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KR101251622B1 - 발광장치 - Google Patents

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KR101251622B1
KR101251622B1 KR1020077008729A KR20077008729A KR101251622B1 KR 101251622 B1 KR101251622 B1 KR 101251622B1 KR 1020077008729 A KR1020077008729 A KR 1020077008729A KR 20077008729 A KR20077008729 A KR 20077008729A KR 101251622 B1 KR101251622 B1 KR 101251622B1
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KR
South Korea
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light emitting
electrode
emitting device
film
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다이스케 쿠마키
사토시 세오
Original Assignee
가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 전극의 일 함수를 고려하지 않고 형성될 수 있는 발광소자 또는 발광장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 전극 재료의 선택 폭이 넓어질 수 있는 발광소자 또는 발광장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 일 양태에서, 발광장치는, 대향하여 있는 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 층, 제2 층, 및 제3 층을 가지고, 제1 층은 도너 준위를 가지는 층이고, 제2 층은 발광물질을 함유하는 단층 또는 적층체이고, 제3 층은 억셉터 준위를 가지는 층이다. 제1 전극의 전위보다 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 제2 층에서 발생한 정공이 제3 층에 주입된다.
발광장치, 적층체, 도너 준위, 억셉터 준위,

Description

발광장치{Light emitting device}
본 발명은, 전극들 사이에 발광물질을 함유하는 박막을 끼워 이루어지고, 전류를 흘림으로써 발광하는 발광소자 및 이 발광소자를 사용한 표시장치에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 이 발광소자를 사용한 전자기기에 관한 것이다.
전류를 흘림으로써 발광하는 박막 발광소자를 사용한 표시장치의 개발이 활발히 진행되고 있다.
유기 재료와 무기 재료 중 어느 하나 또는 그 양쪽을 사용하여 형성된 단층 또는 다층 박막을 전극들에 접속한 박막 발광소자를 통과하여 전류가 흐를 때, 박막 발광소자가 발광한다. 이와 같은 박막 발광소자는 저소비전력화, 소형화, 양호한 시인성 등의 이점(利點)을 가지므로, 금후 박막 발광소자의 시장이 더욱 더 확대되는 것도 기대되고 있다.
발광소자를 층마다 성질이 다른 다층 구조로 형성함으로써, 종래의 발광소자와 비교하여 고효율로 발광하는 발광소자를 제조할 수 있다(예를 들어, C. W. Tang et al., Applied Physics Letters, Vol. 51, No. 12, 913-915 (1987) 참조).
다층 구조를 가지는 박막 발광소자에서는, 한 쌍의 전극 사이에, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함하는 발광 적층체가 끼워져 있고, 한쪽의 전극에 다른 쪽의 전극보다 높은 전압을 인가함으로써 발광층이 발광할 수 있다. 이 중, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층은 소자 구성에 따라서는 제공되지 않을 수도 있다.
상기 구성의 발광 적층체를 형성하기 위해서는, 각각의 층에 적합한 특성을 가지는 재료를 선택하고, 또한, 발광 적층체를 끼우는 전극들도 각각에 적합한 특성을 가지는 재료를 선택하는 것이 필요하다.
구체적으로는, 다른 쪽 전극보다 높은 전압을 인가할 필요가 있는 전극에는 일 함수가 큰 재료(약 4.0 eV 이상), 다른 한쪽의 전극에는 일 함수가 작은 재료(약 3.8 eV 이하)의 재료를 선택할 필요가 있었다.
그러나, 이들 전극의 재료는 성막 특성, 성막 방법, 투광성의 유무, 및 도전성 등도 고려하여 선택되어야 하므로, 전극 재료 선택의 폭이 매우 좁은 것이 현재의 상황이다.
상기 문제를 감안하여, 본 발명은 전극의 일 함수를 고려하지 않아도 좋은 발광소자 또는 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 전극 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있는 발광소자 또는 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 발광장치는, 대향하여 있는 제1 전극과 제2 전극과의 사이에, 제1 층, 제2 층, 및 제3 층을 가지고, 제1 층은 도너(donor) 준위를 가지는 층이고, 제2 층은 발광물질을 함유하는 층, 또는 적어도 발광물질을 함유하는 층을 포함하는 적층체이고, 제3 층은 억셉터(acceptor) 준위를 가지는 층이고, 제1 층, 제2 층, 및 제3 층은 순서대로 적층되어 있고, 제2 전극은 제1 층에 접하여 형성되어 있고, 제1 전극은 제3 층에 접하여 형성되어 있어, 제1 전극의 전위보다 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 제2 층에서 발생한 정공이 제3 층에 주입되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 발광장치는, 대향하여 있는 제1 전극과 제2 전극의 사이에, 제1 층, 제2 층, 제3 층, 및 제4 층을 가지고, 제1 층과 제4 층은 도너 준위를 가지는 층이고, 제2 층은 발광물질을 함유하는 층, 또는 적어도 발광물질을 함유하는 층을 포함하는 적층체이고, 제3 층은 억셉터 준위를 가지는 층이고, 제1 층, 제2 층, 제3 층, 및 제4 층은 순서대로 적층되어 있고, 제2 전극은 제1 층에 접하여 형성되어 있고, 제1 전극은 제4 층에 접하여 형성되어 있어, 제1 전극의 전위보다 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 제2 층에서 발생한 정공과 제4 층에서 발생한 전자가 제3 층에 주입되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 발광장치는, 대향하여 있는 제1 전극과 제2 전극의 사이에, 제1 층, 제2 층, 제3 층, 제4 층, 및 제5 층을 가지고, 제1 층과 제4 층은 도너 준위를 가지는 층이고, 제2 층은 발광물질을 함유하는 층, 또는 적어도 발광물질을 함유하는 층을 포함하는 적층체이고, 제3 층과 제5 층은 억셉터 준위를 가지는 층이고, 제1 층, 제2 층, 제3 층, 제4 층, 및 제5 층은 순서대로 적층되어 있고, 제2 전극은 제1 층에 접하여 형성되어 있고, 제1 전극은 제5 층에 접하여 형성되어 있어, 제1 전극의 전위보다 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 제2 층에서 발생한 정공과 제4 층에서 발생한 전자가 제3 층에 주입되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 발광장치는, 대향하여 있는 제1 전극과 제2 전극과의 사이에, 제1 층, 제2 층, 및 제3 층을 가지고, 제1 층은 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제1 물질과 이 제1 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제2 물질을 포함하는 층이고, 제2 층은 전자 이동도보다 정공 이동도가 높은 제3 물질과 이 제3 물질로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 제4 물질을 포함하는 층이고, 제3 층은 발광물질을 함유하는 층, 또는 적어도 발광물질을 함유하는 층을 포함하는 적층체이고, 제1 층, 제2 층, 및 제3 층은 순서대로 적층되어 있고, 제2 전극은 제1 층에 접하여 형성되어 있고, 제1 전극은 제3 층에 접하여 형성되어 있어, 제1 전극의 전위보다 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 제2 층에서 발생한 정공이 제3 층에 주입되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 발광장치는, 대향하여 있는 제1 전극과 제2 전극의 사이에, 제1 층, 제2 층, 제3 층, 및 제4 층을 가지고, 제1 층은 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제1 물질과 이 제1 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제2 물질을 포함하는 층이고, 제2 층은 전자 이동도보다 정공 이동도가 높은 제3 물질과 이 제3 물질로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 제4 물질을 포함하는 층이고, 제3 층은 발광물질을 함유하는 층, 또는 적어도 발광물질을 함유하는 층을 포함하는 적층체이고, 제4 층은 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제5 물질과 이 제5 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제6 물질을 포함하는 층이고, 제1 층, 제2 층, 제3 층, 및 제4 층은 순서대로 적층되어 있고, 제2 전극은 제1 층에 접하여 형성되어 있고, 제1 전극은 제4 층에 접하여 형성되어 있어, 제1 전극의 전위보다 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 제2 층에서 발생한 정공과 제4 층에서 발생한 전자가 제3 층에 주입되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 발광장치는, 대향하여 있는 제1 전극과 제2 전극의 사이에, 제1 층, 제2 층, 제3 층, 제4 층, 및 제5 층을 가지고, 제1 층은 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제1 물질과 이 제1 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제2 물질을 포함하는 층이고, 제2 층은 전자 이동도보다 정공 이동도가 높은 제3 물질과 이 제3 물질로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 제4 물질을 포함하는 층으로, 제3 층은 발광물질을 함유하는 층, 또는 적어도 발광물질을 함유하는 층을 포함하는 적층체이고, 제4 층은 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제5 물질과 이 제5 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제6 물질을 포함하는 층이고, 제5 층은 전자 이동도보다 정공 이동도가 높은 제7 물질과 이 제7 물질로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 제8 물질을 포함하는 층이고, 제1 층, 제2 층, 제3 층, 제4 층, 및 제5 층은 순서대로 적층되어 있고, 제2 전극은 제1 층에 접하여 형성되어 있고, 제1 전극은 제5 층에 접하여 형성되어 있어, 제1 전극의 전위보다 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 제2 층에서 발생한 정공과 제4 층에서 발생한 전자가 제3 층에 주입되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 구성을 가지는 본 발명에 따른 발광장치에서는, 전극의 재료를 선택할 때, 일 함수를 고려하지 않아도 되기 때문에, 전극 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
도 1(A) 및 도 1(B)는 본 발명에 따른 발광장치를 나타내는 단면도.
도 2(A) 및 도 2(B)는 본 발명에 따른 발광장치를 나타내는 단면도.
도 3(A) 및 도 3(B)는 본 발명에 따른 발광장치를 나타내는 단면도.
도 4(A)∼도 4(E)는 본 발명에 따른 박막 발광소자의 제조공정을 나타내는 단면도.
도 5(A)∼도 5(C)는 본 발명에 따른 박막 발광소자의 제조공정을 나타내는 단면도.
도 6(A) 및 도 6(B)는 표시장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 7(A)는 본 발명에 따른 발광장치의 상면도이고, 도 7(B)는 단면도.
도 8(A)∼도 8(E)는 본 발명이 적용되는 전자기기의 예를 나타내는 도면.
도 9(A)∼도 9(C)는 표시장치의 구성 예를 나타내는 단면도.
도 10(A)∼도 10(F)는 표시장치의 화소 회로의 예를 나타내는 도면.
도 11은 표시장치의 보호 회로의 예를 나타내는 도면.
도 12는 도 2(B)에 나타낸 소자(녹)의 전류 밀도-휘도 곡선을 나타내는 그래프.
도 13은 도 2(B)에 나타낸 소자(녹)의 휘도-전류 효율 곡선을 나타내는 그래프.
도 14는 도 2(B)에 나타낸 소자(녹)의 전압-휘도 곡선을 나타내는 그래프.
도 15는 도 2(B)에 나타낸 소자(녹)의 전압-전류 곡선을 나타내는 그래프.
도 16은 도 3(B)에 나타낸 소자(녹)의 전류 밀도-휘도 곡선을 나타내는 그래프.
도 17은 도 3(B)에 나타낸 소자(녹)의 휘도-전류 효율 곡선을 나타내는 그래프.
도 18은 도 3(B)에 나타낸 소자(녹)의 전압-휘도 곡선을 나타내는 그래프.
도 19는 도 3(B)에 나타낸 소자(녹)의 전압-전류 곡선을 나타내는 그래프.
도 20은 도 3(B)에 나타낸 소자(청)의 전류 밀도-휘도 곡선을 나타내는 그래프.
도 21은 도 3(B)에 나타낸 소자(청)의 휘도-전류 효율 곡선을 나타내는 그래프.
도 22는 도 3(B)에 나타낸 소자(청)의 전압-휘도 곡선을 나타내는 그래프.
도 23은 도 3(B)에 나타낸 소자(청)의 전압-전류 곡선을 나타내는 그래프.
도 24는 도 1(B)에 나타낸 소자(녹)의 전류 밀도-휘도 곡선을 나타내는 그래프.
도 25는 도 1(B)에 나타낸 소자(녹)의 휘도-전류 효율 곡선을 나타내는 그래프.
도 26은 도 1(B)에 나타낸 소자(녹)의 전압- 휘도 곡선을 나타내는 그래프.
도 27은 도 1(B)에 나타낸 소자(녹)의 전압-전류 곡선을 나타내는 그래프.
도 28은 도 3(B)에 나타낸 소자의 신뢰성을 나타내는 그래프.
도 29는 도 1(B)에 나타낸 소자의 신뢰성을 나타내는 그래프.
이하, 본 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 양태로 실시할 수 있고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 아래의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
[실시형태 1]
본 실시형태에서는, 본 발명에 따른 발광장치의 구성에 대하여 도 1(A) 및 도 1(B)를 참조하여 설명한다. 본 실시형태의 발광장치에서는, 발광재료를 포함하는 발광 적층체(104)와, 억셉터 준위를 가지는 층(105)과, 도너 준위를 가지는 층(103)이 접하여 적층되어 있다. 또한, 이 발광장치는, 제1 전극(101)이 발광 적층체(104)에 접하여 형성되고, 제2 전극(106)이 도너 준위를 가지는 층(103)에 접하여 형성되어 있고, 발광 적층체(104)와 억셉터 준위를 가지는 층(105)과 도너 준위를 가지는 층(103)을 포함하는 적층체가 제1 전극(101)과 제2 전극(106) 사이에 끼워지는 구조를 가지는 발광소자를 포함하고 있다. 이 발광소자는 기판이나 절연막 등의 평탄한 면을 가지는 절연물(100) 위에 제공되어 있고, 절연물(100) 위에, 이 절연물로부터의 순서로 제1 전극(101), 발광재료를 포함하는 발광 적층체(104), 억셉터 준위를 가지는 층(105), 및 도너 준위를 가지는 층(103)이 순차로 적층될 수 있고(도 1(A)), 또는 상기 순서와 반대의 순서로 절연물(100) 위에 적층될 수도 있다(도 1(B)).
상기 구성을 가지는 발광소자에 제2 전극(106)의 전위보다 제1 전극(101)의 전위가 낮도록 전압을 인가함으로써, 발광 적층체(104)로부터의 발광이 얻어질 수 있다.
도너 준위를 가지는 층(103)은 전자 수송성의 재료(정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 물질)와, 이 전자 수송성의 재료에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성의 재료 모두를 포함하는 층이나, N형 반도체층, 또는 N형 반도체를 포함하는 층을 사용하여 형성될 수 있다. 전자 수송성의 재료로서는, 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭 : BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀레이트-알루미늄(약칭 : BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체를 포함하는 재료를 사용할 수 있다. 또한, 이 외에, 비스(2-[2-하이드록시페놀]벤조옥사졸레이트)아연(약칭 : Zn(BOX)2), 비스(2-[2-하이드록시페닐)벤조티아졸레이트]아연(약칭 : Zn(BTZ)2) 등, 옥사졸계 또는 티아졸계 배위자를 가지는 금속 착체를 사용할 수도 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭 : PBD), 1,3-비스(5-[p-tert-부틸페닐]-1,3,4-옥사디아졸-2-일)벤젠(약칭 : OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(약칭 : TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(약칭 : p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭 : BPhen), 바소큐프로인(약칭 : BCP) 등을 전자 수송성의 재료로서 사용 할 수 있다. 또한, 이들 전자 수송성 재료에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성의 재료로서는, 예를 들어, 리튬, 세슘 등의 알칼리 금속, 마그네슘, 칼슘 등의 알칼리토류 금속, 에르븀, 이테르븀 등의 희토류 금속, 및 그들 금속을 함유하는 합금, 금속 화합물 등을 사용할 수 있다. 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성의 재료는 전자 수송성의 재료와의 조합에 따라 선택된다. 또는, 이들 전자 수송성의 재료와 전자 공여성의 재료를 포함하는 층에, 몰리브덴 산화물, 아연 산화물 및 티탄 산화물로 대표되는 금속 산화물을 혼합시켜도 좋다. 또한, N형 반도체로서는, 금속 산화물 등의 금속 화합물을 사용할 수 있고, 구체적으로는, 아연 산화물, 아연 황화물, 아연 셀렌화물, 티탄 산화물 등을 사용할 수 있다.
억셉터 준위를 가지는 층(105)은 정공 수송성의 재료(전자 이동도보다 정공 이동도가 높은 물질)와 이 정공 수송성의 재료로부터 전자를 수용할 수 있는 전자 수용성의 재료 모두를 포함하는 층이나, P형 반도체층, 또는 P형 반도체를 포함하는 층을 사용하여 형성될 수 있다. 정공 수송성의 재료로서는, 예를 들어, 4,4'-비스(N-[1-나프틸]-N-페닐-아미노)-비페닐(약칭 : α-NPD), 4,4'-비스(N-[3-메틸페닐]-N-페닐-아미노)-비페닐(약칭 : TPD), 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(약칭 : TDATA), 4,4',4''-트리스(N-[3-메틸페닐]-N-페닐-아미노)-트리페닐아민(약칭 : MTDATA), 4,4'-비스{N-(4-[N,N-디-m-톨릴아미노]페닐)-N-페닐아미노}비페닐(약칭 : DNTPD) 등의 방향족 아민계(즉, 벤젠환-질소 결합을 가짐) 화합물이나, 프탈로시아닌(약칭 : H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭 : CuPc), 바나딜 프탈 로시아닌(약칭 : VOPc) 등의 프탈로시아닌 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 이들 정공 수송성의 재료로부터 전자를 수용할 수 있는 전자 수용성의 재료로서는, 예를 들어, 몰리브덴 산화물, 바나딜 산화물, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭 : TCNQ), 2,3-디시아노나프트퀴논(약칭 : DCNNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭 : F4-TCNQ) 등을 들 수 있다. 또한, 전자를 수용할 수 있는 전자 수용성의 재료는 정공 수송성의 재료와의 조합에 따라 선택된다. 또한, P형 반도체로서는, 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 및 구리 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
발광 적층체(104)는 적어도 발광층을 포함하는 다수 층으로 형성되고, 발광 적층체(104)의 발광층과 제1 전극(101)과의 사이에 전자 수송층이 제공될 수도 있고, 발광 적층체(104)의 발광 재료가 분산된 층과 억셉터 준위를 가지는 층(105)과의 사이에 정공 수송층이 제공될 수도 있다. 이들 전자 수송층과 정공 수송층은 제공되지 않아도 좋고, 그들 중 어느 하나만이 제공되어도 좋다. 또한, 정공 수송층 및 전자 수송층의 재료는 상기 억셉터 준위를 가지는 층에 포함되는 정공 수송성의 재료 또는 상기 도너 준위를 가지는 층에 포함되는 전자 수송성의 재료와 동일하기 때문에, 정공 수송층 및 전자 수송층의 재료에 대해서는 여기서는 설명을 생략한다. 보다 상세한 것에 대해서는, 각각의 설명을 참조하기 바란다. 또한, 발광 적층체(104)는 발광층만으로 이루어지는 단층 구조이어도 좋다.
발광 적층체(104)에 적용될 수 있는 발광층에는 크게 나누어 2가지의 종류가 있다. 하나는 발광물질이 가지는 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 가지는 재료로 된 층에 발광 중심이 되는 발광 재료를 분산시킨 층이고, 다른 하나는 발광 재료만을 포함하는 층이다. 전자(前者)의 층은 농도 소광이 일어나기 어렵기 때문에 바람직하다. 발광 중심이 되는 발광물질로서는, 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸주롤리딜-9-에닐)-4H-피란(약칭 : DCJT), 4-디시아노메틸렌-2-t-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸주롤리딜-9-에닐)-4H-피란, 페리플란텐, 2,5-디시아노-1,4-비스(10-메톡시-1,1,7,7-테트라메톡실주롤리딜-9-에닐)벤젠, N,N'-디메틸퀴나크리돈(약칭 : DMQd), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, 트리스(8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(약칭 : Alq3), 9,9'-비안트릴, 9,10-디페닐안트라센(약칭 : DPA), 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(약칭 : DNA), 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌(약칭 : TBP) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 발광 재료를 분산시킨 호스트 재료로서는, 9,10-디(2-나프틸)-2-tert-부틸안트라센(약칭 : t-BuDNA) 등의 안트라센 유도체, 4,4'-비스(N-카르바졸일)비페닐(약칭 : CBP) 등의 카르바졸 유도체, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Almq2), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭 : BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀레이트-알루미늄(약칭 :BAlq), 비스(2-[2-하이드록시페닐]피리디나토)아연(약칭 : Znpp2), 비스(2-[2-하이드록세페닐]벤조옥사졸라토)아연(약칭 :ZnBOX) 등의 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 발광물질만을 사용하여 발광 적층체(104)를 구성할 수 있는 재료로서는, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 9,10-비 스(2-나프틸)안트라센(약칭 : DNA), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀레이트-알루미늄(약칭 : BAlq) 등이 있다.
제1 전극(101)은 일 함수가 작은(일 함수 3.8 eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 전극의 재료의 구체예로서는, 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉, Li, Cs 등의 알칼리 금속, Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속, 및 이들 원소를 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li 등), 이들 원소를 포함하는 화합물(LiF, CsF, CaF2 등)을 들 수 있고, 또한, 희토류 금속을 함유하는 천이 금속을 사용하여 제1 전극을 형성할 수도 있다. 또한, 이들 음극 재료는 Al, Ag, ITO 등의 금속(합금을 포함)과의 적층에 의해 형성될 수도 있다.
또한, 제2 전극(106)은, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 티탄(Ti) 등의 도전성을 가지는 금속, 또는 그들의 합금, 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, TiN), ITO(Indium Tin Oxide), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속 산화물 등의 도전막을 사용하여 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극을 통과하여 광이 방출되는 경우에는, 투광성을 가지는 도전막으로 제2 전극을 형성하면 좋다. 구체적으로는, ITO(Indium Tin Oxide), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속 산화물을 사용하여 제2 전극을 형성한다. 그 외에도, Al, Ag 등의 금속의 극히 얇은 박막을 사용한다. 한편, 제1 전극을 통과하여 광이 방출되는 경우에는, 제2 전극을 반사율이 높은 재료(Al, Ag 등)를 사용할 수 있다.
본 실시형태의 본 발명에 따른 발광장치에서는, 도너 준위를 가지는 층(103)이 제2 전극에 접하여 형성되어 있기 때문에, 제2 전극의 재료를 선택할 때, 일 함수를 고려하지 않아도 된다. 이것에 의해, 제2 전극의 재료 선택의 폭이 넓어진다. 그 결과, 이 발광장치의 구성에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있게 된다.
또한, 상기한 재료는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 본 발명의 효과를 유지할 수 있는 범위 내에서 실시자가 적절히 선택할 수 있다.
상기 구성을 가지는 본 발명에 따른 발광장치에서는, 제2 전극(106)의 전위가 제1 전극(101)의 전위보다 높도록 발광장치에 전압을 인가하면, 도너 준위를 가지는 층(103)으로부터 제2 전극에 전자가 주입된다. 또한, 억셉터 준위를 가지는 층(105)으로부터 정공이 발광 적층체(104)에 주입된다. 또한, 제1 전극(101)으로부터 발광 적층체(104)에 전자가 주입되고, 발광 적층체에서 주입된 전자와 정공이 재결합한다. 여기 상태가 된 발광 재료가 기저 상태로 복귀할 때 발광이 얻어진다. 여기서 본 발명에 따른 발광장치는 도너 준위를 가지는 층(103)내의 정공을 제2 전극(106)으로부터 주입하는 것이 아니라, 도너 준위를 가지는 층(103)으로부터 제2 전극에 전자를 주입함으로써 동작하기 때문에, 제2 전극의 일 함수는 무시될 수 있다. 따라서, 제2 전극의 재료를 선택할 때, 일 함수를 고려하지 않아도 되므로, 재료 선택의 폭이 넓어진다. 이것에 의해, 본 발명에 따른 발광장치의 구성에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있게 된다.
[실시형태 2]
본 실시형태에서는, 본 발명에 따른 발광장치의 구성에 대하여 도 2(A) 및 도 2(B)를 참조하여 설명한다. 본 실시형태의 발광장치에서는, 도너 준위를 가지는 제1 층(102), 발광 적층체(104), 억셉터 준위를 가지는 층(105), 및 도너 준위를 가지는 제2 층(103)이 접하여 적층되어 있다. 또한, 발광장치는, 제1 전극(101)이 도너 준위를 가지는 제1 층(102)에 접하여 형성되고, 제2 전극(106)이 도너 준위를 가지는 제2 층(103)에 접하여 형성되고, 도너 준위를 가지는 제1 층(102)과 발광 적층체(104)와 억셉터 준위를 가지는 층(105)과 도너 준위를 가지는 제2 층(103)을 포함하는 적층체가 제1 전극(101)과 제2 전극(106) 사이에 끼워져 있는 구조를 가지는 발광소자를 포함하고 있다. 또한, 이 발광소자는 기판이나 절연막 등의 절연물(100) 위에 적층되어 있다. 기판이나 절연막 등의 절연물(100) 위에는, 이 절연물로부터의 순서로 제1 전극(101), 도너 준위를 가지는 제1 층(102), 발광 적층체(104), 억셉터 준위를 가지는 층(105), 도너 준위를 가지는 제2 층(103), 및 제2 전극(106)이 순차로 적층될 수 있다(도 2(A)). 또는, 절연물(100) 위에, 이 절연물로부터의 순서로 제2 전극(106), 도너 준위를 가지는 제2 층(103), 억셉터 준위를 가지는 층(105), 발광 적층체(104), 도너 준위를 가지는 제1 층(102), 및 제1 전극(101)이 순차로 적층될 수도 있다(도 2(B)).
이 구성을 가지는 발광소자에 제1 전극(101)의 전위가 제2 전극의 전위보다 낮도록 전압을 인가함으로써, 발광 적층체(104)이 발광한다.
도너 준위를 가지는 제1 층(102)과 도너 준위를 가지는 제2 층(103)은 다른 재료로 형성하여도 좋고 같은 재료로 형성하여도 좋다. 이들 층은 실시형태 1의 도너 준위를 가지는 층(103)과 같은 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 실시형태 1의 도너 준위를 가지는 층(103)을 구성하는 재료에 대한 설명을 참조하기 바란다.
억셉터 준위를 가지는 층(105)도 실시형태 1의 억셉터 준위를 가지는 층(105)과 같은 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 실시형태 1의 억셉터 준위를 가지는 층(105)을 구성하는 재료에 대한 설명을 참조하기 바란다.
발광 재료를 포함하는 발광 적층체(104)에 대해서도 실시형태 1과 마찬가지이지만, 발광 적층체의 전자 주입층 및 전자 수송층은 도너 준위를 가지는 제1 층(102)과 발광층과의 사이에 제공될 수도 있다. 발광 적층체(104)의 그 외의 구성에 대해서는 실시형태 1의 발광 적층체(104)에 대한 설명을 참조하기 바란다.
제1 전극(101)은 일 함수가 작은(일 함수 3.8 eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 전극의 재료의 구체예로서는, 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉, Li, Cs 등의 알칼리 금속, Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속, 이들 원소를 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li 등), 이들 원소를 포함하는 화합물(LiF, CsF, CaF2 등)을 들 수 있다. 또한, 희토류 금속을 함유하는 천이 금속을 사용하여 제1 전극을 형성할 수도 있다. 이들 외에, Al, Ag, ITO 등의 금속(합금을 포함함)과의 적층에 의해 음극을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 제2 전극(106)은, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 티탄(Ti) 등의 도전성을 가지는 금속, 또는 그들의 합금, 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, TiN), ITO(Indium Tin Oxide), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속 산화물 등의 도전막을 사용하여 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극을 통과하여 광이 방출되는 경우에는, 제2 전극이 투광성을 가지는 도전막으로 형성될 수도 있다. 구체적으로는, 이 제2 전극이, ITO(Indium Tin Oxide), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속 산화물을 사용하여 형성된다. 그 외에, Al, Ag 등의 금속의 극히 얇은 박막을 사용한다. 한편, 제1 전극을 통과하여 광이 방출되는 경우에는, 제2 전극이 반사율이 높은 재료(Al, Ag 등)를 사용하여 형성될 수 있다.
본 실시형태의 본 발명에 따른 발광장치에서는, 도너 준위를 가지는 제2 층(103)이 제2 전극에 접하여 형성되어 있으므로, 제2 전극의 재료를 선택할 때, 일 함수를 고려하지 않아도 된다. 이것에 의해, 제2 전극의 재료 선택의 폭이 넓어진다. 그 결과, 이 발광장치의 구성에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있다.
또한, 상기한 재료는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 본 발명의 효과를 유 지할 수 있는 범위 내에서 실시자가 적절히 선택할 수 있다.
상기 구성을 가지는 본 발명에 따른 발광장치에서는, 제2 전극(106)의 전위가 제1 전극(101)의 전위보다 높도록 발광장치에 전압을 인가하면, 도너 준위를 가지는 제2 층(103)으로부터 제2 전극에 전자가 주입된다. 또한, 억셉터 준위를 가지는 층(105)으로부터 정공이 발광 적층체(104)에 주입된다. 또한, 도너 준위를 가지는 제1 층(102)으로부터 발광 적층체(104)에 전자가 주입된다. 주입된 전자와 정공이 발광 적층체에서 재결합하고, 여기 상태가 된 발광 재료가 기저 상태로 복귀할 때 발광이 얻어질 수 있다. 여기서 본 발명에 따른 발광장치는, 제1 전극(101)으로부터 도너 준위를 가지는 제2 층(103)에 정공을 주입하는 것이 아니라, 도너 준위를 가지는 제2 층(103)으로부터 제2 전극에 전자를 주입함으로써 동작하기 때문에, 제2 전극(106)의 일 함수는 무시될 수 있다. 따라서, 제2 전극(106)의 재료를 선택할 때 일 함수에 대해서는 고려하지 않아도 되므로, 재료 선택의 폭이 넓어진다. 이것에 의해, 이 발광장치의 구성에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있게 된다.
[실시형태 3]
본 실시형태에서는, 본 발명에 따른 발광장치의 구성에 대하여 도 3(A) 및 도 3(B)를 참조하여 설명한다. 본 실시형태의 발광장치에서는, 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110), 도너 준위를 가지는 제1 층(102), 발광 적층체(104), 억셉터 준위를 가지는 제2 층(105), 및 도너 준위를 가지는 제2 층(103)이 접하여 적층되어 있다. 또한, 이 발광장치는, 제1 전극(101)이 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110) 에 접하여 형성되고, 제2 전극(106)이 도너 준위를 가지는 제2 층(103)에 접하여 형성되고, 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110)과 도너 준위를 가지는 제1 층(102)과 발광 적층체(104)와 억셉터 준위를 가지는 제2 층(105)과 도너 준위를 가지는 제2 층(103)을 포함하는 적층체가 제1 전극(101)과 제2 전극(106) 사이에 끼워져 있는 구조를 가지는 발광소자를 포함하고 있다. 또한, 이 발광소자는 기판이나 절연막 등의 절연물(100) 위에 적층되어 있다. 기판이나 절연막 등 절연물(100) 위에, 이 절연물로부터의 순서로 제1 전극(101), 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110), 도너 준위를 가지는 제1 층(102), 발광 적층체(104), 억셉터 준위를 가지는 제2 층(105), 도너 준위를 가지는 제2 층(103), 제2 전극(106)이 순차로 적층될 수 있고(도 3(A)), 또는, 절연물(100) 위에, 이 절연물로부터의 순서로 제2 전극(106), 도너 준위를 가지는 제2 층(103), 억셉터 준위를 가지는 제2 층(105), 발광 적층체(104), 도너 준위를 가지는 제1 층(102), 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110), 제1 전극(101)이 순차로 적층될 수도 있다(도 3(B)).
이 구성을 가지는 발광소자에 제1 전극(101)의 전위가 제2 전극의 전위보다 낮도록 전압을 인가함으로써, 발광 적층체(104)가 발광할 수 있다.
도너 준위를 가지는 제1 층(102)과 도너 준위를 가지는 제2 층(103)은 다른 재료로 형성하여도 좋고 같은 재료로 형성하여도 좋고, 또한, 실시형태 1의 도너 준위를 가지는 층(103)과 같은 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 실시형태 1의 도너 준위를 가지는 층(103)의 재료에 대한 설명을 참조하기 바란다.
억셉터 준위를 가지는 제1 층(110)과 억셉터 준위를 가지는 제2 층(105)도 다른 재료로 형성하여도 좋고 같은 재료로 형성하여도 좋고, 또한, 실시형태 1의 억셉터 준위를 가지는 층(105)과 같은 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 실시형태 1의 억셉터 준위를 가지는 층(105)의 재료에 대한 살명을 참조하기 바란다.
발광 재료를 포함하는 발광 적층체(104)에 대해서도 실시형태 1과 마찬가지이지만, 발광 적층체의 전자 주입층과 잔자 수송층은 도너 준위를 가지는 제1 층(102)과 발광층과의 사이에 제공될 수도 있다. 발광 적층체(104)의 그 외의 구성에 대해서는 실시형태 1의 발광 적층체(104)에 대한 설명을 참조하면 좋다.
제1 전극(101) 및 제2 전극(106)은, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 티탄(Ti) 등의 도전성을 가지는 금속, 또는 그들의 합금, 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, TiN), ITO(Indium Tin Oxide), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속 산화물 등의 도전막을 사용하여 형성될 수 있다.
또한, 발광을 취출하는 쪽의 전극은 투광성을 가지는 도전막으로 형성하면 좋다. 구체적으로는, 이 전극은, ITO(Indium Tin Oxide), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속 산화물 을 사용하여 형성된다. 그 외에도, Al, Ag 등 금속의 극히 얇은 박막을 사용한다. 또한, 다른쪽 전극에 대해서는, 반사율이 높은 재료(Al, Ag 등)를 사용하는 것이 가능하다.
본 실시형태의 본 발명에 따른 발광장치에서는, 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110)이 제1 전위(101)에 접하여 형성되고, 도너 준위를 가지는 제2 층(103)이 제2 전극에 접하여 형성되어 있으므로, 제1 전극(101) 및 제2 전극(106)의 재료를 선택할 때, 일 함수를 고려하지 않아도 된다. 또한, 제1 전극(101) 및 제2 전극(106)의 재료 선택의 폭이 넓어진다. 이것에 의해, 이 발광장치가 가지는 구성에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있게 된다.
또한, 상기한 재료는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 본 발명의 효과를 유지할 수 있는 범위 내에서 실시자가 적절히 선택할 수 있다.
상기 구성을 가지는 본 발명에 따른 발광장치에서는, 제2 전극(106)의 전위가 제1 전극(101)의 전위보다 높도록 발광장치에 전압을 인가하면, 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110)으로부터 제1 전극(101)에 정공이 주입되고, 도너 준위를 가지는 제2 층(103)으로부터 제2 전극에 전자가 주입된다. 또한, 억셉터 준위를 가지는 제2 층(105)으로부터 정공이 발광 적층체(104)에 주입된다. 또한, 도너 준위를 가지는 제1 층(102)으로부터 발광 적층체(104)에 전자가 주입된다. 주입된 전자와 정공이 발광 적층체에서 재결합하고, 여기 상태가 된 발광 재료가 기저 상태로 복귀할 때 발광이 얻어진다. 여기서 본 발명에 따른 발광장치는, 제1 전극(101)으로부터 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110)에 전자를 주입하고 제2 전극(106)으로부터 억셉터 준위를 가지는 제2 층(103)에 정공을 주입하는 것이 아니라, 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110)으로부터 제1 전극(101)에 정공을 주입하고 도너 준위를 가지는 제2 층(103)으로부터 제2 전극에 전자를 주입함으로써 동작하기 때문에, 제1 전 극(101) 및 제2 전극(106)의 일 함수는 두시될 수 있다. 따라서, 제1 전극(101) 및 제2 전극(106)의 재료를 선택할 때, 일 함수를 고려하지 않아도 된다. 이것에 의해, 재료 선택의 폭이 넓어진다. 그 결과, 본 발명에 따른 발광장치의 구성에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있게 된다.
[실시형태 4]
본 발명의 다른 실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 억셉터 준위를 가지는 층의 막 두께를 적당히 조정함으로써 발광장치의 시야각 특성을 개선하는 예에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서, 발광소자의 적층 구조 및 재료에 대해서는 실시형태 1∼3과 마찬가지이므로 여기서는 설명을 생략한다. 실시형태 1∼3을 참조하기 바란다.
발광소자로부터 방출되는 광은, 발광 적층체(104)로부터 직접 외부로 방출되는 광과, 한번 또는 다수회 반사되어 외부로 방출되는 광을 포함한다. 발광 적층체로부터 직접 외부로 방출되는 광과, 반사되어 외부로 방출되는 광은 그들의 위상 관계로 인해 서로 간섭하여 강해지거나 약해지고, 발광소자로부터 방출되는 광은 이 간섭의 결과로서 합성된 광이다.
굴절률이 낮은 매체로부터 굴절률이 높은 매체로 입사할 때 반사되는 광은 그 위상이 반전되기 때문에, 실시형태 1에서 나타낸 구성을 가지는 발광장치의 발광소자에서, 제1 전극(101)이나 제2 전극(106)과 이 전극과 접하는 층과의 계면에서 반사하는 반사광의 위상은 반전된다. 이 전극에서, 반사한 광과 발광층에서 발광한 광이 간섭한 때, 발광층과 전극과의 사이의 광학적 거리(굴절률×물리적 거 리)가 (2m-1)λ/4 (m은 1 이상의 자연수이고, λ는 발광층으로부터 발하는 광의 중심 파장이다)인 경우, 광 방출면을 보는 각도에 의존하여 야기되는 스펙트럼 형상의 변화가 감소될 수 있고, 또한 발광소자의 전류 효율이 향상될 수 있다. 전류 효율이란, 발광소자를 통해 흐르는 전류에 의해 어느 정도의 휘도가 얻어졌는지를 나타내는 것이다. 이 전류 효율이 좋을수록 작은 전류라도 규정된 수준의 휘도를 얻을 수 있다. 또한, 소자의 열화(劣化)도 적게 되는 경향이 있다.
반사는 굴절률의 차가 작은 막들 사이에서는 적기 때문에, 전극과 이 전극에 접하는 막과의 계면에서 일어나는 반사 이외의 반사는 무시할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 전극과 이 전극에 접하는 막과의 사이에서 일어나는 반사에만 주목한다.
제1 전극(101)을 통과하여 광이 방출되는 발광장치의 경우, 반사는 제2 전극(106)에서 일어난다. 따라서, 이 발광장치의 발광소자의 전류 효율을 향상시키고, 광 방출면을 보는 각도에 의존하여 발생하는 스펙트럼 형상의 변화를 감소시키기 위해서는, 발광이 일어난 위치와 제2 전극(106)의 표면 사이의 광학적 거리(굴절률×물리적 거리)가 (2m-1)λ/4 (m은 1 이상의 자연수이고, λ는 발광층으로부터 발하는 광의 중심 파장이다)를 만족시키도록 하면 좋다.
발광 적층체(104)는 발광 재료를 함유하는 발광층의 단층만을 포함할 수도 있고, 또는, 발광층과 함께 전자 수송층 및 정공 수송층 등의 다수 층을 포함할 수도 있다. 발광층은 발광 중심이 되는 발광 재료가 분산되어 있는 층일 수도 있고, 또는 발광재료만으로 형성된 층일 수도 있다.
또한, 발광이 일어난 부분과 제2 전극(106) 사이에는 상이한 재료로 된 여러 개의 층이 제공되어 있다. 본 실시형태에서는, 억셉터 준위를 가지는 층(105)과 도너 준위를 가지는 제2 층(103)이, 발광이 일어난 위치와 제2 전극(106) 사이에 위치하여 있다. 또한, 단층을 가지는 발광 적층체(104)에 대해서는, 이 발광 적층체(104)의 발광 위치와 제2 전극(106) 사이에 위치하는 부분을, 발광이 일어난 위치와 제2 전극 사이에 위치하는 층이라고 할 수 있다. 또한, 발광 적층체(104)가 다수 층으로 형성되는 경우에는, 발광이 일어난 위치와 제2 전극(106) 사이에 또 다른 층이 위치할 수도 있다. 이와 같은 구성에서, 발광이 일어난 위치와 제2 전극(106) 사이의 광학적 거리를 구하기 위해서는, 각각의 막의 굴절률과 막 두께를 곱한 것을 합계하면 되고, 그 합계가 (2m-1)λ/4 (m은 1 이상의 자연수이고, λ는 이 발광층으로부터 발하는 광의 중심 파장이다)를 만족시키도록 한다. 즉, 발광층을 "1"로 하고, 제2 전극(106)을 "j"(j는 정수)로 하는 한편, 발광 재료를 함유하는 층과 제2 전극(106) 사이에 존재하는 층들에 발광 재료를 함유하는 층 측으로부터 일련 번호를 붙여, 어느 번호를 붙인 굴절률 "n" 및 막 두께 "d"를 같은 번호가 매겨진 층의 굴절률 및 막 두께로 하는 경우(즉, "n1"은 발광층의 굴절률을 가리키고, "dj"은 제2 전극(106)의 막 두께를 가리킨다), 이하의 식 1을 만족하는 것으로 한다.
[식 1]
Figure 112007029181394-pct00001
발광층은 어느 정도의 두께를 가지고 있고, 또한, 발광 중심은 무수하게 존재하고 있기 때문에, 엄밀하게 발광이 일어난 위치를 결정하는 것은 가능하지 않다. 따라서, 발광층의 막 두께에 대해서는, 식 1이 약간의 범위를 가지는 것으로 한다.
여기서, 상기 식 1을 만족시키기 위해, 막 두께를 조정할 필요가 생긴다. 유기 재료를 주성분으로 하는 층은 전자 이동도가 낮다. 도너 준위를 가지는 층의 막 두께를 두껍게 하면 구동 전압도 상승하게 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 유기 재료를 주성분으로 하는 층에서 도전성이 비교적 높은 억셉터 준위를 가지는 층(105)의 막 두께를 조절함으로써, 구동 전압을 크게 증가시키지 않고 상기 식 1을 만족시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 도너 준위를 가지는 층이, 리튬 등의 전자 수송성의 재료에 전자를 공여할 수 있는 물질을 많이 함유하고 있는 경우에는, 도너 준위를 가지는 층이, 상기 식 1을 만족시키기 위해 막 두께를 조정하기 위한 층으로서 사용될 수 있다.
제2 전극(106)을 통과하여 광이 방출되는 발광소자의 경우, 반사는 제1 전극(101)에서 일어난다. 따라서, 이 발광소자의 전류 효율을 향상시키고, 광 방출면을 보는 각도에 의존하여 발생하는 스펙트럼 형상의 변화를 감소시키기 위해서는, 발광이 일어난 위치와 제1 전극(101)의 표면 사이의 광학적 거리(굴절률×물리적 거리)를 (2m-1)λ/4 (m은 1이상의 자연수이고, λ는 이 발광층으로부터 발하는 광의 중심 파장이다)를 만족시키도록 하면 좋다.
발광 적층체(104)는 발광 재료를 함유하는 발광층의 단층만을 포함할 수도 있고, 또는, 발광층과 함께 전자 수송층 및 정공 수송층 등의 다수 층을 포함할 수도 있다. 발광층은 발광 중심이 되는 발광 재료가 분산되어 있는 층이어도 좋고, 발광 재료만으로 형성된 층이어도 좋다.
또한, 발광이 일어난 위치와 제1 전극(101) 사이에는 상이한 재료로 된 여러 층이 제공되어 있다. 본 실시형태에서는, 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110)과 도너 준위를 가지는 제1 층(102)이, 발광이 일어난 위치와 제1 전극(101) 사이에 제공되어 있다. 또한, 발광 재료를 함유하는 층에 대해서는, 그 발광 재료를 함유하는 층 중 발광부 이외의 부분도, 발광이 일어난 위치와 제1 전극(101) 사이에 위치하는 층이라고 할 수 있다. 또한, 발광 적층체(104)가 다수 층을 포함하는 경우에는, 발광이 일어난 위치와 제1 전극(101) 사이에 또 다른 층이 제공될 수도 있다. 이와 같은 구성에서, 발광이 일어난 위치와 제1 전극(101) 사이의 광학적 거리를 구하기 위해서는, 각각의 막의 굴절률과 막 두께를 곱한 것을 합계하면 된다. 즉, 발광 재료를 함유하는 층을 "1"로 하고, 제1 전극(101)을 "j"(j는 정수)로 하는 한편, 발광 재료를 함유하는 층과 제1 전극(101) 사이에 존재하는 층들에 발광 재료를 함유하는 층 측으로부터 일련 번호를 붙여, 어느 번호를 붙인 굴절률 "n" 및 막 두께 "d"를 같은 번호가 매겨진 층의 굴절률 및 막 두께로 하는 경우(즉, "n1"은 발광 재료를 함유하는 층의 굴절률을 가리키고, "dj"은 제1 전극(101)의 막 두께를 가리킨다), 이하의 식 2를 만족하는 것으로 한다.
[식 2]
Figure 112007029181394-pct00002
이 식 2에서, 발광층은 어느 정도의 두께를 가지고 있고, 또한, 발광 중심은 무수하게 존재하고 있기 때문에, 엄밀하게 발광이 일어난 위치를 결정하는 것은 가능하지 않다. 따라서, 발광층의 막 두께에 대해서는, 식 2가 약간의 범위를 가지는 것으로 한다.
여기서, 상기 식 2를 만족시키기 위해, 막 두께를 조정할 필요가 생긴다. 본 실시형태에서는, 유기 재료를 주성분으로 하는 층에서 도전성이 비교적 높은 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110)의 막 두께를 조절함으로써, 구동 전압을 증가시키지 않고 상기 식 2를 만족시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 실시형태 2에서 설명한 바와 같이 억셉터 준위를 가지는 제1 층(110)이 제공되어 있지 않은 경우, 캐리어가 전자인 도너 준위를 가지는 층이, 리튬 등의 전자 수송성의 재료에 전자를 공여할 수 있는 물질을 많이 함유하는 경우에는, 도너 준위를 가지는 제1 층(102)이, 상기 식 2를 만족시키도록 막 두께를 조정하기 위한 층으로서 사용하는 것이 가능하다.
또한, 제1 전극(101)과 제2 전극(106) 모두를 통과하여 광이 방출되는 구조의 경우에는, 상기 식 1과 식 2를 모두 만족하도록 하면 좋다.
발광소자를 본 실시형태와 같은 구조로 함으로써, 광 방출면을 보는 각도에 의존하여 발광의 스펙트럼이 변화하는 것을 감소시킨 발광장치를 제공하는 것이 가 능하게 된다.
본 실시형태는 실시형태 1∼3과 자유롭게 조합하여 실시될 수 있다.
[실시형태 5]
본 실시형태에서는, 실시형태 1 또는 2에서 설명한 본 발명의 표시장치와 그의 제조방법에 대하여 도 4(A)∼도 4(E) 및 도 5(A)∼도 5(C)를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형 표시장치의 제조방법의 예를 나타내었지만, 패시브 매트릭스형 표시장치에도 본 발명의 발광장치를 적용할 수 있다.
먼저, 기판(50) 위에 제1 하지(下地) 절연층(51a)과 제2 하지 절연층(51b)을 형성한 후, 제2 하지 절연층(51b) 위에 반도체층을 형성한다(도 4(A)).
기판(50)의 재료로서는, 유리, 석영, 플라스틱(예를 들어, 폴리이미드, 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르 술폰 등) 등을 사용할 수 있다. 이들 기판은 필요에 따라 CMP 등에 의해 연마될 수도 있다. 본 실시형태에서는, 유리 기판을 사용하였다.
제1 하지 절연층(51a)과 제2 하지 절연층(51b)은 기판(50) 중의 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속 등, 반도체막의 특성에 악영향을 미치는 원소가 반도체층 중으로 확산하는 것을 방지하기 위해 제공된다. 제1 하지 절연층(51a)과 제2 하지 절연층(51b)의 재료로서는, 산화규소, 질화규소, 질소를 함유하는 산화규소, 산소를 함유하는 질화규소 등을 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 제1 하지 절연층(51a)을 질화규소로 형성하고, 제2 하지 절연층(51b)을 산화규소로 형성한다. 본 실시형태에서는, 하지 절연층을 제1 하지 절연층(51a)과 제2 하지 절연층(51b)의 2층으로 형성하였지만, 단층으로 형성하여도 상관없고, 2층 이상의 다층이어도 상관없다. 또한, 기판으로부터의 불순물의 확산이 신경쓰이지 않는다면, 하지 절연층은 마련할 필요가 없다.
그 다음, 반도체층을 본 실시형태에서는 비정질 규소막을 레이저로 결정화하여 형성한다. 구체적으로는, 제2 하지 절연층(51b) 위에 비정질 규소막을 25∼100 nm(바람직하게는 30∼60 nm)의 막 두께로 형성한다. 반도체층의 제조방법으로서는, 공지의 방법, 예를 들어, 스퍼터링법, 감압 CVD법, 또는 플라즈마 CVD법 등을 사용할 수 있다. 그 후, 500℃에서 1시간의 가열처리를 행하여 탈수소를 행한다.
그 다음, 레이저 조사장치를 사용하여 비정질 규소막을 결정화하여 결정질 규소막을 형성한다. 본 실시형태의 레이저 결정화에서는, 엑시머 레이저를 사용하고, 엑시머 레이저로부터 발진된 레이저빔을 광학계를 사용하여 선형 빔 스폿으로 가공하여 비정질 규소막에 조사함으로써 결정질 규소막을 형성하고, 얻어진 결정질 규소막을 반도체층으로서 사용한다.
비정질 규소막의 다른 결정화 방법으로서는, 열 처리만으로 결정화를 행하는 방법이나 결정화를 촉진하는 촉매 원소를 사용하여 가열 처리를 행함으로써 결정화하는 방법이 있다. 결정화를 촉진하는 원소로서는, 니켈, 철, 팔라듐, 주석, 아연, 코발트, 백금, 구리, 금 등을 사용할 수 있고, 이와 같은 원소를 사용함으로써, 열처리만으로 결정화를 행하는 경우에 비하여 저온 및 단시간에 결정화를 행할 수 있기 때문에, 유리 기판 등에 대한 손상을 감소시킬 수 있다. 열 처리만으로 비정질 규소막을 결정화를 하는 경우는, 기판(50)으로서 열에 강한 석영 기판 등을 사용하여도 좋다.
그 다음, 필요에 따라, 스레시홀드 값을 제어하기 위해 반도체층에 미량의 불순물을 첨가한다. 즉, 채널 도핑을 행한다. 요구되는 스레시홀드 값을 얻기 위해, N형 또는 P형 불순물(인, 붕소 등)을 이온 도핑법 등에 의해 반도체층에 첨가한다.
그 후, 도 4(A)에 도시된 바와 같이, 반도체층을 소정의 형상으로 패터닝하여, 섬 형상의 반도체층(52)을 얻는다. 구체적으로는, 반도체층의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 포토레지스트를 노광하고 소성하여 반도체층 위에 소정의 형상의 레지스트 마스크를 형성하고, 이 레지스트 마스크를 사용하여 에칭을 함으로써 반도체층을 패터닝한다.
그 다음, 섬 형상의 반도체층(52)을 덮도록 게이트 절연층(53)을 형성한다. 게이트 절연층(53)으로서 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법에 의해 규소를 함유하는 절연층을 40∼150 nm의 막 두께로 형성한다. 본 실시형태에서는 산화규소를 사용하여 게이트 절연층을 형성하였다.
그 다음, 게이트 절연층(53) 위에 게이트 전극(54)을 형성한다. 게이트 전극(54)은 탄탈, 텅스텐, 티탄, 몰리브덴, 알루미늄, 구리, 크롬, 니오브로부터 선택된 원소, 또는 상기 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 형성하여도 좋다. 또는, 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 규소막으로 대표되는 반도체막을 사용하여도 좋다. 또한, AgPdCu 합금을 사용하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 게이트 전극(54)이 단층으로 형성되어 있지만, 예를 들어, 텅스텐으로 된 하층과, 몰리브덴으로 된 상층을 가지는 2층 이상의 적층 구조로 게이트 전극을 형성하여도 좋다. 적층 구조로 게이트 전극을 형성하는 경우에도, 상기한 재료를 사용하면 좋다. 또한, 그 재료의 조합도 적절히 선택할 수 있다. 게이트 전극(54)의 가공은 포토레지스트로 된 마스크를 이용하여 에칭을 하여 행한다.
그 다음, 게이트 전극(54)을 마스크로 하여 반도체층(52)에 고농도의 불순물을 첨가한다. 이것에 의해, 반도체층(52), 게이트 절연층(53), 및 게이트 전극(54)을 포함하는 박막트랜지스터(70)가 형성된다.
또한, 박막트랜지스터의 제조공정에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 소망의 구조의 트랜지스터를 제조할 수 있도록 적절히 변경할 수도 있다.
본 실시형태에서는 레이저 결정화를 사용하여 결정화한 결정성 규소막을 사용한 탑 게이트형 박막트랜지스터를 사용하였지만, 비정질 반도체막을 사용한 보텀 게이트형 박막트랜지스터를 화소부에 사용하는 것도 가능하다. 비정질 반도체로서는, 규소뿐만 아니라 규소 게르마늄도 사용할 수 있고, 규소 게르마늄을 사용하는 경우, 게르마늄의 농도는 0.01∼4.5 원자% 정도인 것이 바람직하다.
또한, 비정질 반도체 중에서 0.5 nm∼20 nm의 결정립을 관찰할 수 있는 미(微)결정 반도체막(즉, 세미아모르퍼스 반도체)을 사용하여도 좋다. 또한, 0.5 nm∼20 nm의 결정립을 관찰할 수 있는 미(微)결정은 마이크로크리스탈(μc)이라고도 불리고 있다.
세미아모르퍼스 반도체인 세미아모르퍼스 실리콘(SAS)은 규화물 기체를 글로우 방전 분해함으로써 얻어질 수 있다. 대표적인 규화물 기체로서는, SiH4가 있고, 그 외에도, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용할 수 있다. 이 규화물 기체를 수소, 또는 수소와, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온에서 선택된 1종 또는 다수 종의 희가스 원소와의 혼합물로 희석하여 사용함으로써 SAS의 형성을 용이하게 할 수 있다. 희석률은 1:10∼1:1000의 범위로 하는 것이 바람직하다. 글로우 방전 분해에 의한 피막의 반응 생성은 0.1 Pa∼133 Pa의 범위의 압력에서 행하면 좋다. 글로우 방전을 형성하기 위한 출력 주파수는 1 MHz∼120 MHz, 바람직하게는 13 MHz∼60 MHz로 한다. 기판 가열 온도는 300℃ 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 100∼250℃이다.
이와 같이 하여 형성된 SAS에서는 L-O 포논(phonon)에 의한 라만 스펙트럼이 520 cm-1보다 저파수 측으로 시프트하고 있고, X선 회절에서는 Si 결정 격자에 유래한다고 알려져 있는 (111) 및 (220)의 회절 피크가 관측된다. SAS는 댕글링 본드(dangling bond)를 종단시키기 위해 수소 또는 할로겐을 적어도 1 원자% 또는 그 이상 함유하고 있다. 막 중의 불순물 원소에 대해서는, 산소, 질소, 탄소 등의 대기 성분의 불순물들의 농도는 각각 1×1020 원자/cm3 이하로 하는 것이 바람직하고, 특히, 산소 농도는 5×1019 원자/cm3 이하, 바람직하게는 1×1019 원자/cm3 이하로 한다. TFT에서의 전계효과 이동도(μ)는 1∼10 cm2/Vsec가 된다.
또한, 이 SAS를 레이저로 더 결정화화여 사용하여도 좋다.
그 다음, 게이트 전극(54) 및 게이트 절연층(53)을 덮도록 질화규소를 사용하여 절연막(수소화막)(59)을 형성한다. 이 절연막(수소화막)(59)을 480℃에서 1시간 정도 가열하여, 불순물 원소의 활성화 및 반도체층(52)의 수소화를 행한다.(도 4(A))
그 다음, 절연막(수소화막)(59)을 덮도록 제1 층간절연층(60)을 형성한다. 제1 층간절연층(60)을 형성하는 재료로서는, 산화규소, 아크릴, 폴리이미드, 실록산, Iow-k 재료 등을 사용하면 좋다. 본 실시형태에서는, 제1 층간절연층으로서 산화규소막을 형성하였다(도 4(B)).
그 다음, 반도체층(52)에 도달하는 콘택트 홀을 형성한다. 콘택트 홀은 레지스트 마스크를 사용하여 반도체층(52)을 노출할 때까지 에칭을 행함으로써 형성될 수 있고, 습식 에칭과 건식 에칭 중의 어느 것에 의해서도 형성될 수 있다. 또한, 조건에 따라 한번에 에칭을 행하여도 좋고, 다수 회로 나누어 에칭을 행하여도 좋다. 또한, 다수 회로 에칭할 때는 습식 에칭과 건식 에칭 모두를 사용하여도 좋다(도 4(C)).
그리고, 이 콘택트 홀과 제1 층간절연층(60)을 덮도록 도전층을 형성한다. 이 도전층을 소망의 형상으로 가공하여, 접속부(61a), 배선(61b) 등을 형성한다. 이들은 알루미늄, 구리 등의 단층이어도 좋지만, 본 실시형태에서는 몰리브덴, 알루미늄, 몰리브덴을 순차로 적층하여 도전층을 형성하였다. 적층 구조를 가지는 배선으로서는, 티탄, 알루미늄, 티탄의 적층 구조나 티탄, 질화티탄, 알루미늄, 티 탄의 적층 구조가 이용될 수도 있다(도 4(D)).
그 후, 접속부(61a), 배선(61b), 제1 층간절연층(60)을 덮도록 제2 층간절연층(63)을 형성한다. 제2 층간절연층(63)의 재료로서는, 자기 평탄성을 가지는 아크릴, 폴리이미드, 실록산 등의 도포막을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 제2 층간절연층(63)으로서 실록산을 사용하였다(도 4(E)).
그 다음, 제2 층간절연층(63) 위에 질화규소 등으로 절연층을 형성하여도 좋다. 이 절연층은, 후에 형성되는 화소 전극의 에칭에서 제2 층간절연층(63)이 필요 이상으로 에칭되는 것을 방지하기 위해 형성된다. 따라서, 화소 전극과 제2 층간절연층의 에칭 레이트의 비가 큰 경우에는, 이 절연층은 특별히 마련하지 않아도 좋다. 그 다음, 접속부(61a)에 도달하도록 제2 층간절연층(63)을 관통하여 콘택트 홀을 형성한다.
그리고, 이 콘택트 홀과 제2 층간절연층(63)(또는 절연층)을 덮도록 도전층을 형성한 후, 이 도전층을 가공하여 박막 발광소자의 제2 전극(106)을 형성한다. 여기서 제2 전극(106)은 접속부(61a)에 전기적으로 접속되어 있다.
제2 전극(106)은, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 티탄(Ti) 등의 도전성을 가지는 금속, 또는 그들의 합금, 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어, TiN), ITO(indium tin oxide), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide) 등의 금속 산화물 등의 도전막을 사용하 여 형성될 수 있다.
또한, 발광을 취출하는 쪽의 전극은 투광성을 가지는 도전막을 사용하여 형성하면 좋고, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide) 등의 금속 산화물 외에, Al, Ag 등 금속의 극히 얇은 박막을 사용할 수 있다. 또한, 제1 전극으로부터 발광을 취출하는 경우에는, 반사율이 높은 재료(Al, Ag 등)를 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 제2 전극(106)으로서 ITSO를 사용하였다(도 5(A)).
그 다음, 제2 층간절연막(63)(또는 절연층) 및 제2 전극(106)을 덮도록 유기 재료 또는 무기 재료로 된 절연층을 형성한다. 그리고, 이 절연층을 제2 전극(106)의 일부가 노출하도록 가공하고, 격벽(65)을 형성한다. 격벽(65)의 재료로서는, 감광성 유기 재료(아크릴, 폴리이미드 등)가 바람직하게 사용되지만, 감광성을 가지지 않는 유기 재료나 무기 재료로 사용하여도 상관없다. 또한, 격벽(65)의 재료에 티탄 블랙이나 탄소 질화물 등의 흑색 안료나 염료를 분산재 등을 사용하여 분산시켜, 격벽(65)을 검게 착색함으로써, 블랙 매트릭스용으로 사용하여도 좋다. 격벽(65) 중, 제2 전극으로 향하는 엣지(edge)는 곡률을 가지고, 이 곡률이 연속적으로 변화하는 테이퍼 형상을 하고 있는 것이 바람직하다(도 5(B)).
그 다음, 격벽(65)으로부터 노출된 제2 전극(64)을 덮도록, 도너 준위를 가지는 제2 층, 억셉터 준위를 가지는 층, 발광 적층체, 도너 준위를 가지는 제1 층을 순차로 적층한다. 이들 층은 증착법에 의해 형성하면 좋다.
도너 준위를 가지는 제1 층과 도너 준위를 가지는 제2 층은 다른 재료로 형성하여도 좋고 또는 같은 재료로 형성하여도 좋고, 전자 수송성의 재료와 이 전자 수송성의 재료에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성의 재료 모두를 포함하는 층이나, N형 반도체층, 또는 N형 반도체를 포함하는 층을 사용하여 형성된다. 전자 수송성의 재료로서는, 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭 : BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀레이트-알루미늄(약칭 : Balq) 등 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체를 포함하는 재료를 사용할 수 있다. 또한, 이 외에, 비스(2-[2-하이드록시페닐]벤조옥사졸레이트)아연(약칭 : Zn(BOX)2) 등의 옥사졸계 또는 티아졸계 배위자를 가지는 금속 착체를 사용할 수도 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭 : PBD), 1,3-비스(5-[p-tert-부틸페닐]-1,3,4-옥사디아졸-2-일)벤젠(약칭 : OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트라아졸(약칭 : TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트라아졸(약칭 : p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭 : BPhen), 바소큐프로인(약칭 : BCP) 등의 물질을 전자 수송성의 재료로서 사용할 수 있다. 또한, 이들 전자 수송성의 재료에 전자를 공여할 수 있는 전자 공여성의 재료로서는, 예를 들어, 리튬, 세슘 등의 알칼리 금속, 마그네슘, 칼슘 등의 알칼리토류 금속, 에르븀, 이테르븀 등의 희토류 금속, 및 그들 금속을 함유하는 합금, 금속 화합물 등을 사용할 수 있다. 전자 공여가 가능한 전자 공여성의 재료는 전자 수송성의 재료와의 조합에 따라 선택된다. 또한, 이들 전자 수송성의 재료와 전자 공여성의 재료를 포함하는 층에 몰리브덴 산화물, 아연 산화물, 티탄 산화물 등으로 대표되는 금속 산화물을 혼합시켜도 좋다. 또한, N형 반도체로서는, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 산화티탄, 산화티탄 등을 사용할 수 있다.
또한, 전자 수송성의 재료와 전자 공여성의 재료 모두를 포함하는 층 등, 다수의 재료를 포함하는 층은 각각의 재료를 동시에 성막함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로는, 다수의 재료를 포함하는 층은, 저항 가열 증착에 의한 공증착법, 전자 빔 증착에 의한 공증착법, 저항 가열 증착과 전자 빔 증착에 의한 공증착법, 저항 가열 증착과 스퍼터링의 조합, 전자 빔 증착과 스퍼터링의 조합 등, 동종 또는 이종 방법을 조합시켜 형성될 수 있다. 또한, 상기 예에서는 2종의 재료를 포함하는 층을 나타내고 있지만, 3종 이상의 재료를 포함하는 층의 경우에도 마찬가지로 형성할 수 있다.
전자 수송성의 재료와 이 전자 수송성의 재료에 전자를 공여할 수 있는 재료의 혼합비는 몰비로 1 : 0.5∼1 : 2 정도, 바람직하게는 1 : 1이라면 좋다. 본 실시형태의 도너 준위를 가지는 층에서는, 전자 수송성의 재료로서 Alq3를 사용하고, Alq3에 전자를 공여하는 것이 가능한 전자 공여성의 재료로서 리튬(Li)을 사용하고, 중량비로 Alq3 : Li = 1 : 0.01이 되도록 공증착법에 의해 Alq3와 Li의 증착을 행한다. 또한, 도너 준위를 가지는 층의 막 두께는 10 nm로 한다.
발광 적층체(104)는 단층으로 형성하여도 좋고 또는 다수 층으로 형성하여도 좋다. 발광 적층체(104)의 발광층과 제1 전극(101)과의 사이에 전자 수송층을 제공하고, 발광 적층체(104)의 발광 재료가 분산된 층과 억셉터 준위를 가지는 층(105)과의 사이에 정공 수송층을 제공하여도 좋다. 이들 전자 수송층과 정공 수송층은 제공되어도 좋고, 제공되지 않아도 좋고, 그들 중 어느 하나만 제공되어도 좋다. 또한, 정공 수송층과 전자 수송층의 재료는 각각 억셉터 준위를 가지는 층 내의 정공 수송성 재료와 도너 준위를 가지는 층 내의 전자 수송성의 재료에 의존하기 때문에, 여기에서는 설명을 생략한다. 각각의 설명을 참조하기 바란다.
발광 적층체(104)에 적용될 수 있는 발광층에는 크게 나누어 2가지의 종류가 있다. 하나는 발광물질의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 가지는 재료로 된 층에 발광 중심이 되는 발광 재료를 분산하여 포함하는 층이고, 다른 하나는 발광 재료만을 포함하는 층이다. 전자(前者)는 농도 소광이 일어나기 어렵기 때문에 바람직하다. 발광 중심이 되는 발광물질로서는, 예를 들어, 4-디시아노메틸렌-2-메틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸주롤리딜-9-에닐)-4H-피란(약칭 : DCJT), 4-디시아노메틸렌-2-t-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸주롤리딜-9-에닐)-4H-피란, 페리플란텐, 2,5-디시아노-1,4-비스(10-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸주롤리딜-9-에닐)벤젠, N,N'-디메틸퀴나크리돈(약칭 : DMQd), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, 트리스(8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(약칭 : Alq3), 9,9'-비안트릴, 9,10-디페닐안트라센(약칭 : DPA), 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(약칭 : DNA), 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌(약칭 : TBP), 9,10-디(2-나프틸)-2-tert-부틸안트라센(약칭 : t-BuDNA) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 발광 재료가 분산되는 호스트 재료로서는, 예를 들어, 9,10-디(2-나프틸)-2-tert-부틸안트라센(약칭 : t-BuDNA) 등의 안트라센 유도체, 4,4'-비스(N-카르바졸일)비페닐(약칭 : CBP) 등의 카르바졸 유도체, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭 : BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀레이트-알루미늄(약칭 : BAlq), 비스(2-[2-하이드록시페닐]피리디나토)아연(약칭 : Znpp2), 비스(2-[2-하이드록시페닐]벤즈옥사졸라토)아연(약칭 : ZnBOX) 등의 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 발광 적층체(104) 자체를 구성할 수 있는 발광물질로서는, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(약칭 : DNA), 비스(2-메틸-8-퀴놀라놀라토)-4-페닐페놀레이트-알루미늄(약칭 : BAlq) 등이 있다.
본 실시형태에서는, 억셉터 준위를 가지는 층(105) 위에, 발광 적층체(104)로서, 정공 수송층, 발광 재료가 분산된 발광층, 전자 수송층을 순서대로 적층한다. 정공 수송층으로서는, α-NPD를 10 nm의 두께로 증착하고, 발광 재료가 분산된 층으로서는, Alq3와 쿠마린 6을 중량비가 1 : 0.005가 되도록 35 nm의 두께로 증착하고, 전자 수송층으로서는, Alq3를 10 nm의 두께로 증착한다.
억셉터 준위를 가지는 층(105)은 정공 수송층의 재료와 이 정공 수송층의 재료로부터 전자를 수용할 수 있는 전자 수용성의 재료 모두를 포함하는 층이나, P형 반도체층, 또는 P형 반도체를 포함하는 층을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 정공 수송성의 재료로서는, 예를 들어, 4,4'-비스(N-[1-나프틸]-N-페닐-아미노)-비페닐(약칭 : α-NPD), 4,4'-비스(N-[3-메틸페닐]-N-페닐-아미노)-비페닐(약칭 : TPD), 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(약칭 : TDATA), 4,4',4''-트리스(N-[3-메틸페닐]-N-페닐-아미노)-트리페닐아민(약칭 : MTDATA), 4,4'-비스{N-(4-[N,N-디-m-톨릴아미노]페닐)-N-페닐아미노}비페닐(약칭 : DNTPD) 등의 방향족 아민계(즉, 벤젠환-질소 결합을 가짐)의 화합물이나, 프탈로시아닌(약칭 : H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭 : CuPc), 바나딜 프탈로시아닌(약칭 : VOPc) 등의 프탈로시아닌 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 이들 정공 수송성의 재료로부터 전자를 수용할 수 있는 전자 수용성의 재료로서는, 예를 들어, 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭 : TCNQ), 2,3-디시아노나프토퀴논(약칭 : DCNNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭 : F4-TCNQ) 등이 있다. 또한, 전자 수용이 가능한 전자 수용성의 재료는 정공 수송성의 재료와의 조합에 따라 선택된다. 또한, P형 반도체로서는, 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 구리 산화물 등을 사용할 수 있다. 또한, 여기에 든 재료는 어디까지나 예에 지나지 않고, 실시자가 적절히 선택할 수 있는 것이다. 정공 수송성의 재료와 이 정공 수송성의 재료로부터 전자를 수용할 수 있는 전자 수용성의 재료의 혼합비는 몰비로 0.5 이상이면 좋고, 더 바람직하게는 0.5∼2이다. 본 실시형태의 억셉터 준위를 가지는 제1 층 및 억셉터 준위를 가지는 제2 층에서는, 전자 수용성의 재료로서 α-NPD를 사용하고, α-NPD로부터 전자를 수용할 수 있는 전자 수용성의 재료로서 산화몰리브덴(MoOx)을 사용하고, 이들 층은 중량비로 α-NPD : MoOx = 4 : 0.2(몰비로 1 : 1에 상당)가 되도록 형성된다. 또한, 본 실시형태에서, 억셉터 준위를 가지는 제1 층의 두께는 50 nm로 하고, 억셉터 준위를 가지는 제2 층의 두께는 20 nm로 한다.
또한, 정공 수송성의 재료와 전자 공여성의 재료 모두를 포함하는 층 등, 다수의 재료를 포함하는 층은 각각의 재료를 동시에 성막함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로는, 다수의 재료를 포함하는 층은 저항 가열 증착에 의한 공증착법, 전자 빔 증착에 의한 공증착법, 저항 가열 증착과 전자 빔 증착에 의한 공증착법, 저항 가열 증착과 스퍼터링의 조합, 전자 빔 증착과 스퍼터링의 조합 등, 동종 또는 이종 방법을 조합시켜 형성될 수 있다. 또한, 상기 예는 2종의 재료를 포함하는 층을 나타내고 있지만, 3종 이상의 재료를 포함하는 경우에도 마찬가지로 형성할 수 있다.
발광 파장대가 다른 발광층들을 화소마다 형성하여 컬러 표시를 행하는 구성으로 하여도 좋다. 전형적으로는, R(적), G(녹), B(청)의 각 발광색에 대응한 발광층을 형성한다. 이 경우, 화소로부터 방출된 광이 통과하는 측에 특정 발광 파장대의 광을 투과하는 필터(착색층)를 제공한 구성으로 함으로써, 색 순도를 향상시키고, 화소부의 경면(鏡面) 반사를 방지할 수 있다. 필터(착색층)를 제공함으로써, 종래 필요로 했던 원형 편광판 등을 생략할 수 있어, 발광소자로부터 방출되는 광의 손실을 없앨 수 있다. 또한, 비스듬한 방향에서 화소부(표시 화면)를 본 경우에 일어나는 색조의 변화를 저감할 수 있다.
또한, 발광소자는 단색 또는 백색의 발광을 나타내는 구성으로 할 수도 있다. 백색 발광 재료를 사용하는 경우에는, 화소로부터 방출된 광이 통과하는 측에 특정 파장의 광을 투과하는 필터(착색층)를 제공한 구성으로 하여 컬러 표시가 달성될 수 있다.
백색으로 발광하는 발광층을 형성하기 위해서는, 예를 들어, Alq3, 나일 레드(Nile red)를 부분적으로 도핑한 Alq3, Alq3, p-EtTAZ, TPD(방향족 디아민)를 증착법에 의해 순차로 적층함으로써 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 일중항 여기 발광 재료 외에, 금속 착체 등을 포함하는 삼중항 여기 재료를 발광층에 사용하여도 좋다. 예를 들어, 적색 발광성의 화소, 녹색 발광성의 화소 및 청색 발광성의 화소 중, 휘도 반감기가 비교적 짧은 적색 발광성 화소를 삼중항 여기 발광 재료로 형성하고, 그 외를 일중항 여기 발광 재료로 형성한다. 삼중항 여기 발광 재료는 발광 효율이 좋으므로, 일중항 여기 발광 재료에 비하여 같은 휘도를 얻는데 소비전력이 적게 든다. 즉, 적색 발광성의 화소를 삼중항 여기 발광 재료로 형성한 경우, 발광소자를 통해 흐르는 전류량이 적으므로, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 저소비전력화로서, 적색 발광성의 화소와 녹색 발광성의 화소를 삼중항 여기 발광 재료로 형성하고, 청색 발광성의 화소를 일중항 여기 발광 재료로 형성하여도 좋다. 사람의 시감도가 높은 녹색 발광의 발광소자도 삼 중항 여기 발광 재료로 형성한 경우, 보다 저소비전력화를 도모할 수 있다.
삼중항 여기 발광 재료의 예로서는, 금속 착체를 도펀트로 하여 사용한 것이 있고, 특히 제3 천이 원소인 백금을 중심 금속으로 하는 금속 착체, 이리듐을 중심 금속으로 하는 금속 착체 등이 알려져 있다. 삼중항 여기 발광 재료로서는 이들 화합물에 한정되는 것은 아니고, 상기 구조를 가지고, 또한, 중심 금속에 주기표의 8족∼10족에 속하는 원소를 가지는 화합물을 사용하는 것도 가능하다.
상기와 같은 재료로 형성된 발광소자는 순방향 바이어스 전압이 인가된 때 발광한다. 이 발광소자를 사용하여 형성된 표시장치의 각 화소는 단순 매트릭스 방식 또는 액티브 매트릭스 방식으로 구동될 수 있다. 어떤 방식을 사용하더라도, 개개의 화소는 어느 특정의 타이밍에서 순방향 바이어스 전압이 인가됨으로써 발광하게 되지만, 어느 일정 기간에서는 비발광 상태로 되어 있다. 이 비발광 기간에, 역방향 바이어스 전압을 인가함으로써, 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 발광소자에서는 일정 구동 조건 하에서 발광 강도가 저하하는 열화(劣化)나 화소 내에서 비발광 영역이 확대되어 외관상 휘도가 저하하는 열화 모드가 있지만, 순방향 및 역방향 바이어스 전압을 교대로 인가하는 교류적 구동을 행함으로써, 열화의 진행을 늦출 수 있고, 발광장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그 다음, 도너 준위를 가지는 층을 덮도록 제1 전극(67)을 형성한다. 이것에 의해, 제1 전극(67)과 발광 적층체와 제2 전극(64)을 포함하는 발광소자(93)가 제조될 수 있다. 제1 전극(67)의 형성에 사용되는 음극 재료로서는, 일 함수가 작은(일 함수 3.8 eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 음극 재료의 구체예로서는, 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉, Li, Cs 등의 알칼리 금속, Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속, 및 이들 원소를 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li 등), 이들 원소를 포함하는 화합물(LiF, CsF, CaF2 등)을 들 수 있고, 또한, 희토류 금속을 함유하는 천이 금속을 사용하여 제1 전극을 형성할 수 있다. 또한, 이들 재료를 Al, Ag, ITO 등의 금속(합금을 포함함)과 적층하여 형성하는 것도 가능하다. 본 실시형태에서는 제1 전극으로서 알루미늄을 사용하였다.
상기한 구성을 가지는 발광소자에서는, 도너 준위를 가지는 제2 층이 제2 전극에 접하여 형성되어 있으므로, 제2 전극의 재료를 선택할 때, 일 함수를 고려하지 않아도 된다. 따라서, 제2 전극의 재료를 선택할 때, 재료 선택의 폭이 넓어진다. 이것에 의해, 이 발광장치의 구성에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있게 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 접속부(61a)에 제2 전극(64)이 전기적으로 접속되어 있지만, 접속부(61a)에 제1 전극(67)이 전기적으로 접속되어도 좋다. 이 경우, 제1 전극(67) 위에, 도너 준위를 가지는 제1 층, 발광 적층체, 억셉터 준위를 가지는 층, 도너 준위를 가지는 제2 층이 순차로 적층될 수도 있다.
그 후, 플라즈마 CVD법에 의해 질소를 함유하는 산화규소막을 제2 패시베이션막으로서 형성한다. 질소를 함유하는 산화규소막을 사용하는 경우에는, 플라즈마 CVD법에 의해, SiH4, N2O, NH3를 사용하여 산화질화규소막을 형성하거나, 또는 SiH4, N2O를 사용하여 산화질화규소막을 형성하거나, 또는 SiH4, N2O를 Ar으로 희석한 가스를 사용하여 산화질화규소막을 형성할 수도 있다.
또한, 제1 패시베이션막으로서, SiH4, N2O, H2를 사용하여 형성된 산화질화수소화규소막을 사용하여도 좋다. 물론, 제1 패시베이션막은 단층 구조에 한정되는 것은 아니고, 규소를 함유하는 절연층의 다른 단층 구조 또는 적층 구조로 하여도 좋다. 또한, 질소를 함유하는 산화규소막 대신에, 질화탄소막과 질화규소막의 다층막이나 스티렌 폴리머의 다층막, 질화규소막이나 다이아몬드 라이크 카본(DLC)막을 형성하여도 좋다.
그 다음, 발광소자의 열화를 촉진하는 수분 등의 물질로부터 발광소자를 보호하기 위해, 표시부의 봉지(封止)를 행한다. 대향 기판으로 표시부를 봉지하는 경우에는, 절연성의 시일(seal)재에 의해 표시부에 대향 기판을 외부 접속부가 노출하도록 부착시킨다. 대향 기판과 소자 기판과의 사이의 공간에는 건조한 질소 등의 불활성 기체를 충전하여도 좋고, 시일재를 화소부 전면에 도포하고 그것에 대향 기판을 부착시켜도 좋다. 시일재에는 자외선 경화 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다. 시일재에는 건조재나 기판들 사이의 갭을 일정하게 유지하기 위한 입자를 혼입하여 두어도 좋다. 그 다음, 외부 접속부에 가요성 배선 기판을 부착함으로써, 표시장치가 완성된다.
이상과 같이 제조된 표시장치의 구성의 예를 도 6(A) 및 도 6(B)를 참조하여 설명한다. 또한, 형상이 다르더라도 같은 기능을 나타내는 부분에는 같은 부호를 붙이고, 그의 설명을 생략하는 부분도 있다. 본 실시형태에서는, LDD 구조를 가지는 박막트랜지스터(70)가 접속부(61a)를 통하여 발광소자(93)에 접속되어 있다.
도 6(A)는, 제1 전극(101)이 투광성을 가지는 도전막을 사용하여 형성되어 있고, 발광 적층체(66)에서 발생한 광이 기판(50) 쪽으로 방출되는 구조를 나타낸다. 또한, 부호 94는 대향 기판이고, 이 대향 기판은 발광소자(93)가 형성된 후에 시일재 등을 사용하여 기판(50)에 고착된다. 대향 기판(94)과 소자와의 사이에 투광성을 가지는 수지(88) 등을 충전하여 발광소자(93)를 봉지함으로써, 발광소자(93)가 수분 등에 의해 열화하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 수지(88)가 흡습성을 가지고 있는 것이 바람직하다. 또한, 수지(88) 중에 투광성이 높은 건조재(89)를 분산시키면, 수분의 영향을 더욱 억제할 수 있게 되기 때문에 더욱 바람직한 형태가 된다.
도 6(B)는, 제1 전극(101)과 제2 전극(106) 모두가 투광성을 가지는 도전막을 사용하여 형성되어 있고, 발광 적층체(66)에서 발생한 광이 기판(50)과 대향 기판(94) 모두의 쪽으로 방출될 수 있는 구조를 나타낸다. 또한, 이 구성에서는, 기판(50)과 대향 기판(94)의 외측에 편광판(90)을 제공함으로써, 화면이 비쳐보이는 것을 방지할 수 있어, 시인성(視認性)이 향상된다. 편광판(90)의 외측에 보호 필름(91)을 마련하면 좋다.
또한, 표시 기능을 가지는 표시장치는 아날로그 비디오 신호나 디지털 비디오 신호 중의 어느 것을 사용하여도 좋다. 디지털 비디오 신호를 사용하는 경우에는, 그 비디오 신호가 전압을 사용하고 있는 것과, 전류를 사용하고 있는 것으로 나눌 수 있다. 발광소자의 발광 시에 화소에 입력되는 비디오 신호는 정전압을 가지는 것과 정전류를 가지는 것이 있고, 비디오 신호가 정전압을 가지는 경우에는 발광소자에 인가되는 전압이 일정한 것과, 발광소자를 통해 흐르는 전류가 일정한 것이 있다. 또한, 비디오 신호가 정전류를 가지는 경우에는 발광소자에 인가되는 전압이 일정한 것과, 발광소자를 통해 흐르는 전류가 일정한 것이 있다. 이 발광소자에 인가되는 전압이 일정한 것이 정전압 구동 방식이고, 발광소자를 통해 흐르는 전류가 일정한 것이 정전류 구동 방식이다. 정전류 구동에 따르면, 발광소자의 저항 변화에 상관없이 일정한 전류가 흐른다. 본 발명에 따른 발광 표시장치 및 그의 구동방법은 상기한 어느 방법을 사용하여도 좋다.
본 실시형태에 따라 형성된 본 발명의 표시장치에서는, 제2 전극(106)의 재료를 선택할 때, 일 함수를 고려하지 않아도 된다. 또한, 제2 전극(106)의 재료를 선택할 때, 재료 선택의 폭이 넓어진다. 이것에 의해, 이 발광소자의 구성에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있게 된다.
본 실시형태는 실시형태 1∼4와 자유롭게 조합하여 실시될 수 있다.
[실시형태 6]
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 상당하는 발광장치의 패널의 외관에 대하여 도 7(A) 및 도 7(B)를 사용하여 설명한다. 도 7(A)는, 기판 위에 형성된 트랜지스터 및 발광소자를 대향 기판(4006)과의 사이에 형성한 시일재에 의해 봉지한 패널의 상면도이고, 도 7(B)는 도 7(A)의 단면도에 상당한다. 또한, 이 패널에 탑재되어 있는 발광소자는, 전극들에 접하는 층들이 도너 준위를 가지는 층이 고, 발광 적층체와 억셉터 준위를 가지는 층이 도너 준위를 가지는 층들 사이에 끼워진 구조로 되어 있다.
기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주사선 구동회로(4004)를 둘러싸도록 시일재(4005)가 제공되어 있다. 또한, 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주사선 구동회로(4004) 위에 대향 기판(4006)이 제공되어 있다. 따라서, 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주사선 구동회로(4004)는 기판(4001)과 시일재(4005)와 대향 기판(4006)에 의해 충전재(4007)와 함께 밀봉되어 있다.
또한, 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주사선 구동회로(4004)는 다수의 박막트랜지스터를 가지고 있고, 도 7(B)에서는 신호선 구동회로(4003)에 포함되는 박막트랜지스터(4008)와, 화소부(4002)에 포함되는 박막트랜지스터(4010)를 나타내고 있다.
또한, 발광소자(4011)는 박막트랜지스터(4010)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 인출 배선(4014)이 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주사선 구동회로(4004)에 신호 또는 전원 전압을 공급하기 위한 배선에 상당한다. 이 인출 배선(4014)은 인출 배선(4015a) 및 인출 배선(4015b)을 통하여 접속 단자(4016)에 접속되어 있다. 접속 단자(4016)는 가요성 프린트 회로(FPC)(4018)에 포함된 단자에 이방성 도전막(4019)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 충전재(4007)로서는, 질소나 아르곤 등의 불활성 기체 외에, 자외선 경화 수지 또는 열 경화 수지를 사용할 수 있고, 예를 들어, 폴리비닐 클로라이드, 아크릴, 폴리이미드, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리비닐 부티랄, 또는 에틸렌 비닐렌 아세테이트를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광장치는 발광소자를 가지는 화소부가 형성된 패널과, 이 패널에 IC가 실장된 모듈을 그 범주에 포함한다.
본 실시형태와 같은 구성의 패널 및 모듈에서는, 제2 전극의 재료를 선택할 때, 일 함수를 고려하지 않아도 된다. 또한, 제2 전극의 재료를 선택할 때, 재료 선택의 폭이 넓어진다. 이것에 의해, 이 발광소자의 구성 및 요구하는 성능에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있어, 표시 품질이 높은 패널 및 모듈을 간편하게 제작할 수 있다.
본 실시형태는 실시형태 1∼5와 자유롭게 조합하여 실시될 수 있다.
[실시형태 7]
실시형태 6에 나타낸 바와 같은 모듈을 탑재한 전자기기로서는, 비디오 카메라와 디지털 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 장착형 디스플레이), 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(예를 들어, 카 오디오 콤포넌트 등), 컴퓨터, 게임기기, 휴대형 정보 단말기(예를 들어, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대형 게임기 또는 전자 서적 등), 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는 DVD(Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 디스플레이를 구비한 장치) 등이 있다. 이들 전자기기의 구체예를 도 8(A)∼도 8(E)에 나타낸다.
도 8(A)는 텔레비전 수상기나 퍼스널 컴퓨터의 모니터와 같은 발광 표시장치 를 나타낸다. 이 발광 표시장치는 케이스(2001), 표시부(2003), 스피커부(2004) 등을 포함한다. 본 발명의 발광 표시장치에서는, 표시부(2003)에 포함된 발광소자의 전극으로서, 이 발광소자의 구성 및 요구하는 성능에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있어, 발광 표시장치가 높은 표시품질을 가진다. 화소부에는 콘트라스트를 높이기 위해 편광판, 또는 원형 편광판을 구비하면 좋다. 예를 들어, 봉지 기판 위에 1/4λ 판, 1/2λ 판, 편광판을 순차로 제공하면 좋다. 또한, 편광판 위에 반사방지막을 마련하여도 좋다.
도 8(B)는 본체(2101), 케이스(2102), 표시부(2103), 음성 입력부(2104), 음성 출력부(2105), 조작 키(2106), 안테나(2108) 등을 포함하는 휴대 전화기를 나타낸다. 본 발명에 따른 휴대 전화에서는, 표시부(2103)에 포함된 발광소자의 전극으로서, 이 발광소자의 구성 및 요구하는 성능에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있어, 휴대 전화가 높은 표시품질을 가진다.
도 8(C)는 본체(2201), 케이스(2202), 표시부(2203), 키보드(2204), 외부 접속 포트(2205), 포인팅 마우스(2206) 등을 포함하는 랩탑형 컴퓨터를 나타낸다. 본 발명에 따른 컴퓨터에서는, 표시부(2203)에 포함된 발광소자의 전극으로서, 이 발광소자의 구성 및 요구하는 성능에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있어, 이 컴퓨터가 높은 표시품질을 가진다. 도 8(C)에서는 랩탑형 컴퓨터를 예시하고 있지만, 본 발명은 하드 디스크와 표시부가 일체화한 데스크탑형 컴퓨터 등에도 적용될 수 있다.
도 8(D)는 본체(2301), 표시부(2302), 스위치(2303), 조작 키(2304), 적외선 포트(2305) 등을 포함하는 모바일 컴퓨터를 나타낸다. 본 발명에 따른 모바일 컴퓨터에서는, 표시부(2302)에 포함된 발광소자의 전극으로서, 이 발광소자의 구성 및 요구하는 성능에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있어, 이 모바일 컴퓨터가 높은 표시품질을 가진다.
도 8(E)는 케이스(2401), 표시부(2402), 스피커부(2403), 조작 키(2404), 기록 매체 삽입부(2405) 등을 포함하는 휴대형 게임기를 나타낸다. 본 발명에 따른 휴대형 게임기에서는, 표시부(2402)에 포함된 발광소자의 전극으로서, 이 발광소자의 구성 및 요구되는 성능에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있어, 이 휴대형 게임기가 높은 표시품질을 가진다.
이상과 같이, 본 발명의 적용 범위는 극히 넓어, 본 발명이 모든 분야의 전자 기기에 사용될 수 있다.
[실시형태 8]
하면 발광, 양면 발광, 상면 발광의 예를 도 9(A)∼도 9(C)에 나타낸다. 실시형태 2에 제조공정을 설명한 구조는 도 9(C)의 구조에 상당한다. 도 9(A) 및 도 9(B)는, 도 9(C)의 제1 층간절연층(900)을 자기 평탄성을 가지는 재료로 형성하고, 박막트랜지스터(901)에 접속되는 배선과 발광소자의 제1 전극(101)을 동일 층간절연층 상에 형성한 경우의 구성이다. 도 9(A)에서는, 발광소자의 제1 전극(101)만을 투광성을 가지는 재료로 형성하여, 발광장치의 하부 쪽으로 광이 방출된다(즉, 하면 발광). 도 9(B)에서는, 제2 전극(106)도 ITO, ITSO, IZO 등 투광성을 가지는 재료를 사용하여 형성함으로써, 양면 쪽으로 광이 방출할 수 있는 발광 표시장치를 얻을 수 있다(즉, 양면 발광). 또한, 알루미늄이나 은 등의 두꺼운 막으로 전극을 형성하면 전극이 비투광성이지만, 알루미늄이나 은 등의 얇은 막으로 전극을 형성하면 투광성을 가지게 되므로, 투광성을 가지는 알루미늄이나 은의 박막으로 제2 전극(106)을 형성하면 양면 발광으로 할 수 있다.
[실시형태 9]
본 실시형태에서는, 실시형태 6에서 설명한 패널 및 모듈에 포함된 화소 회로 및 보호 회로와 그들의 동작에 대하여 설명한다. 또한, 도 4(A)∼도 4(E) 및 도 5(A)∼도 5(C)에 나타낸 단면도는 구동용 TFT(1403)와 발광소자(1405)의 단면도에 상당한다.
도 10(A)에 도시된 바와 같은 화소에서는, 신호선(1410) 및 전원선(1411, 1412)이 열 방향으로 배치되고, 주사선(1414)이 행 방향으로 배치된다. 또한, 화소는 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 전류 제어용 TFT(1404), 용량소자(1402) 및 발광소자(1405)도 가진다.
도 10(C)에 도시된 바와 같은 화소는 구동용 TFT(1403)의 게이트 전극이 행 방향으로 배치된 전원선(1412)에 접속되는 것을 제외하고는 도 10(A)에 도시된 화소와 같은 구성이다. 즉, 도 10(A) 및 도 10(C)에 도시된 화소 모두는 같은 등가회로도를 나타낸다. 그러나, 전원선(1412)이 행 방향으로 배치되는 경우(도 10(A))와, 전원선(1412)이 열 방향으로 배치되는 경우(도 10(C))에는 각 전원선은 상이한 층의 도전층으로 형성된다. 여기서는, 구동용 TFT(1403)의 게이트 전극이 접속되는 전원선의 상이한 배치를 강조하기 위해, 등가회로도를 도 10(A)와 도 10(C)에 나누어 나타내었다.
도 10(A) 및 도 10(C)에 도시된 바와 같은 각 화소에서는, 각 화소 내에서 구동용 TFT(1403)와 전류 제어용 TFT(1404)가 직렬로 접속되어 있고, 구동용 TFT(1403)의 채널 길이(L)(1403)와 채널 폭(W)(1403), 및 전류 제어용 TFT(1404)의 채널 길이(L)(1404)와 채널 폭(W)(1404)은 L(1403)/W(1403) : L(1404)/W(1404) = 5∼6000 : 1을 만족하도록 설정된다.
또한, 구동용 TFT(1403)는 포화 영역에서 동작하고, 발광소자(1405)를 통해 흐르는 전류값을 제어하는 역할을 가지고, 전류 제어용 TFT(1404)는 선형 영역에서 동작하고, 발광소자(1405)에 공급되는 전류를 제어하는 역할을 가진다. 양 TFT(1403, 1404)는 제조공정상 같은 도전형을 가지는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는 양 TFT로서 n채널형 TFT를 형성한다. 또한, 구동용 TFT(1403)에는 엔핸스먼트(enhancement)형 TFT 대신에 디플리션(depletion)형 TFT를 사용하여도 좋다. 상기 구성을 가지는 본 발명에서는, 전류 제어용 TFT(1404)가 선형 영역에서 동작하기 때문에, 전류 제어용 TFT(1404)의 Vgs의 약간의 변동은 발광소자(1405)를 통해 흐르는 전류값에 영향을 미치지 않는다. 즉, 발광소자(1405)를 통해 흐르는 전류값은 포화 영역에서 동작하는 구동용 TFT(1403)에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 상기 구성에 의해, TFT의 특성 편차에 기인한 발광소자의 휘도 불균일을 개선하여 화질을 향상시킨 표시장치를 제공할 수 있다.
도 10(A)∼도 10(F)에 도시된 바와 같은 각 화소의 스위칭용 TFT(1401)는 화소에 대한 비디오 신호 입력을 제어하는 것으로서, 이 스위칭용 TFT(1401)가 온(on)으로 되고 화소 내에 비디오 신호가 입력되면, 용량소자(1402)에 그 비디오 신호의 전압이 유지된다. 또한, 도 10(A) 및 도 10(C)에는 각 화소가 용량소자(1402)를 포함하는 구성을 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 비디오 신호를 보유하는 용량으로서 게이트 용량 등이 처리할 수 있는 경우에는, 용량소자(1402)를 마련하지 않아도 좋다.
도 10(B)에 도시된 바와 같은 화소는 TFT(1406)와 주사선(1414)을 추가한 것 외에는 도 10(A)에 도시된 화소 구성과 같다. 마찬가지로, 도 10(D)에 도시된 바와 같은 화소는 TFT(1406)와 주사선(1414)을 추가한 것 외에는 도 10(C)에 도시된 화소 구성과 같다.
TFT(1406)는 새로 배치된 주사선(1414)에 의해 온/오프되도록 제어된다. TFT(1406)가 온으로 되면, 용량소자(1402)에 유지된 전하는 방전하여, 전류 제어용 TFT(1404)를 오프로 한다. 즉, TFT(1406)의 배치에 의해, 발광소자(1405)를 통해 흐르는 전류를 강제적으로 정지시킬 수 있다. 따라서, TFT(1406)를 소거용 TFT라고 부를 수도 있다. 도 10(B) 및 도 10(D)의 구성에 따르면 모든 화소에 신호가 기입되기 전에 기입 기간이 개시됨과 동시 또는 그 직후에 점등 기간을 개시할 수 있기 때문에, 듀티비를 향상할 수 있게 된다.
도 10(E)에 도시된 바와 같은 화소에서는, 신호선(1410)과 전원선(1411)이 열 방향으로 배치되고, 주사선(1414)이 행 방향으로 배치되어 있다. 또한, 화소는 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 용량소자(1402) 및 발광소자(1405)를 가진다. 도 10(F)에 도시된 화소는 TFT(1406)와 주사선(1415)을 추가한 것 외에는 도 10(E)에 도시된 화소 구성과 같다. 또한, 도 10(F)의 구성도, TFT(1406)의 배치에 의해 듀티비를 향상할 수 있게 된다.
이상과 같이, 다양한 화소 회로를 채용할 수 있다. 특히, 비정질 반도체막을 사용하여 박막트랜지스터를 형성하는 경우, 구동용 TFT(1403)의 반도체막의 면적을 크게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 화소 회로에서, 전계 발광층에서 발생한 광이 봉지 기판측으로부터 방출되는 상면 발광형으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 액티브 매트릭스형 발광장치에서는, 각 화소에 TFT가 제공되어 있으므로, 화소 밀도가 증가한 경우, 저전압으로 구동할 수 있기 때문에, 액티브 매트릭스형 발광장치가 유리하다.
본 실시형태에서는 각 화소에 각 TFT가 제공되어 있는 액티브 매트릭스형 발광장치에 대하여 설명하였지만, 각 열마다 온/오프가 제어되는 패시브 매트릭스형 발광장치를 형성하는 것도 가능하다. 패시브 매트릭스형 발광장치의 각 화소에 TFT가 제공되어 있지 않기 때문에, 고개구율이 얻어진다. 전계 발광층에서 발생한 광이 전계 발광층의 양측으로 방출되는 패시브 매트릭스형 발광장치의 경우, 개구율이 높아진다.
그러한 화소 회로를 가지는 본 발명의 표시장치에서는, 이 표시장치에 포함된 발광소자의 전극으로서, 이 발광소자의 구성 및 요구하는 성능에 보다 적합한 재료를 사용할 수 있는다, 또한, 상기한 각각의 특징을 가지는 표시장치로 할 수 있다.
다음에, 도 10(E)에 도시된 바와 같은 등가회로를 사용하여, 주사선 및 신호선에 보호 회로로서 다이오드를 제공한 경우에 대하여 설명한다.
도 11에서, 화소부(1500)에 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 용량소자(1402), 발광소자(1405)가 제공되어 있다. 신호선(1410)에는 다이오드(1561, 1562)가 제공되어 있다. 다이오드(1561, 1562)는 스위칭용 TFT(1401) 및 구동용 TFT(1403)와 마찬가지로 상기 실시형태에 따라 제조되고, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극 등을 가진다. 다이오드(1561, 1562)는 게이트 전극을 드레인 전극 또는 소스 전극에 접속함으로써 동작한다.
다이오드와 접속하는 공통 전위선(1554, 1555)은 게이트 전극과 동일 층으로 형성된다. 따라서, 다이오드의 소스 전극 또는 드레인 전극과 접하도록 게이트 절연층에 콘택트 홀을 형성할 필요가 있다.
주사선(1414)에 제공되는 다이오드도 마찬가지 구성이다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 입력단에 보호 다이오드들을 동시에 형성할 수 있다. 또한, 보호 다이오드를 형성하는 위치는 도 11에 한정되지 않고, 구동회로와 화소와의 사이에 제공하는 것도 가능하다.
이와 같은 보호 회로를 가지는 본 발명의 표시장치에서는, 이 표시장치에 포함된 발광소자의 전극으로서, 이 발광소자의 구성 및 요구하는 성능에 적합한 재료를 사용할 수 있는다, 또한, 표시장치로서의 신뢰성도 높일 수 있게 된다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 실시형태 2(도 2(B))에서 설명한 발광소자를 제조하고, 측 정한 결과를 나타낸다. 본 실시예에서는, 녹색 발광을 나타내는 발광소자를 제조하였다.
먼저, 본 실시예의 발광소자의 제조방법을 나타낸다. 본 실시예의 발광소자는 유리 기판 위에 형성되었다. 제2 전극으로서 ITSO를 유리 기판 위에 110 nm의 막 두께로 형성하였다. 상기 ITSO는 스퍼터링법에 의해 성막되었다. 또한, 본 발명에서 제2 전극의 형상은 2 mm×2 mm로 하였다. 다음에, 제2 전극 위에 발광소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서, 다공질 수지(대표적으로는 PVA(폴리비닐 알코올)제, 나일론제 등)로 기판 표면을 세정하고, 200℃에서 1시간 열처리를 행한 후, UV 오존 처리를 370초간 행하였다.
다음에, 도너 준위를 가지는 층을 Alq3과 리튬의 공증착(질량비가 1 : 0.01이되도록 함)에 의해 10 nm의 두께로 성막하고, 이어서, 억셉터 준위를 가지는 층을 DNTPD와 몰리브덴(VI) 산화물의 공증착(질량비가 4 : 2가 되도록 함)에 의해 40 nm의 두께로 성막하고, 정공 수송층을 α-NPD로 10 nm의 두께로 성막하였다. 이들 적층 위에 발광층을 Alq3과 쿠마린 6의 공증착(질량비가 1 : 0.01이 되도록 함)에 의해 40 nm의 두께로 성막하였다. 또한, 전자 수송층을 Alq3에 의해 10 nm의 두께로 성막한 후, 도너 준위를 가지는 층을 Alq3과 리튬의 공증착(질량비가 1 : 0.01이 되도록 함)에 의해 10 nm의 두께로 성막하였다. 마지막으로, 제1 전극을 알루미늄에 의해 200 nm의 두께로 성막하여, 발광소자를 완성시켰다. 또한, 제2 전극 이외에는 상기 층들과 전극을 저항 가열에 의한 진공 증착법에 의해 형성하였다.
상기와 같이 하여 제조한 발광소자에 대하여 전류 밀도-휘도 특성, 휘도-전류 효율 특성, 전압-휘도 특성, 전압-전류 특성을 측정한 결과를 도 12∼도 15에 나타내었다. 측정 결과에 따르면, 본 발명의 발광소자는 양호하게 동작하는 것을 알 수 있었다. 또한, 1000 cd/㎡에서의 CIE 색도 좌표는 x = 0.31, y = 0.62이었고, 이 발광소자가 양호한 녹색 발광을 나타내었다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 실시형태 3(도 3(B))에서 설명한 발광소자를 제조하여, 측정한 결과를 나타낸다. 본 실시예에서는, 녹색 발광을 나타내는 발광소자를 제조하였다.
먼저, 본 실시예의 발광소자의 제조방법을 나타낸다. 본 실시예의 발광소자는 유리 기판 위에 형성되었다. 제2 전극으로서 ITSO를 유리 기판 위에 110 nm의 두께로 형성하였다. 상기 ITSO는 스퍼터링법에 의해 성막되었다. 또한, 본 발명에서 제2 전극의 형상은 2 mm×2 mm로 하였다. 다음에, 제2 전극 위에 발광소자를 형성하기 위한 전처리로서, 다공질 수지(대표적으로는 PVA(폴리비닐 알코올)제, 나일론제 등)로 기판 표면을 세정하고, 200℃에서 1시간 열처리를 행한 후, UV 오존 처리를 370초간 행하였다.
다음에, 도너 준위를 가지는 층을 Alq3과 리튬의 공증착(질량비가 1 : 0.01이되도록 함)에 의해 10 nm의 두께로 성막하고, 이어서, 억셉터 준위를 가지는 층을 DNTPD와 몰리브덴(VI) 산화물의 공증착(질량비가 4 : 2가 되도록 함)에 의해 40 nm의 두께로 성막하고, 정공 수송층을 α-NPD에 의해 10 nm의 두께로 성막하였다. 이들 적층 위에 발광층을 Alq3과 쿠마린 6의 공증착(질량비가 1 : 0.01이 되도록 함)에 의해 40 nm의 두께로 성막하였다. 또한, 전자 수송층을 Alq3에 의해 10 nm의 두께로 성막한 후, 도너 준위를 가지는 층을 Alq3과 리튬의 공증착(질량비가 1 : 0.01이 되도록 함)에 의해 10 nm의 두께로 성막하고, 이어서, 억셉터 준위를 가지는 층을 DNTPD와 몰리브덴(VI) 산화물의 공증착(질량비가 4 : 2가 되도록 함)에 의해 20 nm의 두게로 성막하였다. 마지막으로, 제1 전극을 알루미늄에 의해 200 nm의 두께로 성막하여, 발광소자를 완성시켰다. 또한, 제2 전극 이외에는 상기 층들과 전극을 저항 가열에 의한 진공 증착법에 의해 형성하였다.
상기와 같이 하여 제조한 발광소자에 대하여 전류 밀도-휘도 특성, 휘도-전류 효율 특성, 전압-휘도 특성, 전압-전류 특성을 측정한 결과를 도 16∼도 19에 나타내었다. 측정 결과에 따르면, 본 발명의 발광소자는 양호하게 동작하는 것을 알 수 있었다. 또한, 1000 cd/㎡에서의 CIE 색도 좌표는 x = 0.31, y = 0.62이었고, 발광소자가 양호한 녹색 발광을 나타내었다.
또한, 도 28은, 발광소자의 초기 휘도를 3000 cd/㎡로 하고, 전류 밀도를 일정하게 하여 발광소자를 구동시킨 경우의 휘도 변화를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 초기 휘도를 100으로 하여 규격화하여 나타내고 있다. 이 그래프로부터 본 실시예의 발광소자는 초기 휘도 3000 cd/m2에서 휘도가 20% 감소하기까지의 시간이 약 270 시간으로 양호한 특성을 나타내었다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 실시형태 3(도 3(B))에서 설명한 발광소자를 제조하여 측정을 행한 결과를 나타낸다. 본 실시예에서는, 청색 발광을 나타내는 발광소자를 제조하였다.
먼저, 본 실시예의 발광소자의 제조방법을 나타낸다. 본 실시예의 발광소자는 유리 기판 위에 형성되었다. 제2 전극으로서 ITSO를 유리 기판 위에 110 nm의 막 두께로 형성하였다. 상기 ITSO는 스퍼터링법에 의해 성막되었다. 또한, 제2 전극의 형상은 2 mm×2 mm로 하였다. 다음에, 제2 전극 위에 발광소자를 형성하기 위한 전처리로서, 다공질 수지(대표적으로는 PVA(폴리비닐 알코올)제, 나일론제 등)로 기판 표면을 세정하고, 200℃에서 1시간 열처리를 행한 후, UV 오존 처리를 370초간 행하였다.
다음에, 도너 준위를 가지는 층을 Alq3과 리튬의 공증착(질량비가 1 : 0.01이 되도록 함)에 의해 10 nm의 두께로 성막하고, 이어서, 억셉터 준위를 가지는 층을 DNTPD와 몰리브덴(VI) 산화물의 공증착(질량비가 4 : 2가 되도록 함)에 의해 40 nm의 두께로 성막하고, 정공 수송층을 α-NPD에 의해 10 nm의 두께로 성막하였다. 이들 적층 위에 발광층을 t-BuDNA에 의해 40 nm의 두께로 성막하였다. 또한, 전자 수송층을 Alq3에 의해 10 nm의 두께로 성막한 후, 도너 준위를 가지는 층을 Alq3과 리튬의 공증착(질량비가 1 : 0.01이 되도록 함)에 의해 10 nm의 두께로 성막하고, 이어서, 억셉터 준위를 가지는 층을 DNTPD와 몰리브덴(VI) 산화물의 공증착(질량비 가 4 : 2가 되도록 함)에 의해 20 nm의 두께로 성막하였다. 마지막으로, 제1 전극을 알루미늄에 의해 200 nm의 두께로 성막하여, 발광소자를 완성시켰다. 또한, 제2 전극 이외에는 상기 층들과 전극을 저항 가열에 의한 진공 증착법에 의해 형성하였다.
상기와 같이 하여 제조한 발광소자에 대하여 전류 밀도-휘도 특성, 휘도-전류 효율 특성, 전압-휘도 특성, 전압-전류 특성을 측정한 결과를 도 20∼도 23에 나타내었다. 측정 결과에 따르면, 본 발명의 발광소자는 양호하게 동작하는 것을 알 수 있다. 또한, 1000 cd/㎡에서의 CIE 색도 좌표는 x = 0.16, y = 0.13이었고, 발광소자가 양호한 청색 발광을 나타내었다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, 실시형태 1(도 1(B))에서 설명한 발광소자를 제조하고 측정한 결과를 나타낸다. 본 실시예에서는, 녹색 발광을 나타내는 발과소자를 제조하였다.
먼저, 본 실시예의 발광소자의 제조방법을 나타낸다. 본 실시예의 발광소자는 유리 기판 위에 형성되었다. 제2 전극으로서 ITSO를 유리 기판 위에 110 nm의 막 두께로 형성하였다. 상기 ITSO는 스퍼터링법에 의해 성막되었다. 또한, 제2 전극의 형상은 2 mm×2 mm로 하였다. 다음에, 제2 전극 위에 발광소자를 형성하기 위한 전처리로서, 다공질 수지(대표적으로는 PVA(폴리비닐 알코올)제, 나일론제 등)로 기판 표면을 세정하고, 200℃에서 1시간 열처리를 행한 후, UV 오존 처리를 370초간 행하였다.
다음에, 도너 준위를 가지는 층을 Alq3과 리튬의 공증착(질량비가 1 : 0.01이 되도록 함)에 의해 10 nm의 두께로 성막하고, 이어서, 억셉터 준위를 가지는 층을 DNTPD와 몰리브덴(VI) 산화물의 공증착(질량비가 4 : 2가 되도록 함)에 의해 40 nm의 두께로 성막하고, 정공 수송층을 α-NPD에 의해 10 nm의 두께로 성막하였다. 이들 적층 위에 발광층을 Alq3과 쿠마린 6의 공증착(질량비가 1 : 0.01이 되도록 함)에 의해 40 nm의 두께로 성막하였다. 또한, 전자 수송층을 Alq3에 의해 40 nm의 두께로 성막하였다. 마지막으로, 제1 전극으로서 불화리튬을 10 nm의 두께로 성막하고, 그 위에 알루미늄을 200 nm의 두께로 적층하여, 발광소자를 완성시켰다. 또한, 제2 전극 이외에는 상기 층들과 전극을 저항 가열에 의한 진공 증착법에 의해 형성하였다.
상기와 같이 하여 제조한 발광소자에 대하여 전류 밀도-휘도 특성, 휘도-전류 효율 특성, 전압-휘도 특성, 전압-전류 특성을 측정한 결과를 도 24∼도 27에 나타내었다. 측정 결과에 따르면, 본 발명의 발광소자는 양호하게 동작하는 것을 알 수 있었다. 또한, 1000 cd/㎡에서의 CIE 색도 좌표는 x = 0.29, y = 0.64이었고, 발광소자가 양호한 녹색 발광을 나타내었다.
또한, 도 29는 본 실시예의 발광소자의 초기 휘도를 3000 cd/㎡로 하고, 전류 밀도를 일정하게 하여 구동시킨 경우의 휘도 변화를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 초기 휘도를 100으로 하여 규격화하여 나타내고 있다. 이 그래프로부터 본 실시예의 발광소자는 초기 휘도 3000 cd/㎡에서 휘도가 20% 감소하기까지의 시 간이 약 280 시간으로 양호한 특성을 나타내었다.
또한, 도 29에는 비교예로서, 제1 전극 위에 도너 준위를 가지는 층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시형태 1의 소자와 거의 같은 소자의 특성도 가는 선으로 나타내었다. 또한, 비교예의 소자의 제조방법은 아래와 같다.
제2 전극을 형성할 때까지는 실시예 4와 마찬가지로 비교예의 소자를 형성하였기 때문에 그의 설명은 생략한다. 실시예 4와 마찬가지로 제2 전극을 형성한 후, 억셉터 준위를 가지는 층을 DNTPD와 몰리브덴(VI) 산화물의 공증착(질량비가 2 : 1이 되도록 함)에 의해 50 nm의 두께로 성막하고, 정공 수송층을 α-NPD에 의해 10 nm의 두께로 성막하였다. 이들 적층 위에 발광층을 Alq3과 쿠마린 6의 공증착(질량비가 1 : 0.01이 되도록 함)에 의해 40 nm의 두께로 성막하였다. 또한, 전자 수송층을 Alq3에 의해 40 nm의 두께로 성막하였다. 마지막으로, 제1 전극으로서, 불화리튬을 10 nm의 두께로 형성하고, 그 위에 알루미늄을 200 nm의 두께로 적층하여, 발광소자를 완성시켰다. 또한, 제2 전극 이외에는 상기 층들과 전극을 저항 가열에 의한 진공 증착법에 의해 형성하였다.
비교예의 소자의 초기 휘도를 3000 cd/㎡로 하고, 전류 밀도를 일정하게 구동했을 때, 휘도가 20% 감소하기까지의 시간이 약 140 시간이었다. 그 결과, 본 실시예의 발광소자는 비교예의 소자보다 약 2배 높은 신뢰성을 얻을 수 있었다. 이것은 본 실시예의 발광소자의 구동 개시 직후의 휘도 열화가 비교예의 소자보다 억제된 것이 요인이라고 생각된다. 이와 같이, 본 발명의 발광소자에서는 구동 개 시 직후의 휘도 열화를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 발광장치는 전극 재료를 선택할 때 일 함수를 고려하지 않아도 되므로, 전극 재료의 선택의 폭을 넓힐 수 있다.

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 발광장치에 있어서,
    제1 전극;
    상기 제1 전극에 접하여 있는, 발광물질을 함유하는 층을 포함하는 적층체;
    상기 적층체에 접하여 있는, 전자 이동도보다 정공 이동도가 높은 제1 물질과 상기 제1 물질로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 제2 물질을 함유하는 제1 층;
    상기 제1 층에 접하여 있는, 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제3 물질과 상기 제3 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제4 물질을 함유하는 제2 층; 및
    상기 제2 층에 접하여 있는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제3 물질은 유기 재료이고,
    상기 제2 전극의 전위가 상기 제1 전극의 전위보다 높게 설정되어 있을 때, 상기 제2 층으로부터 전자가 상기 제2 전극 내로 주입되고,
    상기 제2 전극의 상기 전위가 상기 제1 전극의 전위보다 높게 설정되어 있을 때, 상기 제1 층으로부터 정공이 상기 적층체 내로 주입되는, 발광장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제3 물질이, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 바소페난트롤린(약칭 : BPhen), 및 바소큐프로인(약칭 : BCP) 중 하나를 포함하는, 발광장치.
  8. 발광장치에 있어서,
    제1 전극;
    상기 제1 전극에 접하여 있는, 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제1 물질과 상기 제1 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제2 물질을 함유하는 제1 층;
    상기 제1 층에 접하여 있는, 발광물질을 함유하는 층을 포함하는 적층체;
    상기 적층체에 접하여 있는, 전자 이동도보다 정공 이동도가 높은 제3 물질과 상기 제3 물질로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 제4 물질을 함유하는 제2 층;
    상기 제2 층에 접하여 있는, 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제5 물질과 상기 제5 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제6 물질을 함유하는 제3 층; 및
    상기 제3 층에 접하여 있는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 물질과 상기 제5 물질은 각각 유기 재료이고,
    상기 제2 전극의 전위가 상기 제1 전극의 전위보다 높게 설정되어 있을 때, 상기 제3 층으로부터 전자가 상기 제2 전극 내로 주입되고,
    상기 제2 전극의 상기 전위가 상기 제1 전극의 전위보다 높게 설정되어 있을 때, 상기 제2 층으로부터 정공이 상기 적층체 내로 주입되는, 발광장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제5 물질 중 적어도 하나가, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 바소페난트롤린(약칭 : BPhen), 및 바소큐프로인(약칭 : BCP) 중 하나를 포함하는, 발광장치.
  10. 발광장치에 있어서,
    제1 전극;
    상기 제1 전극에 접하여 있는, 전자 이동도보다 정공 이동도가 높은 제1 물질과 상기 제1 물질로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 제2 물질을 함유하는 제1 층;
    상기 제1 층에 접하여 있는, 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제3 물질과 상기 제3 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제4 물질을 함유하는 제2 층;
    상기 제2 층에 접하여 있는, 발광물질을 함유하는 층을 포함하는 적층체;
    상기 적층체에 접하여 있는, 전자 이동도보다 정공 이동도가 높은 제5 물질과 상기 제5 물질로부터 전자를 수용하는 것이 가능한 제6 물질을 함유하는 제3 층;
    상기 제3 층에 접하여 있는, 정공 이동도보다 전자 이동도가 높은 제7 물질과 상기 제7 물질에 전자를 공여하는 것이 가능한 제8 물질을 함유하는 제4 층; 및
    상기 제4 층에 접하여 있는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제3 물질과 상기 제7 물질은 유기 재료이고,
    상기 제2 전극의 전위가 상기 제1 전극의 전위보다 높게 설정되어 있을 때, 상기 제4 층으로부터 전자가 상기 제2 전극 내로 주입되고,
    상기 제2 전극의 상기 전위가 상기 제1 전극의 전위보다 높게 설정되어 있을 때, 상기 제3 층으로부터 정공이 상기 적층체 내로 주입되는, 발광장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3 및 제7 물질 중 적어도 하나가, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 바소페난트롤린(약칭 : BPhen), 및 바소큐프로인(약칭 : BCP) 중 하나를 포함하는, 발광장치.
  12. 제 6 항, 제 8 항, 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층체가 단층 구조를 가지는, 발광장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 전위보다 상기 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 상기 제1 층에서 발생한 정공이 상기 적층체에 주입되는, 발광장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 전위보다 상기 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 상기 제2 층에서 발생한 정공이 상기 적층체에 주입되는, 발광장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 전위보다 상기 제2 전극의 전위를 높게 한 때, 상기 제3 층에서 발생한 정공이 상기 적층체에 주입되는, 발광장치.
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