KR101261602B1

KR101261602B1 - 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101261602B1
Application number: KR1020060064377A
Authority: KR
Inventors: 김태환; 추동철; 김창욱
Original assignee: 한양대학교 산학협력단; 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2013-05-06
Also published as: US20080007170A1; KR20080005704A; US7897270B2

Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 형성되어 있으며 제1 HOMO 에너지 준위 및 제1 LUMO 에너지 준위를 가지는 제1 물질을 포함하는 정공 전달층, 상기 정공 전달층 위에 형성되어 있으며 제2 HOMO 에너지 준위 및 제2 LUMO 에너지 준위를 가지는 제2 물질을 포함하는 정공 저지층, 상기 정공 저지층 위에 형성되어 있으며 제3 HOMO 에너지 준위 및 제3 LUMO 에너지 준위를 가지는 제3 물질을 포함하는 발광층 및 상기 발광층 위에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 HOMO 에너지 준위 및 상기 제3 HOMO 에너지 준위보다 높은 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.

유기 발광 표시 장치, 정공 전달층, 에너지 밴드 갭, 발광 효율

Description

유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수동형 유기 발광 표시 장치(passive OLED display)의 평면도이고,

도 2는 도 1의 유기 발광 표시 장치를 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에서 각 층의 에너지 레벨을 보여주는 개략도이고,

도 4는 전술한 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 전류 밀도 및 휘도의 특성을 보여주는 그래프이고,

도 5는 전술한 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 전류 밀도 대비 발광 효율을 보여주는 그래프이고,

도 6 및 도 7은 전술한 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 색 특성을 보여주는 그래프이고,

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 등가 회로도이고,

도 9는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 배치도이 고,

도 10은 도 9의 유기 발광 표시 장치를 X-X 선을 따라 자른 단면도이고,

도 11은 도 10의 유기 발광 표시 장치에서 'A'부분을 확대하여 표시한 확대도이다.

<도면 부호의 설명>

10, 110: 기판 20: 애노드

30, 371: 정공 전달층 40, 372: 정공 저지층

50, 373: 발광층 60, 374: 전자 전달층

70: 캐소드 81, 82: 접촉 보조 부재

85: 연결 부재 370: 발광 부재

110: 절연 기판 121: 게이트선

124a: 제1 제어 전극 124b: 제2 제어 전극

127: 유지 전극 129: 게이트선의 끝 부분

140: 게이트 절연막 151: 선형 반도체

154a: 반도체 돌출부 154b: 제2 반도체

171: 데이터선 172: 구동 전압선

173a: 제1 입력 전극 173b: 제2 입력 전극

175a: 제1 출력 전극 175b: 제2 출력 전극

179: 데이터선의 끝 부분 191: 화소 전극

181, 182, 184, 185a, 185b: 접촉 구멍

270: 공통 전극 361: 격벽

Qs: 스위칭 트랜지스터 Qd: 구동 트랜지스터

LD: 유기 발광 다이어드 Vss: 공통 전압

Cst: 유지 축전기

본 발명은 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 모니터 또는 텔레비전 등의 경량화 및 박형화가 요구되고 있으며, 이러한 요구에 따라 음극선관(cathode ray tube, CRT)이 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)로 대체되고 있다.

그러나, 액정 표시 장치는 수발광 소자로서 별도의 백라이트(backlight)가 필요할 뿐만 아니라, 응답 속도 및 시야각 등에서 한계가 있다.

최근 이를 극복할 수 있는 표시 장치로서, 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display)가 주목받고 있다.

유기 발광 표시 장치는 하나의 전극으로부터 주입된 전자(electron)와 다른 전극으로부터 주입된 정공(hole)이 두 전극 사이에 위치하는 발광층에서 결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 엑시톤이 에너지를 방출하면서 발광한다.

유기 발광 표시 장치는 자체 발광형으로 별도의 광원이 필요 없으므로 소비 전력이 낮다.

이러한 소비 전력을 더욱 낮추기 위해서는 유기 발광 표시 장치의 발광 효율을 높여야 한다. 발광 효율은 발광층에서 생성된 엑시톤의 개수에 비례하므로, 발광층에 도달하는 전자와 정공을 균형있게 전달해줄 필요가 있다.

그러나 일반적으로 정공의 이동도(mobility)가 전자보다 빠르기 때문에 정공의 이동도를 제어할 필요가 있다. 이를 위하여 발광층과 캐소드 사이에 정공 저지층(hole blocking layer)을 삽입할 수 있으나, 이 경우 정공의 이동도 뿐만 아니라 전자의 이동도도 함께 낮아져서 동작 전압에 대한 전류 밀도 및 그에 따른 색 안정성이 떨어질 수 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이를 해결하기 위한 것으로서 발광 효율을 높이면서도 안정된 전류 특성 및 색 안정성을 얻는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 형성되어 있으며 제1 HOMO 에너지 준위 및 제1 LUMO 에너지 준위를 가지는 제1 물질을 포함하는 정공 전달층, 상기 정공 전달층 위에 형성되어 있으며 제2 HOMO 에너지 준위 및 제2 LUMO 에너지 준위를 가지는 제2 물질을 포함하는 정공 저지층, 상기 정공 저지층 위에 형성되어 있으며 제3 HOMO 에너지 준위 및 제3 LUMO 에너지 준위를 가지는 제3 물질을 포함하는 발광층, 그리고 상기 발광층 위에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 HOMO 에너지 준위 및 상기 제3 HOMO 에너지 준위보다 높다.

상기 제2 LUMO 에너지 준위는 상기 제1 LUMO 에너지 준위 및 제3 LUMO 에너지 준위보다 높을 수 있다.

상기 제2 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 HOMO 에너지 준위보다 20 내지 26% 높을 수 있다.

상기 제2 LUMO 에너지 준위는 상기 제1 LUMO 에너지 준위보다 16 내지 24% 높을 수 있다.

상기 제1 물질은 NPB(N,N'-bis-(1-naphtyl)-N,N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine), PPD(p-phenylenediamine), 프탈로시아닌(phthalocyanine), CuPc, m-MTDATA, TPTE, 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리티오펜(polythiophene)에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 물질은 BCP, CBP, BAlq에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 제3 물질은 Alq3, 안트라센(anthracene), 디스트릴(distryl) 화합물, 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리티오펜(polythiophene) 유도체에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제1 물질은 NPB, 제2 물질은 BCP, 제3 물질은 Alq3일 수 있다.

상기 정공 저지층은 두께가 0.5 내지 5nm일 수 있다.

상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 형성되어 있는 전자 주입층을 더 포함 할 수 있다.

상기 기판과 상기 제1 전극 사이에는 서로 교차하는 제1 및 제2 신호선, 상기 제1 및 제2 신호선과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 그리고 상기 제1 박막 트랜지스터 및 상기 제1 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에 대하여 도 1 및 도 2를 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수동형 유기 발광 표시 장치(passive matrix OLED display)의 평면도이고, 도 2는 도 1의 유기 발광 표시 장치를 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(10) 위에 복수의 애노드(anode)(20)와 복수의 캐소드(cathode)(70)가 교차하게 형성되어 있다.

애노드(20)는 소정 간격을 두고 형성되어 있으며 절연 기판(110)의 한 방향을 따라 뻗어 있다. 애노드(20)는 정공(hole)이 주입되는 전극으로, 일 함수(work function)가 높고 발광된 빛이 외부로 나올 수 있는 투명 도전 물질로 만들어지며, 예컨대 ITO 또는 IZO 따위일 수 있다.

캐소드(70) 또한 소정 간격을 두고 형성되어 있으며 절연 기판(110)의 다른 방향을 따라 뻗어 있어 애노드(20)와 교차한다. 캐소드(70)는 전자(electron)가 주입되는 전극으로, 일 함수가 낮고 유기 물질에 영향을 미치지 않는 도전 물질로 만들어지며, 예컨대 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba) 등에서 선택될 수 있다.

애노드(20)와 캐소드(70) 사이에는 유기 발광 부재(organic light emitting member)가 형성되어 있다.

유기 발광 부재는 발광층(emitting layer)(50) 및 발광층(50)의 발광 효율을 높이기 위한 복수의 부대층(auxiliary layer)을 포함한다.

발광층(50)은 적색, 녹색, 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 어느 하나의 빛을 고유하게 내는 유기 물질 또는 유기 물질과 무기 물질의 혼합물로 만들어지며, 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)[aluminium tris(8-hydroxyquinoline), Alq3], 안트라센(anthracene), 디스트릴(distryl) 화합물, 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴 리플루오렌(polyfluorene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리티오펜(polythiophene) 유도체 또는 이들의 고분자 재료에 페릴렌(perylene)계 색소, 쿠마린(cumarine)계 색소, 로더민계 색소, 루브렌(rubrene), 페릴렌(perylene), 9,10-디페닐안트라센(9,10-diphenylanthracene), 테트라페닐부타디엔(tetraphenylbutadiene), 나일 레드(Nile red), 쿠마린(coumarin), 퀴나크리돈(quinacridone) 등을 도핑한 화합물이 포함될 수 있다. 유기 발광 표시 장치는 발광층에서 내는 기본색 색광의 공간적인 합으로 원하는 영상을 표시한다.

부대층은 전자와 정공의 균형을 맞추기 위한 정공 전달층(hole transport layer)(30), 전자 전달층(electron transport layer)(60) 및 정공 저지층(hole blocking layer)(40)을 포함한다.

정공 전달층(30)은 애노드(20)와 발광층(50) 사이에 위치하며, 정공이 애노드(20)에서 발광층(50)으로 용이하게 전달되도록 한다. 정공 전달층(30)은 애노드(20)와 발광층(50) 사이의 일 함수(work function)를 가지는 물질로 만들어지며, 예컨대, NPB(N,N'-bis-(1-naphtyl)-N,N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine), PPD(p-phenylenediamine), 프탈로시아닌(phthalocyanine), CuPc, m-MTDATA, 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리티오펜(polythiophene)에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.

전자 전달층(60)은 발광층(50)과 캐소드(70) 사이에 위치하며, 전자가 캐소드(70)에서 발광층(50)으로 용이하게 전달되도록 한다. 전자 전달층(60)은 캐소 드(70)와 발광층(50) 사이의 일 함수를 가지는 물질로 만들어지며, 예컨대 LiF(litium fluoride), Liq(lithium quinolate), 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole) 및 트리아진(triazine) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

정공 저지층(40)은 발광층(50)과 정공 전달층(30) 사이에 위치하며, 정공 전달층(30)으로부터 발광층(50)으로 전달되는 정공의 이동도를 적절하게 제어할 수 있다.

이에 대하여 도 3을 도 1 및 도 2와 함께 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에서 각 층의 에너지 준위를 보여주는 개략도이다.

도 3에서, 가로 방향은 왼쪽에서 오른쪽으로 차례로 애노드(20)의 에너지 준위(2), 정공 전달층(30)의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위(3H) 및 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위(3L), 정공 저지층(40)의 HOMO 에너지 준위(4H) 및 LUMO 에너지 준위(4L), 발광층(50)의 HOMO 에너지 준위(5H) 및 LUMO 에너지 준위(5L), 전자 전달층(60)의 HOMO 에너지 준위(6H) 및 LUMO 에너지 준위(6L), 캐소드(70)의 에너지 준위(7)를 나타낸다.

또한, 세로축은 진공 준위(vacuum level, VL)를 기준으로 한 에너지 준위(eV)를 나타낸다. 일 함수는 페르미 준위에 존재하는 전하를 진공 준위(VL)로 옮기는데 필요한 에너지를 의미하므로, 도 3에 도시된 에너지 준위 값은 일 함수의 절대값과 같다.

먼저, 애노드(20)로부터 주입되는 정공의 이동을 설명한다.

정공은 -5.0eV의 일 함수(2)를 가지는 애노드(20)에서 주입되어 정공 전달층(30)의 HOMO(3H) 및 정공 저지층(40)의 HOMO(4H)를 통과하여 발광층(50)의 HOMO(5H)에 도달한다.

이 경우 도 3에 도시한 바와 같이, 정공이 이동하는 경로인 애노드(20), 정공 전달층(30) 및 발광층(50)에서, 애노드(20)의 일 함수(2), 정공 전달층(30)의 HOMO(3H) 및 발광층(50)의 HOMO(5)는 점점 높은 에너지 준위를 가진다.

정공은 이러한 에너지 준위를 따라 애노드(20), 정공 전달층(30) 및 발광층(50)을 따라 차례로 이동한다.

한편, 본 발명의 한 실시예에서는 정공 전달층(30) 및 발광층(50) 사이에 정공 저지층(40)을 더 포함한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 정공 저지층(40)의 HOMO(4H)는 정공 전달층(30)의 HOMO(3H) 및 발광층(50)의 HOMO(5H)보다 높다.

이와 같이 정공 전달층(30)과 발광층(50) 사이에 정공 전달층(30)의 HOMO(3H)와 발광층(50)의 HOMO(5H)보다 높은 에너지 준위를 가지는 정공 저지층(40)을 포함함으로써, 정공 전달층(30)의 HOMO(3H)와 정공 저지층(40)의 HOMO(4H) 사이의 에너지 차이 및 정공 저지층(40)의 HOMO(4H)와 발광층(50)의 HOMO(5H) 사이의 에너지 차이가 각각 정공이 이동하는데 장벽(barrier)으로 작용하여 정공의 이동도가 낮아진다.

이 때, 정공의 이동도를 적절하게 제어하기 위하여, 정공 저지층(40)의 HOMO(4H)는 정공 전달층(30)의 HOMO(3H)보다 20 내지 26% 정도 높은 것이 바람직하다. 에너지 준위 차이가 20% 미만인 경우 에너지 장벽을 형성하기 어려우며, 26%를 초과하는 경우 정공의 이동도가 너무 낮아져 발광층으로 전달되는 정공의 개수를 현저하게 감소시킬 수 있다.

상술한 정공 전달층 물질에 대하여 이와 같은 에너지 준위 차이를 가지는 물질로는, 예컨대 BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenylphenanthroline), CBP(4,4-bis(carbazol-9-yl)-biphenyl) 및 BAlq(aluminum(III)bis(2-methyl-8-quinolinato)4-phenylphenolate) 등을 들 수 있다.

또한, 캐소드(70)로부터 주입되는 전자의 이동을 살펴보면, 전자는 -4.2 내지 -4.3eV의 일 함수(7)를 가지는 캐소드(70)에서 주입되어 전자 전달층(60)의 LUMO(6L)를 통과하여 발광층(50)의 LUMO(5L)에 도달한다.

이러한 전자는 상술한 경로를 따라 발광층(50)에 도달한 정공과 재결합하여 엑시톤을 형성하고 이것이 에너지를 방출하면서 발광한다.

한편, 전자 중 일부는 발광층(50)에서 재결합하지 못하고 발광층(50)을 통과할 수 있으나, 상술한 정공 저지층(40)의 LUMO(4L)는 발광층(50)의 LUMO(5L)보다 높은 에너지 준위를 가지기 때문에 전자가 통과하는데 장벽이 된다. 따라서 발광층(50)을 통과하지 못하고 발광층(50)과 정공 저지층(40)의 계면에 모여있는 전자의 개수가 늘어나서 엑시톤 생성 개수 또한 높일 수 있다.

이 때 발광층(50)의 LUMO(5L)와 정공 저지층(40)의 LUMO(4L)의 에너지 차이가 전자가 통과하는데 방해되는 장벽으로 작용하며, 그 에너지 차이는 16 내지 24%일 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 정공 전달층(30)과 정공 저지층(40) 사이의 에너지 장벽에 의해 정공 저지층(40)을 통과하지 못하고 정공 전달층(30)과 정공 저지층(40)의 계면에 모여있는 정공의 개수가 늘어나게 된다. 이러한 정공은 양(positive)의 성질을 가지는 내부 전기장을 발생시킬 수 있으며, 이러한 내부 전기장에 의해 음(negative)의 성질을 가지는 전자를 끌어당기게 되어 캐소드(70)로부터 발광층(50)으로 유입되는 전자의 개수가 증가시킬 수 있다.

따라서 발광층(50)에서 생성되는 엑시톤 개수를 높일 수 있어서 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)을 개선할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 정공 저지층(40)은 정공의 이동도를 낮추는 동시에 전자를 끌어당김으로써 엑시톤이 형성되는 영역이 정공 저지층(40)과 발광층(50)의 계면 부근으로 한정될 수 있다. 이에 따라 전압의 변화에 따른 분광의 변화가 작게 되어 높은 색 안정성을 가질 수 있다.

또한 정공 저지층(40)은 0.5 내지 5nm와 같이 얇은 두께로 형성되어도 상술한 효과를 발휘할 수 있으므로, 새로운 층이 삽입되었어도 동작 전압을 크게 높이지 않는다.

아래와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치와 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치를 제작하여 전류 밀도, 발광 효율 및 색 안정성 등을 확인하였다.

[실시예]

본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시한 유기 발광 표시 장치를 제작하였다.

절연 기판(10) 위에 ITO 따위의 투명 도전체를 스퍼터링(sputtering) 따위로 적층하여 애노드(20)를 형성한다.

이어서, 아세톤 또는 이소프로필알코올(isopropyl alcohol) 등이 채워져 있는 챔버(chamber)에 기판을 넣고 초음파 세척한 후 산소 플라스마 처리를 하여 애노드(20)의 계면 특성을 좋게 한다.

다음, 애노드(20) 위에 NPB를 10nm 정도 진공 증착하여 정공 전달층(30)을 형성한다.

다음, 정공 전달층(30) 위에 BCP를 0.5 내지 5nm 정도 적층하여 정공 저지층(40)을 형성한다.

다음, 정공 저지층(40) 위에 Alq3를 적층하여 발광층(50)을 형성한 후, Liq를 적층하여 전자 전달층(60)을 형성한다.

마지막으로, 전자 전달층(60) 위에 알루미늄(Al)을 적층하여 캐소드(70)를 형성한다.

이로써, 기판 위에 ITO/NPB/BCP/Alq3,Liq/Al이 차례로 적층되어 있는 유기 발광 표시 장치를 제작하였다.

[비교예]

비교예에 따른 유기 발광 표시 장치는 상술한 실시예와 달리 정공 저지층(40)이 없다. 즉, 기판 위에 ITO/NPB/Alq3/Liq/Al이 차례로 적층되어 있는 유기 발광 표시 장치를 제작하였다.

이하, 상술한 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 전류 밀도, 발광 효율 및 색 안정성에 대하여 도 4 내지 도 7을 참고하여 설명한다.

먼저, 도 4를 참고하여 전류 밀도를 비교한다.

도 4는 전술한 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 전류 밀도를 보여주는 그래프이다.

먼저, 전술한 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치에 KEITHELY(model : 236 SOURCE MESURE UNIT) 장치를 이용하여 0 내지 15V까지 0.5V 단위로 전압을 인가하면서 전류 밀도(current density)를 측정하였다.

그 결과, 도 4와 같이, 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 턴온 전압은 각각 3.5V였으며, 전압에 따른 전류 밀도는 비슷하게 나타내었다. 다만 본 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 애노드와 발광층 사이에 정공 저지층을 더 포함함으로써 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치에 비하여 정공의 이동도가 낮아져 다소 낮은 전류 밀도를 나타내었지만, 그 차이는 크지 않음을 알 수 있다.

다음, 도 5를 참고하여 발광 효율을 비교한다.

도 5는 전술한 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치의 전류 밀도 대비 발광 효율을 보여주는 그래프이다.

도 4에서 얻은 측정값을 기초로 전류 밀도 대 전류 효율(current efficiency)을 살펴보았다. 그 결과, 100mA/㎠ 이상의 전류 밀도에서, 본 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 4.5 내지 5.0cd/A, 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치는 3.5 내지 4.0cd/A의 전류 효율을 나타냄을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 정공 저지층이 없는 유기 발광 표시 장치에 비하여 전류 효율이 높은 것을 알 수 있다.

다음, 도 6 및 도 7을 참고하여 색 순도 및 색 안정성에 대하여 설명한다.

도 6 및 도 7은 전술한 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치에서 색 순도 및 색 안정성을 각각 보여주는 그래프이다.

그 중, 도 6은 본 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치에 각각 11V의 전압을 인가한 후 파장에 따른 발광 세기를 측정한 그래프로, 좁은 파장 범위에서 발광 세기가 큰 경우 높은 색 순도를 나타내는 것이다. 도 6과 같이, 본 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치는 색 순도 차이는 크지 않은 것을 확인할 수 있으며, 양 유기 발광 표시 장치 모두 500nm 근처의 녹색 발광을 하는 것을 확인할 수 있다.

그러나, 도 7에서 보는 바와 같이, 색 안정성에 있어서는 차이가 있음을 알 수 있다. 도 7은 본 실시예 및 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치에 전압을 변화시키면서 측정한 색 좌표를 보여주는 그래프로서, 전압의 변화에 따라 색 좌표의 변화가 적은 경우 색 안정성이 높은 것이다. 도 7에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치가 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치에 비하여 색 안정성이 높은 것을 확인할 수 있다.

도 4 내지 도 7을 종합하여 살펴볼 때, 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 비교예에 따른 유기 발광 표시 장치와 비교하여 유사한 정도의 전류 밀도 및 색 순도를 나타내면서도 발광 효율 및 색 안정성이 우수한 것으로 평가되었다.

이하, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에 대하여 도 8 내지 도 11을 참고하여 설명한다. 본 실시예에서는 전술한 실시예와 달리 능동형 유기 발광 표시 장치(active matrix OLED display)에 대하여 설명한다.

전술한 실시예와 중복되는 내용은 생략한다.

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 등가 회로도이다.

도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 복수의 신호선(121, 171, 172)과 이들에 연결되어 있으며 대략 행렬(matrix)의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.

신호선은 게이트 신호(또는 주사 신호)를 전달하는 복수의 게이트선(gate line)(121), 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(data line)(171) 및 구동 전압을 전달하는 복수의 구동 전압선(driving voltage line)(172)을 포함한다. 게이트선(121)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(171)과 구동 전압선(172)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.

각 화소(PX)는 스위칭 트랜지스터(switching transistor)(Qs), 구동 트랜지스터(driving transistor)(Qd), 유지 축전기(storage capacitor)(Cst) 및 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)(LD)를 포함한다.

스위칭 트랜지스터(Qs)는 제어 단자(control terminal), 입력 단자(input terminal) 및 출력 단자(output terminal)를 가지는데, 제어 단자는 게이트선(121)에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(171)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구 동 트랜지스터(Qd)에 연결되어 있다. 스위칭 트랜지스터(Qs)는 게이트선(121)에 인가되는 주사 신호에 응답하여 데이터선(171)에 인가되는 데이터 신호를 구동 트랜지스터(Qd)에 전달한다.

구동 트랜지스터(Qd) 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 스위칭 트랜지스터(Qs)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선(172)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 유기 발광 다이오드(LD)에 연결되어 있다. 구동 트랜지스터(Qd)는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라지는 출력 전류(I_LD)를 흘린다.

축전기(Cst)는 구동 트랜지스터(Qd)의 제어 단자와 입력 단자 사이에 연결되어 있다. 이 축전기(Cst)는 구동 트랜지스터(Qd)의 제어 단자에 인가되는 데이터 신호를 충전하고 스위칭 트랜지스터(Qs)가 턴 오프(turn-off)된 뒤에도 이를 유지한다.

유기 발광 다이오드(LD)는 구동 트랜지스터(Qd)의 출력 단자에 연결되어 있는 애노드(anode)와 공통 전압(Vss)에 연결되어 있는 캐소드(cathode)를 가진다. 유기 발광 다이오드(LD)는 구동 트랜지스터(Qd)의 출력 전류(I_LD)에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다.

스위칭 트랜지스터(Qs) 및 구동 트랜지스터(Qd)는 n-채널 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)이다. 그러나 스위칭 트랜지스터(Qs)와 구동 트랜지스터(Qd) 중 적어도 하나는 p-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 또한, 트랜지스터(Qs, Qd), 축전기(Cst) 및 유기 발광 다이오드(LD)의 연결 관계가 바뀔 수 있다.

그러면 도 8에 도시한 유기 발광 표시 장치의 상세 구조에 대하여 도 9 내지 도 11을 도 8과 함께 참고하여 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 배치도이고, 도 10은 도 9의 유기 발광 표시 장치를 X-X 선을 따라 자른 단면도이고, 도 11은 도 10의 유기 발광 표시 장치에서 'A'부분을 확대하여 표시한 확대도이다.

절연 기판(110) 위에 제1 제어 전극(control electrode)(124a)을 포함하는 복수의 게이트선(121) 및 유지 전극(127)을 포함하는 복수의 제2 제어 전극(124b)을 포함하는 복수의 게이트 도전체(gate conductor)가 형성되어 있다.

게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함하며, 제1 제어 전극(124a)은 게이트선(121)으로부터 위로 뻗어 있다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 게이트 구동 회로와 직접 연결될 수 있다.

제2 제어 전극(124b)은 게이트선(121)과 분리되어 있으며 어느 한쪽으로 길게 뻗은 유지 전극(127)을 포함한다.

게이트 도전체(121, 124b)는 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.

게이트 도전체(121, 124b)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 30° 내지 80° 인 것이 바람직하다.

게이트 도전체(121, 124b) 위에는 질화규소 또는 산화규소 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 선형 반도체(151)와 섬형 반도체(154b)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 제1 제어 전극(124a)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154a)를 포함한다. 섬형 반도체(154b)는 제2 제어 전극(124b) 위에 위치한다.

선형 및 섬형 반도체(151, 154b) 위에는 각각 복수 쌍의 제1 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163a, 165a)와 복수 쌍의 제2 저항성 접촉 부재(163b, 165b)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b)는 섬 모양이며, 인(P) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 제1 저항성 접촉 부재(163a, 165a)는 쌍을 이루어 선형 반도체(151) 위에 배치되어 있고, 제2 저항성 접촉 부재(163b, 165b) 또한 쌍을 이루어 섬형 반도체(154b) 위에 배치되어 있 다.

저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(171)과 복수의 구동 전압선(172)과 복수의 제1 및 제2 출력 전극(output electrode)(175a, 175b)을 포함하는 복수의 데이터 도전체(data conductor)가 형성되어 있다.

데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 제1 제어 전극(124a)을 향하여 뻗은 복수의 제1 입력 전극(input electrode)(173a)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 데이터 구동 회로와 직접 연결될 수 있다.

구동 전압선(172)은 구동 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 구동 전압선(172)은 제2 제어 전극(124b)을 향하여 뻗은 복수의 제2 입력 전극(173b)을 포함하며, 유지 전극(127)과 중첩된 부분을 포함한다.

제1 및 제2 출력 전극(175a, 175b)은 서로 분리되어 있고 데이터선(171) 및 구동 전압선(172)과도 분리되어 있다. 제1 입력 전극(173a)과 제1 출력 전극(175a)은 제1 제어 전극(124a)을 중심으로 서로 마주보고, 제2 입력 전극(173b)과 제2 출력 전극(175b)은 제2 제어 전극(124b)을 중심으로 서로 마주본다.

데이터 도전체(171, 172, 175a, 175b)는 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 이루어진 다중막 구조를 가질 수 있다.

게이트 도전체(121, 124b)와 마찬가지로 데이터 도전체(171, 172, 175a, 175b) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.

저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b)는 그 아래의 반도체(151, 154b)와 그 위의 데이터 도전체(171, 172, 175a, 175b) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(154a, 154b)에는 입력 전극(173a, 173b)과 출력 전극(175a, 175b) 사이를 비롯하여 데이터 도전체(171, 172, 175a, 175b)로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.

데이터 도전체(171, 172, 175a, 175b) 및 노출된 반도체(154a, 154b) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성을 가질 수 있으며 그 유전 상수는 4.0 이하인 것이 바람직하다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(151, 154b) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.

보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 제1 및 제2 출력 전극(175b)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185a, 185b)이 형 성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)과 제2 입력 전극(124b)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(181, 184)이 형성되어 있다.

보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191), 복수의 연결 부재(connecting member)(85) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.

화소 전극(191)은 접촉 구멍(185b)을 통하여 제2 출력 전극(175b)과 물리적·전기적으로 연결되어 있다.

연결 부재(85)는 접촉 구멍(184, 185a)을 통하여 제2 제어 전극(124b) 및 제1 출력 전극(175a)과 연결되어 있다.

접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결되어 있다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 끝 부분(129, 179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.

보호막(180) 위에는 격벽(partition)(361)이 형성되어 있다. 격벽(361)은 화소 전극(191) 가장자리 주변을 둘러싸서 개구부(opening)(365)를 정의하며 유기 절연물 또는 무기 절연물로 만들어진다. 격벽(361)은 또한 검정색 안료를 포함하는 감광재로 만들어질 수 있는데, 이 경우 격벽(361)은 차광 부재의 역할을 하며 그 형성 공정이 간단하다.

개구부(365)에는 유기 발광 부재(370)가 형성되어 있다.

유기 발광 부재(370)는 발광층(373) 및 발광층(373)의 발광 효율을 높이기 위한 복수의 부대층(371, 372, 374)을 포함한다.

부대층(371, 372, 374)은 정공 전달층(371), 정공 저지층(372) 및 전자 전달층(374)을 포함한다.

전술한 실시예에서 설명한 바와 같이, 정공 저저층(372)은 정공 전달층(371) 및 전자 전달층(374)보다 높은 HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위를 가짐으로써 정공의 이동도를 적절하게 제어하여 발광 효율을 높일 수 있다.

유기 발광 부재(370) 위에는 공통 전극(common electrode)(270)이 형성되어 있다.

공통 전극(270) 위에는 밀봉층(encapsulation layer)(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 밀봉층은 유기 발광 부재(370) 및 공통 전극(270)을 밀봉(encapsulation)하여 외부로부터 수분 및/또는 산소가 침투하는 것을 방지할 수 있다.

이러한 유기 발광 표시 장치에서, 게이트선(121)에 연결되어 있는 제1 제어 전극(124a), 데이터선(171)에 연결되어 있는 제1 입력 전극(173a) 및 제1 출력 전극(175a)은 선형 반도체(151)의 돌출부(154a)와 함께 스위칭 박막 트랜지스터(switching TFT)(Qs)를 이루며, 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)의 채널(channel)은 제1 입력 전극(173a)과 제1 출력 전극(175a) 사이의 돌출부(154a)에 형성된다. 제1 출력 전극(175a)에 연결되어 있는 제2 제어 전극(124b), 구동 전압선(172)에 연 결되어 있는 제2 입력 전극(173b) 및 화소 전극(191)에 연결되어 있는 제2 출력 전극(175b)은 섬형 반도체(154b)와 함께 구동 박막 트랜지스터(driving TFT)(Qd)를 이루며, 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 채널은 제2 입력 전극(173b)과 제2 출력 전극(175b) 사이의 섬형 반도체(154b)에 형성된다. 구동 전류를 크게 하기 위하여 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 채널의 폭을 크게 하거나 채널 길이를 짧게 할 수 있다.

화소 전극(191), 유기 발광 부재(370) 및 공통 전극(270)은 유기 발광 다이오드(LD)를 이루며, 화소 전극(191)이 애노드(anode), 공통 전극(270)이 캐소드(cathode)가 되거나 반대로 화소 전극(191)이 캐소드, 공통 전극(270)이 애노드가 된다. 또한 서로 중첩하는 유지 전극(127)과 구동 전압선(172)은 유지 축전기(storage capacitor)(Cst)를 이룬다.

한편, 반도체(151, 154b)가 다결정 규소인 경우에는, 제어 전극(124a, 124b)과 마주보는 진성 영역(intrinsic region)(도시하지 않음)과 그 양쪽에 위치한 불순물 영역(extrinsic region)(도시하지 않음)을 포함한다. 불순물 영역은 입력 전극(173a, 173b) 및 출력 전극(175a, 175b)과 전기적으로 연결되며, 저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b)는 생략할 수 있다.

또한, 제어 전극(124a, 124b)을 반도체(151, 154b) 위에 둘 수 있으며 이때에도 게이트 절연막(140)은 반도체(151, 154b)와 제어 전극(124a, 124b) 사이에 위치한다. 이때, 데이터 도전체(171, 172, 173b, 175b)는 게이트 절연막(140) 위에 위치하고 게이트 절연막(140)에 뚫린 접촉 구멍(도시하지 않음)을 통하여 반도 체(151, 154b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와는 달리 데이터 도전체(171, 172, 173b, 175b)가 반도체(151, 154b) 아래에 위치하여 그 위의 반도체(151, 154b)와 전기적으로 접촉할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

전극에서 발광층으로 이동하는 정공의 이동도를 제어하여 유기 발광 표시 장치의 휘도, 발광 효율, 색 순도 및 색 안정성을 높일 수 있다.

Claims

기판,

상기 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극,

상기 제1 전극 위에 형성되어 있으며 제1 HOMO 에너지 준위 및 제1 LUMO 에너지 준위를 가지는 제1 물질을 포함하는 정공 전달층,

상기 정공 전달층 위에 형성되어 있으며 제2 HOMO 에너지 준위 및 제2 LUMO 에너지 준위를 가지는 제2 물질을 포함하는 정공 저지층,

상기 정공 저지층 위에 형성되어 있으며 제3 HOMO 에너지 준위 및 제3 LUMO 에너지 준위를 가지는 제3 물질을 포함하는 발광층, 그리고

상기 발광층 위에 형성되어 있는 제2 전극

을 포함하고,

상기 제2 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 HOMO 에너지 준위 및 상기 제3 HOMO 에너지 준위보다 높고,

상기 제1 물질은 PPD(p-phenylenediamine), 프탈로시아닌(phthalocyanine), CuPc, TPTE, 폴리아닐린(polyaniline) 및 폴리티오펜(polythiophene)에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,

상기 제2 물질은 CBP, BAlq에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,

상기 제3 물질은 안트라센(anthracene), 디스트릴(distryl) 화합물, 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리티오펜(polythiophene) 유도체에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 유기 발광 표시 장치.
제1항에서,

상기 제2 LUMO 에너지 준위는 상기 제1 LUMO 에너지 준위 및 제3 LUMO 에너지 준위보다 높은 유기 발광 표시 장치.
제2항에서,

상기 제2 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 HOMO 에너지 준위보다 20 내지 26% 높은 유기 발광 표시 장치.
제2항에서,

상기 제2 LUMO 에너지 준위는 상기 제3 LUMO 에너지 준위보다 16 내지 24% 높은 유기 발광 표시 장치.
삭제
삭제
제1항에서,

상기 정공 저지층은 두께가 0.5 내지 5nm인 유기 발광 표시 장치.
제1항에서,

상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 형성되어 있는 전자 주입층을 더 포함하는 유기 발광 표시 장치.
제1항에서,

상기 기판과 상기 제1 전극 사이에는

서로 교차하는 제1 및 제2 신호선,

상기 제1 및 제2 신호선과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 그리고

상기 제1 박막 트랜지스터 및 상기 제1 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터

를 더 포함하는 유기 발광 표시 장치.