KR102084170B1 - 유기발광소자, 이를 포함하는 유기 발광 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

유기발광소자, 이를 포함하는 유기 발광 표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

유기발광소자는 제1 전극, 정공 주입층, 정공 수송층, 유기 발광층, 제1 전자 수송층, 제2 전자 수송층, 전자 주입층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전자 수송층은 유기발광소자의 열 안정성을 향상시키는 제1 물질, 유기발광소자의 발광 효율을 향상시키는 제2 물질 및 유기발광소자의 구동 전압을 감소시키는 제3 물질을 포함한다. 상기 제2 전자 수송층은 유기발광소자의 발광 효율을 향상시키는 제4 물질 및 유기발광소자의 구동 전압을 감소시키는 제5 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 유기발광소자 및 유기 발광 표시장치의 발광 효율 및 수명이 향상될 뿐 아니라 열 안정성까지도 향상 될 수 있다.

Description

유기발광소자, 이를 포함하는 유기 발광 표시장치 및 그 제조방법{AN ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE, AN ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY APPRATUS HAVING THE ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND A METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 유기발광소자, 이를 포함하는 유기 발광 표시장치 및 상기 유기 발광 표시장치의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 발광 효율 및 수명이 향상되면서, 동시에 열 안정성까지 향상된 유기발광소자, 이를 포함하는 유기 발광 표시장치 및 상기 유기 발광 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
유기발광소자(Organic Light Emitting Device)는 대향하는 두개의 전극에 전압을 인가하면, 상기 전극 사이에 개제되어 있는 유기 발광층이 발광하는 소자이다. 구체적으로, 두 개의 전극에 전압을 인가하면 상기 전극들에서 주입된 전자(electron)와 정공(hole)들이 유기 발광층 안에서 서로 만나 엑시톤(exciton)들을 형성한다. 상기 엑시톤들이 들뜬 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 전이되면서 특정 파장의 빛을 방출하게 된다.
상기와 같은 유기발광소자(Organic Light Emitting Devices)는 자체 발광 특성 때문에 주로 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Display)에 활용된다. 유기 발광 표시장치는 백라이트를 필요로 하지 않으며, 크기, 두께, 무게 및 소비전력이 낮은 특성이 있고 색재현성이 우수하며 반응속도가 빠르기 때문에 차세대 표시장치로 각광 받고 있다.
유기발광소자는 유기 발광층에서 최대한 많은 전자와 정공들이 서로 만나 엑시톤들(excitons)을 형성해야 하므로 양극과 음극으로부터 주입되는 정공(hole)과 전자(electron)들이 유기 발광층에서 잘 만나도록 정공과 전자의 이동 특성을 맞추어야 한다. 따라서, 유기발광소자는 유기 발광층의 상부 및/또는 하부에 전자 또는 정공들의 이동 특성을 향상시키는 유기층들을 포함하기도 한다.
특히, 전자의 이동 특성을 향상시키는 전자 수송층을 구비할 수 있다. 전자 수송층은 다양한 재료들을 사용해서 구성되는데, 낮은 구동 전압으로도 적절한 이동 특성을 가지는 전자들을 공급하기 위해 많은 전자 수송재료들이 연구 중에 있다. 그러나 유기발광소자는 열안정성, 발광 효율, 수명도 짧은 단점이 존재한다.
본 발명의 일 목적은 발광 효율, 수명 및 열 안정성이 향상된 유기발광소자를 제공하는 것이다.
그러나 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 유기발광소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층, 상기 정공 주입층 상에 배치되는 정공 수송층, 상기 정공 수송층 상에 배치되는유기 발광층, 상기 유기 발광층 상에 배치되는 제1 전자 수송층, 상기 유기 발광층 상에 배치되고 상기 제1 전자 수송층과 라미네이트되는 제2 전자 수송층, 상기 제2 전자 수송층 상에 배치되는 전자 주입층 및 상기 전자 주입층 상에 배치되고 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전자 수송층은 유기발광소자의 열 안정성을 향상시키는 제1 물질, 유기발광소자의 발광 효율을 향상시키는 제2 물질 및 유기발광소자의 구동 전압을 감소시키는 제3 물질을 포함한다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 물질은 안트라센(Anthracene) 유도체를 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 물질은 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제3 물질은 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 전자 수송층은 상기 제1 물질을 20% 내지 80%의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 전자 수송층은 25Å 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 전자 수송층은 발광 효율을향상시키는 제4 물질을 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제4 물질은 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 전자 수송층은 구동 전압을감소시키는 제5 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제5 물질은 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제4 물질은 상기 제2 물질과 동일하고, 상기 제5 물질은 상기 제3 물질과 동일할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 유기 발광 표시장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치되는 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자 상에 배치되는 제2 기판을 포함한다. 상기 유기발광소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층, 상기 정공 주입층 상에 배치되는 정공 수송층, 상기 정송 수송층 상에 배치되는 유기 발광층, 상기 유기 발광층 상에 배치되는 제1 전자 수송층, 상기 유기 발광층 상에 배치되고 상기 제1 전자 수송층과 라미네이트되는 제2 전자 수송층, 상기 제2 전자 수송층 상에 배치되는 전자 주입층 및 상기 전자 주입층 상에 배치되고 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전자 수송층은 상기 유기발광소자의 열 안정성을 향상시키는 제1 물질, 상기 유기발광소자의 발광 효율을 향상시키는 제2 물질 및 상기 유기발광소자의 구동 전압을 감소시키는 제3 물질을 포함한다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 물질은 안트라센(Anthracene) 유도체를 포함할 수 있고, 상기 제2 물질은 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 제3 물질은 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 전자 수송층은 상기 유기발광소자의 발광 효율을 향상시키는 제4 물질 및 상기 유기발광소자의 구동 전압을 감소시키는 제5 물질을 포함할 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제4 물질은 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 제5 물질은 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 유기 발광 표시장치의 제조방법은 스위칭 소자를 제공하는 제1 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 정공 주입층을 형성하는 단계, 상기 정공 주입층 상에 정공 수송층을 형성하는 단계, 상기 정공 수송층 상에 유기 발광층을 형성하는 단계, 상기 유기 발광층 상에 제1 전자 수송층을 형성하는 단계, 상기 유기 발광층 상에 상기 제1 전자 수송층과 라미네이트되는 제2 전자 수송층을 형성하는 단계, 상기 제2 전자 수송층 상에 제1 전극과 대향하는 제2 전극을 형성하는 단계 및 상기 제2 전극 상에 제2 기판을 덮어 상기 스위칭 소자 및 유기 발광층을 밀봉하는 단계를 포함한다. 상기 제1 전자 수송층은 상기 유기발광소자의 열 안정성을 향상시키는 제1 물질, 상기 유기발광소자의 발광 효율을 향상시키는 제2 물질 및 상기 유기발광소자의 구동 전압을 감소시키는 제3 물질을 사용하여 형성된다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 전자 수송층은 안트라센(Anthracene)유도체를 포함하는 상기 제1 물질, 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체중 적어도 하나를 포함하는 상기 제2 물질 및 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하는 상기 제3 물질을 공동 증착하여 형성될 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 전자 수송층은 안트라센(Anthracene) 유도체를 포함하는 상기 제1 물질, 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체중 적어도 하나를 포함하는 상기 제2 물질 및 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하는 상기 제3 물질을 혼합한 제1 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 유기 발광층 상에 상기 제1 혼합물층을 증착하는 단계를 거쳐 형성될 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 전자 수송층은 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체중 적어도 하나를 포함하는 제4 물질 및 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하는 제5 물질을 공동 증착하여 형성될 수 있다.
상기 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 전자 수송층은 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체중 적어도 하나를 포함하는 제4 물질 및 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하는 제5 물질을 혼합한 제2 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 제1 전자 수송층 상에 상기 제2 혼합물층을 증착하는 단계를 거쳐 형성될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 유기발광소자는 발광 효율 및 수명이 향상될 뿐 아니라 열 안정성까지 향상되어 구동 온도의 변화에도 안정적인 발광 특성을 제공한다.
다만, 본 발명의 효과는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 2는 열 안정성이 우수한 단일의 전자 수송층을 구비한 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 발광 효율 및 수명이 우수한 단일의 전자 수송층을 구비한 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따라 25Å의 제1 전자 수송층을 포함하는 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따라 50Å의 제1 전자 수송층을 포함하는 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이다.
도 6는 본 발명의 실시예들에 따라 75Å의 제1 전자 수송층을 포함하는 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 열 안정성이 우수한 단일의 전자 수송층을 구비한 유기발광소자, 발광 효율 및 수명이 우수한 단일의 전자 수송층을 구비한 유기발광소자 및 본 발명의 실시예들에 따라 제1 전자 수송층 및 제2 전자 수송층을 2층 구조로 포함하는 유기발광소자의 수명 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시장치의 단면도이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 실시예들에 따른 유기 발광 표시장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 유기발광표시장치의 제조방법에 있어서, 제1 전자 수송층을 형성하는 단계를 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 유기발광소자, 이를 포함하는 유기 발광표시장치 및 그 제조 방법에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
본 명세서에 있어서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이며, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접촉되어"있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접촉되어 있을 수도 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접촉되어"있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지는 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 구성 요소가 제2 또는 제3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제2 또는 제3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 유기발광소자(100)는 제1 전극(110), 제1 전극(110)상에 배치되는 정공 주입층(120), 정공 주입층(120)상에 배치되는 정공 수송층(130), 정공 수송층(130)상에 배치되는 유기 발광층(140), 유기 발광층(140) 상에 배치되는 제1 전자 수송층(150), 유기 발광층(140)상에 배치되고 제1 전자 수송층(150)과 라미네이트 되는 제2 전자 수송층(160), 제2 전자 수송층(160) 상에 배치되는 전자 주입층(170) 및 전자 주입층(170) 상에 배치되고 제1 전극(110)에 대향하는 제2 전극(180)을 포함한다. 이하 각 구성요소에 대해 설명한다.
제1 전극(110)은 및 제2 전극(180)은 서로 대향 하며, 도전성을 띈다. 일 실시예에서, 제1 전극(110)은 유기 발광층(140)에 정공들(holes)을 공급하는 양극(anode)일 수 있으며, 제2 전극(180)은 유기 발광층(140)에 전자들(electrons)을 공급하는 음극(cathode)일 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 전극(110)이 음극에 해당하고 제2 전극(180)이 양극에 해당할 수 도 있다.
제1 전극(110) 및 제2 전극(180)은 유기발광소자(100)의 발광방식에 따라 반사 전극, 투과 전극 또는 반투과 전극에 해당할 수 있다. 예를 들어, 유기발광소자(100)가 전면발광방식인 경우, 제1 전극(110)은 반사 전극에 해당하고, 제2 전극(180)은 투과 전극 또는 반투과 전극에 해당할 수 있다. 반대로 유기발광소자(100)가 배면발광방식인 경우, 제1 전극(110)은 투과 전극 또는 반투과 전극에 해당하고, 제2 전극(180)은 반사 전극에 해당할 수 있다. 한편, 유기발광소자(100)가 양면발광방식인 경우, 제1 전극(110) 및 제2 전극(180)은 모두 투과 전극 또는 반투과 전극에 해당할 수 있다. 본 명세서에 있어서, "반사성" 이란 입사광에 대한 반사율이 약 70% 이상 약 100% 이하인 것을 의미하고, "반투과성"이란 입사광의 반사율이 약 30% 이상 약 70% 이하인 것을 의미한다. 또한, "투과성"이란 입사광에 대한 반사율이 약 30% 이하인 것을 나타낸다.
일 실시예에서, 제1 전극(110)이 반사 전극에 해당할 경우, 제1 전극(110)은 반사율이 높은 금속, 합금 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(110)은 알루미늄(Al), 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 또는이들의 합금 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다. 제1 전극(110)에 포함되는 합금으로는 ACA(Ag-Cu-Au) 합금, APC(Ag-Pa-Cu) 합금 등을 들 수 있다. 상기 실시예에 따르면, 제1 전극(110)은 상기 금속 및/또는 상기 합금을 포하는 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제2 전극(180)이 반투과 전극에 해당하는 경우, 제2 전극(180)은 실질적으로 하나의 금속 박막을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 전극(180)은 소정의 반사율을 갖는 동시에 소정의 투과율을 가질 수 있다. 제2 전극(180)이 상대적으로 두꺼운 두께를 가질 경우에는, 유기발광소자(100)의 광 효율이 떨어질 수 있으므로 제2 전극(180)은 상대적으로 얇은 두께를 가지며, 예를 들어, 20nm이하의 두께를 가질 수 있다. 제 2 전극(180)은 예를 들어, 알루미늄, 은, 백금, 금, 백금, 크롬, 텅스텐, 몰리브데늄, 티타늄, 팔라듐, 이들의 합금 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 전극(180)은 투명 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(180)은 인듐 아연 산화물(IZO), 인듐 주석 산화물(ITO), 갈륨 주석 산화물(gallium tin oxide), 아연 산화물(ZnOx), 갈륨 산화물(GaOx), 주석 산화물(SnOx), 인듐 산화물(InOx) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제2 전극(180)은 서로 상이한 굴절률들을 갖는 복수의 투과층들 또는 복수의 반투과층들을 포함하는다층 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 정공 주입층(120)은 제1 전극(110)과 제2 전극(180)사이에 배치된다. 예를 들어, 정공 주입층(120)은 제1 전극(110)상에 배치될 수 있으며, 이 경우 제1 전극(110)은 양극에 해당한다. 정공 주입층(120)은 예를 들어, 4,4',4˝-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아미노(m-MTDATA), 3,5-트리스[4-(3-메틸페닐아미노)페닐]벤젠(m-MTDATB), 프탈로시아닌구리(CuPc) 등의 프탈로시아닌 화합물, 스타버스트(starburst)형 아민류인 4,4´,4˝-트리스(N-카바졸릴)트리페닐아민 (TCTA) 및 N,N'-디(4-(N,N'-디페닐-아미노)페닐)-N,N'-디페닐벤지딘(DNTPD)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 그러나 정공 주입층(120)이 상기 열거된 예에 한정되는 것은 아니다. 정공 주입층(120)은 양극으로부터 정공들을 원할하게 인발하여 유기 발광층(140)에 정공들을 원할하게 주입시킨다.
일 실시예에 있어서, 정공 수송층(130)은 정공 주입층(120)상에 배치된다. 정공 수송층(130)은 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸, 1,3,5-트리카바졸릴벤젠, 4,4'-비스카바졸릴비페닐, m-비스카바졸릴페닐, 4,4'-비스카바졸릴-2,2'-디메틸비페닐, 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민, 1,3,5-트리(2-카바졸릴페닐)벤젠, 1,3,5-트리스(2-카바졸릴-5-메톡시페닐)벤젠, 비스(4-카바졸릴페닐)실란, 엔피비(N,N´-diphenyl-N,N´-bis(1-naphthyl)-(1,1´-biphenyl)-4,4´-diamine: NPB), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD), 티피디 (N,N-bis(3-methylphenyl)-N,N-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4-diamine: TPD), 티에프비 (poly(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine): TFB) 및 피에프비(poly(9,9-dioctylfluorene-co-bis-(4-butylphenyl-bis-N,N-phenyl-1,4-phenylenediamin)): PFB)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함 할 수 있다. 정공 수송층(130)은 정공 주입층(120)을 통하여 제공된 정공들이 유기 발광층(140)으로 잘 공급되도록 정공들의 이동 특성을 향상시킨다.
일 실시예에서, 유기 발광층(140)은 정공 수송층(130)상에 배치된다. 유기 발광층(140)은 발광 호스트(host)와 발광 도펀트(dopant)를 포함한다.
유기발광소자(100)는 그 발광원리에 따라 형광형과 인광형으로 구분되며, 제1 전극(110) 및 제2 전극(180)에서 공급되는 전자와 정공이 만나 들뜬 상태가 되었다가 바닥상태로 전이될 때, 삼중항 상태(triplet state)에서 바닥상태로 떨어지면서 빛을 내는 현상을 인광, 일중항 상태(singlet state)에서 바닥상태로 떨어지면서 빛을 내는 현상을 형광이라한다. 본 명세서에 "발광"이란 표현은 상기 "형광"및 "인광"을 모두 포함하는 개념이다. 따라서 본 명세서에서 "발광층","발광 호스트(host)", "발광 도펀트(dopant)" 등의 용어는 형광 및/또는 인광을 포함하는 구성으로이해되어야 한다.
일 실시예에서, 유기 발광층(140)의 발광 호스트는 형광형 호스트로서, 트리스(8-히드록시-퀴놀리나토)알루미늄(Alq3), 9,10-디(나프티-2-일)안트라센)(ADN), 3-tert-부틸-9,10-디(나프티-2-일)안트라센)(TBADN), 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)-4,4'-디메틸페닐(DPVBi), 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)-4,4'-디메틸페닐(p-DMDPVBi), tert(9,9-디아릴플루오렌)s(TDAF), 2-(9,9'-스피로비플루오렌-2-일)-9,9'-스피로비플루오렌(BSDF), 2,7-비스(9,9'-스피로비플루오렌-2-일)-9,9'-스피로비플루오렌(TSDF), 비스(9,9-디아릴플루오렌)s(BDAF), 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)-4,4'-디-(tert-부틸)페닐(p-TDPVBi) 등이 사용될 수 있으며, 인광형 호스트로서, 1,3-비스(카바졸-9-일)벤젠(mCP), 1,3,5-트리스(카바졸-9-일)벤젠(tCP), 4,4',4"-트리스(카바졸-9-일)트리페닐아민(TcTa), 4,4'-비스(카바졸-9-일)비페닐(CBP), 4,4'-비스(9-카바졸일)-2,2'-디메틸-비페닐(CDBP), 4,4'-비스(카바졸-9-일)-9,9-디메틸-플루오렌(DMFL-CBP), 4,4'-비스(카바졸-9-일)-9,9-비스(9-페닐-9H-카바졸)플루오렌(FL-4CBP), 4,4'-비스(카바졸-9-일)-9,9-디-톨일-플루오렌(DPFL-CBP), 9,9-비스(9-페닐-9H-카바졸)플루오렌(FL-2CBP) 등이 사용될 수 있으나, 발광 호스트가 상기 열거된 예에 한정되는 것은 아니다.
발광 도펀트는 유기 발광층(140)에서 발광 호스트의 전이 에너지를 받아 특정 파장의 빛을 방출한다. 따라서 적절한 재료를 선택하면 특정 빛을 발광하는 발광소자를 구현 할 수 있다. 발광 도펀트는 적색 빛을 발광하는 도펀트로 옥타에틸프로핀(PtOEP), 트리스[1-페닐아이소퀴놀린-C2, N]이리듐(3)(Ir(piq)3), 아세틸아세톤에이트(Btp2Ir(acac)), 디씨제이티비(DCJTB) 등이 있으며, 녹색 빛을 발광하는 도펀트로 트리스[2-페닐피리딘에이토-C2,N]이리듐(3) (Ir(ppy)3 (ppy = 페닐피리딘)), 아세틸아세톤에이트비스(2-페닐피리딘)이리듐 (Ir(ppy)2(acac)), 트리스[2-(p-토릴)피리딘]이리듐(3) (Ir(mpyp)3) 등이 있고, 청색 빛을 발광하는 도펀트로 이리듐(3) 비스[4,6-다이플루오로페닐-피리디나토-N,C2] (F2Irpic), 비스(4',6'-다이플루오로페닐피리디나토)(3-트리프 (Ir(dfppz)3), ter-플루오렌(fluorene) 등이 있다.
일 실시예에서, 유기 발광층(140)상에 제1 전자 수송층(150)이 배치되고, 제1 전자 수송층(150)상에 제2 전자 수송층(160)이 배치된다. 다른 실시예에서, 유기 발광층(140) 상에 제2 전자 수송층(160)이 배치되고, 제2 전자 수송층(160) 상에 제1 전자 수송층(150)이 배치될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 전자 수송층(160)은 생략되고, 제1 전자 수송층(150)만 형성될 수도 있다.
즉, 제1 전자수송층(150)과 제2 전자수송층(160)은 적층 순서에 관계 없이 라미네이트되어 일체로 형성될 수 있다. 본 명세서에서 "라미네이트"라는 표현은 두 개 이상의 층들이 서로 밀착되어 형성된 적층구조를 의미한다.
제1 전자 수송층(150)은 유기발광소자(100)의 열 안정성을 향상시키고, 제2 전자 수송층(160)은 전자의 주입특성과 유기발광소자(100)의 발광 효율 및 수명을 향상시킨다.
일반적으로, 전자 수송층은 전자 주입층(170)으로부터 전달 받은 전자들을 용이하게 수송하도록 적절한 에너지 레벨을 갖는 전자 수송 재료를 사용하여 구성되며, 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq 등의 전자 수송 재료를 단독으로사용하거나, 리튬 퀴놀레이트(LiQ)와 같은 금속함유 화합물을결합하여 사용한다. 상기와 같은 전자 수송층은 하나 내지 두 개의 전자 수송 재료를 포함한 단일층 구조를 갖기 때문에 우수한 특성을 구비하는데 한계가 있다.
즉, 일부 전자 수송층은 유기발광소자의 구동 전압을 낮추고 발광 효율을 증가시키는 특성은 있지만, 열 안정성이 취약한 단점이 존재하고 반대로 일부 전자 수송층은열 안정성이 우수하지만, 발광 효율 및 수명이 취약한 단점이 존재한다.
본 발명의 실시예들에 따른 유기발광소자는 상기 문제들을 해결하기 위해 서로의 단점을 보완하는 전자 수송층들을 두 개의 레이어 구조로 분리하여포함한다. 즉, 열 안정성을향상시키는 제1 전자 수송층(150)과 발광효율및 수명을 향상시키는 제2 전자 수송층(160)이 라미네이트된 다층 구조로 포함한다. 이하 제1 전자 수송층(150) 및 제2 전자 수송층(160)에 대하여 상세히 설명한다.
제1 전자 수송층(150)은 상기 유기발광소자(100)의 열 안정성을 향상시킨다. 본 명세서에서 유기발광소자(100)의 열 안정성이란, 온도에 따라 발광 효율의 변화 정도를 뜻한다.
구체적으로, "열 안정성이 높다"라는 개념은 유기발광소자의 구동 온도 25℃에서의 발광 효율과 구동 온도 45℃에서의 발광 효율의 차이 중 가장 큰 값이 전 계조 레벨(all grey level)에서의 발광 효율 차이의 3% 이하의 값을 갖는 것을 뜻한다.
"열 안정성이낮다"라는 개념은 구동 온도 25℃에서의발광효율과 구동 온도 45℃에서의 발광 효율의 차이 중 가장 큰 값이 전 계조 레벨(all grey level)에서의 발광 효율 변화의 3%를 초과하는 값을 갖는 것을 뜻한다.
예를 들어, 어느 유기발광소자의 전 계조 레벨(all grey level)에서의 발광 효율의 변화는 4 cd/A 이고, 100 계조 레벨(grey level)에서 구동 온도 25℃의 발광 효율이 3.8 cd/A, 구동 온도 45℃의 발광 효율이 3.4 cd/A 이며, 100 계조 레벨(grey level)에서의 발광 효율 차이가 가장 크다고 하면, 상기 유기발광소자의 온도 변화에 따른 발광 효율 변화는 (3.8 3.4)/4 = 0.1 = 10 %가 되며, 상기 유기발광소자는 열 안정성이 낮다.
반대로, 어느 유기발광소자의 전 계조 레벨(all grey level)에서의 발광 효율의 변화는 4 cd/A 이고, 100 계조 레벨(grey level)에서 구동 온도 25℃의 발광 효율이3.9 cd/A, 구동 온도 45℃의 발광 효율이 3.8 cd/A 이며, 100 계조 레벨(grey level)에서의 발광 효율 차이가 가장 크다고 하면, 상기 유기발광소자의 온도 변화에 따른 발광 효율 변화는 (3.9 3.8)/4 = 0.025 = 2.5 %가 되며, 상기 유기발광소자는 열 안정성이 높다. 이하 상기 열 안정성의 개념에 대해 보다 상세히 설명하기 위해 도 2 및 도 3을 참조한다.
도 2는 열 안정성이 우수한 단일의 전자 수송층(ETL A)을 구비한 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이고, 도 3은 발광 효율 및 수명이 우수한 단일의 전자 수송층(ETL B)을 구비한 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이다.
도 2 를 참조하면, 열 안정성이우수한 단일의 전자 수송층(ETL A)을 구비한 유기발광소자는 구동 온도 변화에 따라 발광효율의 변화가 적은 것을 알 수 있다.
그러나 발광 효율의 평균 값은 상기 도 3에 도시된 발광 효율 및 수명이 향상된 단일의 전자 수송층(ETL B)을 구비한 유기발광소자에 비해 상대적으로 작은 값을 갖는다.
이와 반대로, 도 3을 참조하면, 발광 효율 및 수명이 향상된 단일의 전자 수송층(ETL B)을 구비한 유기발광소자는 온도에 따라 발광효율이 민감하게 변하는 것을 알 수 있다.
그러나 발광 효율의 평균값은 상기 도 2에 도시된 열 안정성이 우수한 단일의 전자 수송층(ETL A)을 구비한 유기발광소자의 발광 효율값 보다 상대적으로 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 유기발광소자가 도 3에 도시된 유기발광소자에 비해 열 안정성이 높다.
도 1을 다시 참조하면, 제1 전자 수송층(150)은 유기발광소자(100)의 열 안정성을 향상시키기 위해 서로 상충되는 성질을 갖는 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 포함한다.
구체적으로, 제1 물질은 유기발광소자(100)의 열 안정성을 향상시키고, 제2 물질은 유기발광소자(100)의 발광 효율을 향상시키고, 제3 물질은 유기발광소자(100)의 구동 전압을 감소 시킨다.
일 실시예에서, 상기 제1 물질은 안트라센(Anthracene)유도체를 포함한다. 상기 안트라센유도체는 예를 들어, 하기 화합물 1 또는 일반식 1a 내지 일반식 1c로 표현되는 화합물들 중 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112013067499272-pat00001
<화합물1>
Figure 112013067499272-pat00002
<일반식 1a>
Figure 112013067499272-pat00003
<일반식 1b>
Figure 112013067499272-pat00004
<일반식 1c>
상기 일반식 1a 내지 일반식 1c에서, R1 내지 R6는 서로 독립적으로 수소원자, 할로겐 원자, 히드록시기(hydroxyl group), 시아노기(cyano group), 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기(alkyl group), 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기(alkoxy group), 치환 또는 비치환된 C1-C30아실기(acyl group), 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기(alkynyl group), 치환 도는 비치환된 C2-C30알키닐기(alkynyl group), 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기(aryl group), 또는 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기(heteroaryl group)이고, 이 중 인접한 2 이상은 서로 결합하여 포화 또는 불포화 고리를 형성할 수 있다.
L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬렌기(alkylene group), 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴렌기(arylene group), 또는 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴렌기(heteroarylene group)이다.
Q1 내지 Q9는 서로 독립적으로 수소원자(H), 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C3-C30헤테로아릴기이고, a는 1 내지 10의 정수이다.
상기 Ar1 및 Ar2는 서로 독립적으로, 수소원자, 페닐 기(phenyl group), 바이페닐 기(biphenyl group), 터페닐 기(terphenyl group), 디메틸플루오레닐 기(dimethylfluorenyl group), 트리페닐렌 기(triphenylene group), 디벤조퓨란 기(dibenzofuran group), 또는 디벤조티오펜 기(dibenzothiophene group)이고, Ar1 또는 Ar2중 어느 하나는 수소원자이다.
Ar3 및 Ar4는 서로 독립적으로 수소원자, 페닐 기, 바이페닐 기, 터페닐 기, 디메틸플루오레닐 기, 트리페닐렌 기, 디벤조퓨란 기, 또는 디벤조티오펜 기이고, Ar3 또는 Ar4 중 어느 하나는 수소원자일 수 있다.
구체적으로, 상기 안트라센 유도체는 하기의 화학구조를 갖는 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센)(ADN), TBADN(3-tert-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), 화합물 101 내지 화합물 104 일 수 있다. 그러나 제1 물질이 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 유기발광소자(100)의 열 안정성을 향상시키는 유기물은 모두 포함할 수 있다.
Figure 112013067499272-pat00005
Figure 112013067499272-pat00006
<ADN> <TBADN>
Figure 112013067499272-pat00007
Figure 112013067499272-pat00008
<화합물 101> <화합물 102>
Figure 112013067499272-pat00009
Figure 112013067499272-pat00010
<화합물 103> <화합물 104>
상기 제2 물질은 전자의 주입 특성을 향상 시켜 발광 효율을 높게 하며 아울러 유기발광소자(100)의 수명을 길게 한다. 상기 제2 물질은 예를 들어, 하기 일반식 2a로 표시되는 피라진(Pyrazine)유도체 및 일반식 2b로 표시되는 트리아진(Triazine)유도체 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
Figure 112013067499272-pat00011
Figure 112013067499272-pat00012
<일반식 2a> <일반식 2b>
상기 일반식 2a의 피라진 유도체에서 R1은 알킬기 또는 아릴기를 나타낸다.
R2는 수소, 알킬기 또는 아릴기를 나타내며, R3는 수소 또는 알킬기를 나타내고, 상기 R2 와 R3는 서로 결합하여 치환(alicycle)을 형성하기도 한다.
상기 M은 중심금속이고, 제9족 원소 또는 제10족 원소를 나타내며, 또한 상기 Ar은 아릴렌기를 나타낸다.
상기 일반식 2b의 트리아진 유도체에서 R4 내지 R6는 각각 동일 또는 상이하게, H, D, F, Cl, Br, I, CHO, N(R7)2, N(Ar1)2 B(OR7)2, B(R7)2, B(N(R7)2)2, OSO2R7, C1-C40의 직쇄(linear) 알킬, 알케닐, 알콕시 또는 티오알콕시 기(이들 각각은 하나 이상의 라디칼 R7로 치환될수 있고, 하나 이상의 비인접 CH2 기는 R7C=CR7, C≡C, Si(R7)2, Ge(R7)2, Sn(R7)2, C=O, C=Se, C=NR7, P(=O)(R7), SO, SO2, NR7, O, S 또는 CONR7 로 대체될 수 있으며, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, Br, I, CN 또는 NO2로 대체될 수 있음), 또는 5~60 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리계(이는 각각 하나 이상의 라디칼 R7로 치환될 수 있음), 또는 5~60 방향족 고리원자를 갖는 아릴옥시(aryloxy) 또는 헤테로아릴옥시(heteroaryloxy) 기, 스피로비플루오렌(spirobifluorene)(이는 각각 하나 이상의 라디칼 R7로 치환될 수 있음), 또는 이러한 계의 조합을 나타낸다.
둘 이상의 인접한 R4 내지 R6은 서로 함께 단환 또는 다환의 지방족 또는 방향족 고리계를 형성할 수 있다.
상기 Ar1 은 각각 동일 또는 상이하게, 5~30 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리계 (이는 하나 이상의 라디칼 R7으로 치환될 수 있음)를 나타낸다.
동일한 질소, 인(P) 또는 붕소(B)에 결합된 두개의 라디칼 Ar1은 여기서 단일 결합, 또는 B(R7), C(R7)2, Si(R7)2, C=O, C=NR7, C=C(R7)2, O, S, S=O, SO2, N(R7), P(R7) 및 P(=O)R7로부터 선택되는 브릿지에 의해 또한 연결될 수 있다.
상기 R7은 각각 동일 또는 상이하게, C1-C20의 지방족, 방향족, 헤테로방향족 또는 방향족 및 헤테로방향족 탄화수소 라디칼 (여기서, 추가적으로 H 원자는 F로 대체될 수 있음)을 나타낸다.
둘 이상의 인접한 R7은 여기서 서로 함께 단환 또는 다환의 지방족 또는 방향족 고리계를 형성할 수 있다.
상기 일반식 2a 및 일반식 2b로 설명된 제2 물질은 예를 들어, 하기 화학식으로 표시되는 화합물 201 또는 화합물 202 일 수 있다. 그러나 상기 제2 물질이 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 유기발광소자(100)의 발광 효율 및 수명을 향상시키는 유기물은 모두 포함한다.
Figure 112013067499272-pat00013
Figure 112013067499272-pat00014
<화합물 201> <화합물 202>
상기 제3 물질은 유기발광소자(100)의 구동 전압을 감소시키며, 구체적으로 알칼리 금속 또는 그 착물을 포함한다. 상기 제 3물질은 예를 들어, 하기 화학식으로 표현되는 리튬 퀴놀레이트(LiQ) 또는 화합물 301(LtBTZ)을 포함할 수 있으나, 상기 제3 물질이 하기 예에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013067499272-pat00015
Figure 112013067499272-pat00016
<LiQ> <화합물 301(LtBTZ)>
상기 제3 물질은 전자 주입층(170)로부터 공급받은 전자를 적은 구동 전압에서도 잘 수송할 수 있으며, 정공 수송층(130)으로부터 유입되는 정공들을 차단하는 역할도 한다.
상기 와 같이 제1 전자 수송층(150)은 열 안정성을 향상시키는 제1 물질, 발광 효율을 향상시키는 제2 물질 및 구동전압을 감소시키는 제3 물질을 모두 포함하여 하이브리드(hybrid)구조를 갖는다. 이로써, 유기발광소자(100)의 열 안정성을 향상시키면서도 발광 효율 및 수명 특성을 유지시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질의 혼합비율은 특별히 제한되지 않으나, 상기 혼합비율을 조절하여 유기발광소자(100)의 열 안정성, 발광 효율 및 수명특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 높은 열 안정성을 유지하기 위해 제1 전자 수송층(150)에서 상기 제1 물질의 함유량은 20 내지 80 중량 %를 유지하는 것이 바람직하며, 전자의 이동 특성 및 구동 전압 감소를 위해 제3 물질의 함유량은 15 내지 70 중량 %를 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 전자 수송층(150)은 상기 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 40: 10: 50의 비율로 함유할 수 있다.
본 예시적인 실시예에서, 제1 전자 수송층(150)은 그 두께에 따라 상기 유기발광소자의 열 안정성을 향상시킨다. 그러나 너무 두꺼운 두께를 가질 경우 유기발광소자의 구동 전압 상승을 초래하므로, 25Å 내지 200Å의 두께가 바람직하다.
제2 전자 수송층(160)은 유기발광소자(100)의 발광 효율 및 수명을 향상시킨다. 일 실시예에서, 제2 전자 수송층(160)은 유기발광소자(100)의 발광 효율 및 수명을 향상시키기 위해 제4 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 전자 수송층(160)은 전자의 이동 특성을 향상시키고, 구동 전압을 더욱 감소시키기 위해 제5 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 제4 물질은 피라진 유도체 및 트리아진 유도체중 적어도 하나를 포함하며, 상기 피라진 유도체 및 트리아진 유도체는 제1 전자 수송층(150)의 제2 물질이 포함하는 피라진 유도체 및 트리아진 유도체와 실질적으로 동일하다.
일 실시예에서, 제2 전자 수송층(160)의 제4 물질과 제1 전자 수송층(150)의 제2 물질은 동일한 화합물을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 전자 수송층(150) 및 제2 전자 수송층(160)을 형성하는 공정이 보다 간편 해질 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 전자 수송층(160)의 제4 물질과 제1 전자 수송층(150)의 제2 물질은 서로 다른 화합물을 포함할 수 있다. 그러나 상기 제4 물질과 제2 물질이 유기발광소자(100)의 발광 효율 및 수명을 향상시키는 효과가 있다는 점에서는 공통된다.
상기 제5 물질은 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하고, 제1 전자 수송층(150)의 제3 물질이 포함하는 알칼리 금속 및 그 착물과 실질적으로 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제5 물질과 상기 제3 물질은 동일한 알칼리 금속 또는 그 금속 화합물을 포함할 수 있다. 이 경우 제1 전자 수송층(150) 및 제2 전자 수송층(160)을 형성하는 공정이 보다 간편해 질 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 제5 물질과 상기 제3 물질은 서로 다른 알칼리 금속 또는 그 금속 화합물을 포함할 수 있다. 제2 전자 수송층(160)에서 제5 물질은 30 내지 70 중량 %의 비율로 함유될 수 있으며, 바람직하게는 45 내지 55 중량 %의 비율로 함유될 수 있다.
제2 전자 수송층(160)은 적절한 발광 효율 및 수명특성을 유지하면서 유기발광소자(100)의 구동 전압 상승을 방지하기 위해 100Å 내지 800Å의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 상기 제2 전자 수송층(160)은 150Å 내지 500Å의 두께를 가질 수 있다.
전자 주입층(170)은 제2 전자 수송층(160)상에 배치된다. 만약 제2 전극(180)이 음극에 해당하는 경우, 전자 주입층(170)은 제2 전극(180)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 하며, 경우에 따라 생략될 수도 있다.
전자 주입층(170)은 예를 들어, 플루오르화리튬(LiF), 염화나트륨(NaCl), 플루오르화바륨(BaF), 플르오르화세슘(CsF), 산화리튬(Li2O), 산화알루미늄(Al2O3), 산화바륨(BaO), 플러렌(C60) 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 전자 주입층(170)은 약 1Å 내지 약 100Å의 두께를 가질 수 있으며, 이 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 제1 전자 수송층(150)및 제2 전자 수송층(160)을 포함하는 유기발광소자(100)의 발광 효율과 열 안정성 특성을 보여주는 그래프들이다.
구체적으로, 도 4는 본 발명의 실시예들에 따라 25Å의 제1 전자 수송층(ETL 1)을 포함하는 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시예들에 따라 50Å의 제1 전자 수송층(ETL 1)을 포함하는 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이며, 도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 75Å의 제1 전자 수송층(ETL 1)을 포함하는 유기발광소자의 25℃, 35℃ 및 45℃에서의 계조 레벨에 따른 발광 효율 변화를 도시한 그래프이다.
상기 도 4 내지 도 6을 참조함에 있어서, 제1 전자 수송층(ETL 1)은 상기 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 40: 10: 50의 중량 비율로 함유한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 제1 전자 수송층(ETL 1)의 두께가 증가 할수록, 구동 온도의 변화에 따른 발광효율의 변화가 적은 것을 알 수 있다. 즉, 제1 전자 수송층(ETL 1)의 두께가 두꺼울수록 유기발광소자의 열 안정성이 향상된다.
구체적으로, 도 3에 도시된 발광 효율 및 수명이 우수한 단일의 전자 수송층(ETL B)을 구비한 유기발광소자와 달리 도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 유기발광소자는 구동 온도가 변화되어도 전 계조(All Gray Level)에서 일정한 발광 효율을 유지한다.
또한, 도 2에 도시된 열 안정성이 우수한 단일의 전자 수송층(ETL A)을 구비한 유기발광소자에 비해 발광 효율이 전체적으로 향상된 것을 알 수 있다. 이는 제1 전자 수송층이 발광 효율을 향상시키는 제2 물질을 포함하고 있으며, 제2 전자 수송층이 제4 물질을 포함하고 있기 때문이다.
도 7은 열 안정성이 우수한 단일의 전자 수송층(ETL A)을 구비한 유기발광소자, 발광 효율 및 수명이 우수한 단일의 전자 수송층(ETL B)을 구비한 유기발광소자 및 본 발명의 실시예들에 따라 제1 전자 수송층(ETL 1) 및 제2 전자 수송층을 2층 구조로 포함하는 유기발광소자의 수명 특성을 도시한 그래프이다.
본 명세서에서 "수명이 길다", "장 수명 이다" 혹은 "수명이 우수하다"는 개념은 초기 유기발광소자의 휘도(Luminescence)값을 100으로 보았을 때, 상기 유기발광소자의 휘도(Luminescence)가 초기값의 95% 이하로 떨어지는데 걸리는 시간이 100시간 이상인 것을 뜻한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 유기발광소자의 수명이 열 안정성이 우수한 단일의 전자 수송층(ETL A)을 구비한 유기발광소자 또는 발광 효율 및 수명이 우수한 단일의 전자 수송층(ETL B)을 구비한 유기발광소자보다 더 우수한 것을 알 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 유기발광소자의 제2 전자 수송층이 유기발광소자의 수명을 향상시키므로, 제1 전자 수송층(ETL 1)의 두께를 제2 전자 수송층에 비해 상대적으로 얇게 할 경우 유기발광소자의 수명이 약간 더 상승할 수 있다. 즉, 도 7의 그래프에서 1 전자 수송층(ETL 1)을 25Å의 두께로 포함하는 유기발광소자가 제1 전자 수송층(ETL 1)을 75Å의 두께로 포함하는 유기발광소자에 비해 수명이 우수하다.
결과적으로, 본 발명의 실시예들에서, 제1 전자 수송층(150)은 유기발광소자(100)의 열 안정성을 향상시키고, 제2 전자 수송층(160)은 유기발광소자(100)의 발광 효율 및 수명을 향상시킨다.
본 실시예들에 따른 유기발광소자는 3개의 서로 다른 물질을 포함하는 제1 전자 수송층(150)을 포함하여 열 안정성이 향상되고, 발광 효율과 수명을 향상시키는 2개의 서로 다른 물질을 포함하는 제2 전자 수송층(160)을 포함하여 발광 효율과 수명 역시 향상된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 유기 발광 표시장치는 제1 기판(300), 제1 기판(300)상에 배치되는 스위칭 소자(400), 스위칭 소자(400)와 연결되고 발광 효율, 수명 및 열 안정성이 향상된 유기발광소자(100) 및 유기발광소자(100)를 외부와 단절시키는 제2 기판(500)을 포함한다. 이하 각 구성 요소에 대해 상세히 설명한다.
제1 기판(300)은 스위칭 소자(400), 유기발광소자(100)를 지지하며, 유리(glass)나 폴리 실리콘(poly silicon)을 포함하는 무기질 기판일 수 있고, 폴리 에틸렌 테라프탈레이트(polyethylene teraphthalate: PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylen naphthalate: PEN), 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하는 플라스틱 기판일 수도 있으며, 연성을 갖는 금속(Metal)이나 다른 고분자(polymer)를 첨가하여 유연한(Flexible) 표시장치의 기판으로 사용될 수 있다.
스위칭 소자(400)는 제1 기판(300) 상에 배치되며, 유기발광소자(100)를 작동 시킨다. 스위칭 소자(400)는 예를 들어, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)일 수 있다.
스위칭 소자(400)는 버퍼층(410), 반도체층(422, 424, 426), 게이트 절연막(430), 게이트 전극(440), 층간 절연막(450), 소스 전극(462) 및 드레인 전극(464)를 포함할 수 있다.
버퍼층(410)은 제1 기판(300)의 평탄도를 향상시키고, 스위칭 소자(400)의 형성 과정에서 발생되는 스트레스를 감소시키며, 제1 기판(300)으로부터 불순물이 확산되는 현상을 방지한다. 버퍼층(410)은 산화물, 질화물, 산질화물 등을 포함할 수 있다.
반도체층(422, 424, 426)은 버퍼층(410) 상에 배치되며, 제1 불순물 영역(422), 제2 불순물 영역(424) 및 채널 영역(426)을 포함한다. 제1 불순물 영역(422) 및 제2 불순물 영역(424)는 각각 박막 트랜지스터(400)의 소스, 드레인 영역으로 기능할 수 있다.
상기 반도체층(422, 424, 426)은 폴리실리콘(polysilicon), 불순물을 포함하는 폴리실리콘, 아몰퍼스 실리콘(amorphous silicon), 불순물을 포함하는 아몰퍼스 실리콘 등으로 이루어질 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
게이트 절연막(430)은 게이트 전극(440)과 반도체층(422, 424, 426)을 전기적으로 분리하는 기능을 하며, 산화물, 유기 절연 물질 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(430)은 실리콘 산화물(SiOx), 알루미늄산화물(AlxOy), 티타늄 산화물(TiOx), 벤조사이클로부텐(BCB)계 수지, 아크릴(acryl)계 수지 등을 포함 할 수 있다.
게이트 전극(440)은 반도체층(422, 424, 426)과 중첩되도록 게이트 절연막(430)상에 배치되고, 금속, 금속 질화물, 도전성 금속 산화물, 투명 도전성 물질 등을 포함할 수 있다. 게이트 전극(440)은 상기 금속, 금속 질화물, 도전성 금속 산화물, 투명 도전성 물질 등이 단층 또는 다층 구조로 배치되어 구성될 수 있다.
층간 절연막(450)은 상기 게이트 전극(440) 및 상기 게이트 절연막(430)을 덮도록 상기 제1 기판(300)상에 배치된다. 층간 절연막(450)은 산화물, 질화물, 산질화물, 유기 절연 물질 등을 포함할 수 있으며 이들이 단독 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
층간 절연막(450)은 상기 반도체층(422, 424, 426)의 제1 불순물 영역(422) 및 제2 불순물 영역(424)의 일부를 노출하는 홀을 포함하고, 상기 홀을 관통하여 제1 불순물 영역(422) 및 제2 불순물 영역(424)과 전기적으로 연결되는소스 전극(462)및 드레인 전극(464)이 층간 절연막(450)상에 배치된다. 소스 전극(462) 및 드레인 전극(464)은 각각 금속, 금속 질화물, 도전성 금속 산화물, 투명 도전성 물질 등을 포함할 수 있으며, 상기 물질들의단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
스위칭 소자(400)와 전기적으로 연결되는유기발광소자(100)가 제1 기판(300)상에 배치된다. 일 실시예에서, 유기발광소자(100)와 스위칭 소자(400)를 분리하는절연층(210)이 배치될 수 있다. 절연층(210)에는 스위칭 소자(400)의 드레인 전극 일부를 노출시키는 홀이 제공될 수 있으며, 유기발광소자(100)는 상기 홀을 통해 스위칭 소자(400)와 전기적으로 접촉한다. 다른 실시예에서, 유기발광소자(100)는 절연층(210)없이 스위칭 소자(400)와 연결될 수 있으며, 유기발광소자(100)는 스위칭 소자(400)와 실질적으로 같은 층에 배치될 수 있다.
절연층(210)은 스위칭 소자(400)의 상면을 평탄하게 하고, 스위칭 소자(400)를 전기적으로 단절 시켜 보호한다.
절연층(210)은 벤조사이클로부텐계 수지, 올레핀(olefin)계 수지, 폴리이미드(polyimide)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리비닐(polyvinyl)계 수지, 실록산(siloxane)계 수지 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 절연층(210)은 평탄화 공정을 통해 수득되는 실질적으로 평탄한 상면을 가질 수 있다. 예를 들면, 절연층(210)의 상부를 화학 기계적 연마(CMP) 공정, 에치-백(etch-back) 공정 등을 이용하여 평탄화시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 절연층(210)은 자체 평탄성(self planarizing property)을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
유기발광소자(100)는 스위칭 소자(400)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(110), 제1 전극(110) 상에 배치되는 정공 주입층(120) 정공 수송층(130), 유기 발광층(140), 제1 전자 수송층(150), 제2 전자 수송층(160), 전자 주입층(170) 및 제2 전극(180)을 포함한다.
제1 전극(110)은 스위칭 소자(400)와 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 스위칭 소자(400)가 N형 트랜지스터를 포함할 경우, 제1 전극(110)은 음극에 해당할 수 있다. 반대로 스위칭 소자(400)가 P형 트랜지스터를 포함할 경우, 제1 전극(110)은 양극에 해당할 수 있다.
제1 전극(110) 및 제2 전극(180)은 유기발광소자(100)의 발광 방식에 따라 반사 전극 또는 투과 전극이 될 수 있으며, 그 상세한 설명은 도 1을 참조하여 설명한 유기발광소자(100)의 해당 구성 요소부분에서 설명하였다. 따라서 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
일 실시예에 따른 유기발광소자(100)는 제1 전극(110)상에 배치되는 화소 정의막(220)을 포함할 수 있다. 화소 정의막(220)은 제1 전극(110)의 일부를 노출시키는 개구부를 포함하며 상기 개구부 안에 유기 발광층(140)이 배치되어화소(pixel)를 형성한다. 따라서 상기 개구부 영역을 표시영역(DA)로 정의하고 상기 표시영역(DA)을 포위하는바깥 영역을 주변영역(PA)로 정의한다. 다른 실시예에서, 비록 도 8에는 도시되어 있지 않지만, 화소 정의막(220)은 생략될 수 있다.
화소 정의막(220)은 예를 들어, 일반 범용고분자(PMMA, PS), 페놀(phenol)그룹을 갖는 고분자 유도체, 아크릴계 고분자, 이미드(imide)계 고분자, 아릴에테르(arylether)계 고분자, 아마이드(amide)계 고분자, 불소(fluorine)계고분자, p-자일렌(p-xylene)계 고분자, 비닐알콜(vinyl alcohol)계 고분자 및 이들의 블랜드(blend) 등을 포함할 수 있다.
화소 정의막(220)의 개구부 안에 정공 주입층(120), 정공 수송층(130), 제1 전자 수송층(150), 제2 전자 수송층(160) 및 전자 주입층(170)이 추가로 배치될 수 있다.
상기 유기층들의 적층 순서는 제1 전극(110)의 극성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(110)이 양극에 해당하는 경우, 유기층들의 적층 순서는 정공 주입층(120), 정공 수송층(130), 유기 발광층(140), 제1 전자 수송층(150), 제2 전자 수송층(160), 전자 주입층(170) 및 제2 전극(180)이 차례대로적층 될 수 있다.
그러나 이와 반대로 제1 전극(110)이 음극에 해당하는 경우, 상기 유기층들의 적층 순서는 전자 주입층(170), 제2 전자 수송층(160), 제1 전자 수송층(150), 유기 발광층(140), 정공 수송층(130), 정공 주입층(120) 및 제2 전극(180)순으로 바뀔 수 있다.
제1 전극(110)및 제2 전극(180)사이에 배치되는 정공 주입층(120), 정공 수송층(130), 유기 발광층(140), 제1 전자 수송층(150), 제2 전자 수송층(160) 및 전자 주입층(170)은 도 1을 참조하여 설명한 유기발광소자의 해당 구성요소와 실질적으로 동일하다. 따라서 상세한 설명은 생략한다.
스위칭 소자(400) 및 유기발광소자(100)를 외부 환경으로부터 단절시키기 위해 유기발광소자(100)를 덮도록 제2 기판(500)이 배치된다. 제2 기판(500)은 외부의 수분이나 가스로부터 상기 유기발광소자(100)를 보호할 수 있도록 화학적 안정성이 있어야 하고, 유기발광소자(100)에서 발광하는 빛을 잘 투과 할 수 있도록 우수한 투과성도 있어야 한다. 따라서 제2 기판(500)은 예를 들어, 유리, 투명한 금속 필름, 유기 및 무기 절연막 등을 포함할 수 있다.
상기 실시예들에 따른 유기 발광 표시장치는 발광 효율과 수명뿐 아니라 열 안정성까지 향상된 유기발광소자(100)를 포함하고 있어 표시장치의 안정성과 내구성이 더욱 향상되고, 사용 온도에 민감하지 않고, 고품질의 화면을 장시간 출력 가능한 표시장치가 제공된다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 실시예들에 따른 유기 발광 표시장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9a를 참조하면, 제1 기판(300) 상에 스위칭 소자(400)가 형성될 수 있다. 스위칭 소자(400)는 예를 들어, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)로 구성될 수 있으며, 공지된 박막트랜지스터 제조 방법에 의해 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 기판(300)상에 화학 기상 증착(CVD) 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착(PECVD) 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착(HDP-CVD) 공정, 스핀 코팅 공정, 열산화 공정, 프린팅 공정 등을 이용하여 버퍼층(410)을 형성할 수 있다.
버퍼층(410) 상에 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 프린팅 공정 등을 통해 반도체층(422, 424, 426)을 형성할 수 있다.
반도체층(422, 424, 426)을 패터닝하고, 반도체층(422, 424, 426)을 덮도록 버퍼층(410)상에 게이트 절연막(430)을 형성할 수 있다.
게이트 절연막(430)은 예를 들어, 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층(ALD) 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정, 스핀 코팅 공정, 프린팅 공정 등을 이용하여 수득될 수 있다.
게이트 절연막(430)상에 제1 도전층(도시되지 않음)을 성막하고, 이를 패터닝 하여 게이트 전극(440)을 형성할 수 있다.
게이트 전극(440)은 반도체층(422, 424, 426)과 중첩되도록 게이트 절연막(430)상에 형성될 수 있으며, 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 스핀 코팅 공정, 진공 증착 공정, 펄스 레이저 증착(PLD) 공정, 프린팅 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다.
게이트 전극(430)은 마스크로 이용하여 반도체층(422, 424, 426)에 불순물을 주입하여 제1 불순물 영역(422) 및 제2 불순물 영역(426)을 형성할 수 있다.
상기 불순물 주입은 예를 들어, 이온 주입 공정을 이용하여 수행될 수 있고, 주입되는 불순물의 종류에 따라 박막트랜지스터(400)의 타입이 결정된다. 예를 들어, 붕소(B), 갈륨(Ga)등과 같은 3족 원소를 불순물로 주입하여 P형 박막트랜지스터(400)를 형성 할 수 있고, 안티몬(Sb), 인(P)등과 같은 5족 원소를 불순물로 주입하여 N형 박막트랜지스터(400)를 형성 할 수 있다.
게이트 절연막(430)상에 게이트 전극(440)을 덮도록 층간 절연막(450)이 형성될 수 있다. 층간 절연막(450)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 스핀 코팅 공정, 진공 증착 공정, 펄스 레이저 증착 공정, 프린팅 공정 등을 통해 수득될 수 있다.
제1 불순물 영역(422) 및 제2 불순물 영역(424)의 일부가 노출되도록 층간 절연막(450)에 홀을 형성할 수 있고, 상기 홀의 형성은 예를 들어, 사진 식각 공정을 통해 수득 될 수 있다. 상기 홀을 채우도록 제2 도전층(도시되지 않음)을 성막하고, 상기 제2 도전층을 패터닝하여 소스 전극(462) 및 드레인 전극(464)을 형성 할 수 있다.
소스 전극(462) 및 드레인 전극(464)는 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 스핀 코팅 공정, 진공 증착 공정, 펄스 레이저 증착 공정, 프린팅 공정 등을 통해 수득될 수 있다.
한편, 게이트 전극(440)을 형성하는 동시에 게이트 절연막(430) 일측에 게이트 라인(도시되지 않음)을 형성할 수 있고, 소스 전극(462) 및 드레인 전극(464)을 형성하는 동시에 층간 절연막(450)의 일측에 데이터 라인(도시되지 않음)을 형성할 수 있다.
게이트 라인 및 데이터 라인의 형성방법은 게이트 전극(440) 및 드레인 전극(464)의 형성 방법과 실질적으로 동일한 방법으로 형성 될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 일 실시예에서, 스위칭 소자(400)를 덮도록 절연층(210)이 형성될 수 있다. 절연층(210)은 예를 들어, 스핀 코팅 공정, 프린팅 공정, 진공 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 실시예에 있어서, 절연층(210)에 대해 화학 기계적 연마 공정, 에치 백 공정 등을 포함하는 평탄화 공정을 수행하여 절연층(210)의 상면을 평탄화시킬 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 절연층(210)은 자체 평탄성을 갖는 물질을 사용하여 형성될 수 있으며, 이에 따라 절연층(210)이 평탄한 상면을 가질 수 있다.
상기 실시예들에 있어서, 절연층(210)을 부분적으로 식각하여, 드레인 전극(464)의 일부를 노출시키는 홀이 형성될 수 있다. 예를 들면, 절연층(210)의 홀을 사진 식각 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 홀을 채우도록 제3 도전층(도시되지 않음)을 성막하고, 이를 패터닝하여 제1 전극(110)을 형성 할 수 있다.
유기발광소자(100)의 발광 방식에 따라 제1 전극(110)은 반사율이 높은 금속, 합금등을 사용하여 반사 전극으로 형성하거나 투과율이높은 투명 도전성 물질을 사용하여 투명 전극으로 형성할 수 있다.
상기 제3 도전층은 스퍼터링 공정, 프린팅 공정, 스프레이공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 진공 증착 공정, 펄스 레이저 증착 공정 등을 이용하여 성막할 수 있고, 제1 전극(110)은 예를 들어, 사진 식각 공정을 이용하여 패터닝 할 수 있다.
도 9c를 참조하면, 일 실시예에서, 제1 전극(110)을 덮도록 화소 정의막(220)이 형성될 수 있다. 화소 정의막(220)은 스핀 코팅 공정, 프린팅 공정, 진공 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다.
화소 정의막(220)은 절연물질을 사용하여 형성되고, 상기 절연물질은 예를 들어, 일반 범용고분자, 페놀그룹을 갖는 고분자 유도체, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계고분자, p-자일렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자 및 이들의 블랜드 등을 포함할 수 있다.
화소 정의막(220)상에 제1 전극(110)의 일부를 노출시키는 개구부를 형성 할 수 있으며, 상기 개구부는 예를 들어, 사진 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
도 9d를 참조하면, 제1 전극(110)상에 정공 주입층(120)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 정공 주입층(120)은 화소 정의막(220)의 개구부에의해 노출된 제1 전극(110)상에 형성 될 수 있다.
정공 주입층(120)은 증착, 마스크 성막, 포토레지스트 공정, 프린팅, 잉크젯, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 상기 증착 공정은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 펄스 레이저 증착 공정, 진공 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 포함한다.
예를 들어, 정공 주입층(120)은 화소 정의막(220)상에 상기 개구부를 노출하는 얇은 금속 마스크(Fine Metal Mask)를 부착하고, 정공 주입층(120)의 구성 재료를 증착원으로 하여 진공 증착법을 실시하여 형성 될 수 있다.
상기 진공 증착법은 10-8 내지 10-3 토르(torr)의 진공도, 100 내지 500℃의 증착온도 0.01 내지 100Å/sec 의 증착 속도 범위에서 적절한 조건을 선택하여 실시될 수 있다. 정공 주입층(120)의 구성 재료는 도 1을 참조하여 설명한 유기발광소자(100)의 정공 주입층(120)의 구성 재료와 실질적으로 동일하다.
정공 주입층(120) 상에 정공 수송층(130) 및 유기 발광층(140)이 차례로 형성 될 수 있으며, 상기 정공 주입층(120)의 형성 방법과 실질적으로 동일한 방법에 의해 수득될 수 있다. 상기 정공 수송층(130) 및 유기 발광층(140)은 도 1을 참조하여 설명한 유기발광소자(100)의 정공 수송층(130) 및 유기 발광층(140)의 각 구성 재료를 사용하여 수득될 수 있다.
유기 발광층(140)상에 제1 전자 수송층(150) 및 제2 전자 수송층(160)을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 유기 발광층(140)상에 제1 전자 수송층(150)을 먼저 형성하고 제1 전자 수송층(150)상에 제2 전자 수송층(160)을 형성하여서로 라미네이트되어 있는 제1 전자 수송층(150) 및 제2 전자 수송층(160)이 수득될 수 있다.
다른 실시예에서, 유기 발광층(140)상에 제2 전자 수송층(160)을 먼저 형성하고 제2 전자 수송층(160)상에 제1 전자 수송층(150)을 형성하여서로 라미네이트되어 있는 제1 전자 수송층(150) 및 제2 전자 수송층(160)이 수득될 수 있다.
상기 제1 전자 수송층(150)은 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 사용하여수득 될 수 있으며, 상기 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질은 도 1을 참조하여 설명한 유기발광소자의 열 안정성을 향상시키는 제1 물질, 발광 효율을 향상시키는 제2 물질, 및 구동 전압을 감소시키는 제3 물질과 실질적으로 동일하다.
제1 전자 수송층(150)은 증착, 마스크 성막, 포토레지스트 공정, 프린팅, 잉크젯, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 상기 증착 공정은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 펄스 레이저 증착 공정, 진공 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 포함한다. 이하 도 10을 참조하여 제1 전자 수송층(150)의 예시적인 일 형성방법에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 유기발광표시장치(100)의 제조방법에 있어서, 제1 전자 수송층(150)을 형성하는단계를 도시한 사시도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에서, 제1 전자 수송층(150)은 상기 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 공동으로증착하여 형성 할 수 있다. 예를 들어, 상기 증착은 제1 물질을 방출하는제1 증착원(DS1), 제2 물질을 방출하는 제2 증착원(DS2), 제3 물질을 방출하는 제3 증착원(DS3)을 준비하는단계 제1 증착원(DS1)이 증착되는제1 증착영역(DepA1), 제2 증착원(DS2)이 증착되는 제2 증착영역(DepA2), 제3 증착원(DS3)이 증착되는 제3 증착영역(DepA3)이 겹치도록 제1 증착원(DS1), 제2 증착원(DS2) 및 제3 증착원(DS3)을 소정의 간격을 두고 배치하는 단계 및 제1 증착원(DS1), 제2 증착원(DS2) 및 제3 증착원(DS3)을 유기 발광층(140)의 제1 말단(T1)에서 제2 말단(T2)으로 이동 시키면서제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 증착하는 단계를 거쳐 수행될 수 있다.
이 경우, 제1 증착원(DS1), 제2 증착원(DS2) 및 제3 증착원(DS3)의 방출량을조절하면 상기 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질의 증착 비율을 조절할 수 있다. 또한, 제1 증착원(DS1), 제2 증착원(DS2) 및 제3 증착원(DS3) 들의 이동 속도를 조절하거나 제1 말단(T1)에서 제2 말단(T2)으로의 이동을 반복하여제1 전자 수송층(150)의 두께를 제어할 수도 있다.
제1 말단(T1)및 제2 말단(T2)는 제1 전자 수송층(150)이 증착 되어야 하는 영역의 경계부를 의미하며, 예를 들어, 상기 증착 공정이 z축 방향으로 진행될 때, 제1 말단(T1)은 증착이 시작되는 지점이 될 수 있으며, 제2 말단(T2)은 증착이 종료되는 지점을 의미할 수 있다.
다른 실시예에서, 비록 도 10에는 도시되어있지는 않지만, 제1 전자 수송층(150)은 상기 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 적절한 비율로 혼합한 제1 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 제1 혼합물을 증착원으로 하여 제1 혼합물층을 증착하는 단계를 거쳐 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 혼합물의혼합 농도에 따라 제1 전자 수송층(150)의 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질의 증착 농도가 조절된다. 상기 증착은 앞서 언급한 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 펄스 레이저 증착 공정, 진공 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 포함하며, 상기 제1 혼합물층은 증착 이외에 마스크 성막, 포토레지스트 공정, 프린팅, 잉크젯, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등 다양한 방법으로 형성될 수도 있다.
도 9d 및 도 10을 참조하면, 제2 전자 수송층(160)은 제4 물질 및 제5 물질을 사용하여 수득될 수 있다. 상기 제4 물질 및 제5 물질은 도 1을 참조하여 설명한 유기발광소자(100)의 발광 효율을 향상시키는 제4 물질 및 유기발광소자(100)의 구동 전압을 감소시키는 제5 물질과 실질적으로 동일하다.
제2 전자 수송층(160)은 제1 전자 수송층(150)의 형성 방법과 실질적으로 동일한 방법을 통해 수득될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제4 물질 및 제5 물질은 각각 제1 전자 수송층(150)의 제2 물질 및 제3 물질과 동일한 화합물을 포함할 수 있으며, 이 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 전자 수송층(160)은 제1 전자 수송층(150)을 형성하면서 사용된 제2 물질을 방출하는 제2 증착원(DS2), 제3 물질을 방출하는 제3 증착원(DS3)을 그대로 사용할 수 있다. 즉, 제1 전자 수송층(150)을 형성한 이후, 제1 증착원(DS1), 제2 증착원(DS2) 및 제3 증착원(DS3)이 배설된 베이스를 다시 이동 시키면서 제2 증착원(DS2) 및 제3 증착원(DS3)만을 작동 시켜 제2 전자 수송층(160)을 형성 할 수 있다.
상기 이동은 연속적으로 진행될 수 있다. 구체적으로, 제1 증착원(DS1), 제2 증착원(DS2) 및 제3 증착원(DS3)이 배설된 베이스가 상기 유기 발광층(140)의 제1 말단(T1)에서 제2 말단(T2)으로 이동하면서 제1 전자 수송층(150)을 증착하고, 제2 말단(T2)에 도달한 상기 베이스는다시 제1 말단(T1)으로 이동하면서 제2 전자 수송층(160)을 증착할 수 있다. 이 경우 제1 증착원(DS1)은 상기 베이스가 유기 발광층(140)의 제1 말단(T1)에서 제2 말단(T2)으로 이동하는 동안에만 제1 물질을 방출한다.
따라서, 증착원을 왕복 1회만 움직임으로써 제1 전자 수송층(150) 및 제2 전자 수송층(160)을 한번에 형성 할 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 전자 수송층(160)의 제4 물질 및 제5 물질은 각각 제1 전자 수송층(150)의 제2 물질 및 제3 물질과 서로 다른 화합물을 포함할 수 있고, 상기 제4 물질 및 제5 물질을 각각 제4 증착원(도시되지 않음) 및 제5 증착원(도시되지않음)에 넣고 제1 전자 수송층(150)의 형성 방법과 유사하게 증착을 진행할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제2 전자 수송층(160)은 제4 물질과 제5 물질을 일정한 비율로 혼합한 제2 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 제2 혼합물을 하나의 증착원으로 사용하여 제1 전자 수송층(150)상에 제2 혼합물층을 증착하는단계를 거쳐 형성될 수 있다. 상기 증착은 앞서 언급한 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 펄스 레이저 증착 공정, 진공 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 포함하며, 상기 제2 혼합물층은 상기 증착 이외에 마스크 성막, 포토레지스트 공정, 프린팅, 잉크젯, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등 다양한 방법을 통해 형성될 수도 있다.
제2 전자 수송층(160) 상에 전자 주입층(170)이 형성될 수 있다. 전자 주입층(170)은 상기 언급한 증착, 마스크 성막, 포토레지스트 공정, 프린팅, 잉크젯 등의 공정을 통해 형성될 수 있고, 예를 들어, 플루오르화리튬, 염화나트륨, 플루오르화바륨, 플르오르화세슘, 산화리튬, 산화알루미늄, 산화바륨, 플러렌 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성될 수 있다.
도 9e를 참조하면, 전자 주입층(170) 및 화소 정의막(220)을 덮도록 제4 도전층(도시되지 않음)을 성막하고, 이를 패터닝 하여 제2 전극(180)을 형성 할 수 있다. 제2 전극(180)은 제1 전극(110)의 형성방법과 실질적으로 동일한 방법으로 형성되고, 유기발광소자(100)의 발광 방식에 따라 반사율이높은 금속, 합금 등을 사용하여 반사 전극으로 형성되거나 투과율이 높은 투명 도전성 물질을 사용하여 투명 전극으로형성될 수도 있다.
도 9f를 참조하면, 유기발광소자(100)를 덮도록 제2 기판(500)이 배치되고 이를 밀봉하여 유기 발광 표시장치가 제조된다. 상기 밀봉은 제2 기판(500)의 배면에 실링 물질을 도포하고, 이를 제1 기판(300)과 접착한 후 레이져 또는 자외선을 이용하여 경화함으로써 이루어 진다.
일 실시예에서, 제2 기판(500)은 유기발광소자(100)와 일정 공간 이격 하여 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 기판(500)은 유기발광소자(100)에 접촉하여배치될 수도 있다. 이 경우, 유기 발광 표시장치의 시인성이 더 향상 될 수 있다.
상기 실시예들에 따른 유기 발광 표시장치의 제조 방법은 열 안정성뿐아니라 발광 효율과 수명까지 향상된 유기 발광 표시장치를 제조 할 수 있게 한다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 서로 다른 성질의 3가지 물질을 혼합 사용한 전자 수송층을 구비한 유기발광소자에는 모두 적용될 수 있다. 즉, 상기 유기발광소자는 전면 발광 방식, 또는 배면 발광 방식으로 구현될 수 있으며, 양면 발광 방식으로도 구현 될 수도 있다. 상기 유기발광소자는 인광형 유기발광소자 및 형광형 유기발광소자를 모두 포함하고, 적색, 녹색, 청색, 백색 등 발광하는 빛의 파장과 관계없이 모든 유기발광소자에 적용될 수 있다. 상기 유기발광소자를 포함하는 유기 발광 표시장치는 TV, 컴퓨터 모니터, 휴대폰, 태블릿PC, MP3, 자동차 네비게이션 등과 같은 각종 전자 장비의 표시장치로 활용될 수 있으며, OLED 전등으로 활용되어 각종 조명 장치에도 활용될 수 있다.
100: 유기발광소자 110: 제1 전극
120: 정공 주입층 130: 정공 수송층
140: 유기 발광층 150: 제1 전자 수송층
160: 제2 전자 수송층 170: 전자 주입층
180: 제2 전극 210: 절연층
220: 화소 정의막 300: 제1 기판
400: 스위칭 소자 410: 버퍼층
422: 제1 불순물 영역 424: 제2 불순물 영역
426: 채널 영역 430: 게이트 절연막
440: 게이트 전극 450: 층간 절연막
462: 소스 전극 464: 드레인 전극
500: 제2 기판 DS1: 제1 증착원
DS2: 제2 증착원 DS3: 제3 증착원
DM: 증착 마스크 DepA1: 제1 증착 영역
DepA2: 제2 증착 영역 DepA3: 제3 증착 영역
T1: 제1 말단 T2: 제2 말단

Claims (20)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상에 배치되는 정공 수송층;
    상기 정공 수송층 상에 배치되는 유기 발광층;
    상기 유기 발광층 상에 배치되고 열 안정성을 향상시키는 제1 물질, 발광 효율을 향상시키는 제2 물질 및 구동 전압을 감소시키는 제3 물질을 포함하는 제1 전자 수송층;
    상기 유기 발광층 상에 배치되고 상기 제1 전자 수송층과 라미네이트되며, 발광 효율을 향상시키는 제4 물질 및 구동 전압을 감소시키는 제5 물질을 포함하는 제2 전자 수송층;
    상기 제2 전자 수송층 상에 배치되는 전자 주입층; 및
    상기 전자 주입층 상에 배치되고 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 물질은 안트라센(Anthracene) 유도체를 포함하고, 상기 제2 물질은 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 제3 물질은 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제4 물질은 피라진(Pyrazine)유도체 및 트리아진(Triazine)유도체 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 제5 물질은 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 전자 수송층은 상기 제1 물질을 20% 내지 80%의 중량비로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 전자 수송층은 25Å 내지 200Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제4 물질은 상기 제2 물질과 동일하고, 상기 제5 물질은 상기 제3 물질과 동일한 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  12. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 배치되는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되며,
    제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치되는 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상에 배치되는 정공 수송층;
    상기 정공 수송층 상에 배치되는 유기 발광층;
    상기 유기 발광층 상에 배치되고 열 안정성을 향상시키는 제1 물질, 발광 효율을 향상시키는 제2 물질, 구동 전압을 감소시키는 제3 물질을 포함하는 제1 전자 수송층;
    상기 유기 발광층 상에 배치되고 상기 제1 전자 수송층과 라미네이트되며, 발광 효율을 향상시키는 제4 물질 및 구동 전압을 감소시키는 제5 물질을 포함하는 제2 전자 수송층;
    상기 제2 전자 수송층 상에 배치되는 전자 주입층; 및
    상기 전자 주입층 상에 배치되고 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극을 포함하는 유기발광소자; 및
    상기 유기발광소자 상에 배치되는 제2 기판을 포함하고,
    상기 제1 물질은 안트라센 유도체를 포함하고, 상기 제2 물질은 피라진 유도체 및 트리아진 유도체 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 제3 물질은 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제4 물질은 피라진 유도체 및 트리아진 유도체 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 제5 물질은 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 스위칭 소자를 제공하는 제1 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 정공 주입층을 형성하는 단계;
    상기 정공 주입층 상에 정공 수송층을 형성하는 단계;
    상기 정공 수송층 상에 유기 발광층을 형성하는 단계;
    상기 유기 발광층 상에 열 안정성을 향상시키는 제1 물질, 발광 효율을 향상시키는 제2 물질 및 구동 전압을 감소시키는 제3 물질을 사용하여 제1 전자 수송층을 형성하는 단계;
    상기 유기 발광층 상에 상기 제1 전자 수송층과 라미네이트되도록, 발광 효율을 향상시키는 제4 물질 및 구동 전압을 감소시키는 제5 물질을 포함하는 제2 전자 수송층을 형성하는 단계;
    상기 제2 전자 수송층 상에 전자 주입층을 형성하는 단계;
    상기 전자 주입층 상에 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 전극 상에 제2 기판을 덮어 상기 스위칭 소자 및 유기 발광층을 밀봉하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전자 수송층을 형성하는 단계는 안트라센 유도체를 포함하는 상기 제1 물질, 피라진 유도체 및 트리아진 유도체 중 적어도 하나를 포함하는 상기 제2 물질 및 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하는 상기 제3 물질을 공동 증착하여 형성하고,
    상기 제2 전자 수송층을 형성하는 단계는 피라진 유도체 및 트리아진 유도체 중 적어도 하나를 포함하는 상기 제4 물질 및 알칼리 금속 및 그 착물 중 적어도 하나를 포함하는 상기 제5 물질을 공동 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시장치의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020130088191A 2013-07-25 2013-07-25 유기발광소자, 이를 포함하는 유기 발광 표시장치 및 그 제조방법 KR102084170B1 (ko)

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