KR20070058653A - 발광 소자 및 그 발광 소자를 이용하는 표시장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

구동 전압을 낮추고 종래 발광 소자보다 수명이 연장된 발광 소자 및 그것을 이용한 표시장치를 제공한다. 본 발명의 발광 소자는 상호 대향하도록 설치된 한 쌍의 전극 사이에 개재된 복수의 층을 구비하며, 상기 복수의 층 중에서 적어도 하나는 발광 물질을 포함하는 층으로 이루어지며, 상기 발광 물질을 포함하는 층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층과, 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층 사이에 설치된다.
발광 소자, 표시장치, 구동 전압, 정공, 전극

Description

발광 소자 및 그 발광 소자를 이용하는 표시장치{LIGHT EMITTING ELEMENT AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 한 쌍의 전극 사이에 다수의 층이 개재된 발광 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 발광 소자를 이용하는 표시장치에 관한 것이다.
최근, 전계 발광 소자(발광 소자)로 부터의 발광을 이용하는 장치는 디스플레이(표시), 조명 등의 장치로서 주목받고 있다. 이러한 장치에 이용되는 발광 소자로서, 한 쌍의 전극 사이에 발광 화합물을 포함하는 층이 개재된 발광 소자가 널리 알려져 있다.
이러한 발광 소자에 있어서, 한편의 전극으로부터 주입된 정공과, 다른 전극에서 주입된 전자와 재결합하여, 여기 상태의 분자를 형성한다. 이러한 여기 분자가 기저 상태로 되돌아가면, 빛을 방출한다.
한편, 최근 급속히 개발되고 있는 각종 정보 처리 기기에 내장되는 표시장치의 경우에 특히 저전력 소비가 강력히 요구되고 있다. 이를 달성하기 위하여, 발광 소자의 구동 전압을 낮추고자 하는 시도가 있었다. 또한, 상품화 측면에서, 구 동 전압을 낮추는 것 뿐만 아니라, 발광 소자의 수명을 연장시키는 것도 중요하다. 따라서, 이를 달성하기 위한 발광 소자의 개발이 진행 중에 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1은 몰리브덴 산화물과 같은 일 함수가 높은 금속 산화물을 양극으로 이용하여 발광 소자의 구동 전압을 낮추고 수명을 연장시키는 것을 구현하는 것을 목적으로 한다(특허 문헌 1: 일본 특허 공개 공보 제9-63771).
그러나, 특허 문헌 1에 개시된 방법은 소자에게 충분한 신뢰성을 부여할 수 없고, 실용화 레벨에 도달하지 못한다. 따라서, 소자의 신뢰성이나 수명 연장을 구현하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 구동 전압이 낮고, 종래 발광 소자에 비하여 수명이 연장된 높은 신뢰성의 발광 소자 및 그것을 이용한 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 발광 소자의 일 특징은 대향하도록 설치된 한 쌍의 전극 사이에 개재된 복수의 층을 구비하는 것으로, 상기 복수의 층 중에서 적어도 하나는 발광 물질을 포함하는 층으로 이루어지며, 상기 발광 물질을 포함하는 층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층과, 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층 사이에 설치된다.
상기 구성에서 복수의 층은 발광 영역이 전극으로부터 이격되어 형성되도록, 캐리어 주입성이 높은 물질, 캐리어 수송성이 높은 물질 등으로 이루어지는 층을 조합하여 형성된다.
본 발명에 따른 발광 소자의 다른 특징은 상호 대향하도록 설치된 제1전극과 제2전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층과, 제2층과, 제3층을 구비하고, 제1층은 산화물 반도체 및/또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하며, 제2층은 발광물질을 포함하고, 제3층은 산화물 반도체 및/또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함한다.
본 발명에 따른 발광 소자의 다른 특징은 상호 대향하도록 설치된 제1전극과 제2전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층과, 제2층과, 제3층과, 제4층을 구비하고, 제1층은 산화물 반도체 및/또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하며, 제2층은 발광물질을 포함하고, 제3층은 산화물 반도체 및/또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하며, 제4층은 산화물 반도체 및/또는 금속 산화물과, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질과, 상기 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질에 전자를 공여할 수 있는 물질을 포함한다.
본 발명에 따른 발광 소자의 다른 특징은 상호 대향하도록 설치된 제1전극과 제2전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층과, 제2층과, 제3층과, 제4층을 구비하고, 제1층은 산화물 반도체 및/또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하며, 제2 층은 발광물질을 포함하고, 제3층은 산화물 반도체 및/또는 금속 산화물과, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질과, 상기 정공 수송성 보다도 전자 수송성이 높은 물질에 전자를 공여할 수 있는 물질을 포함하며, 제4층은 산화물 반도체 및/또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함한다.
전술한 발광 소자의 구성에 따른 발광 소자의 다른 특징은 제2전극과 접하 도록 산화물 반도체 및/또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층을 신규로 설치한 것이다. 신규로 설치된 층은 제1층과 동일한 재료를 이용할 수도 있다.
전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질 또는 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 유기물질과 무기물질을 혼합하여 층을 형성하는 상승 효과에 의하여, 발광 소자에서 층의 후막화에 관련된 저항 증가가 적은 발광 소자를 얻을 수 있다. 따라서, 구동 전압을 증가시키지 않고, 한 쌍의 전극 사이에 개재된 발광 소자의 막 두께를 두껍게 형성하여 전극 사이의 거리를 연장할 수 있으므로, 전극 사이의 단락을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 획득된 발광 소자를 표시장치에 적용함으로써, 전극 사이의 단락에 따른 결함을 방지하여, 장시간의 사용을 견디는 신뢰성이 우수한 표시장치를 얻을 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 발광 소자의 구성을 도시한 도면.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 발광 소자의 구성을 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 발광 소자의 구성을 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 발광 소자의 구성을 도시한 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 발광 소자의 구성을 도시한 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 발광 소자를 이용하는 표시장치의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 표시장치의 패널의 상부면을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 표시장치의 화소부 회로를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 발광 소자를 이용하는 표시장치의 화소부를 도시한 도면.
도 10a 내지 도 10h는 본 발명에 따른 발광 소자를 이용하는 표시장치를 도시한 도면.
도 11은 발광 소자의 MoOx 농도-구동 전압 특성을 도시한 도면.
도 12는 발광 소자의 MoOx 농도-전류 효율 특성을 도시한 도면.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 소자 구조의 특성을 도시한 도면.
이하, 본 발명의 실시 형태 및 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 하기의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어나지 않고 그 형태 및 세부사항을 여러 가지로 변경할 수 있음을 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명은 하기의 실시 형태 및 실시예의 내용에 한정하여 해석되지 않는다. 또한, 후술된 본 발명의 구성에 있어서 상이한 도면 중에서 동일한 부품은 동일한 참조부호를 사용한다.
(실시 형태 1)
본 실시 형태에서, 발광 소자의 일 형태를 도 1을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태에서, 발광 소자(110)는 이것을 지지하기 위한 기판(101) 상에 설치되며, 제1전극(102)과, 상기 제1전극(102) 상방에 순차적으로 적층된 제1층(103), 제2층(104), 및 제3층(105), 그리고 그 위에 설치된 제2전극(106)을 구비한다(도 1a 내지 도 1c).
기판(101)은 예를 들면 바륨 보로실리케이트 유리, 알루미노 보로실리케이트 유리 등과 같은 유리 기판, 석영 기판, 세라믹 기판 등일 수 있다. 별법으로서, 플라스틱과 같은 가요성을 갖는 합성 수지로 이루어지는 기판을 이용할 수도 있다. 기판(101)의 표면을 미리 CMP법의 연마에 의해 미리 평탄화될 수 있는 것에 주목하여야 한다.
제1전극(102)은 일 함수가 큰(바람직하게는, 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이것의 혼합물 등으로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐 아연(IZO), 규소를 함유한 인듐 주석 산화물, 갈륨이 도핑된 산화 아연(GZO) 등의 투광성 산화물 도전 재료를 이용할 수 있다. 별법으로, 제1전극(102)은 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 및 티탄(Ti)과 같은 원소 중 하나와, 상기 원소를 다수 포함하는 합금 또는 상기 원소와 탄소(C)를 함유하는 층으로 이루어진 단층 또는 적층 구조를 구비할 수 있다. 상기 원소를 다수 포함하는 합금으로서, 예를 들면, Al, Ti과 C를 포함하는 합금, Al과 Ni, Al과 C를 포함하는 합금, Al, Ni과 C를 포함한 합금, 또는 Al과 Mo을 포함하는 합금 등을 이용할 수 있다. 또한, Al을 전극으로서 이용하면, 전극을 발광층으로부터 방출된 빛을 반사시키고자 하는 경우에 반사율이 높다는 이점이 있다.
제1층(103)은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층으로 형성한다. 산화물 반도체 또는 금속 산화물의 구체예로서, 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(VOx), 루테늄 산화물(RuOx), 텅스텐 산화물(WOx), 코발트산화물(CoOx), 니켈 산화물(NiOx), 구리 산화물(CuOx) 등을 들 수 있다. 별법으로, 인듐 주석 산화물(ITO), 아연 산화물(ZnO) 등을 이용할 수 있다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:α-NPD), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(N, N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), 또는 4,4'-비스(N-(4-(N, N-디-m-톨릴아미노)페닐)-N-페닐아미노)비페닐(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민계(즉, 벤젠고리-질소의 결합을 갖는 화합물)의 화합물; 또는 프탈로시아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc), 또는 바나딜 프탈로시아닌(약칭: VOPc)의 프탈로시아닌 화합물을 이용할 수 있다. 여기에 기술된 물질은 주로 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 그러나, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면 전술한 물질 이외의 것을 이용할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 제1층(103)은 정공 주입성이 높은 층이다. 제1층(103)에 있어서, 층에 포함되는 정공 수송성이 높은 물질에 의해서 산화물 반도체 또는 금속 산화물의 응집이 억제된다. 즉, 제1층(103)의 결정화가 억제된다. 또한, 제1층(103)은 전술한 바와 같은 단층 구조 뿐만 아니라, 예를 들면 반도체와 정공 수송성이 높은 화합물을 포함하고, 그 혼합비가 상이한 2 또는 그 이상의 층으로 이루어진 적층 구조를 포함할 수도 있다. 전술한 구조는 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층의 결정화를 억제할 수 있으므로, 층을 두껍게 형성한 경우라도 저항의 증가가 적은 층을 형성할 수 있다.
또한, 제1층(103)은, 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성이 높은 화합물 이외에, 입체 장애(steric hindrance)가 큰(평면 구조가 아닌 공간 구조를 갖는다)화합물을 포함할 수도 있다. 입체 장애가 큰 화합물로서는, 5,6,11,12-테트라페닐테트라센(약칭: 루브렌)이 바람직하다. 별법으로서, 헥사페닐벤젠, t-부틸페릴렌, 9,10-디(페닐)안트라센, 쿠마린 545T 등도 이용할 수 있다. 이밖에, 덴드리머 등도 유효하다.
제2층(104)은 발광성이 높은 물질을 포함하는 층으로 형성한다. 발광 재료를 포함하는 제2층(104)은 크게 2종류로 나누어진다. 하나는 발광 물질의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는 재료로 이루어지는 층에 분상된 발광중심이 되는 발광재료를 포함하는 층이다. 다른 하나는 발광 재료만으로 발광층을 구성한 층이다. 전자는 농도 소광이 발생하기 어렵기 때문에 바람직한 구성이다. 발광 중심이 되는 발광 물질로서는, 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl)에테닐]-4H-pyr(약칭: DCJT), 4-디시아노메틸렌-2-t-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl)에테닐]-4H-pyra, 페리프란텐, 2,5-디시아노-1,4-비스[2-(10-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-yl)에테닐]벤젠, N,N'-디메틸 퀴나크리돈(약칭: DMQd), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3), 9,9'-비안트릴, 9,10-디페닐안트라센(약칭: DPA), 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌(약칭: TBP) 등을 들 수 있다. 상기 발광 재료가 분산되어 되는 층을 형성하는 경우에 모재가 되는 재료로서, 9,10-di(2-나프틸)-2-tert-부틸안트라센(약칭: t-BuDNA)과 같은 안트라센 유도체, 4,4'-비스(N-칼바조릴)비페닐(약칭: CBP)와 같은 카르바졸 유도체, 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노랄토)-4-페닐페노라트-알루미늄(약칭: BAlq), 비스[2-(2-히드록시페닐)피리지나토]아연(약칭: Znpp2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조오키사조라트]아연(약칭: ZnBOX) 등의 금속 착물을 이용할 수 있다. 발광 물질만으로 제2층(104)을 구성할 수 있는 재료로 서, 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3), 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노랄토)-4-페닐페노라토-알루미늄(약칭: BAlq) 등이 있다.
제2층(104)은 단층 또는 복수층으로 형성될 수 있다. 제2층(104)에서 발광 재료가 분산된 층과 제1층(103)과의 사이에 정공 수송층을 설치하여, 제2층(104)에 서 발광 재료가 분산된 층과 제3층(105) 사이에 전자 수송층을 설치할 수도 있다. 이러한 층의 어느 하나, 양자 모두 또는 어느 것도 설치하지 않을 수도 있다. 정공 수송층의 재료로서, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:α-NPD), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(N, N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), 또는 4,4'-비스(N-(4-(N, N-디-m-톨릴아미노)페닐)-N-페닐아미노)비페닐(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민계(즉, 벤젠고리-질소의 결합을 갖는 화합물)의 화합물; 또는 프탈로시아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc), 또는 바나딜 프탈로시아닌(약칭: VOPc)의 프탈로시아닌 화합물을 이용할 수 있다. 전자 수송층의 재료로서, 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노랄토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약칭: BAlq)과 같은 퀴놀린 스켈리톤 또는 벤조퀴놀린 스켈리톤을 갖는 금속 착물 등으로 이루어지는 재료를 이용할 수 있다. 상기 금속 착 물 이외에, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조오키사조레이트]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조치아조레이트]아연(약칭: Zn(BTZ)2)과 같은 옥사졸계 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착물 등의 재료도 이용할 수 있다. 상기 금속 착물 이외에, 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-yl]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 또는 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 화합물을 이용할 수 있다.
제3층(105)은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층으로 형성될 수 있다. 이 경우, 산화물 반도체 또는 금속 산화물로서 예를 들면 리튬 산화물(LiOx), 나트륨 산화물(NaOx) 등을 이용할 수 있다.
본 발명은 전술한 구성에 한정되지 않으며, 제3층(105)은 산화물 반도체 또는 금속 산화물, 전자 수송성이 높은 물질, 상기 전자 수송성 물질에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성 물질을 포함하는 층으로 형성할 수도 있다. 이 경우, 산화물 반도체 또는 금속 산화물로서 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(VOx), 루테늄 산화물(RuOx), 텅스텐 산화물(WOx), 코발트 산화물(CoOx), 니켈 산화물(NiOx), 구리 산화물(CuOx) 등을 이용할 수 있다. 별법으로, 인듐 주석 산화물(ITO)이나 아 연 산화물(ZnO), 리튬 산화물(LiOx), 나트륨 산화물(NaOx) 등을 이용할 수 있다.
또한, 상기 구성에서 전자 수송성이 높은 물질로서, 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노랄토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약칭: BAlq)과 같은 퀴놀린 스켈리톤 또는 벤조퀴놀린 스켈리톤을 갖는 금속 착물 등으로 이루어지는 재료를 이용할 수 있다. 별법으로서, 상기 금속 착물 이외에, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조오키사조레이트]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조치아조레이트]아연(약칭: Zn(BTZ)2)과 같은 옥사졸계 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착물 등의 재료도 이용할 수 있다. 상기 금속 착물 이외에, 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-yl]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 또는 바소큐프로인(약칭: BCP) 등을 이용할 수 있다. 전술한 물질은 주로 10-6 cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이라면 전술한 물질 이외의 것을 제3층(105)으로 이용할 수 있다. 또한, 전자 수송성 물질에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성 물질로서, 리튬(Li) 또는 세슘(Cs)과 같은 알칼리 마그네슘(Mg), 칼 슘(Ca), 또는 스트론튬(Sr)과 같은 알칼리 토류 금속, 에르븀 또는 이테르븀과 같은 희토류 금속, 또는 이들의 산화물이나 할로겐화물과 같은 화합물 등을 이용할 수 있다. 또한, 제3층(105)은 단층 뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어진 층이 2 이상의 층으로 적층한 층일 수도 있다. 전술한 구성 이외에, 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 정공 수송성이 높은 물질과, 상기 정공 수송성 물질에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성 물질(전자 주입을 향상시키는 기능을 갖는 물질)을 포함하는 층을 제3층(105)에 이용할 수도 있다.
전술한 구성은 제3층(105)의 결정화를 억제할 수 있으므로, 층을 두껍게 형성한 경우라도 저항의 증가가 적은 층을 형성할 수 있다.
제2전극(106)은 일 함수가 작은 (바람직하게는, 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들 혼합물 등으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 음극 재료의 구체예 로서, 원소 주기율의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉 Li 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, 및 Mg, Ca, 또는 Sr과 같은 알칼리 토류 금속, 및 상기 재료를 포함하는 합금(Mg:Ag 또는 Al:Li)이나 화합물(LiF, CsF 또는 CaF2)과 같은 희토류 금속을 포함하는 천이금속을 이용할 수 있다. 또한, 제2 전극(106)은 상기 재료와 상기 제1전극(102) 용으로 사용된 재료중 어느 하나를 적층하여 형성되거나, 상기 제1전극(102) 용으로 사용된 재료를 이용하여 형성될 수도 있다.
제1층(103), 제2층(104), 및 제3층(105)은 증착법, 전자빔 증착법, 또는 스퍼터링법으로 형성될 수 있다. 또한, 이러한 층에서 여러 종류의 재료를 포함하는 층을 각각의 재료를 동시에 증착하여 형성될 수 있다. 저항 가열 증착을 이용한 공증착법, 전자빔 증착을 이용한 공증착법, 저항 가열 증착과 전자빔 증착을 이용한 공증착법, 저항 가열 증착과 스퍼터링을 이용한 성막, 전자빔 증착과 스퍼터링을 이용한 성막과 같은 동종 또는 이종의 방법을 조합하여 형성할 수 있다. 또한, 3종류 이상의 재료를 포함하는 층을 형성하는 경우도 이와 유사하게 조합하여 형성될 수 있다.
별법으로서, 스핀 코트, 액적 토출법 또는 전술한 방법과 이것을 조합하여 상기 층을 형성할 수 있다. 액적 토출법은 도전막, 절연막 등의 재료를 포함하는 조성물의 액적(도트라고도 한다)를 선택적으로 토출(분사)하여 임의의 장소에 필름을 형성하는 방법이며, 그 방식에 따라서 잉크젯법라고도 불리고 있다. 각 전극 또는 각 층마다 다른 방법을 이용하여 형성할 수도 있다.
전술한 구성을 갖는 발광 소자에서, 제1전극(102)과 제2전극(106) 사이에 생성된 전위차에 의해 전류가 흐르고, 발광성이 높은 물질을 포함하는 층인 제2층(104)에서 정공과 전자가 결합하여 발광한다. 즉, 제2층(104)에 발광 영역이 형성된다. 그러나, 제2층(104)의 전체가 발광 영역으로서 기능할 필요는 없다. 예를 들면, 제2층(104)의 제1층(103)측 또는 제3층(105)측에만 발광 영역이 형성될 수도 있다.
제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제1전극(102) 및 제2전극(106) 중 어느 하나 또는 양자를 통해 외부로 추출된다. 따라서, 제1전극(102) 및 제2전극(106) 중 어느 하나 또는 양자는 투광성 물질로 이루어진다. 제1전극(102)만이 투광성을 갖 는 물질로 이루어지는 경우, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제1전극(102)을 통하여 기판(101)측으로 추출된다. 제2전극(106)만이 투광성을 갖는 물질로 이루어지는 경우, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제2전극(106)을 통하여 기판(101)의 대향 측면으로 추출된다. 제1전극(102) 및 제2전극(106)이 투광성을 갖는 물질로 이루어지는 경우, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제1전극(102) 및 제2전극(106)을 통하여 기판(101)측 및 기판(101)과 대향 측면의 양방으로부터 추출된다.
본 실시 형태에서, 기판(101)상에 제1전극(102), 제1층(103), 제2층(104), 제3층(105), 및 제2전극(106)이 순차적으로 적층되어 있다. 그러나, 본 발명은 상기 구성에 한정되지 않으며, 기판(101)상에 상기 적층 순서와 반대로 적층될 수도 있다. 즉, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 기판(101)상에 제2전극(106)이 형성되고, 제2전극(106) 위에 제3층(105), 제2층(104), 및 제1층(103)이 순차적으로 적층될 수 있으며, 그 위에 제1전극(102)이 제공될 수도 있다. 이러한 구성에서도, 제1전극(102) 및 제2전극(106)중 어느 하나 또는 양자를 투광성 재료로 형성하여, 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출되는 빛을 제1전극(102) 또는 제2전극(106) 중 어느 하나 또는 양자를 통해 외부로 추출할 수 있다.
본 실시 형태에서, 유리, 플라스틱 등으로 이루어지는 기판 상에 발광 소자를 제작한다. 기판 상에 이러한 발광 소자를 다수 제작하여 패시브형 표시장치를 제작할 수 있다. 또한, 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 이외에, 예를 들면, 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판 상에 발광 소자를 형성할 수도 있다. 이에 따르면, TFT에 의해서 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 표시장치를 제작할 수 있다. TFT의 구조는 특별히 한정되지 않으며, 스태거형 TFT 또는 역스태거형 TFT도 가능하다. 또한, TFT 어레이 기판에 형성되는 구동 회로는 n형 TFT 또는 p형 TFT 또는 그 양자 모두를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1층과 제3층을 유기물과 무기물을 혼합한 구성으로 형성하는 것에 의하여, 이러한 층을 두껍게 형성하더라도 저항의 증가가 적다. 그러므로, 후막화하더라도 구동 전압이 증가하지 않는 발광 소자를 형성할 수 있다. 전술한 구성으로 제1층과 제3층의 결정화를 방지할 수 있으므로, 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광 소자를 두껍게 형성함으로써, 전극 사이의 단락을 방지하여, 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
(실시 형태 2)
본 실시 형태에서는 상기 실시 형태에서와 다른 발광 소자의 형태를 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명하기로 한다. 본 실시 형태에서, 상기 실시 형태와 동일한 구성에는 동일한 참조부호를 이용하여 지시한다.
본 실시 형태에서, 발광 소자(210)는 이를 지지하기 위한 기판(101) 상에 설치되고, 제1전극(102)과, 상기 제1전극(102) 위에 순차적으로 적층된 제1층(103), 제2층(104), 제3층(205), 및 제4층(206)과, 그리고 그 상방에 설치된 제2전극(106)을 구비한다(도 2a 내지 도 2c). 제4층(206)은 도 1a 내지 도 1c에서 제3층(105) 과 동일한 재료로 형성한다. 즉, 본 실시 형태에서, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 발광 소자(110)의 구성에서, 제2층(104)과 제3층(105) 사이에 새롭게 층이 마련되어 있다.
제3층(205)은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층으로 형성된다. 산화물 반도체 또는 금속 산화물로서, 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(VOx), 루테늄 산화물(RuOx), 텅스텐 산화물(WOx), 코발트산화물(CoOx), 니켈 산화물(NiOx), 구리 산화물(CuOx) 등을 들 수 있다. 별법으로, 인듐 주석 산화물(ITO), 아연 산화물(ZnO), 나트륨 산화물(NaOx) 등을 이용할 수 있다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질로서는, 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노랄토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약칭: BAlq)과 같은 퀴놀린 스켈리톤 또는 벤조퀴놀린 스켈리톤을 갖는 금속 착물 등으로 이루어지는 재료를 이용할 수 있다. 별법으로서, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조오키사조레이트]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조치아조레이트]아연(약칭: Zn(BTZ)2)과 같은 옥사졸계 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착물 등의 재료도 이용할 수 있다. 상기 금속 착물 이외에, 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-yl]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐 -5-(4-비페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 또는 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 화합물을 이용할 수 있다. 여기에 기술된 물질은 주로 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이라면, 전술한 물질 이외의 것을 제3층(205)의 재료로서 이용할 수 있다. 또한, 제3층(205)은 단층 뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어진 층이 2 이상 적층된 층일 수도 있다.
이러한 구성은 제3층(205)의 결정화를 억제할 수 있으므로, 층을 두껍게 형성한 경우라도 저항의 증가가 적은 층을 형성할 수 있다.
제1전극(102), 제2전극(106), 제1층(103), 제2층(104), 및 제4층(206)은 각각 상기 실시 형태에서 기술된 재료 중 어느 것도 이용할 수 있다. 또한, 제2층(104)으로부터 방출되는 빛은 제1전극(102) 또는 제2전극(106) 중 어느 하나 또는 양자 모두를 통해 외부로 추출된다. 따라서, 제1전극(102) 또는 제2전극(106) 중 어느 하나 또는 양자는 투광성 물질로 이루어진다. 제1전극(102)만이 투광성을 갖는 물질로 이루어지는 경우, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제1전극(102)을 통하여 기판(101)측으로 추출된다. 제2전극(106)만이 투광성을 갖는 물질로 이루어지는 경우, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제2전극(106)을 통하여 기판(101)의 대향 측면으로 추출된다. 제1전극(102) 및 제2전극(106)이 투광성을 갖는 물질로 이루어지는 경우, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제1전극(102) 및 제2전극(106)을 통하여 기판(101)측 및 기판(101)과 대향 측면의 양방으로부터 추출된다.
도 2a 내지 도 2c에서, 기판(101)상에 제1전극(102), 제1층(103), 제2층(104), 제3층(205), 제4전극(206), 및 제2전극(106)이 순차적으로 적층되어 있다. 그러나, 본 발명은 상기 구성에 한정되지 않으며, 기판(101)상에 상기 적층 순서와 반대로 적층될 수도 있다. 즉, 기판(101)상에 제2전극(106)이 형성되고, 제2전극(106) 위에 제4층(206), 제3층(105), 제2층(104), 및 제1층(103)이 순차적으로 적층될 수 있으며, 그 위에 제1전극(102)이 제공될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제1층, 제3층 및 제4층을 유기물과 무기물을 혼합한 구성으로 형성하는 것에 의하여, 이러한 층을 두껍게 형성하더라도 저항의 증가가 적다. 그러므로, 후막화하더라도 구동 전압이 증가하지 않는 발광 소자를 형성할 수 있다. 전술한 구성으로 제1층, 제3층 및 제4층의 결정화를 방지할 수 있으므로, 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광 소자를 두껍게 형성함으로써, 전극 사이의 단락을 방지하여, 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
본 실시 형태는 상기 실시 형태와 자유롭게 조합될 수 있다.
(실시 형태 3)
본 실시 형태에서 상기 실시 형태와 다른 발광 소자의 형태를 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명하기로 한다. 본 실시 형태에서 상기 실시 형태와 동일한 부재는 동일한 참조부호를 사용하여 지시한다.
본 실시 형태에서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 발광 소자(310)는 이를 지지하기 위한 기판(101)상에 설치되, 제1전극(102)과, 제1전극(102) 상방에 순차적으로 적층된 제1층(103), 제2층(104), 제3층(205), 및 제4층(207)과, 그 상방에 설치된 제2전극(106)을 구비한다. 즉, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 발광 소자(210)의 구성에서 제4층(206)이 다른 재료를 이용하여 형성된 층으로 교체되어 있다.
제4층(207)은 전자 수송성이 높은 물질과 상기 전자 수송성 재료에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성 물질(전자 주입을 향상시키는 능을 갖는 물질) 양자를 포함하는 층으로 형성된다. 상기 전자 수송성의 물질로서는 예를 들면 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노랄토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약칭: BAlq)과 같은 퀴놀린 스켈리톤 또는 벤조퀴놀린 스켈리톤을 갖는 금속 착물 등으로 이루어지는 재료를 이용할 수 있다. 별법으로서, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조오키사조레이트]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조치아조레이트]아연(약칭: Zn(BTZ)2)과 같은 옥사졸계 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착물 등의 재료도 이용할 수 있다. 상기 금속 착물 이외에, 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-yl]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부 틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 또는 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 화합물을 이용할 수 있다. 전자 수송성 재료에 전자를 부여할 수 있는 전자 공여성의 물질로서는 예를 들면 리튬(Li) 또는 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 또는 스트론튬(Sr)과 같은 알칼리 토류 금속, 에르븀 또는 이테르븀과 같은 희토류 금속, 또는 이들 산화물이나 할로겐화물과 같은 화합물 등을 이용할 수 있다. 전자 수송성 재료와의 조합에 따라 전자 공여가 가능한 전자 공여성 재료를 선택한다.
본 발명은 전술한 구성에 한정되지 않으며, 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성 재료만으로 제4층(207)을 형성할 수도 있다.
제1전극(102), 제2전극(106), 제1층(103), 제2층(104), 및 제3층(205)은 각각 상기 실시 형태에서 기술된 재료 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 제2층(104)으로부터 방출되는 빛은 제1전극(102) 또는 제2전극(106) 중 어느 하나 또는 양자를 통해 외부로 추출된다. 따라서, 제1전극(102) 또는 제2전극(106) 중 어느 하나 또는 양자는 투광성을 갖는 물질로 이루어진다. 제1전극(102)만이 투광성 물질로 이루어지는 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제1전극(102)을 통해 기판(101) 측으로서 추출된다. 제2전극(106)만이 투광성 물질로 이루어지는 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제2전극(106)을 통해 기판(101)과 반대 방향으로 추출된다. 제1전극(102) 및 제2전극(106) 양자가 투광성 물질로 이루어지는 경우, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제2층(104)으로부터 방출된 빛은 제1전극(102) 및 제2전극(106)을 통해 기판(101) 측 으로 그리고 기판(101)과 반대방향으로 모두 추출된다.
도 3a 내지 도 3c에는, 기판(101) 상에 순차적으로 제1전극(102), 제1층(103), 제2층(104), 제3층(205), 제4층(207), 및 제2전극(106)이 적층되어 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않으며, 기판(101) 상에 상기 구성과 역순으로 적층될 수 있다. 즉, 기판(101)상에 제2전극(106), 상기 제2전극(106) 상방에 순차적으로 적층된 제4층(207), 제3층(205), 제2층(104), 및 제1층(103)과, 그 상방에 설치된 제1전극(102)으로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1층과 제3층을 유기물과 무기물을 혼합한 구성으로 하고 이러한 층을 두껍게 형성한 경우에도 저항의 증가가 적다. 그러므로, 후막화하더라도 구동 전압이 증가하지 않는 발광 소자를 형성할 수 있다. 또한, 전술한 구성으로 제1층과 제3층의 결정화를 방지할 수 있으므로, 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광 소자를 두껍게 형성함으로써, 전극 사이의 단락을 방지하여, 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
본 실시 형태는 상기 실시 형태와 자유롭게 조합될 수 있다.
(실시 형태 4)
본 실시 형태는 상기 실시 형태와 다른 발광 소자의 형태를 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명하기로 한다. 본 실시 형태에서, 상기 실시 형태와 동일한 부재는 동일한 참조부호를 사용하여 지시한다.
본 실시 형태에서, 상기 실시 형태에 기술된 구성에서 제2전극과 접촉하도록 새로운 층이 마련된다(도 4a 내지 도 4c). 즉, 도 4a는 도 1a 내지 도 1c에서 제3층(105)과 제2전극(106) 사이에 제4층(208a)을 새롭게 설치한 구성을 도시한다. 도 4b는 도 2에서 제4층(206)과 제2전극(106) 사이에 제5층(208b)을 새롭게 설치한 구성을 도시한다. 도 4c는 도 3a 내지 도 3c에서 제4층(207)과 제2전극(106) 사이에 제5층(208c)을 새롭게 설치한 구성을 도시한다.
새롭게 마련된 층(208a 내지 208c)은 제1층(103)의 재료와 동일한 재료를 이요하여 형성된다. 즉, 그 각각은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층으로 형성한다.
또한, 본 실시 형태에서, 상기 실시 형태와 같이, 제1전극(102) 또는 제2전극(106)중 어느 하나 또는 양자를 투광성 물질을 이용하여 형성되는 경우에, 제2층(104)으로부터 방출되는 빛은 제1전극(102) 또는 제2전극(106) 중 어느 하나 또는 양자를 통해 외부로 추출된다.
또한, 도 4a에서, 기판(101) 상에 순차적으로 제1전극(102), 제1층(103), 제2층(104), 제3층(105), 제4층(208a), 및 제2전극(106)이 적층되어 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않으며, 기판(101) 상에 상기 적층 순서와 반대로 적층될 수도 있다. 즉, 기판(101) 상에 제2전극(106)과, 상기 제2전극(106) 상방에 순차적으로 적층된 제4층(208a), 제3층(105), 제2층(104), 및 제1층(103)과, 그리고 그 위에 설치된 제1전극(102)으로 구성될 수 있다. 또한, 도 4b에서, 기판(101) 상에, 제2전극(106)과, 상기 제2전극(106) 상방에 순차으로 적층된 제5층(208b), 제4층(206), 제3층(205), 제2층(104), 및 제1층(103)과, 그리고 그 위에 설치된 제1전극(102)으로 구성될 수도 있다. 도 4c에서도, 기판(101) 상에 제2전극(106)과, 상기 제2전극(106) 상방에 순차적으로 적층된 제5 층(208c), 제4층(207), 제3층(205), 제2층(104), 및 제1층(103)과, 그리고 그 상방에 설치된 제1전극(102)으로 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 유기물과 무기물을 혼합한 구성으로 형성하는 것에 의하여, 이러한 층을 두껍게 형성하더라도 저항의 증가가 적다. 그러므로, 후막화하더라도 구동 전압이 증가하지 않는 발광 소자를 형성할 수 있다. 전술한 구성으로, 유기물과 무기물을 혼합한 층의 결정화를 방지할 수 있으므로, 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광 소자를 두껍게 형성함으로써, 전극사이의 단락을 방지하여, 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
본 실시 형태는 상기 실시 형태와 자유롭게 조합될 수 있다.
(실시 형태 5)
본 실시 형태에서는 상기 실시 형태에 기술된 발광 소자를 포함하는 표시장치의 단면도의 일 형태를 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 설명하기로 한다.
도 6a 내지 도 6c에서, 사각의 점선으로 둘러싸이고 있는 부분은 본 발명의 발광 소자(12)를 구동하기 위하여 설치되는 트랜지스터(11)이다. 발광 소자(12)는 복수의 층이 적층된 층(15)이 제1전극(13)과 제2전극(14) 사이에 개재되어 있으며, 상기 실시 형태에 기술된 구성 중 어느 하나를 갖는다. 트랜지스터(11)의 드레인과 제1전극(13)은 제1층간절연막[16(16a, 16b, 16c)]를 관통하는 배선(17)에 의해 서 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 발광 소자(12)는 배리어 층(18)에 의해서 인접하여 설치되는 별도의 발광 소자와 분리되어 있다. 이러한 구성을 갖는 표시장치는 본 실시 형태에서 기판(10) 상에 설치된다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 트랜지스터(11)는 게이트 전극이 반도체층에 대향하여 설치되어 있는 톱 게이트형이다. 그러나, 트랜지스터(11)의 구조에 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 하부 게이트형이 이용될 수 있다. 하부 게이트의 경우에, 채널을 형성하는 반도체층 상방에 보호막이 형성되어 있는 구성(채널 보호형) 또는 채널을 형성하는 반도체층의 일부에 오목부가 형성된 구성(채널 에치형)을 구비할 수도 있다. 참조부호 21은 게이트 전극, 22는 게이트 절연막, 23은 반도체층, 24는 n형 반도체층, 17은 전극, 16a는 보호막이다.
별법으로서, 트랜지스터(11)에 포함된 반도체층은 결정성 또는 비결정성 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 세미-비정질 등일 수도 있다.
세미-비정질 반도체의 특징은 다음과 같다. 비정질 구조와 결정 구조(단결정 및 다결정을 포함)의 중간 구조를 가지며, 자유 에너지 관점에서 안정한 제3 상태를 가지고, 단거리 질서(short-range order)와 격자 왜곡을 갖는 결정질 영역을 포함하는 것이다. 적어도 막의 일부 영역은 0.5 내지 20nm의 결정 입자를 포함하고 있다. 라만 스펙트럼이 520cm-1보다도 낮은 파수측으로 시프트한다. X선 회절에서 실리콘 결정 격자에 의하여 (111) 또는 (220)의 회절 피크가 관측된다. 댕글링 결합(dangling bond)을 한정하기 위하여 수소 또는 할로겐을 적어도 1원자% 또 는 그 이상 포함한다. 이것은 또한 미소결정(microcrystalline) 반도체라고도 불리운다. 세미-비정질 반도체는 규화물 기체를 글로우 방전 분해(플라즈마 CVD)하여 형성된다. 규화물 기체로서 SiH4가 제공된다. 그 외에, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 규화물 기체로서 이용할 수도 있다. 규화물 기체를 H2, 또는 H2와 He, Ar, Kr, Ne에서 선택된 하나 이상의 희가스 원소로 희석할 수 있다. 희석율은 2 내지 1000배의 범위, 압력은 약 0.1Pa 내지 133Pa의 범위, 전원 주파수는 1MHz 내지 120MHz, 바람직하게는 13MHz 내지 60MHz이다. 기판 가열 온도는 300 이하, 바람직하게는 100 내지 250 일 수 있다. 막의 불순물 원소로서, 산소, 질소, 또는 탄소와 같은 대기 성분의 불순물 농도가 1×1020/cm3, 특히, 산소 농도가 5×1019/cm3 이하, 바람직하게는 1×1019/cm3 이하가 바람직하다. 세미-비정질 반도체를 이용한 TFT(박막트랜지스터)의 이동도는 약 1 내지 10cm2/Vsec 이다.
결정성 반도체층의 구체예로서, 단결정 또는 다결정 실리콘, 또는 실리콘 게르마늄 등으로 이루어진 층을 들 수 있다. 이것은 레이저 결정화에 의하여 형성될 수 있거나, 예를 들면 니켈을 이용한 고상 성장법을 통한 결정화에 의하여 형성될 수 있다.
반도체층이 비정질의 물질, 예를 들면 비정질 실리콘으로 형성되는 경우, 트랜지스터(11) 및 다른 모든 트랜지스터(발광 소자를 구동하기 위한 회로를 구성하는 트랜지스터)는 n-채널형 트랜지스터인 회로를 갖는 표시장치가 바람직하다. 그 이외에, 표시장치는 n-채널형 트랜지스터 또는 p-채널형 트랜지스터 중 어느 하나를 갖는 회로를 구비하거나, 이들 양자의 트랜지스터로 구성된 회로를 구비할 수 있다.
제1층간 절연막(16)은 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 다층 구조 도는 단층 구조를 구비할 수도 있다. 층간 절연막(16a)은 산화규소 또는 질화규소와 같은 무기물로 이루어진다. 층간 절연막(16b)은 아크릴이나 실록산 수지와 같은 실록산 재료, 산화규소와 같은 코팅에 의하여 막을 형성할 수 있는 자기평탄성(self-planarizing) 물질로 이루어진다. 또한, 층간 절연막(16c)은 아르곤(Ar)을 포함하는 질화규소막으로 이루어진다. 실록산 재료는 Si-O-Si 결합을 포함하는 재료에 해당한다. 실록산은 실리콘(Si)과 산소(O)의 결합으로 형성된 스켈리톤을 갖는다. 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기(예를 들면, 알킬기 또는 방향족 탄화수소)가 이용된다. 치환기로서 플루오로기를 이용할 수도 있다. 별법으로서, 치환기로서 적어도 수소를 포함하는 유기기와, 플루오로기를 이용할 수도 있다. 각 층을 구성하는 물질에 대하여 특별히 한정하지 않으며, 전술한 재료 이외의 재료도 이용할 수 있다. 전술한 물질 이외의 물질로 형성된을 또한 조합할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1층간 절연막(16)은 무기물과 유기물 중 어느 하나 또는 그 양자로 형성될 수 있다.
배리어 층(18)은 곡률 반경이 연속적으로 변화하는 엣지부 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 배리어 층(18)은 아크릴이나 실록산 수지와 같은 실록산 재료, 레지스트, 산화규소 등을 이용하여 형성된다. 배리어 층(18)은 무기물 또는 유기 물 중 어느 하나 또는 그 양자로 형성될 수 있다.
도 6a 및 도 6c에서, 제1층간 절연막(16)만이 트랜지스터(11)와 발광 소자(12) 사이에 설치되어 있다. 그러나, 도 6b와 같이, 제1층간 절연막[16(16a, 16b)] 이외에 제2층간 절연막[19(19a, 19b)]이 마련될 수도 있다. 도 6b에 도시된 표시장치에 있어서, 제1전극(13)은 제2층간 절연막(19)을 관통하여 배선(17)과 접속한다.
제2층간 절연막(19)은 제1층간 절연막(16)과 같이 다층 구조 또는 단층 구조를 구비할 수 있다. 제2층간 절연막(19a)은 아크릴이나 실록산 수지와 같은 실록산 재료, 산화규소와 같은 코팅에 의하여 막을 형성할 수 있는 자기평탄성 물질로 이루어진다. 또한, 층간 절연막(19b)은 아르곤(Ar)을 포함하는 질화규소막으로 이루어진다. 각 층을 구성하는 물질에 대하여 특별히 한정하지 않으며, 전술한 재료 이외의 재료도 이용할 수 있다. 전술한 물질 이외의 물질로 형성된을 또한 조합할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2층간 절연막(19)은 무기물과 유기물 중 어느 하나 또는 그 양자로 형성될 수 있다.
발광 소자(12)에서, 제1전극 및 제2전극 모두가 투광성 물질로 구성되어 있는 경우, 도 6a에서 윤곽선 화살표로 지시된 바와 같이 제1 전극(13) 측과 제2전극(14) 측의 모두로부터 발광을 추출할 수 있다. 제2전극(14)만이 투광성 물질로 구성되어 있는 경우, 도 6b에서 윤곽선 화살표로 지시된 바와 같이 제2 전극(14) 측으로부터만 발광을 추출할 수 있다. 이 경우, 제1전극(13)은 반사율이 높은 재료로 구성되거나, 또는 반사율이 높은 재료로 이루어지는 막(반사막)이 제1전 극(13) 하방에 설치되는 것이 바람직하다. 제1전극(13)만이 투광성 물질로 구성되어 있는 경우, 도 6c의 윤곽선 화살표로 지시된 바와 같이 제1전극(13) 측으로부터만 발광을 추출할 수 있다. 이 경우, 제2전극(14)은 반사율이 높은 재료로 구성되어 있거나 또는 반사막이 제2전극(14)의 상부에 설치되는 것이 바람직하다.
제1전극 또는 제2전극을 투광성 물질로 구성하는 경우, 제1전극 또는 제2전극의 재료로서 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐 아연(IZO), 규소를 함유한 인듐 주석 산화물, 갈륨을 첨가한 산화 아연(GZO) 등의 투광성 산화물 도전 재료를 이용할 수 있다.
한편, 제1전극 또는 제2전극을 반사율이 높은 재료로 구성하는 경우, 제1전극 또는 제2전극의 재료로서 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 탄소(C), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 및 티탄(Ti)으로부터 선택된 원소 또는 상기 원소를 다수 포함하는 합금으로 이루어진 단층 구조 또는 적층 구조를 이용할 수 있다. 별법으로서, 예를 들면, Al, Ti 및 C를 포함하는 합금, Al과 Ni를 포함하는 합금, Al과 C를 포함하는 합금, Al, Ni와 C를 포함하는 합금 또는 Al과 Mo을 포함하는 합금 등을 이용할 수 있다. Al 또는 Al 합금을 전극으로서 이용하는 경우, 높은 반사율을 얻을 수 있다. 반사막을 형성하는 경우, 유사한 재료를 이용하여 형성할 수 있다.
발광 소자(12)에서, 제1전극(13)의 전위보다 제2전극(14)의 전위가 높도록 전압을 인가할 때 동작하도록 층(15)이 적층될 수 있거나, 제1전극(13)의 전위보다 제2전극(14)의 전위가 낮도록 전압을 인가할 때 동작하도록 층(15)이 적층될 수 있 다. 전자의 경우, 트랜지스터(11)는 n-채널형 트랜지스터이며, 후자의 경우, 트랜지스터(11)는 p-채널형 트랜지스터이다.
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에서 트랜지스터에 의해서 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브형 표시장치에 관해서 설명하였다. 그러나, 트랜지스터와 같은 구동 소자를 특별히 설치하지 않고서 발광 소자를 구동시키는 패시브형 표시장치를 이용할 수도 있다. 패시브형 표시장치는 낮은 구동 전압으로 동작하는 본 발명의 발광 소자를 포함하는 경우에 낮은 전력 소비로 구동될 수 있다.
본 실시 형태는 상기 실시 형태와 자유롭게 조합될 수 있다.
(실시 형태 6)
본 실시 형태에서는 디스플레이 기능을 갖는 표시장치의 회로 구성을 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 7은 상기 실시 형태에서 기술된 발광 소자를 적용한 표시장치의 평면도이다. 도 7에서, 기판(6500) 상에는 화소부(6511)와, 소스 신호선 구동 회로(6512)와, 기록용 게이트 신호선 구동 회로(6513), 및 소거용 게이트 신호선 구동 회로(6514)가 설치된다. 소스 신호선 구동 회로(6512)와, 기록용 게이트 신호선 구동 회로(6513), 및 소거용 게이트 신호선 구동 회로(6514)는 각각 배선 그룹을 통해 외부 입력 단자인 가요성 인쇄 회로(FPC)(6503)와 접속된다. 소스 신호선 구동 회로(6512)와, 기록용 게이트 신호선 구동 회로(6513), 및 소거용 게이트 신호선 구동회로(6514) 각각은 FPC(6503)으로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 수신한다. FPC(6503)에는 인쇄 배선 기판(PWB)(6504)이 부착되어 있다. 구동 회로부는 전술한 바와 같이 반드시 화소부(6511)와 동일 기판 상에 설치될 필요는 없고, 예를 들면, 배선 패턴이 형성된 FPC 상에 IC칩을 실장한 것(TCP)을 이용하여 기판 외부에 설치될 수 있다.
화소부(6511)에는 열(column) 방향으로 연장된 복수의 소스 신호선이 행(row) 방향으로 배열되어 있다. 전류 공급선이 또한 행방향으로 배열되어 있다. 또한, 화소부(6511)에는 행방향으로 연장하는 복수의 게이트 신호선이 열방향으로 배열되어 있다. 또한, 화소부(6511)에는 발광 소자를 포함하는 한 셋트의 회로가 복수개 배열되어 있다.
도 8은 하나의 화소를 동작시키기 위한 회로를 도시한다. 도 8에 도시된 회로는 제1 트랜지스터(901), 제2 트랜지스터(902), 및 발광 소자(903)가 포함되어 있다.
제1 트랜지스터(901)와 제2 트랜지스터(902)는 각각 게이트 전극과, 드레인 영역과, 소스 영역을 포함하는 3단자 소자이며, 드레인 영역과 소스 영역 사이에 채널 영역을 갖는다. 소스 영역과 드레인 영역은 트랜지스터의 구조, 동작 조건 등에 따라 변화한다. 따라서, 소스 영역 또는 드레인 영역을 결정하는 것이 곤란이다. 그래서, 본 실시 형태에서, 소스 또는 드레인으로서 각각 기능하는 영역을 각각 제1전극 및 제2전극이라고 표기한다.
게이트 신호선(911)과 기록용 게이트 신호선 구동 회로(913)가 스위치(918)에 의하여 전기적으로 상호 접속 또는 분리되도록 설치된다. 게이트 신호선(911) 과 소거용 게이트 신호선 구동 회로(914)는 스위치(919)에 의하여 전기적으로 접속 또는 분리되도록 설치된다. 소스 신호선(912)은 스위치(920)에 의하여 소스 신호선 구동 회로(915) 또는 전원(916) 중 어느 하나에 전기적으로 접속된다. 그리고, 제1 트랜지스터(901)의 게이트는 게이트 신호선(911)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 제1 트랜지스터(901)의 제1전극은 소스 신호선(912)에 전기적으로 접속하고, 제2전극은 제2 트랜지스터(902)의 게이트 전극과 전기적으로 접속하고 있다. 제2 트랜지스터(902)의 제1전극은 전류 공급선(917)과 전기적으로 접속한다. 제2 트랜지스터(902)의 제2전극은 발광 소자(903)에 포함되는 하나의 전극과 전기적으로 접속된다. 스위치(918)는 기록용 게이트 신호선 구동 회로(913)에 포함될 수도 있다. 또한 스위치(919)는 소거용 게이트 신호선 구동 회로(914)에 포함될 수도 있다. 또한, 스위치(920)는 소스 신호선 구동 회로(915)에 포함될 수도 있다.
화소부에서 트랜지스터, 발광 소자 등의 배치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 9의 평면도에 나타낸 바와 같이 상기 소자를 배치할 수 있다. 도 9에서, 제1 트랜지스터(1001)의 제1전극은 소스 신호선(1004)에 접속되고, 제2 전극은 제2 트랜지스터(1002)의 게이트 전극에 접속된다. 또한, 제2 트랜지스터의 제1전극은 전류 공급선(1005)에 접속하고, 제2전극은 발광 소자의 전극(1006)에 접속된다. 게이트 신호선(1003)의 일부는 제1 트랜지스터(1001)의 게이트 전극으로서 기능한다.
상기 실시 형태에서 기술된 발광 소자는 발광 시간의 축적에 따른 구동 전압의 증가가 미미하여 신뢰성이 높은 소자이다. 따라서, 발광 소자를 화소부에 적용 하는 것으로, 소비 전력의 증가가 적은 표시장치를 얻을 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에서 기술된 발광 소자는 구동 전압의 상승을 억제한 상태로 후막화가 가능하고, 전극 사이의 단락을 막는 것이 용이하기 때문에, 상기 실시 형태에 기술된 발광 소자를 화소부에 적용하는 것으로, 단락에 기인한 결함이 적은 양호한 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 얻을 수 있다.
본 실시 형태는 상기 실시 형태와 자유롭게 조합될 수 있다.
(실시 형태 7)
상기 실시 형태에서 기술된 발광 소자를 이용하여 형성된 표시장치의 예로서, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이), 네비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카 오디오, 오디오 콤포넌트 등), 컴퓨터, 게임기기, 휴대용 정보 단말기(모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 전자서적 등), 기록 매체를 갖는 화상 재생 장치(구체적으로, DVD와 같은 기록 매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 디스플레이를 구비하는 장치)가 있다. 이러한 표시장치의 구체예가 도 10에 도시되어 있다.
도 10a는 텔레비전 수상기를 도시하는 것으로, 섀시(2001), 지지대(2002), 표시부(2003),스피커부(2004), 비디오 입력 단자(2005) 등을 포함한다. 상기 실시 형태에 도시된 발광 소자를 표시부(2003) 용으로 이용하여 텔레비전 수상기를 제작할 수 있다. 본 발명의 발광 소자를 표시부(2003) 용으로 이용하면, 결함이 적은 선명한 화상을 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있다.
도 10b는 디지털 카메라를 도시하는 것으로, 본체(2101), 표시부(2102), 수상부(2103), 조작키(2104), 외부 접속 포트(2105), 셔터(2106) 등을 포함한다. 상기 실시 형태에서 도시된 발광 소자를 표시부(2102) 용으로 이용하여 디지틀 카메라를 제작할 수 있다. 본 발명의 발광 소자를 표시부(2102) 용으로 이용함으로써 결함이 적은 선명한 화상을 표시할 수 있다. 또한, 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있으므로, 배터리의 수명을 연장시키는 것이 가능하다.
도 10c는 컴퓨터를 도시하는 것으로, 본체(2201), 섀시(2202), 표시부(2203), 키보드(2204), 외부 접속 포트(2205), 포인팅 마우스(2206) 등을 포함한다. 상기 실시 형태에 기술된 발광 소자를 표시부(2203) 용으로 이용하여 컴퓨터를 제작할 수 있다. 본 발명의 발광 소자를 표시부(2203) 용으로 이용함으로써 결함이 적은 선명한 화상을 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있다. 또한, 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있으므로, 배터리의 수명을 연장시키는 것이 가능하다.
도 10d는 모바일 컴퓨터를 도시하는 것으로, 본체(2301), 표시부(2302), 스위치(2303), 조작키(2304), 적외선 포트(2305) 등을 포함한다. 상기 실시 형태에 기술된 발광 소자를 표시부(2302) 용으로 이용하여 모바일 컴퓨터를 제작할 수 있다. 본 발명의 발광 소자를 표시부(2302) 용으로 이용함으로써 결함이 적은 선명한 화상을 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있다. 또한, 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있으므로, 배터리의 수명을 연장시키는 것이 가능하다.
도 10e는 기록 매체를 갖는 휴대형 화상 재생 장치(DVD 재생 장치 등)를 도시하는 것으로, 본체(2401), 섀시(2402), 표시부 A(2403), 표시부 B(2404), 기록매 체(DVD 등) 판독부(2405), 조작키(2406), 스피커부(2407) 등을 포함한다. 표시부A(2403)는 주로 화상정보를 표시하여, 표시부 B(2404)는 주로 문자정보를 표시한다. 상기 실시 형태에 개시된 발광 소자를 표시부 A(2403) 또는 표시부 B(2404) 용으로 이용하여 화상 재생 장치를 제작할 수 있다. 또한, 기록 매체를 구비하는 화상 재생 장치에는 게임기기 등도 포함된다. 본 발명의 발광 소자를 표시부 A(2403) 또는 표시부 B(2404) 용으로 이용함으로써 결함이 적은 선명한 화상을 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있다. 또한, 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있으므로, 배터리의 수명을 연장시키는 것이 가능하다.
도 10f는 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이)를 도시하는 것으로, 본체(2501), 표시부(2502), 아암부(2503) 등을 포함한다. 상기 실시 형태에 개시된 발광 소자를 표시부(2502) 용으로 이용하여 고글형 디스플레이를 제작할 수 있다. 본 발명의 발광 소자를 표시부(2502) 용으로 이용함으로써 결함이 적은 선명한 화상을 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있다. 또한, 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있으므로, 배터리의 수명을 연장시키는 것이 가능하다.
도 10g는 비디오 카메라를 도시하는 것으로, 본체(2601), 표시부(2602), ㅅ섀시(2603), 외부 접속 포트(2604), 리모콘 수신부(2605), 수상부(2606), 배터리(2607), 음성 입력부(2608), 조작키(2609), 접안부(2610) 등을 포함한다. 상기 실시 형태에 개시된 발광 소자를 표시부(2602) 용으로 이용하여 비디오 카메라를 제작할 수 있다. 본 발명의 발광 소자를 표시부(2602) 용으로 이용함으로써 결함이 적은 선명한 화상을 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있다. 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있으므로, 배터리(2607)의 수명을 연장시키는 것이 가능하다.
도 10h는 휴대 전화기를 도시하는 것으로, 본체(2701), 섀시(2702), 표시부(2703), 음성 입력부(2704), 음성 출력부(2705), 조작키(2706), 외부 접속 포트(2707), 안테나(2708) 등을 포함한다. 상기 실시 형태에 개시된 발광 소자를 표시부(2703) 용으로 이용하여 휴대 전화기를 제작할 수 있다. 본 발명의 발광 소자를 표시부(2703) 용으로 이용함으로써 결함이 적은 선명한 화상을 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있다. 또한, 낮은 구동 전압으로 표시할 수 있으므로, 배터리의 수명을 연장시키는 것이 가능하다.
또한, 전술한 전자기기 외에, 프론트 또는 리어 프로젝터 용으로 이용하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 적용 범위는 모든 분야의 표시장치에 적용될 수 있을 정도로 넓다. 본 실시 형태는 상기 실시 형태와 자유롭게 조합될 수 있다.
실시예 1
본 실시예에서 상기 실시 형태에서 기술된 소자 구조의 특성을 설명하기로 한다.
본 실시예로서 기판 상에 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법으로 성막하여 제1전극을 형성한다. 다음, 제1전극 상에 몰리브덴 (VI) 산화물과 NPB를 공증착법으로 성막하여 몰리브덴 산화물(MoOx)과 NPB를 포함하는 제1층을 형성한다. 제1층은 몰리브덴 산화물과 NPB의 질량비가 1:4가 되도록 조절하여, 막 두께가 50nm가 되도록 형성한다. 공증착(co-evaporation)이란 용어는 다수의 증발원에서 동시에 증착을 하는 증착법을 일컫는다. 다음, 제1층 상에 NPB를 진공 증착법으로 성막하여, 막 두께가 10nm가 되도록 NPB를 포함하는 제2층을 형성한다. 다음, 제2층 상에 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3)과 쿠마린6을 공증착법으로 성막하여, Alq3와 쿠마린6을 포함하는 제3층을 형성한다. Alq3과 쿠마린6의 질량비는 1:0.005가 되도록 조절한다. 이에 의해서, 쿠마린6은 Alq3의 속에 분산된 상태로 된다. 또한, 막 두께는 40nm가 되도록 한다. 다음, 제3층 상에 Alq3를 진공 증착법으로 성막하여, 막 두께가 20nm가 되도록 Alq3을 포함하는 제4층을 형성한다. 다음, 제4층 상에 Alq3와 Li2O(리튬산화물)을 공증착법으로 성막하여, Alq3와 Li2O를 포함하는 제5층을 형성한다. 제5층은 Alq3과 Li2O의 질량비가 1:0.01(소자 구조 1) 또는 1:0.05(소자 구조 2)가 되도록 조절하고, 막 두께가 어느 경우에도 10nm가 되도록 형성한다. 다음, 제5층 상에 알루미늄을 진공 증착법으로 성막하여, 막 두께가 200nm가 되도록 제2전극을 형성한다.
이하, 상기 소자 구조 1 및 소자 구조 2 각각의 소자 구조의 특성을 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 설명한다. 도 13a는 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸다. 도 13b는 전압-휘도 특성을 나타낸다. 도 13c는 휘도-전류 효율 특성을 나타낸다. 도 13a 내지 도 13c에서, ● 표시와 ○ 표시는 소자 구조 1의 발광 소자와 소자 구조 2의 발광 소자의 특성을 각각 나타낸다.
소자 구조 1에 관하여, 4.6V의 전압을 인가하면, 11.1mA/cm2의 전류 밀도로 전류가 흘러, 960cd/m2의 휘도로 발광한다. 이 때의 전류 효율은 8.7cd/A이다. 또한, 소자 구조 2에 관하여, 4.6V의 전압을 인가하면, 12.3mA/cm2의 전류 밀도로 전류가 흘러, 1100cd/m2의 휘도로 발광한다. 이 때의 전류 효율은 8.9cd/A이다. 따라서, 본 발명을 실시하여 낮은 전압으로 높은 휘도를 얻을 수 있는 것을 알았다.
실시예 2
본 실시예에서, 상기 실시 형태에 기술된 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층에서, 산화물 반도체 또는 금속 산화물의 농도를 변화시킨 경우에, 소자의 특성을 설명하기로 한다.
본 실시예에서, 산화물 반도체 또는 금속 산화물로서 몰리브덴 산화물(MoOx)을 이용하여 정공 수송성이 높은 물질로서 DNTPD 및 α-NPD의 2 물질을 이용한다. 그리고, 소자 구조 3 및 소자 구조 4로 이루어지는 2개의 소자 구조를 제작하여, 각각의 소자 구조에 대하여 몰리브덴 산화물의 농도를 변화시킨 경우의 소자의 특성을 고찰한다.
우선, 소자 구조 3의 제작 방법을 설명하기로 한다.
기판 상에 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법으로 성막하여 제1전극을 형성한다. 다음, 제1전극 상에 몰리브덴 산화물, DNTPD 및 루브렌을 공증착법으로 성막하여 몰리브덴 산화물, DNTPD 및 루브렌을 포함하는 제1층을 형성한다. 여기서, 막 두께는 120nm가 되도록 한다. 공증착법은 다수의 증발원에서 동시에 증착을 하는 증착법이다. 다음, 제1층 상에, α-NPB를 진공 증착법으로 성막하여 α-NPB를 포함하는 제2층을 형성한다. 여기서, 막 두께는 10nm가 되도록 한다. 다음, 제2층 상에 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3)으로 쿠마린6을 공증착법으로 성막하여, Alq3와 쿠마린6을 포함하는 제3층을 형성한다. 여기서, Alq3와 쿠마린6의 질량비는 1:0.005가 되도록 조절한다. 이에 의해서, 쿠마린6은 Alq3의 속에 분산된 상태가 된다. 또한, 막 두께는 40nm가 되도록 한다. 다음, 제3층 상에 Alq3을 진공 증착법으로 성막하여 Alq3을 포함하는 제4층을 형성한다. 막 두께는 40nm가 되도록 한다. 다음, 제4층 상에 LiF를 진공 증착법으로 성막하여, LiF를 포함하는 제5층을 형성했다. 여기서, 막 두께는 1nm가 되도록 한다. 다음, 제5층 상에 알루미늄을 진공 증착법으로 성막하여 제2전극을 형성한다. 막 두께는 200nm가 되도록 한다. 상기 구성으로 이루어진 구조를 소자 구조 3이라 한다.
다음, 소자 구조 4의 제작 방법을 설명하기로 한다.
우선, 기판 상에 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법으로 성막하여 제1전극을 형성한다. 다음, 제1전극 상에 몰리브덴 산화물과 α-NPD와 루브 렌을 공증착법으로 성막하여 몰리브덴 산화물과 α-NPD와 루브렌을 포함하는 제1층을 형성한다. 여기서, 막 두께는 120nm가 되도록 한다. 공증착법은 다수의 증발원에서 동시에 증착을 하는 증착법이다. 다음, 제1층 상방에 α-NPB를 진공증착법으로 성막하여, α-NPB를 포함하는 제2층을 형성한다. 여기서, 막 두께는 10nm가 되도록 한다. 다음, 제2층 상에 트리스(8-퀴놀리노랄토)알루미늄(약칭: Alq3)과 쿠마린6을 공증착법으로 성막하여, Alq3와 쿠마린6을 포함하는 제3층을 형성한다. 여기서, Alq3와 쿠마린6의 질량비는 1:0.0025가 되도록 조절한다. 이에 의해서, 쿠마린6은 Alq3의 속에 분산된 상태가 된다. 또한, 막 두께는 37nm가 되도록 한다. 다음, 제3층 상에 Alq3를 진공증착법으로 성막하여 Alq3을 포함하는 제4층을 형성한다. 여기서, 막 두께는 37nm가 되도록 한다. 다음, 제4층 상에 CaF2를 진공증착법으로 성막하여 CaF2를 포함하는 제5층을 형성한다. 여기서, 막 두께는 1nm가 되도록 한다. 다음, 제5층 상에 알루미늄을 진공증착법으로 성막하여 제2전극을 형성한다. 막 두께는 200nm가 되도록 한다. 상기 구성으로 이루어지는 구조를 소자 구조 4라 한다.
도 11 및 도 12는 소자 구조 3 및 소자 구조 4의 발광 소자가 휘도 1000cd/m2를 갖는 경우에 몰리브덴 산화물 농도-구동 전압 특성과 몰리브덴 산화물 농도-전류 효율 특성을 각각 도시한다. 도 11에 있어서, 횡축은 몰리브덴 산화물 농도(wt%), 종축은 휘도 1000cd/m2에서의 구동 전압(V)을 나타낸다. 또한, 도 12에 있어서, 횡축은 몰리브덴 산화물 농도(wt%), 종축은 휘도 1000cd/m2에서의 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 도 11 및 12에 있어서, ● 표식은 소자 구조 3의 발광 소자(발광 소자 1) 그리고 ▲ 표식은 소자 구조 4의 발광 소자(발광 소자 2)의 특성을 나타낸다.
도 11은, 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 휘도 1000cd/m2에서의 구동 전압은 MoOx 농도가 10 내지 30wt%인 경우에 급격히 저하하여, 그 이후로 일정한 것을 도시하고 있다. 한편, 도 12는, 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 휘도 1000cd/m2에서의 전류 효율은 MoOx 농도가 증가함에 따라서 감소하는 것을 도시하고 있다. 그러므로, 본 실시 형태에 기술된 소자 구조 3 및 소자 구조 4를 이용하는 경우에, 제1층에 포함되는 MoOx의 농도를 바람직하게는 5 내지 50wt%, 바람직하게는 15 내지 40wt%가 되도록 조정하여 소자 구조를 형성할 수 있다.
본 실시예는 상기 실시 형태와 자유롭게 조합될 수 있다.
(참조부호 설명)
101: 기판, 102: 제1전극, 103: 제1층, 104: 제2층, 105: 제3층, 106: 제2전극, 205: 제3층, 206: 제4층, 207: 제4층, 110: 발광 소자, 210: 발광 소자, 310: 발광 소자, 208a: 제4층, 208b: 제5층, 208c: 제5층, 10: 기판, 11: 트랜지스터, 12: 발광 소자, 13: 제1 전극, 14: 제2 전극, 15: 층, 16: 층간 절연층, 17: 배선, 18: 배리어 층, 19: 층간 절연층, 6500: 기판, 6503: 가요성 인쇄 회로(FPC), 6504: 인쇄 배선 기판(PWB), 6511: 화소부, 6512: 소오스 신호선 구동 회로, 6513: 기록용 게이트 신호선 구동 회로, 6514: 소거용 게이트 신호선 구동 회로, 901: 제1 트랜지스터, 902: 제2 트랜지스터, 903: 발광 소자, 911: 게이트 신호선, 912: 소오스 신호선, 913: 기록용 게이트 신호선 구동 회로, 914: 소거용 게이트 신호선 구동 회로, 915: 소오스 신호선 구동 회로, 916: 전원, 917: 전류 공급선, 918: 스위치, 919: 스위치, 920: 스위치, 1001: 제1 트랜지스터, 1002: 제2 트랜지스터, 1003: 게이트 신호선, 1004: 소오스 신호선, 1005: 전류 공급선, 1006: 전극, 2001: 섀시, 2002: 지지대, 2003: 표시부, 2004: 스피커부, 2005: 비디오 입력 단자, 2101: 본체, 2102: 표시부, 2103: 수상부, 2104: 조작키, 2105: 외부 접속 포트, 2106: 셔터, 2201: 본체, 2202: 섀시, 2203: 표시부, 2204: 키보드, 2205: 외부 접속 포트), 2206: 포인팅 마우스, 2301: 본체, 2302: 표시부, 2303: 스위치, 2304: 조작키, 2305: 적외선 포트, 2402: 본체, 2402: 섀시, 2403: 표시부 A, 2404: 표시부 B, 2405: 기록매체(DVD) 판독부, 2406: 조작키, 2407: 스피커부, 2501: 본체, 2502: 표시부, 2503: 아암부, 2601: 본체, 2602: 표시부, 2603: 섀시, 2604: 외부 접속 포트, 2605: 리모콘 수신부, 2606: 수상부, 2607: 배터리, 2608: 음성 입력부, 2609: 조작키, 2610: 접안부, 2701: 본체, 2702: 섀시, 2703: 표시부, 2704: 음성 입력부, 2705: 음성 출력부, 2706: 조작키, 2707: 외부 접속 포트, 2708: 안테나, 1: 발광 소자, 2: 발광 소자

Claims (32)

  1. 상호 대향하도록 설치된 한 쌍의 전극 사이에 개재된 복수의 층을 구비하는 발광 소자에 있어서,
    상기 복수의 층 중에서 적어도 하나는 발광 물질을 포함하는 층으로 이루어지며,
    상기 발광 물질을 포함하는 층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층과, 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 화소부에 제1항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 상호 대향하도록 설치된 한 쌍의 전극 사이에 개재된 복수의 층을 구비하는 발광 소자에 있어서,
    상기 복수의 층 중에서 적어도 하나는 발광 물질을 포함하는 층으로 이루어지며,
    상기 발광 물질을 포함하는 층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층과, 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질, 및 상기 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질에 전자를 공여할 수 있는 물질을 포함하는 층 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 화소부에 제3항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층 내지 제3층을 구비하며,
    상기 제1층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제2층은 발광물질을 포함하며,
    상기 제3층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1층은 몰리브덴 산화물과 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페 닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 화소부에 제5항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층 내지 제3층을 구비하며,
    상기 제1층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제2층은 발광물질을 포함하며,
    상기 제3층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질과, 상기 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질에 전자를 공여할 수 있는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1층은 몰리브덴 산화물과 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  10. 화소부에 제8항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층 내지 제4층을 구비하며,
    상기 제1층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제2층은 발광물질을 포함하며,
    상기 제3층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제4층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질과, 상기 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질에 전자를 공여할 수 있는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1층은 몰리브덴 산화물과 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  13. 화소부에 제11항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층 내지 제4층을 구비하며,
    상기 제1층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제2층은 발광물질을 포함하며,
    상기 제3층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제4층은 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질과, 상기 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질에 전자를 공여할 수 있는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1층은 몰리브덴 산화물과 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  16. 화소부에 제14항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층 내지 제4층을 구비하며,
    상기 제1층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제2층은 발광물질을 포함하며,
    상기 제3층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제4층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1층 및 제4층은 동일한 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1층은 몰리브덴 산화물과 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  20. 화소부에 제17항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  21. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층 내지 제4층을 구비하며,
    상기 제1층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제2층은 발광물질을 포함하며,
    상기 제3층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질과, 상기 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질에 전자를 공여할 수 있는 물질을 포함하고,
    상기 제4층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송 성이 높은 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1층 및 제4층은 동일한 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제1층은 몰리브덴 산화물과 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  24. 화소부에 제21항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  25. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층 내지 제5층을 구비하며,
    상기 제1층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송 성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제2층은 발광물질을 포함하며,
    상기 제3층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제4층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질과, 상기 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질에 전자를 공여할 수 있는 물질을 포함하며,
    상기 제5층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1층 및 제5층은 동일한 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제1층은 몰리브덴 산화물과 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  28. 화소부에 제25항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  29. 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극 사이에 순차적으로 적층된 제1층 내지 제5층을 구비하며,
    상기 제1층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제2층은 발광물질을 포함하며,
    상기 제3층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질을 포함하고,
    상기 제4층은 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질과, 상기 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질에 전자를 공여할 수 있는 물질을 포함하며,
    상기 제5층은 산화물 반도체 또는 금속 산화물과, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제1층 및 제5층은 동일한 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소 자.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 제1층은 몰리브덴 산화물과 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  32. 화소부에 제29항에 따른 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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