KR20230078553A - 유기 반도체 소자, 유기 el 소자, 및 포토다이오드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구동 전압이 낮은 유기 반도체 소자를 제공한다.
제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과 활성층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 기판 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하인 유기 반도체 소자를 제공한다(다만 GSP_slope(mV/nm)는 막 표면의 전위가 V(mV)이고 막 두께가 d(nm)일 때 V/d로 나타내어지는 파라미터임).
제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과 활성층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 기판 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하인 유기 반도체 소자를 제공한다(다만 GSP_slope(mV/nm)는 막 표면의 전위가 V(mV)이고 막 두께가 d(nm)일 때 V/d로 나타내어지는 파라미터임).
Description
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 유기 반도체 소자, 발광 소자, 유기 EL 소자, 포토다이오드, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 전자 디바이스에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 그러므로 더 구체적으로 본 명세서에서 개시하는 본 발명의 일 형태의 기술분야의 일례로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
유기 화합물을 사용하고 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 디바이스(유기 EL 소자)의 실용화가 진행되고 있다. 이들 유기 EL 소자의 기본적인 구성은 발광 재료를 포함하는 유기 화합물층(EL층)을 한 쌍의 전극 사이에 끼운 것이다. 이 디바이스에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써 발광 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이와 같은 유기 EL 소자는 자발광형이기 때문에, 디스플레이의 화소로서 사용하면 액정에 비하여 시인성이 높고 백라이트가 불필요하다는 등의 이점이 있어 플랫 패널 디스플레이에는 특히 적합하다. 또한 이와 같은 유기 EL 소자를 사용한 디스플레이는 얇고 가볍게 제작할 수 있다는 것도 큰 이점이다. 또한 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 특징 중 하나이다.
또한 이들 유기 EL 소자는 발광층을 평면상으로 연속하여 형성할 수 있기 때문에 면발광을 얻을 수 있다. 이는 백열전구, LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원으로는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
이와 같이 유기 EL 소자를 사용한 디스플레이, 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하지만, 더 양호한 특성을 가지는 유기 EL 소자를 위한 연구 개발이 진행되고 있다(예를 들어 비특허문헌 1 참조).
Yutaka Noguchi, 외 2명, "극성 분자의 배향 분극 현상과 유기 박막 소자의 계면 특성", Journal of the Vacuum Society of Japan, 2015, Vol. 58, No.3
본 발명의 일 형태에서는 구동 전압이 낮은 유기 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 구동 전압이 낮은 포토다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치 중 어느 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 과제 중 어느 하나를 해결하면 되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과 활성층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 기판 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과 활성층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 제 1 전극은 트랜지스터에 전기적으로 접속되고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 상기 제 1 전극 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과, 활성층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 제 1 전극은 그 일부가 절연체로 덮여 있고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 상기 제 1 전극 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과, 활성층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 외부 접속 전극이 제공된 절연층 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 0(mV/nm) 미만인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 정공 수송층 및 상기 제 2 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽이 모노아민 화합물을 포함하는 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 정공 수송층 및 상기 제 2 정공 수송층의 막 두께가 각각 20nm 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층과, 활성층을 가지고, 상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 기판 측에 위치하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 -10(mV/nm) 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층과, 활성층을 가지고, 상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 전극은 트랜지스터에 전기적으로 접속되고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 상기 제 1 전극 측에 위치하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 -10(mV/nm) 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층과, 활성층을 가지고, 상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 전극은 그 일부가 절연체로 덮여 있고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 상기 제 1 전극 측에 위치하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 -10(mV/nm) 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전자 수송층과, 활성층을 가지고, 상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 외부 접속 전극이 제공된 절연층 측에 위치하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 -10(mV/nm) 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과, 활성층과, 전자 수송층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 기판 측에 위치하고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 기판 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하이고, 상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 -10(mV/nm) 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과, 활성층과, 전자 수송층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 전극은 트랜지스터에 전기적으로 접속되고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 상기 제 1 전극 측에 위치하고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 상기 제 1 전극 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하이고, 상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 -10(mV/nm) 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과, 활성층과, 전자 수송층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 전극은 그 일부가 절연체로 덮여 있고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 상기 제 1 전극 측에 위치하고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 상기 제 1 전극 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하이고, 상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 -10(mV/nm) 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과, 활성층과, 전자 수송층을 가지고, 상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층을 가지고, 상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층을 가지고, 상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 외부 접속 전극이 제공된 절연층 측에 위치하고, 상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 상기 외부 접속 전극이 제공된 절연층 측에 위치하고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고, 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 10(mV/nm) 이하이고, 상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 -10(mV/nm) 이상인 유기 반도체 소자이다.
또한 상기 구성에 있어서 GSP_slope(mV/nm)는 막 표면의 전위가 V(mV)이고 막 두께가 d(nm)일 때 V/d로 나타내어지는 파라미터이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 0(mV/nm) 미만인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 정공 수송층 및 상기 제 2 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽이 모노아민 화합물을 포함하는 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 정공 수송층 및 상기 제 2 정공 수송층의 막 두께가 각각 20nm 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값이 0(mV/nm)보다 큰 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽이 5원자 고리 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하지 않는 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽이 다이아진 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽이 트라이아진 구조를 가지는 유기 화합물을 포함하는 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽에 포함되는 금속 착체의 비율이 60% 이하인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 전자 수송층 및 상기 제 2 전자 수송층의 막 두께가 각각 7.5nm 이상인 유기 반도체 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 한쪽이 양극이고 다른 쪽이 음극이고, 상기 활성층이 발광층이고, 상기 발광층이 상기 정공 수송층과 상기 음극 사이, 또는 상기 전자 수송층과 상기 양극 사이에 위치하는 유기 EL 소자이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에 있어서 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 한쪽이 양극이고 다른 쪽이 음극이고, 상기 활성층이 광전 변환층이고, 상기 광전 변환층이 상기 정공 수송층과 상기 양극 사이, 또는 상기 전자 수송층과 상기 음극 사이에 위치하는 포토다이오드이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 어느 구성에 기재된 유기 반도체 소자, 유기 EL 소자, 또는 포토다이오드를 가지는 조명 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 어느 구성에 기재된 유기 반도체 소자, 유기 EL 소자, 또는 포토다이오드를 가지는 표시 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 어느 구성에 기재된 유기 반도체 소자, 유기 EL 소자, 또는 포토다이오드를 가지는 전자 기기이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 유기 EL 소자와, 센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 가지는 전자 기기이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 유기 EL 소자와, 트랜지스터 또는 기판을 가지는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 유기 EL 소자와 하우징을 가지는 조명 장치이다.
또한 본 명세서에서 발광 장치란 유기 EL 소자를 사용한 화상 표시 디바이스를 포함한다. 또한 유기 EL 소자에 커넥터, 예를 들어 이방 도전성 필름 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선 기판이 제공된 모듈, 또는 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 유기 EL 소자에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 발광 장치에 포함되는 경우가 있다. 또한 조명 기구 등은 발광 장치를 가지는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에서는 구동 전압이 낮은 유기 반도체 소자를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 구동 전압이 낮은 포토다이오드를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치 중 어느 것을 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 이외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자의 모식도이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자의 모식도이다.
도 3의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태의 포토다이오드의 모식도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 포토다이오드의 모식도이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 소자 1 내지 소자 4의 전류 밀도-전압 특성이다.
도 6의 (A) 및 (B)는 소자 5 내지 소자 8의 전류 밀도-전압 특성이다.
도 7의 (A) 및 (B)는 소자 10 및 소자 11의 디바이스 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 소자 10의 용량-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 9는 소자 11의 용량-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 10의 (A), (B), 및 (C)는 유기 EL 소자의 개략도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 13은 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 패시브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 15의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 16의 (A) 내지 (F)는 표시 장치의 제작 방법예를 나타낸 도면이다.
도 17의 (A) 내지 (F)는 표시 장치의 제작 방법예를 나타낸 도면이다.
도 18은 표시 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 19의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 20의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 20의 (B)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 21의 (A) 및 (B)는 표시 모듈의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 22는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 23은 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 24는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 25는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 26의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 27의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 28의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 29의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 30은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 31은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 32는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 33은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 34는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 35는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 36은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 37은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 38은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 39는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 40은 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 41은 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 42는 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 43은 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 44는 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자의 모식도이다.
도 3의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태의 포토다이오드의 모식도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 포토다이오드의 모식도이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 소자 1 내지 소자 4의 전류 밀도-전압 특성이다.
도 6의 (A) 및 (B)는 소자 5 내지 소자 8의 전류 밀도-전압 특성이다.
도 7의 (A) 및 (B)는 소자 10 및 소자 11의 디바이스 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 소자 10의 용량-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 9는 소자 11의 용량-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 10의 (A), (B), 및 (C)는 유기 EL 소자의 개략도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 13은 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 패시브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 15의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 16의 (A) 내지 (F)는 표시 장치의 제작 방법예를 나타낸 도면이다.
도 17의 (A) 내지 (F)는 표시 장치의 제작 방법예를 나타낸 도면이다.
도 18은 표시 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 19의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 20의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 20의 (B)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 21의 (A) 및 (B)는 표시 모듈의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 22는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 23은 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 24는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 25는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 26의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 27의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 28의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 29의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 30은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 31은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 32는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 33은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 34는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 35는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 36은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 37은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 38은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 39는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 40은 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 41은 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 42는 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 43은 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 44는 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에 기재하는 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 본 명세서 등에서 메탈 마스크 또는 FMM(파인 메탈 마스크, 고정세(高精細)의 메탈 마스크)을 사용하여 제작된 디바이스를 MM(메탈 마스크) 구조의 디바이스라고 하는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 메탈 마스크 또는 FMM을 사용하지 않고 제작된 디바이스를 MML(메탈 마스크리스) 구조의 디바이스라고 하는 경우가 있다.
(실시형태 1)
유기 EL 소자는 유기 박막을 사용한 반도체 소자(유기 반도체 소자)의 일종이다. 이 외의 유기 반도체 소자로서는 포토다이오드, 유기 TFT 등이 대표적이다. 이와 같은 유기 반도체 소자에 사용되는 유기 박막 중 대부분은 증착법으로 형성된다. 성막하고자 하는 유기 화합물에 열 등의 에너지를 가하여 승화시키는 증착법으로 성막된 유기 박막은 일부의 결정화하기 쉬운 재료의 막을 제외하고 오랫동안 비정질의 어모퍼스이고 랜덤 배향인 것으로 알려져 있었다.
그러나 근년에 들어, 많은 분광학적 연구에 의하여, 비정질의 유기 박막에서도 완만한 분자 배향이 존재하는 경우가 있고, 디바이스의 특성에 영향을 미치는 것이 알려졌다. 예를 들어 유기 EL 소자에 있어서, 발광 물질의 쌍극자 모멘트가 발광면에 대하여 수평으로 배향되기 쉬운 물질은 발광 추출이 용이하므로 발광 효율이 높은 유기 EL 소자를 제공하기 쉽다는 것, 배향에 의한 π 궤도의 중첩이 일어나기 쉬운 물질은 막의 도전율이 높은 경향이 있다는 것 등이 알려져 있다.
유기 화합물에는 극성 분자와 무극성 분자가 존재하고, 극성 분자는 영구 쌍극자 모멘트를 가진다. 극성 분자를 증착한 경우, 증착막이 랜덤 배향이면 이들 극성의 치우침은 상쇄되고 막 내에 분자의 극성에서 유래하는 분극은 발생하지 않는다. 그러나 상기 증착막이 상술한 바와 같이 분자 배향을 가지는 경우, 분극의 치우침에서 유래하는 거대 표면 전위(Giant Surface Potential: GSP)가 나타날 경우가 있다.
GSP는 증착막의 영구 쌍극자 모멘트의 배향이 막 두께 방향으로 치우침으로써 생기는 자발 분극(Spontaneous Orientation Polarization: SOP)에 의한 현상이다. GSP가 막 두께에 비례하여 변화할 때, 상기 막 표면의 전위가 V(mV)이고 막 두께가 d(nm)인 경우에 V/d로 나타내어지는 파라미터를 GSP_slope(mV/nm)로 한다.
이러한 GSP를 발현하는 증착막의 표면 전위는 막 두께의 증가에 따라 포화하지 않고 일정한 비율로 변화한다. 예를 들어 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭: Alq3)의 증착막에 있어서 막 두께 560nm에서의 표면 전위는 약 28V가 된다. 이 전계 강도는 5×105V/cm에도 도달하고, 이는 일반적인 유기 박막 디바이스의 구동 중의 전계 강도와 같은 정도의 크기이다.
또한 막 두께의 증가에 따라 표면 전위가 증가하는 경우에는 양의 GSP_slope이고, 막 두께의 증가에 따라 표면 전위가 감소하는 경우에는 음의 GSP_slope이며, 상기 Alq3은 양의 GSP_slope를 가지는 재료라고 할 수 있다.
유기 반도체 소자(유기 EL 소자, 포토다이오드 등)는 유기 화합물의 박막 적층 구조를 가진다. 이러한 적층 구조를 가지는 유기 반도체 소자에서는 상이한 최고 피점유 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital: HOMO) 준위 또는 최저 공궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital: LUMO) 준위를 가지는 유기 화합물로 이루어지는 층에 캐리어를 순차적으로 주입할 필요가 있다. 물론, 층들 간에서의HOMO 준위 또는 LUMO 준위의 차이가 지나치게 크면 구동 전압이 높아지기 때문에, 캐리어의 수송을 목적으로 하는 층의 적층 구조에 사용되는 재료를 선택하는 경우에는, 인접한 층들 간에서는 가능한 한 HOMO 준위 또는 LUMO 준위가 가까운 재료가 선택되는 경우가 많다. 그러나 HOMO 준위 또는 LUMO 준위의 차이가 그다지 크지 않은 재료로 구성된 층들의 경우에도, 사용하는 유기 화합물의 조합에 따라서는 구동 전압이 크게 높아지는 경우가 있었다. 여태까지 이를 피하기 위한 지침은 없고, 재료들 간의 조화성의 문제로 간주되어 왔다.
발명자들은 유기 화합물의 박막의 적층 구조를 사용한 유기 반도체 소자에서 복수의 캐리어 수송층이 접하여 제공되어 있는 경우, 접하여 적층된 2개의 층 간의 GSP_slope(mV/nm)의 차이(이하 ΔGSP_slope(mV/nm)라고 기재하는 경우가 있음)가 캐리어의 주입 능력과 관련성이 있고, 디바이스의 구동 전압에 큰 영향을 미치는 것을 발견하였다.
도 1의 (A) 내지 (D) 및 도 2의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자의 모식도이다. 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자는 적어도 제 1 전극과, 제 2 전극(양극(11) 또는 음극(12))과, 캐리어 수송층(정공 수송층(20) 또는 전자 수송층(30))과, 발광층(40)을 가진다. 제 1 전극 및 제 2 전극은 그 한쪽이 양극(11)이고 다른 쪽이 음극(12)이다. 또한 제 1 전극은 제 2 전극보다 기판(10) 측에 위치한다. 정공 수송층(20)은 적어도 제 1 정공 수송층(21)과 제 2 정공 수송층(22)으로 구성되고, 제 1 정공 수송층(21)이 제 2 정공 수송층(22)보다 기판(10) 측에 위치한다. 즉, 제 1 전극은 제 2 전극보다 먼저 형성되고, 제 1 정공 수송층(21)은 제 2 정공 수송층(22)보다 먼저 형성된다. 또한 전자 수송층(30)은 제 1 전자 수송층(31)과 제 2 전자 수송층(32)으로 구성되고, 제 1 전자 수송층(31)이 제 2 전자 수송층(32)보다 기판(10) 측에 위치한다. 즉, 제 1 전극은 제 2 전극보다 먼저 형성되고, 제 1 전자 수송층(31)은 제 2 전자 수송층(32)보다 먼저 형성된다.
도면에 있어서 층에 σ+ 및 σ-로 도시한 것은 상기 층의 배향 분극의 이미지이다. σ+ 또는 σ-의 개수가 많을수록 SOP가 큰 상태인 것을 나타내고, σ+ 또는 σ-의 개수가 많은 층일수록 GSP_slope가 크다고 할 수 있다.
도 1의 (A)는 제 1 전극이 양극(11)인 경우의 정공 수송층 측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 정공 수송층(20)을 흐르는 캐리어인 정공이 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 정공은 기판(10) 측으로부터 대향 기판(미도시)을 향하여 흐르고, 정공 수송층(20)에서는 제 1 정공 수송층(21)으로부터 제 2 정공 수송층(22) 방향으로 흘러 발광층(40)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자에 있어서는, 제 1 정공 수송층(21)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 정공 수송층(22)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slope. 또한 정공 수송 영역에서의 ΔGSP_slope를 ΔGSP_slopeh라고 하는 경우가 있음)이 10(mV/nm) 이하인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이면, 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh는 -100(mV/nm) 이상이 바람직하고, -50(mV/nm) 이상이 더 바람직하다.
또한 도 1의 (A)는 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만인 구성을 예시한 것이다.
도 1의 (B)는 제 1 전극이 음극(12)인 경우의 정공 수송층 측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 정공 수송층(20)을 흐르는 캐리어인 정공은 제 2 전극으로부터 제 1 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 정공은 대향 기판(미도시) 측으로부터 기판(10)을 향하여 흐르고, 정공 수송층(20)에서는 제 2 정공 수송층(22)으로부터 제 1 정공 수송층(21) 방향으로 흘러 발광층(40)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자에 있어서는, 제 1 정공 수송층(21)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 정공 수송층(22)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopeh)이 10(mV/nm) 이하인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이면, 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh는 -100(mV/nm) 이상이 바람직하고, -50(mV/nm) 이상이 더 바람직하다.
또한 도 1의 (B)는 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만인 구성을 예시한 것이다.
도 1의 (C)는 제 1 전극이 양극(11)인 경우의 전자 수송층 측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 전자 수송층(30)을 흐르는 캐리어인 전자가 제 2 전극으로부터 제 1 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 전자는 대향 기판(미도시) 측으로부터 기판(10)을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)에서는 제 2 전자 수송층(32)으로부터 제 1 전자 수송층(31) 방향으로 흘러 발광층(40)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자에 있어서는, 제 1 전자 수송층(31)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 전자 수송층(32)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slope. 또한 전자 수송 영역에서의 ΔGSP_slope를 ΔGSP_slopee라고 하는 경우가 있음)이 -10(mV/nm) 이상인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 크면, 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee는 200(mV/nm) 이하가 바람직하고, 150(mV/nm) 이하가 더 바람직하다.
또한 도 1의 (C)는 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 큰 구성을 예시한 것이다.
도 1의 (D)는 제 1 전극이 음극(12)인 경우의 전자 수송층 측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 전자 수송층(30)을 흐르는 캐리어인 전자가 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 전자는 기판(10) 측으로부터 대향 기판(미도시)을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)에서는 제 1 전자 수송층(31)으로부터 제 2 전자 수송층(32) 방향으로 흘러 발광층(40)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자에 있어서는, 제 1 전자 수송층(31)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 전자 수송층(32)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopee)이 -10(mV/nm) 이상인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 크면, 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee는 200(mV/nm) 이하가 바람직하고, 150(mV/nm) 이하가 더 바람직하다.
또한 도 1의 (D)는 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 큰 구성을 예시한 것이다.
도 2의 (A)는 제 1 전극이 양극(11)인 경우의 정공 수송층 및 전자 수송층의 양측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 정공 수송층(20)을 흐르는 캐리어인 정공이 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)을 흐르는 캐리어인 전자가 제 2 전극으로부터 제 1 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 정공은 기판(10) 측으로부터 대향 기판(미도시)을 향하여 흐르고, 정공 수송층(20)에서는 제 1 정공 수송층(21)으로부터 제 2 정공 수송층(22) 방향으로 흘러 발광층(40)에 도달한다. 또한 전자는 대향 기판(미도시) 측으로부터 기판(10)을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)에서는 제 2 전자 수송층(32)으로부터 제 1 전자 수송층(31) 방향으로 흘러 발광층(40)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자에 있어서는, 제 1 정공 수송층(21)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 정공 수송층(22)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopeh)이 10(mV/nm) 이하이고, 제 1 전자 수송층(31)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 전자 수송층(32)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopee)이 -10(mV/nm) 이상인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이며 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 크면, 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh는 -100(mV/nm) 이상이 바람직하고, -50(mV/nm) 이상이 더 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee는 200(mV/nm) 이하가 바람직하고, 150(mV/nm) 이하가 더 바람직하다.
또한 도 2의 (A)는 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이며 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 큰 구성을 예시한 것이다.
도 2의 (B)는 제 1 전극이 음극(12)인 경우의 정공 수송층 및 전자 수송층의 양측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 정공 수송층(20)을 흐르는 캐리어인 정공이 제 2 전극으로부터 제 1 전극을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)을 흐르는 캐리어인 전자가 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 정공은 대향 기판(미도시) 측으로부터 기판(10)을 향하여 흐르고, 정공 수송층(20)에서는 제 2 정공 수송층(22)으로부터 제 1 정공 수송층(21) 방향으로 흘러 발광층(40)에 도달한다. 또한 전자는 기판(10) 측으로부터 대향 기판(미도시)을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)에서는 제 1 전자 수송층(31)으로부터 제 2 전자 수송층(32) 방향으로 흘러 발광층(40)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자에 있어서는, 제 1 정공 수송층(21)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 정공 수송층(22)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopeh)이 10(mV/nm) 이하이고, 제 1 전자 수송층(31)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 전자 수송층(32)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopee)이 -10(mV/nm) 이상인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이며 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 크면, 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh는 -100(mV/nm) 이상이 바람직하고, -50(mV/nm) 이상이 더 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee는 200(mV/nm) 이하가 바람직하고, 150(mV/nm) 이하가 더 바람직하다.
또한 도 2의 (B)는 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이며 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 큰 구성을 예시한 것이다.
도 1 및 도 2에 기재된 유기 EL 소자에서, 제 1 정공 수송층(21)을 구성하는 유기 화합물은 알킬기를 가지는 방향족 아민이면 제 1 정공 수송층(21)의 굴절률을 저하시킬 수 있고, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 이에 의하여, 상기 유기 EL 소자는 발광 효율이 양호한 유기 EL 소자로 할 수 있다.
또한 제 1 정공 수송층(21)을 구성하는 유기 화합물은 플루오렌 골격 또는 스파이로플루오렌 골격을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 또한 플루오렌일아민은 HOMO 준위를 상승시키는 효과가 있기 때문에, 상기 알킬기를 가지는 방향족 아민의 질소에 3개의 플루오렌이 결합되면, HOMO 준위가 크게 상승할 가능성이 있다. 이 경우, 주변 재료의 HOMO 준위(예를 들어 제 2 정공 수송층(22)의 HOMO 준위)와의 차이가 크게 되어 구동 전압 및 신뢰성 등에 영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서 상기 알킬기를 가지는 방향족 아민의 질소에 결합되는 플루오렌 골격은 하나 또는 2개인 것이 더 바람직하다.
또한 제 1 정공 수송층(21)을 구성하는 유기 화합물은 카바졸 골격을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
또한 제 1 정공 수송층(21)을 구성하는 유기 화합물의 HOMO 준위가 -5.45eV 내지 -5.20eV의 범위에 있으면, 정공 주입층 또는 양극(11)으로부터의 정공 주입성이 양호하게 되어 바람직하다. 이에 의하여, 상기 유기 EL 소자는 저전압에서도 구동할 수 있다.
또한 제 2 정공 수송층(22)을 구성하는 유기 화합물은 제 2 정공 수송층(22)의 굴절률을 저하시킬 수 있고, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 알킬기를 가지는 방향족 아민인 것이 바람직하다. 이에 의하여, 상기 유기 EL 소자는 발광 효율이 양호한 유기 EL 소자로 할 수 있다.
또한 제 2 정공 수송층(22)을 구성하는 유기 화합물은 다이벤조퓨란 골격 또는 다이벤조싸이오펜 골격을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
도 3의 (A) 내지 (D) 및 도 4의 (A), (B)는 본 발명의 일 형태의 포토다이오드의 모식도이다. 본 발명의 일 형태의 포토다이오드는 적어도 제 1 전극과, 제 2 전극(양극(11) 또는 음극(12))과, 캐리어 수송층(정공 수송층(20) 또는 전자 수송층(30))과, 광전 변환층(50)을 가진다. 제 1 전극 및 제 2 전극은 그 한쪽이 양극(11)이고, 다른 쪽이 음극(12)이다. 또한 제 1 전극은 제 2 전극보다 기판(10) 측에 위치한다. 정공 수송층(20)은 적어도 제 1 정공 수송층(21)과 제 2 정공 수송층(22)으로 구성되고, 제 1 정공 수송층(21)이 제 2 정공 수송층(22)보다 기판(10) 측에 위치한다. 즉, 제 1 전극은 제 2 전극보다 먼저 형성되고, 제 1 정공 수송층(21)은 제 2 정공 수송층(22)보다 먼저 형성된다. 또한 전자 수송층(30)은 제 1 전자 수송층(31)과 제 2 전자 수송층(32)으로 구성되고, 제 1 전자 수송층(31)이 제 2 전자 수송층(32)보다 기판(10) 측에 위치한다. 즉, 제 1 전극은 제 2 전극보다 먼저 형성되고, 제 1 전자 수송층(31)은 제 2 전자 수송층(32)보다 먼저 형성된다.
도 3의 (A)는 제 1 전극이 양극(11)인 경우의 정공 수송층 측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 정공 수송층(20)을 흐르는 캐리어인 정공이 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 광전 변환층(50)에서 발생한 정공은 기판(10) 측으로부터 대향 기판(미도시)을 향하여 흐르고, 정공 수송층(20)에서는 제 1 정공 수송층(21)으로부터 제 2 정공 수송층(22) 방향으로 흘러 음극(12)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 포토다이오드에 있어서는, 제 1 정공 수송층(21)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 정공 수송층(22)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopeh)이 10(mV/nm) 이하인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이면, 구동 전압이 낮은 포토다이오드를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh는 -100(mV/nm) 이상이 바람직하고, -50(mV/nm) 이상이 더 바람직하다.
또한 도 3의 (A)는 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만인 구성을 예시한 것이다.
도 3의 (B)는 제 1 전극이 음극(12)인 경우의 정공 수송층 측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 정공 수송층(20)을 흐르는 캐리어인 정공은 제 2 전극으로부터 제 1 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 광전 변환층(50)에서 발생한 정공은 대향 기판(미도시) 측으로부터 기판(10)을 향하여 흐르고, 정공 수송층(20)에서는 제 2 정공 수송층(22)으로부터 제 1 정공 수송층(21) 방향으로 흘러 음극(12)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 포토다이오드에 있어서는, 제 1 정공 수송층(21)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 정공 수송층(22)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopeh)이 10(mV/nm) 이하인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이면, 구동 전압이 낮은 포토다이오드를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh는 -100(mV/nm) 이상이 바람직하고, -50(mV/nm) 이상이 더 바람직하다.
또한 도 3의 (B)는 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만인 구성을 예시한 것이다.
도 3의 (C)는 제 1 전극이 양극(11)인 경우의 전자 수송층 측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 전자 수송층(30)을 흐르는 캐리어인 전자가 제 2 전극으로부터 제 1 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 광전 변환층(50)에서 발생한 전자는 대향 기판(미도시) 측으로부터 기판(10)을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)에서는 제 2 전자 수송층(32)으로부터 제 1 전자 수송층(31) 방향으로 흘러 양극(11)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 포토다이오드에 있어서는, 제 1 전자 수송층(31)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 전자 수송층(32)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopee)이 -10(mV/nm) 이상인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 크면, 구동 전압이 낮은 포토다이오드를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee는 200(mV/nm) 이하가 바람직하고, 150(mV/nm) 이하가 더 바람직하다.
또한 도 3의 (C)는 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 큰 구성을 예시한 것이다.
도 3의 (D)는 제 1 전극이 음극(12)인 경우의 전자 수송층 측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 전자 수송층(30)을 흐르는 캐리어인 전자가 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 광전 변환층(50)에서 발생한 전자는 기판(10) 측으로부터 대향 기판(미도시)을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)에서는 제 1 전자 수송층(31)으로부터 제 2 전자 수송층(32) 방향으로 흘러 양극(11)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 포토다이오드에 있어서는, 제 1 전자 수송층(31)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 전자 수송층(32)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopee)이 -10(mV/nm) 이상인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 크면, 구동 전압이 낮은 포토다이오드를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee는 200(mV/nm) 이하가 바람직하고, 150(mV/nm) 이하가 더 바람직하다.
또한 도 3의 (D)는 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 큰 구성을 예시한 것이다.
도 4의 (A)는 제 1 전극이 양극(11)인 경우의 정공 수송층 및 전자 수송층의 양측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 정공 수송층(20)을 흐르는 캐리어인 정공이 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)을 흐르는 캐리어인 전자가 제 2 전극으로부터 제 1 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 광전 변환층(50)에서 발생한 정공은 기판(10) 측으로부터 대향 기판(미도시)을 향하여 흐르고, 정공 수송층(20)에서는 제 1 정공 수송층(21)으로부터 제 2 정공 수송층(22) 방향으로 흘러 음극(12)에 도달한다. 또한 광전 변환층(50)에서 발생한 전자는 대향 기판(미도시) 측으로부터 기판(10)을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)에서는 제 2 전자 수송층(32)으로부터 제 1 전자 수송층(31) 방향으로 흘러 양극(11)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 포토다이오드에 있어서는, 제 1 정공 수송층(21)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 정공 수송층(22)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopeh)이 10(mV/nm) 이하이고, 제 1 전자 수송층(31)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 전자 수송층(32)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopee)이 -10(mV/nm) 이상인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이며 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 크면, 구동 전압이 낮은 포토다이오드를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh는 -100(mV/nm) 이상이 바람직하고, -50(mV/nm) 이상이 더 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee는 200(mV/nm) 이하가 바람직하고, 150(mV/nm) 이하가 더 바람직하다.
또한 도 4의 (A)는 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이며 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 큰 구성을 예시한 것이다.
도 4의 (B)는 제 1 전극이 음극(12)인 경우의 정공 수송층 및 전자 수송층의 양측에 관한 구성을 나타낸 것이고, 정공 수송층(20)을 흐르는 캐리어인 정공이 제 2 전극으로부터 제 1 전극을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)을 흐르는 캐리어인 전자가 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 향하여 흐르는 구성을 나타낸 것이다. 즉, 광전 변환층(50)에서 발생한 정공은 대향 기판(미도시) 측으로부터 기판(10)을 향하여 흐르고, 정공 수송층(20)에서는 제 2 정공 수송층(22)으로부터 제 1 정공 수송층(21) 방향으로 흘러 음극(12)에 도달한다. 또한 광전 변환층(50)에서 발생한 전자는 기판(10) 측으로부터 대향 기판(미도시)을 향하여 흐르고, 전자 수송층(30)에서는 제 1 전자 수송층(31)으로부터 제 2 전자 수송층(32) 방향으로 흘러 양극(11)에 도달한다.
이때 본 발명의 일 형태의 포토다이오드에 있어서는, 제 1 정공 수송층(21)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 정공 수송층(22)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopeh)이 10(mV/nm) 이하이고, 제 1 전자 수송층(31)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 전자 수송층(32)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopee)이 -10(mV/nm) 이상인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이며 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 크면, 구동 전압이 낮은 포토다이오드를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh는 -100(mV/nm) 이상이 바람직하고, -50(mV/nm) 이상이 더 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee는 200(mV/nm) 이하가 바람직하고, 150(mV/nm) 이하가 더 바람직하다.
또한 도 4의 (B)는 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이며 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 큰 구성을 예시한 것이다.
또한 상기 유기 EL 소자 및 포토다이오드에서, 제 1 정공 수송층(21)의 HOMO 준위(HOMO1)와 제 2 정공 수송층(22)의 HOMO 준위(HOMO2)의 차이 ΔHOMO(HOMO1-HOMO2)가 -0.3eV 이상 0.3eV 이하, 더 바람직하게는 -0.2eV 이상 0.2eV 이하이면, 제 1 정공 수송층(21)과 제 2 정공 수송층(22) 사이의 정공 주입성이 양호해지므로 바람직하다. 이에 의하여 상기 유기 EL 소자 및 포토다이오드를 더 낮은 전압으로 구동할 수 있다.
또한 유기 EL 소자 및 포토다이오드에서의 ΔGSP_slopeh 및 ΔHOMO는 모두 제 1 정공 수송층(21)과 제 2 정공 수송층(22)에 대한 정공 주입성을 양호하게 하는 파라미터이기 때문에, ΔGSP_slopeh가 작은 경우에는 ΔHOMO의 범위가 보다 넓은 영역에서도 낮은 구동 전압을 나타내고, ΔHOMO의 범위가 좁은 경우에는 ΔGSP_slopeh의 값이 보다 높은 값에서도 낮은 구동 전압을 나타낸다. 따라서 ΔHOMO의 범위가 -0.2eV 이상 0.2eV 이하인 구성에서는 ΔGSP_slopeh는 10 이하인 것이 바람직하다. ΔGSP_slopeh가 0 미만인 구성에서는 ΔHOMO는 -0.6eV 이상 0.6eV 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 유기 EL 소자 및 포토다이오드에서 제 1 전자 수송층(31)의 LUMO 준위(LUMO1)와 제 2 전자 수송층(32)의 LUMO 준위(LUMO2)의 차이 ΔLUMO(LUMO1-LUMO2)가 -0.3eV 이상 0.3eV 이하, 더 바람직하게는 -0.2eV 이상 0.2eV 이하이면, 제 1 전자 수송층(31)과 제 2 전자 수송층(32) 사이에서의 전자 주입성이 양호해지므로 바람직하다. 이에 의하여 상기 유기 EL 소자 및 포토다이오드를 더 낮은 전압으로 구동할 수 있다.
또한 유기 EL 소자 및 포토다이오드에서의 ΔGSP_slopee 및 ΔLUMO는 모두 제 1 전자 수송층(31)과 제 2 전자 수송층(32) 사이의 전자 주입성을 양호하게 하는 파라미터이기 때문에, ΔGSP_slopee가 큰 경우에는 ΔLUMO의 범위가 보다 넓은 영역에서도 낮은 구동 전압을 나타내고, ΔLUMO의 범위가 좁은 경우에는 ΔGSP_slopee의 값이 보다 작은 값에서도 낮은 구동 전압을 나타낸다. 따라서 ΔLUMO의 범위가 -0.2eV 이상 0.2eV 이하인 구성에서는 ΔGSP_slopee는 -10 이상인 것이 바람직하다. ΔGSP_slopee가 0보다 큰 구성에서는 ΔLUMO는 -0.6eV 이상 0.6eV 이하인 것이 바람직하다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 전자 디바이스(유기 EL 소자, 포토다이오드 등)는 구동 전압이 낮은 양호한 특성을 가지는 전자 디바이스로 할 수 있다. 또한 특히, 유기 EL 소자에서는 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 발광 효율, 특히 파워 효율이 양호한 유기 EL 소자로 할 수 있다.
(ΔGSP_slopee와 전자 주입성의 관계)
여기서, 전자만을 캐리어로 한 유기 반도체 소자(소자 1 내지 소자 4)에서의 ΔGSP_slopee와 전자 주입성의 관계를 검증한 결과를 도 5의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 또한 소자 1 내지 소자 4의 디바이스 구조, 사용한 재료, 각 GSP_slope 및 ΔGSP_slopee를 정리한 표를 이하에 나타낸다. 또한 도 5의 (A)는 전극 1의 전위가 더 높아지도록 전압을 인가한 경우(순바이어스)의 전류 밀도-전압 특성, 도 5의 (B)는 전극 1의 전위가 더 낮아지도록 전압을 인가한 경우(역바이어스)의 전류 밀도-전압 특성을 각각 나타낸 것이고, 도 5의 (A)는 전극 2 측으로부터 전자가 주입되었을 때의 결과, 도 5의 (B)는 전극 1 측으로부터 전자가 주입되었을 때의 결과를 각각 나타낸 것이다.
또한 소자 1 내지 소자 4에서의 층 2 및 층 3이 제 1 전자 수송층과 제 2 전자 수송층에 상당한다.
[표 1]
[표 2]
상기 표에서 ITSO는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물이고, Al은 알루미늄, 4,7-다이-1-피롤리딘일-1,10-페난트롤린(약칭: Pyrrd-Phen), 2,9-다이(2-나프틸)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen), 2,2-(1,3-페닐렌)비스[9-페닐-1,10-페난트롤린](약칭: mPPhen2P)은 전자 수송성의 유기 화합물이다. Pyrrd-Phen, NBPhen, mPPhen2P의 분자 구조를 이하에 나타낸다. 또한 전극 1이 기판에 가장 가깝고, 층 1에서 전극 2까지는 전극 1 측으로부터 진공 증착법에 의하여 순차적으로 형성하였다.
또한 NBPhen의 LUMO 준위는 -2.83eV, mPPhen2P의 LUMO 준위는 -2.71eV이기 때문에, 이 2개의 재료에서의 LUMO의 차이는 -0.2eV 이내이고, 소자 1 내지 소자 4는 퍼텐셜에서 유래하는 장벽이 생기기 어려운 구성을 가진다.
[화학식 1]
도 5의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 적층 구조를 가지는 전자 수송층 간에서의 ΔGSP_slopee가 큰 소자인 소자 2는 적층 구조를 가지지 않는 소자 1과 마찬가지로 전류 밀도-전압 특성이 0V에 가까운 전압으로 상승되고, 전자 주입성이 양호한 것을 알 수 있다. 한편, 적층 구조를 가지는 전자 수송층 간에서의 ΔGSP_slopee가 -12.5(mV/nm)로 -10(mV/nm) 이하인 소자 3에서는, 적층 구조를 가지지 않는 소자 4와 비교하여 상승 전압의 절댓값이 크고, 전자 주입성이 악화된 것을 알 수 있다.
도 6의 (A), (B)에는 소자 1 내지 소자 4와 다른 유기 화합물을 사용한 소자 5 내지 소자 8에 관한 결과를 나타내었다.
소자 5 내지 소자 8은 소자 1 내지 소자 4와 마찬가지로 전자만을 캐리어로 한 유기 반도체 소자이다. 또한 소자 5 내지 소자 8의 디바이스 구조, 사용한 재료, 각 GSP_slope 및 ΔGSP_slopee를 정리한 표를 이하에 나타낸다. 또한 도 6의 (A)는 전극 1의 전위가 높아지도록 전압을 인가한 경우(순바이어스)의 결과, 도 6의 (B)는 전극 1의 전위가 낮아지도록 전압을 인가한 경우(역바이어스)의 결과를 각각 나타낸 것이다.
또한 소자 5 내지 소자 8에서의 층 2 및 층 3이 제 1 전자 수송층 및 제 2 전자 수송층에 상당한다.
[표 3]
[표 4]
상기 표에서 Ag는 은이고, ITSO는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물이고, Al은 알루미늄이고, Pyrrd-Phen, 2-(바이페닐-2-일)-4-[3-(2,6-다이메틸피리딘-3-일)-5-(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)]페닐-6-페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn), 2-(바이페닐-2-일)-4-[3-(2,6-다이메틸피리딘-3-일)-5-(3,5-다이사이클로헥실페닐)]페닐-6-페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: oBP-mmchPh-mDMePyPTzn)은 전자 수송성의 유기 화합물이다. Pyrrd-Phen, oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn, oBP-mmchPh-mDMePyPTzn의 분자 구조를 이하에 나타낸다. 또한 전극 1이 기판에 가장 가깝고, 층 1에서 전극 2까지는 전극 1 측으로부터 진공 증착법에 의하여 순차적으로 형성하였다.
또한 oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn의 LUMO 준위 및 oBP-mmchPh-mDMePyPTzn의 LUMO 준위는 모두 -2.93eV이다. 사용한 2개의 재료로서는 GSP_slope를 제외하고 LUMO 준위 등의 물성값에 차이가 거의 없는 재료를 선정하였다.
[화학식 2]
도 6에 나타낸 바와 같이, 적층 구조를 가지는 전자 수송층 간에서의 ΔGSP_slopee가 22.4(mV/nm)로 큰 소자인 소자 6은 순바이어스 및 역바이어스 모두, 적층 구조를 가지지 않는 소자 5와 같은 위치에서 전류 밀도-전압 특성이 상승되고, 전자 주입성이 양호한 것을 알 수 있다. 한편, ΔGSP_slopee가 -22.4(mV/nm)로 -10(mV/nm) 이하인 소자 7에서는, 적층 구조를 가지지 않는 소자 8과 비교하여 상승 전압의 절댓값이 크고, 전자 주입성이 악화된 것을 알 수 있다.
이와 같이, 접하여 적층된 적어도 2개의 전자 수송층(제 1 전자 수송층, 제 2 전자 수송층)을 가지는 유기 반도체 소자에 있어서, 기판 측에 형성된(먼저 형성된) 제 1 전자 수송층을 구성하는 유기 화합물의 GSP_slope에서 추후에 형성된 제 2 전자 수송층을 구성하는 유기 화합물의 GSP_slope를 뺀 값(ΔGSP_slopee)이 -10(mV/nm) 이상인 소자는 구동 전압의 악화를 억제할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또한 ΔGSP_slopee의 전자 주입에 대한 영향은 도 5, 도 6에 나타낸 바와 같이 순바이어스의 경우에도 역바이어스의 경우에도 마찬가지이다. 즉, 기판 측(먼저 형성된) 제 1 전자 수송층과 이어서 형성된 제 2 전자 수송층의 적층 구조에 있어서, 제 2 전자 수송층 측으로부터 제 1 전자 수송층 방향으로 전자가 흐르는 경우 및 제 1 전자 수송층 측으로부터 제 2 전자 수송층 방향으로 전자가 흐르는 경우 모두에 본 발명을 적용할 수 있다.
이와 같이, 접하여 적층된 적어도 2개의 전자 수송층에서, 상기 전자 수송층을 구성하는 유기 화합물의 GSP_slope의 관계가 전자 주입성에 큰 영향을 미치고, 적절한 조합을 선택함으로써(ΔGSP_slopee를 -10(mV/nm) 이상으로 함으로써), 양호한 특성을 가지는 유기 반도체 소자를 용이하게 얻을 수 있다.
또한 적층 구조를 가지는 전자 수송층에서, ΔGSP_slopee는 -5(mV/nm) 이상인 것이 더 바람직하고, 0(mV/nm)보다 큰 것이 바람직하다.
여기까지는 전자를 캐리어로 하는 적층 구조를 가지는 전자 수송층에 관하여 전자 주입성에 대하여 설명하였지만, 정공을 캐리어로 하는 적층 구조를 가지는 정공 수송층에 대해서도 마찬가지로 ΔGSP_slopeh가 정공 주입성에 큰 영향을 미치는 것이 확인되었다.
정공의 경우에는, 접하여 적층된 적어도 2개의 정공 수송층(제 1 정공 수송층, 제 2 정공 수송층)을 가지는 유기 반도체 소자에 있어서, 기판 측에 형성된(먼저 형성된) 제 1 정공 수송층을 구성하는 유기 화합물의 GSP_slope에서 추후에 형성된 제 2 정공 수송층을 구성하는 유기 화합물의 GSP_slope를 뺀 값(ΔGSP_slopeh)이 10(mV/nm) 이하인 소자는 구동 전압의 악화를 억제할 수 있다.
또한 적층 구조를 가지는 정공 수송층에서, 상술한 ΔGSP_slopeh는 5(mV/nm) 이하인 것이 바람직하고, 0(mV/nm) 미만인 것이 더 바람직하다.
여기서 유기 화합물의 GSP_slope를 산출하는 방법에 대하여 설명한다.
GSP는 증착막의 영구 쌍극자 모멘트의 배향이 막 두께 방향으로 치우침으로써 생기는 SOP에 의한 현상이다. GSP가 막 두께에 비례하여 변화하는 변화량을 GSP_slope(mV/nm)라고 한다. 대표적으로는 켈빈 프로브 측정에 의하여 측정된 증착막의 표면 전위를 막 두께 방향으로 플롯한 경우의 기울기로서 나타나는 것이 알려져 있지만, 하지막 및 측정 환경의 영향을 고려할 필요가 있다. 2개의 상이한 막이 적층된 경우, 그 계면에 축적되는 계면 전하 밀도(mC/m2)와 한쪽 막의 GSP_slope로부터, 다른 쪽 막의 GSP_slope를 추산할 수 있다. 계면 전하 밀도는 어느 한쪽 막에 전하를 축적시키는 소자 구조를 사용하고, CV 측정(IS 측정)에 의하여 얻어진다.
상이한 SOP를 가지는 유기 박막(박막 1 및 박막 2. 다만 박막 1이 양극 측에 위치하고, 박막 2가 음극 측에 위치함)을 적층시키고 전류를 흘릴 때, 캐리어가 전자인 경우에는 아래 식이 성립된다.
[수학식 1]
[수학식 2]
식(1)에서 σif_e는 계면 전하 밀도, Vi는 전자 주입 전압, Vbi는 문턱 전압, d1은 박막 1의 막 두께, ε1은 박막 1의 유전율이다. Vi, Vbi는 디바이스의 용량-전압 특성으로부터 추산할 수 있다. 또한 유전율은 정상 굴절률 no(633nm)의 이승을 사용할 수 있다. 이와 같이, 용량-전압 특성으로부터 추산한 Vi와 Vbi, 굴절률로부터 산출한 박막 1의 유전율 ε1, 및 박막 1의 막 두께 d1로부터 식(1)을 사용하여 계면 전하 밀도 σif_e를 산출할 수 있다.
다음으로, 식(2)에서 P1 및 P2는 박막 1 및 박막 2의 SOP, ε2는 박막 2의 유전율, d2는 박막 2의 막 두께이다. 여기서 상기 식(1)을 사용하여 계면 전하 밀도 σif_e를 산출할 수 있기 때문에, 박막 1로서 GSP_slope가 이미 알려진 물질을 사용함으로써 박막 2의 GSP_slope를 추산할 수 있다.
그래서, 박막 1로서 GSP_slope가 48(mV/nm)로 이미 알려진 Alq3을 사용하고, 측정용 소자로서 소자 10과 소자 11을 제작하고, 소자 10에서는 NBPhen의 GSP_slope, 소자 11에서는 mPPhen2P의 GSP_slope를 산출한 예를 이하에 나타낸다.
소자 10 및 소자 11의 디바이스 구조는 아래 표 및 도 7의 (A)와 같다. 또한 양극(701)은 기판(700) 위에 형성되고, 정공 주입층(702), 제 1 전자 수송층(703), 제 2 전자 수송층(704), 전자 주입층(705), 및 음극(706)은 양극(701)(기판(700)) 측으로부터 진공 증착법에 의하여 순차적으로 형성하였다. 소자 10 및 소자 11을 형성함에 있어서, 기판 온도는 실온으로 하고 성막 레이트는 0.2nm/sec 내지 0.4nm/sec로 하고, 하나의 층을 형성하는 동안 증착을 멈추지 않고 성막을 수행하였다. 소자 10 및 소자 11에서는 제 1 전자 수송층(703)이 박막 1에 상당하고, 제 2 전자 수송층(704)이 박막 2에 상당한다.
또한 소자 10 및 소자 11의 용량-전압 특성을 도 8 및 도 9에 나타내었다.
[표 5]
각 재료의 굴절률 no, 도 8 및 도 9의 그래프를 사용하여 산출한 소자 10(NBPhen) 및 소자 11(mPPhen2P)의 전자 주입 전압(Vi) 및 문턱 전압(Vbi), 식(1)을 사용하여 산출한 계면 전하 밀도 σif_e, 식(2)을 사용하여 산출한 GSP_slope를 표 6에 나타낸다.
[표 6]
이와 같이, GSP_slope가 이미 알려져 있는 Alq3과, GSP_slope를 산출하고자 하는 유기 화합물을 적층한 디바이스를 제작하고, 용량-전압 특성을 측정함으로써 GSP_slope를 추산할 수 있다.
또한 위에서는 캐리어가 전자인 전자 수송층에 사용하는 유기 화합물의 GSP_slope를 산출하는 방법을 설명하였지만, 캐리어가 정공인 정공 수송층에 사용하는 유기 화합물의 GSP_slope를 사용하는 경우에는, 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같은 측정용 소자를 사용하고, 아래 식(3) 및 아래 식(4)을 사용하여 마찬가지로 산출할 수 있다. 도 7의 (B)에 나타낸 측정용 소자에서 양극(801)은 기판(800) 위에 형성되고, 정공 주입층(802), 제 1 정공 수송층(803), 제 2 정공 수송층(804), 전자 주입층(805), 및 음극(806)은 양극(801)(기판(800)) 측으로부터 진공 증착법에 의하여 순차적으로 형성한다. 또한 아래 식(3) 및 아래 식(4)에서 σif_h는 계면 전하 밀도이다.
[수학식 3]
[수학식 4]
또한 '층의 GSP_slope'는 상기 층을 구성하는 유기 화합물의 막의 GSP_slope로서 산출할 수 있다. 박막 1 또는 박막 2에 복수의 유기 화합물이 포함되는 경우, 주로 포함되는(예를 들어 가장 많이 포함되는) 유기 화합물의 GSP_slope를 '상기 층의 GSP_slope'로 간주할 수 있다. 또는 박막 1 또는 박막 2에 복수의 유기 화합물이 포함되는 경우, 각 유기 화합물의 GSP_slope와 함유율을 산출하고, 그 가중 평균(GSP_slope_ave)을 층을 구성하는 유기 화합물의 GSP_slope로 정의하여도 좋다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자에 대하여 자세히 설명한다. 도 10의 (A)는 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자를 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 EL층(103)을 가진다. EL층(103)은 발광층(113)과, 정공 수송층(112) 및 전자 수송층(114) 중 한쪽 또는 양쪽을 가진다. 또한 제 1 전극은 제 2 전극보다 기판(100) 측에 제공된다. 즉, 제 1 전극은 제 2 전극보다 먼저 제공된 전극이다. 또한 기판(100)에는 트랜지스터가 제공되는 것이 바람직하고, 제 1 전극은 배선을 통하여 트랜지스터와 접속되는 것이 바람직하다. 또는 제 1 전극은 FPC 등을 장착하기 위한 단자 등에 사용되는 외부 접속 전극이 제공된 절연층 측에 제공되는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는 제 1 전극이 양극(101)이고 제 2 전극이 음극(102)인 경우의 도면을 사용하여 설명하지만, 그 반대(제 1 전극이 음극(102)이고 제 2 전극이 양극(101)인 경우)라도 상관없다. 또한 이 경우에도 제 1 전극은 기판(100)에 먼저 형성된 전극이다.
정공 수송층(112) 및 전자 수송층(114) 중 한쪽 또는 양쪽이 적층 구조를 가진다.
정공 수송층(112)이 적층 구조를 가지는 경우, 적어도 제 1 정공 수송층(112-1)과 제 2 정공 수송층(112-2)이 포함된다. 제 1 정공 수송층(112-1)은 제 2 정공 수송층(112-2)보다 기판(100) 측에 제공된다. 즉, 제 1 정공 수송층(112-1)은 제 2 정공 수송층(112-2)보다 먼저 제공된 층이다. 또한 제 1 정공 수송층(112-1)과 제 2 정공 수송층(112-2)은 접하여 형성된다.
본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자는 제 1 정공 수송층(112-1)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 정공 수송층(112-2)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopeh)이 10(mV/nm) 이하인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopeh가 0(mV/nm) 미만이면 구동 전압이 더 낮은 유기 EL 소자를 제공할 수 있어 바람직하다.
또한 제 2 정공 수송층(112-2)은 발광층(113)과 접하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 2 정공 수송층(112-2)은 전자 차단층으로서 기능하는 경우가 있다. 정공 수송층(112)에는 제 1 정공 수송층(112-1), 제 2 정공 수송층(112-2) 외에, 제 3 정공 수송층, 제 4 정공 수송층이 포함되어도 좋다.
또한 도 10의 (A)는 제 1 전극이 양극(101)이고 제 2 전극이 음극(102)인 경우를 도시한 것이므로 정공 수송층(112)이 제 1 전극(양극(101))과 발광층(113) 사이에 제공되지만, 제 1 전극이 음극(102)이고 제 2 전극이 양극(101)인 경우에는 제 2 전극(양극(101))과 발광층(113) 사이에 제공된다. 또한 이 경우에도 제 1 정공 수송층(112-1)은 제 2 정공 수송층(112-2)보다 기판(100) 측에 먼저 형성된 층인 것으로 한다.
전자 수송층(114)이 적층 구조를 가지는 경우, 적어도 제 1 전자 수송층(114-1)과 제 2 전자 수송층(114-2)을 가진다. 제 1 전자 수송층(114-1)은 제 2 전자 수송층(114-2)보다 기판(100) 측에 제공되어 있다. 즉, 제 1 전자 수송층(114-1)은 제 2 전자 수송층(114-2)보다 먼저 제공된 층이다. 또한 제 1 전자 수송층(114-1)과 제 2 전자 수송층(114-2)은 접하여 형성된다.
본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자에서는, 제 1 전자 수송층(114-1)의 GSP_slope(mV/nm)에서 제 2 전자 수송층(114-2)의 GSP_slope(mV/nm)를 뺀 값(ΔGSP_slopee)이 -10(mV/nm) 이상인 구성을 가지면, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 ΔGSP_slopee가 0(mV/nm)보다 크면, 구동 전압이 더 낮은 유기 EL 소자를 제공할 수 있기 때문에 더 바람직하다.
또한 제 1 전자 수송층(114-1)은 발광층(113)과 접하는 것이 바람직하다. 이 경우 제 1 전자 수송층(114-1)은 정공 차단층으로서도 기능하는 경우가 있다. 전자 수송층(114)은 제 1 전자 수송층(114-1), 제 2 전자 수송층(114-2) 외에 제 3 전자 수송층, 제 4 전자 수송층을 포함하여도 좋다.
또한 도 10의 (A)는 제 1 전극이 양극(101)이고 제 2 전극이 음극(102)인 경우를 도시한 것이므로 전자 수송층(114)이 제 2 전극(음극(102))과 발광층(113) 사이에 제공되지만, 제 1 전극이 음극(102)이고 제 2 전극이 양극(101)인 경우에는 제 1 전극(음극(102))과 발광층(113) 사이에 제공된다. 또한 이 경우에도 제 1 전자 수송층(114-1)은 제 2 전자 수송층(114-2)보다 먼저 형성된 기판(100) 측의 층인 것으로 한다.
정공 수송층(112)과 양극(101) 사이에는 정공 주입층(111)을, 전자 수송층(114)과 음극(102) 사이에는 전자 주입층(115)을 제공하여도 좋다. 또한 유기 EL 소자의 구성은 이들에 한정되지 않고, 캐리어 차단층, 여기자 차단층, 전하 발생층 등 기타 기능층을 가져도 좋다.
이어서 상술한 유기 EL 소자의 자세한 구조 및 재료의 예에 대하여 설명한다.
양극(101)은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO) 등이 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸겔법 등을 응용하여 제작되어도 좋다. 제작 방법의 예로서는 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연이 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여 산화 인듐-산화 아연을 형성하는 방법 등이 있다. 또한 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt%, 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 함유된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 텅스텐 및 산화 아연이 함유된 산화 인듐(IWZO)을 형성할 수도 있다. 이 외에 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화 타이타늄) 등을 들 수 있다. 그래핀을 사용할 수도 있다. 또한 후술하는 복합 재료를 EL층(103)에서 양극(101)과 접하는 층에 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있다.
정공 주입층(111)은 억셉터성을 가지는 물질을 포함한 층이다. 억셉터성을 가지는 물질로서는 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
억셉터성을 가지는 물질로서는 전자 흡인기(할로젠기, 사이아노기 등)를 가지는 화합물을 사용할 수 있고, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ), 2-(7-다이사이아노메틸렌-1,3,4,5,6,8,9,10-옥타플루오로-7H-피렌-2-일리덴)말로노나이트릴 등을 들 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 복수의 헤테로 원자를 가지는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기, 사이아노기 등)를 가지는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높기 때문에 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다. 억셉터성을 가지는 물질로서는 상술한 유기 화합물 외에도 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 사용할 수 있다. 이 외에, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc), 구리프탈로사이아닌(CuPc) 등의 프탈로사이아닌계의 착체 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등에 의하여 정공 주입층(111)을 형성할 수도 있다. 억셉터성을 가지는 물질은 인접한 정공 수송층(또는 정공 수송 재료)으로부터, 전계의 인가에 의하여 전자를 추출할 수 있다.
또한 정공 주입층(111)으로서 정공 수송성을 가지는 재료에 상기 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용할 수도 있다. 또한 정공 수송성을 가지는 재료에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 즉, 양극(101)으로서 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료도 사용할 수 있게 된다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 재료로서는 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등 다양한 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 재료로서는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 이하에서는 복합 재료에서의 정공 수송성을 가지는 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물로서는 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다. 카바졸 유도체로서는 구체적으로 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다. 방향족 탄화수소로서는 예를 들어 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한 이 외에 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 가지는 방향족 탄화수소로서는 예를 들어 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료는 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 가지는 것이 더 바람직하다. 특히 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 치환기를 가지는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 가지는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 통하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 정공 수송성을 가지는 재료가 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 가지는 물질이면, 수명이 긴 유기 EL 소자를 제작할 수 있기 때문에 바람직하다. 상술한 바와 같은 정공 수송성을 가지는 재료로서는 구체적으로 N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II)(4)), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBA
NB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBA
NBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαN
NB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαN
NB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAP
NB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(
N2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(
N2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBA
NαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBA
NαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiA
NB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiA
NBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiA
NBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(1,1'-바이페닐-4-일)아민(약칭: YGTBi1BP-02), 4-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: YGTBi
NB), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-[4-(1-나프틸)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBNBSF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스(바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)다이벤조퓨란-4-아민(약칭: FrBiF), N-[4-(1-나프틸)페닐]-N-[3-(6-페닐다이벤조퓨란-4-일)페닐]-1-나프틸아민(약칭: mPDBfBNBN), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-[4-(9-페닐플루오렌-9-일)페닐]트라이페닐아민(약칭: BPAFLBi), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-4-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-1-아민 등을 들 수 있다.
또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료는 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 물질인 것이 더 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료가 비교적 깊은 HOMO 준위를 가짐으로써 정공 수송층(112)에 정공을 주입하기 쉬워지고, 수명이 긴 유기 EL 소자를 얻기 쉬워진다.
또한 상기 복합 재료에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 더 혼합(바람직하게는 상기 층 내의 플루오린 원자의 원자 비율이 20% 이상)함으로써 상기 층의 굴절률을 저하시킬 수 있다. 이에 따라서도 EL층(103) 내부에 굴절률이 낮은 층을 형성할 수 있어 유기 EL 소자의 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써 정공 주입성이 양호해져, 구동 전압이 낮은 유기 EL 소자를 얻을 수 있다. 또한 억셉터성을 가지는 유기 화합물은 증착이 용이하여 성막하기 쉬우므로 사용하기 쉬운 재료이다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성을 가지는 재료를 포함하여 형성된다. 정공 수송성을 가지는 재료는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 것이 바람직하다.
정공 수송층(112)에 사용할 수 있는 유기 화합물로서는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 카바졸 골격을 가지는 화합물은 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 주입층(111)의 복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물로서 든 물질도 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.
또한 제 1 정공 수송층(112-1) 및 제 2 정공 수송층(112-2)에 사용되는 유기 화합물은 알킬기를 가지는 방향족 아민이면, 정공 수송층(112)의 굴절률을 저하시킬 수 있어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 하나의 분자 내에 상기 알킬기가 복수 개 있는 유기 화합물이 더 바람직하다. 이와 같은 재료로서는 예를 들어 N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dchPAF), N-[(4'-사이클로헥실)-1,1'-바이페닐-4일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: chBichPAF), N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-N-(스파이로[사이클로헥세인-1,9'[9H]플루오렌]-2'일)아민(약칭: dchPASchF), N-[(4'-사이클로헥실)-1,1'-바이페닐-4일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(스파이로[사이클로헥세인-1,9'-[9H]-플루오렌]-2'일)-아민(약칭: chBichPASchF), N-(4-사이클로헥실페닐)-비스(스파이로[사이클로헥세인-1,9'-[9H]플루오렌]-2'-일)아민(약칭: SchFB1chP), N-[(3',5'-다이삼차뷰틸)-1,1'-바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBichPAF), N,N-비스(3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dmmtBuBiAF), N-(3,5-다이삼차뷰틸페닐)-N-(3',5',-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBimmtBuPAF), N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이프로필-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dchPAPrF), N-[(3',5'-다이사이클로헥실)-1,1'-바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmchBichPAF), N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF), N-(4-사이클로도데실페닐)-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: CdoPchPAF), N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-N-페닐-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPFA), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPFBi), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi), N-[(3,3',5'-트라이-t-뷰틸)-1,1'-바이페닐-5-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumBichPAF), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[(3,3',5'-트라이-t-뷰틸)-1,1'-바이페닐-5-일]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumBioFBi), N-(4-tert-뷰틸페닐)-N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-9,9,-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPtBuPAF), N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-N-페닐-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPFA-02), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPFBi-02), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-02), N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-02), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(3'',5',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-03), N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3'',5',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-03), N-(3'',5',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-4-일)-N-(1,1'-바이페닐-2-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-04), N-(3'',5',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-4-일)-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-04), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(3,3'',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':4',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-05), N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3,3'',5''-트라이-tert-뷰틸-1,1':4',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-05), N-(3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-N-(1,1'-바이페닐-2-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBioFBi) 등이 바람직하다.
또한 제 1 정공 수송층(112-1) 및 제 2 정공 수송층(112-2)에 사용되는 유기 화합물은 플루오렌 골격 또는 스파이로플루오렌 골격을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
또한 제 1 정공 수송층(112-1) 및 제 2 정공 수송층(112-2)에 사용되는 유기 화합물은 카바졸 골격을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
또한 제 1 정공 수송층(112-1)을 구성하는 유기 화합물의 HOMO 준위가 -5.45eV 내지 -5.20eV의 범위에 있으면, 정공 주입층 또는 양극(101)으로부터의 정공 주입성이 양호해지므로 바람직하다. 이에 의하여 상기 유기 EL 소자는 저전압에서도 구동할 수 있다.
발광층(113)은 발광 물질과 호스트 재료를 포함한다. 또한 발광층(113)은 그 외의 재료를 동시에 포함하여도 좋다. 또한 조성이 다른 2층의 적층이어도 좋다.
발광 물질은 형광 발광 물질이어도 좋고, 인광 발광 물질이어도 좋고, 열 활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 물질이어도 좋고, 그 외의 발광 물질이어도 좋다.
발광층(113)에서 형광 발광 물질로서 사용할 수 있는 재료의 예로서는 다음과 같은 것을 들 수 있다. 또한 이들 이외의 형광 발광 물질도 사용할 수 있다.
5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-뷰틸페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피렌-다이일)비스[(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03), 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02), 3,10-비스[N-(다이벤조퓨란-3-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10FrA2Nbf(IV)-02) 등을 들 수 있다. 특히, 1,6FLPAPrn, 1,6mMemFLPAPrn, 1,6BnfAPrn-03과 같은 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율, 신뢰성이 우수하므로 바람직하다.
발광층(113)에서 발광 물질로서 인광 발광 물질을 사용하는 경우, 사용할 수 있는 재료의 예로서는 다음과 같은 것을 들 수 있다.
트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-
N2]페닐-
C}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz)3]), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrptz-3b)3])과 같은 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3])과 같은 1H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, fac-트리스[(1-2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3])과 같은 이미다졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac)와 같은 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 리간드로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 들 수 있다. 이들은 청색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 440nm 내지 520nm에 발광의 피크를 가지는 화합물이다.
또한 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)])과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 주로 녹색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 500nm 내지 600nm에 발광 피크를 가진다. 또한 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성, 발광 효율도 매우 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한 (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)])과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 적색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 600nm 내지 700nm에 발광 피크를 가진다. 또한 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 좋은 적색 발광이 얻어진다.
또한 상술한 인광성 화합물 외에, 공지의 인광성 발광 물질을 선택하여 사용하여도 좋다.
TADF 재료로서는 풀러렌 및 그 유도체, 아크리딘 및 그 유도체, 에오신 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는 예를 들어 이하의 구조식으로 나타내어지는 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등도 있다.
[화학식 3]
또한 이하의 구조식으로 나타내어지는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCzTzn), 9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 모두 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 또는 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로 상기 골격 중 적어도 하나를 가지는 것이 바람직하다. 또한 퓨란 골격으로서는 다이벤조퓨란 골격이 바람직하고, 싸이오펜 골격으로서는 다이벤조싸이오펜 골격이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 인돌로카바졸 골격, 바이카바졸 골격, 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 전자 공여성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 전자 수용성이 모두 강해지고, S1 준위와 T1 준위의 에너지 차이가 작아지기 때문에, 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있어 특히 바람직하다. 또한 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 대신에, 사이아노기와 같은 전자 흡인기가 결합된 방향족 고리를 사용하여도 좋다. 또한 π전자 과잉형 골격으로서 방향족 아민 골격, 페나진 골격 등을 사용할 수 있다. 또한 π전자 부족형 골격으로서 크산텐 골격, 싸이오크산텐다이옥사이드 골격, 옥사다이아졸 골격, 트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 안트라퀴논 골격, 페닐보레인, 보레인트렌 등의 붕소 함유 골격, 벤조나이트릴 또는 사이아노벤젠 등의 나이트릴기 또는 사이아노기를 가지는 방향족 고리, 헤테로 방향족 고리, 벤조페논 등의 카보닐 골격, 포스핀옥사이드 골격, 설폰 골격 등을 사용할 수 있다. 이와 같이, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 중 적어도 한쪽 대신에 π전자 부족형 골격 및 π전자 과잉형 골격을 사용할 수 있다.
[화학식 4]
또한 TADF 재료는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작고, 역 항간 교차에 의하여 에너지를 삼중항 들뜬 에너지로부터 단일항 들뜬 에너지로 변환하는 기능을 가지는 재료이다. 그러므로 삼중항 들뜬 에너지를 미량의 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 업컨버트(역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 들뜬 상태를 효율적으로 생성할 수 있다. 또한 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있다.
또한 2종류의 물질로 들뜬 상태를 형성하는 들뜬 복합체(엑사이플렉스, 엑시플렉스, 또는 Exciplex라고도 함)는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 매우 작고, 삼중항 들뜬 에너지를 단일항 들뜬 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서의 기능을 가진다.
또한 T1 준위의 지표로서는 저온(예를 들어 77K 내지 10K)에서 관측되는 인광 스펙트럼을 사용하면 좋다. TADF 재료는 그 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리(tail)에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 S1 준위로 하고, 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 T1 준위로 한 경우에 그 S1과 T1의 차이가 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 TADF 재료를 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료의 S1 준위는 TADF 재료의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 호스트 재료의 T1 준위는 TADF 재료의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
발광층의 호스트 재료로서는 전자 수송성을 가지는 재료, 정공 수송성을 가지는 재료, 상기 TADF 재료 등 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송성을 가지는 재료로서는 아민 골격, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물 등이 바람직하다. 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 카바졸 골격을 가지는 화합물은 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
전자 수송성을 가지는 재료로서는 예를 들어 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물로서는 예를 들어 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 2-[(1,1'-바이페닐)-4-일]-4-페닐-6-[9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-2-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: BP-SFTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn-02) 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘, 피라진 등) 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
호스트 재료로서 사용할 수 있는 TADF 재료로서는 상술한 TADF 재료를 마찬가지로 사용할 수 있다. TADF 재료를 호스트 재료로서 사용하면, TADF 재료에서 생성된 삼중항 들뜬 에너지가 역 항간 교차에 의하여 단일항 들뜬 에너지로 변환되고, 발광 물질로 에너지 이동함으로써, 유기 EL 소자의 발광 효율을 높일 수 있다. 이때 TADF 재료가 에너지 도너로서 기능하고, 발광 물질이 에너지 억셉터로서 기능한다.
이는 상기 발광 물질이 형광 발광 물질인 경우에 매우 유효하다. 또한 이때 높은 발광 효율을 얻기 위해서는, TADF 재료의 S1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료의 T1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 따라서 TADF 재료의 T1 준위는 형광 발광 물질의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
또한 형광 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 TADF 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, TADF 재료로부터 형광 발광 물질로 들뜬 에너지가 원활하게 이동하여, 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 역 항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 에너지로부터 단일항 들뜬 에너지가 효율적으로 생성되기 위해서는, TADF 재료에서 캐리어 재결합이 일어나는 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료에서 생성된 삼중항 들뜬 에너지가 형광 발광 물질의 삼중항 들뜬 에너지로 이동하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 형광 발광 물질은 형광 발광 물질에 포함되는 발광단(발광의 원인이 되는 골격)의 주위에 보호기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 보호기로서는 π결합을 가지지 않는 치환기, 및 포화 탄화수소가 바람직하고, 구체적으로는 탄소수 3 이상 10 이하 알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 트라이알킬실릴기를 들 수 있고, 복수의 보호기를 가지는 것이 더 바람직하다. π결합을 가지지 않는 치환기는 캐리어를 수송하는 기능이 부족하기 때문에, 캐리어 수송 및 캐리어 재결합에 영향을 거의 미치지 않고 TADF 재료와 형광 발광 물질의 발광단의 거리를 멀어지게 할 수 있다. 여기서, 발광단이란 형광 발광 물질에서 발광의 원인이 되는 원자단(골격)을 말한다. 발광단은 π결합을 가지는 골격인 것이 바람직하고, 방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하고, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하다. 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리로서는 페난트렌 골격, 스틸벤 골격, 아크리돈 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격 등을 들 수 있다. 특히 나프탈렌 골격, 안트라센 골격, 플루오렌 골격, 크리센 골격, 트라이페닐렌 골격, 테트라센 골격, 피렌 골격, 페릴렌 골격, 쿠마린 골격, 퀴나크리돈 골격, 나프토비스벤조퓨란 골격을 가지는 형광 발광 물질은 형광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다.
형광 발광 물질을 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료로서는 안트라센 골격을 가지는 재료가 적합하다. 안트라센 골격을 가지는 물질을 형광 발광 물질의 호스트 재료로서 사용하면, 발광 효율 및 내구성 모두가 양호한 발광층을 실현할 수 있다. 호스트 재료로서 사용하는 안트라센 골격을 가지는 물질로서는 다이페닐안트라센 골격, 특히 9,10-다이페닐안트라센 골격을 가지는 물질이 화학적으로 안정적이기 때문에 바람직하다. 또한 호스트 재료가 카바졸 골격을 가지는 경우, 정공 주입성, 정공 수송성이 높아지기 때문에 바람직하지만, 카바졸에 벤젠 고리가 더 축합된 벤조카바졸 골격을 가지는 경우에는, 카바졸보다 HOMO가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워지기 때문에 더 바람직하다. 특히, 호스트 재료가 다이벤조카바졸 골격을 포함하는 경우, 카바졸보다 HOMO가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워질 뿐만 아니라, 정공 수송성도 우수하고 내열성도 높아지므로 바람직하다. 따라서 호스트 재료로서 더 바람직한 것은 9,10-다이페닐안트라센 골격 및 카바졸 골격(또는 벤조카바졸 골격, 다이벤조카바졸 골격)을 동시에 가지는 물질이다. 또한 상기 정공 주입성, 정공 수송성의 관점에서, 카바졸 골격 대신에 벤조플루오렌 골격 또는 다이벤조플루오렌 골격을 사용하여도 좋다. 이와 같은 물질의 예로서는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일}안트라센(약칭: FLPPA), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-
NPAnth) 등이 있다. 특히 CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, PCzPA는 매우 양호한 특성을 나타내기 때문에 바람직한 선택이다.
또한 호스트 재료는 복수 종류의 물질이 혼합된 재료이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는 전자 수송성을 가지는 재료와 정공 수송성을 가지는 재료를 혼합하는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 가지는 재료와 정공 수송성을 가지는 재료를 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조정할 수 있어 재결합 영역을 쉽게 제어할 수도 있다. 정공 수송성을 가지는 재료와 전자 수송성을 가지는 재료의 함유량의 중량비는 정공 수송성을 가지는 재료:전자 수송성을 가지는 재료=1:19 내지 19:1로 하면 좋다.
또한 상기 혼합된 재료의 일부로서는 인광 발광 물질을 사용할 수 있다. 인광 발광 물질은, 발광 물질로서 형광 발광 물질을 사용하는 경우에 형광 발광 물질에 들뜬 에너지를 공여하는 에너지 도너로서 사용할 수 있다.
또한 이 혼합된 재료들로 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 상기 들뜬 복합체는 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 겹치는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 더 원활하게 수행되어 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 상기 구성을 사용함으로써 구동 전압도 저하되기 때문에 바람직하다.
또한 들뜬 복합체를 형성하는 재료의 적어도 하나는 인광 발광 물질이어도 좋다. 이 경우, 역 항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 에너지를 단일항 들뜬 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다.
들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 재료의 조합으로서는, 정공 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 정공 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 재료의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 재료의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)에서 도출할 수 있다.
또한 들뜬 복합체의 형성은, 예를 들어 정공 수송성을 가지는 재료의 발광 스펙트럼, 전자 수송성을 가지는 재료의 발광 스펙트럼, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 발광 스펙트럼을 비교하여, 혼합막의 발광 스펙트럼이 각 재료의 발광 스펙트럼보다 장파장 측으로 시프트하는(또는 장파장 측에 새로운 피크를 가지는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는 정공 수송성을 가지는 재료의 과도 포토루미네선스(PL), 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 PL, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 과도 PL을 비교하여, 혼합막의 과도 PL 수명이 각 재료의 과도 PL 수명보다 장수명 성분을 가지거나 지연 성분의 비율이 커지는 등의 과도 응답의 차이를 관측함으로써 확인할 수 있다. 또한 상술한 과도 PL을 과도 일렉트로루미네선스(EL)로 바꿔 읽어도 된다. 즉, 정공 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 및 이들의 혼합막의 과도 EL을 비교하여 과도 응답의 차이를 관측하는 것에 의해서도 들뜬 복합체의 형성을 확인할 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 가지는 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성을 가지는 물질로서는, 상기 호스트 재료에 사용할 수 있는 전자 수송성을 가지는 물질로서 든 것을 사용할 수 있다.
또한 전자 수송층은 전자 수송성을 가지는 재료와, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 단체(單體), 화합물, 또는 착체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 전자 수송층(114)은 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 600일 때의 전자 이동도가 1×10-7cm2/Vs 이상 5×10-5cm2/Vs 이하인 것이 바람직하다. 전자 수송층(114)에서의 전자의 수송성을 저하시킴으로써 발광층에 대한 전자의 주입량을 제어할 수 있어, 발광층이 전자 과다 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 이 구성은 정공 주입층을 복합 재료로 형성하고, 상기 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 경우에, 수명이 길어지기 때문에 특히 바람직하다. 또한 이때, 전자 수송성을 가지는 재료는 HOMO 준위가 -6.0eV 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 전자 수송성을 가지는 재료는 안트라센 골격을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하고, 안트라센 골격과 헤테로 고리 골격의 양쪽을 포함하는 유기 화합물인 것이 더 바람직하다. 상기 헤테로 고리 골격으로서는 질소 함유 오원자 고리 골격 또는 질소 함유 육원자 고리 골격이 바람직하고, 이들 헤테로 고리 골격으로서는 피라졸 고리, 이미다졸 고리, 옥사졸 고리, 싸이아졸 고리, 피라진 고리, 피리미딘 고리, 피리다진 고리 등과 같이, 2개의 헤테로 원자를 고리에 포함하는 질소 함유 오원자 고리 골격 또는 질소 함유 육원자 고리 골격을 가지는 것이 특히 바람직하다. 또한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 단체, 화합물, 또는 착체로서는 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq), 8-하이드록시퀴놀리네이토-소듐(약칭: Naq) 등이 있다. 특히, 1가의 금속 이온의 착체, 그 중에서도 리튬의 착체가 바람직하고, Liq가 더 바람직하다. 또한 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 포함하는 경우, 그 메틸 치환체(예를 들어 2-메틸 치환체 또는 5-메틸 치환체) 등을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송층 중에 있어서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 단체, 화합물, 또는 착체는, 이의 두께 방향에 있어서 농도차(0인 경우도 포함함)가 존재하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(114)과 음극(102) 사이에는 전자 주입층(115)으로서 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq) 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 화합물을 포함한 층을 제공하여도 좋다. 전자 주입층(115)으로서는 전자 수송성을 가지는 물질로 이루어지는 층 내에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 화합물을 포함시킨 것, 아니면 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는, 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 있다.
또한 전자 주입층(115)으로서, 전자 수송성을 가지는 물질(바람직하게는 바이피리딘 골격을 가지는 유기 화합물)에, 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 미결정 상태가 되는 농도 이상(50wt% 이상) 포함시킨 층을 사용할 수도 있다. 상기 층은 굴절률이 낮은 층이기 때문에, 외부 양자 효율이 더 양호한 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.
또한 전자 주입층(115) 대신에 전하 발생층(116)을 제공하여도 좋다(도 10의 (B) 참조). 전하 발생층(116)은 전위를 인가함으로써 상기 층의 음극 측과 접하는 층에 정공을, 양극 측과 접하는 층에 전자를 주입할 수 있는 층을 말한다. 전하 발생층(116)에는 적어도 P형층(117)이 포함된다. P형층(117)은 상술한 정공 주입층(111)을 구성할 수 있는 재료로서 열거한 복합 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한 P형층(117)은 복합 재료를 구성하는 재료로서 상술한 억셉터 재료가 포함되는 막과 정공 수송성 재료가 포함되는 막을 적층하여 구성하여도 좋다. P형층(117)에 전위를 인가함으로써, 전자 수송층(114)에 전자가 주입되고 음극(102)에 정공이 주입되어 유기 EL 소자가 동작한다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 굴절률이 낮은 유기 화합물이기 때문에, P형층(117)에 사용하면 외부 양자 효율이 양호한 유기 EL 소자를 얻을 수 있다.
또한 전하 발생층(116)에는 P형층(117) 외에, 전자 릴레이층(118) 및 전자 주입 버퍼층(119) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 제공되는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(118)은 적어도 전자 수송성을 가지는 물질을 포함하고, 전자 주입 버퍼층(119)과 P형층(117)의 상호 작용을 방지하여 전자를 원활하게 수송하는 기능을 가진다. 전자 릴레이층(118)에 포함되는 전자 수송성을 가지는 물질의 LUMO 준위는 P형층(117)에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전자 수송층(114)에서의 전하 발생층(116)과 접하는 층에 포함되는 물질의 LUMO 준위 사이인 것이 바람직하다. 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하인 것이 좋다. 또한 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질로서는 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 리간드를 가지는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(119)에는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬이나 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함)) 등 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
또한 전자 주입 버퍼층(119)이 전자 수송성을 가지는 물질과 도너성 물질을 포함하여 형성되는 경우에는, 도너성 물질로서 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬이나 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함))을 사용할 수 있고, 이 외에도 테트라싸이아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송성을 가지는 물질로서는, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 재료와 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
음극(102)을 형성하는 물질로서는, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 음극 재료의 구체적인 예로서는, 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 다만 음극(102)과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 제공함으로써, 일함수의 크기에 상관없이 Al, Ag, ITO, 실리콘, 또는 산화 실리콘을 함유하는 산화 인듐-산화 아연 등 다양한 도전성 재료를 음극(102)에 사용할 수 있다. 이들 도전성 재료는 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 건식법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등을 사용하여 성막할 수 있다. 또한 졸-겔법을 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋고, 금속 재료의 페이스트를 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋다.
또한 EL층(103)의 형성 방법으로서는 건식법, 습식법을 불문하고 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 진공 증착법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여도 좋다.
또한 상술한 각 전극 또는 각 층을 상이한 성막 방법을 사용하여 형성하여도 좋다.
또한 양극(101)과 음극(102) 사이에 제공되는 층의 구성은 상술한 것에 한정되지 않는다. 다만 발광 영역과 전극 또는 캐리어 주입층에 사용되는 금속이 근접하여 일어나는 소광이 억제되도록, 양극(101) 및 음극(102)에서 떨어진 부분에 정공과 전자가 재결합되는 발광 영역을 제공하는 구성이 바람직하다.
또한 발광층(113)과 접하는 정공 수송층이나 전자 수송층, 특히 발광층(113)에서의 재결합 영역에 가까운 캐리어 수송층은, 발광층에서 생성된 여기자로부터의 에너지 이동을 억제하기 위하여, 발광층을 구성하는 발광 재료 또는 발광층에 포함되는 발광 재료가 가지는 밴드 갭보다 큰 밴드 갭을 가지는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
이어서, 복수의 발광 유닛이 적층된 구성을 가지는 유기 EL 소자(적층형 소자, 탠덤형 소자라고도 함)의 형태에 대하여 도 10의 (C)를 참조하여 설명한다. 이 유기 EL 소자는 양극과 음극 사이에 복수의 발광 유닛을 가지는 유기 EL 소자이다. 하나의 발광 유닛은 도 10의 (A)에 나타낸 EL층(103)과 거의 같은 구성을 가진다. 즉 도 10의 (C)에 나타낸 유기 EL 소자는 복수의 발광 유닛을 가지는 유기 EL 소자이고, 도 10의 (A) 또는 (B)에 나타낸 유기 EL 소자는 하나의 발광 유닛을 가지는 유기 EL 소자라고 할 수 있다.
도 10의 (C)에서는 양극(501)과 음극(502) 사이에 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되어 있고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에 전하 발생층(513)이 제공되어 있다. 양극(501)과 음극(502)은 각각 도 10의 (A)에서의 양극(101)과 음극(102)에 상당하고, 도 10의 (A)의 설명에서 기재한 것과 같은 것을 적용할 수 있다. 또한 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)의 구성은 같아도 좋고 상이하여도 좋다.
전하 발생층(513)은, 양극(501)과 음극(502)에 전압이 인가되었을 때에 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 즉 도 10의 (C)에서 양극의 전위가 음극의 전위보다 더 높아지도록 전압이 인가된 경우, 전하 발생층(513)은 제 1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고 제 2 발광 유닛(512)에 정공을 주입하는 것이면 좋다.
전하 발생층(513)은 도 10의 (B)에서 설명한 전하 발생층(116)과 같은 구성으로 형성되는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하기 때문에 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(513)과 접하는 경우에는, 전하 발생층(513)이 발광 유닛의 정공 주입층으로서의 역할도 할 수 있기 때문에, 이 발광 유닛에는 정공 주입층을 제공하지 않아도 된다.
또한 전하 발생층(513)에 전자 주입 버퍼층(119)을 제공하는 경우에는, 이 전자 주입 버퍼층(119)이 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 주입층으로서의 역할을 하기 때문에, 양극 측의 발광 유닛에는 전자 주입층을 반드시 형성할 필요는 없다.
도 10의 (C)에서는 2개의 발광 유닛을 가지는 유기 EL 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 유기 EL 소자에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 유기 EL 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층(513)으로 칸막이하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광을 가능하게 하며 수명이 긴 소자를 실현할 수 있다. 또한 저전압 구동이 가능하고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한 각 발광 유닛의 발광색을 다르게 함으로써, 유기 EL 소자 전체로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어 2개의 발광 유닛을 가지는 유기 EL 소자에서, 제 1 발광 유닛으로 적색과 녹색의 발광색을, 제 2 발광 유닛으로 청색의 발광색을 얻음으로써, 유기 EL 소자 전체로 백색 발광하는 유기 EL 소자를 얻을 수도 있다.
또한 상술한 EL층(103), 제 1 발광 유닛(511), 제 2 발광 유닛(512), 및 전하 발생층 등의 각 층 및 전극은 예를 들어 증착법(진공 증착법을 포함함), 액적 토출법(잉크젯법이라고도 함), 도포법, 그라비어 인쇄법 등의 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 이들은 저분자 재료, 중분자 재료(올리고머, 덴드리머를 포함함), 또는 고분자 재료를 포함하여도 좋다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자를 사용한 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자를 사용하여 제작된 발광 장치에 대하여 도 11을 참조하여 설명한다. 또한 도 11의 (A)는 발광 장치를 나타낸 상면도이고, 도 11의 (B)는 도 11의 (A)를 선 A-B 및 선 C-D를 따라 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는 유기 EL 소자의 발광을 제어하는 것으로서, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 604는 밀봉 기판을 나타내고, 605는 실재를 나타내고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이다.
또한 리드 배선(608)은 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송(傳送)하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자가 되는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에 인쇄 배선판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서는 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 것도 발광 장치의 범주에 포함하는 것으로 한다.
다음으로 단면 구조에 대하여 도 11의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601)와, 화소부(602) 내의 하나의 화소를 나타내었다.
소자 기판(610)은 유리, 석영, 유기 수지, 금속, 합금, 반도체 등으로 이루어지는 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용하여 제작하면 좋다.
화소 및 구동 회로에 사용되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 역 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋고, 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋다. 또한 톱 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋고, 보텀 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋다. 트랜지스터에 사용되는 반도체 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실리콘, 저마늄, 탄소화 실리콘, 질화 갈륨 등을 사용할 수 있다. 또는 In-Ga-Zn계 금속 산화물 등 인듐, 갈륨, 및 아연 중 적어도 하나를 포함한 산화물 반도체를 사용하여도 좋다.
트랜지스터에 사용되는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체 및 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
여기서 상기 화소 및 구동 회로에 제공되는 트랜지스터 외에, 후술하는 터치 센서 등에 사용되는 트랜지스터 등의 반도체 장치에는 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 사용함으로써 트랜지스터의 오프 상태에서의 전류를 저감할 수 있다.
상기 산화물 반도체는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 In-M-Zn계 산화물(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf 등의 금속)로 표기되는 산화물을 포함하는 산화물 반도체인 것이 더 바람직하다.
특히 반도체층으로서는 복수의 결정부를 가지고, 상기 결정부는 c축이 반도체층의 피형성면 또는 반도체층의 상면에 대하여 수직으로 배향되고, 또한 인접한 결정부들 사이에서 입계를 확인할 수 없는 산화물 반도체막을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층으로서 이와 같은 재료를 사용함으로써, 전기 특성의 변동이 억제되어 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
또한 상술한 반도체층을 가지는 트랜지스터는 오프 전류가 낮기 때문에, 트랜지스터를 통하여 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 이와 같은 트랜지스터를 화소에 적용함으로써, 각 화소의 계조를 유지하면서 구동 회로를 정지할 수도 있다. 이 결과, 소비 전력이 매우 저감된 전자 기기를 실현할 수 있다.
트랜지스터의 특성 안정화 등을 위하여 하지막을 제공하는 것이 바람직하다. 하지막으로서는 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 사용하고, 단층으로 또는 적층하여 제작할 수 있다. 하지막은 스퍼터링법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법(플라스마 CVD법, 열 CVD법, MOCVD(Metal Organic CVD)법 등), ALD(Atomic Layer Deposition)법, 도포법, 인쇄법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 하지막은 불필요한 경우에는 제공하지 않아도 된다.
또한 FET(623)는 구동 회로부(601)에 형성되는 트랜지스터 중 하나를 나타낸 것이다. 또한 구동 회로는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성되면 좋다. 또한 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 반드시 그럴 필요는 없고 구동 회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한 화소부(602)는 스위칭용 FET(611), 전류 제어용 FET(612), 및 전류 제어용 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 3개 이상의 FET와, 용량 소자를 조합한 화소부로 하여도 좋다.
또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 절연물(614)을 형성할 수 있다.
또한 나중에 형성하는 EL층 등의 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우에는, 절연물(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 가지는 곡면을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 또한 절연물(614)로서는 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기서 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료로서는 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물막, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막과 질화 타이타늄막의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)이 얻어지며, 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한 EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 다양한 방법으로 형성된다. EL층(616)은 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 바와 같은 구성을 포함한다. EL층(616)이 제 1 전극(613) 측으로부터 형성되는 경우, 제 1 전극(613)이 양극이면 제 1 정공 수송층(112-1), 제 2 정공 수송층(112-2)은 이 순서대로 성막되고, 기판 측에서 양극, 제 1 정공 수송층, 제 2 정공 수송층, 음극의 순서이다. 또한 EL층(616)을 구성하는 다른 재료로서는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
또한 EL층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금 및 화합물(MgAg, MgIn, AlLi 등) 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 EL층(616)에서 생긴 광이 제 2 전극(617)을 투과하도록 하는 경우에는 제 2 전극(617)으로서 막 두께가 얇은 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO) 등)의 적층을 사용하는 것이 좋다.
또한 제 1 전극(613), EL층(616), 제 2 전극(617)으로 유기 EL 소자가 형성되어 있다. 이 유기 EL 소자는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자이다. 또한 화소부에는 복수의 유기 EL 소자가 형성되어 있지만, 본 실시형태의 발광 장치에는, 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자와, 이와 다른 구성을 가지는 유기 EL 소자의 양쪽이 혼재되어도 좋다.
또한 실재(605)로 밀봉 기판(604)과 소자 기판(610)을 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 유기 EL 소자(618)가 제공된 구조가 된다. 또한 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 기체(질소, 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 실재로 충전되는 경우도 있다. 밀봉 기판에 오목부를 형성하고 거기에 건조제를 제공하는 구성은 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 실재(605)에는 에폭시 수지, 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 재료는 수분 및 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서는 유리 기판, 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
도 11에는 나타내지 않았지만, 제 2 전극 위에 보호막을 제공하여도 좋다. 보호막은 유기 수지막, 무기 절연막으로 형성하면 좋다. 또한 실재(605)의 노출된 부분을 덮도록 보호막이 형성되어도 좋다. 또한 보호막은 한 쌍의 기판의 표면 및 측면, 밀봉층, 절연층 등의 노출된 측면을 덮어 제공할 수 있다.
보호막에는 물 등의 불순물을 투과시키기 어려운 재료를 사용할 수 있다. 따라서 물 등의 불순물이 외부로부터 내부로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
보호막을 구성하는 재료로서는 산화물, 질화물, 플루오린화물, 황화물, 삼원 화합물, 금속, 또는 폴리머 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 하프늄실리케이트, 산화 란타넘, 산화 실리콘, 타이타늄산 스트론튬, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 나이오븀, 산화 지르코늄, 산화 주석, 산화 이트륨, 산화 세륨, 산화 스칸듐, 산화 어븀, 산화 바나듐, 또는 산화 인듐 등을 포함하는 재료, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 실리콘, 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 질화 나이오븀, 질화 몰리브데넘, 질화 지르코늄, 또는 질화 갈륨 등을 포함하는 재료, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 질화물, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 알루미늄 및 아연을 포함하는 산화물, 망가니즈 및 아연을 포함하는 황화물, 세륨 및 스트론튬을 포함하는 황화물, 어븀 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 이트륨 및 지르코늄을 포함하는 산화물 등을 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
보호막은 단차 피복성(step coverage)이 양호한 성막 방법을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 방법 중 하나에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법이 있다. ALD법을 사용하여 형성할 수 있는 재료를 보호막에 사용하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용함으로써, 크랙, 핀홀 등의 결함이 저감되거나 두께가 균일하며 치밀한 보호막을 형성할 수 있다. 또한 보호막 형성 시에 가공 부재에 가해지는 손상을 저감할 수 있다.
예를 들어 ALD법을 사용함으로써, 복잡한 요철 형상을 가지는 표면이나, 터치 패널의 상면, 측면, 및 뒷면에도 균일하고 결함이 적은 보호막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 하여 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자를 사용하여 제작된 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 발광 장치에는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자가 사용되기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자는 구동 전압이 낮기 때문에 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
도 12에는 백색 발광을 나타내는 유기 EL 소자를 형성하고 착색층(컬러 필터) 등을 제공함으로써 풀 컬러 표시를 실현한 발광 장치의 예를 나타내었다. 도 12의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 유기 EL 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 유기 EL 소자의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032) 등을 나타내었다.
또한 도 12의 (A)에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한 블랙 매트릭스(1035)를 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 블랙 매트릭스가 제공된 투명한 기재(1033)는 위치를 맞추어 기판(1001)에 고정된다. 또한 착색층 및 블랙 매트릭스(1035)는 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한 도 12의 (A)에서는 광이 착색층을 투과하지 않고 외부로 방출되는 발광층과, 광이 각 색의 착색층을 투과하여 외부로 방출되는 발광층이 있고, 착색층을 투과하지 않는 광은 백색이 되고, 착색층을 투과하는 광은 적색, 녹색, 청색이 되기 때문에, 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 12의 (B)에는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 나타내었다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한 상술한 발광 장치는 FET가 형성된 기판(1001) 측으로 광이 추출되는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치이지만, 밀봉 기판(1031) 측으로 광이 추출되는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치이어도 좋다. 톱 이미션형 발광 장치의 단면도를 도 13에 도시하였다. 이 경우 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. FET와 유기 EL 소자의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작하는 단계까지는 보텀 이미션형 발광 장치와 같은 식으로 형성한다. 그 후, 전극(1022)을 덮어 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화하는 역할을 하여도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 그 밖에도 다른 공지의 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
여기서는 유기 EL 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B)을 양극으로 하지만, 음극이어도 좋다. 또한 도 13에 도시된 바와 같은 톱 이미션형 발광 장치의 경우, 제 1 전극은 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은 실시형태 1 및 실시형태 2에서 EL층(103)으로서 설명한 바와 같은 구성으로 하고, 또한 백색 발광이 얻어지는 소자 구조로 한다.
도 13과 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이 제공된 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하도록 블랙 매트릭스(1035)를 제공하여도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B)), 블랙 매트릭스는 오버코트층(1036)으로 덮여 있어도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)에는 투광성을 가지는 기판을 사용한다. 또한 여기서는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 예를 제시하였지만, 이에 특별히 한정되지 않고, 적색, 황색, 녹색, 청색의 4색, 또는 적색, 녹색, 청색의 3색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
톱 이미션형 발광 장치에서는 마이크로캐비티 구조를 바람직하게 적용할 수 있다. 마이크로캐비티 구조를 가지는 유기 EL 소자는 제 1 전극을 반사 전극으로 하고, 제 2 전극을 반투과·반반사 전극으로 함으로써 얻을 수 있다. 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에는 적어도 EL층을 가지고, 적어도 발광 영역이 되는 발광층을 가진다.
또한 반사 전극은 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이고, 또한 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막이다. 또한 반투과·반반사 전극은 가시광의 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이고, 또한 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막이다.
EL층에 포함되는 발광층으로부터 사출되는 발광은 반사 전극과 반투과·반반사 전극에 의하여 반사되어 공진된다.
상기 유기 EL 소자에서는 투명 도전막, 상술한 복합 재료, 캐리어 수송 재료 등의 두께를 바꿈으로써 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이의 광학적 거리를 변경할 수 있다. 이에 의하여 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에서, 공진하는 파장의 광을 강하게 하고, 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠시킬 수 있다.
또한 반사 전극에 의하여 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은 발광층으로부터 반투과·반반사 전극에 직접 입사하는 광(제 1 입사광)과의 큰 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극과 발광층의 광학적 거리를 (2n-1)λ/4(다만 n은 1 이상의 자연수이고, λ는 증폭하고자 하는 발광의 파장임)로 조절하는 것이 바람직하다. 상기 광학적 거리를 조절함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 맞추어 발광층으로부터의 발광을 더 증폭시킬 수 있다.
또한 상기 구성에서 EL층은 복수의 발광층을 가지는 구조이어도 좋고, 하나의 발광층을 가지는 구조이어도 좋고, 예를 들어 상술한 탠덤형 유기 EL 소자의 구성과 조합하여 하나의 유기 EL 소자에 전하 발생층을 끼우는 복수의 EL층을 제공하고, 각 EL층이 하나 또는 복수의 발광층으로 형성되는 구성으로 하여도 좋다.
마이크로캐비티 구조를 가짐으로써 정면 방향에서의 특정 파장의 발광 강도를 높일 수 있기 때문에 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 또한 적색, 황색, 녹색, 청색의 4색의 부화소로 영상을 표시하는 발광 장치의 경우, 황색 발광에 의하여 휘도를 높이고, 모든 부화소에서 각색의 파장에 맞춘 마이크로캐비티 구조를 적용할 수 있기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치로 할 수 있다.
본 실시형태의 발광 장치에는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자가 사용되기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자는 구동 전압이 낮기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
여기까지는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명하였지만, 이하에서는 패시브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명한다. 도 14에는 본 발명을 적용하여 제작한 패시브 매트릭스형 발광 장치를 나타내었다. 또한 도 14의 (A)는 발광 장치를 나타낸 사시도이고, 도 14의 (B)는 도 14의 (A)를 선 X-Y를 따라 절단한 단면도이다. 도 14에서, 기판(951) 위에는 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL층(955)이 제공된다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 그리고 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은 기판면에 가까워짐에 따라 한쪽 측벽과 다른 쪽 측벽 사이의 간격이 좁아지는 경사를 가진다. 즉 격벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은 사다리꼴 형상이고, 저변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하는 변)이 상변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이 격벽층(954)을 제공함으로써, 정전기 등에 기인한 유기 EL 소자의 불량을 방지할 수 있다. 또한 패시브 매트릭스형 발광 장치에도 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 유기 EL 소자가 사용되기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
상술한 발광 장치는 매트릭스상으로 배치된 다수의 미소한 유기 EL 소자를 각각 제어할 수 있기 때문에, 화상을 표현하는 표시 장치로서 적합하게 이용할 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 자유로이 조합될 수 있다.
(실시형태 4)
[발광 장치]
이하에서는 상기 발광 디바이스를 사용한 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 일례에 대하여 설명한다.
도 15의 (A)에 본 발명의 일 형태의 발광 장치(400)의 상면 개략도를 나타내었다. 발광 장치(400)는 적색을 나타내는 발광 소자(110R), 녹색을 나타내는 발광 소자(110G), 및 청색을 나타내는 발광 소자(110B)를 각각 복수로 가진다. 도 15의 (A)에서는, 각 발광 디바이스를 쉽게 구별하기 위하여, 각 발광 디바이스의 발광 영역 내에 R, G, B의 부호를 부여하였다.
발광 소자(110R), 발광 소자(110G), 및 발광 소자(110B)는 각각 매트릭스상으로 배열된다. 도 15의 (A)는 한 방향으로 동일한 색의 발광 디바이스가 배열되는, 소위 스트라이프 배열을 나타낸 것이다. 또한 발광 디바이스의 배열 방법은 이에 한정되지 않고, 델타 배열, 지그재그 배열 등의 배열 방법을 적용하여도 좋고, 펜타일 배열을 사용할 수도 있다.
발광 소자(110R), 발광 소자(110G), 및 발광 소자(110B)는 X방향으로 배열된다. 또한 X방향과 교차하는 Y방향에는 동일한 색의 발광 디바이스가 배열된다.
발광 소자(110R), 발광 소자(110G), 및 발광 소자(110B)는 상기 구성을 가지는 발광 디바이스이다.
도 15의 (B)는 도 15의 (A)에 나타낸 일점쇄선 A1-A2에 대응하는 단면 개략도이고, 도 15의 (C)는 일점쇄선 B1-B2에 대응하는 단면 개략도이다.
도 15의 (B)에는 발광 소자(110R), 발광 소자(110G), 및 발광 소자(110B)의 단면을 나타내었다. 발광 소자(110R)는 제 1 전극인 양극(101R), EL층(103R), EL층(515), 및 음극(102)으로서 기능하는 제 2 전극을 가진다. 발광 소자(110G)는 제 1 전극인 양극(101G), EL층(103G), EL층(515), 및 음극(102)으로서 기능하는 제 2 전극을 가진다. 발광 소자(110B)는 제 1 전극인 양극(101B), EL층(103B), EL층(515), 및 음극(102)으로서 기능하는 제 2 전극을 가진다. EL층(515)과 음극(102)은 발광 소자(110R), 발광 소자(110G), 및 발광 소자(110B)에 공통적으로 제공된다. EL층(515)은 공통층이라고도 할 수 있다.
발광 소자(110R)가 가지는 EL층(103R)은 적어도 적색 파장 영역에 강도를 가지는 광을 발하는 발광성 유기 화합물을 가진다. 발광 소자(110G)가 가지는 EL층(103G)은 적어도 녹색 파장 영역에 강도를 가지는 광을 발하는 발광성 유기 화합물을 가진다. 발광 소자(110B)가 가지는 EL층(103B)은 적어도 청색 파장 영역에 강도를 가지는 광을 발하는 발광성 유기 화합물을 가진다.
또한 인접한 제 1 발광 디바이스 및 제 2 발광 디바이스는, 예를 들어 도 15의 (B)에서의 발광 소자(110R)와 발광 소자(110G), 발광 소자(110G)와 발광 소자(110B) 등에 상당한다. 또한 도 15의 (A)에서의 세로 배열된 같은 색의 발광 디바이스도 인접한 발광 디바이스라고 할 수 있다.
EL층(103R), EL층(103G), 및 EL층(103B)은 각각 발광성 유기 화합물을 포함하는 층(발광층) 외에 정공 주입층, 정공 수송층, 캐리어 차단층, 여기자 차단층 등 중 하나 또는 2개 이상을 가져도 좋다. EL층(515)은 발광층을 가지지 않는 구성이다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 있어서, EL층(515)은 전자 수송층 및 전자 주입층인 것이 바람직하다.
양극(101R), 양극(101G), 및 양극(101B)은 각각 상이한 발광 디바이스에 제공되어 있다. 또한 음극(102) 및 EL층(515)은 각 발광 디바이스에 공통되는, 연속된 층으로서 제공되어 있다. 각 화소 전극 및 음극(102) 중 어느 한쪽에 가시광에 대하여 투과성을 가지는 도전막을 사용하고, 다른 쪽에 반사성을 가지는 도전막을 사용한다. 각 화소 전극을 투광성으로 하고 음극(102)을 반사성을 함으로써 하면 사출형(보텀 이미션형) 표시 장치로 할 수 있고, 반대로 각 화소 전극을 반사성으로 하고 음극(102)을 투광성으로 함으로써 상면 사출형(톱 이미션형) 표시 장치로 할 수 있다. 또한 각 화소 전극과 음극(102)의 양쪽을 투광성으로 함으로써 양면 사출형(듀얼 이미션형) 표시 장치로 할 수도 있다.
양극(101R), 양극(101G), 및 양극(101B)의 단부를 덮어 절연층(121)이 제공되어 있다. 절연층(121)의 단부는 테이퍼 형상인 것이 바람직하다. 또한 절연층(121)은 불필요하면 제공하지 않아도 된다.
EL층(103R), EL층(103G), 및 EL층(103B)은 각각 화소 전극의 상면에 접하는 영역과 절연층(121)의 표면에 접하는 영역을 가진다. 또한 EL층(103R), EL층(103G), 및 EL층(103B)의 단부는 절연층(121) 위에 위치한다.
도 15의 (B)에 나타낸 바와 같이, 상이한 색의 발광 디바이스의 2개의 EL층 사이에는 틈이 제공되어 있다. 이와 같이 EL층(103R), EL층(103G), 및 EL층(103B)이 서로 접하지 않도록 제공되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 인접한 2개의 EL층을 통하여 전류가 흘러 의도치 않은 발광이 발생하는 것을 적합하게 방지할 수 있다. 그러므로 콘트라스트를 높일 수 있고 표시 품위가 높은 표시 장치를 실현할 수 있다.
도 15의 (C)에서는, EL층(103R)이 Y 방향으로 연속되도록 EL층(103R)이 띠 형상으로 형성되어 있는 예를 나타내었다. EL층(103R) 등을 띠 형상으로 형성함으로써, 이들을 분단하기 위한 공간이 불필요하고, 발광 디바이스 간의 비발광 영역의 면적을 축소할 수 있어 개구율을 높일 수 있다. 또한 도 15의 (C)에서는 일례로서 발광 소자(110R)의 단면을 나타내었지만, 발광 소자(110G) 및 발광 소자(110B)에 대해서도 같은 형상으로 할 수 있다. 또한 EL층은 Y방향에서 발광 디바이스마다 분리하여도 좋다.
음극(102) 위에는 발광 소자(110R), 발광 소자(110G), 및 발광 소자(110B)를 덮어 보호층(131)이 제공된다. 보호층(131)은 위쪽으로부터 각 발광 디바이스로 물 등의 불순물이 확산되는 것을 방지하는 기능을 가진다.
보호층(131)은 예를 들어 적어도 무기 절연막을 포함하는 단층 구조 또는 적층 구조로 할 수 있다. 무기 절연막으로서는 예를 들어 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막 등의 산화물막 또는 질화물막이 있다. 또는 보호층(131)으로서 인듐 갈륨 산화물, 인듐 갈륨 아연 산화물 등의 반도체 재료를 사용하여도 좋다.
또한 보호층(131)으로서 무기 절연막과 유기 절연막의 적층막을 사용할 수도 있다. 예를 들어 한 쌍의 무기 절연막 사이에 유기 절연막을 끼운 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한 유기 절연막이 평탄화막으로서 기능하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 유기 절연막의 상면을 평탄하게 할 수 있기 때문에, 그 위의 무기 절연막의 피복성이 향상되어 배리어성을 높일 수 있다. 또한 보호층(131)의 상면이 평탄하게 되기 때문에 보호층(131)의 위쪽에 구조물(예를 들어 컬러 필터, 터치 센서의 전극, 또는 렌즈 어레이 등)을 제공하는 경우에, 아래쪽의 구조에 기인하는 요철 형상의 영향을 경감할 수 있어 바람직하다.
또한 도 15의 (A)에는 음극(102)에 전기적으로 접속되는 접속 전극(101C)을 나타내었다. 접속 전극(101C)에는 음극(102)에 공급하기 위한 전위(예를 들어 애노드 전위 또는 캐소드 전위)가 공급된다. 접속 전극(101C)은 발광 소자(110R) 등이 배열되는 표시 영역의 외부에 제공된다. 또한 도 15의 (A)에서는 음극(102)을 파선으로 나타내었다.
접속 전극(101C)은 표시 영역의 외주를 따라 제공할 수 있다. 예를 들어 표시 영역의 외주의 1변을 따라 제공되어도 좋고, 표시 영역의 외주의 2변 이상에 걸쳐 제공되어도 좋다. 즉, 표시 영역의 상면 형상이 장방형인 경우에는 접속 전극(101C)의 상면 형상은 띠 형상, L자형, ㄷ자형(대괄호형), 또는 사각형 등으로 할 수 있다.
도 15의 (D)는 도 15의 (A)에 나타낸 일점쇄선 C1-C2에 대응하는 단면 개략도이다. 도 15의 (D)에는, 접속 전극(101C)과 음극(102)이 전기적으로 접속되는 접속부(130)를 나타내었다. 접속부(130)에서는 접속 전극(101C) 위에 음극(102)이 접하여 제공되고, 음극(102)을 덮어 보호층(131)이 제공된다. 또한 접속 전극(101C)의 단부를 덮어 절연층(121)이 제공되어 있다.
[제작 방법예 1]
이하에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법의 일례에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 여기서는, 상기 구성예에 나타낸 발광 장치(400)를 예로 들어 설명한다. 도 16의 (A) 내지 (F)는 이하에서 예시하는 표시 장치의 제작 방법의 각 공정에서의 단면 개략도이다. 또한 도 16의 (A) 등에서는 오른쪽에 접속부(130) 및 그 근방에서의 단면 개략도를 함께 나타내었다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 도전막 등)은 스퍼터링법, 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 진공 증착법, 펄스 레이저 퇴적(PLD: Pulsed Laser Deposition)법, 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. CVD법으로서는 플라스마 화학 기상 퇴적(PECVD: Plasma Enhanced CVD)법 또는 열 CVD법 등이 있다. 또한 열 CVD법 중 하나에 유기 금속 화학 기상 퇴적(MOCVD: Metal Organic CVD)법이 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 도전막 등)은 스핀 코팅, 디핑(dipping), 스프레이 도포, 잉크젯, 디스펜싱, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 닥터 나이프법, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막을 가공할 때 포토리소그래피법 등을 사용할 수 있다. 그 외에 나노임프린트법, 샌드 블라스트법, 리프트 오프법 등에 의하여 박막을 가공하여도 좋다. 또한 메탈 마스크 등의 차폐 마스크를 사용한 성막 방법에 의하여 섬 형상의 박막을 직접 형성하여도 좋다.
포토리소그래피법으로서 대표적으로는 다음 2가지 방법이 있다. 하나는 가공하고자 하는 박막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 에칭 등에 의하여 상기 박막을 가공하고, 레지스트 마스크를 제거하는 방법이다. 다른 하나는 감광성을 가지는 박막을 형성한 후에, 노광 및 현상을 수행하여 상기 박막을 원하는 형상으로 가공하는 방법이다.
포토리소그래피법에서 노광에 사용하는 광으로서는, 예를 들어 i선(파장 365nm), g선(파장 436nm), h선(파장 405nm), 또는 이들을 혼합시킨 광을 사용할 수 있다. 그 외에, 자외선, KrF 레이저 광, 또는 ArF 레이저 광 등을 사용할 수도 있다. 또한 액침 노광 기술에 의하여 노광을 수행하여도 좋다. 또한 노광에 사용되는 광으로서 극단 자외(EUV: Extreme Ultra-violet)광, X선 등을 사용하여도 좋다. 또한 노광에 사용되는 광 대신에 전자 빔을 사용할 수도 있다. 극단 자외광, X선, 또는 전자 빔을 사용하면, 매우 미세한 가공을 수행할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 전자 빔 등의 빔을 주사하여 노광을 수행하는 경우에는 포토마스크가 불필요하다.
박막의 에칭에는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법, 샌드 블라스트법 등을 사용할 수 있다.
[기판(100)의 준비]
기판(100)으로서는 적어도 추후의 열처리에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 가지는 기판을 사용할 수 있다. 기판(100)으로서 절연성 기판을 사용하는 경우에는 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판, 유기 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 또한 실리콘, 탄소화 실리콘 등을 재료로 한 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 저마늄 등으로 이루어지는 화합물 반도체 기판, SOI 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다.
특히, 기판(100)으로서 상기 반도체 기판 또는 절연성 기판 위에 트랜지스터 등의 반도체 소자를 포함하는 반도체 회로가 형성된 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 반도체 회로는 예를 들어 화소 회로, 게이트선 구동 회로(게이트 드라이버), 소스선 구동 회로(소스 드라이버) 등을 구성하는 것이 바람직하다. 또한 상기에 더하여 연산 회로, 기억 회로 등이 구성되어 있어도 좋다.
[양극(101R), 양극(101G), 양극(101B), 접속 전극(101C)의 형성]
이어서 기판(100) 위에 양극(101R), 양극(101G), 양극(101B), 및 접속 전극(101C)을 형성한다. 우선 양극(화소 전극)이 되는 도전막을 형성하고, 포토리소그래피법으로 레지스트 마스크를 형성하고, 도전막의 불필요한 부분을 에칭으로 제거한다. 그 후, 레지스트 마스크를 제거함으로써 양극(101R), 양극(101G), 및 양극(101B)을 형성할 수 있다.
각 화소 전극으로서 가시광에 대하여 반사성을 가지는 도전막을 사용하는 경우, 가시광 파장 영역 전체에서의 반사율이 가능한 한 높은 재료(예를 들어 은 또는 알루미늄 등)를 적용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 발광 디바이스의 광 추출 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 색 재현성을 높일 수도 있다. 각 화소 전극으로서 가시광에 대하여 반사성을 가지는 도전막을 사용한 경우, 기판과 반대 방향으로 발광을 추출하는, 소위 톱 이미션 발광 장치로 할 수 있다. 각 화소 전극으로서 투광성을 가지는 도전막을 사용하는 경우, 기판 방향으로 발광을 추출하는 소위 보텀 이미션 발광 장치로 할 수 있다.
[절연층(121)의 형성]
이어서, 양극(101R), 양극(101G), 및 양극(101B)의 단부를 덮어 절연층(121)을 형성한다(도 16의 (A) 참조). 절연층(121)으로서는 유기 절연막 또는 무기 절연막을 사용할 수 있다. 절연층(121)은 나중에 형성되는 EL막의 단차 피복성을 향상시키기 위하여, 단부를 테이퍼 형상으로 하는 것이 바람직하다. 특히 유기 절연막을 사용하는 경우에는 감광성 재료를 사용하면 노광 및 현상의 조건에 의하여 단부의 형상을 제어하기 쉬워 바람직하다. 또한 절연층(121)을 제공하지 않는 경우에는, 발광 디바이스들의 거리를 더 가까이 할 수 있어, 더 고정세의 발광 장치를 얻을 수 있게 된다.
[EL막(103Rb)의 형성]
이어서, 양극(101R), 양극(101G), 양극(101B), 및 절연층(121) 위에 나중에 EL층(103R)이 되는 EL막(103Rb)을 형성한다.
EL막(103Rb)은 적어도 발광성 화합물을 포함하는 막을 가진다. 이 외에, 정공 수송층, 정공 주입층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층으로서 기능하는 막 중 하나 이상이 적층된 구성으로 하여도 좋다. EL막(103Rb)은 예를 들어 증착법, 스퍼터링법, 또는 잉크젯법 등으로 형성할 수 있다. 또한 이들에 한정되지 않고 상술한 성막 방법을 적절히 사용할 수 있다.
일례로서는, EL막(103Rb)으로서, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층이 이 순서대로 적층된 적층막으로 하는 것이 바람직하다. 이때, 나중에 형성하는 EL층으로서는 전자 주입층(115)을 가지는 막을 사용할 수 있다.
EL막(103Rb)은 접속 전극(101C) 위에 제공되지 않도록 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, EL막(103Rb)을 증착법(또는 스퍼터링법)에 의하여 형성하는 경우, 접속 전극(101C)에 EL막(103Rb)이 성막되지 않도록 차폐 마스크를 사용하여 형성하거나, 추후의 에칭 공정으로 제거하는 것이 바람직하다.
[희생막(144a)의 형성]
이어서, EL막(103Rb)을 덮어 희생막(144a)을 형성한다. 또한 희생막(144a)은 접속 전극(101C)의 상면에 접하여 제공된다.
희생막(144a)으로서는 EL막(103Rb) 등의 각 EL막의 에칭 처리에 대한 내성이 높은 막, 즉 에칭 선택비가 높은 막을 사용할 수 있다. 또한 희생막(144a)으로서는 후술하는 보호막(146a) 등의 보호막과의 에칭 선택비가 높은 막을 사용할 수 있다. 또한 희생막(144a)으로서는 각 EL막에 대한 대미지가 적은 웨트 에칭법으로 제거할 수 있는 막을 사용할 수 있다.
희생막(144a)으로서는 예를 들어 금속막, 합금막, 금속 산화물막, 반도체막, 무기 절연막 등의 무기막을 사용할 수 있다. 희생막(144a)은 스퍼터링법, 증착법, CVD법, ALD법 등의 각종 성막 방법에 의하여 형성할 수 있다.
희생막(144a)으로서는 예를 들어 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 타이타늄, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 및 탄탈럼 등의 금속 재료, 또는 상기 금속 재료가 포함되는 합금 재료를 사용할 수 있다. 특히 알루미늄 또는 은 등의 저융점 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 희생막(144a)으로서는 인듐 갈륨 아연 산화물(In-Ga-Zn 산화물, IGZO라고도 표기함) 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한 산화 인듐, 인듐 아연 산화물(In-Zn 산화물), 인듐 주석 산화물(In-Sn 산화물), 인듐 타이타늄 산화물(In-Ti 산화물), 인듐 주석 아연 산화물(In-Sn-Zn 산화물), 인듐 타이타늄 아연 산화물(In-Ti-Zn 산화물), 인듐 갈륨 주석 아연 산화물(In-Ga-Sn-Zn 산화물) 등을 사용할 수 있다. 또는 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물 등을 사용할 수도 있다.
또한 상기 갈륨 대신에 원소 M(M은 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)을 사용한 경우에도 적용할 수 있다. 특히 M은 갈륨, 알루미늄, 및 이트륨 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류로 하는 것이 바람직하다.
또한 희생막(144a)은 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 실리콘 등의 무기 절연 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
또한 희생막(144a)에는, 적어도 EL막(103Rb)의 최상부에 위치하는 막에 대하여, 화학적으로 안정된 용매에 용해될 수 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 물 또는 알코올에 용해되는 재료를 희생막(144a)에 적합하게 사용할 수 있다. 희생막(144a)은 재료를 물 또는 알코올 등의 용매에 용해시킨 상태에서 습식 성막 방법으로 도포한 후에, 용매를 증발시키기 위한 가열 처리를 수행함으로써 성막하는 것이 바람직하다. 이때, 감압 분위기하에서의 가열 처리를 수행하면 저온 및 단시간으로 용매를 제거할 수 있기 때문에 EL막(103Rb)에 대한 열적인 대미지를 저감할 수 있어 바람직하다.
희생막(144a)의 형성에 사용할 수 있는 습식 성막 방법으로서는 스핀 코팅, 디핑, 스프레이 도포, 잉크젯, 디스펜싱, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 닥터 나이프법, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅 등을 들 수 있다.
희생막(144a)으로서는 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌 글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 또는 알코올 가용성 폴리아마이드 수지 등의 유기 재료를 사용할 수 있다.
[보호막(146a)의 형성]
이어서, 희생막(144a) 위에 보호막(146a)을 형성한다(도 16의 (B) 참조).
보호막(146a)은 나중에 희생막(144a)을 에칭할 때 하드 마스크로서 사용되는 막이다. 또한 추후의 보호막(146a)의 가공 시에는 희생막(144a)이 노출된다. 따라서 희생막(144a)과 보호막(146a)은 서로 에칭 선택비가 큰 막의 조합을 선택한다. 그러므로 희생막(144a)의 에칭 조건 및 보호막(146a)의 에칭 조건에 따라 보호막(146a)에 사용할 수 있는 막을 선택할 수 있다.
예를 들어 보호막(146a)의 에칭에 플루오린을 포함하는 가스(플루오린계 가스라고도 함)를 사용한 드라이 에칭을 사용하는 경우에는 실리콘, 질화 실리콘, 산화 실리콘, 텅스텐, 타이타늄, 몰리브데넘, 탄탈럼, 질화 탄탈럼, 몰리브데넘과 나이오븀을 포함하는 합금, 또는 몰리브데넘과 텅스텐을 포함하는 합금 등을 보호막(146a)에 사용할 수 있다. 여기서 상기 플루오린계 가스를 사용한 드라이 에칭에 있어서 에칭 선택비가 높은(즉, 에칭 속도를 느리게 할 수 있는) 막으로서는 IGZO, ITO 등의 금속 산화물막 등이 있고, 이를 희생막(144a)으로서 사용할 수 있다.
또한 이에 한정되지 않고, 보호막(146a)은 다양한 재료 중에서 희생막(144a)의 에칭 조건 및 보호막(146a)의 에칭 조건에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어 상기 희생막(144a)에 사용할 수 있는 막 중에서 선택할 수도 있다.
또한 보호막(146a)으로서는 예를 들어 질화물막을 사용할 수 있다. 구체적으로는 질화 실리콘, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 타이타늄, 질화 탄탈럼, 질화 텅스텐, 질화 갈륨, 질화 저마늄 등의 질화물을 사용할 수도 있다.
또는 보호막(146a)으로서 산화물막을 사용할 수 있다. 대표적으로는 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화질화 하프늄 등의 산화물막 또는 산질화물막을 사용할 수도 있다.
또한 보호막(146a)으로서, EL막(103Rb) 등에 사용할 수 있는 유기막을 사용하여도 좋다. 예를 들어 EL막(103Rb), EL막(103Gb), 또는 EL막(103Bb)(미도시)에 사용하는 유기막과 동일한 막을 보호막(146a)에 사용할 수 있다. 이와 같은 유기막을 사용함으로써, EL막(103Rb) 등의 형상에 사용되는 성막 장치를 공통적으로 사용할 수 있기 때문에 바람직하다.
[레지스트 마스크(143a)의 형성]
이어서, 보호막(146a) 위에서 양극(101R)과 중첩되는 위치 및 접속 전극(101C)과 중첩되는 위치에 각각 레지스트 마스크(143a)를 형성한다(도 16의 (C) 참조).
레지스트 마스크(143a)에는 포지티브형 레지스트 재료 또는 네거티브형 레지스트 재료 등 감광성 수지를 포함하는 레지스트 재료를 사용할 수 있다.
여기서, 보호막(146a)을 가지지 않고, 희생막(144a) 위에 레지스트 마스크(143a)를 형성하는 경우, 희생막(144a)에 핀홀 등의 결함이 존재하면, 레지스트 재료의 용매로 인하여 EL막(103Rb)이 용해될 우려가 있다. 보호막(146a)을 사용함으로써 이와 같은 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한 희생막(144a)으로서 핀홀 등의 결함이 발생되기 어려운 막을 사용하는 경우에는, 보호막(146a)을 사용하지 않고, 희생막(144a) 위에 레지스트 마스크(143a)를 직접 형성하여도 좋다.
[보호막(146a)의 에칭]
이어서 레지스트 마스크(143a)로 덮이지 않는 보호막(146a)의 일부를 에칭으로 제거하여 띠 형상의 보호층(147a)을 형성한다. 이때 동시에 접속 전극(101C) 위에도 보호층(147a)이 형성된다.
보호막(146a)을 에칭할 때, 희생막(144a)이 상기 에칭으로 제거되지 않도록 선택비가 높은 에칭 조건을 사용하는 것이 바람직하다. 보호막(146a)의 에칭은 웨트 에칭 또는 드라이 에칭에 의하여 수행할 수 있지만, 드라이 에칭을 사용함으로써 보호막(146a)의 패턴이 축소되는 것을 억제할 수 있다.
[레지스트 마스크(143a)의 제거]
이어서 레지스트 마스크(143a)를 제거한다(도 16의 (D) 참조).
레지스트 마스크(143a)는 웨트 에칭 또는 드라이 에칭으로 제거할 수 있다. 특히, 산소 가스를 에칭 가스로서 사용한 드라이 에칭(플라스마 애싱이라고도 함)에 의하여 레지스트 마스크(143a)를 제거하는 것이 바람직하다.
이때, 레지스트 마스크(143a)의 제거는 EL막(103Rb)이 희생막(144a)으로 덮인 상태로 수행되기 때문에 EL막(103Rb)에 대한 영향이 억제된다. 특히, EL막(103Rb)이 산소에 노출되면 전기 특성에 악영향을 미치는 경우가 있어, 플라스마 애싱 등 산소 가스를 사용한 에칭을 수행하는 경우에는 적합하다.
[희생막(144a)의 에칭]
이어서 보호층(147a)을 마스크로서 사용하여, 보호층(147a)으로 덮이지 않은 희생막(144a)의 일부를 에칭으로 제거하여 띠 형상의 희생층(145a)을 형성한다(도 16의 (E) 참조). 이때 동시에 접속 전극(101C) 위에도 희생층(145a)이 형성된다.
희생막(144a)의 에칭은 웨트 에칭 또는 드라이 에칭에 의하여 수행할 수 있지만, 드라이 에칭을 사용하면 패턴의 축소를 억제할 수 있어 바람직하다.
[EL막(103Rb), 보호층(147a)의 에칭]
이어서, 보호층(147a)의 에칭과 동시에 희생층(145a)으로 덮이지 않은 EL막(103Rb)의 일부를 에칭으로 제거하여 띠 형상의 EL층(103R)을 형성한다(도 16의 (F) 참조). 이때 동시에 접속 전극(101C) 위의 보호층(147a)도 제거된다.
EL막(103Rb)과 보호층(147a)을 동일 처리로 에칭함으로써 공정을 간략화할 수 있기 때문에, 표시 장치의 제작 비용을 삭감할 수 있어 바람직하다.
특히 EL막(103Rb)의 에칭에는 산소를 주성분으로서 포함하지 않는 에칭 가스를 사용한 드라이 에칭을 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, EL막(103Rb)이 변질되는 것을 억제하고, 신뢰성이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 산소를 주성분으로서 포함하지 않는 에칭 가스로서는 예를 들어 CF4, C4F8, SF6, CHF3, Cl2, H2O, BCl3, 혹은 H2 또는 He 등의 희가스가 있다. 또한 상기 가스와, 산소를 포함하지 않는 희석 가스의 혼합 가스를 에칭 가스로서 사용할 수 있다.
또한 EL막(103Rb)의 에칭과 보호층(147a)의 에칭을 따로 수행하여도 좋다. 이때, EL막(103Rb)을 먼저 에칭하여도 좋고, 보호층(147a)을 먼저 에칭하여도 좋다.
이 시점에서 EL층(103R)과 접속 전극(101C)이 희생층(145a)으로 덮인 상태이다.
[EL막(103Gb)의 형성]
이어서, 희생층(145a), 절연층(121), 양극(101G), 양극(101B) 위에 나중에 EL층(103G)이 되는 EL막(103Gb)을 성막한다. 이 경우, 상기 EL막(103Rb)과 마찬가지로 접속 전극(101C) 위에는 EL막(103Gb)을 제공하지 않는 것이 바람직하다.
EL막(103Gb)의 형성 방법에 대해서는 상기 EL막(103Rb)의 기재를 적용할 수 있다.
[희생막(144b)의 형성]
이어서 EL막(103Gb) 위에 희생막(144b)을 형성한다. 희생막(144b)은 상기 희생막(144a)과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 특히, 희생막(144b)에는 희생막(144a)과 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
이때 동시에 접속 전극(101C) 위에서 희생층(145a)을 덮어 희생막(144a)이 형성된다.
[보호막(146b)의 형성]
이어서 희생막(144b) 위에 보호막(146b)을 형성한다. 보호막(146b)은 상기 보호막(146a)과 마찬가지의 방법으로 형성할 수 있다. 특히 보호막(146b)에는 상기 보호막(146a)과 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
[레지스트 마스크(143b)의 형성]
이어서, 보호막(146b) 위에서 양극(101G)과 중첩되는 영역 및 접속 전극(101C)과 중첩되는 영역에 레지스트 마스크(143b)를 형성한다(도 17의 (A) 참조).
레지스트 마스크(143b)는 상기 레지스트 마스크(143a)와 마찬가지의 방법으로 형성할 수 있다.
[보호막(146b)의 에칭]
이어서, 레지스트 마스크(143b)로 덮이지 않은 보호막(146b)의 일부를 에칭으로 제거하여 띠 형상의 보호층(147b)을 형성한다(도 17의 (B) 참조). 이때 동시에 접속 전극(101C) 위에도 보호층(147b)이 형성된다.
보호막(146b)의 에칭에 대해서는 상기 보호막(146a)의 기재를 적용할 수 있다.
[레지스트 마스크(143b)의 제거]
이어서, 레지스트 마스크(143b)를 제거한다. 레지스트 마스크(143b)의 제거에 대해서는 상기 레지스트 마스크(143a)의 기재를 적용할 수 있다.
[희생막(144b)의 에칭]
이어서 보호층(147b)을 마스크로서 사용하여, 보호층(147b)으로 덮이지 않는 희생막(144b)의 일부를 에칭으로 제거하여 띠 형상의 희생층(145b)을 형성한다. 이때 동시에 접속 전극(101C) 위에도 희생층(145b)이 형성된다. 접속 전극(101C) 위에는 희생층(145a)과 희생층(145b)이 적층된다.
희생막(144b)의 에칭에 대해서는 상기 희생막(144a)의 기재를 적용할 수 있다.
[EL막(103Gb), 보호층(147b)의 에칭]
이어서, 보호층(147b)의 에칭과 동시에 희생층(145b)으로 덮이지 않은 EL막(103Gb)의 일부를 에칭으로 제거하여 띠 형상의 EL층(103G)을 형성한다(도 17의 (C) 참조). 이때 동시에 접속 전극(101C) 위의 보호층(147b)도 제거된다.
EL막(103Gb) 및 보호층(147b)의 에칭에 대해서는 상기 EL막(103Rb) 및 보호층(147a)의 기재를 적용할 수 있다.
이때, EL층(103R)은 희생층(145a)으로 보호되어 있기 때문에, EL막(103Gb)의 에칭 공정으로 인하여 대미지를 받는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 띠 형상의 EL층(103R)과 띠 형상의 EL층(103G)을 높은 위치 정밀도로 따로 형성할 수 있다.
[EL층(103B)의 형성]
EL막(103Bb)(도시하지 않았음)에 대하여 상술한 공정을 수행함으로써, 섬 형상의 EL층(103B)과 섬 형상의 희생층(145c)을 형성할 수 있다(도 17의 (D) 참조).
즉, EL층(103G)의 형성 후, EL막(103Bb), 희생막(144c), 보호막(146c), 및 레지스트 마스크(143c)(모두 도시하지 않았음)를 이 순서대로 형성한다. 다음으로 보호막(146c)을 에칭하여 보호층(147c)(도시하지 않았음)을 형성한 후에 레지스트 마스크(143c)를 제거한다. 이어서 희생막(144c)을 에칭하여 희생층(145c)을 형성한다. 그 후, 보호층(147c)과 EL막(103Bb)을 에칭하여 띠 형상의 EL층(103B)을 형성한다.
또한 EL층(103B)의 형성 후, 동시에 접속 전극(101C) 위에도 희생층(145c)이 형성된다. 접속 전극(101C) 위에는 희생층(145a), 희생층(145b), 및 희생층(145c)이 적층된다.
[희생층의 제거]
이어서, 희생층(145a), 희생층(145b), 및 희생층(145c)을 제거하여 EL층(103R), EL층(103G), 및 EL층(103B)의 상면을 노출시킨다(도 17의 (E) 참조). 이때 동시에 접속 전극(101C)의 상면도 노출된다.
또한 이때, EL층의 표면이 에칭 가스 또는 에칭액에 노출됨으로써 약간의 대미지를 받을 경우가 있다. 예를 들어, 전자 수송층을 형성한 후에 패터닝을 수행하면, 전자 수송층의 표면이 대미지를 받아 전자 주입성이 저하하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 전자 수송층 및 정공 차단층 중 한쪽 또는 양쪽에 GSP_slope가 20 이상인 재료를 사용함으로써 전자 주입성을 개선할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 포토 에칭법을 사용하여 제작된 발광 장치 및 표시 장치에 적합하게 이용할 수 있다.
희생층(145a), 희생층(145b), 및 희생층(145c)은 웨트 에칭 또는 드라이 에칭으로 제거할 수 있다. 이때 EL층(103R), EL층(103G), 및 EL층(103B)에 대하여 가능한 한 대미지를 주지 않는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 웨트 에칭법을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수산화 테트라메틸 암모늄 수용액(TMAH), 희플루오린화 수소산, 옥살산, 인산, 아세트산, 질산, 또는 이들의 혼합 액체를 사용한 웨트 에칭을 사용하는 것이 바람직하다.
또는 희생층(145a), 희생층(145b), 및 희생층(145c)을 물 또는 알코올 등의 용매에 용해시킴으로써 제거하는 것이 바람직하다. 여기서 희생층(145a), 희생층(145b), 및 희생층(145c)을 용해시킬 수 있는 알코올로서는 에틸알코올, 메틸알코올, 아이소프로필알코올(IPA), 또는 글리세린 등 다양한 알코올을 사용할 수 있다.
희생층(145a), 희생층(145b), 및 희생층(145c)을 제거한 후에, EL층(103R), EL층(103G), 및 EL층(103B)의 내부에 포함되는 물 및 이들의 표면에 흡착되는 물을 제거하기 위하여 건조 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어 불활성 가스 분위기하 또는 감압 분위기하에서의 가열 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 가열 처리는 기판 온도를 50℃이상 200℃이하, 바람직하게는 60℃이상 150℃이하, 더 바람직하게는 70℃이상 120℃이하로 하여 수행할 수 있다. 감압 분위기로 함으로써 더 낮은 온도로 건조시킬 수 있어 바람직하다.
이와 같이 EL층(103R), EL층(103G), 및 EL층(103B)을 따로 형성할 수 있다.
[EL층(515)의 형성]
이어서, EL층(103R), EL층(103G), 및 EL층(103B)을 덮어 EL층(515)을 성막한다. EL층(515)에는 전자 주입층 등 전자를 주입 및 수송하는 기능을 가지는 층이 포함된다.
EL층(515)은 EL막(103Rb) 등과 같은 방법으로 성막할 수 있다. 증착법으로 EL층(515)을 성막하는 경우에는, EL층(515)이 접속 전극(101C) 위에 성막되지 않도록 차폐 마스크를 사용하여 성막하는 것이 바람직하다.
[음극(102)의 형성]
이어서, 전자 주입층(115) 및 접속 전극(101C)을 덮어 음극(102)을 형성한다(도 17의 (F) 참조).
음극(102)은 증착법 또는 스퍼터링법 등의 성막 방법에 의하여 형성할 수 있다. 또는 증착법으로 형성한 막과 스퍼터링법으로 형성한 막을 적층시켜도 좋다. 이때 전자 주입층(115)이 성막되는 영역을 포함하도록 음극(102)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 전자 주입층(115)의 단부가 음극(102)과 중첩되는 구성으로 할 수 있다. 음극(102)은 차폐 마스크를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
음극(102)은 표시 영역 외부에서 접속 전극(101C)에 전기적으로 접속된다.
[보호층의 형성]
이어서 음극(102) 위에 보호층을 형성한다. 보호층에 사용하는 무기 절연막의 성막에는 스퍼터링법, PECVD법, 또는 ALD법을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 ALD법은 단차 피복성이 우수하고, 핀홀 등의 결함이 발생되기 어렵기 때문에 바람직하다. 또한 유기 절연막의 성막에는 잉크젯법을 사용하면 원하는 영역에 균일한 막을 형성할 수 있어 바람직하다.
이러한 식으로 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 제작할 수 있다.
또한 위에서는 음극(102)과 전자 주입층(115)을 상이한 상면 형상이 되도록 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 이들을 같은 영역에 형성하여도 좋다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 구성예에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 표시 장치는 고해상도의 표시 장치 또는 대형 표시 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 표시 장치는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파친코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 스마트폰, 손목시계형 단말기, 태블릿 단말기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치의 표시부에 사용할 수 있다.
[발광 장치(400A)]
도 18에 발광 장치(400A)의 사시도를 나타내고, 도 19의 (A)에 발광 장치(400A)의 단면도를 나타내었다.
발광 장치(400A)는 기판(452)과 기판(451)이 접합된 구성을 가진다. 도 19에서는 기판(452)을 파선으로 명시하였다.
발광 장치(400A)는 표시부(462), 회로(464), 배선(465) 등을 가진다. 도 19에서는 발광 장치(400A)에 IC(473) 및 FPC(472)가 실장되어 있는 예를 나타내었다. 그러므로, 도 19에 나타낸 구성은 발광 장치(400A), IC(집적 회로), 및 FPC를 가지는 표시 모듈이라고도 할 수 있다.
회로(464)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로를 사용할 수 있다.
배선(465)은 표시부(462) 및 회로(464)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 가진다. 상기 신호 및 전력은 FPC(472)를 통하여 외부로부터 배선(465)에 입력되거나, IC(473)로부터 배선(465)에 입력된다.
도 19에는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip on Film) 방식 등에 의하여 기판(451)에 IC(473)가 제공되어 있는 예를 나타내었다. IC(473)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 가지는 IC를 적용할 수 있다. 또한 발광 장치(400A) 및 표시 모듈은 IC를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 IC를 COF 방식 등에 의하여 FPC에 실장하여도 좋다.
도 19의 (A)에 발광 장치(400A)에서 FPC(472)를 포함하는 영역의 일부, 회로(464)의 일부, 표시부(462)의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단한 경우의 단면의 일례를 나타내었다.
도 19의 (A)에 나타낸 발광 장치(400A)는 기판(451)과 기판(452) 사이에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 적색의 광을 발하는 발광 디바이스(430a), 녹색의 광을 발하는 발광 디바이스(430b), 및 청색의 광을 발하는 발광 디바이스(430c) 등을 가진다.
발광 디바이스(430a), 발광 디바이스(430b), 및 발광 디바이스(430c)에는 실시형태 1에서 예시한 발광 디바이스를 적용할 수 있다.
여기서, 표시 장치의 화소가 서로 상이한 색을 발하는 발광 디바이스를 가지는 부화소를 3종류 가지는 경우, 상기 3개의 부화소로서는 R, G, B의 3색의 부화소, 황색(Y), 시안(C), 및 마젠타(M)의 3색의 부화소 등을 들 수 있다. 상기 부화소를 4개 가지는 경우, 상기 4개의 부화소로서는 R, G, B, 백색(W)의 4색의 부화소, R, G, B, Y의 4색의 부화소 등을 들 수 있다.
보호층(416)과 기판(452)은 접착층(442)을 개재(介在)하여 접착되어 있다. 발광 디바이스의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 19의 (A)에서는 기판(452), 접착층(442), 및 기판(451)으로 둘러싸인 공간(443)이 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등)로 충전되어 있고, 중공 밀봉 구조가 적용되어 있다. 접착층(442)은 발광 디바이스와 중첩되어 제공되어 있어도 좋다. 또한 기판(452), 접착층(442), 및 기판(451)으로 둘러싸인 공간(443)을 접착층(442)과 상이한 수지로 충전하여도 좋다.
발광 디바이스(430a, 430b, 430c)는 화소 전극과 EL층 사이에 광학 조정층을 가진다. 발광 디바이스(430a)는 광학 조정층(426a)을 가지고, 발광 디바이스(430b)는 광학 조정층(426b)을 가지고, 발광 디바이스(430c)는 광학 조정층(426c)을 가진다. 발광 디바이스의 자세한 내용에 대해서는 실시형태 1을 참조할 수 있다.
화소 전극(411a, 411b, 411c)은 각각 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)가 가지는 도전층(222b)과 접속되어 있다.
화소 전극 및 광학 조정층의 단부는 절연층(421)으로 덮여 있다. 화소 전극은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 대향 전극은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
발광 디바이스가 발하는 광은 기판(452) 측으로 사출된다. 기판(452)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)는 모두 기판(451) 위에 형성되어 있다. 이들 트랜지스터는 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다.
기판(451) 위에는 절연층(211), 절연층(213), 절연층(215), 및 절연층(214)이 이 순서대로 제공되어 있다. 절연층(211)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(213)은 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(215)은 트랜지스터를 덮어 제공된다. 절연층(214)은 트랜지스터를 덮어 제공되고, 평탄화층으로서의 기능을 가진다. 또한 게이트 절연층의 개수 및 트랜지스터를 덮는 절연층의 개수는 한정되지 않고, 각각 단층이어도 좋고 2층 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나의 층에 물 및 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 절연층은 배리어층으로서 기능할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 외부로부터 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)으로서는 각각 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 무기 절연막으로서는 예를 들어 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 질화 알루미늄막 등을 사용할 수 있다. 또한 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 갈륨막, 산화 탄탈럼막, 산화 마그네슘막, 산화 란타넘막, 산화 세륨막, 및 산화 네오디뮴막 등을 사용하여도 좋다. 또한 상술한 절연막을 2개 이상 적층하여 사용하여도 좋다.
여기서, 유기 절연막은 무기 절연막에 비하여 배리어성이 낮은 경우가 많다. 그러므로, 유기 절연막은 발광 장치(400A)의 단부 근방에 개구를 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 장치(400A)의 단부로부터 유기 절연막을 통하여 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 또는, 유기 절연막의 단부가 발광 장치(400A)의 단부보다 내측에 위치하도록 유기 절연막을 형성하여, 발광 장치(400A)의 단부에서 유기 절연막이 노출되지 않도록 하여도 좋다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)에는 유기 절연막이 적합하다. 유기 절연막에 사용할 수 있는 재료로서는 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록산 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 들 수 있다.
도 19의 (A)에 나타낸 영역(228)에서는 절연층(214)에 개구가 형성되어 있다. 이로써, 절연층(214)에 유기 절연막을 사용하는 경우에도, 절연층(214)을 통하여 외부로부터 표시부(462)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 발광 장치(400A)의 신뢰성을 높일 수 있다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 소스 및 드레인으로서 기능하는 도전층(222a) 및 도전층(222b), 반도체층(231), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(213), 그리고 게이트로서 기능하는 도전층(223)을 가진다. 여기서는, 동일한 도전막을 가공하여 얻어지는 복수의 층에 같은 해치 패턴을 부여하였다. 절연층(211)은 도전층(221)과 반도체층(231) 사이에 위치한다. 절연층(213)은 도전층(223)과 반도체층(231) 사이에 위치한다.
본 실시형태의 표시 장치가 가지는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 플레이너(planar)형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 역스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한 톱 게이트형 및 보텀 게이트형 중 어느 구조를 가지는 트랜지스터로 하여도 좋다. 또는 채널이 형성되는 반도체층 위아래에 게이트가 제공되어도 좋다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트로 끼우는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속시키고 이들에 동일한 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 구동시켜도 좋다. 또는 2개의 게이트 중 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 인가하고, 다른 쪽에 구동시키기 위한 전위를 인가함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 단결정 반도체, 및 단결정 이외의 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 단결정 반도체 또는 결정성을 가지는 반도체를 사용하면 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시형태의 표시 장치에는 금속 산화물을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터(이하, OS 트랜지스터)를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터의 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다. 실리콘으로서는 비정질 실리콘, 결정성 실리콘(저온 폴리실리콘, 단결정 실리콘 등) 등을 들 수 있다.
반도체층은 예를 들어 인듐과, M(M은 갈륨, 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 주석, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택되는 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석 중에서 선택되는 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층으로서 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층이 In-M-Zn 산화물인 경우, 상기 In-M-Zn 산화물에서의 In의 원자수비는 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 In-M-Zn 산화물의 금속 원소의 원자수비로서 In:M:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:1:1.2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=2:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=3:1:2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:4.1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:7 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:8 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=6:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:2:5 또는 그 근방의 조성 등을 들 수 있다. 또한 근방의 조성이란, 원하는 원자수비의 ±30%의 범위를 포함한 것이다.
예를 들어, 원자수비가 In:Ga:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 4로 하였을 때, Ga의 원자수비가 1 이상 3 이하이고, Zn의 원자수비가 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 5로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 1로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
회로(464)가 가지는 트랜지스터와 표시부(462)가 가지는 트랜지스터는 같은 구조이어도 좋고, 상이한 구조이어도 좋다. 회로(464)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상이어도 좋다. 마찬가지로, 표시부(462)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상이어도 좋다.
기판(452)이 중첩되지 않은 기판(451)의 영역에는 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는 배선(465)이 도전층(466) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(472)에 전기적으로 접속되어 있다. 도전층(466)은 화소 전극과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 광학 조정층과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막의 적층 구조인 예를 나타낸 것이다. 접속부(204)의 상면에서는 도전층(466)이 노출되어 있다. 이로써, 접속부(204)와 FPC(472)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속시킬 수 있다.
기판(452)의 기판(451) 측의 면에는 차광층(417)을 제공하는 것이 바람직하다. 또한 기판(452)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다. 광학 부재로서는 편광판, 위상차판, 광 확산층(확산 필름 등), 반사 방지층, 및 집광 필름 등을 들 수 있다. 또한 기판(452)의 외측에는 먼지의 부착을 억제하는 대전 방지막, 오염이 부착되기 어렵게 하는 발수성을 가지는 막, 사용에 따른 손상의 발생을 억제하는 하드코트막, 충격 흡수층 등을 배치하여도 좋다.
발광 디바이스를 덮는 보호층(416)을 제공함으로써, 발광 디바이스에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하여 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
발광 장치(400A)의 단부 근방의 영역(228)에서, 절연층(214)의 개구를 통하여 절연층(215)과 보호층(416)이 서로 접하는 것이 바람직하다. 특히, 절연층(215)이 가지는 무기 절연막과 보호층(416)이 가지는 무기 절연막이 서로 접하는 것이 바람직하다. 이로써, 유기 절연막을 통하여 외부로부터 표시부(462)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 발광 장치(400A)의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 19의 (B)에 보호층(416)이 3층 구조인 예를 나타내었다. 도 19의 (B)에서, 보호층(416)은 발광 디바이스(430c) 위의 무기 절연층(416a)과, 무기 절연층(416a) 위의 유기 절연층(416b)과, 유기 절연층(416b) 위의 무기 절연층(416c)을 가진다.
무기 절연층(416a)의 단부와 무기 절연층(416c)의 단부는 유기 절연층(416b)의 단부보다 외측으로 연장되고, 이들은 서로 접한다. 그리고, 무기 절연층(416a)은 절연층(214)(유기 절연층)의 개구를 통하여 절연층(215)(무기 절연층)과 접한다. 이로써, 절연층(215)과 보호층(416)으로 발광 디바이스를 둘러쌀 수 있기 때문에 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
이와 같이, 보호층(416)은 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 구조이어도 좋다. 이때, 무기 절연막의 단부를 유기 절연막의 단부보다 외측으로 연장시키는 것이 바람직하다.
기판(451) 및 기판(452)에는 각각 유리, 석영, 세라믹, 사파이어, 수지, 금속, 합금, 반도체 등을 사용할 수 있다. 발광 디바이스로부터의 광을 추출하는 측의 기판에는 상기 광을 투과시키는 재료를 사용한다. 기판(451) 및 기판(452)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면 표시 장치의 가요성을 높일 수 있다. 또한 기판(451) 또는 기판(452)으로서 편광판을 사용하여도 좋다.
기판(451) 및 기판(452)으로서는 각각 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스터 수지, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에터설폰(PES) 수지, 폴리아마이드 수지(나일론, 아라미드 등), 폴리실록산 수지, 사이클로올레핀 수지, 폴리스타이렌 수지, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리염화 바이닐 수지, 폴리염화 바이닐리덴 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지, ABS 수지, 셀룰로스 나노 섬유 등을 사용할 수 있다. 기판(451) 및 기판(452) 중 한쪽 또는 양쪽에 가요성을 가질 정도의 두께를 가지는 유리를 사용하여도 좋다.
또한 표시 장치에 원편광판을 중첩시키는 경우, 표시 장치가 가지는 기판에는 광학 등방성이 높은 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 광학 등방성이 높은 기판은 복굴절이 작다(복굴절량이 작다고도 할 수 있음).
광학등방성이 높은 기판의 위상차(retardation)값의 절댓값은 30nm 이하가 바람직하고, 20nm 이하가 더 바람직하고, 10nm 이하가 더욱 바람직하다.
광학 등방성이 높은 필름으로서는 트라이아세틸셀룰로스(TAC, 셀룰로스트라이아세테이트라고도 함) 필름, 사이클로올레핀 폴리머(COP) 필름, 사이클로올레핀 공중합체(COC) 필름, 및 아크릴 필름 등을 들 수 있다.
또한 기판으로서 필름을 사용하는 경우, 필름이 흡수(吸水)함으로써, 표시 패널에 주름이 생기는 등 형상 변화가 일어날 우려가 있다. 그러므로, 기판에는 흡수율이 낮은 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 흡수율이 1% 이하의 필름을 사용하는 것이 바람직하고, 0.1% 이하의 필름을 사용하는 것이 더 바람직하고, 0.01% 이하의 필름을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
접착층으로서는 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 혐기형 접착제 등 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 이들 접착제로서는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘(silicone) 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히 에폭시 수지 등 투습성이 낮은 재료가 바람직하다. 또한 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
접속층(242)으로서는 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
트랜지스터의 게이트, 소스, 및 드레인 외에, 표시 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 도전층에 사용할 수 있는 재료로서는 알루미늄, 타이타늄, 크로뮴, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 몰리브데넘, 은, 탄탈럼, 및 텅스텐 등의 금속, 그리고 상기 금속을 주성분으로 하는 합금 등을 들 수 있다. 이들 재료를 포함한 막을 단층으로 또는 적층 구조로 사용할 수 있다.
또한 투광성을 가지는 도전성 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함하는 산화 아연 등의 도전성 산화물, 또는 그래핀을 사용할 수 있다. 또는 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 및 타이타늄 등의 금속 재료, 혹은 상기 금속 재료가 포함되는 합금 재료를 사용할 수 있다. 또는 상기 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화 타이타늄) 등을 사용하여도 좋다. 또한 금속 재료 또는 합금 재료(또는 이들의 질화물)를 사용하는 경우에는, 투광성을 가질 정도로 얇게 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 재료의 적층막을 도전층으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 은과 마그네슘의 합금과 인듐 주석 산화물의 적층막 등을 사용하면, 도전성을 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 이들은 표시 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 도전층, 및 발광 디바이스가 가지는 도전층(화소 전극 또는 공통 전극으로서 기능하는 도전층)에도 사용할 수 있다.
각 절연층에 사용할 수 있는 절연 재료로서는 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 수지, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료가 있다.
[발광 장치(400B)]
도 20의 (A)에 발광 장치(400B)의 단면도를 도시하였다. 발광 장치(400B)의 사시도는 발광 장치(400A)(도 18 참조)와 마찬가지이다. 도 20의 (A)에는 발광 장치(400B)에서 FPC(472)를 포함하는 영역의 일부, 회로(464)의 일부, 및 표시부(462)의 일부를 각각 절단한 경우의 단면의 일례를 나타내었다. 도 20의 (A)에서는, 표시부(462) 중 특히 녹색의 광을 발하는 발광 디바이스(430b)와 청색의 광을 발하는 발광 디바이스(430c)를 포함하는 영역을 절단한 경우의 단면의 일례를 나타내었다. 또한 발광 장치(400A)와 같은 부분에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 20의 (A)에 나타낸 발광 장치(400B)는 기판(453)과 기판(454) 사이에 트랜지스터(202), 트랜지스터(210), 발광 디바이스(430b), 및 발광 디바이스(430c) 등을 가진다.
기판(454)과 보호층(416)은 접착층(442)을 개재하여 접착되어 있다. 접착층(442)은 발광 디바이스(430b) 및 발광 디바이스(430c)와 각각 중첩되어 제공되어 있고, 발광 장치(400B)에는 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다.
기판(453)과 절연층(212)은 접착층(455)에 의하여 접합되어 있다.
발광 장치(400B)의 제작 방법으로서는, 우선 절연층(212), 각 트랜지스터, 각 발광 디바이스 등이 제공된 제작 기판과, 차광층(417)이 제공된 기판(454)을 접착층(442)에 의하여 접합한다. 그리고, 제작 기판을 박리하여 노출된 면에 기판(453)을 접합함으로써, 제작 기판 위에 형성된 각 구성 요소를 기판(453)으로 전치한다. 기판(453) 및 기판(454)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 장치(400B)의 가요성을 높일 수 있다.
절연층(212)에는 각각 절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)에 사용할 수 있는 무기 절연막을 사용할 수 있다.
화소 전극은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(210)가 가지는 도전층(222b)과 접속되어 있다. 도전층(222b)은 절연층(215) 및 절연층(225)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)과 접속된다. 트랜지스터(210)는 발광 디바이스의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
화소 전극의 단부는 절연층(421)으로 덮여 있다.
발광 디바이스(430b, 430c)가 발하는 광은 기판(454) 측으로 사출된다. 기판(454)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
기판(453)에서 기판(454)이 중첩되지 않은 영역에는 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는 배선(465)이 도전층(466) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(472)에 전기적으로 접속되어 있다. 도전층(466)은 화소 전극과 동일한 도전막을 가공하여 얻을 수 있다. 이로써, 접속부(204)와 FPC(472)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속시킬 수 있다.
트랜지스터(202) 및 트랜지스터(210)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 채널 형성 영역(231i) 및 한 쌍의 저저항 영역(231n)을 가지는 반도체층, 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽에 접속되는 도전층(222a), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽에 접속되는 도전층(222b), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(225), 게이트로서 기능하는 도전층(223), 그리고 도전층(223)을 덮는 절연층(215)을 가진다. 절연층(211)은 도전층(221)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 절연층(225)은 도전층(223)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다.
도전층(222a) 및 도전층(222b)의 각각은 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)에 접속된다. 도전층(222a) 및 도전층(222b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
도 20의 (A)에는 절연층(225)이 반도체층의 상면 및 측면을 덮는 예를 나타내었다. 도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)에 접속된다.
한편, 도 20의 (B)에 나타낸 트랜지스터(209)에서는, 절연층(225)은 반도체층(231)의 채널 형성 영역(231i)과 중첩되고, 저저항 영역(231n)과는 중첩되지 않는다. 예를 들어, 도전층(223)을 마스크로서 사용하여 절연층(225)을 가공함으로써, 도 20의 (B)에 나타낸 구조를 제작할 수 있다. 도 20의 (B)에서는, 절연층(225) 및 도전층(223)을 덮어 절연층(215)이 제공되고, 절연층(215)의 개구를 통하여 도전층(222a) 및 도전층(222b)이 각각 저저항 영역(231n)에 접속되어 있다. 또한 트랜지스터를 덮는 절연층(218)을 제공하여도 좋다.
본 실시형태에서 예시한 구성예 및 이들에 대응하는 도면 등은 적어도 그 일부를 다른 구성예 또는 도면 등과 적절히 조합할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 상기와 상이한 표시 장치의 구성예에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 표시 장치는 고정세한 표시 장치로 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 표시 장치는 예를 들어 손목시계형, 팔찌형 등의 정보 단말기(웨어러블 기기), 그리고 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기, 안경형 AR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
[표시 모듈]
도 21의 (A)에 표시 모듈(280)의 사시도를 나타내었다. 표시 모듈(280)은 발광 장치(400C)와 FPC(290)를 가진다. 또한 표시 모듈(280)이 가지는 표시 장치는 발광 장치(400C)에 한정되지 않고, 후술하는 발광 장치(400D) 또는 발광 장치(400E)이어도 좋다.
표시 모듈(280)은 기판(291) 및 기판(292)을 가진다. 표시 모듈(280)은 표시부(281)를 가진다. 표시부(281)는 표시 모듈(280)에서의 화상을 표시하는 영역이고, 후술하는 화소부(284)에 제공되는 각 화소로부터의 광을 시인할 수 있는 영역이다.
도 21의 (B)에 기판(291) 측의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도를 나타내었다. 기판(291) 위에는 회로부(282)와, 회로부(282) 위의 화소 회로부(283)와, 화소 회로부(283) 위의 화소부(284)가 적층되어 있다. 또한 기판(291) 위에서 화소부(284)와 중첩되지 않은 부분에 FPC(290)와 접속하기 위한 단자부(285)가 제공되어 있다. 단자부(285)와 회로부(282)는 복수의 배선으로 구성되는 배선부(286)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다.
화소부(284)는 주기적으로 배열된 복수의 화소(284a)를 가진다. 도 21의 (B)의 오른쪽에 하나의 화소(284a)의 확대도를 나타내었다. 화소(284a)는 발광색이 서로 상이한 발광 디바이스(430a, 430b, 430c)를 가진다. 복수의 발광 디바이스는 도 21의 (B)에 나타낸 바와 같이 스트라이프 배열로 배치하여도 좋다. 스트라이프 배열은 고밀도로 화소 회로를 배열할 수 있기 때문에 고정세한 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 델타 배열, 펜타일 배열 등 다양한 배열 방법을 적용할 수 있다.
화소 회로부(283)는 주기적으로 배열된 복수의 화소 회로(283a)를 가진다.
하나의 화소 회로(283a)는 하나의 화소(284a)가 가지는 3개의 발광 디바이스의 발광을 제어하는 회로이다. 하나의 화소 회로(283a)는 하나의 발광 디바이스의 발광을 제어하는 회로가 3개 제공되는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 화소 회로(283a)는 하나의 발광 디바이스마다 하나의 선택 트랜지스터와, 하나의 전류 제어용 트랜지스터(구동 트랜지스터)와, 용량 소자를 적어도 가지는 구성으로 할 수 있다. 이때 선택 트랜지스터의 게이트에는 게이트 신호가 입력되고, 소스 및 드레인 중 한쪽에는 소스 신호가 입력된다. 이로써 액티브 매트릭스형 표시 장치가 실현되어 있다.
회로부(282)는 화소 회로부(283)의 각 화소 회로(283a)를 구동하는 회로를 가진다. 예를 들어 게이트선 구동 회로 및 소스선 구동 회로 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다. 이 이외에, 연산 회로, 메모리 회로, 및 전원 회로 등 중 적어도 하나를 가져도 좋다.
FPC(290)는 외부로부터 회로부(282)에 비디오 신호 또는 전원 전위 등을 공급하기 위한 배선으로서 기능한다. 또한 FPC(290) 위에 IC가 실장되어 있어도 좋다.
표시 모듈(280)은 화소부(284)의 아래쪽에 화소 회로부(283) 및 회로부(282) 중 한쪽 또는 양쪽이 중첩되어 제공된 구성으로 할 수 있기 때문에, 표시부(281)의 개구율(유효 표시 면적비)을 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 표시부(281)의 개구율은 40% 이상 100% 미만, 바람직하게는 50% 이상 95% 이하, 더 바람직하게는 60% 이상 95% 이하로 할 수 있다. 또한 화소(284a)를 매우 높은 밀도로 배치할 수 있고, 표시부(281)의 정세도를 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 표시부(281)에는 2000ppi 이상, 바람직하게는 3000ppi 이상, 더 바람직하게는 5000ppi 이상, 더욱 바람직하게는 6000ppi 이상이고, 20000ppi 이하 또는 30000ppi 이하의 정세도로 화소(284a)가 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 표시 모듈(280)은 매우 고정세하기 때문에, 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기, 또는 안경형 AR용 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 렌즈를 통하여 표시 모듈(280)의 표시부를 시인하는 구성이어도, 표시 모듈(280)은 매우 고정세한 표시부(281)를 가지기 때문에, 렌즈로 표시부가 확대되어도 화소가 시인되지 않고, 몰입감이 높은 표시를 수행할 수 있다. 또한 표시 모듈(280)은 이에 한정되지 않고, 비교적 소형의 표시부를 가지는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 손목시계 등 장착형 전자 기기의 표시부에 적합하게 사용할 수 있다.
[발광 장치(400C)]
도 22에 나타낸 발광 장치(400C)는 기판(301), 발광 디바이스(430a, 430b, 430c), 용량 소자(240), 및 트랜지스터(310)를 가진다.
기판(301)은 도 21의 (A) 및 (B)에서의 기판(291)에 상당한다.
트랜지스터(310)는 기판(301)에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터이다. 기판(301)으로서는 예를 들어 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다. 트랜지스터(310)는 기판(301)의 일부, 도전층(311), 저저항 영역(312), 절연층(313), 및 절연층(314)을 가진다. 도전층(311)은 게이트 전극으로서 기능한다. 절연층(313)은 기판(301)과 도전층(311) 사이에 위치하고, 게이트 절연층으로서 기능한다. 저저항 영역(312)은 기판(301)에 불순물이 도핑된 영역이고, 소스 및 드레인 중 한쪽으로서 기능한다. 절연층(314)은 도전층(311)의 측면을 덮어 제공되고, 절연층으로서 기능한다.
또한 인접한 2개의 트랜지스터(310) 사이에, 기판(301)에 매립되도록 소자 분리층(315)이 제공되어 있다.
또한 트랜지스터(310)를 덮어 절연층(261)이 제공되고, 절연층(261) 위에 용량 소자(240)가 제공되어 있다.
용량 소자(240)는 도전층(241)과, 도전층(245)과, 이들 사이에 위치하는 절연층(243)을 가진다. 도전층(241)은 용량 소자(240)의 한쪽 전극으로서 기능하고, 도전층(245)은 용량 소자(240)의 다른 쪽 전극으로서 기능하고, 절연층(243)은 용량 소자(240)의 유전체로서 기능한다.
도전층(241)은 절연층(261) 위에 제공되고, 절연층(254)에 매립되어 있다. 도전층(241)은 절연층(261)에 매립된 플러그(271)에 의하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(243)은 도전층(241)을 덮어 제공된다. 도전층(245)은 절연층(243)을 개재하여 도전층(241)과 중첩되는 영역에 제공되어 있다.
용량 소자(240)를 덮어 절연층(255)이 제공되고, 절연층(255) 위에 발광 디바이스(430a, 430b, 430c) 등이 제공되어 있다. 발광 디바이스(430a, 430b, 430c) 위에는 보호층(416)이 제공되어 있고, 보호층(416)의 상면에는 수지층(419)에 의하여 기판(420)이 접합되어 있다.
발광 디바이스의 화소 전극은 절연층(255)에 매립된 플러그(256), 절연층(254)에 매립된 도전층(241), 및 절연층(261)에 매립된 플러그(271)에 의하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다.
[발광 장치(400D)]
도 23에 나타낸 발광 장치(400D)는 트랜지스터의 구성이 상이하다는 점에서 발광 장치(400C)와 주로 상이하다. 또한 발광 장치(400C)와 같은 부분에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
트랜지스터(320)는 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)이 적용된 트랜지스터이다.
트랜지스터(320)는 반도체층(321), 절연층(323), 도전층(324), 한 쌍의 도전층(325), 절연층(326), 및 도전층(327)을 가진다.
기판(331)은 도 21의 (A) 및 (B)에서의 기판(291)에 상당한다. 기판(331)으로부터 절연층(255)까지의 적층 구조가 실시형태 1에서의 트랜지스터를 포함하는 층(401)에 상당한다. 기판(331)으로서는 절연성 기판 또는 반도체 기판을 사용할 수 있다.
기판(331) 위에 절연층(332)이 제공되어 있다. 절연층(332)은 기판(331)으로부터 트랜지스터(320)로 물 또는 수소 등의 불순물이 확산되는 것, 및 반도체층(321)으로부터 절연층(332) 측으로 산소가 이탈되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능한다. 절연층(332)으로서는 예를 들어 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 질화 실리콘막 등 산화 실리콘막보다 수소 또는 산소가 확산되기 어려운 막을 사용할 수 있다.
절연층(332) 위에 도전층(327)이 제공되고, 도전층(327)을 덮어 절연층(326)이 제공되어 있다. 도전층(327)은 트랜지스터(320)의 제 1 게이트 전극으로서 기능하고, 절연층(326)의 일부는 제 1 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(326)의 적어도 반도체층(321)과 접하는 부분에는 산화 실리콘막 등 산화물 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 절연층(326)의 상면은 평탄화되어 있는 것이 바람직하다.
반도체층(321)은 절연층(326) 위에 제공된다. 반도체층(321)은 반도체 특성을 가지는 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)막을 가지는 것이 바람직하다. 반도체층(321)에 적합하게 사용할 수 있는 재료의 자세한 사항에 대해서는 후술한다.
한 쌍의 도전층(325)은 반도체층(321) 위에 접하여 제공되고, 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능한다.
또한 한 쌍의 도전층(325)의 상면 및 측면, 그리고 반도체층(321)의 측면 등을 덮어 절연층(328)이 제공되고, 절연층(328) 위에 절연층(264)이 제공되어 있다. 절연층(328)은 절연층(264) 등으로부터 반도체층(321)으로 물 또는 수소 등의 불순물이 확산되는 것, 및 반도체층(321)으로부터 산소가 이탈되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능한다. 절연층(328)으로서는 상기 절연층(332)과 같은 절연막을 사용할 수 있다.
절연층(328) 및 절연층(264)에는 반도체층(321)에 도달하는 개구가 제공되어 있다. 상기 개구의 내부에 있어서, 절연층(264), 절연층(328), 및 도전층(325)의 측면, 그리고 반도체층(321)의 상면에 접하는 절연층(323)과, 도전층(324)이 매립되어 있다. 도전층(324)은 제 2 게이트 전극으로서 기능하고, 절연층(323)은 제 2 게이트 절연층으로서 기능한다.
도전층(324)의 상면, 절연층(323)의 상면, 및 절연층(264)의 상면은 각각 높이가 실질적으로 일치하도록 평탄화 처리가 실시되고, 이들을 덮어 절연층(329) 및 절연층(265)이 제공되어 있다.
절연층(264) 및 절연층(265)은 층간 절연층으로서 기능한다. 절연층(329)은 절연층(265) 등으로부터 트랜지스터(320)로 물 또는 수소 등의 불순물이 확산되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능한다. 절연층(329)으로서는 상기 절연층(328) 및 절연층(332)과 같은 절연막을 사용할 수 있다.
한 쌍의 도전층(325) 중 한쪽에 전기적으로 접속되는 플러그(274)는 절연층(265), 절연층(329), 및 절연층(264)에 매립되도록 제공되어 있다. 여기서, 플러그(274)는 절연층(265), 절연층(329), 절연층(264), 및 절연층(328) 각각의 개구의 측면 및 도전층(325)의 상면의 일부를 덮는 도전층(274a)과, 도전층(274a)의 상면에 접하는 도전층(274b)을 가지는 것이 바람직하다. 이때, 도전층(274a)으로서 수소 및 산소가 확산되기 어려운 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
발광 장치(400D)에서의 절연층(254)으로부터 기판(420)까지의 구성은 발광 장치(400C)와 마찬가지이다.
[발광 장치(400E)]
도 24에 나타낸 발광 장치(400E)는 기판(301)에 채널이 형성되는 트랜지스터(310)와, 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물을 포함하는 트랜지스터(320)가 적층된 구성을 가진다. 또한 발광 장치(400C, 400D)와 같은 부분에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
트랜지스터(310)를 덮어 절연층(261)이 제공되고, 절연층(261) 위에 도전층(251)이 제공되어 있다. 또한 도전층(251)을 덮어 절연층(262)이 제공되고, 절연층(262) 위에 도전층(252)이 제공되어 있다. 도전층(251) 및 도전층(252)은 각각 배선으로서 기능한다. 또한 도전층(252)을 덮어 절연층(263) 및 절연층(332)이 제공되고, 절연층(332) 위에 트랜지스터(320)가 제공되어 있다. 또한 트랜지스터(320)를 덮어 절연층(265)이 제공되고, 절연층(265) 위에 용량 소자(240)가 제공되어 있다. 용량 소자(240)와 트랜지스터(320)는 플러그(274)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다.
트랜지스터(320)는 화소 회로를 구성하는 트랜지스터로서 사용될 수 있다. 또한 트랜지스터(310)는 화소 회로를 구성하는 트랜지스터 또는 상기 화소 회로를 구동하기 위한 구동 회로(게이트선 구동 회로, 소스선 구동 회로)를 구성하는 트랜지스터로서 사용될 수 있다. 또한 트랜지스터(310) 및 트랜지스터(320)는 연산 회로 또는 기억 회로 등의 각종 회로를 구성하는 트랜지스터로서 사용될 수 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 발광 디바이스의 직하에 화소 회로뿐만 아니라 구동 회로 등을 형성할 수 있기 때문에, 표시 영역의 주변에 구동 회로를 제공하는 경우에 비하여, 표시 장치를 소형화할 수 있게 된다.
본 실시형태에서 예시한 구성예 및 이들에 대응하는 도면 등은, 적어도 그 일부를 다른 구성예 또는 도면 등과 적절히 조합할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 고정세한 표시 장치에 대하여 설명한다.
[화소 회로의 구성예]
이하에서는, 고정세한 표시 장치에 적합한 화소 및 이의 배열 방법의 예에 대하여 설명한다.
도 25에 화소 유닛(70)의 회로도의 예를 나타내었다. 화소 유닛(70)은 2개의 화소(화소(70a) 및 화소(70b))로 구성된다. 또한 화소 유닛(70)에는 배선(51a), 배선(51b), 배선(52a), 배선(52b), 배선(52c), 배선(52d), 배선(53a), 배선(53b), 배선(53c) 등이 접속되어 있다.
화소(70a)는 부화소(71a), 부화소(72a), 및 부화소(73a)를 가진다. 화소(70b)는 부화소(71b), 부화소(72b), 및 부화소(73b)를 가진다. 부화소(71a), 부화소(72a), 및 부화소(73a)는 각각 화소 회로(41a), 화소 회로(42a), 및 화소 회로(43a)를 가진다. 또한 부화소(71b), 부화소(72b), 및 부화소(73b)는 각각 화소 회로(41b), 화소 회로(42b), 및 화소 회로(43b)를 가진다.
각 부화소는 화소 회로와 표시 소자(60)를 가진다. 예를 들어, 부화소(71a)는 화소 회로(41a)와 표시 소자(60)를 가진다. 여기서는, 표시 소자(60)로서 유기 EL 소자 등의 발광 디바이스를 사용한 경우를 나타낸다.
배선(51a) 및 배선(51b)은 각각 게이트선으로서의 기능을 가진다. 배선(52a), 배선(52b), 배선(52c), 및 배선(52d)은 각각 신호선(데이터선이라고도 함)으로서의 기능을 가진다. 또한 배선(53a), 배선(53b), 및 배선(53c)은 표시 소자(60)에 전위를 공급하는 기능을 가진다.
화소 회로(41a)는 배선(51a), 배선(52a), 및 배선(53a)에 전기적으로 접속되어 있다. 화소 회로(42a)는 배선(51b), 배선(52d), 및 배선(53a)에 전기적으로 접속되어 있다. 화소 회로(43a)는 배선(51a), 배선(52b), 및 배선(53b)에 전기적으로 접속되어 있다. 화소 회로(41b)는 배선(51b), 배선(52a), 및 배선(53b)에 전기적으로 접속되어 있다. 화소 회로(42b)는 배선(51a), 배선(52c), 및 배선(53c)에 전기적으로 접속되어 있다. 화소 회로(43b)는 배선(51b), 배선(52b), 및 배선(53c)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 25에 나타낸 바와 같이 하나의 화소에 2개의 게이트선이 접속되는 구성으로 함으로써, 반대로 소스선의 개수를 스트라이프 배치와 비교하여 절반으로 할 수 있다. 이로써, 소스 구동 회로로서 사용하는 IC의 단자 개수를 절반으로 줄일 수 있기 때문에 부품 점수를 삭감할 수 있다.
또한 신호선으로서 기능하는 하나의 배선에는 같은 색에 대응한 화소 회로를 접속하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 화소 간의 휘도의 편차를 보정하기 위하여 전위가 조정된 신호를 상기 배선에 공급하는 경우, 보정값은 색마다 크게 달라지는 경우가 있다. 그러므로 하나의 신호선에 접속되는 화소 회로를, 모두 같은 색에 대응한 화소 회로로 함으로써, 용이하게 보정할 수 있다.
또한 각 화소 회로는 트랜지스터(61)와, 트랜지스터(62)와, 용량 소자(63)를 가진다. 예를 들어 화소 회로(41a)에서 트랜지스터(61)는 게이트가 배선(51a)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(52a)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 트랜지스터(62)의 게이트 및 용량 소자(63)의 한쪽 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(62)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 표시 소자(60)의 한쪽 전극에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(63)의 다른 쪽 전극 및 배선(53a)에 전기적으로 접속되어 있다. 표시 소자(60)의 다른 쪽 전극은 전위(V1)가 공급되는 배선에 전기적으로 접속되어 있다.
또한 다른 화소 회로에 대해서는, 도 25에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(61)의 게이트가 접속되는 배선, 트랜지스터(61)의 소스 및 드레인 중 한쪽이 접속되는 배선, 및 용량 소자(63)의 다른 쪽 전극이 접속되는 배선이 상이하다는 점 외에는 화소 회로(41a)와 같은 구성을 가진다.
도 25에서 트랜지스터(61)는 선택 트랜지스터로서의 기능을 가진다. 또한 트랜지스터(62)는 표시 소자(60)와 직렬 접속되고, 표시 소자(60)에 흐르는 전류를 제어하는 기능을 가진다. 용량 소자(63)는 트랜지스터(62)의 게이트가 접속되는 노드의 전위를 유지하는 기능을 가진다. 또한 트랜지스터(61)의 오프 상태에서의 누설 전류, 트랜지스터(62)의 게이트를 통한 누설 전류 등이 매우 작은 경우에는 용량 소자(63)를 의도적으로 제공하지 않아도 된다.
여기서, 도 25에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(62)는 각각 전기적으로 접속된 제 1 게이트와 제 2 게이트를 가지는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 2개의 게이트를 가지는 구성으로 함으로써, 트랜지스터(62)가 흐르게 할 수 있는 전류를 증대시킬 수 있다. 특히 고정세한 표시 장치에서는 트랜지스터(62)의 크기, 특히 채널 폭을 크게 하지 않아도 상기 전류를 증대시킬 수 있어 바람직하다.
또한 트랜지스터(62)가 하나의 게이트를 가지는 구성으로 하여도 좋다. 이와 같은 구성으로 함으로써 제 2 게이트를 형성하는 공정이 불필요하게 되므로 상기와 비교하여 공정을 간략화할 수 있다. 또한 트랜지스터(61)가 2개의 게이트를 가지는 구성으로 하여도 좋다. 이와 같은 구성으로 함으로써 어느 트랜지스터도 크기를 작게 할 수 있다. 또한 각 트랜지스터의 제 1 게이트와 제 2 게이트가 각각 전기적으로 접속되는 구성으로 할 수 있다. 또는 한쪽의 게이트가 다른 배선에 전기적으로 접속되는 구성으로 하여도 좋다. 그 경우, 상기 배선에 공급하는 전위를 다르게 함으로써 트랜지스터의 문턱 전압을 제어할 수 있다.
또한 표시 소자(60)의 한 쌍의 전극 중 트랜지스터(62)에 전기적으로 접속되는 전극이 화소 전극에 상당한다. 여기서, 도 25에서는 표시 소자(60)의 트랜지스터(62)에 전기적으로 접속되는 전극을 음극으로 하고, 반대 측의 전극을 양극으로 한 구성을 나타내었다. 이와 같은 구성은 트랜지스터(62)가 n채널형 트랜지스터인 경우에 특히 효과적이다. 즉 트랜지스터(62)가 온 상태일 때, 배선(53a)에 의하여 인가되는 전위가 소스 전위가 되기 때문에, 표시 소자(60)의 저항의 편차 또는 변동과 상관없이 트랜지스터(62)를 흐르는 전류를 일정하게 할 수 있다. 또한 화소 회로가 가지는 트랜지스터로서 p채널형 트랜지스터를 사용하여도 좋다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는, 위 실시형태에서 설명한 OS 트랜지스터에 사용할 수 있는 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)에 대하여 설명한다.
금속 산화물은 적어도 인듐 또는 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 인듐 및 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 이들에 더하여 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석 등이 포함되는 것이 바람직하다. 또한 붕소, 실리콘, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 마그네슘, 및 코발트 등 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류가 포함되어도 좋다.
또한 금속 산화물은 스퍼터링법, 유기 금속 화학 기상 성장(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등의 화학 기상 성장(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 또는 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법 등에 의하여 형성할 수 있다.
<결정 구조의 분류>
산화물 반도체의 결정 구조로서는 비정질(completely amorphous를 포함함), CAAC(c-axis-aligned crystalline), nc(nanocrystalline), CAC(cloud-aligned composite), 단결정(single crystal), 및 다결정(poly crystal) 등을 들 수 있다.
또한 막 또는 기판의 결정 구조는 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 예를 들어 GIXD(Grazing-Incidence XRD) 측정에서 얻어지는 XRD 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 또한 GIXD법은 박막법 또는 Seemann-Bohlin법이라고도 한다.
예를 들어 석영 유리 기판에서는 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 거의 좌우 대칭이다. 한편, 결정 구조를 가지는 IGZO막에서는 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭이다. XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭이라는 것은, 막 내 또는 기판 내의 결정의 존재를 명시한다. 환언하면, XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 대칭이 아니면, 막 또는 기판은 비정질 상태라고 할 수 없다.
또한 막 또는 기판의 결정 구조는 나노빔 전자선 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(나노빔 전자선 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. 예를 들어, 석영 유리 기판의 회절 패턴에서는 헤일로가 관찰되고, 석영 유리는 비정질 상태인 것을 확인할 수 있다. 또한 실온 성막한 IGZO막의 회절 패턴에서는 헤일로가 아니라 스폿상 패턴이 관찰된다. 그러므로 실온에서 성막한 IGZO막은 결정 상태도 비정질 상태도 아닌 중간 상태이고, 비정질 상태라고 결론을 내릴 수 없는 것으로 추정된다.
<<산화물 반도체의 구조>>
또한 산화물 반도체는 구조에 주목한 경우, 상기와 상이한 분류가 되는 경우가 있다. 예를 들어 산화물 반도체는 단결정 산화물 반도체와, 그 외의 비단결정 산화물 반도체로 분류된다. 비단결정 산화물 반도체로서는, 예를 들어 상술한 CAAC-OS 및 nc-OS가 있다. 또한 비단결정 산화물 반도체에는 다결정 산화물 반도체, a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor), 비정질 산화물 반도체 등이 포함된다.
여기서, 상술한 CAAC-OS, nc-OS, 및 a-like OS에 대하여 자세히 설명한다.
[CAAC-OS]
CAAC-OS는 복수의 결정 영역을 가지고, 상기 복수의 결정 영역은 c축이 특정 방향으로 배향되는 산화물 반도체이다. 또한 특정 방향이란, CAAC-OS막의 두께 방향, CAAC-OS막의 피형성면의 법선 방향, 또는 CAAC-OS막의 표면의 법선 방향을 말한다. 또한 결정 영역이란, 원자 배열에 주기성을 가지는 영역을 말한다. 또한 원자 배열을 격자 배열로 간주하면, 결정 영역은 격자 배열이 정렬된 영역이기도 하다. 또한 CAAC-OS는 a-b면 방향에서 복수의 결정 영역이 연결되는 영역을 가지고, 상기 영역은 변형을 가지는 경우가 있다. 또한 변형이란, 복수의 결정 영역이 연결되는 영역에서, 격자 배열이 정렬된 영역과, 격자 배열이 정렬된 다른 영역 사이에서 격자 배열의 방향이 변화되는 부분을 가리킨다. 즉, CAAC-OS는 c축 배향을 가지고, a-b면 방향으로는 명확한 배향을 가지지 않는 산화물 반도체이다.
또한 상기 복수의 결정 영역의 각각은, 하나 또는 복수의 미소한 결정(최대 직경이 10nm 미만인 결정)으로 구성된다. 결정 영역이 하나의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 최대 직경은 10nm 미만이 된다. 또한 결정 영역이 다수의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 크기는 수십nm 정도가 되는 경우가 있다.
또한 In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석, 및 타이타늄 등 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)에서, CAAC-OS는 인듐(In) 및 산소를 포함하는 층(이하 In층)과, 원소 M, 아연(Zn), 및 산소를 포함하는 층(이하 (M,Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 가지는 경향이 있다. 또한 인듐과 원소 M은 서로 치환할 수 있다. 따라서 (M,Zn)층에는 인듐이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 원소 M이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 Zn이 포함되는 경우도 있다. 상기 층상 구조는 예를 들어 고분해능 TEM(Transmission Electron Microscope)상에 있어서 격자상으로 관찰된다.
예를 들어 XRD 장치를 사용하여 CAAC-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는 c축 배향을 나타내는 피크가 2θ=31° 또는 그 근방에서 검출된다. 또한 c축 배향을 나타내는 피크의 위치(2θ의 값)는 CAAC-OS를 구성하는 금속 원소의 종류, 조성 등에 따라 변동되는 경우가 있다.
또한 예를 들어 CAAC-OS막의 전자선 회절 패턴에서 복수의 휘점(스폿)이 관측된다. 또한 어떤 스폿과 다른 스폿은 시료를 투과한 입사 전자선의 스폿(다이렉트 스폿이라고도 함)을 대칭 중심으로 점대칭의 위치에서 관측된다.
상기 특정 방향에서 결정 영역을 관찰한 경우, 상기 결정 영역 내의 격자 배열은 기본적으로 육방 격자이지만, 단위 격자는 정육각형에 한정되지 않고, 비정육각형인 경우가 있다. 또한 오각형, 칠각형 등의 격자 배열이 상기 변형에 포함되는 경우가 있다. 또한 CAAC-OS에서 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리)를 확인할 수는 없다. 즉, 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되는 것을 알 수 있다. 이는, CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않거나, 금속 원자가 치환됨으로써 원자 사이의 결합 거리가 변화되는 것 등에 의하여 변형을 허용할 수 있기 때문이라고 생각된다.
또한 명확한 결정립계가 확인되는 결정 구조는 소위 다결정(polycrystal)이다. 결정립계는 재결합 중심이 되고, 캐리어가 포획되어 트랜지스터의 온 전류의 저하, 전계 효과 이동도의 저하 등을 일으킬 가능성이 높다. 따라서 명확한 결정립계가 확인되지 않는 CAAC-OS는 트랜지스터의 반도체층에 적합한 결정 구조를 가지는 결정성의 산화물의 하나이다. 또한 CAAC-OS를 구성하기 위해서는, Zn을 포함하는 구성이 바람직하다. 예를 들어 In-Zn 산화물 및 In-Ga-Zn 산화물은 In 산화물보다 결정립계의 발생을 억제할 수 있기 때문에 적합하다.
CAAC-OS는 결정성이 높고, 명확한 결정립계가 확인되지 않는 산화물 반도체이다. 따라서 CAAC-OS는 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한 산화물 반도체의 결정성은 불순물의 혼입, 결함의 생성 등으로 인하여 저하하는 경우가 있기 때문에, CAAC-OS는 불순물 및 결함(산소 결손 등)이 적은 산화물 반도체라고도 할 수 있다. 따라서 CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 물리적 성질이 안정된다. 그러므로 CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 열에 강하고 신뢰성이 높다. 또한 CAAC-OS는 제조 공정에서의 높은 온도(소위 thermal budget)에 대해서도 안정적이다. 따라서, OS 트랜지스터에 CAAC-OS를 사용하면 제조 공정의 자유도를 높일 수 있게 된다.
[nc-OS]
nc-OS는 미소한 영역(예를 들어, 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에서 원자 배열에 주기성을 가진다. 환언하면, nc-OS는 미소한 결정을 가진다. 또한 상기 미소한 결정은 크기가 예를 들어 1nm 이상 10nm 이하, 특히 1nm 이상 3nm 이하이기 때문에 나노 결정이라고도 한다. 또한 nc-OS에서는 상이한 나노 결정 간에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서, nc-OS는 분석 방법에 따라서는 a-like OS 또는 비정질 산화물 반도체와 구별이 되지 않는 경우가 있다. 예를 들어 XRD 장치를 사용하여 nc-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는 결정성을 나타내는 피크가 검출되지 않는다. 또한 nc-OS막에 대하여 나노 결정보다 큰 프로브 직경(예를 들어 50nm 이상)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(제한 시야 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 헤일로 패턴과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편, nc-OS막에 대하여 나노 결정의 크기와 가깝거나 나노 결정보다 작은 프로브 직경(예를 들어 1nm 이상 30nm 이하)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(나노빔 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 다이렉트 스폿을 중심으로 하는 링 형상의 영역 내에 복수의 스폿이 관측되는 전자선 회절 패턴이 취득되는 경우가 있다.
[a-like OS]
a-like OS는 nc-OS와 비정질 산화물 반도체의 중간의 구조를 가지는 산화물 반도체이다. a-like OS는 공동(void) 또는 저밀도 영역을 가진다. 즉, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 결정성이 낮다. 또한 a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 막 내의 수소 농도가 높다.
<<산화물 반도체의 구성>>
다음으로, 상술한 CAC-OS에 대하여 자세히 설명한다. 또한 CAC-OS는 재료 구성에 관한 것이다.
[CAC-OS]
CAC-OS란, 예를 들어 금속 산화물을 구성하는 원소가 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 편재된 재료의 한 구성이다. 또한 이하에서는 금속 산화물에서 하나 또는 복수의 금속 원소가 편재되고, 상기 금속 원소를 포함하는 영역이 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 혼합된 상태를 모자이크 패턴 또는 패치 패턴이라고도 한다.
또한 CAC-OS란, 재료가 제 1 영역과 제 2 영역으로 분리하여 모자이크 패턴을 형성하고, 상기 제 1 영역이 막 내에 분포된 구성(이하, 클라우드상이라고도 함)이다. 즉, CAC-OS는 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 혼합된 구성을 가지는 복합 금속 산화물이다.
여기서, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS를 구성하는 금속 원소에 대한 In, Ga, 및 Zn의 원자수비를 각각 [In], [Ga], 및 [Zn]으로 표기한다. 예를 들어, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서, 제 1 영역은 [In]이 CAC-OS막의 조성에서의 [In]보다 큰 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]가 CAC-OS막의 조성에서의 [Ga]보다 큰 영역이다. 또는 예를 들어 제 1 영역은 [In]이 제 2 영역에서의 [In]보다 크며, [Ga]가 제 2 영역에서의 [Ga]보다 작은 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]가 제 1 영역에서의 [Ga]보다 크며, [In]이 제 1 영역에서의 [In]보다 작은 영역이다.
구체적으로는, 상기 제 1 영역은 인듐 산화물, 인듐 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 또한 상기 제 2 영역은 갈륨 산화물, 갈륨 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 즉, 상기 제 1 영역을 In을 주성분으로 하는 영역이라고 환언할 수 있다. 또한 상기 제 2 영역을 Ga를 주성분으로 하는 영역이라고 환언할 수 있다.
또한 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 명확한 경계를 관찰할 수 없는 경우가 있다.
또한 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS란, In, Ga, Zn, 및 O를 포함하는 재료 구성에 있어서, 일부에 Ga를 주성분으로 하는 영역을 가지고, 일부에 In을 주성분으로 하는 영역을 가지고, 이들 영역이 각각 모자이크 패턴이며 랜덤으로 존재하는 구성을 말한다. 따라서 CAC-OS는 금속 원소가 불균일하게 분포된 구조를 가지는 것으로 추측된다.
CAC-OS는 예를 들어 기판을 가열하지 않는 조건에서 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 또한 CAC-OS를 스퍼터링법으로 형성하는 경우, 성막 가스로서 불활성 가스(대표적으로는 아르곤), 산소 가스, 및 질소 가스 중에서 선택된 어느 하나 또는 복수를 사용하면 좋다. 또한 성막 시의 성막 가스의 총유량에 대한 산소 가스의 유량비는 낮을수록 바람직하고, 예를 들어 성막 시의 성막 가스의 총유량에 대한 산소 가스의 유량비를 0% 이상 30% 미만, 바람직하게는 0% 이상 10% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서는 에너지 분산형 X선 분광법(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy)을 사용하여 취득한 EDX 매핑에 의하여, In을 주성분으로 하는 영역(제 1 영역)과, Ga를 주성분으로 하는 영역(제 2 영역)이 편재되고 혼합되는 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 제 1 영역은 제 2 영역에 비하여 도전성이 높은 영역이다. 즉, 제 1 영역을 캐리어가 흐름으로써 금속 산화물의 도전성이 발현된다. 따라서 제 1 영역이 금속 산화물 내에서 클라우드상으로 분포됨으로써 높은 전계 효과 이동도(μ)를 실현할 수 있다.
한편, 제 2 영역은 제 1 영역에 비하여 절연성이 높은 영역이다. 즉, 제 2 영역이 금속 산화물 내에 분포됨으로써 누설 전류를 억제할 수 있다.
따라서 CAC-OS를 트랜지스터에 사용하는 경우에는, 제 1 영역에 기인하는 도전성과 제 2 영역에 기인하는 절연성이 상보적으로 작용함으로써, 스위칭 기능(On/Off 기능)을 CAC-OS에 부여할 수 있다. 즉, CAC-OS는 재료의 일부에서는 도전성의 기능을 가지고, 재료의 일부에서는 절연성의 기능을 가지고, 재료의 전체에서는 반도체로서의 기능을 가진다. 도전성의 기능과 절연성의 기능을 분리함으로써 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다. 따라서, CAC-OS를 트랜지스터에 사용함으로써, 높은 온 전류(Ion), 높은 전계 효과 이동도(μ), 및 양호한 스위칭 동작을 실현할 수 있다.
또한 CAC-OS를 사용한 트랜지스터는 신뢰성이 높다. 따라서, CAC-OS는 표시 장치를 비롯한 다양한 반도체 장치에 최적이다.
산화물 반도체는 다양한 구조를 취하고, 각각이 상이한 특성을 가진다. 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체에는 비정질 산화물 반도체, 다결정 산화물 반도체, a-like OS, CAC-OS, nc-OS, 및 CAAC-OS 중 2종류 이상이 포함되어도 좋다.
<산화물 반도체를 가지는 트랜지스터>
이어서, 상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용함으로써 전계 효과 이동도가 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다. 또한 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
트랜지스터에는 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 산화물 반도체의 캐리어 농도는 1×1017cm-3 이하, 바람직하게는 1×1015cm-3 이하, 더 바람직하게는 1×1013cm-3 이하, 더욱 바람직하게는 1×1011cm-3 이하, 더욱더 바람직하게는 1×1010cm-3 미만이고, 1×10-9cm-3 이상이다. 또한 산화물 반도체막의 캐리어 농도를 낮추는 경우에는, 산화물 반도체막 내의 불순물 농도를 낮추고, 결함 준위 밀도를 낮추면 좋다. 본 명세서 등에서, 불순물 농도가 낮고 결함 준위 밀도가 낮은 것을 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성이라고 한다. 또한 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체라고 부르는 경우가 있다.
또한 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 결함 준위 밀도가 낮기 때문에 트랩 준위 밀도도 낮아지는 경우가 있다.
또한 산화물 반도체의 트랩 준위에 포획된 전하는, 소실되는 데 걸리는 시간이 길고, 마치 고정 전하처럼 작용하는 경우가 있다. 그러므로 트랩 준위 밀도가 높은 산화물 반도체에 채널 형성 영역이 형성되는 트랜지스터는 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다.
따라서 트랜지스터의 전기 특성을 안정적으로 하기 위해서는, 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하는 것이 유효하다. 또한 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하기 위해서는, 근접한 막 내의 불순물 농도도 저감하는 것이 바람직하다. 불순물로서는 수소, 질소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 철, 니켈, 실리콘 등이 있다.
<불순물>
여기서, 산화물 반도체 내에서의 각 불순물의 영향에 대하여 설명한다.
산화물 반도체에 14족 원소의 하나인 실리콘 또는 탄소가 포함되면 산화물 반도체에서 결함 준위가 형성된다. 그러므로, 산화물 반도체에서의 실리콘 또는 탄소의 농도와, 산화물 반도체의 계면 근방의 실리콘 또는 탄소의 농도(이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의하여 얻어지는 농도)를 2×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되면, 결함 준위를 형성하여 캐리어를 생성하는 경우가 있다. 따라서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로, SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도를 1×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1016atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 캐리어인 전자가 발생하고 캐리어 농도가 증가되어 n형화되기 쉽다. 그러므로 질소가 포함되는 산화물 반도체를 반도체에 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 또는 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 트랩 준위가 형성되는 경우가 있다. 이 결과, 트랜지스터의 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다. 그러므로 SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 질소 농도를 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 포함되는 수소는 금속 원자와 결합하는 산소와 반응하여 물이 되기 때문에 산소 결손을 형성하는 경우가 있다. 상기 산소 결손에 수소가 들어감으로써, 캐리어인 전자가 생성되는 경우가 있다. 또한 수소의 일부가 금속 원자와 결합하는 산소와 결합하여, 캐리어인 전자를 생성하는 경우가 있다. 따라서 수소가 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로 산화물 반도체 내의 수소는 가능한 한 저감되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화물 반도체에서 SIMS에 의하여 얻어지는 수소 농도를 1×1020atoms/cm3 미만, 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더욱 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 미만으로 한다.
불순물이 충분히 저감된 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용함으로써, 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 9)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 도 26 내지 도 29를 사용하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 가진다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 고정세화, 고해상도화, 대형화가 각각 용이하다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 다양한 전자 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 낮은 비용으로 제작할 수 있기 때문에 전자 기기의 제조 비용을 절감할 수 있다.
전자 기기로서는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등이 있다.
특히, 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 정세도를 높일 수 있기 때문에, 비교적 작은 표시부를 가지는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 이와 같은 전자 기기로서는 예를 들어 손목시계형, 팔찌형 등의 정보 단말기(웨어러블 기기), 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기, 안경형 AR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기 등이 있다. 또한 웨어러블 기기로서는 SR(Substitutional Reality)용 기기 및 MR(Mixed Reality)용 기기도 들 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 HD(화소수 1280Х720), FHD(화소수 1920×1080), WQHD(화소수 2560×1440), WQXGA(화소수 2560×1600), 4K2K(화소수 3840Х2160), 8K4K(화소수 7680Х4320) 등 매우 높은 해상도를 가지는 것이 바람직하다. 특히 4K2K, 8K4K, 또는 그 이상의 해상도로 하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서의 화소 밀도(정세도)는 300ppi 이상이 바람직하고, 500ppi 이상이 더 바람직하고, 1000ppi 이상이 더 바람직하고, 2000ppi 이상이 더 바람직하고, 3000ppi 이상이 더 바람직하고, 5000ppi 이상이 더 바람직하고, 7000ppi 이상이 더욱 바람직하다. 이와 같이 높은 해상도 또는 높은 정세도를 가지는 표시 장치를 사용함으로써, 휴대형 또는 가정 용도 등 개인적으로 사용하는 전자 기기에 있어서 현장감 및 깊이감 등을 더 높일 수 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 가옥 또는 빌딩의 내벽 또는 외벽, 또는 자동차의 내장 또는 외장의 곡면을 따라 제공할 수 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 안테나를 가져도 좋다. 안테나로 신호를 수신함으로써 표시부에 영상 및 정보 등을 표시할 수 있다. 또한 전자 기기가 안테나 및 이차 전지를 가지는 경우, 안테나를 비접촉 전력 전송에 사용하여도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새 또는 적외선을 검지, 검출, 또는 측정하는 기능을 포함하는 것)를 가져도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)를 실행하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록되는 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 26의 (A)에 나타낸 전자 기기(6500)는 스마트폰으로서 사용할 수 있는 휴대 정보 단말기이다.
전자 기기(6500)는 하우징(6501), 표시부(6502), 전원 버튼(6503), 버튼(6504), 스피커(6505), 마이크로폰(6506), 카메라(6507), 및 광원(6508) 등을 가진다. 표시부(6502)는 터치 패널 기능을 가진다.
표시부(6502)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 26의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함하는 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 투광성을 가지는 보호 부재(6510)가 제공되고, 하우징(6501)과 보호 부재(6510)로 둘러싸인 공간 내에 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 터치 센서 패널(6513), 인쇄 기판(6517), 배터리(6518) 등이 배치된다.
보호 부재(6510)에는 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 및 터치 센서 패널(6513)이 접착층(미도시)에 의하여 고정되어 있다.
표시부(6502)보다 외측의 영역에서 표시 패널(6511)의 일부가 접히고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속된다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 인쇄 기판(6517)에 제공된 단자에 접속된다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 플렉시블 디스플레이(가요성을 가지는 표시 장치)를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에 전자 기기의 두께를 억제하면서 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 화소부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써 슬림 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 27의 (A)에 텔레비전 장치의 일례를 나타내었다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7000)가 포함된다. 여기서는 스탠드(7103)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내었다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 27의 (A)에 나타낸 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치 및 별체의 리모트 컨트롤러(7111)에 의하여 조작할 수 있다. 또는 표시부(7000)에 터치 센서를 가져도 좋고, 손가락 등으로 표시부(7000)를 터치함으로써 텔레비전 장치(7100)를 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)는 상기 리모트 컨트롤러(7111)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)의 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널 및 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7000)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다.
또한 텔레비전 장치(7100)는 수신기 및 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의하여 통신 네트워크에 접속함으로써 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자들 사이 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 27의 (B)에 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 나타내었다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(7200)는 하우징(7211), 키보드(7212), 포인팅 디바이스(7213), 외부 접속 포트(7214) 등을 가진다. 하우징(7211)에 표시부(7000)가 제공된다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 27의 (C) 및 (D)에 디지털 사이니지의 일례를 나타내었다.
도 27의 (C)에 나타낸 디지털 사이니지(7300)는 하우징(7301), 표시부(7000), 및 스피커(7303) 등을 가진다. 또한 LED 램프, 조작 키(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자, 각종 센서, 마이크로폰 등을 가질 수 있다.
도 27의 (D)는 원기둥 형상의 기둥(7401)에 제공된 디지털 사이니지(7400)이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 가진다.
도 27의 (C) 및 (D)에서는 표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
표시부(7000)가 넓을수록 한번에 제공할 수 있는 정보량을 늘릴 수 있다. 또한 표시부(7000)가 넓을수록 사람의 눈에 띄기 쉽고, 예를 들어 광고의 홍보 효과를 높일 수 있다.
표시부(7000)에 터치 패널을 적용함으로써, 표시부(7000)에 화상 또는 동영상을 표시할 뿐만 아니라, 사용자가 직관적으로 조작할 수 있어 바람직하다. 또한 노선 정보 또는 교통 정보 등의 정보를 제공하기 위한 용도로 사용하는 경우에는, 직관적인 조작에 의하여 사용성을 높일 수 있다.
또한 도 27의 (C) 및 (D)에 나타낸 바와 같이, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)는 사용자가 가지는 스마트폰 등의 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)와 무선 통신에 의하여 연계할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 표시부(7000)에 표시되는 광고의 정보를 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면에 표시시킬 수 있다. 또한 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)를 조작함으로써 표시부(7000)의 표시를 전환할 수 있다.
또한 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)에 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면을 조작 수단(컨트롤러)으로 한 게임을 실행시킬 수도 있다. 이로써, 불특정 다수의 사용자가 동시에 게임에 참가하여 즐길 수 있다.
도 28의 (A)는 파인더(8100)가 장착된 상태의 카메라(8000)의 외관을 나타낸 도면이다.
카메라(8000)는 하우징(8001), 표시부(8002), 조작 버튼(8003), 셔터 버튼(8004) 등을 가진다. 또한 카메라(8000)에는 탈착 가능한 렌즈(8006)가 장착된다. 또한 카메라(8000)는 렌즈(8006)와 하우징이 일체화되어 있어도 좋다.
카메라(8000)는 셔터 버튼(8004)을 누르거나 터치 패널로서 기능하는 표시부(8002)를 터치함으로써 촬상할 수 있다.
하우징(8001)은 전극을 가지는 마운트를 가지고, 파인더(8100) 외에 스트로보 장치 등을 접속할 수 있다.
파인더(8100)는 하우징(8101), 표시부(8102), 버튼(8103) 등을 가진다.
하우징(8101)은 카메라(8000)의 마운트와 결합하는 마운트에 의하여 카메라(8000)에 장착되어 있다. 파인더(8100)는 카메라(8000)로부터 수신한 영상 등을 표시부(8102)에 표시시킬 수 있다.
버튼(8103)은 전원 버튼 등으로서의 기능을 가진다.
카메라(8000)의 표시부(8002) 및 파인더(8100)의 표시부(8102)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 또한 파인더가 내장된 카메라(8000)이어도 좋다.
도 28의 (B)는 헤드 마운트 디스플레이(8200)의 외관을 나타낸 도면이다.
헤드 마운트 디스플레이(8200)는 장착부(8201), 렌즈(8202), 본체(8203), 표시부(8204), 케이블(8205) 등을 가진다. 또한 장착부(8201)에는 배터리(8206)가 내장된다.
케이블(8205)은 배터리(8206)로부터 본체(8203)에 전력을 공급한다. 본체(8203)는 무선 수신기 등을 가지고, 수신한 영상 정보를 표시부(8204)에 표시시킬 수 있다. 또한 본체(8203)는 카메라를 가지고, 사용자의 안구 또는 눈꺼풀의 움직임의 정보를 입력 수단으로서 사용할 수 있다.
또한 장착부(8201)는 사용자와 접하는 위치에 사용자의 안구의 움직임에 따라 흐르는 전류를 검지할 수 있는 복수의 전극이 제공되고, 시선을 인식하는 기능을 가져도 좋다. 또한 상기 전극을 흐르는 전류에 의하여 사용자의 맥박을 모니터링하는 기능을 가져도 좋다. 또한 장착부(8201)는 온도 센서, 압력 센서, 가속도 센서 등의 각종 센서를 가져도 좋고, 사용자의 생체 정보를 표시부(8204)에 표시하는 기능, 사용자의 머리 움직임에 맞추어 표시부(8204)에 표시되는 영상을 변화시키는 기능 등을 가져도 좋다.
표시부(8204)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 28의 (C) 내지 (E)는 헤드 마운트 디스플레이(8300)의 외관을 나타낸 도면이다. 헤드 마운트 디스플레이(8300)는 하우징(8301)과, 표시부(8302)와, 밴드상의 고정구(8304)와, 한 쌍의 렌즈(8305)를 가진다.
사용자는 렌즈(8305)를 통하여 표시부(8302)의 표시를 시인할 수 있다. 또한 표시부(8302)를 만곡시켜 배치하면, 사용자는 높은 현장감을 느낄 수 있어 바람직하다. 또한 표시부(8302)의 상이한 영역에 표시된 다른 화상을 렌즈(8305)를 통하여 시인함으로써 시차를 사용한 3차원 표시 등을 할 수도 있다. 또한 하나의 표시부(8302)를 제공하는 구성에 한정되지 않고, 2개의 표시부(8302)를 제공하여 사용자의 한쪽 눈마다 하나의 표시부를 배치하여도 좋다.
표시부(8302)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 매우 높은 정세도를 실현할 수도 있다. 예를 들어 도 28의 (E)와 같이 렌즈(8305)를 사용하여 표시가 확대되어 시인되는 경우에도 사용자에게 화소가 시인되기 어렵다. 즉, 표시부(8302)를 사용하여 사용자에게 현실감이 높은 영상을 시인시킬 수 있다.
도 28의 (F)는 고글형 헤드 마운트 디스플레이(8400)의 외관을 나타낸 도면이다. 헤드 마운트 디스플레이(8400)는 한 쌍의 하우징(8401)과, 장착부(8402)와, 완충 부재(8403)를 가진다. 한 쌍의 하우징(8401) 내에는 각각 표시부(8404) 및 렌즈(8405)가 제공된다. 한 쌍의 표시부(8404)에 서로 상이한 화상을 표시함으로써, 시차를 사용한 3차원 표시를 수행할 수 있다.
사용자는 렌즈(8405)를 통하여 표시부(8404)를 시인할 수 있다. 렌즈(8405)는 초점 조정 기구를 가지고, 사용자의 시력에 따라 위치를 조정할 수 있다. 표시부(8404)는 정직사각형 또는 가로로 긴 직사각형인 것이 바람직하다. 이로써 현장감을 높일 수 있다.
장착부(8402)는 사용자의 얼굴 크기에 따라 조정할 수 있고 또한 흘러내리지 않도록 가소성 및 탄성을 가지는 것이 바람직하다. 또한 장착부(8402)의 일부는 골전도 이어폰으로서 기능하는 진동 기구를 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 별도로 이어폰, 스피커 등의 음향 기기가 불필요하고, 장착하기만 하면 영상과 음성을 즐길 수 있다. 또한 하우징(8401) 내에 무선 통신에 의하여 음성 데이터를 출력하는 기능을 가져도 좋다.
장착부(8402)와 완충 부재(8403)는 사용자의 얼굴(이마, 뺨 등)에 접촉하는 부분이다. 완충 부재(8403)가 사용자의 얼굴과 밀착되면, 광 누설을 방지할 수 있기 때문에 몰입감을 더 높일 수 있다. 완충 부재(8403)는 사용자가 헤드 마운트 디스플레이(8400)를 장착하였을 때 사용자의 얼굴에 밀착되도록 부드러운 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 고무, 실리콘(silicone) 고무, 우레탄, 스펀지 등의 소재를 사용할 수 있다. 또한 스펀지 등의 표면을 천, 피혁(천연 피혁 또는 합성 피혁) 등으로 덮은 것을 사용하면, 사용자의 얼굴과 완충 부재(8403) 사이에 틈이 생기기 어렵기 때문에 광 누설을 적합하게 방지할 수 있다. 또한 이와 같은 소재를 사용하면 촉감이 좋고, 추운 계절 등에 장착한 경우에 사용자가 차갑다고 느끼지 않기 때문에 바람직하다. 완충 부재(8403) 또는 장착부(8402) 등 사용자의 피부에 접촉되는 부재를 탈착 가능한 구성으로 하면, 클리닝 또는 교환이 용이하기 때문에 바람직하다.
도 29의 (A) 내지 (F)에 나타낸 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새 또는 적외선을 검지, 검출, 또는 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가진다.
도 29의 (A) 내지 (F)에 나타낸 전자 기기는 다양한 기능을 가진다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록되는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 전자 기기의 기능은 이들에 한정되지 않고 다양한 기능을 가질 수 있다. 전자 기기는 복수의 표시부를 가져도 좋다. 또한 전자 기기는 카메라 등이 제공되고, 정지 화상 또는 동영상을 촬영하고 기록 매체(외부 기록 매체 또는 카메라에 내장된 기록 매체)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
표시부(9001)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 29의 (A) 내지 (F)에 나타낸 전자 기기의 자세한 내용에 대하여 이하에서 설명한다.
도 29의 (A)는 휴대 정보 단말기(9101)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9101)는 예를 들어 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)에는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 센서(9007) 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)는 복수의 면에 문자 및 화상 정보를 표시할 수 있다. 도 29의 (A)에서는 3개의 아이콘(9050)을 표시한 예를 나타내었다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(9051)의 일례로서는 전자 메일, SNS, 전화 등의 착신의 알림, 전자 메일, SNS 등의 제목, 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 안테나 수신의 강도 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에는 아이콘(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 29의 (B)는 휴대 정보 단말기(9102)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9102)는 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 가진다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 상이한 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어, 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9102)를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기(9102) 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(9053)를 확인할 수도 있다. 사용자는 휴대 정보 단말기(9102)를 포켓으로부터 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 29의 (C)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 스마트워치(등록 상표)로서 사용할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡한 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)를 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드세트와 상호 통신시킴으로써 핸즈프리로 통화를 할 수도 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)에 의하여 다른 정보 단말기와 상호적으로 데이터를 전송하거나, 충전할 수 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 29의 (D) 내지 (F)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 또한 도 29의 (D)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태, 도 29의 (F)는 접은 상태, 도 29의 (E)는 도 29의 (D)와 (F) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 중간 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역에 의하여 표시의 일람성이 우수하다. 휴대 정보 단말기(9201)가 가지는 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지된다. 예를 들어 표시부(9001)는 곡률 반경 0.1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태에서 예시한 구성예 및 이들에 대응하는 도면 등은, 적어도 그 일부를 다른 구성예 또는 도면 등과 적절히 조합할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자(이하, 발광 소자라고 함) 및 비교예의 발광 소자에 대하여 자세히 설명한다. 본 실시예에서 사용한 대표적인 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 5]
(발광 소자 1의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 은 100nm 및 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물 85nm(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 제 1 전극으로서 양극(101)을 형성하였다. 또한 전극 면적은 2mmХ2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 양극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 양극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 양극(101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과 분자량이 672이며 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 1:0.05(=PCBBiF:OCHD-003)이 되도록 10nm 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에 PCBBiF를 막 두께 30nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 성막한 후, 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-[4-(4-다이벤조퓨란일)페닐]-[1,1':4',1''-터페닐]-4-아민(약칭: YGTPDBfB)을 막 두께 10nm가 되도록 성막하여 전자 차단층을 형성하였다.
또한 전자 차단층 위에 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 2-(10-페닐-9-안트라센일)-벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란(약칭: Bnf(II)PhA)과 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02)을 중량비가 1:0.015(=Bnf(II)PhA:3,10PCA2Nbf(IV)-02)이고, 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 2-(바이페닐-2-일)-4-[3-(2,6-다이메틸피리딘-3-일)-5-(3,5-다이사이클로헥실페닐)]페닐-6-페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: oBP-mmchPh-mDMePyPTzn)을 막 두께 15nm가 되도록 성막하여 제 1 전자 수송층(114-1)을 형성하고, 이어서 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딘일)-5-(9-페난트렌일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn)을 막 두께 15nm가 되도록 성막하여 제 2 전자 수송층(114-2)을 형성하였다.
제 2 전자 수송층(114-2) 위에 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 4,7-다이-1-피롤리딘일-1,10-페난트롤린(약칭: Pyrrd-Phen)을 1nm 성막하고, 이어서 플루오린화 리튬을 2nm 성막하여 전자 주입층(115)을 형성하였다.
마지막으로, 은과 마그네슘을 10:1(체적비)이 되도록 15nm 공증착하여 음극(102)을 형성한 후, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 70nm 증착하여 캡층을 형성함으로써 발광 소자 1을 제작하였다.
(비교 발광 소자 1의 제작 방법)
비교 발광 소자 1은 발광 소자 1에서의 제 1 전자 수송층(114-1)을 mPn-mDMePyPTzn으로 변경하고, 제 2 전자 수송층(114-2)을 oBP-mmchPh-mDMePyPTzn으로 변경하고, 정공 수송층(112)의 막 두께를 25nm로 한 것을 제외하고 발광 소자 1과 마찬가지로 제작하였다. 즉 비교 발광 소자 1은 발광 소자 1에서의 제 1 전자 수송층(114-1)의 재료와 제 2 전자 수송층(114-2)의 재료를 교환하여 제작한 발광 소자이다.
상기 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 소자 구조를 아래 표에 정리하였다.
[표 7]
상기 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1을, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리, 80℃에서 1시간 열처리)을 수행한 후, 이들 발광 소자의 초기 특성에 대하여 측정하였다.
발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전압 특성을 도 30에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 31에 나타내고, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 32에 나타내고, 파워 효율-휘도 특성을 도 33에 나타내고, 발광 스펙트럼을 도 34에 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 8에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하고, 상온에서 측정하였다. 또한 외부 양자 효율은 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안형인 것으로 가정하여 산출하였다.
[표 8]
도 30 내지 도 34 및 표 8로부터, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 1과 비교하여 구동 전압이 낮고, 전류 효율, 파워 효율 등의 발광 효율이 좋고, 양호한 특성을 가지는 발광 소자임을 알 수 있었다.
여기서, 각 발광 소자에 있어서 전자 수송층에 사용한 전자 수송성을 가지는 유기 화합물의 증착막의 GSP_slope(mV/nm)에 대하여 정리한 결과를 아래 표에 나타낸다. 또한 먼저 형성된 기판 측의 전자 수송층(제 1 전자 수송층)에 사용된 전자 수송 재료의 GSP_slope에서 추후에 형성된 전자 수송층(제 2 전자 수송층)에 사용된 전자 수송 재료의 GSP_slope를 뺀 값(ΔGSP_slope)도 아울러 아래 표에 나타낸다. 또한 oBP-mmchPh-mDMePyPTzn의 LUMO 준위는 -2.93eV이고 mPn-mDMePyPTzn의 LUMO 준위는 -2.98eV로 동등한 값이므로, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1은 퍼텐셜에서 유래하는 장벽이 생기기 어려운 구성을 가진다.
[표 9]
이와 같이, 비교 발광 소자 1은 전자 수송층에서의 ΔGSP_slope가 -10(mV/nm)보다 작기 때문에, 전자 주입성이 저하되어 구동 전압의 상승을 초래한다. 한편, 전자 수송층에서의 ΔGSP_slope가 -10(mV/nm) 이상인 발광 소자 1은 전자 주입성이 개선되어 구동 전압이 낮은 양호한 특성을 가지는 발광 소자임을 알 수 있었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자(이하, 발광 소자라고 함) 및 비교예의 발광 소자에 대하여 자세히 설명한다. 본 실시예에서 사용한 대표적인 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 6]
(발광 소자 2의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 은 100nm 및 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물 85nm(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 제 1 전극으로서 양극(101)을 형성하였다. 또한 전극 면적은 2mmХ2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 양극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 양극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 양극(101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과 분자량이 672이며 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 1:0.05(=PCBBiF:OCHD-003)이 되도록 10nm 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에 PCBBiF를 막 두께 25nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 성막한 후, 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-[4-(4-다이벤조퓨란일)페닐]-[1,1':4',1''-터페닐]-4-아민(약칭: YGTPDBfB)을 막 두께 10nm가 되도록 성막하여 전자 차단층을 형성하였다.
또한 전자 차단층 위에 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 2-(10-페닐-9-안트라센일)-벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란(약칭: Bnf(II)PhA)과 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02)을 중량비가 1:0.015(=Bnf(II)PhA:3,10PCA2Nbf(IV)-02)이고, 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 2-(바이페닐-2-일)-4-[3-(2,6-다이메틸피리딘-3-일)-5-(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)]페닐-6-페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn)을 막 두께 15nm가 되도록 성막하여 제 1 전자 수송층(114-1)을 형성하고, 이어서 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딘일)-5-(9-페난트렌일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn)을 막 두께 15nm가 되도록 성막하여 제 2 전자 수송층(114-2)을 형성하였다.
제 2 전자 수송층(114-2) 위에 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 4,7-다이-1-피롤리딘일-1,10-페난트롤린(약칭: Pyrrd-Phen)을 1nm 성막하고, 이어서 플루오린화 리튬을 2nm 성막하여 전자 주입층(115)을 형성하였다.
마지막으로, 은과 마그네슘을 10:1(체적비)이 되도록 15nm 공증착하여 음극(102)을 형성한 후, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 70nm 증착하여 캡층을 형성함으로써 발광 소자 1을 제작하였다.
(비교 발광 소자 2의 제작 방법)
비교 발광 소자 2는 발광 소자 2에서의 제 1 전자 수송층(114-1)을 mPn-mDMePyPTzn으로 변경하고, 제 2 전자 수송층(114-2)을 oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn으로 변경한 외에는 발광 소자 2와 마찬가지로 제작하였다. 즉 비교 발광 소자 2는 발광 소자 2에서의 제 1 전자 수송층(114-1)의 재료와 제 2 전자 수송층(114-2)의 재료를 교환하여 제작한 발광 소자이다.
상기 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 소자 구조를 아래 표에 정리하였다.
[표 10]
상기 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2를, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리, 80℃에서 1시간 열처리)을 수행한 후, 이들 발광 소자의 초기 특성에 대하여 측정하였다.
발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전압 특성을 도 35에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 36에 나타내고, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 37에 나타내고, 파워 효율-휘도 특성을 도 38에 나타내고, 발광 스펙트럼을 도 39에 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 11에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하고, 상온에서 측정하였다. 또한 외부 양자 효율은, 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안형인 것으로 가정하여 산출하였다.
[표 11]
도 35 내지 도 39 및 표 11로부터, 발광 소자 2는 비교 발광 소자 2와 비교하여 구동 전압이 낮고, 전류 효율, 파워 효율 등의 발광 효율이 좋고, 양호한 특성을 가지는 발광 소자임을 알 수 있었다.
여기서, 각 발광 소자에 있어서 전자 수송층에 사용한 전자 수송성을 가지는 유기 화합물의 증착막의 GSP_slope(mV/nm)에 대하여 정리한 결과를 아래 표에 나타낸다. 또한 먼저 형성된 기판 측의 전자 수송층(제 1 전자 수송층)에 사용된 전자 수송 재료의 GSP_slope에서 추후에 형성된 전자 수송층(제 2 전자 수송층)에 사용된 전자 수송 재료의 GSP_slope를 뺀 값(ΔGSP_slope)도 아울러 아래 표에 나타낸다. 또한 oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn의 LUMO 준위는 -2.93eV이고 mPn-mDMePyPTzn의 LUMO 준위는 -2.98eV로 동등한 값이므로, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2는 퍼텐셜에서 유래하는 장벽이 생기기 어려운 구성을 가진다.
[표 12]
이와 같이, 비교 발광 소자 2는 전자 수송층에서의 ΔGSP_slope가 -10(mV/nm)보다 작기 때문에, 전자 주입성이 저하되어 구동 전압의 상승을 초래한다. 한편, 전자 수송층에서의 ΔGSP_slope가 -10(mV/nm) 이상인 발광 소자 2는 전자 주입성이 개선되어 구동 전압이 낮은 양호한 특성을 가지는 발광 소자임을 알 수 있었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 EL 소자(이하, 발광 소자라고 함) 및 비교예의 발광 소자에 대하여 자세히 설명한다. 본 실시예에서 사용한 대표적인 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 7]
(발광 소자 3의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 은 100nm 및 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물 85nm(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 제 1 전극으로서 양극(101)을 형성하였다. 또한 전극 면적은 2mmХ2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 양극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 양극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 양극(101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과 분자량이 672이며 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비 1:0.05(=PCBBiF:OCHD-003)이 되도록 10nm 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에 PCBBiF를 막 두께 30nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 성막한 후, 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-[4-(4-다이벤조퓨란일)페닐]-[1,1':4',1''-터페닐]-4-아민(약칭: YGTPDBfB)을 막 두께 10nm가 되도록 성막하여 전자 차단층을 형성하였다.
또한 전자 차단층 위에 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 2-(10-페닐-9-안트라센일)-벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란(약칭: Bnf(II)PhA)과 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02)을 중량비가 1:0.015(=Bnf(II)PhA:3,10PCA2Nbf(IV)-02)이고, 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 2-(바이페닐-2-일)-4-[3-(2,6-다이메틸피리딘-3-일)-5-(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)]페닐-6-페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn)을 막 두께 15nm가 되도록 성막하여 제 1 전자 수송층(114-1)을 형성하고, 이어서 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 2-(바이페닐-2-일)-4-[3-(2,6-다이메틸피리딘-3-일)-5-(3,5-다이사이클로헥실페닐)]페닐-6-페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: oBP-mmchPh-mDMePyPTzn)을 막 두께 15nm가 되도록 성막하여 제 2 전자 수송층(114-2)을 형성하였다.
제 2 전자 수송층(114-2) 위에 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 4,7-다이-1-피롤리딘일-1,10-페난트롤린(약칭: Pyrrd-Phen)을 1nm 성막하고, 이어서 플루오린화 리튬을 2nm 성막하여 전자 주입층(115)을 형성하였다.
마지막으로, 은과 마그네슘을 10:1(체적비)이 되도록 15nm 공증착하여 제 2 전극인 음극(102)을 형성한 후, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 70nm 증착하여 캡층을 형성함으로써 발광 소자 1을 제작하였다.
(비교 발광 소자 3의 제작 방법)
비교 발광 소자 3은 발광 소자 3에서의 제 1 전자 수송층(114-1)을 oBP-mmchPh-mDMePyPTzn으로 변경하고, 제 2 전자 수송층(114-2)을 oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn으로 변경한 외에는 발광 소자 3과 마찬가지로 제작하였다. 즉 비교 발광 소자 3은 발광 소자 3에서의 제 1 전자 수송층(114-1)의 재료와 제 2 전자 수송층(114-2)의 재료를 교환하여 제작한 발광 소자이다.
상기 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 소자 구조를 아래 표에 정리하였다.
[표 13]
상기 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3을, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리, 80℃에서 1시간 열처리)을 수행한 후, 이들 발광 소자의 초기 특성에 대하여 측정하였다.
발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 휘도-전압 특성을 도 40에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 41에 나타내고, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 42에 나타내고, 파워 효율-휘도 특성을 도 43에 나타내고, 발광 스펙트럼을 도 44에 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 14에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하고, 상온에서 측정하였다. 또한 외부 양자 효율은, 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안형인 것으로 가정하여 산출하였다.
[표 14]
도 40 내지 도 44 및 표 14로부터, 발광 소자 3은 비교 발광 소자 3과 비교하여 구동 전압이 낮고, 전류 효율, 파워 효율 등의 발광 효율이 좋고, 양호한 특성을 가지는 발광 소자임을 알 수 있었다.
여기서, 각 발광 소자에 있어서 전자 수송층에 사용한 전자 수송성을 가지는 유기 화합물의 증착막의 GSP_slope(mV/nm)에 대하여 정리한 결과를 아래 표에 나타낸다. 또한 먼저 형성된 기판 측의 전자 수송층(제 1 전자 수송층)에 사용된 전자 수송 재료의 GSP_slope에서 추후에 형성된 전자 수송층(제 2 전자 수송층)에 사용된 전자 수송 재료의 GSP_slope를 뺀 값(ΔGSP_slope)도 아울러 아래 표에 나타낸다. 또한 oBP-mmchPh-mDMePyPTzn의 LUMO 준위 및 oBP-mmtBuPh-mDMePyPTzn의 LUMO 준위는 모두 -2.93eV이므로, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3은 퍼텐셜에서 유래하는 장벽이 생기기 어려운 구성을 가진다.
[표 15]
이와 같이, 비교 발광 소자 3은 전자 수송층에서의 ΔGSP_slope가 -10(mV/nm)보다 작기 때문에, 전자 주입성이 저하되어 구동 전압의 상승을 초래한다. 한편, 전자 수송층에서의 ΔGSP_slope가 -10(mV/nm) 이상인 발광 소자 3은 전자 주입성이 개선되어 구동 전압이 낮은 양호한 특성을 가지는 발광 소자임을 알 수 있었다.
10: 기판
11: 양극
12: 음극
20: 정공 수송층
21: 제 1 정공 수송층
22: 제 2 정공 수송층
30: 전자 수송층
31: 제 1 전자 수송층
32: 제 2 전자 수송층
40: 발광층
41a: 화소 회로
41b: 화소 회로
42a: 화소 회로
42b: 화소 회로
43a: 화소 회로
43b: 화소 회로
50: 광전 변환층
51a: 배선
51b: 배선
52a: 배선
52b: 배선
52c: 배선
52d: 배선
53a: 배선
53b: 배선
53c: 배선
60: 표시 소자
61: 트랜지스터
62: 트랜지스터
63: 용량 소자
70: 화소 유닛
70a: 화소
70b: 화소
71a: 부화소
71b: 부화소
72a: 부화소
72b: 부화소
73a: 부화소
73b: 부화소
100: 기판
101: 양극
101B: 양극
101G: 양극
101R: 양극
102: 음극
103: EL층
103B: EL층
103Bb: EL막
103G: EL층
103Gb: EL막
103R: EL층
103Rb: EL막
110B: 발광 소자
110G: 발광 소자
110R: 발광 소자
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
112-1: 제 1 정공 수송층
112-2: 제 2 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
114-1: 제 1 전자 수송층
114-2: 제 2 전자 수송층
115: 전자 주입층
116: 전하 발생층
117: P형층
118: 전자 릴레이층
119: 전자 주입 버퍼층
121: 절연층
130: 접속부
131: 보호층
143a: 레지스트 마스크
143b: 레지스트 마스크
143c: 레지스트 마스크
144a: 희생막
144b: 희생막
144c: 희생막
145a: 희생층
145b: 희생층
145c: 희생층
146a: 보호막
146b: 보호막
146c: 보호막
147a: 보호층
147b: 보호층
147c: 보호층
201: 트랜지스터
202: 트랜지스터
204: 접속부
205: 트랜지스터
209: 트랜지스터
210: 트랜지스터
211: 절연층
212: 절연층
213: 절연층
214: 절연층
215: 절연층
218: 절연층
221: 도전층
222a: 도전층
222b: 도전층
223: 도전층
225: 절연층
228: 영역
231: 반도체층
231i: 채널 형성 영역
231n: 저저항 영역
240: 용량 소자
241: 도전층
242: 접속층
243: 절연층
245: 도전층
251: 도전층
252: 도전층
254: 절연층
255: 절연층
256: 플러그
261: 절연층
262: 절연층
263: 절연층
264: 절연층
265: 절연층
271: 플러그
274: 플러그
274a: 도전층
274b: 도전층
280: 표시 모듈
281: 표시부
282: 회로부
283: 화소 회로부
283a: 화소 회로
284: 화소부
284a: 화소
285: 단자부
286: 배선부
290: FPC
291: 기판
292: 기판
301: 기판
310: 트랜지스터
311: 도전층
312: 저저항 영역
313: 절연층
314: 절연층
315: 소자 분리층
320: 트랜지스터
321: 반도체층
323: 절연층
324: 도전층
325: 도전층
326: 절연층
327: 도전층
328: 절연층
329: 절연층
331: 기판
332: 절연층
400: 발광 장치
400A: 발광 장치
400B: 발광 장치
400C: 발광 장치
400D: 발광 장치
400E: 발광 장치
401: 층
411a: 화소 전극
411b: 화소 전극
411c: 화소 전극
416: 보호층
416a: 무기 절연층
416b: 유기 절연층
416c: 무기 절연층
417: 차광층
419: 수지층
420: 기판
421: 절연층
426a: 광학 조정층
426b: 광학 조정층
426c: 광학 조정층
430a: 발광 디바이스
430b: 발광 디바이스
430c: 발광 디바이스
442: 접착층
443: 공간
451: 기판
452: 기판
453: 기판
454: 기판
455: 접착층
462: 표시부
464: 회로
465: 배선
466: 도전층
472: FPC
473: IC
501: 양극
502: 음극
503: EL층
511: 제 1 발광 유닛
512: 제 2 발광 유닛
513: 전하 발생층
515: EL층
601: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
602: 화소부
603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
604: 밀봉 기판
605: 실재
607: 공간
608: 배선
609: FPC(flexible printed circuit)
610: 소자 기판
611: 스위칭용 FET
612: 전류 제어용 FET
613: 제 1 전극
614: 절연물
616: EL층
617: 제 2 전극
618: 유기 EL 소자
700: 기판
701: 양극
702: 정공 주입층
703: 제 1 전자 수송층
704: 제 2 전자 수송층
705: 전자 주입층
706: 음극
800: 기판
801: 양극
802: 정공 주입층
803: 제 1 정공 수송층
804: 제 2 정공 수송층
805: 전자 주입층
806: 음극
951: 기판
952: 전극
953: 절연층
954: 격벽층
955: EL층
956: 전극
1001 기판
1002 하지 절연막
1003 게이트 절연막
1006 게이트 전극
1007 게이트 전극
1008 게이트 전극
1020 제 1 층간 절연막
1021 제 2 층간 절연막
1022 전극
1024W 양극
1024R 양극
1024G 양극
1024B 양극
1025 격벽
1028 EL층
1029 제 2 전극
1031 밀봉 기판
1032 실재
1033 기재
1034R 적색의 착색층
1034G 녹색의 착색층
1034B 청색의 착색층
1035 블랙 매트릭스
1036 오버코트층
1037 제 3 층간 절연막
1040 화소부
1041 구동 회로부
1042 주변부
6500: 전자 기기
6501: 하우징
6502: 표시부
6503: 전원 버튼
6504: 버튼
6505: 스피커
6506: 마이크로폰
6507: 카메라
6508: 광원
6510: 보호 부재
6511: 표시 패널
6512: 광학 부재
6513: 터치 센서 패널
6515: FPC
6516: IC
6517: 인쇄 기판
6518: 배터리
7000: 표시부
7100: 텔레비전 장치
7101: 하우징
7103: 스탠드
7111: 리모트 컨트롤러
7200: 노트북형 퍼스널 컴퓨터
7211: 하우징
7212: 키보드
7213: 포인팅 디바이스
7214: 외부 접속 포트
7300: 디지털 사이니지
7301: 하우징
7303: 스피커
7311: 정보 단말기
7400: 디지털 사이니지
7401: 기둥
7411: 정보 단말기
8000: 카메라
8001: 하우징
8002: 표시부
8003: 조작 버튼
8004: 셔터 버튼
8006: 렌즈
8100: 파인더
8101: 하우징
8102: 표시부
8103: 버튼
8200: 헤드 마운트 디스플레이
8201: 장착부
8202: 렌즈
8203: 본체
8204: 표시부
8205: 케이블
8206: 배터리
8300: 헤드 마운트 디스플레이
8301: 하우징
8302: 표시부
8304: 고정구
8305: 렌즈
8400: 헤드 마운트 디스플레이
8401: 하우징
8402: 장착부
8403: 완충 부재
8404: 표시부
8405: 렌즈
9000: 하우징
9001: 표시부
9003: 스피커
9005: 조작 키
9006: 접속 단자
9007: 센서
9008: 마이크로폰
9050: 아이콘
9051: 정보
9052: 정보
9053: 정보
9054: 정보
9055: 힌지
9101: 휴대 정보 단말기
9102: 휴대 정보 단말기
9200: 휴대 정보 단말기
9201: 휴대 정보 단말기
11: 양극
12: 음극
20: 정공 수송층
21: 제 1 정공 수송층
22: 제 2 정공 수송층
30: 전자 수송층
31: 제 1 전자 수송층
32: 제 2 전자 수송층
40: 발광층
41a: 화소 회로
41b: 화소 회로
42a: 화소 회로
42b: 화소 회로
43a: 화소 회로
43b: 화소 회로
50: 광전 변환층
51a: 배선
51b: 배선
52a: 배선
52b: 배선
52c: 배선
52d: 배선
53a: 배선
53b: 배선
53c: 배선
60: 표시 소자
61: 트랜지스터
62: 트랜지스터
63: 용량 소자
70: 화소 유닛
70a: 화소
70b: 화소
71a: 부화소
71b: 부화소
72a: 부화소
72b: 부화소
73a: 부화소
73b: 부화소
100: 기판
101: 양극
101B: 양극
101G: 양극
101R: 양극
102: 음극
103: EL층
103B: EL층
103Bb: EL막
103G: EL층
103Gb: EL막
103R: EL층
103Rb: EL막
110B: 발광 소자
110G: 발광 소자
110R: 발광 소자
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
112-1: 제 1 정공 수송층
112-2: 제 2 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
114-1: 제 1 전자 수송층
114-2: 제 2 전자 수송층
115: 전자 주입층
116: 전하 발생층
117: P형층
118: 전자 릴레이층
119: 전자 주입 버퍼층
121: 절연층
130: 접속부
131: 보호층
143a: 레지스트 마스크
143b: 레지스트 마스크
143c: 레지스트 마스크
144a: 희생막
144b: 희생막
144c: 희생막
145a: 희생층
145b: 희생층
145c: 희생층
146a: 보호막
146b: 보호막
146c: 보호막
147a: 보호층
147b: 보호층
147c: 보호층
201: 트랜지스터
202: 트랜지스터
204: 접속부
205: 트랜지스터
209: 트랜지스터
210: 트랜지스터
211: 절연층
212: 절연층
213: 절연층
214: 절연층
215: 절연층
218: 절연층
221: 도전층
222a: 도전층
222b: 도전층
223: 도전층
225: 절연층
228: 영역
231: 반도체층
231i: 채널 형성 영역
231n: 저저항 영역
240: 용량 소자
241: 도전층
242: 접속층
243: 절연층
245: 도전층
251: 도전층
252: 도전층
254: 절연층
255: 절연층
256: 플러그
261: 절연층
262: 절연층
263: 절연층
264: 절연층
265: 절연층
271: 플러그
274: 플러그
274a: 도전층
274b: 도전층
280: 표시 모듈
281: 표시부
282: 회로부
283: 화소 회로부
283a: 화소 회로
284: 화소부
284a: 화소
285: 단자부
286: 배선부
290: FPC
291: 기판
292: 기판
301: 기판
310: 트랜지스터
311: 도전층
312: 저저항 영역
313: 절연층
314: 절연층
315: 소자 분리층
320: 트랜지스터
321: 반도체층
323: 절연층
324: 도전층
325: 도전층
326: 절연층
327: 도전층
328: 절연층
329: 절연층
331: 기판
332: 절연층
400: 발광 장치
400A: 발광 장치
400B: 발광 장치
400C: 발광 장치
400D: 발광 장치
400E: 발광 장치
401: 층
411a: 화소 전극
411b: 화소 전극
411c: 화소 전극
416: 보호층
416a: 무기 절연층
416b: 유기 절연층
416c: 무기 절연층
417: 차광층
419: 수지층
420: 기판
421: 절연층
426a: 광학 조정층
426b: 광학 조정층
426c: 광학 조정층
430a: 발광 디바이스
430b: 발광 디바이스
430c: 발광 디바이스
442: 접착층
443: 공간
451: 기판
452: 기판
453: 기판
454: 기판
455: 접착층
462: 표시부
464: 회로
465: 배선
466: 도전층
472: FPC
473: IC
501: 양극
502: 음극
503: EL층
511: 제 1 발광 유닛
512: 제 2 발광 유닛
513: 전하 발생층
515: EL층
601: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
602: 화소부
603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
604: 밀봉 기판
605: 실재
607: 공간
608: 배선
609: FPC(flexible printed circuit)
610: 소자 기판
611: 스위칭용 FET
612: 전류 제어용 FET
613: 제 1 전극
614: 절연물
616: EL층
617: 제 2 전극
618: 유기 EL 소자
700: 기판
701: 양극
702: 정공 주입층
703: 제 1 전자 수송층
704: 제 2 전자 수송층
705: 전자 주입층
706: 음극
800: 기판
801: 양극
802: 정공 주입층
803: 제 1 정공 수송층
804: 제 2 정공 수송층
805: 전자 주입층
806: 음극
951: 기판
952: 전극
953: 절연층
954: 격벽층
955: EL층
956: 전극
1001 기판
1002 하지 절연막
1003 게이트 절연막
1006 게이트 전극
1007 게이트 전극
1008 게이트 전극
1020 제 1 층간 절연막
1021 제 2 층간 절연막
1022 전극
1024W 양극
1024R 양극
1024G 양극
1024B 양극
1025 격벽
1028 EL층
1029 제 2 전극
1031 밀봉 기판
1032 실재
1033 기재
1034R 적색의 착색층
1034G 녹색의 착색층
1034B 청색의 착색층
1035 블랙 매트릭스
1036 오버코트층
1037 제 3 층간 절연막
1040 화소부
1041 구동 회로부
1042 주변부
6500: 전자 기기
6501: 하우징
6502: 표시부
6503: 전원 버튼
6504: 버튼
6505: 스피커
6506: 마이크로폰
6507: 카메라
6508: 광원
6510: 보호 부재
6511: 표시 패널
6512: 광학 부재
6513: 터치 센서 패널
6515: FPC
6516: IC
6517: 인쇄 기판
6518: 배터리
7000: 표시부
7100: 텔레비전 장치
7101: 하우징
7103: 스탠드
7111: 리모트 컨트롤러
7200: 노트북형 퍼스널 컴퓨터
7211: 하우징
7212: 키보드
7213: 포인팅 디바이스
7214: 외부 접속 포트
7300: 디지털 사이니지
7301: 하우징
7303: 스피커
7311: 정보 단말기
7400: 디지털 사이니지
7401: 기둥
7411: 정보 단말기
8000: 카메라
8001: 하우징
8002: 표시부
8003: 조작 버튼
8004: 셔터 버튼
8006: 렌즈
8100: 파인더
8101: 하우징
8102: 표시부
8103: 버튼
8200: 헤드 마운트 디스플레이
8201: 장착부
8202: 렌즈
8203: 본체
8204: 표시부
8205: 케이블
8206: 배터리
8300: 헤드 마운트 디스플레이
8301: 하우징
8302: 표시부
8304: 고정구
8305: 렌즈
8400: 헤드 마운트 디스플레이
8401: 하우징
8402: 장착부
8403: 완충 부재
8404: 표시부
8405: 렌즈
9000: 하우징
9001: 표시부
9003: 스피커
9005: 조작 키
9006: 접속 단자
9007: 센서
9008: 마이크로폰
9050: 아이콘
9051: 정보
9052: 정보
9053: 정보
9054: 정보
9055: 힌지
9101: 휴대 정보 단말기
9102: 휴대 정보 단말기
9200: 휴대 정보 단말기
9201: 휴대 정보 단말기
Claims (15)
- 유기 반도체 소자로서,
기판 위의 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 정공 수송층 및 활성층을 포함하고,
상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층 및 제 2 정공 수송층을 포함하고,
상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 상기 기판 측에 위치하고,
상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고,
상기 제 1 정공 수송층의 GSP(Giant Surface Potential)_slope에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope를 뺀 값이 10mV/nm 이하이고,
상기 GSP_slope는 막 표면의 전위가 V이고 막 두께가 d일 때 V/d로 나타내어지는 파라미터인, 유기 반도체 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 트랜지스터에 전기적으로 접속되는, 유기 반도체 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 위에 외부 접속 전극이 있는, 유기 반도체 소자. - 유기 반도체 소자로서,
기판 위의 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 전자 수송층 및 활성층을 포함하고,
상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층 및 제 2 전자 수송층을 포함하고,
상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 상기 기판 측에 위치하고,
상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고,
상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope를 뺀 값이 -10mV/nm 이상이고,
상기 GSP_slope는 막 표면의 전위가 V이고 막 두께가 d일 때 V/d로 나타내어지는 파라미터인, 유기 반도체 소자. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 트랜지스터에 전기적으로 접속되는, 유기 반도체 소자. - 제 4 항에 있어서,
상기 기판 위에 외부 접속 전극이 있는, 유기 반도체 소자. - 유기 반도체 소자로서,
기판 위의 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 정공 수송층, 활성층, 및 전자 수송층을 포함하고,
상기 정공 수송층은 제 1 정공 수송층 및 제 2 정공 수송층을 포함하고,
상기 전자 수송층은 제 1 전자 수송층 및 제 2 전자 수송층을 포함하고,
상기 제 1 정공 수송층은 상기 제 2 정공 수송층보다 상기 기판 측에 위치하고,
상기 제 1 전자 수송층은 상기 제 2 전자 수송층보다 상기 기판 측에 위치하고,
상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 2 정공 수송층은 서로 접하고,
상기 제 1 전자 수송층과 상기 제 2 전자 수송층은 서로 접하고,
상기 제 1 정공 수송층의 GSP_slope에서 상기 제 2 정공 수송층의 GSP_slope를 뺀 값이 10mV/nm 이하이고,
상기 제 1 전자 수송층의 GSP_slope에서 상기 제 2 전자 수송층의 GSP_slope를 뺀 값이 -10mV/nm 이상이고,
상기 GSP_slope는 막 표면의 전위가 V이고 막 두께가 d일 때 V/d로 나타내어지는 파라미터인, 유기 반도체 소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 트랜지스터에 전기적으로 접속되는, 유기 반도체 소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 기판 위에 외부 접속 전극이 있는, 유기 반도체 소자. - 유기 EL 소자로서,
제 1 항에 따른 유기 반도체 소자의 구조를 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 한쪽이 양극이고 다른 쪽이 음극이고,
상기 활성층은 발광층이고,
상기 발광층은 상기 정공 수송층과 상기 음극 사이, 또는 상기 전자 수송층과 상기 양극 사이에 있는, 유기 EL 소자. - 포토다이오드로서,
제 1 항에 따른 유기 반도체 소자의 구조를 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 한쪽이 양극이고 다른 쪽이 음극이고,
상기 활성층은 광전 변환층이고,
상기 광전 변환층은 상기 정공 수송층과 상기 양극 사이, 또는 상기 전자 수송층과 상기 음극 사이에 있는, 포토다이오드. - 유기 EL 소자로서,
제 4 항에 따른 유기 반도체 소자의 구조를 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 한쪽이 양극이고 다른 쪽이 음극이고,
상기 활성층은 발광층이고,
상기 발광층은 상기 정공 수송층과 상기 음극 사이, 또는 상기 전자 수송층과 상기 양극 사이에 있는, 유기 EL 소자. - 포토다이오드로서,
제 4 항에 따른 유기 반도체 소자의 구조를 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 한쪽이 양극이고 다른 쪽이 음극이고,
상기 활성층은 광전 변환층이고,
상기 광전 변환층은 상기 정공 수송층과 상기 양극 사이, 또는 상기 전자 수송층과 상기 음극 사이에 있는, 포토다이오드. - 유기 EL 소자로서,
제 7 항에 따른 유기 반도체 소자의 구조를 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 한쪽이 양극이고 다른 쪽이 음극이고,
상기 활성층은 발광층이고,
상기 발광층은 상기 정공 수송층과 상기 음극 사이, 또는 상기 전자 수송층과 상기 양극 사이에 있는, 유기 EL 소자. - 포토다이오드로서,
제 7 항에 따른 유기 반도체 소자의 구조를 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 한쪽이 양극이고 다른 쪽이 음극이고,
상기 활성층은 광전 변환층이고,
상기 광전 변환층은 상기 정공 수송층과 상기 양극 사이, 또는 상기 전자 수송층과 상기 음극 사이에 있는, 포토다이오드.
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|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Yutaka Noguchi, 외 2명, "극성 분자의 배향 분극 현상과 유기 박막 소자의 계면 특성", Journal of the Vacuum Society of Japan, 2015, Vol. 58, No.3 |
Also Published As
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