KR101296712B1

KR101296712B1 - 발광 장치 및 전자 장치

Info

Publication number: KR101296712B1
Application number: KR1020137008637A
Authority: KR
Inventors: 유지 이와키; 사토시 세오; 타카히로 카와카미; 히사오 이케다; 준이치로 사카타
Original assignee: 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2013-08-20
Also published as: CN101867019B; CN101867019A; KR20080005441A; JP2012169661A; WO2006115232A1; CN101853923A; US20090026922A1; KR20130042663A; JP2015181189A; JP2012169660A; CN101203968A; KR101253998B1; CN101203968B; JP2014068021A; CN101853923B; KR20120135433A; JP6039007B2; JP5393835B2; JP5499073B2

Abstract

본 발명의 일 양상은 한 쌍의 전극들 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 갖는 발광 소자이다. 방향족 탄화수소의 종류는 특정적으로 한정되지 않는다; 그러나, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 방향족 탄화수소가 바람직하다. 이러한 방향족 탄화수소로서, 예를 들어, 2-터트-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(2-tert-butyl-9,10-di(2-naphthyl)anthracene), 안트라센(anthracene), 9,10-디페닐안트라센(9,10-diphenylanthracene), 테트라센(tetracene), 루브린(rubrene), 페릴린(perylene), 2,5,8,11-테트라(터트-부틸)페릴린(2,5,8,11-tetra(tert-butyl)perylene) 등이 주어진다. 금속 산화물로서, 방향족 탄화수소에 전자-수용성을 나타내는 금속이 바람직하다. 이러한 금속 산화물로서, 예를 들어, 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 및 레늄산화물 등이 주어진다.

Description

발광 장치 및 전자 장치{LIGHT EMITTING ELEMENT, LIGHT EMITTING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 전극들 사이에 발광 물질을 포함하는 층을 갖는 발광 소자, 이 발광 소자를 갖는 발광 장치, 및 전자 장치에 관한 것이다.

디스플레이 장치의 픽셀로서 또는 조명 장치의 광원으로서 최근 몇년 동안 주목을 받아온 발광 소자는 전극들 사이에 발광층을 갖고, 이 발광층에 포함된 발광 물질이 전류가 전극들 사이에 흐를 때 광을 발산한다.

이러한 발광 소자의 개발 분야에서, 발광 소자의 수명을 늘리는 것이 중요한 목적 중 하나이다. 이것은 발광 장치를 조명 장치 또는 디스플레이 장치로서 양호한 조건에서 장시간 동안 이용하기 위하여, 발광 장치에 제공된 발광 소자는 장시간 동안 양호하게 이용될 필요가 있기 때문이다.

발광 소자의 수명 연장을 달성하기 위한 기술들 중 하나로서, 예를 들어, 산화 몰리브덴 등을, 특허 문서 1(일본 특허 공개 공보 No.H9-63771)에서 언급된 양극으로 이용하는 발광 소자에 관한 기술을 들 수 있다.

특허 문서 1에 언급된 기술은 또한 효과적이라고 인식될 수 있다: 그러나, 산화 몰리브덴은 쉽게 결정화되고, 따라서 결정화에 기인한 발광 소자의 동작 오류가 특허 문서 1에 언급된 기술에 쉽게 발생할 수 있다는 문제가 있다. 또한, 산화 몰리브덴은 낮은 전도성을 가진다; 따라서, 산화 몰리브덴으로 만들어진 층이 너무 두껍게 될 때 전류가 쉽게 흐르지 못한다.

본 발명의 목적은 전극들 사이에 제공된 층에 포함된 화합물의 결정화에 기인한 동작 오류를 감소시킬 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양상은 한 쌍의 전극들 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 갖는 발광 소자이다. 방향족 탄화수소의 종류는 특정적으로 한정되지 않는다; 그러나, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 방향족 탄화수소가 바람직하다. 이러한 방향족 탄화수소로서, 예를 들어, 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(2-tert-butyl-9,10-di(2-naphthyl)anthracene), 안트라센(anthracene), 9,10-디페닐안트라센(9,10-diphenylanthracene), 테트라센(tetracene), 루브린(rubrene), 페릴린(perylene), 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴린(2,5,8,11-tetra(tert-butyl)perylene) 등이 주어진다. 금속 산화물로서, 방향족 탄화수소에 전자-수용성을 나타내는 금속이 바람직하다. 이러한 금속 산화물로서, 예를 들어, 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 및 레늄산화물 등이 주어진다.

본 발명의 일 양상은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 발광층과, 발광층과 제 1 전극 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 전극의 전압이 제 2 전극의 전압보다 크게 전극들 각각에 전압이 인가될 때, 발광층에 포함된 발광 물질이 광을 발산한다. 방향족 탄화수소의 종류는 특정적으로 제한되지 않는다; 그러나, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 방향족 탄화수소가 바람직하다. 이러한 방향족 탄화수소로서, 예를 들어, 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 안트라센, 9,10-디페닐안트라센, 테트라센, 루브린, 페릴린, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴린 등이 주어진다. 금속 산화물로서, 방향족 탄화수소에 전자-수용성을 나타내는 금속이 바람직하다. 이러한 금속 산화물로서, 예를 들어, 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 및 레늄산화물 등이 주어진다.

본 발명의 일 양상은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 발광층, 제 1 혼합층, 및 제 2 혼합층을 갖는 발광 소자이다. 여기에서, 발광층에 포함된 발광 물질은 제 1 전극의 전압이 제 2 전극의 전압보다 크게 전극들 각각에 전압이 인가될 때, 광을 발산한다. 이러한 발광 소자에서, 발광층은 제 1 혼합층보다 제 1 전극에 더 근접하게 제공되고, 제 2 혼합층은 제 1 혼합층보다 제 2 전극에 더 근접하게 제공된다. 제 1 혼합층은 전자 수송성 물질과, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토류 금속 산화물, 알칼리 금속 불화물, 및 알칼리 토류 금속 불화물 중에서 선택되는 물질을 포함하는 층이다. 여기에서, 알칼리 금속으로서, 예를 들어, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 등이 주어진다. 알칼리 토류 금속으로서, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 등이 주어진다. 알칼리 금속 산화물로서, 산화리튬(Li₂O), 산화나트륨(Na₂O), 산화칼륨(K₂O) 등이 주어진다. 알칼리 금속 산화물로서, 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF) 등이 주어진다. 알칼리 토류 금속 산화물로서, 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO) 등이 주어진다. 알칼리 토류 금속 불화물로서, 불화마그네슘(MgF₂), 불화칼슘(CaF₂) 등이 주어진다. 제 2 혼합층은 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층이다. 여기에서, 방향족 탄화수소의 종류는 특정적으로 제한되지 않는다; 그러나, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 방향족 탄화수소가 바람직하다. 이러한 방향족 탄화수소로서, 예를 들어, 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 안트라센, 9,10-디페닐안트라센, 테트라센, 루브린, 페릴린, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴린 등이 주어진다. 금속 산화물로서, 방향족 탄화수소에 전자-수용성을 나타내는 금속이 바람직하다. 이러한 금속 산화물로서, 예를 들어, 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 및 레늄산화물 등이 주어진다.

본 발명의 일 양상은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 n층(n은 2 이상의 자연수)의 발광층들, 및 m 번째(m은 2≤m+1≤n인 임의의 자연수) 발광층과 (m+1) 번째 발광층 사이에 제 1 혼합층 및 제 2 혼합층을 포함하는 발광 소자이며, 여기에서, 발광층에 포함된 발광 물질은 제 1 전극의 전압이 제 2 전극의 전압보다 크게 전극들 각각에 전압이 인가될 때, 광을 발산한다. 여기에서, 제 1 혼합층은 제 2 혼합층보다 제 1 전극에 더 근접하게 제공된다. 제 1 혼합층은 전자 수송성 물질과, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토류 금속 산화물, 알칼리 금속 불화물, 및 알칼리 토류 금속 불화물 중에서 선택되는 물질을 포함하는 층이다. 여기에서, 알칼리 금속으로서, 예를 들어, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 등이 주어진다. 알칼리 토류 금속으로서, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 등이 주어진다. 알칼리 금속 산화물로서, 산화리튬(Li₂O), 산화나트륨(Na₂O), 산화칼륨(K₂O) 등이 주어진다. 알칼리 금속 산화물로서, 불화리튬(LiF), 불화 세슘(CsF) 등이 주어진다. 알칼리 토류 금속 산화물로서, 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO) 등이 주어진다. 알칼리 토류 금속 불화물로서, 불화마그네슘(MgF₂), 불화칼슘(CaF₂) 등이 주어진다. 제 2 혼합층은 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층이다. 여기에서, 방향족 탄화수소의 종류는 특정적으로 제한되지 않는다; 그러나, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 방향족 탄화수소가 바람직하다. 이러한 방향족 탄화수소로서, 예를 들어, 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 안트라센, 9,10-디페닐안트라센, 테트라센, 루브린, 페릴린, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴린 등이 주어진다. 금속 산화물로서, 방향족 탄화수소에 전자-수용성을 나타내는 금속이 바람직하다. 이러한 금속 산화물로서, 예를 들어, 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 및 레늄산화물 등이 주어진다.

본 발명의 일 양상은 전술한 발광 소자들 중 임의의 것을 픽셀 또는 광원으로서 이용하는 발광 장치이다.

본 발명의 일 양상은 전술한 발광 소자들 중 임의의 것을 픽셀로서 이용하는 발광 장치가 디스플레이 부분으로 이용되는 전자 장치이다.

본 발명의 일 양상은 전술한 발광 소자들 중 임의의 것을 광원으로서 이용하는 발광 장치가 조명 부분으로 이용되는 전자 장치이다.

본 발명을 구현하여, 한 쌍의 전극들 사이에 제공되는 층에 포함된 화합물의 결정화로 인한 동작 오류가 감소되는 발광 소자가 얻어질 수 있다. 이것은, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 혼합하여, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물 각각의 결정화가 서로 방해되고, 따라서 쉽게 결정화되지 않는 층이 형성될 수 있기 때문이다.

본 발명을 구현하여, 발산된 광이 통과하는 광 경로의 길이가 쉽게 변경될 수 있는 발광 소자가 얻어질 수 있다. 이것은, 혼합층의 두께의 증가에 따라 구동 전압이 매우 적게 증가하는 발광 소자가, 전극들 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 혼합층을 제공하여 얻어질 수 있고, 발광층과 전극 사이의 거리가 쉽게 조정될 수 있기 때문이다.

본 발명을 구현하여, 전극들 사이의 단락 회로가 쉽게 발생되지 않는 발광 소자가 얻어질 수 있다. 이것은, 혼합층의 두께의 증가에 따라 구동 전압이 매우 적게 증가하는 발광 소자가, 전극들 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 혼합층을 제공하여 얻어질 수 있고, 따라서, 전극의 불균일성이 혼합층의 두께를 증가시키는 방법으로 쉽게 완화될 수 있기 때문이다.

본 발명을 구현하여, 높은 컬러 순도를 갖는 광을 발산하는 발광 소자가 얻어질 수 있고, 따라서 컬러면에서 우수한 이미지를 제공할 수 있는 발광 장치가 얻어질 수 있다. 이것은, 본 발명의 발광 소자에 따라, 구동 전압의 증가에 관여하지 않고 발산된 광이 지나는 광 경로의 길이를 조정하여, 발산될 광의 파장에 적절하도록 광 경로 길이가 쉽게 조정될 수 있기 때문이다.

도1은 본 발명의 발광 소자의 일 형태의 예시적인 도면이다.
도2는 본 발명의 발광 소자의 일 형태의 예시적인 도면이다.
도3은 본 발명의 발광 소자의 일 형태의 예시적인 도면이다.
도4는 본 발명의 발광 소자의 일 형태의 예시적인 도면이다.
도5는 본 발명의 발광 소자의 일 형태의 예시적인 도면이다.
도6은 본 발명의 발광 소자의 일 형태의 예시적인 도면이다.
도7은 본 발명의 발광 장치의 일 형태의 예시적인 상면도이다.
도8은 본 발명의 발광 소자에 제공되는 픽셀을 구동하기 위한 회로의 일 형태의 예시적인 도면이다.
도9는 본 발명의 발광 장치에 포함된 픽셀 부분의 일 형태의 예시적인 도면이다.
도10은 본 발명의 발광 장치에 포함된 픽셀을 구동하기 위한 예시적인 프레임 도면이다.
도11A~11C은 본 발명의 발광 장치의 단면의 일 형태의 예시적인 도면들이다.
도12는 본 발명의 발광 장치의 일 형태의 예시적인 도면이다.
도13A~13C는 본 발명이 적용된 전자 장치의 일 형태의 예시적인 도면들이다.
도14는 본 발명이 적용된 조명 장치의 예시적인 도면이다.
도15는 실시예 1의 발광 소자의 제조 방법의 예시적인 도면이다.
도16은 실시예 1의 발광 소자의 전압 대 휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도17은 실시예 1의 발광 소자의 전압 대 전류 특성을 나타내는 도면이다.
도18은 실시예 1의 발광 소자의 휘도 대 전류 특성을 나타내는 도면이다.
도19는 실시예 2의 소자의 전압 대 전류 특성을 나타내는 도면이다.
도20은 본 발명의 발광 장치의 일 형태의 예시적인 도면이다.

본 발명의 실시 형태들이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 다양한 변경 및 변형들이 당업자에게 용이할 것이라는 것이 쉽게 이해될 수 있다. 따라서, 그러한 변경 및 변형들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다면, 그것들은 여기에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시 형태 1

본 발명의 발광 소자의 일 형태가 도1을 참조하여 설명될 것이다.

도1은 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 발광층(113)을 갖는 발광 소자를 도시한다. 도1에 도시된 발광 소자에서, 혼합층(111)이 발광층(113)과 제 1 전극(101) 사이에 제공된다. 정공 수송층(112)이 발광층(113)과 혼합층(111) 사이에 제공되고, 전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)이 발광층(113)과 제 2 전극(102) 사이에 제공된다. 이러한 발광 소자에서, 제 1 전극(101)의 전압이 제 2 전극(102)의 전압보다 높게 전압이 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에 제공될 때, 정공들이 제 1 전극(101) 측으로부터 발광층(113)에 주입되고, 전자들이 제 2 전극(102) 측으로부터 발광층(113)에 주입된다. 다음, 발광층(113)에 주입된 정공들과 전자들이 재결합된다. 발광층(113)은 재결합에 의해 생성되는 여기 에너지에 의해 여기 상태가 되는 발광 물질을 포함한다. 여기 상태에서의 발광 물질은 여기 상태로부터 바닥 상태로 돌아올 때 빛을 발산한다.

이하에서, 제 1 전극(101), 제 2 전극(102), 및 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 각각의 층이 구체적으로 설명될 것이다.

제 1 전극(101)을 형성하기 위하여 이용되는 물질은 특정적으로 제한되지 않으며, 산화인듐주석, 산화실리콘을 포함하는 산화인듐주석, 2~20% 산화아연을 포함하는 산화인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 탄탈륨 질화물과 같은 높은 동작 기능을 갖는 물질 이외에도 알루미늄 또는 마그네슘과 같이 낮은 동작 기능을 갖는 물질이 이용될 수 있다. 이것은 본 발명의 발광 소자에서, 정공들이 혼합층(111)에서 생성되기 때문이다.

제 2 전극(102)을 형성하는데 이용되는 물질은 바람직하게는, 알루미늄 또는 마그네슘과 같이 낮은 동작 기능을 갖는 물질이다; 그러나, 산화인듐주석, 산화실리콘을 포함하는 산화인듐주석, 2~20% 산화아연을 포함하는 산화인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 탄탈륨 질화물과 같은 높은 동작 기능을 갖는 물질도 또한, 전자들을 생성하는 층이 제 2 전극(102)과 발광층(113) 사이에 제공되는 경우에, 이용될 수 있다. 이에 따라, 제 2 전극(102)을 형성하기 위한 물질로서 사용되는 물질은 제 2 전극(102)과 발광층(113) 사이에 제공되는 층의 속성에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은, 전극들 중 하나 또는 양자가 발산되는 빛을 전달할 수 있도록 유리하게 형성되는 것을 주의해야 한다.

혼합층(111)은 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층이다. 방향족 탄소수소의 종류는 특정적으로 한정되지 않는다: 그러나, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 방향족 탄화수소가 바람직하다. 금속 산화물로부터 공급되는 정공들이 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 가짐으로써 효과적으로 수송될 수 있다. 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 이러한 방향족 탄화수소로서, 예를 들어, 2-터드-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(2-tert-butyl-9,10-di(2-naphthy)anthracene(약자: t-BuDNA)), 안트라센, 9-10-디페닐안트라센(9-10-diphenylanthracene), 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴린 등이 주어진다. 덧붙여, 펜타센(pentacene), 코로닌(coronene) 등이 또한 이용될 수 있다. 여기에 리스트된 이들 방향족 탄화수소와 같이, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖고, 14~42개의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소가 더욱 바람직하다. 금속 산화물로서, 방향족 탄화수소에 전자-수용성을 보여주는 금속 산화물이 바람직하다. 이러한 금속 산화물로서, 예를 들어, 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 레늄산화물 등이 주어진다. 또한, 산화티타늄, 산화크롬, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화탄탈륨, 산화텅스텐, 또는 산화은이 또한 이용될 수 있다. 혼합층(111)에서, 금속 산화물은 방향족 탄화수소에 대해(=금속 산화물/방향족 탄화수소) 질량비 0.5~2 또는 몰랄비 1~4가 되도록 포함되는 것이 바람직하다. 방향족 탄화수소는 일반적으로 용이하게 결정화되는 속성을 갖는다; 그러나, 방향족 탄화수소는 본 실시 형태와 같이 금속 산화물과 혼합됨으로써 쉽게 결정화되지 않는다. 금속 산화물만으로 구성되는 층은 용이하게 결정화되는 경향을 나타내고, 이 경향은 몰리브덴산화물이 금속 산화물로서 이용될 때 특히 인지될 수 있다; 그러나, 몰리브덴은 이 실시 형태와 같이 방향족 탄화수소와 혼합됨으로써 쉽게 결정화되지 않는다. 이 방식으로, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 혼합함으로써, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물 각각의 결정화는 상호 방해되고, 따라서 쉽게 결정화되지 않는 층이 형성될 수 있다. 또한, 방향족 탄화수소는 높은 유리 전이 온도를 갖는다. 따라서, 금속 산화물과 함께 혼합층(111)에 포함된 물질에 대해 방향족 탄화수소를 이용함으로써, 혼합층은 4,4′,4″-tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine(약자: TDATA), 4,4′,4″-tris[N-(3-methylphenyl)-N-phenylamino]triphenylamine(약자: MTDATA), 또는 4,4′-bis{N-[4-(N,N-di-m-tolylamino)phenyl]-N-phenylamino}biphenyl(약자: DNTPD)을 이용하여 형성되는 정공 주입층보다 열 저항성에 있어서 더 우수할 수 있고, 또한 정공들을 정공 수송층(112)에 정공들을 주입하는 기능을 갖는다.

정공 수송층(112)은 정공들을 수송하는 기능을 갖는 층이고, 본 실시 형태의 발광 소자에서, 혼합층(111)으로부터 발광층(113)으로 정공들을 운송하는 기능을 갖는다. 정공 수송층(112)을 구비함으로써, 혼합층(111)과 발광층(113) 사이의 적절한 거리가 유지될 수 있다. 결과적으로, 광 발산이 혼합층(111)에 포함된 금속 원소에 기인하여 억제되는 것이 방지될 수 있다. 정공 수송층(112)은 정공 수송 물질로 만들어지는 것이 바람직하고, 상세하게는 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 정공 수송 물질 또는 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 바이폴라성 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 정공 수송 물질은 전자 이동도보다 높은 정공 이동도를 갖는 물질을 나타내고, 바림직하게는 정공 이동도 대 전자 이동도(=정공 이동도/전자 이동도)의 비의 값이 100 이상인 물질을 나타낸다. 다음은 정공 수송 물질이 특정 예로서 주어진다: 4,4′-bis[N-(1-naphtyl)-N-phenylamino]biphenyl(약자: NTB); 4,4′-bis[N-(3-methylphenyl)-N-phenylamino]biphenyl(약자: TPD); 1,3,5-tris[N,N-di(m-tolyl)amino]benzene(약자: m-MTDAB); 4,4′,4″-tris(N-carbazolyl)triphenylamine(약자 : TCTA) 등. 바이폴라성 물질은 다음의 물질을 나타낸다: 전자의 이동도 및 정공의 이동도가 서로 비교될 때, 한 캐리어의 이동도 대 나머지 캐리어의 이동도의 비의 값이 100 이하이고, 바람직하게는 10 이하이다. 바이폴라성 물질로서, 예를 들어, 2,3-bis(4-diphenylaminophenyl)quinoxaline(약자: TPAQn); 2,3-bis{4-[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]phenyl}-dibenzo[f,h]quinoxaline(약자 : NPADiBzQn) 등이 주어진다. 본 발명에서, 바람직하게, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 및 전자 이동도를 갖는 바이폴라성 물질이, 바이폴라성 물질들 중에서 이용된다.

발광층(113)은 발광 물질을 포함하는 층이다. 여기에서, 발광 물질은 희망하는 파장으로 광을 발산할 수 있고 효과적으로 광을 발산하는 물질을 나타낸다. 발광층(113)은 오직 발광 물질만으로 구성되는 층일 수 있다. 그러나, 발광 물질 자체의 농도에 의해 유발되는 억제 현상(quenching phenomenon)의 일종인 농도 억제(concentration quenching)이 일어날 때, 발광층(113)은, 발광 물질이 분산 상태(dispertion state)에서의 발광 물질의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는 물질로 만들어지는 층에서 혼합되는 층인 것이 바람직하다. 분산 상태로 발광층(113)에 발광 물질을 포함하여, 광 발산이 농도에 기인하여 억제되는 것이 방지될 수 있다. 여기에서, 에너지 갭은 LUMO 레벨과 HOMO 레벨 사이의 에너지 갭을 나타낸다.

광 발산 물질의 종류는 특정적으로 제한되지 않으며, 유리한 발광 효율 및 희망하는 발산 파장으로 빛을 발산할 수 있는 물질을 이용하는 것이 필요할 뿐이다. 적색광 발산을 얻기 위해, 예를 들어, 600nm~680nm의 스펙트럼에서 첨두를 갖는 발산 스펙트럼을 나타내는 다음의 물질들이 발광 물질로서 이용될 수 있다: 4-dicyanomethylene-2-isopropyl-6-[2-(1,1,7,7-tetramethyl-9-julolidyl)ethenyl]-4H-pyran(약자: DCJTI); 4-dicyanomethylene-2-methyl-6-[2-(1,1,7,7-tetramethyl-9-julolidyl)ethenyl]-4H-pyran(약자: DCJT); 4-dicyanomethylene-2-tert-butyl-6-[2-(1,1,7,7-tetramethyl-9-julolidyl)ethenyl]-4H-pyran(약자: DCJTB); periflanthene; 2,5-dicyano-1,4-bis[2-(10-methoxy-1,1,7,7-tetramethyl-9-julolidyl)ethenyl]benzene 등. 녹색광 발산을 얻기 위하여, N,N′-dimethylquinacridone(약자: DMQd), coumarin 6, coumain 545T, 또는 tris(8-quinolinolato)aluminum(약자: Alq₃)와 같이, 500nm~550nm의 스펙트럼에서 첨두를 갖는 발산 스펙트럼을 나타내는 물질이 발광 물질로 이용될 수 있다. 파란색 광 발산을 얻기 위하여, 420nm~500nm의 스펙트럼에서 첨두를 갖는 발산 스펙트럼을 나타내는 다음의 물질들이 발광 물질로 이용될 수 있다: 9,10-bis(2-naphthyl)-tert-butylanthracene(약자: t-BuDNA); 9,9′-bianthryl; 9,10-diphenylanthracene(약자: DPA); 9,10-bis(2-naphthyl)anthracene(약자: DNA); bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-gallium(약자: BGaq); bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-aluminum(약자: BAlq) 등. 전술한 바와 같이, 형광성을 방출하는 물질뿐만 아니라, 인광성(phosphorescence)을 발산하는 다음의 물질이 또한 발광 물질로서 이용될 수 있다: bis[2-(3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)pyridinato-N,C²]iridium(III)picolinate(약자: Ir(CF₃ppy)₂(pic)); bis[2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-N,C²]iridium(III)acetylacetonate(약자: FIr(acac)); bis[2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-N,C²]iridium(III)picolinate(약자: FIr(pic)); tris(2-phenylpyridinato-N,C²)iridium(약자: Ir(ppy)₃); 등.

덧붙여, 발광 물질과 함께 발광층(113)에 포함되고 발광 물질이 분산 상태에 있도록 하는데 이용되는 물질이 특정적으로 제한되지 않는다. 발광 물질로서 이용되는 물질의 에너지 갭 등의 관점에서 적절히 물질을 선택하는 것이 필요할 뿐이다. 예를 들어, 9,10-di(2-naphthyl)-2-tert-butylanthracene(약자: t-BuDNA)와 같은 안트라센 파생물, 4,4′-bis(N-carbazolyl)biphenyl(약자: CBP)와 같은 카르바졸 파생물; 2,3-bis(4-diphenylaminophenyl)quinoxaline(약자: TPAQn) 또는 2,3-bis{4-[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]phenyl}-dibenzo[f,h]quinoxaline(약자: NPADiBzQn)와 같은 quinoxaline 파생물뿐만 아니라, bis[2-(2-hydroxyphenyl)pyridinato]zinc(약자: Znpp2), bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolato]zinc(약자: ZnBOX)와 같은 금속 복합물이 발광 물질과 함께 이용될 수 있다.

전자 수송층(114)은 전자들을 수송하는 기능을 갖는 층이고, 본 실시 형태의 발광 소자에서, 전자 주입층(115)으로부터 발광층(113)으로 전자들을 운반하는 기능을 갖는다. 전자 수송층(114)을 제공하여, 제 2 전극(102)과 발광층(113) 사이에 적절한 거리가 유지될 수 있다. 결과적으로, 광 발산이 제 2 전극(102)에 포함된 금속에 기인하여 제지되는 것이 방지될 수 있다. 전자 수송층은 전자 수송성 물질로 만들어지는 것이 바람직하고, 상세하게는 1×10^-6cm²/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 전자 수송성 물질 또는 1×10^-6cm²/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 바이폴라성 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 전자 수송성 물질은 정공 이동도 보다 높은 전자 이동도를 갖는 물질을 나타내고, 바람직하게는, 100 이상의 전자 이동도 대 정공 이동도의 비(=전자 이동도/정공 이동도)를 갖는 물질을 나타낸다. 다음은 전자 수송성 물질의 특정 예로 주어진다: tris(8-quinolinolato)aluminum (약자: Alq₃); tris(4-methyl-8-quinolinolato)aluminum (약자: Almq₃); bis(10-hydroxybenzo[h]-quinolinato)berylium (약자: BeBq₂); bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolate-aluminum (약자: BAlq); bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolato]zinc (약자: Zn(BOX)₂); 및 bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzothiazolato]zinc (약자: Zn(BTZ)₂)와 같은 금속 복합물뿐만 아니라 2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-buthylphenyl)-1,3,4,-oxadiazole (약자: PBD); 1,3-bis[5-(p-tert-buthylphenyl)-1,3,4-oxadiazole-2-yl]benzene (약자: OXD-7); TAZ; p-EtTAZ; BPhen; BCP; 4,4-bis(5-methylbenzoxazolyl-2-yl)stilbene (약자: BzOs) 등. 바이폴라성 물질은 전술되었다는 것을 주의한다. 전자 수송층(114) 및 정공 수송층(112)은 동일한 바이폴라성 물질로 만들어질 수 있다.

전자 주입층(116)은 제 2 전극(102)으로부터 전자 수송층(114)으로 전자가 주입되도록 돕는 기능을 갖는 층이다. 전자 주입층(115)을 제공함으로써, 제 2 전극(102)과 전자 수송층(114) 사이에서 전자 친화성의 차이가 완화된다; 따라서, 전자들이 용이하게 주입된다. 전자 주입층(115)은 전자 수송층(114)을 형성하기 위한 물질의 전자 친화성보다 높고, 제 2 전극(102)을 형성하는 물질의 전자 친화성보다 낮은 전자 친화성을 갖는 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 택일적으로, 전자 주입층(115)은 전자 수송층(114)과 제 2 전극(102) 사이에 약 1nm~2nm의 박막으로 제공됨으로써 그 에너지 밴드가 굽어지는 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 다음은 전자 주입층(115)을 형성하는데 이용될 수 있는 물질의 특정한 예로서 주어진다: 리튬(Li)과 같은 알칼리 금속; 마그네슘(Mg)과 같은 알칼리 토류 금속; 불화세슘(CsF)과 같은 알칼리 금속의 불화물; 불화칼슘(CaF₂)와 같은 알칼리 토류 금속의 불화물; 산화리튬(Li₂O), 산화나트륨(Na₂O) 또는 산화칼륨(K₂O)과 같은 알칼리 금속의 산화물; 및 산화칼슘(CaO) 또는 산화마그네슘(MgO)과 같은 알칼리 토류 금속의 산화물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 무기 물질. 이 물질들은 박막으로 제공됨에 의해 에너지 밴드가 굽기 때문에 바람직하다. 무기 물질에 덧붙여, bathophenanthroline (약자: BPhen); bathocuproin (약자: BCP); 3-(4-tert-buthylphenyl)-4-(4-ethylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole (약자: p-EtTAZ); 또는 3-(4-tert-buthylphenyl)-4-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole (약자: TAZ)와 같은 전자 수송층(114)을 형성하기 위하여 이용될 수 있는 유기 물질이, 전자 수송층(114)을 형성하기 위한 물질의 전자 친화성보다 더 높은 전자 친화성을 갖는 물질을 이들 물질들로 중에 선택함으로써 전자 주입층(115)을 형성하기 위한 물질로서 이용될 수 있다. 즉, 전자 주입층(115)은 전자 수송층(114)의 전자 친화성보다 전자 주입층(115)의 전자 친화성이 더 높도록 물질을 선택함으로써 형성될 수 있다. 제 2 전극(102)은 전자 주입층(115)을 제공하는 경우 알루미늄과 같이 낮은 동작 기능(low work function)을 갖는 물질로 만들어지는 것이 바람직하다는 것을 주의한다.

앞서 설명된 발광 소자에서, 전자 수송층(114)을 형성하는데 이용되는 전자 수송성 물질의 이동도 및 혼합층(111)에 포함된 방향족 탄화수소의 이동도를 고려할 때, 전자 수송성 물질 및 방향족 탄화수소 각각은 하나의 물질의 이동도 대 나머지 물질의 이동도의 비가 1000 이하가 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 따라서, 발광층에서의 재결합 효율은 각각의 물질을 선택함으로써 증가될 수 있다.

이 실시 형태에서, 혼합층(111) 및 발광층(113) 뿐만 아니라 정공 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)을 갖는 발광 소자가 설명되었다; 그러나, 발광 소자의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도3에 도시된 바와 같이, 전자 주입층(115)을 대신하여 전자-생성층(116) 등을 갖는 구조가 이용될 수 있다. 전자-생성층(116)은 전자를 생성하는 층이고, 전자 수송성 물질 및 이 물질들에 전자-제공 속성을 보여주는 물질을 갖는 바이폴라성 물질 중 적어도 하나의 물질을 혼합하여 형성될 수 있다. 여기에서, 전자 수송성 물질 및 바이폴라성 물질 중에서 1×10^-6cm²/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 전자 수송성 물질 및 바이폴라성 물질에 대해, 앞서 언급한 물질들이 각각에 대해 이용될 수 있다. 덧붙여, 전자-제공 속성을 보여주는 물질에 대해, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 물질, 상세하게는 리튬(Li), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 칼륨(K), 마그네슘(Mg) 등이 이용될 수 있다. 게다가, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토류 금속 산화물, 알칼리 금속 불화물, 또는 알칼리 토류 금속 불화물, 상세하게는 산화리튬(Li₂O), 산화칼슘(CaO), 산화나트륨(Na₂O), 산화칼륨(K₂O), 산화마그네슘(MgO), 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF₂) 등이 전자-제공 속성을 나타내는 물질로서 이용될 수 있다.

덧붙여, 정공 차단층(117)이 발광층(113)과 전자 수송층(114) 사이에, 도4에 도시된 바와 같이, 제공될 수 있다. 정공 차단층(117)을 제공함으로써, 정공들이 발광층(113)을 통해 제 2 전극(102)으로 흘러들어가는 것이 방지될 수 있다; 따라서, 캐리어들의 재결합 효율이 증가될 수 있다. 게다가, 발광층(113)에서 생성되는 여기 에너지가 전자 수송층(114)과 같은 다른 층들로 옮겨지는 것이 방지될 수 있다. 정공 차단층(117)은 발광층(113)을 형성하는데 이용되고 전자 수송층(114)을 형성하는데 이용될 수 있는 물질들 중에서 선택되는 BAlq, OXD-7, TAZ, 및 BPhen과 같은 물질보다 더 높은 여기 에너지 및 이온화 전압을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 정공 차단층(117)에서의 이온화 전압이 전자 수송층(114)에서의 것보다 더 높아지도록 물질을 선택함으로써 정공 차단층(117)이 형성되는 것이 필요할 뿐이다. 동일한 방식으로, 전자가 발광층(113)을 지난 후 제 2 전극(102) 측으로 흘러들어가는 것을 차단하기 위한 층이 또한 발광층(113)과 정공 수송층(112) 사이에 제공될 수 있다.

전자 주입층(115), 전자 수송층(114), 및 정공 수송층(112)이 제공되어야 하는지의 여부가 본 발명의 실행자에 의해 적절하게 결정될 수 있고, 이들 층들이 예를 들어, 정공 수송층(112), 전자 수송층(114) 등이 제공되지 않을 때 금속에 기인한 소멸과 같은 오동작이 없는 경우 또는 전자 주입층(115)이 제공되지 않은 때에도 전극으로부터 전자들이 순조롭게 주입되는 경우 등에 항상 반드시 제공될 필요가 있는 것은 아니라는 것을 주의해야 한다.

앞서 설명된 바와 같이, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 혼합층(111)을 갖는 발광 소자를 이용함으로써, 전극들의 쌍 사이에 제공되는 층의 결정화에 기인한 오류, 예를 들어, 결정화로 정공의 주입을 지원하는 층의 불균일성이 발생한 것의 결과로서 일어나는 전극들의 쌍 사이의 단락 회로 등이, 방향족 탄화수소 또는 금속 산화물로만 만들어진 층이 구비된 발광 소자보다 더 감소될 수 있다. 또한, 정공들이 혼합층(111)에서 생성될 수 있다; 따라서, 혼합층(111)의 두께에 따른 구동 전압의 약간의 변화를 갖는 발광 소자가, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 혼합층(111)을 제공하여 얻어질 수 있다. 따라서, 발광층(113)과 제 1 전극(101) 사이의 거리는 혼합층(111)의 두께를 변경하여 용이하게 조정될 수 있다. 즉, 발산된 광이 지나는 광 경로의 길이(즉, 광로 길이)가 광 발산을 외부로 효율적으로 추출할 수 있을 충분한 길이 또는 외부로 추출되는 광 발산의 컬러 순도가 양호하도록 하는 길이가 되도록 용이하게 조정된다. 덧붙여, 제 1 전극(101)의 표면의 불균일성이 완화될 수 있고, 전극들 사이의 단락 회로가 혼합층(111)을 두껍게 하여 감소될 수 있다.

앞서 설명된 발광 소자는, 혼합층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115) 등을 제 1 전극(101) 상에 순차적으로 적층한 후 제 2 전극(102)을 형성하는 방법에 의해 제조될 수 있고, 또는 전자 주입층(115), 전자 수송층(114), 발광층(113), 정공 수송층(112), 혼합층(111) 등을 제 2 전극(102) 상에 순차적으로 적층한 후 제 1 전극(101)을 형성하는 방법으로 제조될 수 있다. 후자의 방법으로서 발광층(113)을 형성한 후에 혼합층(111)을 형성함으로써, 혼합층(111)이 보호층으로 기능한다; 따라서, 서퍼터링 방법에 의해 제 1 전극(101)이 형성될 때라도, 발광층(113)과 같이 유기 혼합물로 만들어진 층이 스퍼터링에 의해 쉽게 손상당하지 않는 바람직한 발광 소자가 제조될 수 있다.

실시 형태 2

본 발명의 발광 소자의 일 형태가 도2를 참조하여 설명될 것이다.

도2는 제 1 전극(201)과 제 2 전극(202) 사이에 발광층(213), 제 1 혼합층(215), 및 제 2 혼합층(216)을 갖는 발광 소자를 도시하며, 여기에서, 발광층(213)은 제 1 혼합층(215)보다 제 1 전극(201)에 더 근접하도록 제공되고, 제 2 혼합층(216)은 제 1 혼합층(215)보다 제 2 전극(202)에 더 근접하도록 제공된다. 이 발광 소자에서, 정공 주입층(211) 및 정공 수송층(212)은 발광층과 제 1전극(201) 사이에 제공되고, 정공 수송층(214)은 발광층(213)과 제 1 혼합층(215) 사이에 제공된다. 제 1 혼합층(215)은 전자 수송성 물질, 및 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토류 금속 산화물, 알칼리 금속 불화물, 및 알칼리 토류 금속 불화물로부터 선택되는 물질을 포함하는 층이다. 제 2 혼합층(216)은 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층이다. 발광층(213)은 발광 물질을 포함한다. 제 1 전극(201)의 전위가 제 2 전극(202)의 전위보다 높게 전극들 각각에 전압이 인가될 때, 전자들이 제 1 혼합층(215)으로부터 전극 수송층(214)으로 주입되고, 정공들이 제 2 혼합층(216)으로부터 제 2 전극(202)으로 주입되고, 또한, 혼들이 제 1 전극(201)으로부터 정공 주입층(211)으로 주입된다. 다음, 제 1 전극(201) 측으로부터 발광층(213)으로 주입된 정공들 및 제 2 전극(202) 측으로부터 발광층(213)으로 주입된 전자들이 재결합하고, 따라서 발광층(213)에 포함된 발광 물질이 재결합에 의해 생성되는 여기 에너지에 의해 여기 상태로 된다. 여기된 상태의 발광 물질이 여기 상태에서 바닥 상태로 돌아갈 때 빛을 발산한다.

이하, 제 1 전극(201), 제 2 전극(202), 및 제 1 전극(201)과 제 2 전극(202) 사이에 제공된 각각의 층에 대해 구체적으로 설명될 것이다.

제 1 전극(201)을 형성하는데 이용되는 물질은 산화인듐주석, 산화실리콘을 포함하는 산화인듐주석, 2~20%의 산화아연을 포함하는 산화인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 탄탈륨 질화물과 같은 높은 동작 기능을 갖는 물질인 것이 바람직하다.

제 2 전극(202)을 형성하는데 이용되는 물질은 바람직하게는, 알루미늄 또는 마그네슘과 같이 낮은 동작 기능을 갖는 물질이다; 그러나, 산화인듐주석, 산화실리콘을 포함하는 산화인듐주석, 2~20% 산화아연을 포함하는 산화인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 탄탈륨 질화물과 같은 높은 동작 기능을 갖는 물질도 또한, 전자들을 생성하는 층이 제 2 전극(202)과 발광층(213) 사이에 제공되는 경우에, 이용될 수 있다. 이에 따라, 제 2 전극(202)을 형성하기 위한 물질로서 사용되는 물질은 제 2 전극(202)과 발광층(213) 사이에 제공되는 층의 속성에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

제 1 전극(201) 및 제 2 전극(202)은, 전극들 중 하나 또는 양자가 발산되는 빛을 전달할 수 있도록 유리하게 형성되는 것을 주의해야 한다.

정공 주입층(211)은 정공들이 제 1 전극(201)으로부터 정공 수송층(212)으로 주입되도록 돕는 기능을 갖는 층이다. 정공 주입층(211)을 제공함으로써, 제 1 전극(201)과 정공 수송층(212) 사이의 이온화 전압 차이가 완화된다; 따라서, 정공들이 쉽게 주입된다. 정공 주입층(211)은 정공 수송층(212)을 형성하기 위한 물질의 이온화 전압보다 낮고, 제 1 전극(201)을 형성하기 위한 물질의 이온화 전압보다 높은 이온화 전압을 갖는 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 정공 주입층(211)을 형성하는데 이용될 수 있는 물질의 특정 예로서, 프탈로시아닌(phthalocyanine)(약자: H₂Pc) 또는 구리 프탈로시아닌 (약자: CuPC)와 같은 저분자 화합물, poly(ethylenedioxythiophene)/ poly(styrene sulfonate) 용액 (약자: PEDOT/PSS) 등과 같은 고문자 화합물이 주어진다.

정공 수송층(212)은 정공들을 수송하는 기능을 갖는 층이고, 본 실시 형태의 발광 소자에서, 정공 주입층(211)으로부터 발광층(213)으로 정공들을 운송하는 기능을 갖는다. 정공 수송층(212)을 구비함으로써, 제 1 전극(201)과 발광층(213) 사이의 적절한 거리가 유지될 수 있다. 결과적으로, 광 발산이 제 1 전극(201)에 포함된 금속 원소에 기인하여 억제되는 것이 방지될 수 있다. 정공 수송층(212)은 정공 수송 물질로 만들어지는 것이 바람직하고, 상세하게는 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 정공 수송 물질 또는 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 바이폴라성 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 정공 수송 물질 및 바이폴라성 물질에 대해, 실시 형태 1의 정공 수송 물질 및 바이폴라성 물질의 기술이 상응하게 적용되고, 본 실시 형태에서 설명이 생략된다.

발광층(213)은 발광 물질을 포함하는 층이다. 발광층(213)은 오직 발광 물질만으로 구성되는 층일 수 있다. 그러나, 농도 억제(concentration quenching)가 일어날 때, 발광층(213)은 분산 상태(dispertion state)에서의 발광 물질의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는 물질로 만들어지는 층에서 발광 물질이 혼합되는 층인 것이 바람직하다. 분산 상태로 발광층(213)에 발광 물질을 포함하여, 광 발산이 농도에 기인하여 억제되는 것이 방지될 수 있다. 여기에서, 에너지 갭은 LUMO 레벨과 HOMO 레벨 사이의 에너지 갭을 나타낸다. 광 발산 물질, 및 광 발산 물질을 분산 상태로 만드는데 이용되는 물질에 대해, 실시 형태 1에서 언급된, 광 발산 물질, 및 광 발산 물질을 분산 상태로 만드는데 이용되는 물질의 설명이 상응하게 적용되고, 본 실시 형태에서 설명은 생략된다.

전자 수송층(214)은 전자들을 수송하는 기능을 갖는 층이고, 본 실시 형태의 발광 소자에서, 제 1 혼합층(215)으로부터 발광층(213)으로 전자들을 운반하는 기능을 갖는다. 전자 수송층(214)을 제공하여, 제 2 혼합층(216)과 발광층(213) 사이에 적절한 거리가 유지될 수 있다. 결과적으로, 광 발산이 제 2 혼합층(216)에 포함된 금속 원소에 기인하여(금속 원소가 제 1 혼합층(215)에 포함되는 경우 금속 원소에 기인하여) 억제되는 것이 방지될 수 있다. 전자 수송층(214)은 전자 수송성 물질로 만들어지는 것이 바람직하고, 상세하게는 1×10^-6cm²/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 전자 수송성 물질 또는 1×10^-6cm²/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 바이폴라성 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 전자 수송성 물질 및 바이폴라성 물질에 대해, 실시 형태 1에서 언급된, 전자 수송성 물질 및 바이폴라성 물질의 기술이 상응하여 적용되고, 본 실시 형태에서 설명이 생략된다.

제 1 혼합층(215)은 전자들을 생성하는 층으로, 전자 수송성 물질 및 이 물질들에 전자-제공 속성을 보여주는 물질을 갖는 바이폴라성 물질 중 적어도 하나의 물질을 혼합하여 형성될 수 있다. 여기에서, 전자 수송성 물질 및 바이폴라성 물질 중에서 1×10^-6cm²/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 전자 수송성 물질 및 바이폴라성 물질에 대해, 전자 수송성 물질 및 바이폴라성 물질의 설명이 상응하게 적용되고, 설명이 여기에서 생략된다. 또한, 전자 수송성 물질 및 바이폴라성 물질에 전자-제공 속성을 나타내는 물질에 대해, 전자-제공 속성을 나타내는 물질에 대한 기술이 상응하게 적용되고, 설명이 여기에서 생략된다.

제 2 혼합층(216)은 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층이다. 방향족 탄화수소의 종류는 특정적으로 제한되지 않는다; 그러나, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 방향족 탄화수소가 바람직하다. 금속 산화물로부터 주입된 정공들이 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 가짐으로써 효과적으로 운반될 수 있다. 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 방향족 탄화수소로서, 예를 들어, 2-tert-butyl-9,10-di(2-naphthyl)anthracene(약자: t-BuDNA), 안트라센, 9-10-diphenylanthracene, 테트라센, 루브렌(rubrene), 페릴렌(perylene), 2,5,8,11-tetra(tert-butyl)perylene 등이 주어진다. 덧붙여, 펜타센(pentacene), 코로닌(coronene) 등이 또한 이용될 수 있다. 여기에 리스트된 이들 방향족 탄화수소와 같이, 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖고, 14~42개의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소가 더욱 바람직하다. 금속 산화물로서, 방향족 탄화수소에 전자-수용성을 보여주는 금속 산화물이 바람직하다. 이러한 금속 산화물로서, 예를 들어, 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 레늄산화물 등이 주어진다. 또한, 산화티타늄, 산화크롬, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화탄탈륨, 산화텅스텐, 또는 산화은이 또한 이용될 수 있다. 제 2 혼합층(216)에서, 금속 산화물은 방향족 탄화수소에 대해(=금속 산화물/방향족 탄화수소) 질량비 0.5~2 또는 몰 비 1~4가 되도록 포함되는 것이 바람직하다. 방향족 탄화수소는 일반적으로 용이하게 결정화되는 속성을 갖는다; 그러나, 방향족 탄화수소는 본 실시 형태와 같이 금속 산화물과 혼합됨으로써 쉽게 결정화되지 않는다. 금속 산화물만으로 구성되는 층은 용이하게 결정화되는 경향을 나타내고, 이 경향은 몰리브덴산화물이 금속 산화물로서 이용될 때 특히 인지될 수 있다; 그러나, 몰리브덴은 이 실시 형태와 같이 방향족 탄화수소와 혼합됨으로써 쉽게 결정화되지 않는다. 이 방식으로, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 혼합함으로써, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물 각각의 결정화는 상호 방해되고, 따라서 쉽게 결정화되지 않는 층이 형성될 수 있다.

이 실시 형태에서, 제 1 혼합층(215), 제 2 혼합층(216) 및 발광층(213)뿐만 아니라 정공 주입층(211), 정공 수송층(212), 전자 수송층(214)을 갖는 발광 소자가 설명되었다; 그러나, 발광 소자의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도5에 도시된 바와 같이, 정공 주입층(211)을 대신하여 제 2 혼합층(216)과 같이, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층(217) 등이 마련된 구조가 이용될 수 있다. 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층(217)을 마련함으로써, 제 1 전극(201)을 낮은 동작 기능을 갖는 물질 예컨대, 알루미늄 또는 마그네슘을 이용하여 형성하는 경우에도, 발광 소자는 순조롭게 동작될 수 있다. 또한, 도6에 도시된 바와 같이, 정공 차단층(218)은 전자 수송층(214)과 발광층(213) 사이에 제공될 수 있다. 정공 차단층(218)은 실시 형태 1에서 언급된 정공 차단층(117)과 유사하며, 따라서 설명을 생략한다.

정공 주입층(211), 정공 수송층(212), 및 전자 수송층(214)이 제공되어야 하는지의 여부가 본 발명의 실행자에 의해 적절하게 결정될 수 있고, 이들 층들이 예를 들어, 정공 수송층(212), 전자 수송층(214) 등이 제공되지 않을 때 금속에 기인한 억제와 같은 오동작이 없는 경우 또는 정공 주입층(211)이 제공되지 않은 때에도 전극으로부터 전자들이 순조롭게 주입되는 경우 등에 항상 반드시 제공될 필요가 있는 것은 아니라는 것을 주의해야 한다.

앞서 설명된 바와 같이, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 제 2 혼합층(216)을 갖는 발광 소자를 이용함으로써, 전극들의 쌍 사이에 제공되는 층의 결정화에 기인한 오류, 예를 들어, 결정화로 정공의 주입을 지원하는 층의 불균일성이 발생한 것의 결과로서 일어나는 전극들의 쌍 사이의 단락 회로 등이, 방향족 탄화수소 또는 금속 산화물로만 만들어진 층이 구비된 발광 소자보다 더 감소될 수 있다. 또한, 정공들이 제 2 혼합층(216)에서 생성될 수 있다; 따라서, 제 2 혼합층(216)의 두께에 따른 구동 전압의 약간의 변화를 갖는 발광 소자가, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 제 2 혼합층(216)을 제공하여 얻어질 수 있다. 따라서, 발광층(213)과 제 2 전극(202) 사이의 거리는 제 2 혼합층(216)의 두께를 변경하여 용이하게 조정될 수 있다. 즉, 발산된 광이 지나는 광 경로의 길이(즉, 광로 길이)가 광 발산을 외부로 효율적으로 추출할 수 있을 충분한 길이 또는 외부로 추출되는 광 발산의 컬러 순도가 양호하도록 하는 길이가 되도록 용이하게 조정된다. 덧붙여, 제 2 전극(202)의 표면의 불균일성이 완화될 수 있고, 전극들 사이의 단락 회로가 제 2 혼합층(216)을 두껍게 하여 감소될 수 있다.

또한, 정공 주입층(211)을 대신하여 제 1 전극(201) 측에 또한 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 제공함으로써, 제 1 전극(201)과 발광 소자(213) 사이의 거리가 쉽게 조정될 수 있다. 덧붙여, 제 1 전극(201)의 표면의 불균일성이 완화될 수 있고, 전극들 사이의 단락 회로가 감소될 수 있다.

앞서 설명된 발광 소자는, 제 1 전극(201)을 먼저 형성하고, 다음 발광층(213)과 같은 각각의 층을 형성하고, 다음 제 2 전극(202)을 형성하는 방법으로 제조될 수 있고, 또는 제 2 전극(202)을 먼저 형성하고, 다음 발광층(213)과 같은 각각의 층을 형성하고, 다음 제 1 전극(201)을 형성하는 방법으로 제조될 수 있다. 두 방법들에서, 발광층(213)을 형성한 후 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 형성하여, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층이 보호층으로 기능한다; 따라서, 서퍼터링 방법에 의해 전극(제 1 전극(201) 또는 제 2 전극(202))이 형성될 때라도, 발광층(213)과 같이 유기 혼합물로 만들어진 층이 스퍼터링에 의해 쉽게 손상당하지 않는 바람직한 발광 소자가 제조될 수 있다.

실시 형태 3

본 발명의 발광 소자의 일 형태가 도20을 참조하여 설명될 것이다. 도20은 제 1 전극(401)과 제 2 전극(402) 사이에 복수의 발광층들, 상세하게는 제 1 발광층(413a), 제 2 발광층(413b), 및 제3 발광층(413c)을 갖는 발광 소자를 도시한다. 이 발광 소자는 제 1 발광층(413a)과 제 2 발광층(413b) 사이에 제 1 혼합층(421a) 및 제 2 혼합층(422a)을, 제 2 발광층(413b)과 제3 발광층(413c) 사이에 제 1 혼합층(421b) 및 제 2 혼합층(422b)을 갖는다. 제 1 혼합층들(421a,421b)은 전자 수송성 물질, 및 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토류 금속 산화물, 알칼리 금속 불화물, 및 알칼리 토류 금속 불화물에서 선택되는 물질을 포함하는 층들이다. 제 2 혼합층들(422a,422b)은 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층들이다. 제 1 혼합층(421a)은 제 2 혼합층(422a)보다 제 1 전극(401)에 더 근접하게 마련되고, 제 1 혼합층(421b)은 제 2 혼합층(422b)보다 제 1 전극(401)에 더 근접하게 마련된다. 정공 수송층들(412a,412b,412c)은 제 1 전극(401)과 제 1 발광층(413a) 사이, 제 2 혼합층(422a)과 제 2 발광층(413b) 사이, 및 제 2 혼합층(422b)과 제3 발광층(413c) 사이에 각각 마련된다. 또한, 전자 수송층들(414a,414b,414c)은 제 1 발광층(413a)과 제 1 혼합층(421a) 사이, 제 2 발광층(413b)과 제 1 혼합층(421b) 사이, 및 제3 발광층(413c)과 제 2 전극(402) 사이에 각각 마련된다. 또한, 정공 주입층(411)은 제 1 전극(401)과 정공 수송층(412a) 사이에 마련되고, 전자 주입층(415)은 제 2 전극(402)과 전자 수송층(414c) 사이에 마련된다. 발광 물질은 제 1 발광층(413a), 제 2 발광층(413b), 및 제3 발광층(413c)에 포함된다. 제 1 전극(401)의 전압이 제 2 전극(402)의 전압보다 높도록 전압이 각각의 전극들에 인가될 때, 정공들 및 전자들이 각각의 발광층들에서 재결합되고, 각각의 발광층들에 포함된 발광 물질이 재결합에 기인하여 생성되는 여기 에너지에 의해 여기 상태가 된다. 여기된 상태에서 발광 물질이 여기 상태로부터 바닥 상태로 돌아가면서 광을 발산한다. 각각의 발광층들에 포함된 발광 물질들은 동일하거나 상이할 수 있다는 것을 주의해야 한다.

제 1 전극(401)을 형성하는데 이용되는 물질은 산화인듐주석, 산화실리콘을 포함하는 산화인듐주석, 2~20%의 산화아연을 포함하는 산화인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 탄탈륨 질화물과 같은 높은 동작 기능을 갖는 물질인 것이 바람직하다. 또한, 정공 주입층(411)을 대신하여 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 제공하는 경우 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 낮은 동작 기능을 갖는 물질로 제 1 전극(401)이 만들어질 수 있다.

제 2 전극(402)을 형성하는데 이용되는 물질은 바람직하게는, 알루미늄 또는 마그네슘과 같이 낮은 동작 기능을 갖는 물질이다; 그러나, 산화인듐주석, 산화실리콘을 포함하는 산화인듐주석, 2~20% 산화아연을 포함하는 산화인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 탄탈륨 질화물과 같은 높은 동작 기능을 갖는 물질도 또한, 전자들을 생성하는 층이 제 2 전극(402)과 제3 발광층(413c) 사이에 제공되는 경우에, 이용될 수 있다. 따라서, 제 2 전극(402)을 형성하는 물질로서 이용될 물질이 제 2 전극(402)과 제3 발광층(413c) 사이에 마련되는 층의 속성들에 따라 적절히 선택될 수 있다.

전술된 본 실시 형태의 발광 소자에서, 제 1 혼합층들(421a,421b)은 실시 형태 2에서 언급된 제 1 혼합층(215)과 유사하다. 또한, 제 2 혼합층들(422a,422b)은 실시 형태 2에서 언급된 제 2 혼합층(216)과 유사하다. 또한, 제 1 발광층(413a), 제 발광층(413b), 및 제3 발광층(413c) 각각은 실시 형태 2의 발광층(213)과 유사하다. 정공 주입층(411); 정공 수송들(412a,412b,412c); 전자 수송층들(414a,414b,414c); 및 전자 주입층(415)은 실시 형태 2에서 동일한 이름으로 언급된 층들과 각각 유사하다.

앞서 설명된 바와 같이, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 제 2 혼합층들(422a,422b)을 갖는 발광 소자를 이용함으로써, 전극들의 쌍 사이에 제공되는 층의 결정화에 기인한 오류, 예를 들어, 결정화로 정공의 주입을 지원하는 층의 불균일성이 발생한 것의 결과로서 일어나는 전극들의 쌍 사이의 단락 회로 등이, 방향족 탄화수소 또는 금속 산화물로만 만들어진 층이 구비된 발광 소자보다 더 감소될 수 있다. 또한, 각각 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 제 2 혼합층들(422a,422b)이 마련된 구조를 이용함으로써, 각각의 발광층 사이에 산화인듐주석로 만들어진 층과 같이 스퍼터링에 의해 형성되는 층이 마련된 구조를 갖는 발광 소자와 비교하여, 발광층으로서 유기 화합물로 만들어진 층이 스퍼터링에 의해 쉽게 손상되지 않는 발광 소자가 얻어질 수 있다.

실시 형태 4

본 발명의 발광 소자에 따르면, 전극들의 쌍 사이에 마련된 층의 결정화에 기인한 동작 오류가 감소될 수 있다. 또한, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하고 한 쌍의 전극들 사이에 마련되는 혼합층을 두껍게 함으로써 한 쌍의 전극들 사이에 단락 회로가 방지될 수 있다. 또한, 본 발명의 발광 소자에 따라, 혼합층의 두께를 조정하여 광 경로 길이를 조정함으로써 광 발산이 외부에 효과적으로 추출될 수 있다. 더욱이, 양호한 컬러 순도를 갖는 광 발산이 얻어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광 소자를 픽셀로서 이용함으로써, 발광 소자의 동작 오류로 인한 디스플레이 결함들이 매우 적은 양호한 발광 장치가 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명의 발광 소자를 픽셀로서 이용하여, 양호한 디스플레이 컬러를 이미지에 제공할 수 있는 발광 장치가 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명의 발광 소자를 광원으로서 이용하여, 발광 소자의 동작 오류로 인한 오작동이 적게, 유리하게 조명할 수 있는 발광 장치가 얻어질 수 있다.

본 실시 형태에서, 디스플레이 기능 및 그 구동 방법을 갖는 발광 장치의 회로 구성이 도7~11C를 참조하여 설명될 것이다.

도7은 본 발명이 적용된 발광 장치의 개략적인 상면도이다. 도7에서, 픽셀 부분(6511), 광 신호 라인 구동 회로(6512), 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(6513), 및 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(6514)가 기판(6500) 위에 제공된다. 소스 신호 라인 구동 회로(6512), 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(6513), 및 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(6514)가 배선들의 그룹을 통해 외부 입력 단자인 FPC(유연한 인쇄 회로, flexible printed circuit; 6503)에 연결된다. 소스 신호 라인 구동 회로(6512), 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(6513), 및 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(6514)가 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 FPC(6503)로부터 각각 수신한다. 인쇄된 배선 보드(PWB)(6504)가 FPC(6503)에 부착된다. 구동 회로 부분은 전술된 것 같은 픽셀 부분(6511)과 동일한 기판상에 반드시 제공될 필요는 없다. 예를 들어, 구동 회로 부분은 배선 패턴이 마련된 FPC 상에 IC 칩을 탑재하여 형성되는 TPC 등을 이용하여 기판 외부에 제공될 수 있다.

픽셀 부분(6511)에서, 열 방향으로 뻗은 복수의 소스 신호 라인들이 행 방향으로 배열되고, 전류 공급 라인들이 행 방향으로 배열되어 있다. 픽셀 부분(6511)에서, 행 방향으로 뻗은 복수의 게이트 신호 라인들이 열 방향으로 배열되어 있다. 또한, 픽셀 부분(6511)에서, 발광 소자를 포함하는 복수의 픽셀 회로들이 배열되어 있다.

도8은 하나의 픽셀 동작을 위한 회로를 나타내는 도면이다. 제 1 트랜지스터(901), 제 2 트랜지스터(902), 및 발광 소자(903)가 도8에 도시된 회로에 포함되어 있다.

제 1 트랜지스터(901) 및 제 2 트랜지스터(902) 각각은 게이트 전극, 드레인 영역 및 소스 영역을 포함하는 3개의 단자들을 가지며, 드레인 영역과 소스 영역 사이에 채널 영역을 갖는다. 여기에서, 소스 영역 및 드레인 영역은 트랜지스터의 구조, 동작 조건 등에 따라 결정되기 때문에, 어느 것이 소스 영역인지 또는 드레인 영역인지 한정하는 것이 어렵다. 따라서, 본 실시 형태에서, 소스 또는 드레인으로 기능하는 영역들을 제 1 전극 또는 제 2 전극으로 부르기로 한다.

게이트 신호 라인(911) 및 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(913)가 스위치(918)를 통해 서로 전기적으로 연결 또는 단절되도록 마련되어 있다. 게이트 신호 라인(911) 및 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(914)가 스위치(919)를 통해 서로 전기적으로 연결 또는 단절되도록 마련되어 있다. 소스 신호 라인(912)은 스위치(920)를 통해 소스 신호 라인 구동 회로(915) 및 전원(916) 중 하나에 전기적으로 연결되도록 마련되어 있다. 제 1 트랜지스터(901)의 게이트는 게이트 신호 라인(911)에 전기적으로 연결되어 있다. 제 1 트랜지스터의 제 1 전극은 전기적으로 소스 신호 라인(912)에 연결되고, 그것의 제 2 전극은 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 전기적으로 연결되어 있다. 제 2 트랜지스터(902)의 제 1 전극은 전류 공급 라인(917)에 전기적으로 연결되고, 그것의 제 2 전극은 발광 소자(903)에 포함된 전극들 중 하나에 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 스위치(918)는 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(913)에 포함될 수 있다. 스위치(919)는 또한 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(914)에 포함될 수 있다. 덧붙여, 스위치(920)는 스소 신호 라인 구동 회로(915)에 포함될 수 있다.

픽셀 부분에서의 트랜지스터, 발광 소자 등의 배열이 특정적으로 제한되는 것은 아니다; 그러나, 발광 소자 등은 예를 들어 도9의 상면도에 도시된 바와 같이 배열될 수 있다. 도9에서, 제 1 트랜지스터(1001)의 제 1 전극은 소스 신호 라인(1004)에 연결되고, 그것의 제 2 전극은 제 2 트랜지스터(1002)의 게이트 전극에 연결된다. 제 2 트랜지스터의 제 1 전극은 전류 공급 라인(1005)에 연결되고, 그것의 제 2 전극은 발광 소자의 전극(1006)에 연결된다. 게이트 신호 라인(1003)의 일부는 제 1 트랜지스터(1001)의 게이트 전극으로 기능한다.

다음, 구동 방법이 설명된다. 도10은 시간에 따른 프레임 동작의 예시적인 모습이다. 도10에서, 수평 방향은 시간 경과를 나타내고, 반면 수직 방향은 게이트 신호 라인의 스캐닝 단계들을 나타낸다.

본 발명에 따른 발광 장치를 이용하여 이미지가 디스플레이될 때, 재기록 동작 및 스크린의 디스플레이 동작이 디스플레이 기간 동안 반복적으로 수행된다. 재기록 동작들의 횟수는 특정적으로 제한되지 않는다; 그러나, 재기록 동작은 적어도 약 초당 60회로 유리하게 수행되어, 이미지를 보는 사람이 플릭커를 발견하지 못한다. 여기에서, 재기록 동작 및 하나의 스크린(하나의 프레임)의 디스플레이 동작을 수행하는 기간을 1 프레임 시간이라 한다.

1 프레임 시간은 4개의 서브-프레임 시간들(501,502,503,504)로 시분할되고, 도10에 도시된 바와 같이, 이들은 기록 시간들(501a,502a,503a,504a) 및 유지 시간들(501b,502b,503b,504b)을 포함한다. 광 발산을 위해 신호를 수신하는 발광 소자는 유지 시간에 광을 발산한다. 각각의 서브-프레임 시간에서 유지 시간의 길이 비율은 제 1 서브-프레임 시간(501) : 제 2 서브-프레임 시간(502) : 제3 서브-프레임 시간(503) : 제4 서브-프레임 시간(504) = 2³ : 2² : 2¹ : 2⁰ = 8 : 4 : 2 : 1 이다. 따라서, 4-bit 그레이 스케일이 구현될 수 있다. 비트들 및 그레이 스케일 레벨들의 수는 여기에 제한되지 않는다. 예를 들어, 8-비트 그레이 스케일은 8개의 서브-프레임 시간들을 제공함으로써 제공될 수 있다.

1 프레임 시간에서의 동작이 설명된다. 먼저, 기록 동작이 서브-프레임 시간(501)에서 제 1 행부터 마지막 행까지 순차적으로 수행된다. 따라서, 기록 시간의 시작 시간은 행들에 따라 다르다. 유지 시간(501b)이 기록 시간(501a)이 완료되는 행들로부터 순차적으로 시작한다. 유지 시간에, 광 발산을 위한 신호를 수신하는 발광 소자는 광을 발산한다. 다음 서브-프레임 시간(502)이 유지 시간(501b)이 완료되는 행들로부터 순차적으로 시작하고, 기록 동작이 서브-프레임 시간(501)에서와 같이 제 1 행으로부터 마지막 행까지 순차적으로 수행된다. 전술된 동작들이 반복적으로 수행되어 서브-프레임 시간(504)의 유지 시간(504b)을 종료한다. 서브-프레임 시간(504)에서의 동작이 완료되는 때, 다음 프레임 시간의 동작이 시작된다. 각각의 서브-프레임 시간에서의 광 발산 시간의 합이 1 프레임 시간에서의 각각의 발광 소자의 광 발산 시간이다. 하나의 픽셀에서 각각의 발광 소자에 대한 광 발산 시간을 변경하고, 광 발산 시간을 다양하게 조합하여, 다양한 컬러들이 상이한 밝기 및 색도로 디스플레이될 수 있다.

행에서 유지 시간이 이미 완료되었고, 시작된 유지 시간이 마지막 행의 기록을 완료하기 전에 강제로 종료된 때, 광 발산이 강제로 중단되도록 제어된 유지 시간(504b) 후에 말소 시간(504c)이 제공된다. 광 발산이 강제로 중단된 행은 고정된 시간(이 시간을 비발광시간(504d)이라 한다) 동안 광을 발산하지 않는다. 마지막 행의 기록 시간을 종료한 때, 다음 기록 시간(또는 프레임 시간)이 제 1 행부터 순차적으로 시작한다. 이에 따라, 서브-프레임 시간(504)의 기록 시간 및 다음 서브-프레임 시간의 기록 시간이 중첩되는 것이 방지될 수 있다.

본 실시 형태에서, 서브-프레임 시간들(501~504)은 가장 긴 유지 시간으로부터 순차적으로 배열된다; 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 서브-프레임 시간들(501~504)은 가장 짧은 유지시간으로부터 순차적으로 배열될 수 있고, 또는 짧은 서브-프레임 시간들 및 긴 서브-프레임 시간들을 조합하여 임의로 배열될 수 있다. 서브-프레임 시간은 또한 복수의 프레임 시간들로 나누어질 수 있다. 즉, 동일한 비디오 신호를 제공하는 시간 동안 게이트 신호 라인의 스캐닝이 복수회 수행될 수 있다.

기록 시간 및 말소 시간에서 도8에 도시된 회로의 동작이 설명될 것이다.

먼저, 기록 시간의 동작이 설명될 것이다. 기록 시간에서, n 번째(n은 자연수) 행의 게이트 신호 라인(911)은 스위치(918)를 통해 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(913)에 전기적으로 연결된다. 게이트 신호 라인(911)은 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(914)에 연결되지 않는다. 소스 신호 라인(912)은 스위치(920)를 통해 소스 신호 라인 구동 회로에 전기적으로 연결된다. 여기에서, 신호는 n 번째 행에서 게이트 신호 라인(911)에 연결된 제 1 트랜지트서(901)의 게이트로 입력되어, 제 1 트랜지스터(901)를 턴온 시킨다. 다음, 이 순간, 비디오 신호들이 동시에 첫번째에서 마지막 열들의 소스 신호 라인들로 입력된다. 각각의 열에서 소스 신호 라인(912)으로부터 입력되는 비디오 신호들은 서로 독립적이다. 소스 신호 라인(912)으로부터 입력되는 비디오 신호는 각각의 소스 신호 라인에 연결된 제 1 트랜지스터(901)를 통해 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극으로 입력된다. 이 순간, 발광 소자(903)는 제 2 트랜지스터(902)에 입력되는 신호에 따라 광을 발산하거나 하지 않는다. 예를 들어, 제 2 트랜지스터(902)가 P-채널 타입인 때, 발광 소자(903)는 로우 레벨 신호를 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력함으로써 광을 발산한다. 반면, 제 2 트랜지스터(902)가 N-채널 타입인 때, 발광 소자(903)는 하이 레벨 신호를 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력함으로써 광을 발산한다.

다음, 말소 시간 동안 동작이 설명될 것이다. 말소 시간에, n 번째 행의 게이트 신호 라인(911)이 스위치(919)를 통해 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(914)에 전기적으로 연결된다. 게이트 신호 라인(911)은 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(913)에 연결되지 않는다. 소스 신호 라인(912)은 스위치(920)를 통해 전원(916)에 전기적으로 연결된다. 여기에서, n 번째 행에서 게이트 신호 라인(911)에 연결된 제 1 트랜지스터(901)의 게이트에 신호가 입력되어 제 1 트랜지스터(901)를 턴온 시킨다. 다음, 이 순간, 말소 신호들이 동시에 첫번째 열부터 마지막 열까지에서 소스 신호 라인들에 입력된다. 소스 신호 라인(912)으로부터 입력된 말소 신호가 각각의 소스 신호 라인에 연결된 제 1 트랜지스터(901)를 통해 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극으로 입력된다. 이 때, 전류 공급 라인(917)으로부터 발광 소자(903)로의 전류 공급이 제 2 트랜지스터(902)로 입력되는 신호에 의해 차단된다. 따라서, 발광 소자(903)는 강제로 비발광상태로 된다. 예를 들어, 제 2 트랜지스터(902)가 P-채널 타입인 경우, 발광 소자(903)는 하이 레벨 신호를 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력함으로써 광을 발산하지 않는다. 제 2 트랜지스터(902)가 N-채널 타입인 경우, 발광 소자(903)는 로우 레벨 신호를 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력함으로써 광을 발산하지 않는다.

말소 시간에서, 말소를 위한 신호가 전술한 바와 같은 동작에 의해 n 번째 행에 입력된다. 그러나, n 번째 행이 말소 시간에 있고, 다른 행(m 번째 행이라 하며, 여기서 m은 자연수이다)은 기록 시간에 있는 경우가 있다. 이 경우, 동일한 행의 소스 신호 라인을 이용하여, 말소를 위한 신호가 n 번째 행에 입력되고, 기록을 위한 신호가 m 번째 행에 입력되는 것이 요구된다. 따라서, 다음과 같이 설명되는 동작이 수행되는 것이 바람직하다.

n 번째 행의 발광 소자(903)가 전술한 말소 시간에서의 동작에 의해 비발광상태로 만들어진 후 즉시, 게이트 신호 라인이 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(914)로부터 단절되고, 소스 신호 라인이 소스 신호 라인 구동 회로(915)에 스위치(918)를 천이하여 연결된다. 소스 신호 라인을 소스 신호 라인 구동 회로(915)에 연결할 뿐만 아니라, 게이트 신호 라인은 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(913)에 연결된다. 신호가 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(913)로부터 m번째 행에서 신호 라인으로 선택적으로 입력되어 제 1 트랜지스터를 턴온시키고, 기록을 위한 신호가 첫번째부터 마지막까지의 열에서 소스 신호 라인 구동 회로(915)로부터 소스 신호 라인들로 입력된다. m 번째 행에서의 발광 소자는 비디오 신호들에 따라 광을 발산하거나 또는 발산하지 않는다.

전술한 m 번째 행의 기록 시간을 종료할 때, (n+1) 번째 행의 말소 시간이 시작한다. 그러므로, 게이트 신호 라인 및 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(913)가 서로 단절되고, 소스 신호 라인 및 전원(916)이 스위치(918)를 절환하여 서로 연결된다. 또한, 게이트 신호 라인 및 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(913)가 서로 단절되고, 게이트 신호 라인이 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(914)에 연결된다. 신호가 (n+1) 번째 행에서 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(914)로부터 게이트 신호 라인에 선택적으로 입력되어 제 1 트랜지스터를 턴온시킬 때, 말소 신호가 전원(916)으로부터 입력된다. (n+1) 번째 행의 말소 시간을 종료할 때, m 번째 행의 기록 시간이 시작한다. 이하에서, 동일한 방식으로, 말소 시간 및 기록 시간이 반복적으로 수행되어 마지막 행의 말소 시간을 종료할 수 있다.

본 실시 형태에서, m 번째 행의 기록 시간이, n 번째 행의 말소 시간 및 (n+1) 번째 행의 말소 시간 사이에 제공되는 형태가 설명되었다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, m 번째 행의 기록 시간은 (n-1)번째 행의 말소 시간 및 n 번째 행의 말소 시간 사이에 제공될 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서, 비발광시간(504d)이 서브-프레임 시간(504)내의 것으로 제공되는 경우, 말소 게이트 신호 라인 구동 회로(914)를 어떤 게이트 신호 라인을 단절하고, 기록 게이트 신호 라인 구동 회로(913)를 다른 게이트 신호 라인에 연결하는 동작이 반복적으로 수행된다. 이러한 동작은 비발광시간이 제공되지 않는 프레임 시간에 수행될 수 있다.

실시 형태 5

본 발명의 발광 소자를 포함하는 발광 장치의 형태가 도11A~11C의 단면도를 참조하여 설명될 것이다.

도11A~11C 각각에서, 점선에 의해 둘러싸인 영역은 본 발명의 발광 소자(12)를 구동하기 위해 제공되는 트랜지스터(11)를 나타낸다. 발광 소자(12)는 실시 형태들 1~3에서 설명된 바와 같이, 제 1 전극(13)과 제 2 전극(14) 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 갖는 본 발명의 발광 소자이다. 트랜지스터(11)의 드레인 및 제 1 전극(13)은 제 1 층간 절연막(16)(16a,16b,16c)을 관통하는 배선(17)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 발광 소자(12)는 분할층(18)에 의해 발광 소자(12)에 인접하게 제공되는 다른 발광 소자들로부터 절연된다. 이러한 구조를 갖는 본 발명의 발광 장치가 본 실시 형태에서 기판(10) 상에 제공된다.

도11A~11C 각각에 도시된 트랜지스터(11)는 반도체층이 게이트 전극과 기판 사이에 위치되도록 게이트 전극이 기판의 반대편 측에 제공되는 탑-게이트 트랜지스터라는 것을 주의해야 한다. 그러나, 트랜지스터(11)의 구조는 특정적으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 바텀-게이트 트랜지스터가 이용될 수 있다. 바텀-게이트 트랜지스터를 이용하는 경우, 보호막이 채널의 반도체층 위에 형성되는 트랜지스터(채널 보호된 트랜지스터) 또는 채널의 반도체층 일부가 오목하게 식각된 트랜지스터(채널 식각된 트랜지스터)가 이용될 수 있다.

트랜지스터(11)에 포함된 반도체층은 결정질 반도체, 비정질 반도체, 반정질 반도체 등 중 임의의 것일 수 있다.

반정질 반도체가 이하에서 설명된다. 반정질 반도체는 비정질 구조 및 결정질 구조(단결정질 및 다결정질 구조를 포함)의 중간 구조, 자유 에너지의 관점에서 안정한 제3 상태, 및 짧은-범위의 차수 및 격자 왜곡을 갖는 결정질 영역을 갖는다. 덧붙여, 막의 적어도 일부는 0.5~20nm의 입자 직경을 갖는 결정 입자를 포함한다. 라만(Raman) 스펙트럼은 520cm^-1 보다 더 낮은 파수(wavenumber) 측으로 천이(shift)하다. Si 결정 격자로부터 유도되는 것으로 생각되는 (111) 및 (220)의 회절 피크들은 X-레이 회절에 의해 관찰된다. 댕글링 본드를 종결하기 위하여 수소 또는 할로겐의 적어도 1 원소% 이상이 반정질 반도체에 포함된다. 반정질 반도체는 또한 소위 미세결정 반도체라 부른다. SiH₄, Si₂H₆, SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiCl₄ 또는 SiF₄ 가스의 글로우 방전 분해(플라즈마 CVD)에 의해 형성된다. 이들 가스들은 H₂로, 또는 H₂ 및 He, Ar, Kr 및 Ne로부터 선택되는 하나 이상의 종류들의 희귀 가스 원소들로 희석된다. 희석율은 2~1000 회의 범위이다. 압력은 약 0.1~133 Pa의 범위이고, 전원 주파수는 1~120MHz 이고 바람직하게는 13~60MHz 이다. 기판을 가열하는 온도는 300℃ 이하이고, 바람직하게는, 100~250℃ 이다. 막 내의 불순물 원소에 대해, 산소, 질소, 또는 탄소와 같은 분위기 성분의 불순물들이 1×10²⁰ /cm³ 이하로 설정되는 것이 바람직하고, 특히, 산소 농도는 5×10¹⁹/cm³ 이하이고, 바람직하게는, 1×10¹⁹/cm³ 이하로 설정된다.

결정질 반도체층의 특정 에로서, 단일 결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 게르마늄 등으로 만들어진 반도체층이 주어진다. 이 물질들은 레이저 결정화에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 이 물질들은 니켈 등을 이용하는 고상결정 성장법을 이용한 결정화에 의해 형성될 수 있다.

반도체층이 비정질 반도체 예를 들어, 비정질 실리콘로 만들어지는 경우, 트랜지스터(11) 및 다른 트랜지스터(발광 소자를 구동하기 위한 회로에 포함된 트랜지스터)로서 N-채널 트랜지스터들만을 포함하는 회로들을 갖는 발광 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 반도체층이 비정질 반도체 외의 물질로 만들어지는 경우, N-채널 트랜지스터 및 P-채널 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 회로들을 갖는 발광 장치가 이용될 수 있다. 또한, N-채널 트랜지스터 및 P-채널 트랜지스터 모두를 포함하는 회로들을 갖는 발광 장치가 이용될 수 있다.

제 1 층간 절연막(16)은 도11A, 11B, 및 11C에 도시된 바와 같이 다층 또는 단층일 수 있다. 층간 절연막(16a)은 산화실리콘 또는 실리콘 질화물과 같은 무기 물질로 만들어진다. 층간 절연막(16b)은 아크릴, 실록산, 또는 스핀 코팅 방법으로 형성될 수 있는 산화실리콘과 같은 물질로 만들어진다(실록산은 실리콘(Si) 및 산소(O)의 결합에 의해 형성되는 골격구조를 갖고, 불소 그룹, 수소, 또는 유기 그룹(예를 들어, 알킬 그룹 또는 방향족 탄화수소 그룹)을 치환기로 갖는다). 층간 절연막(16c)은 아르곤(Ar)을 포함하는 실리콘 질화물 막으로 만들어진다. 각각의 층들에 포함되는 물질들은 여기에 특정적으로 제한되지는 않는다. 따라서, 상기 물질들 이외의 물질이 이용될 수 있다. 택일적으로, 상기의 것 이외의 물질로 구성된 층이 또한 조합될 수 있다. 따라서, 제 1 층간 절연막(16)은 무기 물질 및 유기 물질 양자로, 또는 어느 하나로 만들어질 수 있다.

분할층(18)의 에지 부분은 곡률 반경이 연속적으로 변화되는 모양을 갖는다. 이 분할층(18)은 아크릴, 실록산, 저항(resist), 또는 산화실록산 등으로 만들어진다. 분할층(18)은 무기막 및 유기막 중 하나 또는 양자로 만들어질 수 있다.

도11A 및 도11C 각각은 제 1 층간 절연막(16)만이 트랜지스터(11)와 발광 소자(12) 사이에 위치되는 구조를 보여준다. 택일적으로, 도11B에 도시된 바와 같이, 제 1 층간 절연막(16)(16a,16b)뿐만 아니라 제 2 층간 절연막(19)(19a,19b)이 제공될 수 있다. 도11B에 도시된 바와 같은 발광 장치에서, 제 1 전극(13)은 제 2 층간 절연막(19)을 관통하여 배선(17)에 연결된다.

제 2 층간 절연막(19)은 제 1 층간 절연막(16)과 같은 방식으로 다층 또는 단층일 수 있다. 층간 절연막(19a)은 아크릴, 실록산, 또는 스핀 코팅 방법에 의해 형성될 수 있는 산화실리콘과 같은 물질로 만들어진다. 층간 절연막(19b)은 아르곤(Ar)을 포함하는 실리콘 질화물 막으로 만들어진다. 각각의 층들에 포함되는 물질들은 여기에 특정적으로 제한되지는 않는다. 따라서, 상기 물질들 이외의 물질이 이용될 수 있다. 택일적으로, 상기의 것 이외의 물질로 구성된 층이 또한 조합될 수 있다. 따라서, 제 1 층간 절연막(16)은 무기 물질 및 유기 물질 양자로, 또는 어느 하나로 만들어질 수 있다.

제 1 전극 및 제 2 전극이 모두 발광 소자(12) 안에 광 투과 물질로 만들어지는 경우, 광 발산은 도11A에서 화살표로 표시된 바와 같이 제 1 전극(13) 측 및 제 2 전극(14) 측 모두로부터 추출될 수 있다. 제 2 전극(14)만이 광 투과 물질로 만들어지는 경우, 광 발산이 도11B에서 화살표로 표시된 바와 같이 제 2 전극(14) 측으로부터만 추출될 수 있다. 이 경우, 제 1 전극(13)은 높은 반사율을 갖는 물질로 만들어지거나, 높은 반사율을 갖는 물질로 만들어진 막(반사 막)이 제 1 전극(13) 아래에 제공되는 것이 바람직하다. 제 1 전극(13)만이 광 투과 물질로 만들어지는 경우, 광 발산이 도11C에서 화살표로 표시된 바와 같이 제 1 전극(13) 측으로부터만 추출될 수 있다. 이 경우, 제 2 전극(14)은 높은 반사율을 갖는 물질로 만들어지거나, 높은 반사율을 갖는 물질로 만들어진 막(반사 막)이 제 2 전극(14) 위에 제공되는 것이 바람직하다.

덧붙여, 발광 소자(12)에서, 제 2 전극(14)의 전압이 제 1 전극(13)의 전압보다 높도록 전압이 인가되는 때, 동작이 수행되도록 층(15)이 적층될 수 있다. 택일적으로, 발광 소자(12)에서, 제 2 전극(14)의 전압이 제 1 전극(13)의 전압보다 낮도록 전압이 인가되는 때, 동작이 수행되도록 층(15)이 적층될 수 있다. 전자의 경우에, 트랜지스터(11)는 N 채널 트랜지스터이고, 후자의 경우 트랜지스터(11)는 P 채널 트랜지스터이다.

앞서 설명된 바와 같이, 본 실시 형태는 트랜지스터에 의해 발광 소자의 구동을 제어하는 능동 발광 장치를 설명한다; 그러나, 트랜지스터와 같은 구동 소자를 제공하지 않고 발광 소자를 구동하는 수동 발광 장치가 역시 이용될 수 있다. 도12는 본 발명을 적용하여 제조되는 수동 발광 장치의 사시도이다. 도12에서, 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층, 발광층 등을 포함하는 다층 구조를 갖는 층(955)이 기판(951) 상의 전극(952)과 전극(956) 사이에 제공된다. 전극(952)의 에지 부분은 절연층(953)으로 덮인다. 분할층(954)은 절연층(953) 위에 마련된다. 분할층(954)의 측벽은, 기판 표면에 근접할수록 측벽 사이의 폭이 좁아지도록 경사를 갖는다. 즉, 짧은 측 방향으로의 분할층(954) 단면은 사다리꼴 모양을 가지며, 여기에서 하부 베이스(절연층(953)의 평면 방향과 같은 방향을 가리키고, 절연층(953)과 접하는 측)가 상부 베이스(절연층(953)의 평면 방향과 같은 방향을 가리키고, 절연층(953)과 접하지 않는 측)보다 짧다. 따라서, 정전기 등에 기인한 발광 소자의 오류가 전술한 바와 같은 분할층(954)을 제공하여 방지될 수 있다. 덧붙여, 수동 발광 장치는 또한 낮은 구동 전압에서 동작되는 본 발명의 발광 소자를 포함하여 낮은 소비 전력으로 구동될 수 있다.

실시 형태 6

방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 갖는 층이 한 쌍의 전극들 사이에 제공되는 발광 소자에 대해, 한 쌍의 전극들 사이에 제공된 층의 결정화로 형성된 불균일성 또는 전극 표면의 불균일성으로 인한 한 쌍의 전극들 사이의 단락 회로에 의해 유발되는 동작 오류가 감소된다. 따라서, 이러한 발광 소자를 픽셀로 이용하는 발광 장치는 약간의 디스플레이 결함들(defects)을 가지며, 디스플레이 동작은 순조롭게 수행된다. 따라서, 이러한 발광 장치를 디스플레이부로 적용하여, 디스플레이 결함에 기인한 디스플레이 이미지에서의 적은 에러들 등을 갖는 전자 장치가 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명의 발광 소자를 광원으로서 이용하는 발광 장치는 발광 소자의 동작 오류에 기인한 오동작이 적게, 양호하게 조명할 수 있다. 따라서, 백라이트와 같이 조명 부분으로서 이 발광 장치를 이용하는 전술한 바와 같이, 본 발명의 발광 장치를 탑재하여, 발광 소자의 오동작에 기인한 어두운 공간의 국부 형성과 같은 동작 오류가 감소되고, 디스플레이가 순조롭게 수행될 수 있다. 또한, 발광층과 전극 사이의 거리가 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 갖는 층의 두께를 조정하여 조정되는 발광 소자에 대해, 층의 두께에 기인한 구동 전압이 다소 변화된다; 따라서, 낮은 구동 전압으로 구동되고 양호한 컬러 순도로 광을 발산하는 발광 장치가 얻어질 수 있다. 따라서, 이러한 발광 장치를 디스플레이부에 적용하여, 낮은 전력을 소비하고 컬러면에서 우수한 이미지를 제공할 수 있는 전자 장치가 얻어질 수 있다.

도13A~13C 각각은 본 발명이 적용된 발광 장치가 탑재된 전자 장치의 일 예를 도시한다.

도13A는 본 발명을 적용하여 제조된 퍼스널 컴퓨터로서, 이는 본체(5521), 샤시(5522), 디스플레이부(5523), 키보드(5524) 등을 포함한다. 본 발명의 발광 소자를 이용하는 발광 장치는 여기에서, 실시 형태 1 및 2에서 설명된 바와 같이, 픽셀로서 포함된다(예를 들어, 실시 형태 3 및 4에서 설명된 바와 같은 구조를 포함하는 발광 장치). 따라서, 디스플레이부에 적은 결함들을 갖고 디스플레이 이미지에서 에러가 없는, 컬러에 있어 우수한 디스플레이 이미지를 제공할 수 있는 퍼스널 컴퓨터가 완성될 수 있다. 퍼스널 컴퓨터는 또한, 본 발명의 발광 소자를 광원으로서 이용하는 발광 장치를 백라이트로 포함함으로써 완성될 수 있다. 상세하게, 도14에 도시된 바와 같이, 액정 장치(5512) 및 발광 장치(5513)가 퍼스널 컴퓨터에서 샤시들(5511,5514) 사이에 프레임되는 조명 장치를 디스플레이부로 포함할 필요가 있을 뿐이다. 도14에서, 외부 입력단(5515)이 액정 장치(5512)에 부착되고, 외부 입력단(5516)이 발광 장치(5513)에 부착된다는 것을 주의한다.

도13B는 본 발명을 적용하여 제조되는 전화기로서, 이는 본체(5552), 디스플레이부(5551), 오디오 출력부(5554), 오디오 입력부(5555), 동작 스위치들(5556,5557), 안테나(5553) 등을 포함한다. 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치는 디스플레이부로서 여기에 포함된다. 따라서, 전화기가 완성될 수 있고, 이는 디스플레이부에 적은 결함들을 가지고, 디스플레이 이미지 에러가 없는, 컬러면에서 우수한 디스플레이 이미지를 제공할 수 있다.

도13C는 본 발명을 적용하여 제조되는 텔레비전 장치이고, 이는 디스플레이부(5531), 샤시(5532), 스피커(5533) 등을 포함한다. 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치는 디스플레이부로서 여기에 포함된다. 따라서, 텔레비전 장치가 완료될 수 있고, 이는 디스플레이부에 적은 결함들을 가지고, 디스플레이 이미지 에러가 없는, 컬러면에서 우수한 디스플레이 이미지를 제공할 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 발광 장치는 다양한 종류들의 전자 장치들의 디스플레이부들로서 이용되기에 적절하다. 전자 장치는 본 실시 형태에서 설명된 것들에 제한되는 것은 아니며, 네비게이션 시스템과 같은 전자 장치일 수 있다는 것을 주의한다.

실시예 1

방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 갖는 발광 소자를 제조하는 방법 및 그 동작 특성이 이하에서 설명될 것이다. 본 실시예에서, 방향족 탄화수소 대 금속 산화물의 분자 비율이 다르고, 그 외에 동일한 구조를 갖는 두 개의 발광 소자들(발광 소자(1) 및 발광 소자(2))이 제조되었다.

도15에 도시된 바와 같이, 산화실리콘을 포함하는 산화인듐주석이 제 1 전극(301)을 형성하도록 기판(300) 상에 110nm의 두께를 갖도록 형성되었다. 막 형성을 위해 스퍼터링 방법이 이용되었다.

다음, t-BuDNA 및 몰리브덴산화물(VI)을 포함하는 제 1 층(311)이 공동-증착(co-evaporation) 방법에 의해 제 1 전극(301) 상에 형성되었다. 제 1 층(311)은 120nm 의 두께를 갖도록 형성되었다. 발광 소자(1)는 t-BuDNA 대 몰리브덴산화물의 질량비가 1:0.5(몰 비가 1:1.7)(=t-BuDNA : 몰리브덴산화물)가 되도록 형성되었고, 발광 소자(2)는 t-BuDNA 대 몰리브덴산화물의 질량비가 1:0.75(몰 비가 1:2.5)(=t-BuDNA : 몰리브덴산화물)가 되도록 형성되었다. 공동-증착(co-evaporation)은 원료가 하나의 처리 챔버에 마련된 기화 소스들 각각으로부터 기화되고, 기화된 원료가 복수의 물질들이 혼합된 층을 형성하도록 처리되도록 물체 상에 증착되는 증착 방법이다.

이어서, NPB를 포함하는 제 2 층(312)이 증착 방법에 의해 형성되었다. 제 2 층(312)은 10nm 두께를 갖도록 형성되었다. 이 제 2 층(312)은 발광 소자가 구동될 때 정공 수송층으로서 기능한다.

다음, Alq₃ 및 쿠마린 6을 포함하는 제3 층이 공동-증착 방법에 의해 제 2 층(312) 상에 형성되었다. 제3 층(313)은 37.5nm 두께를 갖도록 형성되었고, Alq₃ 대 쿠마린 6의 질량비가 1 : 0.01 (몰 비가 1 : 0.013)(=Alq₃ : 쿠마린 6)이 되도록 형성되었다. 이에 따라, 쿠마린 6는 Alq₃로 만들어진 층에 포함되어 산재된다. 전술한 바와 같이 형성된 제3 층(313)은 발광 소자가 구동되는 때 발광층으로서 기능한다.

다음, Alq₃를 포함하는 제4 층(314)이 증착 방법(evaporation method)에 의해 제3 층(313) 상에 형성되었다. 제4 층(314)은 37.5nm 두께를 갖도록 형성되었다. 제4 층(314)은 발광 소자가 구동될 때 전자 수송층으로서 기능한다.

다음, 불화리튬을 포함하는 제5 층(315)이 증착 방법에 의해 제4 층(314) 상에 형성되었다. 제5 층(315)은 1nm 두께를 갖도록 형성되었다. 이 제5 층(315)은 발광 소자가 구동될 때 전자 주입층으로서 기능한다.

그 다음, 알루미늄이 증착 방법에 의해 제5 층(315) 상에 200nm 두께를 갖도록 증착되어 제 2 전극(302)을 형성하였다.

도16~18은 전술된 바와 같이 제조된 발광 소자에 전압을 인가하여 제 1 전극(301)의 전압이 제 2 전극(302)의 전압보다 크게 하여, 발광 소자의 동작 특성을 검사한 결과를 보여준다. 도16은 발광 소자의 전압 대 휘도 특성을 보여주는 도면이고, 여기에서 수평축은 전압(V)을 나타내고, 수직축은 휘도(cd/m²)를 나타낸다. 도17은 발광 소자의 전압 대 전류 특성을 보여주는 도면이고, 여기에서 수평축은 전압(V)을 나타내고, 수직축은 전류(mA)를 나타낸다. 도18은 발광 소자의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내는 도면이며, 여기에서 수평축은 휘도(cd/m²)를 나타내고, 수직축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 도16~18을 통해, ●로 표시되는 그래프는 발광 소자(1)에 연관된 것이고, ○로 표시되는 그래프는 발광 소자(2)에 연관된 것이다.

(비교예)

전극들 사이에 t-BuDNA만으로 만들어진 층이 마련된 발광 소자가 실시예 1에서 제조된 발광 소자의 비교예로서 설명될 것이다. 비교예의 발광 소자의 구조는 t-BuDNA만으로 만들어진 층이 혼합층(111)을 대신하여 제공된다는 점에서 실시예 1에서 설명된 발광 소자(1) 및 (2)의 구조와 다르지만, 나머지 부분에 대해서는, 실시예 1에서 언급된 발광 소자(1) 및 (2)가 동일하다. 따라서, 비교예의 발광 소자를 제조하는 방법의 설명은 설명된다. 비교예의 발광 소자의 동작에 따라서, 도16~18에서 △에 의해 표시된 그래프 결과가 얻어졌다.

실시예 1 및 비교예로부터, 한 쌍의 전극들 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 제공하여, 광 발산 시작 전압(광이 1cd/m²의 휘도로 발산되는 때가 "광 발산 시작"으로 정의되고, 이 때 인가되는 전압이 "광 발산 시작 전압"이라 한다)이 낮고, 임의의 휘도로 광을 발산하기 위해 필요한 인가 전압이 낮고, 동작이 낮은 구동 전압에서 수행되는 양호한 발광 소자가 얻어질 수 있다는 것이 밝혀졌다. 광이 임의의 휘도로 발산되는 때 높은 전류 효율을 가지는 양호한 광 발산 소자가, 한 쌍의 전극들 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층을 제공함으로써 얻어질 수 있다는 것이 또한 밝혀졌다.

실시예 2

한 쌍의 전극들 사이에 오직 방향족 탄화수소로만 만들어진 층을 갖는 샘플(4)과, 각각 한 쌍의 전극들 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 3개의 샘플들(1)~(3)에 대해 전압 대 전류 특성이 검사되었다. 결과적으로, 방향족 탄화수소만으로 만들어진 층보다는 방향족 탄화수소 및 금속 산화물이 혼합된 층에서, 도전성이 더 높다는 것, 즉 캐리어의 주입이 더 잘 이루어진다는 것이 밝혀졌다.

도19는 전압 대 전류 특성들의 검사 결과를 도시한다. 도19에서, 수평축은 전압(V)을 나타내고, 수직축은 전류(mA)를 나타낸다. 또한, 도19에서, ●에 의해 표시되는 그래프는 샘플(1)에 관한 것이고, ■는 샘플(2), □는 샘플(3), 및 △는 샘플(4)과 관련된 것이다.

측정에 이용된 샘플들(1)~(3) 각각은 산화실리콘을 포함하는 산화인듐주석으로 만들어진 전극(110nm)과 알루미늄으로 만들어진 전극(200nm) 사이에 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는 층(200nm)이 제공된 층을 갖고, 샘플(4)은 산화실리콘을 포함하는 산화인듐주석으로 만들어진 전극(110nm)과 알루미늄으로 만들어진 전극(200nm) 사이에 방향족 탄화수소만으로 만들어진 층(200nm)이 제공된 구조를 갖는다. 샘플들(1)~(3)은 한쌍의 전극들 사이에 제공된 층에 포함된 방향족 탄화수소 대 금속 산화물의 질량비에서 다르다. 샘플(1)에서, 질량비는 1:0.5(t-BuDNA:몰리브덴산화물); 샘플(2)에서는 2:0.75(t-BuDNA:몰리브덴산화물); 및 샘플(3)에서는 1:1(t-BuDNA:몰리브덴산화물)이다.

본 출원은 2005년 4월 21일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 일련 번호 제 2005-124296호에 기초한 것이며, 그 전반적인 내용이 여기에 참조로 포함되었다.

Claims

제 1 전극;
제 2 전극;
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성된 발광층; 및
상기 제 2 전극과 상기 발광층 사이에 형성된 제 1 혼합층 및 제 2 혼합층을 포함하고, 상기 제 2 혼합층은 상기 제 2 전극과 접하고,
상기 제 1 혼합층은 전자 수송성 물질 및 바이폴라성(bipolar) 물질 중 적어도 하나와, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토류 금속 산화물, 알칼리 금속 불화물, 및 알칼리 토류 금속 불화물 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제 2 혼합층은 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는, 발광 장치.
제 1 전극;
제 2 전극;
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성된 n층(n은 2 이상의 임의의 자연수)의 발광층들; 및
m 번째(m은 1≤m≤n-1인 임의의 자연수) 발광층과 (m+1) 번째 발광층 사이에 형성된 제 1 혼합층 및 제 2 혼합층을 포함하고,
상기 제 1 혼합층은 상기 제 2 혼합층보다 상기 제 1 전극에 근접하게 제공되고,
상기 제 1 혼합층은 전자 수송성 물질 및 바이폴라성 물질 중 적어도 하나와, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토류 금속 산화물, 알칼리 금속 불화물, 및 알칼리 토류 금속 불화물 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제 2 혼합층은 방향족 탄화수소 및 금속 산화물을 포함하는, 발광 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 금속 산화물은 몰리브덴산화물, 바나듐산화물, 루테늄산화물, 및 레늄산화물 중 적어도 하나인, 발광 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 금속 산화물은 상기 방향족 탄화수소에 대해 전자-수용성을 나타내는, 발광 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 방향족 탄화수소는 1×10^-6cm²/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는, 발광 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 방향족 탄화수소는 14 내지 42개의 탄소 원자들을 갖는, 발광 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 방향족 탄화수소는 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(2-tert-butyl-9,10-di(2-naphthyl)anthracene), 안트라센, 9,10-디페닐안트라센(9,10-diphenylanthracene), 테트라센(tetracene), 루브린(rubrene), 페릴린(perylene), 2,5,8,11-테트라(tert-부틸)페릴린(2,5,8,11-tetra(tert-butyl)perylene), 펜타센(pentacene), 및 코로닌(coronene) 중 적어도 하나인, 발광 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 장치.