KR20010062484A

KR20010062484A - 화상표시장치 및 박막표시소자의 구동방법

Info

Publication number: KR20010062484A
Application number: KR1020000077011A
Authority: KR
Inventors: 다카야마이치로
Original assignee: 사토 히로시; 티디케이 가부시기가이샤
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2001-07-07
Also published as: JP2001183996A

Abstract

각 화소에 전류로 구동되는 박막표시소자(D1), 적어도 이 박막소자(D1)를 구동하는 발광제어용 소자(M1)를 가지며, 상기 각 화소의 박막표시소자(D1)는 1개의 발광제어용 소자(M1)만으로 구동되는 구성의 화상표시장치이다. 본 발명에 의하면, 박막표시소자에 생기는 기생용량의 영향을 가능한 한 많이 줄여 낮은 소비전력으로 큰 화면, 고화질이 가능한 화상표시장치를 실현할 수 있으며, 또 본 발명에 의하면. 잡음의 영향을 덜 받고, 비교적 작은 구동신호로도 양호한 화상 표시를 할 수 있는 화상표시장치 및 박막표시소자의 구동방법을 실현할 수 있다.

Description

화상표시장치 및 박막표시소자의 구동방법{Image Display System, and Method for Driving Thin-film Display Devices}

본 발명은 박막발광소자를 사용한 화상표시장치에 관한 것으로, 특히 유기전계발광(EL) 소자를 사용한 표시장치에 적합한 고화질의 화상표시장치에 관한 것이다.

최근, 유기EL소자 등의 박막표시장치를 사용한 표시장치가 개발되고 있다.

종래의 유기EL표시장치(디스플레이)로는 X-Y 매트릭스회로로 단순구동을 시켜 화상을 표시하는 기술이 알려져 있다(일본국 특개평 2-37385호 공보, 특개평 3-233891호 공보 등). 그러나 이와 같은 단순구동에서는 선순차 구동을 행하기 때문에 주사수가 수백개나 많은 경우에는 요구되는 순간휘도가 관찰된 휘도의 수백배가 되기 때문에 하기와 같은 문제가 있었다.

(1) 구동전압이 높아진다. 전압은 직류 정상전압하인 경우에 통상 2∼3배 이상이 되기 때문에 효율이 저하된다. 따라서 소비전력이 커진다.

(2) 순간적으로 흐르는 전류량이 수백배가 되기 때문에 유기발광층이 열화하기 쉽다.

(3) (2)와 마찬가지로 통전 전류가 매우 크기 때문에 전극배선의 전압강하가 문제가 된다.

(4) X-Y매트릭스 회로의 기생용량 영향에 의해 표시화면의 크기에 어느 정도의 제약이 생긴다. 즉 이와 같은 화상표시장치에서는 화소를 구동하기 위한 구동신호선 상에 통상 발광부를 통해 대향하는 평판상의 소자 전극이 존재하고, 이들 전극에 의해 기생용량이 생기게 된다. 이 때문에 각 화소에 구동신호를 공급할 때 이 기생용량까지 충방전할 필요가 있고, 여분의 전력이 필요하게 된다. 이 기생용량 및 이에 따른 구동전력의 증가로 화상표시장치의 사이즈가 커지기 때문에 구동회로 또는 전원회로에 부담이 증대되어 장치의 제조를 곤란하게 하며, 특히 휴대기 등에 사용되는 큰 화면, 낮은 소비전력의 화상표시장치를 실현하기 곤란하게 한다.

유기EL소자를 다수개 사용한 유기EL소자 장치를 능동 매트릭스회로로 구동하는 경우, 각 EL의 화소에는 이 픽셀에 공급되는 전류를 제어하기 위한 박막트랜지스터(TFT)와 같은 FET(전계효과 트랜지스터)가 한 쌍씩 접속되어 있다. 즉 유기EL소자에 구동전류를 공급하는 바이어스용 TFT와, 그 바이어스용 TFT를 선택해야 할 것인가를 나타내는 스위치용 TFT가 한 쌍씩 접속되어 있다.

종래의 능동 매트릭스형 유기EL 표시장치의 회로도의 일예를 도 11 및 도 12에 나타낸다. 이 유기EL표시장치(10)는 화면(11), X방향 신호선(X1, X2,‥‥), Y방향 신호선(Y1, Y2,‥‥), 전원Vdd선(Vdd1, Vdd2,‥‥), 스위치용 트랜지스터(TFT: Ty11, 12, Ty21, 22‥‥), 전류제어용 트랜지스터(TFT: M11, M12, M21, M22‥‥), 유기EL소자(EL110, 120, EL210, 220‥‥), 콘덴서(C11, 12, C21, 22‥‥), X방향 주변 구동회로(12), Y방향 주변 구동회로(13) 등으로 구성된다.

X방향 신호선(X1, X2), Y방향 신호선(Y1, Y2)에 의해 화소가 특정되고, 그 화소에서 스위치용 트랜지스터(TFT: Ty11, 12, Ty21, 22)가 온되어 신호유지용 콘덴서(C11, 12, C21, 22)에 화상데이타가 유지된다. 이에 따라 전류제어용 트랜지스터(M11, 12, M21, 22)가 온되어 전원선(Vdd1, Vdd2)을 통해 유기EL소자(EL110, 120, EL210, 220)에 화상데이타에 따른 바이어스용 전류가 흘러 발광이 된다.

예를 들어 X방향 신호선(X1)에 화상데이타에 따른 신호가 출력되고, Y방향 신호선(Y1)에 Y방향 주사신호가 출력되면, 이에 따라 특정된 화소의 스위치용 트랜지스터(Ty11)가 온되어 화상데이타에 따른 신호에 의해 전류제어용 트랜지스터(M11)가 도통되고, 유기EL소자(EL110)를 통해 이 화상데이타에 따른 발광전류가 흘러 발광이 제어된다. 이와 같이 화소마다 박막형 EL소자와, 상기 EL소자의 발광을 제어하기 위한 전류제어용 트랜지스터와, 상기 전류제어용 트랜지스터의 게이트전극에 접속된 신호유지용 콘덴서와, 상기 콘덴서에 데이타를 기입하기 위한 스위치용 트랜지스터 등을 포함하는 능동 매트릭스형 EL화상 표시장치에 있어서, EL소자의 발광 강도는 신호유지용 콘덴서에 축적된 전압에 의해 제어된 발광전류 제어용 비선형 소자인 트랜지스터를 통해 흐르는 전류로 결정된다(A66-in 201Pi Electroluminescent Display T.P.Brody, F.C.Luo, et.al, IEEE Trans Electron I devices, vol. ED-22, No 9, Sep. 1975, p739-p749 참조).

이 때 사용되는 신호유지용 콘덴서의 용량은 아주 짧은 선택시간 내에서 화소스위치용 트랜지스터가 충분하게 전하를 충전할 수 있는 용량 이하일 필요가 있다. 또 화소스위치용 트랜지스터의 비선택 기간에 발생하는 리크전류에 의해 다음의 기입시간까지 전하가 손실되기 때문에 콘덴서의 유지전압 강하에 의해 표시패널의 화질에 악영향을 미치지 않는 정도의 용량이 필요하다.

상기 능동 매트릭스인 경우, 낮은 레벨의 구동신호에서는 잡음의 영향이 문제가 된다. 즉, 능동매트릭스 타입의 화상표시장치에서는 선택신호선, 구동회로의 동기신호선 등 다수개의 신호가 뒤섞여 신호잡음이 매우 많이 발생되는 구조가 된다. 이 때문에 구동신호의 전압진폭이 작으면 신호가 이러한 신호잡음에 묻혀 버리기 때문에 양호한 화상표시를 얻기 곤란하다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 박막표시소자에 생기는 기생용량의 영향을 가능한 한 많이 제거하고, 낮은 소비전력으로 고화질의 큰 화면으로 할 수 있는 화상표시장치 및 박막표시소자의 구동방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 잡음의 영향을 덜 받고, 비교적 작은 구동신호로도 양호한 화상 표시를 할 수 있는 화상표시장치 및 박막표시소자의 구동방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적은 이하의 본 발명의 구성에 의해 달성된다.

(1) 각 화소에 전류로 구동되는 박막표시소자, 및 적어도 상기 박막표시소자를 구동하는 발광제어용 소자를 포함하며, 상기 각 화소의 박막표시소자는 1개의 발광제어용 소자만으로 구동되는 화상표시장치.

(2) 상기 발광제어용 소자에 입력되는 구동신호의 전압진폭이 5V 이하인 상기 (1)의 화상표시장치.

(3) 상기 발광제어용 소자는 전압신호를 전류신호로 변환하는 수단을 가지며, 상기 전압신호를 전류신호로 변환하는 수단은 5V 이하의 입력전압에서 충분한 구동전류를 얻도록 조정되어 있는 상기 (2)의 화상표시장치.

(4) 제 3항에 있어서, 상기 발광제어용 소자의 전압신호를 전류신호로 변환하는 수단은 성호컨덕턴스인 상기 (3)의 화상표시장치.

(5) 콘트라스트비가 20:1 이상인 상기 (1)의 화상표시장치.

(6) 특정의 화소가 행과 열로 규정되고, 각 열마다 화상데이타가 주어지는 데이타선과, 각 행마다 시분할 구동되는 주사선을 가지며, 상기 발광제어 소자는 상기 데이타선에 주어진 화상데이타신호에 의해 주사선으로부터의 구동신호를 특정 화소의 박막표시소자에 주어지는 상기 (1)의 화상표시장치.

(7) 상기 박막발광소자를 구동하는 구동신호용 종단저항을 또한 포함하는 상기 (1)의 화상표시장치.

(8) 상기 발광제어용 소자는 폴리실리콘 TFT인 상기 (1)의 화상표시장치.

(9) 상기 박막발광소자는 유기EL소자인 상기 (1)의 화상표시장치.

(10) 각 화소에 전류로 구동되는 박막표시소자, 적어도 상기 박막표시소자를 구동하는 발광제어용 소자, 및 상기 발광제어용 소자를 제어하는 신호가 되는 구동신호를 선택하는 신호선택용 소자를 포함하며, 상기 발광제어용 소자에 입력되는 구동신호의 전압진폭이 5V 이하인 화상표시장치.

(11) 상기 박막발광소자는 콘트라스트비가 20:1 이상인 상기 (10)의 화상표시소자.

(12) 상기 발광제어용 소자는 폴리실리콘 TFT인 상기 (10) 또는 상기 (11)의 화상표시장치.

(13) 상기 박막발광소자는 유기EL소자인 상기 (10)의 화상표시장치.

(14) 각 화소에 전류로 구동되는 박막표시소자, 적어도 상기 박막표시소자를 구동하는 발광제어용 소자, 및 상기 박막발광소자를 구동하는 구동신호용 종단저항을 포함하는 화상표시장치.

(15) 상기 구동신호용 종단저항을 전원선 또는 접지선에 접속하기 위한 스위칭소자를 또한 포함하는 상기 (14)의 화상표시장치.

(16) 상기 발광제어용 소자에 주어진 구동신호를 선택하는 신호선택용 소자를 또한 포함하는 상기 (14) 또는 상기 (15)의 화상표시장치.

(17) 상기 구동신호의 진폭은 5V 이하인 상기 (14)의 화상표시장치.

(18) 상기 박막발광소자는 콘트라스트비가 20:1 이상인 상기 (14)의 화상표시소자.

(19) 상기 발광제어용 소자는 폴리실리콘 TFT인 상기 (14)의 화상표시장치.

(20) 상기 박막발광소자는 유기EL소자인 상기 (14)의 화상표시장치.

(21) 상기 스위칭소자는 구동신호를 상기 발광제어용 소자에 부여하는 기간 동안만 온되는 상기 (15)의 화상표시장치.

(22) 각 화소에 전류로 구동되는 박막표시소자, 적어도 상기 박막표시소자를 구동하는 발광제어용 소자, 상기 박막발광소자를 구동하는 구동신호용 종단저항, 및 상기 구동신호용 종단저항을 전원선 또는 접지선에 접속하기 위한 스위칭소자를 포함하며, 상기 스위칭소자는 구동신호를 상기 발광제어용 소자에 부여하는 기간 동안만 온되는 박막표시소자의 구동방법.

도 1은 본 발명의 화상표시장치의 기본구성을 나타낸 회로도,

도 2는 본 발명의 화상표시장치의 다른 구성예를 나타낸 회로도,

도 3은 본 발명의 화상표시장치의 또 다른 구성예를 나타낸 회로도,

도 4는 유기EL소자의 구동장치(TFT)의 제조공정을 나타낸 일부 단면도,

도 5는 유기EL소자의 구동장치(TFT)의 제조공정을 나타낸 일부 단면도,

도 6는 유기EL소자의 구동장치(TFT)의 제조공정을 나타낸 일부 단면도,

도 7은 유기EL소자의 구동장치(TFT)의 제조공정을 나타낸 일부 단면도,

도 8은 유기EL소자의 구동장치(TFT)의 제조공정을 나타낸 일부 단면도,

도 9는 유기EL소자의 구동장치(TFT)의 제조공정을 나타낸 일부 단면도,

도 10은 유기EL소자의 구동장치(TFT)의 제조공정을 나타낸 일부 단면도,

도 11은 종래의 구동장치의 한 형태를 나타낸 개략 구성도,

도 12는 도 11의 A부분의 확대도.

본 발명의 칼라화상 표시장치는, 각 화소마다 전류로 구동되는 박막표시소자(D1)와, 적어도 상기 박막표시소자(D1)를 구동하는 발광제어용 소자(M1)를 포함하며, 상기 각 화소마다의 박막표시소자(D1)는 1개의 발광제어용 소자(M1)만으로 구동된다.

이와 같이 박막표시소자(D1)를 구동하는 소자를 단일의 발광제어용 소자(M1)만으로 구동함으로써 능동매트릭스와 수동매트릭스의 양쪽 이점을 갖는 표시장치를 얻을 수 있다. 즉, 구동신호인 화상신호(데이타신호)를 신호증폭 기능을 갖는 발광제어용 소자를 통해 화소인 박막표시소자에 부여하고, 구동용 주사신호를 부여함으로써 화상신호의 신호레벨을 작게할 수 있고 소비전력을 줄일 수 있다.

발광제어용 소자의 신호증폭 기능은 발광제어용 소자의 입력전압-출력전류 특성으로서 규정될 수 있다. 보다 구체적으로는 발광제어용 소자는 트랜지스터, 특히 박막트랜지스터(TFT) 등의 TFT가 바람직하고, 이 경우의 신호증폭 기능은 TFT의 상호컨덕턴스(gm= △ID/△VGS)로 규정된다. 이 상호컨덕턴스는 입력된 화상신호(데이타신호)의 크기와 구동된 화소(박막표시소자)의 발광성능, 및 필요한 휘도와 콘트라스트에 따라 요구되는 값 이상인 것이 바람직하다.

구체적으로는 하기의 콘트라스트를 얻을 수 있는 값 이상인 것이면 되고, 통상적으로는 박막표시소자로서 유기EL소자를 사용하는 경우, 10 이상, 특히 20∼50 정도인 것이 바람직하다. 상호컨덕턴스를 조정하기 위해서는 예를 들어 소자의 L/W 비를 조정하면 된다. 이 경우 얻어지는 콘트라스트 비로는 20:1 이상, 특히20:1∼50:1이 바람직하다. 콘트라스트 비를 20:1 이상으로 함으로써 충분한 화질표시가 얻어진다.

입력되는 화상신호(데이타신호)의 레벨은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 동작에 지장없는 범위에서 적을 수록 좋다. 구체적으로는 전압진폭으로 5V 이하, 특히 5∼0V가 바람직하다. 전압진폭을 5V 이하로 함으로써 전원회로(IC), 주변회로(IC) 등의 선택범위가 넓어지고 이에 필요한 단가를 낮게할 수 있다.

이어서, 도면을 기초로 본 발명의 화상표시장치를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 화상표시장치의 기본구성을 나타낸 일부 회로도이다. 도 1에는, 1개의 화소를 특정하기 위한 행요소와 열요소를 규정하는 주사선(j) 및 데이타선(k) 중 1개의 화소의 박막표시소자(D1)에 대응하는 일부만 표시되어 있다. 또 주사선(j) 및 데이타선(k)에는 각각 이들을 구동하기 위한 구동회로가 접속되어 있지만 도면에는 생략되어 있다.

화상신호(데이타신호)를 부여하는 데이타선(k)에는 발광제어용 소자(M1)의 제어단자(G)가 접속되어 있다. 이 발광제어용 소자(M1)의 피제어용 단자의 일단(S)은 시분할 구동되는 주사선(j)에 접속되고, 그 타단(D)은 박막발광소자(D1)의 양극측에 접속되어 있다. 또 박막표시소자(D1)의 음극측은 접지되어 있다.

이와 같은 구성에서 데이타선(k)에 화상신호(데이타신호)가 부여되면 발광제어용 소자(M1)의 상호컨덕턴스에 따라 주사선(j)으로부터의 시분할 구동신호가 박막발광소자(D1)에 부여된다. 즉 데이타선(k)측에 부여된 구동신호(화상신호)는 발광제어용 소자(M1)의 상호컨덕턴스 만큼 작은 신호레벨로 있게 된다. 이에 따라 종래의 표시장치보다 현저히 낮은 신호레벨로 화소를 구동할 수 있다. 이 때문에 소비전력도 현저히 줄어든다.

도 2는 본 발명의 화상표시장치의 제2 구성예를 나타낸 일부 회로도이다. 이 예에서는 도 1의 회로에 구동신호(화상신호)용 종단저항(R1)이 설치되어 있다. 즉 종단저항(R1)의 일단은 데이타선(k) 및 발광제어용 소자(M1)의 제어단자(G)에 접속되고, 그 타단은 주사선(j)에 접속되어 있다. 그 외의 도 2의 구성은 도 1과 같고, 동일한 구성요소에는 동일한 기호를 붙이고 설명은 생략한다.

종단저항(R1)을 설치함에 따라 구동신호(화상신호)의 내잡음성이 향상된다. 즉, 구동신호(화상신호)가 효율적으로 발광제어용 소자(M1)에 전파되고, 구동신호를 구동하기 때문에 작은 신호레벨로도 잡음에 묻히지 않고 정확하게 화소를 구동할 수 있다. 이 종단저항(R1)은 표시장치의 배선, 특히 데이타선, 주사선 등의 전달 특성을 고려하여 이것을 구동하는 회로의 출력임피던스에 의해 적절한 값으로 조정할 수 있다. 종단저항은 통상적으로 50∼10㏀ 정도의 값이 된다. 종단저항을 설치함에 따라 임피던스 매칭에 의해 전달 특성이 향상되고, 내잡음성이 향상되며, 반사 등에 의한 전달손실이 감소되어 신호열화가 가능한 한 많이 줄어든 상태로 전송될 수 있다.

도 3은 본 발명의 화상표시장치의 제 3의 구성예를 나타낸 일부 회로도이다. 이 도면에서는 능동매트릭스회로에 본 발명을 응용한 예가 도시되어 있다.

도 3에서 화상신호(데이타신호)를 부여하는 데이타선(k)에는 발광제어용 소자(M3)를 제어하는 신호가 되는 구동신호를 선택하기 위한 신호선택용 소자(M4)의 피제어단자의 일단(S)이 접속되어 있다. 또 그 타단(D)은, 종단저항(R2)의 접속을 온 또는 오프하는 스위칭소자(M5)의 피제어단자의 타단(S), 신호유지용 콘덴서(C1)의 일단, 및 발광제어용 소자(M3)의 제어단자(G)에 접속되어 있다. 상기 스위칭소자(M5)의 피제어단자의 타단(D)은 종단저항(R2)의 일단(R2)에 적속되고, 그 제어단자는 주사선(j)에 접속되어 있다. 또 종단저항(R2)의 타단은 전원선(i)에 접속되어 있지만 경우에 따라서는 주사선(j)에 접속될 수도 있다. 상기 발광제어용 소자(M3)의 피제어단자의 일단(S)은 신호유지용 콘덴서(C1)의 타단과 전원선(i)에 접속되고, 그 타단(D)은 박막표시소자(D1)의 양극측에 접속되며 박막표시소자(D1)의 음극측은 접지되어 있다.

이와 같은 구성의 화상표시장치에서 지금 주사선(j)에 주사신호가 부여되면(온되면), 신호선택용 소자(M4)는 능동상태가 되어 데이타선(k)에 부여된 구동신호(화상신호)가 신호선택용 소자(M4)를 통해 발광제어용 소자(M3)의 제어단자(G)에 부여된다. 또 동시에 스위칭소자(M5)가 능동상태로 되어 종단저항(R2)이 발광제어용 소자(M3)의 제어단자(G)쪽에 접지된다. 이에 따라 입력되는 구동신호의 도통경로에 종단저항(R2)이 존재함으로써 임피던스가 정합된다. 그리고 입력된 구동신호는 신호유지용 콘덴서(C1)에 축적되고 발광제어용 소자(M3)를 능동상태로 함으로써 전원선(i)으로부터 구동신호의 신호레벨에 상당하는 구동전류를 공급하여 박막발광소자(D1)를 구동한다.

이어서 주사선(j)에 부여된 주사신호가 없어지면(오프되면), 신호선택용 소자(M4)와 스위칭소자(M5)가 금지상태가 되고, 구동신호가 신호유지용 콘덴서(C1)에 유지함으로써 다음 구동신호가 부여될 때까지 발광제어용 소자(M3)의 제어용 단자(G)에 구동신호를 계속 부여하게 된다. 이에 따라 박막발광소자(D1)는 의사정지 상태가 된다.

이 경우, 종단저항(R2)의 스위칭소자(M5)를 생략할 수도 있지만, 신호유지용 콘덴서(C1)로부터의 전하방전과 다음 구동신호의 기입까지의 시간에 의해 시정수가 결정되기 때문에 종단저항(R2)의 최적의 저항값을 부여하기 곤란해 진다.

또 종단저항(R2, R1)은 통상의 저항을 형성하기 위해 사용되는 재료, 예를 들어 고저항금속, 탄소피막 등에 의해 형성될 수도 있지만, 박막표시장치의 구성재료를 사용하여 종단저항을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들어 배선용 재료 등을 사용할 수 있지만, 특히 발광제어용 소자(M3, M1) 등의 구동용 소자를 형성하기 위한 실리콘 기체, 특히 폴리실리콘으로 형성하는 것이 좋다.

이와 같이, 능동매트릭스형 표시장치에서도 종단저항을 도입함으로써 내잡음성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 이 때문에 종래에 비해 낮은 레벨의 구동신호를 취급할 수 있으며, 소비전력을 줄일 수 있다. 또 S/N 비를 향상함으로써 적절한 그레이스케일 표현이 가능하고 고정밀한 화상을 표시할 수 있다.

본 발명의 화상표시장치는 구동신호의 S/N 비를 20dB 이상으로 향상시킬 수 있다. 또 종래의 수동캐트릭스방식에 비해 기생용량에 의해 소비되는 전력을 1/2로 줄일 수 있다.

본 발명의 화상표시장치에 사용되는 박막발광소자는 특별히 한정되지 않으며, 전류구동되는 여러 가지 박막발광소자를 사용할 수 있다. 박막발광소자는 유기EL소자가 바람직하다.

본 발명에서의 박막발광소자로서의 유기EL소자의 구성에 대해 설명한다. 유기EL소자는 제 1전극과, 제 2전극과의 사이에 적어도 발광기능에 관여하는 유기물질을 함유하는 유기층을 갖는다. 그리고, 제 1전극과, 제 2전극으로부터 부여되는 전자 및 홀이 유기층중에서 재결합됨에 따라 발광된다.

제 1전극 및 제 2전극은 모두를 홀주입전극, 전자주입전극으로 할 수도 있지만, 통상적으로는 기판측의 제 1전극이 홀주입전극이 되고, 제 2전극은 전자주입전극이 된다.

전자주입전극으로는 일함수가 낮은 물질이 바람직하고, 예를 들어 K, Li, Na, Mg, La, Ce, Ca, Sr, Ba, Al, Ag, In, Sn, Zn, Zr 등의 금속원소 단체, 또는 안정성을 향상시키기 위해 이들을 함유하는 2성분, 3성분의 합금계를 사용하는 것이 바람직하다. 합금계로는 예를 들어 Ag·Mg(Ag: 0.1∼50at%), Al·Li(Li: 0.01∼14at%), In·Mg(Mg: 50∼80at%), Al·Ca(Ca: 0.01∼20at%) 등을 들 수 있다. 또한 전자주입전극은 증착법이나 스퍼터법으로도 형성할 수 있다.

전자주입 전극박막의 두께는 전자주입을 충분히 할 수 있는 일정 이상의 두께로 하면 되고, 0.5nm 이상, 바람직하게는 1nm 이상, 보다 바람직하게는 3nm 이상으로 할 수 있다. 그 상한값은 특별히 한정되지 않고, 통상 박막두께는 3∼500nm 정도로 하면 된다. 전자주입전극 위에는 다시 보조전극 내지 보호전극을 설치할 수도 있다.

증착시의 압력은 바람직하게는 1×10^-8∼1×10^-5Torr로 하고, 증착원의 가열온도는 금속재료인 경우 100∼1400℃, 유기재료인 경우 100∼500℃ 정도가 바람직하다.

홀주입전극은 발광한 빛을 방출하기 때문에 투명하거나 반투명한 전극이 발람직하다. 투명전극으로는 ITO(주석도프산화인듐), IZO(아연도프산화인듐), ZnO, SnO₂, In₂O₃등을 들 수 있지만, 바람직하게는 ITO(주석도프산화인듐), IZO(아연도프산화인듐)이 바람직하다. ITO는 통상 In₂O₃와 SnO₂를 화학양론 조성으로 함유하지만, O량은 다소 이보다 편차가 있을 수 있다. 홀주입전극은 투명성이 필요하지 않을 때는 불투명한 공지의 금속재질로도 할 수 있다.

홀주입전극의 두께는 홀을 충분히 주입할 수 있는 일정 이상의 두께를 갖는 것이 좋고, 통상적으로는 50∼500nm이지만, 특히 50∼300nm의 범위가 바람직하다. 그 상한은 특별히 한정되지 않지만, 너무 두꺼우면 박리 등이 생길 우려가 있다. 두께가 너무 얇으면 제조시의 막강도, 홀이송능력, 저항값 측면에서 문제가 있다.

홀주입전극층은 증착법 등으로 형성할 수 있지만, 바람직하게는 스퍼터법, 특히 펄스DC 스퍼터법으로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 유기EL소자는 발광층과, 일방의 전극인 음전극과의 사이에 고저항의 무기전자주입 수송층 또는 고저항의 무기전자 주입층을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이 전자의 도통패스를 가지며, 홀을 차단할 수 있는 무기전자주입 수송층을 유기층과 전자주입전극(음극) 사이에 배치함으로써 전자를 발광층에 효율적으로 주입할 수 있어 발광효율이 향상되고 구동전압이 저하된다.

또 바람직하게는 고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층의 제 2성분을 전 성분에 대해 0.2∼40몰% 함유시켜 도통패스를 형성함에 따라 전자를 전자주입전극으로부터 발광층쪽의 유기층으로 효율적으로 주입할 수 있다. 더구나, 유기층으로부터 전자주입전극으로 홀 이동을 억제할 수 있으며, 발광층에서 홀과 전자를 효율적으로 재결합할 수 있다. 또 무기재료가 갖는 장점과 유기재료가 갖는 장점을 겸비한 유기EL소자로 할 수 있다. 본 발명의 유기EL소자는 종래의 유기전자 주입층을 갖는 소자와 동일 또는 그 이상의 휘도가 얻어지며, 더구나 내열성, 내후성이 높기 때문에 종래의 것보다 수명이 길고, 리크나 다크스포트 발생도 적다. 또 비교적 고가인 유기물질이 아닌 싸게 구입할 수 있는 무기재료를 사용하기 때문에 제조단가를 줄일 수 있다.

고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층은 그 저항효율이 1∼1×10¹¹Ωcm, 바람직하게는 1×10³∼1×10⁸Ωcm이다. 고저항의 무기전자주입 수송층의 저항율을 상기 범위로 함에 따라 높은 전자차단성을 유지한 채 전자주입효율을 비약적으로 향상할 수 있다. 고저항의 무기전자주입 수송층의 저항율은 시이트저항과 막두께로부터도 구할 수 있다.

고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층은 바람직하게는 제 1성분으로 일함수 4eV 이하, 바람직하게는 1∼4eV이고, 바람직하게는 Li, Na, K, Rb, Cs 및 Fr로부터 선택된 1종 이상의 알칼리금속원소, 또는 바람직하게는 Mg, Ca 및Sr로부터 선택된 1종 이상의 알칼리토금속원소, 또는 바람직하게는 La 및 Ce로부터 선택된 1종 이상의 란타노이드계 원소중 어느 하나의 산화물을 함유한다. 이들 중에서도 특히 산화리튬, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화세륨이 바람직하다. 이들을 혼합하여 사용하는 경우의 혼합비는 임의이다. 또 이들 혼합물에는 산화리튬이 Li₂O로 환산하여 50몰% 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다.

또 고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층은 제 2성분으로 Zn, Sn, V, Ru, Sm 및 In으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유한다. 이 경우의 제 2성분의 함유량은 바람직하게는 0.2∼40몰%, 보다 바람직하게는 1∼20몰%이다. 함유량이 이들보다 작으면 전자주입기능이 저하되고, 함유량이 이것을 넘으면 홀차단기능이 저하된다. 2종 이상을 병용하는 경우 총 함유량은 상기 범위로 하는 것이 바람직하다. 제 2성분은 금소원소 상태 또는 산화물 상태일 수 있다.

고저항인 제 1성분중에 도전성(저저항)의 제 2성분을 함유시킴에 따라 절연성 물질중에 도전물질이 섬모양으로 존재하게 되는데, 이것은 전자주입을 위한 호핑패스가 형성되는 것으로 생각된다.

상기 제 1성분의 산화물은 통상적으로 화학양론조성이지만, 다소 편차를 갖는 비화학양론적 조성일 수도 있다. 또 제 2성분도 통상적으로는 산화물로서 존재하지만 이 산화물도 마찬가지이다.

고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층에는 불순물로서 H나 스퍼터링가스로 사용되는 Ne, Ar, Kr, Xe 등을 총 5at% 이하로 함유될 수도 있다.

또한 고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층 전체의 평균값으로 이와 같은 조성으로 하면 균일하지 않거나 막두께 방향으로 농도구배를 갖는 구조일 수도 있다.

고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층은 통상 비정질상태이다.

고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층의 막두께는 바람직하게는 0.2∼30nm, 특히 0.2∼20nm가 바람직하다. 전자주입층이 이보다 얇거나 두꺼우면 전자주입층으로서의 기능을 충분히 발휘할 수 없게 된다.

상기 고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층의 제조방법으로는 스퍼터법, 증착법 등의 각종 물리적 또는 화학적인 박막형성방법 등이 알려져 있지만, 스퍼터법이 바람직하다. 이중에서도 상기 제 1성분과 제 2성분의 타겟을 별개로 스퍼터하는 다원스퍼터가 바람직하다. 다원스퍼터에서 각각의 타겟에 적당한 스퍼터법을 적용할 수 있다. 또 1원스퍼터로 하는 경우에는 제 1성분과 제 2성분의 혼합타겟을 사용할 수도 있다.

고저항의 무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층을 스퍼터법으로 형성하는 경우 스퍼터시의 스퍼터가스의 압력은 0.1∼1Pa의 범위가 바람직하다. 스퍼터가스는 통상의 스퍼터장치에 사용되는 불활성가스, 예를 들어 Ar, Ne, Xe, Kr 등을 사용할 수 있다. 또 필요에 따라 N₂를 사용할 수도 있다. 스퍼터시의 분위기로는 상기 스퍼터가스에 O₂를 1∼99% 정도 혼합하여 반응성스퍼터를 행할 수도 있다.

스퍼터법으로는 RF전원을 사용한 고주파스퍼터법 또는 DC스퍼터법 등을 사용할 수 있다. 스퍼터장치의 전력은 바람직하게는 RF스퍼터에서 0.1∼10W/㎠가 바람직하고, 용착율은 0.5∼10nm/min, 특히 바람직하게는 1∼5nm/min가 바람직하다.

용착시의 기판온도는 상온(25℃)∼150℃이다.

무기전자주입 수송층 또는 무기전자주입층 위(발광층과 반대쪽: 소위 역적층일 때에는 아래쪽이 된다)에 있는 음전극은 상기 무기전자주입 수송층과 조합시킬 때 낮은 일함수로 전자주입성을 갖을 필요가 없기 때문에 특별히 한정될 필요는 없으며, 통상의 금속을 사용할 수 있다. 그 중에서도 도전율이나 취급용이성 측면에서 Al, Ag, In, Ti, Cu, Au, Mo, W, Pt, Pd 및 Ni이 바람직하고, 특히 Al 및 Ag로부터 선택되는 1종 또는 2종의 금속원소가 바람직하다.

이들 음전극 박막의 두께는 전자를 무기절연성 전자주입 수송층에 부여할 수 있는 일정 이상의 두께로 하면 되고, 50nm 이상, 바람직하게는 100nm 이상이 바람직하다. 또 그 상한값은 특별히 제한되지는 않지만, 통상 막두께는 50∼500nm로 하면 좋다. 또한 음전극쪽에서 발광빛을 방출하는 경우에는 막두께는 50∼300nm 정도가 바람직하다.

유기EL 구조체의 유기층은 다음과 같은 구성으로 할 수 있다.

발광층은 홀(정공) 및 전자주입기능, 이들 수송기능, 홀과 전자의 재결합에 의해 여기자를 생성시키는 기능을 한다. 발광층에는 비교적 전자적으로 중성인 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.

홀주입수송층은 홀주입전극으로부터의 홀의 주입을 용이하게 하는 기능, 홀을 안정하게 수송하는 기능 및 전자를 차단하는 기능을 갖고 있으며, 전자주입 수송층은 전자주입전극으로부터의 전자주입을 용이하게 하는 기능, 전자를 안정하게 수송하는 기능 및 홀을 차단하는 기능을 갖는다. 이들 층은 발광층에 주입되는 홀이나 전자를 증대 및 감금시키고 재결합영역을 최적화시켜 발광효율을 개선한다.

발광층 두께, 홀주입수송층 두께 및 전자주입 수송층 두께는 특별히 제한되지 않고, 형성방법에 따라 다르지만, 통상 5∼500nm, 특히 10∼300nm로 하는 것이 바람직하다.

홀주입수송층 두께 및 전자주입수송층 두께는 재결합 및 발광영역의 설계의 의하지만, 발광층의 두께와 같은 정도 또는 1/10∼10배 정도로 할 수 있다. 홀 또는 전자의 주입층과 수송층을 분리하는 경우, 주입층은 1nm 이상, 수송층은 1nm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 때의 주입층, 수송층 두께의 상한은 통상 주입층은 500nm정도, 수송층은 500nm정도이다. 이와같은 막두께에서는 주입수송층을 2층을 해도 마찬가지이다.

유기EL소자의 발광층에는 발광기능을 하는 화합물인 형광성 물질을 함유시킨다. 이와 같은 형광성 물질로는 예를 들어 일본국 특개소63-264692호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 화합물, 예를 들어 퀴나크리돈, 루브렌, 스티릴계 색소 등의 화합물으로부터 선택된 적어도 1종을 들 수 있다. 또 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄 등의 8-퀴놀리놀 또는 그 유도체를 배위자로 하는 금속착체 등의 퀴놀린유도체, 테트라페닐부타디엔, 안트라센, 페릴렌, 코로넨, 12-프탈로페릴렌유도체를 들 수 있다. 또 특개평8-12600호 공보에 기재된 페닐안트라센유도체, 특개평8-12969호 공보에 기재된 테트라아릴에텐유도체 등을 사용할 수 있다.

또 그 자체에서 발광할 수 있는 호스트물질과 조합하여 사용하는 것이 바람직하고, 도판트로서 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우의 발광층에서의 화합물의 함유량은 0.01∼20부피%, 바람직하게는 0.1∼15부피%가 바람직하다. 특히 루브렌계에서는 0.01∼20부피%인 것이 바람직하다. 호스트물질과 조합시켜 사용함에 따라 호스트물질의 발광파장 특성을 변화시킬 수 있고, 발광이 긴 파장으로 이동할 수 있으며, 소자의 발광효율이나 안정성이 향상된다.

호스트물질로는 퀴놀리노라토착체가 바람직하며, 8-퀴놀리놀 또는 그 유도체를 배위자로 하는 알루미늄착체가 보다 바람직하다. 이와 같은 알루미늄착체로는, 특개소63-264692호, 특개평3-255190호, 특개평5-70773호, 특개평5-258859호, 특개평6-215874호 등에 개시되어 있는 것을 들 수 있다.

구체적으로는, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄, 비스(8-퀴놀리노라토)마그네슘, 비스(벤조{f}-8-퀴놀리노라토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄옥사이드, 트리스(8-퀴놀리노라토)인듐, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 8-퀴놀리노라토리튬, 트리스(5-클로로-8-퀴놀리노라토)갈륨, 비스(5-클로로-8-퀴놀리노라토)칼슘, 5,7-디크로로-8-퀴놀리노라토알루미늄, 트리스(5,7-디브로모-8-히드록시퀴놀리노라토)알루미늄, 폴리[아연(II)-비스(8-히드록시-5-퀴놀리닐)메탄] 등이 있다.

그 외의 호스트물질로는, 특개평 8-12600호 공보(특원평 6-110569호)에 기재된 페닐안트라센유도체와 특개평 8-12969호 공보(특원평 6-114456호)에 기재된 테트라아릴에텐유도체 등도 바람직하다.

발광층은 전자수송층을 겸한 것이어도 되고, 이와 같은 경우는 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이들의 형광성물질을 증착할 수 있다.

또한 발광층은 필요에 따라 적어도 1종의 홀주입수송성 화합물과 적어도 1종의 전자주입수송성 화합물과의 혼합층으로 하는 것이 바람직하고, 또한 이 혼합층 중에 도판트를 함유시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 혼합층에서 화합물의 함유량은 0.01∼20부피%, 바람직하게는 0.1∼15부피%로 하는 것이 바람직하다.

혼합층에서는 캐리어의 홉핑전도패스가 있을 수 있기 때문에 각 캐리어는 극성적으로 유리한 물질로 이동하고, 반대 극성의 캐리어주입은 일어나기 어렵기 때문에 유기화합물이 손상받기 어려워 소자수명이 늘어난다는 이점이 있다. 또한 전술한 도판트를 이와 같은 혼합물에 함유시킴으로써 혼합층 자체가 갖는 발광파장 특성을 변화시킬 수 있으며, 발광파장을 긴 파장쪽으로 이동시킬 수 있고 발광강도를 높일 수 있으며 소자의 안정성을 향상시킬 수도 있다.

혼합층에 사용되는 홀주입수송성 화합물 및 전자주입수송성 화합물은 각각 후술하는 홀주입수송층용 화합물 및 전자주입 수송층용 화합물 중에서 선택할 수 있다. 그 중에서도 홀주입수송층용 화합물로는 강한 형광을 갖는 아민유도체, 예를 들어 홀수송 재료인 트리페닐디아민유도체, 스티릴아민유도체, 방향족축합환을 갖는 아민유도체를 사용하는 것이 바람직하다.

전자주입수송성 화합물로는 퀴놀린유도체, 8-퀴놀리놀 또는 그 유도체를 배위자로 하는 금속착체, 특히 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 페닐안트라센유도체, 데트라아릴에텐유도체를 사용하는 것도 바람직하다.

홀주입수송층용 화합물로는 강한 형광을 갖는 아민유도체, 예를 들어 상기 홀수송 재료인 트리페닐디아민유도체, 스티릴아민유도체, 방향족축합환을 갖는 아민유도체를 사용하는 것이 바람직하다.

이 경우, 전자주입수송성 화합물과 홀주입수송성 화합물의 혼합비는 각각의 캐리어 이동도와 캐리어농도에 의하지만, 일반적으로는 홀주입수송성 화합물/전자주입수송기능을 갖는 화합물의 중량비가 1/99∼99/1, 보다 바람직하게는 10/90∼90/10, 특히 바람직하게는 20/80∼80/20 정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.

혼합층의 두께는 분자층 1층에 상당하는 두께 이상으로 하는 것이 바람직하고, 유기화합물층의 막두께 미만으로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 1∼85nm로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼60nm, 특히 5∼50nm로 하는 것이 바람직하다.

또한 혼합층의 형성방법으로는 다른 증착원으로부터 증발시키는 공증착이 바람직하지만, 증기압(증발온도)이 동일정도 혹은 매우 근접한 경우에는, 미리 동일증착보드 내에서 혼합시켜 놓고 증착할 수도 있다. 혼합층은 화합물끼리 균일하게 혼합되어 있는 쪽이 바람직하지만, 경우에 따라서는 화합물이 섬모양으로 존재하는 것이어도 된다. 발광층은 일반적으로 유기형광물질을 증착하거나, 또는 수지바인더 중에 분산시켜 코팅함으로써 발광층을 소정의 두께로 형성한다.

홀주입수송층에는, 예를 들어 특개소63-295695호 공보, 특개평2-191694호 공보, 특개평3-792호 공보, 특개평5-234681호 공보, 특개평5-239455호 공보, 특개평5-299174호 공보, 특개평7-126225호 공보, 특개평7-126226호 공보, 특개평8-100172호 공보, EP0650955A1 등에 기재되어 있는 각종 유기화합물을 사용할 수 있다. 예를 들어 테트라아릴벤지딘화합물(트리아릴디아민 내지 트리페닐디아민: TPD), 방향족 3급아민, 히드라존유도체, 카르바졸유도체, 트리아졸유도체, 이미다졸유도체, 아미노기를 갖는 옥사디아졸유도체, 폴리티오펜 등이다. 이들의 화합물은 1종만을 사용하거나 2종 이상 병용할 수도 있다. 2종 이상을 병용할 때는 별도의 층으로 적층하거나 혼합할 수 있다.

홀주입수송층을 홀주입층과 홀수송층으로 나누어 설치하는 경우는 홀주입수송층용 화합물중에서 바람직한 조합을 선택하여 사용할 수 있다. 이때 홀주입전극(ITO 등)쪽으로부터 이온화 포텐셜이 작은 화합물 순서대로 적층하는 것이 바람직하다. 또 홀주입전극 표면에는 박막성이 양호한 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 적층순서는 홀주입수송층을 2층 이상 설치할 때도 같다. 이와 같은 적층순서로 함에 따라 구동전압이 저하되고, 전류리크의 발생이나 다크포스트의 발생 및 성장을 방지할 수 있다. 또 증착을 이용하여 소자화하는 경우 1∼10nm정도의 얇은 막도 균일하고 핀홀이 없게 할 수 있기 때문에 홀주입층에 이온화 포텐셜이 작고 가시부에 흡수가 있는 화합물을 사용하더라도 발광색의 색조변화나 재흡수에 의한 효율저하를 방지할 수 있다. 홀주입수송층은 발광층 등과 마찬가지로 상기 화합물을 증착함에 따라 형성할 수 있다.

유기전자주입 수송층을 설치하는 경우, 전자주입 수송층에는 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(Alq3) 등의 8-퀴놀리놀 또는 그 유도체를 배위자로 하는 유기금속착체 등의 퀴놀린유도체, 옥사디아졸유도체, 페릴렌유도체, 피리딘유도체, 피리미딘유도체, 퀴녹살린유도체, 디페닐퀴논유도체, 니트로치환 플루오렌유도체 등을 사용할 수 있다. 전자주입 수송층은 발광층을 겸한 것일 수도 있고, 이와 같은 경우는 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄 등을 사용하는 것이 바람직하다. 전자주입 수송층은 발광층과 마찬가지로 증착 등에 의해 형성될 수 있다.

전자주입 수송층을 전자주입층과 전자수송층으로 나누어 적층하는 경우에는 전자주입 수송층용 화합물중에서 바람직하게 조합시킨 것을 선택하여 사용할 수 있다. 이때 전자주입 전극측으로부터 전자친화력이 큰 화합물 순으로 적층하는 것이 바람직하다. 이와 같은 적층순서는 전자주입 수송층을 2층 이상 설치할 때도 마찬가지이다.

홀주입수송층, 발광층 및 전자주입 수송층을 형성하는 데에는 균질한 박막이 형성할 수 있기 때문에 진공증착법을 이용하는 것이 바람직하다. 진공증착법을 이용한 경우, 비정형상태 또는 결정입경이 0.2㎛ 이하의 균질한 박막이 얻어진다. 결정입경이 0.2㎛를 초과하면, 균일하지 않은 발광이 되며 소자의 구동전압을 높게 하지 않으면 안되고 홀의 주입효율도 현저하게 저하된다.

진공증착의 조건은 특별히 한정되지 않지만, 10^-4Pa 이하의 진공도로 하고, 증착속도는 0.01∼1nm/sec 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한 진공 중에서 연속적으로 각 층을 형성하는 것이 바람직하다. 진공 중에서 연속적으로 형성하면, 각 층의 계면에 불순물이 흡착되는 것을 방지할 수 있기 때문에 높은 특성이 얻어진다. 또한 소자의 구동전압을 낮게 하거나 다크스포트의 발생 및 성장을 억제할 수 있다.

진공증착법을 이용하여 이들 각 층을 형성하는 경우에, 1층에 복수의 화합물을 함유시킨 경우, 화합물을 넣은 각 보트를 각각 온도제어하여 공증착하는 것이 바람직하다.

기판은 절연성을 갖는 석영, 세라믹, 사파이어, 유리 등을 사용할 수 있지만, 바람직하게는 낮은 왜곡점 유리와 같은 고가가 아닌 재료이다. 기판에 색필터막과 형광성 물질을 포함하는 색변환막 또는 유전체 반사막을 사용하여 발광색을 조절할 수도 있다.

색필터막에는 액정디스플레이 등에서 이용되고 있는 칼라필터를 사용하면 좋지만, 유기EL소자가 발광하는 빛에 맞추어서 컬러필터의 특성을 조정하고, 방출효과 및 색순도를 최적화하면 좋다.

또 EL소자재료와 형광변환층이 광흡수하도록 단파장의 외광을 차단할 수 있는 컬러필터를 사용하면 소자의 내광성 및 표시의 콘트라스트도 향상된다.

또 컬러필터 대신에 유전체 다층막과 같은 광학박막을 사용할 수도 있다.

본 발명에서의 유기EL소자는 통상 직류구동형 또는 펄스구동형 EL소자로서 사용되고 있다. 인가전압은 통상 2∼30V 정도이다.

(실시예)

이하에 박막트랜지스터(TFT)의 1실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 도 4∼ 도 10은 본 발명의 화상표시장치를 구성하는 TFT, 특히 유기EL소자의 구동전류가 흐르는 발광전류구동용 TFT의 제조공정이다.

(1) 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(101)으로서 예를 들어 석영기판을 사용하고, 이 기판(101) 위에 스퍼터법으로 SiO₂막(102)를 약 100nm 두께로 성막하였다.

(2) 이어서 도 4에 도시된 바와 같이, SiO₂막(102) 위에 무정형 Si(a-Si)층(103)을 약 100nm 두께로 LPCVD법으로 성막하였다.

이때 성막조건은 다음과 같다.

Si₂H₆가스 100∼500 SCCM

He 가스 500 SCCM

압력 0.1∼1 Torr

가열온도 430∼500℃

(3) 이어서, 가열처리를 하고, 이 a-Si층(103)을 고상 성장시켜 폴리실리콘으로 하였다. 이 고상 성장조건은 예를 들어 다음과 같다.

제1 처리:

N₂1 SLM

처리온도 600℃

처리시간 5∼20시간

제2 처리:

처리온도 850℃

처리시간 0.5∼3시간

이와 같이 하여 a-Si층(103)을 도 5에 도시된 바와 같은 활성 Si층(103)으로 할 수 있다.

(4) 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 (3)에 의해 형성된 폴리실리콘층(103a)을 아일랜드를 형성하기 위해 패터닝하였다.

(5) 도 7에 도시된 바와 같이, 패터닝한 폴리실리콘층(103a)에 게이트산화막(104)을 형성하였다.

이 게이트산화막(104)의 형성조건은 예를 들어 다음과 같다.

H₂4 SLM

O₂10 SCCM

처리온도 800℃

처리시간 5시간

(6) 도 8에 도시된 바와 같이, 게이트산화막(104) 위에 게이트전극이 되는 실리콘층(105)을 감압CVD법으로 두께 250nm로 형성하였다. 그 성막조건은 예를 들어 다음과 같다.

0.1% PH₃가 포함된 SiH₄가스 200 SCCM

처리온도 640℃

처리시간 0.4시간

(7) 도 9에 도시된 바와 같이, 소정의 패턴에 따른 에칭공정에 의해 게이트전극(105)과 게이트산화막(104)을 형성하였다.

(8) 도 9에 도시된 바와 같이, 이 게이트전극(105)을 마스크로 사용하여 소스-드레인영역으로 할 부분에 이온도핑법으로 도판트, 예를 들어 인을 도핑하여 게이트전극에 대해 셀프 정렬되도록 소스-드레인영역을 형성하였다.

(9) 이들 소자를 포함하는 기판을 질소분위기중에 600℃에서 6시간 동안 처리하고, 다시 850℃에서 30분 동안 가열하고 도판트를 활성화하였다.

(10) 도 10에 도시된 바와 같이, 이 기판 전체에 TEOS를 출발재료로 하여 SiO₂막을 층간 절연막(112)으로서 400nm의 두께로 형성하였다. 이 SiO₂막의 성막조건은 예를 들어 다음과 같다.

TEOS 가스 100 SSCM

가열온도 700℃

또는 플라즈마 TEOS법으로 하기의 조건으로 SiO₂막을 성막하였다.

TEOS 가스 10∼50 SCCM

O₂가스 500 SCCM

동력 50∼300W

처리온도 600℃

그리고 SiO₂막을 형성한 후, 각 전극의 배선을 위해 필요로 하는 패턴을 따라 패터닝하여 층간 절연막(112) 등을 형성하였다.

(11) 전극용 금속박막을 성막하고(미도시), 패터닝하여 박막트랜지스터를 형성하였다.

(12) 상기와 같이 형성한 박막트랜지스터를 다시 수소분위기중에서 350℃에서 1시간 동안 가열처리하고, 수소화하여 반도체층의 흠결준위밀도를 감소시켰다.

(13) 이 기판 전체에 (10)과 마찬가지로 SiO₂를 성막한 후, 각 전극을 배선하는데 필요한 패턴에 따라 기판을 패터닝하여 층간절연막 등을 형성하였다.

(14) 그 위에 각 색의 칼라필터를 포토리소그라피법으로 형성하였다.

이와 같이 하여 형성된 TFT를 사용하고, 필요에 따라 매트릭스상의 배선전극을 형성하여 이하의 도 1∼도 3에 도시된 구동회로를 구성하였다.

이 때 화소형성 유기EL소자 부분의 크기가 50㎛×150㎛가 되도록 하고, 대각선 길이가 4.7인치인 표시화면을 구성하도록 하였다. 또 발광제어용 소자의 L/W 비를 1 이하로 하여 소정의 상호컨덕턴스(전압/전류 특성)가 얻어지도록 조정하였다.

칼라필터로는 안료분산형 칼라필터를 사용하고, 백색광으로부터 적색(R), 녹색(G), 청색(B)이 얻어지도록 각 화소마다 배치하였다.

이상과 같이 제작된 본 발명의 샘플 TFT 박막패턴을 갖는 기판의 화소영역(ITO)에 고저항의 전자주입 수송층 및 발광층을 포함하는 유기층을 진공증착법으로 성막하였다. 성막한 재료는 다음과 같다.

ITO전극층 등이 형성된 기판 표면을 UV/O₃로 세정한 후, 스퍼터장치의 기판홀더에 고정하고, 조내를 1×10^-4Pa 이하까지 감압하였다.

감압한 채, 유기층으로서 발광기능을 하는 유기물을 함유하는 재료를 성막하였다. 재료는 홀주입층으로서 폴리(티오펜-2,5-디일)을 10nm의 두께로 성막하고, 홀수송층을 겸한 황색발광층으로서 TPD에 1중량%의 루브렌을 도프한 것을 공증착으로 두께 5nm로 성막하였다. 루브렌의 농도는 0.1∼10중량% 정도가 바람직하고, 이 농도에서 고효율로 발광한다. 농도는 발광색의 색발란스에 의해 결정하는 것이 바람직하며, 이 후 성막되는 청색발광층의 빛강도와 파장스펙트럼에 의해 좌우된다. 또 청색발광층으로도 4'-비스[(1,2,2-트리페닐)에테닐]비페닐을 두께 50nm로 성막하고, 전자수송층으로 Alq3를 두께 10nm로 성막하였다.

이어서, 기판을 스퍼터장치로 이송하여 Li₂O에 V를 4몰% 혼합한 타겟을 사용하여 고저항의 무기전자 주입층을 10nm의 막두께로 성막하였다. 이 때의 스퍼터가스는 Ar: 30sccm, O₂: 5sccm으로 실온(25℃)하에 성막율 1nm/min, 동작압력 0.2∼2Pa, 투입전력 500W로 하였다. 성막한 무기전자 주입층의 조성은 타겟과 거의 동일하였다.

계속해서 감압한 채, Al을 100nm 두께로 증착하여 음전극으로 하고, 마지막에 유리봉지하여 유기EL소자를 얻었다.

얻어진 각 화상표시장치에 5V 이하의 구동신호를 가해 구동한 바, 도 1의 구성의 화상표시장치에서 콘트라스트 비가 20 이상을 실현할 수 있었다. 또 기생용량으로 소비되는 전력이 1W 이하로, 종래의 수동매트릭스방식의 화상표시장치의 1/2이하가 되었다.

또 도 2의 구성의 화상표시장치에서도 콘트라스트 비가 20 이상을 실현할 수 있었다. 또 기생용량으로 소비되는 전력이 1W 이하로, 종래의 수동매트릭스방식의 화상표시장치의 1/2 이하가 되었다. 또 S/N 비가 20dB 이상으로 되고, 충분한 그레이스케일 표시가 가능하다는 것을 알수 있었다. 또한 종단저항(R1)은 75Ω이었다.

또 도 3의 구성의 화상표시장치에서도 콘트라스트 비가 20 이상을 실현할 수 있었다. 또 기생용량으로 소비되는 전력이 1W 이하로, S/N 비가 20dB 이상으로 되었고, 충분한 그레이스케일 표시가 가능하다는 것을 알수 있었다. 또한 종단저항(R1)은 75Ω이었다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 박막표시소자에 생기는 기생용량의 영향을 가능한 한 많이 줄여 낮은 소비전력으로 큰 화면, 고화질이 가능한 화상표시장치를 실현할 수 있다.

Claims

각 화소에 전류로 구동되는 박막표시소자, 및 적어도 상기 박막표시소자를 구동하는 발광제어용 소자를 포함하며, 상기 각 화소의 박막표시소자는 1개의 발광제어용 소자만으로 구동되는 화상표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 발광제어용 소자에 입력되는 구동신호의 전압진폭이 5V 이하인 화상표시장치.
제 2항에 있어서, 상기 발광제어용 소자는 전압신호를 전류신호로 변환하는 수단을 가지며, 상기 전압신호를 전류신호로 변환하는 수단은 5V 이하의 입력전압에서 충분한 구동전류를 얻도록 조정되어 있는 화상표시장치.
제 3항에 있어서, 상기 발광제어용 소자의 전압신호를 전류신호로 변환하는 수단은 성호컨덕턴스인 화상표시장치.
제 1항에 있어서, 콘트라스트비가 20:1 이상인 화상표시장치.
제 1항에 있어서, 특정의 화소가 행과 열로 규정되고, 각 열마다 화상데이타가 주어지는 데이타선과, 각 행마다 시분할 구동되는 주사선을 가지며, 상기 발광제어 소자는 상기 데이타선에 주어진 화상데이타신호에 의해 주사선으로부터의 구동신호를 특정 화소의 박막표시소자에 주어지는 화상표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 박막발광소자를 구동하는 구동신호용 종단저항을 또한 포함하는 화상표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 발광제어용 소자는 폴리실리콘 TFT인 화상표시장치.
제 1항에 있어서, 상기 박막발광소자는 유기EL소자인 화상표시장치.
각 화소에 전류로 구동되는 박막표시소자, 적어도 상기 박막표시소자를 구동하는 발광제어용 소자, 및 상기 발광제어용 소자를 제어하는 신호가 되는 구동신호를 선택하는 신호선택용 소자를 포함하며, 상기 발광제어용 소자에 입력되는 구동신호의 전압진폭이 5V 이하인 화상표시장치.
제 10항에 있어서, 상기 박막발광소자는 콘트라스트비가 20:1 이상인 화상표시소자.
제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 발광제어용 소자는 폴리실리콘 TFT인 화상표시장치.
제 10항에 있어서, 상기 박막발광소자는 유기EL소자인 화상표시장치.
각 화소에 전류로 구동되는 박막표시소자, 적어도 상기 박막표시소자를 구동하는 발광제어용 소자, 및 상기 박막발광소자를 구동하는 구동신호용 종단저항을 포함하는 화상표시장치.
제 14항에 있어서, 상기 구동신호용 종단저항을 전원선 또는 접지선에 접속하기 위한 스위칭소자를 또한 포함하는 화상표시장치.
제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 발광제어용 소자에 주어진 구동신호를 선택하는 신호선택용 소자를 또한 포함하는 화상표시장치.
제 14항에 있어서, 상기 구동신호의 진폭은 5V 이하인 화상표시장치.
제 14항에 있어서, 상기 박막발광소자는 콘트라스트비가 20:1 이상인 화상표시소자.
제 14항에 있어서, 상기 발광제어용 소자는 폴리실리콘 TFT인 화상표시장치.
제 14항에 있어서, 상기 박막발광소자는 유기EL소자인 화상표시장치.
제 15항에 있어서, 상기 스위칭소자는 구동신호를 상기 발광제어용 소자에 부여하는 기간 동안만 온되는 화상표시장치.
각 화소에 전류로 구동되는 박막표시소자, 적어도 상기 박막표시소자를 구동하는 발광제어용 소자, 상기 박막발광소자를 구동하는 구동신호용 종단저항, 및 상기 구동신호용 종단저항을 전원선 또는 접지선에 접속하기 위한 스위칭소자를 포함하며, 상기 스위칭소자는 구동신호를 상기 발광제어용 소자에 부여하는 기간 동안만 온되는 박막표시소자의 구동방법.