KR101239161B1 - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 구동전압이 비교적 낮은 구조를 갖는 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 발광층에의 응력을 완화시켜서 신뢰성이 높은 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 구동 전압의 오버타임 상승이 작은 구조를 갖는 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 구동전압이 낮고 구동전압의 오버타임 상승이 작으며 장기간의 사용에도 견딜 수 있는 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 발광소자에 있어서, 전극에 접하는 층은 P형의 반도체 또는 전자 수용성의 물질을 포함한 유기 화합물층 등의 정공 발생층으로서 기능을 하고, 발광층은 정공 발생층들 사이에 설치되며, 음극측의 정공 발생층과 발광층과의 사이에는 전자 발생층이 형성된다.
발광소자, 구동전압, 유기 화합물 무기 화합물
Description
본 발명은 전극 사이에 발광 물질을 포함한 박막을 삽입하고, 전류를 흘려보낼 때 발광하는 발광소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 발광소자를 이용하는 표시장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
전류를 흘려보낼 때 자신이 발광하는 자발광형의 박막 발광소자를 이용하는 디스플레이가 널리 개발되었다.
이러한 박막 발광소자는 유기 화합물 및 무기 화합물 중 하나 또는 그 양쪽을 이용해서 형성된 단층 또는 다층 박막에 전극을 접속하여, 전류를 흘려보낼 때 발광한다. 이러한 박막 발광소자는, 소비 전력을 줄이고, 적은 스페이스를 점유하며, 시인성을 증가시키는 것으로 기대되고 있어, 향후 시장의 확대도 기대되고 있다.
다층구조를 가진 발광소자의 층마다 그 기능을 분할함으로써 그 이전보다 더 고효율로 발광하는 소자를 작성하는 것이 가능하게 되었다(예를 들면, 문헌 1:Applied Physics Letters, Vol.51, No.12,913-915(1987)by C.W.Tang et al.).
다층구조를 가진 박막 발광소자는, 양극과 음극 사이에 설치된 발광 적층체 를 갖는다. 이 발광 적층체는, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함한다. 이들 층 중, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층 모두는 소자구조에 의존해서 반드시 사용되지 않아도 된다.
상기한 바와 같은 발광 적층체 내의 정공 주입층은 금속의 전극으로부터 유기 화합물을 주로 포함한 층으로 정공을 비교적 용이하게 주입할 수 있는 재료로 형성되어 있다. 발광 적층체 내의 전자 수송층은 전자 수송성이 우수한 재료로 형성되어 있다. 이와 같이, 발광 적층체의 각 층은 각각의 기능에 우수한 재료를 선택함으로써 형성된다.
그렇지만, 전극으로부터 전자를 비교적 용이하게 주입할 수 있는, 유기 화합물을 주로 포함한 재료, 혹은 전자를 어느 일정 이상의 이동도로 수송할 수 있는, 유기 화합물을 주로 포함한 재료는 매우 한정되어 있다. 재료의 한정으로부터도 알 수 있듯이, 전극으로부터 유기 화합물을 주로 함유한 층으로의 전자의 주입은 원래 발생하기 어렵다. 이 때문에, 구동전압이 높다. 더 나아가서, 구동전압이 높은 소자는 더 높은 오버타임(over time) 구동전압을 갖는 경향이 있다.
따라서, 본 발명은, 구동전압이 비교적 낮은 구조를 가진 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 구동전압의 오버타임 상승이 작은 구조를 가진 발광소자를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 구동전압이 낮고, 구동전압의 오버타임 상승이 작으며, 장기간의 사용에도 견딜 수 있는 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 발광소자의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 발광소자에 있어서의 전극에 접한 층은, P형의 반도체를 포함한 층 또는 전자 수용성의 물질을 포함한 유기 화합물층 등의 정공 발생층이고, 정공 발생층들 사이에 발광층을 설치하고, 제2 전극측의 정공 발생층과 발광층 사이에, 전자 발생층을 형성한다. 이에 따라 구동전압을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 구동전압이 낮아짐으로써 구동전압의 오버타임 상승을 억제하는 것이 가능하다.
본 발명의 구성의 일 국면의 발광소자는 제1 전극 및 제2 전극과, 유기재료 및 무기재료를 포함한 제1 층 및 제2 층과, 발광 물질을 포함한 제3 층과, 전자를 발생하는 제4 층을 구비한다. 제1 층은 제1 전극에 접하고, 제2 층은 제2 전극에 접하며, 제1 전극 및 제2 전극 사이에는 제1 층 및 제2 층을 사이에 두고 제3 층이 설치되며, 제3 층과 제2 층의 사이에는 제4 층이 설치된다.
본 발명의 다른 국면의 구성을 가진 발광소자는, 제1 전극 및 제2 전극과, 정공을 각각 발생하는 제1 층 및 제2 층과, 발광 물질을 포함한 제3 층과, 전자를 발생하는 제4 층을 구비한다. 제1 층은 제1 전극에 접하고, 제2 층은 제2 전극에 접하며, 제1 전극 및 제2 전극 사이에는 제1 층 및 제2 층을 사이에 두고 제3 층이 설치되고, 제3 층과 제2 층 사이에는 제4 층이 설치된다.
본 발명의 다른 국면의 구성을 가진 발광소자는, 제1 전극 및 제2 전극과, P형 반도체를 포함한 제1 층 및 제2 층과, 발광 물질을 포함한 제3 층과, N형 반도체를 포함한 제4 층을 구비한다. 제1 층은 제1 전극에 접하고, 제2 층은 제2 전극에 접하며, 제1 전극 및 제2 전극 사이에는 제1 층 및 제2 층을 사이에 두고 제3 층이 설치되고, 제3 층과 제2 층 사이에는 제4 층이 설치된다.
본 발명의 다른 국면의 구성을 가진 발광소자는, 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 유기 화합물 및 제1 유기 화합물의 전자를 수용하는 물질을 각각 포함한 제1 층 및 제2 층과, 발광 물질을 포함한 제3 층과, 제2 유기 화합물 및 제2 유기 화합물에 전자를 공여하는 물질을 포함한 제4 층을 구비한다. 제1 층은 제1 전극에 접하고, 제2 층은 제2 전극에 접하며, 제1 전극 및 제2 전극 사이에는 제1 층 및 제2 층을 사이에 두고 제3 층이 설치되고, 제3 층과 제2 층 사이에는 제4 층이 설치된다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자의 상기 구성에 있어서, 제2 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수용성을 나타내는 물질의 몰비(molar ratio)와 제1 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수용성을 나타내는 물질의 몰비와의 차는 제2 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수용성을 나타내는 물질의 몰비의 80%의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수용성을 나타내는 물질의 몰비의 80%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 제2 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수용성을 나타내는 물질의 몰비와 제1 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수용성을 나타내는 물질의 몰비와의 차이는 제2 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수용성을 나타내는 물질의 몰비의 40%의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수용성을 나타내는 물질의 몰비의 40%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자의 상기 구성에 있어서, 제1 층 및 제2 층의 각각의 두께는 30nm∼1㎛이다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자의 상기 구성에 있어서, 제2 층의 두께는 제1 층의 두께의 50%~150%이고, 제1 층의 두께는 제2 층의 두께의 50%~150%이다.
본 발명에 따른 구성을 가진 발광소자에서는, 구동전압을 낮게 하는 것이 가능하다. 또한, 낮은 구동전압으로 인해 구동전압의 오버타임 상승도 억제할 수 있다.
또한, 구동전압 및 구동전압의 오버타임 상승이 적고, 장기간의 사용에도 견딜 수 있는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 발광층에의 응력을 완화할 수 있다. 따라서, 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발광소자를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 발광소자를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 발광소자를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 발광소자를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 박막 발광소자의 제조 공정을 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 박막 발광소자의 제조 공정을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 표시장치의 구성 예를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 발광장치의 상면도 및 단면도를 나타낸다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명이 적용 가능한 전자기기의 일례를 나타낸다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 표시장치의 구성 예를 나타낸다.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명에 따른 표시장치의 화소 회로의 일례를 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 표시장치의 보호 회로의 일례를 나타낸다.
도 13은 실시 예 1의 소자의 전압-휘도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시 예 1의 소자의 전압-전류 특성을 나타내는 그래프이다.
도 15는 실시 예 2의 소자의 전압-휘도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 16은 실시 예 2의 소자의 전류밀도-휘도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 17은 실시 예 2의 소자의 전압-전류 특성을 나타내는 그래프이다.
도 18은 실시 예 2의 소자의 오버타임 전압변화를 나타내는 그래프이다.
도 19는 실시 예 2의 소자의 오버타임 휘도변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 그렇지만, 본 발명은 많은 다른 형태로 실시되는 것이 가능하기 때문에, 본 발명의 범위에서 일탈하는 않고 그 형태 및 상세를 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시의 형태의 기재내용에 한정해서 해석되는 것은 아니다.
실시의 형태 1
본 실시의 형태에서는, 도 1 및 도 2를 참조하면서 본 발명의 발광소자의 구 성에 관하여 설명한다. 본 발명에 따른 발광소자에 있어서, 발광 재료를 포함한 발광층(104)과 전자 발생층(105)이 적층되어 있고, 해당 발광층(104)과 전자 발생층(105)이 제1 정공 발생층(102)과 제2 정공 발생층(103) 사이에 설치되어 있다. 제1 정공 발생층(102)은 제1 전극에 접하고, 제2 정공 발생층(103)은 제2 전극에 접한다. 더 나아가서 제1 정공 발생층(102) 및 제2 정공 발생층(103)은 제1 전극(101)과 제2 전극(106) 사이에 설치되어 있고, 기판이나 절연막 등의 절연물(100) 위에 적층되어 있다. 기판이나 절연막 등의 절연물(100) 위에는 제1 전극(101), 제1 정공 발생층(102), 발광층(104), 전자 발생층(105), 제2 정공 발생층(103), 및 제2 전극(106)의 순으로 적층되어 있다. 혹은, 그것과 반대의 순으로, 즉 제2 전극(106), 제2 정공 발생층(103), 전자 발생층(105), 발광층(104), 제1 정공 발생층(102), 및 제1 전극(101)의 순으로 적층되어 있다. 또한, 본 실시의 형태에 있어서, 발광소자를 발광시키도록 전압을 인가할 때, 높은 전위가 인가되는 전극을 제1 전극이라고 하고, 낮은 전위가 인가되는 전극을 제2 전극이라고 한다.
제1 정공 발생층(102)과 제2 정공 발생층(103)은, 정공 수송성의 재료와 해당 정공 수송성의 재료로부터 전자를 받을 수 있는 전자 수용성의 재료 양쪽을 포함한 층, P형 반도체를 포함한 층, 혹은 P형 반도체를 포함한 층을 사용해서 같은 재료로 형성된다. 제1 정공 발생층(102) 및 제2 정공 발생층(103)의 두께는 30nm∼1㎛인 것이 바람직하다. 또한, 제1 정공 발생층(102)과 제2 정공 발생층(103)의 두께는 거의 같은 것이 바람직하다. 한편, 제2 정공 발생층의 두께가 제1 정공 발생층보다 50％이상 두껍거나 얇지 않도록 한다. 한편, 제1 정공 발생층의 두께가 제2 정공 발생층보다 50％이상 두껍거나 얇지 않도록 한다. 즉, 제2 정공 발생층의 두께는 제1 정공 발생층의 두께의 50%~150%이고, 제1 정공 발생층의 두께는, 제2 정공 발생층의 두께의 50%∼150%이다. 제1 정공 발생층의 두께를 X, 제2 정공 발생의 두께를 Y라고 하면, 0.5≤(Y/X)≤1.5 및 0.5≤(X/Y)≤1.5를 만족한다.
또한, 제1 정공 발생층(102) 및 제2 정공 발생층(103)은, 정공 수송성의 재료와 해당 정공 수송성의 재료로부터 전자를 받는 것이 가능한 전자 수용성의 재료를 사용해서 같은 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 제2 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비와 제1 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비와의 차이가 제2 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비의 80% 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비의 80% 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 제2 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비와 제1 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비와의 차이가 제2 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비의 40% 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비의 40% 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
따라서, 제1 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비를 A, 제2 정공 발생층의 정공 수송성 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비를 B라고 하면, (-0.8×A)≤B-A≤(0.8×A) 및 (-0.8×B)≤B-A≤(0.8×B)을 만족한다.
상기 정공 수송성의 재료로서는, 예를 들면 (질소와 벤젠 고리의 결합을 갖는)방향족 아민 화합물, 프탈로시아닌(phthalocyanine;약칭 H2Pc), 또는 구리 프탈로시아닌(약칭 CuPc) 또는 바나딜 프탈로시아닌(약칭 VOPc) 등의 프탈로시아닌 화합물을 사용할 수 있다. 방향족 아민 화합물은, 예를 들면, 4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl(약칭:α-NPD), 4,4'-bis[N-(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl(약칭:TPD), 4,4',4''-tris(N,N-diphenyl-amino)-triphenylamine(약칭:TDATA), 4,4',4''-tris[N-(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-triphenylamine(약칭:MTDATA), 또는 4,4'-bis(N-(4-(N,N-di-m-tolylamino)phenyl)-N-phenylamino)biphenyl(약칭:DNTPD)이다. 정공 수송성의 재료로부터 전자를 받는 것이 가능한 전자 수용성의 재료로서는, 예를 들면 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐산화물, 7,7,8,8,-테트라시아노퀴노디메탄(tetracyanoquinodimethane:TCNQ), 2,3-디시아노나프토퀴논(dicyanonaphtoquinone:DCNNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8,-테트라시아노퀴노디메탄(약칭:F4-TCNQ) 등을 사용한다. 정공 수송성 재료와의 조합에 따라 전자 수용이 가능한 전자 수용성의 재료를 선택한다. 또한, P형 반도체로서는 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 또는 구리 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
또한, 제1 정공 발생층(102) 및 제2 정공 발생층(103) 대신에, 상기에서 설명한 정공 수송성의 재료 등의 유기 화합물과, 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 안티몬 산화물, 텅스텐 산화물, 인듐 질화물, 주석 질화물, 안티몬 질화물, 텅스텐 질화물, 및 몰리브덴 질화물 등의 무기재료 또는 이들로부터 선택된 2이상의 무기재료를 포함한 층으로 각각 형성된 제1 층 및 제2 층을 사용해도 된다. 제1 층 및 제2 층의 두께는 3Onm∼1㎛인 것이 바람직하다. 또한, 제1 층 및 제2 층의 두께는 대략 같은 것이 바람직하고, 제2 층의 두께가 제1 층의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않도록 한다. 한편, 제1 층의 두께가 제2 층의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않도록 한다. 즉, 제2 층의 두께는 제1 층의 두께의 50%~150%이고, 제1 층의 두께는 제2 층의 두께의 50%~150%이다. 더 나아가서, 제1 층 및 제2 층은 같은 정공 수송성의 재료와 같은 무기재료를 포함한 층으로 형성되는 것이 바람직하다. 제2 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수송성 재료의 몰비와 제1 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수송성 재료의 몰비와의 차이는, 제2 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수송성 재료의 몰비의 80% 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수송성 재료의 몰비의 80% 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 제2 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수송성 재료의 몰비와 제1 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수송성 재료의 몰비와의 차이는, 제2 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수송성 재료의 몰비의 40% 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 층의 제1 유기 화합물에 대한 전자 수송성 재료의 몰비의 40% 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
전자 발생층(105)으로서는, 전자 수송성의 재료와 해당 전자 수송성의 재료에 전자를 공여하는 것이 가능한 전자 공여성의 재료 양쪽을 포함한 층, N형 반도체의 층, 혹은 N형 반도체를 포함한 층을 사용할 수 있다. 상기 전자 수송성의 재 료로서는, 예를 들면 tris-(8-quinolinolato)aluminum(약칭:Alq3), tris(4-methyl-8-quinolinolato)aluminum(약칭:Almq3), bis(10-hydroxybenzo[h]-quinolinolato)beryllium(약칭:BeBq2), 또는 bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-aluminum(약칭:BAlq) 등의 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가진 금속 복합체를 사용하는 것이 가능하다. 이밖에, bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolate]zinc(약칭:Zn(BOX)2) 또는 bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzothiazolate]zinc(약칭:Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸 또는 티아졸 배위자를 가진 금속 복합체를 사용할 수 있다. 이 금속 복합체 이외에도, 2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole(약칭:PBD), 1,3-bis[5-(p-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole-2-yl]benzene(약칭:OXD-7), 3-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole(약칭:TAZ), 3-(4-tert-butylphenyl)-4-(4-ethylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole(약칭:p-EtTAZ), bathophenanthroline(약칭:BPhen), bathocuproin(약칭:BCP) 등을 사용할 수 있다. 이들 전자 수송성의 재료에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성의 재료로서는, 예를 들면 리튬 또는 세슘 등의 알칼리 금속, 마그네슘, 칼슘 등의 알칼리 토류 금속, 또는 에르븀 또는 이테르븀 등의 희토류 금속 등을 사용할 수 있다. 전자 수송성의 재료와의 조합에 따라 전자를 공여하는 것이 가능한 전자 공여성의 재료를 선택한다. 더 나아가서, N형 반도체로서는 금속 산화물 등의 금속 화합물도 사용하는 것이 가능하고, 예를 들면 아연 산화물, 아연 황화물, 아연 셀렌화물, 티탄 산화물 등을 사용하는 것이 가능하다.
발광 재료를 포함한 발광층(104)은 2종류로 분류된다. 하나는 발광 물질보다 에너지 갭이 더 넓은 재료로 형성된 층에 발광중심이 되는 발광 재료를 분산시킨 층이다. 다른 하나는 발광 물질로 구성되는 층이다. 전자의 구조는, 농도 소광이 발생하기 어렵기 때문에, 바람직하다. 발광중심이 되는 발광 물질로서는, 4-dicyanomethylene-2-methyl-6-[-2-(1,1,7,7-tetramethyl-9-julolidyl)ethenyl)-4H-pyran(약칭:DCJT); 4-dicyanomethylene-2-t-butyl-6-[2-(1,1,7,7-tetramethyl-julolidine-9-yl)ethenyl]-4H-pyran; periflanthene; 2,5-dicyano-1,4-bis[2-(10-methoxy-1,1,7,7-tetramethyl-julolidine-9-yl)ethenyl]benzene, N,N'-dimethylquinacridone(약칭:DMQd), coumarin 6, coumarin 545T, tris(8-quinolinolato)aluminum(약칭:Alq3), 9,9'-bianthryl,9,10-diphenylanthracene(약칭:DPA), 9,10-bis(2-naphthyl)anthracene(약칭:DNA), 2,5,8,11-tetra-t-butylperylene(약칭:TBP) 등을 사용할 수 있다. 상기 발광 재료를 분산시킨 층을 형성할 경우에 모체가 되는 재료로서는, 9,10-di(2-naphtyl)-2-tert-butylanthracene(약칭:t-BuDNA) 등의 안트라센 유도체, 4,4'-bis(N-carbazolyl)biphenyl(약칭:CBP) 등의 카르바졸 유도체, 또는 tris(8-quinolinolato)aluminum(약칭:Alq3), tris(4-methyl-8-quinolinolato)aluminum(약칭:Almq3), bis(10-hydroxybenzo[h]-quinolinato)beryllium(약칭:BeBq2), bis(2- methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-aluminum(약칭:BAlq), bis[2-(2-hydroxyphenyl)pyridinato]zinc(약칭:Znpp2), bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolate]zinc(약칭:ZnBOX) 등의 금속 복합체를 사용할 수 있다. 단독으로 발광층(104)을 구성하는 것이 가능한 재료로서는, tris(8-quinolinolato)aluminum(약칭:Alq3), 9,10-bis(2-naphtyl)anthracene(약칭:DNA), 또는 bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-aluminum(약칭:BAlq) 등을 사용할 수 있다.
발광층(104)은 단층 구조 또는 복층 구조로 형성되어도 상관없다. 발광층(104)의 발광 재료가 분산되어 있는 층과 제1 정공 발생층(102)과의 사이에 정공 수송층이 설치되어도 된다. 더 나아가서, 발광층(104)의 발광 재료가 분산되어 있는 층과 전자 발생층(105)과의 사이에 전자 수송층을 설치해도 된다. 이들 층은 반드시 설치되지 않아도 된다. 또는, 정공 수송층과 전자 수송층 중 하나만 설치되어 있어도 된다. 정공 수송층 및 전자 수송층의 재료는, 각각 상기 정공 발생층에 있어서의 정공 수송성의 층과 상기 전자 발생층에 있어서의 전자 수송성의 층의 재료에 따르기 때문에, 여기에서는 설명을 생략한다. 이들 층의 설명을 참조한다.
제1 전극(101)은 일함수가 큰(일함수 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 또는 이들의 혼합물로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 전극재료의 구체적인 예로서는, ITO(indium tin oxide), 규소를 함유한 ITO, 산화 인듐에 2∼20%의 산화 아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 TiN 등의 금속 질화물을 사용할 수 있다. 한편, 제2 전극(106)의 형성에 사용할 수 있는 제2 전극재료로서는, 일함수가 작은(일함수 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 또는 이러한 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 제2 전극재료의 구체적인 예로서는, 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소; Li나 Cs 등의 알칼리 금속 또는 Mg, Ca , Sr 등의 알칼리 토류 금속을 사용할 수 있다. 또한, Mg:Ag 또는 Al:Li 등의 상기 원소를 포함한 합금, LiF, CsF, CaF2 등의 상기 원소를 함유한 화합물, 또는 희토류 금속을 함유한 천이 금속을 사용할 수도 있다. 더 나아가서, Al, Ag, ITO 등의 상기 원소 및 다른 금속(합금을 포함한다)의 적층체를 이용할 수도 있다.
발광층은, 제1 전극(101), 제1 정공 발생층(102), 발광층(104), 전자 발생층(105), 제2 정공 발생층(103), 및 제2 전극(106) 이외에, 제1 정공 발생층(102)과 발광층(104) 사이에 제3 정공 발생층(107)을 가져도 된다(도 3 및 4). 이 경우, 제3 정공 발생층(107)은, 제1 정공 발생층(102)의 재료와 다른 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 제1 정공 발생층(102)은 제2 정공 발생층(103)과 같은 재료로 형성된다. 더 나아가서, 제2 정공 발생층(103)의 두께는 제1 정공 발생층(102)의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않도록 한다. 한편, 제1 정공 발생층(102)의 두께는 제2 정공 발생층(103)의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않도록 한다. 즉, 제1 정공 발생층(102)과 제2 정공 발생층(103)의 두께는 거의 같다.
상기 재료에 관해서는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 본 발명의 효과를 취득할 수 있는 범위 내에 있어서 실시자가 적당하게 재료를 선택할 수 있다.
상기 구성을 가진 본 발명에 따른 발광소자는, 전압이 인가되면, 제2 정공 발생층(103)으로부터 제2 전극으로 정공이 주입된다. 또한, 전자 발생층(105)으로부터 전자가 발광층(104)에 주입된다. 한층 더, 제1 정공 발생층(102)으로부터 발광층(104)으로 정공이 주입된다. 그 다음, 발광층에 있어서 주입된 전자와 정공이 재결합하고, 여기된 발광 재료가 기저 상태로 되돌아올 때에 발광을 취득할 수 있다. 여기에서, 본 발명에 따른 발광소자에서는, 전극으로부터 유기 화합물을 주로 함유한 층으로 전자가 주입되지 않지만, 유기 화합물을 주로 함유한 층으로부터 유기 화합물을 주로 함유한 다른 층으로 주입된다. 전극으로부터 유기 화합물을 주로 함유한 층으로 전자의 주입이 발생하기 어렵다. 따라서, 종래의 발광소자에서는, 전극으로부터 유기 화합물을 주로 함유한 층으로 전자가 주입될 때 구동전압이 상승하다. 그렇지만, 본 발명에 따른 발광소자는 그러한 과정 없이 제조될 수 있기 때문에, 구동전압이 낮은 발광소자를 제공할 수 있다. 또한, 발광소자가 높은 구동전압을 갖는 경우에는 더 크게 오버타임 구동전압이 상승한다는 것을 경험을 통해서 이미 알고 있기 때문에, 구동전압이 낮은 본 발명의 발광소자는 구동전압의 오버타임 상승이 작은 발광소자이다.
또한, 본 발명의 발광소자는, 발광층(104)의 양면에 있어서 발광층(104)과 전극과의 응력이 거의 같은 층을 거쳐서 전극들 사이에 발광층(104)이 설치되어 있기 때문에, 발광층(104)에의 응력을 완화하는 것이 가능하다. 따라서, 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
특히, 전극과 접하는 층이 정공 발생층이고, 발광층의 양면에 있는 정공 발생층을 거쳐서 전극들 사이에 발광층이 설치되어 있는 구조, 예를 들면, 정공 발생층이 전극 위에 있고, 발광층이 그 위에 설치되며, 또 다른 정공 발생층이 그 위에 설치되고, 다른 전극이 그 위에 설치되어 있는 구조를 가진 발광소자라고 하면, 발광층의 양면에의 응력이 상쇄되어, 보다 발광소자의 신뢰성이 향상한다. 또한, 정공 발생층은 유기재료와 금속 산화물을 포함한 층이다. 예를 들면, 상기 정공 수송성 재료와 몰리브덴 산화물(MoOx), 아연 산화물 또는 인듐 산화물을 포함한 층이나, 상기 정공 수송성 재료와 몰리브덴 산화물(MoOx), 아연 산화물 및 인듐 산화물로부터 선택된 2 이상의 금속 산화물을 포함한 층이 바람직하다. 또한, 정공 발생층과 발광층 사이에는 다른 층이 설치되어 있어도 된다는 점에 유념한다.
실시의 형태 2
본 발명의 다른 실시의 형태에 관하여 설명한다. 본 실시의 형태에서는 제1 정공 발생층(102) 및 제2 정공 발생층(103)의 두께를 적당히 조정함으로써 발광소자 및 표시장치의 시야각 특성을 개선하는 예에 관하여 설명한다. 본 실시의 형태에 있어서, 발광소자의 적층 구조 및 재료에 관해서는 실시의 형태 1과 같으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다. 실시의 형태 1을 참조한다. 또한, 본 실시의 형태에서도, 발광소자를 발광시키도록 전압을 인가할 때, 높은 전위가 인가되는 전극을 제1 전극이라고 하고, 낮은 전위가 인가되는 전극을 제2 전극이라고 한다.
발광소자로부터 발광한 빛은, 발광층(104)으로부터 직접 발광한 빛과, 한 번 또는 복수 회 반사된 후에 발광한 빛을 포함한다. 이 직접 발광한 빛과 반사된 후에 발광하는 빛은 그들의 위상 관계에 따라 간섭해 서로 강해지거나 약화해지나 한다. 따라서, 발광소자로부터 발광한 빛은 해당 간섭의 결과로서 합성된 빛이다.
굴절률이 작은 매체로부터 굴절률이 큰 매체로 입사할 때에 반사한 빛의 위상은 반전된다. 이 때문에, 실시의 형태 1에 나타낸 구성을 가진 발광소자에 있어서, 제1 전극(101)이나 제2 전극(106) 등의 전극과 해당 전극에 접하는 층과의 계면에서 빛이 반사될 때 빛의 위상이 반전된다. 이 전극에서 반사된 빛이 발광층으로 발광한 빛을 간섭할 때, 발광층과 해당 전극 사이의 광학적 거리(굴절률×물리적 거리)가 (2m-1)λ/4(m은 1이상의 자연수, λ은 해당 발광층으로부터 발광한 빛의 중심 파장)을 만족시킬 경우, 빛 추출면을 보는 각도에 의존해서 발생하는 스펙트럼 형상의 변화를 줄일 수 있고, 또한 발광소자의 전류효율도 향상시킬 수 있다. 전류 효율이 흐른 전류에 대한 휘도를 나타낸다. 전류효율이 크면, 전류량이 작아도 소정의 휘도를 취득할 수 있다. 또한, 소자의 열화도 적은 경향이 있다.
반사는 굴절률의 차이가 작은 막 사이에서는 작기 때문에, 전극과 전극에 접하는 막과의 계면에서 발생하는 반사 이외의 반사는 무시할 수 있다. 이 때문에, 본 실시의 형태에서는, 전극과 전극에 접하는 막 사이에 발생하는 반사에만 주목한다.
제1 전극(101)측으로부터 빛을 추출하는 발광소자의 경우에, 빛은 제2 전극(106)에서 반사된다. 그 때문에, 해당 발광소자의 전류효율을 향상시켜, 빛 추출면을 보는 각도에 의존해서 발생하는 스펙트럼 형상의 변화를 줄이기 위해서는, 발 광 위치부터 제2 전극(106)의 표면까지의 광학적 거리(굴절률×물리적 거리)가 (2m-1)λ/4(m은 1이상의 자연수, λ은 해당 발광층으로부터 발광한 빛의 중심 파장)이어도 된다.
발광층(104)은 발광 재료를 포함한 층을 가진 단층 구조로 형성되어 있어도 되고, 혹은 전자 수송층 또는 정공 수송층 등의 층과 발광 재료를 함유한 층을 포함한 다층구조로 형성되어 있어도 된다. 발광 재료를 함유한 층은 발광 중심이 되는 발광 재료가 분산된 층이어도 좋고, 발광 재료만으로 형성된 층이어도 된다.
발광 위치와 제2 전극(106) 사이에는 서로 다른 재료 형성된 복수의 층이 설치된다. 본 실시의 형태에 있어서는, 복수의 층이 전자 발생층(105) 및 제2 정공 발생층(103)에 해당한다. 발광 재료를 포함한 층도 그 두께의 반 정도는 발광 위치와 제2 전극(106) 사이에 위치된 층으로서 간주될 수 있다. 발광층이 복수층으로 형성될 경우에는, 서로 다른 재료로 형성된 더 많은 층이 포함되는 경우도 있다. 이러한 구성에 있어서, 발광 위치와 제2 전극(106) 사이의 광학적 거리를, 각각의 막의 굴절률과 두께를 곱하고 그 적을 합산함으로써 산출할 수 있다. 그 합계는 (2m-1)λ/4(m은 1이상의 자연수, λ은 해당 발광층으로부터 발광한 빛의 중심파장)이 되도록 설정된다. 즉, 이하의 식(1)을 충족한다. 식(1)에서, 발광 재료를 포함한 층을 1이라고 하고, 제2 전극(106)을 j(j는 4 이상의 정수)이라고 하며, 발광 재료를 포함한 층과 제2 전극(106) 사이에 존재하는 층에 발광재료를 포함한 층에 순차적으로 번호를 부착한다. 또한, 어떤 번호를 부착한 굴절률 n 및 두께 d를, 같 은 번호가 붙여진 층의 굴절률 및 두께라고 했다(즉, n1은 발광 재료를 포함한 층의 굴절률이고, dj을 제2 전극의 두께이다.).
여기에서, 상기 식(1)을 만족시키는 위하여 막 두께를 조정할 필요가 있다. 유기 화합물을 주로 포함한 층은 작은 전자 이동도를 갖기 때문에, 전자가 캐리어로서 기능을 하는 전자 수송성의 재료를 함유한 전자 발생층(105)이 두꺼운 경우에 구동전압이 상승한다. 따라서, 본 실시의 형태에서는, 유기 화합물을 주로 함유한 층에 있어서 비교적 이동도가 높은 제2 정공 발생층(103)의 두께를 조절함으로써, 구동전압을 크게 상승시키지 않고 상기 식(1)을 만족시킨다.
제2 전극(106)의 측으로부터 빛을 추출하는 발광소자의 경우, 제1 전극(101)에서 빛이 반사된다. 그 때문에, 해당 발광소자의 전류효율을 향상시켜, 빛을 추출하는 면을 보는 각도에 의존해서 발생하는 스펙트럼 형상의 변화를 감소시킬 위해서는, 발광 위치로부터 제1 전극(101)의 표면까지의 광학적 거리(굴절률×물리적 거리)를 (2m-1)λ/4(m은 1이상의 자연수, λ은 해당 발광층으로부터 발광한 빛의 중심파장)으로 설정해도 좋다.
발광층(104)은 발광 재료를 포함한 층의 단층으로 형성되어 있어도 되고, 또는 전자 수송층 또는 정공 수송층 등의 층과 발광 재료를 함유한 층을 포함한 다층 구조로 형성되어 있어도 된다. 발광 재료를 포함한 층은 발광중심이 되는 발광 재료가 분산된 층이어도 좋고, 또는 발광 재료만으로 형성된 층이어도 된다. 상술한 구성 중 어느 하나에 있어서, 발광 재료를 포함한 층은 어느 정도의 두께를 가지고 있고, 발광중심은 무수히 존재하기 때문에, 발광이 발생한 정확한 위치를 결정할 수 없다. 이 때문에, 본 실시의 형태에서는, 발광 재료를 포함한 막의 두께의 반 정도에 해당하는 위치가 발광이 발생한 위치로서 간주된다.
해당 발광이 발생한 위치와 제1 전극(101) 사이에는 한 개 또는 복수 개의 층이 설치된다. 본 실시의 형태에 있어서는, 이 층은 제1 정공 발생층(102)에 해당한다. 또한, 발광 재료를 포함한 층도 그 두께의 반 정도는 발광이 일어난 위치와 제1 전극(101) 사이에 위치하는 층이어도 된다. 또한, 발광층이 복수의 층으로 형성될 경우에는 더 많은 층이 포함되는 경우도 있다. 이러한 구성에 있어서, 발광 위치로부터 제1 전극(101)까지의 광학적 거리를, 각각의 막의 굴절률과 두께를 곱하고 그 적을 합계함으로써 산출할 수 있다. 즉, 이하의 식(2)을 만족한다. 식(2)에서, 발광 재료를 포함한 층을 1로 하고, 제1 전극(101)을 j(j는 4이상의 정수)로 하며, 발광 재료를 포함한 층과 제1 전극(101) 사이에 존재하는 층에 발광 재료를 포함한 층으로부터 순차적으로 번호를 붙인다. 또한, 어떤 번호를 부착한 굴절률 n과 두께 d를, 같은 번호가 붙여진 층의 굴절률 및 두께라고 한다(즉, n1은 발광 재료를 포함한 층의 굴절률이고, dj는 제1 전극의 두께이다).
여기에서, 상기 식(2)을 만족시키기 위해서 막 두께를 조정할 필요가 있다. 본 실시의 형태에서는, 주로 유기 화합물을 포함한 층에 있어서 비교적 이동도가 높은 제1 정공 발생층(102)의 두께를 조절함으로써 구동전압을 크게 상승시키지 않고 상기 식(2)을 만족시키는 것이 가능하다.
제1 전극(101) 및 제2 전극(106)의 양쪽으로부터 빛을 추출하는 구조의 경우에는, 상기 식(1) 및 (2)를 동시에 만족시켜도 좋다.
발광소자를 본 실시의 형태와 같은 구조로 함으로써, 빛이 추출되는 면을 보는 각도에 의존해서 발광 스펙트럼의 변화를 감소시키는 발광소자를 제공하는 것이 가능하다.
본 실시의 형태는 실시의 형태 1과 조합될 수도 있다.
실시의 형태 3
본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 1 혹은 실시의 형태 2에 기재된 본 발명의 표시장치를, 도 5a 내지 도 6c을 참조하여 제작 방법을 나타내면서 설명한다. 본 실시의 형태에서는 액티브 매트릭스형의 표시장치를 제작하는 예를 나타냈지만, 패시브 매트릭스형의 표시장치여도 본 발명의 발광소자를 적용하는 것이 가능하다.
우선, 기판(50) 위에 제1 베이스 절연층(51a) 및 제2 베이스 절연층(51b)을 형성하고, 한층 더 반도체층을 제2 베이스 절연층(51b) 위에 형성한다(도 5a).
기판(50)의 재료로서는, 유리, 석영, 플라스틱(폴리이미드, 아크릴, 폴리에 틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 또는 폴리에테르설폰) 등을 사용하는 것이 가능하다. 이들 기판은 필요에 따라 CMP 등에 의해 연마된 후에 사용되어도 좋다. 본 실시의 형태에 있어서는, 유리 기판을 사용한다.
제1 베이스 절연층(51a) 및 제2 베이스 절연층(51b)은 기판(50) 중의 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속 등, 반도체막의 특성에 악영향을 끼치는 원소가 반도체층으로 확산하는 것을 막기 위해서 설치된다. 이들 베이스 절연층의 재료로서는, 산화규소, 질화규소, 질소를 포함한 산화규소, 산소를 포함한 질화규소 등을 사용할 수 있다. 본 실시의 형태에서는, 제1 베이스 절연층(51a)을 질화규소로 형성하고, 제2 베이스 절연층(51b)을 산화규소로 형성한다. 본 실시의 형태에서는, 베이스 절연층을 제1 베이스 절연층(51a) 및 제2 베이스 절연층(51b)을 포함한 2층 구조로 형성했지만, 베이스 절연층을 단층 구조로 형성해도 되고 또는 2층 이상의 다층 구조로 형성해도 된다. 또한, 기판으로부터의 불순물의 확산이 중요한 문제를 일으키지 않는 경우에는 베이스 절연층을 설치할 필요가 없다.
본 실시의 형태에서는, 계속해서 형성되는 반도체층을, 비정질 규소막을 레이저 빔으로 결정화함으로써 얻는다. 제2 베이스 절연층(51b) 위에 비정질 규소막을 25∼100nm(바람직하게는 30∼60nm)의 두께로 공지된 방법, 예를 들면 스퍼터링법, 감압 CVD법 또는 플라즈마 CVD법 등을 이용해서 형성한다. 그 후에, 500℃에서 1시간 가열처리를 행해 수소를 제거한다.
다음에, 레이저 조사장치를 이용해서 비정질 규소막을 결정화해서 결정질 규소막을 형성한다. 본 실시의 형태에서는, 레이저 결정화에 엑시머 레이저를 사용한 다. 방출된 레이저 빔을 광학계를 사용해서 선형의 빔 스폿으로 가공한 후, 비정질 규소막에 이 선형의 레이저 스폿을 조사한다. 이렇게 함으로써, 결정질 규소막을 형성해서 반도체층으로서 사용한다.
이외에, 열처리만으로 결정화를 행하는 방법이나 결정화를 촉진하는 촉매원소를 사용해 가열처리를 행하는 방법 등의 다른 방법으로 비정질 규소막을 결정화할 수도 있다. 결정화를 촉진하는 원소로서는, 니켈, 철, 팔라듐, 주석, 납, 코발트, 백금, 구리, 금 등을 들 수 있다. 이러한 원소를 사용함으로써, 열 처리에 의해서만 결정화를 행했을 경우와 비교하여 저온 및 단시간에 경정화가 이루어지기 때문에, 유리 기판 등에의 손상이 억제된다. 열 처리에 의해만 결정화를 하는 경우에는, 기판(50)으로서 고온에 강한 석영기판을 사용하는 것이 바람직하다.
계속해서, 필요에 따라 반도체층에 임계값을 컨트롤하기 위하여 미량의 불순물 원소를 첨가하고, 소위 채널 도핑을 행한다. 요구되는 임계값을 얻기 위하여, N형 혹은 P형을 나타내는 불순물(인 또는 보론 등)을 이온 도핑법 등에 의하여 첨가한다.
그 후에, 도 5a에 나타나 있는 바와 같이, 반도체층을 소정의 형상으로 패터닝하여, 섬 형상의 반도체층(52)을 얻는다. 패터닝은 반도체층을 마스크를 이용해 에칭함으로써 행해진다. 이 마스크는, 포토레지스트를 반도체층에 도포하고, 포토레지스트를 노광 및 소성하여 소정의 마스크 패턴을 가진 레지스트 마스크를 반도체층 위에 형성함으로써 형성된다.
다음에, 반도체층(52)을 덮는 게이트 절연층(53)을 형성한다. 게이트 절연 층(53)은 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법에 의해 40∼150nm의 두께로 규소를 포함한 절연층으로 형성된다. 본 실시의 형태에서는, 산화 규소를 사용한다.
다음에, 게이트 절연층(53) 위에 게이트 전극(54)을 형성한다. 게이트 전극(54)은 탄탈, 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 알루미늄, 구리, 크롬, 니오브로 구성되는 그룹으로부터 선택된 원소로 형성되어도 되고, 또는 상기 원소를 주성분으로서 포함하는 합금재료 혹은 화합물 재료로 형성되어도 된다. 또한, 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 규소막으로 대표되는 반도체막을 이용해도 된다. 또한, Ag-Pd-Cu 합금을 사용해도 된다.
본 실시의 형태에서는 게이트 전극(54)은 단층으로 형성되어 있지만, 게이트 전극(54)은 예를 들면 하층으로서의 텅스텐과 상층으로서의 몰리브덴의 2층 이상의 다층 구를 가져도 된다. 다층 구조의 게이트 전극을 형성하는 경우에도, 상술한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 재료의 조합도 적당하게 선택하면 좋다. 게이트 전극(54)은 포토레지스트로 형성된 마스크를 이용하여 에칭함으로써 가공된다.
계속해서, 게이트 전극(54)을 마스크로서 사용하여 고농도의 영역을 형성하기 위해 반도체층(52)에 불순물을 첨가한다. 이 공정에 의해, 반도체층(52), 게이트 절연층(53), 및 게이트 전극(54)을 포함한 박막 트랜지스터(70)가 형성된다.
박막 트랜지스터의 제작 공정에 관해서는 특별히 한정되지 않고, 원하는 구조의 트랜지스터를 제작할 수 있게 적당하게 변경해도 된다.
본 실시의 형태에서는, 레이저 결정화에 의해 취득된 결정성 실리콘막을 사 용한 탑 게이트형의 박막 트랜지스터를 사용했지만, 비정질 반도체막을 사용한 바텀 게이트형의 박막 트랜지스터를 화소부에 사용하는 것도 가능하다. 비정질 반도체로서는 규소뿐만 아니라 실리콘 게르마늄도 사용하는 것이 가능하다. 실리콘 게르마늄을 사용할 경우, 게르마늄의 농도는 0.01∼4.5 atomic% 정도의 범위인 것이 바람직하다.
또, 비정질 반도체 중에 0.5nm∼20nm의 직경을 각각 가진 결정 입자를 포함하는 미세결정 반도체막(세미 아모르포스(semi-amorphous) 반도체)을 사용해도 된다. 0.5~20nm의 직경의 결정 입자를 가진 미세결정을 소위 마이크로 크리스탈(μc)이라고도 부른다
세미 아모르포스 반도체에 속하는 세미 아모르포스 실리콘(SAS라고도 표기)은 규화물 기체를 글로(glow) 방전에 따라 분해함으로써 취득될 수 있다. 대표적인 규화물 기체로서는, SiH4이 있다. 그 밖에도, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용하는 것이 가능하다. 이 규화물 기체를 수소 또는 수소와 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온으로 구성된 그룹으로부터 선택된 일종 또는 복수 종의 불활성 기체로 희석한 후에 규화물 기체를 사용해서, SAS을 용이하게 형성할 수 있다. 1:10∼1:1000의 희석비로 규화물 기체를 희석하는 것이 바람직하다. 글로 방전에 따른 분해에 의해 막을 형성하기 위한 반응은 0.1Pa∼133Pa의 범위의 압력에서 행해져도 된다. 글로 방전을 형성하기 위한 전력은 1MHz∼120MHz, 바람직하게는 13MHz∼60MHz 범위의 고주파에서 공급되어도 된다. 기판 가열 온도는 300℃이하인 것이 바 람직하고, 100∼250℃ 범위인 것이 적합하다.
이렇게 해서 형성된 SAS의 Raman 스펙트럼은 520cm-1보다도 낮은 파수의 측으로 쉬프트한다. X선 회절에 의하면, 실리콘 결정 격자의 회절 피크는 (111) 및 (220)에서 관측된다. 댕글링 본드의 중화제로서는, 수소 또는 할로겐을 적어도 1원자% 이상 첨가한다. 막 중의 불순물 원소로서는, 산소, 질소, 카본 등의 대기 중의 불순물은 1×1020cm- 1이하인 것이 바람직하고, 특히, 산소농도는 5×1019/cm3이하, 바람직하게는 1×1019/cm3이하인 것이 바람직하다. 이 막으로 제조된 TFT의 이동도는 μ=1∼10cm2/Vsec이다.
이 SAS를 레이저 빔으로 더 결정화한 후에 사용해도 된다.
계속해서, 게이트 전극(54) 및 게이트 절연층(53)을 덮는 절연막(수소화막;59)을 질화 규소로 형성한다. 절연막(수소화막;59)을 형성한 후에, 480℃에서 1시간 정도 열처리를 행해서, 불순물 원소의 활성화 및 반도체층(52)의 수소화를 행한다.
계속해서, 절연막(수소화막;59)을 덮는 제1 층간 절연층(60)을 형성한다. 제1 층간 절연층(60)을 형성하는 재료로서는, 산화규소, 아크릴, 폴리이미드, 실록산, low-k 재료 등을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시의 형태에서는, 산화 규소로 제1 층간 절연층을 형성한다(도 5b).
다음에, 반도체층(52)에 도달하는 콘택트 홀을 형성한다. 콘택트 홀은 레지 스트 마스크를 사용하여, 반도체층(52)이 노출할 때까지 에칭함으로써 형성될 수 있다. 습식 에칭 또는 드라이 에칭의 어느 쪽이든 적용할 수 있다. 이 조건에 의존해서 일회 또는 복수 회 에칭을 행해도 된다. 복수 회 에칭을 때는, 습식 에칭과 드라이 에칭의 양쪽을 행해도 된다(도 5c).
그리고, 해당 콘택트 홀 및 제1 층간 절연층(60)을 덮는 도전층을 형성한다.해당 도전층을 원하는 형상으로 가공해서, 접속부(61a), 배선(61b) 등이 형성된다. 이 배선은 알루미늄, 구리 등의 단층이어도 된다. 본 실시의 형태에서는, 아래에서부터 순차적으로 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴의 다층 구조로 배선이 형성된다. 또는, 티타늄/알루미늄/티타늄이나 티타늄/질화 티타늄/알루미늄/티타늄의 구조도 적용가능하다(도 5d)
접속부(61a), 배선(61b), 및 제1 층간 절연층(60)을 덮는 제2 층간 절연층(63)을 형성한다. 제2 층간 절연층(63)의 재료로서는, 아크릴, 폴리이미드, 실록산 등의 자기 평탄성을 갖는 도포막이 바람직하다. 본 실시의 형태에서는, 실록산으로 제2 층간 절연층(63)을 형성한다(도 5e).
다음에, 제2 층간 절연층(63) 위에 질화 규소로 절연층을 형성해도 좋다. 이것은 나중의 화소전극의 에칭공정에 있어서, 제2 층간 절연층(63)이 필요 이상으로 에칭되는 것을 막기 위한 것이다. 이 때문에, 화소전극과 제2 층간 절연층 사이의 에칭 레이트의 차가 큰 경우에는 특히 절연층이 필요하지 않다. 다음에, 제2 층간 절연층(63)을 관통해서 접속부(61a)에 도달하는 콘택트 홀을 형성한다.
다음에, 해당 콘택트 홀과 제2 층간 절연층(63)(혹은 절연층)을 덮는 투광성 도전층을 형성한 후, 해당 투광성 도전층을 가공해서 박막 발광소자의 제1 전극(101)을 형성한다. 여기에서, 제1 전극(전자를 수신하는 전극;101)은 접속부(61a)와 전기적으로 접촉하고 있다. 제1 전극(101)의 재료로서는, 일함수가 큰(일함수 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, ITO(indium tin oxide), 규소를 함유하는 ITO(ITSO), 산화 인듐에 2∼20%로 산화 아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide), 산화아연, 산화 아연에 갈륨을 함유한 GZO(Galium Zinc Oxide), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 TiN 등의 금속 잘화물을 사용할 수 있다. 본 실시의 형태에서는, ITSO로 제1 전극(101)을 형성한다(도 6a).
다음에, 제2 층간 절연층(63)(혹은 절연층) 및 제1 전극(101)을 덮는 유기 재료 혹은 무기재료로 형성된 절연층을 형성한다. 계속해서, 해당 절연층을, 제1 전극(101)을 부분적으로 노출하도록 가공해서, 격벽(65)을 형성한다. 격벽(65)의 재료로서는, 감광성 유기재료(아크릴, 폴리이미드 등)가 바람직하다. 그 외에도, 감광성이 없는 유기재료나 무기재료를 이용해도 된다. 또한, 티타늄 블랙이나 카본 나이트라이드 등의 흑색 안료나 염료를 분산재 등을 사용해서 격벽(65)의 재료로 분산해 격벽(65)을 검게 함으로써 블랙 매트릭스로서 격벽(65)을 사용해도 된다. 격벽(65)의 제1 전극으로 향하는 단면은 곡률을 갖고, 해당 곡률이 연속적으로 변화하는 테이퍼 형상을 하고 있는 것이 바람직하다(도 6b).
다음에, 격벽(65)으로부터 노출된 제1 전극(101)의 일부를 덮는 발광 적층 체(66)를 형성한다. 본 실시의 형태에서는, 발광 적층체(66)는 증착법 등에 의해 형성되어도 된다. 발광 적층체(66)는 제1 정공 발생층(102), 발광층(104), 전자 발생층(105), 및 제2 정공 발생층(103)을 순차적으로 적층함으로써 형성된다.
더 나아가서, 제1 정공 발생층(102)과 제2 정공 발생층(103)은, 정공 수송성의 재료와 해당 정공 수송성의 재료로부터 전자를 받을 수 있는 전자 수용성의 재료; P형 반도체층 혹은 P형 반도체를 포함한 층을 사용해서 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 정공 수송성의 재료로서는, 예를 들면 방향족 아민(벤젠 링과 질소의 결합을 가진)의 화합물, 프탈로시아닌(약칭:H2Pc), 또는 구리 프탈로시아닌(약칭:CuPc) 또는 바나딜 프탈로시아닌(약칭: VOPc) 등의 프탈로시아닌 화합물을 사용할 수 있다. 방향족 아민 화합물은, 예를 들면, 4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl(약칭:α-NPD), 4,4'-bis[N-(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-biphenyl(약칭:TPD), 4,4',4''-tris(N,N-diphenyl-amino)-triphenylamine(약칭:TDATA), 4,4',4''-tris[N-(3-methylphenyl)-N-phenyl-amino]-triphenylamine(약칭:MTDATA), 4,4'-bis(N-(4-(N,N-di-m-tolylamino)phenyl)-N-phenylamino)biphenyl(약칭:DNTPD), 또는 1,3,5-tris[N,N-di(m-tolyl)amino]benzene(약칭:m-MTDAB)이다. 정공 수송성의 재료로부터 전자를 받는 것이 가능한 전자 수용성의 재료로서는, 예를 들면 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐산화물, 7,7,8,8,-테트라시아노퀴노디메탄(tetracyanoquinodimethane)(약칭:TCNQ), 2,3-디시아노나프토퀴논(dicyanonaphtoquinone)(약칭:DCNNQ), 2,3,5,6-테트라플루 오로-7,7,8,8,-테트라시아노퀴노디메탄(약칭:F4-TCNQ) 등을 사용한다. 정공 수송성 재료와의 조합에 따라 전자 수용이 가능한 전자 수용성의 재료를 선택한다. 또한, P형 반도체로서는 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 또는 구리 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 상기 재료는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 실시자가 적당하게 재료를 선택할 수 있다. 정공 수송성 재료와 정공 수송성 재료로부터 전자 수용 가능한 전자 수용성 재료의 혼합비는 몰비로 0.5 이상이면 되고, 바람직하게는 0.5∼2인 것이 바람직하다. 또한, 제2 정공 발생층의 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비와, 제1 정공 발생층의 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비와의 차이는, 제2 정공 발생층의 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비의 80%의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 정공 발생층의 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비의 80%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 제2 정공 발생층의 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비와 제1 정공 발생층의 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비와의 차이는, 제2 정공 발생층의 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비의 40%의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 정공 발생층의 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성 재료의 몰비의 40%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 본 실시의 형태에 있어서의 제1 정공 발생층 및 제2 정공 발생층에서는, 전자 수송성 재료로서 α-NPD을 사용하고, α-NPD로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 전자 수용 성의 재료로서 산화 몰리브덴(MoO3)을 사용한다. 중량비로 α-NPD:MoO3=4:1(몰비로 1에 상당)을 만족하도록 공증착법(co-evaporation)에 의해 증착을 행한다.
복수의 재료를 포함한 층은, 각각의 재료를 동시에 증착함으로써 형성하는 것이 가능하다. 예를 들면, 저항 가열 증착에 의한 공증착법, 전자 빔 증착에 의한 공증착법, 저항 가열 증착 및 전자 빔 증착에 의한 공증착법, 저항 가열 및 스퍼터링에 의한 증착법, 전자 빔 증착 및 스퍼터링에 의한 증착법 등의, 동종 방법 및 이종 방법을 조합해서 층을 형성해도 된다. 상기의 경우에는, 2종의 재료를 사용하고 있지만, 3종 이상의 재료를 이용해서 같은 방법으로 층을 형성할 수도 있다.
제1 정공 발생층 및 제2 정공 발생층의 두께를, 30nm~1㎛로 하고, 더 나아가서, 제2 정공 발생층의 두께를, 제1 정공 발생층의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않게 한다. 한편, 제1 정공 발생층의 두께를, 제2 정공 발생층의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않게 한다. 더 바람직하게는, 본 실시의 형태와 같이, 제1 정공 발생층과 제2 정공 발생층을 같은 두께로 한다. 본 실시의 형태에서는, 제1 정공 발생층의 두께를 50nm으로 설정하고, 제2 정공 발생층의 두께를 50nm으로 설정한다. 제1 정공 발생층(102) 및 제2 정공 발생층(103)은, 정공 수송성의 재료와 해당 정공 수송성의 재료로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 전자 수용성의 재료 양쪽 모두를 포함한 층으로 형성되는 것이 바람직하다. 제2 정공 발생층(103)에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비와 제1 정공 발생층(102)에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비와의 차 이는, 제2 정공 발생층(103)에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비의 80%의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 정공 발생층(102)에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비의 80%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 제2 정공 발생층(103)에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비와 제1 정공 발생층(102)에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비와의 차이는, 제2 정공 발생층(103)에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비의 40%의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 정공 발생층(102)에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비의 40%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
제1 정공 발생층(102) 및 제2 정공 발생층(103)으로서는, 상기에서 설명한 정공 수송성의 재료와 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 안티몬 산화물, 인듐 질화물, 주석 질화물, 안티몬 질화물, 텅스텐 질화물, 또는 몰리브덴 질화물의 무기재료를 포함한 층으로 각각 형성된 제1 층 및 제2 층을 사용해도 좋다. 제1 층 및 제2 층의 두께는 30nm∼1㎛인 것이 바람직하다. 또한, 제1 층과 제2 층의 두께는 대략 같은 것이 바람직하고, 제2 층의 두께가 제1 층의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않게 한다. 한편, 제1 층의 두께는 제2 층의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않게 한다. 즉, 제2 층의 두께는 제1 층의 두께의 50%~150%이고, 제1 층의 두께는 제2 층의 두께의 50%∼150%％이다. 또한, 제1 층 및 제2 층은 같은 정공 수송성의 재료와 같은 무기재료를 포함한 각각의 층으로 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 층에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비와 제1 층에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비와의 차이는, 제2 층에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비의 80%의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 층에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비의 80%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 제2 층에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비와 제1 층에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비와의 차이는, 제2 층에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비의 40%의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 또 제1 층에 포함되는 정공 수송성의 재료에 대한 전자 수용성의 재료의 몰비의 40%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
발광층(104)은, 발광 물질보다 더 큰 에너지 갭을 가진 재료로 이루어진 층에 발광 중심이 되는 발광 재료를 분산한 층으로 형성되는 경우에, 발광중심이 되는 발광 물질로서, 4-dicyanomethylene-2-methyl-6-[-2-(1,1,7,7-tetramethyl-9-julolidyl)ethenyl)-4H-pyran(약칭:DCJT); 4-dicyanomethylene-2-t-butyl-6-[2-(1,1,7,7-tetramethyl-julolidine-9-yl)ethenyl]-4H-pyran; periflanthene; 2,5-dicyano-1,4-bis[2-(10-methoxy-1,1,7,7-tetramethyl-julolidine-9-yl)ethenyl]benzene, N,N'-dimethylquinacridone(약칭:DMQd), coumarin 6, coumarin 545T, tris(8-quinolinolato)aluminum(약칭:Alq3), 9,9'-bianthryl,9,10- diphenylanthracene(약칭:DPA), 9,10-bis(2-naphthyl)anthracene(약칭:DNA), 2,5,8,11-tetra-t-butylperylene(약칭:TBP) 등을 사용할 수 있다. 상기 발광 재료를 분산시킨 모체가 되는 재료로서는, 9,10-di(2-naphtyl)-2-tert-butylanthracene(약칭:t-BuDNA) 등의 안트라센 유도체, 4,4'-bis(N-carbazolyl)biphenyl(약칭:CBP) 등의 카르바졸 유도체, 또는 tris(8-quinolinolato)aluminum(약칭:Alq3), tris(4-methyl-8-quinolinolato)aluminum(약칭:Almq3), bis(10-hydroxybenzo[h]-quinolinato)beryllium(약칭:BeBq2), bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-aluminum(약칭:BAlq), bis[2-(2-hydroxyphenyl)pyridinato]zinc(약칭:Znpp2), bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolate]zinc(약칭:ZnBOX) 등의 금속 복합체를 사용할 수 있다. 단독으로 발광층(104)을 구성하는 것이 가능한 재료로서는, tris(8-quinolinolato)aluminum(약칭:Alq3), 9,10-bis(2-naphtyl)anthracene(약칭:DNA), bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-aluminum(약칭:BAlq) 등을 사용하여 발광층(104)을 형성할 수 있다.
발광층(104)은 단층 구조로 형성되어도 되고, 또는 다층 구조로 형성되어도 된다. 또한, 발광층(104)에 있어서 발광 재료가 분산된 층(혹은 발광 재료로 이루어진 층)과 제1 정공 발생층(102)과의 사이에 정공 수송층을 설치해도 된다. 또, 발광층(104)에 있어서의 발광 재료가 분산된 층(혹은 발광 재료로 이루어진 층)과 전자 발생층(105)과의 사이에 전자 수송층을 설치해도 된다. 이들의 층은 반드시 설치되지 않아도 되고, 정공 수송층과 전자 수송층 중 하나만 설치되어 있어도 된다. 정공 수송층 및 전자 수송층의 재료는, 상기 정공 발생층에 있어서의 정공 수송층과, 상기 전자 발생층에 있어서의 전자 수송층의 재료에 따르기 때문에, 여기에서는 설명을 생략한다. 이들 층의 설명을 참조한다.
본 실시의 형태에서는, 정공 발생층(102) 위에 발광층(104)으로서, 순차적으로 정공 수송층, 발광 재료가 분산된 층, 및 전자 수송층을 형성한다. 정공 수송층으로서는 α-NPD를 10nm의 두께로 증착하고, 발광재료가 분산된 층으로서는 Alq 및 Coumarin6을 중량비 1:0.005로 35nm의 두께로 증착하며, 전자 수송층으로서는 Alq를 1Onm의 두께로 증착한다.
전자 발생층(105)으로서는, 전자 수송성의 재료와 해당 전자 수송성의 재료에 전자를 공여 할 수 있는 전자 공여성의 재료 양쪽을 포함한 층, N형 반도체의 층, 혹은 N형 반도체를 포함한 층을 이용할 수 있다. 상기 전자 수송성의 재료로서는 예를 들면 tris-(8-quinolinolato)aluminum(약칭:Alq3), tris(4-methyl-8-quinolinolato)aluminum(약칭:Almq3), bis(10-hydroxybenzo[h]-quinolinolato)beryllium(약칭:BeBq2), 또는 bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-aluminum(약칭:BAlq) 등의 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가진 금속 복합체를 사용하는 것이 가능하다. 이밖에, bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolate]zinc(약칭:Zn(BOX)2) 또는 bis[2-(2- hydroxyphenyl)benzothiazolate]zinc(약칭:Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸 또는 티아졸 배위자를 가진 금속 복합체를 사용할 수 있다. 이 금속 복합체 이외에도, 2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole(약칭:PBD), 1,3-bis[5-(p-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole-2-yl]benzene(약칭:OXD-7), 3-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole(약칭:TAZ), 3-(4-tert-butylphenyl)-4-(4-ethylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole(약칭:p-EtTAZ), bathophenanthroline(약칭:BPhen), bathocuproin(약칭:BCP) 등을 사용할 수 있다. 전자 수송성의 재료에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성의 재료로서는, 예를 들면 리튬 또는 세슘 등의 알칼리 금속이나, 마그네슘 또는 칼슘 등의 알칼리 토류 금속이나 에르븀 또는 이테르븀 등의 희토류 금속 등을 사용할 수 있다. 전자 수송성의 재료와의 조합에 따라 전자를 공여하는 것이 가능한 전자 공여성의 재료를 선택한다. 더 나아가서, N형 반도체로서는 예를 들면 아연 산화물, 아연 황화물, 아연 셀렌화물, 티탄 산화물 등을 사용하는 것이 가능하다.
전자 수송성 재료와 해당 전자 수송성 재료에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성 재료와의 혼합비는 몰비로 1:0.5∼1:2 정도이고, 바람직하게는 1:1이다. 본 실시의 형태에서, 전자 발생층에서는 전자 수송성 재료로서 Alq를 사용하고, Alq에 전자를 공여하는 것이 가능한 전자 공여성의 재료로서 리튬(Li)을 사용한다. 중량비로 Alq:Li=1:0.01을 만족하도록 공증착법에 의해 증착을 한다. 막 두께는 10nm으로 설정된다.
서로 다른 발광 파장으로 발광하는 발광소자를 화소마다 형성하여 컬러 표시를 해도 좋다. 전형적으로는, R(빨강), G(초록), B(파랑)의 각색에 대응한 발광소자를 형성한다. 이 경우에도, 화소의 광방사측에 그 발광 파장의 빛을 투과하는 필터(착색층)를 설치함으로써, 색 순도를 증가시키거나 화소 영역이 경면화(반사)되는 것을 방지할 수 있다. 필터(착색층)를 설치함으로써, 종래 필요했던 원형 편광판을 생략하는 것이 가능하고, 발광소자로부터 방사되는 빛의 손실을 제거하는 것이 가능하다. 한층 더, 비스듬히 화소 영역(표시 화면)을 보았을 경우에 인식한 색조의 변화를 줄이는 것이 가능하다.
발광소자는 단색 또는 백색을 발광하는 구성을 가질 수 있다. 백색 발광 소자를 사용하는 경우에는, 화소의 광방사측에 특정한 파장의 빛을 투과하는 필터(착색층)를 설치한다. 이와 같이 함으로써, 컬러 표시를 가능하게 할 수 있다.
백색을 발광하는 발광층을 형성하기 위해서는, 예를 들면 Alq3, 적색 발광 색소인 나일 레드(nile red)를 부분적으로 도프한 Alq3, Alq3, p-EtTAZ, 및 TPD(방향족 디아민)을 증착법에 의해 순차적으로 적층함으로써 백색의 빛을 얻는 것이 가능하다.
또한, 발광층은, 1중항 여기 발광 재료 이외에 금속 복합체 등을 포함한 3중항 여기 재료를 사용해 형성되어도 된다. 예를 들면, 적색의 발광성 화소, 녹색의 발광성 화소 및 청색의 발광성 화소 중, 반감 시간이 비교적 짧은 적색의 발광성 화소를 3중항 여기 발광 재료로 형성하고, 기타를 1중항 여기 발광 재료로 형성한 다. 3중항 여기 발광 재료는 발광 효율이 좋으므로, 같은 휘도를 얻는데도 소비 전력이 적다. 따라서, 3중항 여기 발광 재료를 적색 화소에 적용했을 경우, 발광소자에 흘려보내는 전류량이 적어, 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다. 저소비 전력화를 위해, 적색의 발광성 화소와 녹색의 발광성 화소를, 3중항 여기 발광 재료로 형성하고, 청색의 발광성 화소를, 1중항 여기 발광 재료로 형성해도 좋다. 시감도가 높은 녹색의 발광소자도 3중항 여기 발광 재료로 형성함으로써, 저소비 전력화를 꾀할 수 있다.
3중항 여기 발광 재료의 일례로서는, 제3 천이 원소 중 하나인 백금을 금속 중심으로서 포함한 금속 복합체 또는 이리듐을 금속 중심으로서 포함한 금속 복합체 등의, 금속 복합체를 도펀트로서 사용한 재료를 사용할 수 있다. 3중항 여기 발광 재료는, 이들 화합물에 한정되지 않고, 상기 구조를 갖고, 또 금속 중심으로서 주기율표의 8∼10속 중 어느 하나에 속하는 원소를 함유한 다른 화합물을 사용하는 것도 가능하다.
상기와 같은 재료로 형성된 발광소자는, 순방향으로 바이어스함으로써 발광한다. 발광소자를 사용해서 형성된 표시장치의 화소는, 단순 매트릭스 방식 혹은 액티브 매트릭스 방식으로 구동하는 것이 가능하다. 하여튼, 개개의 화소는, 어떤 특정의 타이밍에서 순방향 바이어스를 인가받음으로써 발광하지만, 어떤 일정 기간 동안은 발광하지 않는다. 이 비발광 시간에 역방향의 바이어스를 인가함으로써 발광소자의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다. 발광소자는, 일정 구동 조건하에서 발광강도가 저하하거나, 화소 내에서 비발광 영역이 확대해서 휘도가 저하하는 것 처럼 보이는 열화 모드를 갖는다. 그렇지만, 순방향 및 역방향으로 바이어스를 인가함으로써 교류 구동을 하는 경우, 열화의 진행을 느리게 하는 것이 가능하고, 발광 장치의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.
계속해서, 발광 적층체(66)를 덮는 제2 전극(106)을 형성한다. 이것에 의해, 제1 전극(101), 발광 적층체(66), 및 제2 전극(106)으로 이루어지는 발광소자(93)를 제작하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시의 형태에 있어서, 발광소자를 발광시키도록 전압을 인가할 때, 높은 전위가 인가되는 전극을 제1 전극이라고 하고, 낮은 전위가 인가되는 전극을 제2 전극이라고 한다. 제2 전극(106)의 형성에 사용된 제2 전극재료로서는, 일함수가 작은(일함수 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 제2 전극재료의 특정 예로서는, 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉 Li나 Cs 등의 알칼리 금속, Mg, Ca, Sr 등의 알칼리 토류 금속, Mg:Ag 또는 Al:Li 등의 이들 원소들을 함유한 합금, 또는 LiF, CsF 또는 CaF2 등의 이들 원소를 함유한 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 희토류 금속을 포함한 천이금속을 사용해서 제2 금속을 형성할 수 있다. 더 나아가서, 상기 원소와 Al, Ag, ITO 등의 다른 금속(합금을 포함)을 함유한 다층을 사용할 수도 있다. 본 실시의 형태에 있어서는, 알루미늄을 제2 전극으로서 형성했다.
상기한 바와 같은 구성을 가진 발광소자에서는, 구동전압이 낮고, 구동전압의 오버타임 상승이 작다.
또한, 발광층에의 응력을 완화하여, 발광소자의 신뢰성의 향상을 꾀할 수 있다.
본 실시의 형태에서는, 접속부(61a)에 전기적으로 접속하고 있는 전극은 제1 전극(101)이다. 그렇지만, 접속부(61a)에 전기적으로 접속하고 있는 전극은 제2 전극(106)이어도 된다. 이 경우에는, 제2 정공 발생층(103), 전자 발생층(105), 발광층(104), 및 제1 정공 발생층(102)의 순서로 적층하여 발광 적층체(66)를 형성하고, 발광 적층체(66) 위에 제1 전극(101)을 형성해도 된다.
그 후에, 플라즈마 CVD법에 의해 질소를 포함한 산화 규소막을 제2 패시베이션막으로서 형성한다. 질소를 포함한 산화 규소막을 사용하는 경우에는, 플라즈마 CVD법으로 SiH4, N20, NH3로부터 제작되는 산화 질화 규소막, 플라즈마 CVD법으로 SiH4, N20로부터 제작되는 산화 질화 규소막, 혹은 SiH4, N20을 Ar으로 희석한 가스로부터 제작되는 산화 질화 규소막을 형성하는 것이 바람직하다.
제1 패시베이션막으로서는, SiH4, N20, H2로부터 제작되는 산화 질화 수소화 규소막을 적용하는 것도 가능하다. 제1 패시베이션막의 구조는 단층 구조에 한정 되지 않고, 제1 패시베이션막은 규소를 포함한 다른 절연층의 단층 구조 혹은 다층 구조로 형성되어도 된다. 질화 탄소막과 질화 규소막의 다층막, 스티렌 폴리머의 다층막, 질화 규소막, 또는 다이아몬드 모양의 탄소막을, 질소를 포함한 산화 규소막 대신에 형성해도 좋다.
계속해서, 발광소자를, 수분 등의 열화 촉진 물질로부터 보호하기 위해서, 표시부를 밀봉한다. 대향 기판을 밀봉에 사용하는 경우에는, 외부 접속부가 노출하도록 절연성의 씰재에 의해 서로 대향 기판과 소자 기판을 붙인다. 대향 기판과 소자 기판과의 사이의 공간에 건조한 질소 등의 불활성 기체를 충전해도 좋고, 또는 씰재를 화소 영역의 전체 면에 도포해 대향 기판을 부쳐도 좋다. 씰재로서는 자외선 경화 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다. 씰재에, 건조제나 기판들 간의 갭을 일정하게 유지하기 위한 입자를 혼합해도 된다. 계속해서, 외부 접속부에 플렉시블 배선 기판을 붙임으로써, 표시장치를 완성한다.
이상과 같이 제작한 표시장치의 구성의 일례를 도 7a 및 도 7b를 참조해 설명한다. 형상이 서로 달라도, 같은 기능을 갖는 같은 부분에는 동일한 참조부호를 부착하고, 그 부분에 대한 설명을 생략한다. 본 실시의 형태에서는, LDD 구조를 가진 박막 트랜지스터(70)가 접속부(61a)를 통해서 발광소자(93)에 접속한다.
도 7a에서, 제1 전극(101)은 투광성 도전막으로 형성되어 있고, 기판(50)측에 발광 적층체(66)로부터 방출한 빛이 추출되는 구조를 갖는다. 참조번호 94는 대향 기판으로, 발광소자(93)가 형성된 후에, 씰재 등에 의해 기판(50)에 고정된다. 대향 기판(94)과 소자와의 사이에 투광성 수지(88) 등을 채워서 그 공간을 밀봉함으로써, 발광소자(93)가 수분에 의해 열화하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 수지(88)가 흡습성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 수지(88)에 투광성이 높은 건조제(89)를 분산시켜서, 한층 더 수분의 영향을 억제할 수 있는 것이 더 바람직하다.
도 7b에서, 제1 전극(101)과 제2 전극(106) 양쪽은 투광성 도전막으로 형성되어 있고, 기판(50) 및 대향기판(84)의 양쪽으로 빛을 추출하는 것이 가능한 구성 을 갖는다. 이 구성에 의해, 기판(50)과 대향기판(94)의 외측에 편광판(90)을 각각 설치함으로써 화면이 비쳐 보이는 것을 방지할 수 있어, 시인성이 향상한다. 편광판(90)의 외측에는 보호 필름(91)을 설치하는 것이 바람직하다.
표시 기능을 가진 본 발명에 따른 표시장치에는, 아날로그의 비디오 신호 또는 디지털의 비디오 신호의 어느 쪽이든 사용해도 괜찮다. 디지털 비디오 신호는 전압을 사용하는 비디오 신호와 전류를 사용하는 비디오 신호를 포함한다. 발광소자의 발광시에는, 화소에 입력되는 비디오 신호가 정전압 또는 정전류를 사용한다. 비디오 신호가 정전압을 사용하는 경우에는, 발광소자에 인가되는 전압 또는 발광소자에 흐르는 전류가 일정하다. 한편, 비디오 신호가 정전류를 사용하는 경우에는, 발광소자에 인가되는 전압 또는 발광소자에 흐르는 전류가 일정하다. 정전압이 인가되는 발광소자는 정전압에 의해 구동되고, 정전류가 흐르는 발광소자는 정전류에 의해 구동된다. 발광소자의 저항의 변화에 영향을 받지 않고 정전류에 의해 구동되는 발광소자에 정전류가 흐른다. 본 발명에 따른 발광장치 및 그 구동방법에는, 정전압 구동 또는 정전류 구동 중 어느 하나를 사용해도 되고, 전압 또는 전류 중 어느 하나의 비디오 신호를 사용해도 된다.
본 실시의 형태와 같은 방법으로 제작된 본 발명에 따른 표시장치에 있어서는, 구동전압이 낮고, 구동전압의 오버타임 상승도 작다. 또한, 신뢰성이 높은 표시장치이다.
실시의 형태 4
본 실시의 형태에서는, 본 발명의 하나의 국면에 해당하는 발광 장치의 패널 의 외관에 대해서 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명한다. 도 8a는 기판 위에 형성된 트랜지스터 및 발광소자를 기판과 대향기판(4006)과의 사이에 형성된 씰 재로 밀봉한 패널의 상면도이다. 도 8b는 도 8a에 대응하는 단면도이다. 이 패널에 탑재되어 있는 발광소자는, 제1 전극 및 제2 전극으로 이루어진 한 쌍의 전극에 접하는 각각의 층이 정공 발생층이므로, 발광층이 정공 발생층들 사이에 삽입되어 있는 구조를 갖는다. 한층 더, 발광소자에 있어서, 제2 전극측의 정공 발생층과 발광층 사이에는 전자 발생층이 설치된다. 본 실시의 형태에 있어서, 발광소자를 발광시키도록 전압을 인가할 때, 높은 전위가 인가되는 전극을 제1 전극이라고 하고, 낮은 전위가 인가되는 전극을 제2 전극이라고 한다. 정공 발생층은 동일한 재료로 형성된다. 대향기판측에 형성된 정공 발생층의 두께는, 기판측에 형성된 정공 발생층의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않게 한다. 또한, 기판측에 형성된 정공 발생층의 두께는 대향기판측에 형성된 정공 발생층의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않게 한다. 대향기판측에 형성된 정공 발생층 및 기판측에 형성된 정공 발생층의 두께는 모두 30nm∼1㎛이 되도록 한다.
기판(4001) 위에 설치되는 화소영역(4002), 신호선 구동회로(4003), 및 주사선 구동회로(4004)를 둘러싸도록 씰 재(4005)가 설치된다. 또한, 화소영역(4002), 신호선 구동회로(4003), 및 주사선 구동회로(4004) 위에 대향기판(4006)이 설치된다. 따라서, 화소영역(4002)과, 신호선 구동회로(4003)와, 주사선 구동회로(4004)는 기판(4001)과, 씰 재(4005)와, 대향 기판(4006)에 의하여 충전재(4007)와 함께 밀봉되어 있다.
기판(4001) 위에 설치된 화소영역(4002)과, 신호선 구동회로(4003)와, 주사선 구동회로(4004)는 박막 트랜지스터를 복수 가지고 있다. 도 8b는 신호선 구동회로(4003)에 포함되는 박막 트랜지스터(4008)와, 화소영역(4002)에 포함되는 박막 트랜지스터(4010)를 나타낸다.
발광소자(4011)는, 박막 트랜지스터(4010)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 리드(lead) 배선(4014)은 화소영역(4002)과, 신호선 구동회로(4003)와, 주사선 구동회로(4004)에, 신호 또는 전원전압을 공급하기 위한 배선에 해당한다. 리드 배선(4014)은, 리드 배선 4015a 및 리드 배선 4015b을 통해서 접속단자(4016)에 접속되어 있다. 접속 단자(4016)는 플렉시블 인쇄 회로(FPC;4018)의 단자에 이방성 도전막(4019)을 통해서 전기적으로 접속되어 있다.
충전재(4007)로서는, 질소 또는 아르곤 등의 불활성 기체 이외에, 자외선 경화 수지 또는 열경화 수지를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 폴리비닐 크롤라이드, 아크릴, 폴리이미드, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리비닐 부티랄, 또는 에틸렌 비닐렌 아세테이트를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 표시장치는 발광소자를 가진 화소영역이 형성된 패널과, 상기 패널에 IC가 실장된 모듈을 그 범주에 포함한다.
본 실시의 형태와 같은 구성의 패널 및 모듈에서는, 구동전압이 낮고, 구동전압의 오버타임 상승도 작다. 또한, 패널 및 모듈의 신뢰성도 높다.
실시의 형태 5
실시의 형태 4에 그 일례를 나타낸 모듈을 탑재한 본 발명에 따른 전자기기 로서, 비디오 카메라 또는 디지털 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이), 네비게이션 시스템, 음향 재생장치(카 오디오 컴포넌트 등), 컴퓨터, 게임 기기, 이동 정보단말(모바일 컴퓨터, 휴대전화, 휴대형 게임기, 전자서적 등), 기록매체를 구비한 화상재생장치(구체적으로는 DVD(digital versatile disc)등의 기록매체를 재생하고, 그 화상을 표시하기 위한 디스플레이를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 그들의 전자기기의 구체적인 예를 도 9a 내지 도 9e에 나타낸다.
도 9a는 발광 표시장치로, 예를 들면, 텔레비젼 수상기나 퍼스널 컴퓨터의 모니터에 해당한다. 본 발명에 따른 발광 표시장치는, 케이스(2001), 표시부(2003), 스피커부(2004) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 발광 표시장치에 있어서는, 표시부(2003)의 구동전압이 낮고, 구동전압의 오버타임 상승도 작다. 또한, 표시부(2003)의 신뢰성은 높다. 화소 영역에는, 콘트라스트를 높이기 위해서, 편광판 또는 원형의 편광판이 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 밀봉기판에 1/4λ판, 1/2λ판, 및 편광판의 순으로 필름을 설치하는 것이 바람직하다. 한층 더, 편광판 위에 반사 방지막을 형성해도 된다.
도 9b는 휴대전화로, 본체(2101), 케이스(2102), 표시부(2103), 음성 입력부(2104), 음성 출력부(2105), 조작 키(2106), 안테나(2108) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 휴대전화의 표시부(2103)에 있어서, 구동전압이 낮고, 구동전압의 오버타임 상승도 작다. 또한, 표시부(2103)의 신뢰성은 높다.
도 9c는 컴퓨터로, 본체(2201), 케이스(2202), 표시부(2203), 키보드(2204), 외부 접속부(2205), 포인팅 마우스(2206) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 컴퓨터의 표시부(2203)에 있어서는, 구동전압이 낮고, 구동전압의 오버타임 상승도 작다. 또한, 표시부(2203)의 신뢰성은 높다. 도 9c는 휴대용 컴퓨터를 예시했지만, 본 발명은, 하드 디스크와 표시부가 일체화한 데스크 탑형의 컴퓨터에도 적용하는 것이 가능하다.
도 9d는 모바일 컴퓨터로, 본체(2301), 표시부(2302), 스위치(2303), 조작 키(2304), 적외선 포트(2305) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 모바일 컴퓨터의 표시부(2302)에 있어서, 구동전압이 낮고, 구동전압의 오버타임 상승도 작다. 또한, 표시부(2302)의 신뢰성은 높다.
도 9e는 휴대형의 게임기로서, 케이스(2401), 표시부(2402), 스피커부(2403), 조작 키(2404), 기록매체 삽입부(2405) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 휴대형 게임기의 표시부(2402)에 있어서, 구동전압은 낮고, 구동전압의 오버타임 상승도 작다. 또한, 표시부(2402)의 신뢰성은 높다.
이상과 같이, 본 발명은 널리 적용될 수 있고, 모든 분야의 전자기기에 사용하는 것이 가능하다.
실시의 형태 6
도 10a 내지 도 10c는 하면 발광, 양면 발광, 상면 발광의 예를 나타낸다. 실시의 형태 3에 제작 공정을 기재한 구조는 도 10c의 구조에 해당한다. 도 10a 및 도 10b는 도 10c에 있어서의 제1 층간 절연층(900)을 자기 평탄성을 갖는 재료로 형성하고, 박막 트랜지스터(901)에 접속하는 배선과 발광소자의 제1 전극(101)을 같은 층간 절연층 위에 형성한 경우의 구성을 나타낸다. 도 10a에서, 발광소자의 제1 전극(101)을 투광성 재료로 형성하고, 하부 발광 구성이라고 불리는 발광 장치의 하부를 향해서 빛이 방출된다. 도 10b에 있어서, ITO, ITSO, IZO 등의 투광성 재료로 제2 전극(106)을 형성하고, 양면 발광 구성이라고 불리는 양면으로부터 빛을 추출한다. 알루미늄이나 은으로 두껍게 막을 형성하면, 이 막은 비투광성이지만, 이 막을 얇게 형성하면 이 막은 투광성을 가지게 된다. 따라서, 알루미늄이나 은으로 투광성을 갖는 정도의 두께로 제2 전극(106)을 형성함으로써, 양면 발광을 달성할 수 있다. 본 실시의 형태에 있어서, 발광소자를 발광시키도록 전압을 인가할 때, 높은 전위가 인가되는 전극을 제1 전극이라고 하고, 낮은 전위가 인가되는 전극을 제2 전극이라고 한다.
실시의 형태 7
본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 4에 나타낸 패널 및 모듈 내의 화소회로 및 보호 회로와, 그들의 동작에 관하여 설명한다. 도 5a 내지 도 6c는 도 11a 내지 도 11f에서의 구동용 TFT(1403)와 발광소자(1405)의 단면도를 나타낸다.
도 11a에 나타낸 화소는, 열방향으로 신호선(1410)과, 전원선 1411 및 1412을 포함하고, 행방향으로 주사선(1414)을 포함한다. 또한, 화소는 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 전류제어용 TFT(1404), 용량소자(1402), 및 발광소자(1405)를 포함한다.
도 11c에 나타낸 화소는, 구동용 TFT(1403)의 게이트 전극이, 행방향으로 배치된 전원선(1412)에 접속되어 있다는 점을 제외하고 도 11a에 나타낸 회소와 같은 구성을 갖는다. 즉, 도 11a 및 도 11c에 나타낸 화소는, 같은 등가 회로를 나타낸다. 그렇지만, 행방향으로 전원선(1412)이 배치되는 경우(도 11c)와, 열방향으로 전원선(1412)이 배치되는 경우(도 11a)에는, 각 전원선은 서로 다른 층의 도전막으로 형성된다. 여기에서는, 구동용 TFT(1403)의 게이트 전극이 접속되는 배선에 주목하고, 이들 배선을 서로 다른 층으로 제작하는 것을 나타내기 위해서, 도 11a 및 도 11c에 나누어서 그 구성을 나타낸다.
도 11a 및 도 11c에 나타낸 화소의 특징으로서, 화소 내에 구동용 TFT(1403)와 전류제어용 TFT(1404)가 직렬로 접속되어 있고, 구동용 TFT(1403)의 채널길이 L(1403) 및 채널 폭 W(1403)와, 전류제어용 TFT(1404)의 채널길이 L(1404) 및 채널 모 W(1404)은, L(1403)/W(1403):L(1404)/W(1404)=5∼6000:1을 만족시키도록 설정하는 것이 바람직하다.
구동용 TFT(1403)는, 포화 영역에서 동작하고, 발광소자(1405)에 흐르는 전류의 전류값을 제어하는 역할을 한다. 전류제어용 TFT(1404)는 선형영역에서 동작하고 발광소자(1405)에 대한 전류의 공급을 제어하는 역할을 한다. 양쪽 TFT는 제작공정상 같은 도전형을 갖는 것이 바람직하고, 본 실시의 형태에서는 TFT가 n채널형 TFT이다. 구동용 TFT(1403)는, 인핸스먼트(enhancement)형 또는 디플리션(depletion)형이어도 된다. 상기 구성을 갖는 본 발명은, 전류 제어용 TFT(1404)가 선형영역에서 동작하기 때문에, 전류 제어용 TFT(1404)의 Vgs의 약간의 변동은, 발광소자(1405)의 전류값에 영향을 끼치지 않는다. 즉, 발광소자(1405)의 전류값은, 포화 영역에서 동작하는 구동용 TFT(1403)에 의해 결정될 수 있다. 상기 구성 에 의해, TFT의 특성 변동에 기인한 발광소자의 휘도의 불균질을 개선하여, 화질을 향상시킨 표시장치를 제공할 수 있다
도 11a∼도 11d에 나타내는 화소에 있어서, 스위칭용 TFT(1401)는, 화소에 대한 비디오 신호의 입력을 제어하는 것이고, 스위칭용 TFT(1401)가 온이 되면, 화소 내에 비디오 신호가 입력된다. 그러면, 용량소자(1402)에 그 비디오신호의 전압이 보유된다. 도 11a 및 도 11c는, 용량소자(1402)를 설치한 구성을 나타내지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 이 게이트 용량 등은, 비디오 신호를 보유하는 용량소자로서 기능을 하는 경우에는, 용량소자(1402)를 반드시 설치하지 않아도 된다.
도 11b에 나타낸 화소는, TFT(1406)와 주사선(1415)을 추가한 것 이외에는, 도 11a에 나타낸 것과 같은 화소 구성을 갖는다. 마찬가지로, 도 11d에 나타낸 화소는, TFT(1406)와 주사선(1415)을 추가한 것 이외에는, 도 11c에 나타낸 것과 같은 화소 구성을 갖는다.
TFT(1406)는, 추가로 배치된 주사선(1415)에 의해 온 또는 오프가 제어된다. TFT(1406)가 온이 되면, 용량소자(1402)에 보유된 전하는 방전하여, 전류 제어용 TFT(1404)가 오프가 된다. 즉, TFT(1406)의 설치에 의해, 강제적으로 발광소자(1405)에 전류가 흐르지 않는 상태를 만들 수 있다. 그 때문에, TFT(1406)를 소거용 TFT라고 부를 수 있다. 따라서, 도 11b 및 도 11d의 구성에 있어서, 화소에 대한 신호의 기록 전에 기록 기간의 시작과 동시에 또는 직후에 점등 기간을 시작하는 것이 가능하기 때문에, 듀티 비를 향상하는 것이 가능하다.
도 11e에 나타낸 화소에 있어서, 열방향으로 신호선(1410) 및 전원선(1411)이 배치되고, 행방향으로 주사선(1414)이 배치된다. 또한, 화소는, 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 용량소자(1402), 및 발광소자(1405)를 포함한다. 도 11f에 나타낸 화소는, TFT(1406)와 주사선(1415)을 추가한 것 이외에는 도 11e에 나타낸 것과 같은 화소 구성을 갖는다. 도 11f에 나타낸 구성에서, TFT(1406)의 설치에 의해, 듀티 비를 증가시키는 것도 가능하다.
이상과 같이, 다양한 화소 회로를 이용하는 것이 가능하다. 특히, 비정질 반도체막으로부터 박막 트랜지스터를 형성할 경우, 구동용 TFT(1403)의 반도체막을 크게 하는 것이 바람직하다. 상기 화소 회로에 있어서, 반도체를 크게 하는 경우에, 전계발광층으로부터의 빛이 밀봉 기판측으로부터 방사되는 상면 발광형이 바람직하다.
이러한 액티브 매트릭스형의 발광 장치는, 화소 밀도가 증가하는 경우, 각 화소에 TFT가 설치되기 때문에, 저전압에서 구동할 수 있다. 따라서, 액티브 매트릭스형의 발광장치는 유리하다고 여겨지고 있다.
본 실시의 형태에서는, 각각의 화소에 각 TFT가 설치되는 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 대해서 설명했지만, 각열마다 TFT가 설치되는 패시브 매트릭스형의 발광 장치를 형성할 수도 있다. 패시브 매트릭스형의 발광 장치는, 각 화소에 TFT가 설치되지 않기 때문에, 높은 개구율을 얻을 수 있다. 빛이 전계발광층의 양측에 방사되는 발광장치의 경우, 패시브 매트릭스형의 표시장치의 투과율이 높아진다.
이러한 화소 회로를 더 갖는 본 발명에 따른 표시장치에 있어서, 구동전압이 낮고, 구동전압의 오버타임 상승도 작다. 또한, 표시장치는 각각의 특징을 갖는다.
계속해서, 도 11e에 나타낸 등가 회로를 이용해서 주사선 및 신호선에 보호 회로로서 다이오드를 설치한 경우에 관하여 설명한다.
도 12에서, 화소 영역(1500)에는 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 용량소자(1402), 및 발광소자(1405)가 설치된다. 신호선(1410)에는, 다이오드 1561과 1562가 설치된다. 다이오드 1561과 1562는, 스위칭용 TFT(1401) 또는 구동용 TFT(1403)와 마찬가지로, 상기 실시의 형태에 근거해 제작되고, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 드레인 전극 등을 갖는다. 다이오드 1561과 1562는, 게이트 전극과 드레인 전극 또는 소스 전극을 접속함으로써 다이오드로서 동작한다.
다이오드와 접속하는 배선 1554 및 1555는 게이트 전극과 같은 층으로 형성되어 있다. 따라서, 다이오드의 소스 전극 또는 드레인 전극과 배선 1554 및 1555를 접속하기 위해서는, 게이트 절연층에 콘택 홀을 형성할 필요가 있다.
주사선(1414)에 설치된 다이오드도 같은 구성을 갖는다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 입력단에 설치되는 보호 다이오드를 동시에 제작하는 것이 가능하다. 보호 다이오드를 형성하는 위치는, 이것에 한정되지 않고, 구동회로와 화소와의 사이에 설치될 수도 있다.
이러한 보호 회로를 갖는 본 발명의 표시장치에 있어서는, 구동전압이 낮은 것 외에 구동전압의 오버타임 상승이 작고, 또 표시장치의 신뢰성을 향상시키는 것도 가능하다.
(실시 예 1)
본 실시 예에서는 본 발명에 따른 발광소자의 측정 데이터를 나타낸다.
우선, 본 실시 예에 있어서의 발광소자의 제작 방법에 관하여 설명한다. 본 실시 예에 있어서의 발광소자는 실시의 형태 1에 나타낸 발광소자의 구조에 준거한다. 본 실시 예에서는, 절연물(100)로서 유리 기판을 사용한다. 해당 유리 기판 상에 규소를 함유한 ITO를 스퍼터링법에 의해 형성하여, 제1 전극(101)을 형성한다.제1 전극(101)의 두께는 110nm로 설정되어 있다.
계속해서, 제1 전극(101) 위에 몰리브덴 산화물(VI)과 α-NPD를 공증착함으로써 몰리브덴 산화물(MoOx)과 α-NPD로 제1 정공 발생층(102)을 형성한다. 여기에서, 제1 정공 발생층(102)의 두께는 50nm로 설정된다. α-NPD와 몰리브덴 산화물(MoOx)의 몰비는 1:1이라는 점에 유념한다.
다음에, 제1 정공 발생층(102) 위에 발광층(104)을 형성한다. 발광층(104)은 제1 정공 발생층(102)측으로부터 정공 수송층, 발광 재료가 분산되는 층, 전자 수송층의 순으로 적층된 3층 구조로 형성되어 있다. 정공 수송층은, α-NPD로 진공 증착법에 의해 10nm의 두께로 형성된다. 발광 재료가 분산된 층은 Alq3과 Coumarin6으로 공증착법에 의해 35nm의 두께로 형성된다. 전자 수송층은 Alq3만으로 진공 증착법에 의해 10nm의 두께로 형성된다. 발광재료가 분산되는 층은 Alq3과 Coumarin6의 비율이, 중량비로 1:0.005가 되도록 조절된다.
계속해서, 발광층(104) 위에 Alq3과 리튬을 공증착함으로써 Alq3와 리튬으로 전자 발생층(105)을 10nm의 두께로 형성한다. Alq3과 리튬과의 중량비가 1:0.01이 되도록 Alq3과 리튬을 조절한다.
다음에, 전자 발생층(105) 위에, 몰리브덴 산화물(VI)과 α-NPD를 공증착하는 것에 의해, 몰리브덴 산화물(MoOx)과 α-NPD로 제2 정공 발생층(103)을 형성한다. 여기에서, 제1 정공 발생층(102)의 두께는 20nm로 설정된다. α-NPD와 몰리브덴 산화물(MoOx)의 몰비는 1:1이다.
제2 정공 발생층(105) 위에 알루미늄으로 제2 전극(106)을 100nm의 두께로 형성한다.
상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 발광소자에, 전압을 인가하면, 제2 정공 발생층(103)으로부터 제2 전극으로 정공이 주입된다. 또, 전자 발생층(105)으로부터 발광층(104)으로 전자가 주입된다. 한층 더, 제1 정공 발생층(102)으로부터 발광층(104)으로 정공이 주입된다. 그 다음, 발광층에 있어서 주입된 전자와 정공이 재결합하여, Coumarin6로부터 빛을 제공할 수 있다.
도 13은, 이와 같이 제작된 본 실시 예의 발광소자의 전압-휘도 특성을 나타내지만, 도 14는, 그것의 전압-전류 특성을 나타낸다. 도 13에 있어서, 횡축은 전압(V), 종축은 휘도(cd/m2)을 나타낸다. 도 14에 있어서, 횡축은 전압(V), 종축은 전류(mA)를 나타낸다.
이와 같이, 본 실시 예에 있어서의 발광소자는, 양호한 특성을 나타낸다.
본 실시 예에 있어서, 발광소자를 발광시키도록 전압을 인가할 때, 높은 전 위가 인가되는 전극을 제1 전극이라고 하고, 낮은 전위가 인가되는 전극을 제2 전극이라고 한다. 본 실시 예의 발광소자는, 제1 전극에 접하는 제1 정공 발생층(102)과 제2 전극에 접하는 제2 정공 발생층(103) 사이에 발광층(104)이 설치된 구조를 갖는다. 제2 정공 발생층(103)의 두께는 제1 정공 발생층(102)의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않게 한다. 또한, 제1 정공 발생층(102)의 두께는 제2 정공 발생층(103)의 두께보다 50%이상 두껍거나 얇지 않게 한다. 정공 발생층의 각각의 두께는 30nm∼1㎛의 범위다. 한층 더, 제2 정공 발생층(103)을 구성하는 α-NPD와 몰리브덴 산화물(MoOx)의 몰비와 제1 정공 발생층(102)을 구성하는 α-NPD와 몰리브덴 산화물(MoOx)의 몰비와의 차이는, 제2 정공 발생층(103)을 구성하는 α-NPD와 몰리브덴 산화물(MoOx)의 몰비의 80% 범위 내에 있고, 또 제1 정공 발생층(102)을 구성하는 α-NPD와 몰리브덴 산화물(MoOx)의 몰비의 80% 범위 내에 있다.
따라서, 발광층에의 응력이 완화되어, 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
(실시 예 2)
본 실시 예에서는, 정공 발생층에 있어서, 정공 수송성 물질과, 이 정공 수소성 물질에 대하여 전자 수용성을 나타내는 전자 수용성 물질과의 혼합비율이 다른 4개의 발광소자의 제작방법에 관해서 설명한다. 이 4개의 발광소자는 발광소자(1), 발광소자(2), 발광소자(3), 및 발광소자(4)를 나타낸다. 또한, 본 실시 예에서는 이들 소자의 특성에 관하여 설명한다
우선, 본 실시 예에 있어서의 발광소자의 제작 방법에 관하여 설명한다. 본 실시 예에 있어서, 발광소자는 실시 예1에 나타낸 발광소자의 구조에 준거한다. 본 실시 예에서는, 절연물(100)로서 유리 기판을 사용한다. 해당 유리 기판 위에 규소를 함유한 ITO를 스퍼터링법에 의해 형성하여, 제1 전극(101)을 형성한다. 제1 전극(101)의 두께는 110nm로 설정된다.
계속해서, 제1 전극(101) 위에 몰리브덴 산화물(MoOx)로 진공 증착법에 의해 제1 정공 발생층(102)을 형성한다. 여기에서, 제1 정공 발생층(102)의 두께는 5nm으로 설정된다.
다음에, 제1 정공 발생층(102) 위에 발광층(104)을 형성한다. 발광층(104)은, 제1 정공 발생층(102)측으로부터 정공 수송층, 발광 재료가 분산되는 층, 전자 수송층의 순으로 적층된 3층 구조로 형성된다. 정공 수송층은, α-NPD로 진공 증착법에 의해 55nm의 두께로 형성된다. 발광 재료가 분산되는 층은 Alq3과 Coumarin6으로 공증착법에 의해 35nm의 두께로 형성된다. 전자 수송층은 Alq3만으로 진공 증착법에 의해 10nm의 두께로 형성된다. 발광 재료가 분산되는 층은 Alq3과 Coumarin6의 비율이, 중량비 1:0.005가 되도록 조절된다.
계속해서, 발광층(104) 위에 Alq3과 리튬을 공증착함으로써 Alq3과 리튬으로 전자 발생층(105)을 10nm의 두께로 형성한다. Alq3과 리튬과의 중량비가 1:0.01이 되도록 Alq3과 리튬을 조절한다.
다음에, 전자 발생층(105) 위에, 몰리브덴 산화물(VI)과 α-NPD를 공증착하 는 것에 의해 몰리브덴 산화물(MoOx)과 α-NPD로 제2 정공 발생층(103)을 형성한다. 여기에서, 발광소자(1)는, α-NPB과 몰리브덴 산화물(MoOx)과의 몰비가 0.5(=몰리브덴 산화물(MoOx)/α-NPB)이 되도록 조절된다. 발광소자(2)는, α-NPB과 몰리브덴 산화물(MoOx)과의 몰비가 1.0(=몰리브덴 산화물(MoOx)/α-NPB)이 되도록 조절된다. 발광소자(3)는, α-NPB과 몰리브덴 산화물과의 몰비가 1.5(=몰리브덴 산화물(MoOx)/α-NPB)이 되도록 조절된다. 발광소자(4)는, α-NPB과 몰리브덴 산화물과의 몰비가 2.0(=몰리브덴 산화물(MoOx)/α-NPB)이 되도록 조절된다. 제1 정공 발생층(102)의 두께는 20nm로 설정되어 있다.
제2 정공 발생층(105) 위에는 알루미늄으로 100nm 두께의 제2 전극(106)을 형성한다. 본 실시 예에 있어서, 발광소자를 발광시키도록 전압을 인가할 때, 높은 전위가 인가되는 전극을 제1 전극이라고 하고, 낮은 전위가 인가되는 전극을 제2 전극이라고 한다.
상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 발광소자에 전압을 인가하면, 제2 정공 발생층(103)으로부터 제2 전극으로 정공이 주입된다. 또, 전자 발생층(105)으로부터 발광층(104)으로 전자가 주입된다. 한층 더, 제1 정공 발생층(102)으로부터 발광층(104)으로 정공이 주입된다. 그 다음, 발광층에 있어서 주입된 전자와 정공이 재결합되어, Coumarin6로부터 빛을 제공한다.
도 15는, 본 실시 예의 발광소자의 전압-휘도 특성을 나타낸다. 도 16은 그것의 전류밀도-휘도 특성을 나타내고, 도 17은, 그것의 전압-전류 특성을 나타낸 다. 도 15에 있어서, 횡축은 전압(V), 종축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 16에 있어서, 횡축은 전류밀도(mA/cm2), 종축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 17에 있어서, 횡축은 전압(V), 종축은 전류(mA)를 나타낸다. 도 15∼17에 있어서, ▲는 발광소자(1)의 특성, ●은 발광소자(2)의 특성, ○는 발광소자(3)의 특성, ■은 발광소자(4)의 특성을 나타낸다.
도 15∼17로부터, 모든 발광소자에 관해서도 양호하게 동작한다는 것을 알 수 있다. 정공 발생층에 있어서의 α-NPB과 몰리브덴 산화물과의 몰비(=α-NPB/몰리브덴 산화물(MoOx))가 1∼2의 범위인 발광소자(2)∼(4)에서는, 임의의 전압을 인가했을 때에 높은 휘도를 얻고, 또 높은 전류를 얻는다. 이와 같이, α-NPB과 몰리브덴 산화물과의 몰비(=α-NPB/몰리브덴 산화물)가 1∼2의 범위가 되도록 조절함으로써 낮은 구동전압에서 동작하는 발광소자를 취득할 수 있다.
다음에, 본 실시 예의 발광소자에 대해서, 연속 점등 시험을 행한 결과에 관하여 설명한다. 연속 점등 시험은, 상기와 같이 제작된 발광소자를, 질소 분위기에서 밀봉한 후, 상온에서 다음과 같이 행해진다.
도 16으로부터도 알 수 있듯이, 초기 상태의 본 발명의 발광소자에 있어서, 3000cd/m2의 휘도에서 발광하기 위해서 필요한 전류밀도는 26.75mA/cm2이다. 본 실시 예에서는, 26.75mA/cm2의 전류를 일정시간 계속해서 흘려보내고, 26.75mA/cm2의 전류를 흘려보내는데 필요한 전압의 오버타임 변화 및 휘도의 오버타임 변화에 대 해서 데이터를 수집한다. 도 18 및 도 19는 이 수집한 데이터를 나타낸다. 도 18에 있어서, 횡축은 경과한 시간(hour), 종축은 26.75mA/cm2의 전류를 흘려보내는데 필요한 전압(V)을 나타낸다. 도 19에 있어서, 횡축은 경과한 시간(hour), 종축은 휘도(임의 단위)를 나타낸다. 휘도(임의 단위)는, 초기 상태의 휘도를 100으로 해서 나타낸 초기 휘도에 대한 상대값이라는 점에 유념한다. 이 상대값은 특정 시간에 있어서의 휘도를 초기 휘도로 나눠서 100배 함으로써 취득된다.
도 18로부터 26.75mA/cm2의 전류밀도를 가진 전류를 흘려보내는데 필요한 전압은, 100시간 경과 후에, 초기상태보다도 대략 1V정도만 높다는 것을 알 수 있다. 이것은, 본 발명의 발광소자가, 구동전압의 오버타임 상승이 작은 양호한 소자라는 것을 나타낸다.
실시 예1 및 실시 예2에 나타낸 발광소자에 있어서, 발광층으로서 기능을 하는 층 이외에, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 등을 형성한다. 그렇지만, 반드시 이들 층을 설치하지 않아도 된다. 또한, 실시 예1 및 2에서는, 발광층으로서 기능을 하는 층을 형성한 후, 전자 발생층을 형성하고, 그 후 정공 발생층을 형성한다. 그렇지만, 본 발명에 따른 발광소자의 제작 방법은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 정공 발생층을 형성한 후, 전자 발생층을 형성하고, 그 후 발광층으로서 기능을 하는 층을 형성해도 개의치 않는다. 본 출원은 본 발명의 전체 내용이 참고로 포함되어 있는 일본국 공개특허공보 2004-288972에 근거하다.
부호의 설명
100:절연물, 101:제1 전극, 102:층, 103:층, 104:발광층, 105:층, 106:제2 전극, 107:층, 50:기판, 51a: 베이스 절연층, 51b:베이스 절연층, 52:반도체층, 53:게이트 절연층, 54:게이트 전극, 59:절연막(수소화막), 60:층간 절연층, 61a: 접속부, 61b:배선, 63:층간 절연층, 65:격벽, 66:발광 적층체, 70:박막 트랜지스터, 88:수지, 89:건조제, 90:편광판, 91:보호 필름, 93:발광소자, 94:대향기판, 900:층간 절연층, 901:박막 트랜지스터, 4001:기판, 4002:화소영역, 4003:신호선 구동회로, 4004:주사선 구동회로, 4005:씰재, 4006:대향기판, 4007:충전재, 4008:박막 트랜지스터, 4010:박막 트랜지스터, 4011:발광소자, 4014:배선, 4015a:배선, 4015b:배선, 4016:접속 단자, 4018:플렉시블 인쇄회로(FPC), 4019:이방성 도전막, 2001:케이스, 2003:표시부, 2004:스피커부, 2101:본체, 2102:케이스, 2103:표시부, 2104:음성 입력 영역, 2105:음성 출력부, 2106:조작 키, 2108:안테나, 2201:본체, 2202:케이스, 2203:표시부, 2204:키보드, 2205:외부 접속부, 2206:포인팅 마우스, 2301:본체, 2302:표시부, 2303:스위치, 2304:조작 키, 2305:IR 포트, 2401:케이스, 2402:표시부, 2403:스피커부, 2404:조작 키, 2405:기록 매체 삽입부, 1401: 스위칭용 TFT, 1402:용량 소자, 1403:구동용 TFT, 1404:전류 제어용 TFT, 1405:발광소자, 1406:TFT, 1410:신호선, 1411:전원선, 1412:전원선, 1414:주사선, 1415:주사선, 1500:화소영역, 1561:다이오드, 1554:배선, 1555:배선
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- 기판 위의 제1 전극과,상기 제1 전극 위에 직접 접하며 P형 반도체를 포함한 제1 층과,상기 제1 층 위에 직접 접하며 발광 물질을 포함한 제3 층과,상기 제3 층 위에 직접 접하며 N형 반도체를 포함한 제4 층과,상기 제4 층 위에 직접 접하며 P형 반도체를 포함한 제2 층과,상기 제2 층 위에 직접 접하는 제2 전극을 구비한, 발광소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 제1 층 및 상기 제2 층의 각각의 두께는 30nm~1㎛인, 발광소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 제2 층의 두께는 상기 제1 층의 두께의 50%~150% 인, 발광소자.
- 제 15 항에 있어서,높은 전위가 인가되는 전극이 제 1 전극이고, 낮은 전위가 인가되는 전극이 제 2 전극인, 발광소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 발광소자는, 텔레비전, 휴대전화, 컴퓨터 및 게임기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나에 내장되는, 발광소자.
- 기판 위의 제1 전극과,상기 제1 전극 위에 직접 접하며 P형 반도체를 포함한 제1 층과,상기 제1 층 위에 발광 물질을 포함하는 제3 층과,상기 제3 층 위에 N형 반도체를 포함하는 제4 층과,상기 제4 층 위에 P형 반도체를 포함하는 제2 층과,상기 제2 층 위에 직접 접하는 제 2 전극을 구비한, 발광소자.
- 제 20 항에 있어서,상기 P형 반도체는 금속 산화물인, 발광소자.
- 제 20 항에 있어서,상기 P형 반도체는 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물, 코발트 산화물, 및 니켈 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물인, 발광소자.
- 제 20 항에 있어서,상기 N형 반도체는 금속 산화물인, 발광소자.
- 제 20 항에 있어서,상기 N형 반도체는 아연 산화물, 아연 황화물, 아연 셀렌화물, 및 티탄 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물인, 발광소자.
- 제 20 항에 있어서,상기 제1 층 및 상기 제2 층의 각각의 두께는 30nm~1㎛인, 발광소자.
- 제 20 항에 있어서,상기 제2 층의 두께는 상기 제1 층의 두께의 50%~150%인, 발광소자.
- 제 20 항에 있어서,높은 전위가 인가되는 전극이 제1 전극이고, 낮은 전위가 인가되는 전극이 제2 전극인, 발광소자.
- 제 20 항에 있어서,상기 발광소자는, 텔레비전, 휴대전화, 컴퓨터 및 게임기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나에 내장되는, 발광소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 제1 층의 두께는 상기 제2 층의 두께의 50%~150%인, 발광소자.
- 제 20 항에 있어서,상기 제1 층의 두께는 상기 제2 층의 두께의 50%~150%인, 발광소자.
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