KR102081113B1 - 유기 발광 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수명을 향상시킬 수 있는 유기 발광 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판 상에 서로 마주보는 제1 및 제2 전극과; 상기 제1 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 2개의 발광 유닛들과; 상기 발광 유닛들 사이에 순차적으로 적층되어 형성되는 N형 전하 생성층 및 P형 전하 생성층과; 상기 P형 전하 생성층 및 상기 N형 전하 생성층 중 적어도 어느 하나의 전하 생성층과, 상기 적어도 어느 하나의 전하 생성층의 상부 또는 하부에 위치하는 발광 유닛의 발광층 사이에 형성되며, 상기 발광 유닛의 발광층에 공급되는 전자 및 정공을 생성하는 적어도 1층의 보조 전하 생성층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 발광 표시 장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY}
본 발명은 수명을 향상시킬 수 있는 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.
최근 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 등을 들 수 있다.
특히, 유기 발광 표시 장치는 자발광소자로서 다른 평판 표시 장치에 비해 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.
그러나, 유기 발광 표시 장치는 다른 평판 표시 장치에 비해 수명이 짧은 문제점이 있다. 따라서, 최근에는 유기 발광 표시 장치의 수명을 향상시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 수명을 향상시킬 수 있는 유기 발광 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판 상에 서로 마주보는 제1 및 제2 전극과; 상기 제1 및 제2 전극 사이에 형성되는 적어도 2개의 발광 유닛들과; 상기 발광 유닛들 사이에 순차적으로 적층되어 형성되는 N형 전하 생성층 및 P형 전하 생성층과; 상기 P형 전하 생성층 및 상기 N형 전하 생성층 중 적어도 어느 하나의 전하 생성층과, 상기 적어도 어느 하나의 전하 생성층의 상부 또는 하부에 위치하는 발광 유닛의 발광층 사이에 형성되며, 상기 발광 유닛의 발광층에 공급되는 전자 및 정공을 생성하는 적어도 1층의 보조 전하 생성층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 2개의 발광 유닛은 상기 제1 전극과 상기 N형 전하 생성층 사이에 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제1 발광층 및 제1 전자 수송층이 적층되어 형성된 제1 발광 유닛과; 상기 P형 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 수송층, 상기 보조 전하 생성층, 제3 정공 수송층, 제2 발광층 및 제2 전자 수송층이 적층되어 형성된 제2 발광 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 전하 생성층은 상기 P형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며, 상기 P형 전하 생성층은 정공 수송 기능을 하는 호스트와 1~99중량%의 P형 도펀트가 혼합되어 형성되거나, HAT-CN으로 형성되며, 상기 호스트는 상기 제2 및 제3 정공 수송층 중 적어도 어느 하나와 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 전하 생성층은 제1 및 제2 보조 전하 생성층을 구비하며, 상기 적어도 2개의 발광 유닛은 상기 제1 전극과 상기 N형 전하 생성층 사이에 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제1 발광층 및 제1 전자 수송층이 적층되어 형성된 제1 발광 유닛과; 상기 P형 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 수송층, 보조 전하 생성층, 제3 정공 수송층, 제2 보조 전하 생성층, 제4 정공 수송층, 제2 발광층 및 제2 전자 수송층이 적층되어 형성된 제2 발광 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 전하 생성층 및 제2 보조 전하 생성층은 서로 동일 재질로 형성되거나 다른 재질로 형성되며, 상기 보조 전하 생성층 및 제2 보조 전하 생성층 각각은 상기 P형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며, 상기 P형 전하 생성층은 정공 수송 기능을 하는 호스트와 1~99중량%의 P형 도펀트가 혼합되어 형성되거나, HAT-CN으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 전하 생성층 및 제2 보조 전하 생성층이 정공 수송 기능을 하는 호스트와 P형 도펀트가 혼합되어 형성될 때, 상기 호스트는 상기 제2 내지 제4 정공 수송층 중 적어도 어느 하나와 동일 재질로 형성되며, 상기 보조 전하 생성층과 상기 제2 보조 전하 생성층 각각의 호스트는 서로 동일하거나 상이하며, 상기 보조 전하 생성층과 상기 제2 보조 전하 생성층 각각에 도핑되는 P형 도펀트의 농도는 같거나 상이한 것을 특징으로 한다.
상기 P형 도펀트는 하기 화학식 1 내지 6 중 어느 하나의 유기 화합물로 형성되며, 하기 화학식 1에서 R1 내지 R6은 불소 또는 시아노기로 치환되거나 치환되지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 P형 전하 생성층은 정공 수송 기능을 하는 호스트와 1~30중량%의 P형 도펀트가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 2개의 발광 유닛은 상기 제1 전극과 상기 N형 전하 생성층 사이에 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제1 발광층, 제1 전자 수송층, 상기 보조 전하 생성층 및 제2 전자 수송층이 적층되어 형성된 제1 발광 유닛과; 상기 P형 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 수송층, 제2 발광층 및 제3 전자 수송층이 적층되어 형성된 제2 발광 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 전하 생성층은 상기 N형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며, 상기 보조 전하 생성층은 상기 N형 전하 생성층의 두께와 동등하거나 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 2개의 발광 유닛은 상기 제1 전극과 상기 N형 전하 생성층 사이에 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제1 발광층, 제1 전자 수송층, 상기 제1 보조 전하 생성층 및 제2 전자 수송층이 적층되어 형성된 제1 발광 유닛과; 상기 P형 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 수송층, 제2 보조 전하 생성층, 제3 정공 수송층, 제2 발광층 및 제3 전자 수송층이 적층되어 형성된 제2 발광 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 보조 전하 생성층은 상기 N형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며, 상기 제1 보조 전하 생성층은 상기 N형 전하 생성층의 두께와 동등하거나 얇은 두께를 가지며, 상기 제2 보조 전하 생성층은 상기 P형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며, 상기 제2 보조 전하 생성층은 상기 P형 전하 생성층의 두께와 동등하거나 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치에서는 P형 전하 생성층 및 N형 전하 생성층 적어도 어느 하나와, 발광 유닛의 발광층 사이에 정공 및 전자를 생성하는 보조 전하 생성층이 적어도 1층 형성된다. 이에 따라, 본원 발명은 보조 전하 생성층을 통해 생성된 정공과 전자를 발광층에 안정적으로 공급할 수 있어 종래보다 수명을 약 35%증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유기 발광 표시 장치의 밴드다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 보조 전하 생성층의 다른 실시 예를 나타내는 단면도들이다.
도 4는 종래와 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 수명을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래와 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 시간-전압 변화량을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 종래와 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 전압-전류밀도를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 유기 발광 표시 장치의 밴드다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 9는 종래와 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 수명을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 종래와 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 시간-전압 변화량을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 종래와 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 전압-전류밀도-휘도특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 유기 발광 표시 장치의 밴드다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 14는 컬러 필터를 가지는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 유기 발광 표시 장치는 서로 마주보는 제1 및 제2 전극(102,104), 제1 및 제2 전극(102,104) 사이에 형성되는 제1 및 제2 발광 유닛(110,120)과, 제1 및 제2 발광 유닛(110,120) 사이에 위치하는 전하 생성층(130)을 구비한다. 본 발명에서는 2개의 발광 유닛이 이용되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 그 이상의 발광 유닛으로 형성될 수도 있다.
제1 및 제2 전극(102,104) 중 적어도 어느 하나는 투명 전극으로 형성된다. 제1 전극(102)이 투명 전극이고, 제2 전극(104)이 불투명 전극인 경우, 하부로 광을 출사하는 배면 발광 구조이다. 제2 전극(104)이 투명 전극이고, 제1 전극(102)이 불투명 전극인 경우, 상부로 광을 출사하는 전면 발광 구조이다. 제1 및 제2 전극(102,104) 모두 투명 전극인 경우, 상하부로 광을 출사하는 양면 발광 구조이다.
투명 전극으로는 ITO(Indum Tin Oxide; 이하,ITO), IZO(Indum Zinc Oxide; 이하,IZO) 등이 이용되며, 불투명 전극으로는 반사성 금속 재질로 알루미늄(Al), 금(Au), 몰리브덴(MO), 크롬(Cr), 구리(Cu), LiF 등으로 형성되거나, 이들을 이용한 복층 구조로 형성된다.
본 발명의 제1 실시 예에서는 제1 전극(102)이 애노드로서 투명 전극으로 형성되고, 제2 전극(104)이 캐소드로서, 불투명 전극으로 형성되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
제1 발광 유닛(110)은 제1 전극(102)과 N형 전하 생성층(132) 사이에 형성된다. 제1 발광 유닛(110)은 제1 전극(102) 상에 순차적으로 형성되는 정공 주입층(112), 적어도 1층의 제1 정공 수송층(114), 제1 발광층(116) 및 제1 전자 수송층(118)을 구비한다. 제1 정공 수송층(114)은 제1 전극(102)으로부터의 정공을 제1 발광층(116)에 공급하며, 제1 전자 수송층(118)은 N형 전하 생성층(132)으로부터의 전자를 제1 발광층(116)에 공급하며, 제1 발광층(116)에서는 제1 정공 수송층(114)을 통해 공급된 정공과 제1 전자 수송층(118)을 통해 공급된 전자들이 재결합되므로 광이 생성된다.
제2 발광 유닛(120)은 제2 전극(104)과 P형 전하 생성층(134) 사이에 형성된다. 제2 발광 유닛(120)은 P형 전하 생성층(134) 상에 순차적으로 형성되는 제2 정공 수송층(124a), 보조 전하 생성층(122), 제3 정공 수송층(124b), 제2 발광층(126) 및 제2 전자 수송층(128)을 구비한다.
제2 및 제3 정공 수송층(124a,124b)은 P형 전하 생성층(134)으로부터의 정공을 제2 발광층(126)에 공급하며, 제2 전자 수송층(128)은 제2 전극(104)으로부터의 전자를 제2 발광층(126)에 공급하며, 제2 발광층(126)에서는 제2 및 제3 정공 수송층(124a,124b)을 통해 공급된 정공과 제2 전자 수송층(128)을 통해 공급된 전자들이 재결합되므로 광이 생성된다.
여기서, 제1 발광층(116)은 형광 청색 도펀트와 호스트가 포함된 발광층으로 청색광을 출사하고, 제2 발광층은 인광 노란색-녹색 도펀트와 호스트가 포함된 발광층으로 주황색광을 출사하여 백색광이 구현될 수 있다. 이외에도 다른 형광 도펀트 및 인광 도펀트를 이용하여 백색광을 구현할 수 있다.
전하 생성층(130)은 차례로 적층되어 있는 N형 전하 생성층(132)과 P형 전하 생성층(134)을 포함한다.
N형 전하 생성층(132)은 P형 전하 생성층(134)보다 제1 전극(102)에 더 가깝게 배치된다. 이 N형 전하 생성층(132)은 P형 전하 생성층(134)과 제2 정공 수송층(124a) 사이의 계면과, 보조 전하 생성층(122)과 제3 정공 수송층(124a) 사이의 계면에서 분리되는 n형 전하인 전자를 끌어당기는 역할을 한다. 이러한 N형 전하 생성층(132)은 유기물에 알칼리 금속 입자가 도핑되어 형성된다.
P형 전하 생성층(134)은 N형 전하 생성층(132)보다 제2 전극(104)에 더 가깝게 배치된다. 이 P형 전하 생성층(134)과 제2 정공 수송층(124a) 사이의 계면과, 보조 전하 생성층(122)과 제3 정공 수송층(124b) 사이의 계면에서는 도 2에 도시된 바와 같이 n형 전하인 전자와 p형 전하인 정공이 생성되고 분리된다.
분리된 전자는 N형 전하 생성층(132)을 통해 제1 발광 유닛(110)으로 이동하고 제1 발광 유닛(110)의 제1 발광층(116)에서 제1 전극(102)으로부터 이동한 정공과 결합하여 여기자를 형성하고 에너지를 방출하면서 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있다.
분리된 정공은 제2 발광 유닛(120)으로 이동하고 제2 발광층(126)에서 제2 전극(104)로부터 이동한 전자와 결합하여 여기자를 형성하고 에너지를 방출하면서 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있다.
보조 전하 생성층(122)은 제2 및 제3 정공 수송층(124a,124b) 사이에 형성된다. 이 보조 전하 생성층(122)은 제2 발광유닛(120)의 제3 정공 수송층(124b)과의 계면에서 정공 및 전자를 생성한다. 이 때, 보조 전하 생성층(122)은 P형 전하 생성층(134)보다 N형 전하 생성층(132)과의 거리가 멀게 형성된다. 이에 따라, 보조 전하 생성층(122)은 P형 전하 생성층(134)에 비해 N형 전하 생성층(132)을 이루는 알칼리 금속 입자에서 해리된 양이온에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
구체적으로, N형 전하 생성층(132)을 이루는 알칼리 금속 입자가 양이온으로 해리되어 P형 전하 생성층(134) 및 제2 발광 유닛(120)의 제2 정공 수송층(124a)으로 확산되면, P형 전하 생성층(134) 및 제2 정공 수송층(124a)이 손상되어 그 기능을 할 수 없게 된다. 이 경우, 보조 전하 생성층(122)은 제2 발광유닛(120)의 제3 정공 수송층(124a)과의 사이의 계면에서 정공과 전자를 생성하여 제2 발광 유닛(120)의 발광층(126)으로 정공을 공급한다. 이에 따라, 제2 발광층(126)으로 정공 전달이 원활히 이루어져 정공 대비 전자의 양이 균일해져 제2 발광층(126)의 자체 수명을 충분히 활용할 수 있다.
이러한 보조 전하 생성층(122)은 P형 전하 생성층(134)과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성된다.
예를 들어, 보조 전하 생성층(122)은 HAT-CN(1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylenehexacarbonitrile)과 같은 유기물로 형성된다. 여기서, HAT-CN은 MoO3에 비해 증착 온도가 낮으며 투과율이 좋은 장점이 있다.
이외에도 보조 전하 생성층(122)은 정공 수송 기능을 하는 호스트와, 1~99중량%의 P형 도펀트가 혼합되어 형성된다. 여기서, P형 도펀트는 1~30중량%로 형성되는 것이 바람직하다. 보조 전하 생성층(122)의 호스트는 제2 및 제3 정공 수송층(124a,124b) 중 적어도 어느 하나와 동일하거나 상이한 재질로 형성된다. 예를 들어, 호스트는 NPB, CBP, NPD, TPD, TBA 및 TTA 중 적어도 어느 하나로 형성되며, P형 도펀트는 최저비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital; LUMO)레벨이 -5eV이하이며 분자량이 76이상인 재질로 형성된다. 구체적으로, P형 도펀트는 화학식 1과 같은 TNAP유도체(예를 들어, F4TNAP유도체) 또는 화학식 2 내지 6 중 어느 하나의 유기 화합물로 형성된다. 화학식 1에서 R1 내지 R6은 불소 또는 시아노기로 치환되거나 치환되지 않을 수 있다.
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Figure 112013069731194-pat00002
Figure 112013069731194-pat00003
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Figure 112013069731194-pat00006
여기서, 보조 전하 생성층(122)과 P형 전하 생성층(134)이 정공 수송 기능을 하는 호스트와 P형 도펀트로 형성되는 경우, P형 전하 생성층(134)에 도핑된 P형 도펀트는 판상 구조의 N형 전하 생성층(132)의 공극을 채울 수 있어 표면 균일도를 향상시킬 수 있다.
한편, 도 1에서는 보조 전하 생성층(122)이 1층 구조인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이외에도 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이 제2 발광유닛(120)의 제2 발광층(126)과 P형 전하 생성층(134) 사이에서 보조 전하 생성층(122a,122b)이 2층 구조이상으로 형성될 수도 있다.
구체적으로, 제1 보조 전하 생성층(122a)은 제2 발광유닛(120)의 제3 정공 수송층(124b)과의 계면에서 정공 및 전자를 생성하며, 제2 보조 전하 생성층(122b)은 제4 정공 수송층(124c)과의 계면에서 정공 및 전자를 생성한다. 이 때, 제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)은 P형 전하 생성층(134)보다 N형 전하 생성층(132)과의 거리가 멀게 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)은 P형 전하 생성층(134)에 비해 N형 전하 생성층(132)을 이루는 알칼리 금속 입자에서 해리된 양이온에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
이러한 제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b) 각각은 서로 동일한 재질로 형성되거나 다른 재질로 형성가능하다.
제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)이 동일한 재질로 형성되는 경우, 제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b) 각각은 도 3a에 도시된 바와 같이 HAT-CN으로 형성되거나, 도 3b에 도시된 바와 같이 정공 수송 기능을 하는 호스트와, 화학식 1 내지 6 중 어느 하나의 P형 도펀트가 혼합되어 형성된다.
특히, 도 3b에 도시된 구조에서 제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)의 호스트는 제2 내지 제4 정공 수송층(122a,122b,122c)과 같거나 다른 재질로 형성되고, 제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)의 호스트는 서로 같거나 다를 수 있다. 또한, 제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)에 도핑되는 P형 도펀트의 도핑농도는 같거나 상이할 수 있다.
제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)이 다른 재질로 형성되는 경우, 보조 전하 생성층(122a)은 도 3c에 도시된 바와 같이 HAT-CN으로 형성되고, 제2 보조 전하 생성층(122b)은 정공 수송 기능을 하는 호스트와, 화학식 1 내지 6 중 어느 하나의 P형 도펀트가 혼합되어 형성된다. 또는 제1 보조 전하 생성층(122a)은 도 3d에 도시된 바와 같이 정공 수송 기능을 하는 호스트와, 화학식 1 내지 6 중 어느 하나의 P형 도펀트가 혼합되어 형성되고, 제2 보조 전하 생성층(122b)은 HAT-CN으로 형성된다.
제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)은 P형 전하 생성층의 두께보다 얇게 형성된다. 특히, 제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)의 두께의 합은 P형 전하 생성층(134)의 두께보다 얇게 형성되어 전체 유기 발광 표시 장치의 두께가 증가되지 않도록 한다. 그리고, 제1 및 제2 보조 전하 생성층(122a,122b)의 두께의 합은 도 1에 도시된 보조 전하 생성층(122)의 두께와 같게 형성된다.
한편, 보조 전하 생성층(122)이 총 4층 이상으로 형성되는 경우, 전체 유기 발광 표시 장치의 두께가 두꺼워져 박형화가 어려워진다. 전체 유기 발광 표시 장치의 두께 변화 없도록 4층 구조의 보조 전하 생성층(122) 및 4층 구조의 정공 수송층(124)의 두께를 얇게 형성하면, 보조 전하 생성층(122) 및 정공 수송층(124)의 워킹(working) 효율이 낮아지게 된다. 따라서, 보조 전하 생성층(122)은 유기 발광 표시 장치내에서 3층이하로 형성되는 것이 바람직하다.
표 1은 종래 백색 유기 발광 소자와 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자의 전광특성을 나타낸 것이다.
조건 T95
(hour)		 10mA/cm2
Volt(V) cd/A CIEx CIEy QE(%)
종래 3,426 7.3 80.3 0.319 0.331 33.2
도 1의 구조 4,645~7000 7.3 79.3 0.315 0.317 32.6
도 3a-3d의 구조 4,526~7000 7.0 78.3 0.315 0.316 32.7
표 1에서 종래의 구조는 보조 전하 생성층을 구비하지 않는 경우이며, 본 발명의 제1 실시예는 P형 전하 생성층(134)이 약 100Å으로, 제2 정공 수송층(124a)이 약 190Å으로, 제1 보조 전하 생성층(122)이 약 50Å으로, 제3 정공 수송층(124b)이 약 150Å으로 형성된 경우이며, 본 발명의 제2 실시 예는 P형 전하 생성층(134)이 약 100Å으로, 제2 정공 수송층(124a)이 약 190Å으로, 제1 보조 전하 생성층(122a)이 약 50Å으로, 제3 정공 수송층(124b)이 약 75Å으로 형성된 경우이며, 제2 보조 전하 생성층(122b)이 약 50Å으로, 제4 정공 수송층(124c)이 약 75Å으로 형성된 경우이다.
표 1에서 T95는 백색 유기 발광 소자의 수명이 약 95%까지 되는 시간을 의미한다. 표 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 종래 백색 유기 발광 소자는 수명이 95%지점까지 되는 시간이 3,426시간인 반면에 본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자는 이 95%지점까지 되는 시간이 4,526~7000시간이다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 종래 보다 본 발명에 따른 유기 발광 표시 소자는 시간이 경과하여도 전압 변화량이 낮아 안정적으로 전류를 공급할 수 있다.즉, 본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자는 종래 백색 유기 발광 소자보다 수명이 향상됨을 알 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 종래보다 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 전압에 따른 전류 밀도가 높아 동일한 전류 밀도를 내기 위한 구동 전압이 낮음을 알 수 있다. 특히, 표 1에 도시된 바와 같이 보조 전하 생성층(122)이 1층인 구조에 비해 보조 전하 생성층(122a,122b)이 2층인 구조에서 구동 전압이 낮음을 알 수 있다.
즉, 본 발명은 표 1 및 도 4 내지 도 6b에 도시된 바와 같이 수명 뿐만 아니라, 구동 전압(V), 효율(cd/A), 색좌표(CIEx, CIEy) 양자효율(QE) 등이 종래 백색 유기 발광 표시 소자보다 향상됨을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7에 도시된 유기 발광 표시 장치는 도 1에 도시된 유기 발광 표시 장치와 대비하여 보조 전하 생성층(222)이 전자 수송층(118a,118b) 사이에 형성되는 것을 제외하고는 동일한 구성요소를 구비한다. 이에 따라, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
보조 전하 생성층(222)은 도 8에 도시된 바와 같이 전자 수송층(118a,118b)과의 계면에서 n형 전하인 전자 및 p형 전하인 정공을 생성하고 분리한다. 이에 따라, 보조 전하 생성층(222)은 N형 전하 생성층(132)을 이루는 알칼리 금속의 이온화정도를 방지할 수 있다.
구체적으로, N형 전하 생성층(132)을 이루는 알칼리 금속이 시간이 지남에 따라 이온화되면, N형 전하 생성층(132)의 역할을 제대로 할 수 없게 된다. 이 경우, 보조 전하 생성층(222)은 전자 수송층(118a,118b)과의 계면에서 정공과 전자를 생성하여 제1 발광 유닛(110)의 제1 발광층(116)으로 전자를 공급한다. 제1 발광층(116)으로 전자 전달이 원활히 이루어지면, 정공과 전자의 양이 균일해져 유기 발광 표시 장치의 구동 중의 전압 상승을 억제할 수 있으며, 유기 발광 표시 장치의 저항이 줄어들어 수명이 향상된다.
이러한 보조 전하 생성층(222)은 N형 전하 생성층(132)과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성된다. 예를 들어, 보조 전하 생성층(222) 및 N형 전하 생성층(132) 각각은 금속과, 유기화합물로 이루어진다.
여기서, 유기 화합물은 탄소가 15개~40개를 가지는 융합 방향족 고리(Fused Aromatic Ring)을 가지고, 치환기에 N,S,O를 적어도 1개를 가지도록 형성된다. 특히, 유기 화합물은 최저비점유분자궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital; LUMO)에너지 레벨이 -2.0eV이하이며, 밴드갭은 2.5eV이상이다. 바람직하게는 유기 화합물의 LUMO레벨은 -3.0eV~-2.0eV이며, 밴드갭은 2.5eV~3.5eV이다. 예를 들어, 유기 화합물은 Alq3[tris(8-hydroxyquinoline)aluminum], BCP[2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline], Bphen[4,7-diphenyl-1, 10-phenanthroline ], 또는 TRAZ[2,2'-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diylbis[4,6-(p-tolyl)-1,3,5-triazine]], 또는 이들의 조합으로 형성된다.
금속은 알칼리 금속(Alkali metal) 또는 알칼리 토금속(Alkali earth metal)이 이용된다. 예를 들어, 금속은 Ca, Li, Mg, Cs 등이 이용된다.
이때, N형 전하 생성층(132)의 부피를 기준으로 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 1%~10%로 도핑된다.
또한, 보조 전하 생성층(222)은 N형 전하 생성층(132)과 동일 두께로 형성되거나 N형 전하 생성층(132)보다 얇은 두께로 형성된다. 보조 전하 생성층(222)의 두께가 N형 전하 생성층(132)보다 두꺼우면, 보조 전하 생성층(222)에 포함되는 금속의 함량이 증가하게 되어 금속의 이온 확산량이 증가하게 되어 발광층(116)이 손상되는 문제점이 있다. 전체 유기 발광 표시 장치의 두께 변화 없도록 보조 전하 생성층의 두께를 너무 얇게 형성하면, 보조 전하 생성층(222)의 워킹 효율이 낮아져 수명이 저하되게 된다.
표 2는 종래 백색 유기 발광 표시 소자와 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자의 전광 특성을 나타낸 것이다.
조건 T80(hrs)
@50mA/Cm2 		△V
@T95
종래 330 0.2
보조 전하 생성층이 1층인 경우 390 0.1
보조 전하 생성층이 2층인 경우 420 0.1
표 2에서 T80은 백색 유기 발광 소자의 수명이 약 80%까지 되는 시간을 의마하며, T95는 백색 유기 발광 소자의 수명이 약 95%까지 되는 시간을 의미한다. 표 1 및 도 9에 도시된 바와 같이 종래 백색 유기 발광 소자는 수명이 80%까지 되는 시간이 약 330시간인 반면에 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자는 수명이 80%까지 되는 시간이 보조 전하 생성층이 1층인 경우 약 390시간이고, 보조 전하 생성층이 2층인 경우 약 420시간이다. 또한, 표 2 및 도 10에 도시된 바와 같이 종래 보다 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백색 유기 발광 표시 소자는 시간이 경과하여도 전압 변화량이 낮아 안정적으로 전류를 공급할 수 있어 수명이 향상된다.
또한, 도 11a에 도시된 바와 같이 종래와 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 휘도 대비 전류 효율이 유사하지만, 도 11b에 도시된 바와 같이 종래보다 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치는 전압에 따른 전류 밀도가 높아 동일한 전류 밀도를 얻기 위한 구동 전압이 종래보다 낮음을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 12에 도시된 유기 발광 표시 장치는 정공 수송층들(124a,124b) 사이와, 전자 수송층들(118a,118b) 사이에 보조 전하 생성층(322,324)이 형성되는 것을 제외하고는 도 1과 동일한 구성요소를 구비한다. 이에 따라, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 12에 도시된 보조 전하 생성층은 제1 및 제2 전자 수송층들(118a,118b) 사이에 형성되는 제1 보조 전하 생성층(322)과, 제2 및 제3 정공 수송층들(124a,124b) 사이에 형성되는 제2 보조 전하 생성층(324)으로 이루어진다.
제1 보조 전하 생성층(322)은 도 13에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 전자 수송층(118a,118b)과의 계면에서 정공과 전자를 생성하여 제1 발광 유닛(110)의 제1 발광층(116)으로 전자를 공급한다. 제1 발광층(116)으로 전자 전달이 원활히 이루어지면, 정공과 전자의 양이 균일해져 유기 발광 표시 장치의 구동 중의 전압 상승을 억제할 수 있으며, 유기 발광 표시 장치의 저항이 줄어들어 수명이 향상된다.
이러한 제1 보조 전하 생성층(322)은 N형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성된다. 예를 들어, 제1 보조 전하 생성층(322)는 본원 발명의 제2 실시 예에 기재된 보조 전하 생성층(222)의 재질로 형성된다. 또한, 제1 보조 전하 생성층(322)은 N형 전하 생성층(132)과 동일 두께로 형성되거나 N형 전하 생성층(132)보다 얇은 두께로 형성되어 전체 유기 발광 표시 장치의 두께가 증가되지 않도록 형성된다.
제2 보조 전하 생성층(324)은 제2 및 제3 정공 수송층(124a,124b) 사이에 형성된다. 이 제2 보조 전하 생성층(324)은 도 13에 도시된 바와 같이 제2 발광유닛(120)의 제3 정공 수송층(124b)과의 사이의 계면에서 정공과 전자를 생성하여 제2 발광 유닛(120)의 제2 발광층(126)으로 정공을 공급한다. 이에 따라, 제2 발광층(126)으로 정공 전달이 원활히 이루어져 정공 대비 전자의 양이 균일해져 제2 발광층(126)의 자체 수명을 충분히 활용할 수 있다.
이러한 제2 보조 전하 생성층(324)은 P형 전하 생성층(134)과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성된다. 예를 들어, 제2 보조 전하 생성층(324)은 본원 발명의 제1 실시 예에 기재된 보조 전하 생성층(122)의 재질로 형성된다. 또한, 제2 보조 전하 생성층(324)은 P형 전하 생성층(134)과 동일 두께로 형성되거나 P형 전하 생성층(134)보다 얇은 두께로 형성된다.
이와 같은 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 유기 발광 표시 장치는 도 14에 도시된 바와 같이 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터(150R,150G,150B)를 가지는 구조에도 적용가능하다. 즉, 제1 및 제2 발광 유닛을 통해 생성된 백색광은 적색 컬러필터(150R)가 형성된 서브 화소 영역을 통과하면서 적색광을 출사하고, 녹색 컬러 필터(150G)가 형성된 서브 화소 영역을 통과하면서 녹색광을 출사하고, 청색 컬러 필터(150B)가 형성된 서브 화소 영역을 통과하면서 청색광을 출사하고, 컬러 필터가 형성되지 않은 서브 화소 영역을 통과하면서 백색광을 출사한다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
102 : 제1 전극 104 : 제2 전극
110,120 : 발광 유닛 122 : 보조 전하 생성층
130 ; 전하 생성층

Claims (12)

  1. 기판 상에 서로 마주보는 제1 및 제2 전극과;
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 형성되고 각각 발광층을 포함하는 적어도 2개의 발광 유닛들과;
    상기 발광 유닛들 사이에 순차적으로 적층되어 형성되는 N형 전하 생성층 및 P형 전하 생성층과;
    상기 P형 전하 생성층과 상기 P형 전하 생성층 상부의 발광 유닛의 발광층 사이에 배치되거나, 상기 N형 전하 생성층과 상기 N형 전하 생성층 하부의 발광 유닛의 발광층 사이에 배치되어, 각 상기 발광 유닛의 각 발광층에 공급되는 전자 및 정공을 생성하는 제1 보조 전하 생성층을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 발광 유닛은
    상기 제1 전극과 상기 N형 전하 생성층 사이에 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제1 발광층 및 제1 전자 수송층이 적층되어 형성된 제1 발광 유닛과;
    상기 P형 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 수송층, 상기 제1 보조 전하 생성층, 제3 정공 수송층, 제2 발광층 및 제2 전자 수송층이 적층되어 형성된 제2 발광 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 보조 전하 생성층은 상기 P형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며,
    상기 P형 전하 생성층은 정공 수송 기능을 하는 호스트와 1~99중량%의 P형 도펀트가 혼합되어 형성되거나, HAT-CN으로 형성되며,
    상기 호스트는 상기 제2 및 제3 정공 수송층 중 적어도 어느 하나와 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제2 보조 전하 생성층을 더 구비하며,
    상기 적어도 2개의 발광 유닛은
    상기 제1 전극과 상기 N형 전하 생성층 사이에 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제1 발광층 및 제1 전자 수송층이 적층되어 형성된 제1 발광 유닛과;
    상기 P형 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 수송층, 제1 보조 전하 생성층, 제3 정공 수송층, 제2 보조 전하 생성층, 제4 정공 수송층, 제2 발광층 및 제2 전자 수송층이 적층되어 형성된 제2 발광 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 보조 전하 생성층 및 제2 보조 전하 생성층은 서로 동일 재질로 형성되거나 다른 재질로 형성되며,
    상기 제1 보조 전하 생성층 및 제2 보조 전하 생성층 각각은 상기 P형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며,
    상기 P형 전하 생성층은 정공 수송 기능을 하는 호스트와 1~99중량%의 P형 도펀트가 혼합되어 형성되거나, HAT-CN으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 보조 전하 생성층 및 제2 보조 전하 생성층이 정공 수송 기능을 하는 호스트와 P형 도펀트가 혼합되어 형성될 때,
    상기 호스트는 상기 제2 내지 제4 정공 수송층 중 적어도 어느 하나와 동일 재질로 형성되며,
    상기 제1 보조 전하 생성층과 상기 제2 보조 전하 생성층 각각의 호스트는 서로 동일하거나 상이하며,
    상기 보조 전하 생성층과 상기 제2 보조 전하 생성층 각각에 도핑되는 P형 도펀트의 농도는 같거나 상이한 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  7. 삭제
  8. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 P형 전하 생성층은 정공 수송 기능을 하는 호스트와 1~30중량%의 P형 도펀트가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 발광 유닛은
    상기 제1 전극과 상기 N형 전하 생성층 사이에 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제1 발광층, 제1 전자 수송층, 상기 제1 보조 전하 생성층 및 제2 전자 수송층이 적층되어 형성된 제1 발광 유닛과;
    상기 P형 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 수송층, 제2 발광층 및 제3 전자 수송층이 적층되어 형성된 제2 발광 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 보조 전하 생성층은 상기 N형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며,
    상기 제1 보조 전하 생성층은 상기 N형 전하 생성층의 두께와 동등하거나 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제2 보조 전하 생성층을 더 구비하며,
    상기 적어도 2개의 발광 유닛은
    상기 제1 전극과 상기 N형 전하 생성층 사이에 정공 주입층, 제1 정공 수송층, 제1 발광층, 제1 전자 수송층, 상기 제1 보조 전하 생성층 및 제2 전자 수송층이 적층되어 형성된 제1 발광 유닛과;
    상기 P형 전하 생성층과 상기 제2 전극 사이에 제2 정공 수송층, 상기 제2 보조 전하 생성층, 제3 정공 수송층, 제2 발광층 및 제3 전자 수송층이 적층되어 형성된 제2 발광 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 보조 전하 생성층은 상기 N형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며, 상기 제1 보조 전하 생성층은 상기 N형 전하 생성층의 두께와 동등하거나 얇은 두께를 가지며,
    상기 제2 보조 전하 생성층은 상기 P형 전하 생성층과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성되며, 상기 제2 보조 전하 생성층은 상기 P형 전하 생성층의 두께와 동등하거나 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
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