KR20170038061A - 화상 표시 장치 - Google Patents

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KR20170038061A
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light emitting
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light
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KR1020177005900A
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도시히로 사또
하지메 아끼모또
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가부시키가이샤 재팬 디스프레이
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Abstract

화소로부터 출사되는 광의 스펙트럼을 조정 가능하게 하고, 화소로부터 출사되는 광의 색도 조정을 할 수 있는 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 복수의 부화소로 하나의 화소가 구성되며, 화소가 매트릭스 형상으로 배열된 화소 영역을 갖는 화상 표시 장치로서, 부화소는 전극을 사이에 두고 중첩되도록 형성된 복수의 발광층을 포함하고, 복수의 발광층은, 각각이 양자 도트 재료를 포함하여 구성되고, 또한 발광 파장의 피크 위치가 서로 다른 화상 표시 장치가 제공된다.

Description

화상 표시 장치{IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 양자 도트를 포함하여 구성된 발광 소자에 의해 화소가 구성되는 화상 표시 장치에 관한 것이며, 특히 당해 화소에 있어서의 발광 소자의 구성과 배치에 관한 것이다.
양자 도트로 불리는 나노 스케일의 발광 재료를 디스플레이에 응용하는 기술이 주목받고 있다. 양자 도트란 수나노미터의 입경을 갖고, II-VI족, III-V족, IV-VI족 등의 원소 그룹을 포함하는 반도체 재료의 1종이다. 양자 도트를 발광 재료로서 본 경우, 에너지선(자외광, 청색광)의 조사 또는 전계를 인가함으로써 발광하는 재료인 것에 있어서는, 종래의 유기 일렉트로루미네센스 재료와 유사한 성질을 갖고 있다.
유기 일렉트로루미네센스 재료는, 호스트 재료와 게스트 재료의 조합에 의해 발광 파장을 제어하고 있는 것에 반해, 양자 도트는 재질 및 도트의 사이즈에 따라 발광 파장이 변화되는 것이 알려져 있다. 양자 도트는, 유기 일렉트로루미네센스 재료에 비해 발광 효율이 높은 것, 또한 농도 소광이 없는 것 등의 이점이 있는 것으로 기대되고 있다.
양자 도트를 사용한 표시 장치로서는, 예를 들어 투명한 기판 위에, 투광성의 제1 전극, 그 제1 전극에 대향하는 제2 전극, 무기 반도체 매트릭스 중에 양자 도트를 포함하는 다결정 무기 발광층을 포함하는 발광 소자가 개시되어 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 기판 위에 제1 전극층을 형성하고, 그 제1 전극층 위에 상 분리가 가능한 블록 공중합체막으로부터 나노 사이즈의 복수의 관통 홀을 포함하는 양자 도트 템플릿막을 형성하고, 양자 도트 템플릿막의 관통 홀 내에 유기 발광층을 포함하는 양자 도트 구조를 형성하는 양자 도트 유기 전계 발광 소자의 제조 방법이 개시되어 있다(특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 제2010-520603호 공보 일본 특허 공개 제2012-146689호 공보
특허문헌 1에 의하면, 양자 도트 및 반도체 매트릭스 나노 입자의 콜로이드 분산액을 드롭ㆍ캐스팅 또는 스핀ㆍ캐스팅에 의해 발광층으로 되는 층을 기판 위에 형성하고, 또한 어닐링을 함으로써 발광 소자를 제작하고 있다. 이 발광 소자는, 지금까지 유기 일렉트로루미네센스 재료가 사용되었던 발광층을, 양자 도트를 포함하는 층으로 치환한 것뿐이다. 그리고, 특허문헌 1에는, 발광층을 복합화하여 백색광을 출사시키는 것에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.
한편, 특허문헌 2에서 개시되는 유기 전계 발광 소자는, 발광층 자체를 미소한 기둥 형상으로 하여 집합시킨 것이다. 그러나, 이 발광 소자는, 발광층을 제작하기 위해 양자 도트 템플릿막이 필요로 되고, 결과로서 제조 공정이 복잡화되고, 제조 비용이 증가되어 버리는 것이 문제로 된다. 이와 같이, 종래의 기술을 감안하면, 양자 도트의 특성에 주목하면서도, 그 특징을 충분히 살린 표시 장치의 개발이 이루어지지 않은 것이 문제로 되고 있다.
따라서 본 발명의 일 실시 형태는, 양자 도트를 사용한 새로운 구조의 표시 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태는, 화소로부터 출사되는 광의 스펙트럼을 조정 가능하게 하고, 화소로부터 출사되는 광의 색도 조정을 할 수 있는 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 복수의 부화소로 하나의 화소가 구성되며 화소가 2차원으로 배열된 화소 영역을 갖고, 부화소는 전극을 사이에 두고 중첩되도록 형성된 복수의 발광층을 포함하고, 복수의 발광층은, 각각이 양자 도트 재료를 포함하여 구성되고, 또한 발광 파장의 피크 위치가 서로 다른 화상 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 복수의 부화소로 하나의 화소가 구성되며, 화소가 2차원으로 배열된 화소 영역을 갖고, 복수의 부화소 중 적어도 1개는, 복수의 발광층이 병치되어 있고, 복수의 발광층은, 각각이 양자 도트 재료를 포함하여 구성되고, 또한 발광 파장의 피크 위치가 서로 다른 화상 표시 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 구성을 설명하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 등가 회로의 일례를 설명하는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 등가 회로의 일례를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 등가 회로의 일례를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 구성을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 구성을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 12a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 등가 회로의 일례를 설명하는 도면이다.
도 12b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 등가 회로의 일례를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 구성을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 구성을 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 16a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 등가 회로의 일례를 설명하는 도면이다.
도 16b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소의 등가 회로의 일례를 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면 등을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 많은 상이한 형태로 실시하는 것이 가능하고, 이하에 예시하는 실시 형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 도면은 설명을 보다 명확하게 하기 위해, 실제의 형태에 비해, 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대하여 모식적으로 도시되는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이며, 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서와 각 도면에 있어서, 기출의 도면에 관하여 전술한 것과 마찬가지의 요소에는, 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 적절히 생략하는 경우가 있다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재 또는 영역이, 다른 부재 또는 영역의 「위에 또는 아래에)」 있는 것으로 하는 경우, 특별한 한정이 없는 한, 이것은 다른 부재 또는 영역의 바로 위(또는 바로 아래)에 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재 또는 영역의 상방(또는 하방)에 있는 경우를 포함하고, 즉, 다른 부재 또는 영역의 상방(또는 하방)에 있어서 사이에 다른 구성 요소가 포함되어 있는 경우도 포함한다.
[제1 실시 형태]
본 실시 형태는, 복수의 발광층을 세로 방향(수직 방향)으로 적층한 구성을 갖는 발광 소자 및 당해 발광 소자로 화소를 구성한 화상 표시 장치의 일 형태에 대하여 나타낸다.
<발광 소자의 구조>
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소를 구성하는 발광 소자(102a)의 구성을 도시한다. 발광 소자(102a)는 복수의 발광층이 형성되어 있다. 복수의 발광층의 각각은, 전극 사이에 끼워져 있다. 도 1에서 도시한 발광 소자(102a)는 3개의 전극에 의해 2개의 발광층이 사이에 끼워진 구조를 갖고 있다. 구체적으로는, 발광 소자(102a)는 제1 발광층(106)이 제1 전극(104)과 제2 전극(108) 사이에 끼워지고, 제2 발광층(110)이 제2 전극(108)과 제3 전극(112) 사이에 끼워진 구조를 갖고 있다. 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)은 제2 전극(108)을 사이에 두고 적층되어 있으므로, 제2 전극(108)은 상하에 있는 2개의 발광층에서 공유되고 있다고 간주할 수도 있다.
발광 소자는 발광층을 사이에 두는 전극간의 전위차에 의해 발광 강도를 제어할 수 있다. 도 1에서 도시한 발광 소자(102a)는 제1 전극(104)과 제3 전극(112)이 구동 전원(114)에 접속되어 있지만, 제1 전극(104), 제2 전극(108) 및 제3 전극(112)이 분리되어 있으므로, 이들 3개의 전극간의 전위차에 의해 2개의 발광층의 발광 강도를 제어할 수 있다. 즉, 제1 발광층(106)은 제1 전극(104)과 제2 전극(108) 사이의 전위차에 의해 발광 강도가 제어되고, 제2 발광층(110)은 제2 전극(108)과 제3 전극(112) 사이의 전위차에 의해 발광 강도가 제어된다.
이 발광 소자(102a)는 제1 전극(104), 제1 발광층(106) 및 제2 전극(108)을 포함하는 제1 발광 셀과, 제2 전극(108), 제2 발광층(110) 및 제3 전극(112)을 포함하는 제2 발광 셀이 직렬로 접속된 구조로 간주할 수도 있다.
이와 같이, 복수의 발광층이 형성된 발광 소자에 있어서, 복수의 발광층의 각각을 서로 적층시킴과 함께, 각 발광층의 사이에 전극을 개재시킴으로써, 발광층의 발광 강도를 개별로 제어하는 것이 가능해진다.
발광 소자(102a)의 광 출사 방향은, 전극의 구성에 의해 결정된다. 예를 들어, 발광 소자(102a)에 있어서, 제2 전극(108)이 투광성의 전극이고, 제1 전극(104) 및 제3 전극(112) 중 한쪽이 투광성 전극, 다른 쪽이 광 반사성 전극이면, 투광성 전극으로 된 측의 전극면으로부터 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)에서 발광한 광이 출사된다. 구체적으로는, 제1 전극(104)을 광 반사성 전극으로 하고, 제2 전극(108) 및 제3 전극(112)을 광 투과성 전극으로 하면, 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)에서 발광한 광은, 제3 전극(112)으로부터 출사되는 것으로 된다.
광 반사성 전극은 금속 재료를 사용하여 형성된다. 금속 재료로서는, 알루미늄(Al), 은(Ag) 등 가시광 대역의 광에 대하여 반사율이 높은 금속 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 금속 재료는 예시되는 금속의 단체 원소에 한정되지 않고, 알루미늄-티타늄 등의 각종 합금 재료, 질화티타늄 등의 금속 질화물 등을 사용해도 된다. 또한, 광 반사성의 전극은 금속 재료로 이루어지는 단일의 층에 한정되지 않고, 복수의 도전성의 피막을 적층함으로써 형성되어 있어도 된다. 예를 들어, 광 반사성 전극으로서, 최표면에 산화주석을 포함하는 산화인듐(Indium Tin Oxide : ITO) 등의 투명 도전막을 형성하고, 그 하층에 전술한 바와 같은 금속 층을 형성한 적층 구조로 함으로써 광 반사면을 형성하도록 해도 된다.
광 투과성 전극은, 산화주석을 포함하는 산화인듐(ITO), 산화인듐ㆍ산화아연(Indium Zinc Oxide : IZO) 등의 도전성의 금속 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 광을 투과하는 정도의 두께를 갖는(개략 100㎚ 이하) 금속의 박막으로 형성해도 된다.
제1 발광층(106) 및 제2 발광층 중 한쪽 또는 양쪽은, 양자 도트를 포함하여 구성된다. 양자 도트를 포함하는 발광층은 각종 형태가 적용 가능하다. 예를 들어, 양자 도트의 집합체에 의해 발광층이 형성되어 있어도 되고, 또는 양자 도트가 무기 또는 유기 반도체로 이루어지는 모체 재료에 분산되어 있어도 된다. 또는, 양자 도트를 포함하는 발광층이 정공 또는 전자 주입층, 정공 또는 전자 수송층 등의 캐리어 주입ㆍ수송층 사이에 끼워지도록 형성되어 있어도 된다.
양자 도트는 각종 재료를 적용할 수 있다. 예를 들어, 양자 도트로서, 수㎚ 내지 수십㎚의 크기를 갖는 화합물 반도체나 산화물 반도체의 미립자를 사용할 수 있다. 그와 같은 미립자로서는, 예를 들어 II-VI족 반도체를 포함한 것(CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnS, ZnTe, HgS, HgTe, CdZnSe 등), III-V족 반도체를 포함한 것(InAs, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, AlP, AlN, AlSb, CdSeTe, ZnCdSe 등), 또는, IV-VI족 반도체를 포함한 것(PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl2SnTe5 등)을 들 수 있다. 또한, 양자 도트로서, IV족 반도체를 포함한 것을 사용해도 된다. 예를 들어, 1원자층의 탄소 원자의 6원환이 연결되어 평면 형상으로 배열된 그래핀(graphene)을 사용할 수 있다.
양자 도트의 구조는, 발광 부위인 코어부만을 갖는 구조이어도 되고, 코어부의 주위에 쉘부를 갖는 코어/쉘 구조이어도 된다. 또한, 쉘/코어/쉘 구조 등의 멀티 쉘 구조이어도 된다. 또한, 쉘이란, 코어부에의 전자 및 정공의 가둠 기능을 높이기 위해 형성하는 물질이며, 코어부보다 밴드 갭 에너지가 큰 물질이 바람직하다. 이 쉘부에 의해, 비발광 천이에 의한 전자 및 정공의 손실이 저감되어, 발광 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
이와 같은 양자 도트를 포함하는 발광층은, 각종 제법에 의해 제작할 수 있다. 예를 들어, 양자 도트를 포함하는 발광층을, 스핀 캐스트법, 드롭 캐스트법 등의 용액 박막 퇴적 기술에 의해 제작할 수 있다.
양자 도트를 사용한 발광층의 발광 메커니즘은 복잡하지만, 양자 웰의 모델을 사용하여 설명할 수 있다. 에너지 밴드 모델을 염두에 두고 설명하면, 양자 도트는 발광층에 국재화된 준위를 형성하고, 이 국재 준위가 양자 웰을 형성하는 것으로 생각된다. 이때 양자 웰은, 발광층에서 발광 중심으로서 작용한다. 즉, 양자 도트는, 발광층에 주입된 캐리어를 트랩하고, 트랩된 캐리어가 재결합하는 과정에서 광자를 방출하여, 발광하는 메커니즘을 생각할 수 있다.
양자 도트는, 재료의 조성, 입자의 사이즈에 따라서 방출되는 광, 즉 발광 파장을 제어할 수 있다. 따라서, 입자 직경이 고른 양자 도트를 발광층에 분산시킴으로써, 스펙트럼 피크가 날카롭고, 색 순도가 높은 발광을 얻을 수 있다. 바꾸어 말하면, 재료의 조성, 입자 직경을 상이하게 함으로써, 발광 파장의 피크 위치가 상이한 발광을 얻을 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)은 동일한 재질 및 입경의 양자 도트를 사용하여 구성해도 되지만, 서로 다른 양자 도트를 사용하여, 발광 파장의 대역을 상이하게 하도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 발광층(106)을 발광 파장의 피크 위치가 435㎚∼480㎚에 있는 청색 발광으로 하고, 제2 발광층(110)을 발광 파장의 피크 위치가 580㎚∼595㎚에 있는 황색 발광, 또는 500㎚∼560㎚의 녹색 발광 및 610㎚∼750㎚의 적색 발광으로 함으로써, 발광 소자(102a)로부터의 출사광을, 백색광 또는 외관상 백색광에 가까운 광을 출사광으로 할 수 있다.
또한, 발광층은 2층에 한정되지 않고, 청색광에 대응한 발광층, 녹색광에 대응한 발광층 및 적색광에 대응한 발광층의 3층을 사용하여, 도 1에서 도시한 구조와 마찬가지로 각 발광층이 전극 사이에 끼워지도록 적층하여, 백색광 또는 백색광에 가까운 스펙트럼의 광을 발광 소자로부터 출사시키도록 해도 된다.
제1 발광층(106)은 제1 전극(104)과 제2 전극(108)으로 형성되는 전계 강도에 의해 발광하는 정도의 두께를 갖고 있으면 되고, 예를 들어 100㎚ 내지 1000㎚의 두께로 형성할 수 있다. 이것은 제2 전극(108)과 제3 전극(112) 사이에 끼워지는 제2 발광층(110)에 대해서도 마찬가지이다.
도 1은 제1 전극(104)과 제3 전극(112) 사이에 바이어스가 인가되는 형태를 도시한다. 이때 제2 전극(108)은 플로팅 전위이어도 되고, 별도 전위를 제어하도록 해도 된다. 제2 전극(108)이 플로팅이면 제1 전극(104)과 제3 전극(112) 사이의 전위차에 기초하여 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)을 발광시킬 수 있고, 제2 전극(108)의 전위를 제어하면, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)의 발광 강도를 개별로 제어할 수 있다. 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)의 발광 스펙트럼이 상이한 경우, 각각의 발광 강도를 개별로 제어함으로써, 발광 소자(102)로부터 출사되는 광의 색조를 조절할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(102)로부터 출사되는 광을, 불그스름한 백색광, 푸르스름한 백색광과 같이, 외관상 백색광으로 간주할 수 있는 출사광에 대해서도 색조를 조정할 수 있다.
도 1에 도시한 발광 소자(102a)에 의하면, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)이 직렬로 접속됨으로써, 전류 경로는 하나로 되므로, 2개의 발광 소자를 개별로 발광시켰을 때에 비해, 적은 전류로 발광시킬 수 있다. 또한, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)을 양자 도트를 사용하여 형성함으로써, 색 순도가 높은 출사광, 또는 색 순도가 높고 휘도가 충분한 백색광을 얻을 수 있다.
<화상 표시 장치의 전체 구성>
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(100)의 일 형태를 도시한다. 화상 표시 장치(100)는 화소(126)가 배열되어 구성되는 화소부(124)를 갖고, 이에 의해 화상 표시 화면이 형성되어 있다. 소자 기판(116)에는, 발광 소자 및 트랜지스터 등에 의한 능동 소자에 의해 화소(126)가 형성되어 있고, 화소부(124)의 상면이 밀봉재(118)에 의해 덮여 있다. 소자 기판(116)에는, 화소(126)의 동작을 제어하는 신호를 출력하는 드라이버 회로(120)가 설치되어 있어도 된다. 또한, 소자 기판(116)에는, 외부 회로와 접속하기 위한 플렉시블 프린트 배선 기판(122)이 부착되어 있어도 된다.
<화소의 구성>
도 3 및 도 4를 참조하여, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소부의 구성을 도시한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 화소는 복수의 부화소를 포함하고 있는 것으로 한다.
도 3은 하나의 화소(126a)에, 제1 부화소(127a), 제2 부화소(128a), 제3 부화소(129a)가 포함되어 있는 구성을 도시한다. 예를 들어, 제1 부화소(127a)를 적색에 대응하는 부화소, 제2 부화소(128a)를 녹색에 대응하는 부화소, 제3 부화소(129a)를 청색에 대응하는 부화소로 할 수 있다. 부화소는 이들 색에 대응하는 것뿐만 아니라, 전술하는 색의 중간색에 대응하는 부화소나, 백색에 대응하는 부화소가 추가되어 하나의 화소가 구성되어도 된다. 이와 같이 하나의 화소를 발광색이 상이한 복수의 부화소로 구성함으로써 컬러 표시를 할 수 있다.
도 4는 화소의 단면 구조를 설명하는 도면이다. 도 4에서 도시한 화소의 단면 구조는, 도 3 중에 도시한 A-B선에 대응하고 있다. 이하의 설명에서는, 도 3 및 도 4의 양쪽을 참조하여 설명한다.
도 4에서 도시한 바와 같이, 부화소는, 발광 소자(102a)와 제1 트랜지스터(136)를 포함하여 구성되어 있다. 발광 소자(102a)는 도 1에서 설명한 것과 마찬가지의 구성을 갖고, 제1 전극(104), 제1 발광층(106), 제2 전극(108), 제2 발광층(110) 및 제3 전극(112)이 적층된 구성을 갖고 있다. 즉, 발광 소자(102a)는 제1 전극(104)과 제2 전극(108) 사이에 제1 발광층(106)이 형성되고, 제2 전극(108)과 제3 전극(112) 사이에 제2 발광층(110)이 형성되어 있다.
제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)은 화소 영역의 대략 전체면에 형성되어 있다. 제1 발광층(106)은 제1 전극(104)을 덮고 있기 때문에, 제1 전극(104)과 제2 전극(108)은 직접 접촉하는 일이 없다. 마찬가지로, 제2 발광층(110)은 제2 전극(108)을 덮고 있기 때문에, 제2 전극(108)과 제3 전극(112)이 직접 접촉하여 단락하는 일은 없다. 따라서, 도 3의 평면도에서 도시한 바와 같이, 각 부화소에 있어서, 제1 전극(104), 제2 전극(108) 및 제3 전극(112)은 중첩되도록 형성되어 있지만, 그들 사이에 제1 발광층(106) 또는 제2 발광층(110)이 개재되어 있음으로써, 전극끼리가 직접 접하여 단락해 버리는 것을 방지하고 있다.
제1 전극(104)은 부화소마다 개별 전극으로서 형성되고, 제1 콘택트부(130)에 있어서 제1 트랜지스터(136)에 접속되어 있다. 또한, 제2 전극(108)도 각 부화소의 개별 전극으로서 형성되고, 제2 콘택트부(132)에 있어서 전위를 제어하는 배선(140)과 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 발광층(106)이 상술한 바와 같이 무기 재료에 의해 형성되어 있으므로, 제1 발광층(106)의 상면에 형성되는 제2 전극(108)을, 포토리소그래피를 사용한 미세 가공 프로세스를 적용해도 대미지를 받는 일이 없다. 또한, 제1 전극(104)의 주연부에는 뱅크층(152)이 형성되어 있어도 되고, 이 뱅크층(152)에 의해 제1 전극(104)에 의해 발생하는 단차를 완화하도록 해도 된다.
또한, 제2 전극(108)을 배선(140)과 접속하지 않고, 플로팅 전극으로서 사용할 수도 있다. 이 경우, 제2 전극(108)을 배선(140)과 접속하는 제2 콘택트부(132)를 형성할 필요가 없으므로, 부화소에 있어서의 발광 유효 면적을 확대할 수 있다. 즉, 화소의 개구율을 높일 수 있다.
제3 전극(112)은 복수의 부화소에 공통의 전위를 인가하는 공통 전극으로서 형성되어 있다. 그 때문에 제3 전극(112)은 제2 발광층(110)의 대략 전체면에 형성되어 있다. 또한, 제3 전극(112) 위에는 밀봉층(154)이 형성되어 있다. 밀봉층(154)은 투광성의 유기 수지 재료, 또는 투광성의 무기 절연 재료, 또는 유기 수지 재료로 이루어지는 층과 무기 재료로 이루어지는 층을 조합하여 형성할 수 있다. 밀봉층(154)은 보호층으로서도 기능을 갖고, 제3 전극(112) 위에 형성됨으로써 발광 소자(102a)가 대기에 직접 노출되지 않도록 할 수 있다.
도 4는 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)의 발광을, 제3 전극(112)측으로부터 출사하는, 소위 톱 에미션형의 화소 구조를 갖고 있다. 이 때문에, 제1 전극(104)은 전술한 광 반사성 전극이며, 제2 전극(108) 및 제3 전극(112)은 광 투과성 전극의 구성을 갖고 있다.
발광 소자(102a)는 제1 전극(104), 제1 발광층(106), 제2 전극(108), 제2 발광층(110) 및 제3 전극(112)이 겹치는 영역이 발광 영역으로 된다. 제1 발광층(106)을 청색 파장대의 광을 발광하는 층으로 하고, 제2 발광층(110)을 황색 또는 적색 및 녹색의 발광 파장대의 광을 발광하는 층으로 함으로써, 제3 전극(112)측으로부터 백색광 또는 백색광에 가까운 스펙트럼의 광을 출사시킬 수 있다.
이 발광 영역에 겹쳐 컬러 필터(156)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(156)는 밀봉층(154)에 매설되도록 형성할 수 있다. 이때, 각 부화소에 대응하여 소정의 컬러 필터(156)를 형성함으로써, 화상 표시 장치는 컬러 표시를 할 수 있다. 도 3에 도시한 컬러 필터(156a, 156b, 156c)가, 제1 부화소(127a), 제2 부화소(128a), 제3 부화소(129a)에 대응하고 있다.
컬러 필터(156)는 소정의 대역의 광을 투과하는 착색층의 도포와, 당해 착색층을 패터닝하는 공정에 의해 제작된다. 컬러 필터의 형성에는, 약액의 도포나 수세 처리가 수반되지만, 발광층이 무기 재료인 양자 도트를 사용하여 형성되어 있음으로써, 이들 처리에 의해서도 대미지를 받는 일이 없다. 따라서, 본 실시 형태에 따르면, 발광층의 상방에 컬러 필터를 형성할 수 있다. 이에 의해, 발광 소자(102a)가 형성되는 소자 기판(116)에 컬러 필터를 형성할 수 있으므로, 화상 표시 장치의 박형화, 경량화를 도모할 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 하나의 부화소에 복수의 발광층을 형성하고, 백색 또는 의사적으로 백색광으로 간주할 수 있는 광을 출사하도록 하고, 각 부화소에 대응하여 컬러 필터를 형성함으로써, 발광 소자의 구성을 각 부화소에서 공통화할 수 있다. 즉, 부화소마다 발광층을 구분하여 제작할 필요가 없기 때문에, 발광층을 각 부화소 공통의 층으로서 형성할 수 있다. 그 때문에, 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)을 화소 영역의 대략 전체면에 형성할 수 있다. 또한, 이들 발광층을 화소 영역의 대략 전체면에 형성함으로써, 제1 전극(104)과 제2 전극(108)의 단락, 및 제2 전극(108)과 제3 전극(112)의 단락을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 적어도 제1 발광층(106)을 무기 재료인 양자 도트를 사용하여 형성하고 있으므로, 제1 발광층(106) 위에서 제2 전극(108)을 드라이 에칭 또는 웨트 에칭에 의해 가공해도, 제1 발광층(106)은 대미지를 받는 일이 없다. 이 때문에, 포토리소그래피를 사용한 공법에 의해, 부화소를 미세화할 수 있다.
발광 소자(102a)와 제1 트랜지스터(136) 사이에는 층간 절연층이 형성되어 있다. 도 4에서는, 발광 소자(102a)와 제1 트랜지스터(136) 사이에 층간 절연층(142)이 형성되어 있다. 층간 절연층(142)은 1층 또는 복수의 층으로 형성되어 있으면 되고, 도 4의 예에서는 게이트 전극(150)과 소스ㆍ드레인 전극(144) 사이, 소스ㆍ드레인 전극(144)과 배선(140) 사이, 및 배선(140)과 제1 전극(104) 사이에 형성되어 있는 형태를 나타낸다. 발광 소자(102a)의 제1 전극(104)은 제1 콘택트부(130)에 있어서 제1 트랜지스터(136)와 접속되어 있다. 제1 콘택트부(130)는 층간 절연층(142)을 관통하는 콘택트 홀이 형성되어, 제1 트랜지스터(136)의 소스ㆍ드레인 전극(144)과 전기적으로 접속되어 있다. 제1 부화소(127a)에 있어서의 이와 같은 구성은, 제2 부화소(128a) 및 제3 부화소(129a)에서도 마찬가지이며, 각각의 부화소의 제1 전극은 부화소에 접속됨으로써 개별로 발광이 제어된다.
제1 트랜지스터(136)는 반도체층(146)과 게이트 전극(150)이 게이트 절연층(148)에 의해 절연된 전계 효과 트랜지스터의 구성을 갖고 있다. 제1 트랜지스터(136)는, 반도체층(146)은 비정질 또는 다결정의 실리콘 또는 산화물 반도체를 사용하여 형성되고, 게이트 전극(150)에 게이트 전압이 인가됨으로써 반도체층(146)에 채널이 형성되는 박막 트랜지스터의 형태를 갖고 있다.
본 실시 형태에 따르면, 양자 도트를 사용한 발광층을 복수층 갖는 발광 소자와, 트랜지스터를 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 트랜지스터에 의해, 동일 기판 위에 각 화소의 발광을 제어하는 화소 회로나, 화소에 구동 신호를 공급하는 구동 회로를 형성함으로써, 화상 표시 장치의 박형화나 소형화를 도모할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는, 도 4에서 도시한 바와 같은 발광 소자(102a)와 트랜지스터를 포함하여 구성되는 화소의 회로 구성의 일례를 회로도로 나타낸다.
도 5a는 주사 신호선(158)에 공급되는 주사 신호에 의해 스위칭 동작하는 제1 선택 트랜지스터(166)와, 그 제1 선택 트랜지스터(166)가 온함으로써 제1 영상 신호선(160)로부터 공급되는 영상 신호에 기초하는 전위가 게이트에 인가되는 제1 구동 트랜지스터(170)와, 제1 구동 트랜지스터(170)에 접속되는 발광 소자(102a)를 갖는 화소 회로의 일례를 도시한다. 제1 구동 트랜지스터(170)는 전원선(164)과 발광 소자(102a) 사이에 접속되어 있다. 도 5a에서 도시한 제1 구동 트랜지스터(170)가, 도 4에서 도시한 제1 트랜지스터(136)에 상당한다.
제1 구동 트랜지스터(170)의 게이트 전위는 제1 용량 소자(174)에 의해 유지되고, 그 게이트 전위에 따른 드레인 전류가 발광 소자(102a)에 공급된다. 도 5a는 화소의 등가 회로를 도시한다. 도 5a에 있어서, 발광 소자(102a)의 구조를 도 4에 대응지어 설명하면, 제1 전극(104)이 제1 구동 트랜지스터(170)에 접속되고, 제3 전극(112)에 공통 전위가 인가되어 있다. 제1 전극(104)과 제3 전극(112) 사이에 있는 제2 전극(108)은 소정의 제어 전위(Vc)가 인가되거나, 또는 플로팅 전위로 되어 있어도 된다.
발광 소자(102a)는 제1 전극(104)과 제2 전극(108) 사이에 끼워진 제1 발광층(106)에 의한 제1 용량부와, 제2 전극(108)과 제3 전극 사이에 끼워진 제2 발광층(110)에 의한 제2 용량부가 직렬로 접속된 용량성의 소자로 간주할 수도 있다. 이 경우에 있어서, 제2 전극(108)에 제어 전위(Vc)가 인가되는 경우, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)에 공급되는 전계 강도를, 이 제어 전위(Vc)에 의해 제어할 수 있고, 그것에 의해 발광 강도를 조절할 수 있다. 또한, 제2 전극(108)을 플로팅 전위로 한 경우에는, 부화소에 영상 신호가 공급되었을 때, 영상 신호에 따른 소정의 전위를 유지하는, 메모리로서 기능시킬 수도 있다.
도 5b는 주사 신호선(158)에 공급되는 주사 신호에 의해 스위칭 동작하는 제1 선택 트랜지스터(166)와, 그 제1 선택 트랜지스터(166)를 통해 제1 영상 신호선(160)으로부터 영상 신호에 따른 전위가 제1 용량 소자(174)에 인가되어, 제1 용량 소자(174)에 축적된 전하에 의해 발광 소자(102a)를 발광시키는 화소 회로의 일례를 도시한다. 도 5b에서 도시한 제1 선택 트랜지스터(166)가 도 4에서 도시한 제1 트랜지스터(136)에 상당한다. 발광 소자(102a)의 제1 전극(104)은 제1 선택 트랜지스터(166) 및 제1 용량 소자(174)와 접속되고, 제3 전극(112)에 공통 전위가 인가된다. 제1 용량 소자(174)에 공통 전위보다 높은 소정의 전위가 인가되면, 제1 용량 소자(174)로부터 발광 소자(102a)에 전하가 유입되어, 발광 소자(102a)는 발광한다. 이때, 제2 전극(108)의 전위는 도 5a의 경우와 마찬가지이며, 제어 전위(Vc) 또는 플로팅 전위로 할 수 있다. 도 5b의 회로에서는, 화소를 구성하는 트랜지스터가 하나이어도 되고, 톱 에미션의 경우에는 화소의 개구율에 영향을 주지 않고, 용량 소자의 면적을 크게 할 수 있으므로, 제1 용량 소자(174)에 축적되는 전하에 의해 발광 소자(102a)를 충분한 발광 강도로 발광시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 양자 도트를 사용하여 발광층을 형성함으로써, 중간 전극을 사이에 두고 당해 발광층을 적층시킬 수 있다. 그 경우에 있어서, 중간 전극에 상당하는 제2 전극은, 각 부화소에서 개별의 전극으로 할 수 있다. 그 때문에, 제1 전극과 제2 전극 사이에 복수의 발광층을 양자 도트를 사용하여 형성하고, 각 발광층의 사이에 별도 제2 전극을 형성함으로써, 각 발광층에 걸리는 전계 강도를 제어하여, 발광 강도를 조절할 수 있다. 또한, 양자 도트를 사용하여, 발광 파장 대역이 상이한 복수의 발광층을 적층시킴으로써, 백색 발광 소자로 할 수 있으므로, 광 출사면에 컬러 필터를 형성함으로써, 컬러 표시를 할 수 있다. 이 때문에, 발광층을 화소(각 부화소)마다 패터닝할 필요가 없어, 공정의 간략화가 용이해진다.
[제2 실시 형태]
본 실시 형태는, 제1 실시 형태에서 설명한 부화소에 있어서, 제3 전극도 부화소마다 전위를 제어할 수 있는 구성에 대하여, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
<화소의 구성>
도 6은 하나의 화소(126b)가 제1 부화소(127b), 제2 부화소(128b), 제3 부화소(129b)를 포함하고 있는 형태를 도시한다. 예를 들어, 제1 부화소(127b)를 적색에 대응하는 부화소, 제2 부화소(128b)를 녹색에 대응하는 부화소, 제3 부화소(129b)를 청색에 대응하는 부화소로 할 수 있다. 부화소는 이들 색에 대응하는 것뿐만 아니라, 전술하는 색의 중간색에 대응하는 부화소나, 백색에 대응하는 부화소가 추가되어 하나의 화소가 구성되어도 된다. 이와 같이 하나의 화소를 발광색이 상이한 복수의 부화소로 구성함으로써 컬러 표시를 할 수 있다.
제1 부화소(127b)는 제1 전극(104), 제2 전극(108) 및 제3 전극(112)이 형성되어 있다. 제1 전극(104), 제2 전극(108) 및 제3 전극(112)은 제1 부화소(127b)에 속하는 개별 전극으로서 형성되어 있다. 이 전극 구성은, 제2 부화소(128b) 및 제3 부화소(129b)에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 제1 실시 형태에 있어서의 화소의 구성과의 상이는, 제3 전극(112)이 각 화소 공통의 전극이 아니라, 각 부화소에 대응하여 개개로 형성되어 있는 점에 있다.
도 7은 화소의 단면 구조를 설명하는 도면이다. 도 7에서 도시한 화소의 단면 구조는, 도 6에 도시한 C-D선에 대응하고 있다. 이하의 설명에서는, 도 6 및 도 7의 양쪽을 참조하여 설명한다.
도 7에 있어서, 발광 소자(102b)가 제1 전극(104), 제2 전극(108) 및 제3 전극(112), 그리고 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)을 갖고, 제1 발광층(106)이 제1 전극(104)과 제2 전극(108) 사이에 끼워지고, 제2 발광층(110)이 제2 전극(108)과 제3 전극(112) 사이에 끼워진 구성을 갖고, 제1 전극(104)이 제1 트랜지스터(136)와 접속되어 있는 점은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
본 실시 형태에 있어서, 제1 부화소(127b)는 제3 전극(112)이 제3 콘택트부(134)에 있어서 제2 트랜지스터(138)와 접속되어 있다. 제2 트랜지스터(138)는 제1 트랜지스터(136)와 동일한 구성을 갖고 있다. 제3 콘택트부(134)는 제1 발광층(106), 제2 발광층(110), 뱅크층(152), 층간 절연층(142)을 관통하는 콘택트 홀을 갖고 있다. 제3 전극(112)은 제2 발광층(110)의 상면에 형성되고, 제3 콘택트부(134)에 있어서 당해 콘택트 홀에 의해 제2 트랜지스터(138)의 소스ㆍ드레인 전극(144b)과 전기적으로 접속되어 있다.
본 실시 형태에서는, 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)이, 양자 도트를 포함하는 무기 반도체 재료로 형성되어 있으므로, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭에 의해 콘택트 홀을 형성할 수 있다. 그리고, 각 부화소의 제3 전극(112)이 제2 트랜지스터(138)와 접속됨으로써, 부화소마다 제3 전극(112)의 전위를 상이하게 하여, 발광 소자(102b)의 휘도나 색상을 제어할 수 있다.
도 8은 도 7에서 도시한 구성의 부화소를 포함할 수 있는 화소의 회로 구성의 일례를 도시한다.
도 8에 있어서, 제1 선택 트랜지스터(166), 제1 구동 트랜지스터(170), 제1 용량 소자(174)와 발광 소자(102b)의 접속 관계는, 도 5a에서 도시한 회로와 마찬가지이다. 본 실시 형태에서는, 발광 소자(102b)의 제3 전극(112)의 전위를 제어하기 위해, 제2 선택 트랜지스터(168), 제2 구동 트랜지스터(172), 제2 용량 소자(176)를 갖고 있다.
제2 선택 트랜지스터(168)는 게이트가 주사 신호선(158)과 접속되고, 입력 단자가 제2 영상 신호선(162)과 접속되어 있다. 제2 선택 트랜지스터(168)의 출력측의 단자는 제2 구동 트랜지스터(172)의 게이트에 접속되고, 제2 영상 신호선(162)에 인가되는 영상 신호에 기초하는 전위가 제2 구동 트랜지스터(172)의 게이트에 인가된다. 제2 용량 소자(176)는 이 게이트 전위가 충전되어, 당해 게이트 전위를 유지하는 기능을 갖고 있다.
발광 소자(102b)의 제2 전극(108)은 배선(140)과 접속되어 있다. 도 8에 있어서, 배선(140)은 어떤 일정한 전위가 인가된다. 배선(140)의 전위는, 각 부화소의 발광 소자에 공통으로 인가되는 전위이어도 되고, 예를 들어 접지 전위 또는 로우 레벨의 기준 전위이어도 된다. 제2 전극(108)이 일정한 공통 전위가 인가되는 배선(140)과 접속되어 있음으로써, 제1 영상 신호선(160)과 제2 영상 신호선(162)에 공급하는 영상 신호를 상이하게 할 수 있다. 즉, 발광 소자(102b)에 있어서의 제1 전극(104)의 전위와 제3 전극(112)의 전위를 상이하게 할 수 있다. 그것에 의해, 제1 발광층(106)의 발광 강도와, 제2 발광층(110)의 발광 강도를 상이하게 할 수 있다.
이 경우, 제1 발광층(106)의 발광 스펙트럼과, 제2 발광층(110)의 발광 스펙트럼은 상이하므로, 양쪽의 발광 강도를 개별로 제어 가능하게 함으로써, 발광 소자(102b)로부터 출사되는 광의 합성 스펙트럼을 변화시킬 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 발광 소자의 제1 전극과 제3 전극의 전위를 개별로 제어 가능하게 함으로써, 제1 발광층과 제2 발광층의 발광 강도를 개별로 변화시킬 수 있다. 그것에 의해, 발광 소자로부터 출사되는 광의 색조를 조정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치는, 제3 전극의 전위를 독립하여 제어 가능하게 한 것 이외는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 본 실시 형태에 대해서도 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
[제3 실시 형태]
본 실시 형태는, 복수의 발광층을 가로 방향(수평 방향)으로 배치한 구성을 갖는 발광 소자 및 당해 발광 소자로 화소를 구성한 화상 표시 장치의 일 형태에 대하여 나타낸다.
<발광 소자의 구조>
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소를 구성하는 발광 소자(102c)의 구성을 도시한다. 발광 소자(102c)는 복수의 발광층을 갖고, 이들이 한 쌍의 전극간에 형성되어 있다. 즉, 도 9에서 도시한 바와 같이, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)은 병치되고, 모두 제1 전극(105)과 제2 전극(109) 사이에 끼워져 있다. 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)은 병치되고, 모두 제1 전극(105)과 제2 전극(109)에 의해 끼워져 있으므로, 2개의 발광 셀이 병렬로 접속되어 있다고 간주할 수도 있다.
발광 소자(102c)는 제1 전극(105)과 제2 전극(109)을 구동 전원(114)에 연결하여 전위차를 인가함으로써, 동일한 전위차가 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)에 인가된다. 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)은 소정의 전위차가 인가되면 발광한다. 또한, 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)의 구성은 제1 실시 형태에서 설명하는 것과 마찬가지이다. 즉, 제1 발광층(106)을 발광 파장의 피크 위치가 435㎚∼480㎚에 있는 청색 발광으로 하고, 제2 발광층(110)을 발광 파장의 피크 위치가 580㎚∼595㎚에 있는 황색 발광, 또는 500㎚∼560㎚의 녹색 발광 및 610㎚∼750㎚의 적색 발광으로 함으로써, 발광 소자(102c)로부터의 출사광을, 백색광 또는 외관상 백색광에 가까운 광을 출사광으로 할 수 있다.
제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)의 발광 스펙트럼이 상이한 경우라도, 발광 소자(102c)를 점광원으로 간주할 수 있는 상황에 있어서는, 발광층이 병치되어 있어도 각각의 발광층의 발광색이 분리되어 시인되는 색 분리의 영향을 무시할 수 있다. 또한, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)은 동일한 막 두께를 갖고 있을 필요는 없고 상이해도 된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 복수의 발광층을 수평 방향으로 병치함으로써, 각각의 발광층에 있어서의 발광을, 광 출사면의 전극을 통해 출사시킬 수 있다. 즉, 발광층을 세로 방향으로 적층한 경우에는, 하층측에 위치하는 발광층의 발광이 상층의 발광층에서 흡수되어 감쇠되어 버리는 경우가 있을 수 있지만, 본 실시 형태의 발광 소자(102c)에 의하면, 그와 같은 문제를 해결할 수 있다.
발광 소자(102c)의 광 출사 방향은, 전극의 구성에 의해 정할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(102c)에 있어서, 제2 전극(109)이 투광성의 전극이고, 제1 전극(105)이 광 반사성 전극이면, 투광성 전극으로 된 제2 전극(109)측으로부터 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)에서 발광한 광을 출사시킬 수 있다.
또한, 발광층은 2층에 한정되지 않고, 청색광에 대응한 발광층, 녹색광에 대응한 발광층 및 적색광에 대응한 발광층의 3층을 사용하여, 도 9에서 도시한 구조와 마찬가지로 각 발광층이 전극 사이에 끼워져, 서로 나란히 배치되어, 백색광 또는 백색광에 가까운 스펙트럼의 광을 발광 소자로부터 출사시키도록 해도 된다.
도 9에서 도시한 발광 소자(102c)에 의하면, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)의 면적을 상이하게 할 수 있으므로, 발광층의 면적에 의해 색 밸런스를 조정할 수 있다. 예를 들어, 시감도가 낮은 청색광을 출사하는 제1 발광층(106)의 면적을, 제2 발광층(110)의 면적과 비교하여 크게 하도록 해도 된다. 또한, 발광 휘도에 대한 전류 효율이 낮은 발광층의 면적을, 상대적으로 전류 효율이 높은 발광층의 면적에 비해 크게 함으로써, 발광 소자(102c)의 출사광의 색 밸런스를 조정할 수도 있다.
<화소의 구성>
도 10 및 도 11을 참조하여, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소부의 구성을 도시한다. 본 실시 형태도, 다른 실시 형태와 마찬가지로, 화소는 복수의 부화소를 포함하고 있는 것으로 한다.
도 10은, 하나의 화소(126c)에, 제1 부화소(127c), 제2 부화소(128c), 제3 부화소(129c)가 포함되어 있는 구성을 도시한다. 예를 들어, 제1 부화소(127c)를 적색에 대응하는 부화소, 제2 부화소(128c)를 녹색에 대응하는 부화소, 제3 부화소(129c)를 청색에 대응하는 부화소로 할 수 있다. 부화소는 이들 색에 대응하는 것뿐만 아니라, 전술하는 색의 중간색에 대응하는 부화소나, 백색에 대응하는 부화소가 추가되어 하나의 화소가 구성되어도 된다.
도 10에 도시한 화소(126c)는 백색광을 출사하는 발광 소자와 컬러 필터의 조합을 기본으로 하지만, 청색에 대응하는 제3 부화소(129c)에 대해서는 컬러 필터(156c)를 형성하지 않는 구성으로 해도 된다. 즉, 제3 부화소(129c)는 제1 발광층(106)이 청색광의 대역을 발광하는 것인 것으로 하면, 보색의 관계에 있는 황색광을 발광하는 제2 발광층(110)을 생략할 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 제1 발광층(106)은 양자 도트를 사용하여 형성되므로, 발광 스펙트럼의 반값폭이 좁고, 색 순도가 높은 청색 발광이 가능하기 때문에, 컬러 필터를 사용하지 않아도 색 순도가 저하되는 일은 없다. 오히려, 청색에 대응하는 파장 대역의 광을 발광하는 제1 발광층(106)의 발광 효율이 낮은 경우라도, 당해 발광층으로부터 출사되는 광이 컬러 필터에서 흡수되어 감쇠되는 것을 방지할 수 있으므로, 광의 유효 이용을 도모할 수 있다. 그것에 의해, 제3 부화소(129c)에 있어서의 제1 발광층(106)의 발광 강도를 낮게 할 수 있어, 발광 소자의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 도 10에 있어서, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)이 병치되어 있는 형태를 도시하지만, 발광층의 배치 및 배열은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 발광층을 복수의 패턴으로 분할하여, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)의 섬 형상 영역이 교대로 배열되도록 해도 된다.
도 11은 이와 같은 화소의 단면 구조를 도시한다. 도 11에서 도시한 화소의 단면 구조는, 도 10에 도시한 E-F선에 대응하고 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 발광 소자(102c)는 제1 트랜지스터(136)와 제1 콘택트부(130)에 의해 접속되어 있다. 발광 소자(102c)는 제1 전극(105) 위에 제1의 발광층(106)과 제2 발광층(110)이 병치되어 있다. 이와 같은 발광층의 배열은, 제1 전극(105)을 형성한 후에, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)을 순차적으로 형성하면 실현할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 발광층은 양자 도트를 사용한 무기 재료로 형성되기 때문에, 예를 들어 포토리소그래피에 의한 마스크 형성과 에칭에 의한 가공에 의해 미세 패턴을 형성할 수 있다. 이에 의해, 하나의 부화소에(제1 전극(105) 위에) 미세한 발광층의 패턴을 형성할 수 있다.
발광층 위에는 제2 전극(109)이 형성되고, 또한 밀봉층(154)에 의해 전체면이 덮여 있다. 그리고, 광의 출사면에 컬러 필터(156)를 형성함으로써, 소정의 파장 대역의 광을 출사광으로서 출력시킬 수 있다. 컬러 필터(156)를 형성하는 경우에 있어서도, 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)이 무기 재료인 양자 도트를 사용하여 형성되어 있음으로써, 당해 발광층이 대미지를 받는 일이 없다. 본 실시 형태에서는, 발광 소자(102c)가 형성되는 소자 기판(116) 위에 컬러 필터(156)를 형성할 수 있으므로, 화상 표시 장치의 박형화, 경량화를 도모할 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 양자 도트를 사용한 발광층을, 제1 전극 위에 복수개 병치시킬 수 있다. 제1 전극 위에 형성되는 복수의 발광층은, 발광 스펙트럼을 상이하게 함으로써, 백색 또는 의사적으로 백색으로 간주할 수 있는 광을 출사하는 부화소를 형성할 수 있다. 이 경우에 있어서, 개개의 발광층의 면적을 상이하게 함으로써, 색도 조정을 할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는, 도 11에서 도시한 바와 같은 발광 소자(102c)와 트랜지스터를 포함하여 구성되는 화소의 회로 구성의 일례를 회로도로 나타낸다.
도 12a에 있어서, 제1 선택 트랜지스터(166), 제1 구동 트랜지스터(170), 제1 용량 소자(174)와 발광 소자(102c)의 접속 관계는, 도 5a에서 도시한 회로와 마찬가지이다. 단, 발광 소자(102c)는 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)이 제1 구동 트랜지스터(170)에 대하여 병렬로 접속되는 관계에 있다. 그 때문에, 구동 트랜지스터의 드레인 전류는, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)의 특성에 따라서 분류하여 흐르게 된다.
도 12b에 있어서, 제1 선택 트랜지스터(166), 제1 용량 소자(174)와 발광 소자(102c)의 접속 관계는, 도 5b에서 도시한 회로와 마찬가지이다. 발광 소자(102c)의 제1 전극(105)은 제1 선택 트랜지스터(166) 및 제1 용량 소자(174)와 접속되고, 제2 전극(109)에 공통 전위가 인가되므로, 제1 용량 소자(174)에 공통 전위보다 높은 소정의 전위가 인가되면, 제1 용량 소자(174)로부터 발광 소자(102c)에 전하가 공급되어 발광시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 양자 도트를 사용하여 발광층을 형성함으로써, 복수의 발광층을 동일한 전극 위에 병렬 배치하여 형성할 수 있다. 이 경우, 발광 스펙트럼이 상이한 복수의 발광층의 면적을 상이하게 할 수 있으므로, 당해 복수의 발광층의 면적비를 상이하게 함으로써, 색조를 조절할 수 있다. 또한, 당해 발광 파장이 상이한 복수의 발광층의 조합에 의해, 백색광을 출사하는 발광 소자로 할 수 있으므로, 화소의 광 출사면에 컬러 필터를 형성함으로써, 컬러 표시를 하는 화상 표시 장치를 실현할 수 있다.
[제4 실시 형태]
본 실시 형태는, 복수의 발광층을 가로 방향(수평 방향)으로 배치함과 함께, 각 발광층에 의한 발광을 개별로 제어할 수 있는 구성을 갖는 발광 소자 및 당해 발광 소자로 화소를 구성한 화상 표시 장치의 일 형태에 대하여 나타낸다.
<발광 소자의 구조>
도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소를 구성하는 발광 소자(102d)의 구성을 도시한다. 발광 소자(102d)는, 제1 발광층(106)이 제1 전극(105)과 제2 전극(109) 사이에 형성되고, 제2 발광층(110)이 제3 전극(113)과 제2 전극(109) 사이에 형성되어 있다. 즉, 발광 소자(102d)는 제2 전극(109)을 공통으로 하고, 제1 전극(105)이 제1 발광층(106)에 대응하고, 제3 전극(113)이 제2 발광층(110)에 대응하여 형성되어 있다.
즉, 본 실시 형태에 따른 발광 소자(102d)는 병치된 복수의 발광층을 끼워 넣는 전극의 한쪽이, 각 발광층에 대응하여 분할하여 형성되어 있는 점에서, 제3 실시 형태에 따른 발광 소자와 상이하다. 이 상이에 의해, 도 13에 예시된 발광 소자(102d)에서는, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)을 개별로 제어하여 발광을 시킬 수 있다. 도 13에서는, 제1 발광층(106)을 사이에 두는 제1 전극(105)과 제2 전극(109)이 제1 구동 전원(114a)에 접속되고, 제2 발광층(110)을 사이에 두는 제3 전극(113)과 제2 전극(109)이 제2 구동 전원(114b)과 접속되어 있다. 이 경우, 제1 구동 전원(114a)과 제2 구동 전원(114b)의 구동 전압을 상이하게 하여 발광 소자(102d)를 발광시킬 수 있다. 또한, 발광 소자(102d)의 한쪽의 발광층을 비발광의 상태로 하여, 다른 쪽의 발광층에서만 발광시킬 수도 있다.
또한, 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)의 구성은 제1 실시 형태에서 설명하는 것과 마찬가지이다. 즉, 제1 발광층(106)을 발광 파장의 피크 위치가 435㎚∼480㎚에 있는 청색 발광으로 하고, 제2 발광층(110)을 발광 파장의 피크 위치가 580㎚∼595㎚에 있는 황색 발광, 또는 500㎚∼560㎚의 녹색 발광 및 610㎚∼750㎚의 적색 발광으로 함으로써, 발광 소자(102d)로부터의 출사광을, 백색광 또는 외관상 백색광에 가까운 광을 출사광으로 할 수 있다. 또한, 발광층은 이들의 조합에 한정되지 않고, 청색광에 대응한 발광층, 녹색광에 대응한 발광층 및 적색광에 대응한 발광층의 3층을 형성해도 된다.
발광 소자(102d)의 광 출사 방향은, 전극의 구성에 의해 정할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(102d)에 있어서, 제2 전극(109)이 투광성의 전극이고, 제1 전극(105), 제3 전극(113)이 광 반사성 전극이면, 투광성 전극으로 되는 제2 전극(109)측으로부터 제1 발광층(106) 및 제2 발광층(110)에서 발광한 광을 출사시킬 수 있다.
본 실시 형태의 발광 소자(102d)에 있어서도, 제3 실시 형태에 있어서의 것과 마찬가지로, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)의 면적을 상이하게 할 수 있으므로, 발광층의 면적에 의해 색 밸런스를 조정할 수 있다.
<화소의 구성>
도 14 및 도 15를 참조하여, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치의 화소부의 구성을 도시한다. 본 실시 형태도, 다른 실시 형태와 마찬가지로, 화소는 복수의 부화소를 포함하고 있는 것으로 한다.
도 14는, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 하나의 화소(126d)에, 제1 부화소(127d), 제2 부화소(128d), 제3 부화소(129d)가 포함되어 있는 구성을 도시한다. 또한, 청색에 대응하는 제3 부화소(129d)는 컬러 필터를 형성하지 않는 구성으로 하고 있다.
도 15는 이와 같은 화소의 단면 구조를 도시한다. 도 15에서 도시한 화소의 단면 구조는, 도 14에 도시한 E-F선에 대응하고 있다.
도 15에 도시한 바와 같이, 발광 소자(102d)는 제1 전극(105)이 제1 콘택트부(130)에 있어서 제1 트랜지스터(136)와 접속되고, 제3 전극(113)이 제2 콘택트부(132)에 있어서 제2 트랜지스터(138)와 접속되어 있다. 제2 전극(109)은 공통 전위가 인가되어 있으므로(예를 들어, 접지 전위), 제1 트랜지스터(136)와 제2 트랜지스터(138)에 의해, 제1 발광층(106)과 제2 발광층(110)에 인가하는 전위를 개별로 상이하게 하여 발광시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 제1 전극(105)과 제3 전극(113)은 광 반사성 전극이고, 제2 전극(109)은 광 투과성 전극이다. 따라서, 제2 전극(109)이 광 출사면으로 되고, 이 상면측에 컬러 필터(156)를 형성함으로써 특정한 대역의 광을 부화소의 출사광으로 할 수 있다. 이 경우, 하나의 부화소를 점광원으로 간주할 수 있으면, 출사광의 파장 대역이 상이한 복수의 발광층이 병치되어 있어도, 발광색이 분리되어 시인되는 색 분리의 영향을 무시할 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 양자 도트를 사용한 발광층을 복수개 병치시켜, 개개로 발광을 제어함으로써, 백색 또는 의사적으로 백색으로 간주할 수 있는 광을 출사하는 부화소를 형성할 수 있다. 이 경우에 있어서, 각각의 발광층에 인가하는 전위를 상이하게 함으로써, 색도 조정을 할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 도 15에서 도시한 발광 소자(102d)와 트랜지스터를 포함하는 화소의 회로 구성의 일례를 회로도로 나타낸다.
도 16a에 있어서, 제1 선택 트랜지스터(166), 제1 구동 트랜지스터(170), 제1 용량 소자(174)와 발광 소자(102d)의 접속 관계는, 도 5a에서 도시한 회로와 마찬가지이다. 제2 선택 트랜지스터(168), 제2 구동 트랜지스터(172), 제2 용량 소자(176)와 발광 소자(102d)의 접속 관계도 마찬가지이다. 단, 제1 구동 트랜지스터(170)가 발광 소자(102d)의 제1 전극(105)과 접속되고, 제2 구동 트랜지스터(172)가 제3 전극(113)과 접속되어 있는 점에서 상이하다. 또한, 제1 선택 트랜지스터(166)는 제1 영상 신호선(160)과 접속되고, 제2 선택 트랜지스터(168)는 제2 영상 신호선(162)과 접속되고, 제1 구동 트랜지스터(170)와 제2 구동 트랜지스터(172)는 모두 전원선(164)에 접속되어 있다.
이와 같은 회로 구성에 의해, 제1 영상 신호선(160)과 제2 영상 신호선(162)에 공급하는 영상 신호를 상이하게 하면, 제1 전극(105)에 인가되는 전위[제1 발광층(106)에 흐르는 전류]와, 제3 전극(113)에 인가되는 전위[제2 발광층(110)에 흐르는 전류]를 개별로 제어할 수 있다.
도 16b에 있어서, 제1 선택 트랜지스터(166), 제1 용량 소자(174)와 발광 소자(102d)의 접속 관계, 및 제2 선택 트랜지스터(168), 제2 용량 소자(176)와 발광 소자(102d)의 접속 관계는 도 5b에서 도시한 회로와 마찬가지이다.
발광 소자(102d)의 제1 전극(105)은 제1 선택 트랜지스터(166) 및 제1 용량 소자(174)와 접속되고, 제3 전극(113)은 제2 선택 트랜지스터(168) 및 제2 용량 소자(176)와 접속되고, 제2 전극(109)에 공통 전위가 인가된다. 이에 의해, 제1 용량 소자(174)에 공통 전위보다 높은 소정의 전위가 인가되면, 제1 전극(105)과 제2 전극(109)의 전위차에 의해 제1 발광층(106)의 발광을 시킬 수 있다. 제2 발광층(110)에 대해서도 마찬가지이다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 양자 도트를 사용하여 발광층을 형성함으로써, 복수의 발광층을 동일한 전극 위에 병렬 배치하여 형성할 수 있다. 그리고, 각각의 발광층에 대응하여 개별 전극을 형성함으로써, 각 발광층의 발광을 제어할 수 있다. 이 경우, 각 발광층의 발광 강도는, 개별 전극에 인가하는 전위에 의해 제어할 수 있으므로, 그것에 의해 발광 강도를 변화시켜, 색조를 조절할 수 있다. 또한, 당해 발광 파장이 상이한 복수의 발광층의 조합에 의해, 백색광을 출사하는 발광 소자로 할 수 있으므로, 화소의 광 출사면에 컬러 필터를 형성함으로써, 컬러 표시를 하는 화상 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 제3 전극을 형성한 구성 이외는 제3 실시 형태와 마찬가지이므로, 제3 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 개별 전극에 대응하는 발광 부분의 발광 강도에 대해서는, 도시하지 않지만, 개별 전극에 인가하는 전위를 고정하고, 적절한 회로를 사용하여, 발광 시간의 장단을 제어함으로써도 조정할 수 있다.
100 : 화상 표시 장치
102 : 발광 소자
104 : 제1 전극
105 : 제1 전극
106 : 제1 발광층
108 : 제2 전극
109 : 제2 전극
110 : 제2 발광층
112 : 제3 전극
113 : 제3 전극
114 : 구동 전원
116 : 소자 기판
118 : 밀봉재
120 : 드라이버 회로
122 : 플렉시블 프린트 배선 기판
124 : 화소부
126 : 화소
127 : 제1 부화소
128 : 제2 부화소
129 : 제3 부화소
130 : 제1 콘택트부
132 : 제2 콘택트부
134 : 제3 콘택트부
136 : 제1 트랜지스터
138 : 제2 트랜지스터
140 : 배선
142 : 층간 절연층
144 : 소스ㆍ드레인 전극
146 : 반도체층
148 : 게이트 절연층
150 : 게이트 전극
152 : 뱅크층
154 : 밀봉층
156 : 컬러 필터
158 : 주사 신호선
160 : 제1 영상 신호선
162 : 제2 영상 신호선
164 : 전원선
166 : 제1 선택 트랜지스터
168 : 제2 선택 트랜지스터
170 : 제1 구동 트랜지스터
172 : 제2 구동 트랜지스터
174 : 제1 용량 소자
176 : 제2 용량 소자

Claims (20)

  1. 복수의 부화소로 하나의 화소가 구성되며 상기 화소가 2차원으로 배열된 화소 영역을 갖고,
    상기 부화소는 전극을 사이에 두고 중첩되도록 형성된 복수의 발광층을 포함하고,
    상기 복수의 발광층은, 각각이 양자 도트 재료를 포함하여 구성되고, 또한 발광 파장의 피크 위치가 서로 다른 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부화소는, 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 제1 발광층과, 제2 전극과, 상기 제2 전극의 상기 제1 전극과는 반대의 측에 위치하는 제3 전극 사이에 형성된 제2 발광층을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 발광층은 발광 파장의 피크가 435㎚∼480㎚에 있고, 상기 제2 발광층은 발광 파장의 피크가 580㎚∼595㎚에 있는 황색 발광, 또는 500㎚∼560㎚의 녹색 발광 및 610㎚∼750㎚에 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 제1 트랜지스터의 소스ㆍ드레인 전극에 접속하고,
    상기 제3 전극은, 상기 복수의 부화소에 걸쳐 배치되며, 공통 전위가 인가되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 제1 트랜지스터의 소스ㆍ드레인 전극에 접속하고,
    상기 제3 전극은, 제2 트랜지스터의 소스ㆍ드레인 전극에 접속하고,
    상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극에는, 제1 영상 신호선으로부터 공급되는 제1 영상 신호가 입력되고,
    상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극에는, 제2 영상 신호선으로부터 공급되는 제2 영상 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광층의 상방에 컬러 필터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은 광 반사면을 갖고, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 투광성을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광층이 상기 화소 영역의 대략 전체면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극의 각각은, 개별로 전위가 제어되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 개별로 전위가 제어되고, 상기 제2 전극은 플로팅 전위인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  11. 복수의 부화소로 하나의 화소가 구성되며, 상기 화소가 2차원으로 배열된 화소 영역을 갖고,
    상기 복수의 부화소 중 적어도 1개는, 복수의 발광층이 병치되어 있고,
    상기 복수의 발광층은, 각각이 양자 도트 재료를 포함하여 구성되고, 또한 발광 파장의 피크 위치가 서로 다른 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 화소는, 적색에 대응하는 제1 부화소와, 녹색에 대응하는 제2 부화소와, 청색에 대응하는 제3 부화소를 포함하고,
    상기 제1 부화소와 상기 제2 부화소는 상기 발광층의 상방에 컬러 필터가 형성되고,
    상기 제3 부화소에는 컬러 필터가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 부화소는, 상기 복수의 발광층이 병치되어 있는 제1 부화소와, 양자 도트 재료를 포함하는 발광층을 1개 구비한 제2 부화소를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 부화소는, 청색의 발광을 하고, 또한 컬러 필터가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 부화소는, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 제1 발광층 및 제2 발광층이 병치되고,
    상기 제1 전극은, 제1 트랜지스터의 소스ㆍ드레인 전극에 접속하고,
    상기 제2 전극은, 상기 복수의 부화소에 걸쳐 배치되며, 공통 전위가 인가되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 전극은 광 반사면을 갖고, 상기 제2 전극은 투광성을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 부화소는, 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 제1 발광층과, 제3 전극과 상기 제2 전극 사이에 형성된 제2 발광층을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 광 반사면을 갖고, 상기 제2 전극은 투광성을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극의 각각은, 개별로 전위가 제어되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 제1 트랜지스터의 소스ㆍ드레인 전극에 접속하고,
    상기 제3 전극은, 제2 트랜지스터의 소스ㆍ드레인 전극에 접속하고,
    상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극에는, 제1 영상 신호선으로부터 공급되는 제1 영상 신호가 입력되고,
    상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극에는, 제2 영상 신호선으로부터 공급되는 제2 영상 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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