JP5232950B2 - 有機発光表示装置 - Google Patents
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Description
しかし、液晶表示装置は、受発光素子であって、別途のバックライト(backlight)が必要であるばかりか、応答速度及び視野角などに限界がある。
有機発光表示装置は、1つの電極から注入された電子(electron)及び他の電極から注入された正孔(hole)が2つの電極の間に位置する発光層で結合して励起子(exciton)を生成し、励起子がエネルギーを放出して発光する。
一方、発光効率は、発光材料効率、内部量子効率(internal quantum efficiency)、及び外部量子効率(external quantum efficiency)によって決定される。内部量子効率は、電極から注入された電荷の数及び発光層で生成された光子の数の比率(ratio)であり、外部量子効率は、発光層で生成された光子の数及び外部に放出される光子の数の比率である。
基板上に形成されている第1電極、
前記第1電極と対向する第2電極、
前記第1電極及び前記第2電極の間に位置して、可視光線領域の光を放出し、有機物質を含む発光層を有する第1発光部材、そして
前記第1発光部材と接触して、600乃至2500nmの波長領域の光を放出する第2発光部材を含み、
前記第1発光部材及び前記第2発光部材は水平方向に配置されており、
前記第2発光部材は、
前記第1電極上に位置して、P型半導体物質からなる第1補助層と、
前記第1補助層上に位置するP型元素を含む層とN型元素を含む層が交互に積層されている化合物半導体と、
前記化合物半導体上に位置して、N型半導体物質からなる第2補助層とを含む。
第1及び第2電極から第2発光部材に正孔及び電子が注入されると、注入された正孔及び電子は結合して励起子を生成し、エネルギーを放出して約600乃至2500nmの領域の光10bを放出する。この時、放出されるエネルギーは、第1発光部材に伝達されて一重項励起子及び/又は三重項励起子の収率を高めるのに使用される。
前記第2補助層は、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、及びビスマス(Bi)から選択される少なくとも1つを含む。
図面では、各層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体を通して類似した部分については、同一な図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとする時、これは他の部分の「真上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も意味する。反対に、ある部分が他の部分の「真上」にあるとする時、これはその中間に他の部分がない場合を意味する。
まず、本発明の一実施例による有機発光表示装置について、図1及び図2を参照して説明する。
図1は本発明の第1実施例による受動型有機発光表示装置(passive matrix OLED display)の断面図であり、図2は図1の有機発光表示装置のA部分を拡大して示した概略図である。
下部電極30上には、第1発光部材32及び第2発光部材31が形成されている。第1発光部材32及び第2発光部材31は、水平方向に交互に位置して、互いに接触している。
発光層は、赤色、緑色、青色の三原色などの可視光線領域の光を放出する有機物質、または有機物質及び無機物質の混合物からなり、例えば、アルミニウムトリス(8−ヒドロキシキノリン)(aluminium tris(8−hydroxyquinoline)、Alq3)、アントラセン(anthracene)、ディストリル(distryl)化合物、ポリフルオレン(polyfluorene)誘導体、(ポリ)パラフェニレンビニレン((poly)paraphenylenevinylene)誘導体、ポリフェニレン(polyphenylene)誘導体、ポリビニルカルバゾール(polyvinylcarbazole)、ポリチオフェン(polythiophene)誘導体、またはこれらの高分子材料にペリレン(perylene)色素、クマリン(cumarine)色素、ロダミン色素、ルブレン(rubrene)、ペリレン(perylene)、9,10−ジフェニルアントラセン(9,10−diphenylanthracene)、テトラフェニルブタジエン(tetraphenylbutadiene)、ナイルレッド(Nile red)、キナクリドン(quinacridone)などをドーピングした化合物を含むことができる。有機発光表示装置は、発光層から放出される基本色光の空間的な合計によって所望の画像を表示する。
下部補助層31Pは、例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、及びタリウム(Tl)などのP型半導体物質からなることができる。
活性層31Aは、P型(13族)元素を含む層及びN型(15族)元素を含む層が交互に積層されている超格子構造からなり、例えば、InN、GaAs、GaInAs、InP、GaSb、(AlxGa1−x)0.5In0.5P、(AlxGa1−x)yIn1−yP、AlxIn1−xP、GaxIn1−xPなどの化合物半導体からなることができる。
第1発光部材32及び第2発光部材31上には、上部電極33が形成されている。上部電極33は、電子の注入が良好で、有機物質に影響を与えない導電物質からなり、導電物質は、例えば、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)、及びバリウム(Ba)などから選択されることができる。
それでは、図3及び図4を参照して、本発明の一実施例による有機発光表示装置の発光メカニズムについて説明する。
前記のように、下部電極30及び上部電極33の間には、可視光線領域の光を放出する第1発光部材32、及び赤外線などの長波長領域の光を放出する第2発光部材31が水平方向に交互に形成されている。
第1発光部材32に注入された正孔及び電子は、結合して励起子を生成し、エネルギーを放出して可視光線領域の光10aを放出する。この時、生成された励起子は、スピン状態が0の一重項励起子(singlet exciton)及びスピン状態が1の三重項励起子(triplet exciton)に分類される。一重項励起子及び三重項励起子は、量子統計的に約1:3の比率で生成される。
一方、第2発光部材31に移動した正孔及び電子は、結合して励起子を生成し、エネルギーを放出して約600乃至2500nmの領域の光10bを放出する。この時、放出されるエネルギーは、第1発光部材32に伝達されて一重項励起子の収率を高めるのに使用される。しかし、放出されるエネルギーは、代案として、三重項励起子の収率を高めるのに使用されることもできる。
これについて、図5及び図6を図3及び図4と共に参照して説明する。
図5及び図6は第1発光部材32で生成された励起子のエネルギー準位を示したダイヤグラムである。
一重項励起子及び三重項励起子は、量子統計的に約1:3の比率で生成され、図面では、これを各々一重項励起子の生成率(k12)及び三重項励起子の生成率(k32)で示す。
一方、三重項励起子の生成率(k32)程度生成された三重項励起子は、電荷交換性三重項励起子のエネルギー準位(ECT3)から束縛三重項励起子のエネルギー準位(E(TB))に遷移し、これを三重項励起子の内部転換率(k31)で示す。この時、三重項励起子は、電荷交換性三重項励起子のエネルギー準位(ECT3)及び束縛三重項励起子のエネルギー準位(E(TB))の差程度のエネルギー(以下、三重項励起子の内部転換エネルギーという)(ΔE3)を失う。
この時、電荷交換性一重項励起子のエネルギー準位(ECT1)及び電荷交換性三重項励起子のエネルギー準位(ECT3)はほぼ同一であって、電荷交換性一重項励起子のエネルギー準位(ECT1)にある一重項励起子または電荷交換性三重項励起子のエネルギー準位(ECT3)にある三重項励起子は、組織間交替率(intersystem crossing rate、kisc)だけ電荷交換性三重項励起子のエネルギー準位(ECT3)または電荷交換性一重項励起子のエネルギー準位(ECT1)に遷移することができる。
まず、一重項励起子の収率を高める場合について説明する。
前記のように、三重項励起子は、三重項励起子の内部転換エネルギー(ΔE3)を失って、電荷交換性三重項励起子のエネルギー準位(ECT3)から束縛三重項励起子のエネルギー準位(E(TB))に低下する。これと反対に、三重項励起子が三重項励起子の内部転換エネルギー(ΔE3)程度エネルギーの供給を受ける場合、三重項励起子は、再び電荷交換性三重項励起子のエネルギー準位(ECT3)に励起される。
それによって、電荷交換性三重項励起子のエネルギー準位(ECT3)にある三重項励起子が束縛三重項励起子のエネルギー準位(E(TB))に低下する比率は、三重項励起子の逆内部転換率(k3v)程度減少する。
これと反対に、三重項励起子の収率を高める場合について説明する。
図6に示したように、束縛一重項励起子のエネルギー準位(E(SB))にある一重項励起子が一重項励起子の内部転換エネルギー(ΔE1)の供給を受けて、電荷交換性一重項励起子のエネルギー準位(ECT1)に励起される比率を一重項励起子の逆内部転換率(k1v)で示すことができる。
一方、一重項励起子の逆内部転換率(k1v)程度励起された一重項励起子は、組織間交替率(kisc)によって電荷交換性三重項励起子のエネルギー準位(ECT3)に移動することができ、このように移動した励起子が束縛三重項励起子のエネルギー準位(E(TB))に遷移することによって、三重項励起子の内部転換率(k31)が増加する。
<第2実施例>
図7乃至図9を参照して、本発明の第2実施例による有機発光表示装置について説明する。前記実施例と重複する内容は省略する。
絶縁基板(図示せず)上に下部電極40が形成されており、下部電極40上には、発光部材41が形成されている。
発光層41aは、発光物質42及び発光性不純物43を含む。
発光物質42は、赤色、緑色、青色の三原色など可視光線領域の光を放出する有機物質、または有機物質及び無機物質の混合物からなり、前記実施例で例示した通りである。
発光性不純物43は、量子ドット(quantum dot)または発光色素である。
発光部材41上には、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)、及びバリウム(Ba)などからなる上部電極44が形成されている。
このような構造で、下部電極40及び上部電極44に各々電圧が印加される場合、下部電極40から発光層41aに正孔(+)が注入され、上部電極44から発光層41aに電子(−)が注入される。
一方、発光層41aのうちの発光性不純物43に注入された正孔及び電子は、結合して励起子を生成し、エネルギーを放出して約600乃至2500nmの領域の光20bを放出する。この時に放出されるエネルギーが発光物質42に伝達されて、一重項励起子または三重項励起子の収率を高めるのに使用される。
図10は本発明の一実施例による有機発光表示装置において、電場の強さによる一重項励起子の個数及び三重項励起子の個数の比(ratio)を示したグラフである。
図10に示したように、電場の強さが強くなるのに伴って、三重項励起子の個数/一重項励起子の個数の比は減少する。これは、電場の強さが強くなるのに伴って、三重項励起子の逆内部転換率(k3v)が増加して、三重項励起子の個数は減少し、一重項励起子の個数は増加することを意味する。また、一重項励起子の増加幅は、単位体積当りの発光性不純物の個数が多いほど大きくなることが分かる。
<第3実施例>
以下、本発明の第3実施例による有機発光表示装置について、図11乃至図14を参照して説明する。本実施例では、前記実施例とは異なって、能動型有機発光表示装置(active matrix OLED display)について説明する。前記実施例と重複する内容は省略する。
図11を参照すれば、本実施例による有機発光表示装置は、複数の信号線121、171、172、及びこれらに連結されていて、ほぼ行列(matrix)形態に配列されている複数の画素(pixel)を含む。
信号線は、ゲート信号(または走査信号)を伝達する複数のゲート線(gate line)121、データ信号を伝達する複数のデータ線(data line)171、及び駆動電圧を伝達する複数の駆動電圧線(driving voltage line)172を含む。ゲート線121は、ほぼ行方向にのびていて、互いにほぼ平行であり、データ線171及び駆動電圧線172は、ほぼ列方向にのびていて、互いにほぼ平行である。
有機発光ダイオード(LD)は、駆動トランジスタ(Qd)の出力端子に連結されているアノード(anode)、及び共通電圧(Vss)に連結されているカソード(cathode)を有する。有機発光ダイオード(LD)は、駆動トランジスタ(Qd)の出力電流(ILD)によって異なる強さで発光することによって、画像を表示する。
図12は本発明の他の実施例による有機発光表示装置の配置図であり、図13は図12の有機発光表示装置のXIII−XIII線による断面図であり、図14は図13の有機発光表示装置のD部分を拡大して示した概略図である。
ゲート線121は、ゲート信号を伝達し、主に横方向にのびている。各ゲート線121は、他の層または外部駆動回路との接続のために面積が広い端部129を含み、第1制御電極124aは、ゲート線121から上に突出して形成されている。ゲート信号を生成するゲート駆動回路(図示せず)が基板110上に集積されている場合、ゲート線121がのびて、ゲート駆動回路と直接連結される。
ゲート導電体121、124bは、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金などのアルミニウム系金属、銀(Ag)や銀合金などの銀系金属、銅(Cu)や銅合金などの銅系金属、モリブデン(Mo)やモリブデン合金などのモリブデン系金属、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、及びチタニウム(Ti)などからなることができる。しかし、これらは、物理的性質が異なる2つの導電膜(図示せず)を含む多重膜構造からなることもできる。
ゲート導電体121、124b上には、窒化ケイ素または酸化ケイ素などからなるゲート絶縁膜(gate insulating layer)140が形成されている。
ゲート絶縁膜140上には、水素化非晶質シリコン(hydrogenated amorphous silicon)(非晶質シリコンは略してa−Siとする)または多結晶シリコン(polysilicon)などからなる複数の第1半導体154a及び第2半導体154bが形成されている。第1半導体154a及び第2半導体154bは島型で、各々第1制御電極124a及び第2半導体154b上に位置する。
データ線171は、データ信号を伝達し、主に縦方向にのびてゲート線121と交差している。各データ線171は、第1制御電極124aに向かって突出するように形成されている複数の第1入力電極(input electrode)173a、及び他の層または外部駆動回路との接続のために面積が広い端部179を含む。データ信号を生成するデータ駆動回路(図示せず)が基板110上に集積されている場合、データ線171がのびて、データ駆動回路と直接連結される。
第1及び第2出力電極175a、175bは、互いに分離されていて、データ線171及び駆動電圧線172とも分離されている。第1入力電極173a及び第1出力電極175aは、第1制御電極124aを中心に互いに対向し、第2入力電極173b及び第2出力電極175bは、第2制御電極124bを中心に互いに対向する。
ゲート導電体121、124bと同様に、データ導電体171、172、175a、175bの側面も基板110の面に対して傾いていて、その傾斜角は30゜乃至80゜程度であるのが好ましい。
保護膜180には、データ線171の端部179及び第1及び第2出力電極175a、175bを各々露出する複数の接触孔(contact hole)182、185a、185bが形成されており、保護膜180及びゲート絶縁膜140には、ゲート線121の端部129及び第2制御電極124bを各々露出する複数の接触孔181、184が形成されている。
連結部材85は、接触孔184、185aを通じて第2制御電極124b及び第1出力電極175aに連結されている。
接触補助部材81、82は、各々接触孔181、182を通じてゲート線121の端部129及びデータ線171の端部179に連結されている。接触補助部材81、82は、ゲート線121及びデータ線171の端部129、179と外部装置との接続性を補完して、これらを保護する。
有機発光部材370は、発光層372、及び発光層の発光効率を高めるための複数の付帯層371、373を含む。
付帯層371は正孔輸送層または正孔注入層であり、付帯層373は電子輸送層及び電子注入層でありうる。
共通電極270上には、密封層(encapsulation layer)(図示せず)が形成される。密封層は、有機発光部材370及び共通電極270を密封(encapsulation)して、外部から水分及び/または酸素が浸透するのを防止する。
33、44 上部電極
31、32、41、370 発光部材
110 基板
41a、372 発光層
81、82 接触補助部材
85 連結部材
121、129 ゲート線
124a 第1制御電極
124b 第2制御電極
127 維持電極
140 ゲート絶縁膜
154a、154b 半導体
171、179 データ線
172 駆動電圧線
173a 第1入力電極
173b 第2入力電極
175a 第1出力電極
175b 第2出力電極
180 保護膜
191 画素電極
181、182、184、185a、185b 接触孔
270 共通電極
361 隔壁
371、373 付帯層
Qs スイッチングトランジスタ
Qd 駆動トランジスタ
LD 有機発光ダイオード
Vss 共通電圧
Cst ストレージキャパシタ
Claims (4)
- 基板上に形成されている第1電極、
前記第1電極と対向する第2電極、
前記第1電極及び前記第2電極の間に位置して、可視光線領域の光を放出し、有機物質を含む発光層を有する第1発光部材、そして
前記第1発光部材と接触して、600乃至2500nmの波長領域の光を放出する第2発光部材を含み、
前記第1発光部材及び前記第2発光部材は水平方向に配置されており、
前記第2発光部材は、
前記第1電極上に位置して、P型半導体物質からなる第1補助層と、
前記第1補助層上に位置するP型元素を含む層とN型元素を含む層が交互に積層されている化合物半導体と、
前記化合物半導体上に位置して、N型半導体物質からなる第2補助層とを含む、有機発光表示装置。 - 前記第1発光部材は、隣接する前記第2発光部材の間に位置する請求項1に記載の有機発光表示装置。
- 前記化合物半導体は、InN、GaAs、GaInAs、InP、GaSb、(AlxGa1−x)0.5In0.5P、(AlxGa1−x)yIn1−yP、AlxIn1−xP、GaxIn1−xPから選択される少なくとも1つを含む請求項1に記載の有機発光表示装置。
- 前記第1補助層は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、及びタリウム(Tl)から選択される少なくとも1つを含み、
前記第2補助層は、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、及びビスマス(Bi)から選択される少なくとも1つを含む請求項1に記載の有機発光表示装置。
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