(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素領域及び非画素領域を含む基板と、
前記基板上に形成される第１バッファ層と、
前記第１バッファ層上に形成される第２バッファ層と、
前記第２バッファ層上に形成される薄膜トランジスタと、
前記画素領域上に形成され、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された有機電界発光素子と；
前記基板の画素領域上であって、前記第２バッファ層上に形成され、前記有機電界発光素子から入射する赤色波長の光を所定の吸収率で受光するフォトセンサと、
を含み、
前記第１バッファ層は２９００〜３１００Å、及び前記第２バッファ層は２００〜４００Åの厚さに形成され、前記フォトセンサに含まれる真性領域の前記基板の厚さ方向と垂直方向の幅は３〜１０μｍに形成されることにより、前記フォトセンサの前記光吸収率が５０％以上に調節され、
前記第１バッファ層は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で形成され、
前記第２バッファ層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）で形成されることを特徴とする有機電界発光表示装置。
【請求項２】
前記第１バッファ層は３０００Å、及び前記第２バッファ層は３００Åの厚さであることを特徴とする、請求項１に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項３】
前記フォトセンサは、前記第２バッファ層の画素領域上に前記薄膜トランジスタから離隔して形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項４】
前記フォトセンサは、
第２バッファ層の画素領域上に形成されたＮ型ドーピング領域と、
前記Ｎ型ドーピング領域から所定距離離隔して前記第２バッファ層の画素領域に形成されたＰ型ドーピング領域と、
前記Ｎ型ドーピング領域とＰ型ドーピング領域との間に形成された真性領域と、
を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項５】
前記フォトセンサは、前記有機電界発光素子から発光した赤色波長の光吸収率に応じて所定の電気的信号を出力することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の有機電界発光表示装置。
【請求項６】
前記フォトセンサから出力された電気的信号により、前記有機電界発光素子から発光する光の輝度が調節されることを特徴とする、請求項５に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項７】
前記赤色波長の帯域は、６４５〜７００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の有機電界発光表示装置。
【請求項８】
前記フォトセンサは、非晶質シリコンで形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の有機電界発光表示装置。
【請求項９】
前記有機電界発光素子は、背面発光構造であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の有機電界発光表示装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の有機電界発光表示装置を備えることを特徴とする携帯用電子機器。
【請求項１１】
画素領域及び非画素領域を含む基板と、
前記基板上に形成される第１バッファ層と、
前記第１バッファ層上に形成される第２バッファ層と、
前記第２バッファ層上に形成される薄膜トランジスタと、
前記画素領域上に形成され、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された有機電界発光素子と；
前記基板の画素領域上であって、前記第２バッファ層上に形成され、前記有機電界発光素子から入射する赤色波長の光を所定の吸収率で受光するフォトセンサと、
を含み、
前記第１バッファ層は７００〜９００Å、及び前記第２バッファ層は１００〜３００Åの厚さに形成され、前記フォトセンサに含まれる真性領域の前記基板の厚さ方向と垂直方向の幅は４〜１０μｍに形成されることにより、前記フォトセンサの前記光吸収率が５０％以上に調節され、
前記第１バッファ層は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で形成され、
前記第２バッファ層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）で形成されることを特徴とする有機電界発光表示装置。
【請求項１２】
前記第１バッファ層は８００Å、及び前記第２バッファ層は２００Åの厚さであることを特徴とする、請求項１１に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項１３】
画素領域及び非画素領域を含む基板と、
前記基板上に形成される第１バッファ層及び第２バッファ層と、
前記第２バッファ層上に形成される薄膜トランジスタと、
前記画素領域上に形成され、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された有機電界発光素子と；
前記基板の画素領域上であって、前記第２バッファ層上に形成され、前記有機電界発光素子から入射する赤色波長の光を所定の吸収率で受光するフォトセンサと、
を含み、
前記第１バッファ層は７００〜９００Å、及び前記第２バッファ層は３００〜５００Åの厚さに形成され、前記フォトセンサに含まれる真性領域の真性領域の前記基板の厚さ方向と垂直方向の幅は５〜１０μｍに形成されることにより、前記フォトセンサの前記光吸収率が５０％以上に調節され、
前記第１バッファ層は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で形成され、
前記第２バッファ層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）で形成されることを特徴とする有機電界発光表示装置。
【請求項１４】
前記第１バッファ層は８００Å、及び前記第２バッファ層は４００Åの厚さであることを特徴とする、請求項１３に記載の有機電界発光表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電界発光表示装置及び携帯用電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機電界発光素子は、アノード電極とカソード電極とからなる一対の電極と、発光層とを含む構造であり、より詳しくは、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、及び電子輸送層をさらに含むことができる。このような構造の有機電界発光素子は、以下に説明するような発光原理によって発光する。まず、アノード電極からの正孔が正孔注入層に注入され、正孔注入層に注入された正孔が正孔輸送層によって発光層に輸送される。これとともに、カソード電極からの電子が電子注入層に注入され、電子注入層に注入された電子が電子輸送層によって発光層に輸送される。前述のように、正孔と電子とが発光層に運搬された後、相互結合し、これにより、励起子が形成されることによって発光層が発光する。
【０００３】
以下、添付された図面を参照して従来の有機電界発光表示装置をさらに詳細に説明する。
【０００４】
図１は、従来の技術による有機電界発光表示装置を示す断面図である。
【０００５】
図１を参照すれば、有機電界発光表示装置１０は、基板１００上にバッファ層１１０が形成される。バッファ層１１０上には、薄膜トランジスタ１２０が形成される。薄膜トランジスタ１２０は、半導体層１２１、ゲート電極１２２、及びソース／ドレイン電極１２３を含む。薄膜トランジスタ１２０上には、平坦化層１３０が形成され、平坦化層１３０上には、ソース電極またはドレイン電極１２３に電気的に接続された第１電極層１４０が形成され、第１電極層１４０上には、画素定義膜１５０が形成される。画素定義膜１５０は、第１電極層１４０を少なくとも部分的に露出させる開口部を含む。開口部上には、発光層１６０が形成される。発光層１６０は、電子輸送層及び電子注入層（図示せず）の一部をさらに含むことができる。発光層１６０上には、第２電極層１７０が形成される。
【０００６】
このような有機電界発光表示装置の発光層１６０である有機物質は、時間の経過とともに劣化して画素の輝度が変化し、ディスプレイの画質または明るさが所望の値とは異なる値で表れる。したがって、有機電界発光表示装置の長寿命を期待することができない。
【０００７】
前述のような問題を解決するため、有機電界発光表示装置にフォトセンサを形成する方法が提案された。このような方法は、フォトセンサを介して内部または外部から入射する光エネルギーを電気的信号に変換し、有機電界発光素子の劣化に関わらず、入力信号に対する一定の輝度を表すことができるようにするものである。
【０００８】
ところが、前述のフォトセンサは、光の波長に応じた受光率が５０％未満と低くなり、結果として、出力される電気信号の強度がフォトセンサを用いた有機電界発光素子の輝度を調節するのに十分でなくなるという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】大韓民国公開特許公報第１０−１９９９−０００６１６８号明細書
【特許文献２】大韓民国公開特許公報第１０−２００５−０１０８９０３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように，従来の有機電界発光表示装置及び携帯用電子機器によれば，フォトセンサの輝度を調節するのに限界があるという問題がある。
【００１１】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，基板の画素領域に有機電界発光素子から発光する赤色波長の光を受光するフォトセンサを形成し、フォトセンサの下に形成されたバッファ層の厚さとフォトセンサの真性領域の幅とを調節することにより、フォトセンサの光吸収率を増加させ、有機電界発光素子の輝度を調節することが可能な，新規かつ改良された有機電界発光表示装置及び携帯用電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，画素領域及び非画素領域を含む基板と、上記基板上に形成される第１バッファ層及び第２バッファ層と、上記第２バッファ層上に形成される薄膜トランジスタと、上記画素領域上に形成され、上記薄膜トランジスタに電気的に接続された有機電界発光素子と、上記基板の画素領域上に形成され、上記有機電界発光素子から入射する赤色波長の光を所定の吸収率で受光するフォトセンサと、
を含み、上記第１バッファ層及び第２バッファ層のそれぞれの厚さと上記フォトセンサに含まれる真性領域の幅が調節されることにより、上記フォトセンサの上記光吸収率が５０％以上に調節されることを特徴とする有機電界発光表示装置が提供される。
【００１３】
また、上記第１バッファ層は２９００〜３１００Å、及び上記第２バッファ層は２００〜４００Åの厚さに形成され、上記真性領域の幅は３〜１０μｍに形成されてもよい。
【００１４】
また、上記第１バッファ層は３０００Å、及び上記第２バッファ層は３００Åの厚さであってもよい。
【００１５】
また、上記第１バッファ層は７００〜９００Å、及び上記第２バッファ層は１００〜３００Åの厚さに形成され、上記真性領域の幅は４〜１０μｍに形成されてもよい。
【００１６】
また、上記第１バッファ層は８００Å、及び上記第２バッファ層は２００Åの厚さであってもよい。
【００１７】
また、上記第１バッファ層は７００〜９００Å、及び上記第２バッファ層は３００〜５００Åの厚さに形成され、上記真性領域の幅は５〜１０μｍに形成されてもよい。
【００１８】
また、上記第１バッファ層は８００Å、及び上記第２バッファ層は４００Åの厚さであってもよい。
【００１９】
また、上記フォトセンサは、上記第２バッファ層の画素領域上に上記薄膜トランジスタから離隔して形成されてもよい。
【００２０】
また、上記第１バッファ層は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で形成されてもよい。
【００２１】
また、上記第２バッファ層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）で形成されてもよい。
【００２２】
また、上記フォトセンサは、第２バッファ層の画素領域上に形成されたＮ型ドーピング領域と、上記Ｎ型ドーピング領域から所定距離離隔して上記第２バッファ層の画素領域に形成されたＰ型ドーピング領域と、上記Ｎ型ドーピング領域とＰ型ドーピング領域との間に形成された真性領域と、を含んでもよい。
【００２３】
また、上記フォトセンサは、上記有機電界発光素子から発光した赤色波長の光吸収率に応じて所定の電気的信号を出力してもよい。
【００２４】
また、上記フォトセンサから出力された電気的信号により、上記有機電界発光素子から発光する光の輝度が調節されてもよい。
【００２５】
また、上記赤色波長の帯域は、６４５〜７００ｎｍであってもよい。
【００２６】
また、上記フォトセンサは、非晶質シリコンで形成されてもよい。
【００２７】
また、上記有機電界発光素子は、背面発光構造であってもよい。
【００２８】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，上記に記載の有機電界発光表示装置を備えることを特徴とする携帯用電子機器。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように，本発明によれば，基板の画素領域に有機電界発光素子から入射する赤色波長の光を受光するフォトセンサを形成し、フォトセンサの下に形成されたバッファ層の厚さとフォトセンサの真性領域の幅とにより、フォトセンサの光吸収率を増加させることで、フォトセンサの光吸収率を５０％以上に保持し、フォトセンサから出力された電気的信号を用いて有機電界発光素子の輝度を調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に，添付した図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する発明特定事項については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３１】
本実施形態では、基板の画素領域に有機電界発光素子から発光する赤色波長の光を受光するフォトセンサを形成し、フォトセンサの下に形成されたバッファ層の厚さとフォトセンサの真性領域の幅とにより、フォトセンサの光吸収率を増加させることで、有機電界発光素子の輝度を調節することができる有機電界発光表示装置に関して説明する。
【００３２】
図２は、本発明の第１実施形態によるフォトセンサを有する有機電界発光表示装置を示す断面図である。
【００３３】
図２を参照すれば、本実施形態による有機電界発光表示装置２０は、非画素領域Ａ及び画素領域Ｂを含む基板２００と、上記基板２００上に形成される第１バッファ層２１０及び第２バッファ層２２０と、上記第２バッファ層２２０上に形成される薄膜トランジスタ２３０と、上記画素領域Ｂ上に形成され、上記薄膜トランジスタ２３０に電気的に接続された有機電界発光素子２６０と、上記基板の画素領域Ｂ上に形成され、上記有機電界発光素子２６０から入射する赤色波長の光を所定の吸収率で受光するフォトセンサ２４０とを含み、上記第１バッファ層２１０及び第２バッファ層２２０のそれぞれの厚さと上記フォトセンサの真性領域２４２の幅とにより、上記フォトセンサ２４０の上記光吸収率が５０％以上（おおよそ、５０％〜９０％）に調節される。
【００３４】
基板２００は、ガラス、プラスチック、シリコンまたは合成樹脂のような絶縁性を有する材質からなることができ、ガラス基板のような透明基板が好ましい。基板２００は、非画素領域Ａと、有機電界発光素子２６０を含む画素領域Ｂとで形成される。画素領域Ｂは、画像が表示される領域であり、非画素領域Ａは、基板２００の画素領域Ｂ以外のすべての領域を定義する。また、非画素領域Ａには、薄膜トランジスタ２３０を形成することができる。
【００３５】
第１バッファ層２１０は、基板２００上に形成される。第１バッファ層２１０は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で２９００〜３１００Åの厚さに形成され、３０００Åに形成されるのが好ましい。第２バッファ層２２０は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）で２００〜４００Åの厚さに形成され、３００Åに形成されるのが好ましい。このように第１バッファ層２１０及び第２バッファ層２２０の厚さを設定する理由は、有機電界発光素子２６０から入射する赤色波長の光がフォトセンサ２４０に受光する光吸収率を５０％以上（実施の際には、５０〜９０％に制限される場合もある）として表すためである。このような第１バッファ層２１０及び第２バッファ層２２０は、後工程である薄膜トランジスタ２３０及びフォトセンサ２４０の形成における不純物の拡散を防止する。
【００３６】
薄膜トランジスタ２３０は、第２バッファ層２２０上に形成される。薄膜トランジスタ２３０は、半導体層２３１、ゲート電極２３２、及びソース／ドレイン電極２３３を含む。薄膜トランジスタ２３０の半導体層２３１は、第２バッファ層２２０上に形成された非晶質シリコンをレーザなどを用いて結晶化したポリシリコン（ＬＴＰＳ：ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）を用いることができる。半導体層２３１上には、ゲート絶縁層２３４が形成される。薄膜トランジスタ２３０のゲート電極２３２は、ゲート絶縁層上に所定のパターンに形成される。ゲート電極２３２上には、層間絶縁層２３５が形成される。
【００３７】
薄膜トランジスタ２３０のソース／ドレイン電極２３３は、層間絶縁層２３５上に形成され、ゲート絶縁層２３４と層間絶縁層２３５とに形成されたコンタクトホールを介して半導体層２３１の両側にそれぞれ電気的に接続される。
【００３８】
フォトセンサ（フォトダイオード）２４０は、第２バッファ層２２０の画素領域Ｂに形成される。フォトセンサ２４０は、Ｐ−ｉ（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）−Ｎ構造であり、より具体的に、正の電圧が印加されるＮ型ドーピング領域２４１と、Ｎ型ドーピング領域２４１から離隔して負の電圧が印加されるＰ型ドーピング領域２４３、及びＮ型ドーピング領域２４１とＰ型ドーピング領域２４３との間に３μｍ以上の幅を有する真性領域２３２を含む。
【００３９】
一般に、フォトセンサは、光エネルギーを電気エネルギーに変換して光信号から電気的信号（電流または電圧）を得る一種の光センサであって、ダイオードの接合部に光検出機能を与えてなる半導体素子である。このようなフォトセンサは、基本的に、光子吸収によって電子または正孔が生成されることにより、ダイオードの伝導度が光信号に応じて変調されるという原理を用いる。すなわち、フォトセンサの電流は、本質的にキャリアの光学的生成率に応じて変化し、このような特性は、時間とともに変化する光信号を電気的信号に変換させて出力させるものである。
【００４０】
フォトセンサ２４０は、まず、有機電界発光素子２６０から入射する赤色波長の光を受光することができる画素領域Ｂに非晶質シリコンで形成され、このような非晶質シリコンを所定の熱処理を経て多結晶シリコンとして結晶化させる。この後、多結晶シリコンの第１領域にＮ型不純物を高濃度イオン注入してＮ型ドーピング領域２４１を形成する。Ｐ型ドーピング領域２４３も、同様の方法によって第１領域から平行に離隔した第２領域にＰ型不純物を高濃度イオン注入して形成する。
【００４１】
一方、真性領域２４２は、Ｎ型不純物及びＰ型不純物イオンが注入されていない多結晶シリコン層の真性半導体層であって、Ｎ型ドーピング領域２４１とＰ型ドーピング領域２４３との間に形成される。このＮ型ドーピング領域２４１、Ｐ型ドーピング領域２４３及び真性領域２４２は、単一平面上（同一層内）に形成される。真性領域２４２は、表面を介して入射する光によって電荷を生成して電気エネルギーとして出力させる。このように、フォトセンサ２４０は、真性領域２４２を形成することにより、空乏層の厚さが増加してフォトセンサ２４０の静電容量が減少し、一般のＰＮフォトセンサよりも動作速度が速く、動作電圧が低い。また、フォトセンサ２４０は、ＰＮフォトセンサよりも暗電流が小さい。すなわち、フォトセンサ２４０は、光電効果によって光電流を発生する装置において、熱的原因及び絶縁性不良などの原因による暗黒状態（受光していないとき）で流れる電流が小さいということである。つまり、真性領域２４２の幅は、上記の空乏層の厚さに関係しており、真性領域２４２の幅を調節することにより、上記の空乏層の厚さを調節することが可能になる。言い換えると、真性領域２４２は、Ｎ型ドーピング領域２４１とＰ型ドーピング領域２４３との間に形成され、フォトセンサ２４０の静電容量を決定する空乏層として機能する。
【００４２】
真性領域２４２の幅は、３〜１０μｍに形成される。これは、真性領域２４２の幅を３〜１０μｍに形成することにより、フォトセンサ２４０の光吸収率を５０％以上（おおよそ、５０％〜９０％）として表すためである。好ましくは、真性領域２４２の幅Ｗを３μｍに形成するが、これは、赤色波長帯の光吸収率が５０％以上（おおよそ、５０％〜９０％）となり、Ｎ型ドーピング領域２４１とＰ型ドーピング領域２４３との接合面積を減少させ、ピクセルの開口率を向上させるためである。反面、第１バッファ層２１０は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で２９００〜３１００Åの厚さに形成され、第２バッファ層２２０は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）で２００〜４００Åの厚さに形成されるとき、真性領域２４２の幅Ｗを３μｍ未満に形成した場合、赤色波長の光吸収率が５０％未満となることから、フォトセンサ２４０を用いて有機電界発光素子２６０の輝度を調節することができない。なお、第１バッファ層２１０の厚さと第２バッファ層２２０の厚さとは、例えば、その合計により、フォトセンサ２４０と有機電界発光素子２６０との間の距離を調節する効果を有していると考えられ、結果として、フォトセンサ２４０が有機電界発光素子２６０から受光する光の光吸収率を調節する効果が発揮されていると考えることができる。
【００４３】
この後、Ｎ型ドーピング領域２４１にアノード電圧を印加し、Ｐ型ドーピング領域２４３にカソード電圧を印加する。これにより、真性領域２４２は、完全空乏状態になり、有機電界発光素子２６０から入射する赤色波長、すなわち、６４５〜７００ｎｍにおいて入射した赤色波長の光エネルギーを吸収して電荷を生成し、蓄積することにより、これを電気的信号として出力させる。
【００４４】
このように出力された電気的信号は、有機電界発光素子２６０の輝度が基準値を超過したか、若しくは基準値に到達することができなかった場合、フォトセンサ２４０から出力された電気的信号を用いて有機電界発光素子２６０の輝度を調節する。これにより、有機電界発光素子２６０の発光層２６２で発生した光の輝度を一定に保持させ、所望の基準値に対する輝度を表すことができる。
【００４５】
例えば、フォトセンサ２４０から出力された電気的信号は、信号処理部（図示せず）に入力される。信号処理部に入力された信号は、ガンマ補正部（図示せず）に入力されて所定のガンマ補正を行い、各階調レベルに対応する基準電圧を生成する。このように各階調レベルに対応する基準電圧は、データ信号生成部（図示せず）に入力され、基準電圧に基づいてデータ信号を生成し、該当するデータ線にそれぞれ印加する。他の実施形態として、有機電界発光素子２６０から入射した内部光量に応じてフォトセンサ２４０から出力される電流や電圧が制御部に入力され、制御部（図示せず）に入力された電流や電圧に応じて該当する制御信号を出力させることにより、赤色の内部光量に応じて複数段階で発光層２６２の輝度を調節することができる。
【００４６】
平坦化膜２５０は、薄膜トランジスタ２３０上に形成され、窒化膜、酸化膜のうちの１つからなる。
【００４７】
有機電界発光素子２６０は、平坦化膜２５０上に形成され、有機電界発光素子２６０は、薄膜トランジスタ２３０に電気的に接続される。有機電界発光素子２６０は、第１電極層２６１、発光層２６２、及び第２電極層２６３を含む。
【００４８】
有機電界発光素子２６０の第１電極層２６１は、平坦化膜２５０上に形成され、平坦化膜２５０の一領域をエッチングしてソース電極及びドレイン電極２３３のいずれか一つが露出するように形成されたビアホール（図示せず）を介してソース電極及びドレイン電極２３３のいずれか一つに電気的に接続される。第１電極層２６１は、透明導電体であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、及びＺｎＯ（酸化亜鉛）のうちの一つで形成される。
【００４９】
画素定義膜２７０は、平坦化膜２５０上に形成され、第１電極層２６１を少なくとも部分的に露出させる開口部（図示せず）を含む。画素定義膜２７０は、アクリル系有機化合物、ポリアミド、ポリイミドなどの有機絶縁物質のうちの一つからなるが、これらに限らない。
【００５０】
有機電界発光素子２６０の発光層２６２は、第１電極層２６１を部分的に露出させる開口部上に形成される。発光層２６２は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層の一部をさらに含むことができる。このような発光層２６２は、第１電極層２６１及び第２電極層２６３から注入された正孔及び電子が結合して光を発生させる。
【００５１】
有機電界発光素子２６０の第２電極層２６３は、発光層２６２と画素定義膜２７０の上に形成される。また、本実施形態は、背面発光構造であって第２電極層２６３の少なくとも一層は、反射膜の金属膜で形成される。これにより、発光層２６２から発光した光が第１電極層２６１及び多層の下部絶縁膜を介して下部基板２００に発光する。
【００５２】
図３は、本発明の第１実施形態によるフォトセンサの光吸収率を表したグラフを示す図である。
【００５３】
図３を参照すれば、グラフのＸ軸は、光の波長帯を表し、Ｙ軸は、フォトセンサの光吸収率を表す。より詳しくは、有機電界発光素子から入射する赤色波長の光を受光するフォトセンサの下に形成された第１バッファ層の厚さが３０００Å、及び第２バッファ層の厚さが３００Åの場合、赤色波長帯において真性領域の幅に応じたフォトセンサの光吸収率を表したグラフである。
【００５４】
例えば、赤色波長帯域Ｃ、すなわち、６４５〜７００ｎｍの波長帯域において真性領域の幅が３μｍの場合、光吸収率は、略５０％である。また、真性領域の幅が５μｍ〜１０μｍの幅を有する場合、光吸収率は、６０％以上となる。
【００５５】
試験結果によれば、真性領域の幅Ｗが３μｍ以上の場合、フォトセンサの光吸収率が５０％以上となる。反面、真性領域の幅が３μｍ未満の場合、フォトセンサの光吸収率が２０〜４０％となるため、充分な電荷を生成することができず、フォトセンサを用いた有機電界発光素子の輝度を制御することができなくなる。
【００５６】
図４は、本発明の第２実施形態によるフォトセンサを有する有機電界発光表示装置を示す断面図であって、説明の便宜上、上述した図２と同様の構成要素に関する説明は省略する。特に、薄膜トランジスタが形成された基板に関する説明は省略する。
【００５７】
第１バッファ層３１０は、基板３００上に形成される。第１バッファ層３１０は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で７００〜９００Åの厚さに形成され、好ましくは、８００Åに形成される。第２バッファ層３２０は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）で１００〜３００Åの厚さに形成され、好ましくは、２００Åに形成される。このような第１バッファ層３１０及び第２バッファ層３２０の厚さは、有機電界発光素子３６０から入射する赤色波長の光がフォトセンサ３４０に受光する光吸収率を５０％以上（おおよそ、５０％〜９０％）として表すためである。このような第１バッファ層３１０及び第２バッファ層３２０は、後工程である薄膜トランジスタ３３０及びフォトセンサ３４０の形成における不純物の拡散を防止する。
【００５８】
フォトセンサ（フォトダイオード）３４０は、第２バッファ層３２０の画素領域Ｅ上に形成される。フォトセンサ３４０は、Ｐ−ｉ（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）−Ｎ構造であり、より具体的に、正の電圧が印加されるＮ型ドーピング領域３４１と、Ｎ型ドーピング領域３４１から離隔して負の電圧が印加されるＰ型ドーピング領域３４３及び、Ｎ型ドーピング領域３４１とＰ型ドーピング領域３４３との間に４μｍ以上の幅を有する真性領域３３２を含む。
【００５９】
一般に、フォトセンサは、光エネルギーを電気エネルギーに変換して光信号から電気的信号（電流または電圧）を得る一種の光センサであって、ダイオードの接合部に光出力機能を与えてなる半導体素子である。このようなフォトセンサは、基本的に、光子吸収によって電子または正孔が生成されることにより、ダイオードの伝導度が光信号に応じて変調されるという原理を用いる。すなわち、フォトセンサの電流は、本質的にキャリアの光学的生成率に応じて変化し、このような特性は、時間とともに変化する光信号を電気的信号として出力させるものである。
【００６０】
フォトセンサ３４０は、まず、有機電界発光素子３６０から発光する赤色波長の光を受光することができる画素領域Ｅに非晶質シリコンで形成され、このような非晶質シリコンを所定の熱処理を経て多結晶シリコンとして結晶化させる。この後、多結晶シリコンの第１領域にＮ型不純物を高濃度イオン注入してＮ型ドーピング領域３４１を形成する。Ｐ型ドーピング領域３４３も、同様の方法によって第１領域から平行に離隔した第２領域にＰ型不純物を高濃度イオン注入して形成する。
【００６１】
一方、真性領域３４２は、Ｎ型不純物及びＰ型不純物イオンが注入されていない多結晶シリコン層である真性半導体層であって、Ｎ型ドーピング領域３４１とＰ型ドーピング領域３４３との間に形成される。真性領域３４２は、表面を介して入射する光によって電荷を生成して電気エネルギーとして出力させる。このとき、真性領域３４２の幅は、４〜１０μｍ以上に形成される。これは、真性領域３４２の幅を４〜１０μｍに形成することにより、フォトセンサ３４０の光吸収率を５０％以上（おおよそ、５０〜９０％）として表すことができるためである。好ましくは、真性領域３４２の幅Ｗを４μｍに形成するが、これは、赤色波長帯の光吸収率が５０％以上となり、Ｎ型ドーピング領域３４１とＰ型ドーピング領域３４３との接合面積を減少させ、ピクセルの開口率を向上させるためである。反面、真性領域３４２の幅Ｗを４μｍ未満に形成した場合、赤色波長の光吸収率が５０％未満となることから、フォトセンサ３４０を用いた有機電界発光素子３６０の輝度を調節することができない。
【００６２】
この後、Ｎ型ドーピング領域３４１にアノード電圧を印加し、Ｐ型ドーピング領域３４３にカソード電圧を印加する。これにより、真性領域３４２は、完全空乏状態になり、有機電界発光素子３６０に入射する赤色波長、すなわち、６４５〜７００ｎｍにおいて入射した赤色波長の光エネルギーを吸収して電荷を生成し、蓄積するにより、これを電気的信号に変換させて出力させるものである。
【００６３】
このように出力された電気的信号は、有機電界発光素子３６０の輝度が基準値を超過したか、若しくは基準値に到達することができなかった場合、フォトセンサ３４０から出力された電気的信号を用いて有機電界発光素子３６０の輝度を調節する。これにより、有機電界発光素子３６０の発光層３６２で発生した光の輝度を一定に保持させ、所望の基準値に対する輝度を表すことができる。
【００６４】
例えば、フォトセンサ３４０から出力された電気的信号を信号処理部に受信する。信号処理部に受信された信号は、ガンマ補正部に入力されて所定のガンマ補正を行い、各階調レベルに対応する基準電圧を生成する。このように各階調レベルに対応する基準電圧は、データ信号生成部に入力され、基準電圧に基づいてデータ信号を生成し、該当するデータ線にそれぞれ印加する。他の実施形態として、有機電界発光素子３６０から入射した赤色波長の光量に応じてフォトセンサ３４０から出力される電流や電圧が制御部に入力され、制御部に入力された電流や電圧に応じて該当する制御信号を出力させることにより、赤色の内部光量に応じて複数段階で発光層３６２の輝度を調節することができる。
【００６５】
図５は、本発明の第２実施形態によるフォトセンサの光吸収率を表したグラフを示す図である。
【００６６】
図５を参照すれば、グラフのＸ軸は、光の波長帯を表し、Ｙ軸は、フォトセンサの光吸収率を表す。より詳しくは、有機電界発光素子から入射する赤色波長の光を受光するフォトセンサの下に形成された第１バッファ層の厚さが８００Å、及び第２バッファ層の厚さが２００Åの場合、赤色波長帯において真性領域の幅に応じたフォトセンサの光吸収率を表したグラフである。
【００６７】
例えば、赤色波長帯域Ｆ、すなわち、６４５〜７００ｎｍの波長帯域において真性領域の幅が４μｍの場合、光吸収率は、略５０％である。また、真性領域の幅が６μｍ〜１０μｍの幅を有する場合、光吸収率は、６０％以上となる。
【００６８】
試験結果によれば、真性領域の幅Ｗが４μｍ以上の場合、フォトセンサの光吸収率が５０％以上となる。反面、真性領域の幅が４μｍ未満の場合、フォトセンサの光吸収率が１０〜４０％となることから、充分な電荷を生成することができず、フォトセンサを用いた有機電界発光素子の輝度を制御することができなくなる。
【００６９】
図６は、本発明の第３実施形態によるフォトセンサを有する有機電界発光表示装置を示す断面図であり、説明の便宜上、上述した図２と同様の構成要素に関する説明は省略する。特に、薄膜トランジスタが形成された基板に関する説明は省略する。
【００７０】
第１バッファ層４１０は、基板４００上に形成される。第１バッファ層４１０は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で７００〜９００Åの厚さに形成され、好ましくは、８００Åに形成される。第２バッファ層４２０は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）で３００〜５００Åの厚さに形成され、好ましくは、４００Åに形成される。このような第１バッファ層４１０及び第２バッファ層４２０の厚さは、有機電界発光素子４６０から入射する赤色波長の光がフォトセンサ４４０に受光する光吸収率を５０％以上（おおよそ、５０〜９０％）として表すためである。このような第１バッファ層４１０及び第２バッファ層４２０は、後工程である薄膜トランジスタ４３０及びフォトセンサ４４０の形成における不純物の拡散を防止する。
【００７１】
フォトセンサ（フォトダイオード）４４０は、第２バッファ層４２０の画素領域Ｈ上に形成される。フォトセンサ４４０は、Ｐ−ｉ（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）−Ｎ構造であり、より具体的に、正の電圧が印加されるＮ型ドーピング領域４４１と、Ｎ型ドーピング領域４４１から離隔して負の電圧が印加されるＰ型ドーピング領域４４３、及びＮ型ドーピング領域４４１とＰ型ドーピング領域４４３との間に５μｍ以上の幅を有する真性領域４４２を含む。
【００７２】
一般に、フォトセンサは、光エネルギーを電気エネルギーとして出力して光信号から電気的信号（電流または電圧）を得る一種の光センサであって、ダイオードの接合部に光検出機能を与えてなる半導体素子である。このようなフォトセンサは、基本的に、光子吸収によって電子または正孔が生成されることにより、ダイオードの伝導度が光信号に応じて変調されるという原理を用いる。すなわち、フォトセンサの電流は、本質的にキャリアの光学的生成率に応じて変化し、このような特性は、時間とともに変化する光信号を電気的信号に変換して出力させるものである。
【００７３】
フォトセンサ４４０は、まず、有機電界発光素子４６０から発光する赤色波長の光を受光することができる画素領域Ｈに非晶質シリコンで形成され、このような非晶質シリコンを所定の熱処理を経て多結晶シリコンとして結晶化させる。この後、多結晶シリコンの第１領域にＮ型不純物を高濃度イオン注入してＮ型ドーピング領域４４１を形成する。Ｐ型ドーピング領域４４３も、同様の方法によって第１領域から平行に離隔した第２領域にＰ型不純物を高濃度イオン注入して形成する。
【００７４】
一方、真性領域４４２は、Ｎ型不純物及びＰ型不純物イオンが注入されていない多結晶シリコン層である真性半導体層であって、Ｎ型ドーピング領域４４１とＰ型ドーピング領域４４３との間に形成される。真性領域４４２は、表面を介して入射する光によって電荷を生成して電気エネルギーとして出力させる。このとき、真性領域４４２の幅は、５〜１０μｍに形成される。これは、真性領域４４２の幅を５〜１０μｍに形成することにより、フォトセンサ４４０の光吸収率を５０％以上（おおよそ、５０〜９０％）として表すことができるためである。好ましくは、真性領域４４２の幅Ｗが５μｍに形成するが、これは、赤色波長帯の光吸収率が５０％以上（おおよそ、５０％〜９０％）となり、Ｎ型ドーピング領域４４１とＰ型ドーピング領域４４３との接合面積を減少させ、ピクセルの開口率を向上させるためである。反面、真性領域４４２の幅Ｗを５μｍ未満に形成した場合、赤色波長の光吸収率が５０％未満となることから、フォトセンサ４４０を用いた有機電界発光素子の輝度を調節することができない。
【００７５】
この後、Ｎ型ドーピング領域４４１にアノード電圧を印加し、Ｐ型ドーピング領域４４３にカソード電圧を印加する。これにより、真性領域４４２は、完全空乏状態になり、有機電界発光素子４６０から入射する赤色波長、すなわち、６４５〜７００ｎｍにおいて入射した赤色波長の光エネルギーを吸収して電荷を生成し、蓄積することにより、これを電気的信号として出力する。
【００７６】
このように出力された電気的信号は、有機電界発光素子４６０の輝度が基準値を超過したか、若しくは基準値に到達することができなかった場合、フォトセンサ４４０から出力された電気的信号を用いて有機電界発光素子４６０の輝度を調節する。これにより、有機電界発光素子４６０の発光層４６２で発生した光の輝度を一定に保持させ、所望の基準値に対する輝度を表すことができる。
【００７７】
例えば、フォトセンサ４４０から出力された電気的信号を信号処理部に受信する。信号処理部に受信された信号は、ガンマ補正部に入力されて所定のガンマ補正を行い、各階調レベルに対応する基準電圧を生成する。このように各階調レベルに対応する基準電圧は、データ信号生成部に入力され、基準電圧に基づいてデータ信号を生成し、該当するデータ線にそれぞれ印加する。他の実施形態として、有機電界発光素子４６０から入射した内部光量に応じてフォトセンサ４４０から出力される電流や電圧が制御部に入力され、制御部に入力された電流や電圧に応じて該当する制御信号を出力させることにより、赤色の内部光量に応じて複数段階で発光層４６２の輝度を調節することができる。
【００７８】
図７は、本発明の第３実施形態によるフォトセンサの光吸収率を表したグラフを示す図である。
【００７９】
図７を参照すれば、グラフのＸ軸は、光の波長帯を表し、Ｙ軸は、フォトセンサの光吸収率を表す。より詳しくは、有機電界発光素子から入射する赤色波長の光を受光するフォトセンサの下に形成された第１バッファ層の厚さが８００Å、及び第２バッファ層の厚さが４００Åの場合、赤色波長帯において真性領域の幅に応じたフォトセンサの光吸収率を表したグラフである。
【００８０】
例えば、赤色波長帯域Ｉ、すなわち、６４５〜７００ｎｍの波長帯域において真性領域の幅が５μｍの場合、光吸収率は、略５０％である。また、真性領域の幅が６μｍ〜１０μｍの幅を有する場合、光吸収率は、６０％以上となる。
【００８１】
試験結果によれば、真性領域の幅Ｗが５μｍ以上の場合、フォトセンサの光吸収率が５０％以上となる。反面、真性領域の幅が５μｍ未満の場合、フォトセンサの光吸収率が１５〜４０％となることから、充分な電荷を生成することができず、フォトセンサを用いた有機電界発光素子の輝度を制御することができなくなる。
【００８２】
図８及び図９は、本実施形態による有機電界発光表示装置が備えられた携帯用電子機器である。
【００８３】
図８及び図９を参照すれば、本実施形態による有機電界発光表示装置が備えられた平板表示装置は、携帯用電子機器に用いることができる。このような携帯用電子機器には、携帯電話、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、ＰＭＰ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｐｌａｙｅｒ）などがあり、携帯用電子機器７００、８００を操作及び使用するための画像を提供する。
【００８４】
このように、本実施形態では、基板の画素領域に有機電界発光素子から入射する赤色波長の光を受光するフォトセンサを形成し、フォトセンサの下に形成されたバッファ層の厚さとフォトセンサの真性領域の幅とにより、フォトセンサの光吸収率を増加させることで、フォトセンサの光吸収率を５０％以上（おおよそ、５０％〜９０％）に保持し、フォトセンサから出力された電気的信号を用いて有機電界発光素子の輝度を一定に調節することができる。
【００８５】
したがって、長時間の使用による有機電界発光素子の劣化に伴う輝度の変化を最小化して有機電界発光表示装置の寿命を増加させる。さらに、各画素ごとに備えられる有機電界発光素子に所望の電流が流れるように制御することにより、ディスプレイの高精細化による高品質の画像を提供することができる。
【００８６】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】従来の技術による有機電界発光表示装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるフォトセンサを有する有機電界発光表示装置を示す断面図である。
【図３】同実施形態にかかるフォトセンサの光吸収率を表したグラフを示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるフォトセンサを有する有機電界発光表示装置を示す断面図である。
【図５】同実施形態にかかるフォトセンサの光吸収率を表したグラフを示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかるフォトセンサを有する有機電界発光表示装置を示す断面図である。
【図７】同実施形態にかかるフォトセンサの光吸収率を表したグラフを示す図である。
【図８】本発明による有機電界発光表示装置が備えられた携帯用電子機器を示す図である。
【図９】本発明による有機電界発光表示装置が備えられた携帯用電子機器を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
２００  基板
２１０  第１バッファ層
２２０  第２バッファ層
２３０  薄膜トランジスタ
２４０  フォトセンサ
２５０  平坦化膜
２６０  有機電界発光素子
２７０  画素定義膜
【図１】
0004824594.tif 000002
【図２】
0004824594.tif 000003
【図３】
0004824594.tif 000004
【図４】
0004824594.tif 000005
【図５】
0004824594.tif 000006
【図６】
0004824594.tif 000007
【図７】
0004824594.tif 000008
【図８】
0004824594.tif 000009
【図９】
0004824594.tif 000010