KR102633055B1 - 백색 유기 발광 다이오드 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치 - Google Patents
백색 유기 발광 다이오드 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 예는 P-aging이 가능하면서도 스트롱 캐비티가 형성되지 않아 빛의 파장 스펙트럼에 왜곡이 발생하지 않은 백색광을 방출할 수 있는 백색 유기 발광 다이오드 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드는 상부 방향으로 빛을 반사시키는 반사층, 반사층의 상부에 배치된 애노드 전극, 애노드 전극의 상부에 배치되며, 복수의 스택들로 구성된 유기 발광층, 유기 발광층의 상부에 배치된 캐소드 전극, 및 캐소드 전극의 상부에 배치되어 광학 두께를 확보하는 CPL성 유기물층을 포함한다. 본 발명의 일 예에 따른 캐소드 전극은 금속 또는 합금으로 이루어진다. 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치는 금속 또는 합금으로 캐소드 전극을 형성하여, P-aging이 가능하다. 또한, 광학 두께를 확보할 수 있는 CPL 유기물층을 이용하여, 스트롱 캐비티가 형성되지 않아 빛의 파장 스펙트럼에 왜곡이 발생하지 않은 백색광을 방출할 수 있다.
Description
본 발명의 일 예는 백색 유기 발광 다이오드 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.
최근 표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 표시 장치 중에서 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display Device, OLED)는 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발생하는 유기 발광 다이오드를 이용하여 화상을 표시한다. 이와 같은 유기 발광 표시 장치는 빠른 응답속도를 가짐과 동시에 자발광에 따라 저계조 표현력의 극대화가 가능하여 차세대 디스플레이로 각광받고 있다.
유기 발광 표시 장치는 기판 상에 배치된 박막 트랜지스터층, 박막 트랜지스터층 상에 배치된 애노드 전극, 유기 발광층 및 캐소드 전극을 포함하는 유기 발광 다이오드, 유기 발광 소자와 캐소드 전극을 산소와 수분으로부터 보호하기 위해, 유기 발광 다이오드 상에 배치된 다층의 유기 및 무기막을 포함하는 봉지층, 봉지층을 덮으며 상부 기판의 역할을 하는 봉지필름, 및 봉지필름의 상부에 배치되어 외광의 반사로 인해 도시되는 화상의 시인성이 낮아지는 것을 방지하는 편광필름을 포함한다.
유기 발광 다이오드는 애노드 전극들, 애노드 라인들, 유기 발광층들, 캐소드 전극, 및 뱅크들을 포함한다. 유기 발광층들 각각은 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 발광층(organic light emitting layer), 및 전자 수송층(electron transporting layer, ETL)을 포함할 수 있다. 이 경우, 애노드 전극과 캐소드 전극에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동한다. 이동한 정공과 전자는 발광층에서 만나서 엑시톤(exciton)을 형성하며, 서로 결합하여 발광하게 된다.
RGB 색상을 발광하는 유기 발광 다이오드는 캐소드 전극을 금속 또는 합금으로 형성할 수 있다. 특히 상부인 캐소드 전극 쪽으로 빛을 방출하는 탑 RGB 유기 발광 다이오드의 경우, 캐소드 전극을 금속 또는 합금으로 형성하는 것은 휘도 측면에서 장점이 있다. 캐소드 전극이 금속 또는 합금인 경우, 유기 발광층에서 방출된 빛이 캐소드 전극에서 일부 반사되어 하부로 향하였다가 하부의 애노드 전극에서 반사되면서 나오게 되는데, 이 때 유기 발광층 내에서 빛이 공진하는 스트롱 캐비티(Strong Cavity)가 형성되어 보다 강한 빛이 방출된다.
그런데, 백색을 발광하는 백색 유기 발광 다이오드는 유기 발광층 내부에 복수의 스택(stack)들이 배치된다. 복수의 스택들은 정해진 파장의 빛을 방출하는데, 이들이 방출하는 빛이 모여서 백색광을 형성하게 된다. 이 때 캐소드 전극이 금속 또는 합금인 경우, 유기 발광층 내에서 스트롱 캐비티(Strong Cavity)가 형성되면서 정해진 파장이 변화한다. 파장이 변화하면서, 방출되는 빛은 백색이 아닌 약간의 색상을 가진 빛이 방출된다. 따라서, 백색 유기 발광 다이오드의 경우에는 유기 발광층 내부에 스트롱 캐비티를 형성하면 안 된다.
스토롱 캐비티를 형성하지 않기 위해, 탑 방식의 백색 유기 발광 다이오드에서는 캐소드 전극으로 ITO, IZO 등의 투명 도전성 산화물(Transparent conducting oxide, TCO)을 사용한다. 이 경우, 캐소드 전극으로 향하는 빛은 반사되지 않고 모두 방출되므로, 스트롱 캐비티가 발생하지 않는다.
그런데, 투명 도전성 산화물을 캐소드 전극으로 사용하는 다이오드의 경우, P-aging 기술을 적용할 수 없다. P-aging 기술은 화소를 구성하는 유기 발광 다이오드가 이물질에 의해 발광하지 않는 암점(black point, BP)이 발생하였을 때, 이물질이 있는 부분의 캐소드 전극만 산화를 시켜서 그 부분을 제외한 나머지 화소 부분에서는 발광을 할 수 있도록 하는 암점 리페어(repair) 기술이다. P-aging 기술은 캐소드 전극이 금속 또는 합금으로 형성된 경우에만 가능하다. 캐소드 전극이 투명 도전성 산화물인 경우에는, 이미 산화가 된 것이므로 더 이상 산화를 시킬 수가 없으므로, 적용할 수가 없다.
본 발명의 일 예는 P-aging이 가능하면서도 스트롱 캐비티가 형성되지 않아 빛의 파장 스펙트럼에 왜곡이 발생하지 않은 백색광을 방출할 수 있는 백색 유기 발광 다이오드 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드는 상부 방향으로 빛을 반사시키는 반사층, 반사층의 상부에 배치된 애노드 전극, 애노드 전극의 상부에 배치되며, 복수의 스택들로 구성된 유기 발광층, 유기 발광층의 상부에 배치된 캐소드 전극, 및 캐소드 전극의 상부에 배치되어 광학 두께를 확보하는 CPL성 유기물층을 포함한다. 본 발명의 일 예에 따른 캐소드 전극은 금속 또는 합금으로 이루어진다.
본 발명의 일 예에 따른 유기 발광 표시 장치는 화상을 표시하는 표시 영역에 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드가 마련된다.
본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치는 금속 또는 합금으로 캐소드 전극을 형성하여, P-aging이 가능하다. 또한, 광학 두께를 확보할 수 있는 CPL 유기물층을 이용하여, 스트롱 캐비티가 형성되지 않아 빛의 파장 스펙트럼에 왜곡이 발생하지 않은 백색광을 방출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 개략적으로 나타낸 일 예시도면이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드를 나타낸 단면도이다.
도 4는 기존의 백색 유기 발광 다이오드와 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 파장에 따른 효율을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극의 두께에 따른 파장 별 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극의 두께에 따른 면 저항을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 색상 별 컨투어 맵이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 구조 별 시야각에 따른 컬러 쉬프트를 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 색상 별 컨투어 맵이다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 여러 가지 구조들을 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 여러 가지 구조별 시야각에 따른 컬러 쉬프트를 비교한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 층 간 거리를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 제4 정공 수송층과 전자 주입층을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드를 나타낸 단면도이다.
도 4는 기존의 백색 유기 발광 다이오드와 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 파장에 따른 효율을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극의 두께에 따른 파장 별 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극의 두께에 따른 면 저항을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 색상 별 컨투어 맵이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 구조 별 시야각에 따른 컬러 쉬프트를 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 색상 별 컨투어 맵이다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 여러 가지 구조들을 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 여러 가지 구조별 시야각에 따른 컬러 쉬프트를 비교한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 층 간 거리를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 제4 정공 수송층과 전자 주입층을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 일 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 일 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 일 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"제1 수평 축 방향", "제2 수평 축 방향" 및 "수직 축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 발명의 여러 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 개략적으로 보여주는 일 예시도면이다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 예에 따른 유기 발광 표시 장치의 일 측 단면도를 도시하였다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 유기 발광 표시 장치는 하부 기판(10), 박막 트랜지스터층(20), 유기 발광 다이오드(30), 봉지층(40), 접착층(50), 및 편광 필름(60)을 구비한다.
하부 기판(10)은 유리(glass) 또는 플라스틱(plastic)으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 유기 발광 표시 장치가 플렉서블 표시 장치로 구현되는 경우, 하부 기판(10)은 구부러지거나 휘어질 수 있으며, 복원력이 높은 재료로 형성될 수 있다.
하부 기판(10) 상에는 박막 트랜지스터층(20)이 마련된다. 박막 트랜지스터층(20)은 게이트 라인들, 데이터 라인들, 박막 트랜지스터들을 포함한다. 박막 트랜지스터들 각각은 게이트 전극, 반도체층, 소스 및 드레인 전극을 포함한다. 게이트 구동회로가 GIP(gate driver in panel) 방식으로 형성되는 경우, 박막 트랜지스터층(20)은 표시 영역(DA)에 마련될 수 있다.
박막 트랜지스터층(20) 상에는 유기 발광 다이오드(30)가 마련된다. 유기 발광 다이오드(30)는 애노드 전극들, 애노드 라인들, 유기 발광층들, 캐소드 전극, 및 뱅크들을 포함한다. 유기 발광층들 각각은 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 발광층(organic light emitting layer), 및 전자 수송층(electron transporting layer, ETL)을 포함할 수 있다. 이 경우, 애노드 전극과 캐소드 전극에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동한다. 이동한 정공과 전자는 발광층에서 만나서 엑시톤(exciton)을 형성하며, 서로 결합하여 발광하게 된다. 도 1에서는 유기 발광 다이오드(30)가 마련된 영역을 표시 영역(DA)으로 정의하였다.
유기 발광 다이오드(30) 상에는 봉지층(40)이 마련된다. 봉지층(40)은 유기 발광 다이오드(30)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다. 봉지층(40)은 적어도 하나의 유기막 및 무기막을 포함한다.
봉지층(40) 상에는 접착층(50)이 마련된다. 접착층(50)은 박막 트랜지스터층(20), 유기 발광 다이오드(30) 및 봉지층(40)이 마련된 하부 기판(10)과 편광 필름(60)을 접착한다. 접착층(50)은 OCR층(optically clear resin layer) 또는 OCA 필름(optically clear adhesive film)일 수 있다. 접착층(50)이 OCA 필름(optically clear adhesive film)인 경우, 편광 필름(60)을 보다 견고하게 접착하기 위해서 봉지층(40) 상에 소정의 평탄화층을 추가로 마련하고 소정의 평탄화층과 편광 필름(60)을 접착하는 것이 바람직하다.
편광 필름(60)은 수분 및 산소 침투를 막는 봉지 기능 및 입사되는 광의 편광을 제어하는 편광 기능을 수행한다.
도 2는 본 발명의 일 일 예에 따른 유기 발광 표시 장치를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 2에서는 유기 발광 표시 장치의 표시 영역(DA)의 일부를 도시하였다.
하부 기판(10) 상에는 박막 트랜지스터층(20)이 마련된다. 박막 트랜지스터층(20)은 게이트 라인들, 데이터 라인들, 박막 트랜지스터(110)들, 층간 절연막(120), 및 게이트 절연막(130)을 포함한다. 도 2에서는 박막 트랜지스터(110)들이 게이트 전극이 반도체층의 상부에 위치하는 상부 게이트(탑 게이트, top gate) 방식으로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 즉, 박막 트랜지스터(110)들은 게이트 전극이 반도체층의 하부에 위치하는 하부 게이트(보텀 게이트, bottom gate) 방식으로 형성될 수 있다. 박막 트랜지스터(110)들 각각은 반도체층(111), 게이트 전극(112), 소스 전극(113) 및 드레인 전극(114)을 포함한다.
하부 기판(10) 상에는 반도체층(111)들이 마련된다. 하부 기판(10)과 반도체층(111)들 사이에 버퍼막이 마련될 수 있다. 반도체층(111)들 상에는 층간 절연막(120)이 마련될 수 있다. 층간 절연막(120) 상에는 게이트 전극(112)들이 마련될 수 있다. 게이트 전극(112)들 상에는 게이트 절연막(130)이 마련될 수 있다. 게이트 절연막(130) 상에는 소스 전극(113)들 및 드레인 전극(114)들이 마련될 수 있다. 소스 전극(113)들 및 드레인 전극(114)들 각각은 층간 절연막(120)과 게이트 절연막(130)을 관통하는 컨택 홀(contact hole)을 통해 반도체층(111)에 접속될 수 있다.
박막 트랜지스터층(20) 상에는 평탄화막(140)이 마련된다. 평탄화막(140)은 뱅크(155)들에 의해 구획되는 화소(P)들을 평탄하게 배열하기 위해 박막 트랜지스터층(20) 상에 마련된다. 평탄화막(140)은 포토 아크릴(photo acryl) 및 폴리이미드(polyimide)와 같은 레진(resin)으로 형성될 수 있다.
평탄화막(140) 상에는 유기 발광 다이오드(30)가 마련된다. 유기 발광 다이오드(30)는 애노드 전극(151)들, 애노드 라인(152), 유기 발광층(153)들, 캐소드 전극(154), 및 뱅크(155)들을 포함한다. 애노드 전극(151)들과 유기 발광층(153)들은 표시 영역(DA)에 마련될 수 있으며, 애노드 라인(152), 캐소드 전극(154), 및 뱅크(155)들은 표시 영역(DA)과 비표시 영역에 마련될 수 있다.
평탄화막(140) 상에는 애노드 전극(151)들이 마련된다. 애노드 전극(151)들 각각은 평탄화막(140)을 관통하는 컨택 홀을 통해 드레인 전극(114)에 접속된다.
또한, 평탄화막(150) 상에는 애노드 라인(152)이 마련된다. 애노드 라인(152)은 전원 전압을 공급하는 전원 라인 또는 게이트 구동회로에 공급되는 구동 전압을 공급하는 구동 전압 라인일 수도 있다. 예를 들어, 애노드 라인(152)은 소스 드레인 패턴과 캐소드 전극(154)에 접속되어 캐소드 전원을 공급하는 캐소드 전원 라인일 수 있다. 소스 드레인 패턴은 평탄화막(150) 바깥쪽으로 노출되며, 소스 드레인 패턴에는 전원 전압 또는 구동 전압이 공급될 수 있다.
표시 영역(DA)에서 뱅크(155)들 사이로 노출된 애노드 전극(151)들 상에는 유기 발광층(153)들이 마련된다. 뱅크(155)들 각각의 높이는 유기 발광층(153)들 각각의 높이보다 높기 때문에, 유기 발광층(153)들은 뱅크(155)들에 의해 구획된다. 즉, 유기 발광층(153)들 각각은 뱅크(155)들 사이에 배치된다. 한편, 뱅크(155)들에 사이로 노출된 애노드 전극(151)과 그 애노드 전극(151)상에 마련된 유기 발광층(153)과 그 애노드 전극(151)에 드레인 전극(114)이 접속되는 박막 트랜지스터(110)를 포함하는 영역은 화소(P)로 정의될 수 있다.
유기 발광층(153)들 각각은 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 발광층(light emitting layer), 및 전자 수송층(electron transporting layer, ETL)을 포함할 수 있다. 이 경우, 애노드 전극(151)과 캐소드 전극(154)에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동되며, 발광층에서 서로 결합하여 발광하게 된다.
캐소드 전극(154)은 표시 영역(DA)에서 유기 발광층(153)들과 뱅크(155)들을 덮도록 유기 발광층(153)들과 뱅크(155)들 상에 마련된다. 캐소드 전극(154)은 비표시 영역에서 뱅크(155)들 사이로 노출된 애노드 라인(152) 상에 마련될 수도 있다.
유기 발광 다이오드(30) 상에는 봉지층(40)이 마련된다. 봉지층(40)은 유기 발광 다이오드(30)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 봉지층(40)은 유무기 복합막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 봉지층(40)은 제1 무기막(141), 유기막(142) 및 제2 무기막(143)을 포함할 수 있다.
제1 무기막(141)은 캐소드 전극(154)을 덮도록 캐소드 전극(154) 상에 마련된다. 유기막(142)은 이물들(particles)이 제1 무기막(141)을 뚫고 유기 발광층(153)과 캐소드 전극(154)에 투입되는 것을 방지하기 위해 제1 무기막(141) 상에 마련된다. 제2 무기막(143)은 유기막(142)을 덮도록 유기막(142) 상에 마련된다
제1 및 제2 무기막들(141, 143) 각각은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물 또는 티타늄 산화물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 무기막들(141, 143) 각각은 TiOx, ZnO, SiNx, SiO2, Al2O3, SiON 으로 형성될 수 있다.
봉지층(40) 상에는 접착층(50)이 마련된다. 접착층(50)은 봉지층(40)과 편광 필름(60)을 접착함으로써 박막 트랜지스터층(20), 유기 발광 다이오드(30) 및 봉지층(40)이 마련된 하부 기판(10)과 편광 필름(60)을 접착시킨다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드를 나타낸 단면도이다. 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드는 반사막(210), 애노드 전극(220), 유기 발광층(230), 캐소드 전극(240), CPL성 유기물층(250), 패시베이션(passivation)층(260), 및 봉지층(270)을 포함한다.
반사막(210)은 백색 유기 발광 다이오드의 기저층이다. 반사막(210)은 광 반사율이 높은 임의의 물질로 형성될 수 있다. 반사막(210)은 상부 방향으로 빛을 반사시킨다. 반사막(210)은 Ag 합금, MoTi 합금, 또는 광 반사율이 90% 이상인 금속들 중 어느 하나로 이루어진다. 반사막(210)은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드는 상부 방향으로 발광하는 탑(Top) 형식의 유기 발광 다이오드이다. 유기 발광층(230)에서 방출된 빛은 하부 방향으로도 향할 수 있고, 상부 방향으로도 향할 수 있다. 이 때, 하부 방향으로 향한 빛을 상부 방향으로 반사시킴으로써 백색 유기 발광 다이오드의 효율을 보다 높일 수 있다.
애노드 전극(220)은 반사막(210)의 상부에 배치된다. 애노드 전극(220)은 정공(hole)을 유기 발광층(230)으로 공급한다. 애노드 전극(220)은 정공을 공급할 수 있는 도전성의 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 애노드 전극(220)은 하부로 향하는 빛을 흡수하지 않고 반사막(210)에서 모두 반사될 수 있도록, 투명한 물질로 형성할 수 있다.
투명 도전성 물질로는 대표적으로 ITO, IZO를 들 수 있다. 이에 따라, 애노드 전극(220)은 ITO, IZO 등으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 애노드 전극(220)은 ITO로 형성되며, 70Å 이상 100Å 이하의 두께를 가질 수 있다. 이 때, 애노드 전극(220)이 최적의 정공 공급 성능을 구현할 수 있다. 또한, 애노드 전극(220)이 100Å 이상인 경우에는 애노드 전극(220)에서 빛의 흡수가 보다 많이 일어나서 효율이 감소하고 제조 비용이 증가하는 문제가 있으며, 애노드 전극(220)이 70Å 이하인 경우에는 충격에 약한 문제가 있다. 따라서, 70Å 이상 100Å 이하의 두께에서 백색 유기 발광 다이오드를 구동하기 위한 최적의 성능을 구현할 수 있다.
유기 발광층(230)은 애노드 전극(220)의 상부에 배치된다. 유기 발광층(230)은 복수의 스택(stack)들로 구성된다. 백색을 발광하는 백색 유기 발광 다이오드는 유기 발광층 내부에 복수의 스택(stack)들이 배치된다. 복수의 스택들은 정해진 파장의 빛을 방출하는데, 이들이 방출하는 빛이 모여서 백색광을 형성하게 된다.
캐소드 전극(240)은 유기 발광층(230)의 상부에 배치된다. 캐소드 전극(240)은 전자(electron)를 유기 발광층(230)으로 공급한다. 캐소드 전극(240)은 정공을 공급할 수 있는 도전성의 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 이에 따라, 캐소드 전극(240)은 금속 또는 합금으로 형성할 수 있다. 금속 또는 합금으로 캐소드 전극(240)을 형성하는 경우, P-aging 기술을 적용할 수 있다. P-aging 기술은 화소를 구성하는 유기 발광 다이오드가 이물질에 의해 발광하지 않는 암점(black point, BP)이 발생하였을 때, 이물질이 있는 부분의 캐소드 전극만 산화를 시켜서 그 부분을 제외한 나머지 화소 부분에서는 발광을 할 수 있도록 하는 암점 리페어(repair) 기술이다. 이에 따라, 화소의 암점 문제를 용이하게 해결할 수 있다.
캐소드 전극(240)은 알칼리 금속, 알칼리토 금속, 알칼리 금속과 알칼리토 금속의 합금, 또는 Ag와 Mg를 혼합한 합금으로 이루어질 수 있다. 캐소드 전극(240)은 일함수가 낮은 금속, 예로서, 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 또는 칼슘(Ca) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 하나의 예로, 캐소드 전극(240)은 Ag와 Mg를 혼합한 합금으로 이루어질 수 있다. Ag는 전기 전도도가 우수하며, Mg는 광 투과율이 우수하다. Ag와 Mg를 혼합한 합금은 반투과 성질을 가지므로, 전기 전도도가 우수하면서도 광을 잘 투과시킬 수 있다.
Ag와 Mg를 혼합한 합금을 이용하는 경우, 캐소드 전극(240)은 20Å 이상 60Å 이하의 두께를 가질 수 있다. 20Å 이상 60Å 이하의 두께에서 캐소드 전극(240)이 최적의 전자 공급 성능을 구현할 수 있다. 또한, 캐소드 전극(240)이 60Å 이상인 경우에는 캐소드 전극(240)에서 빛의 흡수가 보다 많이 일어나서 효율이 감소하고 제조 비용이 증가하는 문제가 있으며, 캐소드 전극(240)이 20Å 이하인 경우에는 충격에 약한 문제가 있다. 따라서, 20Å 이상 60Å 이하의 두께에서 백색 유기 발광 다이오드를 구동하기 위한 최적의 성능을 구현할 수 있다.
CPL성 유기물층(250)은 캐소드 전극(240)의 상부에 배치된다. CPL성 유기물층(250)은 광학 두께를 확보하는 역할을 수행한다. 광학 두께는 빛의 경로를 기준으로 한 두께를 의미한다. 빛은 굴절율에 따라 진행 속력이 변화하며, 같은 두께의 물질이라도 굴절율이 큰 물질의 경우 광학 두께가 클 수 있다. 이에 따라, CPL성 유기물층(250)은 굴절율이 큰 유기물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드에서 CPL성 유기물층(250)은 500Å 이상 1000Å 이하의 두께를 갖는다. 본 발명에서는 백색 유기 발광 다이오드에서 금속 또는 합금으로 형성된 캐소드 전극을 사용한다. 따라서, 광학적 특성을 향상시키고, 시야각을 개선하는 데 CPL성 유기물층(250)의 두께가 너무 얇으면 한계가 있다. 그러나 너무 두께우면 오히려 백색 유기 발광 다이오드의 휘도 측면에서 효율이 저하된다. 다양한 두께를 이용하여 제조한 결과, CPL성 유기물층(250)이 500Å 이상 1000Å 이하의 두께를 갖는 경우 광학적 특성을 향상시키면서도 휘도를 저하시키지 않는 것을 확인할 수 있었다.
패시베이션층(260)은 CPL성 유기물층(250) 상부에 배치된다. 패시베이션층(260)은 반도체 칩 표면에 덮는 보호막이다.
봉지층(270)은 패시베이션층(260) 상부에 배치된다. 봉지층(270)은 백색 유기 발광 다이오드를 인캡슐화(encapsulation)한다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 애노드 전극(220)과 유기 발광층(230) 사이에는 정공 주입층(hole injection layer, HIL)과 정공 수송층(hole transportation layer, HTL)이 더 배치된다. 정공 주입층은 정공을 애노드 전극(220)에서 유기 발광층(230) 방향으로 주입시킨다. 정공 수송층은 정공을 유기 발광층(230)으로 수송한다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극(240)과 유기 발광층(230) 사이에는 전자 주입층(electron injection layer, EIL)과 전자 수송층(electron transportation layer, ETL)이 더 배치된다. 전자 주입층은 전자를 캐소드 전극(240)에서 유기 발광층(230) 방향으로 주입시킨다. 전자 수송층은 전자를 유기 발광층(230)으로 수송한다.
정공 주입층과 정공 수송층의 두께와 배치를 조절하여 정공이 유기 발광층(230) 내부로 향하는 양과 속도를 조절할 수 있으며, 전자 주입층과 전자 수송층의 두께와 배치를 조절하여 전자가 유기 발광층(230) 내부로 향하는 양과 속도를 조절할 수 있다. 따라서, 애노드 전극(220)에서 나오는 정공과 캐소드 전극(240)에서 나오는 전자를 효율적으로 유기 발광층(230) 내에서 결합시킬 수 있어, 백색 유기 발광 다이오드의 효율이 상승할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 유기 발광층(230) 내부의 복수의 스택들 사이에는 정공을 중앙부의 스택으로 수송하기 위한 정공 수송층. 전자를 중앙부의 스택으로 수송하기 위한 전자 수송층, 및 발광을 위한 전하 생성층이 더 포함된다.
정공 수송층과 전자 수송층은 정공과 전자를 중앙부에 위치한 스택으로 전달한다. 전하 생성층은 중앙부의 스택에서 정공과 전자를 결합시켜, 발광을 위한 엑시톤(exiton)을 생성한다.
엑시톤이 유기 발광층(230)의 상부 또는 하부에서 생성되어, 유기 발광층(230)의 가장자리에서 발광이 일어나는 경우, 유기 발광층(230)의 스택이 마모된다. 스택이 마모될수록 백색 유기 발광 다이오드의 수명 또한 감소한다. 따라서, 유기 발광층(230)에서 발광이 중앙부의 스택에서 일어날수록 유기 발광층(230)의 수명이 증가한다. 따라서, 유기 발광층 내부에서 액시톤을 중앙의 스택에서 발생시키는 층들을 더 포함하는 경우, 백색 유기 발광 다이오드의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 4는 기존의 백색 유기 발광 다이오드와 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 파장에 따른 효율을 비교한 그래프이다. 기존의 백색 유기 발광 다이오드는 Ref이고, 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드는 CPL700 및 CPL900이다.
백색 유기 발광 다이오드는 450㎚ 내외의 파장을 갖는 청색광과, 550㎚ 내외의 파장을 갖는 노랑-녹색광을 혼합하여 백색광을 방출한다. 따라서, 450㎚ 및 550㎚ 내외의 파장대에서의 효율이 높을수록 백색 유기 발광 다이오드의 효율이 높다. 기존의 백색 유기 발광 다이오드는 캐소드 전극이 금속 또는 합금인 경우, 유기 발광층 내에서 스트롱 캐비티(Strong Cavity)가 형성되면서 정해진 파장이 변화한다. 파장이 변화하면서, 방출되는 빛은 백색이 아닌 약간의 색상을 가진 빛이 방출된다. 이에 따라, 기존의 백색 유기 발광 다이오드를 나타낸 Ref는 450㎚ 및 550㎚ 내외의 파장대에서의 효율은 다소 낮게 변화하는 경향을 보인다.
반면, 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드는 450㎚ 및 550㎚ 내외의 파장대에서의 효율이 기존보다 높아진다. 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드를 나타낸 CPL700 및 CPL900은 450㎚ 및 550㎚ 내외의 파장대에서의 효율이 기존보다 높아진다. 이에 따라, 450㎚ 내외의 파장을 갖는 청색광과, 550㎚ 내외의 파장을 갖는 노랑-녹색광을 혼합하여 백색광을 방출하는 것이 보다 용이하고, 보다 백색에 가까운 백색광을 방출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극(240)의 두께에 따른 파장 별 투과율을 나타낸 그래프이다. 도 5에서는 제1 내지 제4 두께(T1~T4)에서의 파장 별 투과율을 나타내었다. 제1 두께(T1)는 60Å, 제2 두께(T2)는 80Å, 제3 두께(T3)는 100Å, 제4 두께(T4)는 60Å이다. 또한, 제1 내지 제3 두께(T1~T3)에서는 Ag가 20%, Mg가 80%의 비율인 Ag-Mg 합금을 사용하였고, 제4 두께(T4)에서는 Ag가 50%, Mg가 50%의 비율인 Ag-Mg 합금을 사용하였다.
도 5의 그래프에서, 제1 내지 제4 두께(T1~T4)를 갖는 모든 종류의 캐소드 전극(240)에서 파장이 길어질수록 투과율이 감소하는 경향을 보였다. 이는 빛의 파장이 길어질수록 진동수는 감소하여, 매질을 투과하는 에너지가 감소하는 물리적 성질에 따른 현상이다.
또한, 동일한 종류의 합금인 제1 내지 제3 두께(T1~T3)을 대비하면, 제1 두께(T1)에서 가장 투과율이 높고, 제3 두께(T3)에서 가장 투과율이 낮다. 즉, 캐소드 전극(240)의 두께가 증가할수록 투과율이 낮아진다.
또한, 제4 두께(T4)는 제2 두께(T2)와 물리적인 두께는 동일하지만 서로 비율이 상이한 합금을 사용하여, 제4 두께(T4)는 제2 두께(T2)와 투과율이 다르다.
상술한 바와 같이, 캐소드 전극의 두께는 20Å 이상 60Å 이하인 것이 바람직하다.
백색 스펙트럼(White spectrum)을 유지하기 위해서는, 금속 또는 합금으로 이루어진 캐소드 전극(240)의 두께를 최소한으로 낮춰서 스트롱 캐비티에 의하여 스펙트럼에 왜곡이 발생하는 문제를 방지해야 한다.
또한, 소프트 캐비티(Soft cavity)를 이용하는 스택 형태의 백색 유기 발광 다이오드에서 금속 또는 합금과 같은 반투과 캐소드 전극(240)을 이용하기 위해서는, 캐소드 전극(240)의 두께를 얇게 하여 광 투과율을 확보해야 할 필요가 있다. 캐소드 전극(240)의 두께가 60Å인 경우까지는 투과율이 확보되어 백색 유기 발광 다이오드의 스펙트럼을 확보할 수 있는 수준의 광이 투과된다. 캐소드 전극(240)의 두께가 60Å인 이상인 경우, 광 투과율이 낮아져서 백색 유기 발광 다이오드에서는 사용하기가 어렵다.
또한, 금속 또는 합금으로 캐소드 전극(240)을 형성하는 경우, 두께가 얇을수록 면저항이 낮아지므로, 표시 패널 제작 측면에서도 유리한 점이 있다. 그러나, 캐소드 전극(240)을 20Å 이하로 성막할 경우, 금속 박막의 성장 형태로 인해 금속이 유기 발광층(230) 전면에 고르게 분포되지 않는다.
이러한 이유들로 인하여, 스택 구조의 백색 유기 발광 다이오드에 사용하는 캐소드 전극(240) 의 적정 두께는 20Å 이상 60Å 이하이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 캐소드 전극의 두께에 따른 면 저항을 나타낸 그래프이다. 제1 내지 제4 두께(T1~T4)는 도 5에서의 제1 내지 제4 두께(T1~T4)와 동일한다. 면 저항은 단위 면적(A) 당 저항(Ω)의 크기로 정의하며, 단위는 (Ω/A)이다. 단위 면적(A)은 1㎡, 1㎠, 1㎟ 등이 될 수 있으며, 재료의 물리적인 성질에 따라 측정하기 편한 값으로 선택할 수 있다.
제1 두께(T1)에서는 면 저항이 15Ω/A이다. 제2 두께(T2)에서는 면 저항이 85Ω/A이다. 제3 두께(T3)에서는 면 저항이 60Ω/A이다. 제4 두께(T4)에서는 면 저항이 15Ω/A이다. 이와 같이, 두께에 따라 면 저항은 크게 변화한다. 면 저항이 변화하면, 같은 전압을 가하여도 백색 유기 발광 다이오드에 흐르는 전류가 다르므로, 다른 휘도를 갖게 된다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 색상 별 컨투어 맵(contour map)이다. 컨투어 맵은 파장에 따른 위치 별 강도를 나타내며, 같은 강도를 갖는 위치를 등고선으로 표현한 그래프이다. 특정 파장에서 강한 강도를 갖는 위치들에 해당 파장의 빛을 방출하는 스택을 위치시키는 경우 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 유기 발광층(230) 내부의 복수의 스택들은 노랑-녹색을 발광하는 YG 스택(YG) 및 파랑색을 발광하는 제1 B 스택(B1)과 제2 B 스택(B2)을 포함한다.
YG 스택(YG)은 550㎚ 내외의 파장을 갖는 노랑-녹색광을 방출하고, 제1 B 스택(B1)과 제2 B 스택(B2)은 450㎚ 내외의 파장을 갖는 청색광을 방출한다.
청색광의 경우, 컨투어 맵 상에서 애노드 전극으로부터의 거리를 기준으로 250㎚ 내외, 1500㎚ 내외, 및 2700㎚ 내외의 위치에서 강한 강도를 갖는다.
노랑-녹색광의 경우, 컨투어 맵 상에서 애노드 전극으로부터의 거리를 기준으로 300㎚ 내외, 1800㎚ 내외, 및 3400㎚ 내외의 위치에서 강한 강도를 갖는다.
따라서, 청색광을 방출하는 제1 B 스택(B1)과 제2 B 스택(B2)은 애노드 전극으로부터의 거리를 기준으로 250㎚ 내외, 1500㎚ 내외, 및 2700㎚ 내외의 위치에 배치한다. 또한, 노랑-녹색광을 방출하는 YG 스택(YG)은 애노드 전극으로부터의 거리를 기준으로 300㎚ 내외, 1800㎚ 내외, 및 3400㎚ 내외의 위치에 배치한다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 구조 별 시야각에 따른 컬러 쉬프트(Color Shift)(Δu'v')를 비교한 그래프이다. 컬러 쉬프트는 모든 색상을 공간 그래프 상에 나타낸 표준 색상 공간 그래프 상에서 원점인 백색에서 색상이 그래프 상으로 얼마나 변화하였는지를 나타낸 수치이다.
여기에서는 유기 발광층(230) 내 최적의 스택 구조를 특정하게 된다.
백색 유기 발광 다이오드에서 YG 스택(YG)과 B 스택(B)을 이용하여 백색광을 생성할 때에는 YG 스택(YG)을 1개, B 스택(B1, B2)을 2개 배치한다. 이는 청색광의 휘도 상승을 위함이다. 노랑-녹색광에 비하여 상대적으로 파장이 짧은 청색광의 발광은 보다 물리적으로 어려워서 효율이 낮은 경우가 일반적이다. 청색광의 발광 효율은 대체로 노랑-녹색광의 발광 효율의 절반 정도에 불과하므로, YG 스택(YG)을 1개, B 스택(B1, B2)을 2개 배치하여야 이들이 혼합하여 백색광이 생성될 수 있다.
2개의 B 스택(B1, B2)와 1개의 YG 스택(YG)을 배치 시킬 수 있는 방법은 총 3가지이다. 제1 케이스(C1)는 B1/YG/B2, 제2 케이스(C2)는 YG/B1/B2, 제3 케이스(C3)는 B1/B2/YG이다.
제 1 케이스(C1)의 경우에는 시야각이 증가하더라도 컬러 쉬프트 수치가 매우 천천히 증가하여, 시야각이 0°에서 75°인 경우까지 컬러 쉬프트 수치가 0.02 이하인 상태를 유지한다. 이에 따라, 시야각이 75°인 경우인 사용자가 측면에서 시인하는 경우에도, 거의 온전한 백색광을 시인할 수 있다.
제2 케이스(C2)의 경우에는 시야각이 증가할 때 45°까지는 컬러 쉬프트 수치가 매우 천천히 증가하다가 시야각이 45°에서 75°로 증가할 때 급격히 증가하여 75°에서 컬러 쉬프트 수치가 약 0.04 에 도달한다. 이에 따라, 시야각이 75°인 경우인 사용자가 측면에서 시인하는 경우에는, 다른 색상이 일부 섞인 백색광을 시인하게 된다.
제 3 케이스(C3)의 경우에는 시야각이 증가하는 경우 컬러 쉬프트 수치가 급격히 증가하여, 시야각이 75°인 경우 컬러 쉬프트 수치가 0.12 까지 상승한다. 이에 따라, 시야각이 75°인 경우인 사용자가 측면에서 시인하는 경우에는, 다른 색상이 많이 섞인 백색광을 시인하게 된다.
따라서, 시야각이 증가하더라도 컬러 쉬프트 현상이 최소로 발생하여 백색에 근접한 광을 시인할 수 있는 점에서 제1 케이스(C1)에 해당하는 B1/YG/B2의 유기 발광층(230) 내부 스택 구조가 최적의 스택 구조이다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 색상 별 컨투어 맵이다.
도 7에서 상술한 바와 같이, 컨투어 맵 상에서 강한 강도로 청색광 또는 노랑-녹색광에 해당하는 파장의 광을 방출하는 위치가 설정되어 있다.
청색광을 강하게 방출할 수 있는 부분은 반사막(210)으로부터의 거리를 기준으로 250㎚ 내외, 1500㎚ 내외, 2700㎚ 내외, 4000㎚ 내외, 및 5000㎚ 내외의 위치이다. 각각의 위치를 순차적으로 제1 내지 제5 B 스택(B1~B5)로 정의할 수 있다.
노랑-녹색광을 강하게 방출할 수 있는 부분은 반사막(210)으로부터의 거리를 기준으로 300㎚ 내외, 1800㎚ 내외, 3400㎚ 내외, 및 5000㎚ 내외의 위치이다. 각각의 위치를 순차적으로 제1 내지 제4 YG 스택(YG1~YG4)로 정의할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 여러 가지 구조들을 나타낸 단면도이다. 이에 따라, 제1 내지 제5 구조(D1~D5)의 백색 유기 발광 다이오드를 설계할 수 있다. 제1 내지 제5 구조(D1~D5)의 백색 유기 발광 다이오드는 모두 3개의 스택을 유기 발광층(230) 내부에 배치하는 구조이며, 3개의 스택은 1개의 YG 스택(YG)과 2개의 B 스택(B)인 것을 예시하였다.
제1 구조(D1)의 백색 유기 발광 다이오드는 제1 B 스택(B1), 제2 YG 스택(YG2), 및 제4 B 스택(B4)에 스택을 배치한다. 제2 구조(D1)의 백색 유기 발광 다이오드는 제1 B 스택(B1), 제3 YG 스택(YG3), 및 제4 B 스택(B4)에 스택을 배치한다. 제3 구조(D3)의 백색 유기 발광 다이오드는 제3 B 스택(B3), 제3 YG 스택(YG3), 및 제4 B 스택(B4)에 스택을 배치한다. 제4 구조(D4)의 백색 유기 발광 다이오드는 제1 B 스택(B1), 제2 YG 스택(YG2), 및 제3 B 스택(B3)에 스택을 배치한다. 제5 구조(D5)의 백색 유기 발광 다이오드는 제1 B 스택(B1), 제2 YG 스택(YG2), 및 제5 B 스택(B5)에 스택을 배치한다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 여러 가지 구조별 시야각에 따른 컬러 쉬프트를 비교한 그래프이다
제1 구조(D1)와 제4 구조(D4)가 가장 컬러 쉬프트가 조금 발생하여, 바람직한 구조임을 알 수 있었다. 그 다음으로 제3 구조(D3), 제5 구조(D5), 제2 구조(D2)의 순서대로 컬러 쉬프트 되는 양이 증가하였다.
제1 구조(D1)와 제4 구조(D4)에서 공통적으로 제1 B 스택(B1)과 제2 YG 스택(YG2)을 사용하는 것이 효과적임을 알 수 있었다. 또한 본 발명을 설계하는 과정에서, 제4 구조의 경우에는 제3 B 스택(B3) 상부에 유기물층이 상대적으로 두껍게 형성되어, 백색 유기 발광 다이오드에서 방출된 빛의 흡수 현상으로 인하여 효율이 저하되는 문제를 발견하였다. 이에 따라, 최종적으로는 제1 구조(D1)에 대응하도록 유기 발광층을 설계하는 것으로 설정하였다.
도 12는 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 층 간 거리를 나타낸 단면도이다.
이에 따라, 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드에서, YG 스택(YG)은 애노드 전극으로부터 1900Å 이상 2000Å 이하만큼 이격되어 배치되며, 제1 B 스택(B1)은 애노드 전극으로부터 300Å 이상 400Å 이하만큼 이격되어 배치되며, 제2 B 스택(B2)은 애노드 전극으로부터 3800Å 이상 4000Å 이하만큼 이격되어 배치된다. 즉, YG 스택(YG)은 제2 YG 스택(YG2)의 자리에 배치되고, 제1 B 스택(B1)은 제1 B 스택(B1)의 자리에 배치되고, 제2 B 스택(B2)은 제4 B 스택(B4)의 자리에 배치된다. 이에 따라, 컬러 쉬프트를 최소화 시킬 수 있는 구조에 대응하여 스택들을 배치할 수 있다. 또한, 각 색상 별로 최대의 발광 효율을 낼 수 있는 위치에 대응하는 스택들을 배치할 수 있다.
본 발명의 YG 스택(YG), 제1 B 스택(B1), 및 제2 B 스택(B2)은 200Å 이상 300Å 이하의 두께를 갖는다. 각 스택은 높은 효율로 발광을 할 수 있는 설정된 위치에 배치된다. 컨투어 맵 상에서 높은 효율로 발광을 할 수 있는 설정된 위치의 범위는 반사막(210)으로부터 가까운 위치와 먼 위치에 따라 차이는 있지만, 좁은 경우에는 약 100Å, 넓은 경우에는 약 200Å 이다. 예를 들어, 상술한 바와 같이 제1 구조(D1)에서 제1 B 스택(B1)은 300Å 이상 400Å 이하, 제4 B 스택(B4)은 애노드 전극으로부터 3800Å 이상 4000Å 이하, 제2 YG 스택(YG2)은 애노드 전극으로부터 1900Å 이상 2000Å 이하의 범위에 위치한다. 그렇다면 제1 B 스택(B1)과 제2 YG 스택(YG2)의 두께는 100Å, 제 4 B 스택(B4)의 두께는 200Å이다.
또한, 300Å 을 초과하는 두께로 발광층을 설정하는 것은 제조 비용의 상승과, 백색 유기 발광 다이오드의 두께 증가를 가져올 수 있어 바람직하지 않다. 따라서, 발광층인 YG 스택(YG), 제1 B 스택(B1), 및 제2 B 스택(B2)은 200Å 이상 300Å 이하의 두께로 설정하는 경우, 높은 효율로 발광을 할 수 있는 설정된 위치를 모두 채울 수 있다. 이 경우, 높은 효율로 발광을 할 수 있는 설정된 위치를 모두 사용하여, 백색 유기 발광 다이오드의 휘도가 높아지면서도, 필요 이상의 두께로 발광층에 스택을 배치하는 문제를 방지할 수 있다.
이러한 구조로 본 발명의 백색 유기 발광 다이오드를 설계하는 경우, 유기 발광층(230)의 두께와 CPL성 유기물층(250)의 두께의 합은 6000Å 이상 6500Å 이하이다. 본 발명은 기존의 백색 유기 발광 다이오드에서 캐소드 전극(240)으로 ITO, IZO 등의 투명 도전성 산화물(TCO)을 사용하는 것 대신, 금속 또는 합금을 이용하여 캐소드 전극(240)을 형성한다. 이 경우, 투명이 아닌 반투명 캐소드 전극(240)을 이용하는 것이기 때문에, 캐소드 전극(240)을 통과하면서 백색 스펙트럼이 깨질 수 있다.
따라서, 백색 스펙트럼을 유지하기 위하여, 일정 두께 이상으로 유기물층을 형성하여야 한다. 그러나, 유기물층의 두께가 필요 이상으로 증가하게 되면, 유기물층이 유기 발광층(230) 내부의 스택에서 방출되는 빛을 흡수하여 백색 유기 발광 다이오드의 효율이 감소하는 문제가 있다. 본 발명의 백색 유기 발광 다이오드의 유기물층에는 유기 발광층(230)과 CPL성 유기물층(250)이 있다. 실험을 통해 여러 가지 두께로 유기물층의 총 두께를 측정한 결과, 유기물층의 총 두께는 6000Å 이상 6500Å 이하인 경우에 백색 스펙트럼의 유지가 잘 되면서도 효율이 높은 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
도 13은 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드의 제4 정공 수송층(HTL4)과 전자 주입층(EIL)을 나타낸 단면도이다.
제4 정공 수송층(HTL4)은 제2 YG 스택(YG2)과 제4 B 스택(B4) 사이에 배치된다. 제4 정공 수송층(HTL4)은 제4 B 스택(B4)에 정공을 공급한다. 전자 주입층(EIL)은 캐소드 전극(240)과 제4 B 스택(B4) 사이에 배치된다. 전자 주입층(EIL)은 제4 B 스택(B4)에 전자를 공급한다.
본 발명의 제2 YG 스택(YG2)과 제4 B 스택(B4) 사이에 배치된 제4 정공 수송층(HTL4)은 1000Å 이상 1100Å 이하의 두께를 갖는다. 제2 YG 스택(YG2)은 애노드 전극으로부터 1900Å 이상 2000Å 이하의 범위에 위치하고, 제4 B 스택(B4)은 애노드 전극으로부터 3800Å 이상 4000Å 이하의 범위에 위치하므로, 제4 정공 수송층(HTL4)은 제2 YG 스택(YG2)과 제4 B 스택(B4) 사이에서 45% 이상 55% 이하의 두께를 차지한다. 제4 정공 수송층(HTL4)의 위치는 제2 YG 스택(YG2)과 제4 B 스택(B4) 사이에서 임의의 위치에 있을 수 있다.
제4 정공 수송층(HTL4)의 두께가 45%보다 작은 경우에는 백색 유기 발광 다이오드의 구동 전압에 영향을 주는 문제가 발생하였다. 제4 정공 수송층(HTL4)의 두께를 제2 YG 스택(YG2)과 제4 B 스택(B4) 사이에서 45% 이상 55% 이하가 되도록 형성하여, 구동 전압에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 제4 B 스택(B4) 상부에 배치된 전자 주입층(EIL)은 1700Å 이상 1900Å 이하의 두께를 갖는다. 전자 주입층(EIL)은 캐소드 전극(240)과 제4 B 스택(B4)사이에 CPL 유기물층(250)을 제외한 나머지 두께를 형성한다.
전자 주입층(EIL)은 캐소드 전극(240)으로부터 제4 B 스택(B4)에 전자를 공급하는데, 그 두께가 증가할수록 전자가 유기 발광층(230) 내부에 배치된 스택으로 빠르게 진입하며, 더 많은 양의 전자가 진입하게 된다. 전자 주입층(EIL)을 가능한 한 두껍게 하는 것은 유기 발광층(230) 내부에서 엑시톤을 많이 생성할 수 있도록 하여 백색 유기 발광 다이오드의 효율을 높이는 데 도움이 된다. 그러나, 과도하게 전자를 빠르게 진입시켜 정공보다 지나치게 많이 전자를 주입시키는 경우 오히려 잉여 전자가 발생하게 되어 효율이 감소한다. 다양한 두께로 실험한 결과, 전자 주입층(EIL)이 1700Å 이상 1900Å 이하의 두께를 갖는 경우 최대의 효율을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
궁극적으로, 본 발명의 일 예에 따른 백색 유기 발광 다이오드 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치는 금속 또는 합금으로 캐소드 전극을 형성하여, P-aging이 가능하다. 또한, 광학 두께를 확보할 수 있는 CPL 유기물층을 이용하여, 스트롱 캐비티가 형성되지 않아 빛의 파장 스펙트럼에 왜곡이 발생하지 않은 백색광을 방출할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 하부 기판 20: 박막 트랜지스터층
30: 유기 발광 다이오드 40: 봉지층
50: 접착층 60: 편광 필름
70: 상부 기판 110: 박막 트랜지스터
111: 반도체층 112: 게이트 전극
113: 소스 전극 114: 드레인 전극
120: 층간 절연막 130: 게이트 절연막
140: 평탄화막 141: 제1 무기막
142: 유기막 143: 제2 무기막
151: 애노드 전극 152: 애노드 라인
153: 유기 발광층 154: 캐소드 전극
155: 뱅크 210: 반사막
220: 애노드 전극 230: 유기 발광층
240: 캐소드 전극 250: CPL성 유기물층
260: 패시베이션층 270: 봉지층
30: 유기 발광 다이오드 40: 봉지층
50: 접착층 60: 편광 필름
70: 상부 기판 110: 박막 트랜지스터
111: 반도체층 112: 게이트 전극
113: 소스 전극 114: 드레인 전극
120: 층간 절연막 130: 게이트 절연막
140: 평탄화막 141: 제1 무기막
142: 유기막 143: 제2 무기막
151: 애노드 전극 152: 애노드 라인
153: 유기 발광층 154: 캐소드 전극
155: 뱅크 210: 반사막
220: 애노드 전극 230: 유기 발광층
240: 캐소드 전극 250: CPL성 유기물층
260: 패시베이션층 270: 봉지층
Claims (14)
- 상부 방향으로 빛을 반사시키는 반사막이 하부에 부착된 애노드 전극;
상기 애노드 전극의 상부에 배치되며, 복수의 스택들로 구성된 유기 발광층;
상기 유기 발광층의 상부에 배치된 캐소드 전극; 및
상기 캐소드 전극의 상부에 배치되어 광학 두께를 확보하는 CPL성 유기물층을 포함하며,
상기 캐소드 전극은 20Å 이상 60Å 이하의 두께를 갖고, 알칼리 금속, 알칼리토 금속, 알칼리 금속과 알칼리토 금속의 합금, 또는 Ag와 Mg를 혼합한 합금으로 이루어지며,
상기 유기 발광층의 두께와 상기 CPL성 유기물층의 두께의 합은 6000Å 이상 6500Å 이하인 백색 유기 발광 다이오드 - 제 1 항에 있어서, 상기 반사막은,
Ag 합금, MoTi 합금, 또는 광 반사율이 90% 이상인 금속들 중 어느 하나로 이루어진 백색 유기 발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 애노드 전극은 ITO로 형성되며, 70Å 이상 100Å 이하의 두께를 갖는 백색 유기 발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 캐소드 전극은 Ag와 Mg를 혼합한 합금으로 이루어진 백색 유기 발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 CPL성 유기물층은 500Å 이상 1000Å 이하의 두께를 갖는 백색 유기 발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 애노드 전극과 상기 유기 발광층 사이에는,
정공을 상기 애노드 전극에서 상기 유기 발광층 방향으로 주입시키는 정공 주입층; 및
상기 정공을 상기 유기 발광층으로 수송하는 정공 수송층이 더 포함되며,
상기 캐소드 전극과 상기 유기 발광층 사이에는,
전자를 상기 캐소드 전극에서 상기 유기 발광층 방향으로 주입시키는 전자 주입층; 및
상기 전자를 상기 유기 발광층으로 수송하는 전자 수송층이 더 포함된 백색 유기 발광 다이오드. - 제 6 항에 있어서,
상기 유기 발광층 내부의 복수의 스택들 사이에는,
상기 정공을 중앙부의 스택으로 수송하기 위한 정공 수송층;
상기 전자를 중앙부의 스택으로 수송하기 위한 전자 수송층; 및
발광을 위한 전하 생성층이 더 포함된 백색 유기 발광 다이오드. - 제 1 항에 있어서, 상기 유기 발광층 내부의 복수의 스택들은,
노랑-녹색을 발광하는 YG 스택; 및
파랑색을 발광하는 제1 B 스택과 제2 B 스택을 포함하는 백색 유기 발광 다이오드. - 제 8 항에 있어서,
상기 YG 스택은 상기 애노드 전극으로부터 1900Å 이상 2000Å 이하만큼 이격되어 배치되며, 상기 제1 B 스택은 상기 애노드 전극으로부터 300Å 이상 400Å 이하만큼 이격되어 배치되며, 상기 제2 B 스택은 상기 애노드 전극으로부터 3800Å 이상 4000Å 이하만큼 이격되어 배치된 백색 유기 발광 다이오드. - 제 8 항에 있어서,
상기 YG 스택, 상기 제1 B 스택, 및 상기 제2 B 스택은 200Å 이상 300Å 이하의 두께를 갖는 백색 유기 발광 다이오드. - 삭제
- 제 8 항에 있어서,
상기 YG 스택과 상기 제2 B 스택 사이에 배치된 제4 정공 수송층은 1000Å 이상 1100Å 이하의 두께를 갖는 백색 유기 발광 다이오드. - 제 8 항에 있어서,
상기 제2 B 스택 상부에 배치된 전자 주입층은 1700Å 이상 1900Å 이하의 두께를 갖는 백색 유기 발광 다이오드. - 화상을 표시하는 표시 영역에 제 1 항 내지 제 10 항, 제12 항 및 제 13 항 중 어느 한 항의 백색 유기 발광 다이오드가 마련된 유기 발광 표시 장치.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160162217A KR102633055B1 (ko) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 백색 유기 발광 다이오드 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치 |
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