KR100476741B1 - 유기전자디바이스 및 비선형소자 - Google Patents
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Abstract
평판EL디스플레이패널로서 기능하는 유기전자디바이스는, 유기EL소자 및 공통기판위의 EL디바이스에 공급된 전류를 제어하는 구동수단으로서 비선형소자를 형성함으로써 제공된다. 비선형소자는, 유기재료를 각각 함유하는 제 1유기층과 제 2유기층, 및 금속층을 샌드위치하는 제 1 및 제 2유기층사이의 금속층을 통하여 적어도 일부의 전류가 흐르도록 제 1및 제 2유기층사이에 샌드위치되고 금속원소를 주성분으로 함유하는 적어도 하나의 금속층과를 포함하는 구조를 가진다. 종래의 유기트랜지스터 또는 다이오드와 비교할 수 있는 기능을 가진 비선형소자는 현저하게 높은 이동도를 가진 특별한 유기재료가 아니라 재료의 광범위한 종류로부터 선택된 유기재료를 이용함으로써 형성될 수 있다.
Description
본 발명은 유기활성층을 가진 전하주입형 발광소자와 공통기판위에 일체하여 형성된 그의 구동회로를 포함하는 유기전자디바이스 및 유기층을 가진 비선형소자에 관한 것이다.
전하주입형 발광소자로서는, CaAs, GaP, GaN 등의 무기단결정을 사용하는 발광다이오드(LED)가 널리 사용되고 있지만, 유기발광재료에 관한 연구도 오랜 기간동안 행해지고 있다. 예를 들면, 포오프(Pope)씨 등은 1963년에 안트라센 단결정을 사용하는 전계발광현상을 보고하였다(J. Chem. Phys. 38 (1963) 2042). 또한, 헬프리히(Helfrich)씨와 슈나이더(Schneider)씨는 1965년에 용액전극계를 사용하여 비교적 강한 EL(electroluminescence)의 관측에 성공하였다(Phys. Rev. Lett. 14 (1965) 229).
그 후에, 유기발광재료를 형성하는 각종 연구가 예를 들면, 미국특허 3,172,762호; 미국특허 3,173,050호; 미국특허 3,710,167호; 문헌「J. Chem. Phys. 44 (1966) 2092」; 문헌「J. Chem. Phys. 50 (169) 14364」; 문헌「J. Chem. Phys. 58 (1973) 1542」및 문헌「Chem. Phys. Lett. 36 (1975) 345」에 보고되어 있지만, 발광강도의 취약 및 발광을 위한 고전압의 필요 등의 문제점때문에 실용레벨의 소자가 제공되지 않았다.
그러나, 최근에 탕(Tang)씨 등은 매우 얇은 진공증착층(전하수송층 및 발광층)을 포함하는 유기EL디바이스를 개발하였고, 저구동전압에서 고휘도를 실현하였다(Appl. Phys. Lett. 51 (1987) 913 또는 미국특허 4,356,429호). 이 적층형 유기발광소자는 그 후 활발하게 연구되어, 평판패널디스플레이를 포함하는 각종 응용의 가능성이 현실화되고 있다.
도 9는, 기판(500)과; 발광소자인 유기EL디바이스의 양극으로서 기능하고 인듐/주석산화물(ITO)을 함유하는 투명전극(501)과; 다음의 화학식(1)로 표현된 바와 같은 방향족 디아민 등의 유기정공수송재료를 함유하는 정공수송층(502)과; 다음의 화학식(2)로 표현된 일반적으로 Alq3로 보장되는 트리스(8-퀴노리놀) 알루미늄 복합체(또는 트리스(8-퀴노리나라토) 알루미늄 복합체) 등의 전자수송재료를 함유하는 전자수송층(503)과; Al 또는 Mg:Ag합금 등의 낮은 일함수를 가진 재료를 함유하는 음극(504)과를 포함하는 유기EL디바이스의 대표적인 적층구조를 도시한다.
유기EL디바이스의 양극(501)과 음극사이에 전압이 인가될 때, 양극(401)으로부터 정공수송층(502)으로 주입된 정공 및 음극(504)으로부터 전자수송층(503)으로 주입된 전자(광학적으로 광전자주입층을 개재함)는 재결합되어 발광을 초래한다.
이러한 유기EL디바이스가 평판패널디스플레이에 적용되는 경우에, 이러한 유기EL디바이스를 각각 포함하는 복수의 화소를 배열하고 독립적으로 각각의 화소에서 발광을 제어하는 것이 필요하다. 이 목적을 위하여, 기판위에 복수의 평행양극스트라이프를 형성하고, 그 위에 정공수송층 및 전자수송층을 포함하는 유기층을 형성하고 또한 그 위에 직각으로 양극스트라이프로 교차하는 복수의 평행음극스트라이프를 형성함으로써 양극과 음극의 각 교차점에서 화소를 형성하여 단순매트릭스구조를 형성하는 가장 간단한 방법이다. 단순매트릭스소자를 구동하기 위하여, 상호평행음극은 다른 음극개방에 의해 음전원에 순차적으로 접속되고, 이에 동기하여, 양극은 정전원에 선택적으로 접속되거나 개방된다. 그 결과, 어떤 음극이 음전원에 접속되는 경우에만, 해당 양극이 정전원에 접속되는지 아닌지에 따라 음극위의 각 화소가 선택적으로 온 또는 오프된다.
이 구동계는 단순하지만, 이 구동계에서 복수의 음극라인중의 하나만이 어느 순간에 음전원에 접속되어, 해당 양극이 정전원에 접속하는지 아닌지에 따라 그 라인위의 화소만이 선택적으로 온 또는 오프되고 또한 해당 양극이 접속되는지 아닌지에 관계없이 다른 화소가 꺼지므로, 음극라인의 개수가 증가하면 화소의 점멸듀티가 감소하는 어려움이 수반된다. 그 결과, 켜지는 순간에 고휘도를 얻을 수 있어도, 음극라인의 개수가 화소의 증가된 개수에 따라 증가하면 일정기간의 평균휘도로서 실효휘도가 저하된다.
상기 문제점을 제거하기 위하여, 각 화소에 트랜지스터를 갖춘 유기EL디바이스가 제안되었다. 도 10은 이러한 유기EL디바이스의 단일화소의 등가회로도이다.
도 10을 참조하면, 화소유닛은 제 1박막트랜지스터(어드레스 트랜지스터)(601)와, 축적커패시터(602)와, 제 2박막트랜지스터(구동 트랜지스터)(603)와, 발광소자인 유기EL소자(604)로서 기능하는 유기EL디바이스(604)와, 어드레스 트랜지스터의 소스전극에 접속된 전극(Pd)과, 축적커패시터(602)의 제 2측과 구동트랜지스터(603)의 게이트전극에 접속된 전극(Pc)과, 어드레스 트랜지스터(601)의 게이트전극에 접속된 전극(Ps)과, 축적커패시터(602)의 제 1측과 구동트랜지스터(603)의 소스전극에 접속된 전극(Pv)과, 유기EL소자(604)의 음극에 접속된 전극(Pled)과를 포함한다.
Ps는 선택신호가 인가되고, Pd는 데이터신호가 인가되고, 또한 Pc는 축적커패시터(602)의 충전 및 방전에 의한 데이터신호에 따라 전위가 나타난다. Pv 및 Pled는 고정전위에 위치한다.
회로는 다음과 같이 동작한다.
Ps에 인가된 선택신호가 선택상태("고전위상태")에 위치한 경우에, Ps에서 전위는 증가한다. 그 결과, 어드레스 트랜지스터(601)의 소스-드레인채널은 도전성이 되고, 따라서 Pd에 인가된 데이터신호에 대응하는 전류가 축적커패시터(602)로 흐르고, 이에 의해 구동트랜지스터(603)의 소스전극과 게이트전극사이의 전위차, 즉 Pv와 Pc사이의 전위차는 Pd에 인가된 데이터신호에 대응하는 값이 된다. 따라서, 데이터신호에 대응하는 전류는 구동트랜지스터(603)를 통해서 흐르고, 이에 의해 유기EL소자(604)는 데이터신호에 대응하는 휘도에서 발광을 야기한다. Ps에 인가된 선택신호가 비선택상태("저전위상태")에 위치한 경우에, 어드레스 트랜지스터의 소스-드레인채널이 비도전성이 되고, Pd에 인가된 데이터신호가 변경되는 경우에도 축적커패시터(602)로 전류가 흐르지 않고, 따라서 Pc와 Pv사이의 전위차는 거의 변화되지 않으므로, 유기EL소자에서 발광은 거의 영향을 받지 않는다.
이러한 유기EL디바이스에서, 상기 설명한 바와 같이, 각 화소는 어드레스 트랜지스터, 구동트랜지스터 및 축적커패시터를 갖추고, 또한 선택기간에서 데이터신호에 대응하는 전하는 축적커패시터에 축적되고, 이에 의해 화소에서 유기EL소자는 비선택기간에서도 축적된 전하에 대응하는 발광을 계속해서 야기한다. 따라서, 전체소자가 다수의 화소를 포함해도, 각 화소에서 발광듀티는 실효적인 휘도의 저하를 초래하지 않고 높게 유지되는 이점을 얻는다.
각 화소에 배치된 트랜지스터는 폴리실리콘 또는 비정질실리콘으로 형성된 종래의 박막전계형 트랜지스터이다.
그러나, 이러한 유기EL디바이스를 형성하기 위하여, 기판위에 다결정실리콘 또는 비정질실리콘으로 이루어진 박막트랜지스터를 형성하는 전체공정후에, 유기EL소자를 형성하는 공정이 더 적용될 필요가 있다. 박막트랜지스터의 형성공정은, 플라즈마CVD장치에 의해 비정질실리콘막을 퇴적하는 시간소비단계와 비정질실리콘막의 어닐링을 위한 레이저광주사에 의해 퇴적된 비정질실리콘막을 폴리실리콘막으로 변환하는 수고와 시간소비단계를 포함하고, 또한 이것은 충분히 비용증가요인이 된다.
상기한 관점에서, 유기층으로 화소트랜지스터를 형성하는 방법은, 비정질 또는 다결정실리콘으로 트랜지스터를 형성하는 종래의 방법에 비해서 공정을 단순하게 하기 위하여 제안되었다.
또한 유기층으로 트랜지스터를 형성하기 위하여, 다음에 설명할 구성이 고려된다.
도 11은, 화소를 구성하는 제 1트랜지스터(어드레스 트랜지스터)(701)와, 축적커패시터(702)와, 제 2트랜지스터(구동 트랜지스터)(703)와, 발광소자로서 유기EL소자(704)를 포함하는 유기EL디바이스의 화소영역을 도시하는 개략적인 부분평면도이다.
도 12는, 제 1트랜지스터(701)와, 제 2축적커패시터(702)(도 12에서는 도시되지 않음)와, 제 2트랜지스터(703)와, 유기EL소자(704)와를 포함하는 유기EL디바이스의 도 11에서 A-A'단면의 부분단면도이다.
어드레스 트랜지스터로서 기능하는 제 1트랜지스터(701)는, Cr을 함유하는 게이트전극(801)과, SiO2를 함유하는 게이트절연층(802)과, 다음의 구조 화학식(3) 등에 의해 표현된 올리고-씨오펜을 함유하는 활성층(803)과, Au를 각각 함유하는 소스전극(805) 및 드레인전극(806)을 포함한다. 구동 트랜지스터로서 기능하는 제 2트랜지스터(703)는 Cr을 함유하는 게이트전극(801)과, SiO2를 함유하는 게이트절연층(902)과, 올리고-씨오펜을 함유하는 활성층(903)과, Au를 함유하는 소스전극(905)과 드레인전극(906)을 포함한다. 발광소자로서 기능하는 유기EL소자(704)는 인듐/주석산화물(ITO)을 함유하는 양극으로서 기능하는 투명전극(1001)과, 다음에 도시한 화학식(4)에 의해 표현된 구리프타로시아닌을 함유하는 정공주입층(1002)과, 상기한 바와 같이 방향족 디아민을 함유하는 정공수송층(1003)과, 상기한 바와 같이 트리스(8-퀴노리놀) 알루미늄 복합체를 함유하는 전자수송·발광층(1004)과, LiF를 함유하는 전자주입층(1005)과, Al을 함유하는 음극(1006)과를 포함한다.
도 10 및 도 11에 도시한 바와 같은 구조를 이용함으로써, 구동 트랜지스터는 비정질 또는 다결정실리콘 등의 무기반도체를 이용하지 않고 형성되어, 이러한 비정질 또는 다결정실리콘을 이용하여 디바이스형성공정에 기여하는 시간소비와 비싼 공정을 제거할 수 있다.
그러나, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 유기트랜지스터를 포함하는 소자구조에 의하면, 전하는 평면방향으로 활성 유기층을 통하여 긴거리를 지나서 수송된다. 유기재료는 일반적으로 낮은 캐리어이동도를 나타내므로, 높은 이동도 유기재료의 요구는 재료선택의 범위가 좁아지고, 또한 실용화를 위한 장애가 된다.
상기한 문제점의 관점에서, 본 발명의 주된 목적은, 생산의 용이성, 고실현성 및 저가의 유기발광소자와 구동수단을 포함하는 유기전자디바이스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같은 유기트랜지스터에 대응하는 기능을 가지고, 현저하게 높은 이동도가 존재하는 특별한 유기재료가 아니라 광범위한 종류로부터 선택된 유기재료를 이용함으로써 형성되고, 또한 상기한 유기전자디바이스를 위한 구동수단으로서 적합한 비선형소자를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면, 공통기판과; 양극, 음극 및 양극과 음극사이에 배치된 유기발광층으로 이루어지고 공통기판위에 형성된 유기발광소자와; 유기발광소자에 흐르는 전류를 제어하고 공통기판위에 형성된 비선형소자와를 포함하는 유기전자디바이스에 있어서, 상기 비선형소자는, 유기재료를 각각 함유하는 제 1유기층 및 제 2유기층, 및 금속층을 샌드위치하는 제 1 및 제 2유기층사이에 금속층을 통하여 흐르는 적어도 일부의 전류가 흐르도록 제 1 및 제 2유기층사이에 샌드위치되고 금속원소를 주성분으로 함유하는 적어도 하나의 금속층과를 포함하는 구조를 가지는 것으로 특징지워지는 유기전자디바이스를 제공한다.
본 발명은, 비선형소자로서, 기판위에 연속적으로 배치된 제 1전극, 제 1유기층, 금속층, 제 2유기층 및 제 2전극을 포함하는 적층구조를 가진 비선형소자를 또한 제공한다.
본 발명의 상기 목적, 기타 목적, 특징 및 이점은, 첨부도면과 함께 취한 다음의 본 발명의 바람직한 실시예의 설명으로부터 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 유기전자디바이스(유기EL디바이스)의 제 1실시예의 소자의 단일화소영역의 단면구조를 도시하는 부분단면도이다.
도 1을 참조하면, 화소는 공통기판(100)위에 형성된 제 1비선형소자(1), 제 2비선형소자(3) 및 발광소자로서 기능하는 유기EL소자(4)를 포함한다. 제 1비선형소자(1)는 제 1유기층(102), 제 1유기층에 접속된 제 1전극(101), 금속층(103), 제 2유기층(104), 제 2유기층에 접속된 제 2전극(105) 및 절연층(106)을 포함한다. 다시 말하면, 기판(100)위에는, 제 2유기층에 접속된 제 2전극(101), 제 2유기층(102), 금속층(103), 제 1유기층(104) 및 제 1유기층에 접속된 제 1전극(105)이 연속적으로 형성된다. 이 적층형상의 구조는 본 발명의 비선형소자를 나타낸다. 제 2비선형소자(3)는 제 1비선형소자와 동일한 구조를 가지므로, 제 1전극(301), 제 1유기층(302), 금속층(303), 제 2유기층(304), 제 2전극(305) 및 절연층(306)을 포함한다.
유기EL소자(4)는 투명전극(401), 정공주입층(402), 정공수송층(403), 전자수송·발광층(404), 전자주입층(405) 및 음극(406)을 포함한다.
[제 1유기층]
제 1유기층(102 또는 302)은, 전자수송특성을 도시하는, 예를 들면, 트리스(8-퀴노리놀) 알루미늄 복합체(Alq3) 또는 기타 금속복합체나 테트라페닐부타디엔, 옥사디아졸유도체 또는 트리아졸유도체 등의 기타 유기물질을 포함해도 된다. 제 1유기층은 적어도 1×10-5[cm2/V·s]의 오더의 전자수송이동도가 존재하는 것이 요구될 수 있고, 실제로는 적어도 1×10-3[cm2/V·s]가 바람직하다.
제 1유기층을 구성하는 유기재료는 낮은 정공수송특성을 가지는 것이 바람직하지만, 유기층사이에 샌드위치된 금속층(103 또는 303)의 페르미레벨보다 충분히 낮은 최고점유분자궤도("HOMO")에너지레벨을 가지고 있다면 정공수송성은 어느 정도의 레벨을 가질 수 있다. 한편, 유기재료가 충분히 낮은 정공이동도를 나타내면, 임의의 HOMO레벨이 허용된다.
[제 2유기층]
제 2유기층(104 또는 304)은 제 1유기층과 마찬가지로 다양한 전자수송재료를 함유해도 된다. 제 1유기층의 재료와 비교해서 동일하거나 상이한 재료가 사용되어도 된다.
[금속층]
금속층(103 또는 303)은 Au 또는 그의 합금 등의 다양한 재료를 함유할 수 있고, 또한 비금속원소를 함유하는 금속실리사이드 등의 재료를 함유할 수 있다. 제 2유기층(103 또는 304)의 최저비점유분자궤도("LUMO")레벨보다 낮은 페르미레벨을 가지기 위하여 금속층이 요구된다. 금속층의 페르미레벨은 제 2유기층의 HOMO레벨보다 높은 것이 바람직하다.
[제 1유기층에 접속된 제 1전극]
제 2전극(105 또는 305)은 Al, Al-Li 또는 Mg-Ag합금, 마그네슘, 인듐 또는 칼슘 등의 낮은 일함수(높은 페르미레벨)를 가진 금속을 함유해도 된다. 이론적으로, 페르미레벨은 제 1유기층의 LUMO레벨보다 높거나 동일한 것이 소망된다. 그러나, 이 조건을 만족하는 재료는 거의 없고, 또한 이러한 재료는 용이한 산화능력 등의 어려움을 가질 수 있다. 이 이유로, 제 1유기층의 LUMO레벨보다 낮은 페르미레벨을 가진 금속을 사용하는 것이 실제로 가능하다. 이 경우에, 제 1전극과 제 1유기층사이에 전자주입층을 삽입하는 것이 효율적이다. 전자주입층은 전자주입재료, 예를 들면 LiF 등의 Li화합물, 또는 기타 재료를 함유해도 된다. 캐리어의 터널주입의 효과를 위하여 금속전극과 제 1유기층사이에 SiO2층 등의 절연층을 삽입하는 것이 또한 가능하다.
[제 2유기층에 접속된 제 2전극]
제 2유기층에 접속된 제 2전극(105 또는 305)은 각종 금속을 함유해도 된다. 제 2전극은 제 2유기층에 전자를 주입하지 않는다. 따라서, 제 2전극은 제 2유기층의 LUMO레벨보다 낮거나 동일한 페르미레벨을 가진 재료를 함유하는 것이 바람직하다. Al이외에, Au, Ag, 팔라듐 또는 플래티늄 등의 금속과; 인듐/주석산화물(ITO) 또는 전자도전성 폴리머 등의 금속산화물과를 이용하는 것이 또한 가능하다.
[실시예]
이하, 본 발명은, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되지 않는 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 유기전자디바이스(유기EL디바이스)의 제 1실시예의 단일화소영역의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 유기EL디바이스의 단일화소영역은, 공통기판(100)위에 배치된 제 1비선형소자(1)와, 제 2비선형소자(3)와 유기EL소자(4)를 포함한다. 축적커패시터(2)는 제 1비선형소자(1)뒤에 배치되지만 본 도면에는 도시되지 않았다.
제 1비선형소자(1)는, 예를 들면 6000Å두께의 제 1유기층(102)에 접속된 예를 들면 1000Å두께의 Al의 제 1전극(101)과, 트리스(8-퀴노리놀)알루미늄 복합체(Alq3)를 포함하는 제 1유기층(102)과, 예를 들면 100Å두께의 Au의 금속층(103)과, 예를 들면 600Å두께의 Alq3의 제 2유기층(104)과, 제 2유기층(104)에 접속된 예를 들면 1000Å의 Al의 제 2전극(105)과, 예를 들면 2300Å의 SiO2의 절연층(106)과를 포함한다.
제 2비선형소자(3)는 제 1비선형소자(1)와 동일한 구조를 가지므로, Al의 제 1전극(301)과, Alq3의 제 1유기층(302)과, Au의 금속층(303)과, Alq3의 제 2유기층(304)과, Al의 제 2전극(305)과 SiO2의 절연층(306)을 포함한다.
유기EL소자(4)는, 인듐/주석산화물(ITO)의 투명전극(401)과, 구리프타로시아닌의 정공주입층(402)과, 방향족 디아민의 정공수송층(403)과, 트리스(8-퀴노리놀) 알루미늄 복합체(Alq3)의 전자수송·발광층(404)과, AlLi의 전자주입층(405)과, Al의 음극(406)을 포함한다.
도 2는 본 실시예에서 사용된 각 비선형소자(1 또는 3)의 2개의 유기층 및 금속층을 구성하는 재료의 에너지레벨을 도시하는 에너지다이어그램이다.
금속층에 사용된 Au 및 유기층에 접속된 전극에 사용된 Al은, 광전자방출법에 의해 측정된 바와 같은 진공에너지레벨에 관련하여 각각 -5.22eV 및 -4.2eV의 페르미레벨을 나타낸다.
제 1 및 제 2유기층의 양자를 위해 사용된 Alq3는, 광전자방출법에 의해 측정된 바와 같이 -5.8eV의 HOMO에너지레벨을 나타낸다. 흡수스펙트럼으로부터 얻은 레벨갭 2.7eV를 더함으로써, LUMO에너지레벨은 -3.1eV에서 결정된다.
또한, Alq3는 참조전극에서 포화카로멜 및 전해액에서 n-부틸암모늄 퍼클로레이트의 0.1몰 디클로로메탄에서 용액을 이용함으로써 측정한 바와 같이 20℃의 액체온도에서 -2.3eV의 환원전위를 나타낸다.
도 3 및 도 4는, 본 실시예의 비선형소자의 동작개념을 도시하는 에너지다이어그램이고, 도 3은 차단상태를 도시하고 도 4는 동작상태를 도시한다.
동작시에, 전압(Vc)은 제 1 및 제 2전극을 통하여 제 1 및 제 2유기층사이에 각각 인가되고, 제 1유기층 및 금속층사이의 전압은 Vb로 표현된다.
도 3에 도시한 차단상태에 있어서, Vb는 0이고, 따라서 캐리어는 제 1유기층으로부터 금속층으로 주입되지 않고, 금속층과 제 2유기층사이의 에너지장벽때문에, 캐리어는 주입되지 않고, 이에 의해 전류가 흐르지 않는다.
도 4에 도시한 동작상태에 있어서, Vb는 인가되고, 제 1유기층의 LUMO를 통하여 호핑(hopping)에 의해 도전된 전자는 금속층에 방출된다. 방출된 전자중에서, 일부는 산란에 의해 저에너지를 가지도록 야기되고, 따라서 도전전자가 흘러서 전류(Ib)를 공급한다. 제거된 에너지손실을 가진 다른 전자는 제 2유기층에 도달하도록 열전자로서 금속층을 통하여 관통하고, 따라서 전류(Ic)를 공급한다.
한편, 제 1 및 제 2유기층의 HOMO에너지레벨은 제 2유기층에 접속된 제 2전극의 페르미레벨과 그들사이에 샌드위치된 금속층의 페르미레벨보다 충분히 낮고, 따라서 금속층 또는 전극으로부터 유기층으로 역으로 흐르는 정공의 개수는 매우 적다. 또한, 제 1 및 제 2유기층의 양자는 정공을 위한 충분한 이동도를 도시하지 않는 바와 같이, 유기층을 통하여 충분히 정공이 이동하지 않는다. 다음에, 정공의 공헌에 기여하는 전류는 충분히 무시해도 된다.
Ib 및 Ic의 크기는 전압(Vb)에 의존하여 변화하고, 또한 Ib 및 Ic의 합과 동일한 전류(Ie)의 크기는 전압(Vb)에 의존하여 또한 변화한다. 그 결과, 전압(Vb)을 변경함으로써 전류(Ic 또는 Ie)를 제어하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 비선형소자는 에미터로서 제 1유기층, 콜렉터로서 제 2유기층 및 베이스로서 제 1유기층과 제 2유기층사이에 샌드위치된 금속층에 의해 형성된 바이폴라트랜지스터와 같이 동작한다.
전류(Ic 및 Ie)는 평면방향이 아니라 두께방향으로 유기층을 통하여 통과한다. 따라서, 통과거리는 매우 짧고, 유기층이 비교적 낮은 이동도를 나타내도 충분한 기능을 얻는다.
한편, 전류(Ib)는 금속층내에서 평면방향으로 흐르고, 또한 금속층이 저저항성을 나타내면 이것은 문제가 없다.
따라서, 유기층은 종래의 유기트랜지스터보다 비교적 낮은 이동도를 도시하는 것을 포함하는 유기재료의 광범위한 종류로부터의 선택에 의해 형성될 수 있다.
상기한 비선형소자에 있어서, 금속층이 특정한 레벨을 초과하는 실질적인 두께를 가지면, 제 1유기층에서 방출된 전자의 실질적인 부분은 금속층에서 산란되어 에너지를 잃고, 또한 제 2유기층에 도달하는 전자의 개수는 현저하게 감소될 수 있다. 따라서, 금속층두께는 가능한한 작은 것이 바람직하고, 대략 100Å의 두께는 균일한 층형성의 용이의 관점에서 적합하다.
금속층에서 산란된 전자는 평면방향으로 금속층을 통하여 흐르는 전류(Ib)를 형성하고, 따라서 Ib는 일반적으로 증가될 수 있고, 또한 Ic는 대응하게 감소될 수 있다. 유기EL소자로 큰 전류가 흐르게 하기 위하여, 유기EL소자에 전류(Ic)가 흐르도록 유기EL소자의 음극에 비선형소자의 제 2유기층측을 접속하는 것보다, 유기EL소자의 양극에 비선형소자의 제 1유기층측을 접속하고, 이에 의해 유기EL디바이스에 전류(Ie)를 흐르게 하는 것이 바람직하다.
도 5는 유기전자디바이스의 단일화소의 등가회로를 도시하는 다이어그램이다.
도 5를 참조하면, 유기전자디바이스의 단일화소는 도시한 바와 같이 등가회로에 의해 표현되고, 제 1비선형소자(1), 축적커패시터(2), 제 2비선형소자(3) 및 도면에서 생략한 등가저항성분 및 등가커패시턴스성분을 가진 유기EL소자(4)를 포함한다.
등가회로는, 제 1비선형소자(1)의 제 1유기층에 접속된 제 1전극(Pd)과, 제 1비선형소자(1)의 금속층에 접속된 전극(Ps)과, 축적커패시터(2)와 제 2비선형소자(3)의 금속층에 접속된 전극(Pc)와, 제 2비선형소자의 제 2유기층에 접속된 제 2전극(Pv)과, 유기EL소자(4)의 음극에 접속된 전극(Pled)과를 포함한다.
Ps에서 선택신호가 인가되고, Pd에서 데이터신호가 인가되고, 또한 Pc에서 축적커패시터의 충전 및 방전을 통하여 데이터신호에 의존하는 전위가 나타난다. Pv 및 Pled는 고정전위에서 위치한다.
회로는 다음과 같이 동작한다.
Ps에 인가된 선택신호는 선택상태("고전위상태")에서 위치하고, Ps에서 전위는 제 1비선형소자(1)를 온하기 위해 증가되고, 이에 의해 Pd에 인가된 데이터신호에 대응하는 전류는 축적커패시터(2)로 흘러서, 데이터신호에 따라 제 2비선형소자(3)의 금속층에서 전위를 증가시킨다. 그 결과, 데이터신호에 대응하는 전류는 비선형소자(3)를 통하여 유기EL소자(4)로 흐르고, 이에 의해 유기EL소자(4)는 데이터신호에 의존하는 휘도에서 발광을 야기한다.
한편, Ps에 인가된 선택신호가 비선택상태("저전위상태")에 위치하면, 제 1비선형소자(1)는 차단상태에 위치하고, 이에 의해 Pd에서 데이이터신호가 변경되도 제 1비선형소자(1)를 통하여 축적커패시터(2)로 흐르는 전류가 없고, 따라서 유기EL디바이스(4)의 발광은 실질적으로 영향을 받지 않는다.
따라서, 본 실시예에 있어서, 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 종래의 유기EL디바이스에서와 마찬가지의 동작은, 종래의 소자에서 2개의 트랜지스터 대신에 유기층사이에 배치된 얇은 금속층을 각각 포함하는 2개의 비선형소자를 이용함으로써 행해진다.
본 실시예에 있어서, 제 2비선형소자의 제 1유기층은 유기EL소자의 양극에 접속된다. 상기한 바와 같이, 유기EL소자로 다량의 전류가 흐르게 하는 것이 효율적이다. 그러나, 충분한 전류가 제 2비선형소자를 통하여 흐르면, 유기EL소자의 음극에 제 2유기층을 접속하는 것이 또한 가능하다.
(실시예 2)
본 발명의 제 2실시예를 설명한다.
본 실시예에 있어서, 도 6에 도시한 바와 같이, 유기층사이에 샌드위치된 금속층을 가진 비선형소자의 유기층에 접속된 전극은 단일 Al층(101)(또는 301)이 아니라 Al층(101)(또는 301)과 AlLi층(107)(또는 307)의 적층으로도 구성된다. Li는 Al의 페르미레벨보다 높은 페르미레벨을 가지고, 따라서 Li함유층이 Al층과 유기층사이에 삽입되면, 계면에서 에너지레벨갭은 전극으로부터 유기층으로 전자의 주입을 용이하게 만드는 것이 완화되고, 따라서 큰 전류는 비선형소자를 통하여 통과한다.
유사한 효과는 LiF 등의 비금속 Li화합물 또는 비교적 적은 Li성분을 가진 AlLi합금의 층을 사용함으로써 얻는다.
다른 구조는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 것과 마찬가지이다.
(실시예 3)
본 실시예에서, 유기다이오드로서 기능하는 제 1비선형소자를 사용한다.
도 7은 본 실시예에 의한 유기전자디바이스(유기EL디바이스)의 단일영역을 도시하는 부분단면도이다.
도 7을 참조하면, 유기전자디바이스의 단일화소영역은, 공통기판(100)위에 배치된 제 1비선형소자(1)와, 축적커패시터(비선형소자뒤에 배치되어 도시되지 않음)와, 제 2비선형소자(3)와, 유기EL소자(4)를 포함한다.
제 1비선형소자(1)는, 예를 들면 1000Å두께의 Au의 양극(201)과, 예를 들면 300Å두께의 구리프타로시아닌의 정공주입층(202)과, 방향족 디아민의 유기정공수송층(203)과, 예를 들면 600Å두께의 트리스(8-퀴노리놀)알루미늄 복합체의 유기전자수송층(204)과, 예를 들면 100Å두께의 LiF의 전자주입층(205)과, 예를 들면 1000Å두께의 Al의 음극(206)과를 포함한다.
제 2비선형소자(3)와 유기EL소자(4)는 제 2실시예에서와 마찬가지의 구조를 가진다.
도 8은 본 실시예의 유기전자디바이스의 단일화소의 등가회로를 도시하는 다이어그램이다.
도 8을 참조하면, 유기전자디바이스의 단일화소는 도시한 바와 같이 등가회로에 의해 표현되고, 제 1비선형소자(1), 축적커패시터(2), 제 2비선형소자(3) 및 도면에서 생략한 등가저항성분과 등가커패시턴스성분을 가진 유기EL소자(4)를 포함한다.
등가회로는, 제 1비선형소자(1)의 제 1양극에 접속된 제 1전극(Pd)과, 축적커패시터(2)의 제 1측에 접속된 전극(Ps)과, 축적커패시터(2)의 제 2측과 제 2비선형소자(3)의 금속층에 접속된 전극(Pc)과, 제 2비선형소자(3)의 제 2유기층에 접속된 제 2전극(Pv)과, 유기EL소자(4)의 음극에 접속된 전극(Pled)과를 포함한다.
Ps에서 선택신호가 인가되고, Pd에서 데이터신호가 인가되고, 또한 Pc에서 축적커패시터의 충전과 방전을 통하여 데이터신호에 의존하여 전위가 나타난다. Pv 및 Pled는 고정전위에 위치한다.
회로는 다음과 같이 동작한다.
Ps에 인가된 선택신호는 선택상태("저전위상태")에서 위치하고, Ps에서 전위는 제 1비선형소자(1)를 온하기 위하여 감소하고, 이에 의해 Pd에 인가된 데이터신호에 대응하는 전류는 데이터신호에 의존하여 축적커패시터에 전하를 저장하기 위하여 축적커패시터(2)로 흐른다. Ps에 인가된 선택신호가 비선택상태("고전위상태")에 재축적되는 경우에, Pc에서 전위, 즉 제 2비선형소자(3)의 금속층에서 전위는 통상의 전위의 합에 대응하는 전위로 상승하고, 전압증가는 데이터신호에 대응하여 축적된 신호전하에 의해 초래된다. 그 결과, 데이터신호에 해당하는 전류는 유기EL소자(4)에 제 2비선형소자(3)를 통하여 흐르고, 이에 의해 유기EL소자(4)는 데이터신호에 대응하는 휘도에서 발광을 초래한다. 동시에, 제 1비선형소자(1)는 차단상태에 위치하고, 이에 의해 Pd의 데이터신호가 변경되도 제 1비선형소자(1)를 통하여 축적커패시터(2)로 전류가 흐르지 않고, 따라서 유기EL소자(4)의 발광은 실질적으로 영향을 받지 않는다.
본 실시예에 있어서, 제 1비선형소자(1)는 다이오드로서 기능하기 위하여 유기EL디바이스(4)와 마찬가지의 구조를 가진다. 따라서, 제 1비선형소자는 다이오드의 형성을 가정할 수 있다. 트랜지스터로서 기능하는 비선형소자보다는 다이오드로서 기능하는 이러한 비선형소자를 제조하는 것이 용이한 이점이 있다.
본 발명에 의한 실시예를 참조하여 상기 설명한 바와 같이, 유기EL디바이스와 비선형소자를 포함하는 유기전자디바이스에 있어서, 비선형소자는 금속층을 샌드위치하는 유기층사이에 금속층을 통하여 전류가 흐르도록 유기층사이에 샌드위치된 적어도 하나의 금속층을 포함하는 구조를 가지는 유기전자디바이스를 제공한다. 그 결과, 활성유기층에서 현저하게 높은 이동도를 가진 특별한 유기재료를 요구하는 종래의 유기트랜지스터의 실용화의 장애를 완화하여, 재료선택의 현저하게 넓은 범위를 제공할 수 있다. 따라서, 저가의 유기전자디바이스, 특히 생산이 용이하고 신뢰성이 높은 유기EL디스플레이패널을 얻는 것이 가능하게 된다. 본 발명은 생산이 용이하고 신뢰성이 높은 저가의 비선형소자를 또한 제공한다.
도 1은 본 발명에 의한 제 1실시예의 유기전자디바이스(유기EL디바이스)의 부분단면도.
도 2는 도 1에 도시한 비선형소자에 사용된 재료의 에너지레벨을 도시하는 다이어그램.
도 3은 도 1에 도시한 비선형소자의 차단상태를 도시하는 에너지레벨의 다이어그램.
도 4는 도 1에 도시한 비선형소자의 동작상태를 도시하는 에너지레벨의 다이어그램.
도 5는 도 1에 도시한 유기전자디바이스의 단일화소의 등가회로의 다이어그램.
도 6은 제 2실시예의 유기전자디바이스의 부분단면도.
도 7은 제 3실시예의 유기전자디바이스의 부분단면도.
도 8은 도 7에 도시한 유기전자디바이스의 단일화소의 등가회로의 다이어그램.
도 9는 유기EL디바이스의 대표적인 적층형상 구조를 도시하는 개략적인 단면도.
도 10은 유기전자디바이스(유기EL디바이스)의 단일화소의 등가회로의 다이어그램.
도 11은 유기전자디바이스의 이러한 단일화소의 대응 평면도.
도 12는 이러한 유기전자디바이스의 단일화소영역의 부분단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 설명〉
1 : 제 1비선형소자 2 : 축적커패시터
3 : 제 2비선형소자 4 : 유기EL소자
100 : 기판 101,301 : 제 1전극
102,302 : 제 1유기층 103,303 : 금속층
104,304 : 제 2유기층 105,305 : 제 2전극
106,306 : 절연층 201 : 양극
202,402 ; 정공주입층 203,403 : 정공수송층
204 : 전자수송층 205,405 : 전자주입층
206,406 : 음극 404 : 전자수송·발광층
Claims (6)
- 공통기판과;양극, 음극 및 양극과 음극사이에 배치된 유기발광층으로 이루어지고 공통기판위에 형성된 유기발광소자와;유기발광소자에 흐르는 전류를 제어하고 공통기판위에 형성된 비선형소자와;를 포함하는 유기전자디바이스에 있어서,상기 비선형소자는,유기재료를 함유하는 제 1유기층과;유기재료를 함유하는 제 2유기층과;제 1 및 제 2유기층 사이에 개재되어 금속원소를 주성분으로 함유하는 금속층으로서, 이 금속층을 통하여 흐르는 전류 중에서 적어도 일부의 전류를 제 1 및 제 2유기층 사이에 흐르게 하는 적어도 하나의 금속층과;를 포함하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 유기전자디바이스.
- 제 1항에 있어서, 금속층과, 제 1 및 제 2유기층은 공통기판위에 형성된 다른 회로소자에 각각 접속되고, 이에 의해 비선형소자는, 금속층과 제 1 또는 제 2유기층사이의 전위차를 변경하여 제 1 및 제 2유기층사이의 전류흐름을 변경시킴으로써, 동작하는 것을 특징으로 하는 유기전자디바이스.
- 제 2항에 있어서, 비선형소자의 제 1 및 제 2유기층의 적어도 하나는 금속층의 페르미레벨보다 높은 LUMO레벨을 가진 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전자디바이스.
- 비선형소자로서, 기판위에 연속해서 배치된 제 1전극, 제 1유기층, 금속층, 제 2유기층 및 제 2전극을 포함하는 적층구조를 가진 것을 특징으로 하는 비선형소자.
- 제 4항에 있어서, 상기 비선형소자는, 금속층과 제 1 또는 제 2유기층사이의 전위차를 변경하여 제 1 및 제 2유기층사이의 전류흐름을 변경시킴으로써 동작가능한 것을 특징으로 하는 비선형소자.
- 제 5항에 있어서, 제 1 및 제 2유기층의 적어도 하나는 금속층의 페르미레벨보다 높은 LUMO레벨을 가진 분자를 함유하는 것을 특징으로 하는 비선형소자.
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