KR20030093016A

KR20030093016A - 유기 전계발광 소자

Info

Publication number: KR20030093016A
Application number: KR1020020030888A
Authority: KR
Inventors: 송수빈; 오준식; 이한주; 주상현
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2002-06-01
Filing date: 2002-06-01
Publication date: 2003-12-06
Also published as: CN100459208C; CN1462163A; US6908697B2; US7166370B2; US20050202280A1; US20030224207A1; JP2004006320A

Abstract

유기전계발광소자가 개시된다. 개시된 유기전계발광소자는, 기판과, 기판의 상면에 소정 패턴으로 형성되는 제1전극과, 제1전극의 상면에 순서대로 적층되는 정공주입층, 정공이송층, 발광층 및, 전자이송층을 포함하는 유기층 및, 유기층의 상면에 소정패턴으로 형성되는 제2전극을 구비하며, 정공이송층의 상면에서 제2전극의 저면까지의 거리가 350Å 내지 450Å의 범위 내의 값을 가진다. 본 발명의 유기 전계발광 소자는 블루 광의 색순도와 휘도를 향상시켜 양질의 화상을 제공할 수 있다.

Description

유기 전계발광 소자{Organic electroluminescence device}

본 발명은 유기 전계발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 색순도와 휘도를 개선할 수 있는 유기 전계발광 소자에 관한 것이다.

전계발광 표시소자(Electroluminiscence desplay device)는 발광층(emitter layer)을 형성하는 물질에 따라 무기 전계발광소자와 유기 전계발광소자로 구분된다.

유기 전계발광 소자에서는 외부로부터 공급되는 전자와 정공이 발광층에서 서로 결합하여 소멸하면서 여기자(exciton)를 형성하고 이 여기자가 여기상태에서 기저상태로 천이하면서 발광층의 형광성분자에 에너지를 전달하고 이것이 발광함으로써 화상이 형성된다.

유기 전계발광소자는 무기 전계발광소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가진다. 또한, 유기전계발광 소자는 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어서 차세대 표시소자로서 주목받고 있다.

일반적인 유기전계발광 소자에는, 기판 상부에 소정패턴으로 형성된 양전극층과, 이 양전극층 상부에 순차적으로 적층되는 정공주입층, 정공수송층, 발광층및, 전자수송층과, 상기 전자수송층의 상면에 상기 양전극층과 직교하는 방향으로 형성된 소정패턴의 음전극층이 구비된다. 여기서 정공 수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기 화합물로 이루어진 유기박막들이다.

종래의 유기전계발광소자에서는 유기박막들의 두께를 제어하여 최대의 발광효율과 휘도를 얻고자 하였다. 예를 들어, 특개평 제4-137485호에 개시된 전계발광소자는 상기 전자수송층의 막두께를 30 내지 60nm로 설정함으로써 발광효율을 향상시키는 방법을 사용하며, 특개평 제4-328295호에서 개시된 전계발광소자는 발광층에서 전면으로 나온 빛과 음극판에서 반사되어 나온 광이 서로 보강 간섭하도록 하여 휘도를 높이는 방법등을 사용하고 있다.

도 1은 미국 특허 제6,124,024호에 개시된 유기 전계 발광소자를 간략히 나타낸 개념도이다.

도 1에 도시된 종래 기술에서는, 유기층과 투명전극의 두께의 합과, 유기층, 투명전극 및 고굴절층의 두께의 합과, 유기층과 투명전극의 두께의 합을 440~490nm범위의 블루광의 파장, 500~550nm 범위의 그린광의 파장, 600~650nm 범위의 레드광의 파장을 가지는 광의 강도를 극대화하는 범위로 설정하고 있다.

상기 미국 특허에 개시된 발명은 각 파장에 따라 보강 간섭이 일어나도록 하는 박막의 두께의 합을 제시하고 있으나, 이와 같은 박막의 두께 조건이 색좌표와 휘도에 최적인지는 알 수가 없으며 계산상으로 얼마나 개선되는지 알 수 없다. 색좌표와 휘도는 파장 뿐만 아니라, 스펙트럼의 모양에 따라서도 변화한다.

예를 들어, 중심 파장(central wavelength)이 동일하게 450nm인 블루광이라하더라도 스펙트럼의 폭이 좁을수록 색좌표가 향상되고, 스펙트럼의 모양이 일반적으로 좌우대칭이 아니므로 스펙트럼의 폭이 동일한 경우라 하더라도 블루광에 있어서 단파장쪽으로 치우칠수록 색좌표가 더 향상된다.

특히, 블루광의 경우 색좌표가 향상될수록 휘도가 악화되는 경향이 있으므로 색좌표와 휘도를 고려한 최적의 두께값을 찾을 필요가 있다. 하지만, 상기 미국 특허에서 제시된 식에서 결정되는 유기층, 투명전극, 고굴절층의 두께의 합의 조건은 상술한 사항을 고려한 것이 아니므로 블루광에 대한 색순도와 휘도의 최적값을 알아내는 것이 어렵다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 블루광의 색좌표와 휘도를 고려하여, 색순도를 향상시킬 수 있는 유기전계발광 소자를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 미국 특허 제6,124,024호에 개시된 유기 전계 발광소자를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계발광 소자를 간략히 나타낸 개념도,

도 3은 유기 전계발광 소자에서 사용되는 발광 물질의 파장에 따른 광강도를 나타낸 그래프,

도 4a는 발광층의 주재료가 IDE120인 경우 유기 전계발광 소자에서 소정 HITL층의 두께에서 EMTL층의 두께를 변화시키는 경우 CIE색좌표값의 변화를 나타낸 그래프,

도 4b는 발광층의 주재료가 CBP인 경우 유기 전계발광 소자에서 소정 HITL층의 두께에서 EMTL층의 두께를 변화시키는 경우 CIE색좌표값의 변화를 나타낸 그래프,

도 5a는 발광층의 주재료가 IDE120인 경우 유기 전계발광 소자에서 소정 EMTL층의 두께에서 HITL층의 두께를 변화시키는 경우 CIE색좌표값의 변화를 나타낸 그래프,

도 5b는 발광층의 주재료가 CBP인 경우 유기 전계발광 소자에서 소정 EMTL층의 두께에서 HITL층의 두께를 변화시키는 경우 CIE색좌표값의 변화를 나타낸 그래프,

도 6a는 발광층의 주재료가 IDE120인 경우 유기 전계발광 소자에서 소정 EMTL층의 두께에서 HITL층의 두께를 변화시키는 경우 휘도의 변화를 나타낸 그래프,

도 6b는 발광층의 주재료가 CBP인 경우 유기 전계발광 소자에서 소정 EMTL층의 두께에서 HITL층의 두께를 변화시키는 경우 휘도의 변화를 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 전계발광 소자를 나타낸 단면도,

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 전계발광 소자를 나타낸 단면도,

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 전계발광 소자의 색좌표의 변화를 나타낸 그래프,

도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 전계발광 소자에서 색좌표의 변화를 나타낸 그래프,

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 전계발광 소자에서 색좌표의 변화를 나타낸 그래프,

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11, 21 ; 기판 13, 23 ; 제1전극

15, 25 ; 유기층 15a ; HITL층

15b ; EMTL층 17, 27 ; 제2전극

30 ; 절연층 37 ; 평탄화막

41 ; 반도체층 43 ; 게이트 전극

45 ; 드레인 전극 47 ; 소스 전극

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

기판;과 상기 기판의 상면에 소정 패턴으로 형성되는 제1전극;과 상기 제1전극의 상면에 순서대로 적층되는 정공주입층, 정공이송층, 발광층 및, 전자이송층을 포함하는 유기층; 및 상기 유기층의 상면에 소정패턴으로 형성되는 제2전극;을 구비하며,

상기 정공이송층의 상면에서 상기 제2전극의 저면까지의 거리가 350Å 내지 450Å의 범위 내의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자를 제공한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,

기판;과 상기 기판의 상면에 소정패턴으로 형성된 제1전극과, 상기 제1전극의 상면에 순서대로 적층되는 정공주입층, 정공이송층, 발광층 및, 전자이송층을 포함하는 유기층 및, 상기 유기층의 상면에 소정패턴으로 형성된 제2전극을 구비하는 화소부; 및 상기 제1전극을 구동시키는 박막 트랜지스터를 포함하는 구동부;를 구비하며,

상기 유기층은 상기 전자이송층과 상기 제2전극 사이에 전자주입층을 더 포함할 수 있다.

상기 유기층은 상기 발광층과 상기 전자이송층 사이에 정공차폐층을 더 포함할 수 있다.

상기 발광층과 상기 전자이송층의 굴절률은 1.6 내지 1.9 범위 내의 값을 가지는 것이 바람직하다.

상기 발광층과 전자이송층의 두께의 합은 350Å 내지 450Å 범위 내의 값을 가지는 것이 바람직하다.

상기 정공주입층과 상기 정공이송층의 두께의 합은 800Å 내지 1000Å 범위 내의 값인 이 바람직하다.

여기서, 상기 발광층은 블루광을 발광한다.

여기서, 상기 발광층과 전자이송층의 두께의 합은 400Å정도의 두께를 가지며, 상기 정공주입층과 상기 정공이송층의 두께의 합은 900Å정도의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명은 발광물질 전체 파장 대역에 대한 발광특성을 알아내고 파장에 따라 달라지는 다층 물질의 굴절률의 실수 성분과 허수 성분을 함께 고려하여 청색의 색순도를 높이고 높은 휘도를 얻을 수 있는 유기 전계발광 소자를 제공한다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계발광 소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계발광 소자의 각 두께는 설명을 위해 과장되게 도시되어 있음에 유의해야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계발광 소자를 간략히 나타낸 개념도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계발광 소자는 제2전극(1), 전자이송층(ETL; Electron Emitting Layer)과 발광층(EML;Emitting Layer)을 함께 표시한 EMTL층(3), 정공이송층(HTL;Hole Transporting Layer)와 정공주입층(HIL;Hole Injecting Layer)을 함께 표시한 HITL층(5) 및 제1전극(7)이 순서대로 적층되어 있다. 도면에서는 본 발명의 설명을 위해 기판에 관해서 도시를 생략하였다.

유기 전계 발광 소자의 발광 방식에 따라, 전면발광방식과 배면발광방식으로 나뉘며, 제1전극(7)이 투명한 경우 배면발광방식으로, 제2전극(1)이 투명한 경우전면발광방식으로 분류되며, 제1전극(7)은 양극, 제2전극(1)은 음극인 것이 일반적이다.

HITL층(5)은 제1전극(7)의 상면에서 정공이송층(HTL)의 상면사이에 있는 모든 층을 합한 유기층이며, EMTL층(3)은 정공이송층(HTL)의 상면에서 제2전극(1)의 저면 사이에 있는 모든 층을 합한 유기층이다. 예를 들어, HITL층(5)에는 제1전극(7)의 상면에 형성될 수 있는 버퍼층을 더 포함할 수 있으며, EMTL층(3)은 정공차폐층(HBL;Hole Blocking Layer)을 더 포함할 수 있다.

도시된 유기 전계 발광소자는 배면발광방식으로 제1전극(7)이 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 양극층으로 기능하여 광이 제1전극(7)을 통과하여 방출된다.

다층 박막의 기본 이론은 베르만(Berremann)의 4×4 행렬 이론에 기초하고 있는데, 이 이론은 각각의 박막층을 특성행렬화하여 맥스웰 방정식(Maxwell Equation)으로부터 유도해낸 것이다.

도 2에서와 같이, 각각의 박막층(1, 3, 5, 7)에 대한 특성 행렬을 Mi라 하고, 경계면에서 제1전극(7)방향으로 진행하는 진공중의 파를 Ψti, 경계면에서 제2전극(1)방향으로 진행하는 진공중의 파를 Ψri, 발광층(EML)의 발광원에 의해 발생하는 진공 중의 파 중 경계면에서 제1전극(7)방향으로 진행하는 진공중의 파를 Ψts, 경계면에서 제2전극(1)방향으로 진행하는 진공중의 파를 Ψrs 라 하면, 경계조건식은 수학식 1 내지 4로 주어진다. 세 번째 경계면에서의 조건식(수학식 2)에서는 발광원에 의한 파 Ψts, Ψrs를 삽입한다.

수학식 4에서 Ψt0, Ψr0에 대해 다시 계산하면, 수학식 5와 같은 식이 유도된다.

광은 발광층(EML)의 내부에서 발생하므로 Ψt0와 Ψr4 가 0이 되므로, 수학식 5를 수학식 6과 같이 쓸 수 있다.

지금까지 베르만 4×4 다층박막 광학 해석 이론을 적용하여 유기 전계 발광소자에서 유기박막에 의한 다층간섭효과를 계산하였다. 각각의 행렬 성분과 기타 자세한 계산 과정은 생략하였다.

박막의 광학적 특성을 알아내기 위해 상기한 베르만 4×4 다층박막 광학 해석 이론이외에 예(Yeh)의 다층 박막 광학 해석 이론등 다른 해석방법도 이용할 수 있는데, 어떤 방법을 사용하든지, 각 유기층의 발광층을 이루는 물질이 발생시키는 광의 모든 파장 대역에서 각각의 굴절률과 흡수율을 고려하고, 이에 의해 스펙트럼의 형태가 어떻게 변화하는지 그리고 색좌표가 어떻게 위치에 따라 변화하는지를 확인하여야 한다.

상술한 식들을 이용하여 발광층에서의 소스파에 대한 투과율(transmittance)을 파장에 대한 함수로 구할 수 있다. 이 투과율값을 Trans(λ)라고 하면, 발광원에 의해 발생한 전계(Es)와 다층 박막을 통과하여 제1전극(17)방향으로 진행하는 전계(E)는 수학식 7과 같은 관계식을 가진다.

발광물질이 정해지면, 수학식 7을 이용하여 이를 기초로 다양한 박막 두께 및 물질에 따라 발생하는 파의 전계를 계산할 수 있다.

도 3은 발광층(EML)의 주재료로 이데미츠사의 IDE120을, 도펀트(doppant)로 IDE105를 사용한 경우 파장에 따른 광강도의 변화를 나타낸 제1그래프와, 주재료로 CBP에 도펀트로 IDE105를 사용한 경우 파장에 따른 광강도의 변화를 나타낸 제2그래프를 도시한 도면이다. 이들 발광물질의 광특성은 수학식 8을 이용하여 소자의광특성으로부터 역으로 계산하여 얻어진 것이다.

여기서, 발광층을 포함한 유기층의 굴절률은 1.6~1.9사이에 있다. 도시된 바와 같이 제1그래프와 제2그래프 모두 430~480nm 사이에 피크가 있어 블루광의 광강도가 가장 강하게 나타나고 있음을 알 수 있다.

도 4a는 주재료가 IDE120일 때 소정 두께를 가지는 각각의 HITL층에서 EMTL층의 두께를 변화시킬 때 나타나는 색순도 변화에 대한 그래프를 도시하고 있다.

도 4a를 참조하면, HITL층의 두께를 250Å에서 1150Å까지 100Å의 간격으로 변화시키면서, 동시에 특정 HITL층의 두께에서 EMTL층의 두께를 250Å에서 1150Å까지 변화시키며 색순도를 계산한다.

먼저, HITL층이 250Å이고 EMTL층이 250Å인 경우 (Cie_x, Cie_y)는 (0.154, 0.198)정도의 값을 가지다가 EMTL층이 두꺼워짐에 따라 (Cie_x, Cie_y) 값이 증가하여 EMTL층이 1050Å정도의 두께를 가질 때 Cie_x가 0.22, Cie_y가 0.52 정도의 값을 가지는 피크를 나타내게 되어 색순도가 낮아진다. HITL층의 두께가 1150Å인 경우 역시, EMTL층이 두꺼워질수록 (Cie_x, Cie_y)의 값이 커지고 1100Å정도의 두께를 가질 때 Cie_x 및 Cie_y값이 피크를 나타낸 다음, EMTL층의 두께가 커지면 Cie_y값이 감소하게 된다.

도 4b는 주재료가 CBP(4.4'-Bis(carbazol-9-yl)-biphenyl)인 경우 소정 두께를 가지는 각각의 HITL층에서 EMTL층의 두께를 변화시킬 때 나타나는 색순도 변화에 대한 그래프를 도시하고 있다.

도 4b를 참조하면, HITL층의 두께보다는 EMTL층의 두께의 변화에 따라 색순도가 더 크게 변하는 것을 볼 수 있다. 즉 EMTL층의 두께가 250Å에서의 (Cie_x, Cie_y)는 (0.15, 0.12)정도의 값을 나타내지만 1150Å정도로 커지는 경우 (Cie_x, Cie_y)가 (0.25, 0.45)정도의 값을 가지므로 색순도가 나빠지는 것을 알 수 있다.

도 5a는 발광층의 주재료가 IDE120일 때 소정 두께를 가지는 각각의 EMTL층에서 HITL층의 두께를 변화시킬 때 나타나는 색순도 변화에 대한 그래프를 도시하고 있다.

도 5a는 EMTL층의 두께를 250Å에서 1150Å까지 100Å간격으로 변화시키면서, 각 EMTL층의 두께를 고정시키고 다시 HITL층의 두께를 변화시켜 가면서 나타나는 색순도를 도시하고 있다.

EMTL층이 250Å이고 HITL층이 250Å인 경우, Cie_x는 1.15, Cie_y는 0.18정도의 값을 나타내며 HITL층이 두꺼워짐에 따라 Cie_x 및 Cie_y 값이 커지는 것을 볼 수 있다. EMTL층의 두께가 1150Å까지 변하는 각 층의 두께에서도 동일한 형태의 색순도 변화가 나타나는 것을 볼 수 있다.

도 4a와 비교하면, 동일한 두께의 HITL층에서 EMTL층의 두께를 변화시키는 경우 나타나는 색순도값의 변화량보다 동일한 두께의 EMTL층에서 HITL층의 두께를 변화시키는 경우 나타나는 색순도값의 변화량이 더 작은 것을 알 수 있어서 유기층의 두께 변화로 인한 색순도의 변화는 EMTL층의 두께 변화에 더 크게 의존하는 것을 알 수 있다.

도 5b는 주재료가 CBP일 때 소정 두께를 가지는 각각의 EMTL층에서 HITL층의 두께를 변화시킬 때 나타나는 색순도 변화에 대한 그래프를 도시하고 있다.

도 5b를 참조하면, 도 5a에 도시된 그래프와 마찬가지로 소정 두께의 EMTL층에서 HITL층이 두꺼워짐에 따른 색순도의 변화값은 크지 않은 반면, EMTL층의 두께가 350Å정도인 경우와 EMTL층의 두께가 1150Å인 경우 색순도를 나타내는 Cie_x 값이 0.15에서 0.25정도로 커지고 Cie_y값이 0.07에서 0.42정도로 커지고 있음을 볼 수 있어서, 색순도에는 EMTL층의 두께의 변화가 더 크게 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

도 6a는 주재료가 IDE120 HITL층인 경우, 도 6b는 주재료가 CBP인 경우 각각의 HITL층의 두께의 변화에 따른 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 6a를 참조하면, EMTL층이 350Å 내지 650Å의 두께를 가질 때 HITL층의 두께 변화에 상관없이 높은 휘도값을 나타내는 것을 볼 수 있다.

도 6b를 참조하면, EMTL층이 350Å 내지 550Å의 두께를 가질 때 HITL층의 두께 변화에 상관없이 높은 휘도값을 나타내는 것을 볼 수 있다.

그런데, 현재 기술로는 총 유기물층의 두께가 1300Å이하로 제조하는 것이 어려우며, 유기물층의 두께가 1300Å이하로 제조되는 경우 다크-스폿(dark-spot)이 나타나는 등 불량 유기 EL소자가 제조되는 등의 문제가 있으므로 유기물층의 두께를 1300Å정도로 설정하고 색순도와 휘도를 고려하여 HITL층을 800Å~1000Å정도로, EMTL층을 350Å~450Å의 범위를 가지도록 형성시키는 것이 바람직하다.

EMTL층은 두께가 400Å보다 작아지면, 휘도가 현저히 떨어져 최소 휘도값을유지하기가 어려우므로 유기 EL소자에 적합한 휘도를 나타내도록 EMTL층의 두께의 최소값을 400Å정도로 설정하고 이에 따라 HITL층의 두께를 900Å정도로 설정하여 총 유기층의 두께를 1300Å정도가 되게 하는 것이 최적의 두께가 된다.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 수동 매트릭스방식의 유기 전계발광 소자를 나타내며, 유기층(15)의 두께(d)가 상술한 최적의 범위를 가지는 HITL층(15a)의 두께(d1)와 EMTL층(15b)의 두께(d2)의 합으로 형성된다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 전계발광 소자는, 기판(11), 상기 기판(11)상에 각 픽셀에 따라 서로 다른 두께를 가지도록 스트라이프형으로 형성된 제1전극(13), 상기 제1전극(13)의 상부에 적층된 유기층(15) 및 상기 유기층(15)의 상부에 적층되며, 상기 제1전극(13)과 교차되도록 스트라이프형으로 형성된 제2전극(17)을 순서대로 구비한다.

참조부호 18은 제1전극(13)과 제2전극(17)간에 절연이 되도록 하여 각 픽셀이 서로 다른 색광을 발광할 수 있도록 격리벽의 역할을 하는 절연층으로서, 제1전극(13)이 규칙적으로 노출되도록 이 제1전극(13)과 직교하게 형성된다. 여기서, 제1전극(13)은 양극, 제2전극(17)은 음극으로 기능하는 것이 일반적이다.

배면발광방식의 경우 기판(11)과 제1전극(13)은 투명한 도전성 물질로 이루어지며, 만약 전면발광방식인 경우 불투명한 물질로 이루어진다. 전면발광방식에서는 제2전극(17)이 투명한 도전성 물질로 이루어진다.

전계발광소자는 상부 및 하부에 위치하는 양극 및 음극에 의해 발광층이 매립되므로 유기층(15)의 상부 또는 하부의 어느 일면은 투명하여야 광이 방사되어화상을 표시할 수 있다.

예를 들어, 유기 전계발광 소자가 배면발광방식인 경우, 기판(11)과 제1전극(13)이 투명하므로 유기층(15)에서 생성된 광은 제1전극(13)과 기판을 통과하여 외부로 방사되며, 유기 전계발광 소자가 전면발광방식인 경우, 제2전극(11)이 투명하고 기판(11)과 제1전극(13)이 불투명하므로 유기층(15)에서 생성된 광은 제2전극(17)을 투과한다.

배면발광방식의 유기 전계발광 소자에서는, 기판(11)과 제1전극(13)이 광투과율이 높은 물질로 이루어져야 하며, 전면발광방식의 유기 전계발광 소자에서는, 제2전극(17)이 광투과율이 높은 물질로 이루어져야 한다. 일반적으로, 기판(11)은 유리로 이루어지며, 투명전극(13)은 ITO(Indium tin oxide)로 형성된다. 최근 투명전극(13)으로 CdSnO₃, ZnO 등이 주목받고 있다.

유기층(15)은, 두께 d를 가지며, 상술한 바와 같이 정공(hole)이 주입되는 정공주입층(HIL; Hole Injecting Layer), 정공이송층(HTL; Hole Transporting Layer), 발광층(EML; Emitting Layer), 전자이송층(ETL; Electron Transporting Layer)으로 이루어진다. 도면에서는 정공주입층과 정공이송층을 함께 HITL층(15a)으로 표시하였으며 발광층과 전자이송층을 함께 EMTL층(15b)으로 표시하였다.

유기 전계발광 소자에 사용되는 유기 물질은 여러가지가 있는데, 예를 들어 HIL층으로는 IDE406등의 물질등이 사용되며, HTL층으로는 TYH501, NPB, TPD등이 있고, ETL층에 사용되는 물질로는 Alq3, TYE703등이 있으며, EML층에 사용되는 물질로는 IDE120, CBP등이 있다. 특히, EML층의 경우 주재료로 IDE120을, 도펀트로IDE105를 사용하거나, 주재료로 CBP와 도펀트로 IDE105를 사용할 수 있다.

이러한 유기물들은 대략 1.5~2.2정도의 굴절률을 가지는데, 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계 발광소자에서의 EMTL층(15b)은 가시광선 영역에서 대략 1.6~1.9정도의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1실시예에 따른 유기 전계발광 소자는, 휘도와 색순도를 고려하여 정공이송층의 상면에서 제2전극(17)의 저면까지의 거리, 즉 EMTL층(15b)의 두께(d2)를 350~450Å정도가 되게 한다. 바람직하게는 제1전극(13)의 상면에서 정공이송층의 상면까지의 거리, 즉 HITL층(15a)의 두께(d1)를 800~1000Å이 되게 하여 전체 유기층(15)의 두께(d)를 1300Å정도가 되게 한다.

다만, 제1전극(13)과 HITL층(15a)사이에 다른 유기층이 더 형성되는 경우 HITL층(15a)의 두께(d1)는 이 유기층의 두께를 포함하여 결정되어야 하며, 제2전극(17)과 EMTL층(15b)사이에 별도의 유기층이 더 형성되는 경우는 EMTL층(15b)의 두께(d2)는 별도의 유기층의 두께를 포함하여 결정되어야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전계발광소자는 정공이송층의 상면에서 제2전극(17)의 저면까지의 거리가 350~450Å정도가 되게 한다. 이 경우, 제1전극(13)과 제2전극(17)을 제외한 그 사이에 위치하는 유기박막들의 전체 두께가 1300Å정도가 되게 하고, 제1전극(13)의 상면에서 HTL층의 상면까지의 거리가 800~1000Å정도가 되게 하는 것이 바람직하다.

유기전계발광소자에서는 정공이송층으로부터 주입된 정공과 전자이송층으로부터 주입된 전자가 발광층에서 만나 소멸하면서 형광물질에 에너지를 전달하여 발광이 일어난다. 출사되는 광은 파장대역에 따라 레드(640nm~780nm), 그린(490nm~550nm), 블루(430nm~490nm)의 각 색을 나타내는 가시광선으로 각각 나뉘며, 3색 독립발광방식에서는 각 픽셀마다 발광되는 색이 서로 다르도록 설계되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계 발광소자에서는 상술한 두께의 범위를 가지는 유기층을 형성함으로써 블루광의 색순도와 휘도가 특히 향상되도록 하였다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 전계발광 소자로서, TFT(Thin Film Transistor)를 포함하는 능동 매트릭스 구동방식의 유기 전계발광 소자를 나타낸다. 능동 매트릭스 구동방식의 유기 전계발광 소자는, 화상이 표시되는 화소부(20)와, 상기 화소부를 구동하는 구동부(40)로 이루어진다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 유기 전계발광 소자에서, 화소부(20)는, 기판(21)과, 기판(21)의 상면에 복수개의 절연막을 포함하는 절연층(30)과, 절연층(30)의 상면에 적층되는 제1전극(23)과, 제1전극(23)의 상면에 형성되는 유기층(25) 및 유기층(25)의 상부에 적층되며 구동부(40)까지 연결되는 제2전극(27)을 포함한다. 여기서, 제1전극(23)은 양극, 제2전극(27)은 음극이다.

구동부(40)는 기판(21)의 상부에 마련되는 반도체층(41)과, 반도체층(41)의 상부에 대응되게 위치하는 게이트 전극(43)과, 게이트 전극(43)을 매립하는 중간절연막(35)과, 반도체층(41)의 양단에 전극을 공급하는 소스전극(47)과, 게이트 전극(45) 및 게이트 전극(45)의 상면을 덮는 보호막(34)으로 이루어진다. 참조부호 37은 화소부(20)를 제외한 구동부(40) 및 그 연결부분의 높이를 평탄화시키는 평탄화막이다. 참조부호 26은 화소부(20)의 개구부를 나타낸다.

여기서, 소스전극(47)은 제3전극(51)과 연결되며, 제3전극(51)의 하부에는 절연막(32)을 사이에 두고 대응되도록 위치하는 제4전극(53)이 마련되어 커패시터(50)를 형성한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 유기 전계 발광소자는 정공이송층의 상면에서 제2전극(27)의 저면까지의 거리, 즉 EMTL층(25b)의 두께(S2)가 350~450Å정도가 되도록 형성한다. 바람직하게는, HITL층(25a)의 두께(S1)가 800~1000Å정도가 되어 전체 유기층(25)의 두께(S)가 1300Å정도를 가지도록 한다.

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 유기 전계 발광소자에서 HITL층과 EMTL층을 각각 650Å 및 600Å으로 설계한 경우와, 900Å 및 350Å으로 설계한 경우 CIE 색좌표계에서 색좌표값의 변동을 측정한 결과이다.

도면을 참조하면, HITL층이 650Å이고 EMTL층이 600Å인 경우 CIE 색좌표값은 (0.171, 0.233)이었으나, HITL층이 900Å이고 EMTL층이 350Å인 경우 CIE 색좌표값은 (0.151, 0.161)로 향상된 것을 볼 수 있다. 첫 번째 경우와 두 번째 경우의 색좌표값의 차는 (0.02, 0.72)정도이며, 이 값은 CRT에서 제시하는 인지가능한 색좌표값의 차인 0.015보다 큰 값이므로 사람의 시각으로 인지가능할 정도로 색순도가 향상된 것을 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따른 유기 전계발광 소자에서 제시된 350Å보다 작은 두께를 가지는 EMTL층을 형성하는 경우 유기 전계발광 소자의 전체 휘도가 현격히 악화되므로 EMTL층의 최소 한계치는 350Å정도가 된다. 이 때 최적의 색좌표값은 상술한 (0.151, 0.161)이고 휘도와 색순도가 가장 최적임을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유기 전계발광 소자의 최적의 EMTL층의 두께는 350Å 정도이며, HITL층은 900Å 정도의 값을 가진다.

도 10은 수동 매트릭스 방식의 유기 전계 발광소자에서 EMTL층의 두께를 550Å에서 750Å으로 증가시키면서 블루의 색좌표의 변화를 측정한 그래프이다.

도 10을 참조하면, EMTL층의 두께가 550Å인 경우 색좌표값은 (0.145, 0.12)이었다가 650Å인 경우 (0.14, 0.15)로 변화하고 750Å인 경우 (0.135, 0.17)로 변화한다.

도 11은 능동 매트릭스형의 유기 전계 발광소자에서 EMTL층의 두께를 450Å에서 800Å으로 증가시키면서 블루의 색좌표의 변화를 측정한 그래프이다.

도 11을 참조하면, EMTL층이 450Å인 경우 색좌표값은 (0.16, 0.19)이었다가 800Å인 경우 (0.22, 0.32)로 변화한다.

본 발명의 실시예에 따른 유기 전계발광 소자는, 정공이송층의 상면에서 제2전극의 저면까지의 거리를 350~450Å정도로 설정하여 블루광의 휘도를 일정 수준 이상으로 유지하면서 양질의 색순도를 가지게 한다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예를 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 상술한 바와 같이 유사한 굴절률을 가지는 다중 유기박막의 총두께를 본 발명에서 제시한 소정 범위내의 값을 가지도록 설정할 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전계발광 소자의 장점은, 정공이송층의 상면에서 제2전극의 저면까지의 거리를 일정 범위 내의 값을 가지도록 형성하여 블루광의 색순도와 휘도가 향상된 양호한 화질의 화상을 제공할 수 있다는 것이다.

Claims

기판;

상기 기판의 상면에 소정 패턴으로 형성되는 제1전극;

상기 제1전극의 상면에 순서대로 적층되는 정공주입층, 정공이송층, 발광층 및, 전자이송층을 포함하는 유기층; 및

상기 유기층의 상면에 소정패턴으로 형성되는 제2전극;을 구비하며,

상기 정공이송층의 상면에서 상기 제2전극의 저면까지의 거리가 350Å 내지 450Å의 범위 내의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
기판;

상기 기판의 상면에 소정패턴으로 형성된 제1전극과, 상기 제1전극의 상면에 순서대로 적층되는 정공주입층, 정공이송층, 발광층 및, 전자이송층을 포함하는 유기층 및, 상기 유기층의 상면에 소정패턴으로 형성된 제2전극을 구비하는 화소부; 및

상기 제1전극을 구동시키는 박막 트랜지스터를 포함하는 구동부;를 구비하며,

상기 정공이송층의 상면에서 상기 제2전극의 저면까지의 거리가 350Å 내지 450Å의 범위 내의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 유기층은 상기 전자이송층과 상기 제2전극 사이에 전자주입층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 유기층은 상기 발광층과 상기 전자이송층 사이에 정공차폐층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 발광층과 상기 전자이송층의 굴절률은 1.6 내지 1.9 범위 내의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 발광층과 전자이송층의 두께의 합은 350Å 내지 450Å 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 정공주입층과 상기 정공이송층의 두께의 합은 800Å 내지 1000Å 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 발광층은 블루광을 발광하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 발광층과 전자이송층의 두께의 합은 400Å정도의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 정공주입층과 상기 정공이송층의 두께의 합은 900Å정도의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.