KR101221340B1 - 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구동 전압이 비교적 낮은 구조를 갖는 발광 소자 및 시간에 따른 구동 전압의 증가가 작은 발광 소자를 제공한다. 또한, 본 발명은 구동 전압 및 시간에 따른 구동 전압의 증가가 작으며 장기간 사용에 견딜 수 있는 표시 장치를 제공한다. 발광 소자 내 전극과 접하는 층은 P형 반도체를 포함한 층 또는 전자 수용성들을 갖는 재료를 포함한 유기물층과 같은 정공 발생층이다. 발광층은 정공 발생층들 사이에 개재되고, 전자 발생층은 음극측 상의 정공 발생층과 발광층 사이에 개재된다.
발광 소자, 전압-휘도 전자 공여성, 발광층, 정공 발생층, 전자 발생층, 음극, 양극
Description
도 1은 본 발명에 따른 발광 소자를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 발광 소자를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 발광 소자를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 발광 소자를 도시한 도면.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 박막 발광 소자를 제조하는 공정을 도시한 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 박막 발광 소자를 제조하는 공정을 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 표시 장치의 구조의 예를 도시한 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 발광 장치의 평면도 및 단면도.
도 9a 및 도 9e는 본 발명이 적용될 수 있는 전자 기기들의 예들을 도시한 도면.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 표시 장치의 구조의 예들을 도시한 도면.
도 11a 및 도 11f는 본 발명에 따른 표시 장치의 화소 회로의 예들을 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 따른 표시 장치의 보호 회로의 예를 도시한 도면.
도 13은 실시예1의 소자의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프.
도 14는 실시예1의 소자의 전압-전류 특성을 도시한 그래프.
도 15는 실시예2의 소자의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프.
도 16은 실시예2의 소자의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프.
도 17은 실시예2의 소자의 전압-전류 특성을 도시한 그래프.
도 18은 실시예2에서 시간에 따른 소자의 전압의 변화를 나타내는 그래프.
도 19는 실시예2에서 시간에 따른 소자의 휘도의 변화를 나타내는 그래프.
도 20은 실시예3에서 소자의 전압-휘도 특성을 나타내는 그래프.
도 21은 실시예3에서 소자의 전압-전류 특성을 나타내는 그래프.
도 22a 내지 도 22c는 α-NPD 및 몰리브덴 산화물을 포함한 복합 재료의 흡수 스펙트럼도.
도 23a 내지 도 23c는 DNTPD 및 몰리브덴 산화물을 포함한 복합 재료의 흡수 스펙트럼도.
도 24는 광학 거리와 전류 효율 간 관계를 도시한 그래프.
도 25는 광학 거리 및 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
본 발명은 전극들 사이에 발광 물질을 포함한 박막을 개재하고 전류를 인가함으로써 광을 방출하는 발광 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 표시 장치 및 발광 소자를 사용하는 전자 기기에 관한 것이다.
전류가 인가되었을 때 스스로 광을 방출하는, 자체 발광형의 박막 발광 소자를 사용한 디스플레이가 광범하게 개발되었다.
이 박막 발광 소자는 유기물 및 무기물 중 하나 또는 둘 다를 사용하여 형성된 단층 또는 다층 박막에 전극을 접속하고 전류를 인가함으로써 광을 방출한다. 이러한 박막 발광 소자는 전력 소비를 감소시키고, 공간을 덜 점유하며, 가시도를 증가시킬 것으로 예상되며, 시장은 더욱 확장할 것으로 또한 예상된다.
다층 구조를 갖는 발광 소자의 각 층에 대해 기능을 분할함으로써 전보다 더 효율적으로 광을 방출하는 소자를 제조하는 것이 가능하게 되었다(예를 들면, 참조문헌 1: Applied Physics Letters, Vol.51, No.12, 913-915(1987), C.W.Tang 외. 를 참조).
다층 구조를 갖는 박막 발광 소자는 양극와 음극 사이에 개재된 발광 적층체(light-emitting laminated body)를 구비한다. 발광 적층체는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함한다. 이들 층들 중에서, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층은 발광 소자 구조에 따라 항상 사용되는 것은 아니다.
위와 같은 발광 적층체 내 정공 주입층은 금속 전극으로부터 유기물을 주로 포함하는 층으로 비교적 쉽게 정공들을 주입할 수 있는 재료를 선택하여 형성된다. 발광 적층체 내 전자 수송층은 전자 수송성들이 우수한 재료를 선택하여 형성된다. 이에 따라, 발광 적층체 내 각 층은 각 기능이 우수한 재료를 선택하여 형성된다.
그러나, 전극으로부터 유기물을 주로 포함하는 재료에, 비교적 쉽게 전자들을 주입할 수 있는 재료, 또는 미리 결정된 이동도 또는 그 이상으로 전자들을 수송할 수 있는, 주로 유기물을 포함한 재료는 매우 제한적이다. 재료에 대한 제한으로부터 명백하듯이, 전극으로부터, 유기물을 주로 포함하는 층으로의 전자들의 주입은 발생하기가 원래 희박하다. 이것은 구동 전압이 시간에 걸쳐 과하게 증가한다는 문제를 야기한다.
결국, 본 발명의 목적은 시간에 걸쳐 구동 전압의 증가가 작은 구조를 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 구동 전압이 낮고 시간에 걸쳐 구동 전압의 증가가 작고 장기간 사용을 견딜 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 발광 소자 내 전극과 접한 층은 P형 반도체를 포함한 층과 같은 정공 발생층이거나 전자 수용성들을 갖는 재료를 포함한 유기물 층이며, 발광층은 정공 발생층들 사이에 개재되고, 전자 발생층은 음극측 상의 정공 발생층과 발광층 사이에 형성된다. 이는 시간에 따른 구동 전압의 증가가 작아지는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 구조들 중 하나를 갖는 발광 소자는 양극 및 음극을 포함한 한 쌍의 전극들, 정공들을 발생하는 제 1 층 및 제 2 층, 발광 물질을 포함한 제 3 층, 및 전자들을 발생하는 제 4 층을 포함하고, 상기 제 3 층은 전극들 사이에 제공된 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 개재되고, 제 4 층은 제 3 층과 제 2 층 사이에 제공되고, 제 2 층은 음극과 접한다.
본 발명에 따른 구조들 중 하나를 갖는 발광 소자는 양극 및 음극을 포함한 한 쌍의 전극들, P형 반도체를 포함하는 제 1 층 및 제 2 층, 발광 물질을 포함한 제 3 층, 및 N형 반도체를 포함한 제 4 층을 포함하고, 상기 제 3 층은 전극들 사이에 제공된 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 개재되고, 제 4 층은 제 3 층과 제 2 층 사이에 제공되고, 제 2 층은 음극과 접한다.
본 발명에 따른 또 다른 구조를 갖는 발광 소자는 양극 및 음극을 포함한 한 쌍의 전극들, 제 1 유기물과 제 1 유기물에 대한 전자 수용성들을 갖는 물질을 포함한 제 1 층 및 제 2 층, 발광 물질을 포함한 제 3 층, 및 제 2 유기물과 제 2 유기물에 대한 전자 공여성을 갖는 물질을 포함한 제 4 층을 포함하고, 상기 제 3 층은 전극들 사이에 제공된 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 개재되고, 제 4 층은 제 3 층과 제 2 층 사이에 제공되고, 제 2 층은 음극과 접한다.
본 발명에 따른 구조를 갖는 발광 소자에서, 시간에 따른 구동 전압의 증가가 억제될 수 있다.
또한, 시간에 따른 구동 전압의 증가가 작고 장기간 사용에 견딜 수 있는 표시 장치가 제공될 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 실시 모드들 및 실시예들을 기술한다. 그러나, 본 발명은 많은 서로 다른 모드들로 수행될 수 있으므로, 당업자는 모드들 및 상세들이 본 발명의 범위 내에서 수정될 수 있음을 알 것이다. 그러므로, 본 발명은 다음의 실시 모드들 및 실시예들의 기재 내용으로 한정되는 것으로 해석되지 않는다.
[실시 모드 1]
본 실시 모드는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 발광 소자의 구조를 기술한다. 본 발명에 따른 발광 소자에서, 발광 물질을 포함한 발광층(104) 및 전자 발생층(105)이 적층되고, 발광층(104) 및 전자 발생층(105)은 제 1 정공 발생층(102)과 제 2 정공 발생층(103) 사이에 개재된다. 제 1 정공 발생층(102) 및 제 2 정공 발생층(103)은 양극(101)과 음극(106) 사이에 또한 개재되고, 기판 또는 절연막과 같은 절연체(100) 상에 적층된다. 기판 또는 절연막과 같은 절연체(100) 상에, 양극(101), 제 1 정공 발생층(102), 발광층(104), 전자 발생층(105), 제 2 정공 발생층(103), 및 음극(106)이 순차적으로 적층된다(도 1). 대안적으로, 이 순서는 반대일 수도 있는 것으로, 음극(106), 제 2 정공 발생층(103), 전자 발생층(105), 발광층(104), 제 1 정공 발생층(102), 및 양극(101)이 순차적으로 적층될 수 있다(도 2).
제 1 정공 발생층(102) 및 제 2 정공 발생층(103)은 서로 다른 재료들 또는 동일 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 정공 수송 재료 및 정공 수송 재료로부터 전자들을 받을 수 있는 전자 수용 재료 둘 다를 포함한 층, 또는 P형 반도체층, 또는 P형 반도체를 포함한 층이 사용된다. 정공 수송 재료로서는 예를 들면 방향족 아민 화합물(질소를 가진 벤젠 고리의 결합(bond)을 가짐), 프탈로시아닌(phthalocyanine)H2Pc로 약칭됨), 또는 구리 프탈로시아닌(CuPc로 약칭됨) 또는 바나딜 프탈로시아닌(VOPc로 약칭됨)과 같은 프탈로시아닌 화합물이 사용될 수 있다. 방향족 아민 화합물은, 예를 들면, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-바이페닐(α-NPD로 약칭됨), 4,4'-비스[N-(3-메칠페닐)-N-페닐-아미노]-바이페닐(TPD로 약칭됨), 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(TDATA로 약칭됨), 4,4',4''-트리스[N-(3-메칠페닐)-N-페닐-아미노]-트리페닐아민(MTDATA로 약칭됨), 4,4'-비스(N-(4-(N,N-디-m-톨릴아미노)페닐)-N-페닐아미노)바이페닐(DNTPD로 약칭됨), 1,3,5-트리스[N,N-디(m-톨릴)아미노]벤젠(m-MTDAB로 약칭됨), 또는 4,4',4''-트리스(N-카바졸릴)트리페닐아민(TCTA로 약칭됨)이다. 정공 수송 재료로부터 전자들을 수용할 수 있는 전자 수용 재료로서는, 예를 들면, 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물, 7,7,8,9,-테트라사이노퀴노디메탄(TCNQ로 약칭됨), 2,3-디시아노나프토퀴논(DCNNQ로 약칭됨), 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디에탄(T4-TCNQ로 약칭됨) 등이 주어진다. 정공 수송 재료와의 조합에 따라 전자들을 수용할 수 있는 전자 수용 재료가 선택된다. 또한, 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 또는 구리 산화물과 같은 금속 산화물이 P형 반도체로서 사용될 수 있다.
전자 발생층(105)으로서, 전자 수송 재료 및 전자들을 전자 수송 재료에 공여할 수 있는 전자 공여 재료 둘 다를 포함한 층, N형 반도체층, 또는 N형 반도체를 포함한 층이 사용될 수 있다. 전자 수송 재료로서, 예를 들면, 다음이 사용될 수 있다: 트리스-(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3로 약칭됨), 트리스(4-메칠-8-퀴놀리노라토)알루미늄(Almq3로 약칭됨), 비스(10-하이드로옥시벤조[h]-퀴놀리노라토)베릴륨(BeBq2로 약칭됨), 또는 비스(2-메칠-8-퀴놀리노라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(BAlq로 약칭됨)와 같은, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체. 이 외에도, 비스[2-(2-하드로옥시페닐)벤조옥사졸레이트]아연(Zn(BOX)2로 약칭됨) 또는 비스[2-(2-하이드로옥시페닐)벤조티아졸레이트]아연(Zn(BTZ)2로 약칭됨)과 같은 옥사졸(oxazole) 또는 티아졸 리간드(thiazole ligand)를 갖는 금속 착체가 사용될 수 있다. 금속 화합물 외에도, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-터트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(PBD로 약칭됨), 1,3-비스[5-(p-터트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(OXD-7로 약칭됨), 3-(4-터트-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트리아졸(TAZ로 약칭됨), 3-(4-터트-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트라아졸(p-EtTAZ로 약칭됨), 바토페날트로린(PBhen으로 약칭됨), 바토쿠프로인(BCP로 약칭됨) 등이 사용될 수 있다. 전자들을 전자 수송 재료에 공여할 수 있는 전자 공여 재료로서, 예를 들면, 리튬 또는 세슘과 같은 알칼리 금속, 마그네슘, 칼슘과 같은 알칼리 토류 금속, 또는 에르븀 또는 이테르븀과 같은 희토류 금속이 사용될 수 있다. 전자들을 공여할 수 있는 전자 공여 재료는 전자 수송 재료와의 조합에 따라 선택된다. 또한, 금속 산화물과 같은 금속 화합물은 N형 반도체로서 사용될 수 있고, 예를 들면, 아연 산화물, 아연 황화물, 아연 셀렌화물, 티탄 산화물 등이 사용될 수 있다.
발광 물질을 포함한 발광층(104)은 두 유형들로 분할된다. 이들 중 하나는 루미네슨스 중심(luminescence center)이 될 발광 물질이 발광 물질보다 넓은 에너지 갭을 갖는 재료로 형성된 층 내 확산되는 층이다. 다른 하나는 발광 물질로 구성되는 층이다. 전자의 구조는 농도 퀀칭(quenching)이 일어나기 어렵기 때문에 바람직하다. 루미네슨스 중심일 될 발광 물질로서, 다음이 사용될 수 있다: 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-[-2-(1,1,7,7-테트라메칠-9-쥴로리딜)에테닐)-4H-피란(DCJT로 약칭됨); 4-디시아노메틸렌-2-t-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-쥴로리딘-9-일)에테닐]-4H-피란; 파리플란텐; 2,5-디시아노-1,4-비스[2-(10-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-쥴로리딘-9-일)에테닐]벤젠, N,N'-디메틸퀴나크리돈(DMQd로 약칭됨), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3로 약칭됨), 9,9'-비안트릴, 9,10-디페닐안트라센(DPA로 약칭됨), 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(DNA로 약칭됨), 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌(TBP로 약칭됨) 등. 발광 물질이 확산되는 층을 형성하는 경우에 기저(base) 재료가 될 물질로서, 다음이 사용될 수 있다: 9,10-디(2-나프틸)-2-터트-부틸안트라센(t-BuDNA로 약칭됨)과 같은 안트라센 유도체, 4,4'-비스(N-카바졸릴)바이페닐(CBP로 약칭됨)과 같은 카바졸 유도체, 또는 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3로 약칭됨), 트리스(4-메칠-8-퀴놀리노라토)알루미늄(Almq3로 약칭됨), 비스(10-하이드로옥시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(BeBq2로 약칭됨), 비스(2-메칠-8-퀴놀리노라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(BAlq로 약칭됨), 비스[2-(2-하이드로옥시페닐)파리디나토]아연(Znpp2로 약칭됨), 또는 비스[2-(2-하이드로옥시페닐)벤조옥사졸레이트]아연(ZnBOX로 약칭됨)과 같은 금속 착체. 단독으로 발광층(104)을 구성할 수 있는 재료로서, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3로 약칭됨), 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(DNA로 약칭됨), 또는 비스(2-메칠-8-퀴놀리노라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(BAlq으로 약칭됨) 등이 사용될 수 있다.
발광층(104)은 단층 구조 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 발광층(104) 내에서 정공 수송층은 제 1 정공 발생층(102)과, 발광 물질이 확산된 층 사이에 제공될 수 있다. 또한, 발광층(104) 내에서 전자 수송층은 전자 발생층(105)과, 발광 물질이 확산된 층 사이에 제공될 수도 있다. 이들 층들은 반드시 제공될 필요는 없다. 이와는 달리, 정공 수송층 및 전자 수송층 중 단지 하나만이 제공될 수도 있다. 정공 수송층 및 전자 수송층의 재료들은 각각 정공 발생층 내 정공 수송층의 재료와 전자 발생층 내 정공 수송층의 재료에 따르며, 여기서는 설명을 생략한다. 이에 대해선 이들 층들의 설명을 참조한다.
양극(101)는 금속, 합금, 각각이 높은 일함수(4.0eV 이상의 일함수)를 갖는 전기 전도성 화합물, 또는 이들의 혼합물로 형성되는 것이 바람직하다. 양극 재료의 구체적인 예로서, 다음이 사용될 수 있다: ITO(인듐 주석 산화물), 실리콘을 포함하는 ITO, 인듐 산화물에 아연 산화물(ZnO)이 2 내지 20%로 혼합된 IZO(인듐 아연 산화물), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 TiN과 같은 금속 질화물. 한편, 음극(106)를 형성하는데 사용되는 음극 재료로서, 금속, 합금, 각각이 낮은 일함수(3.8eV 이하의 일함수)를 갖는 전기 전도성 화합물, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 음극 재료의 구체적인 예로서, 다음이 사용될 수 있다: 주기율표에서 1족 2족에 속하는 원소; Mg, Li 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, 또는 Ca 또는 Sr과 같은 알칼리 토류 금속. 또한, Mg:Ag 또는 Al:Li와 같은 전술한 원소를 포함한 합금, LiF, CsF 또는 CaF2와 같은 전술한 원소를 포함한 화합물, 희토류 금속을 포함한 천이 금속도 사용될 수 있다. 또한, 위의 원소 및 Al, Ag, 또는 ITO와 같은 또 다른 금속(합금을 포함한)을 포함한 다층이 사용될 수 있다.
양극(101) 외에, 제 1 정공 발생층(102), 발광층(104), 정공 발생층(105), 제 2 정공 발생층(103), 및 음극(106), 발광층은 양극(101)와 제 1 정공 발생층(102) 사이에 정공 주입층(107)을 구비할 수도 있다(도 3, 도 4). 프탈로시아닌 화합물은 정공 주입층(107)에 효과적이다. 예를 들면, 프탈로시아인(H2-Pc로 약칭됨), 구리 프탈로시아닌(Cu-Pc로 약칭됨) 등이 사용될 수 있다.
위의 재료는 단지 예이며, 재료는 본 발명의 이점이 얻어지는 한 당업자에 의해 적합하게 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 위의 구조를 갖는 발광 소자에서, 정공들은 전압을 인가함으로써 제 2 정공 발생층(103)으로부터 제 2 전극에 주입된다. 또한, 전자들은 전자 발생층(105)으로부터 발광층(104)에 주입된다. 또한, 정공들은 제 1 정공 발생층(102)으로부터 발광층(104)에 주입된다. 이어서, 주입된 전자들 및 정공들은 발광층에서 재결합되고, 여기된 발광 물질이 기저 상태로 되돌아 갈 때 발광된다. 여기서, 본 발명에 따른 발광 소자에서, 주로 유기물을 포함하는 층에 전극으로부터 전자들이 주입되는 것이 아니라 유기물을 주로 포함하는 층으로부터 화합물을 주로 포함하는 층으로 주입된다. 전자들은 유기물을 주로 포함하는 층에 전극으로부터 주입되기가 어렵다. 종래의 발광 소자에서, 유기물을 주로 포함하는 층으로 전극으로부터 전자들이 주입될 때 구동 전압은 증가하였다. 그러나, 본 발명에 따른 발광 소자는 이러한 프로세스가 없기 때문에, 저 구동 전압을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다. 더욱이, 발광 소자가 더 높은 구동 전압을 가질 때 구동 전압이 더 과하게 시간에 따라 증가함을 실험으로부터 이미 알았다. 그러므로, 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자는 시간에 따라 구동 전압의 증가가 작은 발광 소자로서 작용한다.
[실시 모드 2]
본 발명의 또 다른 실시 모드를 기술한다. 본 실시 모드는 제 1 정공 발생층(102)의 두께와 제 2 정공 발생층(103)의 두께를 적합하게 조절함으로써 발광 소자 및 표시 장치의 시야각의 특성을 향상시키는 예를 기술한다. 본 실시 모드에서 다층 구조 및 발광 소자의 재료는 실시 모드1과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다. 이에 대해선 실시 모드 1을 참조한다.
발광 소자로부터 방출된 광은 발광층(104)으로부터 직접 방출된 광 및 1회 또는 복수회 반사된 후에 방출된 광을 포함한다. 직접 방출된 광과 반사된 후에 방출된 광은 이들의 위상들 간의 관계에 따라 간섭하므로 이들은 서로 보강되거나 감쇄된다. 그러므로, 발광 소자로부터 방출된 광은 간섭 결과 조합된 광이다.
저 굴절률을 갖는 매체로부터 고 굴절률의 매체에 입사하였을 때 반사되는 광의 위상은 반전된다. 이러한 이유로, 실시 모드 1에서 보인 구조들을 갖는 발광 소자에서, 광의 위상은 광이 양극(101) 또는 음극(106)과 같은 전극과 이 전극과 접한 층 간 계면에서 반사될 때 반전된다. 전극에서 반사된 광이 발광층으로부터 방출된 광과 간섭할 때, 발광층과 전극 간의 광학 거리(굴절률 x 물리적 거리)가 (2m-1)λ/4(m은 1 이상의 자연수이고 λ는 발광층으로부터 방출된 광의 중심 파장)를 만족한다면, 광이 추출되는 표면의 시야각에 따라 발생하는 스펙트럼 형상의 변화를 감소시키고, 발광 소자의 전류 효율을 증가시키는 것이 가능하다. 전류 효율은 흐르는 전류에 관한 휘도(luminance)를 나타낸다. 전류 효율이 클 때, 작은 량의 전류로도 미리 결정된 휘도가 얻어질 수 있다. 더욱이, 발광 소자의 열화는 거의 없게 된다.
굴절률의 갭이 작은 막들 간에 반사는 작기 때문에, 전극과 전극과 접한 막 간의 계면에서의 반사를 제외한 반사들은 무시할 수 있다. 그러므로, 이 실시 모드에서는 전극과 이 전극과 접한 막 간의 반사에만 유의한다.
양극(101)측으로부터 광이 추출되는 발광 소자의 경우에, 광은 음극(106)에서 반사된다. 이러한 이유로, 발광 소자의 전류 효율을 증가시키고 광이 추출되는 표면의 시야각에 따라 발생하는 스펙트럼 형상의 변화를 감소시키기 위해서, 발광 위치로부터 음극(106)의 표면까지의 광학 거리(굴절률 x 물리적 거리)는 (2m-1)λ/4(m은 1 이상의 자연수이고 λ는 발광층으로부터 방출된 광의 중심 파장)일 필요가 있다.
발광층(104)은 발광 물질을 포함한 층을 가진 단층 구조로 형성될 수도 있고, 또는 전자 수송층이나 정공 수송층과 같은 층 및 발광 물질을 포함한 층을 포함한 다층 구조로 형성될 수도 있다. 발광 물질을 포함한 층은 루미네슨스 중심일 될 발광 물질이 확산된 층일 수도 있고 또는 발광 물질로 구성된 층일 수도 있다.
서로 다른 재료들로 형성된 다층들은 발광 위치와 음극(106) 사이에 제공된다. 이 실시 모드에서, 다층들은 전자 발생층(105)과 제 2 정공 발생층(103)에 대응한다. 반 두께에 대응하는 발광 물질을 포함한 층의 부분은 발광 위치와 음극(106) 사이에 위치한 층으로서 간주될 수 있다. 다층들로 발광층을 형성하는 경우에, 서로 다른 재료들로 형성된 더 많은 층들이 포함될 수도 있다. 이러한 구조에서, 발광 위치에서 음극(106)까지의 광학 거리는 각각의 막들의 두께들과 굴절률들을 곱하고 이들 곱한 것들을 합산함으로써 산출될 수 있다. 전체는 (2m-1)λ/4(m은 1 이상의 자연수이고 λ는 발광층으로부터 방출된 광의 중심 파장)이 되도록 설정된다. 즉, 다음 식(1)이 만족된다. 식(1)에서, 발광 물질을 포함한 층은 1로 하고 음극(106)은 j(j는 4 이상의 정수)로 하고 발광 물질을 포함한 층과 음극(106) 간 존재하는 층들엔 발광 물질을 포함한 층부터 순서대로 숫자들로 표기하였다. 또한, 어떤 숫자가 주어진 굴절률 n 및 두께 d는 같은 숫자가 주어진 층의 굴절률 및 두께를 나타낸다(즉, n1은 발광 물질을 포함한 층의 굴절률이고 dj는 음극의 두께이다).
여기서, 식(1)을 만족시키기 위해서 막 두께를 조절하는 것이 필요하다. 유기물을 주로 포함한 층은 낮은 전자 이동도를 갖기 때문에, 전자 수송 재료와 전자들이 캐리어로서 작용하는 전자 발생층(105)이 두꺼울 때 구동 전압은 증가한다. 결국, 이 실시 모드에서, 유기물을 주로 포함하는 층에서 이동도가 비교적 큰 제 2 정공 발생층(103)의 두께가 조정되고, 이에 의해 구동 전압을 크게 증가시키지 않더라도 식(1)이 만족된다.
광이 음극(106)측으로부터 추출되는 발광 소자의 경우에, 광이 양극(101)에서 반사된다. 그러므로, 발광 소자의 전류 효율을 증가시키고 광이 추출되는 표면의 시야각에 따라 발생하는 스펙트럼 형상의 변화를 감소시키기 위해서, 발광 위치부터 양극(101)의 표면까지의 광학 거리(굴절률 x 물리적 거리)는 (2m-1)λ/4(m은 1 이상의 자연수이고 λ는 발광층으로부터 방출된 광의 중심 파장)로 설정된다.
발광층(104)은 발광 물질을 포함한 층을 가진 단층 구조로 형성될 수도 있고, 또는 전자 수송층이나 정공 수송층과 같은 층 및 발광 물질을 포함한 층을 포함한 다층 구조로 형성될 수도 있다. 발광 물질을 포함한 층은 발광 중심이 될 발광 물질이 확산되는 층일 수도 있고, 발광 물질로 구성된 층일 수도 있다. 그러나, 위에 언급된 구조들 중 어느 한 구조에서, 발광 물질을 포함한 층은 어떤 정도의 두께를 가지며 무한 개소의 루미네슨스 중심들이 존재하므로, 발광이 일어나는 정확한 위치를 정하기는 불가능하다. 따라서, 이 실시 모드에서, 반 두께에 대응하는 발광 물질을 포함한 막의 부분의 위치는 발광이 일어나는 위치로서 간주된다.
하나 또는 다층들은 발광이 일어나는 위치와 양극(101) 사이에 위치한다. 이 실시 모드에서, 층은 제 1 정공 발생층(102)에 대응한다. 또한, 반 두께에 대응하는 발광 물질을 포함한 층의 부분은 발광이 일어나는 위치와 양극(101) 사이에 놓인 층이라고 할 수 있다. 또한, 발광층이 다층들로 형성되는 경우 더 많은 층들이 포함될 수도 있다. 이러한 구조에서, 발광 위치부터 양극(101)까지의 광학 거리는 각각의 막들의 두께들과 굴절률들을 곱하고 이들 곱한 것들을 합산함으로써 산출될 수 있다. 즉, 다음 식(2)이 만족된다. 식(2)에서, 발광 물질을 포함한 층은 1로 하고 양극(101)는 j(j는 4 이상의 정수)로 하고 발광 물질을 포함한 층과 양극(101) 간에 존재하는 층들엔 발광 물질을 포함한 층부터 순서대로 숫자들로 표기하였다. 또한, 어떤 숫자가 주어진 굴절률 n 및 두께 d는 같은 숫자가 주어진 층의 굴절률 및 두께를 나타낸다(즉, n1은 발광 물질을 포함한 층의 굴절률이고 dj는 음극의 두께이다).
여기서, 식(2)을 만족시키도록 막 두께를 조절하는 것이 필요하다. 이 실시 모드에서, 식(2)는 유기물을 주로 포함하는 층에서 이동도가 비교적 큰 제 1 정공 발생층(102)의 두께를 조절함으로써, 구동 전압을 크게 증가시키지 않더라도 만족될 수 있다.
광이 양극(101) 및 음극(106) 둘 다로부터 추출되는 구조의 경우에, 식(1) 및 식(2) 둘 다가 만족될 수 있다.
이 실시 모드에서 보인 발광 소자의 구조로, 광이 추출되는 표면의 시야각에 따라 발생하는 발광 스펙트럼의 변화가 감소되는 발광 소자를 제공하는 것이 가능하다.
본 실시 모드는 실시 모드 1과 조합될 수 있다.
[실시 모드3]
이 실시 모드는 도 5a 내지 도 6c를 참조하여 제조 방법을 보임과 아울러 실시 모드1 또는 실시 모드2에 보인 본 발명에 따른 표시 장치를 기술한다. 이 실시 모드가 능동 매트릭스 표시 장치를 제조하는 예를 보일지라도, 본 발명의 발광 소자는 수동 매트릭스 표시 장치에도 적용될 수 있다.
먼저, 제 1 기저 절연층(51a) 및 제 2 기저 절연층(51b)이 기판(50) 상에 형성되고, 그 후, 반도체층이 제 2 기저 절연층(51b) 상에 형성된다(도 5a).
기판(50)의 재료로서, 유리, 석영, 플라스틱(이를테면 폴리이미드, 아크릴, 폴리에칠렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 또는 폴리에테르술폰) 등이 사용될 수 있다. 이들 기판들은 필요시 CMP 등에 의해 연마된 후에 사용될 수 있다. 이 실시 모드에서는 유리 기판이 사용된다.
기판(50) 내 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속과 같은 반도체막의 특성에 악영향을 미치는 소자가 반도체층으로 확산되는 것을 방지하기 위해서 제 1 기저 절연층(51a) 및 제 2 기저 절연층(51b)이 제공된다. 이들 기저 절연층들의 재료로서, 산화실리콘, 질화실리콘, 질소를 포함하는 산화실리콘, 산소를 포함하는 질화실리콘 등이 사용될 수 있다. 이 실시 모드에서, 제 1 기저 절연층(51a)은 질화실리콘으로 형성되고, 제 2 기저 절연층(51b)은 산화실리콘으로 형성된다. 이 실시 모드에서, 기저 절연층이 제 1 기저 절연층(51a) 및 제 2 기저 절연층(51b)을 포함하는 2층 구조로 형성될지라도, 기저 절연층은 단층 구조로 형성될 수도 있고 3층 이상의 층들을 포함하는 다층 구조로 형성될 수도 있다. 기저 절연층은 기판으로부터의 불순물의 확산이 현저한 문제가 되지 않을 땐 필요하지 않다.
이 실시 모드에서, 후속하여 형성되는 반도체층은 레이저 빔으로 비정질 실리콘막을 결정화함으로써 얻어진다. 비정질 실리콘막은 스퍼터링법, 감압 CVD법, 또는 플라즈마 CVD법과 같은 공지의 방법으로 제 2 기저 절연층(51b) 상에 20 내지 100 nm 두께(바람직하게는 30 내지 60 nm 두께)로 형성된다. 이후에, 탈수소화를 위해 500℃에서 1시간 동안 열처리가 수행된다.
다음에, 결정질 실리콘막을 형성하기 위해 레이저 조사 장치로 비정질 실리콘막이 결정화된다. 이 실시 모드에서, 레이저 결정화에 엑시머 레이저가 사용된다. 방출된 레이저 빔이 광학 시스템을 사용하여 선형 빔 스폿으로 정형화된 후에, 비정질 실리콘막이 선형 빔 스폿으로 조사된다. 이에 따라, 반도체층으로서 사용하게 될 결정질 실리콘막이 형성된다.
대안적으로, 비정질 실리콘막은 결정화가 열처리에 의해서만 행해지는 방법 또는 열처리가 결정화하기 위한 촉매 원소를 사용하여 행해지는 방법과 같은 또 다른 방법에 의해 결정화될 수 있다. 결정화하기 위한 원소로서, 니켈, 철, 팔라듐, 주석, 납, 코발트, 백금, 구리, 금 등이 주어진다. 이러한 원소를 사용함으로써, 열처리만에 의한 결정화보다 짧은 시간에 낮은 온도에서 결정화가 행해지며, 따라서 유기 기판에의 손상이 억제된다. 열처리만으로 결정화한 경우, 고온을 견딜 수 있는 석영 기판이 기판(50)으로서 사용되는 것이 바람직하다.
이어서, 소위 채널 도핑인 임계값을 제어하기 위해서 소량의 불순물 원소들이 필요시 반도체층에 첨가된다. 요구된 임계값을 얻기 위해서, N형 또는 P형(이를테면 인 또는 보론)을 나타내는 불순물이 이온 도핑법 등에 의해 첨가된다.
이후에, 도 5a에 도시된 바와 같이, 섬 형상의 반도체층(52)이 얻어지도록 반도체층은 소정의 형상으로 패터닝된다. 패터닝은 마스크를 사용하여 반도체층을 에칭함으로써 행해진다. 마스크는, 포토 레지스트가 반도체층에 공급되고 포토 레지스트가 노광되고 베이킹되어 원하는 마스크 패턴을 갖는 레지스트 마스크가 반도체층 상에 형성되는 방법으로 형성된다.
다음에, 게이트 절연층(53)이 반도체층(52)을 덮도록 형성된다. 게이트 절연층(53)은 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법에 의해 실리콘을 포함하는 절연층으로 40 내지 150nm 두께로 형성된다. 이 실시 모드에서는 실리콘 산화물이 사용된다.
이어서, 게이트 전극(54)이 게이트 절연층(53) 상에 형성된다. 게이트 전극(54)은 탄탈, 텅스텐, 티탄, 몰리브덴, 알루미늄, 구리, 크롬, 및 니오븀으로 구성된 그룹 중에서 선택된 원소로 형성될 수도 있고, 또는 위의 원소를 주성분으로 포함한 합금 재료나, 화합물 재료로 형성될 수도 있다. 또한, 인과 같은 불순물 원소가 도핑된 다결정 실리콘막이 전형인 반도체막이 사용될 수도 있다. Ag-Pd-Cu 합금이 사용될 수도 있다.
게이트 전극(54)이 이 실시 모드에서 단층으로 형성될지라도, 게이트 전극(54)은 예를 들면 하층으로서 텅스텐과 상층으로서 몰리브덴의 2이상의 층들을 포함하는 다층 구조를 구비할 수도 있다. 다층 구조에서 게이트 전극을 형성하는 경우에도, 위에 언급한 재료가 사용되는 것이 바람직하다. 위의 재료들의 조합은 적합하게 선택될 수도 있다. 게이트 전극(54)은 포토 레지스트로 형성된 마스크를 사용하여 에칭에 의해 가공된다.
이어서, 불순물들은 게이트 전극(54)을 마스크로서 사용하여 고농도로 반도체층(52)에 첨가된다. 이 단계에 따라, 반도체층(52), 게이트 절연층(53), 및 게이트 전극(54)을 포함하는 박막 트랜지스터(70)가 형성된다.
박막 트랜지스터의 제조 공정은 특히 제한되지 않으며, 원하는 구조를 갖는 트랜지스터가 제조될 수 있도록 적합하게 변형될 수도 있다.
이 실시 모드가 레이저 결정화에 의해 얻어진 결정질 실리콘막을 사용하여 탑 게이트 박막 트랜지스터를 사용할지라도, 비정질 반도체막을 사용하여 바텀 게이트 박막 트랜지스터가 화소부에 적용될 수도 있다. 비정질 반도체에 실리콘만이 아니라 실리콘 게르마늄이 사용될 수 있다. 실리콘 게르마늄을 사용하는 경우, 게르마늄의 농도는 대략 0.01 내지 4.5 atomic%의 범위이다.
더욱이, 각각이 비정질 반도체 내에 0.5 내지 20nm의 직경을 갖는 결정 입자를 포함하는 미결정(microcrystal) 반도체(세미아모르퍼스(semi-amorphous) 반도체)막이 사용될 수도 있다. 0.5 내지 20nm의 직경을 갖는 결정의 미결정을 소위 마이크로결정(μc)이라 한다.
세미아모르퍼스 반도체에 속하는 세미아모르퍼스 실리콘(SAS라고도 함)은 글로우 방전에 따라 실리사이드 가스를 분해함으로써 얻어질 수 있다. 전형적인 실리사이드 가스로서, SiH4가 주어진다. 이외에도, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등이 사용될 수 있다. 실리사이드 가스를 수소, 또는 헬륨, 아르곤, 크립톤, 및 네온으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 또는 복수 종류의 희가스와 수소로 희석한 후의 실리사이드 가스를 이용함으로써, SAS가 쉽게 형성될 수 있다. 실리사이드 가스는 1:10 내지 1:1000의 희석비로 희석되는 것이 바람직하다. 글로우 방전에 따른 분해에 의해 막을 형성하는 반응은 0.1 내지 133 Pa의 범위에서 행해질 수 있다. 글로우 방전을 형성하기 위한 전력은 1 내지 120 MHz, 바람직하게는 13 내지 60 MHz의 범위에서 고주파수에서 공급될 수도 있다. 기판 가열 온도는 300℃ 미만인 것이 바람직하고, 100 내지 250℃ 범위 내인 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 형성된 SAS의 라만 스펙트럼은 520cm-1보다 낮은 파수 측으로 이동한다. X-선 회절에 따라, 실리콘 결정 격자의 회절 피크들은 (111) 및 (220)에서 관찰된다. 댕글링 본드의 종결제(terminating agent)로서, 수소 또는 할로겐이 적어도 1 atomic% 이상 첨가된다. 막 내 불순물 원소로서, 산소, 질소, 및 탄소와 같은 공기 내 불순물은 1x 1020 cm-1 이하인 것이 바람직하고, 특히, 산소의 농도는 5 x 1019/cm3 이하, 1 x 1019/cm3 이하인 것이 바람직하다. 이 막으로 제조된 TFT의 이동도는 μ=1 내지 10cm2/Vsec이다.
이 SAS는 레이저 빔에 의해 더 결정된 된 후에 사용될 수 있다.
이어서, 절연막(혼성막)(59)은 게이트 전극(54) 및 게이트 절연층(53)을 덮도록 질화실리콘으로 형성된다. 절연막(혼성막)(59)을 형성한 후에, 불순물 원소를 활성화하고 반도체층(52)을 수소화하기 위해서 대략 1시간 동안 480℃에서 열처리가 수행된다.
이어서, 절연막(혼성막)(59)을 덮도록 제 1 층간 절연층(60)이 형성된다. 제 1 층간 절연층(60)을 형성하기 위한 재료로서, 산화실리콘, 아크릴, 폴리이미드, 실록산, 낮은 k(low-k) 재료 등이 사용되는 것이 바람직하다. 이 실시 모드에서, 제 1 층간 절연층으로서 산화실리콘막이 형성된다. 본 명세서에서, 실록산은 골격 구조가 실리콘과 산소와의 결합를 포함하며 적어도 수소를 포함한 유기 그룹(이를테면 알킬 그룹 또는 아릴 그룹), 플루오로 그룹 또는 적어도 수소를 포함한 유기 그룹 및 치환물로서 풀루오로 그룹을 갖는 재료이다(도 5b).
다음에, 반도체층(52)에 이르는 콘택홀들(contact holes)이 형성된다. 콘택홀들은 반도체층(52)이 노출될 때까지 레지스트 마스크로 에칭함으로써 형성될 수 있다. 습식에칭 또는 건식에칭이 적용될 수 있다. 에칭은 조건에 따라 1회 또는 복수회 수행될 수도 있다. 에칭이 복수회 수행될 때, 습식에칭 및 건식에칭 둘 다가 수행될 수도 있다(도 5c).
이어서, 콘텍트 홀들 및 제 1 층간 절연층(60)을 덮도록 도전층이 형성된다. 도전층을 원하는 형상으로 가공함으로써 접속부(61a), 배선(61b) 등이 형성된다. 이 배선은 알루미늄, 구리 등의 단층일 수도 있다. 이 실시 모드에서, 배선은 밑에서부터 순서대로 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴의 다층 구조로 형성된다. 대안적으로, 티탄/알루미늄/티탄 또는 티탄/질화티탄/알루미늄/티탄의 구조가 또한 적용될 수도 있다(도 5d).
접속부(61a), 배선(61b), 및 제 1 층간 절연층(60)을 덮도록 제 2 층간 절연층(63)이 형성된다. 제 2 층간 절연층(63)의 재료로서, 아크릴, 폴리이미드, 실록산 등의 막과 같은 자기 평탄성들을 갖는 적용된 막이 바람직하다. 이 실시 모드에서, 제 2 층간 절연층(63)은 실록산으로 형성된다(도 5e).
다음에, 절연층이 제 2 층간 절연층(63) 상에 질화실리콘으로 형성될 수도 있다. 이것은 화소 전극을 에칭하는 나중 단계에서 제 2 층간 절연층(63)이 필요한 것보다 더 에칭되는 것을 방지하기 위한 것이다. 그러므로, 절연층은 특히 화소 전극과 제 2 층간 절연층 간의 에칭률의 차이가 클 때는 필요하지 않다. 다음에, 접속부(61a)에 도달하게 제 2 층간 절연층(63)을 관통하는 콘텍트 홀이 형성된다.
다음에, 콘텍트 홀 및 제 2 층간 절연층(63)(또는 절연층)을 덮도록 투광성 도전층이 형성된 후에, 박막 발광 소자의 양극(101)를 형성하도록 투광성 도전층이 가공된다. 여기서, 양극(101)은 접속부(61a)에 전기적으로 접한다. 양극(101)의 재료로서, 각각이 높은 일함수(4.0eV 이상의 일함수)를 갖는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, ITO(인듐 주석 산화물), 실리콘을 포함하는 ITO(ITSO), 아연 산화물(ZnO)이 산화인듐에 2 내지 20%만큼 혼합된 IZO(인듐 아연 산화물), 갈륨이 아연 산화물에 포함된 GZO(갈륨 아연 산화물), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 TiN과 같은 질화금속이 사용될 수 있다. 이 실시 모드에서, 양극(101)은 ITSO로 형성된다(도 6a).
다음에, 제 2 층간 절연층(63)(또는 절연층) 및 양극(101)을 덮도록 유기물 또는 무기물로 형성된 절연층이 형성된다. 이어서, 양극(101)를 부분적으로 노출시키도록 절연층이 가공되고, 그럼으로써 격벽(65)을 형성한다. 격벽(65)의 재료로서, 감광성 유기물(이를테면 아크릴 또는 폴리이미드)가 바람직하다. 이 외에도, 비-감광성 유기물 또는 무기물이 사용될 수도 있다. 또한, 흑색안료 또는 티탄 블랙 또는 탄소 질화물과 같은 염료가 확산 재료를 사용하여 격벽(65)의 재료로 확산되게 격벽(65)을 흑색이 되게 함으로써 블랙 매트릭스로서 격벽(65)이 사용될 수도 있다. 격벽(65)은 이의 곡률이 연속적으로 변화하면서 단부면이 제 1 전극 쪽으로 테이퍼된 형상을 갖는 것이 바람직하다(도 6b).
다음에, 격벽(65)으로부터 노출된 양극(101)의 부분을 덮기 위해서 발광 적층체(66)가 형성된다. 이 실시 모드에서, 발광 적층체(66)는 증착법 등에 의해 형성될 수도 있다. 발광 적층체(66)는 제 1 정공 발생층(102), 발광층(104), 전자 발생층(105), 및 제 2 정공 발생층(103)이 순차적으로 적층되어 형성된다.
제 1 정공 발생층(102) 및 제 2 정공 발생층(103)은 서로 다른 재료들 또는 동일 재료로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 정공 수송 재료 및 정공 수송 재료로부터 전자들을 받을 수 있는 전자 수용 재료 둘 다를 포함한 층, P형 반도체층, 또는 P형 반도체를 포함한 층이 사용된다. 정공 수송 재료로서, 예를 들면, 방향족 아민 화합물(질소와의 벤젠 고리의 결합을 갖는), 프탈로시아인(H2Pc로 약칭됨), 또는 구리 프탈로시아인(CuPc로 약칭됨) 또는 바나딜 프탈로시아난(VOPc로 약칭됨)과 같은 프탈로시아닌 화합물이 사용될 수 있다. 방향족 아민 화합물은 예를 들면 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-바이페닐(α-NPD로 약칭됨), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-바이페닐(TPD로 약칭됨), 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(TDATA로 약칭됨), 4,4',4''-트리스[N-(3-메칠페닐)-N-페닐-아미노]-트리페닐아민(MTDATA로 약칭됨), 또는 4,4'-비스(N-(4-N,N-디-m-톨릴아미노)페닐)-N-페닐아미노)바이페닐(DNTPD로 약칭됨)이다. 이들 정공 수송 재료들로부터 전자들을 받을 수 있는 전자 수용 재료는 예를 들면 다음이 사용될 수 있다: 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 7,7,8,8-테트라사이노퀴노다메탄(TCNQ로 약칭됨), 2,3-디시아노나프토귀논(DCNNQ로 약칭됨), 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ로 약칭됨) 등. 정공 수송 재료와의 조합에 따라 전자들을 수용할 수 있는 전자 수용 재료가 선택된다. 또한, 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 또는 구리 산화물이 P형 반도체로서 사용될 수 있다. 위에 언급된 재료들은 단지 예들이며, 당업자는 적합하게 선택할 수 있는 것에 유의한다. 정공 수송 재료 및 이 정공 수송 재료로부터 전자들을 수용할 수 있는 전자 수용 재료에 관하여, 전자 수송 재료에 대한 전자 수용 재료의 혼합비는 몰비(molar ratio)가 0.5 이상이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.5 내지 2의 범위가 바람직하다. 이 실시 모드에서, 제 1 정공 발생층 및 제 2 정공 발생층은 전자 수송 재료로서 α-NPD 를 사용하고, α-NPD로부터 전자들을 수용할 수 있는 전자 수용 재료로서 몰리브덴 산화물(MoO3)을 사용한다. α-NPD 및 MoO3는 질량비가 α-NPD:MoO3=4:1(몰비로 1에 해당함)이 되도록 공증착(co-evaporating)법에 의해 피착된다. 이 실시 모드에서, 제 1 정공 발생층은 50nm 두께로 형성되고 제 2 정공 발생층은 20nm 두께로 형성된다.
발광 중심이 될 발광 물질이 발광 물질보다 큰 에너지 갭을 갖는 재료를 포함한 층에 확산된 층으로 발광층(104)이 형성될 때, 다음 재료가 루미네슨스 중심이 될 발광 물질로서 사용될 수 있다: 4-디시아노메칠렌-2-메칠-6-[-2-(1,1,7,7-테트라메칠-9-쥴로리딜)에테닐)-4H-피란(DCJT로 약칭됨); 4-디시아노메틸렌-2-t-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메칠-쥴로리딘-9-일)에테닐]-4H-피란; 페리플란텐; 2,5-디시아노-1,4-비스[2-(10-메톡시-1,1,7,7-테트라메칠-쥴로리딘-9-일)에테닐]벤젠, N,N'-디메칠퀴나크리돈(DMQd로 약칭됨), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3로 약칭됨), 9,9'-비안트릴, 9,10-디페닐안트라센(DPA로 약칭됨), 9,10-비스(2-나프칠)안트라센(DNA로 약칭됨), 2,5,8,11,테트라-t-부틸페릴렌(TBP로 약칭됨) 등. 발광 물질이 확산되는 기저 재료가 될 재료로서, 다음이 사용될 수 있다: 9,10-디(2-나프틸)-2-터트-부틸안트라센(t-BuDNA로 약칭됨)과 같은 안트라센 유도체, 4,4'-비스(N-카바졸릴)바이페닐(CBP로 약칭됨)과 같은 카바졸 유도체, 또는 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3로 약칭됨), 트리스(4-메칠-8-퀴놀리노라토)알루미늄(Almq3로 약칭됨), 비스(10-하이드로옥시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(BeBq2로 약칭됨), 비스(2-메칠-8-퀴놀리노라토)-4-페닐페노라토-알루미늄(BAlq로 약칭됨), 비스[2-(2-하이드로옥시페닐)파리디나토]아연(Znpp2로 약칭됨), 또는 비스[2-(2-하이드로옥시페닐)벤조옥사졸레이트]아연(ZnBOX로 약칭됨)과 같은 금속 착체. 단독으로 발광층(104)을 구성할 수 있는 재료로서, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3), 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(DNA로 약칭됨), 비스(2-메칠-8-퀴놀리노라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(BAlq로 약칭됨) 등이 사용될 수 있다.
발광층(104)은 단층 구조 또는 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 정공 수송층은 제 1 정공 발생층(102)과, 발광층(104) 내에서 발광 물질이 확산된 층(또는 발광층을 포함한 층) 사이에 제공될 수 있다. 또한, 전자 수송층은 전자 발생층(105)과 발광층(104) 내에서 발광 물질이 확산된 층(또는 발광 물질을 포함한 층) 사이에 제공될 수 있다. 이들 층들은 항시 제공될 필요가 있는 것은 아니고, 정공 수송층 및 전자 수송층 중 단지 하나 또는 둘 다가 제공될 수도 있다. 정공 수송층 및 전자 수송층의 재료들은 정공 발생층 내 정공 수송층 및 전자 발생층 내 전자 수송층의 재료들에 따르며, 따라서, 여기서 설명을 생략한다. 이에 대해선 이들 층들에 대한 설명을 참조한다.
이 실시 모드에서, 정공 수송층, 발광 물질이 확산된 층, 및 전자 수송층이 정공 발생층(102) 상에 발광층(104)으로서 형성된다. α-NPD는 정공 수송층으로서 10nm 두께로 피착되며, Alq 및 쿠마린 6은 발광 물질이 확산된 층으로서 1:0.005의 질량비로 35nm 두께로 피착되고, Alq는 전자 수송층으로서 10nm 두께로 피착된다.
전자 발생층(105)으로서, 전자 수송 재료 및 전자 수송 재료에 전자들을 공여할 수 있는 전자 공여 재료 둘 다를 포함한 층, N형 반도체층, 또는 N형 반도체를 포함하는 층이 사용될 수 있다. 전자 수송 재료로서, 예를 들면, 다음이 사용될 수 있다: 트리스-(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3로 약칭됨), 트리스(4-메칠-8-퀴놀리노라토)알루미늄(Almq3로 약칭됨), 비스(10-하이드로옥시벤조[h]-퀴놀리노라토)베릴륨(BeBq2로 약칭됨), 또는 비스(2-메칠-8-퀴놀리노라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(BAlq로 약칭됨)와 같은 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체를 포함한 재료. 이 외에도, 비스[2-(2-하드로옥시페닐)벤조옥사졸레이트]아연(Zn(BOX)2로 약칭됨) 또는 비스[2-(2-하이드로옥시페닐)벤조티아졸레이트]아연(Zn(BTZ)2로 약칭됨)과 같은 옥사졸 또는 티아졸 리간드를 갖는 금속 착체를 포함하는 금속이 사용될 수 있다. 금속 착체 외에도, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-터트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(PBD로 약칭됨), 1,3-비스[5-(p-터트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(OXD-7로 약칭됨), 3-(4-터트-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트리아졸(TAZ로 약칭됨), 3-(4-터트-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트리아졸(p-EtTAZ로 약칭됨), 바토페난트롤린(PBhen으로 약칭됨), 바토쿠프로인(BPC로 약칭됨) 등이 사용될 수 있다. 전자들을 전자 수송 재료에 공여할 수 있는 전자 공여 재료로서, 예를 들면, 리튬 또는 세슘과 같은 알칼리 금속, 마그네슘, 칼슘과 같은 알칼리 토류 금속, 또는 에르븀 또는 이테르븀과 같은 희토류 금속이 사용될 수 있다. 전자들을 공여할 수 있는 전자 공여 재료는 전자 수송 재료와의 조합에 따라 선택된다. 또한, 아연 산화물, 아연 황화물, 아연 셀렌화물, 티탄 산화물 등이 N형 반도체로서 사용될 수 있다.
전자 수송 재료와 전자들을 전자 수송 재료에 공여할 수 있는 전자 공여 재료 간 혼합비는 몰비가 대략 1:0.5 내지 1:2, 바람직하게는 1:1이다. 전자 수송 재료는 Alq로 형성되고 Alq에 전자들을 공여할 수 있는 전자 공여 재료는 이 실시 모드에서 전자 발생층에 리튬(Li)으로 형성된다. 질량비가 Alq:Li=1:0.01이 되도록 공증착법에 의해 피착이 행해진다. 막 두께는 10nm로 설정된다.
상이한 방출 파장의 광을 방출하는 발광 소자는 각 화소가 컬러 표시를 행하도록 형성될 수 있다. 전형적으로, R(적색), G(녹색), 및 B(청색)의 각각의 색들에 대응하는 발광 소자들이 형성된다. 이 경우에도, 색 순도가 증가될 수 있고 화소부는 광이 방출되는 화소측에, 방출 파장의 광을 투과시키는 필터(유색층)를 제공함으로써 경면(반사)을 갖는 것이 방지될 수 있다. 필터(유색층)를 제공함으로써, 종래에 요구되었던 원형 편광판이 생략될 수 있고 발광 소자로부터 방출된 광의 손실이 억제될 수 있다. 더욱이, 화소부(디스플레이 스크린)을 비스듬히 볼 때 색의 톤의 변화가 감소될 수 있다.
발광 소자는 단색 또는 백색의 광이 방출되는 구조를 가질 수 있다. 백색의 발광 소자를 사용한 경우에, 특정 파장의 광을 투과시키는 필터(유색층)가 광을 방출하는 화소측에 제공된다. 이에 따라, 컬러 표시가 행해질 수 있다.
백색광을 방출하는 발광층을 형성하기 위해서, 증착법에 따라 순차적으로 예를 들면, Alq3, 적색광 방출을 위한 안료인 나일 레드(nile red)가 부분적으로 도핑된 Alq3, Alq3, p-EtTAZ 및 TPD(방향족 디아민)을 순차로 적층함으로써 백색광이 얻어질 수 있다.
또한, 발광층은 단일항 여기 발광 물질에 의해서만이 아니라 금속 착체 등을 포함한 삼중항 여기 발광 물질로도 형성될 수 있다. 예를 들면, 적색 발광 화소, 녹색 발광 화소, 및 청색 발광 화소 중에서 비교적 짧은 반수명 기간을 갖는 적색 발광 화소가 삼중항 여기 발광 물질로 형성되고, 다른 것들은 단일항 여기 발광 물질로 형성된다. 고 방출 효율 때문에, 삼중항 여기 발광 물질은 전력 소비가 동일 휘도를 얻을 만큼 낮은 특성을 갖는다. 즉, 삼중항 여기 발광 물질을 적색 화소에 적용하는 경우, 발광 소자에 흐르는 전류량이 작고, 따라서, 신뢰도가 향상될 수 있다. 낮은 전력 소비에서, 적색 발광 화소 및 녹색 발광 화소는 삼중항 여기 발광 물질로 형성되며, 청색 발광 화소는 단일항 여기 발광 물질로 형성될 수 있다. 삼중항 여기 발광 물질로, 인간의 가시도가 높은 녹색 발광 소자를 형성함으로써, 낮은 전력 소비가 달성될 수 있다.
삼중항 여기 발광 물질의 예로서, 다음이 사용될 수 있다: 금속 중심으로서 제 3 천이 원소들 중 하나인 백금을 포함한 금속 착체 또는 금속 중심으로서 이리듐을 포함한 금속 착체와 같은, 금속 착체를 도펀트로서 사용한 재료. 삼중항 여기 발광 물질은 이들 화합물들로 한정되는 것은 아니며, 위의 구조를 가지며 주기율표에서 금속 중심으로서 8 내지 10 족 중 어느 하나에 속하는 원소를 포함한 다른 화합물들이 사용될 수 있다.
위의 재료로 형성된 발광 소자는 순방향으로 바이어스를 인가함으로써 광을 방출한다. 발광 소자를 사용하여 형성된 표시 장치의 화소는 단순 매트릭스 방법 또는 능동 매트릭스 방법에 의해 구동될 수 있다. 어째든, 각각의 화소들은 특정 타이밍에서 순방향으로 바이어스를 인가함으로써 광을 방출하며 일정기간 동안 광을 방출하지 않는다. 발광 소자의 신뢰도는 이 비-방출 기간에 역방향으로 바이어스를 인가함으로써 증가될 수 있다. 발광 소자는 발광 강도가 어떤 구동 조건 하에서 감소하거나 비-방출 영역이 화소 내에서 확장하기 때문에 휘도가 감소하는 것으로 보이는 열화 모드들을 갖는다. 그러나, 순방향 및 역방향으로 바이어스를 인가함으로써 교번 구동이 행해질 때, 열화의 진전이 늦추어질 수 있고 발광 장치의 신뢰도가 향상될 수 있다.
이어서, 음극(106)은 발광 적층체(66)를 덮도록 형성된다. 따라서, 양극(101), 발광 적층체(66), 및 음극(106)을 포함하는 발광 소자(93)가 제조될 수 있다. 음극(106)을 형성하는데 사용된 음극 재료로서, 각각이 낮은 일함수(3.8 eV 미만의 일함수)를 갖는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 음극 재료의 구체적인 예로서, 다음이 주어질 수 있다: 주기율표에서 1 또는 2족에 속하는 원소, 즉 Li 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, Mg, Ca 또는 Sr과 같은 알칼리 토류 금속, Mg:Ag 또는 Al:Li와 같은 이들 원소들을 포함한 합금, 또는 LiF, CsF 또는 CaF2와 같은 이들 원소들을 포함한 화합물. 또한, 음극은 희토류 금속을 포함한 천이 금속으로 형성될 수도 있다. 또한, 위의 원소 및 Al, Ag, 또는 ITO와 같은 또 다른 금속(합금을 포함한)을 포함한 다층이 사용될 수 있다. 이 실시 모드에서, 음극은 알루미늄으로 형성된다.
위의 구조를 갖는 발광 소자에서, 구동 전압은 낮고 시간에 따른 구동 전압의 증가는 작다.
이 실시 모드에서 접속부(61a)와 전기적으로 접촉된 전극은 양극(101)이며, 그러나, 접속부(61a)와의 전기적으로 접촉된 전극은 음극(106)일 수도 있다. 이 경우, 발광 적층체(66)는 제 2 정공 발생층(103), 전자 발생층(105), 발광층(104), 및 제 1 정공 발생층(102)을 순차적으로 적층하여 형성될 수 있고, 양극(101)은 발광 적층체(66) 상에 형성될 수 있다.
그 후에, 플라즈마 CVD법에 의해 제 2 패시베이션막으로서 실리콘 산질화막이 형성된다. 실리콘 산질화막을 사용하는 경우에, 플라즈마 CVD법에 의해 SiH4, N2O, NH3로 제조된 실리콘 산질화막, 플라즈마 CVD법에 의해 SiH4 및 N2O로 제조된 실리콘 산질화막, 또는 SiH4 및 N2O가 플라즈마 CVD법에 의해 Ar로 희석되는 가스로 제조된 실리콘 산질화막이 형성되는 것이 바람직하다.
제 1 패시베이션막으로서, SiH4, N2O 및 H2로 제조된 실리콘 산질화 혼성막이 또한 적용될 수 있다. 제 1 패시베이션막의 구조는 단층 구조로 한정되는 것은 아니며, 제 1 패시베이션막은 단층 구조 또는 실리콘을 포함한 또 다른 절연층의 다층 구조로 형성될 수도 있다. 질화탄소막 및 질화실리콘막의 다층막, 스티렌 폴리머, 질화실리콘막, 또는 다이아몬드 유사 탄소막의 다층막이 실리콘 산질화막 대신 형성될 수도 있다.
이어서, 습기와 같은 열화 조장 재료로부터 발광 소자를 보호하기 위해서, 표시부는 시일링된다. 시일링을 위한 대향 기판을 사용하는 경우, 대향 기판과 소자 기판은 외부 접속부를 노출시키기 위해 절연 시일링 재료에 의해 서로 점착된다(pasted). 대향 기판과 소자 기판 간 공간은 건 질소와 같은 불활성 가스로 채워질 수도 있고, 또는 대향 기판을 점착시키기 위한 화소부의 전체 표면에 시일링 재료가 공급될 수도 있다. 시일링 재료로서 자외선 경화 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다. 기판들 간의 갭을 균일하게 유지하기 위한 건조재 또는 입자들이 시일링 재료에 혼합될 수도 있다. 이어서, 가요성 배선 기판이 외부 접속부에 점착됨으로써 표시 장치를 완성한다.
이와 같이 하여 제조된 표시 장치의 구조의 예를 도 7a 및 도 7b를 참조하여 기술한다. 형상들은 서로 다를지라도, 동일 기능을 갖는 동일 부분들에 동일 참조부호를 사용하여 이러한 부분들의 설명은 생략한다. 이 실시 모드에서, LDD 구조를 갖는 박막 트랜지스터(70)는 접속부(61a)를 통해 발광 소자(93)에 접속한다.
도 7a에서, 양극(101)은 투광성 도전막으로 형성되고 발광 적층체(66)로부터 방출되는 광이 기판(50) 측으로 추출되는 구조를 갖는다. 참조부호 94는 대향 기판을 나타내고, 이 기판은 발광 소자(93)를 형성한 후에 시일링 재료 등으로 기판(50)에 고정된다. 대향 기판(94)과 소자 간의 공간을 투광성 수지(88) 등으로 채우고 이 공간을 시일링함으로써, 발광 소자(93)가 습기로 인해 열화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 수지(88)는 습기 흡수성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 높은 투광성을 갖는 건조제(89)가 습기의 영향을 더욱 억제할 수 있으므로 수지(88) 내에서 확산되는 것이 더욱 바람직하다.
도 7b에서, 양극(101) 및 음극(106)은 둘 다 투광성 도전막으로 형성되며, 기판(50) 및 대향 기판(94) 양쪽으로 광이 추출될 수 있는 구조를 갖는다. 이러한 구조에서, 기판(50) 및 대향 기판(94) 외부에 편광판(90)을 제공함으로써 스크린이 투명되게 되는 것을 방지하는 것이 가능하고, 이에 의해 가시도가 증가된다. 보호막(91)은 편광판(90) 외부에 제공되는 것이 바람직하다.
아날로그 비디오 신호 또는 디지털 비디오 신호는 본 발명에 따른 표시 기능을 갖는 표시 장치에서 사용될 수도 있다. 디지털 비디오 신호는 전압을 사용하는 비디오 신호 및 전류를 사용하는 비디오 신호를 포함한다. 발광 소자가 광을 방출할 때, 화소에 입력되는 비디오 신호는 일정한 전압 또는 일정한 전류를 사용한다. 비디오 신호가 일정한 전압을 사용할 때, 발광 소자에 인가된 전압 또는 발광 소자에 흐르는 전류는 일정하다. 한편, 비디오 신호가 일정한 전류를 사용할 때, 발광 소자에 인가되는 전압 또는 발광 소자에 흐르는 전류는 일정하다. 일정 전압이 인가되는 발광 소자는 일정 전압에 의해 구동되고, 일정 전류가 흐르는 발광 소자는 일정 전류에 의해 구동된다. 일정 전류는 발광 소자의 저항 변화에 의한 영향을 받지 않으면서, 일정 전류에 의해 구동되는 발광 소자에 흐른다. 어느 방법이든 본 발명의 발광 표시 장치 및 이의 구동 방법에 사용될 수 있다.
이 실시 모드에서의 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 표시 장치에서, 구동 전압은 낮고, 시간에 따른 구동 전압의 증가는 작다.
[실시 모드4]
이 실시 모드는 도 8a 및 도 8b를 참조로 본 발명의 일 양태에 대응하는 발광 장치의 패널의 외관을 기술한다. 도 8a는 기판 상에 형성된 트랜지스터 및 발광 소자가 기판과 대향 기판(4006) 사이에 형성된 시일링 재료에 의해 시일링된 패널의 평면도이다. 도 8b는 도 8a의 단면도에 대응한다. 이 패널에 장착된 발광 소자의 구조는 전극과 접한 층이 정공 발생층이고 발광층이 정공 발생층들 사이에 개재된 구조이다. 또한, 발광 소자에서, 전자 발생층은 음극측 상에 정공 발생층과 발광층 사이에 제공된다.
시일링 재료(4005)는 기판(4001) 상에 제공된 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004)를 둘러싸도록 제공된다. 또한, 대향 기판(4006)은 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004) 상에 제공된다. 그러므로, 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004)는 기판(4001), 시일링 재료(4005), 및 대향 기판(4006)에 의해 충전 재료와 함께 시일링된다.
기판(4001) 상에 제공된 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004)는 복수의 박막 트랜지스터들을 구비한다. 도 8b는 신호선 구동 회로(4003)에 포함된 박막 트랜지스터(4008) 및 화소부(4002)에 포함된 박막 트랜지스터(4010)을 도시한 것이다.
발광 소자(4011)는 박막 트랜지스터(4010)에 전기적으로 접속된다.
또한, 리드(lead) 배선(4014)은 화소부(4002), 신호선 구동 회로(4003), 및 주사선 구동 회로(4004)에 신호 또는 전원 전압을 공급하기 위한 배선에 대응한다. 리드 배선(4014)는 리드 배선(4015a) 및 리드 배선(4015b)를 통해 접속 단자(4016)에 접속된다. 접속 단자(4016)는 이방성 도전막(4019)을 통해 가요성 인쇄회로(FPC)(4018)의 단자에 전기적으로 접속된다.
충전 재료(4007)로서, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스 외에도, 자외선 경화 수지 또는 열경화성 수지가 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리비닐 클로라이드, 아크릴, 폴리이미드, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리비닐 부티랄, 또는 에칠렌 비닐렌 아세테이트가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 표시 장치는 이의 카테고리에서 발광 소자를 구비한 화소부가 형성된 패널과 IC가 패널에 실장된 모듈을 포함하는 것에 유의한다.
이 실시예에서 보인 구조를 갖는 패널 및 모듈에서, 구동 전압은 낮으며 시간에 따른 구동 전압 증가는 작다.
[실시 모드 5]
모듈, 예를 들면 실시 모드 4에 예시한 모듈이 장착된 본 발명에 따른 전자 기기로서, 다음이 주어진다: 비디오 카메라 또는 디지털 카메라와 같은 카메라, 고글형 디스플레이(헤드장착형 디스플레이), 네비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카 오디오 컴포넌트 등), 컴퓨터, 게임기, 이동 정보 단말(이동 컴퓨터, 이동 전화, 이동 게임기, 전자책 등), 기록 매체를 장착한 이미지 재생 장치(구체적으로 디지털 다기능 디스크(DVD)와 같은 기록 매체를 재생하며 이미지를 표시하기 위한 디스플레이를 구비한 장치) 등. 도 9a 내지 도 9e는 이들 전자 기기의 구체적인 예들을 도시한 것이다.
도 9a는 예를 들면 텔레비전 수신 장치 또는 개인용 컴퓨터의 모니터에 대응하는 발광 표시 장치를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 발광 표시 장치는 케이스(2001), 표시부(2003), 스피커부(2004) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 발광 표시 장치에서, 표시부(2003)의 구동 전압은 낮고 시간에 따른 표시부(2003)의 구동 전압의 증가는 작다. 화소부에서, 편광판 또는 원형 편광판은 콘트라스트를 향상시키기 위해서 화소부에 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 시일링 기판에 1/4 파-판, 1/2 파-판, 및 편광판의 순서로 막들이 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 편광판 상에 반사 방지막이 제공될 수도 있다.
도 9b는 본체(2101), 케이스(2102), 표시부(2103), 오디오 입력부(2104), 오디오 출력부(2105), 조작키들(2106), 안테나(2108) 등을 포함하는 이동 전화를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 이동 전화의 표시부(2103)에서, 구동 전압은 낮고 시간에 따른 구동 전압의 증가는 작다.
도 9c는 본체(2201), 케이스(2202), 표시부(2203), 키보드(2204), 외부 접속 포트(2205), 포인팅 마우스(2206) 등을 포함하는 컴퓨터를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 컴퓨터의 표시부(2203)에서, 구동 전압은 낮고 시간에 따른 구동 전압의 증가는 작다. 도 9c가 랩탑 컴퓨터를 도시하지만, 본 발명은 하드 디스크가 표시부에 일체화된 데스크탑 컴퓨터에도 적용될 수 있다.
도 9d는 본체(2301), 표시부(2302), 스위치(2303), 조작키들(2304), 적외선 포트(2305) 등을 포함하는 이동 컴퓨터를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 이동 컴퓨터의 표시부(2302)에서, 구동 전압은 낮고 시간에 따른 구동 전압의 증가는 작다.
도 9e는 케이스(2401), 표시부(2402), 스피커부(2403), 조작키(2404), 기록 매체 삽입부(2405) 등을 포함하는 모바일 게임기를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 모바일 게임기의 표시부(2402)에서, 구동 전압은 낮고 시간에 따른 구동 전압의 증가는 작다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 광범위에 적용될 수 있고 모든 분야의 전자 기기들에서 사용될 수 있다.
[실시 모드6]
도 10a 내지 도 10c는 하면 발광, 양면 발광, 상면 발광의 예들을 각각 도시한 것이다. 실시 모드 2에 기술된 제조공정의 구조는 도 10c의 구조에 대응한다. 도 10a 및 도 10b는 도 10c의 제 1 층간 절연층(900)이 자기 평탄성을 갖는 재료로 형성되고, 박막 트랜지스터(901)에 접속될 배선 및 발광 소자의 양극(101)이 동일 층간 절연층 상에 형성된 구조를 도시한 것이다. 도 10a에서, 발광 소자 내 양극(101)는 투광성 재료로 형성되며, 광은 하면 발광 구조라 하는 발광 장치의 하측부 쪽으로 방출된다. 도 10b에서, 음극(106)은 ITO, ITSO, IZO와 같은 투광성 재료로 형성되고, 광은 양 측으로부터 추출되며, 이를 양면 발광 구조라 한다. 막이 알루미늄 또는 은으로 두껍게 형성될 때, 막은 광을 투과시키기 않으나, 막이 얇게 형성될 때는, 막은 광을 투과시킨다. 그러므로, 광을 통과시킬 수 있는 두께로 알루미늄 또는 은으로 음극(106)을 형성함으로써, 양면 발광이 달성될 수 있다.
[실시 모드7]
이 실시 모드는 실시 모드 4에 보인 패널 및 모듈 내 화소 회로 및 보호 회로, 및 이들의 동작들을 기술한다. 도 5a 내지 도 6c는 구동 TFT(1403) 및 도 11a 내지 도 11f의 발광 소자의 단면도이다.
도 11a에 도시된 화소는 신호선(1410) 및 열방향의 전원선들(1411, 1412)과 행방향의 주사선(1414)을 포함한다. 화소는 스위칭 TFT(1401), 구동 TFT(1403), 전류 제어 TFT(1404), 용량 소자(1402), 및 발광 소자(1405)를 또한 포함한다.
도 11c에 도시된 화소는 구동 TFT(1403)의 게이트 전극이 행방향으로 제공된 전원선(1412)에 접속된 것을 제외하곤 도11a의 구조와 동일한 구조를 갖는다. 즉, 도 11a 및 도 11c에 도시된 화소들은 동일한 등가의 회로도를 갖는다. 그러나, 열 방향으로 전원선(1412)를 배열하는 경우(도 11a) 및 행방향으로 전원선(1412)을 배열하는 경우(도 11c)에, 각각의 전원선은 다른 층을 갖는 도전막으로 형성된다. 여기서는 구동 TFT(1403)의 게이트 전극에 접속된 배선에 유의하며, 구조는 이들 배선들을 제조하기 위한 층들이 서로 다름을 보이기 위해서 도 11a 및 도 11c에 개별적으로 도시한다.
도 11a 및 도 11c에 도시된 화소들의 특징으로서, 구동 TFT(1403) 및 전류 제어 TFT(1404)는 화소 내에 직렬로 접속되고, 구동 TFT(1403)의 채널 길이 L(1403) 및 채널 폭 W(1403)과, 전류 제어 TFT(1404)의 채널 길이 L(1404) 및 채널폭 W(1404)를 L(1403)/W(1404):L(1404)/W(1404)=5 내지 6000:1을 만족하게 설정하는 것이 바람직하다.
구동 TFT(1403)는 포화 영역에서 동작하며 발광 소자(1405)에 흐르는 전류의 전류값을 제어하는 기능을 한다. 전류 제어 TFT(1404)는 선형 영역에서 동작하며 발광 소자(1405)에의 전류 공급을 제어하는 기능을 한다. TFT들은 제조 단계에서 동일 도전형을 갖는 것이 바람직하고, TFT들은 이 실시 모드에서 n채널형 TFT들이다. 구동 TFT(1403)는 증배형 또는 공핍형일 수 있다. 전류 제어 TFT(1404)는 위의 구조를 갖는 본 발명에 따라 선형 영역에서 동작하므로, 전류 제어 TFT(1404)의 Vgs의 약간의 변동은 발광 소자(1405)의 전류값에 영향을 미치지 않는다. 즉, 발광 소자(1405)의 전류값은 포화 영역에서 동작하는 구동 TFT(1404)에 의해 결정될 수 있다. 위의 구조에 의해, TFT의 특징 변화에 기인한 발광 소자의 휘도의 불균일이 개선될 수 있고, 그럼으로써 화질이 향상된 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 11a 내지 도 11d에 도시된 화소들에서, 스위칭 TFT(1401)는 화소에의 비디오 신호의 입력을 제어하는 것이며, 비디오 신호는 스위칭 TFT(1401)가 턴 온 될 때 화소에 입력된다. 이어서, 비디오 신호의 전압은 용량 소자(1402) 내에 보존된다. 도 11a 및 도 11c가 용량 소자(1402)가 제공된 구조를 도시할지라도, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 게이트 용량 등이 비디오 신호를 보존하는 용량을 겸할 수 있을 때, 용량 소자(1402)는 반드시 제공될 필요는 없다.
도 11b에 도시된 화소는 TFT(1406) 및 주사선(1414)이 추가된 것을 제외하고 도 11a에 것과 동일한 화소 구조를 갖는다. 마찬가지로, 도 11d에 도시된 화소는 TFT(1406) 및 주사선(1414)이 추가된 것을 제외하고 도 11c에 것과 동일한 화소 구조를 갖는다.
TFT(1406)의 스위칭은 추가로 제공된 주사선(1414)에 의해 제어된다. TFT(1406)이 턴 온 될 때, 용량 소자(1402)에 보존된 전하는 방전되고, 그럼으로써 전류 제어 TFT(1404)가 턴 오프 된다. 즉, TFT(1406)의 제공에 의해서, 전류가 발광 소자(1405)로 흐르지 않는 상태는 강제적으로 나타날 수 있다. 이러한 이유로, TFT(1406)는 소거 TFT라 칭할 수 있다. 결국, 도 11b 및 도 11d에 도시된 구조들에서, 모든 화소들에 신호를 기입하는 것을 기다리지 않고 기입 기간 시작과 동시에 또는 그 바로 직후에 점등(lighting) 기간이 개시될 수 있다.
도 11e에 도시된 화소에서, 주사선(1410) 및 전원선(1411)은 열방향으로 배열되고, 주사선(1414)은 행방향으로 배열된다. 또한, 화소는 스위칭 TFT(1401), 구동 TFT(1403), 용량 소자(1402), 및 발광 소자(1405)를 포함한다. 도 11f에 도시된 화소는 TFT(1406) 및 주사선(1415)이 추가된 것을 제외하곤 도 7e에 도시된 것과 동일한 화소 구조를 갖는다. 도 11f에 도시된 구조에서, 듀티비는 TFT(1406)의 제공에 의해 또한 증가될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각종의 화소 회로들이 사용될 수 있다. 특히, 비정질 반도체막을 구비한 박막 트랜지스터를 형성하는 경우에, 구동 TFT(1403)를 위한 반도체막은 큰 것이 바람직하다. 그러므로, 위의 화소 회로에서, 발광층으로부터의 광이 시일링 기판측으로부터 방출되는 상면 발광형이 바람직하다.
이러한 능동 매트릭스 발광 장치는 화소 밀도가 증가할 때, TFT들이 각 화소에 제공되므로, 저전압에서 구동될 수 있다. 그러므로, 능동 매트릭스 발광 장치는 유익한 것으로 생각된다.
이 실시 모드가 각각의 TFT들이 각 화소에 제공된 능동 매트릭스 발광 장치를 기술하지만, TFT들이 각 열에 제공된 수동 매트릭스 발광 장치가 형성될 수 있다. 수동 매트릭스 발광 장치에서 TFT들은 각 화소에 제공되지 않기 때문에, 높은 애퍼처 비(aperture ratio)가 얻어질 수 있다. 전장발광층의 양측에 광이 방출되는 발광 장치의 경우에, 수동 매트릭스 표시 장치의 투과율이 증가된다.
본 발명에 따른 이러한 화소 회로들을 더 포함하는 표시 장치에서, 구동 전압은 낮고 시간에 따른 구동 전압의 증가는 작다. 또한, 표시 장치는 각각의 특징들을 갖는다.
이어서, 도 11e에 도시된 등가 회로의 사용으로 주사선 및 신호선에 보호 회로로서 다이오드가 제공되는 경우를 기술한다.
도 12에서, 스위칭 TFT들(1401, 1403), 용량 소자(1402), 및 발광 소자(1405)는 화소부(1500)에 제공된다. 다이오드들(1561, 1562)은 신호선(1410)에 제공된다. 스위칭 TFT들(1401, 1403)과 유사하게, 다이오드들(1561, 1562)는 위의 실시 모드들에 기초하여 제조되고, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 드레인 전극 등을 구비한다. 다이오드들(1561, 1562)은 게이트 전극을 드레인 전극 또는 소스 전극에 접속함으로써 다이오드로서 동작된다.
다이오드들에 접속하는 공통 전위선들(1554, 1555)은 게이트 전극과 동일한 층으로 형성된다. 그러므로, 다이오드의 소스 전극 또는 드레인 전극에 접속하기 위해서, 게이트 절연층 내 콘텍트 홀을 형성하는 것이 필요하다.
주사선(1414)에 제공된 다이오드는 유사한 구조를 갖는다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 입력단에 제공될 보호 다이오드가 동시에 제조될 수 있다. 보호 다이오드가 형성되는 위치는 이것으로 한정되는 것은 아니며, 다이오드는 구동 회로와 화소 사이에 제공될 수도 있다.
본 발명에 따른 이러한 보호 회로들을 구비한 표시 장치에서, 시간에 따른 구동 전압의 증가는 작으며 표시 장치로서의 신뢰도가 향상될 수 있다.
[실시예 1]
이 실시예는 본 발명에 따른 발광 소자의 측정 데이터를 제공한다.
먼저, 이 실시예에서 발광 소자의 제조 방법을 기술한다. 이 실시예에서 발광 소자는 실시 모드 1에 나타낸 발광 소자의 구조에 따른다. 이 실시예에서, 유리 기판이 절연체(100)로서 사용된다. 실리콘을 포함하는 ITO가 스퍼터링법에 의해 유리 기판 상에 형성되고, 그럼으로써 양극(101)을 형성한다. 양극(101)의 두께는 110nm로 설정된다.
이어서, 제 1 정공 발생층(102)은 양극(101) 상에 몰리브덴 산화물 및 α-NPD를 공증착함으로써 몰리브덴 산화물 및 α-NPD로 형성된다. 여기서, 제 1 정공 발생층(102)의 두께는 50nm로 설정된다.
다음에, 발광층(104)은 제 1 정공 발생층(102) 상에 형성된다. 발광층(104)은 정공 수송층, 발광 물질이 확산된 층, 및 전자 수송층이 제 1 정공 발생층(102) 측부터 순차적으로 적층된 3층 구조로 형성된다. 정공 수송층은 진공 증착법에 의해 10nm 두께로 α-NPD로 형성된다. 발광 물질이 확산된 층은 공증착법에 의해 35nm 두께로 Alq3 및 쿠마린 6로 형성된다. 전자 수송층은 진공 증착법에 의해 10nm 두께로 단지 Alq3만으로 형성된다. 발광 물질이 확산된 층은 Alq3와 쿠마린 6 간의 비율이 질량비로 1:0.005이도록 조절된다.
이어서, 전자 발생층(105)은 발광층(104) 상에 Alq3 및 리튬의 공증착에 의해 10nm 두께로 Alq3 및 리튬으로 형성된다. Alq3 및 리튬은 Alq3과 리튬 간의 질량비가 1:0.01이 되도록 조절된다.
다음에, 제 2 정공 발생층(103)은 전자 발생층(105) 상에 몰리브덴 산화물 및 α-NPD의 공증착에 의해 몰리브덴 산화물 및 α-NPD로 형성된다. 여기서, 제 1 정공 발생층(102)의 두께는 20nm로 설정된다. 몰리브덴 산화물과 α-NPD 간 몰비는 1:1이다.
음극(106)은 제 2 정공 발생층(105) 상에 100nm 두께로 알루미늄으로 형성된다.
전압이 본 발명에 따른 상기 구조를 갖는 발광 소자에 인가될 때, 정공들은 제 2 정공 발생층(103)에서 제 2 전극으로 주입된다. 또한, 전자들은 전자 발생층(105)에서 발광층(104)으로 주입된다. 또한, 정공들은 제 1 정공 발생층(102)에서 발광층(104)으로 주입된다. 다음에, 주입된 정공들 및 전자들은 발광층에서 재결합되고, 그럼으로써 쿠마린 6로부터 광을 제공한다.
도 13은 이 실시예의 상기와 같이 하여 제조된 발광 소자의 전압-휘도 특성을 도시한 것이며, 도 14는 이의 전압-전류 특성을 도시한 것이다. 도 13에서, 수평축은 전압(V)을 나타내고, 수직축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 14에서, 수평축은 전압(V)을 나타내고, 수직축은 전류(mA)를 나타낸다.
이에 따라, 이 실시예에서 발광 소자는 우수한 특성을 나타낸다.
도 22a는 이 실시예에서 정공 발생층으로서 사용되는 α-NPD 및 몰리브덴 산화물을 포함한 복합 재료의 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 22b는 α-NPD만의 흡수 스펙트럼을 나타내고 도 22c는 몰리브덴 산화물만의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도면들로부터 알 수 있듯이, α-NPD 및 몰리브덴 산화물을 포함한 복합 재료의 흡수 스펙트럼은 α-NPD만의 스펙트럼 및 몰리브덴 산화물만의 흡수 스펙트럼에선 나타나지 않는 피크를 갖는다. 이 피크는 α-NPD 및 몰리브덴 산화물의 상호작용에 의한 정공들의 발생에 기인한 것으로 생각된다.
[실시예 2]
이 실시예는 정공 발생층 내 정공 수송 재료에 전자 수용성들을 나타내는 전자 수용 재료와 정공 수송 재료 간의 서로 다른 혼합비를 갖는 4개의 발광 소자들의 제조 방법을 기술한다. 4개의 발광 소자들을 발광 소자 (1), 발광 소자 (2), 발광 소자 (3), 및 발광 소자 (4)로 표기한다. 또한, 이 실시예는 이들 발광 소자들의 특징들을 기술한다.
먼저, 이 실시예에서 발광 소자의 제조 방법을 기술한다. 이 실시예에서, 발광 소자는 실시 모드 1에서 나타낸 발광 소자의 구조에 따른다. 이 실시예에서, 유리 기판은 절연체(100)로서 사용된다. 스퍼터링법에 의해 유리 기판 상에 실리콘을 포함하는 ITO가 형성되고, 그럼으로써 양극(101)을 형성한다. 양극(101)의 두께는 110nm로 설정된다.
이어서, 제 1 정공 발생층(102)은 진공 증착법에 의해 양극(101) 상에 몰리브덴 산화물로 형성된다. 여기서, 제 1 정공 발생층(102)의 두께는 5nm으로 설정된다.
다음에, 발광층(104)은 제 1 정공 발생층(102) 상에 형성된다. 발광층(104)은 정공 수송층, 발광 물질이 확산된 층, 및 전자 수송층이 제 1 정공 발생층(102) 측부터 순차적으로 적층된 3층 구조로 형성된다. 정공 수송층은 진공 증착법에 의해 55nm 두께로 α-NPD으로 형성된다. 발광 물질이 확산된 층은 공증착법에 의해 35nm 두께로 Alq3 및 쿠마린 6로 형성된다. 전자 수송층은 진공 증착법에 의해 10nm 두께로 Alq3만으로 형성된다. 발광 물질이 확산된 층은 Alq3와 쿠마린 6의 질량비가 1:0.006이 되도록 조절된다.
이어서, 전자 발생층(105)이 발광층(104) 상에 Alq3 및 리튬을 공증착함으로써 10nm으로 Alq3 및 리튬으로 형성된다. Alq3 및 리튬은 Alq3와 리튬 간 질량비가 1:0.01이 되도록 조절된다.
다음에, 제 2 정공 발생층(103)은 전자 발생층(105) 상에 몰리브덴 산화물과 α-NPD을 공증착함으로써 몰리브덴 산화물과 α-NPD로 형성된다. 여기서, 발광 소자(1)은 몰리브덴 산화물에 대한 α-NPD의 몰비가 0.5(=α-NPD/몰리브덴 산화물)이 되도록 조절된다. 발광 소자(2)는 몰리브덴 산화물에 대한 α-NPD의 몰비가 1.0(=α-NPD/몰리브덴 산화물)이 되도록 조절된다. 발광 소자(3)는 몰리브덴 산화물에 대한 α-NPD의 몰비가 1.5(=α-NPD/몰리브덴 산화물)이 되도록 조절된다. 발광 소자(4)는 몰리브덴 산화물에 대한 α-NPD의 몰비가 2.0(=α-NPD/몰리브덴 산화물)이 되도록 조절된다. 제 2 정공 발생층(102)의 두께는 20nm로 설정된다.
음극(106)은 제 2 정공 발생층(103) 상에 100nm 두께로 알루미늄으로 형성된다.
전압이 본 발명에 따른 상기 구조를 갖는 발광 소자에 인가될 때, 정공들은 제 2 정공 발생층(103)에서 제 2 전극으로 주입된다. 또한, 전자들은 전자 발생층(105)에서 발광층(104)으로 주입된다. 또한, 정공들은 제 1 정공 발생층(102)에서 발광층(104)로 주입된다. 이어서, 주입된 정공들 및 전자들은 발광층에서 재결합되어 쿠마린 6로부터 광을 제공한다.
도 15는 본 발명에서 발광 소자의 전압-휘도 특성을 도시한 것이다. 도 16은 이의 전압-전류 특성을 도시한 것이고 도 17은 이의 전압-전류 특성을 도시한 것이다. 도 15에서, 수평축은 전압(V)을 나타내고, 수직축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 16에서, 수평축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타내고, 수직축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 17에서, 수평축은 전압(V)을 나타내고 수직축은 전류(mA)를 나타낸다. 도 15 내지 도 17에서, ▲은 발광 소자(1)의 특성을 나타내고, ●은 발광 소자(2)의 특성을 나타내고, ○은 발광 소자(3)의 특성을 나타내고, ■는 발광 소자(4)의 특성을 나타낸다.
도 15 내지 도 17로부터 모든 발광 소자들은 잘 동작함을 이해할 것이다. 몰리브덴 산화물에 대한 α-NPD의 몰비(=α-NPD/몰리브덴 산화물)가 1 내지 2인 발광 소자들 (2) 내지 (4)에서, 어떤 전압을 인가함으로써 고 휘도가 얻어지며 고 전류값이 또한 얻어진다. 이에 따라, 몰리브덴 산화물에 대한 α-NPD의 몰비(=α-NPD/몰리브덴 산화물)가 1 내지 2의 범위 내에 있도록 조절함으로써 낮은 구동 전압에서 동작하는 발광 소자가 얻어질 수 있다.
다음에, 본 실시예의 발광 소자들의 연속적인 점등 테스트의 결과를 기술한다. 전술한 바와 같이 제조된 발광 소자가 질소 분위기 하에서 시일링된 후에, 연속적 점등 테스트가 다음의 방식으로 통상의 온도에서 수행된다.
도 16으로부터 명백한 바와 같이, 광이 본 발명의 발광 소자의 초기 상태에서 3000cd/m2의 휘도로 방출될 때, 26.75mA/cm2의 전류 밀도가 요구된다. 이 실시예에서, 26.75mA/cm2의 전류가 특정 기간 동안 흐르도록 유지하여, 시간에 따라 26.75mA/cm2의 전류를 흘리는데 요구되는 전압의 변화와 시간에 따른 휘도의 변화에 관한 데이터가 수집된다. 도 18 및 도 19는 수집된 데이터를 도시한 것이다. 도 18에서, 수평축은 경과 시간(시)을 나타내고, 수직축은 26.75mA/cm2의 전류를 흘리는데 필요한 전압(V)을 나타낸다. 도 19에서, 수평축은 경과 시간(시)을 나타내고 수직축은 휘도(임의의 측정 단위)를 나타낸다. 휘도(임의의 측정 단위)는 초기 휘도가 100인 것으로 가정함으로써 나타내어지는 초기 휘도에 대한 상대적인 값인 것에 유의한다. 상대적인 값은 특정 시각에의 휘도를 초기 휘도로 나누고 100으로 곱하여 얻어진다.
도 18로부터, 100시간이 경과한 후에, 26.75mA/cm2의 전류 밀도를 갖는 전류를 흘리는데 필요한 전압은 초기 상태보다 대략 1V만 더 높음을 알 것이다. 이것은 본 발명의 발광 소자가 시간에 따른 구동 전압의 증가가 작은 우수한 발광 소자임을 나타낸다.
실시예1 및 실시예2에 나타낸 발광 소자에서, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 등으로서 작용하는 층들은 발광층으로서 작용하는 층에 더하여 형성된다. 그러나, 이들 층들은 항시 필요한 것은 아니다. 또한, 실시예1 및 실시예2에서, 발광층으로서 작용하는 층이 형성된 후에, 전자 발생층이 형성되고, 그 후 정공 발생층이 형성된다. 그러나, 본 발명에 따른 발광 소자의 제조 방법은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 정공 발생층이 형성된 후에, 전자 발생층이 형성되고, 그 후 발광층으로서 작용하는 층이 형성될 수도 있다.
[실시예3]
이 실시예는 실시예1과는 다른 재료를 사용하는 본 발명에 따른 발광 소자의 측정 데이터를 제공한다.
먼저, 이 실시예에서 발광 소자를 제조하는 방법을 기술한다. 이 실시예에서 발광 소자는 실시 모드1에 나타낸 발광 소자의 구조에 따른다. 이 실시예에서는 유리 기판이 절연체(100)로서 사용된다. 실리콘을 포함한 ITO가 스퍼터링법에 의해 유리 기판 상에 형성되고, 그럼으로써 110nm 두께로 양극(101)를 형성한다.
이어서, 제 1 정공 발생층(102)은 양극(101) 상에 몰리브덴 산화물 및 DNTPD를 공증착에 의해 몰리브덴 산화물 및 DNTPD로 형성된다. 여기서, 제 1 정공 발생층(102)의 두께는 50nm로 설정된다. DNTPD와 몰리브덴 산화물 간의 질량비는 2:1로 설정된다.
다음에, 발광층(104)이 제 1 정공 발생층(102) 상에 형성된다. 발광층(104)은 정공 수송층, 발광 물질이 확산된 층, 및 전자 수송층을 제 1 정공 발생층(102) 측부터 이 순서대로 포함하는 3층 구조를 갖는다. 정공 수송층은 진공 증착법에 의해 10nm 두께로 α-NPD로 형성된다. 발광 물질이 확산된 층은 공증착법에 의해 35nm 두께로 Alq3 및 쿠마린 6로 형성된다. 발광층은 진공 증착법에 의해 10nm 두께로 Alq3에 의해서만 형성된다. 발광 물질이 확산된 층은 Alq3과 쿠마린 6 간의 질량비가 1:0.005가 되도록 조절되는 것에 유의한다.
이어서, 전자 발생층(105)이 발광층(104) 상에 Alq3 및 리튬을 공증착시킴으로써 10nm의 두께로 Alq3 및 리튬으로 형성된다. Alq3과 리튬 간 질량비는 1:0.01이 되도록 조절된다.
다음에, 제 2 정공 발생층(103)은 몰리브덴 산화물 및 DNTPD의 공증착에 의해 전자 발생층(105) 상에 몰리브덴 산화물 및 DNTPD로 형성된다. 여기서, 제 1 정공 발생층(102)의 두께는 20nm로 설정된다. 또한, DNTPD와 몰리브덴 산화물 간 질량비는 4:2가 되도록 조절된다.
음극(106)는 제 2 정공 발생층(103) 상에 알루미늄으로 형성된다. 막 두께는 100nm로 설정된다.
본 발명에 따른 위의 구조를 갖는 발광 소자에서, 전압을 인가함으로써 정공들이 제 2 정공 발생층(103)에서 제 2 전극으로 주입된다. 또한, 전자들은 전자 발생층(105)에서 발광층(104)으로 주입된다. 또한, 정공들이 제 1 정공 발생층(102)에서 발광층(104)으로 주입된다. 발광층에서, 주입된 정공들 및 전자들이 재결합되고, 그럼으로써 쿠마린 6로부터 광을 제공한다.
도 20은 이와 같이 하여 제조된 이 실시예의 발광 소자의 전압-휘도 특성을 도시한 것이다. 도 21은 이의 전압-전류 특성을 도시한 것이다. 도 20에서, 수평축은 전압(V)을 나타내고, 수직축은 휘도(cd/cm2)를 나타낸다. 한편, 도 21에서, 수평축은 전압(V)을 나타내며, 수직축은 전류(mA)를 나타낸다.
이에 따라, 이 실시예의 발광 소자는 우수한 특성을 갖는다.
도 23a는 이 실시예에서 정공 발생층으로서 사용된 DNTPD 및 몰리브덴 산화물을 포함한 복합 재료의 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 23b는 DNTPD만의 흡수 스펙트럼을 도시한 것이고, 도 23c는 몰리브덴 산화물만의 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다. 도면들로부터 명백한 바와 같이, DNTPD 및 몰리브덴 산화물을 포함한 복합 재료의 흡수 스펙트럼은 DNTPD만의 흡수 스펙트럼 및 몰리브덴 산화물만의 흡수 스펙트럼에선 나타나지 않는 피크를 갖는다. 이것은 정공들이 DNTPD 및 몰리브덴 산화물의 상호 작용에 의해 발생되기 때문인 것으로 생각된다.
[실시예 4]
이 실시예는 소위 발광 소자의 광학적 설계인, 발광 스펙트럼 및 발광의 시야각 의존도를 정공 발생층의 두께를 변경시킴으로써 제어하는 예를 도 24 및 도 25을 참조하여 기술한다.
먼저, 이 실시예에서 발광 소자를 제조하는 방법을 기술한다. 이 실시예에서의 발광 소자는 실시 모드 1에 나타낸 발광 소자의 구조에 따른다. 이 실시예에서, 유리 기판은 절연체(100)로서 사용된다. 실리콘을 포함하는 ITO가 스퍼터링법에 의해 유리 기판 상에 형성되고, 그럼으로써 110nm 두께로 양극(101)을 형성한다.
이어서, 제 1 정공 발생층(102)이 양극(101) 상에 몰리브덴 산화물 및 α-NPD를 공증착함으로써 몰리브덴 산화물 및 α-NPD으로 형성된다. 여기서, 제 1 정공 발생층(102)의 두께는 50nm로 설정된다. α-NPD와 몰리브덴 산화물 간 질량비는 4:1로 설정된다.
다음에, 발광층(104)이 제 1 정공 발생층(102) 상에 형성된다. 발광층(104)은 정공 수송층, 발광 물질이 확산된 층, 및 전자 수송층을 제 1 정공 발생층(102) 측부터 이 순서대로 포함하는 3층 구조를 갖는다. 정공 수송층은 진공 증착법에 의해 α-NPD로 10nm 두께로 형성된다. 발광 물질이 확산된 층은 공증착법에 의해 Alq3 및 쿠마린 6로 40nm 두께로 형성된다. 전자 수송층은 진공 증착법에 의해 Alq3만으로 10nm 두께로 형성된다. 발광 물질이 확산된 층은 Alq3와 쿠마린 6 간의 질량비가 1:0.01이 되도록 조절된다는 것에 주의한다.
이어서, 전자 발생층(105)이 발광층(104) 상에 Alq3 및 리튬을 공증착시킴으로써 10nm의 두께로 Alq3 및 리튬으로 형성된다. Alq3과 리튬 간 질량비는 1:0.01이 되도록 조절된다.
다음에, 제 2 정공 발생층(103)은 몰리브덴 산화물 및 α-NPD를 공증착에 의해 전자 발생층(105) 상에 몰리브덴 산화물 및 α-NPD로 형성된다. 또한, α-NPD와 몰리브덴 산화물 간 질량비는 2:1가 되도록 조절된다.
음극(106)는 제 2 정공 발생층(103) 상에 알루미늄으로 형성된다. 막 두께는 100nm로 설정된다.
본 발명에 따른 위의 구조를 갖는 발광 소자에서, 전압을 인가함으로써 정공들이 제 2 정공 발생층(103)에서 제 2 전극으로 주입된다. 또한, 전자들은 전자 발생층(105)에서 발광층(104)으로 주입된다. 또한, 정공들이 제 1 정공 발생층(102)에서 발광층(104)으로 주입된다. 발광층에서, 주입된 정공들 및 전자들이 재결합되고, 그럼으로써 쿠마린 6로부터 광을 제공한다.
이 실시예에서, 광은 발광 소자가 형성된 유리 기판 측을 향해 발광 소자로부터 추출되고, 음극(106)은 반사 전극으로서 작용한다. 또한, 제 2 정공 발생층(103)의 두께를 변화시킴으로써, 반사 전극에서 반사 후 되돌아오는 광의 광학 길이가 조절된다. 따라서, 반사 전극에서 반사후 유리 기판 방향으로 방출된 광과 발광 소자로부터 직접 방출된 광 간의 상호 간섭 상태가 변한다.
도 24는 전류 효율과, 광학 거리가 제 2 정공 발생층(103)의 두께를 변경함으로써 변경될 때, 발광 물질이 확산된 층에서부터 반사 전극까지의 광학 거리 간의 관계를 나타낸 그래프이다. 이에 따라, 발광 물질이 확산된 층부터 반사 전극까지의 광학 거리를 변화시킴으로써 방출 효율이 주기적으로 변함을 알 것이다. 광학 거리를 조절함으로써, 방출 효율을 향상시키거나 억제하는 것이 가능하다.
도 25는 제 2 정공 발생층(103)의 두께를 140nm 내지 280nm 사이에서 변경하는 경우에 발광 스펙트럼의 변화를 도시한 그래프이다. 제 2 정공 발생층(103)의 두께는 발광 소자 1에서 140nm이고, 발광 소자 2에선 160nm이고 발광 소자 3에선 180nm이고 발광 소자 4에선 200nm이며, 발광 소자 5에서 220nm이고, 발광 소자 6에서 240nm이고, 발광 소자 7에서 260nm이고, 발광 소자 8에서 280nm이다. 발광 물질이 확산된 층부터 반사 전극까지의 광학 거리가 제 2 정공 발생층(103)의 두께를 변경함으로써 변경될 때 광의 최대 파장 및 스펙트럼 형상이 변함을 그래프로부터 알 것이다. 따라서, 광학 거리를 조절함으로써 발광 소자로부터 방출된 광의 색 또는 색 순도를 제어하는 것이 가능해진다.
이 출원은 참조로 여기 전 내용을 포함시키는, 2004년 8월 4일 일본특허청에 출원된 일본 특허출원번호 2004-227734에 기초한다.
본 발명은 시간에 걸쳐 구동 전압의 증가가 작은 구조를 갖는 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 구동 전압이 낮고 시간에 걸쳐 구동 전압의 증가가 작고 장기간 사용을 견딜 수 있는 표시 장치를 제공한다.
Claims (25)
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- 양극 및 음극;제 1의 P형 반도체 물질을 포함하는, 상기 양극과 상기 음극 사이의 제 1 층;상기 제 1의 P형 반도체 물질과 다른 제 2의 P형 반도체 물질을 포함하는, 상기 양극과 상기 음극 사이의 제 2 층;발광 물질을 포함하는, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이의 제 3 층; 및N형 반도체 물질을 포함하는, 상기 제 2 층과 상기 제 3 층 사이의 제 4 층을 포함하고,상기 제 2 층은 상기 음극과 접하는, 발광 소자.
- 양극 및 음극;P형 반도체 물질을 포함하는, 상기 양극과 상기 음극 사이의 제 1 층;상기 P형 반도체 물질을 포함하는, 상기 양극과 상기 음극 사이의 제 2 층;발광 물질을 포함하는, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이의 제 3 층; 및N형 반도체 물질을 포함하는, 상기 제 2 층과 상기 제 3 층 사이의 제 4 층을 포함하고,상기 제 2 층은 상기 음극과 접하는, 발광 소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1의 P형 반도체 물질 및 상기 제 2의 P형 반도체 물질은 금속 산화물인, 발광 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 P형 반도체 물질은 금속 산화물인, 발광 소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1의 P형 반도체 물질 및 상기 제 2의 P형 반도체 물질 각각은 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물, 코발트 산화물, 및 니켈 산화물로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 화합물인, 발광 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 P형 반도체 물질은 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물, 코발트 산화물, 및 니켈 산화물로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 화합물인, 발광 소자.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 N형 반도체 물질은 금속 산화물인, 발광 소자.
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- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 N형 반도체 물질은 아연 산화물, 아연 황화물, 아연 셀렌화물, 및 티탄 산화물로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 화합물인, 발광 소자.
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- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 발광 소자는 플라스틱 기판 위에 설치되는, 발광 소자.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 제 1 층은 상기 양극과 접하는, 발광 소자.
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