KR101349625B1 - 조명 장치 - Google Patents

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KR101349625B1
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준이치로 사카타
유지 이와키
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 발광 소자에 포함된 층의 결정화에 기인하는 극소수의 동작 결함들을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 발광 소자는 금속 산화물과 상기 금속 산화물에 대한 전자 공여성(electron donating property)을 나타내는 화합물을 포함하는 층을 갖는다. 상기 층은 제 1 영역 및 제 2 영역을 갖는다. 상기 제 1 영역에 포함된 금속 산화물은 상기 제 2 영역에 포함된 금속 산화물보다 높은 농도를 갖는다. 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역은 교대로 및 반복적으로 제공된다. 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역 각각은 층의 두께 방향으로 0.1 nm 이상, 10 nm 이하, 더 바람직하게는 1 nm 이상, 5 nm 이하의 거리를 갖는다. 본원에서 금속 산화물에 대한 전자 공여성을 나타내는 화합물 및 금속 산화물 각각은, 금속 산화물에 대한 전자 공여성을 나타내는 화합물에 대한 금속 산화물의 몰비(=금속 산화물/화합물)가 0.1 이상, 10 이하(층의 전체에서의 평균값)가 되도록 포함되는 것이 바람직하다.

Description

조명 장치 {lighting device}
본 발명은 전류 여기에 의해 광을 방출하는 발광 소자에 관한 것으로, 더 구체적으로는 그의 층의 구조에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 발광 소자를 사용하는 발광 장치 및 전자 장치에 관한 것이다.
한 쌍의 전극들 사이에 발광 재료를 포함하는 층을 갖는 발광 소자는 화소, 광원 등에 사용되고, 디스플레이 장치 또는 조명 장치와 같은 발광 장치에 제공된다. 상기 발광 장치에서, 발광 소자의 신뢰성은 발광 장치의 성능에 밀접하게 관련된다. 예를 들면, 단락이 발광 소자의 전극들 사이에 발생될 때, 디스플레이 이미지가 왜곡되거나 불충분한 강도의 광이 방출될 수 있다.
따라서, 결함이 적고 장시간 동안 안정성을 갖고 광을 방출하는 것이 가능한 발광 소자의 개발이 최근들어 진행되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1은 몰리브덴 산화물과 같은 더 높은 일 함수(work function)를 갖는 금속 산화물을 양극에 사용함으로써 더 낮은 구동 전압에서 동작하는 발광 소자를 제조하는 기술을 개시한다. 또한, 발광 소자는 더 긴 수명이 제공된다.
[특허문헌 1] 일본 특개평9-63771호 공보
본 발명의 목적은 발광 소자에 포함된 층의 결정화에 기인하는 극소수의 동작 결함들을 갖는 발광 소자를 제공하고, 상기 발광 소자를 사용하는 발광 장치 및 전자 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 발광 소자들 중 하나는 금속 산화물과 상기 금속 산화물에 대한 전자 공여성을 나타내는 화합물을 포함하는 혼합층을 갖는다. 제 1 영역 및 제 2 영역이 상기 층에 제공된다. 제 1 영역에 포함된 금속 산화물은 제 2 영역에 포함된 금속 산화물보다 높은 농도를 갖는다. 제 1 영역 및 제 2 영역은 교대로 및 반복적으로 제공된다. 제 1 영역 및 제 2 영역 각각은 혼합층의 두께 방향으로 0.1 nm 이상, 10 nm 이하, 더 바람직하게는 1 nm 이상, 5 nm 이하의 거리를 갖는다. 본원에서 금속 산화물에 대한 전자 공여성을 나타내는 화합물 및 금속 산화물 각각은 금속 산화물에 대한 전자 공여성을 나타내는 화합물에 대한 금속 산화물의 몰비(=금속 산화물/화합물)가 0.1 이상, 10 이하(층의 전체에서의 평균값)가 되도록 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 발광 소자들 중 하나는 금속 산화물, 제 1 화합물 및 제 2 화합물을 포함하는 혼합층을 갖는다. 제 1 화합물은 금속 산화물에 대한 전자 공여성을 나타낸다. 또한 제 2 화합물은 제 1 화합물보다 낮은 LUMO 준위를 갖는다. 제 1 영역 및 제 2 영역이 상기 층에 제공된다. 제 1 영역에 포함된 금속 산화물은 제 2 영역에 포함된 금속 산화물보다 높은 농도를 갖는다. 제 1 영역 및 제 2 영역은 교대로 및 반복적으로 제공된다. 제 1 영역 및 제 2 영역 각각은 혼합층의 두께 방향으로 0.1 nm 이상, 10 nm 이하, 더 바람직하게는 1 nm 이상, 5 nm 이하의 거리를 갖는다. 본원에서 제 1 화합물 및 금속 산화물 각각은 제 1 화합물에 대한 금속 산화물의 몰비(=금속 산화물/제 1 화합물)가 0.1 이상, 10 이하(층의 전체에서의 평균값)가 되도록 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 발광 소자들 중 하나는 금속 원자, 산소 원자 및 상기 금속 원자에 대한 전자 공여성을 나타내는 화합물을 포함하는 복합층을 갖고, 금속 원자는 산소 원자에 결합된다. 제 1 영역 및 제 2 영역이 상기 복합층에 제공된다. 제 1 영역 및 제 2 영역은 교대로 및 반복적으로 제공되고, 제 1 영역에 포함된 금속 산화물은 제 2 영역에 포함된 금속 산화물보다 높은 농도를 갖는다. 제 1 영역 및 제 2 영역 각각은 복합층의 두께 방향으로 0.1 nm 이상, 10 nm 이하, 더 바람직하게는 1 nm 이상, 5 nm 이하의 거리를 갖는다. 본원에서 금속 원자에 대한 전자 공여성을 나타내는 화합물 및 금속 원자 각각은 금속 원자에 대한 전자 공여성을 나타내는 화합물에 대한 금속 원자의 몰비(=금속 원자/화합물)가 0.1 이상, 10 이하(층의 전체에서의 평균값)가 되도록 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 발광 소자들 중 하나는 금속 원자, 산소 원자, 제 1 화합물 및 제 2 화합물을 포함하는 복합층을 갖는다. 금속 원자는 복합층에서 산소 원자에 결합되고, 제 1 화합물은 금속 원자에 대한 전자 공여성을 나타낸다. 또한, 제 2 화합물은 제 1 화합물보다 낮은 LUMO 준위를 갖는다. 제 1 영역 및 제 2 영역이 상기 복합층에 제공되고, 제 1 영역에 포함된 금속 원자는 제 2 영역에 포함된 금속 원자보다 높은 농도를 갖는다. 제 1 영역 및 제 2 영역은 교대로 반복적으로 제공된다. 제 1 영역 및 제 2 영역 각각은 복합층의 두께 방향으로 0.1 nm 이상, 10 nm 이하, 더 바람직하게는 1 nm 이상, 5 nm 이하의 거리를 갖는다. 본원에서 제 1 화합물 및 금속 원자 각각은 제 1 화합물에 대한 금속 원자의 몰비(=금속 원자/제 1 화합물)가 0.1 이상, 10 이하(층의 전체에서의 평균값)가 되도록 포함되는 것이 바람직하다.
발광 소자에 포함된 층의 결정화에 기인하는 극소수의 동작 결함들을 갖는 발광 소자가 본 발명을 실시함으로써 획득될 수 있다. 또한, 더 긴 수명을 갖는 발광 소자가 본 발명을 실시함으로써 획득될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자는 발광 소자에 포함된 층의 결정화에 기인하는 극소수의 동작 결함들을 갖기 때문에, 발광 소자의 결함들에 기인하는 극소수의 이미지의 결함들을 갖는 발광 장치가 본 발명을 실시함으로써 획득될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 장치는 발광 소자에 포함된 층의 결정화에 기인하는 극소수의 동작 결함들, 따라서 극소수의 이미지들의 결함들을 갖는 발광 소자를 사용한다. 따라서, 디스플레이 장치에 디스플레이되는 이미지들의 결함들에 기인하는 극소수의 이미지 인식 에러들을 갖고 디스플레이 이미지들을 통해 사용자들에게 정확한 정보를 전달하는 것이 가능한 전자 장치가 본 발명을 실시함으로써 획득될 수 있다.
본 발명에 따라, 발광 장치가 발광 소자에 포함된 층의 결정화에 기인하는 극소수의 동작 결함들, 따라서 극소수의 이미지들의 결함들을 갖는 발광 소자를 사용함으로써, 디스플레이 장치에 디스플레이되는 이미지들의 결함들에 기인하는 극소수의 이미지 인식 에러들을 갖고 디스플레이 이미지들을 통해 사용자들에게 정확한 정보를 전달하는 것이 가능한 전자 장치가 획득될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 발광 소자의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 발광 소자의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 발광 소자의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 발광 장치에 제공된 화소를 구동하기 위한 회로의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 발광 장치에 포함된 화소부의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 발광 장치에 포함된 화소용 방법을 도시하는 구성도.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 발광 장치들의 단면들의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 발광 장치의 일 실시예를 도시하는 사시도.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명이 적용되는 전자 장치들의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명이 적용되는 조명 장치를 도시하는 도면.
도 11은 예 1의 제조 방법을 도시하는 도면.
도 12는 투과 전자 현미경으로의 관찰에 의해 획득된 이미지.
본 발명의 실시예들이 이하에 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 다수의 상이한 형태들로 실시될 수 있고, 다수의 변경들 및 수정들이 이러한 변경들 및 수정들이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다면 당업자들에게 명백할 수 있다는 것이 용이하게 이해될 수 있다. 따라서, 본 발명은 실시예들에 설명된 것에 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다.
(제 1 실시예)
본 발명에 따른 발광 소자의 일 실시예가 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명될 것이다.
도 1a는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 발광 재료를 포함하는 층을 갖는 발광 소자를 도시한다. 본 실시예에서, 발광 재료를 포함하는 층은, 정공 발생층(111), 정공 운반층(112), 전자 운반층(114) 및 전자 주입층(115)이 발광층(113)에 부가하여 제공되어 있는 복수의 층들을 적층함으로써 형성된다. 발광 재료는 특히 발광층(113)에 포함된다. 전압이 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에 인가되어 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(102)의 전위보다 높을 때, 정공 및 전자는 제 1 전극(101)측 및 제 2 전극(102)측 각각으로부터 발광층(113) 내로 주입된다. 다음, 발광층(113) 내로 주입된 정공 및 전자가 재조합된다. 발광층(113)에 포함된 발광 재료는 재조합에 의해 생성된 여기 에너지에 의해 여기된다. 여기된 발광 재료는 접지 상태로 복귀할 때 발광을 생성한다.
정공 발생층(111)은 제 1 영역(111a) 및 제 2 영역(111b)을 갖는다(도 1b). 제 1 영역(111a)에 포함된 금속 원자들의 수는 제 2 영역(111b)에 포함된 원자들의 수보다 크다. 또한, 제 1 영역(111a) 및 제 2 영역(111b)은 교대로 및 반복적으로 제공된다. 제 1 영역(111a) 및 제 2 영역(111b) 각각은 그의 두께 방향으로 0.1 nm 이상, 10 nm 이하, 더 바람직하게는 1 nm 이상, 5 nm 이하의 거리를 갖는다(즉, 제 1 영역(111a)에 인접한 제 2 영역들(111b) 중 하나와 다른 하나 사이의 거리(d1)는 0.1 nm 이상, 10 nm 이하, 더 바람직하게는 1 nm 이상, 5 nm 이하이다). 달리 말하면, 금속 원자의 농도가 높은 영역(제 1 영역(111a))이 정공 발생층(111)에 주기적으로 0.1 nm 이상, 10 nm 이하(더 바람직하게는 1 nm 이상, 5 nm 이하)의 거리에 제공된다. 금속 원자들이 상술한 바와 같이 분포된 정공 발생층(111)에서, 각각의 금속 원자는 산소 원자와 결합된다. 제 1 영역(111a) 및 제 2 영역(111b)의 반복들의 수는 특별히 제한되는 것은 아니라는 것을 주목해야 한다.
본원에서 금속 원자들은 바나듐, 몰리브덴, 레늄 및 루테늄과 같은 원소 주기율표의 4족 내지 8족 중 어느 하나에 속하는 금속 원자들인 것이 바람직하다. 원소 주기율표의 4족 내지 8족 중 어느 하나에 속하는 금속 원소들은 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 탄탈, 크롬, 텅스텐, 망간 및 오스뮴을 추가로 포함한다.
정공 발생층(111)에는, 제 1 화합물이 포함된다. 제 1 화합물은, 금속 원자가 산소 원자와 결합하는 구조를 포함하는 화합물에 대한 전자 공여성을 나타낸다(이 화합물로서, 예를 들면 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 레늄 산화물, 및 루테늄 산화물과 같은 원소 주기율표의 4족 내지 8족 중 어느 하나에 속하는 금속들의 산화물이 예시될 수 있다). 전자 전달 복합물이 전자 공여성을 나타냄으로써 생성될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
본 발명의 실시를 위해 사용될 수 있는 제 1 화합물의 예들은 트리페닐아민의 구조를 포함하는 방향족 아민 화합물들을 포함한다. 방향족 아민 화합물들의 특정예들은 4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노] 바이페닐(약어: NPB), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]-바이페닐(약어: TPD), 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)-트리페닐아민(약어: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]-트리페닐아민(약어: MTDATA), 4,4'-비스{N-[4-(N,N-디-m-토릴아미노)페닐}-N-페닐아미노} 바이페닐(약어: DNTPD), 1,3,5-트리스[N,N-디(m-토릴) 아미노] 벤젠(약어: m-MTDAB), 및 4,4',4"-트리스(N-카르바조릴) 트리페닐아민(약어: TCTA)를 포함한다. 이들은, 정공 이동도가 전자 이동도보다 높고, 전자 이동도에 대한 정공 이동도의 비(=정공 이동도/전자 이동도)가 100보다 큰 재료들, 소위 단극 재료들이고, 특히 단극 재료들의 고도의 정공 운반 재료들이다. 본원에 언급된 단극 재료들에 부가하여, 2,3-비스(4-디페닐아미노페닐) 퀴녹살린(약어: TPAQn)과 같은 쌍극 재료들이 사용될 수 있다. 본원의 쌍극 재료들은, 일 캐리어의 이동도에 대한 다른 캐리어의 이동도의 비가 캐리어, 전자 또는 정공의 이동도가 다른 캐리어의 이동도에 비교될 때 100 이하, 바람직하게는 10 이하인 재료들을 지시한다.
게다가, 제 2 화합물이 정공 발생층(111)에 추가로 포함되는 것이 바람직하다. 제 2 화합물은 제 1 화합물보다 낮은 최저 비점유 분자 궤도 함수(lowest unoccupied molecular orbital; LUMO) 준위를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 제 2 화합물을 추가로 포함함으로써, 제 1 화합물이 생성된 캐리어들에 기인하여 열화되는 것이 방지될 수 있고, 따라서 발광 소자의 수명이 연장될 수 있다. 제 2 화합물의 특정예들은 루브린(rubrene), 구리 프탈로시아닌, 4-이시아노메틸렌-2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl) 에테닐]-4H-피란(약어: DCJTI), 4-디시아노메틸렌-2-테르트-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl) 에테닐]-4H-피란(약어: DCJTB), N,N'-디메틸퀴나크리돈(약어: DMQd), N,N'-디페닐퀴나크리돈(약어: DPQd) 및 코마린 6을 포함한다.
또한, 제 1 화합물 및 금속 이온들은 제 1 화합물에 대한 금속 원자의 몰비(=금속 원자/제 1 화합물)가 0.1 이상, 10 이하, 더 바람직하게는 0.5 이상, 5 이하가 되도록 정공 발생층(111)에 포함된다. 또한, 제 1 화합물에 대한 제 2 화합물의 몰비(=제 2 화합물/제 1 화합물)는 정공 발생층(111)에서 0.005 이상, 0.1 이하, 더 바람직하게는 0.01 이상, 0.08이하인 것이 바람직하다(본원에 언급된 몰비들은 정공 발생층 전체에서의 평균값들이다).
상술한 구조를 갖는 정공층(111)은 정공들을 발생시키는 것이 가능하다. 따라서, 제 1 전극(10)으로부터 정공들을 주입하는 것이 곤란할 때에도, 정공들은 정공 발생층(111)을 제공함으로써 발광층(113) 내로 안정적으로 운반될 수 있다. 또한, 상술한 구조를 갖는 정공 발생층(111)은 용이하게 결정화되지 않고 적절한 안정성을 갖는다.
발광층(113)은 발광 재료를 포함한다. 여기서 발광 재료는 적절한 발광 효율을 제공하고 소정의 파장의 발광을 생성하는 것이 가능한 재료이다. 발광층(113)은 발광 재료를 사용함으로써 형성된 층일 수 있다. 그러나, 농도 소광(concentration quenching)이 발생하는 경우에, 발광층(113)은 발광 재료들보다 큰 에너지 갭을 갖는 재료로 구성된 층에 발광 재료들을 분산함으로써 형성될 수 있는 것이 바람직하다. 농도에 기인하는 발광의 소광은 발광층(113)에 분산된 발광 재료를 포함함으로써 방지될 수 있다. 여기서 에너지 갭은 LUMO 준위과 HOMO 준위 사이의 에너지 갭을 지시한다.
발광 재료는 특별히 제한되는 것은 아니고, 적절한 발광 효율을 제공하고 소정의 파장의 발광을 생성할 수 있는 재료가 사용될 수 있다. 예를 들면, 적색 또는 붉은 발광이 획득되도록 요구될 때, 4-디시아노메틸렌-2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl) 에테닐]-4H-피란(약어: DCJTI), 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl) 에테닐]-4H-피란(약어: DCJT), 4-디시아노메틸렌-2-테르트-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl) 에테닐]-4H-피란(약어: DCJTB), 페리플란텐, 및 2,5-디시아노-1,4-비스-[2-(10-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl) 에테닐]-벤젠과 같은 600 nm 내지 680 nm의 방출 스펙트럼 피크를 갖는 발광을 생성하는 재료가 발광 재료로서 사용될 수 있다. 녹색 또는 초록 발광이 획득되도록 요구될 때, N,N'-디메틸퀴나크리돈(약어: DMQd), 코마린 6, 코마린 545T, 및 트리스(8-퀴노리노라토) 알루미늄(약어: Alq3)과 같은 500 nm 내지 550 nm의 방출 스펙트럼 피크를 갖는 발광을 생성하는 재료가 사용될 수 있다. 청색 또는 푸른 발광이 획득되도록 요구될 때, 9,10-비스(2-나프틸)-2-테르트-부틸안트라센(약어: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴, 9.10-디페닐안트라센(약어: DPA), 9,10-디(2-나프틸) 안트라센(약어: DNA), 비스(2-메틸-8-퀴노리노라토)-4-페닐페노라토-갈륨(약어: BGaq), 및 비스(2-메틸-8-퀴노리노라토)-4-페닐페노라토-알루미늄(약어: BAlq)과 같은 420 nm 내지 500 nm의 방출 스펙트럼 피크를 갖는 발광을 생성하는 재료가 발광 재료로서 사용될 수 있다. 상술한 바와 같은 발광을 생성하는 재료들에 부가하여, 비스[2-(3',5'-비스(트리플루오로메틸) 페닐) 피리디나토-N,C2'] 이리듐 (Ⅲ) 피코리네이트(Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐) 피리디나토-N,C2'] 이리듐 (Ⅲ) 아세틸아세토네이트(FIr(acac)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐) 피리디나토-N,C2'] 이리듐 (Ⅲ) 피코리네이트 (FIr(pic)), 및 트리스(2-페닐피리디나토-N,C2') 이리듐(약어: Ir(ppy)3))과 같은 인광을 생성하는 재료들이 또한 발광 재료로서 사용될 수 있다.
게다가, 발광 재료와 함께 발광층(113)에 포함되고 발광 재료를 분산시키기 위해 사용되는 재료는 특별히 제한되는 것은 아니고 발광 재료 등으로서 사용되는 재료의 에너지 갭을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 9,10-디(2-나프틸)-2-테르트-부틸안트라센(약어: t-BuDNA), 4,4'-비스(N-카르바조릴)-바이페닐(약어: CBP)과 같은 카르바졸 유도체들, 2,3-비스(4-디페닐아미노페닐) 퀴녹살린(약어: TPAQn) 및 2,3-비스{4-[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노] 페닐}-디벤조 [f,h] 퀴녹살린(약어: NPADiBzQn)과 같은 퀴녹살린 유도체들, 및 비스[2-(2-하이드록시페닐)-피리디나토] 아연(약어: Znpp2) 및 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤족스아조라토] 아연(약어: ZnBOX)과 같은 금속 복합물들이 발광 재료와 함께 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 발광층(113)과 정공 발생층(111) 사이에 정공 운반층(112)을 제공하는 것이 바람직하다. 정공 운반층(112)은 제 1 전극(101)측으로부터 발광층(113)측으로 주입된 정공들을 운반하는 기능을 갖는, 정공들 운반 기능을 갖는 층이다. 이러한 방식으로 정공 운반층(112)을 제공함으로써, 정공 발생층(111)이 발광 소자(113)로부터 이격 유지될 수 있어, 정공 발생층(111)에 포함된 금속에 기인하는 발광의 소광이 방지될 수 있다. 고도의 정공 운반 재료의 사용에 의해, 특히 1×10-6 cm2/VS 이상의 정공 이동도를 갖는 재료의 사용에 의해 정공 운반층(112)을 형성하는 것이 바람직하다. 고도의 정공 운반 재료로서, 예를 들면 NPB, TPD, TDATA, MTDATA, DNTPD, m-MTDAB, 및 TCTA가 예시될 수 있다. 그러나, 이들 이외의 다른 재료가 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 발광층(113)과 제 2 전극(102) 사이에 전자 운반층(114)을 제공하는 것이 바람직하다. 전자 운반층(114)은 제 2 전극(102)측으로부터 발광층(113)으로 주입된 전자들을 운반하는 기능을 갖는, 전자들 운반 기능을 갖는 층이다. 전자 운반층(114)을 제공함으로써, 제 2 전극(102)이 발광 소자(113)로부터 이격 유지될 수 있어, 제 2 전극(102)에 포함된 금속에 기인하는 발광의 소광이 방지될 수 있다. 게다가, 또한 금속이 전자 주입층(115)에 포함될 때, 발광 소자(113)로부터 전자 주입층(115)을 이격 유지하도록 전자 운반층(112)을 제공함으로써 금속에 기인하는 소광이 동일한 방식으로 방지될 수 있다. 고도의 전자 운반 재료의 사용에 의해, 특히 1×10-6 cm2/VS 이상의 전자 이동도를 갖는 재료의 사용에 의해 전자 운반층(114)을 형성하는 것이 바람직하다. 고도의 전자 운반 재료는, 정공 이동도가 전자 이동도보다 높고 정공 이동도에 대한 전자 이동도의 비(=전자 이동도/정공 이동도)가 100보다 큰 재료를 지시한다. 전자 운반층(114)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료들의 특정예들은 트리스(8-퀴노리노라토) 알루미늄(약어: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴노리노라토) 알루미늄(약어: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조 [h] 퀴노리나토) 베릴륨(약어: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴노리노라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약어: BAlq), 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤족스아졸라토] 아연(약어: Zn(BOX)2), 및 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조시아졸라토] 아연(약어: Zn(BTZ)2), 및 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-테르트-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약어: PBD), 1,3-비스[5-(p-테르트-부틸페닐)-1,3,4-옥시다졸-2-yl] 벤젠(약어: OXD-7), 3-(4-테르트-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트리아졸(약어: TAZ), 3-(4-테르트-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트리아졸(약어: p-EtTAZ), 바소펜안트로린(약어: BPhen), 바소큐프로인(약어: BCP), 및 4,4-비스(5-메틸벤족스아졸-2-yl) 스틸벤(약어: BzOs)과 같은 금속 복합물들을 포함한다.
정공 운반층(112) 및 전자 운반층(114) 각각은 상술한 바와 같은 단극 재료 이외에 예를 들면 TPAQn과 같은 쌍극 재료의 사용에 의해 형성될 수 있다. 다른 쌍극 재료들 중에서 1×10-6 cm2/VS 이상의 정공 및 전자 이동도를 갖는 쌍극 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 정공 운반층(112) 및 전자 운반층(114)은 동일한 쌍극 재료의 사용에 의해 형성될 수 있다.
더욱이, 전자 주입층(115)이 전자 운반층(114)과 제 2 전극(102) 사이에 제공될 수 있다. 전자 주입층(115)은 제 2 전극(102)으로부터 전자 운반층(114)으로의 전자들의 주입을 보조하는 기능을 갖는 층이다. 전자 주입층(115)을 제공함으로써, 제 2 전극(102)과 전자 운반층(114) 사이의 전자 친화도의 차이가 감소되고, 따라서 전자들이 용이하게 주입된다. 전자 운반층(114)을 형성하는 재료보다 크고 제 2 전극(102)을 형성하는 재료보다 작은 전자 친화도를 갖는 재료, 또는 재료가 전자 운반층(114)과 제 2 전극(102) 사이에 1 내지 2 nm의 박막으로서 제공될 때 굴곡되는 에너지 밴드를 갖는 재료의 사용에 의해 전자 주입층(115)을 형성하는 것이 바람직하다. 전자 주입층(115)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료들의 예들은 알칼리 금속들, 알칼리토류 금속들, 알칼리 금속들의 불화물들, 알칼리토류 금속들의 불화물들, 알칼리 금속들의 산화물들, 및 알칼리토류 금속들의 산화물들과 같은 무기 물질들을 포함하고, 더 구체적으로는 리튬 산화물, 마그네슘 산화물, 리튬 불화물 및 칼슘 불화물을 포함한다. 게다가, 유기 물질들 이외에, 전자 운반층(114)을 형성하기 위해 사용된 재료보다 큰 전자 친화도를 갖는 재료가 이들 재료들로부터 선택되고, 즉 전자 주입층(115)의 전자 친화도가 전자 운반층(114)의 전자 친화도보다 클 수 있도록 전자 주입층(115)이 재료를 선택함으로써 형성되면, BPhen, BCP, BCP, p-EtTAZ 및 BzOs와 같은 전극 운반층(114)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료들이 또한 전자 주입층(115)을 형성하는 재료로서 사용될 수 있다.
대안적으로, 전자 주입층(115) 대신에, 전자 발생층이 제공될 수 있다. 전자 발생층은 알칼리 금속, 알칼리토류 금속, 알칼리 금속의 불화물, 알칼리토류 금속의 불화물, 알칼리 금속의 산화물 및 알칼리토류 금속의 산화물과 같은 전자 공여 재료와 고도의 전자 수용 재료를 혼합함으로써 형성될 수 있다.
제 1 전극(101)은 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 및 탄탈 질화물과 같은 더 큰 일 함수를 갖는 재료의 사용에 의해, 또는 알루미늄 및 마그네슘과 같은 더 작은 일 함수를 갖는 재료의 사용에 의해 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 실시예의 발광 소자에서, 제 1 전극(101)은 재료의 일 함수에 무관하게 형성될 수 있다. 이는 정공 발생층(111)이 제 1 전극(101)과 발광층(113) 사이에 제공되기 때문이다.
게다가, 제 2 전극(102)이 예를 들면, 알루미늄, 마그네슘, 또는 은과 마그네슘의 합금과 같은 더 낮은 일 함수를 갖는 재료의 사용에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 전자 주입층 대신에 전자 발생층이 제공되는 경우에, 일 함수는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 인듐 주석 산화물, 실리콘 산화물을 함유하는 인듐 주석 산화물, 아연 산화물을 함유하는 인듐 산화물, 및 또한 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 및 탄탈 질화물과 같은 더 높은 일 함수를 갖는 재료가 제 2 전극(102)을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 정공 차단층(117)이 발광층(113)과 전자 운반층(114) 사이에 제공될 수 있다. 정공 차단층(117)을 제공함으로써, 정공들이 발광층(113)을 통과하여 제 2 전극(102)을 향해 흐르는 것이 방지될 수 있고, 따라서 캐리어 재조합 효율이 향상될 수 있다. 또한, 발광층(113)에 생성된 여기 에너지가 전극 운반층(114)과 같은 다른 층들로 전달되는 것이 방지될 수 있다. 정공 차단층(117)은 BAlq, OXD-7, TAZ 및 BPhen과 같은 전자 운반층(114)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 다른 재료들 중에서 발광층(113)을 형성하기 위해 사용된 재료보다 더 큰 이온화 전위를 갖는 재료를 선택함으로써 형성될 수 잇다. 유사하게, 전자들이 발광층(113)을 통과하여 제 1 전극(101)을 향해 흐르는 것을 방지하기 위한 층이 또한 발광층(113)과 정공 운반층(112) 사이에 제공될 수 있다.
당업자는 정공 운반층(112), 전자 운반층(114) 및 전자 주입층(115)인지를 선택할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 예를 들면, 금속에 기인하는 소광과 같은 문제점이 정공 운반층(112) 또는 전자 운반층(114)을 제공하지 않고 발생되지 않을 때, 이들 층들을 항상 제공할 필요는 없다.
이와 같이 설명된 본 발명에 따른 발광 소자의 구동 전압은 정공 발생층(111)의 두께에 의존하여 약간 변화한다. 따라서, 발광층(113)과 제 1 전극(101) 사이의 거리는, 정공 발생층(111), 즉 그를 통해 방출광이 통과하는 광로(light path)의 길이(광로 길이)를 조정하는 것이 용히하면 두께를 변경함으로써 용이하게 조정될 수 있다. 또한, 제 1 전극(101)의 표면은 정공 발생층(111)의 두께를 더 두껍게 함으로써 더 높은 평탄도를 갖도록 형성되고 따라서 전극들 사이의 단락이 용이하게 방지될 수 있다.
(제 2 실시예)
본 발명에 따른 발광 소자는 발광 소자에 포함된 층에 포함된 화합물들의 결정화에 기인하는 동작 결함들을 감소시키는 능력을 갖고, 추가로 정공 발생층의 두께가 더 두껍게 형성될 때 전극들 사이의 단락을 방지하는 능력을 갖고, 추가로 광로 길이가 정공 발생층의 두께를 변경함으로써 조정될 때 적절한 색상 순도를 제공하고 및/또는 발광의 외부 추출 효율을 향상시키는 능력을 갖는다. 따라서, 발광 소자의 동작시의 결함들에 기인하는 극소수의 이미지들의 결함들을 갖는 적절한 발광 장치가 화소에 대해 본 발명에 따른 발광 소자를 사용함으로써 획득될 수 있다. 또한, 적절한 디스플레이 색상들을 갖는 이미지들을 제공하는 것이 가능한 발광 장치가 화소에 대해 본 발명에 따른 발광 소자를 사용함으로써 획득될 수 있다. 또한, 발광 소자의 동작시의 결함들에 기인하는 더 적은 고장을 갖고 광을 양호하게 방출할 수 있는 발광 장치가 광원에 대해 본 발명에 따른 발광 소자를 사용함으로써 획득될 수 있다.
본 실시예에서, 디스플레이 기능을 갖는 발광 장치의 회로 구성 및 구동 방법이 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명될 것이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 발광 장치의 전체 개략도이다. 도 3에서, 화소부(6511), 소스 신호 라인 드라이버 회로(6512), 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(6513) 및 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(6514)가 기판(5600) 상에 제공된다. 소스 신호 라인 드라이버 회로(6512), 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(6513) 및 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(6514) 각각은 배선들의 그룹을 통해 외부 입력 단자인 FPC(가요성 인쇄 회로)에 접속된다. 또한, 소스 신호 라인 드라이버 회로(6512), 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(6513) 및 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(6514) 각각은 FPC(6503)로부터 클럭 신호, 시작 신호 및 리셋 신호와 같은 신호들을 수신한다. 게다가, 인쇄 배선 기판(PWB)(6504)이 FPC(6503)에 부착된다. 화소부(6511)가 상술한 바와 같이 제공되는 기판 상에 각각의 드라이버 회로부를 항상 제공할 필요는 없다는 것을 주목해야 한다. 예를 들면, 드라이버 회로부는 배선 패턴이 형성되어 있는 FPC 상에 IC 칩을 갖는 TCP를 사용하여 기판의 외부에 제공될 수 있다.
화소부(6511)에서, 열들(columns)로 연장하는 복수의 소스 신호 라인들이 행들(rows)로 배열되고, 전류 공급 라인들이 행들로 배열되고, 행들로 연장하는 복수의 게이트 신호 라인들이 열들로 배열된다. 또한, 화소부(6511)에서, 발광 소자를 각각 포함하는 복수의 회로들이 배열된다.
도 4는 하나의 화소를 동작하기 위한 회로를 도시하는 도면이다. 도 4에 도시된 회로는 제 1 트랜지스터(901), 제 2 트랜지스터(902) 및 발광 소자(903)를 포함한다.
제 1 트랜지스터(901) 및 제 2 트랜지스터(902) 각각은, 게이트 전극, 드레인 영역 및 소스 영역을 포함하고 드레인 영역과 소스 영역 사이에 채널 영역을 포함하는 3-단자 소자이다. 여기서, 소스 영역 및 드레인 영역은 트랜지스터의 구조 또는 동작 조건들에 따라 서로 스위칭되기 때문에, 어느 것이 드레인 영역 또는 소스 영역인지를 식별하는 것이 곤란하다. 따라서, 소스 또는 드레인으로서 기능하는 영역들이 본 실시예의 트랜지스터의 제 1 및 제 2 전극들로서 지칭된다.
게이트 신호 라인(911) 및 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(913)는 스위치(918)에 의해 전기적으로 접속되거나 단속되도록 제공되고, 게이트 신호 라인(911) 및 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(914)는 스위치(919)에 의해 전기적으로 접속되거나 단속되도록 제공되고, 소스 신호 라인(912)이 소스 신호 라인 드라이버 회로(915)와 전원(916) 중 어떠한 하나에 스위치(920)에 의해 전기적으로 접속되도록 제공된다. 또한, 제 1 트랜지스터(901)는 게이트 신호 라인(911)에 전기적으로 접속된 게이트, 소스 신호 라인(912)에 전기적으로 접속된 제 1 전극, 및 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 전기적으로 접속된 제 2 전극을 갖는다. 제 2 트랜지스터(902)는 전류 공급 라인(917)에 전기적으로 접속된 제 1 전극 및 발광 소자(903)에 포함된 일 전극에 전기적으로 접속된 제 2 전극을 갖는다. 스위치(918)는 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(913)에 포함될 수 있고, 스위치(919)는 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(914)에 포함될 수 있고, 스위치(920)는 소스 신호 라인 드라이버 회로(915)에 포함될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
게다가, 트랜지스터, 발광 소자 등의 배열은 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 5의 상면도에 도시된 배열이 이용될 수 있다. 도 5에서, 제 1 트랜지스터(1001)는 소스 신호 라인(1004)에 접속된 제 1 전극 및 제 2 트랜지스터(1002)의 게이트 전극에 접속된 제 2 전극을 갖는다. 또한, 제 2 트랜지스터(1002)는 전류 공급 라인(1005)에 접속된 제 1 전극 및 발광 소자의 전극(1006)에 접속된 제 2 전극을 갖는다. 게이트 신호 라인(1003)의 부분은 제 1 트랜지스터(1001)의 게이트 전극으로서 기능한다.
다음으로, 구동 방법이 설명될 것이다. 도 6은 시간에 따른 프레임당 동작을 도시하는 도면이다. 도 6에서, 횡방향은 시간의 경과를 지시하고, 종방향은 게이트 신호 라인들의 서수 번호들을 지시한다.
본 발명에 따른 발광 장치가 이미지들을 디스플레이하는데 사용될 때, 스크린에 대한 재기록 동작 및 이미지 디스플레이 동작이 디스플레이 기간에 반복된다. 재기록들의 수는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 재기록들의 수는 이미지 뷰어가 깜빡임들(flickers)을 인식하지 않도록 초당 약 60회인 것이 바람직하다. 여기서, 재기록 동작 및 디스플레이 동작이 스크린에 실행되는 기간(1 프레임)이 1 프레임 기간이라 지칭된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 1 프레임은 기록 기간들(501a, 502a, 503a, 504a) 및 보류 기간들(501b, 502b, 503b, 504b)을 각각 포함하는 4개의 서브-프레임들(501, 502, 503, 504)로 분할된다. 보류 기간에, 광을 방출하기 위한 신호가 제공되는 발광 소자는 방출 상태로 된다. 각각의 서브-프레임의 보류 기간의 길이의 비는 제 1 서브-프레임(501): 제 2 서브-프레임(502): 제 3 서브-프레임(503): 제 4 서브-프레임(504)=23: 22: 21: 20=8: 4: 2: 1이다. 이는 4-비트 등급을 가능하게 한다. 그러나, 비트들의 수 또는 등급들의 수는 본원에 설명된 것에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 8개의 서브-프레임들이 8-비트 등급을 실행하도록 제공될 수 있다.
1 프레임에서의 동작이 설명될 것이다. 먼저, 서브-프레임(501)에서, 기록 동작이 제 1 행 내지 최종 행 각각에 대해 순차적으로 실행된다. 따라서, 기록 기간(501a)의 시작 시간은 행에 따라 상이하다. 기록 기간(501a)이 완료될 때, 행은 보류 기간(501b)으로 순차적으로 이동된다. 보류 기간(501b)에서, 광을 방출하기 위한 신호가 제공되는 발광 소자는 방출 상태에 있게 된다. 또한, 보류 기간(501b)이 완료될 때, 행은 다음 서브-프레임(502)으로 순차적으로 이동되고, 기록 동작이 서브-프레임(501)의 경우에서와 마찬가지로 제 1 행 내지 최종 행 각각에 대해 순차적으로 실행된다. 상술한 동작은 서브-프레임(504)의 보류 기간(504b)을 완료하도록 반복된다. 서브-프레임(504)에서의 동작이 완료될 때, 행은 다음 프레임으로 이동된다. 따라서, 광이 각각의 서브-프레임에 방출되는 총 시간이 1 프레임에서의 각각의 발광 소자에 대한 방출 시간이다. 1 화소에서의 다양한 조합들을 갖도록 각각의 발광 소자에 대해 상기 방출 시간을 변경함으로써, 광도 및 색도면에서 다양한 상이한 디스플레이 색상들이 형성될 수 있다.
서브-프레임(504)에서와 같이, 보류 기간으로 이동되도록 기록이 이미 완료되어 있는 행의 보류 기간의 강제 종료가 최종 행의 기록이 완료되기 전에 요구될 때, 소거 기간(504c)이 보류 기간(504b) 후에 제공되고 행이 강제로 비방출 상태로 되도록 제어되는 것이 바람직하다. 또한, 강제로 비방출 상태로 된 행은 특정 기간(이 기간은 비방출 기간(504d)이라 칭한다) 동안 비방출 상태로 유지된다. 다음, 최종 행의 기록 기간(504a)이 완료된 직후에, 행들은 제 1 행으로부터 시작하여 다음 서브-프레임(또는 프레임)의 기록 기간으로 순차적으로 이동된다. 이는 서브-프레임(504)의 기록 기간(504a)이 다음 서브-프레임의 기록 기간과 중첩되는 것을 방지하는 것을 가능하게 한다.
서브-프레임들(501 내지 504)이 본 실시예에서 최장 내지 최단의 보류 기간의 순서로 배열되었지만, 본 실시예에서와 같은 배열이 항상 필요한 것은 아니다. 예를 들면, 서브-프레임들(501 내지 504)은 최단 내지 최장의 보류 기간의 순서로 배열될 수 있고, 또는 임의의 순서로 배열될 수도 있다. 게다가, 서브-프레임들은 복수의 프레임들로 추가로 분할될 수도 있다, 즉 게이트 신호 라인들의 스캐닝이 동일 이미지 신호를 제공하면서 1회 이상 실행될 수 있다.
이제, 기록 기간 및 소거 기간에서의 도 4에 도시된 회로의 동작이 설명될 것이다.
먼저, 기록 기간에서의 동작이 설명될 것이다. 기록 기간에서, 제 n(n은 자연수) 게이트 신호 라인(911)이 스위치(918)를 통해 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(913)에 전기적으로 접속되고 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(914)에 단속된다. 게다가, 소스 신호 라인(912)이 스위치(920)를 통해 소스 신호 라인 드라이버 회로(915)에 전기적으로 접속된다. 이러한 경우, 신호는 제 1 트랜지스터(901)를 턴온하도록 제 n(n은 자연수) 게이트 신호 라인(911)에 접속된 제 1 트랜지스터(901)의 게이트에 입력된다. 다음, 이 순간에, 이미지 신호들이 제 1 내지 최종 소스 신호 라인들(912)에 동시에 입력된다. 각각의 소스 신호 라인들(912)로부터 입력된 이미지 신호들은 서로 독립적이라는 것을 주목해야 한다. 소스 신호 라인들(912) 각각으로부터 입력된 이미지 신호는 소스 신호 라인(912)에 접속된 제 1 트랜지스터(901)를 통해 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력된다. 이 순간에, 전류 공급 라인(917)으로부터 발광 소자(903)에 공급되는 전류의 값은 제 2 트랜지스터(902)에 입력된 신호에 따라 판정된다. 다음, 전류의 값에 따라, 발광 소자(903)가 광을 방출하는지의 여부가 판정된다. 예를 들면, 제 2 트랜지스터(902)가 p-채널 트랜지스터이면, 발광 소자(903)는 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 저레벨 신호를 입력함으로써 광을 방출하도록 이루어진다. 반면, 제 2 트랜지스터(902)가 n-채널 트랜지스터이면, 발광 소자(903)는 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 고레벨 신호를 입력함으로써 광을 방출하도록 이루어진다.
다음으로, 소거 기간에서의 동작이 설명될 것이다. 소거 기간에서, 제 n(n은 자연수) 게이트 신호 라인(911)이 스위치(919)를 통해 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(914)에 전기적으로 접속된다. 게다가, 소스 신호 라인(912)이 스위치(920)를 통해 전원(916)에 전기적으로 접속된다. 이러한 경우, 신호가 제 1 트랜지스터(901)를 턴온하도록 제 n(n은 자연수) 게이트 신호 라인(911)에 접속된 제 1 트랜지스터(901)의 게이트에 입력된다. 다음, 이 순간에, 소거 신호들이 제 1 내지 최종 소스 신호 라인들(912)에 동시에 입력된다. 소스 신호 라인들(912) 각각으로부터 입력된 소거 신호는 소스 신호 라인(912)에 접속된 제 1 트랜지스터(901)를 통해 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력된다. 이 순간에, 전류 공급 라인(917)으로부터 발광 소자(903)로 공급된 전류는 제 2 트랜지스터(902)에 입력된 신호에 따라 차단된다. 다음, 발광 소자(903)가 강제로 비방출 상태로 된다. 예를 들면, 제 2 트랜지스터(902)가 p-채널 트랜지스터일 때, 발광 소자(903)는 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 고레벨 신호를 입력함으로써 광을 방출하지 않도록 이루어진다. 반면, 제 2 트랜지스터(902)가 n-채널 트랜지스터일 때, 발광 소자(903)는 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 저레벨 신호를 입력함으로써 광을 방출하지 않도록 이루어진다.
제 n 행(n은 자연수)에 대해서, 소거용 신호들은 소거 기간에 상술한 바와 같은 동작에 의해 입력된다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 다른 행(제 m 행(m은 자연수)이라 칭함)이 제 n 행이 소거 기간에 있는 동안 기록 기간에 있을 수 있다. 이러한 경우에, 동일한 소스 신호 라인을 사용함으로써 제 n 행에 소거용 신호를 입력하고 제 m 행에 기록용 신호를 입력할 필요가 있다.
제 n 발광 소자(903)가 상술한 소거 기간에서의 동작에 의해 광을 방출하지 않도록 이루어진 직후에, 게이트 신호 라인(911) 및 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(914)가 서로 단속되고 스위치(920)가 소스 신호 라인(912) 및 소스 신호 라인 드라이버 회로(915)를 접속하도록 스위칭된다. 다음, 소스 신호 라인(912)을 소스 신호 라인 드라이버 회로(915)에 접속하는 것에 부가하여, 게이트 신호 라인(911)이 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(913)에 접속된다. 다음, 신호가 제 1 트랜지스터(901)를 턴온하도록 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(913)로부터 제 m 게이트 신호 라인(911)에 선택적으로 입력되고, 기록용 신호들이 소스 신호 라인 드라이버 회로(915)로부터 제 1 내지 최종 소스 신호 라인들(912)에 입력된다. 상기 신호는 제 m 발광 소자(903)가 방출 상태 또는 비방출 상태가 되게 한다.
제 m 행의 기록 기간이 상술한 바와 같이 완료된 직후에, 제 (n+1) 행의 소거 기간이 시작된다. 이러한 목적으로, 게이트 신호 라인(911) 및 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(913)가 서로 단속되고, 스위치(920)가 소스 신호 라인(912) 및 전원(916)을 접속하도록 스위칭된다. 또한, 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(913)에 단속된 게이트 신호 라인(911)은 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(914)에 접속되게 된다. 다음, 신호가 제 1 트랜지스터(901)를 턴온하도록 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(914)로부터 제 (n+1) 게이트 신호 라인(911)에 선택적으로 입력된다. 제 (n+1) 행의 소거 기간이 완료된 직후에, 제 (m+1) 행의 기록 기간이 시작된다. 다음, 소거 기간 및 기록 기간은 최종 행의 소거 기간이 완료될 때까지 동일한 방식으로 반복될 수 있다.
제 m 행의 기록 기간이 제 n 행의 소거 기간과 제 (n+1) 행의 소거 기간 사이에 제공되는 예가 본 실시예에 설명되었지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 제 m 행의 기록 기간은 제 (n-1) 행의 소거 기간과 제 n 행의 소거 기간 사이에 제공될 수 있다.
게다가, 본 실시예에서, 소거용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(914) 및 하나의 게이트 신호 라인(911)이 서로 단속되고 기록용 게이트 신호 라인 드라이버 회로(913)와 다른 게이트 신호 라인(911)이 서로 접속되게 되는 동작은 비방출 기간(504d)이 서브-프레임(504)에 제공될 때 반복된다. 이러한 유형의 동작은 비방출 기간이 제공되지 않는 프레임에 실행될 수 있다.
(제 3 실시예)
본 발명에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 장치의 일 실시예가 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명될 것이다.
*도 7a 내지 도 7c 각각에서, 점선에 의해 둘러싸인 부분은 본 발명에 따른 발광 소자(12)를 구동하기 위해 제공된 트랜지스터(11)이다. 발광 소자(12)는 정공 발생층, 전자 발생층 및 발광 재료를 포함하는 층이 제 1 전극(13)과 제 2 전극(14) 사이에 적층되는 층(15)을 갖는 본 발명에 따른 발광 소자이다. 제 1 전극(13) 및 트랜지스터(11)의 드레인은 제 1 층간 절연막(16)(16a 내지 16c)을 통해 연장하는 배선(17)에 의해 서로 전기적으로 접속된다. 게다가, 발광 소자(12)는 인접하게 제공된 다른 발광 소자로부터 격벽층(18)에 의해 분리된다. 본 발명에 따른 이러한 구조를 갖는 발광 장치는 기판(10) 상에 제공된다.
도 7a 내지 도 7c 각각에 도시된 트랜지스터(11)는, 게이트 전극이 기판으로부터의 중심으로서 반도체층의 대향측에 제공되어 있는 상부-게이트 TFT이다. 그러나, 트랜지스터(11)의 구조는 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 하부-게이트 TFT가 사용될 수도 있다. 하부-게이트 TFT의 경우, 보호막이 채널을 형성하는 반도체층 상에 형성된 TFT(채널-보호형 TFT)가 사용될 수 있고, 또는 채널을 형성하는 반도체층의 부분이 오목형인 TFT(채널-에칭형 TFT)가 사용될 수 있다.
게다가, 트랜지스터(11)를 형성하는 반도체층은 결정질 또는 비정질일 수 있고, 또는 대안적으로 반정질(semi-amorphous)일 수도 있다.
이하에는 반정질 반도체를 설명할 것이다. 반정질 반도체는 비정질과 결정질(단결정 또는 다결정과 같은) 구조들 사이의 중간 구조를 갖고 짧은 범위 차수 및 격자 왜곡을 갖는 결정 영역을 포함하는 자유 에너지의 견지에서 안정한 제 3 상태를 갖는 반도체이다. 또한, 0.5 nm 내지 20 nm의 결정 그레인이 적어도 반정질 반도체의 막의 영역에 포함된다. 반정질 반도체의 라만 스펙트럼(raman spectrum)이 520 cm-1의 하부 파수측(wavenumber side)으로 시프트된다. X-선 회절에서, Si 결정 격자에 기인하는 (111) 및 (220)의 회절 피크들이 관찰된다. 수소 또는 할로겐이 댕글링 본드(dangling bond)를 제거하기 위해 반정질 반도체에 1 원자% 이상으로 포함된다. 따라서, 반정질 반도체는 또한 미세-결정질 반도체라 칭한다. SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등이 반정질 반도체를 형성하도록 글로우 방전(glow discharge)(플라즈마 CVD)에 의해 분해된다. 이들 가스들은 H2에 의해 또는 H2와 He, Ar, Kr 및 Ne로부터 선택된 1종 또는 복수종의 희가스에 의해 희석될 수 있고, 희석비는 2:1 내지 1000:1의 범위이다. 글로우 방전 동안의 압력은 대략 0.1 Pa 내지 133 Pa의 범위이고, 전력 공급 주파수는 1 MHz 내지 120 MHz, 바람직하게는 13 MHz 내지 60 MHz의 범위이다. 기판 가열 온도는 300℃ 이하, 바람직하게는 100 내지 250℃일 수 있다. 산소, 질소, 또는 탄소와 같은 대기 성분의 불순물이 막 내의 불순물 원소로서 1×1020/cm3 이하의 농도를 갖도록 제어되는 것이 바람직하고, 특히 산소 농도는 5×1019/cm3 이하, 바람직하게는 1×1019/cm3 이하로 제어된다. 또한, 반정질 반도체를 사용하는 TFT(박막 트랜지스터)의 이동도는 대략 1 내지 10 m2/Vsec이다.
게다가, 반도체층의 결정질 반도체들의 특정예들은 레이저 결정화에 의해 형성될 수 있거나 니켈과 같은 원소를 사용하여 고상 성장(solid-phase growth)으로의 결정화에 의해 형성될 수 있는 단결정 또는 다결정 실리콘 및 실리콘-게르마늄을 포함한다.
반도체층을 형성하기 위해 비정질 재료, 예를 들면 비정질 실리콘을 사용하는 경우, 발광 장치는 트랜지스터(11) 및 다른 트랜지스터(발광 소자를 구동하기 위한 회로를 형성하는 트랜지스터)가 모두 n-채널 트랜지스터들인 회로를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우 이외에는, 발광 장치는 n-채널 트랜지스터 및 p-채널 트랜지스터 중 하나를 포함하는 회로를 가질 수 있고, 또는 n-채널 트랜지스터 및 p-채널 트랜지스터 양자 모두를 포함하는 회로를 가질 수 있다.
또한, 제 1 층간 절연막(16)(16a 내지 16c)은 도 7a 및 도 7c에 도시된 바와 같이 다층일 수 있다. 제 1 층간 절연막(16a)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 무기 재료를 포함하고, 제 1 층간 절연막(16b)은 아크릴, 실록산(실리콘(Si)과 산소(O) 사이의 결합에 의해 형성된 골격 구조를 갖고 성분으로서 알킬 그룹과 같은 유기 그룹 또는 수소를 포함하는 화합물), 또는 코팅 퇴적에 사용될 수 있는 실리콘 산화물과 같은 자체 평탄도를 갖는 재료를 포함한다. 게다가, 제 1 층간 절연막(16c)은 아르곤(Ar)을 포함하는 실리콘 질화물막을 갖는다. 각각의 층들에 포함된 재료들은 특별히 제한되는 것은 아니고, 따라서 본원에 언급된 재료들 이외의 재료들이 사용될 수 있다. 또한, 이들 재료들 이외의 재료를 포함하는 층이 조합될 수 있다. 이러한 방식으로, 무기 재료 및 유기 재료 양자 모두, 또는 무기 재료 및 유기 재료 중 하나가 제 1 층간 절연막(16)을 형성하도록 사용될 수 있다.
격벽층(18)에 대해서, 에지부가 곡률 반경이 연속적으로 변화하는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 게다가, 아크릴, 실록산, 레지스트 또는 실리콘 산화물과 같은 재료가 격벽층(18)을 형성하는데 사용된다. 무기 재료 및 유기 재료 중 하나 또는 모두가 격벽층(18)을 형성하는데 사용될 수 있다.
도 7a 및 도 7c 각각에서, 단지 제 1 층간 절연막(16)만이 트랜지스터(11)와 발광 소자(12) 사이에 제공된다. 그러나, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제 2 층간 절연막(19)(19a, 19b)이 제 1 층간 절연막(16)(16a, 16b)에 부가하여 제공될 수 있다. 도 7b에 도시된 발광 장치에서, 제 1 전극(13)이 제 2 층간 절연막(19)을 통해 배선(17)에 접속된다.
제 2 층간 절연막(19)은 제 1 층간 절연막(16)과 동일한 방식으로 다중층 또는 단일층일 수 있다. 제 2 층간 절연막(19a)은 아크릴, 실록산, 또는 코팅 퇴적에 사용될 수 있는 실리콘 산화물과 같은 자체 평탄도를 갖는 재료를 포함한다. 게다가, 제 2 층간 절연막(19b)은 아르곤(Ar)을 포함하는 실리콘 질화물막을 갖는다. 각각의 층들에 포함된 재료들은 특별히 제한되는 것은 아니고, 따라서 본원에 언급된 재료들 이외의 재료들이 사용될 수 있다. 또한, 이들 재료들 이외의 재료를 포함하는 층이 조합될 수 있다. 이러한 방식으로, 무기 재료 및 유기 재료 양자 모두, 또는 무기 재료 및 유기 재료 중 하나가 제 2 층간 절연막(19)을 형성하도록 사용될 수 있다.
발광 소자(12)에서, 제 1 전극(13) 및 제 2 전극(14) 양자 모두가 투광 재료를 사용하여 형성되는 경우, 방출된 광은 도 7a의 윤곽 화살표에 의해 지시된 바와 같이 제 1 전극(13)측 및 제 2 전극(14)측 양자 모두로부터 추출될 수 있다. 단지 제 2 전극(14)만이 투광 재료를 사용하여 형성되는 경우, 방출된 광은 도 7b의 윤곽 화살표에 의해 지시된 바와 같이 단지 제 2 전극(14)측으로부터만 추출될 수 있다. 이러한 경우, 제 1 전극(13)은 고도의 반사 재료를 포함하거나 또는 고도의 반사 재료(반사막)로 구성된 막이 제 1 전극(13) 하부에 제공되는 것이 바람직하다. 단지 제 1 전극(13)만이 투광 재료를 사용하여 형성되는 경우, 방출된 광은 도 7c의 윤곽 화살표에 의해 지시된 바와 같이 단지 제 1 전극(13)측으로부터만 추출될 수 있다. 이러한 경우, 제 2 전극(14)은 고도의 반사 재료를 포함하거나 또는 반사막이 제 2 전극(14)의 상부에 제공되는 것이 바람직하다.
게다가, 발광 소자(12)에 대해서, 층(15)은, 제 2 전극(14)의 전위가 제 1 전극(13)의 전위보다 높도록 전압이 인가될 때 발광 소자(12)가 동작하도록 적층될 수 있고, 또는 제 2 전극(14)의 전위가 제 1 전극(13)의 전위보다 낮도록 전압이 인가될 때 발광 소자(12)가 동작하도록 적층될 수 있다. 트랜지스터(11)는 전자의 경우에 p-채널 트랜지스터이고, 트랜지스터(11)는 후자의 경우에 n-채널 트랜지스터이다.
상술된 바와 같이, 활성 발광 장치가 본 실시예에서 설명된다. 그러나, 이에 부가하여, 특히 TFT와 같은 구동 소자의 제공없이 발광 소자가 구동되는 수동 발광 소자가 사용될 수 있다. 도 8은 본 발명에 따라 제조된 수동 발광 소자의 사시도를 도시한다. 도 8에서, 발광 재료를 포함하는 층, 전자 발생층, 및 정공 발생층이 순서대로 적층된 층(955)이 기판(951) 상의 전극들(952, 956) 사이에 제공된다. 전극(952)은 절연층(953)으로 커버링된 에지부를 갖는다. 게다가, 격벽층(954)은 절연층(953) 상에 제공된다. 격벽층(954)은, 일 측벽과 다른 측벽 사이의 거리가 기판의 표면 방향으로 더 협소하도록 슬로핑 측벽들(sloping side walls)을 갖는다, 즉 격벽층(954)은 협소한 측의 방향으로 사다리꼴(trapezoidal)이고, 하위 베이스(lower base)(절연층(953)의 평면 방향과 동일한 방향으로 접하는 측이고 절연층(953)과 접촉함)는 상위 베이스(절연층(953)의 평면 방향과 동일한 방향으로 접하는 측이고, 절연층과 접촉하지 않음)보다 짧다. 이러한 방식으로 격벽층(954)을 제공함으로써, 정전기 등으로 인한 발광 소자의 결함들이 방지될 수 있다. 또한, 수동 발광 소자는 본 발명에 따른 발광 소자를 포함함으로써 더욱 낮은 전력 소비로도 구동될 수 있고, 이는 더욱 낮은 구동 전압으로 동작한다.
(제 4 실시예)
화소에 대해 본 발명에 따른 발광 소자를 사용하는 발광 장치는 발광 소자의 동작시의 결함들에 기인하여 디스플레이에 극소수의 결함들을 갖고 디스플레이에 대해 양호하게 동작한다. 따라서, 이미지들의 결함들에 기인하는 극소수의 디스플레이 이미지 인식 에러들을 갖는 전자 장치가 그의 디스플레이부에 상기 발광 장치를 적용함으로써 획득될 수 있다. 또한, 광원에 대해 본 발명에 따른 발광 소자를 사용하는 발광 장치는 발광 소자의 동작시의 결함들에 기인하는 더 적은 고장을 갖고 광을 양호하게 방출할 수 있다. 따라서, 백라이트와 같은 조명부로서 상기 발광 장치를 사용하고 따라서 본 발명에 따른 발광 장치를 장착함으로써, 발광 소자의 고장에 기인하여 국부적으로 형성된 어두운 부분과 같은 동작시의 결함들이 감소되고, 따라서 이미지들이 양호하게 디스플레이될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명이 적용되는 발광 장치가 장착된 전자 장치들의 예들을 도시한다.
도 9a는 주 본체(5521), 프레임 본체(5522), 디스플레이부(5523) 및 키보드(5524)를 포함하는 본 발명에 따라 제조된 퍼스널 컴퓨터를 도시한다. 퍼스널 컴퓨터는 화소에 대해 본 발명에 따른 발광 소자를 사용하는 발광 장치를 디스플레이부(5523)에 통합함으로써 완성될 수 있다. 부가로, 또한 광원으로서 본 발명에 따른 발광 소자를 사용하는 발광 장치가 백라이트로서 통합될 때, 퍼스널 컴퓨터가 완성될 수 있다. 구체적으로, 광원으로서 본 발명에 따른 발광 소자를 사용하는 퍼스널 컴퓨터는 퍼스털 컴퓨터의 디스플레이부에 대해 도 10에 도시된 바와 같은 프레임 본체들(5511, 5514)에 적어도 본 발명에 따른 발광 소자를 구비한 발광 장치(5513) 및 액정 장치(5512)를 장착함으로써 완성될 수 있다. 외부 입력 단자(5515) 및 외부 입력 단자(5516)가 액정 장치(5512) 및 발광 장치(5513) 각각에 부착된다. 게다가, 본 발명에 따른 발광 장치(5513), 복수의 발광 소자들이 배열될 수 있고, 또는 하나의 발광 소자가 기판의 대부분을 덮도록 제공될 수 있다. 발광 소자로부터의 발광색은 발광 장치(5513)에 특별히 제한되는 것은 아니고, 백색, 적색, 청색, 녹색 등일 수 있다.
도 9b는 주 본체(5552), 디스플레이부(5551), 음성 출력부(5554), 음성 입력부(5555), 조작 키들(5556, 5557) 및 안테나(5553)을 포함하는 본 발명에 따라 제조된 전화기를 도시한다. 전화기는 본 발명에 따른 발광 소자를 갖는 발광 장치를 디스플레이부(5551)에 통합함으로서 완성될 수 있다.
도 9c는 디스플레이부(5531), 프레임 본체(5532) 및 스피커(5533)를 포함하는 본 발명에 따라 제조된 텔레비전을 도시한다. 텔레비전은 본 발명에 따른 발광 소자를 갖는 발광 장치를 디스플레이부(5531)에 통합함으로써 완성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 장치는 다양한 전자 장치들의 디스플레이부들로서 사용하기에 매우 적합하다. 전자 장치들은 본 발명의 실시예에 설명된 것들에 제한되는 것으로 고려되어서는 안되고, 네비게이션 시스템과 같은 다른 전자 장치들을 포함한다는 것을 주목해야 한다.
[예 1]
투과 전자 현미경에 의한 본 발명을 실시하기 위해 사용된 층의 관찰 결과가 설명될 것이다.
관찰을 위해 사용될 샘플을 준비하기 위해, 제 1 층(701)이 재료들로서 몰리브덴 3산화물, DNTPD 및 루브린의 사용에 의해 동시-증착(co-evaporation)에 의해 실리콘 웨이퍼(700) 상에 형성된다(도 11). 제 1 층(701)의 두께는 200 nm가 되도록 형성된다. 여기서 동시-증착은 피처리 대상물 상에 재료들을 증착시키기 위해 하나의 프로세스 챔버 내에 제공된 복수의 증발원들로부터 각각의 원료 재료들이 퇴적되는 증착법을 지시한다. 프로세스 챔버 내의 압력은 1×10-4 Pa이고, 각각의 원료 재료는 저항 가열에 의해 가열 증착된다는 것을 주목해야 한다.
또한, 몰리브덴 산화물, DNTPD 및 루브린의 적층 속도들은 DNTPD에 대한 몰리브덴 원자들의 몰비(=몰리브덴 원자/DNTPD) 및 DNTPD에 대한 루브린의 몰비(=루브린/DNTPD)가 상술한 바와 같이 형성된 제 1 층(701)에서 각각 3 및 0.01이 되도록 조정된다.
이와 같이 준비된 샘플의 단면이 투과 전자 현미경(TEM)으로 관찰되었다. 관찰을 위해, 제 1 층(701)은 백금으로 구성된 제 2 층(702)으로 덮인다는 것을 주목해야 한다. 도 12는 관찰에 의해 획득된 이미지(배율: 1,000,000)를 도시한다. 도 12로부터, 색상이 진한 제 1 영역(711) 및 색상이 연한 제 2 영역(712)이 제 1 층(701)에 교대로 존재하는 것으로 판정된다, 즉 몰리브덴의 농도가 더 높은 영역과 몰리브덴의 농도가 더 낮은 영역이 교대로 존재하는 것으로 판정된다. 또한, 도 12로부터 더 높은 몰리브덴의 농도를 갖는 제 1 영역(711)과 더 낮은 몰리브덴의 농도를 갖는 제 2 영역(712) 각각은 층의 두께 방향으로 대략 30 nm의 거리를 갖는다.
본 발명이 첨부 도면들을 참조하여 예시에 의해 완전히 설명되었지만, 다양한 변경들 및 수정들이 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 이러한 변경들 및 수정들이 이하에 규정된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다면, 이들은 그에 포함되는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (9)

  1. 한 쌍의 전극들;
    상기 한 쌍의 전극들 사이의 복합층(composite layer)으로서, 복수의 제 1 영역들 및 복수의 제 2 영역들을 포함하는 상기 복합층을 포함하고,
    상기 제 1 영역들의 각각 및 상기 제 2 영역들의 각각은 금속 산화물 및 상기 산화물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 영역들 및 상기 제 2 영역들은 상기 복합층의 두께 방향으로 교대로 설치되고,
    상기 제 1 영역들의 상기 산화물의 농도는 상기 제 2 영역들의 상기 산화물의 농도보다 높고,
    상기 제 1 영역들의 각각의 두께 및 상기 제 2 영역들의 각각의 두께는 0.1nm 이상이고 10nm 이하인, 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 화합물은 방향족 아민 화합물인, 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속은 원소 주기율표의 4족 내지 8족 중 어느 하나에 속하는, 조명 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속은 바나듐, 몰리브덴, 레늄, 및 루테늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 조명 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속은 몰리브덴인, 조명 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 영역들 및 상기 제 2 영역들의 각각은 상기 화합물보다 낮은 LUMO 준위 및 높은 HOMO 준위를 갖는 제 1 화합물을 더 포함하는, 조명 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 화합물에 대한 상기 산화물의 몰비는 상기 복합층에서 0.1 이상이고 10 이하인, 조명 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 복합층은 상기 한 쌍의 전극들 중 하나와 접하는, 조명 장치.
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