KR101609379B1

KR101609379B1 - 유기전계발광소자의 제조방법

Info

Publication number: KR101609379B1
Application number: KR1020090117207A
Authority: KR
Inventors: 성창제
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2016-04-06
Also published as: KR20110060586A

Abstract

본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 특히, 하이브리드 백색 유기전계발광소자에 관한 것이다.

본 발명의 특징은 유기전계발광 다이오드의 발광막 중 인광물질막에 정공수송층 물질을 도핑하여 박막층을 형성하는 것이다.

이를 통해, 전자의 이동도를 낮춤으로써, 발광막에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 함으로써, 유기전계발광 다이오드의 발광효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.

또한, 버퍼층에 호스트 격자를 도핑하는 코-호스트(co-host) 공정을 진행하던 기존에 비해 공정비용을 절감할 수 있는 동시에 공정의 효율성을 향상시키게 된다.

백색 유기전계발광소자, 발광막, 인광물질, 형광물질

Description

유기전계발광소자의 제조방법{Manufacturing method of organic electro-luminescence device}

최근까지, CRT(cathode ray tube)가 표시장치로서 주로 사용되었다. 그러나, 최근에 CRT를 대신할 수 있는, 플라즈마표시장치(plasma display panel : PDP), 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 유기전계발광소자(organic electro-luminescence device : OLED)와 같은 평판표시장치가 널리 연구되며 사용되고 있는 추세이다.

위와 같은 평판표시장치 중에서, 유기전계발광소자(이하, OLED라 함)는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.

그리고, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면 에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있다.

특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.

이러한 OLED는 유기전계발광 다이오드를 통해 발광하는 자발광소자로서, 유기전계발광 다이오드는 유기전계발광현상을 통해 발광하게 된다.

도 1은 일반적인 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 유기전계발광 다이오드의 밴드다이어그램이다.

도시한 바와 같이, 유기전계발광 다이오드(10)는 서로 마주보는 내면에 정공수송막(hole transport layer : HTL)(33)과 전자수송막(electron transport layer : ETL)(35)이 각각 형성된 애노드전극막(anode electrode layer : 21)과 캐소드전극막(cathode electrode layer : 25) 그리고 정공수송막(33)과 전자수송막(35) 사이로 개재된 발광막(emission layer : EML)(40)을 포함한다.

그리고, 발광 효율을 향상시키기 위하여 애노드전극막(21)과 정공수송막(33) 사이로 정공주입막(hole injection layer : HIL)(37)이 개재되며, 캐소드전극막(25)과 전자수송막(35) 사이로 전자주입막(electron injection layer : EIL)(39)이 개재된다.

이러한 유기전계발광 다이오드(10)는 애노드전극막(21)과 캐소드전극막(25)에 각각 양(+)과 음(-)의 전압이 인가되면 정공수송막(33)의 정공과 전자수송 막(35)의 전자가 발광막(40)으로 수송되어 엑시톤을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 빛이 발생되어 발광막(40)에 의해 가시광선의 형태로 방출된다.

최근 이러한 유기전계발광 다이오드(10)는 형광물질과 인광물질을 동시에 사용하는 하이브리드 타입의 백색 유기전계발광 다이오드가 개발되고 있는데, 이러한 하이브리드 타입 백색 유기전계발광 다이오드는 발광막(40)으로 청색 형광물질과 옐로우 인광물질을 혼합하여 백색 발광을 구현하게 된다.

한편, 하이브리드 타입의 백색 유기전계발광 다이오드는 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 함으로써 유기전계발광 다이오드(10)의 발광효율을 향상시킬 수 있는데, 일반적인 유기물질의 경우 정공과 전자의 이동도(mobility)가 크게 차이가 난다.

따라서, 정공과 전자의 이동도를 맞춰 전하 이송 밸런스(charge carrier balance)를 향상시키기 위해 형광물질층과 인광물질층 사이에 호스트 격자(미도시)를 도핑(doping)하는 코-호스트(co-host) 공정을 거친 버퍼층(미도시)을 더욱 추가하나, 버퍼층(미도시)에 코-호스트 공정을 진행하는 것은 버퍼층(미도시)이 매우 얇게 형성됨에 따라, 공정은 공정비용을 향상시키는 동시에 공정의 효율성을 저하시키는 문제점을 야기하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유기전계발광 다이오드의 발광효율을 향상시키고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.

또한, 공정비용 절감 및 공정의 효율성을 향상시키고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 어레이기판과, 양극전극과 정공수송막, 형광물질막과 인광물질막으로 이루어지는 발광막, 전자수송막과 음극전극을 포함하는 유기전계발광소자의 형성방법에 있어서, 상기 인광물질막에 상기 정공수송막을 이루는 물질을 도핑(doping)하는 유기전계발광소자의 형성방법을 제공한다.

이때, 상기 정공수송막을 이루는 물질은 상기 인광물질막의 1/10의 비율로 도핑된다.

그리고, 상기 인광물질막은 YAG(Yttrium Aluminium Garnet) 계열 및 TAG(Terbium Aluminium Garnet) 계열 또는 규산염(silicate) 계열 등으로 이루어지는 옐로우색(Y) 발광물질이며, 상기 인광물질막은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)2(factris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 녹색 인광물질과, CBP(carbazole biphenyl), mCP(1, 3-bis(carbazole-9-y1))를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1- phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(reis(1-phenylquinoline) iridium)) 및 PtOEP(octaethylporphrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 도펀트를 포함한다.

그리고, 상기 형광물질막은 spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 청색(B) 형광물질이며, 상기 양극전극과 상기 정공수송막 사이에 정공주입막이 더욱 개재되며, 상기 음극전극과 상기 전자수송막 사이에 전자주입막이 더욱 개재된다.

또한, 상기 어레이기판은 다수의 화소영역으로 정의된 투명기판과; 상기 화소영역의 일측과 타측에 교차하여 구성된 게이트 및 데이터배선과; 상기 게이트 및 데이터배선의 교차지점에 구성되고, 게이트전극과 반도체층과 소스 및 드레인전극으로 구성된 스위칭소자와 구동소자를 포함한다.

여기서, 상기 양극전극은 상기 드레인전극과 접촉한다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 유기전계발광 다이오드의 발광막 중 인광물질막에 정공수송층 물질을 도핑하여 박막층을 형성함으로써, 이를 통해, 전자의 이동도를 낮춤으로써, 발광막에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 함으로써, 유기전계발광 다이오드의 발광효율 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 버퍼층에 호스트 격자를 도핑(doping)하는 코-호스트(co-host) 공정을 진행하던 기존에 비해 공정비용을 절감할 수 있는 동시에 공정의 효율성을 향상시키게 되는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 OLED의 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 밴드다이어그램이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 OLED(100)의 화소영역(P)에는 다수의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기전계발광 다이오드(E)가 형성된다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, OLED(100)의 화소영역(P)의 제 1 기판(101) 상에는 반도체층(103)이 형성되는데, 반도체층(103)은 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(103b) 그리고 액티브영역(103b) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(103a, 103c)으로 구성된다.

이러한 반도체층(103) 상부로는 게이트절연막(105)이 형성되어 있다.

게이트절연막(105) 상부로는 반도체층(103)의 액티브영역(103b)에 대응하여 게이트전극(107)과 도면에 나타내지 않았지만 일방향으로 연장하는 게이트배선이 형성되어 있다.

그리고, 게이트전극(107)과 게이트배선(미도시)의 상부 전면에 제 1 층간절 연막(109a)이 형성되어 있으며, 이때 제 1 층간절연막(109a)과 그 하부의 게이트절연막(105)은 액티브영역(103b) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(103a, 103c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 구비한다.

다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 포함하는 제 1 층간절연막(109a) 상부로는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(103a, 103c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(113, 115)이 형성되어 있다.

그리고, 소스 및 드레인전극(113, 115)과 두 전극(113, 115) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(109a) 상부로 드레인전극(115)을 노출시키는 드레인콘택홀(117)을 갖는 제 2 층간절연막(109b)이 형성되어 있다.

이때, 소스 및 드레인 전극(113, 115)과 이들 전극(113, 115)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(103a, 103c)을 포함하는 반도체층(103)과 반도체층(103) 상부에 형성된 게이트절연막(105) 및 게이트전극(107)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.

이때 도면에 나타나지 않았지만, 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다. 그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.

그리고, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 도면에서는 반도체층(103)이 폴리실리콘 반도체층으로 이루어진 탑 게이트(top gate) 타입을 예로써 보이고 있으며, 이의 변형예로써 순수 및 불순물의 비정질질실리콘으로 이루어진 보텀 케이트(bottom gate) 타입으로 형성될 수도 있다.

또한, 제 2 층간절연막(109b) 상부의 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 유기전계발광 다이오드(E)를 구성하는 제 1 전극(211)과 유기발광층(213) 그리고 제 2 전극(215)이 순차적으로 형성되어 있다.

제 1, 2 전극(211, 215)과 그 사이에 형성된 유기발광층(213)은 유기전계발광 다이오드(E)를 이루게 된다.

여기서, 제 1 전극(111)은 각 화소(P) 별로 형성되는데, 각 화소(P) 별로 형성된 제 1 전극(111) 사이의 비화소영역(NA)에는 뱅크(bank : 221)가 위치한다.

즉, 뱅크(221)는 기판(101) 전체적으로 격자 구조의 매트릭스 타입으로 형성되어, 뱅크(221)를 각 화소영역 별 경계부로 하여 제 1 전극(111)이 화소영역(P) 별로 분리된 구조로 형성되어 있다.

이러한 제 1 전극(211)은 제 2 층간절연막(109b)의 드레인콘택홀(117)을 통해 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(115)과 연결된다.

이와 같은 경우에, 제 1 전극(211)은 애노드(anode) 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 높은 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성하며, 제 2 전극(215)은 캐소드(cathode)의 역할을 하기 위해 비교적 일함수 값이 낮은 금속물질로 이루어진다.

그리고, 유기발광층(213)에서 발광된 빛은 제 2 전극(215)을 향해 방출되는 상부 발광방식으로 구동된다.

여기서, 유기발광층(213)은 정공수송막(223), 정공주입막(227), 발광막(230), 전자수송막(225) 및 전자주입막(229)으로 이루어진다.

그리고, 유기발광층(213)으로부터 발광된 빛은 제 2 전극(215)을 투과해야 하므로, 제 2 전극(215)은 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질이 두껍게 증착된다.

이러한 OLED(100)는 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(211)과 제 2 전극(215)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(211)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(215)으로부터 인가된 전자가 유기발광층(213)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다.

이때, 발광된 빛은 제 2 전극(215)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, OLED(100)는 임의의 화상을 구현하게 된다.

한편, 이러한 본 발명의 OLED(100)의 유기전계발광 다이오드(E)는 발광막(230)이 형광물질과 인광물질로 이루어지는 하이브리드 타입의 백색 유기전계발광 다이오드이다.

이러한, 하이브리드 타입의 백색 유기전계발광 다이오드(E)는 발광효율이 매우 높다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 유기전계발광 다이오드(E)가 백색 발광 특성을 구현하기 위해서는 빛의 삼원색인 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광특성을 갖는 발광물질들을 적층하거나, 또는 서로 보색관계를 갖는 발광물질들을 적층해야 한다.

또한, 유기전계발광 다이오드(E)는 사용하는 물질에 따라 형광 백색 유기전계발광 다이오드와 인광 백색 유기전계발광 다이오드로 분류할 수 있는데, 형광 백색 유기전계발광 다이오드는 백색광 구현을 위한 각 색상별로 안정성이 높은 물질이 많이 개발되어 매우 안정성이 높은 소자를 구현할 수 있다.

또한, 인광 백색 유기전계발광 다이오드는 삼중항 상태(triplet state)로부터 광을 방출함으로써 발광효율이 매우 높다.

그러나, 형광 백색 유기전계발광 다이오드는 단일항 상태(singlet state)에서 광이 발광함에 따라, 인광 백색 유기전계발광 다이오드에 비해 발광효율이 낮은 단점이 있으며, 인광 백색 유기전계발광 다이오드는 안정적인 백색광 구현을 위한 색상 중 청색 인광물질이 없기 때문에 소자의 안정성이 부족한 단점이 있다.

이에, 본 발명은 형광물질과 인광물질을 동시에 사용하는 하이브리드 타입의 백색 유기전계발광 다이오드(E)로서, 형광 백색 유기전계발광 다이오드에 비해 발광효율이 향상되고, 인광 백색 유기전계발광 다이오드에 비해 소자의 안정성이 매우 높은 특성을 갖게 된다.

이러한 본 발명의 하이브리드 타입의 백색 유기전계발광 다이오드(E)의 발광막(230)은 형광물질과 인광물질을 혼합하여 발광효율과 소자의 안정성이 높은 백색 발광을 구현하게 된다.

특히, 본 발명의 하이브리드 타입의 백색 유기전계발광 다이오드(E)는 발광막(230)에서의 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 함으로써, 유기전계발광 다 이오드(E)의 발광효율을 더욱 향상시키게 된다.

여기서, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유기발광층(213)에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 유기전계발광 다이오드(E)는 애노드전극인 제 1 전극(211)과 유기발광층(213) 그리고 캐소드전극인 제 2 전극(215)으로 이루어지며, 이때 유기발광층(213)은 정공수송막(223), 발광막(230), 전자주입막(225)으로 이루어진다.

여기서, 전자와 정공을 발광막(230)으로 보다 효과적으로 전달되도록 함으로써 발광효율을 높이기 위해 제 1 전극(211)과 정공수송막(223) 사이로 정공주입막(227)을 더욱 형성하며, 제 2 전극(215)과 전자수송막(225) 사이로 전자주입막(229)을 더욱 형성하는 것이 바람직하다.

이렇게, 정공수송막(223)과 제 1 전극(211) 사이에 정공주입막(227)을 더욱 형성하며, 제 2 전극(215)과 전자수송막(225) 사이에 전자주입막(229)을 더욱 형성하게 되면, 정공주입막(227)과 전자주입막(229)이 정공 주입에너지 및 전자 주입에너지의 장벽을 낮추는 역할을 하여, 발광효율을 증가시키고 구동 전압을 낮추게된다.

여기서, 본 발명의 유기발광층(213)은 발광막(230)이 형광물질막(230a)과 인광물질막(230b)으로 이루어지는 하이브리드 타입의 백색 유기전계발광 다이오드(E)로, 형광물질막(230a)은 안정적인 인광물질이 없는 청색(B) 발광물질을 이용하고, 인광물질막(230b)은 발광효율이 높은 녹색(G)/적색(R) 발광물질 또는 옐로우색(Y) 발광물질을 사용함으로써, 발광효율과 소자의 안정성이 높은 백색 발광을 구현하게 된다.

여기서, 청색(B) 발광물질은 spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있다.

그리고, 녹색(G) 발광물질은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)2(factris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있다.

적색(R) 발광물질은 CBP(carbazole biphenyl), mCP(1, 3-bis(carbazole-9-y1))를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(reis(1-phenylquinoline) iridium)) 및 PtOEP(octaethylporphrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있다.

그리고, 옐로우색(Y) 발광물질은 YAG(Yttrium Aluminium Garnet) 계열 및 TAG(Terbium Aluminium Garnet) 계열 또는 규산염(silicate) 계열 등으로 이루어지는 인광물질로 이루어질 수 있다.

이때, 형광물질막(230a)은 정공수송층(223)과 인접하게 위치하도록 하며, 인광물질막(230b)은 전자수송층(225)과 인접하게 위치하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 정공과 전자의 재결합은 형광물질막(230a)에서 최대한 이루어지도록 하고, 형광물질막(230a)에서 사용되지 않는 삼중항 엑시톤은 에너지 전달을 통하여 인광물질막(230b)으로 전이시켜 삼중항 상태(triplet state)로부터 광을 방출하도 록 함으로써, 본 발명의 발광막(230)은 일중한 엑시톤과 삼중항 엑시톤을 모두 사용함으로써, 매우 높은 효율로 백색 발광을 구현하게 된다.

이때, 전자수송층(225)과 인접한 인광물질막(230b)에는 정공수송층(223)을 이루는 물질을 도핑(doping)하는 코-호스트(co-host) 공정을 진행하여, 박막층(300)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이는, 정공수송층(223)을 이루는 물질은 트리페닐아민(triphenyl amine) 유도체로 이루어지는데, 이러한 정공수송층(223)을 이루는 물질은 전자를 발광영역에 속박하는 특성을 갖는다.

이때, 인광물질막(230b)에 정공수송층(223) 물질을 도핑하는 양은 인광물질막(230b)과 정공수송층(223) 물질이 10:1의 비율을 갖도록 도핑하는 것이 바람직하다.

그리고, 인광물질막(230b)에 도핑되는 정공수송층(223)은 인광물질막(230b)의 삼중항 상태(triplet state)보다 큰 것이 바람직하다.

이를 통해, 유기전계발광 다이오드(E)의 발광효율을 향상시키게 되는 것이다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 유기전계발광 다이오드(E)는 제 1 전극(211)과 제 2 전극(215)에 각각 양(+)과 음(-)의 전압이 인가되면 정공수송막(223)의 정공과 전자수송막(225)의 전자가 발광막(230)으로 수송되어 엑시톤을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 빛이 발생되어 발광막(230)에 의해 가시광선의 형태로 방출하게 된다.

이때, 유기전계발광 다이오드(E)는 발광막(230)에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 함으로써 유기전계발광 다이오드(E)의 발광효율을 향상시킬 수 있다.

그러나, 일반적인 유기물질의 경우 정공과 전자의 이동도(mobility)가 크게 차이가 남으로써, 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루지 못하게 된다.

따라서, 발광막(230)에서의 정공과 전자의 이동도를 맞춰 전하 이송 밸런스(charge carrier balance)를 향상시킴으로써, 유기전계발광 다이오드(E)의 발광효율을 향상시켜야 한다.

이에, 전자의 이동도가 정공에 비해 빠르므로, 본 발명의 유기전계발광 다이오드(E)는 전자수송층(225)과 인접한 발광막(230)의 인광물질막(230b)에 전자를 속박하는 특성을 갖는 정공수송층(223)을 이루는 물질을 도핑하여 박막층(300)을 형성함으로써, 전자의 이동도를 낮추는 것이다.

이를 통해, 정공과 전자가 재결합하는 형광물질막(230a)에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 하는 것이다.

따라서, 전공과 전자의 이동도를 맞춰 전하 이송 밸런스(charge carrier balance)를 향상시키기 위하여, 형광물질막(230a)과 인광물질막(230b) 사이의 버퍼층(미도시)에 호스트 격자(미도시)를 도핑(doping)하는 코-호스트(co-host) 공정을 진행하던 기존에 비해 공정비용을 절감할 수 있는 동시에 공정의 효율성을 향상시키게 된다.

아래 표(1)은 인광물질막(230b)에 박막층(300)을 형성함으로써, 기존 대비 유기전계발광 다이오드(E)의 발광효율이 향상되는 것을 나타낸 실험데이터 비교표이다.

설명에 앞서, 아래 실험데이터는 청색(B) 형광물질과 옐로우색(Y) 인광물질로 발광막(230)을 형성하고, 옐로우색 인광물질에 정공수송층(223) 물질을 도핑처리하여, 이를 기존과 대비하여 발광효율을 측정한 실험데이터이다.

여기서, 발광효율은 유기전계발광 다이오드(E)에 기준전류를 인가하였을 경우 측정한 휘도를, 인가한 전류로 나눈 값으로 값이 클수록 발광효율이 높다.

발광효율은 유기전계발광 다이오드(E)의 내부에서 발생되는 광량을 나타내는 내부양자효율(internal quantum efficiency)과 유기전계발광 다이오드(E)의 외부에서 발생되는 광량을 나타내는 외부양자효율(external quantum efficiency)에 의해 결정된다.

	전압(V)	발광효율 (cd/A)	전력소비효율 (lm/W)
호스트가 도핑된 버퍼층을 포함하는 발광막으로 이루어진 유기전계발광 다이오드	5.5	18.3	10.5
본 발명의 실시예에 따라 정공수송층을 도핑한 발광막으로 이루어진 유기전계발광 다이오드	5.3	18.5	11.0

표(1)

표(1)을 참조하면, 동일 전류를 인가하였을 때, 인광물질막(230b)에 박막층(300)을 형성함으로써, 기존에 비해 구동전압이 약 0.2V 낮아지게 되며, 발광효율은 0.2cd/A 향상됨을 확인할 수 있다.

또한, 전력소비효율 또한 0.5lm/W 향상됨을 확인할 수 있다.

그리고, 도 4의 그래프는 발광막(230)의 시간에 따른 밝기를 나타낸 실험데 이터로써, 일정 휘도로 감소할 때까지의 시간이 오래 걸릴수록 유기전계발광 다이오드(E)의 수명이 증가됨을 의미한다.

설명에 앞서, A가 호스트가 도핑된 버퍼층(미도시)을 포함한 경우이며, B가 본 발명의 실시예에 따라 인광물질막(230b)에 정공수송층(223) 물질을 도핑하여 박막층(300)을 형성한 경우를 나타낸다.

그래프를 참조하면, A는 100L/Lo의 기준밝기로부터 밝기가 98L/Lo로 저하 될 때까지 약 20시간이 걸리나, 본 발명의 실시예에 따라 인광물질막(230b)에 정공수송층(223) 물질을 도핑하여 박막층(300)을 형성한 경우 100L/Lo의 기준밝기로부터 98L/Lo로 저하 될 때까지 40시간이 걸리는 것을 확인할 수 있다.

즉, 유기전계발광 다이오드(E)가 100%의 기준휘도에서 휘도가 2% 감소할 때까지 걸리는 시간이 기존에 비해 20hrs 증가하는 것을 확인할 수 있다.

이를 통해, 기존에 비해, 인광물질막(230b)에 정공수송층(223) 물질을 도핑하여 박막층(300)을 형성하면 발광막(230)의 수명이 50% 이상 증가하게 됨을 알 수 있다.

이는, 인광물질막(230b)에 정공수송층(223) 물질을 도핑하여 박막층(300)을 형성함으로써, 정공수송층(223) 물질의 전자를 속박하는 특성을 통해 전자의 이동도를 낮추게 되고, 이를 통해 발광막(230)에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 하기 때문이다.

한편, 전술한 바와 같이 인광물질막(230b)에 정공수송층(223) 물질을 도핑하여 박막층(300)을 형성함으로써, 유기전계발광 다이오드(E)의 발광효율 및 수명을 향상되는 효과는 청색(B) 형광물질과 옐로우색(Y) 인광물질을 일예로 설명하였으나 이는, 유기전계발광 다이오드(E)의 발광막(230)을 이루는 인광물질 어느 것에도 동일한 효과를 갖는다.

즉, 발광막(230)이 청색(B) 형광물질과 적색(R) 및 녹색(G) 인광물질로 이루어질 경우, 적색(R) 및 녹색(G) 인광물질 중 전자수송층(225)과 가장 인접한 물질에 정공수송층(223) 물질을 도핑하여 박막층(300)을 형성하여도 유기전계발광 다이오드(E)의 발광효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 유기전계발광 다이오드(E)의 발광막(230) 중 인광물질막(230b)에 정공수송층(223) 물질을 도핑하여 박막층(300)을 형성함으로써, 전자의 이동도를 낮춤으로써, 전자의 이동 속도가 기존에 비해 낮아지도록 한다.

이를 통해, 발광막(230)에서 정공과 전자의 밀도가 균형을 이루도록 함으로써, 유기전계발광 다이오드(E)의 발광효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.

또한, 버퍼층(미도시)에 호스트 격자(미도시)를 도핑(doping)하는 코-호스트(co-host) 공정을 진행하던 기존에 비해 공정비용을 절감할 수 있는 동시에 공정의 효율성을 향상시키게 된다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

도 1은 일반적인 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 유기전계발광 다이오드의 밴드다이어그램.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 도 2의 OLED의 유기전계발광현상에 의한 발광원리를 갖는 밴드다이어그램.

도 4는 발광막의 시간에 따른 밝기를 나타낸 실험데이터.

Claims

어레이기판과, 양극전극과 정공수송막, 형광물질막과 인광물질막으로 이루어지는 발광막, 전자수송막과 음극전극을 포함하는 유기전계발광소자의 형성방법에 있어서,

상기 어레이기판 상부로 순차적으로 상기 정공수송막과 상기 형광물질막과 상기 인광물질막과 상기 전자수송막이 위치하며,

상기 인광물질막 상에 상기 정공수송막을 이루는 물질이 도핑(doping)된 박막층이 구성되며,

상기 박막층은 상기 인광물질막과 상기 전자수송막 사이에 위치하는 유기전계발광소자의 형성방법.
제 1 항에 있어서,

상기 정공수송막을 이루는 물질은 상기 인광물질막의 1/10의 비율로 도핑되는 유기전계발광소자의 형성방법.
제 1 항에 있어서,

상기 정공수송막은 상기 인광물질막의 삼중항 상태(triplet state)보다 큰 유기전계발광소자의 형성방법.
제 1 항에 있어서,

상기 인광물질막은 YAG(Yttrium Aluminium Garnet) 계열 및 TAG(Terbium Aluminium Garnet) 계열 또는 규산염(silicate) 계열 등으로 이루어지는 옐로우색(Y) 발광물질인 유기전계발광소자의 형성방법.
제 1 항에 있어서,

상기 인광물질막은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, Ir(ppy)2(factris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 녹색 인광물질과, CBP(carbazole biphenyl), mCP(1, 3-bis(carbazole-9-y1))를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(reis(1-phenylquinoline) iridium)) 및 PtOEP(octaethylporphrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 도펀트를 포함하는 적색 인광물질인 유기전계발광소자의 형성방법.
제 5 항에 있어서,

상기 형광물질막은 spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 청색(B) 형광물질인 유기전계발광소자의 형성방법.
제 1 항에 있어서,

상기 양극전극과 상기 정공수송막 사이에 정공주입막이 더욱 개재되며, 상기 음극전극과 상기 전자수송막 사이에 전자주입막이 더욱 개재되는 유기전계발광소자의 형성방법.
제 1 항에 있어서,

상기 어레이기판은

다수의 화소영역으로 정의된 투명기판과;

상기 화소영역의 일측과 타측에 교차하여 구성된 게이트 및 데이터배선과;

상기 게이트 및 데이터배선의 교차지점에 구성되고, 게이트전극과 반도체층과 소스 및 드레인전극으로 구성된 스위칭소자와 구동소자를 포함하는 유기전계발광소자의 형성방법.
제 8 항에 있어서,

상기 양극전극은 상기 드레인전극과 접촉하는 유기전계발광소자의 형성방법.