KR20080110747A - 발광소자, 표시장치 및 전자기기 - Google Patents

발광소자, 표시장치 및 전자기기 Download PDF

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Abstract

저전압 구동이 가능한 무기 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 발광소자를 사용하여 소비전력이 낮은 표시장치 및 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 발광소자는, 제1 전극과 제2 전극과의 사이에, 발광 물질을 함유하는 층과, 그 발광 물질을 함유하는 층과 접하는 전자 공급층을 가지고 있다. 상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 또는 질화물인 모체 재료와, 불순물 원소를 적어도 포함하고, 상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함한다.
발광소자, 발광 물질 함유 층, 전자 공급층, 모체 재료, 불순물 원소, 절연층, 정공 공급층

Description

발광소자, 표시장치 및 전자기기{Light-emitting element, display device, and electronic appliance}
본 발명은 일렉트로루미네슨스(electroluminescence)를 이용한 발광소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 발광소자를 가지는 표시장치 및 전자기기에 관한 것이다.
근년, 일렉트로루미네슨스(EL)를 이용한 발광소자의 연구 개발이 활발하게 행해지고 있다. 발광소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극 사이에 발광성 물질을 끼워 이루어지는 것으로서, 양 전극 사이에 전압을 인가함으로써 발광성 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이와 같은 발광소자는 자기발광형이기 때문에, 액정 디스플레이에 비하여 시야각이 넓고 시인성(視認性)이 우수하다는 점에 더하여, 응답 속도가 빠르고, 박형 경량화가 가능하다는 특징을 가지고 있다.
또한, 일렉트로루미네슨스를 이용한 발광소자는, 발광성 물질이 유기 화합물인지 무기 화합물인지에 따라 구별되고, 일반적으로, 전자(前者)는 유기 발광소자, 후자는 무기 발광소자라고 불리고 있다. 또한, 이들 발광소자는, 발광성 물질이 상이하다는 것뿐만 아니라, 발광 기구나 특징에 있어서도 각각 다르다.
이들 발광소자 중 무기 발광소자(1500)는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 전극(제1 전극(1502) 및 제2 전극(1510)) 사이에 절연층(제1 절연층(1504) 및 제2 절연층(1508))으로 협지한 발광층(1506)을 가지는 이중 절연 구조를 가지는 것이 알려져 있다. 이와 같은 무기 발광소자는 한 쌍의 전극 사이에 교류 전압을 인가함으로써 발광이 얻어지고 있다(예를 들어, 문헌 1: 일본국 공개특허공고 평6-96861호 공보 참조).
또한, 무기 발광소자는 그 소자 구성에 따라 분산형 무기 발광소자와 박막형 무기 발광소자로 분류된다. 전자는 발광 재료의 입자를 바인더 중에 분산시킨 발광층을 가지고, 후자는 발광 재료의 박막으로 이루어지는 발광층을 가지고 있다는 점에 차이가 있지만, 고전계로 가속된 전자를 필요로 하는 점에서는 공통이다.
또한, 무기 발광소자의 발광 메카니즘으로는, 금속 이온의 내각 전자 천이를 이용하는 국재(局在)형 발광과, 도너 준위와 억셉터 준위를 이용하는 도너-억셉터 재결합형 발광이 있다. 일반적으로, 박막형 무기 발광소자에서는 국재형 발광인 경우가 많고, 분산형 무기 발광소자에서는 도너-억셉터 재결합형 발광인 경우가 많다.
무기 발광소자는, 높은 전계로 가속된 전자의 발광 중심에의 충돌 여기에 의해 발광이 얻어지는 발광 기구를 가지기 때문에, 무기 발광소자에 수백 V의 전압을 인가하는 것이 필요하게 되어 있다. 그 때문에, 디스플레이 패널 등에 무기 발광소자를 적용하는 경우, 구동 전압이 높아지는 것이 문제로 되어 있다.
상기 문제를 해결하기 위해, 다양한 소자 구조가 검토되어 왔다. 예를 들 어, 문헌 2(일본국 공개특허공고 2004-207246호 공보)는, 유전체층과 전극과의 사이에 카본 나노튜브로 이루어진 전계 강화층을 제공하여 유전체층 표면에 다량의 전하를 포착하고 구동 전압을 저감하는 것을 목적으로 한 소자 구조를 제안하고 있다.
본 발명은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 저전압 구동이 가능한 무기 발광소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 이 발광소자를 사용하여 소비전력이 저감된 표시장치 및 전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 발광소자는 발광 물질을 함유하는 층과, 그 발광 물질을 함유하는 층과 접하는 전자 공급층을 포함하고, 상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층이 제1 전극과 제2 전극 사이에 제공되고, 상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 또는 질화물인 모체 재료와, 불순물 원소를 적어도 포함하고, 상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자의 다른 구성은 발광 물질을 함유하는 층과, 그 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면과 접하는 전자 공급층과, 상기 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면과 접하는 절연층을 포함하고, 상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층과 상기 절연층이 제1 전극과 제2 전극 사이에 제공되고, 상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 또는 질화물인 모체 재료와 불순물 원소를 적어도 포함하고, 상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자는, 상기 불순물 원소로서, 망간(Mn), 구리(Cu), 사마륨(Sm), 테르븀(Tb), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 유로퓸(Eu), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr) 중 어느 것인가를 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자의 다른 구성은 발광 물질을 함유하는 층과, 그 발광 물질을 함유하는 층과 접하는 전자 공급층을 포함하고, 상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층이 제1 전극과 제2 전극 사이에 제공되고, 상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 또는 질화물인 모체 재료와, 제1 불순물 원소와, 제2 불순물 원소를 적어도 포함하고, 상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자의 다른 구성은 발광 물질을 함유하는 층과, 그 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면과 접하는 전자 공급층과, 상기 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면과 접하는 절연층을 포함하고, 상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층과 상기 절연층이 제1 전극과 제2 전극 사이에 제공되고, 상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 또는 질화물인 모체 재료와, 제1 불순물 원소와, 제2 불순물 원소를 적어도 포함하고, 상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자의 다른 구성은 발광 물질을 함유하는 층과, 그 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면과 접하는 전자 공급층과, 상기 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면과 접하는 정공 공급층을 포함하고, 상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층과 상기 정공 공급층이 제1 전극과 제2 전극 사이에 제공되고, 상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 또는 질화물인 모체 재료와, 제1 불순물 원소와, 제2 불순물 원소를 적어도 포함하고, 상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 함유하고, 상기 정공 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 큰 일 함수를 가지는 물질을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자에서, 정공 공급층은 일 함수가 4.5 eV 이상인 물질을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자의 정공 공급층은, 베릴륨(Be), 붕소(B), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 텔루르(Te), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 셀렌(Se), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au) 등의 원소 또는 이들 원소 중 어느 것의 화합물 중에서 선택된 하나 또는 다수의 물질을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자는, 제1 불순물 원소로서, 불소(F), 염소(Cl), 알루미늄(Al) 중 어느 것인가를 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자는, 제2 불순물 원소로서, 구리(Cu) 또는 은(Ag)을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자는, 발광 물질을 함유하는 층 중에 제3 불순물 원소로서 망간(Mn)을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자의 모체 재료는, 황화아연(ZnS), 황화카드뮴(CdS), 황화칼슘(CaS), 황화이트륨(Y2S3), 황화갈륨(Ga2S3), 황화스트론튬(SrS), 황화바륨(BaS), 산화아연(ZnO), 산화이트륨(Y2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN), 셀렌화아연(ZnSe), 텔루르화아연(ZnTe), CaGa2S4, SrGa2S4, BaGa2S4, BaAl2S4, CaAl2S4, SrCaY2S4 중 어느 것인가를 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자에서, 전자 공급층은 일 함수가 4 eV 이하인 물질을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자의 전자 공급층은, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 알칼리토류 금속 원소, 스칸듐(Sc), 비소(As), 이트륨(Y), 란탄(La), 하프늄(Hf) 등의 원소와, 이들 원소 중 어느 것의 화합물 중에서 선택된 하나 또는 다수의 물질을 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자의 전자 공급층은, 다이아몬드, 질화알루미늄(AlN) 등의, 부(負)의 전자 친화력을 가지는 물질을 포함한다.
또한, 본 발명은 상기한 발광소자를 가지는 표시장치도 그의 범주에 포함한다. 본 명세서 중에서의 표시장치란, 화상 표시 디바이스, 발광 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함)을 그의 범주에 포함한다. 또한, 발광소자가 형성된 패널에 커넥터, 예를 들어, FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선판이 설치된 모듈, 및 발광소자가 형성된 패널에 COG(Chip On Glass) 방식에 의해 IC(집적회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 표시장치에 포함하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 발광소자를 표시부에 사용한 전자기기도 본 발명의 범주에 포함하는 것으로 한다. 따라서, 본 발명의 전자기기는 표시부를 가지고, 그 표시부는 상기한 발광소자와 그 발광소자의 발광을 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있다.
본 발명의 발광소자는 발광 효율이 좋고, 목적 휘도를 보다 적은 전력으로 얻을 수 있기 때문에, 구동 전압을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 표시장치 및 전자기기는, 발광 효율이 좋고, 낮은 구동 전압으로 동작하는 발광소자를 가지기 때문에, 그의 소비전력을 저감할 수 있다.
도 1(A) 및 도 1(B)는 본 발명의 발광소자의 일례를 나타내는 도면.
도 2(A) 및 도 2(B)는 본 발명의 발광소자의 일례를 나타내는 도면.
도 3(A) 및 도 3(B)는 본 발명의 발광소자의 캐리어 이동을 설명하는 도면.
도 4(A) 및 도 4(B)는 본 발명의 표시장치의 일례를 나타내는 도면.
도 5(A)∼도 5(C)는 본 발명의 회로 구성의 예를 나타내는 도면.
도 6(A) 및 도 6(B)는 본 발명의 표시장치의 일례를 나타내는 도면.
도 7(A)∼도 7(D)는 본 발명의 표시장치의 제조방법의 일례를 나타내는 도면.
도 8(A)∼도 8(C)는 본 발명의 표시장치의 제조방법의 일례를 나타내는 도면.
도 9(A) 및 도 9(B)는 본 발명의 표시장치의 일례를 나타내는 도면.
도 10(A)∼도 10(D)는 본 발명의 전자기기의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 전자기기의 일례를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 전자기기의 일례를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 전자기기의 일례를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 조명 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 15는 종래의 무기 발광소자를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 양태로 실시하는 것이 가능하고, 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
[실시형태 1]
본 발명의 발광소자의 일례에 대하여 도 1(A) 및 도 1(B)를 참조하여 설명한다.
도 1(A)에 나타내는 발광소자(100)는, 제1 전극(102), 전자 공급층(104), 발광 물질을 함유하는 층(106), 및 제2 전극(110)이 순차로 적층된 구조를 가진다. 즉, 이 구조에서, 발광 물질을 함유하는 층(106)과, 그 발광 물질을 함유하는 층(106)과 접하는 전자 공급층(104)이 제1 전극(102)과 제2 전극(110)과의 사이에 끼어져 있다.
발광 물질을 함유하는 층(106)은, 적어도 모체 재료와 불순물 원소로 구성되는 발광 재료를 포함한다. 그 불순물 원소는 모체 재료에 포함되는 원소를 포함하지 않는다.
발광 물질을 함유하는 층(106)에 포함되는 모체 재료는, 황화물, 산화물, 또는 질화물일 수 있다. 예를 들어, 황화물로서는, 황화아연(ZnS), 황화카드뮴(CdS), 황화칼슘(CaS), 황화이트륨(Y2S3), 황화갈륨(Ga2S3), 황화스트론튬(SrS), 황화바륨(BaS) 등을 들 수 있고, 산화물로서는, 산화아연(ZnO), 산화이트륨(Y2O3) 등을 들 수 있다. 또한, 질화물로서는, 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 등을 들 수 있다. 그 외에, 셀렌화아연(ZnSe), 텔루르화아연(ZnTe) 등을 사용할 수도 있다. 또한, CaGa2S4, SrGa2S4, BaGa2S4, BaAl2S4, CaAl2S4, SrCaY2S4 등의 3원계 혼정(混晶)을 사용할 수도 있다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(106)에 포함되는 불순물 원소는, 금속 이온의 내각 전자 천이를 이용하는 국재형 발광의 경우와, 도너 준위와 억셉터 준위를 이용하는 도너-억셉터 재결합형 발광의 경우에서 상이하다.
발광 물질을 함유하는 층(106)이 국재형 발광인 경우에는, 불순물 원소는, 예를 들어, 망간(Mn), 구리(Cu), 사마륨(Sm), 테르븀(Tb), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 유로퓸(Eu), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr) 등일 수 있다. 또한, 전하 보상을 위해, 불소(F), 염소(Cl) 등의 할로겐 원소가 첨가되어도 좋다.
한편, 발광 물질을 함유하는 층(106)이 도너-억셉터 재결합형 발광인 경우에는, 불순물 원소로서, 제1 불순물 원소와 제2 불순물 원소가 포함된다. 제1 불순물 원소와 제2 불순물 원소 중 어느 한쪽이 도너 준위를 형성하고, 다른 한쪽은 억셉터 준위를 형성한다. 제1 불순물 원소로서는, 예를 들어, 불소(F), 염소(Cl), 알루미늄(Al) 등을 들 수 있고, 제2 불순물 원소로서는, 예를 들어, 구리(Cu), 은(Ag) 등을 들 수 있다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층(106)에, 제3 불순물 원소로서, 망간(Mn) 등이 도입될 수도 있다.
전자 공급층(104)은, 발광 물질을 함유하는 층(106)에 포함되는 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질로 형성된다. 또한, 상기한 모체 재료에 사용되는 물질들 중 상당수는 약 4 eV∼4.5 eV의 일 함수를 가진다. 따라서, 전자 공급층(104)은 일 함수가 4 eV 이하인 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 알칼리토류 금속, 스칸듐(Sc), 비소(As), 이트륨(Y), 란탄(La), 하프늄(Hf) 등의 원소, 이들 중 어느 것인가의 화합물 중에서 선택되는 하나 또는 다수를 포함하는 물질이 사용될 수 있다.
또한, 전자 공급층(104)은, 다이아몬드, 질화알루미늄(AlN) 등의, 부(負)의 전자 친화력을 가지는 물질을 포함할 수도 있다.
제1 전극(102) 및 제2 전극(110)은, 다양한 종류의 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2 wt%∼20 wt%의 산화아 연(ZnO)을 혼합한 인듐 아연 산화물(IZO: indium zinc oxide), ZnO에 Ga, Al 등을 첨가한 것 등을 사용할 수 있다. 그 외에, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 금(Au), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 등의 도전성 금속을 사용할 수 있다. 또한, 알루미늄-규소(AlSi), 알루미늄-티탄(AlTi), 질화텅스텐(WN), 질화탄탈(TaN) 등도 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서와 같이, 전자 공급층(104)이 제1 전극(102)과 접하여 형성되는 경우, 제1 전극(102)은 일 함수가 작은 물질(예를 들어, 일 함수 4 eV 이하의 물질)로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(106)으로부터의 발광은, 제1 전극(102)과 제2 전극(110) 중의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 제1 전극(102)과 제2 전극(110) 중 적어도 한쪽은 투광성을 가지는 것으로 한다.
본 발명에서, 발광 물질을 함유하는 층에 접하여 전자 공급층을 제공함으로써, 발광 물질을 함유하는 층에 캐리어(전자)를 효율적으로 공급할 수 있다. 따라서, 발광소자의 발광 효율이 향상되고, 구동 전압을 저감할 수 있다.
다음에, 도 1(B)에 나타낸 발광소자(120)에 대하여 설명한다. 이 발광소자(120)는, 제1 전극(102), 전자 공급층(122), 발광 물질을 함유하는 층(126), 정공 공급층(124), 및 제2 전극(110)이 순차로 적층된 구조를 가진다. 즉, 이 구조에서는, 발광 물질을 함유하는 층(126)과, 발광 물질을 함유하는 층(126)의 한쪽 면과 접하는 전자 공급층(122)과, 발광 물질을 함유하는 층(126)의 다른 쪽 면과 접하는 정공 공급층(124)이 제1 전극(102)과 제2 전극(110)과의 사이에 끼어져 있 다.
도 1(B)에 나타낸 발광소자(120)는, 발광 물질을 함유하는 층(126)과, 전자 공급층(122)과, 정공 공급층(124) 이외의 구성은, 도 1(A)에 나타낸 발광소자(100)의 것에 준하므로, 간략하게 설명한다. 또한, 도 1(B)에 나타낸 발광소자(120)는 도너-억셉터 재결합형 발광을 제공한다.
발광 물질을 함유하는 층(126)은, 적어도 모체 재료와 제1 불순물 원소와 제2 불순물 원소로 구성되는 발광 재료를 포함한다. 제1 불순물 원소와 제2 불순물 원소 중 어느 한쪽이 도너 준위를 형성하고, 다른 한쪽은 억셉터 준위를 형성한다.
발광 물질을 함유하는 층(126)에 포함되는 모체 재료는, 상기한 발광 물질을 함유하는 층(106)과 같은 것을 사용할 수 있기 때문에, 설명은 생략한다. 또한, 제1 불순물 원소는, 예를 들어, 불소(F), 염소(Cl), 알루미늄(Al) 등일 수 있고, 제2 불순물 원소는, 예를 들어, 구리(Cu), 은(Ag) 등일 수 있다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층(126)에, 제3 불순물 원소로서 망간(Mn) 등이 도입될 수도 있다.
전자 공급층(122)은, 발광 물질을 함유하는 층(126)에 포함되는 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질로 형성된다. 또한, 상기한 모체 재료에 사용되는 물질의 상당수는 약 4 eV∼4.5 eV의 일 함수를 가진다. 따라서, 전자 공급층(122)은 일 함수가 4 eV 이하인 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 알칼리토류 금속, 스칸듐(Sc), 비소(As), 이트륨(Y), 란탄(La), 하프늄(Hf) 등의 원소, 이들 중의 어느 것인가의 화합물 중 하나 또는 다수를 포함하는 물질을 사용할 수 있다.
또한, 전자 공급층(122)은, 다이아몬드, 질화알루미늄(AlN) 등의, 부의 전자 친화력을 가지는 물질을 포함할 수도 있다.
정공 공급층(124)은, 발광 물질을 함유하는 층(126)에 포함되는 모체 재료의 일 함수보다 큰 일 함수를 가지는 물질로 형성된다. 또한, 상기한 모체 재료에 사용되는 물질의 상당수는 약 4 eV∼4.5 eV의 일 함수를 가진다. 따라서, 정공 공급층(124)은 일 함수가 4.5 eV 이상인 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 베릴륨(Be), 붕소(B), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 텔루르(Te), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 셀렌(Se), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au) 등의 원소, 이들 원소 중의 어느 것인가의 화합물 중 하나 또는 다수를 포함하는 물질을 사용할 수 있다.
또한, 제1 전극(102) 및 제2 전극(110)은 발광소자(100)의 것과 마찬가지이고, 다양한 종류의 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 또한, 전자 공급층(122)을 제1 전극(102)과 접하여 제공하는 경우, 제1 전극(102)은 일 함수가 작은 물질(예를 들어, 일 함수 4 eV 이하의 물질)로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는, 제1 전극(102)과 발광 물질을 함유하는 층(126)과의 사이에 전자 공급층(122)이 끼어지고, 발광 물질을 함유하는 층(126)과 제2 전극(110)과의 사이에 정공 공급층(124)이 끼어진 구조로 했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 전극(102)과 발광 물질을 함유하는 층(126)과의 사이에 정공 공급층(124)이 끼어지고, 발광 물질을 함유하는 층(126)과 제2 전극(110)과의 사이에 전자 공급층(122)이 끼어진 구조로 하여도 좋다. 즉, 정공 공급층(124)이 제1 전극(102)에 접하고, 전자 공급층(122)이 제2 전극(110)에 접하는 구조로 하여도 좋다. 이 경우, 제1 전극(102)은 일 함수가 큰 물질(예를 들어, 일 함수 4.5 eV 이상의 물질)로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 전자 공급층과 정공 공급층 모두를 발광 물질을 함유하는 층에 접하여 제공함으로써, 발광 물질을 함유하는 층에 캐리어(전자 및 정공)를 효율적으로 공급할 수 있다. 따라서, 발광소자의 발광 효율이 향상되고, 구동 전압을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 나타내는 발광소자는, 발광 물질을 함유하는 층을 사이에 끼우고 있는 한 쌍의 전극(제1 전극 및 제2 전극) 사이에 전압을 인가함으로써 발광을 얻을 수 있다. 이때, 발광소자의 2개의 전극에 인가하는 전압은 교류 전압이어도 좋고, 직류 전압이어도 좋고, 펄스형 전압이어도 좋다.
다음에, 도 1(A) 및 도 1(B) 각각에 나타낸 발광소자의 제조방법의 일례에 대하여 설명한다.
도 1(A)에 나타낸 발광소자(100)의 경우에 대하여 설명한다. 먼저, 기판 위에 제1 전극(102)을 형성한다. 기판은, 여기에는 도시하지 않았지만, 발광소자(100)의 지지체로서 사용된다. 기판으로서는, 유리 기판, 알루미나 등 절연 물질로 된 기판 등을 사용할 수 있다. 이들 외에, 후속 공정의 처리 온도에 견딜 수 있는 내열성을 가지는 플라스틱 기판, 실리콘 기판 등을 사용할 수도 있다. 또한, 발광소자(100)의 제조공정에서 지지체로서 기능할 수 있는 것이라면, 이것들 외의 것도 사용할 수 있다.
제1 전극(102)은, 상기한 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여, 스퍼터링법, 진공 증착법, CVD법, 졸-겔(sol-gel)법 등에 의해 형성할 수 있다. 제1 전극(102)의 막 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100 nm∼500 nm의 범위가 바람직하다. 또한, 제1 전극(102)에 가시광 투과율이 낮은 재료를 사용하는 경우라도, 그의 막 두께를 1 nm∼50 nm, 바람직하게는, 5 nm∼20 nm 정도로 함으로써, 제1 전극(102)을 투광성 전극으로서 사용할 수 있다.
이어서, 제1 전극(102) 위에 전자 공급층(104)을 형성한다. 전자 공급층(104)은, 후에 형성되는 발광 물질을 함유하는 층(106)에 포함되는 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 사용하여, 스퍼터링법, 진공 증착법, CVD법, 졸-겔법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 전자 공급층(104)은, 다이아몬드, 질화알루미늄(AlN) 등의, 부의 전자 친화력을 가지는 물질을 포함할 수도 있다. 전자 공급층(104)의 막 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100 nm∼500 nm의 범위가 바람직하다.
다음에, 전자 공급층(104) 위에, 발광 물질을 함유하는 층(106)을 형성한다. 먼저, 발광 물질을 함유하는 층(106)에 포함되는 발광 재료의 제조방법에 대하여 설명한다.
발광 물질을 함유하는 층(106)에 포함되는 발광 재료는, 상기한 바와 같이, 모체 재료와 불순물 원소로 구성된다. 포함되는 불순물 원소를 변경함으로써, 다 양한 색의 발광을 얻을 수 있다. 발광 재료의 제조방법으로서는, 고상법이나 액상법(공침법) 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. 또한, 분무 열분해법, 복분해법, 프리커서(precursor) 열분해에 의한 방법, 역 미셀(Micelle)법, 이들 방법 중 어느 것과 고온 소성을 조합한 방법, 동결 건조법 등의 액상법 등도 사용할 수 있다.
고상법에서는, 모체 재료와 불순물 원소 또는 이 불순물 원소를 포함하는 화합물을 칭량하고, 막자사발(mortar)에서 혼합하고, 전기로에서 가열 및 소성을 행하여 반응시켜, 모체 재료에 불순물 원소를 포함시킨다. 소성 온도가 너무 낮은 경우에는 고상 반응이 진행하지 않고, 소성 온도가 너무 높은 경우에는 모체 재료가 분해되어 버리기 때문에, 소성 온도는 700℃∼1500℃의 범위가 바람직하다. 또한, 분말 상태에서 소성을 행하여도 좋지만, 펠릿 상태에서 소성을 행하는 것이 바람직하다. 비교적 높은 온도에서의 소성을 필요로 하지만, 간단한 방법이기 때문에, 생산성이 높고, 대량생산에 적합하다.
액상법(공침법)에서는, 모체 재료 또는 모체 재료를 포함하는 화합물과, 불순물 원소 또는 불순물 원소를 포함하는 화합물을 용액 중에서 반응시키고, 건조시킨 후, 소성을 행한다. 이 방법에서는, 발광 재료의 입자가 균일하게 분산되고, 입경이 작고, 낮은 소성 온도에서도 반응이 진행될 수 있다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(106)으로부터의 발광이 도너-억셉터 재결합형 발광인 경우에는, 발광 재료가 다수 종류의 불순물 원소를 포함한다. 도너-억셉터 재결합형 발광의 발광 재료를 고상법에 의해 합성하는 경우, 모체 재료와, 제1 불순물 원소 또는 제1 불순물 원소를 포함하는 화합물과, 제2 불순물 원소 또는 제2 불순물 원소를 포함하는 화합물을 각각 칭량하고, 막자사발에서 혼합한 후, 그 혼합물을 전기로에서 가열 및 소성한다. 모체 재료, 제1 불순물 원소, 및 제2 불순물 원소로서는, 상기한 바와 같은 물질을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제1 불순물 원소를 포함하는 화합물로서, 황화알루미늄(Al2S3) 등을 사용할 수 있고, 제2 불순물 원소를 포함하는 화합물로서, 황화구리(Cu2S), 황화은(Ag2S) 등을 사용할 수도 있다.
또한, 상기와 같이 도너-억셉터 재결합형 발광의 발광 재료를 고상법에 의해 합성하는 경우, 제1 불순물 원소와 제2 불순물 원소를 포함하는 화합물을 조합하여 사용할 수도 있다. 이 경우, 불순물 원소가 쉽게 확산되어 고상 반응을 촉진하기 때문에, 균일한 발광 재료를 얻을 수 있다. 또한, 과도한 불순물 원소가 혼입되지 않기 때문에, 순도가 높은 발광 재료를 얻을 수 있다. 제1 불순물 원소와 제2 불순물 원소를 포함하는 화합물로서는, 예를 들어, 염화구리(CuCl), 염화은(AgCl) 등을 사용할 수 있다.
다음에, 상기와 같이 하여 얻어진 발광 재료를 사용하여, 발광 물질을 함유하는 층(106)을 형성한다. 본 발명의 발광소자(100)가 박막형인 경우, 발광 물질을 함유하는 층(106)은, 상기한 발광 재료를 사용하여, 저항 가열 증착법, 전자빔 증착(EB 증착)법 등의 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 물리 기상 성장법(PVD), 금속 유기 CVD법, 감압 하이드라이드 수송 CVD법 등의 화학 기상 성장법(CVD), 원자층 에피탁시법(ALE) 등에 의해 형성할 수 있다. 막 두께는 특별히 한정되는 것은 아 니지만, 100 nm∼1000 nm의 범위가 바람직하다.
한편, 본 발명의 발광소자(100)가 분산형인 경우, 발광 물질을 함유하는 층(106)은, 상기한 발광 재료를 입자 형태로 가공하고, 이 발광 재료를 바인더 중에 분산시켜 막 형상으로 하는 방식으로 형성한다. 발광 재료의 제조방법에 따라 소망의 크기의 입자를 얻을 수 없는 경우에는, 발광 재료를 막자사발 등에서 분쇄하여 입자 형태로 가공하면 좋다. 또한, 바인더는, 입자 형태의 발광 재료를 분산된 상태로 고정하고, 막 형상으로 유지하기 위해 사용되는 물질이다. 발광 재료는 바인더에 의해 균일하게 분산되어 고정된다. 이러한 막은, 액적 토출법, 인쇄법(스크린 인쇄나 오프셋 인쇄 등), 스핀 코팅법 등의 도포법, 디핑(dipping)법, 디스펜서법 등에 의해 형성할 수 있다. 막 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100 nm∼1000 nm의 범위가 바람직하다.
또한, 분산형의 발광소자(100)에 사용할 수 있는 바인더로서는, 유기 재료, 무기 재료, 또는 유기 재료와 무기 재료의 혼합 재료를 사용할 수 있다. 유기 재료로서는, 시아노에틸 셀룰로오스계 수지와 같은 비교적 유전율이 높은 폴리머나, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌계 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 불화비닐리덴 등의 수지를 사용할 수 있다. 또한, 방향족 폴리아미드, 폴리벤즈이미다졸 등의 내열성 고분자 물질, 또는 실록산 수지를 사용하여도 좋다. 실록산 수지는 Si-O-Si 결합을 가지는 수지에 상당한다. 실록산은, 규소(Si)와 산소(O)와의 결합으로 골격 구조가 구성된다. 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기(예를 들어, 알킬기, 방향족 탄화수소)가 사용된다. 또는, 치환기로서, 플루오로기를 사용 해도 좋다. 또한, 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기와, 플루오로기 모두를 사용해도 좋다. 또한, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐-부티랄 등의 비닐 수지, 페놀 수지, 노볼락 수지, 아크릴 수지, 멜라민 수지, 우레탄 수지, 옥사졸 수지(폴리벤즈옥사졸) 등의 수지 재료를 사용해도 좋다. 또한, 이들 수지에, 티탄산바륨(BaTiO3)이나 티탄산스트론튬(SrTiO3) 등의 고유전율 미립자를 적절히 혼합하여 유전율을 조정할 수도 있다.
또한, 바인더로서 사용할 수 있는 무기 재료로서는, 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산소 및 질소를 함유하는 규소, 질화알루미늄(AlN), 산소 및 질소를 함유하는 알루미늄, 산화알루미늄(Al2O3), 산화티탄(TiO2), 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산스트론튬(SrTiO3), 티탄산납(PbTiO3), 니오브산칼륨(KNbO3), 니오브산납(PbNbO3), 산화탄탈(Ta2O5), 탄탈산바륨(BaTa2O6), 탄탈산리튬(LiTaO3), 산화이트륨(Y2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 황화아연(ZnS) 등을 들 수 있다. 또한, 유전율이 높은 무기 재료를 첨가 등에 의해 유기 재료에 포함시키는 경우, 발광 재료 및 바인더를 포함하는 발광 물질을 함유하는 층(106)의 유전율을 보다 용이하게 제어할 수 있고, 또한, 보다 크게 할 수 있다.
또한, 발광소자(100)가 분산형인 경우, 발광 물질을 함유하는 층(106)의 제조 공정에서, 발광 재료는 바인더를 함유하는 용액 중에 분산된다. 바인더를 함유하는 용액의 용매로서는, 상기한 바인더 재료를 용해할 수 있고, 소망의 막 두께에 적합한 점도의 용액을 형성할 수 있는 용매와, 발광 물질을 함유하는 층(106)을 형성하는 방법을 적절히 선택하여 사용하면 좋다. 예를 들어, 바인더로서 실록산 수지를 사용하는 경우, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA라고도 한다), 3-메톡시-3-메틸-1-부탄올(MMB라고도 한다) 등의 유기 용매를 사용할 수 있다.
다음에, 발광 물질을 함유하는 층(106) 위에 제2 전극(110)을 형성한다. 제2 전극(110)은 제1 전극(102)과 마찬가지로 형성하면 좋다. 이상의 공정으로, 본 발명의 발광소자(100)가 완성될 수 있다.
또한, 도 1(B)에 나타낸 발광소자(120)는, 상기한 발광소자(100)의 제조방법과 마찬가지로 형성할 수 있다. 여기서는, 발광소자(100)의 구성의 것과 다른 발광 물질을 함유하는 층(126), 전자 공급층(122), 정공 공급층(124)에 대하여 설명한다.
기판 위에 형성된 제1 전극(102) 위에 전자 공급층(122)을 형성한다. 전자 공급층(122)은 발광소자(100)의 전자 공급층(104)과 마찬가지로 형성할 수 있다. 즉, 전자 공급층(122)은, 후에 형성되는 발광 물질을 함유하는 층(126)에 포함되는 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 사용하여, 스퍼터링법, 진공 증착법, CVD법, 졸-겔법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 전자 공급층(122)은, 다이아몬드, 질화알루미늄(AlN) 등의, 부의 전자 친화력을 가지는 물질을 포함할 수도 있다. 전자 공급층(122)의 막 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100 nm∼500 nm의 범위가 바람직하다.
다음에, 전자 공급층(122) 위에 발광 물질을 함유하는 층(126)을 형성한다. 발광 물질을 함유하는 층(126)은, 상기한 발광 물질을 함유하는 층(106)과 마찬가지로 형성할 수 있다. 또한, 발광소자(120)는 도너-억셉터 재결합형 발광이기 때문에, 발광 물질을 함유하는 층(126)에, 도너 준위 또는 억셉터 준위를 형성하는 제1 불순물 원소 및 제2 불순물 원소가 포함되도록 한다.
다음에, 발광 물질을 함유하는 층(106) 위에 정공 공급층(124)을 형성한다. 정공 공급층(124)은, 발광 물질을 함유하는 층(126)에 포함되는 모체 재료의 일 함수보다 큰 일 함수를 가지는 물질을 사용하여, 스퍼터링법, 진공 증착법, CVD법, 졸-겔법 등에 의해 형성할 수 있다. 막 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100 nm∼500 nm의 범위가 바람직하다.
다음에, 정공 공급층(124) 위에 제2 전극(110)을 형성함으로써, 발광소자(120)를 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명의 발광소자의 캐리어 공급 메카니즘에 대하여 도 3(A) 및 도 3(B)의 에너지 밴드의 모식도를 사용하여 설명한다. 여기서는, 모체 재료로서 황화아연(ZnS)을 포함하고, 불순물 원소로서 망간(Mn)을 포함하는 발광 물질을 함유하는 층(306)과, 리튬(Li)으로 형성된 전자 공급층(304)을 가지는 국재형 발광의 발광소자의 예에 대하여 설명한다.
도 3(A)는, 전자 공급층(304)이 발광 물질을 함유하는 층(306)과 접합되지 않는 상태에서의 에너지 밴드도를 나타낸다. 도 3(A)에는, 진공 준위(Evac)(302), 전자 공급층(304)의 페르미 준위(Ef)(308), 발광 물질을 함유하는 층(306)의 페르 미 준위(Ef)(310), 전도대 하단의 에너지(Ec)(312), 및 가전자대 상단의 에너지(Ev)(314)가 나타나 있다.
도 3(A)에서, 전자 공급층(304)의 페르미 준위(308)는 발광 물질을 함유하는 층(306)의 페르미 준위(310)보다 위에 위치한다. 또한, 진공 준위(302)로부터 전자 공급층(304)의 페르미 준위(308)까지의 포텐셜 차가 전자 공급층(304)의 일 함수(W_Li)(316)에 상당한다. 마찬가지로, 진공 준위(302)로부터 발광 물질을 함유하는 층(306)의 페르미 준위(Ef)(310)까지의 포텐셜 차가 발광 물질을 함유하는 층(306)의 일 함수(W_ZnS)(318)에 상당한다. 또한, 진공 준위(302)로부터 발광 물질을 함유하는 층(306)의 전도대 하단의 에너지(Ec)(312)까지의 포텐셜 차가 발광 물질을 함유하는 층(306)의 전자 친화력(eχ_ZnS)(317)에 상당한다. 또한, 도 3(A)의 발광 물질을 함유하는 층(306)의 전자 친화력은, 그 전자 친화력에 전자 전하(e)를 곱하여 에너지로 변환되어 있다. 전자 친화력(여기서는 전자 친화력에 전자 전하를 곱한 것)은 일 함수에 비례하고, 특히 금속의 경우에는 일 함수와 일치한다. 또한, 본 실시형태에서는, 전자 공급층(304)은 리튬으로 형성하고 있기 때문에, 일 함수(316)는 2.9 eV이다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층(306)은 황화아연과 망간을 포함하기 때문에, 일 함수(318)는 대략 4.3 eV이다. 전자 공급층(304)의 일 함수(316)는, 적어도 발광 물질을 함유하는 층(306)의 일 함수(318)보다 작은 것으로 한다.
다음에, 전자 공급층(304)이 발광 물질을 함유하는 층(306)과 접합된 때의 에너지 밴드도를 도 3(B)에 나타낸다. 전자 공급층(304)과 발광 물질을 함유하는 층(306)을 접합하면, 이들 사이의 계면에 포텐셜(324)이 생긴다. 여기서 생기는 포텐셜(324)은, 발광 물질을 함유하는 층(306)의 전자 친화력(317)으로부터 전자 공급층(304)의 일 함수를 뺀 에너지차(△320)(△ = eχ_ZnS ― W_Li)와 같다. 즉, 발광 물질을 함유하는 층(306)의 전도대 하단의 에너지(312)가 전자 공급층(304)의 페르미 준위(308)보다 에너지차(△320)만큼 낮게 되기 때문에, 전자 공급층(304)으로부터 발광 물질을 함유하는 층(306)으로 캐리어(322)가 공급된다. 여기서, 캐리어(322)는 전자이다.
이 경우, 전자 공급층(304)에 부(負)의 전압을 인가하고, 발광 물질을 함유하는 층(306)에 정(正)의 전압을 인가하면, 전자 공급층(304)으로부터 발광 물질을 함유하는 층(306)으로 캐리어가 이동한다. 포텐셜(324)이 에너지차(△320)와 동일하기 때문에, 에너지차(△320)가 클 수록 포텐셜(324)은 깊어진다. 그리하여, 전자 공급층(304)으로부터 발광 물질을 함유하는 층(306)의 전도대로 보다 많은 수의 캐리어가 공급된다.
발광 물질을 함유하는 층(306)에 공급된 캐리어(322)는, 전자 공급층(304)과 발광 물질을 함유하는 층(306)과의 사이에 인가된 전계에 의해, 높은 에너지를 가진 캐리어가 된다. 그리고, 이 캐리어가 발광 물질을 함유하는 층(306) 중의 망간 원자와 충돌하여 일어나는 망간 원자에서의 내각 전자의 여기와, 여기된 전자의 완화에 의해 발광이 얻어질 수 있다.
이상과 같이, 발광 물질을 함유하는 층(306)에 많은 수의 캐리어를 공급하기 위해서는, 에너지차(△320)를 크게 하면 좋다. 또한, 에너지차(△320)을 크게 하 기 위해서는, 전자 공급층(304)의 일 함수(316)를 작게 하면 좋다. 따라서, 본 발명에서와 같이, 발광 물질을 함유하는 층에 포함되는 모체 재료보다 일 함수가 작은 물질을 가지는 전자 공급층을, 발광 물질을 함유하는 층에 접하여 형성함으로써, 발광 물질을 함유하는 층에 캐리어를 효율적으로 공급하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 발광소자의 발광 효율이 향상되어, 구동 전압을 저감할 수 있다.
[실시형태 2]
본 실시형태에서는, 상기 실시형태와 다른 구성의 발광소자에 대하여 도 2(A) 및 도 2(B)를 참조하여 설명한다.
도 2(A)에 나타낸 발광소자(200)는, 제1 전극(102), 전자 공급층(104), 발광 물질을 함유하는 층(106), 절연층(208), 및 제2 전극(110)이 순차로 적층된 구조를 가진다. 즉, 이 구조에서는, 발광 물질을 함유하는 층(106)과, 발광 물질을 함유하는 층(106)의 한쪽 면과 접하는 전자 공급층(104)과, 발광 물질을 함유하는 층(106)의 다른 쪽 면과 접하는 절연층(208)이 제1 전극(102)과 제2 전극(110)과의 사이에 끼어져 있다.
도 2(A)에 나타낸 발광소자(200)는, 절연층(208) 외의 구성, 제조방법 등이 실시형태 1에서 나타낸 발광소자(100)의 것에 준하므로, 간략하게 설명한다.
본 실시형태에서 사용되는 절연층(208)은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 절연 내압이 높고 막질이 치밀하고 유전율이 높은 절연 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 산화규소(SiO2), 산화이트륨(Y2O3), 산화티탄(TiO2), 산화알루 미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 산화탄탈(Ta2O5), 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산스트론튬(SrTiO3), 티탄산납(PbTiO3), 질화규소(Si3N4), 산화지르코늄(ZrO2) 등이나, 이들의 혼합층, 또는 이들의 2층 이상의 적층을 사용할 수 있다. 이들 절연 재료의 층은 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 절연층은 이들 절연 재료의 입자를 바인더 중에 분산시켜 형성하여도 좋다. 바인더는, 상기 실시형태에서 설명한 발광 물질을 함유하는 층(106)에 포함되는 바인더와 같은 재료 및 방법을 사용하여 형성하면 좋다. 따라서, 절연층(208)은 상기 재료 및 상기 제조방법에 의해, 발광 물질을 함유하는 층(106) 위에 형성될 수 있다. 또한, 절연층(208)의 막 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 10 nm∼500 nm의 범위가 바람직하다.
또한, 발광소자(200)의 제2 전극(110)을 투광성 전극으로 하고, 제2 전극(110)측으로부터 발광을 추출하는 경우, 절연층(208)은 발광 물질을 함유하는 층(106)과 같은 정도 또는 그 이상의 굴절률을 가지는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이것은, 광(발광)이 굴절률에 차이가 있는 적층들의 계면에서 반사되는 성질이 있기 때문이다. 따라서, 제2 전극(110)과 발광 물질을 함유하는 층(106) 사이에 끼어지는 절연층(208)이, 발광 물질을 함유하는 층(106)보다 굴절률이 큰 물질로 형성되면, 발광이 발광 물질을 함유하는 층(106)과 절연층(208)과의 계면에서 반사되지 않고 추출될 수 있다. 이것에 대하여, 절연층(208)이 발광 물질을 함유하는 층(106)보다 굴절률이 작은 물질로 형성되면, 발광이 발광 물질을 함유하는 층(106)과 절연층(208)과의 계면에서 반사되어, 발광 효율이 저하하게 된다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층(106)의 모체 재료로서 사용되는 물질의 상당수는 굴절률이 2 정도이다. 따라서, 절연층(208)은 굴절률 2 이상의 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 티탄산바륨(BaTiO3), 산화티탄(TiO2), 질화규소(SiN), 산화지르코늄(ZrO2), 산화탄탈(Ta2O5), 산화니오브(Nb2O5) 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(106), 전자 공급층(104), 제1 전극(102), 및 제2 전극(110)은 발광소자(100)의 것과 마찬가지이다. 따라서, 발광 물질을 함유하는 층(106)은, 적어도 모체 재료와 불순물 원소로 구성되는 발광 재료를 포함한다. 전자 공급층(104)은, 발광 물질을 함유하는 층(106)에 포함되는 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질, 또는 다이아몬드, 질화알루미늄(AlN) 등의 부의 전자 친화력을 가지는 물질로 형성된다. 제1 전극(102) 및 제2 전극(110)은 다양한 종류의 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물로 형성된다. 또한, 전자 공급층(104)을 제1 전극(102)과 접하여 형성하는 경우, 제1 전극(102)은 일 함수가 작은 물질(예를 들어, 일 함수 4 eV 이하의 물질)로 형성되는 것이 바람직하다.
다음에, 도 2(B)에 나타낸 발광소자(220)에 대하여 설명한다. 이 발광소자(220)는, 절연층(228) 외의 구성 및 제조방법 등이 상기 실시형태 1에서 나타낸 발광소자(100)의 것에 준하므로, 간략하게 설명한다.
절연층(228)은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 절연 내압이 높고 막질이 치밀하고 또한 유전율이 높은 절연 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 산화규소(SiO2), 산화이트륨(Y2O3), 산화티탄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 산화탄탈(Ta2O5), 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산스트론튬(SrTiO3), 티탄산납(PbTiO3), 질화규소(Si3N4), 산화지르코늄(ZrO2) 등이나, 이들의 혼합층 또는 이들의 2층 이상의 적층을 사용할 수 있다. 이들 절연 재료의 층은 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 절연층은 이들 절연 재료의 입자를 바인더 중에 분산시켜 형성해도 좋다. 바인더는, 상기 실시형태에서 설명한 발광 물질을 함유하는 층(106)에 포함되는 바인더와 같은 재료 및 방법으로 형성하면 좋다. 따라서, 절연층(228)은, 상기한 재료 및 상기한 제조방법을 사용하여 제1 전극(102) 위에 형성될 수 있다. 절연층(228)의 막 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 10 nm∼500 nm의 범위가 바람직하다.
또한, 발광소자(220)의 제2 전극(110)을 투광성 전극으로 하고, 제2 전극(110)측으로부터 발광을 취출하는 경우, 절연층(228)은 발광 물질을 함유하는 층(106)과 같은 정도 또는 그 이하의 굴절률을 가지는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 이것은, 상기한 바와 같이 광(발광)이 굴절률에 차이가 있는 적층들의 계면에서 반사되는 성질이 있기 때문이다. 따라서, 발광 물질을 함유하는 층(106)과 제1 전극(102) 사이에 끼어지는 절연층(228)이, 발광 물질을 함유하는 층(106)보다 굴절률이 작은 물질로 형성되면, 발광이 절연층(228)과 발광 물질을 함유하는 층(106)과의 계면에서 반사되므로, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 이것에 대하여, 절연층(228)이 발광 물질을 함유하는 층(106)보다 굴절률이 큰 물질로 형성되면, 발광이 절연층(228)과 발광 물질을 함유하는 층(106)과의 계면에서 반사되는 일이 없기 때문에, 발광 효율이 저하되어 버린다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층(106)의 모체 재료로서 사용되는 물질의 상당수는 굴절률이 2 정도이다. 따라서, 절연층(228)이 굴절률 2 이하의 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화규소(SiO2), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3) 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광소자(220)의 제2 전극(110)을 투광성 전극으로 하고, 제2 전극(110)측으로부터 발광을 추출하는 경우이고, 또한, 절연층(228)을 2층의 적층 구조로 하는 경우에는, 발광 물질을 함유하는 층(106)과 접하는 상층의 절연층을 절연층 A라 하고, 제1 전극(102)과 접하는 하층의 절연층을 절연층 B라 한다. 이 경우, 절연층 A는 발광 물질을 함유하는 층(106)과 같은 정도 또는 그 이상의 굴절률을 가지는 물질로 형성하고, 절연층 B는, 상층의 절연층 A와 같은 정도 또는 그 이하의 굴절률을 가지는 물질로 형성한다. 예를 들어, 발광 물질을 함유하는 층(106)의 모체 재료로서 황화아연(ZnS: 굴절률 2.37)을 사용한 경우, 하층의 절연층은 산화규소(SiO2: 굴절률 1.47)로 형성하고, 상층의 절연층은 티탄산바륨(BaTiO3: 굴절률 2.4)으로 형성한다. 이와 같이, 굴절률을 고려하여 형성한 적층 구조로 함으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 산화규소(SiO2), 산화알루 미늄(Al2O3)은 유전율이 낮기 때문에, 유전율이 높은 티탄산바륨(BaTiO3)과의 적층 구조로 하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(106), 전자 공급층(104), 제1 전극(102), 및 제2 전극(110)은 발광소자(100)의 것과 마찬가지이다. 따라서, 발광 물질을 함유하는 층(106)은, 적어도 모체 재료와 불순물 원소로 구성되는 발광 재료를 포함한다. 전자 공급층(104)은, 발광 물질을 함유하는 층(106)의 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질, 또는 다이아몬드, 질화알루미늄(AlN) 등의 부의 전자 친화력을 가지는 물질로 형성한다. 제1 전극(102) 및 제2 전극(110)은, 다양한 종류의 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물로 형성한다.
본 발명에서는, 발광 물질을 함유하는 층에 접하여 전자 공급층을 형성함으로써, 발광 물질을 함유하는 층에 캐리어를 효율적으로 공급할 수 있다. 따라서, 발광소자의 발광 효율이 향상되어, 구동 전압을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 나타내는 발광소자(200) 및 발광소자(220)에서는, 발광 물질을 함유하는 층(106)을 끼우고 있는 한 쌍의 전극(제1 전극 및 제2 전극) 사이에 전압을 인가함으로써 발광을 얻을 수 있다. 이때, 발광소자의 2개의 전극에 교류 전압을 인가한다.
[실시형태 3]
본 실시형태에서는, 본 발명의 발광소자를 가지는 표시장치에 대하여 도 4(A) 및 도 4(B)를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에서 나타내는 표시장치는, 트랜지스터 등의 구동용 소자를 특별히 제공하지 않고 발광소자를 구동시키는 패시브형 표시장치이다. 또한, 도 4(A)는 본 발명의 패시브형 표시장치의 사시도이고, 도 4(B)는 상면도를 나타낸다. 또한, 도 4(A)는 도 4(B)의 파선(408)으로 둘러싸인 부분에 대한 사시도이다.
도 4(A)에서, 제1 기판(401) 위에는 다수의 제1 전극(402)이 병렬로 제공되어 있다. 다수의 제1 전극(402) 각각의 단부는 격벽층(403)으로 덮여 있다. 또한, 도 4(A)에는, 표시장치의 내부 구조를 알기 쉽게 하기 위해, 제2 기판(409), 제2 전극(405), 및 층(404)의 일부를 생략하고 있다. 또한, 제1 기판(401) 위에 제공된 제1 전극(402)과 격벽층(403)이 배치된 양태를 알기 쉽게 하기 위해, 도면의 가장 앞에 위치하는 제1 전극(402)의 단부를 덮는 격벽층을 생략하고 있다. 그러나, 실제로는, 가장 앞에 위치하는 제1 전극(402)의 단부도 격벽층에 의해 덮여 있다.
제1 전극(402)의 상방에는, 다수의 제2 전극(405)이 제공되어 있다. 제2 전극(405)은 제1 전극(402)과 교차하도록 병렬로 제공되어 있다.
제1 전극(402)과 제2 전극(405)과의 사이에는 층(404)이 제공되어 있다. 또한, 제1 전극(402)과 층(404)과 제2 전극(405)과의 적층 구조가, 상기 실시형태에서 설명한 본 발명의 발광소자에 상당한다. 즉, 층(404)은, 상기 실시형태에서 나타낸 발광 물질을 함유하는 층과, 이 발광 물질을 함유하는 층에 접하는 전자 공급층을 적어도 포함한다. 또한, 층(404)은 발광 물질을 함유하는 층에 접하는 절연층을 더 포함하여도 좋다. 또한, 층(404)은 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면에 접하는 전자 공급층과, 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면에 접하는 정공 공급층을 가지고 있어도 좋다. 제2 전극(405) 위에는 제2 기판(409)이 제공되어 있다.
도 4(B)에 나타내는 바와 같이, 제1 전극(402)은 제1 구동회로(406)에 접속되어 있고, 제2 전극(405)은 제2 구동회로(407)에 접속되어 있다. 제1 전극(402)과 제2 전극(405)이 교차하는 각 부분에, 한 쌍의 전극 사이에, 발광 물질을 함유하는 층과, 이 발광 물질을 함유하는 층에 접하는 전자 공급층을 적어도 끼우고 있는 본 발명의 발광소자(410)가 제공되어 있다. 그리고, 제1 구동회로(406) 및 제2 구동회로(407)로부터의 신호에 따라 선택된 본 발명의 발광소자가 발광한다. 발광은, 제1 전극(402)과 제2 전극(405) 중의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 통하여 외부로 추출된다. 그리고, 다수의 발광소자(410)로부터의 발광이 조합되어 영상을 생성한다. 또한, 도 4(B)에서는, 제1 전극(402) 및 제2 전극(405) 각각의 배치를 알기 쉽게 하기 위하여, 격벽층(403) 및 제2 기판(409)을 나타내고 있지 않지만, 실제로는 이들이 도 4(A)에 나타내는 바와 같이 제공되어 있다.
제1 전극(402) 및 제2 전극(405)은 다양한 종류의 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 제1 기판(401) 및 제2 기판(409)의 재질에 대해서는 특별히 한정은 없고, 유리 기판 등 외에, 플라스틱 등의 수지를 사용한 가요성 기판을 사용할 수 있다. 격벽층(403)의 재료에 대해서도 특별히 한정은 없고, 유기 절연 재료, 무기 절연 재료, 또는 유기 절연 재료와 무기 절연 재료의 혼합 재료 등을 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 층(404)은 상이한 색의 발광을 나타내는 발광소자마다 독립하여 형성 될 수도 있다. 예를 들어, 적, 녹, 청의 각 색을 발광하는 발광소자마다, 독립한 층으로서 층(404)을 형성하여도 좋다. 이와 같이, 상이한 색의 발광을 나타내는 발광소자마다 층(404)을 제공함으로써, 다색 표시가 가능한 표시장치를 얻을 수 있다.
본 발명에서와 같이, 발광 물질을 함유하는 층에 접하여 전자 공급층을 형성함으로써, 발광 효율이 높고 낮은 구동전압으로 동작하는 발광소자를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광소자를 가지는 것에 의해, 표시장치를 저소비전력으로 구동시킬 수 있다.
[실시형태 4]
본 실시형태에서는, 화소부를 구성하는 각 화소에 트랜지스터(TFT) 및 본 발명의 발광소자를 가지고, 트랜지스터에 의해 발광소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 표시장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 발광소자를 가지는 액티브 매트릭스형 표시장치는, 예를 들어, 도 5(A)∼도 5(C)에 나타내는 바와 같은 회로 구성을 가질 수 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.
도 5(A)는, 하나의 화소에, 하나의 발광소자(508)와, 발광소자(508)의 스위칭 소자로서 기능하는 하나의 트랜지스터(506)(이하, 스위칭용 TFT(506)라고 한다)를 포함하는 경우의 구성을 나타낸다.
스위칭용 TFT(506)의 게이트 전극은 게이트선(502)에 접속되어 있다. 또한, 스위칭용 TFT(506)의 소스 영역과 드레인 영역 중의 한쪽은 데이터선(504)에 접속 되고, 다른 한쪽은 발광소자(508)의 한쪽 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 발광소자(508)의 다른 쪽 전극은 일정 전압(기준 전압)이 유지된 대향 전원(510)에 전기적으로 접속되어 있다.
게이트선(502)으로부터는, 스위칭용 TFT(506)를 온 상태 또는 오프 상태로 하기 위한 신호(직류 전압(Vgate))가 입력된다. 또한, 데이터선(504)으로부터는, 발광소자(508)를 구동시키기 위한 신호(교류 전압 또는 직류 전압(Vsig))가 입력된다. 여기서, 데이터선(504)에 입력되는 신호가 교류 전압인 경우에는, 기준 전압보다 높은 전압(정(正)의 극성을 가지는 전압)과, 기준 전압보다 낮은 전압(부(負)의 극성을 가지는 전압)이 일정 기간마다 교대로 인가된다. 또한, 여기서의 계조 표시는 Vsig의 진폭의 크기를 바꿈으로써 행할 수 있다.
도 5(B)는, 하나의 화소에, 하나의 발광소자(528)와, 발광소자(528)의 스위칭 소자로서 기능하는 트랜지스터(526)(이하, 스위칭용 TFT(526)라고 한다)와, 발광소자(528)를 구동시키기 위해 기능하는 트랜지스터(530)(이하, 구동용 TFT(530)라고 한다)를 포함하는 경우의 구성을 나타낸다.
스위칭용 TFT(526)의 게이트 전극은 게이트선(522)에 접속되어 있다. 또한, 스위칭용 TFT(526)의 소스 영역과 드레인 영역 중의 한쪽은 데이터선(524)에 접속되고, 다른 한쪽은 구동용 TFT(530)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있다.
구동용 TFT(530)의 소스 영역과 드레인 영역 중의 한쪽은 발광소자(528)의 한쪽 전극에 접속되고, 다른 한쪽은 전원 공급선(532)에 전기적으로 접속되어 있 다. 또한, 발광소자(528)의 다른 쪽 전극은 일정 전압(기준 전압)이 유지된 대향 전원(534)에 전기적으로 접속되어 있다.
게이트선(522)으로부터는, 스위칭용 TFT(526)를 온 상태 또는 오프 상태로 하기 위한 신호(직류 전압(Vgate))가 입력된다. 데이터선(524)으로부터는, 구동용 TFT(530)를 온 상태 또는 오프 상태로 하기 위한 신호(직류 전압(Vsig))가 입력된다. 또한, 전원 공급선(532)으로부터는, 발광소자(528)를 구동시키기 위한 신호(교류 전압(VEL))가 입력된다. 여기서, 전원 공급선(532)에는, 기준 전압보다 높은 전압(정의 극성을 가지는 전압)과, 기준 전압보다 낮은 전압(부의 극성을 가지는 전압)이 일정 기간마다 교대로 인가된다. 또한, 여기서의 계조 표시는 Vsig의 진폭의 크기를 바꿈으로써 행할 수 있다.
도 5(C)는, 하나의 화소에, 하나의 발광소자(548)와, 발광소자(548)의 스위칭 소자로서 기능하는 트랜지스터(546)(이하, 스위칭용 TFT(546)라고 한다)와, 발광소자(548)를 구동시키기 위해 기능하는 트랜지스터(550)(이하, 구동용 TFT(550)라고 한다)와, 구동용 TFT(550)의 게이트 전위를 보유하기 위한 축적 용량(554)을 포함하는 경우의 구성을 나타낸다.
스위칭용 TFT(546)의 게이트 전극은 게이트선(542)에 접속되어 있다. 스위칭용 TFT(546)의 소스 영역과 드레인 영역 중의 한쪽은 데이터선(544)에 접속되고, 다른 한쪽은 구동용 TFT(550)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있다.
구동용 TFT(550)의 소스 영역과 드레인 영역 중의 한쪽은 발광소자(548)의 한쪽 전극에 접속되고, 다른 한쪽은 전원 공급선(552)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 발광소자(528)의 다른 쪽 전극은 일정 전압(기준 전압)이 유지된 대향 전원(556)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 축적 용량(554)의 한쪽 단자는 구동용 TFT(550)의 게이트 전극에 접속되고, 다른 쪽 단자는 전원 공급선(552)에 접속되어 있다.
게이트선(542)으로부터는, 스위칭용 TFT(546)를 온 상태 또는 오프 상태로 하기 위한 신호(직류 전압(Vgate))가 입력된다. 데이터선(544)으로부터는, 구동용 TFT(550)를 온 상태 또는 오프 상태로 하기 위한 신호(직류 전압(Vsig))가 입력된다. 또한, 전원 공급선(552)으로부터는, 발광소자(548)를 구동시키기 위한 신호(직류 전압(VEL))가 입력된다. 또한, 여기서의 계조 표시는 Vsig의 진폭의 크기를 바꿈으로써 행할 수 있다.
도 5(C)는 축적 용량이 제공되어 있다는 점에서 도 5(B)와 다르다. 도 5(C)에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 발광소자(548)에 전원 공급선(552)을 통하여 직류 전압을 인가하는 경우에는, 발광소자(548)의 구동용 TFT(550)의 게이트 전위를 보유하기 위해 축적 용량(554)이 필요하다. 한편, 도 5(B)에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 발광소자(528)에 전원 공급선(532)을 통하여 교류 전압을 인가하는 경우, 그리고, 교류 주파수가 통상의 프레임 주파수 60 Hz보다 높은 대략 1 kHz인 경우에는, 축적 용량을 부가하여 구동용 TFT(530)의 게이트 전위를 보유할 필요는 없다.
다음에, 도 5(C)에 나타낸 회로 구성을 가지는 액티브 매트릭스형 표시장치의 화소부의 상세한 구조에 대하여 도 6(A) 및 도 6(B)를 사용하여 설명한다. 도 6(A)는 화소부의 일부를 나타내는 상면도, 도 6(B)는 도 6(A) 중의 파선 O-P에서의 단면도를 나타낸다.
도 6(A)는 화소부의 일부의 확대도이고, 게이트선(602), 데이터선(604), 전원 공급선(612)을 나타내고 있다. 또한, 스위칭용 TFT(606)와 구동용 TFT(610)의 2개의 트랜지스터와 축적 용량(614)이 제공되어 있다.
스위칭용 TFT(606)는 반도체층(620)의 일부와 게이트선(602)의 일부를 포함한다. 그리고, 게이트선(602)과 교차하는 부분의 반도체층(620)이 스위칭용 TFT(606)의 채널 형성 영역이 된다. 또한, 반도체층(620)의 한쪽 단부는 배선(616)을 통하여 데이터선(604)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽 단부는 배선(617)을 통하여 게이트 전극(603)에 전기적으로 접속되어 있다.
구동용 TFT(610)는 반도체층(622)의 일부와 게이트 전극(603)의 일부를 포함한다. 그리고, 게이트 전극(603)과 교차하는 부분의 반도체층(622)이 구동용 TFT(610)의 채널 형성 영역이 된다. 또한, 반도체층(622)의 한쪽 단부는 배선(619)을 통하여 반도체층(623)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽 단부는 배선(618)을 통하여 발광소자의 한쪽 전극(제1 전극)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도 6(A)에서는 발광소자를 생략하고 있다.
축적 용량(614)은 반도체층(623)의 일부와 게이트 전극(603)의 일부를 포함한다. 또한, 반도체층(623)의 한쪽 단부는 상기한 바와 같이 배선(619)을 통하여 반도체층(622)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽 단부는 전원 공급선(612)에 전기적으로 접속되어 있다.
다음에, 도 6(B)에 나타낸 단면 구조에 대하여 설명한다. 화소부에는, 기판(630) 위에, 스위칭용 TFT(606), 구동용 TFT(610), 및 발광소자(646)가 제공되어 있다. 또한, 화소부에는 도 6(A)에 나타낸 축적 용량(614)도 제공되지만, 여기서는 축적 용량(614)을 나타내지 않았다.
발광소자(646)는 상기 실시형태에서 설명한 본 발명의 발광소자이고, 발광 물질을 함유하는 층과, 이 발광 물질을 함유하는 층에 접하는 전자 공급층을 적어도 포함한다. 또한, 발광소자(646)는, 발광 물질을 함유하는 층에 접하는 절연층을 더 가지고 있어도 좋다. 또한, 발광소자(646)는, 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면에 접하는 전자 공급층과, 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면에 접하는 정공 공급층을 가지고 있어도 좋다. 본 실시형태에서는, 발광소자(646)는, 제1 전극(638), 전자 공급층(640), 발광 물질을 함유하는 층(642), 및 제2 전극(644)이 순차로 적층된 구조를 가진다. 제1 전극(638)은 배선(618)을 통하여 구동용 TFT(610)에 전기적으로 접속되어 있다.
제1 절연층(634) 위에는, 데이터선(604) 및 전원 공급선(612)이 제공되어 있다. 또한, 반도체층(620)의 한쪽 단부는 배선(617)을 통하여 게이트 전극(603)에 전기적으로 접속되어 있다. 반도체층(620)의 다른 쪽 단부는 배선(616)을 통하여 데이터선(604)에 전기적으로 접속되어 있다.
발광소자(646)의 구성은 상기 실시형태에 준한다. 즉, 제1 전극(638) 및 제 2 전극(644)은 다양한 종류의 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 따라서, 발광 물질을 함유하는 층(642)은, 적어도 모체 재료와 불순물 원소로 구성되는 발광 재료를 포함한다. 전자 공급층(640)은 발광 물질을 함유하는 층(642)에 포함되는 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질, 또는 다이아몬드, 질화알루미늄(AlN) 등의 부의 전자 친화력을 가지는 물질로 형성된다. 또한, 절연층을 제공하는 경우는, 무기 절연 재료, 유기 절연 재료, 또는 무기 절연 재료와 유기 절연 재료와의 혼합 재료 등을 사용한다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면에 접하는 전자 공급층과, 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면에 접하는 정공 공급층을 제공하는 경우에는, 정공 공급층이 발광 물질을 함유하는 층에 포함되는 모체 재료의 일 함수보다 큰 일 함수를 가지는 물질로 형성된다.
기판(630)으로서는, 유리 기판, 석영 기판, 또는 스테인리스 강 기판의 일 표면에 절연층을 형성한 것을 사용할 수 있다. 그 외에, 후속 공정의 처리 온도에 견딜 수 있는 내열성이 있는 플라스틱(폴리이미드, 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르 술폰 등) 등으로 된 기판도 사용할 수 있다. 이들 기판은 필요에 따라 CMP 등에 의해 연마한 후 사용할 수도 있다.
게이트선(602)과 게이트 전극(603)의 재료는 특별히 한정되는 것은 아니고, 다양한 종류의 도전성 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 원소 또는 이들 원소 중 어느 것인가를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료 중에서 선택되는 하나 또는 다수를 포함하는 단층 또는 적층 구조를 사용할 수 있다. 또는, 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 규소로 대표되는 반도체 재료를 사용할 수도 있다.
배선(616), 배선(617), 배선(618), 데이터선(604), 및 전원 공급선(612)의 재료도 특별히 한정되는 것은 아니고, 다양한 종류의 도전성 재료를 사용할 수 있다. 그러나, 배선으로서 기능하기 때문에, 저저항 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 철(Fe), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 바륨(Ba) 등의 원소 또는 이들 원소 중 어느 것인가를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료 중에서 선택되는 하나 또는 다수를 포함하는 단층 또는 적층 구조를 사용할 수 있다. 또한, 규소(Si) 또는 게르마늄(Ge)을 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료를 사용할 수도 있다. 물론, 상기한 저저항 재료와, 규소 또는 게르마늄을 주성분으로 하는 재료를 적층하여 사용할 수도 있다.
게이트 절연층(632)은, 산화규소, 질화규소, 또는 산소 및 질소를 함유하는 규소 등의 절연 재료를 포함하는 단층 또는 적층일 수 있다.
반도체층(620)과 반도체층(622)은, 규소(Si), 규소-게르마늄(SiGe), 갈륨-비소(GaAs), 산화아연(ZnO) 등을 주성분으로 하는 무기 반도체 재료를 사용할 수 있 다. 그 외에, 펜타센, 올리고티오펜 등을 주성분으로 하는 유기 반도체 재료를 사용할 수도 있다.
제1 절연층(634)과 제2 절연층(636)은, 유기 절연 재료, 무기 절연 재료, 또는 유기 절연 재료와 무기 절연 재료의 혼합 재료를 사용할 수 있다. 무기 절연 재료는 산화규소, 질화규소 등일 수 있다. 유기 절연 재료는 폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 폴리이미드아미드 또는 벤조시클로부텐, 실록산, 폴리실라잔 등일 수 있다. 또한, 실록산 수지란, Si-O-Si 결합을 포함하는 수지에 상당한다. 실록산은, 규소(Si)와 산소(O)와의 결합으로 골격 구조가 구성된다. 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기(예를 들어, 알킬기, 방향족 탄화수소)가 사용된다. 치환기로서, 플루오로기를 사용하여도 좋다. 또한, 치환기로서, 적어도 수소를 함유하는 유기기와, 플루오로기를 사용하여도 좋다. 또한, 폴리실라잔은, 규소(Si)와 질소(N)의 결합을 가지는 폴리머 재료를 출발 원료로 사용하여 형성된다.
본 실시형태와 같이, 발광 물질을 함유하는 층에 접하여 전자 공급층을 형성한 본 발명의 발광소자를 가지는 것에 의해, 표시장치의 소비전력을 저감할 수 있다. 또한, 발광 효율이 좋은 발광소자를 가지기 때문에, 고화질의 표시장치를 얻을 수 있다.
[실시형태 5]
본 실시형태에서는, 도 6(B)에 나타낸 액티브 매트릭스형 표시장치의 제조방법을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
먼저, 기판(630) 위에, 스퍼터링법, PVD법, CVD법, 액적 토출법, 잉크젯법, 인쇄법 등에 의해 제1 도전층을 형성한다. 제1 도전층의 막 두께는, 바람직하게는 100 nm∼500 nm의 범위로 형성한다. 여기서는, 유리 기판(630) 위에 제1 도전층을 스퍼터링법에 의해 막 두께 150 nm의 텅스텐층으로 형성한다. 다음에, 제1 도전층을 포토리소그래피법 및 에칭법으로 가공하여, 게이트선(602) 및 게이트 전극(603)을 형성한다(도 7(A)). 여기서 형성되는 게이트선(602)의 일부는 스위칭용 TFT(606)의 게이트 전극으로서 기능한다. 또한, 게이트 전극(603)의 일부는 구동용 TFT(610)의 게이트 전극으로서 기능한다.
다음에, 게이트선(602) 및 게이트 전극(603) 위에, 스퍼터링법, CVD법 등에 의해 게이트 절연층(632)을 형성한다. 게이트 절연층(632)의 막 두께는, 바람직하게는 10 nm∼500 nm의 범위로 형성한다. 여기서는, 게이트 절연층(632)을 막 두께 100 nm의 산화규소층(SiO2)으로 형성한다(도 7(B)).
다음에, 게이트 절연층(632) 위에, 스퍼터링법, CVD법 등에 의해 반도체층을 형성한다. 반도체층의 막 두께는, 바람직하게는 100 nm∼1000 nm의 범위로 형성한다. 여기서는, 반도체층을 스퍼터링법에 의해 막 두께 100 nm의 산화아연(ZnO)층으로 형성한다. 그리고, 반도체층을 포토리소그래피법 및 에칭법으로 가공하여, 반도체층(620) 및 반도체층(622)을 형성한다(도 7(C)).
다음에, 게이트 절연층(632)에, 포토리소그래피법 및 에칭법에 의해, 게이트 전극(603)에 이르는 콘택트 홀을 형성한다. 그리고, 반도체층(620, 622) 위에, 스퍼터링법, PVD법, CVD법, 액적 토출법, 잉크젯법, 인쇄법 등에 의해 제2 도전층을 형성한다. 제2 도전층의 막 두께는, 바람직하게는 100 nm∼500 nm의 범위로 형성한다. 여기서는, 제2 도전층을 스퍼터링법에 의해 막 두께 200 nm의 알루미늄-티탄 합금층으로 형성한다. 그리고, 제2 도전층을 포토리소그래피법 및 에칭법으로 가공하여, 배선(616, 617, 618)을 형성한다(도 7(D)). 이때, 반도체층(620)은 배선(617)을 통하여 게이트 전극(603)에 전기적으로 접속된다.
다음에, 배선(616, 617, 618) 위에, 스퍼터링법, CVD법, 도포법 등에 의해 제1 절연층(634)을 형성한다. 제1 절연층(634)의 막 두께는, 바람직하게는 10 nm∼500 nm의 범위로 형성한다. 여기서는, 제1 절연층(634)을 스퍼터링법에 의해 막 두께 500 nm의 산화규소층으로 형성한다.
다음에, 제1 절연층(634)에, 포토리소그래피법 및 에칭법에 의해, 배선(616)에 이르는 콘택트 홀을 형성한다. 그리고, 제1 절연층(634) 위에, 스퍼터링법, PVD법, CVD법, 액적 토출법, 잉크젯법, 인쇄법 등에 의해 제3 도전층을 형성한다. 제3 도전층의 막 두께는, 바람직하게는 100 nm∼500 nm의 범위로 형성한다. 여기서는, 제3 도전층을 스퍼터링법에 의해 막 두께 200 nm의 알루미늄-티탄 합금층으로 형성한다. 그리고, 제3 도전층을 포토리소그래피법 및 에칭법으로 가공하여, 데이터선(604) 및 전원 공급선(612)을 형성한다(도 8(A)). 이때, 데이터선(604)은 배선(616)을 통하여 반도체층(620)에 전기적으로 접속된다.
다음에, 데이터선(604), 전원 공급선(612), 및 제1 절연층(634) 위에, 스퍼터링법, CVD법, 도포법 등에 의해 제2 절연층(636)을 형성한다. 제2 절연층(636)의 막 두께는, 평탄화시키기 위하여, 바람직하게는 500 nm∼1500 nm의 범위로 형성 한다. 여기서는, 제2 절연층(636)을 스퍼터링법에 의해 막 두께 1000 nm의 산화규소층으로 형성한다(도 8(B)).
다음에, 제2 절연층(636) 및 제1 절연층(634)에, 포토리소그래피법 및 에칭법에 의해, 배선(618)에 이르는 콘택트 홀을 형성한다. 그리고, 제2 절연층(636) 위에, 스퍼터링법, 진공 증착법, CVD법, 졸-겔법 등에 의해 제1 전극(638)을 형성한다. 제1 전극(638)의 막 두께는, 바람직하게는 100 nm∼500 nm의 범위로 형성한다. 여기서는, 제1 전극(638)을 알루미늄을 사용하여 스퍼터링법에 의해 막 두께 200 nm로 형성한다. 이때, 제1 전극(638)은 배선(618)을 통하여 반도체층(622)에 전기적으로 접속된다.
다음에, 제1 전극(638) 위에, 스퍼터링법, 진공 증착법, CVD법, 졸-겔법 등에 의해 전자 공급층(640)을 형성한다. 전자 공급층(640)의 막 두께는, 바람직하게는 10 nm∼500 nm의 범위로 형성한다. 여기서는, 전자 공급층(640)을 리튬을 사용하여 진공 증착법에 의해 막 두께 200 nm로 형성한다.
다음에, 전자 공급층(640) 위에, 발광 물질을 함유하는 층(642)을 형성한다. 또한, 여기서 형성하는 발광소자가 박막형인 경우에는, 발광 물질을 함유하는 층(642)을, 저항 가열 증착법, 전자빔 증착(EB 증착)법 등의 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 물리 기상 성장법(PVD), 금속 유기 CVD법, 감압 하이드라이드 수송 CVD법 등의 화학 기상 성장법(CVD), 원자층 에피탁시(ALE)법 등에 의해 형성한다. 한편, 여기서 형성하는 발광소자가 분산형인 경우에는, 발광 물질을 함유하는 층(642)을, 액적 토출법, 인쇄법(스크린 인쇄나 오프셋 인쇄 등), 스핀 코팅법 등 의 도포법, 디핑법, 디스펜서법 등에 의해 형성한다. 발광 물질을 함유하는 층(642)의 막 두께는, 바람직하게는 100 nm∼1000 nm의 범위로 형성한다. 여기서는, 발광 물질을 함유하는 층(642)을, 망간을 0.5 wt% 함유하는 황화아연(ZnS)을 사용하여 스퍼터링법에 의해 막 두께 200 nm로 형성한다. 또한, 이때, 함유시키는 불순물 원소를 바꾸어, 상이한 색의 발광을 나타내는 발광 물질을 함유하는 층들을 금속 마스크 등을 사용하여 독립적으로 형성하여도 좋다. 상이한 색의 발광을 나타내는 발광 물질을 함유하는 층들을 나누어 형성하면, 다색 표시가 가능한 표시장치를 얻을 수 있다.
다음에, 발광 물질을 함유하는 층(642) 위에, 제2 전극(644)을 형성한다. 제2 전극(644)은 제1 전극(638)과 마찬가지로 형성하면 좋다. 여기서는, 제2 전극(644)을, 인듐 주석 산화물을 사용하여 스퍼터링법에 의해 막 두께 50 nm로 형성한다(도 8(C)).
이상의 공정으로, 발광소자(646), 스위칭용 TFT(606), 구동용 TFT(610)를 포함하는 표시장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서와 같이, 발광 물질을 함유하는 층에 접하여 전자 공급층을 형성한 본 발명의 발광소자를 가짐으로써, 표시장치의 소비전력을 저감할 수 있다.
[실시형태 6]
본 실시형태에서는, 화소부에 본 발명의 발광소자를 가지는 액티브 매트릭스형 표시장치에 대하여 도 9(A) 및 도 9(B)를 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명의 표시장치는, 본 발명의 발광소자에 더하여, 발광소자를 구동하는 구동회로 등의 컨 트롤러를 포함한다. 도 9(A)는 표시장치의 상면을 나타내는 모식도이고, 도 9(B)는 도 9(A) 중의 파선 Q-R에서의 단면도를 나타낸다.
본 실시형태에서 설명하는 표시장치(900)는 기판(901) 위에 화소부(902)와 그 화소부(902)를 구동하는 구동회로부(904)를 가진다. 또한, 기판(901)의 상방에는 시일재(910)를 사이에 두고 봉지(封止) 기판(908)이 제공되어 있다. 또한, 기판(901) 위에는, 단자부(906)가 제공되어 있다. 화소부(902)를 구성하는 다수의 소자의 동작을 제어하는 신호나 전원 전위는 단자부(906)를 통하여 외부로부터 입력된다.
화소부(902)에는, 본 발명의 발광소자(930)와, 구동용 TFT(924)와, 스위칭용 TFT(922)와, 축적 용량(920)이 제공되어 있다. 본 실시형태의 발광소자(930)는, 제1 전극(932), 전자 공급층(934), 발광 물질을 함유하는 층(936), 및 제2 전극(938)이 순차로 적층된 구조를 가진다. 또한, 발광소자(930)는 상기 실시형태에 준하는 것으로 하고, 발광 물질을 함유하는 층과, 이 발광 물질을 함유하는 층에 접하는 전자 공급층을 적어도 포함하는 것으로 한다. 따라서, 발광소자(930)는, 발광 물질을 함유하는 층에 접하는 절연층을 가지는 구조이어도 좋고, 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면에 접하는 전자 공급층과, 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면에 접하는 정공 공급층을 가지는 구조이어도 좋다. 발광소자(930)의 제1 전극(932)은, 제1 절연층(914) 및 제2 절연층(916)에 형성된 콘택트 홀을 통하여 구동용 TFT(924)에 전기적으로 접속된다. 또한, 구동용 TFT(924), 스위칭용 TFT(922), 및 축적 용량(920)도 상기 실시형태에 준한다.
또한, 발광소자(930)의 제1 전극(932)의 단부는 격벽층(918)으로 덮여 있다. 격벽층(918)은, 산화규소, 질화규소 등의 무기 절연 재료, 아크릴, 폴리이미드 등의 유기 절연 재료, 또는 실록산 등으로 형성된다. 격벽층(918)이, 서로 인접하여 제공된 발광소자들을 분리할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서와 같이, 격벽층(918)이 둥그스름한 형상의 엣지(edge)를 가지는 경우, 발광층을 성막할 때의 커버리지가 좋아지기 때문에, 발광소자의 특성 불량 또는 열화(劣化)를 저감시킬 수 있다.
구동회로부(904)에는 다수의 트랜지스터(926)가 제공되어 있고, 이들 트랜지스터가 화소부(902)의 동작을 제어하는 구동회로를 구성한다. 화소부(902)의 동작을 제어하는 구동회로부(904)에는, 예를 들어, 시프트 레지스터, 디코더, 버퍼, 샘플링 회로, 래치 등이 제공되어 있다.
또한, 기판(901)과 봉지 기판(908)은 시일재(910)를 사이에 두고 서로 부착되어, 화소부(902) 및 구동회로부(904)를 봉지한다. 또한, 봉지 기판(908)에는, 컬러 필터(942)와 차광층(944)이 제공되어 있다. 또한, 본 발명은 특별히 한정되지 않고, 컬러 필터(942) 또는 차광층(944)을 생략하여도 좋다. 또한, 기판(901) 및 봉지 기판(908)은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 유리 기판, 플라스틱 기판(폴리이미드, 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르 술폰 등으로 된) 등일 수 있다.
또한, 기판(901)과 봉지 기판(908)에 의해 봉지된 내부(948)는, 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스로 충전되어도 좋고, 수지 재료 등에 의해 충전되어도 좋 다. 또한, 충전되는 수지 재료에는, 건조제가 포함되어 있어도 좋다. 또한, 본 발명을 포함하는 무기 발광소자는 수분에 의한 열화에 강하기 때문에, 반드시 발광소자를 위로부터 봉지할 필요는 없다.
또한, 단자부(906)에서는, 도전성 접착제(952) 등을 사용하여 배선(950)에 가요성 프린트 회로(Flexible Print Circuit, FPC)(954)가 접속되어 있다.
본 실시형태에서와 같이, 발광 물질을 함유하는 층에 접하여 전자 공급층을 형성한 본 발명의 발광소자를 가짐으로써, 표시장치의 소비전력을 저감할 수 있다.
[실시형태 7]
본 실시형태에서는, 실시형태 3 내지 실시형태 6에 나타내는 표시장치들 중 어느 것인가를 부품로서 포함하는 본 발명의 전자기기에 대하여 설명한다.
본 발명의 발광소자를 사용하여 제조되는 전자기기로서, 비디오 카메라, 디지털 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이, 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카 오디오, 오디오 컴포넌트 등), 컴퓨터, 게임기기, 휴대형 정보 단말기(모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대형 게임기 또는 전자 책 등), 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는, DVD(Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체를 재생하고, 그의 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 이들 전자기기의 구체적인 예를 도 10(A)∼도 10(D)에 나타낸다.
도 10(A)는 본 발명의 텔레비전 장치(1400)로서, 케이스(9101), 지지대(9102), 표시부(9103), 스피커부(9104), 비디오 입력 단자(9105) 등을 포함한다. 이 텔레비전 장치에서, 표시부(9103)는 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 것 과 같은 발광소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 구성되어 있다. 이 발광소자는 발광 효율이 높고, 구동 전압이 낮다고 하는 특징을 가지고 있다. 그러한 발광소자를 포함하는 표시부(9103)도 같은 특징을 가진다. 따라서, 이 텔레비전 장치는 저소비전력화를 도모하고 있으므로, 주거 환경에 적합한 제품이 제공될 수 있다.
도 10(B)는 본 발명의 컴퓨터로서, 본체(9201), 케이스(9202), 표시부(9203), 키보드(9204), 외부 접속 포트(9205), 포인팅 마우스(9206) 등을 포함한다. 이 컴퓨터에서, 표시부(9203)는, 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 것과 같은 발광소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 구성되어 있다. 이 발광소자는 발광 효율이 높고, 소비전력이 낮다고 하는 특징을 가지고 있다. 그러한 발광소자를 포함하는 표시부(9203)도 같은 특징을 가진다. 따라서, 이 컴퓨터는 저소비전력화를 도모하고 있으므로, 환경에 적합한 제품이 제공될 수 있다.
도 10(C)는 본 발명의 휴대 전화기로서, 본체(9401), 케이스(9402), 표시부(9403), 음성 입력부(9404), 음성 출력부(9405), 조작 키(9406), 외부 접속 포트(9407), 안테나(9408) 등을 포함한다. 이 휴대 전화기에서, 표시부(9403)는, 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 것과 같은 발광소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 구성되어 있다. 이 발광소자는 발광 효율이 높고, 소비전력이 낮다는 특징을 가지고 있다. 그러한 발광소자를 포함하는 표시부(9403)도 같은 특징을 가진다. 따라서, 이 휴대 전화기는 저소비전력화를 도모하고 있으므로, 휴대에 적합한 제품이 제공될 수 있다.
도 10(D)는 본 발명의 카메라로서, 본체(9501), 표시부(9502), 케이 스(9503), 외부 접속 포트(9504), 리모콘 수신부(9505), 수상부(9506), 배터리(9507), 음성 입력부(9508), 조작 키(9509), 접안부(9510) 등을 포함한다. 이 카메라에서, 표시부(9502)는, 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 것과 같은 발광소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 구성되어 있다. 이 발광소자는 발광 효율이 높고, 소비전력이 낮다는 특징을 가지고 있다. 그러한 발광소자를 포함하는 표시부(9502)도 같은 특징을 가진다. 따라서, 이 카메라는 저소비전력화를 도모하고 있으므로, 휴대에 적합한 제품이 제공될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 표시장치의 적용 범위는 매우 넓고, 이 표시장치를 모든 분야의 전자기기에 적용하는 것이 가능하다. 본 발명의 표시장치를 사용함으로써, 소비전력이 낮은 전자기기를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 표시장치는, 발광 효율이 높은 발광소자를 가지고 있기 때문에, 조명 장치로서 사용할 수도 있다. 본 발명의 발광소자를 조명 장치에 사용하는 일 양태를 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 표시장치를 백라이트로서 사용한 액정 표시장치의 일례를 나타낸다. 도 11에 나타낸 액정 표시장치는 케이스(5101), 액정층(5102), 백라이트(5103), 케이스(5104)를 가지고, 액정층(5102)은, 드라이버 IC(5105)에 접속되어 있다. 또한, 백라이트(5103)는 본 발명의 표시장치를 사용하고, 단자(5106)를 통해 이 표시장치에 전류가 공급된다.
본 발명의 표시장치를 액정 표시장치의 백라이트로서 사용함으로써, 소비전력이 저감된 백라이트를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 표시장치는 면 발광의 조 명 장치로서 사용될 수 있고, 대면적화도 가능하기 때문에, 백라이트의 대면적화가 가능하여, 액정 표시장치의 대면적화도 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 표시장치는 박형이고 저소비전력이기 때문에, 액정 표시장치의 박형화, 저소비전력화도 가능하게 된다.
도 12는 음향 재생 장치의 구체예로서 카 오디오를 나타내고 있고, 이 카 오디오는 본체(701), 표시부(702), 조작 스위치(703), 조작 스위치(704)를 포함하고 있다. 표시부(702)는 실시형태 3에서 나타낸 표시장치(패시브형) 또는 실시형태 4∼6에서 나타낸 표시장치(액티브형)를 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 이 표시부(702)는 세그먼트 방식의 표시장치로 형성될 수도 있다. 어쨌든, 본 발명의 발광소자를 사용함으로써, 소비전력이 낮은 표시부를 구성할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 차량 탑재용 오디오 장치를 나타내지만, 본 발명이 휴대형이나 가정용의 오디오 장치에 적용될 수도 있다.
도 13은 음향 재생 장치의 일례로서 디지털 플레이어를 나타내고 있다. 도 13에 나타내는 디지털 플레이어는 본체(710), 표시부(711), 메모리부(712), 조작부(713), 이어폰(714) 등을 포함하고 있다. 또한, 이어폰(714) 대신에 헤드폰이나 무선식 이어폰을 사용할 수도 있다. 표시부(711)는 실시형태 3에서 나타낸 표시장치(패시브형) 또는 실시형태 4∼6에서 나타낸 표시장치(액티브형)를 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 이 표시부(711)는 세그먼트 방식의 표시장치로 형성할 수도 있다. 어쨌든, 본 발명의 발광소자를 사용함으로써, 소비전력이 낮은 표시부를 구성할 수 있다. 메모리부(712)는 하드 디스크나 불휘발성 메모리를 사용한다. 예를 들어, 기록 용량이 20 기가바이트∼200 기가바이트(GB)인 NAND형 불휘발성 메모리를 사용하여 조작부(713)를 조작함으로써, 영상이나 음성(음악)을 기록, 재생할 수 있다. 또한, 표시부(702) 및 표시부(711)가 흑색의 배경에 백색의 문자를 표시하는 경우, 소비전력을 더욱 억제할 수 있다. 이것은 휴대형 오디오 장치에서 특히 유효하다.
이상과 같이, 본 발명을 적용하여 제조한 표시장치의 적용 범위는 매우 넓고, 이 표시장치를 모든 분야의 전자기기에 적용하는 것이 가능하다. 본 발명을 적용함으로써, 소비전력이 낮은 전자기기를 얻을 수 있다.
도 14는 본 발명의 표시장치를 실내의 조명 장치(1401, 1402)로서 사용한 예를 나타낸다. 조명 장치(1401)는 천정에 부착되고, 조명 장치(1402)는 벽에 묻은 양태를 나타내고 있다. 본 발명의 표시장치는 대면적화가 가능하기 때문에, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 표시장치는, 소비전력이 낮기 때문에, 저소비전력화의 조명 장치로서 사용하는 것이 가능하다. 이와 같이, 본 발명의 표시장치를 실내의 조명 장치(1401)로서 사용한 방에, 도 10(A)를 참조하여 설명한 바와 같은 본 발명의 텔레비전 장치(1400)를 설치하여, 공공 방송이나 영화를 감상할 수 있다. 이와 같은 경우, 텔레비전 장치와 조명장치 모두가 저소비전력이므로, 전기요금을 걱정하지 않고 밝은 방에서 박진감 있는 영상을 감상할 수 있다.
조명 장치는 본 실시형태에서 나타낸 것에 한정되지 않고, 주택이나 공공 시설의 조명을 비롯하여 다양한 형태의 조명 장치로서 응용할 수 있다. 그러한 경 우, 본 발명의 조명 장치는, 발광 매체가 박막 형상이므로, 조명 장치의 디자인의 자유도가 높기 때문에, 다양한 의장을 집약한 상품을 시장에 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 발광 물질을 함유하는 층과;
    상기 발광 물질을 함유하는 층과 접하는 전자 공급층을 포함하고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층이 제1 전극과 제2 전극과의 사이에 제공되고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 및 질화물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 모체 재료와, 불순물 원소를 적어도 포함하고,
    상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함하는, 발광소자.
  2. 발광 물질을 함유하는 층과;
    상기 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면과 접하는 전자 공급층; 및
    상기 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면과 접하는 절연층을 포함하고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층과 상기 절연층이 제1 전극과 제2 전극과의 사이에 제공되고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 및 질화물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 모체 재료와, 불순물 원소를 적어도 포함하고,
    상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함하는, 발광소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 불순물 원소는, 망간(Mn), 구리(Cu), 사마륨(Sm), 테르븀(Tb), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 유로퓸(Eu), 세륨(Ce), 및 프라세오디뮴(Pr)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 발광소자.
  4. 발광 물질을 함유하는 층과;
    상기 발광 물질을 함유하는 층과 접하는 전자 공급층을 포함하고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층이 제1 전극과 제2 전극과의 사이에 제공되고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 및 질화물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 모체 재료와, 제1 불순물 원소, 및 제2 불순물 원소를 적어도 포함하고,
    상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함하는, 발광소자.
  5. 발광 물질을 함유하는 층과;
    상기 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면과 접하는 전자 공급층; 및
    상기 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면과 접하는 절연층을 포함하고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층과 상기 절연층이 제1 전극과 제2 전극과의 사이에 제공되고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 및 질화물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 모체 재료와, 제1 불순물 원소, 및 제2 불순물 원소를 적어도 포함하고,
    상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함하는, 발광소자.
  6. 발광 물질을 함유하는 층과;
    상기 발광 물질을 함유하는 층의 한쪽 면과 접하는 전자 공급층; 및
    상기 발광 물질을 함유하는 층의 다른 쪽 면과 접하는 정공 공급층을 포함하고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층과 상기 전자 공급층과 상기 정공 공급층이 제1 전극과 제2 전극과의 사이에 제공되고,
    상기 발광 물질을 함유하는 층은, 황화물, 산화물 및 질화물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 모체 재료와, 제1 불순물 원소, 및 제2 불순물 원소를 적어도 포함하고,
    상기 전자 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 작은 일 함수를 가지는 물질을 포함하고,
    상기 정공 공급층은 상기 모체 재료의 일 함수보다 큰 일 함수를 가지는 물질을 포함하는, 발광소자.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 정공 공급층은 일 함수 4.5 eV 이상의 물질로 형성되는, 발광소자.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 정공 공급층은, 베릴륨(Be), 붕소(B), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 안티몬(Sb), 텔루르(Te), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 셀렌(Se), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 상기 원소의 화합물, 및 상기 원소의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로 형성되는, 발광소자.
  9. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 불순물 원소가 불소(F), 염소(Cl) 또는 알루미늄(Al)인, 발광소자.
  10. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 불순물 원소가 구리(Cu) 또는 은(Ag)인, 발광소자.
  11. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 물질을 함유하는 층이 제3 불순물 원소로서 망간(Mn)을 더 포함하는, 발광소자.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 물질을 함유하는 층 내의 상기 모체 재료는, 황화아연(ZnS), 황화카드 뮴(CdS), 황화칼슘(CaS), 황화이트륨(Y2S3), 황화갈륨(Ga2S3), 황화스트론튬(SrS), 황화바륨(BaS), 산화아연(ZnO), 산화이트륨(Y2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN), 셀렌화아연(ZnSe), 텔루르화아연(ZnTe), CaGa2S4, SrGa2S4, BaGa2S4, BaAl2S4, CaAl2S4, SrCaY2S4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 발광소자.
  13. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 공급층이 일 함수 4 eV 이하의 물질로 형성되는, 발광소자.
  14. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 공급층이, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba)과 같은 알칼리토류 금속, 스칸듐(Sc), 비소(As), 이트륨(Y), 란탄(La), 하프늄(Hf), 상기 원소의 화합물, 및 상기 원소의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로 형성되는, 발광소자.
  15. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 공급층이, 다이아몬드 또는 질화알루미늄(AlN)과 같은 부(負)의 전자 친화력을 가지는 물질로 형성되는, 발광소자.
  16. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 발광소자를 가지는 표시장치.
  17. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 발광소자를 표시부에 가지는 전자기기.
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