KR20010060821A - 유기전계발광표시소자의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유기전계발광표시소자의 구조는, 기판위에 투명전극으로 형성된 양극전극과, 상기 양극전극 위에 형성되며 상기 양극전극에서 정공을 주입하여 발광층으로 전달하도록 단일층으로 형성한 정공주입 및 정공수송층과, 상기 정공주입 및 정공수송층 위에 형성되며 정공과 전자의 재결합에 의해 빛을 방출하는 발광층과, 상기 발광층 위에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 전달하도록 단일층으로 형성된 전자주입 및 전자수송층과, 상기 전자주입 및 전자수송층 위에 형성되며 전자를 공급하는 음극전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

유기전계발광표시소자의 구조{STRUCTURE OF ORGANIC EL DISPLAY}

본 발명은 영상표시장치인 유기전계발광표시소자(Organic EL display ;OELD)의 구조에 관한 것으로, 특히 유기 EL 소자의 정공주입층과 정공수송층, 전자주입층과 전자주입층을 단일층으로 형성하여 공정을 단순화하여 제품 생산성을 향상시킨 유기전계발광표시소자의 구조에 관한 것이다.

최근에 각광받는 유기 EL 소자는 현재 주로 차량의 계기판이나 휴대폰, 카메라등의 표시부에 적용되고 있으나 씨알티(CRT)나 엘씨디(LCD)와 마찬가지로 결국에는 동화상을 구현하는 텔레비젼(TV), 컴퓨터 모니터등으로의 적용을 목표로 한다.

종래의 풀-컬러 유기 EL 소자제작시 몇가지 방법을 사용한 예가 있는데, R, G, B 각 화소를 각각 형성하는 방법과, 컬러 필터를 이용하여 백색발광을 투과시키는 방법과, 청색발광한 빛을 CCM(Color Change Madium)을 사용하여 변환하는 방법 등이 있다.

여기서, R, G, B 각 화소를 각각 형성하는 방법은 CCM이나 컬러 필터를 사용하지 않아 빛의 손실이 없고 유기물이 가지는 다양한 색깔을 구현할 수 있는 장점이 있어서 보편적으로 사용되고 있다.

유기EL 소자는 (+) 전압을 인가하기 위한 양극전극과 정공의 주입효율을 향상시키기 위한 정공주입층, 주입된 정공을 발광층에 전달하기 위한 정공수송층, 정공수송층으로 부터 공급된 정공과 전자수송층으로 부터 공급된 전자의 재결합에 의하여 빛을 발하는 발광층, (-) 전압을 인가하고 전자를 공급하기 위한 음극전극, 음극전극으로부터 주입된 전자의 주입효율을 향상시키기 위한 전자주입층 및 전자주입층에서 주입된 전자를 발광층으로 수송하여 주는 전자수송층으로 구분된다.

그러면, 첨부된 도 1을 참조하여 종래의 유기 EL 소자의 기본 구조에 대해 설명하기로 한다.

종래의 유기 EL 소자는 도시된 바와 같이, 기판(1) 위에 양극전극(2)을 형성하고, 그 양극전극(2) 위에 유기층(3)을 형성하고, 그 위에 음극전극(4)을 형성하고 있다.

양극전극(2)에 (+) 전압을 인가하고 음극전극(4)에 (-) 전압을 인가하면 유기층(3)내로 양극전극(2)에서는 정공이 주입되고 음극전극(4)으로 부터는 전자가 주입되어 전자와 재결합에 의하여 빛을 발하게 된다.

이때, 발광된 빛은 기판(1)을 통하여 방출되게 되어 디스플레이로 제작시 기판방향에서 표시된 정보를 볼 수 있다.

도 1에서 유기EL 소자의 기본 구조를 나타내었고, 유기EL 소자를 구성하는 각 부위의 명칭과 역할을 다음과 같다.

기판(1)은 투명 기판으로 양극과 음극 사이에 가해진 전압에 의하여 유기층(3)에서 발광하는 빛을 투과하여 볼 수 있어야 한다.

그리고, 양극전극(2)은 정공(hole)을 공급하여 주는 역할을 하는 것으로, 유기층(3)에서 발광된 빛을 투과할 수 있는 ITO와 같은 투명 전극이 사용된다.

또한, 유기층(3)은 발광층을 포함하고 있고 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층 등을 포함하고 있다.

음극전극(4)은 전자를 공급하여 주는 곳으로 전자를 원활하게 공급하여 주기 위하여 일함수가 낮은 금속을 사용하여야 한다.

상기 양극전극(2)에 (+) 전압을 인가하고 음극전극(4)에 (-) 전압을 인가하면 유기층(3) 내로 양극전극(2)에서는 정공이 주입되고 음극전극(4)으로부터는 전자가 주입되어 전자와 재결합에 의하여 빛을 발하게 된다.

이때 발광된 빛은 기판(1)을 통하여 방출되게 되어 디스플레이(display)로 제작시 기판방향에서 표시된 정보를 볼 수 있다.

전자 및 정공의 주입효율을 향상하여 구동전압을 낮추기 위한 유기EL 소자 에너지 밴드 다이아그램 구조를 도 2에 나타내었다. 이 때 소자의 구조는 양극전극(11), 정공주입층(12), 정공수송층(13), 발광층(140, 전자수송층(15), 전자주입층(16), 음극전극(17)으로 구성되어 진다.

이때, 정공주입층(12)은 양극전극(11)과 정공수송층(13) 사이의 호모(HOMO) 레벨 에너지 차이를 줄여 낮은 전압에 의하여 양극전극(11)으로부터 정공수송층(13)으로 정공의 주입을 가능하게하기 위함이고, 전자주입층(16)은 음극전극(17)과 전자수송층(15) 사이의 루모(LUMO) 레벨 에너지 차이를 줄여 낮은 구동전압에 의하여 전자의 주입을 가능하게 하기 위함이다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 유기EL 소자의 구조에 있어서는, 전자주입층(16)과 정공주입층(12)의 삽입에 의하여 낮은 구동전압에 의하여 유기EL 소자를 구동이 가능하게 되었으나 소자 제작에 있어서 공정이 증가하고 계면의 수가 증가함으로서 계면효과가 발생하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명은 유기 EL 소자의 정공주입층과 정공수송층, 전자주입층과 전자주입층을 단일층으로 형성하여 공정을 단순화하여 제품 생산성을 향상시킨 유기전계발광표시소자의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 유기전계발광표시소자의 단면도

도 2는 종래의 유기전계발광표시소자의 에너지 밴드 다이아그램 구조도

도 3은 본 발명에 의한 유기전계발광표시소자의 에너지 밴드 다이아그램 구조도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 기판 2 : 양극전극

3 : 유기층 4 : 음극전극

11, 21 : 양극 전극 12 : 정공주입층

13 : 정공수송층 14, 24 : 발광층

15 : 전자수송층 16 : 전자주입층

17, 27 : 음극전극 30 : 정공주입층겸 정공수송층

40 : 전자주입층겸 전자수송층

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 유기전계발광표시소자의 구조는,

기판위에 투명전극으로 형성된 양극전극과,

상기 양극전극 위에 형성되며 상기 양극전극에서 정공을 주입하여 발광층으로 전달하도록 단일층으로 형성한 정공주입 및 정공수송층과,

상기 정공주입 및 정공수송층 위에 형성되며 정공과 전자의 재결합에 의해 빛을 방출하는 발광층과,

상기 발광층 위에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 전달하도록 단일층으로 형성된 전자주입 및 전자수송층과,

상기 전자주입 및 전자수송층 위에 형성되며 전자를 공급하는 음극전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 정공주입 및 정공수송층은 MTDATA, MTDATB, DPA-TDAB, CuPc 중 하나와, TPD, TPAC, TPD-1, TPD-2, 다이마신, TPTR, PVdF-HFP, α-NPD, TPTE, TPPE, OOPPV, DP-NTCI, FTPD1∼7 중 하나에 의해 단일층으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전자주입 및 전자수송층은 BND, Alq3, TAZ, PBD, BeBq2,ZnAc2, Zn(BOX)2, Zn(NBTZ)2, Zn(Oc-BTAZ)2, Zn2(OXZ)3C1, OEP, ZnBq2, OXD-7 중 하나와, 리듐/리듐 화합물, 칼륨/칼륨 화합물, 나트륨/나트륨 화합물, 칼슘/칼슘 화합물, 인듐/인듐 화합물 중 하나에 의해 단일층으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 정공주입 및 정공수송층은 상기 양극전극 근처에서는 정공주입층에 사용되는 물질을 사용하고, 양극전극에서 거리가 멀어질수록 정공수송층에서 사용하는 물질을 사용하여 물질의 농도변화를 가지도록 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자주입 및 전자수송층은 상기 음극전극 근처에서는 전자주입층으로 사용되는 물질을 주로 사용하고, 음극전극에서 거리가 멀어질수록 전자수송층에서 사용하는 물질을 사용하여 물질의 농도변화를 가지도록 형성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 의한 유기EL 소자의 에너지 밴드 다이아그램도를 나타낸 것으로, (+) 전압을 인가하고 정곡을 공급하기 위한 양극전극(21)과, (-) 전압을 인가하고 전자를 공급하기 위한 음극전극(27)과, 상기 양극전극(21)으로부터 주입된 정공의 주입효율을 향상시키기 위한 정공주입층(도 2의 12)과 주입된 정공을 발광층에 전달하기 위한 정공수송층(도2의 13)을 단일층으로 형성한 정공주입층겸 정공수송층(30)과, 상기 음극전극(27)으로부터 주입된 전자의 주입효율을 향상시키기 위한 전자주입층(도 2의 16)과 주입된 전자를 발광층에 전달하기 위한 전자수송층(도 2의 15)을 단일층으로 형성한 전자주입층겸 전자수송층(40)과, 상기 정공주입층겸 정공수송층(30) 및 상기 전자주입층겸 전자수송층(40) 사이에 접속되며 상기 정공주입층겸 정공수송층(30)으로부터 공급된 정공과 상기 전자주입층겸 전자수송층(40)으로부터 공급된 전자의 재결합에 의하여 빛을 발하는 발광층(24)으로 구성된다.

본 발명은 유기EL 소자의 제작에 있어서, 소자제작 공정의 수를 그대로 유지하고 새로운 계면을 형성하지 않은 구조로 전자 및 정공의 주입효율을 증가시키기 위하여 정공주입층겸 정공수송층(30)과 전자수송층겸 전자주입층(40)을 형성한다. 정공주입층겸 정공수송층(30)의 단일층을 형성하기 위하여 정공주입층으로 적합한 물질로 MTDATA, MTDATB, DPA-TDAB, CuPc 중에 하나를 선택하고 정공수송층으로 적합한 물질인 TPD, TPAC, TPD-1, TPD-2, 다이마신(diamine), TPTR, PVdF-HFP, α-NPD, TPTE, TPPE, OOPPV, DP-NTCI, FTPD1∼7 등에서 하나를 선택하여 동시증착법 또는 혼합물로 단일 박막을 형성한다. 단일 박막을 형성할 때 물질의 혼합비율에 따라 특성 변화되는 특성을 이용하기 위하여 양극전극(21)의 표면에는 정공주입층으로 사용되는 물질을 주로 사용하고 발광층(24)에 근접된 곳에는 정공수송층을 사용되는 물질을 주로 사용하여 호모 레벨의 변화를 준다.

전자수송층겸 전자주입층(40)의 기능을 가지는 단일층을 형성하기 위하여 전자주입층의 특성을 가지는 물질로 리듐(Li)/리듐(Li) 화합물, 칼륨(K)/칼륨(K) 화합물, 나트륨(Na)/나트륨(Na) 화합물, 칼슘(Ca)/칼슘(Ca) 화합물, 인듐(In)/인듐(In) 화합물 등에서 하나를 선택하고 전자수송의 특성을 가지는 물질로 BND, Alq3, TAZ, PBD, BeBq2, ZnAc2, Zn(BOX)2, Zn(NBTZ)2, Zn(Oc-BTAZ)2, Zn2(OXZ)3C1, OEP, ZnBq2, OXD-7 등에서 하나를 선택하여 동시증착법 또는 혼합물로 단일박막을 형성한다. 단일박막을 형성할 때 물질의 혼합비율에 따라 물질의 특성이 변화되는 특성을 이용하기 위하여 음극전극(27)의 표면에는 전자주입층으로 사용되는 물질을 주로 사용하고 발광층(24)에 근접된 곳에는 전자수송층으로 사용되는 물질을 주로 사용하여 LUMO 레벨의 변화를 준다. 이와 같이 제작된 소자의 에너지 밴드 다이아그램을 도 3에 나타내었다.

도 3에서 점선으로 표시한 에너지 레벨은 도 2와 동일한 형태이고 실선으로 표시한 경우가 단일층으로 형성된 물질의 에너지 레벨을 나타낸 것이다.

물질의 혼합비가 변화됨에 따라 에너지 준위가 변화되어 실선과 같이 기울어 형태를 가지게 되어 에너지 준위차이에 의한 구동전압의 감소를 유지하고 하나의 층으로 막을 형성함으로서 공정 및 공정시간을 줄일 수 있으며, 두개의 층을 제작 발생되어지는 계면의 생성을 제거할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 유기전계발광표시소자의 구조에 의하면, 정공주입겸 수송층과 전자주입겸 수송층을 동시증착에 의한 한정 방식에 의해 단일층으로 형성하여 사용함으로서 소자제작의 공정을 단순화하여 제작시간절감과 공정조절을 용이하게 하여 제품의 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다. 또한, 수송층과 주입층 각각의 층을 사용하는 경우와는 달리 계면이 존재하지 않아 정공 및 전자의 수송층과 주입층 사이의 에너지 차이를 없게 함으로서 소자 구동 전압을 낮게 할 수 있고 궁극적으로는 소비전력의 감소를 이룰 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (5)

1. 기판위에 투명전극으로 형성된 양극전극과,

   상기 양극전극 위에 형성되며 상기 양극전극에서 정공을 주입하여 발광층으로 전달하도록 단일층으로 형성한 정공주입 및 정공수송층과,

   상기 정공주입 및 정공수송층 위에 형성되며 정공과 전자의 재결합에 의해 빛을 방출하는 발광층과,

   상기 발광층 위에 형성되며 주입된 전자를 상기 발광층으로 전달하도록 단일층으로 형성된 전자주입 및 전자수송층과,

   상기 전자주입 및 전자수송층 위에 형성되며 전자를 공급하는 음극전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유기전계발광표시소자의 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 정공주입 및 정공수송층은,

   MTDATA, MTDATB, DPA-TDAB, CuPc 중 하나와, TPD, TPAC, TPD-1, TPD-2, 다이마신, TPTR, PVdF-HFP, α-NPD, TPTE, TPPE, OOPPV, DP-NTCI, FTPD1∼7 중 하나에 의해 단일층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광표시소자의 구조
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전자주입 및 전자수송층은,

   BND, Alq3, TAZ, PBD, BeBq2, ZnAc2, Zn(BOX)2, Zn(NBTZ)2, Zn(Oc-BTAZ)2, Zn2(OXZ)3C1, OEP, ZnBq2, OXD-7 중 하나와, 리듐/리듐 화합물, 칼륨/칼륨 화합물, 나트륨/나트륨 화합물, 칼슘/칼슘 화합물, 인듐/인듐 화합물 중 하나에 의해 단일층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광표시소자의 구조.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 정공주입 및 정공수송층은,

   상기 양극전극 근처에서는 정공주입층에 사용되는 물질을 사용하고, 양극전극에서 거리가 멀어질수록 정공수송층에서 사용하는 물질을 사용하여 물질의 농도변화를 가지도록 형성한 것을 특징으로 하는 유기전계발광표시소자의 구조.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전자주입 및 전자수송층은,

   상기 음극전극 근처에서는 전자주입층으로 사용되는 물질을 주로 사용하고, 음극전극에서 거리가 멀어질수록 전자수송층에서 사용하는 물질을 사용하여 물질의 농도변화를 가지도록 형성한 것을 특징으로 하는 유기전계발광표시소자의 구조.