KR100626562B1 - 광 전달 장치 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

기판(2)상에, 발광 소자(3)와, 이 발광 소자(3)를 구동하는 구동회로와, 수광 소자(광검출 소자; 5)와, 상기 발광 소자(3)로부터의 광을 상기 수광 소자(5)로 유도하는 도광로(4)와, 증폭 회로(6)와, 배선(전기배선; 7)과, 회로(8)가, 각각 설치되어 있는 광 전달 수단을 구비한 장치(1). 발광 소자(3)로부터의 광(광신호)은, 도광로(4)를 거쳐서, 수광 소자(5)에서 수광되고, 광전변환된다. 수광 소자(5)로부터의 전기신호는, 증폭 회로(6)에서 증폭되어, 배선(7)을 통하여 회로(8)에 입력된다. 회로(8)는, 이 전기신호에 기초하여 작동한다.
발광부, 수광부, 도광로

Description

광 전달 장치 및 이를 제조하는 방법{A device for transmitting light and a method for manufacturing the same}
본 발명은 광 전달 수단을 구비한 장치에 관한 것이다.
종래의 반도체 디바이스(예컨대, TFT 소자를 구비한 액정 표시 소자) 등의 장치에서는, 소정의 소자와 소정의 소자를 전기배선으로 접속하고, 전기신호만으로 정보를 전달하여 회로를 구동하고 있다.
그러나, 상기 종래의 장치에서는, 전기배선(배선)에 부수하는 용량 및 배선저항 때문에, 신호가 지연된다는 결점이 있다. 반도체 장치의 고밀도화가 진행하면 진행할수록, 이 신호의 지연은 커지고, 그것이 반도체 장치의 고속화의 커다란 장해로 되고 있다. 또한, 배선저항에 의해 발열한다는 결점이 있다.
광섬유에 의한 광에 의한 정보의 전달수단이 알려져 있지만, 그 용도는, 비교적 대형의 장치에 한정되어 있다.
본 발명의 과제는, 전기신호에 의한 정보의 전달방식과는 다른 방식의 광 전 달 수단, 특히, 집적도와 고속성을 높일 수 있는 광 전달 수단을 구비한 장치를 제공하는 것에 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 하기 (1) 내지 (21)의 장치가 제공된다.
(1) 박막으로 구성된 적어도 하나의 발광 소자를 갖는 발광부와, 박막으로 구성된 적어도 하나의 수광 소자를 갖는 수광부와, 상기 발광부로부터의 광을 상기 수광부로 유도하는 도광로를 집적하여 이루어지는 광 전달 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광 전달 수단을 구비한 장치.
(2) 상기 발광부, 상기 수광부 및 상기 도광로는, 적어도 1차원 방향으로 설치되어 있는 상기 (1)에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(3) 상기 발광부, 상기 수광부 및 상기 도광로는, 동일 기판상에 설치되어 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(4) 상기 발광부, 상기 수광부 및 상기 도광로는, 2차원 방향으로 설치되어 있는 상기 (1)에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(5) 상기 발광부, 상기 수광부 및 상기 도광로는, 3차원 방향으로 설치되어 있는 상기 (1)에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(6) 상기 발광부, 상기 수광부 및 상기 도광로의 적어도 하나를 갖는 층이 적층된 구조인 상기 (5)에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(7) 상기 발광부는, 발광 특성이 다른 복수의 발광 소자를 갖는 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(8) 상기 발광부는, 발광하는 광의 피크 파장이 다른 복수의 발광 소자를 갖는 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(9) 상기 수광부는, 대응하는 상기 발광 소자로부터의 광을 수광하는 복수의 수광 소자를 갖는 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(10) 상기 발광 소자를 구성하는 적어도 하나의 박막이, 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성된 것인 상기 (1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(11) 상기 발광 소자는, 유기 EL 소자로 구성되어 있는 상기 (1) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(12) 상기 발광 소자는, 유기 EL 소자와 광학 필터로 구성되어 있는 상기 (1)내지 (10)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(13) 상기 광학 필터는, 굴절률이 다른 복수의 박막을 적층하여 이루어지는 분포 반사형 다층막 미러인 상기 (12)에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(14) 상기 수광 소자를 구성하는 적어도 하나의 박막이, 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성된 것인 상기 (1) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(15) 상기 수광 소자는, 유기소자로 구성되어 있는 상기 (1) 내지 (14)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(16) 상기 수광 소자는, 유기소자와 광학 필터로 구성되어 있는 상기 (1) 내지 (14)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(17) 상기 도광로는, 박막으로 구성되어 있는 상기 (1) 내지 (16)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(18) 상기 도광로를 구성하는 적어도 하나의 박막이, 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성된 것인 상기 (1) 내지 (17)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(19) 박막 트랜지스터를 갖는 상기 (1) 내지 (18)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(20) 동일 기판상에 복수의 회로 블록을 가지고, 해당 복수의 회로 블록의 각각이 상기 발광부와 상기 수광부를 구비하고 있는 상기 (1) 내지 (18)의 어느 하나에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
(21) 상기 복수의 회로 블록중의 소정의 회로 블록간이, 상기 도광로로 결합되고, 해당 회로 블록간에 있어서, 해당 도광로를 통하여 신호를 광에 의해 송신·수신하도록 구성되어 있는 상기 (20)에 기재된 광 전달 수단을 구비한 장치.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 광 전달 수단을 구비한 장치의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 있어서, 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용한 경우의 그 구성예와, 도광로의 구성예를 도시하는 단면도.
도 3은 잉크젯 프린팅에 의한 유기 EL 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도 면.
도 4는 본 발명에 있어서, 수광 소자로서 PIN 포토다이오드를 사용한 경우의 그 구성예와, 도광로의 구성예를 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명에 있어서의 증폭 회로의 구성예를 도시하는 회로도.
도 6은 본 발명에 있어서의 증폭 회로의 다른 구성예를 도시하는 회로도.
도 7은 본 발명에 있어서의 증폭 회로의 다른 구성예를 도시하는 블록도.
도 8은 본 발명에 있어서의 전류 증폭기의 구성예를 도시하는 회로도.
도 9는 본 발명의 다른 실시 형태의 광 전달 수단을 구비한 장치의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면.
도 10은 본 발명에 있어서의 발광 소자의 구성예와, 도광로의 구성예를 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명에 있어서의 수광 소자의 구성예와, 도광로의 구성예를 도시하는 단면도.
도 12는 도 11중의 A-A 선에서의 단면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 형태의 광 전달 수단을 구비한 장치의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 형태의 광 전달 수단을 구비한 장치의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 광 전달 수단을 구비한 장치를 첨부 도면에 도시하는 적합한 실시예에 기초하여 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명의 광 전달 수단을 구비한 장치의 일 실시예의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면이다.
상기 도면에 도시하는 장치(반도체 디바이스; 1)는, 기판(2)을 가지고 있다. 이 기판(2)상에는, 발광 소자(3)와, 이 발광 소자(3)를 구동하는 구동회로가 설치되고 있고, 발광 소자(3)에 신호를 보내는 도시하지 않는 회로(송신측의 회로)와, 수광 소자(광검출 소자; 5)와, 상기 발광 소자(3)로부터의 광을 상기 수광 소자(5)로 유도하는 도광로(도파로)(4)와, 증폭 회로(6)와, 배선(전기배선; 7)과, 회로(8)가, 각각 설치되어 있다.
즉, 기판(2)상에는, 발광 소자(3)와, 상기 구동회로를 구비한 신호를 송출하는 회로를 구성하는 각 소자 및 그 배선과, 도광로(4)와, 수광 소자(5)와, 증폭 회로(6)를 구성하는 각 소자 및 그 배선과, 배선(7)과, 회로(8)를 구성하는 각 소자 및 그 배선이 집적되어 있다.
기판(2)의 구성재료로서는, 예컨대, 각종 유리, Si 단결정, 세라믹스, 석영 등을 들 수 있다.
또한, 발광 소자(3), 도광로(4) 및 수광 소자(5)는, 각각, 일부분 또는 전부가 박막으로 구성되어 있다.
상기 발광 소자(3)에 의해 발광부가 구성되고, 상기 수광 소자(5)에 의해 수광부가 구성되며, 또한 상기 발광 소자(3), 도광로(4) 및 수광 소자(5)에 의해, 광 전달 수단이 구성된다.
이 장치(1)에 있어서의 발광 소자(3)로서는, 예컨대, 유기 EL 소자를, 수광 소자(5)로서는, 예컨대, 포토다이오드를 사용할 수 있다.
도 2는, 도 1에 도시하는 구조에 있어서의 발광 소자(3)로서 유기 EL 소자를 사용한 경우의 그 구성예와, 도광로(4)의 구성예를 도시하는 단면도이다.
상기 도면에 도시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(3a)는, 투명전극(31)과, 발광층(유기 EL 층; 32)과, 금속전극(33)과, 차광부와 잉크 확장 방지용 벽을 겸한 격벽(뱅크; 34)으로 구성되어 있다. 이 유기 EL 소자(3a)는, 후술하는 도광로(4)상에 설치되어 있다. 이하, 구체적으로 유기 EL 소자(3a)의 구조를 설명한다.
격벽(34)은, 후술하는 도광로(4)의 SiO2 층(43)상에 형성되어 있다. 또한, 투명전극(31) 및 발광층(32)은, 각각, 격벽(34)의 안쪽에 형성되어 있다. 이 경우, SiO2 층(43)상에 투명전극(31)이 형성되고, 해당 투명전극(31)상에 발광층(32)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 격벽(34) 및 발광층(32)상에 금속전극(33)이 형성되어 있다.
투명전극(31)은, 예컨대, ITO 등으로 구성된다. 또한, 투명전극(31)의 두께는, 50 내지 500nm 정도로 하는 것이 바람직하다.
발광층(32)에는, 발광물질로서 유기 발광 재료를 사용하지만, 이 경우 발광파장 선택의 자유도가 크고, 사실상, 특정한 재료를 선택하거나, 재료를 복합화 하는 것으로, 모든 길이의 파장의 선택이 가능하다.
유기 발광 재료로서는, 발광재료중의 여기자의 에너지가 유기물질의 금지대 폭에 대응하는 HOMO(최고 피점준위)-LUMO(최저 공준위)간의 에너지 차에 상당하는 것과 같은 것이 선택된다. 예컨대, 저분자, 고분자, 특히 주쇄에 공역계가 발달한 공역 고분자, 도전성 고분자나 색소분자가 선택된다.
유기 발광 재료로서, 저분자 유기재료를 사용하는 경우, 예컨대 청색 발광시키기 위해서는, 안트라센, PPCP, Zn(OxZ)2, 디스틸 벤젠(DSB), 그 유도체(PESB) 등이 사용된다. 또한, 예컨대 녹색 발광시키기 위해서는, Alq3, 코로넨 등이 사용된다. 또한, 예컨대 적색 발광시키기 위해서는, BPPC, 페릴렌(perylene), DCM 등이 사용된다.
또한, 유기 발광 재료로서, 고분자 유기 발광 재료를 사용하는 경우, 예컨대, 적색 발광을 시키기 위해서는 PAT 등, 오렌지색 발광을 시키기 위해서는 MEH-PPV 등, 청색 발광을 시키기 위해서는 PDAF, FP-PPP, RO-PPP, PPP 등, 보라색 발광을 시키기 위해서는 PMPS 등이 사용된다.
그 외, 유기 발광 재료로서, PPV, RO-PPV, CN-PPV, PdPhQx, PQx, PVK(폴리(N-비닐카바졸)), PPS, PNPS, PBPS 등이 사용된다.
특히, PVK는, Eu 복합체 등 캐리어 수송능력이 뒤떨어지는 색소분자 등의 도펀트 잉크의 혼합 농도나 방출 회수를 제어하는 것으로 발광파장(발광색)을 바꿀 수 있다. 예컨대, PVK를 구비하는 유기 발광 재료에 형광색소를 도핑하면 발광색을 조절할 수 있다. 1,1,4,4-테트라페닐-1,3,-부타디엔(TPB), 쿠마린(coumarin) (6), DCM1의 색소를 PVK로 도핑하면, 각각, 발광색을 청색, 녹색, 오렌지색으로 할 수 있다. 또한, PVK로 3종류의 색소를 동시에 도핑하면 폭이 넓은 스펙트럼이 얻어진다. 또한, PPV로 로다민 B 나 DCM을 도핑 가능하게 구성하는 경우에는, 발광색을 녹색으로부터 적색까지 임의로 바꿀 수 있다.
바람직하게는, 주로 발광층(32)을 형성하는 공역계 고분자 유기 화합물의 전구체 그 자체를, 또는 해당 전구체와, 발광층(32)의 발광 특성을 변화시키기 위한 형광색소 등을 소정의 용매에 용해 또는 분산시킨 유기 EL 소자용 조성물(발광층(32)용의 조성물)을 가열 처리하고, 그 유기 EL 소자용 조성물중의 상기 전구체를 고분자화 한 박막(고체 박막)으로 형성된다. 또는, 다른 예로서, 상기 발광층(32)은, 유기용매에 가용인 공역계 고분자 그 자체를, 또는 해당 공역계 고분자와, 발광층(32)의 발광 특성을 변화시키기 위한 형광색소 등을 유기용매로 용해시킨 조성물(발광층(32)용의 조성물)을 건조 또는 가열 처리하여 얻은 고분자의 박막으로 형성된다. 이러한 발광층(32)의 두께는, 50 내지 500nm 정도로 하는 것이 바람직하다.
금속전극(33)에는, 예컨대, Al-Li 등이 사용된다. 또한, 금속전극(33)의 두께는, 10 내지 500nm 정도로 하는 것이 바람직하다.
격벽(34)에는, 예컨대, 폴리이미드, SiO2 등이 사용된다. 또한, 격벽(34)의 두께는, 투명전극(31)과 발광층(32)의 합계의 두께보다 크게 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 도 1에 도시하는 기판(2)상에는, 유기 EL 소자(3a)를 구동하는 도시하지 않는 구동회로를 구비한 송신측의 회로가 설치되어 있다. 그리 고, 이 유기 EL 소자(3a)에서는, 상기 구동회로로부터 투명전극(31)과 금속전극(33)과의 사이에 소정의 전압이 인가되면, 발광층(32)에 전자 및 정공(홀)이 주입되고, 그것들은 인가된 전압에 의해서 생기는 전장에 의해 발광층(32) 내부로 이동하여 재결합한다. 이 재결합 시에 엑시톤(여기자)이 생성되고, 이 엑시톤이 기저상태로 되돌아갈 때에 에너지(형광·인광)를 방출한다. 즉, 발광한다. 이러한 현상을 EL 발광이라고 한다.
다음에, 유기 EL 소자(3a)의 제조방법을 설명한다. 본 예에서는, 잉크젯 프린팅에 의해, 도 2에 도시하는 구조의 유기 EL 소자(3a)를 제조한다.
이 잉크젯 프린팅에 의한 제조방법이란, 잉크젯 방식에 의해, 즉 소정의 조성물(방출액)을 헤드로부터 방출(분출)시키고, 소정의 박막(층)재료를 패턴 형성하고, 그것을 고화하여 박막으로 하는 방법을 말한다. 이하, 도 3을 참조하여 구체적으로 잉크젯 프린팅에 의한 유기 EL 소자(3a)의 제조방법을 설명한다.
상기 도면에 도시하는 바와 같이, 우선, 격벽(34)을 예컨대, 포토리소그래피에 의해 형성한다. 이어서, 미리 준비한 투명전극(31)용의 조성물을 잉크젯 방식에 의해 도광로(4)상에 패턴형으로 형성한다. 즉, 잉크젯용의 헤드의 노즐(90)로부터 투명전극(31)용의 조성물을 분출시켜 소정의 패턴을 형성한다. 그리고, 이 패턴 형성된 투명전극(31)용의 조성물을 가열 처리하여, 고화시키고, 투명전극(31)을 형성한다.
이어서, 미리 준비한 발광층(32)용의 조성물을 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성한다. 즉, 잉크젯용의 헤드의 노즐(100)로부터 발광층(32)용의 조성물을 방출 시켜 소정의 패턴을 형성한다. 그리고, 이 패턴 형성된 발광층(32)용의 조성물의 층(320)을 가열 처리하여, 해당 층(320)중의 공역계 고분자 유기 화합물의 전구체를 고분자화 시킨다. 즉, 층(320)을 고화시켜, 발광층(32)을 형성한다.
마지막에, 전극(33)을 예컨대, 스퍼터 또는 증착법에 의해 형성하고, 도 2에 도시하는 구조의 유기 EL 소자(3a)가 얻어진다.
이러한 잉크젯 프린팅, 즉 잉크젯 방식에 의하면, 미세한 패터닝을 용이하게, 단시간에, 또한 정확히 행할 수 있다. 또한, 조성물의 방출량의 증감에 의해 막 두께의 조정을 용이하고 또한 정확히 행할 수 있기 때문에, 그것에 의하여 막의 성상이나 발색 밸런스, 휘도 등의 발색능을 용이하고도 자유롭게 제어할 수 있다.
따라서, 원하는 특성, 치수, 패턴을 갖는 유기 EL 소자(3a)를 기판(2)상, 특히 TFT(박막 트랜지스터)회로, 또는 일반의 단결정 Si 베이스의 IC 등과 같이 미세한 소자가 집적되어 있는 기판(2)상에, 용이하게 형성할 수 있다.
도 2에 도시하는 구조에 있어서의, 도광로(4)는, SiO2 층(41)과, SiO2 층(43)과, 이들 SiO2 층(41)과 SiO2 층(43)의 사이에 설치된 ITO 층(42)으로 구성되어 있다. 이 경우, 기판(2)상에 SiO2 층(41)이 형성되어 있다. SiO2 층(41)의 두께는, 50nm 내지 10μm 정도로 하는 것이 바람직하다. ITO 층(42)의 두께는, 30nm내지 10μm 정도로 하는 것이 바람직하다. SiO2 층(43)의 두께는, 50nm 내지 10μm 정도로 하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 도광로(4)는, 적어도 유기 EL 소자(3a; 발광 소자(3))로부터 후술하는 PIN 포토다이오드(5a; 수광 소자(5))까지 연장되어 있고, 유기 EL 소자(3a)로부터의 광을 PIN 포토다이오드(5a)로 유도한다.
이 도광로(4)는, 기존의 박막 형성법(CVD, PVD 등)과 포토리소그래피를 사용하여 제조할 수 있다.
더욱이, 도광로(4)는, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 잉크젯 프린팅에 의해 제조할 수도 있다. 즉, 도광로(4)를 구성하는 적어도 하나의 박막(층)은, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 소정의 조성물을 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성하고, 그것을 고화시켜 제조할 수 있다. 이 경우에는, 상술한 잉크젯 프린팅에 의한 효과가 얻어진다.
한편, 도 1에 도시하는 구조에 있어서의 수광 소자(5)로서는, 예컨대, PIN 포토다이오드를 사용할 수 있다.
도 4는, 수광 소자(5)로서 PIN 포토다이오드를 사용한 경우의 그 구성예와, 도광로(4)의 구성예를 도시하는 단면도이다.
상기 도면에 도시하는 바와 같이, PIN 포토다이오드(5a)는, 수광부 창전극(light-receiving window electrode)(51)과, p형 a-SiC 층(p형 반도체층; 52)과, i형 a-Si 층(반도체층; 53)과, n형 a-SiC 층(n형 반도체층; 54)과, 수광부 상부 전극과 배선(전기배선)을 겸한 Al-Si-Cu 층(55)으로 구성되어 있다.
이들 수광부 창전극(51), p형 a-SiC 층(52), i형 a-Si 층(53), n형 a-SiC 층(54) 및 Al-Si-Cu 층(55)은, 도 4중 아래쪽으로부터 이 순서로 적층되어 있다.
이 PIN 포토다이오드(5a)는, 그 수광부 창전극(51)이 상술한 도광로(4)의 ITO 층(42)과 대면하도록, 해당 도광로(4)상에 설치되어 있다. 또, 도광로(4)의 상기 수광부 창전극(51)과 대응하는 부분에는, SiO2 층(43)은 형성되어 있지 않다.
수광부 창전극(51)은, 예컨대, ITO 등으로 구성되어 있다. 이 수광부 창전극(51)의 두께는, 50nm 내지 1μm 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 일 예로서, p형 a-SiC 층(52), i형 a-Si 층(53), n형 a-SiC 층(54) 및 Al-Si-Cu 층(55)의 두께는, 각각, 50nm, 80nm, 50nm 및 1μm로 할 수 있다.
단, 상기 각 층의 두께는, 각각, 상기의 값에 한정되지 않는다. 즉, 각 층의 두께에 관해서는, 상당한 변형이 존재하고, 각 층의 두께는, 각각, 상당한 자유도를 갖는다.
이 PIN 포토다이오드(5a)는, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 잉크젯 프린팅에 의해 제조할 수도 있다. 즉, PIN 포토다이오드(5a)를 구성하는 적어도 하나의 박막(층)은, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 소정의 조성물을 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성하고, 그것을 고화시켜 제조할 수 있다. 이 경우에는, 상술한 잉크젯 프린팅에 의한 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에서는, 수광 소자(5)로서는, 상술한 PIN 포토다이오드(5a)의 외에, 유기계의 광 검출재료(유기소자)를 사용할 수 있다. 이 유기계의 광 검출재료로서는, 예컨대, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같은 것을 사용할 수 있다. 예컨대, PPV와 시아노-PPV의 혼합물 등이 사용된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 상술한 PIN 포토다이오드(5a)에는, 증폭 회로(6)의 입력측이 접속되어 있다.
증폭 회로(6)로서는, 예컨대, 도 5에 도시하는 P 채널 및 N 채널의 MOS-FET(전계 효과 트랜지스터)를 갖는 CMOS 형의 디지털 증폭 회로(61), 도 6에 도시하는 바이폴라 트랜지스터 및 MOS-FET을 갖는 Bi-CMOS 형의 디지털 증폭 회로(62), 도 7 및 도 8에 도시하는 전류 증폭기(아날로그 증폭 회로; 631)와 A/D 변환기(632)로 구성된 증폭 회로(63) 등을 들 수 있다.
또, 증폭 회로(63)의 경우에는, 전기신호(아날로그 신호)는, 전류증폭기(631)에 입력되고, 그 전류치(신호의 레벨)가 증폭되며, A/D 변환기(632)에 입력된다. 그리고, 이 증폭된 신호는, A/D 변환기(632)에서 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환되어, 출력된다.
한편, 도 1에 도시하는 바와 같이, 상술한 증폭 회로(6)의 출력측에는, 배선(7)을 통하여 소정의 회로(8)가 접속되어 있다. 회로(8)로서는, 예컨대, Si 단결정 상에 형성된 FET(전계 효과 트랜지스터)를 갖는 회로나, TFT(박막 트랜지스터)를 갖는 회로 등을 들 수 있다.
다음에, 장치(1)의 작용을 설명한다.
상술한 바와 같이, 도 1에 도시하지 않는 송신측의 회로에서는, 발신(생성)된 전기신호가 구동회로에 입력되고, 이 구동회로는, 그 전기신호에 기초하여, 유기 EL 소자(3a; 발광 소자(3))를 구동하여, 발광시킨다. 이로써, 광신호(광)가 생성된다. 즉, 유기 EL 소자(3a)는, 구동회로에 의해 구동되며, 상기 전기신호를 광신호(광)로 변환하여, 그것을 송출(송신)한다.
이 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(3a)의 발광층(32)으로부 터의 광은, 도 2중의 화살표로 도시하는 바와 같이, 투명전극(31) 및 SiO2 층(43)을 투과하여, ITO 층(42)에 입사한다. 그리고, 그 광은, 이후, SiO2 층(41)과 ITO 층(42)의 계면 및 SiO2 층(43)과 ITO 층(42)의 계면에서 반사를 반복하면서 ITO 층(42)내를 PIN 포토다이오드(5a; 수광 소자(5))를 향하여 진행한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(3a)로부터의 광은, 도 4중의 화살표로 도시하는 바와 같이, 수광부 창전극(51)으로부터 입사한다. 즉, PIN 포토다이오드(5a)에서 수광된다.
그리고, PIN 포토다이오드(5a)로부터는, 수광 광량에 따른 크기의 전류, 즉 전기신호(신호)가 출력된다(광신호가 전기신호로 변환되어 출력된다). PIN 포토다이오드(5a)로부터의 신호는, 증폭 회로(6)에서 증폭되며, 배선(7)을 통하여 회로(8)에 입력된다. 회로(8)는, 이 신호에 기초하여 작동한다.
이상 설명한 바와 같이, 이 장치(1)에 의하면, 미세한 소자를 집적한 장치(1)내에 있어서 주로 광통신에 의해 정보(신호)를 전달하도록 되어 있기 때문에, 유기 EL 소자(3a)와 PIN 포토다이오드(5a)와의 사이에서는 전기배선의 저항에 의한 발열이 없고, 이로써, 장치(1)로부터의 발열을 저감할 수 있다.
또한, 유기 EL 소자(3a)와 PIN 포토다이오드(5a)와의 사이에서는 신호의 지연이 없기 때문에, 응답성이 좋은 장치(회로)를 실현할 수 있다.
또한, 유기 EL 소자(3a), 도광로(4), PIN 포토다이오드(5a) 등은, 잉크젯 프린팅에 의해 기판(2)상에 형성한 경우, 장치(1)의 생산성이 향상되고, 대량생산에 유리하다.
다음에, 본 발명의 광 전달 수단을 구비한 장치의 다른 실시예를 설명한다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예의 광 전달 수단을 구비한 장치의 주요부를 모식적으로 도시하는 도면이다. 또, 도 9는, 평면도(각 부재가 평면적인 배치)이다.
도 9에 도시하는 장치(반도체 디바이스; 10)에서는, 발광부가 발광 특성(본 실시예에서는 발광하는 광의 피크 파장)이 다른 복수(본 실시예에서는 3개)의 발광 소자(30)로 구성되고, 수광부가 대응하는 상기 발광 소자(30)로부터의 광을 수광하는 복수(본 실시예에서는 3개)의 수광 소자(50)로 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 동일한 도광로(4)를 사용하여 복수(본 실시예에서는 3종)의 정보(신호)를 동시에 통신할 수 있다. 이하, 이 장치(10)를 구체적으로 설명한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 장치(10)는, 기판(2)을 가지고 있다. 이 기판(2)상에는, 복수(본 실시예에서는 3개)의 발광 소자(30)와, 각 발광 소자(30)를 구동하는 도시하지 않는 구동회로와, 복수(본 실시예에서는 3개)의 수광 소자(광검출 소자; 50)와, 상기 발광 소자(30)로부터의 광을 상기 수광 소자(50)로 유도하는 도광로(4)와, 복수(본 실시예에서는 3개)의 증폭 회로(60)와, 복수(본 실시예에서는 3개)의 배선(전기배선; 70)과, 회로(8)가, 각각 설치되어 있다.
즉, 기판(2)상에는, 3개의 발광 소자(30)와, 상기 구동회로를 구성하는 각 소자 및 그 배선과, 도광로(4)와, 3개의 수광 소자(50)와, 3개의 증폭 회로(60)를 구성하는 각 소자 및 그 배선과, 3개의 배선(70)과, 회로(8)를 구성하는 각 소자 및 그 배선이 집적되어 있다.
기판(2)의 구성재료로서는, 예컨대, 각종 유리, Si 단결정, 세라믹스, 석영 등을 들 수 있다.
또한, 발광 소자(30), 도광로(4) 및 수광 소자(50)는, 각각, 일부분 또는 전부가 박막으로 구성되어 있다.
상술한 바와 같이, 이 장치(10)에 있어서의 각 발광 소자(30)는, 발광하는 광의 피크 파장이 다르다. 여기서, 상기 3개의 발광 소자(30)가 발광하는 광의 피크 파장을 각각, λ1 ,λ2 및 λ3으로 한다. 이들 λ1 ,λ 2 및 λ3은, 수광 소자(50)측에서 선택적으로 수광할 수 있도록, 어느 정도 괴리되어 있는 것이 바람직하다.
이 장치(10)에 있어서의 각 발광 소자(30)는, 유기 EL 층(발광층(32))의 재료나 조성을 각각 바꾸거나, 또한, 필터 특성을 각각 바꾸는 것으로 구성할 수 있다.
도 10은, 발광 소자(30)의 구성예와, 도광로(4)의 구성예를 도시하는 단면도이다. 상기 도면에 도시하는 바와 같이, 각 발광 소자(30)는, 투명전극(31)과, 발광층(유기 EL 층; 32)과, 금속전극(33)과, 차광부와 잉크 확장 방지용 벽을 겸한 격벽(뱅크; 34)으로 구성된 유기 EL 소자(3a)와, 광학 필터(35)로 구성되어 있다. 각 발광 소자(30)는, 후술하는 도광로(4)상에 설치되어 있다.
이하, 구체적으로 발광 소자(30) 부분의 구조를 설명한다. 격벽(34)은, 후 술하는 도광로(4)의 SiO2 층(43)상에 형성되어 있다.
또한, 투명전극(31), 발광층(32) 및 광학 필터(35)는, 각각, 격벽(34)의 안쪽에 형성되어 있다. 이 경우, SiO2 층(43)상에, 광학 필터(35)가 형성되고, 해당 광학 필터(35)상에 투명전극(31)이 형성되며, 해당 투명전극(31)상에 발광층(32)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 격벽(34) 및 발광층(32)상에 금속전극(33)이 형성되어 있다. 이 금속전극은, 각 유기 EL 소자(3a)의 공통전극으로 되어 있다.
다음에, 발광층(32)에 대하여 설명한다. 발광물질로서, 유기 발광 재료를 사용하는 것으로, 발광파장의 선택의 자유도가 크고, 사실상, 특정한 재료를 선택하거나, 재료를 복합화 하는 것으로, 모든 길이의 파장의 선택이 가능하다. 유기 발광 재료로서는, 발광재료 중의 여기자의 에너지가 유기물질의 금지대 폭에 대응하는 HOMO(최고 피점준위)-LUMO(최저 공준위)간의 에너지 차에 상당하는 것과 같은 것이 선택된다. 예컨대, 저분자, 고분자, 특히 주쇄로 공역계가 발달한 공역고분자, 도전성 고분자나 색소분자가 선택된다. 구체적으로는, 상술한 도 2에 도시하는 구조의 유기 EL 소자(3a) 에서의 발광층(32)에서 예시한 바와 같이 사용한 재료를 원하는 파장에 따라서 적절히 사용할 수 있다.
또한, 발광층으로부터 얻어지는 광의 파장(피크 파장이나 파장대역 등)은, 광학 필터(35)에 의해서도 어느 정도 조절 가능하다.
백색광과 같은 파장대역(대역)이 넓은 광이 발광되고, 그 파장을 조절하는 경우에는, 광학 필터(35)로서, 통상의 흡수형의 광학 컬러 필터(색 필터)를 사용할 수 있고, 이로써 원하는 색(파장)의 광만을 통과시켜 광신호로 할 수 있다.
광학 필터(35)로서는, 예컨대, 분포 반사형 다층막 미러(DBR 미러)를 사용할 수도 있다. 예컨대, 유기 EL 소자(3a)로부터 발광한 광은, 통상 100nm 이상의 파장대역(파장의 확대(넓이))을 갖지만, 광학 필터(35)로서 DBR 미러를 사용하면, 이 파장을 좁은 휴대 지역화(파장의 확대(넓이)를 좁게) 할 수 있다. 그리고, 복수의 DBR 미러를 사용하면, 예컨대, 100nm 정도의 파장대역을 갖는 광으로부터, 다른 피크 파장을 가지고, 날카로운 피크를 가지는 복수의 광을 얻을 수 있다.
이와 같이 유기 EL 소자(3a)의 발광층(32)의 재료를 바꾸는 것에 의해서도 각 발광 소자(30)의 피크 파장을 각각, λ1, λ2 및 λ3으로 설정할 수 있고, 또한, 광학 필터(35)를 바꾸는 것에 의해서도 각 발광 소자(30)의 피크 파장을 각각, λ1, λ2 및 λ3으로 설정할 수 있다.
단, 유기 EL 소자(3a)의 발광층(32)의 재료를 바꾸고, 또한, 광학 필터(35)를 바꾸는 것에 의해, 각 발광 소자(30)의 피크 파장을 각각, λ1, λ2 및 λ3으로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 DBR 미러는, 굴절률이 다른 복수의 박막을 적층한 것, 특히, 굴절률이 다른 2종의 박막을 구비하는 쌍을 복수 갖는 것(주기적으로 적층한 것)이다.
상기 DBR 미러에 있어서의 박막을 구성하는 구성성분으로서는, 예컨대, 반도체 재료나 유전체 재료 등을 들 수 있고, 이들 중에서는 유전체 재료가 바람직하 다. 이들은, 통상의 진공 성막법을 사용하여, 형성할 수 있다. 또한, 유전체 재료는, 유기용매에 가용인 유기 화합물을 출발원료로서 사용할 수 있고, 상술한 잉크젯 방식에 의한 패턴 형성으로의 적용이 용이하게 된다.
각 발광 소자(30)의 유기 EL 소자(3a)는, 상술한 장치(1)의 유기 EL 소자(3a)와 같이, 잉크젯 프린팅에 의해 제조할 수도 있다. 즉, 각 발광 소자(30)의 유기 EL 소자(3a)를 구성하는 적어도 하나의 박막(층)은, 상술한 장치(1)의 유기 EL 소자(3a)와 같이, 소정의 조성물을 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성하고, 그것을 고화시켜 제조할 수 있다. 이 경우에는, 상술한 잉크젯 프린팅에 의한 효과가 얻어진다.
또한, 각 발광 소자(30)의 DBR 미러(광학 필터(35))를 구성하는 박막은, 액상 성막법에 의해 형성될 수도 있다.
상기 액상 성막법이란, 상기 박막을 구성하는 구성성분을 용매에 용해 또는 분산시킨 조성물(액체)을 박막 재료(도포액)로 하고, 해당 박막 재료를 기화시키지 않고 박막을 형성하는 방법을 말한다.
더욱 바람직하게는, 각 DBR 미러는, 상술한 장치(1)의 유기 EL 소자(3a)와 같이, 잉크젯 프린팅에 의해 제조하는 것이 좋다. 즉, 각 DBR 미러를 구성하는 각 박막은, 상술한 장치(1)의 유기 EL 소자(3a)와 같이, 상기 조성물을 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성하고, 그것을 고화시켜 제조할 수 있다. 이 경우에는, 상술한 잉크젯 프린팅에 의한 효과가 얻어진다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 도광로(4)는, SiO2 층(41)과, SiO2 층(43)과, 이들 SiO2 층(41)과 SiO2 층(43)의 사이에 설치된 ITO 층(42)으로 구성되어 있다. 이 경우, 기판(2)상에 SiO2 층(41)이 형성되어 있다. SiO2 층(41), ITO 층(42) 및 SiO2 층(43)의 두께는, 각각, 상술한 장치(1)의 그것과 같다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 이 도광로(4)는, 적어도 각 발광 소자(30)로부터 각 수광 소자(50)까지 연장되어 있어, 각 발광 소자(30)로부터의 광을 각각 대응하는 수광 소자(50)로 유도한다.
이 도광로(4)는, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 잉크젯 프린팅에 의해 제조할 수 있다. 즉, 도광로(4)를 구성하는 적어도 하나의 박막(층)은, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 소정의 조성물을 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성하고, 그것을 고화시켜 제조한다. 이 경우에는, 상술한 잉크젯 프린팅에 의한 효과가 얻어진다.
수광 소자(50)로서는, 예컨대, PIN 포토다이오드와 소정의 광학 필터로 구성할 수 있고, 또한, 상술한 장치(1)와 같은 유기소자와 소정의 광학 필터로 구성할 수 있다.
도 11은, 수광 소자(50)의 구성예와, 도광로(4)의 구성예를 도시하는 단면도이고, 도 12는, 도 11중의 A-A 선에서의 단면도이다.
이들의 도면에 도시하는 바와 같이, 각 수광 소자(50)는, 수광부 창전극(51)과, p형 a-SiC 층(p형 반도체층; 52)과, i형 a-Si 층(반도체층; 53)과, n형 a-SiC 층(n형 반도체층; 54)과, 수광부 상부 전극과 배선(전기배선)을 겸한 Al-Si-Cu 층(55)으로 구성된 PIN 포토다이오드(5a)와, 광학 필터(56)로 구성되어 있다.
이들 광학 필터(56), 수광부 창전극(51), p형 a-SiC 층(52), i형 a-Si 층(53), n형 a-SiC 층(54) 및 Al-Si-Cu 층(55)은, 도 11중 아래쪽으로부터 이 순서로 적층되어 있다. 이 경우, 광학 필터(56)는, 수광부 창전극(51)을 덮도록 형성되어 있다.
각 수광 소자(50)는, 그 수광부 창전극(51)이 광학 필터(56)를 통하여 상술한 도광로(4)의 ITO 층(42)과 대면하도록, 해당 도광로(4)상에 설치되어 있다. 또, 도광로(4)의 상기 수광부 창전극(51)과 대응하는 부분에는, SiO2 층(43)은 형성되어 있지 않다.
수광부 창전극(51)의 구성재료 및 그 두께는, 각각, 상술한 장치(1)의 그것과 같다.
또한, p형 a-SiC 층(52), i형 a-Si 층(53), n형 a-SiC 층(54) 및 Al-Si-Cu 층(55)의 두께에 대해서도, 각각, 상술한 장치(1)의 그것과 같다.
각 수광 소자(50)의 광학 필터(56)는, 대응하는 발광 소자(30)로부터의 광의 피크 파장이, 각각, λ1, λ2 및 λ3 일 때, 상기 대응하는 발광 소자(30)로부터의 광(λ1, λ2 및 λ3 중의 소정의 1개의 파장을 피크 파장으로 하는 광)만을 선택적으로 최대한 통과시키도록, 각각, 광학 특성이 설정되어 있다.
이들 광학 필터(56)로서는, 예컨대, 상술한 분포 반사형 다층막 미러(DBR 미러)를 사용할 수 있다. 광학 필터(56)로서 DBR 미러를 사용하면, 광학 컬러 필터를 사용하는 것보다도, 더욱 좁은 파장대역의 광을 선택할 수 있고, 파장의 길이 방향의 분해능이 높아진다.
각 수광 소자(50)의 PIN 포토다이오드(5a)는, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 잉크젯 프린팅에 의해서도 제조할 수 있다. 즉, PIN 포토다이오드(5a)를 구성하는 적어도 하나의 박막(층)은, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 소정의 조성물을 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성하고, 그것을 고화시켜 제조할 수 있다. 이 경우에는, 상술한 잉크젯 프린팅에 의한 효과가 얻어진다.
또한, 각 수광 소자(50)의 DBR 미러(광학 필터(56))를 구성하는 박막은, 상술한 액상 성막법에 의해서도 형성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 각 DBR 미러는, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 잉크젯 프린팅에 의해 제조하는 것이 좋다. 즉, 각 DBR 미러를 구성하는 각 박막은, 상술한 유기 EL 소자(3a)와 같이, 상기 조성물을 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성하고, 그것을 고화시켜 제조하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 상술한 잉크젯 프린팅에 의한 효과가 얻어진다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 상술한 각 수광 소자(50)의 PIN 포토다이오드(5a)에는, 각각, 대응하는 증폭 회로(60)의 입력측이 접속되어 있다.
그리고, 각 증폭 회로(60)의 출력측에는, 각각, 대응하는 배선(70)을 통하여 소정의 회로(8)가 접속되어 있다.
또, 증폭 회로(60) 및 회로(8)에 대해서는, 각각, 상술한 장치(1)의 그것과 같기 때문에 설명을 생략한다.
이러한 장치(10) 및 상술한 장치(1)는, 예컨대, 최선단의 0.18μm 룰을 사용 한 LSI 트랜지스터로부터, TFT 같은 2 내지 3μm 룰의 트랜지스터 회로까지, 폭 넓은 범위의 집적도에 대응할 수 있다.
다음에, 장치(10)의 작용을 설명한다.
각 발광 소자(30)의 유기 EL 소자(3a)는, 각각, 상술한 바와 같이, 도시하지않는 구동회로에 의해 구동되어 발광한다. 즉, 각 유기 EL 소자(3a)는, 각각, 광신호(광)를 송출(송신)한다. 이하, 대표적으로, 피크 파장이 λ1에 관한 신호전달의 경우를 설명한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(3a)의 각 발광층(32)으로부터는, 각각의 발광층(32)의 재질이나 구조에 따라서 다른 파장의 광이 발생하고, 각각, 도 10중의 화살표로 도시하는 바와 같이, 투명전극(31)을 투과하여, 광학 필터(35)에서 더욱 협대역화 되고, 피크 파장이 λ1의 광, λ2의 광 및 λ3의 광으로 되어, 해당 광학 필터(35)로부터 출사된다.
상기 소정의 광학 필터(35)로부터 출사된 피크 파장이 λ1의 광(이하, 「특정파장의 광」이라고 말한다), 즉 광학 필터(35)를 투과한 특정파장의 광은, SiO2 층(43)을 투과하여, ITO 층(42)에 입사한다. 그리고, 그 광은, 이후, SiO2 층(41)과 ITO 층(42)의 계면 및 SiO2 층(43)과 ITO 층(42)의 계면에서 반사를 반복하면서 ITO 층(42)내를 PIN 포토다이오드(5a)로 향하여 진행한다.
도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(3a)로부터의 특정파장 의 광은, 도 11 및 도 12중의 화살표로 도시하는 바와 같이, 대응하는 수광 소자(50)의 광학 필터(56)만을 투과하고, 대응하는 수광 소자(50)의 PIN 포토다이오드(5a)의 수광부 창전극(51)으로부터 입사한다. 즉, 대응하는 PIN 포토다이오드(5a)만으로 수광된다.
또, 다른 2종의 발광 소자(30)로부터는, 각각, 피크 파장이 λ2 및 λ3의 광이 발생하고, 도광로(4)에 의해 이 수광 소자(50)로 유도되지만, 상기 양 광은, 각각, 이 수광 소자(50)의 광학 필터(56)에서 차단되어 수광되지 않는다.
상기 PIN 포토다이오드(5a)로부터는, 수광 광량에 따른 크기의 전류, 즉 전기신호(신호)가 출력된다(광신호가 전기신호로 변환되어 출력된다).
PIN 포토다이오드(5a)로부터의 신호는, 증폭 회로(60)에서 증폭되고, 배선(70)을 통하여 회로(8)에 입력된다. 회로(8)는, 이 신호에 기초하여 작동한다.
또, 피크 파장이 λ2 및 λ3에 관한 신호전달의 경우도 각각 상기와 같다.
이 장치(10)에 의하면, 상술한 장치(1)와 마찬가지로, 장치(10)로부터의 발열을 저감할 수 있고, 더욱이 신호의 전달지연이 대폭 개선되며, 응답성이 좋은 장치(회로)를 실현할 수 있고, 또한, 장치(10)의 생산성이 향상하여, 대량생산에 유리하다.
그리고, 이 장치(10)에서는, 발광하는 광의 피크 파장이 다른 복수의 발광 소자(30)와, 대응하는 상기 발광 소자(30)로부터의 광(특정파장의 광)을 수광하는 복수의 수광 소자(50)를 갖고 있기 때문에, 동일한 도광로(4)를 사용하여 동시에 복수의 정보를 전달할 수 있다(동일한 도광로(4)를 사용한 다 채널의 광통신에 의한 정보전달이 가능해진다). 이 때문에, 전기배선만의 장치와 비교하여, 배선의 간소화를 도모할 수 있다. 그리고, 전기배선만의 장치와 비교하여, 배선이 차지하는 영역을 감소시킬 수 있고, 이로써, 동일 기능을 갖는 장치를 작게 형성할 수 있다. 즉, 집적도가 높아진다.
또, 상기 장치(10)에 있어서의 각 발광 소자(30)나 각 수광 소자(50)는, 도 9중 횡방향으로 나란히 배열하고 있지만, 본 발명에서는, 그것들이, 각각, 도 9중 종방향으로 나란히 배열되어 있어도 좋다.
또한, 상기 장치(10)에 있어서의 광학 필터(35)나 광학 필터(56)는, 본 발명에서는, DBR 미러에 한정하지 않고, 이밖에, 예컨대, 광학 컬러 필터 등을 사용하여 구성하여도 좋다.
또한, 상기 장치(10)에 있어서, 광학 필터(35)를 생략하여, 유기 EL 소자(3a)의 발광층(32)의 발광 특성(특히, 발광하는 광의 피크 파장)을 바꾸는 것으로, 발광 소자(30)의 발광 특성(특히, 발광하는 광의 피크 파장)을 바꾸어도 좋다.
또한, 본 발명에서는, 상기 장치(10)에 있어서, 광학 필터(35)를 생략하지 않고서, 또한 유기 EL 소자(3a)의 발광층(32)의 발광 특성(특히, 발광하는 광의 피크 파장)을 바꾸어도 좋다.
도 13은, 상술한 장치(1) 또는 장치(10)가, 실제로, LSI 회로나 TFT 회로와 같은 반도체 회로에 부착되는 경우에 이용되는 본 발명의 광 전달 수단을 구비한 장치(100)의 실시예를 도시하는 도면(부재의 평면 배치를 도시하는 도면)이다.
상기 도면에 도시하는 바와 같이, 동일 기판상(2)에는, 2개의 회로 블록(81(A) 및 82(B))이 설치(형성)되어 있다.
회로 블록(81)은, 발광 소자(301)와, 이 발광 소자(301)를 구동하는 구동회로(11)와, 수광 소자(502)와, 증폭소자(602)를 각각 가지고 있다.
또한, 회로 블록(82)은, 발광 소자(302)와, 이 발광 소자(302)를 구동하는 구동회로(12)와, 수광 소자(501)와, 증폭소자(601)를 각각 가지고 있다.
상기 발광 소자(301)는, 기판(2)상에 설치된 도광로(401)를 통하여, 상기 수광 소자(501)에 광을 전달할 수 있도록, 해당 수광 소자(501)에 결합되어 있다. 이것과 마찬가지로, 상기 발광 소자(302)는, 기판(2)상에 설치된 도광로(402)를 통하여, 상기 수광 소자(502)에 광을 전달할 수 있도록, 해당 수광 소자(502)에 결합되어 있다.
이 장치(100)는, 내부에 설치된 회로 블록(81)과 회로 블록(82)의 사이에서, 서로, 전기신호를 광신호로 변환하여 그 신호를 송신·수신할 수 있도록 되어 있다. 즉, 회로 블록(81)으로부터 송신된 광신호를 회로 블록(82)에서 수신할 수 있고, 반대로, 회로 블록(82)으로부터 송신된 광신호를 회로 블록(81)에서 수신할 수 있도록 되어 있다.
장치(100)의 기판(2)의 구성재료에는, 상술한 장치(1)와 같은 구성재료를 사용할 수 있다.
또한, 장치(100)의 발광 소자(301, 302), 수광 소자(501, 502), 도광로(401 및 402)에 대해서도, 각각, 상술한 장치(1)와 같은 재료, 구조로 좋으며, 또한, 상술한 장치(1)와 같은 제조 프로세스를 적용할 수 있다.
또한, 장치(100)의 구동회로(11 및 12)는, 각각, 통상, 바이폴라 트랜지스터나 MOS-FET 등을 사용한 전자회로로 구성된다.
그리고, 장치(100)의 증폭 회로(601 및 602)로서는, 각각, 상술한 장치(1)와 같이, 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8에 도시하는 것과 같은 전자회로를 사용할 수 있다.
이 장치(100)의 작용은, 상술한 장치(1)와 거의 같지만, 회로 블록(81 및 82)이 각각 송신과 수신을 (특히 평행하여) 행할 수 있는 점, 즉, 회로 블록(81)으로부터 블록(82)으로의 송신과, 회로 블록(82)으로부터 회로 블록(81)로의 송신을(특히 평행하여) 행할 수 있는 점이, 장치(1)와 다르다.
또, 이 장치(100)에서는, 상술한 장치(1)와 같이, 광신호를 형성하는 광으로서 1종류의 광만을 사용하고 있지만, 이것에 한정하지 않고, 상술한 장치(10)와 같이, 피크 파장이 다른 복수의 광을 사용한 송수신 기능을 갖게 하여도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 이 경우는, 상술한 장치(100)와, 상술한 장치(10)를 적절히 조합하는 것에 의해 실현할 수 있다.

본 발명의 광 전달 수단을 구비한 장치는, 일반의 반도체 집적회로를 구현화하고 있는 반도체 칩에 있어서, 1개의 반도체 칩내에서의 회로 블록간(소정의 회로 블록과 다른 회로 블록의 사이)의 신호 전달 장치, 소정의 반도체 칩과 다른 반도체 칩의 사이의 신호 전달 장치, 반도체 칩을 실장한 회로 보드와 피실장 칩과의 사이의 신호 전달 장치, 소정의 상기 회로 보드와 다른 회로 보드와의 사이의 신호 전달 장치 등에 적용된다.
더욱이, 본 발명의 광 전달 수단을 구비한 장치는, TFT 회로간(소정의 TFT 회로와 다른 TFT 회로와의 사이)의 신호 전달 장치나, TFT 회로와 일반의 반도체 회로와의 사이의 신호 전달 장치에도 적용할 수 있다.
본 발명의 광 전달 수단을 구비한 장치는, 특히 상기의 실시예로서, 예컨대, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이에 신호를 보내는 장치에도 적용할 수 있다.
이상, 본 발명의 광 전달 수단을 구비한 장치를, 도시한 각 실시예에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니며, 각부의 구성은, 같은 기능을 갖는 임의의 구성의 것으로 치환할 수 있다.
예컨대, 상기 각 실시예에서는, 발광 소자, 도광로 및 수광 소자가, 1차원방향으로 설치되어 있지만, 본 발명에서는, 발광 소자, 도광로 및 수광 소자가, 2차원방향으로 설치(기판상에 2차원 방향에 설치)되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명에서는, 광 전달 수단이, 복수조의 발광부, 수광부 및 도광로를 가지고 있어도 좋다.
더욱이, 본 발명에서는, 발광 소자, 도광로 및 수광 소자가, 3차원 방향으로 설치되어 있어도 좋다. 이하, 이 실시예에 대하여 도 14에 기초하여 간단히 설명한다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 이 장치(반도체 디바이스; 20)는, 제 1 층(20a), 제 2 층(20b), 제 3 층(20c), 제 4 층(20d) 및 제 5 층(20e)을 이 순서로 기판(2)상에 적층하여 이루어지는 다층의 장치이다.
이 경우, 제 5 층(20e)에 있어서의 발광부(213)와 수광부(227)의 관계는, 상술한 장치(1)나 장치(10)의 발광부와 수광부의 관계와 같다.
또한, 다른 층간에 있어서의(기판(2)에 대하여 수직인 방향에 있어서의) 발광부와 해당 발광부에 도시하지 않는 도광로를 통하여 접속되어 있는 수광부의 관계, 즉, 발광부(211)와 수광부(223)의 관계, 발광부(212)와 수광부(221)의 관계, 발광부(213)와 수광부(224)의 관계, 발광부(214)와 수광부(222, 225 및 2264)의 관계도, 각각, 상술한 장치(1)나 장치(10)의 발광부와 수광부의 관계와 같다.
이 장치(20)는, 예컨대, 하기와 같이 제조하는 것이 바람직하다.
우선, 제 1 층(20a), 제 2 층(20b), 제 3 층(20c), 제 4 층(20d) 및 제 5 층(20e)을 각각 도시하지 않는 소정의 기판상에 형성한다.
이어서, 제 1 층(20a)을 상기 기판으로부터 소정의 방법으로 박리하고, 기판(2)상에 전사한다. 이하, 이것과 마찬가지로, 제 2 층(20b), 제 3 층(20c), 제 4 층(20d) 및 제 5 층(20e)을 상기 기판으로부터 박리하여, 소정의 방법으로 위치 맞춤을 행하면서, 차례로, 겹친다(전사한다). 이 방법의 상세한 것은, 본원 출 원인에 의한 일본 특개평10-125930호 기재 방법을 채용할 수 있다.
이 장치(20)에 의하면, 상술한 장치(1)나 장치(10)와 같은 효과가 얻어짐과 동시에, 용이하게, 고집적화를 도모할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 장치를 구성하는 층의 수는, 5층에 한정되지 않으며, 예컨대, 2 내지 4층, 또는 6층 이상이라도 좋다.
상술한 바와 같은 각 실시예에서는, 발광 소자가, 유기 EL 소자로 구성되어 있지만, 본 발명에서는, 발광 소자는, 이것에 한정되지 않으며, 예컨대, 무기 EL 소자, 발광 다이오드(LED), 반도체 레이저(레이저 다이오드) 등으로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 수광 소자가, PIN 포토다이오드로 구성되어 있지만, 본 발명에서는, 수광 소자는, 이것에 한정되지 않으며, 예컨대, PN 포토다이오드, 애벌란시 포토다이오드 등의 각종 포토다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 루미네슨스(유기 포토루미네슨스) 등으로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명에서는, 상술한 각 실시예의 소정의 구성 요건을 적절히 조합하여도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 광 전달 수단을 구비한 장치에 의하면, 미세한 소자를 집적한 장치내에 있어서 주로 광 통신에 의해 정보(신호)를 전달하도록 되어 있기 때문에, 장치로부터의 발열을 저감할 수 있고, 또한, 신호의 지연이 대폭 저감되어, 응답성이 좋은 장치(회로)를 실현할 수 있다.
또한, 소자를 구성하는 박막을 잉크젯 방식에 의해 패턴 형성한 경우에는, 미세한 패터닝을 용이하게, 단시간에, 또한 정확히 행할 수 있다. 그리고, 조성물의 방출량의 증감에 의해 막 두께의 조정을 용이하고 또한 정확히 행할 수 있기 때문에, 그것에 의하여 막의 성상 등을 용이하고 또한 자유롭게 제어할 수 있다.
이와 같이 잉크젯 방식에 의해, 용이하게 발광 및 수광 소자와 반도체 소자와의 하이브리드화를 달성할 수 있다.
따라서, 원하는 특성, 치수, 패턴을 갖는 소자를 기판(예컨대, Si 단결정 기판이나, TFT 회로 등과 같이 미세한 소자가 집적되어 있는 기판)상에, 용이하게 형성할 수 있고, 이로써 장치의 생산성이 향상되어, 대량생산에 유리하다.
또한, 발광부가, 발광 특성이 다른 복수의 발광 소자를 갖는 경우, 특히, 발광부가, 발광하는 광의 피크 파장이 다른 복수의 발광 소자를 갖는 경우에는, 동일한 도광로를 사용하여 동시에 복수의 정보를 전달할 수 있다. 이 때문에, 전기배선만의 장치와 비교하여, 배선의 간소화를 도모할 수 있다. 그리고, 전기배선만의 장치와 비교하여, 배선이 차지하는 영역을 감소시킬 수 있고, 또한, 열의 발생을 억제할 수 있고, 이로써 고집적화를 도모할 수 있다.

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  22. 광 전달 장치에 있어서:
    제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극사이에 삽입된 발광층을 포함하는 발광부와;
    상기 발광층으로부터 방출된 광을 수광하는 수광부와;
    상기 광을 상기 수광부쪽으로 유도하는 도광로를 포함하고,
    상기 광은 상기 제1 전극을 통해 상기 도광로에 입사되는, 광 전달 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 발광부는 격벽들을 더 포함하고, 적어도 상기 발광층이 상기 격벽들 사이에 위치되는, 광 전달 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 격벽들의 두께는 상기 제1 전극 및 상기 발광층의 전체 두께 보다 더 두꺼운, 광 전달 장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 제2 전극은 금속 재료로 이루어진, 광 전달 장치.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 발광부는 유기 EL 소자를 포함하는, 광 전달 장치.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 도광로는 복수의 층들을 포함하며, 상기 층들 각각은 서로 적층되는, 광 전달 장치.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 수광부는:
    제3 전극과;
    제4 전극과;
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극사이에 삽입된 제1 반도체 층으로서, 상기 광을 상기 제3 전극을 통해 수광하는 상기 제1 반도체 층을 포함하는, 광 전달 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 수광부는 상기 제1 전극의 도전형과는 다른 도전형의 제2 전극을 더 포함하는, 광 전달 장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 도광로는 상기 제3 전극과 접속하는 ITO 층을 포함하는, 광 전달 장치.
  31. 광 전달 장치에 있어서:
    발광부와;
    상기 발광부로부터 방출된 광을 수광하는 수광부와;
    상기 광을 상기 수광부쪽으로 유도하는 도광로를 포함하고,
    상기 수광부는:
    제1 전극과;
    제2 전극과;
    반도체 소자를 포함하며,
    상기 반도체 소자는 상기 도광로 및 상기 제1 전극을 통해 광을 수광하는, 광 전달 장치.
  32. 광 전달 장치에 있어서:
    피크 파장들이 서로 다른 광들을 방출하는 복수의 발광 소자들로서, 각각이 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극사이에 삽입된 발광층을 포함하는, 상기 복수의 발광 소자와;
    상기 광들의 각각을 수광부쪽으로 유도하는 도광로와;
    상기 도광로를 통해 상기 광들의 각각을 수광하는 수광부를 포함하고,
    상기 광들의 각각은 상기 제1 전극을 통해 상기 도광로에 입사되는, 광 전달 장치.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 수광부는 복수의 수광 소자들을 포함하고, 상기 광들 각각은 상기 복수의 수광 소자들 중 하나에 의해 수광되는, 광 전달 장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 수광 소자들 각각은 복수의 제1 전극들 중 하나와 제2 전극사이에 삽입된 발광층을 포함하는, 광 전달 장치.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 광들의 각각의 파장을 제어하는 광학 필터를 더 포함하는, 광 전달 장치.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 광학 필터는 컬러 필터와, 다른 굴절률들을 갖는 복수의 막들을 포함하는 다층막으로부터 선택되는, 광 전달 장치.
  37. 제 32 항에 있어서, 복수의 광학 필터들을 더 포함하며, 상기 광학 필터들 각각은 상기 광들의 각각의 파장을 제어하는, 광 전달 장치.
  38. 제 33 항에 있어서, 상기 수광부는 수광될 파장을 제어하는 광학 필터를 포함하는, 광 전달 장치.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 광학 필터는 컬러 필터와, 다른 굴절률들을 갖는 복수의 막들을 포함하는 다층막으로부터 선택되는, 광 전달 장치.
  40. 제 33 항에 있어서, 복수의 광학 필터들을 더 포함하며, 상기 광학 필터들 각각은 상기 수광 소자들 각각에 의해 수광될 파장들을 각각 제어하는, 광 전달 장치.
  41. 광 전달 장치에 있어서:
    발광부와;
    복수의 수광 소자들을 포함하고, 상기 발광부로부터 방출된 광을 수광하는 수광부로서, 상기 수광 소자들 각각에서 수광될 광의 피크 파장은 서로 다른, 상기 수광부와;
    상기 광을 상기 수광부쪽으로 유도하는 도광로를 포함하고,
    상기 수광부의 수광 소자 각각은:
    제1 전극과;
    제2 전극과;
    반도체 소자를 포함하며,
    상기 반도체 소자는 상기 도광로 및 상기 제1 전극을 통해 상기 광을 수광하는, 광 전달 장치.
  42. 삭제
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