KR101829847B1 - 유기전계발광다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적색, 녹색 및 청색 화소영역 각각에 형성되는 양극과; 적색, 녹색 및 청색 화소영역 각각에 형성되며 상기 양극 상에 위치하는 제 1 정공 수송층과; 상기 적색 화소영역에, 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하며, 정공 수송 타입의 제 1 호스트로 이루어지는 제 2 정공 수송층과, 상기 제 1 호스트와 전자 수송 타입의 제 2 호스트 및 제 1 도펀트로 이루어지는 적색 발광물질패턴 및 상기 제 2 호스트로 이루어지는 제 1 전자 수송층을 포함하는 제 1 유기물질층과; 상기 녹색 화소영역에 상기 제 1 전공 수송층 상에 위치하며, 제 3 정공 수송층과, 녹색 발광물질패턴과 제 2 전자 수송층을 포함하는 제 2 유기물질층과; 상기 청색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하는 녹색 발광물질패턴과; 상기 녹색 발광물질패턴 상에 위치하는 제 3 전자 수송층과; 상기 제 1 내지 제 3 전자 수송층 상부에 위치하는 음극을 포함하는 유기전계발광다이오드를 제공한다.
이에 의해, 마이크로 캐버티 효과를 이용하여 광추출 효과가 향상된 유기전계발광다이오드를 제공하면서 제조 공정을 단순화하고 제조 원가를 절감할 수 있다.

Description

유기전계발광다이오드 및 그 제조방법{Organic electroluminescent diode and method of fabricating the same}
본 발명은 유기전계발광다이오드에 관한 것으로, 특히 향상된 효율을갖는 유기전계발광다이오드와 공정이 단순하고 제조 원가가 절감된 유기전계발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
최근까지, CRT(cathode ray tube)가 표시장비로서 주로 사용되었다. 그러나, 최근에 CRT를 대신할 수 있는, 플라즈마표시장비(plasma display panel: PDP), 액정표시장비(liquid crystal display device: LCD), 유기전계발광소자(organic electroluminescent device: OELD)와 같은 평판표시장비가 널리 연구되며 사용되고 있는 추세이다.
위와 같은 평판표시장비 중에서, 유기전계발광소자는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장비에 사용되는 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.
그리고, 액정표시장비에 비해 소비전력 측면에서도 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 액정표시장비 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자의 기본 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 하나의 화소는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)로 이루어진다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 유기전계 발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결되고 있다. 즉, 상기 유기전계발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(PL)과 연결되고 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계발광 다이오드(E)로 전달하게 된다. 또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 있다.
따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(StgC)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
여기서, 유기전계발광다이오드(E)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 각각에 형성되는 양극(10, anode)과, 정공 수송층(12, hole transporting layer)과, 적색 유기발광패턴(14), 녹색 유기발광패턴(16) 및 청색 유기발광패턴(18)을 포함하는 발광물질층(emitting material layer)과, 전자 수송층(20, electron transporting layer) 및 음극(cathode)을 포함하여 구성된다. 도시하지 않았지만, 상기 양극(10)과 정공 수송층(12) 사이에 정공 주입층이 위치할 수 있으며, 상기 음극(22)과 상기 전자 수송층(20) 사이에 전자 주입층이 위치할 수 있다.
이러한 구성의 유기전계발광다이오드(E)에 있어, 상기 양극(10) 및 음극(22)에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층(12)과 전자 수송층(20)을 통해 상기 발광물질층으로 이동되며, 상기 발광물질층에서 서로 결합하여 발광하게 된다. 그러나, 종래 유기전계발광다이오드는 광 출력 효율에 있어 한계가 있다.
본 발명에서는 유기전계발광다이오드의 광 출력의 한계를 극복하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은 적색, 녹색 및 청색 화소영역 각각에 형성되는 양극과; 적색, 녹색 및 청색 화소영역 각각에 형성되며 상기 양극 상에 위치하는 제 1 정공 수송층과; 상기 적색 화소영역에, 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하며, 정공 수송 타입의 제 1 호스트로 이루어지는 제 2 정공 수송층과, 상기 제 1 호스트와 전자 수송 타입의 제 2 호스트 및 제 1 도펀트로 이루어지는 적색 발광물질패턴 및 상기 제 2 호스트로 이루어지는 제 1 전자 수송층을 포함하는 제 1 유기물질층과; 상기 녹색 화소영역에 상기 제 1 전공 수송층 상에 위치하며, 제 3 정공 수송층과, 녹색 발광물질패턴과 제 2 전자 수송층을 포함하는 제 2 유기물질층과; 상기 청색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하는 녹색 발광물질패턴과; 상기 녹색 발광물질패턴 상에 위치하는 제 3 전자 수송층과; 상기 제 1 내지 제 3 전자 수송층 상부에 위치하는 음극을 포함하는 유기전계발광다이오드를 제공한다.
상기 녹색 발광물질패턴은 정공 수송 타입의 제 3 호스트와 전자 수송 타입의 제 4 호스트 및 제 2 도펀트로 이루어지며, 상기 제 3 정공 수송층은 상기 제 3 호스트로 이루어지고, 상기 제 2 전자 수송층은 상기 제 4 호스트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 호스트의 HOMO 값은 5.2~5.6 eV이고 LUMO 값은 2.2~2.6 eV이며, 상기 제 4 호스트의 HOMO 값은 5.7~6.1 eV이고 LUMO 값은 2.6~3.0 eV인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 호스트의 HOMO 값은 5.2~5.6 eV이고 LUMO 값은 2.2~2.6 eV이며, 상기 제 2 호스트의 HOMO 값은 5.7~6.1 eV이고 LUMO 값은 2.6~3.0 eV인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 호스트는 카바졸 유도체 또는 트리페닐아민 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 호스트는 옥사디아졸 유도체, 1,2,4-triazole 유도체 또는 1,3,5-triazine 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 양극과 음극 사이는 상기 적색 화소영역에서 제 1 거리이고, 상기 청색 화소영역에서 상기 제 1 거리보다 작은 제 2 거리이며, 상기 녹색 화소영역에서 상기 제 1 거리보다 작고 상기 제 2 거리보다 큰 제 3 거리인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 정공 수송층의 두께는 상기 제 3 정공 수송층의 두께보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 음극은 마그네슘과 은의 합금으로 이루어지고 반투과 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
다른 관점에서, 본 발명은 적색, 녹색 및 청색 화소영역이 정의된 기판 상에, 적색, 녹색 및 청색 화소영역을 덮는 양극을 형성하는 단계와; 상기 양극 상에 제 1 정공 수송층을 형성하는 단계와; 정공 수송 타입의 제 1 호스트가 담겨 있는 제 1 소스와 전자 수송 타입의 제 2 호스트가 담겨 있는 제 2 소스와 도펀트가 담겨 있는 제 3 소스가 위치하는 챔버에 상기 제 1 정공 수송층이 형성된 상기 기판을 위치시키고, 상기 제 2 및 제 3 소스를 셔터로 밀폐하고 열증착하여 상기 제 1 호스트를 증착시켜 상기 적색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 제 2 정공 수송층을 형성하고, 상기 셔터를 제거한 후 열증착하여 상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트 및 상기 도펀트를 증착시켜 상기 제 2 정공 수송층 상에 적색 발광물질패턴을 형성하며, 상기 제 1 및 제 3 소스를 셔터로 밀폐하고 열증착하여 상기 제 2 호스트를 증착시킴으로써 상기 적색 발광물질패턴 상에 제 1 전자 수송층을 형성하는 단계와; 상기 녹색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 제 3 정공 수송층과, 녹색 발광물질패턴 및 제 2 전가 수송층을 연속 증착하는 단계와; 상기 청색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 청색 발광물질패턴을 형성하는 단계와; 상기 청색 발광물질패턴 상에 제 3 전자 수송층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 내지 제 3 전자 수송층 상부에 음극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계발광다이오드의 제조 방법을 제공한다.
상기 제 1 호스트의 HOMO 값은 5.2~5.6 eV이고 LUMO 값은 2.2~2.6 eV이며, 상기 제 2 호스트의 HOMO 값은 5.7~6.1 eV이고 LUMO 값은 2.6~3.0 eV인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 호스트는 카바졸 유도체 또는 트리페닐아민 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 호스트는 옥사디아졸 유도체, 1,2,4-triazole 유도체 또는 1,3,5-triazine 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기전계발광다이오드는 마이크로 캐버티 효과를 이용함으로써 광출력 효율이 향상된다.
또한, 발광물질층과 보조 정공수송층을 하나의 챔버에서 형성함으로써, 제조 공정을 단순화하고 제조 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자의 기본 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 유기전계발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광다이오드의 제조 공정 일부를 보여주는 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
유기전계발광다이오드는 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 각각에 형성되는 양극(110)과, 정공주입층(111)과, 제 1 정공 수송층(112)과, 상기 적색 화소영역(Rp)에 형성되는 제 2 정공 수송층(114)과, 상기 녹색 화소영역(Gp)에 형성되는 제 3 정공 수송층(116)과, 적색 유기발광패턴(122), 녹색 유기발광패턴(124) 및 청색 유기발광패턴(126)을 포함하는 발광물질층과, 전자 수송층(130)과, 음극(140) 및 캡핑층(150, capping layer)을 포함하여 구성된다. 도시하지 않았으나, 상기 음극(140)과 상기 전자 수송층(130) 사이에 전자 주입층이 위치할 수 있다.
또한, 도시하지 않았으나, 유기전계발광소자에 있어, 기판 상에 서로교차하여 각 화소영역(Rp, Gp, Bp)을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선과 이중 어느 하나와 평행하게 연장되는 전원배선이 위치하며, 각 화소영역(Rp, Gp, Bp)에는 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 상기 스위칭 박막트랜지스터에 연결된 구동 박막트랜지스터가 위치한다. 상기 구동 박막트랜지스터는 상기 양극(110)에 연결된다.
상기 양극(110)은 반사전극이며, 예를 들어, 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO)와 같이 일함수가 높은 투명 도전성 물질층과 은 또는 은 합금과 같은 반사물질층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 정공 수송층(112)은 상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 전체에 형성되며, 상기 제 2 및 제 3 정공 수송층(114, 116) 각각은 상기 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에 형성된다.
또한, 상기 음극(140)은 마그네슘과 은의 합금(Mg:Ag)으로 이루어져 반투과 특성을 갖는다. 즉, 발광물질층으로부터 방출된 빛은 상기 음극(140)을 통해 외부로 표시되는데, 상기 음극(140)은 반투과 특성을 갖기 때문에, 일부의 빛은 다시 양극(110)을 향한다.
이와 같이, 반사층으로 작용하는 상기 양극(110)과 상기 음극(140) 사이에서 반복적인 반사가 일어나게 되며, 이를 마이크로 캐버티(microcavity) 효과라 한다. 즉, 양극(110)과 음극(140) 사이의 캐버티 내에서 빛이 반복적으로 반사되어 광 효율이 증가하게 된다.
이때, 상기 적색, 녹색 및 청색 유기발광패턴(122, 124, 126)으로부터 방출되는 빛의 파장이 다르기 때문에, 상기 양극(110)과 상기 음극(140) 사이의 거리로 정의되는 캐버티의 두께를 달리하게 된다. 즉, 파장이 가장 긴 적색빛이 방출되는 적색 화소영역(Rp)에서 상기 양극(110)과 상기 음극(140)은 제 1 거리(d1)만큼 이격되며, 파장이 가장 짧은 청색빛이 방출되는 청색 화소영역(Bp)에서 상기 양극(110)과 상기 음극(140)은 제 3 거리(d3)만큼 이격되고, 녹색빛이 방출되는 녹색 화소영역(Gp)에서 상기 양극(110)과 상기 음극(140) 사이의 제 2 거리(d2)는 상기 제 1 거리(d1)보다 작고 상기 제 3 거리(d3)보다 크게 구성된다. (d1>d2>d3)
따라서, 상기 녹색 빛의 파장을 기준으로 상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 전면에 상기 제 1 정공 수송층(112)을 형성하고, 상기 적색 화소영역(Rp)에 상기 제 2 정공 수송층(114)을 추가로 형성하며, 상기 녹색 화소영역(Gp)에 상기 제 2 정공 수송층(114)보다 작은 두께의 제 3 정공 수송층(116)을 형성한다.
한편, 상기 캡핑층(150)은 광 추출 효과를 증가시키기 위한 것으로, 상기 정공 수송층(112, 114, 116) 및 상기 전자 수송층(130)과 상기 유기발광패턴(122, 124, 126)의 호스트 물질 중 어느 하나로 이루어진다.
전술한 구성의 유기전계발광다이오드는 마이크로 캐버티 효과를 이용함으로써, 광 출력 효율을 높이고 또한 선명한 색 특성을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.
그러나, 전술한 제 1 실시예의 유기전계발광다이오드는 마이크로 캐버티 효과를 위해, 적색 화소영역(Rp)과 녹색 화소영역(Gp) 각각에 제 2 및 제 3 정공 수송층(112, 114)이 형성되어야 하며, 이로 인해 제조 공정이 복잡해진다.
즉, 도 3을 참조하면, 제 1 정공 수송층(112)을 형성하기 위한 제 1 챔버, 제 3 정공 수송층(116)을 형성하기 위한 제 2 챔버, 제 2 정공 수송층(114)을 형성하기 위한 제 3 챔버, 청색 유기발광패턴(126)을 형성하기 위한 제 4 챔버, 녹색 유기발광패턴(124)을 형성하기 위한 제 5 챔버, 적색 유기발광패턴(122)을 형성하기 위한 제 6 챔버, 전자 수송층(130)을 형성하기 위한 제 7 챔버, 음극(140)을 형성하기 위한 제 8 챔버, 캡핑층(150)을 형성하기 위한 제 9 챔버가 필요하다. 양극(110)과 정공주입층(112)의 공정 챔버를 고려하면 11 챔버가 필요하며, 정공주입층(112)을 상기 제 1 정공수송층(114)와 하나의 챔버에서 형성한다면 10 챔버가 필요하게 된다.
이와 같은 챔버 수의 증가는 공정을 복잡하게 하고 제조 원가를 증가시키는 문제가 있다.
위와 같은 문제의 해결을 위한 제 2 실시예의 유기전계발광다이오드를 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광다이오드는 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 각각에 형성되는 양극(210)과, 정공 주입층(211), 제 1 정공 수송층(212)과, 상기 적색 화소영역(Rp)에 형성되며 제 2 정공 수송층(222)과 적색 발광물질패턴(224) 및 제 1 전자 수송층(226)을 포함하는 제 1 유기물질층(220)과, 상기 녹색 화소영역(Gp)에 형성되며 제 3 정공 수송층(232)과 녹색 발광물질패턴(234) 및 제 2 전자 수송층(236)을 포함하는 제 2 유기물질층(230)과, 상기 청색 화소영역(Bp)에 형성되는 청색 발광물질패턴(240) 및 제 3 전자 수송층(242)과, 전자 주입층(250)과, 음극(260) 및 캡핑층(270, capping layer)을 포함하여 구성된다.
상기 전자 주입층은 전자의 주입을 원활히 하기 위한 것으로 생략 가능하다.
상기 양극(210)은 반사전극이며, 예를 들어, 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO)와 같이 일함수가 높은 투명 도전성 물질층과 은(Ag) 또는 은 합금과 같은 반사물질층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 정공 수송층(212)은 상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 전체에 형성되며, 상기 전공 주입층(211)과 동일 챔버에서 형성되거나 또는 별도의 챔버에서 형성될 수 있다.
상기 적색 화소영역(Rp)에 위치하는 제 1 유기물질층(220)은 제 2 정공 수송층(222)과 적색 발광물질패턴(224) 및 제 1 전자 수송층(226)을 포함하는데, 상기 적색 발광물질패턴(224)은 제 1 및 제 2 호스트와 제 1 도펀트로 이루어진다. 상기 제 1 호스트는 정공 이동 타입(hole transport type)이며, 상기 제 2 호스트는 전자 이동 타입(electron transport type)이다. 즉, 상기 적색 발광물질패턴(224)은 정공 이동도(hole mobility)가 전자 이동도(electron mobility)보다 큰 정공 이동 타입의 제 1 호스트와 전자 이동도가 정공 이동도보다 큰 전자 이동 타입의 제 2 호스트를 모두 이용함으로써, 정공-전자 밸런스가 향상된다.
구체적으로, 상기 제 1 호스트는 HOMO (highest occupied molecular orbital) 값이 5.2~5.6 eV, LUMO (lowest occupied molecular orbital) 값이 2.2~2.6 eV이며, 상기 제 2 호스트는 HOMO 값이 5.7~6.1 eV, LUMO 값이 2.6~3.0 eV인 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 제 1 호스트는 카바졸(carbazole) 유도체 또는 트리페닐아민(triphenylamine) 유도체 중에서 선택되며, 카바졸 유도체는 하기 화학식1-1에 표시된 4,4'-bis(9-carbazolyl)biphenyl (CBP)일 수 있고, 트리페닐아민 유도체는 하기 화학식1-2에 표시된 fluorene/triarylamine hybrid, tris[4-(9-phenylfluoren-9-yl)phenyl]amine (TFTPA)일 수 있다.
화학식1 -1
Figure 112011084790419-pat00001
화학식1 -2
Figure 112011084790419-pat00002
예를 들어, 상기 제 2 호스트는 옥사디아졸(oxadiazole) 유도체, 1,2,4-triazole 유도체 또는 1,3,5-triazine 유도체 중 에서 선택되며, 옥사디아졸 유도체는 하기 화학식2-1에 표시되는 2,2'-bis(1,3,4-oxadiazol-2-yl)biphenyls (BOBPs)일 수 있다.
또한, 1,2,4-triazole 유도체는 하기 화학식2-2에 표시된 3-phenyl-4-(1'-naphthyl)-5-phenyl-1,2,4-triazole (NTAZ)일 수 있으며, 1,3,5-triazine 유도체는 하기 화학식2-3에 표시된 2,4,6-tris(biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine (T2T)일 수 있다.
화학식2 -1
Figure 112011084790419-pat00003
화학식2 -2
Figure 112011084790419-pat00004
화학식2 -3
Figure 112011084790419-pat00005

또한, 상기 제 2 정공 수송층(222)은 홀 이동 타입의 상기 제 1 호스트로 이루어지며, 상기 제 1 전자 수송층(226)은 전자 이동 타입의 상기 제 2 호스트로 이루어진다. 따라서, 상기 제 2 정공 수송층(222), 상기 적색 발광물질패턴(224) 및 상기 제 1 전자 수송층(226)은 하나의 챔버에서 형성될 수 있다.
또한, 상기 녹색 화소영역(Gp)에 위치하는 제 2 유기물질층(230)은 제 3 정공 수송층(232)과 녹색 발광물질패턴(234) 및 제 2 전자 수송층(236)을 포함하는데, 상기 녹색 발광물질패턴(234)은 제 3 및 제 4 호스트와 제 2 도펀트로 이루어진다. 상기 제 3 호스트는 정공 이동 타입이며, 상기 제 4 호스트는 전자 이동 타입이다. 즉, 상기 녹색 발광물질패턴(234)은 정공 이동도(hole mobility)가 전자 이동도(electron mobility)보다 큰 정공 이동 타입의 제 3 호스트와 전자 이동도가 정공 이동도보다 큰 전자 이동 타입의 제 4 호스트를 모두 이용함으로써, 정공-전자 밸런스가 향상된다.
구체적으로, 상기 제 3 호스트는 상기 적색발광물질패턴(224)의 제 1 호스트와 유사하게 HOMO 값이 5.2~5.6 eV, LUMO 값이 2.2~2.6 eV이며, 상기 제 4 호스트는 상기 적색발광물질패턴(224)의 제 2 호스트와 유사하게 HOMO 값이 5.7~6.1 eV, LUMO 값이 2.6~3.0 eV인 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 제 3 호스트는 카바졸(carbazole) 유도체 또는 트리페닐아민(triphenylamine) 유도체 중에서 선택되며, 카바졸 유도체는 상기 화학식1-1에 표시된 4,4'-bis(9-carbazolyl)biphenyl (CBP)일 수 있고, 트리페닐아민 유도체는 상기 화학식1-2에 표시된 fluorene/triarylamine hybrid, tris[4-(9-phenylfluoren-9-yl)phenyl]amine (TFTPA)일 수 있다.
예를 들어, 상기 제 4 호스트는 옥사디아졸(oxadiazole) 유도체, 1,2,4-triazole 유도체 또는 1,3,5-triazine 유도체 중 에서 선택되며, 옥사디아졸 유도체는 상기 화학식2-1에 표시되는 2,2'-bis(1,3,4-oxadiazol-2-yl)biphenyls (BOBPs)일 수 있다. 또한, 1,2,4-triazole 유도체는 상기 화학식2-2에 표시된 3-phenyl-4-(1'-naphthyl)-5-phenyl-1,2,4-triazole (NTAZ) 일 수 있으며, 1,3,5-triazine 유도체는 상기 화학식2-3에 표시된 2,4,6-tris(biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine (T2T)일 수 있다.
한편, 상기 청색 화소영역(Bp)에 형성되는 청색발광물질패턴(240)은 상기 제 1 정공 수송층(212)과 접촉하며 형성되며, 상기 청색 발광패턴(240) 상에 제 3 전자 수송층(242)이 형성된다. 상기 청색 발광패턴(240)이 전자 수송 타입의 호스트를 포함하는 경우, 상기 청색 발광패턴(240)과 상기 제 3 전자 수송층(242)은 하나의 챔버에서 형성될 수 있다. 그러나, 마이크로 캐버티 효과를 위해 상기 청색 화소영역(Bp)은 상기 제 1 정공 수송층(212) 외에 추가적인 정공 수송층을 필요로 하지 않기 때문에, 상기 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)과 달리 상기 청색 발광물질패턴(240)은 두가지의 호스트로 이루어질 필요는 없다.
상기 제 1 유기물질층(220)과 상기 제 2 유기물질층(230) 및 상기 제 3 전자 수송층(242) 상에 전자 주입층(250)과 음극(260)이 형성된다. 상기 전자 주입층(250)은 전자 주입 특성의 향상을 위한 것으로 생략 가능하다. 상기 전자 주입층(250)은 Mg, LiF 또는 Mg:LiF로 이루어질 수 있으며, 마그네슘과 은의 합금(Mg:Ag)으로 이루어지는 음극(260)과 하나의 챔버에서 형성될 수 있다.
한편, 상기 음극(260)은 마그네슘과 은의 합금(Mg:Ag)으로 이루어져 반투과 특성을 갖는다. 즉, 발광물질층으로부터 방출된 빛은 상기 음극(260)을 통해 외부로 표시되는데, 상기 음극(260)은 반투과 특성을 갖기 때문에, 일부의 빛은 다시 양극(210)을 향한다.
이와 같이, 반사층으로 작용하는 상기 양극(210)과 상기 음극(260) 사이에서 반복적인 반사가 일어나게 되며, 이를 마이크로 캐버티(microcavity) 효과라 한다. 즉, 양극(210)과 음극(260) 사이의 캐버티 내에서 빛이 반복적으로 반사되어 광 효율이 증가하게 된다.
이때, 상기 적색, 녹색 및 청색 유기발광패턴(224, 234, 240)으로부터 방출되는 빛의 파장이 다르기 때문에, 상기 양극(210)과 상기 음극(240) 사이의 거리로 정의되는 캐버티의 두께를 달리하게 된다. 즉, 파장이 가장 긴 적색빛이 방출되는 적색 화소영역(Rp)에서 상기 양극(210)과 상기 음극(260)은 제 1 거리(도 3의 d1)만큼 이격되며, 파장이 가장 짧은 청색빛이 방출되는 청색 화소영역(Bp)에서 상기 양극(210)과 상기 음극(260)은 제 3 거리(도 3의 d3)만큼 이격되고, 녹색빛이 방출되는 녹색 화소영역(Gp)에서 상기 양극(210)과 상기 음극(260) 사이의 제 2 거리(d2)는 상기 제 1 거리(d1)보다 작고 상기 제 3 거리(도 3의 d3)보다 크게 구성된다.
따라서, 상기 녹색 빛의 파장을 기준으로 상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 전면에 상기 제 1 정공 수송층(212)을 형성하고, 상기 적색 화소영역(Rp)에 상기 제 2 정공 수송층(222)을 추가로 형성하며, 상기 녹색 화소영역(Gp)에 상기 제 2 정공 수송층(222)보다 작은 두께의 제 3 정공 수송층(232)을 형성한다.
상기 캡핑층(270)은 광 추출 효과를 증가시키기 위한 것으로, 상기 음극(260) 상에 위치하며, 생략 가능하다.
전술한 유기전계발광다이오드는 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)에서 양극(210)과 음극(260) 사이의 거리를 달리하여 마이크로 캐버티 효과를 이용하면서 공정 챔버의 수를 줄일 수 있다.
즉, 유기전계발광소자는 정공, 전자의 이동을 위해 정공 수송층과 전자 수송층을 필요로 하는데, 적색 화소영역(Rp)에서 양극(210)과 음극(260) 사이의 거리를 증가시키기 위한 제 2 정공 수송층(222)을 적색 발광물질패턴(224)의 정공 수송 타입인 제 1 호스트를 이용하여 형성한다. 또한, 제 1 전자 수송층(226)을 적색 발광물질패턴(224)의 전자 수송 타입인 제 2 호스트를 이용하여 형성한다. 다시 말해, 상기 적색 발광물질패턴(224)을 정공 수송 타입의 제 1 호스트, 전자 수송 타입의 제 2 호스트와 제 1 도펀트로 형성하면서, 제 1 호스트만으로 이루어지는 제 2 정공 수송층(222)과 제 2 호스트만으로 이루어지는 제 1 전자 수송층(226)을 하나의 챔버에서 형성하게 된다.
또한, 녹색 화소영역(Gp)에서 양극(210)과 음극(260) 사이의 거리를 증가시키기 위한 제 3 정공 수송층(232)을 녹색 발광물질패턴(234)의 정공 수송 타입인 제 3 호스트를 이용하여 형성하며, 제 2 전자 수송층(236)을 녹색 발광물질패턴(234)의 전자 수송 타입인 제 4 호스트를 이용하여 형성한다. 다시 말해, 상기 녹색 발광물질패턴(234)을 정공 수송 타입의 제 3 호스트, 전자 수송 타입의 제 4 호스트와 제 2 도펀트로 형성하면서, 제 3 호스트만으로 이루어지는 제 3 정공 수송층(232)과 제 4 호스트만으로 이루어지는 제 2 전자 수송층(236)을 하나의 챔버에서 형성하게 된다.
결과적으로, 마이크로 캐버티 효과를 얻기 위해 증가되는 챔버의 수를 줄여 제조 공정을 단순화하고 제조 원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광다이오드의 제조 공정 일부를 보여주는 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 적색 화소영역(Rp)의 제 1 유기물질층(220)의 제조 공정을 추가 설명한다.
먼저, 기판(300) 상에 양극(도 4의 210), 정공 주입층(도 4의 211) 및 제 1 정공 수송층(도 4의 212)을 형성한다.
다음, 도 5a에 도시된 바와 같이, 양극(도 4의 210), 정공 주입층(도 4의 211) 및 제 1 정공 수송층(도 4의 212)이 형성된 기판(300)을 제 1 호스트(H1)이 담겨 있는 제 1 소스(310), 제 2 호스트(H2)가 담겨 있는 제 2 소스(320) 및 제 1 도펀트(D)가 담겨 있는 제 3 소스(330)이 위치하고 있는 챔버(미도시)에 위치시킨다. 이후, 상기 제 1 내지 제 3 소스(310, 320, 330)가 가열되어 상기 기판(300)에 열증착 공정이 진행된다.
이때, 상기 제 2 소스(320)와 상기 제 3 소스(330)는 셔터(340)에 의해 밀폐되고, 상기 제 1 소스(310)에서만 상기 제 1 호스트(H1)가 상기 기판(330)에 증착된다. 즉, 상기 기판(300) 상에 정공 수송 타입의 상기 제 1 호스트(H1)만이 증착되어 상기 제 2 정공 수송층(222)을 형성하게 된다.
다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 셔터(340)를 모두 제거하고 열증착을 진행하여, 상기 제 1 호스트(H1), 상기 제 2 호스트(H2) 및 상기 제 1 도펀트(D1)를 모두 증착시킨다. 따라서, 상기 제 1 호스트(H1), 상기 제 2 호스트(H2) 및 상기 제 1 도펀트(D1)로 이루어지는 상기 적색 발광물질패턴(224)이 형성된다.
다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 소스(310) 및 상기 제 3 소스(330)를 셔터(340)로 밀폐시키고 열증착을 진행하여, 상기 제 2 호스트(H2)만을 증착시킨다. 따라서, 전자 수송 타입의 제 2 호스트만으로 이루어지는 제 1 전자 수송층(226)이 형성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기전계발광다이오드는 마이크로 캐버티 효과를 이용함으로써, 광출력 효율이 향상되는 효과를 갖는다.
더욱이, 적색 및 녹색 화소영역에서 발광물질패턴을 정공 수송 타입의 제 1 호스트, 전자 수송 타입의 제 2 호스트 및 도펀트로 형성하고, 발광물질패턴 상부에 정공 수송 타입의 제 1 호스트만으로 이루어지는 전공 수송층과 전자 수송 타입의 제 2 호스트만으로 이루어지는 전자 수송층을 하나의 챔버에서 형성함으로써, 제조 공정이 단순하고 제조 원가가 절감된 유기전계발광소자를 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
210: 양극 212, 222, 224: 정공 수송층
224, 234, 240: 발광물질패턴
226, 236, 242: 전자 수송층
260: 음극

Claims (14)

  1. 적색, 녹색 및 청색 화소영역 각각에 형성되는 양극과;
    적색, 녹색 및 청색 화소영역 각각에 형성되며 상기 양극 상에 위치하는 제 1 정공 수송층과;
    상기 적색 화소영역에, 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하며, 정공 수송 타입의 제 1 호스트로 이루어지는 제 2 정공 수송층과, 상기 제 1 호스트와 전자 수송 타입의 제 2 호스트 및 제 1 도펀트로 이루어지는 적색 발광물질패턴 및 상기 제 2 호스트로 이루어지는 제 1 전자 수송층을 포함하는 제 1 유기물질층과;
    상기 녹색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하며, 제 3 정공 수송층과, 녹색 발광물질패턴과 제 2 전자 수송층을 포함하는 제 2 유기물질층과;
    상기 청색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하는 청색 발광물질패턴과;
    상기 녹색 발광물질패턴 상에 위치하는 제 3 전자 수송층과;
    상기 제 1 내지 제 3 전자 수송층 상부에 위치하는 음극을 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 3 전자 수송층은 불연속적으로 형성되는 유기전계발광다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 녹색 발광물질패턴은 정공 수송 타입의 제 3 호스트와 전자 수송 타입의 제 4 호스트 및 제 2 도펀트로 이루어지며, 상기 제 3 정공 수송층은 상기 제 3 호스트로 이루어지고, 상기 제 2 전자 수송층은 상기 제 4 호스트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 호스트의 HOMO 값은 5.2~5.6 eV이고 LUMO 값은 2.2~2.6 eV이며, 상기 제 4 호스트의 HOMO 값은 5.7~6.1 eV이고 LUMO 값은 2.6~3.0 eV인 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트의 HOMO 값은 5.2~5.6 eV이고 LUMO 값은 2.2~2.6 eV이며, 상기 제 2 호스트의 HOMO 값은 5.7~6.1 eV이고 LUMO 값은 2.6~3.0 eV인 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트는 카바졸 유도체 또는 트리페닐아민 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 호스트는 옥사디아졸 유도체, 1,2,4-triazole 유도체 또는 1,3,5-triazine 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극과 음극 사이는 상기 적색 화소영역에서 제 1 거리이고, 상기 청색 화소영역에서 상기 제 1 거리보다 작은 제 2 거리이며, 상기 녹색 화소영역에서 상기 제 1 거리보다 작고 상기 제 2 거리보다 큰 제 3 거리인 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 정공 수송층의 두께는 상기 제 3 정공 수송층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극은 마그네슘과 은의 합금으로 이루어지고 반투과 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드.
  10. 적색, 녹색 및 청색 화소영역이 정의된 기판 상에, 적색, 녹색 및 청색 화소영역을 덮는 양극을 형성하는 단계와;
    상기 양극 상에 제 1 정공 수송층을 형성하는 단계와;
    정공 수송 타입의 제 1 호스트가 담겨 있는 제 1 소스와 전자 수송 타입의 제 2 호스트가 담겨 있는 제 2 소스와 도펀트가 담겨 있는 제 3 소스가 위치하는 챔버에 상기 제 1 정공 수송층이 형성된 상기 기판을 위치시키고, 상기 제 2 및 제 3 소스를 셔터로 밀폐하고 열증착하여 상기 제 1 호스트를 증착시켜 상기 적색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 제 2 정공 수송층을 형성하고, 상기 셔터를 제거한 후 열증착하여 상기 제 1 호스트와 상기 제 2 호스트 및 상기 도펀트를 증착시켜 상기 제 2 정공 수송층 상에 적색 발광물질패턴을 형성하며, 상기 제 1 및 제 3 소스를 셔터로 밀폐하고 열증착하여 상기 제 2 호스트를 증착시킴으로써 상기 적색 발광물질패턴 상에 제 1 전자 수송층을 형성하는 단계와;
    상기 녹색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 제 3 정공 수송층과, 녹색 발광물질패턴 및 제 2 전자 수송층을 연속 증착하는 단계와;
    상기 청색 화소영역에 상기 제 1 정공 수송층 상에 청색 발광물질패턴을 형성하는 단계와;
    상기 청색 발광물질패턴 상에 제 3 전자 수송층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 내지 제 3 전자 수송층 상부에 음극을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기전계발광다이오드의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트의 HOMO 값은 5.2~5.6 eV이고 LUMO 값은 2.2~2.6 eV이며, 상기 제 2 호스트의 HOMO 값은 5.7~6.1 eV이고 LUMO 값은 2.6~3.0 eV인 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트는 카바졸 유도체 또는 트리페닐아민 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드의 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 호스트는 옥사디아졸 유도체, 1,2,4-triazole 유도체 또는 1,3,5-triazine 유도체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광다이오드의 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 정공 수송층, 상기 적색 발광물질패턴 및 상기 제 1 전자 수송층은 일련의 열증착 공정에 의해 형성되는 유기전계발광다이오드.
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