KR20070120673A

KR20070120673A - 유기 전계 발광 표시 장치

Info

Publication number: KR20070120673A
Application number: KR1020060055230A
Authority: KR
Inventors: 이정수; 이상필
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2007-12-26

Abstract

본 발명은 발광 효율을 높힐 수 있는 유기 전계 발광 표시 장치에 관한 것이다.

본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 서브 화소 단위로 형성된 양극과; 상기 양극 위에 형성되며 광을 생성하는 유기층과; 상기 유기층 위에 형성되어 상기 양극과 마주하는 음극을 구비하며, 상기 유기층은 서로 다른 색을 구현하는 적어도 두 개의 발광층을 각각 포함하는 제1 및 제2 유기층과; 상기 제1 및 제2 유기층 사이에 형성되어 전자와 정공을 생성하는 전하 생성층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 전계 발광 표시 장치{ORGANCIC ELECTRO-LUMINESCENCE DISPALY}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유기 전계 발광 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유기 전계 발광 표시 장치의 한 화소에 대한 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 유기층을 상세히 나타내는 단면도이다.

도 4a 내지 도 4f는 도 3에 도시된 유기층의 다양한 실시예를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10 : 셀 구동부 20 : 절연 기판

22 : 게이트 전극 24 : 게이트 절연막

26 : 반도체층 26C : 채널 영역

26S : 소스 영역 26D : 드레인 영역

28 : 층간 절연막 30, 32, 40 : 컨택홀

34 : 소스 전극 36 : 드레인 전극

38 : 보호막 44 : 뱅크 절연막

46 : 화소홀 122 : 양극

128 : 음극 140,150, 160 : 유기층

본 발명은 유기 전계 발광 표시 장치에 관한 것으로, 특히 발광 효율을 높힐 수 있는 유기 전계 발광 표시 장치에 관한 것이다.

다양한 정보를 화면으로 구현해 주는 영상 표시 장치는 정보 통신 시대의 핵심 기술로 더 얇고 더 가볍고 휴대가 가능하면서도 고성능의 방향으로 발전하고 있다. 이에 음극선관(CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 평판 표시 장치로 불활성 가스의 방전 횟수를 조절하여 영상을 표시하는 플라즈마 표시 패널(이하, PDP), 유전 이방성을 갖는 액정의 광투과율을 제어하여 영상을 표시하는 액정 표시 장치(이하, LCD), 유기 발광층의 발광량을 제어하여 영상을 표시하는 유기 전계 발광 표시 장치(OLED) 등이 각광 받고 있다. 이들 중 PDP는 대형 TV로만 응용되고 반면에 LCD 및 OLED는 휴대폰, 노트북, 모니터, TV 등과 같이 소형부터 대형까지 다양한 크기로 많은 분야의 영상 표시 장치로 응용되고 있다. 여기서 OLED는 전극 사이의 얇은 발광층을 이용한 자발광 소자로 종이와 같이 박막화가 가능하다는 장점을 갖고 있다.

액티브 매트릭스 OLED(이하, AMOLED)는 3색(R, G, B) 서브 화소로 구성된 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 화상을 표시하게 되고, 각 서브 화소는 유기 전계 발광(이하, OEL) 셀과 그 OEL 셀을 독립적으로 구동하는 셀 구동부를 구비한다. OEL 셀은 셀 구동부와 접속된 화소 전극 및 그라운드와 접속된 공통 음극과, 화소 전극과 공통 음극 사이에 형성된 발광층으로 구성된다. 셀 구동부는 스캔 신호를 공급하는 게이트 라인과, 비디오 데이터 신호를 공급하는 데이터 라인과, 공통 전원 신호를 공급하는 공통 전원 라인 사이에 접속된 적어도 2개의 박막 트랜지스터와 스토리지 캐패시터로 구성되어 OEL 셀의 화소 전극을 구동한다.

종래 백색 AMOLED의 발광층은 적색, 녹색 및 청색을 구현하는 도펀트를 같이 증착함으로써 형성된다. 그러나, 종래 백색 AMOLED의 발광층의 발광 효율은 화상을 구현하기에는 너무 낮은 수준이다. 따라서, 최근에는 발광 효율을 높힐 수 있는 AMOLED가 요구되고 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발광 효율을 높힐 수 있는 유기 전계 발광 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 OLED는 서브 화소 단위로 형성된 양극과; 상기 양극 위에 형성되며 광을 생성하는 유기층과; 상기 유기 층 위에 형성되어 상기 양극과 마주하는 음극을 구비하며, 상기 유기층은 서로 다른 색을 구현하는 적어도 두 개의 발광층을 각각 포함하는 제1 및 제2 유기층과; 상기 제1 및 제2 유기층 사이에 형성되어 전자와 정공을 생성하는 전하 생성층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 유기층은 상기 양극 상에 형성된 제1 정공 관련층과; 상기 전하 생성층 하부에 형성된 제1 전자 관련층과; 상기 제1 정공 관련층과 상기 제1 전자 관련층 사이에 형성되며 서로 다른 색의 광을 생성하는 제1 및 제2 발광층을 포함하며, 상기 제2 유기층은 상기 전하 생성층 상에 형성된 제2 정공 관련층과; 상기 음극 하부에 형성된 제2 전자 관련층과; 상기 제2 정공 관련층과 상기 제2 전자 관련층 사이에 형성되며 서로 다른 색의 광을 생성하는 제3 및 제4 발광층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 제1 및 제2 발광층 중 어느 하나와 상기 제3 및 제4 발광층 중 어느 하나는 동일한 색의 광을 생성하며, 상기 제1 및 제2 발광층 중 나머지 하나와 상기 제3 및 제4 발광층 중 나머지 하나는 서로 다른 색의 광을 생성하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 동일한 색을 구현하는 발광층은 적색, 녹색 및 청색을 구현하는 발광층 중 발광 효율이 가장 낮은 색을 구현하는 발광층인 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 발광 효율이 가장 낮은 발광층은 청색을 구현하는 발광층인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 동일한 색을 구현하는 발광층은 적색, 녹색 및 청색을 구현하는 발광층 중 광자 발생율이 가장 낮은 발광층인 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 광자 발생율이 가장 낮은 발광층은 적색을 구현하는 발광층인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 동일한 색을 구현하는 발광층은 적색, 녹색 및 청색을 구현하는 발광층 중 전력효율이 가장 낮은 발광층인 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 전력 효율이 가장 낮은 발광층은 녹색을 구현하는 발광층인 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제 외에 본 발명의 다른 기술적 과제 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 4f를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 OLED의 한 서브 화소의 등가 회로도이고, 도 2는 도 1에 도시된 한 서브 화소 중 구동용 박막 트랜지스터 및 OEL 셀의 수직 구조를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 한 서브 화소는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL) 및 전원 라인(PL)과 접속된 셀 구동부(10)와, 셀 구동부(10)와 그라운드 사이에 접속되어 등가적으로는 다이오드로 표현되는 0EL 셀을 구비한다.

셀 구동부(10)는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 스위치 박막 트랜지스터(T1)와, 스위치 박막 트랜지스터(T1) 및 전원 라인(PL)과 OEL 셀의 양극 사이에 접속된 구동 박막 트랜지스터(T2)와, 전원 라인(PL)과 스위치 박막 트랜지스터(T1)의 드레인 전극 사이에 접속된 스토리지 캐패시터(C)를 구비한다.

스위치 박막 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 게이트 라인(GL)과 접속되고 소스 전극은 데이터 라인(DL)과 접속되며 드레인 전극은 구동 박막 트랜지스터(T2)의 게이트 전극 및 스토리지 캐패시터(C)와 접속된다. 구동 박막 트랜지스터(T2)의 소스 전극은 전원 라인(PL)과 접속되고 드레인 전극은 OEL 셀의 양극 역할을 하는 화소 전극과 접속된다. 스토리지 캐패시터(C)는 전원 라인(PL)과 구동 박막 트랜지스터(T2)의 게이트 전극 사이에 접속된다.

스위치 박막 트랜지스터(T1)는 게이트 라인(GL)에 스캔 펄스가 공급되면 턴-온되어 데이터 라인(DL)에 공급된 데이터 신호를 스토리지 캐패시터(C) 및 구동 박막 트랜지스터(T2)의 게이트 전극으로 공급한다. 구동 박막 트랜지스터(T2)는 게이트 전극으로 공급되는 데이터 신호에 응답하여 전원 라인(PL)으로부터 OEL 셀로 공급되는 전류(I)을 제어함으로써 OEL 셀의 발광량을 조절하게 된다. 그리고, 스위치 박막 트랜지스터(T1)가 턴-오프되더라도 스토리지 캐패시터(C)에 충전된 전압에 의해 구동 박막 트랜지스터(T2)는 다음 프레임의 데이터 신호가 공급될 때까지 일정한 전류(I)를 공급하여 OEL 셀이 발광을 유지하게 한다.

도 2를 참조하면, 구동 박막 트랜지스터(T2)는 절연 기판(20) 위에 형성된 게이트 전극(22)과, 게이트 전극(22)을 덮는 게이트 절연막(24)과, 게이트 절연막(24) 위에 형성된 반도체층(26)과, 반도체층(26)을 덮는 층간 절연막(28)과, 층간 절연막(28)을 관통하는 제1 및 제2 컨택홀(30, 32)을 통해 반도체층(26)의 소스 영 역(26S) 및 드레인 영역(26D)과 각각 접속된 소스 전극(34) 및 드레인 전극(36)을 구비한다. 반도체층(26)은 LTPS 박막으로 형성되고 게이트 전극(22)과 중첩된 채널 영역(26C)과, 채널 영역(26C)을 사이에 두고 게이트 전극(22)과 비중첩되며 불순물이 주입된 소스 영역(26S) 및 드레인 영역(26D)으로 구성된다.

OEL 셀은 구동 박막 트랜지스터(T2)를 덮는 보호막(38) 위에 형성된 투명 도전 물질의 양극(122)과, 양극(122)을 노출시키는 화소홀(46)이 형성된 뱅크 절연막(44)과, 화소홀(46)을 통해 노출된 양극(122) 위에 형성된 발광층을 포함하는 유기층(160)과, 유기층(160) 위에 형성된 음극(128)으로 구성된다.

여기서, 음극(128)은 서브 화소 단위의 패턴으로 형성되어 서브 화소 단위로 형성된 유기층(160)을 사이에 두고 양극(122)과 마주하게 된다. 이러한 음극(128)은 유기층(160)을 열화시키는 포토 공정 및 식각 공정이 필요없이 마스크를 이용한 증착 공정으로 형성된다.

유기층(160)은 다중 광자 방식(Multi Photon Emission : MPE)의 구조로 형성된다. 구체적으로, 유기층(160)은 도 3에 도시된 바와 같이 양극(122) 및 음극(128) 사이에 형성된 전하 생성층(162)과, 양극(122)과 전하 생성층(162) 사이에 형성된 제1 유기층(140)과, 음극(128)과 전하 생성층(162) 사이에 형성된 제2 유기층(150)으로 구성된다.

전하 생성층(162)은 양극(122)과 음극(128) 사이의 전계에 의해 전하, 즉 전자 및 정공을 생성시킨다. 전하 생성층(162)에서 생성된 전자는 제1 유기층(140)의 제1 전자 관련층(148)으로, 전하 생성층(162)에서 생성된 전하는 제2 유기층 (150)의 제2 정공 관련층(152)으로 유입된다. 이러한 전하 생성층(162)은 V₂O₅, ITO 등으로 형성된다.

제1 및 제2 유기층(140,150) 각각은 서로 다른 색을 발광하는 적어도 두개의 발광층(144,146,154,156)과, 적어도 두 개의 발광층(144,146,154,156)을 사이에 두고 마주보는 정공 관련층(142,152) 및 전자 관련층(148,158)을 구비한다.

제1 및 제2 정공 관련층(142,152) 각각은 정공 주입층 및 정공 수송층 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 제1 정공 관련층(142)은 음극(128)과 양극(122) 사이에 전계가 형성되면 양극(122)으로부터 발생된 정공을 제1 및 제2 발광층(144,146) 각각으로 수송한다. 제2 정공 관련층(152)은 음극(128)과 양극(122) 사이에 전계가 형성되면 전하 생성층(162)으로부터 발생된 정공을 제3 및 제4 발광층(154,156) 각각으로 수송한다.

제1 및 제2 전자 관련층(148,158) 각각은 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 제1 전자 관련층(148)은 음극(128)과 양극(122) 사이에 전계가 형성되면 전하 생성층(162)으로부터 발생된 전자를 제1 및 제2 발광층(144,146) 각각으로 수송한다. 제2 전자 관련층(158)은 음극(128)과 양극(122) 사이에 전계가 형성되면 음극(128)으로부터 발생된 전자를 제3 및 제4 발광층(154,156) 각각으로 수송한다.

제1 및 제2 발광층(144,146) 각각은 전하 생성층(162) 및 제1 전자 관련층(148)으로부터 공급된 전자와 제1 정공 관련층(142)으로부터 공급된 정공이 충돌하 여 재결합함으로써 해당 색의 광을 발생한다.

제3 및 제4 발광층(154,156) 각각은 전하 생성층(162) 및 제2 정공 관련층(152)으로부터 공급된 정공과 제2 전자 관련층(158)으로부터 공급된 전자가 충돌하여 재결합함으로써 해당 색의 광을 발생한다.

이러한 제1 내지 제4 발광층(144,146,154,156)은 양극(122)에 공급된 전류량에 따라 발광하여 양극(122)을 경유하여 절연 기판(20) 쪽으로 광을 방출하게 된다.

한편, 제1 및 제2 발광층(144,146)을 포함하는 제1 유기층(140)과 제3 및 제4 발광층(154,156)을 포함하는 제2 유기층(150)은 도 4a 내지 도 4f에 도시된 바와 같이 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 중 어느 한 색을 구현하는 발광층을 공통으로 사용한다.

도 4a[도 4b]에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 발광층(144,146)을 포함하는 제1 유기층(140)이 적색(R) 및 청색(B)[녹색(G)] 각각을 구현하는 광을 생성하는 경우, 제3 및 제4 발광층(154,156)을 포함하는 제2 유기층(150)은 적색(R) 및 녹색(G)[청색(B)] 각각을 구현하는 광을 생성한다. 이 때, 제1 및 제2 발광층(144,146) 중 어느 하나는 적색(R)을, 나머지 하나는 청색(B)[녹색(G)]을, 제3 및 제4 발광층(154,156) 중 어느 하나는 적색(R)을, 나머지 하나는 녹색(G)[청색(B)]을 구현하는 광을 생성한다. 즉, 제1 및 제2 유기층(140,150)은 적색(R)을 구현하는 발광층을 공통으로 사용한다. 이와 같이, 도 4a 및 도 4b에 도시된 OEL셀은 녹색(G) 및 청색(B)을 구현하는 발광층에 비해 광자 생성율이 낮은 적색(R)을 구현하 는 발광층을 2개 구비함으로써 종래보다 상대적으로 많은 광자를 생성할 수 있다.

도 4c[도 4d]에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 발광층(144,146)을 포함하는 제1 유기층(140)이 녹색(G)[적색(R)] 및 청색(B) 각각을 구현하는 광을 생성하는 경우, 제3 및 제4 발광층(154,156)을 포함하는 제2 유기층(150)은 적색(R)[녹색(G)] 및 청색(B) 각각을 구현하는 광을 생성한다. 이 때, 제1 및 제2 발광층(144,146) 중 어느 하나는 녹색(G)[적색(R)]을, 나머지 하나는 청색(B)을, 제3 및 제4 발광층(154,156) 중 어느 하나는 적색(R)[녹색(G)]을, 나머지 하나는 청색(B)을 구현하는 광을 생성한다. 즉, 제1 및 제2 유기층(140,150)은 청색(B)을 구현하는 발광층을 공통으로 사용한다. 이와 같이, 도 4c 및 도 4d에 도시된 OEL셀은 적색(R) 및 녹색(G)을 구현하는 발광층에 비해 휘도가 낮은 청색(B)을 구현하는 발광층을 2개 구비함으로써 적색(R) 및 녹색(G)의 발광 휘도와 유사하게 청색(B)의 발광 휘도가 높아져 화이트 밸런스를 맞출 수 있다.

도 4e[도 4f]에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 발광층(144,146)을 포함하는 제1 유기층(140)이 녹색(G) 및 청색(B)[적색(R)] 각각을 구현하는 광을 생성하는 경우, 제3 및 제4 발광층(154,156)을 포함하는 제2 유기층(150)은 적색(R)[청색(B)] 및 녹색(G) 각각을 구현하는 광을 생성한다. 이 때, 제1 및 제2 발광층(144,146) 중 어느 하나는 녹색(G)을, 나머지 하나는 청색(B)[적색(R)]을, 제3 및 제4 발광층(154,156) 중 어느 하나는 적색(R)[청색(B)]을, 나머지 하나는 녹색(G)을 구현하는 광을 생성한다. 즉, 제1 및 제2 유기층(140,150)은 녹색(G)을 구현하는 발광층을 공통으로 사용한다. 이와 같이, 도 4e 및 도 4f에 도시된 OEL셀은 적 색(R) 및 청색(B)을 구현하는 발광층에 비해 전력 효율이 낮은 녹색(G)을 구현하는 발광층을 2개 구비함으로써 종래에 비해 구동 전압을 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 표시 장치는 백색을 구현하는 유기 전계 발광 표시 장치 뿐만 아니라 액정 표시 장치의 백라이트 유닛에도 적용가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 OLED는 전하 생성층을 사이에 두고 마주보며 제1 및 제2 유기층이 특정색을 구현하는 발광층을 공통으로 포함한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 OLED는 화이트 밸런스를 맞출 수 있고, 광효율을 높힐 수 있음과 아울러 구동 전압을 감소시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims

서브 화소 단위로 형성된 양극과;

상기 양극 위에 형성되며 광을 생성하는 유기층과;

상기 유기층 위에 형성되어 상기 양극과 마주하는 음극을 구비하며,

상기 유기층은

서로 다른 색을 구현하는 적어도 두 개의 발광층을 각각 포함하는 제1 및 제2 유기층과;

상기 제1 및 제2 유기층 사이에 형성되어 전자와 정공을 생성하는 전하 생성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 유기층은

상기 양극 상에 형성된 제1 정공 관련층과;

상기 전하 생성층 하부에 형성된 제1 전자 관련층과;

상기 제1 정공 관련층과 상기 제1 전자 관련층 사이에 형성되며 서로 다른 색의 광을 생성하는 제1 및 제2 발광층을 포함하며,

상기 제2 유기층은

상기 전하 생성층 상에 형성된 제2 정공 관련층과;

상기 음극 하부에 형성된 제2 전자 관련층과;

상기 제2 정공 관련층과 상기 제2 전자 관련층 사이에 형성되며 서로 다른 색의 광을 생성하는 제3 및 제4 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 발광층 중 어느 하나와 상기 제3 및 제4 발광층 중 어느 하나는 동일한 색의 광을 생성하며,

상기 제1 및 제2 발광층 중 나머지 하나와 상기 제3 및 제4 발광층 중 나머지 하나는 서로 다른 색의 광을 생성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 동일한 색을 구현하는 발광층은 적색, 녹색 및 청색을 구현하는 발광층 중 발광 효율이 가장 낮은 색을 구현하는 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 발광 효율이 가장 낮은 발광층은 청색을 구현하는 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 동일한 색을 구현하는 발광층은 적색, 녹색 및 청색을 구현하는 발광층 중 광자 발생율이 가장 낮은 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 광자 발생율이 가장 낮은 발광층은 적색을 구현하는 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 동일한 색을 구현하는 발광층은 적색, 녹색 및 청색을 구현하는 발광층 중 전력효율이 가장 낮은 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 전력 효율이 가장 낮은 발광층은 녹색을 구현하는 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.