KR20020070895A - 유기 발광 장치 - Google Patents

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KR20020070895A
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Abstract

가능한 한 사용가능한 광의 비율을 증가시키고 작은 입력전력으로 높은 밝기를 제공하는 유기 발광 장치를 제공한다. 발광장치는,(a) 표면을 갖는 기체(base)와; (b) 상기 기체의 표면 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극으로서, 상기 제1 및 제2 전극들은 서로 대향하여 배치되어 있는, 상기 제1전극 및 제2 전극과; (c) 상기 제1 전극과 제2 전극들 사이에 놓인 발광 재료층으로서, 상기 발광 재료층은 제1 부분과 제2 부분을 구비하고, 상기 제1 부분은 45°내지 90°의 범위 내의 경사각으로 상기 기체의 표면에 대하여 경사져 있으며, 상기 제2 부분은 상기 기체의 표면에 대략 평행한, 상기 발광 재료층과; (d) 상기 제1 전극과 상기 발광층의 상기 제2 부분 사이에 형성된 캐리어 저지층으로서, 상기 캐리어 저지층은 상기 제1 전극에서 상기 발광 재료층으로 방출되는 캐리어들을 저지하는 기능을 갖는, 상기 캐리어 저지층을 포함하며, 상기 발광 재료층의 상기 제1 부분은 발광영역을 형성하고 한편 상기 발광 재료층의 제2 부분은 캐리어 저지층의 기능으로 인해 비발광 영역을 형성하며, 출력광은 상기 발광 재료층의 상기 발광 영역으로부터 방출된다. 상기 발광층의 제1 부분은 발광영역으로서 형성하고 상기 발광 재료층의 제2 부분은 비발광 영역을 형성한다. 출력광은 상기 기체 혹은 제2 전극에 의해 발광 재료층으로부터 방출된다.

Description

유기 발광 장치{Organic light-emitting device}
(발명의 분야)
본 발명은 유기 발광 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 한 쌍의 전극 및 이들 전극에 의해 개재된 유기 발광 재료층을 포함하는 발광 소자를 구비한 유기 발광 장치에 관한 것이다. 이 장치는 각종 유형의 표시장치에 적용할 수 있다.
(관련 기술의 설명)
전장발광(Electro-Luminescence; EL) 소자들은 표시장치들용으로 설계되는 여러 유형의 발광 소자들 중 하나이다. EL 소자들은 발광층으로서 유기 재료층을 사용하는 "유기 EL 소자들"과, 발광층으로서 무기 재료층을 사용하는 "무기 EL 소자들"인 두 유형으로 나뉜다.
유기 EL소자들의 기본 구성은 양극, 음극, 및 양극과 음극에 의해 개재된 유기 발광(즉, 전장발광, EL) 화합물 혹은 박층 형상의 유기 EL 구조를 포함한다. 적합한 전압이 양극과 음극 간에 인가되면, 양극로부터 유기 EL 구조로 호울들이 주입되고 동시에, 전자들이 음극으로부터 상기 구조에 주입되어, 호울과 전자가 재결합하게 된다. 재결합에 의해 발생되는 에너지에 기인하여, EL 층을 형성하는 재료의 분자들이 여기된다. 이와 같이 하여 여기된 이들 분자들은 이들의 에너지(energetic) 기저상태(ground states)로 되돌아 갈 것이다. 즉, 비활성화된다. 이러한 비활성화 과정 동안에, 발광(즉, EL) 현상이 일어날 것이다. 전술한 유기 EL소자들은 이러한 현상을 이용한다.
유기 EL 구조는 호울과 전자의 재결합을 이용하여 광을 방출하는 "발광층"라고 하는 유기층을 포함한다. 필요에 따라, "호울 수송층"이라고 하는 유기층과 "전자 수송층"이라고 하는 유기층이 부가적으로 제공된다. "호울 수송층"은 호울의 주입이 용이한 반면 전자의 수송은 어려운 특성이 있다. "전자 수송층"은 전자의 주입은 용이한 반면 호울의 주입은 어려운 특성이 있다.
이에 따라, EL 구조가 발광층만을 포함한다면, 이것은 단일층 구조를 갖는다. EL 구조가 발광층과 더불어 호울 수송층 및 전자 수송층 중 적어도 하나를 포함한다면, 이것은 복수층(즉, 2 혹은 3층) 구조를 갖는다.
최근에, 유기 EL 소자들이 활발하게 연구되었으며 이들은 실용화로 가고 있다. 이들 종래 기술의 유기 EL 소자들은 투명전극(즉, 호울 주입 전극, 양극), 투명전극 상에 형성된 얇은 호울 주입 재료층, 호울 주입 재료층 상에 형성된 발광층, 및 금속 전극(즉, 전자 주입 전극, 음극)을 포함하는 기본 구성을 갖고 있다. 호울 주입을 위한 투명전극(즉, 양극)은 인듐 주석 산화물(ITO) 등으로 만들어진다. 호울 주입층은 증발(evaporation)에 의해 형성되는 트리페닐 디아민(TPD) 등으로 만들어진다. 발광층은 이를테면 알루미늄 퀴놀리놀 복합체(Alq3) 등의 형광물질로 만들어진다. 전자 주입을 위한 금속전극(즉, 음극)은 이를테면 AgMg와 같은 낮은 일 함수를 갖는 금속으로 만들어진다.
이들 종래 기술의 유기 EL 소자들은 약 10V의 전압에서 수 백 cm/m2내지 수십만 cd/m2의 매우 높은 밝기를 제공한다. 그러므로, 이들은 이를테면 조명, 광원들, 소위 OA(사무 자동화) 기기, 가전제품, 자동차, 오토바이, 항공기용의 표시장치와 같은 적용분야 때문에 관심을 끌어왔다.
예를 들면, 이들 응용분야용으로 설계된 종래 기술의 EL 소자는 전자 주입전극으로서 기능하는 스캔 전극(즉, 공통 라인 전극)들과 호울 주입(투명) 전극으로서 기능하는 데이터 전극(즉, 세그먼트 라인 전극)에 의해 유기층(예를 들면, 발광 혹은 EL 층)이 개재된 구성을 갖고 있다. 유기층과 스캔 및 데이터 전극들은 유리판 등의 투명 기판 상에 배치된다.
발광 소자들을 구비하는 표시장치들은 "매트릭스형" 및 "세그먼트형"의 두 군(group)으로 나누어진다. "매트릭스형"에 있어서, 매트릭스 형태로 배열되는 발광 소자들은 스캔 및 데이터 전극들에 의해 구동되어 표시 화면 상에 도트 매트릭스를 형성한다. 이를테면 화상 및/또는 문자와 같은 원하는 정보는 한 세트의 도트들로서 화면 상에 표시된다. 반면, "세그먼트형"에 있어서는 한 세트의 표시 세그먼트가 미리 준비된다. 이들 세그먼트는 화면 내에 개별적으로 형성되고, 그 각각은 소정의 모양과 크기를 갖고 있다. 세그먼트들의 조합으로서 원하는 정보가 화면 상에 표시된다.
세그먼트형 표시장치들에 있어서, 각각의 표시 세그먼트는 서로간에 개별적으로 구동될 수 있다. 이와는 달리, 매트릭스형 표시장치에 있어서는 스캔라인 및 데이터 라인이 시분할 방식으로 구동되게 하는 동적 구동방법이 채택되어왔다.
발광 소자를 포함하는 발광장치의 구성은 두 유형, 즉, "기판-표면-방출(substrate-surface-emission)" 형과 "층-표면-방출(layer-surface-emission)"형으로 나뉜다.
"기판-표면-방출" 형에 있어서는 투명 기판, 투명 전극(즉, 호울 주입 전극 혹은 양극), 발광층, 금속전극(즉, 전자 주입 전극 혹은 음극)이 이 순서로 형성되어 구성된 4층 구조가 사용된다. 발광층에서 발생되는 광은 투명전극 및 투명기판에 의해 기판의 표면으로부터 외부로 방출된다. 이러한 유형의 예는 1987년 9월 21일, 논문, Applied Physics Letters, Vol. 51, No. 12, 913-915 페이지에 개시되어 있다.
반면, "층-표면-방출"형에 있어서는, 기판, 금속전극(즉, 전자 주입 전극 혹은 음극), 발광층, 및 투명전극(즉, 호울 주입 전극 혹은 양극)가 이 순서로 형성되어 구성된 4층 구조가 사용된다. 발광층에서 발생되는 광은 투명전극에 의해 투명전극의 대향되는 표면으로부터 기판으로 외부로 방출된다. 이러한 유형의 예는 1994년 11월 21일, 논문, Applied Physics Letters, Vol. 65, No. 21, 2636-2638 페이지에 개시되어 있다.
이러한 유형의 종래 기술의 유기 발광장치들의 전형적인 구성을 도 1에 도시하였다.
도 1의 발광 장치는 투명 기판(105) 위에 형성된 발광 소자(100)를 포함한다. 기판(105)은 투명판으로 형성된다. 전류 공급 소자(102)는 전류를 소자(100)에 공급하기 위해서 소자(100)에 접속된다. 스위칭 소자(101)는 소자(102)에 접속된다.
전형적으로, 여기 도시하진 않았지만, 발광소자(100)는 투명전극(즉, 호울주입 전극 혹은 양극), 호울주입층, 발광층, 전자 수송층, 및 금속전극(즉, 전자 주입층 혹은 음극)가 기판(105) 상에 이 순서로 적층되어 구성된 4층 구조를 갖는다. 투명 전극은 기판(105)에 가장 가깝다. 전류 공급 소자(102) 및 스위칭 소자(101) 각각으로서, 금속-산화물-반도체(MOS) 형의 박막 트랜지스터(TFT)가 전형적으로 사용된다.
도 1의 종래 기술의 발광 장치에 있어서, 발광 소자(100)의 발광층으로부터 방출되는 광은 기판(105)을 통과하여 그 표면(106)으로 수직으로 이동한다. 기판(105)의 굴절률은 공기보다 크기 때문에, 입사각이 임계각 이상인 광의 성분은 기판(105)의 외부로 나갈 수 없다. 이것은 이 성분이 내부 전반사로 인해 무효광(104)이 될 것임을 의미한다. 반면, 입사각이 임계각 미만인 광의 성분은 기판(105) 외부로 나갈 수 있다. 이것은 이 성분은 사용가능한 광(103)이 될 것임을 의미한다.
이 때문에, 도 1의 종래 기술의 장치는 높은 광 손실비를 갖고 있고, 이에 따라 이 장치의 입력 전력 대 얻을 수 있는 출력광의 비는 대략 20%로 낮다. 결국, 적합한 밝기가 원하는 만큼 보장되는 경우, 전력소비가 증가함과 아울러 장치수명이 감소하는 문제가 일어난다. 반대로, 전력소비가 낮다면, 원하는 밝기가 얻어질 수 없다는 또다른 문제가 발생한다.
상기 설명은 기판-표면-방출형의 종래 기술의 유기 발광 장치에 관한 것이다. 층-표면-방출형의 종래 기술의 유기 발광 장치에 있어서도 실리콘 산화층 혹은 실리콘 질화층이 통상 표면 보호층으로서 사용되기 때문에, 유사한 문제가 일어날 것이다.
본 발명과 유사한 기술이 1997년 9월 5월 나온 일본 특허 제2692671호, 1998년 7월 21에 공개된 일본 미심사 특허 공개 10-189243호, 및 1999년 8월 6일 공개된 일본 미심사 특허 공개 11-214162에 개시되어 있다.
일본 특허 제2692671호는 공진기 유형의 유기 박막 EL 소자의 구조를 개시하고 있다. 이 구조에선, 투명 기판 내에 함몰부(depression)가 형성되어 있다. 발광부는 기판의 함몰부 내에 위치하여 있다. 그러나, 이러한 구조에 의해, 방출될 광에 원하는 방향성이 주어진다. 그러므로, 이러한 구조는 본 발명의 구조와는 매우 다르다.
일본 미심사 특허 공개 10-189243호는 EL 표시장치의 구조를 개시하고 있다. 이 장치는 기판의 주 면 상에 적층된 하측 전극, 하측 절연층, 발광층, 상측 절연층, 및 상측 전극을 포함한다. 테이퍼된 함몰부들이 기판의 주 면 상에 형성된다. 하측전극과 하측 절연층 간 계면, 하측 절연층과 발광층 간 계면, 발광층과 상측 절연층 간 계면, 및 상측 절연층과 상측 전극 간 계면은 함몰부의 테이퍼된 표면에 평행하게 형성된다.
그러나, 일본 미심사 특허 공개 10-189243호의 구조에 의해서는 함몰부들을 미리 형성할 필요가 있어, 이에 따라 제조공정에 어려움이 있다. 더구나, 하측 절연층이 하측전극과 발광층 사이에 형성됨과 아울러 상측 절연층이 상측전극과 발광층 사이에 형성되기 때문에, 발광층으로서의 전자 및 호울의 주입 효율이 저하하고, 제조비용이 높아지는 문제가 있다.
일본 미심사 특허 공개 11-214162호는 한 쌍의 대향 전극들 사이에 놓인 적어도 하나의 얇은 유기층을 포함하는, 유기 EL 소자의 구조를 개시하고 있다. 소자의 방출측에 위치한 전극들 중 하나에 미소한 돌출부들이 형성되고 각각의 돌출부들에 대응하는 다른 전극에 미소한 함몰부가 형성된다.
그러나, 일본 미심사 특허 공개 11-214162호에 있어서는 미소한 돌출부의 경사 각도에 관한 설명이 전혀 없다. 더구나, 유기층에서 발생되는 광은 전극들 중 적어도 한 전극에 의해 소자로부터 취해진다. 그러므로, 광이 취해질 전극 혹은 전극들을 높은 광 투과율을 가진 재료로 형성할 필요가 있다. 이것은 전극들용으로 적용가능한 재료의 유형이 제한된다는 문제가 있음을 의미한다.
(발명의 요약)
본 발명은 전술한 종래 기술의 구조의 문제를 해결하고 광의 출력 효율을 보다 많이 높이기 위해 안출되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 가능한 한 많이, 사용가능한 광의 비율을 증가시키는 유기 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 적은 입력 전력으로 보다 높은 밝기를 제공하는 유기 발광 방치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 장치와 대기간 계면에서 총 내부 반사를 효과적으로 방지하고, 그럼으로써 광 출력 효율을 상승시키는 유기 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광의 내부 흡수를 억제하여 광의 이용효율을 향상시키는 유기 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 사용불가한 광의 방출을 억제하여 발광 소자의 발광 효율을 향상시키는 유기 발광 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래기술의 유기 발광 장치의 구성을 나타낸 길이방향의 개략 부분 단면도.
도 2a는 호울 주입 저지층이 양극과 음극 사이에 설치된, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 발광 장치의 구성을 나타낸 길이방향(즉, 기판에 수직한)의 개략 부분 단면도.
도 2b는 전자 주입 저지층이 양극과 음극 사이에 설치된, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 발광 장치의 구성을 나타낸 길이방향(즉, 기판에 수직한)의 개략 부분 단면도.
도 2c는 전자 및 호울의 재결합 동작을 설명하는, 도 2a 및 2b의 부분 A를 나타낸 개략적인 부분 확대 단면도.
도 3은 도 2a의 제1 실시예에 따른 유기 발광 장치의 구성을 나타낸 횡방향(즉, 기판에 평행한)의 개략 부분 단면도.
도 4는 전자 주입 저지층이 양극과 음극 사이에 설치된, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기 발광 장치의 구성을 나타낸 길이방향(즉, 기판에 수직한)의 개략부분 단면도.
도 5는 전자 주입 저지층이 양극과 음극 사이에 설치된, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유기 발광 장치의 구성을 나타낸 길이방향(즉, 기판에 수직한)의 개략 부분 단면도.
도 6은 전자 주입 저지층이 양극과 음극 사이에 설치된, 본 발명의 제5 실시예에 따른 유기 발광 장치의 구성을 나타낸 길이방향(즉, 기판에 수직한)의 개략 부분 단면도.
도 7a 내지 7e는, 각각, 본 발명에 따른 유기 발광 장치의 발광 재료층의 여러 구성을 나타낸 횡방향(즉, 기판에 평행한)의 개략 부분 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 유기 발광 장치를 포함하는 단위 화소의 구성을 나타낸 개략 단면도.
도 9는 매트릭스 어레이로 화소들이 배열된, 도 8의 단위 화소들의 레이아웃을 나타낸 개략 평면도.
도 10a 및 10b는, 각각, 발광 소자들과 이들의 배선들 간 위치상의 관계를 나타낸 개략 평면도.
도 11은 발광 소자, 전류 공급 소자, 스위칭 소자, 제1 및 제2 스위칭 배선들 간 전기적 접속의 제1 예를 도시한 설명도.
도 12는 발광 소자, 전류 공급 소자, 스위칭 소자, 제1 및 제2 스위칭 배선들 간 전기적 접속의 제2 예를 도시한 설명도.
도 13은 발광 소자, 전류 공급 소자, 스위칭 소자, 및 제1 및 제2 스위칭 배선들 간 전기적 접속의 제3 예를 도시한 설명도.
도 14는 발광 소자, 전류 공급 소자, 스위칭 소자, 및 제1 및 제2 스위칭 배선들 간 전기적 접속의 제4 예를 도시한 설명도.
도 15는 발광 소자, 전류 공급 소자, 스위칭 소자, 및 제1 및 제2 스위칭 배선들 간 전기적 접속의 제5 예를 도시한 설명도.
도 16은 발광 소자, 전류 공급 소자, 스위칭 소자, 및 제1 및 제2 스위칭 배선들 간 전기적 접속의 제6 예를 도시한 설명도.
도 17은 각각의 화소들이 본 발명의 발광 소자를 포함하는, 표시장치의 화소들의 레이아웃을 도시한 개략 평면도.
도 18은 각각의 화소들이 본 발명의 발광 소자를 포함하는, 표시장치의 화소의 상세한 구성을 도시한 개략 부분 평면도.
도 19a는 도 18의 XIXA-XIXA 선을 따라 취한 부분 개략 단면도.
도 19b는 도 18의 XIXB-XIXB 선을 따라 취한 부분 개략 단면도.
도 20a는 도 20b의 XXA-XXAB 선을 따라 취한 부분 개략 단면도.
도 20b는 화소가 본 발명의 발광 소자를 포함하는, 표시장치의 화소의 상세한 구성을 도시한 개략 부분 평면도.
도 21a 내지 21i는, 각각 본 발명의 발광 소자 및 이의 구동회로를 제조하는 방법을 도시한 개략 부분 단면도.
도 22는 도 21i의 공정에 이어, 각각 본 발명의 발광 소자 및 이의 구동회로를 제조하는 방법을 도시한 개략 부분 단면도.
도 23a는 도 22의 공정에 이어, 각각 본 발명의 발광 소자 및 이의 구동회로를 제조하는 방법을 도시한 개략 부분 단면도.
도 23b는 도 23a의 XXIIIB-XXIIIB 선을 따라 취한 개략 부분 단면도.
도 24a는 도 23a의 공정에 이어, 각각 본 발명의 발광 소자 및 이의 구동회로를 제조하는 방법을 도시한 개략 부분 단면도.
도 24b는 도 24a의 XXIVB-XXIVB 선을 따라 취한 개략 부분 단면도.
도 25a는 도 24a의 공정에 이어, 각각 본 발명의 발광 소자 및 이의 구동회로를 제조하는 방법을 도시한 개략 부분 단면도.
도 25b는 도 25a의 XXIVB-XXIVB 선을 따라 취한 개략 부분 단면도.
도 26a는 도 2a의 제1 실시예에 따른 유기 발광 장치의 변형예의 구성을 나타낸 길이방향(즉, 기판에 수직한)의 개략 부분 단면도.
도 26b는 도 2b의 제2 실시예에 따른 유기 발광 장치의 변형예의 구성을 나타낸 길이방향(즉, 기판에 수직한)의 개략 부분 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 기체 2: 발광 재료층
2a: 발광 영역 2b: 비발광 영역
3: 호울 주입 저지층 3a: 하부 호울 주입 저지층 3b: 상부 호울 주입 저지층 4: 음극
6: 양극 7: 호울
8: 전자 9: 호울·전자 재결합 영역
10: 전자 주입 저지층 20: 호울 주입 수송층
21: 발광층 22: 전자 주입 수송층
23: 호울 주입층 24: 호울 수송층
25: 전자 주입층 26: 전자 수송층
27: 호울 주입 수송층을 겸한 발광층 28: 전자 주입 수송층을 겸한 발광층
29: 호울 주입 수송층 100: 발광 소자
101: 스위칭 소자 102: 전류 공급 소자
105: 투명 기판 106: 투명 기판 표면
160, 161: 전극 배선 162: 실리콘층
163: 화상 신호원 164: 전압 제어 장치
165: 화소 182: 발광 소자
183: 스위칭 소자 184: 전류 공급 소자
185: 전압 보유 캐패시터 186: 접지(ground) 배선
187: 제 2 스위칭 배선 188: 제 1 스위칭 배선
189: 전류 공급 배선 190: 접지
191: 전류원 192: 공통 배선
193: 드레인 영역 193a, 193b: 드레인
194: 채널 영역 194a, 194b: 게이트
195: 소스 영역 195a, 195b: 소스부
198: 게이트 절연층 199: 제 1 층간 절연층
200: 드레인 전극 201: 소스 전극
202: 제 2 층간 절연층 205: 배리어층
206: 게이트 전극
구체적으로 언급하지 않은 다른 목적과 함께 상기 목적들은 다음 설명으로부터 이 기술에 숙련된 자들에게 명백하게 될 것이다.
본 발명에 제1 면에 따라서, 유기 발광장치가 제공된다. 이 장치는,
(a) 표면을 갖는 기체(base)와;
(b) 기체의 표면 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극으로서, 상기 제1 및 제2 전극들은 서로 대향하여 배치되어 있는, 상기 제1전극 및 제2 전극과;
(c) 상기 제1 전극과 제2 전극들 사이에 놓인 발광 재료층으로서, 상기 발광 재료층은 제1 부분과 제2 부분을 구비하고, 상기 제1 부분은 45°내지 90°의 범위내의 경사각으로 상기 기체의 표면에 대하여 경사져 있으며, 상기 제2 부분은 상기 기체의 표면에 대략 평행한, 상기 발광 재료층과;
(d) 상기 제1 전극과 상기 발광층의 상기 제2 부분 사이에 형성된 캐리어 저지층으로서, 상기 캐리어 저지층은 상기 제1 전극에서 상기 발광 재료층으로 방출되는 캐리어들을 저지하는 기능을 갖는, 상기 캐리어 저지층을 포함하며,
상기 발광 재료층의 상기 제1 부분은 발광영역을 형성하고 한편 상기 발광 재료층의 제2 부분은 캐리어 저지층의 기능으로 인해 비발광 영역을 형성하며,
출력광은 상기 발광 재료층의 상기 발광 영역으로부터 방출된다.
본 발명의 제1 면에 따른 유기 발광 장치에 의하면, 캐리어 저지층은 제1 전극과 발광 재료층의 제2 부분 사이에 형성되고, 제 2 부분은 기체의 표면에 대략 평행하다. 45°내지 90°의 범위 내의 경사각으로 상기 기체의 표면에 대하여 경사져 있는 발광 재료층의 제1 부분은 발광영역으로서 기능하고, 동시에, 발광 재료층의 제2 부분은 비발광 영역으로서 기능한다.
따라서, 출력광은 발광 재료층의 발광 영역에서만 방출된다. 이것은 종래의 장치보다 작은 입사각들에서 기체와 외부 공기 사이의 계면(또는, 제 2 전극과 외부 공기와의 계면)를 광이 투과하는 것을 의미한다.
그러므로, 출력광이 기체에 의해 외부로 방출되면, 기체에서의 내부 전반사가 효과적으로 억제된다. 출력광이 제 2 전극에 의해 외부로 방출되면, 제 2 전극에서의 내부 전반사가 효과적으로 억제된다.
결국, 사용불가능한 광이 효과적으로 감소되고, 이에 따라, 사용가능한 광의비율이 가능한 한 많이 증가된다. 즉, 사용불가능한 광의 방출이 억제됨으로써 발광소자의 발광 효율이 향상된다.
더구나, 광 출력 효율의 상승으로 인해, 보다 적은 입력전력으로 보다 높은 밝기가 얻어질 수 있다.
본 발명이 제2 면에 따라서, 또다른 유기 발광 장치가 제공된다. 이 장치는,
(a) 표면을 갖는 기체와;
(b) 상기 기체의 표면 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극으로서, 상기 제1 및 제2 전극들은 대략 서로 대향하여 배치되어 있는, 상기 제1전극 및 제2 전극과;
(c) 상기 제1 전극과 제2 전극들 사이에 놓인 발광 재료층으로서, 상기 발광 재료층은 45°내지 90°의 범위 내의 경사각으로 상기 기체의 표면에 대하여 경사진 제 1 부분을 갖는, 상기 발광 재료층과;
(d) 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성된 캐리어 저지층으로서, 상기 캐리어 저지층은 상기 제1 전극에서 상기 발광 재료층으로 방출되는 캐리어들을 저지하는 기능을 갖는, 상기 캐리어 저지층을 포함하며,
상기 발광 재료층의 상기 제1 부분은 발광영역을 형성하고 한편 상기 캐리어 저지층은 비발광 영역을 형성하며,
출력광은 상기 발광 재료층의 상기 발광 영역으로부터 방출된다.
본 발명의 제2 면에 따른 유기 발광 장치에 의하면, 발광 재료층의 제1 부분은 발광 영역을 형성하고, 한편 캐리어 저지층은 비발광 영역을 형성한다. 따라서,제1 면에 따른 장치의 이점과 동일한 이점이 있다.
본 발명이 제3 면에 따라서, 또다른 유기 발광 장치가 제공된다. 이 장치는,
(a) 표면을 갖는 기체와;
(b) 상기 기체의 표면 상에 형성된 제1 전극으로서, 상기 제1 전극은 상기 기체의 표면에 수직한 단면이 대략 사각형 혹은 사다리꼴이며, 상기 제1 전극은 기체의 표면을 따라 연장하도록 길게 되어 있으며, 상기 제1 전극은 상기 기체의 표면에 대향하는 상면과, 상기 제1 전극의 대향 측면들 상에 놓인 한 쌍의 측면들을 갖는, 상기 제1 전극과;
(c) 상기 제1 전극의 상기 상면에 접촉하도록 형성된 캐리어 저지층으로서, 상기 캐리어 저지층은 상기 제1 전극으로부터 방출되는 캐리어들을 저지하는 기능을 갖는, 상기 캐리어 저지층과;
(d) 상기 제1 전극의 상기 한 쌍의 측면들과 상기 캐리어 저지층에 접촉하도록 상기 제1 전극을 따라 연장하도록 형성된 발광 재료층; 및
(e) 상기 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하며,
상기 캐리어 저지층과 접촉하는 상기 발광 재료층의 제1 부분은 비발광 영역을 형성하고 한편 상기 발광 재료층과 접촉하는 상기 발광 재료층의 제2 부분은 발광 영역을 형성하며,
출력광은 상기 발광 재료층의 상기 발광 영역으로부터 방출된다.
본 발명의 제3 면에 따른 유기 발광 장치에 의하면, 제1 면의 장치와 실질적으로 동일한 이유로, 제1 면에 따른 장치와 동일한 이점이 있다.
본 발명의 제4 면에 따라서, 또다른 유기 발광 장치가 제공된다. 이 장치는,
(a) 표면을 갖는 기체와;
(b) 상기 기체의 표면 상에 형성된 제1 전극으로서, 상기 제1 전극은 상기 기체의 표면에 수직한 단면이 대략 사각형 혹은 사다리꼴이며, 상기 제1 전극은 기체의 표면을 따라 연장하도록 길게 되어 있으며, 상기 제1 전극은 상기 기체의 표면에 대향하는 상면과, 상기 제1 전극의 대향 측면들 상에 놓인 한 쌍의 측면들을 갖는, 상기 제1 전극과;
(c) 상기 제1 전극의 상기 상면에 접촉하도록 형성된 캐리어 저지층으로서, 상기 캐리어 저지층은 상기 제1 전극으로부터 방출되는 캐리어들을 저지하는 기능을 갖는, 상기 캐리어 저지층과;
(d) 상기 제1 전극의 상기 한 쌍의 측면들과 상기 캐리어 저지층에 접촉하도록 상기 제1 전극을 따라 연장하도록 형성된 발광 재료층으로서, 발광 재료층의 어느 부분도 상기 기체의 상기 표면에 대략 평행하지 않은, 상기 발광 재료층; 및
(e) 상기 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하며,
상기 캐리어 저지층과 접촉하는 상기 발광 재료층의 제1 부분은 비발광 영역을 형성하고 한편 상기 발광 재료층과 접촉하는 상기 발광 재료층의 제2 부분은 발광 영역을 형성하며,
출력광은 상기 발광 재료층의 상기 발광 영역으로부터 방출된다.
본 발명의 제4 면에 따른 유기 발광 장치에 의하면, 제1 면의 장치와 실질적으로 동일한 이유로, 제1 면에 따른 장치와 동일한 이점이 얻어질 수 있다.
본 발명을 용이하게 실행할 수 있도록 하기 위해, 이하에 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
(최선의 실시예의 상세한 설명)
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부한 도면을 참조하여 이하 상세히 기술한다.
(유기 발광 장치의 구성)
본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 발광 장치는 도 2a 및 도 3에 도시한 바와 같은 구성을 갖는다.
도 2a로부터 명백한 바와 같이 이 장치는 평면을 갖는 고형 기체(solid base)(1), 기판(1)의 표면 상에 등간격으로 형성된 3개의 양극들(6), 및 대응하는 양극들(6) 상에 형성된 3개의 호울 주입 저지층들(3)을 포함한다. 각각의 양극들(6)은 기체(1)의 표면에 수직한 사각 단면을 갖는다. 각각의 저지층들(3) 역시 기체(1)의 표면에 수직한 사각 단면을 갖는다. 양극들(6)은 이들의 바닥 단부들에 기체(1)의 표면 상에 고정된다. 저지층들(3)은 대응하는 양극들(6)의 상단부들 상에 고정된다.
도 3에서 알 수 있는 것과 같이, 동일한 특정의 길이를 갖는 양극들(6)은 기체(1)의 표면을 따라 연장하도록 평행하게 배열되어 있다. 호울 주입 저지층(3)는 양극들(6)과 동일한 방식으로 배열되어 있다.
각각의 양극(6)의 4개의 측면과 각각의 호울 주입 저지층(3)의 측면들은 기체(1)의 표면에 대략 수직하다. 즉, 이들은 기체(1)의 표면에 대하여 90°의 경사각θ로 급하게 경사져 있다.
각각의 양극들(6) 및 호울 주입 저지층(3) 중 대응하는 것은 발광 재료층(2)에 의해 둘러싸여 있다. 층(2)은 도 2a에 도시한 바와 같이 반전된 U자형의 단면을 갖는다.
각각의 발광 재료층들(2)은 음극(4)에 의해 둘러싸여 있다. 3개의 층들(2)에 대한 음극들(4)은 서로 접속되어 있다.
각각의 발광 재료층들(2)은 비발광 영역(2b)과 영역(2a)의 각 측면에 위치된 2개의 발광 영역들(2a)로 나누어진다. 비발광 영역(2b)는 양극(6)의 상면과 음극(4)의 대향 상면에 의해 개재된 층(2)의 영역이다. 발광영역들(2a)은 양극(6)의 측면들과 음극(4)의 대향 측면들에 의해 개재된 층(2)의 영역들이다. 따라서, 비발광 영역(2b)은 양극(6)의 상부에 위에 위치되고 2개의 발광 영역들(2a)은 이들의 좌우측에 위치된다.
양극(6), 호울 주입 저지층(3), 발광 재료층(2), 음극들(4)은 제 1 실시예에 따른 유기 발광 소자를 구성한다.
기체(1)는 발광 소자가 형성되는 지지체를 의미한다. 발광 소자가 기판 바로 위에 형성되면, 기체(1)는 기판 그 자체를 의미한다. 즉 기체(1)는 기판과 동일하다. 발광 구조가 층 및/또는 추가 소자에 의해 기판 위에 형성되면, 기체(1)는 기판과 층 및/또는 추가 소자의 조합을 의미한다.
도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 발광 장치의 구성을 나타낸다.
도 2b로부터 명백한 바와 같이, 이 장치는 평탄면을 갖는 고형 기체(1), 기판(1)의 표면 상에 등간격으로 형성된 3개의 음극들(4), 대응하는 음극들(4) 상에 형성된 3개의 호울 주입 저지층들(10)을 포함한다. 각각의 음극들(4)은 기체(1)의 표면에 수직한 사각 단면을 갖는다. 각각의 저지층들(10) 역시 기체(1)의 표면에 수직한 사각 단면을 갖는다. 음극들(4)은 이들의 바닥 단부들에서 기체(1)의 표면 상에 고정된다. 층들(10)은 대응하는 음극들(4)의 상단부들 상에 고정된다.
도 3과 유사하게, 동일한 특정의 길이를 갖는 음극들(4)은 기체(1)의 표면을 따라 연장하도록 평행하게 배열되어 있다. 전자 주입 저지층들(10)은 음극들(4)과 동일한 방식으로 배열되어 있다.
각각의 음극(4)의 4개의 측면들과 전자 주입 저지층들(10)의 측면들은 대략 기체(1)의 표면에 수직하다. 즉, 이들은 기체(1)의 표면에 대하여 90°의 경사각 θ로 급하게 경사져 있다.
각각의 음극들(4) 및 전자 주입 저지층들(10) 중 대응하는 저지층은 발광 재료층(2)에 의해 둘러싸여 있다. 층(2)은 도 2b에 도시한 바와 같이, 반전된 U자 형상의 단면을 갖는다.
각각의 발광 재료층(2)은 양극(6)에 의해 둘러싸여 있다. 3개의 층들(2)에 대한 양극들(6)은 서로 접속되어 있다.
각각의 발광 재료층들(2)은 비발광 영역(2b)과 영역(2b)의 각 측에 배치된 두 개의 발광영역(2a)으로 나뉜다. 비-광출 영역(2b)은 음극(4)의 상면과 양극(6)의 대향하는 상면에 의해 개재된 층(2)의 영역이다. 발광영역들(2a)은 음극(4)의 측면들과 양극(6)의 대향하는 측면들에 의해 개재된 층(2)의 영역들이다. 이에 따라, 비발광 영역(2b)은 음극(4)의 상면 위에 배치되고 두 개의 발광 영역들(2a)은 이들의 우측과 좌측 상에 배치된다.
음극들(4), 호울 주입 저지층들(10), 발광 재료층들(2), 및 양극들(6)은 제 2 실시예에 따른 유기 발광소자를 구성한다.
각각의 양극들(6)의 상면에는, 발광 재료층(2)의 하측의 상단면(2d)을 노출하도록 고리 형상의 개구부(7)가 형성된다.
도 2a 및 도 2b의 제1 및 제2 실시예에 따른 유기 발광 장치에 있어서는, 동작시 양극들(6)이 포지티브이고 음극들(4)이 네가티브가 되도록 양극들(6)과 음극들(4) 간에 공통으로 적당한 전압이 인가된다. 이러한 동작상태에서, 호울들은 양극들(6)로부터 발광 재료층(2)의 발광 영역들(2a)로 주입되고, 동시에, 전자들은 음극들(4)로부터 동일 영역(2a)으로 주입된다. 이에 따라, 이와 같이 하여 영역들(2a)에 주입된 호울 및 전자가 함께 재결합되어 영역(2a)에서 EL 발광하게 된다.
반면, 도 2a의 제1 실시예에 따른 장치에 있어서는 호울 주입 저지층(3)이 양극(6)의 상면과 음극(4)의 상면 사이에 설치되어 있기 때문에, 양극(6)으로부터 발광 재료층(2)의 비발광 영역(2b)으로 어떠한 호울도 주입되지 않는다. 이에 따라, 호울 전자 재결합은 영역(2b)에서 일어나지 않으며, 이것은 EL 발광이 영역(2b)에서 일어나지 않음을 의미한다.
마찬가지로, 도 2b의 제2 실시예에 따른 장치에 있어서는 전자 주입 저지층(10)이 음극(4)의 상면과 양극(6)의 상면 사이에 설치되어 있기 때문에, 음극(4)으로부터 발광 재료층(2)의 비발광 영역(2b)으로 어떠한 전자도 주입되지 않는다. 이에 따라, 호울 전자 재결합은 영역(2b)에서 일어나지 않으며, 이것은 EL 발광이 영역(2b)에서 일어나지 않음을 의미한다.
이와 같이 하여 발광 영역(2a)에 발생되는 광은 발광 재료층(2) 내에 일시적으로 가두어지게 된다. 이와 같이 가두어지게 된 광의 일부가 양극(6) 혹은 음극(4)의 표면에 혹은 층(2) 내측에 흡수된다. 그러나, 영역(2a)에서 광의 나머지 대부분은 양극(6) 및 음극(4)의 표면들에서 불규칙하게 반사되고, 영역(2a)으로부터 제1 혹은 제2 실시예의 장치의 외부로 방출된다.
도 2a의 제1 실시예의 장치에 의해서, 영역(2a)에서의 광은 발광 재료층(2) 및 기체(1)의 각각의 바닥 단면들(2c)에 의해 외부로 하향 방출된다. 이와 같이 하여 방출된 광은 "사용가능 광"이다. 광이 기체(1)를 통과할지라도, 이것은 양극(6) 및 음극(4)의 어느 것도 통과하지 않는다.
도 2b의 제2 실시예의 장치에 있어서, 영역(2a)에서의 광은 발광 재료층(2)의 각각의 상면(2d)과 양극(6)의 고리 형상 개구부에 의해 외부로 상향 방출된다. 이와 같이 하여 방출된 광은 "사용가능 광"이다. 광은 양극(6), 음극(4) 및 기체(1)를 통과하지 않는다.
양극(6)의 개구부들(7)은 생략될 수 있다. 이 경우, 광은 투명 양극(6)을 관통하여 방출된다.
전술한 종래 기술의 구성에서는 발생된 광이 발광층 및/또는 투명 전극층 내에 가두어지는 비율이 크기 때문에, "사용불가 광"의 비율이 크다. 이와는 달리, 제1 및 제2 실시예의 장치들에서, 감금된 광의 비율이 감소된다. 이에 따라, 사용가능한 광의 비율이 증가된다.
도 2a 및 도 2b의 제1 및 제2 실시예의 장치들에서 전극이 전혀 형성되어 있지 않은 영역을 통해 광이 방출되기 때문에, 양극(6) 및 음극(4)은 광을 관통하는 것을 방지하는 불투명 금속으로 만들어질 수 있다. 이 경우, 발광 재료층(2)으로부터의 광의 누설은 효과적으로 감소되고 따라서 광의 출력효율(즉, 이용 효율)이 쉽게 향상된다는 추가 이점이 발생한다.
도 2b의 제2 실시예의 장치에 있어서, 불투명 금속으로 만들어지는 양극들(6)은 차광막들의 기능이 있으며, 그러므로, 고 대비 표시 장치가 저비용으로 제작될 수 있다는 또다른 추가 이점이 발생한다.
도 2c는 호울 전자 재결합 상태를 보이기 위해 도 2a 및 도 2b의 부분 A을 확대하여 도시한 것이다. 호울(7)은 우측 방향의 화살표를 따라 양극(6)에서 영역(9)으로 주입되고, 동시에 전자(8)는 좌측 방향의 화살표를 따라 음극(4)에서 동일 영역(9)으로 주입된다. 이와 같이 주입되는 호울(7) 및 전자(8)는 영역(9)에서 재결합되어 광이 EL 방출된다. 이에 따라, 영역(9)을 "호울-전자 재결합 영역"이라 한다.
도 3은 도 2a의 제1 실시예에 따른 장치의 발광 소자를 III-III 선을 따라 취한 수평 단면도를 도시한 것이다. 이 도면으로부터 알 수 있듯이, 양극(6)의 수는 3이다. 그러나, 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 장치의 구성을 도시한 것이다. 도 4의 구성은 (i) 양극(6) 및 호울 주입 저지층(3)의 단면이 사다리꼴이고, (ii) 발광 재료층(2)은 평탄면(2e)이 기체(1)의 평탄면에 접촉되어 있는 것을 제외하고, 도 2a의 제1 실시예와 동일하다.
제1 실시예의 장치의 광의 출력 효율은 발광 재료층(2)의 측벽들이 수직이기 때문에, 즉, 층(2)의 경사각 θ이 90°이기 때문에, 제4 실시예보다 크다. 그러나, 전술한 차이 (i) 및 (ii)에 기인하여, 제4 실시예의 장치는 쉽게 제조된다. 구체적으로, 층이 양극(6)의 급경사(즉, 수직) 측면들 상에 피착되는 것은 쉽지 않다. 더구나, 이와 같이 하여 피착되는 층들(2)은 에칭에 의해 서로간에 분리될 필요가 있다. 이와는 달리, 도 4의 제4 실시예의 장치에 있어서는 양극(6)의 불투명한 측면들 상에 층들(2)이 피착될 수 있고, 분리공정(즉, 에칭 공정)이 없어도 된다고 하는 추가 이점이 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광장치의 구성을 도시한 것이다. 도 5의 구성은 (i) 기체(1)의 평탄면에 접촉한 발광 재료층(2)의 하측 평탄영역(2e)이 없고, (ii) 호울 주입 저지층들(3)이 각각의 양극들(6)의 바닥들에 추가된 점을 제외하고, 도 4의 제3 실시예와 동일하다.
도 5의 제4 실시예의 장치에 있어서는, 추가 영역들(2e)이 제공되지 않기 때문에, 영역(2e) 및 기체(1)의 계면에서의 광의 방출이 억제된다. 일반적으로, 이들 계면에서 방출되는 광은 기체(1)에 대해 큰 입사각을 가질 것이므로, 계면에서의 반사로 인하여 이러한 광은 사용할 수 없을 가능성이 있다. 광의 방출이 계면에서 효과적으로 억제되기 때문에, 광의 출력 효율(즉, 광의 방출 효율)이 도 2a의 제1 실시예의 장치에 비해 상승될 수 있다는 추가 이점이 있다.
양극들(6)의 수가 도 5의 구성에서는 3개일지라도, 필요에 따라 달라질 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 장치의 구성을 도시한 것이다. 도 6의 구성은 (i) 호울 주입 저지층(3)의 상면에 위치하여 있고 음극(4)의 평탄면에 접촉하여 있는 방 광출 재료층(2)의 상측 평탄 영역(2f)이 없다는 점을 제외하곤 도 4의 제3 실시예와 동일하다.
도 5의 제4 실시예의 장치에 있어서는 발광 재료층(2)의 발광 영역(2a)에서 방출되는 광의 부분이 상측 평탄 영역(2f)에서 감쇄되는 경향이 있다는 결점이 있다. 한편, 도 6의 제5 실시예의 장치에 의해서 이러한 결점이 방지될 수 있다.
또한, 도 4 내지 도 6의 제3 내지 제5 실시예의 장치 구성은 도 2a의 제1 실시예의 장치구성에 관하여 도 2b의 제2 실시예의 장치 구성과 동일한 방식으로 변경될 수 있다.
구체적으로, 제3 내지 제5 실시예의 장치에서 양극(6)은 음극(4)으로 대치될 수 있고, 동시에, 호울 주입 저지층(3)은 전자 주입 저지층(10)으로 대치될 수 있으며 또는 이들과는 반대로도 할 수도 있다. 이 경우에, 구조는 "기체 혹은 기판-표면-방출"형에서 "층-표면-방출"형으로 전환될 것이다.
더구나, 도 2a, 4, 5의 제1, 제3, 제4 실시예에서, 전공 주입 저지층(3)은전자 주입 저지층(10)으로 대치될 수 있다. 비발광 영역(2b)에 의해 호울-주입 저지층(3)에 대향되게 추가로 전자 주입 저지층(10)이 설치될 수도 있다. 이 경우, 예를 들면, 장치는 도 26a에 도시한 구성을 갖는다.
마찬가지로, 도 2b의 제2 실시예에서, 전자 주입 저지층(10)은 호울 주입 저지층(3)으로 대치될 수 있다. 비발광 영역(2b)에 의해 호울-주입 저지층(10)에 대향되게 추가로 전자 주입 저지층(3)이 설치될 수도 있다. 이 경우, 예를 들면, 장치는 도 26b에 도시한 구성을 갖는다.
(발광 재료층의 구조)
다음에, 양극(6)가 좌측에 있고 음극(4)은 우측에 있는 도 7a 내지 7e를 참조로 하여 이하 발광 재료층의 구조를 설명한다.
도 7a의 구조에서, 호울 주입/수송 서브층(sublayer)(20), 발광 서브층(21), 및 전자 주입/수송 서브층(22)이 상기 순서로 적층됨으로써 발광 재료층(2)을 형성한다. 호울 주입/수송 서브층(20)은 양극(6)로부터의 호울의 주입효율을 증가시키며 이와 같이 하여 발광 서브층(21)에 주입된 호울을 효율적으로 수송하는 기능을 갖는다. 전자 주입/수송 서브층(22)은 음극(4)으로부터의 전자의 주입효율을 증가시키며 이와 같이 하여 발광 서브층(21)에 주입된 전자를 효율적으로 수송하는 기능을 갖는다.
발광 서브층(21)에서의 발광량은 이 층 내에서 재결합되는 호울 및 전자 수에 따라 다르다. 따라서, 호울 및 전자 주입/수송 서브층들(20, 22)에 의한 호울 및 전자의 주입효율의 증가에 기인하여, 방출되는 광량이 증가되고 결국 보다 높은밝기가 얻어질 수 있다.
도 7b의 구조에서, 호울 주입 서브층(23), 호울 수송 서브층(24), 발광 서브층(21), 전자 주입 서브층(26), 및 전자 수송 서브층(26)이 상기 순서로 적층됨으로써 발광 재료층(2)이 형성된다. 도 7b의 구조에서, 도 7a에 호울 주입/수송 서브층(20)은 호울 주입 서브층(23) 및 호울 수송 서브층(24)으로 나뉜다. 도 7a에서 전자 주입/수송 서브층(22)은 전자 주입 서브층(25) 및 전자 수송 서브층(26)으로 나뉜다.
호울 주입/수송 서브층(20)에 있어서는 호울 주입 및 호울 수송이 효율적으로 행해지는 특성을 갖는 재료를 선택할 필요가 있다. 그러나, 도 7b의 구조에 의해서, 호울 주입 및 호울 수송의 기능 혹은 특성은 호울 주입 서브층(23) 및 호울 수송 서브층(24)에 의해 분리될 수 있다. 즉, 원하는 호울 주입 및 호울 수송 기능들은 서브층(23, 24)의 결합에 의해 실현될 수 있다. 그러나, 서브층 및 재료의 수가 증가하고, 그러므로, 제조비용이 불가피하게 증대될 것이다. 이것은 전자 주입 서브층(25) 및 전자 수송 서브층(26)에 적용될 수 있다.
발광 서브층(21)으로 수송되는 호울의 수가 동일 서브층(21)으로 수송되는 전자의 수에 관하여 충분할 수 있다면, 호울 주입/소송 서브층(20)은 호울 주입 서브층(24) 및 호울 수송 서브층(25)의 결합 대신 원하는 양의 광을 방출시키는데 사용될 수 있다. 더구나, 발광 서브층(21)으로 수송되는 전자 수가 충분할 수 있기 때문에, 전자 주입/수송 서브층(22)은 전자 주입 서브층(25) 및 전자 수송 서브층(26)의 결합 대신 원하는 양의 광을 방출시키는 데에 사용될 수 있다.
도 7c의 구조에서, 호울 주입/수송 서브층의 기능을 갖는 발광 서브층(27), 및 전자 주입/수송 서브층(22)이 상기 순서로 적층됨으로써 발광 층(2)이 형성된다. 도 7c의 단순 2층 구조는 원하는 높은 호울 주입 및 호울 수송 효율을 제공하는 특성을 갖는 적합한 재료를 사용함으로써 실현될 수 있다. 서브층 재료의 종류의 수가 작기 때문에, 제조비용이 낮아질 수 있다. 그러나, 이를테면 컬러링 특성과 같은 발광 서브층(27)의 다른 특징을 선택함에 있어 어떤 제약이 있을 수 있다. 이것은 서브층(27)용의 재료가 원하는 호울 주입/수송 특성을 가질 필요가 있기 때문이다.
도 7d의 구조에서, 호울 주입/수송 서브층(20) 및 전자-주입/수송 서브층의 기능을 갖는 발광 서브층(28)이 상기 순서로 적층됨으로써 발광 재료층(2)을 형성한다. 도 7d의 단순 2층 구조는 원하는 높은 호울 주입 및 호울 수송 효율을 제공하는 특성을 갖는 적합한 재료를 사용함으로써 실현될 수 있다. 서브층 재료의 종류의 수가 작기 때문에, 제조비용이 낮아질 수 있다. 그러나, 이를테면 컬러링 특성과 같은 발광 서브층(28)의 다른 특징을 선택함에 있어 어떤 제약이 있을 수 있다. 이것은 서브층(28)용의 재료가 원하는 호울 주입/수송 특성을 가질 필요가 있기 때문이다.
도 7e의 구조에서, 발광 재료층(2)은 호울 주입/수송 서브층의 기능과 전자 주입/수송 서브층의 기능을 갖는 단일 발광층(29)에 의해 형성된다. 원하는 높은 호울 주입 및 호울 수송 효율 및 원하는 높은 전자 주입 및 전자 수송 효율을 제공하는 특성을 갖는 적합한 재료가 사용된다면, 발광층(2)은 단순 단일층 구조로 만들어질 수 있다. 서브층 및 재료의 종류의 수가 모두 하나이기 때문에, 제조비용이 더 낮아질 수 있다. 그러나, 실질적으로 충분한 발광 특성은 도 7e의 구조에 의해서는 지금까지 얻어지지 않았다.
도 7a 내지 7e의 구조들에서, 양극(6)와 이의 인접한 서브층 혹은 발광층(2)용의 층 사이에 양극 버퍼 서브층이 추가로 설치될 수 있다.
도 8은 유기 EL 표시장치의 화소들의 구조를 도시한 것으로, 여기서 각각의 화소는 본 발명에 따른 발광소자를 포함한다.
도 8에서, 전류 공급 소자(184)는 본 발명에 따라 발광 소자(182)에 접속된다. 스위칭 소자(183)는 소자(184)에 접속된다. 신호가 스위칭 소자(183)에 공급된다면, 소자(183)는 턴 온 혹은 오프되고, 그럼으로써 소자(184)에 의해 소자(182)로 공급되는 전류를 제어하게 된다.
(표시장치의 화소 레이아웃)
도 9는 유기 EL 표시장치에 사용되는, 매트릭스 어레이로 배열된 화소들의 레이아웃을 도시한 것이다. 이러한 레이아웃에 기인하여, 2차원 화상들이 화면 상에 표시될 수 있다. 여기서, 레이아웃은 3개의 행과 6개의 열을 포함한다. 그러나, 행 및/또는 열의 수는 필요에 따라 선택적으로 취해질 수 있다.
(표시장치의 발광 소자 및 배선의 레이아웃)
도 10a 및 10b는 본 발명에 따른 발광 소자들 및 유기 EL 표시장치에서 사용되는 이들의 배선의 레이아웃을 도시한 것이다.
도 10a에서, 접지배선(186) 및 제2 스위칭 배선(187)은 측방향으로 확장하도록 배열되는 반면 제1 스위칭 배선(288)은 수직으로 확장하도록 배열된다. 발광 소자(182)는 선(186, 187, 188)에 의해 정해지는 각각의 사각형 영역들로 배열된다. 소자들(182)은 전류 공급 소자(도시없음)에 의해 전원(도시없음)에 접속된다. 전류 공급 소자들은 스위칭 소자들(도시없음)에 접속된다. 접지배선(186)은 수직으로 연장하도록 배열될 수도 있다. 여기서, 레이아웃은 2개의 행과 2개의 열을 포함한다. 그러나, 행 및/또는 열의 수는 필요에 따라 선택적으로 변경될 수 있다.
도 10b의 레이아웃에서, 접지배선(186) 및 제2 스위칭 배선(187)은 횡방향으로 연장하도록 배열되는 반면 제1 스위칭 배선(188) 및 전류 공급 배선(189)은 수직으로 연장하도록 배열된다. 발광 소자(182)는 선(186, 18, 188, 189)에 의해 정해지는 각각의 사각형 영역들로 배열된다. 소자(182)들은 전류 공급 소자들(도시없음)에 의해 대응하는 선들(189)에 접속된다. 전류 공급 소자들은 스위칭 소자들(도시없음)에 접속된다. 접지배선(186)은 수직으로 연장하도록 배열될 수도 있다. 여기서, 레이아웃은 2개의 행과 2개의 열을 포함한다. 그러나, 행 및/또는 열의 수는 필요에 따라 선택적으로 변경될 수 있다.
(발광소자들을 표시장치의 관련 소자 및 선들에 접속)
다음에, 본 발명에 다른 발광 소자들(182)을 전류 공급 소자(184), 스위칭 소자(183), 및 제1 및 제2 스위칭 배선(188, 187)에의 접속에 대해 도 11 내지 16을 참조하여 기술한다.
도 11에 도시한 화소에서의 접속에서, 스위칭 트랜지스터(18)는 스위칭 트랜지스터에 의해 형성되고 전류 공급 소자(184)는 전류 제어 트랜지스터에 의해 형성된다.
도 11에 도시한 바와 같이, 제1 스위칭 배선(188)은 수직으로 연장하도록 배열되는 반면 제2 스위칭 배선(187)은 횡방향으로 연장하도록 배열된다. 소자 혹은 트랜지스터(183)의 드레인(193a) 및 게이트(194a)는 제1 및 제2 스위칭 배선(188, 187)에 각각 접속된다. 트랜지스터(183)의 소스(195a)는 전류 공급 소자 혹은 트랜지스터(184)의 게이트(194b) 및 전압 보유 캐패시터(185)의 일 단자에 접속된다. 캐패시터(185)의 타 단자는 접지(190)에 접속된다. 소자 혹은 트랜지스터(184)의 드레인(193b) 및 소스(195b)는 전류원(191) 및 본 발명의 발광 소자(182)의 양극에 각각 접속된다. 소자(182)의 음극은 접지(190)에 접속된다.
도 11의 회로는 다음과 같이 동작한다.
전압이 제2 스위칭 배선(187)에 인가되면, 전압은 스위칭 소자(183)의 게이트(194a)에 인가됨으로써 소자(183)의 드레인(19a)과 소스(195a)가 서로 상호접속된다. 이어서, 이 상태에서 제1 스위칭 배선(188)에 전압이 인가되고, 전압이 소스(195a)에 인가되고, 이에 따라, 캐패시터(185)에 전하가 축적된다. 이에 따라, 제1 혹은 제2 스위칭 배선(188 혹은 187)에 인가되는 전압이 턴 오프 되어도, 전압은 캐패시터(185)에 저장된 전하가 사라질 때까지 전류 공급 소자(184)의 게이트(194b)에 연속적으로 인가된다. 결국, 소자(184)의 게이트(194b)에의 전압 인가에 기인하여, 드레인(193b) 및 소스(195b)는 서로 연통됨으로써 전원(191)으로부터 접지로 발광 소자(182)를 통해 전류가 흐르게 된다. 이 전류흐름은소자(182)로부터 광의 방출을 야기할 것이다.
반면, 구동전압이 제1 및 제2 스위칭 배선(188, 187) 중 적어도 하나에 인가되지 않을 때는 캐패시터(185)에 전하가 전혀 저장되지 않으며 소자(184)의 게이트(184b)에 전압이 전혀 인가되지 않는다. 결국, 발광 소자(182)틀 통해 전류가 전혀 흐르지 않으며 어떠한 광도 소자(182)로부터 방출되지 않는다.
도 12는 도 11의 회로의 변형예를 도시한 것으로, 여기서 측방향 접지배선(186) 및 수직 전류 공급 배선(189)은 도 11의 회로에 추가로 설치되어 있다. 전류원(191)은 선(189)에 접속되고 접지(190)는 접지배선(186)에 접속된다. 도 12의 회로의 동작은 도 11의 회로와 같다.
도 13은 도 12의 회로의 변형예를 도시한 것으로, 여기서, 제2 스위칭 배선(187) 및 접지배선(186)은 공통으로 사용되고, 그럼으로써 공통 배선(182)을 제공하게 된다. 동작에서, 상측 공통 배선(192)에 전압이 인가될 때, 하측 공통 배선(192)에는 어떠한 전압도 인가되지 않는다. 이에 따라, 선(192)은 교번하여 구동되거나 이들 선에 시분할 방식으로 전압이 인가된다.
도 14는 도 11의 회로의 변형예를 도시한 것으로, 여기에서 발광 소자(182)의 위치가 달라져 있다. 동일 참조부호가 도 11과 동일한 도 14에 동일 요소 혹은 선들에 할당되어 있으므로, 동일 구성에 대한 설명은 간단하게 하기 위해서 생략한다. 도 14의 회로구성에서, 전류 공급 소자(184)의 드레인(193b)은 소자(182)의 음극에 접속되는 반면 소자(184)의 소스(195b)는 접지(190)에 접속된다. 소자(182)의 양극은 전류원(191)에 접속된다. 접지배선 및 전류 공급 배선들은 제거된다. 도 14의 회로의 동작은 도 11의 회로와 동일하다.
도 15는 도 14의 회로의 변형예를 도시한 것으로, 여기서 횡방향으로 확장하는 접지배선들 및 수직으로 확장하는 전류 공급 배선들(189)이 도 14의 회로에 추가로 설치되어 있다. 전류원(191)은 전류 공급 배선(189)에 접속된다. 접지(190)는 접지배선(186)에 접속된다. 도 15의 회로의 동작은 도 14의 회로와 동일하다.
도 16은 도 15의 회로의 변형예를 도시한 것으로, 여기서 제2 스위칭 배선(187) 및 접지배선(186)은 공통으로 사용되고 그럼으로써 공통 배선(192)을 제공하고 있다. 도 16의 회로의 동작은 도 13의 회로와 동일하다.
(표시장치의 구성)
도 17은 표시장치의 구성을 도시한 개략도이며, 여기서 각각이 본 발명에 따른 발광 소자들(182)을 구비한 화소들(165)이 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 각각의 화소(165)는 도 11 내지 16에 도시한 구성들 중 하나를 갖는다. 도 17에서, 전형적인 예로서, 화소(165)는 도 14의 구성을 갖는다.
도 17에 도시한 바와 같이, 화소(165)는 수직 제1 스위칭 배선(188) 및 횡방향 제2 스위칭 배선(187)에 접속된다. 이들 선들(188, 187)은 전압 제어기 회로(164)에 접속된다. 회로(164)는 화상 신호원(163)에 접속된다. 신호원(163)은 화상 정보 저장매체에 저장된 화상 정보를 재생하기 위한 재생기 장치로부터 공급되는 전기신호를 전압 제어기 회로(154)에 적용할 수 있는 형태의 전기신호로 변환하고, 이와 같이 변화된 신호를 회로(164)로 보내는 기능을 갖는다. 회로(164)는 이와 같이 보내진 신호를 다시 변환하고 각 화소(165)로 공급될 전류값을 계산하고, 그럼으로써 제1 및 제2 스위칭 배선(188, 187)에 인가될 전압 및 이의 인가 기간 및 타이밍을 결정한다. 결국, 표시장치는 인가된 화상 정보에 의거하여 화면 상에 원하는 화상을 표시할 수 있다. 인접한 3개의 화소(165)를 적색, 녹색, 청색 기반의 컬러들을 발생하도록 설계하였다면 컬러 화상이 표시될 수 있다.
(표시장치의 발광 소자의 구체적이고 상세한 구조)
도 18은 화소(165) 및 이의 표시장치의 근처(배선부를 포함함)를 도시한 것이다.
게이트 배선으로서 기능하는 제2 스위칭 배선(187)은 스위칭 소자(183)의 게이트(194a)에 접속된다. 제1 스위칭 배선(188)은 소자(183)의 드레인(193a)에 접속된다. 소자(183)의 소스(194b)는 전류 공급 소자(184)의 게이트(194b) 및 전압 보유 캐패시터(185)의 전극(하측의 전극)에 접속된다. 캐패시터(185)의 다른 전극(상측의 전극)은 접지배선(186)에 접속된다. 소자(184)의 드레인(193b)은 발광 소자(182)의 음극(4)에 접속된다. 발광 재료층(2)은 음극(4) 내부에 형성된다. 양극(6)은 층(2) 내부에 형성된다. 호울 주입 저지층(3)은 각각 양극(6)의 상면과 바닥에 형성된다. 양극(6)은 전극 접속배선(161)에 의해 전류 공급 배선(189)에 접속된다.
도 19a는 도 18에 XIXA-XIXA 선을 따라 취한 발광소자(182)의 단면도를 도시한 것이다. 기체(1) 상에 형성된 제2 층간 유전층(202) 상에는, 양극(6) 및 두 개의 호울 주입 저지층(3)의 조합이 사다리꼴 단면을 갖도록 형성된다. 층들(3)은 각각 양극(6)의 상면과 바닥에 위치한다. 양극(6) 및 층들(3)의 경사각 θ은 발광재료층(2)의 경사각과 동일한 것으로, 45°내지 90°의 범위 내의 값으로 설정된다. 경사각 θ이 45°미만이면, 발광 재료층(2)의 경사에 의한 효과는 거의 없다. 양극(6)와 상측 및 하측 호울 주입 저지층(3)을 조합한 것에 층(2)이 피복되고, 층(2)에는 음극(4)이 피복된다.
도 19b는 도 18에 XIXB-XIXB 선을 따라 취한 전류 공급소자(184)로서 기능하는 박막 트랜지스터(TFT)의 단면도이다.
배리어층(205)이 기체(1)의 평탄면 상에 형성된다. 층(205) 상에는, TFT(184)의 채널영역(194), 드레인 영역(193), 및 소스영역(195)이 도 19b에 도시한 바와 같이 형성된다. 게이트 절연층(198)은 채널영역(194) 및 드레인, 소스영역(193, 195) 상에 형성된다. 게이트 전극(206)은 채널영역(194)과 완전히 겹쳐지게 층(198) 상에 형성된다. 제1 층간 절연층(199)은 게이트 전극(206) 상에 형성된다. 드레인 및 소스 영역들(193, 195)에 걸쳐 각각 배치된 층들(199, 198)의 부분들이 선택적으로 제거됨으로써, 개구부들이 형성된다. 드레인 및 소스 전극들(200, 201)은 이와 같이 형성된 개구부들 내에 각각 형성된다. 제2 층간 절연층(202)은 드레인 및 소스 전극들(200, 201)을 덮도록 형성된다. 드레인 전극(200)은 층(202) 상에 확장하는 전극 배선(160)에 접속된다. 소스전극(202)은 층(202) 상에 확장하는 접지배선(186)에 접속된다.
도 20a 및 20b는 도 18, 19a, 19b에 도시한 구조의 변형예를 도시한 것이다. 도 20b는 구조의 평면도이고, 도 20a는 도20b의 XXA-XXA 선을 따라 취한 단면도이다.
도 20a 및 20b의 구조는 도 19a의 발광소자의 구조가 세 개로 분할된 것을 제외하고 도 18, 19a, 19b와 동일하다. 그러므로, 동일 구조에 대한 설명은 여기서는 생략한다. 말할 나위 없이, 도 19a의 발광 소자의 구조는 2, 4, 혹은 그 이상으로 분할될 수 있다.
(발광 소자용의 재료들)
음극(4)은 도전성이 있다면 어떠한 재료로도 만들어질 수 있고, 이 음극(4)은 전압의 인가 하에 전자 주입 특성을 갖는다. 음극(4)용으로 바람직한 재료는 Ti, Al, AlLi, Cu, Ni, Ag, AgMa, Au, Pt, Pd, Ir, Cr, Mo, W, Ta 등이다. 음극(4)의 두께는 원하는 전자 주입 기능을 제공하도록 결정된다. 예를 들면, 바람직한 두께는 50nm 내지 500nm이고, 보다 바람직한 두께는 50nm 내지 300nm이다. 음극(4)용의 금속재료는 1 x 10-2내지 1 x 10-6Ωㆍcm의 고유저항을 갖는다.
음극(4)은 증발에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 스퍼터링이 바람직하고 이 목적엔 DC 스퍼터링이 더 바람직하다. DC 스퍼터링의 경우, 인가되는 전력은 바람직하게는 0.1 내지 10 W/cm2로 설정되고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 7 W/cm2로 설정한다. 피착속도는 0.1 내지 100nm/min이 좋고, 1 내지 30nm/min이 보다 바람직하다. 스퍼터링 가스로서는 Ar, He, Ne, Kr, Xe와 같은 불활성 가스, 혹은 이들 가스의 혼합가스가 바람직하다. 스퍼터링 가스의 압력은 대략 0.1 내지 20 Pa인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 양극(6)은 금속으로 만들어질 수 있다. 이 경우, 이 목적을위해 이를테면 Au 및 Ni와 같은 큰 일 함수를 갖는 금속이 사용될 수 있다. 양극(6)을 형성하는 방법은 음극(4)의 방법들과 동일하다.
양극(6)이 투명 도전층으로 만들어진다면, 층의 재료 및 두께는 방출될 광이 80% 이상의 투과율로 층을 관통하도록 선택된다. 구체적으로, 투명한 도전성 산화물이 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 바람직하게, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 혹은 산화아연(ZnO)을 주 성분으로서 함유하는 재료가 바람직하다. 이들 산화물은 이들의 화학량론적 조성으로부터 약간 벗어나 있을 수 있다. 예를 들면, 전형적으로, ITO는 이들의 화학량적적 조성을 만족시키기 위해서 In2O3및 SnO2를 포함한다. 그러나, 산소의 비율은 이의 화학량론적 조성으로부터 벗어날 수 있다. SnO2대 In2O3의 비는 1 대 20 wt%, 보다 바람직하게는 5 대 12 wt%인 것이 바람직하다. ZnO2대 In2O3의 비는 12 대 32 wt%, 보다 바람직하게는 5 대 12 wt%인 것이 바람직하다.
특히, IZO는 다음의 이유로 이 목적에 바람직하다. 구체적으로, 본 발명의 발광 소자의 신뢰성을 향상시키기 위해서, 구동전압은 낮을 필요가 있다. 동일 소자의 광의 출력 효율을 높이기 위해서, 양극(6)용의 재료는 고유저항이 낮아야 한다. 이러한 관점으로부터, IZO의 고유저항은 형성공정이 완료된 직후 충분히 낮고, 이에 따라 열처리는 전혀 필요하지 않다. 이것은 제조공정 중에 인가되는 열에 기인하여 소자가 손상받지 않음을 의미한다.
투명한 도전층에 의해 형성되는 양극(6)를 형성하기 위해서는 스퍼터링이 바람직하다. RF 전원을 사용하는 RF(라디오 주파수) 스퍼터링이 사용될 수 있을지라도, DC 스퍼터링이 더 바람직하다. 이것은 DC 스퍼터링이 층의 특성이 쉽게 제어될 수 있고 층의 얻어질 수 있는 표면이 매우 평탄하다는 이점을 갖고 있기 때문이다.
투명 도전층을 형성하기 위해 사용되는 스퍼터링 장치로서는 마그네트론 DC 스퍼터링 장치가 사용되는 것이 바람직하다. 이 경우, 타겟 바로 위의 자속밀도는 500 내지 2000 가우스(즉, 0.05 내지 0.2 T)인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 800 내지 1500 가우스(즉, 0.08 내지 0.15 T)이다. 타겟 바로 위의 자속밀도는 가능한 한 높은 것이 좋다. 타겟 근처에서 전자를 가두도록 전극구조가 설계되고, 자속밀도를 증가시킴으로써 자속의 세기가 상승된다면, 음극 타겟과 충돌하는 플라즈마 내 스퍼터링 가스에 존재하는 이온의 수가 증가되고, 결국, 플라즈마 밀도가 높아진다. 그러하다면, 플라즈마 내에서 입자들 간의 충돌 빈도수가 증가하여 입자들의 운동 에너지의 일부가 손실된다. 이에 따라, 이와 같이 하여 스퍼터링된 입자들은 기체(1) 상에 경사지게 피착될 것이다.
스퍼터링 타겟에 대해 원하는 자계를 발생시키기 위해서는 어떤 방법이든 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는, 자석을 스퍼터링 장치의 냉각부 내에 놓아둔다. 자석으로서는 예를 들면 Fe-Nd-B, Sm-Co, 페라이트, 혹은 알니코 자석이 바람직하게 사용된다. 바람직하게는 Fe-Nd-B 혹은 Sm-Co 자석이 사용된다.
타겟 및 기판 혹은 기체에 가해지는 바이어스 전압은 100 내지 300V가 바람직하고 보다 바람직하게는 150 내지 250V이다. 자기 바이어스가 너무 높다면, 입자의 가속이 커지고 결국 양극층은 손상받게 될 것이다. 반면, 바이어스 전압이 너무 낮으면, 플라즈마 방전을 유지하기가 어려워지거나, 혹은 플라즈마 밀도가 너무 낮아 상술한 효과가 얻어지기지 어렵게 된다. 또한, 자계의 세기 및 바이어스 전압은 상황 혹은 사용조건과 장치의 규모에 따라 전술한 범위 내에서 각각 조정된다.
DC 스퍼터링 장치의 전력은 바람직하게는 0.1 내지 10 W/cm2, 보다 바람직하게는 0.5 내지 7 W/cm2로 설정된다. 피착 혹은 스퍼터링 속도는 5 내지 100nm/min, 보다 바람직하게는 10 내지 50 nm/min이 바람직하다. 다른 스퍼터링 조건에 관하여, 어떤 전형적인 가스 압력(예를 들면, 0.1 내지 0.5Pa) 및 기판(기체)-타겟 거리(예를 들면, 4 내지 10 cm)의 어떠한 전형적인 값이든 사용될 수 있다.
스퍼터링 가스로서는 통상의 스퍼터링 장치들에 사용되는 어떠한 불활성 가스이든 사용될 수 있다. 또한, 이를테면 N2, H2, O2, C2H4혹은 NH3와 같은 어떤 반응가스이든 사용될 수 있다. 바람직하게, Ar, Kr, 혹은 Xe, 혹은 Ar, Kr, Xe 중 적어도 하나를 함유한 혼합가스가 사용된다. 이것은 이들 가스가 불활성이며 상대적인 큰 원자량을 갖고 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 Ar, Kr, 혹은 Xe가 사용된다.
Ar, Kr, 혹은 Xe가 스퍼터링 가스로서 사용된다면, 스퍼터링 원자들은 이들이 기판 혹은 기체에 도달할 때까지 반복하여 가스 분자들과 충돌하고 그럼으로써 스퍼터링되는 원자들의 운동 에너지가 감소된다. 이 때문에, 운동 에너지가 발광장치의 구조에 물리적인 손상을 덜 입힌다는 추가 이점이 있다.
Ar, Kr, 및 Xe 중 적어도 하나를 포함하는 가스 혼합물이 사용된다면, Ar, Kr, 및/또는 Xe의 총 부분압은 바람직하게는 50% 이상이다. 이 혼합물은 주 스퍼터링 가스로서 사용된다. 이 경우, 반응 스퍼터링은 발명의 효과를 유지하면서 수행될 수 있다.
양극(6)은 원하는 호울 주입 및 호울 수송 기능을 보장하는 특정의 값 이상의 두께를 갖는 것으로 충분하다. 바람직한 두께 범위는 50 내지 500nm이다. 보다 바람직한 두께 범위는 50 내지 300 nm이다. 두께가 너무 크다면, 양극(6)가 분리될 가능성이 있다. 두께가 너무 작다면, 양극(6)의 강도와 호울 수송 능력이 불충분하게 될 가능성이 있다.
다음에, 본 발명의 발광 장치에 사용되는 유기 재료 서브층(sublayer)을 이하 설명한다.
발광 서브층(21)은 호울 혹은 전자를 주입하며, 이와 같이 주입되는 호울 혹은 전자를 수송하며, 호울 및 전자를 재결함으로써 여기자를 발생시키는 기능들을 갖고 있다. 서브층(21)용의 재료는 비교적 전자적으로 중성의 화합물인 것이 바람직하다.
호울 주입/수송 서브층(20)은 양극(6)로부터 호울들의 주입을 용이하게 하며, 이와 같이 주입된 호울을 안정하게 수송하며, 전자들이 주입되지 못하게 하는 기능들을 갖고 있다. 전자 주입/수송 서브층(22)은 음극(4)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하고, 이와 같이 주입된 전자를 안정하게 수송하며, 호울들이 주입되지 못하게 하는 기능들을 갖고 있다. 이들 서브층(22, 22)은 발광 서브층(21)으로 주입된 호울 혹은 전자들을 증가시키고, 이들을 가두어 두며, 재결합 영역을 최적화하며, 발광 효율을 향상시키는 데 사용된다.
발광 서브층(21), 호울 주입/수송 서브층(20), 및 전자 주입/수송 서브층(22)의 두께들은 어떤 범위로 한정되지 않는다. 서브층(21, 20, 22)의 두께들은 사용되는 형성 방법에 따라 달라진다. 전형적으로, 이들 두께들은 5 내지 500 nm인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 300nm이다. 서브층(20, 22)의 두께들은 서브층(21)의 두께의 (1/10) 내지 10배이고, 이것은 재결합 및 발광영역의 설계에 따라 달라진다.
호울주입/수송 서브층(20)이 호울 주입 서브층(23) 및 호울 수송 서브층(24)으로 대치된다면, 서브층(23)은 두께가 바람직하게는 1 nm 이상이고, 서브층(24)은 두께가 바람직하게는 1nm 이상이다. 이 경우, 전형적으로, 서브층(23, 24)의 두께들의 상한은 대략 500 nm이다. 서브층들(23, 24)의 두께에 관한 이들 관계는 두 개의 호울 주입/수송 서브층(20)이 형성될 때 동일하게 유지된다.
전자 주입/수송 서브층(22)이 전자 주입 서브층(25) 및 전자 수송 서브층(25)으로 대치된다면, 서브층(25)은 두께가 바람직하게는 1 nm 이상이고, 서브층(26)은 두께가 바람직하게는 1nm 이상이다. 이 경우, 전형적으로, 서브층(25, 26)의 두께들의 상한은 대략 500 nm이다. 서브층들(25, 26)의 두께에 관한 이들 관계는 두 개의 호울 주입/수송 서브층(22)이 형성될 때 동일하게 유지된다.
발광 서브층(21)은 발광 기능을 갖는 화합물로서 형광물질을 포함한다. 형광물질로서, 예를 들면, 1988년에 공개된 일본 미심사 특허공개 63-264692에 개시된 혼합물은 예를 들면 퀴나크리돈, 로브렌, 및/또는 스타이릴-계 안료들이 사용될 수 있다. 더구나, 이를테면 트라이스(8-퀼놀리노라트) 알루미늄과 같은 리간드로서의 8-퀴놀리놀 및 이의 유도체를 포함하는 금속 복합 안료 등의 퀴놀린 유도체, 테트라페닐부타디엔, 안트라센, 페릴렌, 코로넨, 및 12-프타로페리논 유도체가 사용될 수 있다. 일본 특허 출원 6-110569에 개시된 페닐안트라센 혹은 일본 특허 출원 6-110569에 개시된 테트라아릴레텐이 사용될 수 있다.
자발적으로 광을 방출하는, 특히 도펀트로서 사용되는 호스트 물질과 함께 형광물질이 사용되는 것이 바람직하다. 이 경우, 발광 서브층(21)에 화합물의 함유량은 0.01 내지 10 wt%이 바람직하고, 보다 바람직하게, 0.1 내지 5 wt%이다. 형광물질이 호스트 물질과 함께 사용된다면, 결국, 광의 파장은 보다 긴 파장측을 향하여 옮겨질 수 있고 동시에, 방출 효율 및 광의 안정성이 향상될 수 있다.
호스트 물질로서, 퀴놀리노라트 복합물이 바람직하며, 리간드로서 8-퀴놀리노라트 및 이의 유도체를 함유하는 알루미늄 복합체가 보다 바람직하다. 이러한 류의 알루미늄 복합체들은 1988년에 공개된 일본 무심사 특허 공개 63-264692, 1991년에 공개된 3-255190, 1993년에 공개된 5-70733, 1993년에 공개된 5-258859, 1994년에 공개된 6-215874에 개시되어 있다.
퀴놀리노라트 복합체의 구체적인 예는,
트라이스(8-퀴놀리노라트) 알루미늄,
비스(8-퀴놀리노라트) 마그네슘,
비스(벤조(f)-8-퀴놀리노라트) 아연,
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트) 알루미늄-옥사이도,
트라이스(8-퀴놀리노라트) 인듐,
트라이스(5-메칠-퀴놀리노라트) 알루미늄,
8-퀴놀리노라트-리튬,
트라이스(5-클로로-8-퀴놀리노라트) 갈륨,
비스(5-클로로-8-퀴놀리노라트) 칼슘,
5, 7-디클로르-8-퀴놀리노라트-알루미늄,
트라이스(5, 7-디브로모-8-하이드로옥시퀴놀리노라트) 알루미늄, 및
폴리[아연(II)-비스(8-하이드로옥시퀴놀리노라트) 메탄이다.
8-퀴놀리놀 및 이의 유도체 이외의 리간드(ligand)를 함유하는 알루미늄 복합체의 구체예는,
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(오르소-크레졸라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(메타-크레졸라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(파라-크레졸라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(오르소-페닐페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(메타-페닐페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(파라-페닐페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(2, 3-디메칠페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(2, 6-디메칠페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(3, 4-디메칠페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(3, 5-디메칠페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(3, 5-디테르트-바이틸페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(2, 6-디페닐페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(2, 4, 6-트리페닐페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(2, 3, 6-트리메칠페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(2, 3, 5, 6-테트라메칠페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(1-나프토라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트)(2-나프토라트) 알루미늄(III),
비스(2, 4-디메칠-8-퀴놀리노라트)(오르소-페닐페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2, 4-디메칠-8-퀴놀리노라트)(파라-페닐페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2, 4-디메칠-8-퀴놀리노라트)(메타-페닐페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2, 4-디메칠-8-퀴놀리노라트)(3, 5-디메칠페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2, 4-디메칠-8-퀴놀리노라트)(3, 5-디테르트-부칠페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-4-에칠-8-퀴놀리노라트)(파라-클로졸라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-4-메톡시-8-퀴놀리노라트)(파라-페닐페놀라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-5-시아노-8-퀴놀리노라트)(오르소-클로졸라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-6-트리플로오로메칠-8-퀴놀리노라트)(2-나프토라트) 알루미늄(III)이다.
또한, 다음이 사용될 수 있다.
비스(2-메칠-8-퀴놀리노라트) 알루미늄(III)-μ-옥소-비스(2-메칠-8-퀼놀리노라트) 알루미늄(III),
비스(2, 4-디메칠-8-퀴놀리노라트) 알루미늄(III)-μ-옥소-비스(2, 4-디메칠-8-퀼놀리노라트) 알루미늄(III),
비스(4-에칠-2-메칠-8-퀴놀리노라트) 알루미늄(III)-μ-옥소-비스(4-메칠-2-메칠-8-퀼놀리노라트) 알루미늄(III),
비스(2-메칠-4-메톡시리노라트) 알루미늄(III)-μ-옥소-비스(2-메칠-4-메톡시리노라트) 알루미늄(III),
비스(5-시아노-2-메칠-8-퀴놀리노라트) 알루미늄(III)-μ-옥소-비스(5-시아노-2-메칠-8-퀼놀리노라트) 알루미늄(III), 및
비스(2-메칠-5-트리플루올로메칠-8-퀴놀리노라트) 알루미늄(III)-μ-옥소-비스(2-메칠-5-트리플루올로메칠-8-퀴놀리노라트) 알루미늄(III).
이 목적으로 적용될 수 있는 다른 호스트 물질은 1994년 공개된 일본 미심사 특허 공개 6-110569에 개시된 페닐안트라센 및 1994년에 공개된 일본 미심사 특허 공개 6-114456에 개시된 테트라아릴레텐이다.
발광 서브층(21)은 전자 주입/수송 서브층(22)으로서 기능할 수 있다. 이경우, 트라이스(8-퀴놀리노라트) 알루미늄 등이 사용되는 것이 바람직하다. 이들 형광물질들은 간단히 증발된다.
필요에 따라, 발광 서브층(21)은 적어도 하나의 호울 주입/수송 화합물과 적어도 하나의 전자 주입/수송 화합물의 혼합물로 만들어질 수 있다. 이 혼합물은 바람직하게는 도펀트를 포함한다. 바람직하게, 혼합물 내 각각의 화합물의 함유량은 바람직하게는 0.01 내지 20 wt%이고 보다 바람직하게는 0.1 내지 15 w%이다.
적어도 하나의 호울 주입/수송 화합물과 적어도 하나의 전자 주입/수송 화합물의 혼합물에 의해서, 캐리어들의 호핑(hopping) 도전 경로가 형성된다. 그러므로, 호울 및 전자는 이들 자신의 극성들에 맞는 물질들 안으로 이동할 것이다. 전자들은 호울들에 맞는 물질에 주입되기는 어려우며, 그 반대도 그러하다. 이것은 유기물질은 손상받기가 어렵다는 것을 의미하며 이에 따라 발광장치는 연장된 수명을 갖는다는 이점이 있다. 더구나, 혼합물에 전술한 도펀트가 도핑되기 때문에, 혼합물의 광의 파장 특성이 변경될 수 있고, 그럼으로써 보다 긴 파장측으로 방출 파장이 옮겨진다. 발광의 세기가 높아질 수 있고 장치 안정성이 향상될 수 있다.
호울 주입 및 호울 수송용의 화합물 및 전술한 혼합물용으로 사용될 전자 주입 및 전자 수송용의 화합물은 후술되는 호울 주입/수송 서브층(20)용의 화합물 및 전자/수송 서브층(22)용의 화합물으로부터 선택될 수 있다.
호울 주입 및 호울 수송용의 화합물로서는, 바람직하게는, 퀴놀린 유도체 혹은 이의 리간드로서 8-퀴놀리놀 및 이의 유도체를 포함하는 금속 복합체가 사용된다. 특히, 트라이스(8-퀴놀리노라트) 알루미늄(Alq3)이 더 바람직하다. 페닐안트라센 유도체 혹은 테트라아릴레텐 유도체가 이 목적에 사용될 수 있다.
전자 주입 및 전자 수송용의 화합물로서, 바람직하게는, 강(strong) 형광 아민 유도체가 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 트리페닐디아민 유도체, 스타이릴아민 유도체, 혹은 용융 방향족 고리를 갖는 아민 유도체가 바람직하다. 혼합비는 캐리어 이동도 및 캐리어 농도를 고려하여 결정된다. 일반적으로, 호울 주입/수송 화합물 대 전자 주입/수송 화합물의 중량 비는 대략 1/99 내지 99/1, 보다 바람직하게는 대략 10/99 내지 90/10이며, 가장 바람직하게는 대략 20/80 내지 80/20이다.
혼합물층의 두께는 바람직하게는 하나 이상의 분자층에 대응하는 값이 바람직하나, 유기층들의 두께 미만인 것이 바람직하다. 구체적으로, 1 내지 85 nm이 바람직하며, 5 내지 60 nm이 더 바람직하고, 5 내지 50 nm이 가장 바람직하다.
혼합층의 바람직한 형성방법은 혼합물의 구성성분이 다른 증발원들로부터 동시에 증발되는 공동-증발이다. 그러나, 화합물의 증기압(증발 온도)이 대략 동일하거나 혹은 서로 매우 가깝다면, 증발원 물질들은 미리 증발 보트 내에서 함께 혼합될 수 있고 이어서 혼합물이 증발될 수 있다. 혼합물의 화합물들은 균일하게 혼합되는 것이 바람직하다. 그러나, 화합물들은 섬을 형성하도록 분포될 수 있다. 일반적으로, 발광 서브층(21)은 유기 형광물질을 증발시킴으로써, 혹은 바인더 내에 물질을 분산시킨 후 물질을 함유하는 바인더를 코팅함으로써 특정의 두께를 갖도록 형성된다.
호울 주입/수송 서브층(20)용의 물질로서는 1988년에 공개된 일본 미심사 특허 공보 63-295695, 1990년에 공개된 2-191694, 1991년에 공개된 3-792, 1993년에 공개된 5-234681, 1993년에 공개된 5-239455, 1993년에 공개된 5-299174, 1995년에 공개된 7-126225, 1995년에 공개된 7-126226, 1996년에 공개된 8-100172, 유럽 특허 공개 0650955A1에 개시된 유기 화합물들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 테트라아릴벤지딘 화합물(트리아릴디아민 혹은 트리페닐디아민: TPD), 방향 제3급아민, 하이드라존 유도체, 카바졸 유도체, 트리아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 폴리티오펜이 사용될 수 있다. 2 이상의 이들 화합물들이 함께 사용될 수도 있다. 이 경우, 바람직하게는, 이들은 개별 층들의 형태로 적층되거나 혼합물층을 형성하도록 함께 혼합될 수 있다.
호울 주입/수송 서브층(20)이 호울 주입 서브층(23) 및 호울 수송 서브층(24)으로 대치된다면, 호울 주입/수송 서브층(20)용의 물질들은 적합하게 조합된다. 이 경우, 화합물들은 이들의 이온화 전위 값들이 양극(6)(ITO 등으로 만들어짐)측에서 음극(4)쪽으로 오름차순으로 정렬된다. 이것은 2 이상의 호울 주입/수송 서브층(20)이 설치된 경우에 적용할 수 있다. 이러한 적층순서로 인해, 구동전압이 낮아지고 동시에, 전류 누설의 발생 및 흑점의 발생과 성장이 방지된다. 더구나, 증발방법이 적용될 수 있기 때문에, 대략 1 내지 10nm의 작은 두께를 갖는 박층들이 균일하고 핀홀이 없이 형성될 수 있다. 이에 따라, 낮은 이온화 전위 및 가시 범위에서 흡수기능을 갖는 화합물이 호울 주입 서브층(23)에 적용된다면, 방출된 광의 색조 변화 및 재흡수에 기인한 효율의 감소가 방지될 수 있다. 호울 주입/수송 서브층(20)은 발광 서브층(21)과 동일하게 전술한 화합물을 증발시킴으로써 형성될 수도 있다.
필요에 따라 설치되는 전자 주입/수송 서브층(22)용의 물질로서는 8-퀴놀리놀 및 이의 리간드로서 이의 유도체를 함유하는 금속 복합체 등의 퀴놀린 유도체가 사용된다. 특히, 트라이스(8-퀼놀리노라트) 알루미늄(Alq3)이 보다 바람직하다. 대안으로, 옥사디아졸 유도체, 페릴렌 유도체, 파리딘 유도체, 피라미딘 유도체, 퀴노옥살린 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 니트로-치환 불소 유도체가 사용될 수 있다. 전자 주입/수송 서브층(22)은 발광 서브층(21)으로서 기능할 수 있다. 이 경우, 트라이스(8-퀼놀리노라트) 알루미늄(Alq3) 등이 사용되는 것이 바람직하다. 서브층(22)의 형성은 서브층(21)과 동일한 방식으로 행해질 수 있다.
전자 주입/수송 서브층(22)이 전자 주입 서브층(25) 및 전자 수송 서브층(26)으로 대치된다면, 전자 주입/수송 서브층(22)용의 물질들이 적합하게 조합될 수 있다. 이 경우, 화합물들은 이들의 전자 친화도 값들은 음극(4)측에서 양극(6)쪽으로 내림차순으로 정렬된다. 이것은 2 이상의 전자 주입/수송 서브층(22)이 설치되는 경우에 적용될 수 있다.
더구나, NTS 출판사에서 발매된 "Organic EL elements and the front of their industrialization" 제목의 책, 48-49 페이지, 69-70 페이지, 86-89 페이지에 개시된 바와 같이, 공액 유기 폴리머 화합물의 전구체(precursor) 및 적어도 하나의 형광물질을 함유하는 폴리머 발광 재료가 발광 서브층(21)용으로 사용될 수 있다. 전구체로서, PPV(폴리파라페닐렌비닐렌), Ro-PPV, CN-PPV, MEH-PPV, 및 DMOS-PPV와 같은 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체; PAT, PCHMT, POPT, PTOPT, PDCHT,PCHT, 및 POPT와 같은 폴리티오펜 유도체; RO-PPP, FP-PPP, PDAF와 같은 폴리파라페닐렌 유도체; PMPS, PPS, PMrPrS, PNPS, 및 PBPS와 같은 폴리시란 유도체, PAPA 및 PDPA와 같은 폴리아세틸렌 유도체; PdPhQx, PQx, PVK, PPD와 같은 그외 유도체가 사용될 수 있다.
더구나, 다음의 물질이 이들 전구체에 첨가될 수 있다. 구체적으로, 페릴렌, Qd-1, 코마린 6, Qd-3, Qd-2, DCM1, BCzVBi, 루브렌, TPP, DCM2, 코마린 540, 로드아민6G, 퀴나크리돈, Sq, 피아졸린, 데카사이클렌, 페노자존, 및 안료(예를 들면, Eu).
기체 혹은 기판(1)용의 물질에 제한은 없다. 적층될 도전층 등의 물질에 따라 선택적으로 선택될 수 있다. 예를 들면, 금속(예를 들면, Al), 유리, 석영, 및 수지와 같은, 투명 또는 반투명 물질이 사용될 수 있다. 물질은 불투명할 수 있다. 이 경우, 유리 외에, 세라믹스(예를 들면, 알루미나), 표면 절연 처리된 금속 시트(예를 들면, 스테인레스 스틸), 열경화성 수지(페놀 수지), 열가소성 수지(예를 들면, 폴리 카보네이트)가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자는 전형적으로는 DC-구동 EL 소자 혹은 장치로서 사용된다. 그러나, AC-구동 혹은 펄스 구동될 수도 있다. 인가될 전압은 보통 5 내지 20V이다.
양극 버퍼층용의 물질로서는, 구리 프탈로시아닌(CuPc), 스타-버스(전형적으로, m-MTDATA) 혹은 폴리머-알리아민은 저분자량의 물질들에 사용될 수 있다. 트리페닐아민 유도체에 루이스 산을 적용함으로써, 전도성을 향상시키기 위해 라디칼양이온을 발생시키게 만들어진 층이 사용될 수 있다. 고 분자량의 물질에선, 폴리아닐린(PAni) 및 폴리티오펜 등의 도전성 폴리머가 사용될 수 있다. 양극 버퍼층은 발광 서브층(21)처럼 전술한 화합물을 증발시킴으로써 형성될 수 있다.
스위칭 소자 혹은 전류 공급소자용의 물질로서는, 임의의 트랜지스터 혹은 트랜지스터 기반 원소가 사용될 수 있다.
스위칭 배선, 전류 공급 배선, 제2 스위칭 배선, 공통 결선용 선, 접지배선용의 물질로서는, Al, Cu, Ta, Ru, 혹은 WSi가 사용될 수 있다. 이들의 바람직한 형성방법은 스퍼터링, 증발, 혹은 CVD이다.
스위칭 및 전류 공급 트랜지스터의 소스, 드레인, 및 게이트 전극들은 Al, Cu, Ta, Ru, 혹은 WSi로 만들어질 수 있다.
게이트 절연층, 제1 층간 유전층, 제2 층간 유전층, 및 배리어층들은 Al 산화물 혹은 질화물, 혹은 Si 산화물 혹은 질화물로 만들어질 수 있다.
호울 주입 저지 서브층 및 전자 주입 저지 서브층용의 물질로서는, 무기 혹은 유기 유전물질이 효과적으로 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 호울 혹은 전자들에 대한 높은 장벽 기능 혹은 특성을 갖는 어떠한 물질이든 이 목적에 사용될 수 있다. 예를 들면, 호울 주입 저지 서브층으로서는, 금속이 대략 발광 서브층 이하의 일 함수를 갖는다면 이 금속이 사용될 수 있다. 양극(6)가 투명 전도층(예를 들면, ITO)에 의해 형성된다면, 장치의 광의 출력효율은 높은 반사율을 갖는 물질을 호울 주입 저지층을 형성함으로써 향상될 수 있다(예를 들면, Al 혹은 Al 합금).
(발광소자 혹은 이의 구동기 회로 제조 방법)
다음에, 본 발명에 따른 발광 소자 및 이의 구동회로(도 19, 19a, 19b)를 제공하는 전형적인 방법을 도 22, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 24b를 참조하여 이하 설명한다.
먼저, 기체 혹은 기판(1)을 도 21a와 같이 준비한다. 전형적으로, 기체(1)은 무-알칼리 유리로 만들어진다. 다음에, 기체(1)의 평탄면 상에, 도 21b에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 혹은 CVD 방법에 의해 배리어층(205)을 형성한다. 이와 같이 형성된 배리어층(205) 상에는, 도 21c에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 혹은 CVD 방법에 의해 Si 층(162)을 덮도록 실리콘(Si) 층(162)이 선택적으로 형성된다. 전형적으로, Si 층(162)은 대략 500℃의 온도에서 저압 CVD 방법에 의해 형성되고 이어서 층(162)은 레이저 광을 조사함으로써 다결정화된다.
이어서, 도 21d에 도시한 바와 같이, 다결정화된 Si 층(162)을 덮도록 스퍼터링 혹은 CVD 방법에 의해 게이트 유전층(198)을 배리어층(205) 상에 형성한다. 전형적으로, 층(198)은 리모트 플라즈마-인핸스드 CVD 방법에 의해 이산화 실리콘(SiO2)을 피착시킴으로써 형성된다.
게이트 유전층(198) 상에는 패터닝된 게이트 전극(206)이 형성된다. 예를 들면, 스퍼터링 혹은 증발방법에 의한 도전층(전형적으로, WSi층) 및 이어서 포토레지스트막이 스핀 코팅 방법에 의해 도전층 상에 형성된다. 그후에, 광학 마스크를 사용하여, 포토레지스트막을 광에 노광시키고 현상함으로써 포토레지스트막을 원하는 대로 패터닝한다. 이와 같이 패터닝된 포토레지스트막을 마스크로서 사용하여, 하지의 도전층은 이온 밀링 방법에 의해 선택적으로 제거된다. 마지막으로, 포토레지스트막은 적합한 솔벤트에 이를 용해시킴으로써 제거된다. 이 공정에서, 도시하진 않았지만, 전압 보유 캐패시터(185)의 하측전극은 게이트 전극(206)의 확장된 부분에 형성된다. 이 단계의 상태를 도 21e에 도시하였다.
이에 이어, Si 층(162)을 제외한 특정의 영역을 포토레지스트막으로 덮은 후에, 층(162)에 도펀트(보론 혹은 인)가 선택적으로 도핑되고 대략 550℃에서 열처리가 적용된다. 이에 따라, 드레인 영역(193)과 소스영역(195)이 층(162)에 형성된다. 층(162)의 비도핑된 영역은 채널영역(194)이다. 이 단계의 상태를 도 21f에 도시하였다.
스퍼터링 혹은 CVD 방법에 의해 게이트 전극(206)을 덮도록 제1 층간 유전층(199)이 게이트 유전층(198) 상에 형성된다. 층(199)은 전형적으로 SiO2로 만들어질 수 있다. 층(199) 및 게이트 유전층(198)은 포토리소그래피 및 에칭 방법에 의해 선택적으로 제거되어, 소스 및 드레인 영역(193, 194)을 노출시키는 접촉구멍을 각각 도 21g에 도시한 바와 같이 형성하게 된다.
도전층(전형적으로, Al 층)은 스퍼터링 방법에 의해 피착되고, 포토리소그래피 및 건식 에칭방법에 의해 패터닝되고, 그럼으로써 드레인 전극(200) 및 소스 전극(201)을 도 21h에 도시한 바와 같이 형성한다. 이 때, 전류 공급 배선(189) 및 전극 배선(161)이 도 22에 도시한 바와 같이 형성된다.
유전층(전형적으로, SiO2층)은 스퍼터링 방법에 의해 피착되고, 그럼으로써도 1i에 도시한 바와 같이, 제2 층간 유전층(202)을 형성한다. 이 단계에서의 소자의 구조를 도 22에 도시하였다. 도 22에는 간단하게 하기 위해서 층(202)이 생략되어 있다.
이어서, 호울주입 저지층이 제2 층간 유전층(202) 상에 형성되고, 패터닝되어, 도 23a 및 23b에 도시한 바와 같이, 스트립 형상의 하측 호울 저지층(3a)을 형성한다.
전극 배선(161)은 제2 층간 유전층(202)을 선택적으로 제거함으로써 선택적으로 노출된다. 투명 도전층 및 호울 주입 저지층이 피착된 후 이들은 하측 호울 저지층(3a)과 중첩하도록 패터닝된다. 이 상태에서, 양극(6) 및 상측 호울 주입 저지층(3b)이 도 24a 및 24b에 도시한 바와 같이 형성된다.
더구나, 발광층(2)은 다음의 방식으로 형성된다. 구체적으로, 층(2)은 마스크를 사용하여 증발 혹은 스퍼터링 방법에 의해 전형적으로 형성된다. 증발방법이 사용된다면, 피착될 입자들이 층(3a)의 상면만이 아니라 저지층(3a), 양극(6) 및 저지층(3b)의 구조의 측면들 상에도 피착되게 하는 어떤 구현방법이 필요할 가능성이 있다. 예를 들면, 구현방법은 기체(1)에 관하여 노를 기울이는 것이다. 이것은 피착될 입자들이 증발방법에서 선형의 방향성을 가질 것이기 때문이다.
제2 층간 유전층(202)을 선택적으로 제거함으로써, 드레인 및 소스 전극(200, 201)의 표면이 노출된다. 이어서, 증발 혹은 스퍼터링 방법에 의해서, Al 혹은 AlLi가 피착되고 패터닝되어, 음극(4) 및 전극 배선(160)이 형성된다. 이 때, 접지 배선들(186)도 형성된다. 음극(4) 및 전극 배선(160)은 마스크를 사용하여 형성될 수 있다. 증발방법이 사용된다면, 피착될 입자들이 층(3a)의 상면만이 아니라 저지층(3a), 양극(6) 및 저지층(3b)의 구조의 측면들 상에도 피착되게 하는 어떤 구현방법이 필요할 가능성이 있다. 예를 들면, 구현방법은 기체(1)에 관하여 노를 기울이는 것이다. 이것은 피착될 입자들이 증발방법에서 선형의 방향성을 가질 것이기 때문이다. 이 단계에서의 상태를 도 25a 및 25b에 도시하였다.
전술한 제조방법에 의해서, 음극(4), 전극 배선(161), 및 접지배선(186)이 동시에 형성된다. 그러나, 이들은 개별 공정들로 형성될 수 있다. 예를 들면, 음극(4)은 AlLi로 만들어지는 반면 배선(161)은 Al로 만들어진다.
예
도 8, 9, 14, 17, 19a, 20a에 도시한 구조를 갖는 본 발명에 따른 발광 장치를 발명자들에 의해 실제로 제조하였다. 화소의 크기는 10㎛ x 10㎛의 정사각형이었으며 표시부의 크기는 40nm x 40nm이었다.
기체(1)는 무-알칼리 유리로 만들어졌다. 금속 전극층은 AlLi로 만들어진다. 호울 주입 서브층(23)은 α-NPD로 만들어졌다. 전자 수송층으로 기능되는 발광 서브층은 Alq3로 만들어진다. 양극 버퍼층은 폴리아닐린으로 만들어졌다. 투명전극층은 산화인듐 및 산화주석의 혼합물, 즉, (In2-xSnO3-y)으로 만들어진다. 제2 스위칭 배선은 WSi로 만들어졌다. 전류 공급 배선, 제1 스위칭 배선, 및 접지배선들은 Al으로 만들어졌다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같은 종래 기술의 표시장치를 제작하였다.
본 발명 및 종래 기술의 표시장치들에 대해 다음의 테스트를 수행하였다.
구체적으로, 5V의 전위를 양극(6)에 인가하면서 5V의 전위를 제1 및 제2 스위칭 결선 선들에 인가하여, 광을 방출시켰다. 이들 두 장치들의 밝기를 측정하였다. 결국, 본 발명의 표시장치는 종래 기술의 장치보다 대략 30% 더 밝은 밝기를 가졌다.
본 발명의 장치에 의하면, 발광층에서 발생되는 광은 발광 재료층(2)의 상면들에 의해 방출된다. 이에 따라, 광의 어떤 부분도 기체(1) 내로 전파하지 않으며, 이것은 광의 손실이 감소됨을 의미한다. 결국, 광의 출력효율이 향상되며 화면의 얻을 수 있는 밝기가 높아진다.
변형예
말할 나위없이, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명의 정신 내에서 실시예들에 따른 발광 장치의 구성들 및 발광 소자의 구성에 어떤 변경이나 수정이 가해질 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태를 기술하였지만, 본 발명의 정신으로부터 벗어남이 없이 이 기술에 숙련된 자들에게 수정이 명백할 것임을 알 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 결정된다.
본 발명에 의하면, 가능한 한 많이, 사용가능한 광의 비율을 증가시키는 유기 발광 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 의하면 적은 입력 전력으로 보다 높은 밝기를 제공하는 유기 발광 방치를 제공한다.

Claims (20)

  1. 유기 발광 장치에 있어서,
    (a) 표면을 갖는 기체(base)와;
    (b) 상기 기체의 표면 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극으로서, 상기 제1 및 제2 전극들은 서로 대향하여 배치되어 있는, 상기 제1전극 및 제2 전극과;
    (c) 상기 제1 전극과 제2 전극들 사이에 놓인 발광 재료층으로서, 상기 발광 재료층은 제1 부분과 제2 부분을 구비하고, 상기 제1 부분은 45°내지 90°의 범위 내의 경사각으로 상기 기체의 표면에 대하여 경사져 있으며, 상기 제2 부분은 상기 기체의 표면에 대략 평행한, 상기 발광 재료층과;
    (d) 상기 제1 전극과 상기 발광층의 상기 제2 부분 사이에 형성된 캐리어 저지층으로서, 상기 캐리어 저지층은 상기 제1 전극에서 상기 발광 재료층으로 방출되는 캐리어들을 저지하는 기능을 갖는, 상기 캐리어 저지층을 포함하며,
    상기 발광 재료층의 상기 제1 부분은 발광영역을 형성하고 한편 상기 발광 층의 제2 부분은 캐리어 저지층의 기능으로 인해 비발광 영역을 형성하며,
    출력광은 상기 발광 재료층의 상기 발광 영역으로부터 방출되는, 유기 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 금속으로 만들어지며 상기 제2 전극은 금속으로 만들어지는, 유기 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서, 출력광은 상기 기체에 의해 상기 장치의 외부로 방출되는, 유기 발광 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 중 하나는 출력광이 상기 장치의 외부로 방출되는 관통 개구부(penetrating opening)를 갖는, 유기 발광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광 재료층은,
    (i) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층(sublayer), 발광 서브층 및 전자 주입/수송 서브층의 조합,
    (ii) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입 서브층, 호울 수송 서브층, 발광 서브층, 전자 주입 서브층 및 전자 수송 서브층의 조합,
    (iii) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층의 기능을 가진 발광 서브층 및 전자 주입/수송 서브층의 조합,
    (iv) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층, 전자 주입/수송 서브층의 기능을 가진 발광 서브층의 조합, 및
    (v) 호울 주입/수송 서브층의 기능과 전자 주입 수송 서브층의 기능을 가진 단일 발광층으로 이루어진 군(group)으로부터 선택된 것을 포함하는 유기 발광 장치.
  6. 유기 발광 장치에 있어서,
    (a) 표면을 갖는 기체와;
    (b) 상기 기체의 표면 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극으로서, 상기 제1 및 제2 전극들은 대략 서로 대향하여 배치되어 있는, 상기 제1전극 및 제2 전극과;
    (c) 상기 제1 전극과 제2 전극들 사이에 놓인 발광 재료층으로서, 상기 발광 재료층은 45°내지 90°의 범위 내의 경사각으로 상기 기체의 표면에 대하여 경사진 제 1 부분을 갖는, 상기 발광 재료층과;
    (d) 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성된 캐리어 저지층으로서, 상기 캐리어 저지층은 상기 제1 전극에서 상기 발광 재료층으로 방출되는 캐리어들을 저지하는 기능을 갖는, 상기 캐리어 저지층을 포함하며,
    상기 발광 재료층의 상기 제1 부분은 발광영역을 형성하고 한편 상기 캐리어 저지층은 비발광 영역을 형성하며,
    출력광은 상기 기체 또는 상기 제 2 전극에 의해 상기 발광 재료층의 상기 발광 영역으로부터 방출되는, 유기 발광 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 전극은 금속으로 만들어지며 상기 제2 전극은 금속으로 만들어지는, 유기 발광 장치.
  8. 제6항에 있어서, 출력광은 상기 기체에 의해 상기 장치의 외부로 방출되는,유기 발광 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제1 전극 중 하나는 출력광이 상기 장치의 외부로 방출되는 관통 개구부를 갖는, 유기 발광 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 발광 재료층은,
    (i) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층(sublayer), 발광 서브층 및 전자 주입/수송 서브층의 조합,
    (ii) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입 서브층, 호울 수송 서브층, 발광 서브층, 전자 주입 서브층 및 전자 수송 서브층의 조합,
    (iii) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층의 기능을 가진 발광 서브층 및 전자 주입/수송 서브층의 조합,
    (iv) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층, 전자 주입/수송 서브층의 기능을 가진 발광 서브층의 조합, 및
    (v) 호울 주입/수송 서브층의 기능과 전자 주입 수송 서브층의 기능을 가진 단일 발광층으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 유기 발광 장치.
  11. 유기 발광 장치에 있어서,
    (a) 표면을 갖는 기체와;
    (b) 상기 기체의 표면 상에 형성된 제1 전극으로서, 상기 제1 전극은 상기 기체의 표면에 수직한 단면이 대략 사각형 혹은 사다리꼴이며, 상기 제1 전극은 기체의 표면을 따라 연장하도록 길게 되어 있으며, 상기 제1 전극은 상기 기체의 표면에 대향하는 상면과, 상기 제1 전극의 대향 측면들 상에 놓인 한 쌍의 측면들을 갖는, 상기 제1 전극과;
    (c) 상기 제1 전극의 상기 상면에 접촉하도록 형성된 캐리어 저지층으로서, 상기 캐리어 저지층은 상기 제1 전극으로부터 방출되는 캐리어들을 저지하는 기능을 갖는, 상기 캐리어 저지층과;
    (d) 상기 제1 전극의 상기 한 쌍의 측면들과 상기 캐리어 저지층에 접촉하도록 상기 제1 전극을 따라 연장하도록 형성된 발광 재료층; 및
    (e) 상기 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하며,
    상기 캐리어 저지층과 접촉하는 상기 발광 재료층의 제1 부분은 비발광 영역을 형성하고 한편 상기 발광 재료층과 접촉하는 상기 발광 재료층의 제2 부분은 발광 영역을 형성하며,
    출력광은 상기 발광 재료층의 상기 발광 영역으로부터 방출되는, 유기 발광 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 전극은 금속으로 만들어지며 상기 제2 전극은 금속으로 만들어지는, 유기 발광 장치.
  13. 제11항에 있어서, 출력광은 상기 기체에 의해 상기 장치의 외부로 방출되는, 유기 발광 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 전극 중 하나는 출력광이 상기 장치의 외부로 방출되는 관통 개구부(penetrating opening)를 갖는, 유기 발광 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 발광 재료층은,
    (i) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층(sublayer), 발광 서브층 및 전자 주입/수송 서브층의 조합,
    (ii) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입 서브층, 호울 수송 서브층, 발광 서브층, 전자 주입 서브층 및 전자 수송 서브층의 조합,
    (iii) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층의 기능을 가진 발광 서브층 및 전자 주입/수송 서브층의 조합,
    (iv) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층, 전자 주입/수송 서브층의 기능을 가진 발광 서브층의 조합, 및
    (v) 호울 주입/수송 서브층의 기능과 전자 주입 수송 서브층의 기능을 가진 단일 발광층으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 유기 발광 장치.
  16. 유기 발광 장치에 있어서,
    (a) 표면을 갖는 기체와;
    (b) 상기 기체의 표면 상에 형성된 제1 전극으로서, 상기 제1 전극은 상기 기체의 표면에 수직한 단면이 대략 사각형 혹은 사다리꼴이며, 상기 제1 전극은 기체의 표면을 따라 연장하도록 길게 되어 있으며, 상기 제1 전극은 상기 기체의 표면에 대향하는 상면과, 상기 제1 전극의 대향 측면들 상에 놓인 한 쌍의 측면들을 갖는, 상기 제1 전극과;
    (c) 상기 제1 전극의 상기 상면에 접촉하도록 형성된 캐리어 저지층으로서, 상기 캐리어 저지층은 상기 제1 전극으로부터 방출되는 캐리어들을 저지하는 기능을 갖는, 상기 캐리어 저지층과;
    (d) 상기 제1 전극의 상기 한 쌍의 측면들과 상기 캐리어 저지층에 접촉하도록 상기 제1 전극을 따라 연장하도록 형성된 발광 재료층으로서, 발광 재료층의 어느 부분도 상기 기체의 상기 표면에 대략 평행하지 않은, 상기 발광 재료층; 및
    (e) 상기 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하며,
    상기 캐리어 저지층과 접촉하는 상기 발광 재료층의 제1 부분은 비발광 영역을 형성하고 한편 상기 발광 재료층과 접촉하는 상기 발광 재료층의 제2 부분은 발광 영역을 형성하며,
    출력광은 상기 발광 재료층의 상기 발광 영역으로부터 방출되는, 유기 발광 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 전극은 금속으로 만들어지며 상기 제2 전극은 금속으로 만들어지는, 유기 발광 장치.
  18. 제16항에 있어서, 출력광은 상기 기체에 의해 상기 장치의 외부로 방출되는, 유기 발광 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1 전극 중 하나는 출력광이 상기 장치의 외부로 방출되는 관통 개구부(penetrating opening)를 갖는, 유기 발광 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 발광 재료층은,
    (i) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층(sublayer), 발광 서브층 및 전자 주입/수송 서브층의 조합,
    (ii) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입 서브층, 호울 수송 서브층, 발광 서브층, 전자 주입 서브층 및 전자 수송 서브층의 조합,
    (iii) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층의 기능을 가진 발광 서브층 및 전자 주입/수송 서브층의 조합,
    (iv) 다음의 기재 순서로 적층된 호울 주입/수송 서브층, 전자 주입/수송 서브층의 기능을 가진 발광 서브층의 조합, 및
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