다.
또한, 재료에 대한 원료의 비율이 우수하게 제조할 수 있는 구성의 다색발광장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 투광성 기판위에 복수의 차광층과 하나 이상의 형광체층을 포함하는 복수의 상이한 색변환층이 서로 엇갈리게 반복하여 평면적으로 분리 배치된 색변환 부재, 및 색변환층에 대응한 위치에 평면적으로 분리 배치된 복수의 발광 부재가, 각 발광 부재의 빛을 색변환층이 받아 상이한 발광을 하도록 설비되어 있으며, 색변환 부재의 발광 부재쪽 표면의 요철이 2.0㎛ 이하로 평탄화되는 것을 특징으로 하는 다색발광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 색변환 부재와 발광 부재의 사이에 투광성 매체를 끼워 설비된 다색발광장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 부재가 유기 전기발광(EL) 소자인 다색발광장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색변환층의 막 두께가 10㎛ 이상인 다색발광장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색변환 부재의 발광 부재쪽의 표면이 연마되는 다색발광장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색변환층의 하나 이상이 투광성 기판안에 또는 투광성 매체안에 매립되는 다색발광장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색변환층의 하나 이상이 투광성 매체에 의해 높이가 향상되는 다색발광장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색변환층의 하나 이상이 투광성 매체를 포함하는 것인 다색발광장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색변환층의 하나 이상이 적색으로 발광하는 형광체층인 다색발광장치.
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