JP5687883B2 - 有機発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、有機発光装置に関するものである。
最近、表示装置または照明装置として有機発光装置(organic light emitting diode device、OLED device)が注目されている。
有機発光装置は、二つの電極及びその間に位置する発光層を含み、一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)が発光層で結合して励起子(exciton)を形成し、その励起子がエネルギーを放出しながら発光する。
有機発光装置が表示装置として使用される場合、自発光型で、別途の光源が不要であるため、消費電力の側面で有利であるだけでなく、応答速度、視野角、及びコントラスト比(contrast ratio)も優れている。
一方、有機発光装置は、各画素に赤色副画素、青色副画素、及び緑色副画素などの複数の副画素を含み、これら副画素を組み合わせてフルカラー(full color)を表現することができる。
この時、赤色副画素、青色副画素、及び緑色副画素は、各々赤色発光層、青色発光層、及び緑色発光層を含むことによって色を表示することができる。このような発光層は、微細シャドーマスク(fine shadow mask)を使用して各副画素別に蒸着することができる。しかし、表示装置が大面積化されるのに伴って、微細シャドーマスクを使用して各副画素に発光層を蒸着するには限界がある。
従って、オープンマスク(open mask)を使用して表示装置全体に赤色発光層、青色発光層、及び緑色発光層を順次に積層して、白色発光し、発光された光が通過する位置にカラーフィルターを設置して、各副画素別に赤色、緑色、及び青色を表示する技術が提案された(例えば、特許文献1参照)。
大韓民国特許出願公開第10−2008−0066470号明細書
しかしながら、このような白色発光の場合、各発光層の特性によって色特性及び効率が異なることがあり、安定性が低下する恐れがある。
そこで、本発明の目的(一側面)は、色特性及び効率を改善して、安定した白色を表示することができる有機発光装置を提供することにある。
本発明の1実施形態による有機発光装置は、第1電極、前記第1電極と対向する第2電極、及び前記第1電極と前記第2電極との間に位置する発光部材を含み、前記発光部材は、少なくとも二つの青色発光ユニット及び少なくとも一つのオレンジ色発光ユニットを含む。
前記発光部材は、前記複数の青色発光ユニットの間、及び前記各青色発光ユニットとオレンジ色発光ユニットとの間に各々位置する電荷生成層を含むことができる。
前記オレンジ色発光ユニットは、約550乃至650nmの波長領域のオレンジ色光を発光する発光層を含むことができる。
前記オレンジ色発光ユニットは、赤色発光層及び緑色発光層が積層された構造からなってもよい。
前記赤色発光層は、正孔輸送特性を有する化合物を含むことができる。
前記赤色発光層は、トリフェニルアミン誘導体を含むことができる。
前記緑色発光層は、電子輸送特性を有する化合物を含むことができる。
前記緑色発光層は、トリアジン基及びオキサジアゾール基のうちの少なくとも一つを含むカルバゾール誘導体、スピロフルオレン誘導体、またはこれらの組み合わせを含むことができる。
前記オレンジ色発光ユニットは、ホスト物質に赤色発光物質及び緑色発光物質が共にドーピングされた発光層を含むことができる。
前記ホスト物質は、三重項エネルギーが前記緑色発光物質の三重項エネルギーより大きい物質を使用することができる。
前記赤色発光物質及び緑色発光物質は、燐光ドーパントであってもよい。
前記青色発光ユニットは、蛍光物質を含む発光層を含み、前記オレンジ色発光ユニットは、燐光物質を含む発光層を含むことができる。
前記青色発光ユニット及び前記オレンジ色発光ユニットのうちの少なくとも一つは、補助層を含むことができる。
前記発光部材は、前記青色発光ユニットから発光される光及び前記オレンジ色発光ユニットから発光される光を組み合わせて白色発光することができる。
前記有機発光装置は、互いに異なる色を表示する第1副画素、第2副画素、及び第3副画素、そして白色副画素を含むことができ、前記発光部材は、前記第1副画素、前記第2副画素、前記第3副画素、及び前記白色副画素に共通的に形成されていて、前記第1副画素、前記第2副画素、及び前記第3副画素は、前記発光部材の下部または上部に位置する赤色フィルター、緑色フィルター、及び青色フィルターを各々含むことができる。
本発明の第2実施形態による有機発光装置は、第1電極、前記第1電極上に形成されている第1青色発光層、前記第1青色発光層上に形成されている第1電荷生成層、前記第1電荷生成層上に形成されている第2青色発光層、前記第2青色発光層上に形成されている第2電荷生成層、前記第2電荷生成層上に形成されているオレンジ色発光層、及び前記オレンジ色発光層上に形成されている第2電極を含む。
前記第1青色発光層及び前記第2青色発光層は、蛍光物質を含むことができる。
前記オレンジ色発光層は、燐光物質を含むことができる。
前記オレンジ色発光層は、約550乃至650nmの波長領域のオレンジ色光を発光する発光層を含むことができる。
前記オレンジ色発光層は、赤色発光層及び緑色発光層が積層されていてもよい。
前記オレンジ色発光層は、ホスト物質に赤色発光物質及び緑色発光物質が共にドーピングされていてもよい。
前記ホスト物質は、三重項エネルギーが前記緑色発光物質の三重項エネルギーより大きい物質を使用することができる。
前記有機発光装置は、前記第1電極と前記第1青色発光層との間、前記第1青色発光層と前記第1電荷生成層との間、前記第1電荷生成層と前記第2青色発光層との間、前記第2青色発光層と前記第2電荷生成層との間、前記第2電荷生成層と前記オレンジ色発光層との間、前記オレンジ色発光層と前記第2電極との間のうちの少なくとも一つに形成されている補助層をさらに含むことができる。
本発明による有機発光装置は、色特性及び効率が改善されて、安定した白色を表示することができる。
本発明の1実施形態による有機発光装置を概略的に示した断面図である。 本発明の1実施形態による有機発光装置における複数の画素の配置を例示した平面図である。 本発明の1実施形態による有機発光装置の構造を示した断面図である。 本発明の実施形態による有機発光装置の波長による光の強さを示したグラフである。 本発明の実施形態による有機発光装置の寿命特性を示したグラフである。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様な形態に具現され、ここで説明する実施形態に限られない。
図面では、多数の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。明細書全体にわたって類似する部分については同一な図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分がある部分の「上」にあるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時、これはその中間に他の部分がないことを意味する。
以下、本発明の1実施形態による有機発光装置について図1を参照して説明する。
図1は本発明の1実施形態による有機発光装置を概略的に示した断面図である。
図1を参照すると、本発明の実施形態による有機発光装置は、互いに対向する下部電極100及び上部電極200、前記下部電極100と上部電極200との間に位置する有機発光部材300を含む。
下部電極100及び上部電極200のうちの一つはカソード(cathode)であり、他の一つはアノード(anode)である。例えば、下部電極100がアノード(anode)であり、上部電極200がカソード(cathode)である。
下部電極100及び上部電極200のうちの少なくとも一つは透明電極であり、下部電極100が透明電極である場合には、下部側に光を発光する背面発光(bottom emission)であり、上部電極200が透明電極である場合には、上部側に光を発光する前面発光(top emission)である。また、下部電極100及び上部電極200が全て透明電極である場合には、下部及び上部に光を発光する両面発光である。透明電極は、ITO、IZO、またはこれらの組み合わせからなり、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、またはこれらの組み合わせを薄い厚さに形成してもよい。
下部電極100または上部電極200が不透明電極である場合には、アルミニウム(Al)、銀(Ag)などの不透明金属で形成される。
有機発光部材300は、互いに異なる色を表示する複数の発光ユニットを含み、各発光ユニットから発光される光を組み合わせて白色発光することができる。
有機発光部材300は、第1青色発光ユニット20、第2青色発光ユニット30、及びオレンジ色発光ユニット40を含み、第1青色発光ユニット20と第2青色発光ユニット30との間、及び第2青色発光ユニット30とオレンジ色発光ユニット40との間には各々電荷生成層50a、50bが形成されている。しかし、これに限定されず、三つ以上の青色発光ユニット及び/または二つ以上のオレンジ色発光ユニットを含んでもよく、この場合、各発光ユニットの間には電荷生成層が形成される。
第1青色発光ユニット20は、青色波長領域の光を発光する青色発光層22、及び前記青色発光層22の下部及び上部に位置する補助層21、23を含む。例えば、下部電極100がアノードである場合には、補助層21は正孔注入層及び正孔伝達層から選択された少なくとも一つであり、補助層23は電子注入層及び電子伝達層から選択された少なくとも一つである。しかし、補助層21、23のうちの少なくとも一つは省略されてもよい。
第2青色発光ユニット30は、青色波長領域の光を発光する青色発光層32、及び前記青色発光層32の下部及び上部に位置する補助層31、33を含む。例えば、下部電極100がアノードである場合には、補助層31は正孔注入層及び正孔伝達層から選択された少なくとも一つであり、補助層33は電子注入層及び電子伝達層から選択された少なくとも一つである。しかし、補助層31、33のうちの少なくとも一つは省略されてもよい。
オレンジ色発光ユニット40は、オレンジ色波長領域の光を発光するオレンジ色発光層42、及び前記発光層42の下部及び上部に位置する補助層41、43を含む。例えば、下部電極100がアノードである場合には、補助層41は正孔注入層及び正孔伝達層から選択された少なくとも一つであり、補助層43は電子注入層及び電子伝達層から選択された少なくとも一つである。しかし、補助層41、43のうちの少なくとも一つは省略されてもよい。なお、補助層41、43として選択可能な正孔注入層、正孔伝達層、電子注入層及び電子伝達層の各形成材料としては、特に制限されるものではなく、従来公知の正孔注入層用の形成材料、正孔伝達層用の形成材料、電子注入層用の形成材料、及び電子伝達層用の形成材料の中から適宜選択して利用することができる。
オレンジ色発光層42は、一つの色を発光する単一層、または各々異なる色を発光する二つ以上の層が積層された複数層である。
オレンジ色発光層42が単一層である場合、オレンジ色発光層42は、約550乃至650nmの波長領域のオレンジ色光を発光する発光物質で形成される。約550乃至650nmの波長領域のオレンジ色光を発光する発光物質の例としては、特に制限されるものではなく、従来公知の約550乃至650nmの波長領域のオレンジ色光を発光する発光物質の中から適宜選択して利用することができる。
または、オレンジ色発光層42は、ホスト物質を含む一つの層に赤色発光物質及び緑色発光物質が共にドーピングされる。この場合、ホスト物質は、緑色発光層のホストに使用される物質を使用することができ、三重項エネルギーが緑色ドーパント(前記オレンジ色発光層42にドーピングされる緑色発光物質)の三重項エネルギーより大きい物質を使用することができる。ドーパント(前記オレンジ色発光層42にドーピングされる赤色発光物質及び緑色発光物質)は、燐光物質(燐光ドーパント)であってもよい。
オレンジ色発光層42が複数層である場合、オレンジ色発光層42は、赤色波長領域の光を発光する赤色発光層、及び緑色波長領域の光を発光する緑色発光層が積層された構造からなる。この場合、赤色発光層は正孔輸送特性を有し、正孔輸送特性を有する化合物を含む。緑色発光層は電子輸送特性を有し、電子輸送特性を有する化合物を含む。赤色発光層のホスト(正孔輸送特性を有する化合物)の例としては、トリフェニルアミン誘導体が挙げられ、緑色発光層のホスト(電子輸送特性を有する化合物)の例としては、トリアジン基及びオキサジアゾール基のうちの少なくとも一つを含むカルバゾール誘導体、スピロフルオレン誘導体、またはこれらの組み合わせが挙げられる。赤色発光層のドーパントとしては、赤色発光物質が挙げられ、該赤色発光物質としては燐光物質であってもよく、緑色発光層のドーパントとしては、緑色発光物質が挙げられ、該緑色発光物質としては燐光物質であってもよい。
青色発光層22、32は、蛍光物質を含むことができ、オレンジ色発光層42は、燐光物質を含むことができる。
電荷生成層50a、50bは、電子−正孔の対を生成することができる層であり、ここで生成された正孔は一方の側の発光ユニットに伝達され、電子は他方の側の発光ユニットに伝達される。例えば、下部電極100がアノードであり、上部電極200がカソードである場合、電荷生成層50aから生成された電子は第1青色発光ユニット20に移動し、正孔は第2青色発光ユニット30に移動することができる。また、電子生成層50bから生成された電子は第2青色発光ユニット30に移動し、正孔はオレンジ色発光ユニット40に移動することもできる。
このように各発光ユニットの間に電荷生成層50a、50bが形成されることによって、電流効率を向上させて、素子寿命を改善することができる。
前述のように、本発明の実施形態による有機発光装置は、互いに異なる色を表示する発光層を組み合わせて白色発光する。この時、少なくとも二つの青色発光ユニット及び少なくとも一つのオレンジ色発光ユニットを組み合わせて白色発光する。
ここで、青色発光ユニットを成す青色発光層は、蛍光物質を含むことができる。一般に、100%に近い内部陽子効率を達成するためには、燐光物質を使用することができるが、青色発光の燐光物質は寿命が短くて、素子に適用する場合に有機発光装置の寿命を短かくする。従って、本発明の実施形態では青色発光層として蛍光物質を使用するが、このような青色発光層を複数積層することによって、燐光を使用する他の発光物質と効率を合わせて、安定した白色を表示することができる。
このような安定した白色は、カラーフィルターを通過することによって、色純度及び効率が高い色に表示される。
前述した有機発光装置は、複数の画素を含むことができ、各画素は、複数の副画素を含むことができる。これについて、図2及び図3を参照して説明する。
図2は本発明の1実施形態による有機発光装置における複数の画素の配置を例示した平面図であり、図3は本発明の1実施形態による有機発光装置の構造を示した断面図である。
まず、図2を参照すると、本発明の1実施形態による有機発光装置は、赤色を表示する赤色副画素(R)、緑色を表示する緑色副画素(G)、青色を表示する青色副画素(B)、及び色を表示しない白色副画素(W)が交互に配置されている。
赤色副画素(R)、緑色副画素(G)、及び青色副画素(B)は、フルカラー(full color)を表現するための基本画素である。白色副画素(W)は、光透過度を高めて、素子の輝度を高めることができる。
赤色副画素(R)、緑色副画素(G)、青色副画素(B)、及び白色副画素(W)を含む四つの副画素は一つの画素を成し、このような画素は、行及び/または列に沿って繰り返し配置される。しかし、画素の配置は多様に変更することができる。
図3を参照して、赤色副画素(R)、緑色副画素(G)、青色副画素(B)、及び白色副画素(W)を含む有機発光装置の構造を説明する。
絶縁基板110上に複数の薄膜トランジスターアレイ(thin film transistor array)が配列されている。薄膜トランジスターアレイは、各副画素に配置されているスイッチング薄膜トランジスター(Qs)及び駆動薄膜トランジスター(Qd)を含み、これらは電気的に連結されている。図3では各副画素にスイッチング薄膜トランジスター(Qs)及び駆動薄膜トランジスター(Qd)が一つずつだけ含まれることを示したが、これに限定されず、各副画素に複数含まれてもよい。
薄膜トランジスターアレイ上には下部絶縁膜112が形成されている。下部絶縁膜112にはスイッチング薄膜トランジスター(Qs)及び駆動薄膜トランジスター(Qd)の一部を露出する複数の接触孔(図示せず)が形成されている。
下部絶縁膜112上には、赤色副画素(R)に赤色フィルター230R、緑色副画素(G)に緑色フィルター230G、青色副画素(B)に青色フィルター230Bが各々形成されている。カラーフィルター230R、230G、230Bは、カラーフィルターオンアレイ(color filter on array、CoA)方式で配置される。
白色副画素(W)には、カラーフィルターの代わりに、他の副画素のカラーフィルターと段差を合わせるための透明絶縁膜235が形成されている。しかし、透明絶縁膜235は省略されてもよい。
赤色フィルター230R、緑色フィルター230G、青色フィルター230B、及び透明絶縁膜235の間には遮光部材220が形成されている。遮光部材220は、各画素の間で光漏れを防止することができる。
赤色フィルター230R、緑色フィルター230G、青色フィルター230B、透明絶縁膜235、及び遮光部材220上には上部絶縁膜114が形成されている。上部絶縁膜114には複数の接触孔(図示せず)が形成されている。
上部絶縁膜114上には画素電極100R、100G、100B、100Wが形成されている。画素電極100R、100G、100B、100Wは、接触孔(図示せず)を通して駆動薄膜トランジスター(Qd)と電気的に連結されていて、例えばアノード(anode)の役割を果たすことができる。
各画素電極100R、100G、100B、100W上には各副画素を定義するための複数の絶縁部材361が形成されていて、画素電極100R、100G、100B、100W及び絶縁部材361上には有機発光部材300が形成されている。
有機発光部材300は、図1に示したように、第1青色発光ユニット20、第2青色発光ユニット30、及びオレンジ色発光ユニット40を含み、第1青色発光ユニット20と第2青色発光ユニット30との間、及び第2青色発光ユニット30とオレンジ色発光ユニット40との間には各々電荷生成層50a、50bが形成されている。しかし、これに限定されず、三つ以上の青色発光ユニット及び/または二つ以上のオレンジ色発光ユニットを含むこともでき、この場合、各発光ユニットの間には電荷生成層が形成される。
有機発光部材300は、少なくとも二つの青色発光ユニット及びオレンジ色発光ユニットから発光される光を組み合わせて白色発光することができる。
有機発光部材300上には共通電極200が形成されている。共通電極200は基板全面に形成されていて、例えばカソード(cathode)であってもよい。共通電極200は、画素電極100R、100G、100B、100Wと対を成して、有機発光部材300に電流を流す。
ここで、前述した本発明の実施形態による有機発光装置の色特性及び効率について、図4及び表1を図1乃至図3と共に参照して説明する。
図4は本発明の1実施形態による有機発光装置の波長による発光強度を示したグラフである。
本実施形態による有機発光装置は、発光層300で白色発光した光が赤色フィルター230R、緑色フィルター230G、及び青色フィルター230Bを各々通過して、図4に示された赤色ピーク(R)、緑色ピーク(G)、及び青色ピーク(B)を示す。
図4のように、赤色ピーク(R)、緑色ピーク(G)、及び青色ピーク(B)は、各当該波長領域において全て色特性が優れていることが分かる。また、カラーフィルターを通過しない白色発光された光の白色ピーク(W)も、輝度が高く、安定した白色を表示することが分かる。
これに関する色座標及び輝度は表1に示した。
図4及び表1に示されたように、本発明の実施形態による有機発光装置は、色特性が優れていて、輝度及び効率が高いことが分かる。特に、白色光(W)がカラーフィルターを通過した後に高色純度の色を表示することが分かる。
次に、図5を参照して寿命特性を確認する。
図5は本発明の実施形態による有機発光装置の寿命特性を示したグラフである。
図5を参照すると、初期に約5000nitの輝度を有する有機発光表示装置において、輝度が半分に減少する時間が約4400時間と測定された。これを加速因子1.5を適用して実際の使用条件に換算すると、1000nitの条件で約6万時間の寿命を確保することができて、寿命が長いことが分かる。
以上で、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
20、30 青色発光ユニット、
21、23、31、33、41、43 補助層、
22、32 青色発光層、
40 オレンジ色発光ユニット、
42 オレンジ色発光層、
50a、50b 電荷生成層、
100、200 電極、
100R、100G、100B、100W 画素電極(アノード)、
110 絶縁基板、
112 下部絶縁膜、
114 上部絶縁膜、
200 共通電極(カソード)、
220 遮光部材、
230R 赤色フィルター、
230G 緑色フィルター、
230B 青色フィルター、
235 透明絶縁膜、
300 有機発光部材、
361 絶縁部材、
R 赤色副画素(図2、3)または赤色ピーク(図4)、
G 緑色副画素(図2、3)または緑色ピーク(図4)、
B 青色副画素(図2、3)または青色ピーク(図4)、
W 白色副画素(図2、3)または白色ピーク(図4)、
Qs スイッチング薄膜トランジスター、
Qd 駆動薄膜トランジスター。

Claims (15)

  1. 第1電極、
    前記第1電極上に形成されている第1青色発光層、
    前記第1青色発光層上に形成されている第1電荷生成層、
    前記第1電荷生成層上に形成されている第2青色発光層、
    前記第2青色発光層上に形成されている第2電荷生成層、
    前記第2電荷生成層上に形成されているオレンジ色発光層、及び
    前記オレンジ色発光層上に形成されている第2電極を含み、
    前記オレンジ色発光層は赤色発光層及び緑色発光層が積層されていることを特徴とする、有機発光装置。
  2. 前記第1青色発光層及び前記第2青色発光層は、蛍光物質を含むことを特徴とする、請求項に記載の有機発光装置。
  3. 前記オレンジ色発光層は、燐光物質を含むことを特徴とする、請求項またはに記載の有機発光装置。
  4. 前記オレンジ色発光層は、550乃至650nmの波長領域のオレンジ色光を発光する発光層を含むことを特徴とする、請求項のいずれかに記載の有機発光装置。
  5. 前記赤色発光層は、正孔輸送特性を有する化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の有機発光装置。
  6. 前記赤色発光層は、トリフェニルアミン誘導体を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の有機発光装置。
  7. 前記緑色発光層は、電子輸送特性を有する化合物を含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の有機発光装置。
  8. 前記緑色発光層は、トリアジン基及びオキサジアゾール基のうちの少なくとも一つを含むカルバゾール誘導体、スピロフルオレン誘導体、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の有機発光装置。
  9. 前記第1電極と前記第1青色発光層との間、前記第1青色発光層と前記第1電荷生成層との間、前記第1電荷生成層と前記第2青色発光層との間、前記第2青色発光層と前記第2電荷生成層との間、前記第2電荷生成層と前記オレンジ色発光層との間、前記オレンジ色発光層と前記第2電極との間のうちの少なくとも一つに形成されている補助層をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の有機発光装置。
  10. 第1電極、
    前記第1電極上に形成されている第1青色発光層、
    前記第1青色発光層上に形成されている第1電荷生成層、
    前記第1電荷生成層上に形成されている第2青色発光層、
    前記第2青色発光層上に形成されている第2電荷生成層、
    前記第2電荷生成層上に形成されているオレンジ色発光層、及び
    前記オレンジ色発光層上に形成されている第2電極を含み、
    前記オレンジ色発光層は、ホスト物質に赤色発光物質及び緑色発光物質が共にドーピングされていることを特徴とする、有機発光装置。
  11. 前記第1青色発光層及び前記第2青色発光層は、蛍光物質を含むことを特徴とする、請求項10に記載の有機発光装置。
  12. 前記オレンジ色発光層は、燐光物質を含むことを特徴とする、請求項10または11に記載の有機発光装置。
  13. 前記オレンジ色発光層は、550乃至650nmの波長領域のオレンジ色光を発光する発光層を含むことを特徴とする、請求項10〜12のいずれかに記載の有機発光装置。
  14. 前記ホスト物質は、三重項エネルギーが前記緑色発光物質の三重項エネルギーより大きいことを特徴とする、請求項10〜13のいずれかに記載の有機発光装置。
  15. 前記第1電極と前記第1青色発光層との間、前記第1青色発光層と前記第1電荷生成層との間、前記第1電荷生成層と前記第2青色発光層との間、前記第2青色発光層と前記第2電荷生成層との間、前記第2電荷生成層と前記オレンジ色発光層との間、前記オレンジ色発光層と前記第2電極との間のうちの少なくとも一つに形成されている補助層をさらに含むことを特徴とする、請求項1014のいずれかに記載の有機発光装置。
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