KR20080074566A - 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 표시 장치는 제1전극, 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 위치하는 발광층을 포함하며, 상기 발광층은, 순차적으로 적층되어 있는 복수의 서브발광층을 포함하며, 두께방향을 따라 함량이 달라지는 전하수송물질이 도핑되어 있는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 전하 이용 효율이 향상된 표시장치가 제공된다.

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 등가 회로도이고,
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 배치도이고,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도이고,
도 4는 도 3의 'A'의 확대도이고,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에서 유기층의 에너지 레벨을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에서 발광층을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에서 발광층의 전하수송물질 함량과 전하이동도를 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 발광층에서 전하의 이동을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치에서 발광층을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 표시장치에서 발광층을 설명하기 위한 도면이고,
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 표시장치에서 발광층을 설명하기 위한 도면이고,
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 표시장치에서 유기층의 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제5실시예에 따른 표시장치에서 유기층의 에너지 레벨을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 절연기판 30 : 제1절연층
50 : 제2절연층 55 : 컬러필터
60 : 평탄화층 71 : 화소전극
80 : 격벽 81 : 개구부
90 : 유기층 910 : 정공수송층
920 : 발광층 921 : 적색광 발광층
922 : 청색광 발광층 923 : 녹색광 발광층
930 : 전자수송층 95 : 공통전극
본 발명은 표시장치에 관한 것이다.
평판 디스플레이 장치(flat panel display) 중 저전압 구동, 경량 박형, 광시야각 그리고 고속응답 등의 장점으로 인하여, 최근 유기전계발광장치(organic light emitting diode)가 각광 받고 있다.
유기전계발광장치는 빛을 발광하는 발광층을 포함한다. 발광층에는 전자와 정공이 공급되며 발광층에서는 공급된 전자와 정공을 결합시켜 빛을 발생시킨다.
그런데 발광층에서 전자와 정공의 밸런스가 맞지 않으면 전하 이용 효율이 감소하는 문제가 있다.
특히 발광층이 복수의 서브층으로 마련되는 경우, 각 서브층에 대하여 전자와 정공의 밸런스를 맞추는 것은 더욱 어려워진다.
따라서 본 발명의 목적은 전하 이용 효율이 우수한 표시장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 제1전극, 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 위치하는 발광층을 포함하는 표시장치에 있어서, 상기 발광층은, 순차적으로 적층되어 있는 복수의 서브발광층을 포함하며, 두께방향을 따라 함량이 달라지는 전하수송물질이 도핑되어 있는 것에 의하여 달성된다.
상기 복수의 서브발광층 중 적어도 어느 하나는, 상기 전하수송물질이 제1 함량으로 도핑되어 있는 한 쌍의 제1영역과; 상기 전하수송물질이 상기 제1함량보 다 낮은 제2함량으로 도핑되어 있으며, 상기 한 쌍의 제1영역 사이에 위치하는 제2영역을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2영역의 두께는 상기 한 쌍의 제1영역의 두께의 합보다 큰 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 제1영역 중 적어도 어느 하나는 상기 복수의 서브 발광층 중 다른 하나와 접하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 서브발광층 중 적어도 어느 하나는, 상기 전하수송물질이 제1 함량으로 도핑되어 있는 제1영역과; 상기 전하수송물질이 상기 제1함량보다 낮은 제2함량으로 도핑되어 있는 제2영역을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2영역의 두께는 상기 제1영역의 두께보다 큰 것이 바람직하다.
상기 제1영역은 다른 복수의 서브발광층 중 다른 하나와 접하는 것이 바람직하다.
상기 제2영역은 상기 발광층의 최외곽에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 발광층은 백색광을 발광하며, 상기 발광층에서 발광된 백색광의 광경로 상에 위치하는 컬러필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 서브 발광층은 서로 다른 색상의 빛을 발광하는 것이 바람직하다.
상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공수송층과; 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 위치하는 전자수송층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 서브 발광층 중 상기 정공수송층에 인접한 상기 서브 발광층에 도핑된 상기 전하수송물질은 정공수송물질을 포함하며, 상기 복수의 서브 발광층 중 상기 전자수송층에 인접한 상기 서브 발광층에 도핑된 상기 전하수송물질은 전자수송물질을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 정공수송층은 제1호스트와 전자 수용 물질인 제1도판트를 포함하며, 상기 전자수송층은 제2호스트와 전자 공여 물질인 제2도판트를 포함하는 전자수송층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1호스트의 최고점유궤도(HOMO)의 에너지 레벨은 상기 제1도판트의 최저비점유궤도(LUMO)의 에너지 레벨보다 낮은 것이 바람직하다.
상기 제1전극과 상기 정공수송층은 오믹 접촉을 이루는 것이 바람직하다.
상기 제1호스트는 N,N'-디[(1-나프탈레닐)-N,N'-디페닐]-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민(N,N'-Di[(1-naphthalenyl)-N,N'-diphenyl]-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine(NPD)), 9,10-비스(m-톨일페닐아미노)안트라센 (anthracene 9,10-bis(m-tolylphenylamino)anthracene, TPA), 스피로-TPA, 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1도판트는 테트라플루오르- 테트라시아노-퀴노디메탄(tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane, F4-TCNQ)을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2호스트의 최저비점유궤도(LUMO)의 에너지 레벨은 상기 제2도판트의 최고점유궤도(HOMO)의 에너지 레벨보다 높은 것이 바람직하다.
상기 제2전극과 상기 전자수송층은 오믹 접촉을 이루는 것이 바람직하다.
상기 제2호스트는 트리스 (8- 하이드록시퀴놀리나토(tris (8- hydroxyquinolinolato) aluminum, Alq3)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2도판트는 세슘(Cs), 바륨(Ba), 칼슘(Ca) 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 정공수송층과 상기 발광층 사이에 위치하며, 상기 정공수송층보다 최저비점유궤도(LUMO)의 에너지 레벨이 높은 제1블록킹층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전자수송층과 상기 발광층 사이에 위치하며, 상기 전자수송층보다 최고점유궤도(HOMO)의 에너지 레벨이 낮은 제2블록킹층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 목적은 제1전극과; 상기 제1전극 상에 형성되어 있는 정공수송층과; 상기 정공수송층 상에 형성되어 있으며, 두께방향을 따라 달라지는 전하이동도를 가지는 발광층과; 상기 발광층 상에 형성되어 있는 전자수송층과; 상기 전자수송층 상에 형성되어 있는 제2전극을 포함하는 표시장치에 의해서도 달성된다.
상기 발광층은 순차적으로 적층되어 있으며 서로 다른 색상의 빛을 발광하는 복수의 서브 발광층을 포함하는 것이 바람직하다.
복수의 서브발광층 중 적어도 어느 하나는, 제1전하이동도를 가지는 제1층과; 상기 제1전하이동도보다 낮은 제2전하이동도를 가지는 제2층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1층은 제1함량의 전하수송물질을 포함하며, 상기 제2층은 상기 제1 함량보다 낮은 제2함량의 전하수송물질을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 정공수송층은 제1호스트와 전자 수용 물질인 제1도판트를 포함하며, 상기 전자수송층은 제2호스트와 전자 공여 물질인 제2도판트를 포함하는 전자수송층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 목적은 순차적으로 적층되어 있는 제1전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 제2전극을 포함하는 표시장치에 있어서, 상기 발광층은 서로 다른 색상을 발광하는 복수의 서브발광층을 포함하며, 상기 복수의 서브발광층 중 적어도 어느 하나는 전하수송물질이 제1함량으로 도핑되어 있는 제1층과 전하수송물질이 상기 제1함량보다 높은 제2함량으로 도핑되어 있는 제2층을 포함하는 것에 의해서도 달성된다.
상기 정공수송층은 제1호스트와 전자 수용 물질인 제1도판트를 포함하고, 상기 전자수송층은 제1호스트와 전자 공여 물질인 제2도판트를 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠다.
여러 실시예에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였으며, 동일한 구성요소에 대하여는 제1실시예에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치에서 화소에 대한 등가회로도이다.
하나의 화소에는 복수의 신호선이 마련되어 있다. 신호선은 주사신호를 전달하는 게이트선, 데이터 신호를 전달하는 데이터선 그리고 구동 전압을 전달하는 구동 전압선을 포함한다. 데이터선과 구동 전압선은 서로 인접하여 나란히 배치되어 있으며, 게이트선은 데이터선 및 구동 전압선과 수직을 이루며 연장되어 있다.
각 화소는 유기발광소자(LD), 스위칭 박막트랜지스터(Tsw), 구동 박막트랜지스터(Tdr), 축전기(C)를 포함한다.
구동 박막트랜지스터(Tdr)는 제어 단자, 입력 단자 및 출력단자를 가지는데, 제어단자는 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선에 연결되어 있으며, 출력 단자는 유기발광소자(LD)에 연결되어 있다.
유기발광소자(LD)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 출력 단자에 연결되는 애노드(anode)와 공통전압이 인가되는 캐소드(cathode)를 가진다. 발광 소자(LD)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 출력 전류에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다. 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 전류는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라진다.
스위칭 박막트랜지스터(Tsw)는 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 게이트선에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 제어 단자에 연결되어 있다. 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)는 게이트선에 인가되는 주사 신호에 따라 데이터선에 인가되는 데이터 신호를 구동 박막트랜지스터(Tdr)에 전달한다.
축전기(C)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 제어 단자와 입력단자 사이에 연 결되어 있다. 축전기(C)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 제어 단자에 입력되는 데이터 신호를 충전하고 유지한다.
이하 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치를 자세히 설명한다.
절연 기판(11) 상에 버퍼층(15)이 형성되어 있다. 버퍼층(15)은 산화 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 비정질 실리콘층의 결정화 과정에서 절연 기판(11)의 불순물이 비정질 실리콘층으로 유입되는 것을 방지한다.
버퍼층(15) 상에는 구동 반도체층(21)과 구동 저항접촉층(22)이 형성되어 있다. 구동반도체층(21)과 구동 저항접촉층(22)은 폴리실리콘으로 이루어져 있다.
구동반도체층(21)과 구동 저항접촉층(22)은 버퍼층(15) 상에 비정질 실리콘층 및 비정질 저항접촉층을 형성한 후 결정화 및 패터닝하여 제조된다. 결정화 과정에서는 고상 결정화(solid phase crystallization) 방법이 사용될 수 있다.
버퍼층(15), 구동 반도체층(21) 및 구동 저항접촉층(22) 상에는 제1금속층이 형성되어 있다.
제1금속층은 게이트선(31), 스위칭 게이트 전극(32), 구동 소스 전극(33) 및 구동 드레인 전극(34)을 포함한다. 게이트선(31)과 스위칭 게이트 전극(32)은 일체로 형성되어 있다.
제1금속층 상에는 제1절연막(41)이 형성되어 있다. 제1절연막(41)은 질화 실리콘으로 이루어질 수 있다.
제1절연막(41) 상에는 스위칭 반도체층(51)과 스위칭 저항접촉층(52)이 형 성되어 있다. 스위칭 반도체층(51)과 스위칭 저항접촉층(52)은 스위칭 게이트 전극(32)에 대응하며, 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
제1절연막(41), 스위칭 반도체층(51) 및 스위칭 저항접촉층(52) 상에는 제2금속층이 형성되어 있다. 또한 화소전극(71) 하부의 제1절연막(41) 상에는 컬러필터(42)가 형성되어 있다.
제2금속층은 데이터선(61), 스위칭 소스 전극(62), 스위칭 드레인 전극(63), 구동 게이트 전극(64), 유지용량선(65) 및 구동전압선(66)을 포함한다.
데이터선(61)과 스위칭 소스 전극(62)은 일체이다. 스위칭 드레인 전극(63), 구동 게이트 전극(64) 및 유지용량선(65)도 일체로 형성되어 있다.
제2금속층 상에는 제2절연막(43)이 형성되어 있다. 제2 절연막(43)은 평탄화층이라고도 불리며, 유기물을 포함할 수 있다. 유기물로는 BCB(benzocyclobutene) 계열, 올레핀 계열, 아크릴 수지(acrylic resin)계열, 폴리 이미드(polyimide)계열, 불소수지 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
제2절연막(43)에는 접촉구(44, 45, 46)가 형성되어 있다. 접촉구(44)는 구동 드레인 전극(34)을 노출시키며, 접촉구(45)는 구동 소스전극(33)을 노출시키고, 접촉구(46)는 구동전압선(66)을 노출시킨다. 접촉구(44, 45)에서는 제1절연막(41)도 같이 제거되어 있다.
제2절연막(43) 상에는 투명도전층이 형성되어 있다. 투명도전층은 화소전극(71)과 브릿지 전극(72)을 포함하며, ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어질 수 있다.
화소전극(71)은 접촉구(44)를 통해 구동 드레인 전극(34)에 전기적으로 연결되어 있다. 브릿지 전극(72)은 접촉구(45, 46)를 통해 스위칭 소스전극(33)과 구동전압선(66)을 전기적으로 연결한다. 유지용량선(65)은 브릿지 전극(72)의 하부로 연장되어 유지용량(Cst)을 형성한다.
제2절연막(43) 상에는 격벽(80)이 형성되어 있다. 격벽(80)은 화소전극(71) 간을 구분하며, 일부가 제거되어 화소전극(71)을 노출시키는 개구부(81)를 형성한다.
격벽(80)과 개구부(81)에 의해 노출된 화소전극(71) 상에는 유기층(90)이 형성되어 있다. 유기층(90)은 백색광을 발광하는 발광층(920, 도 4참조)을 포함하며, 자세한 구성에 대하여는 후술한다.
화소전극(71)과 유기층(90)이 직접 접하는 영역을 화소영역이라 한다. 실시예에서 화소영역은 개구부(81)의 영역과 거의 일치하며, 빛은 주로 화소영역에서 생성된다.
격벽(80)과 유기층(90) 상에는 공통전극(95)이 형성되어 있다. 공통전극(95)은 반사금속층을 포함하고 있다.
화소전극(71)에서 전달된 정공과 공통전극(95)에서 전달된 전자는 유기층(90)에서 결합하여 여기자(exciton)가 된 후, 여기자의 비활성화 과정에서 빛을 발생시킨다. 유기층(90)에서 발생된 빛 중 공통전극(95)을 향하는 빛은 다시 반사되어 화소전극(71)을 향하게 된다.
화소전극(71)을 향하는 빛은 컬러 필터(42)를 통과하면서 색상이 부여된 후, 절연기판(11)을 통해 외부로 출사된다. 이러한 방식을 바텀-에미션(bottom-emission) 방식이라 한다.
다른 실시예에서 화소전극(71)이 반사금속을 포함하고, 공통전극(95)이 투명하게 마련될 수 있다. 이 경우 빛은 공통전극(95)을 통해 외부로 출사되며, 이러한 방식을 탑-에미션(top-emission)방식이라 한다. 이 경우 컬러필터(42)는 공통전극(95) 상부에 형성된다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 유기층(90)에 대하여 자세히 설명한다.
도 4와 같이 유기층(90)은 정공수송층(910, hole transfer layer, HTL), 발광층(920, emitting material layer, EML) 및 전자수송층(930, electron transfer layer, ETL)을 포함한다.
정공수송층(910)은 화소전극(71)과 직접 접하고 있으며, 화소전극(71)으로부터의 정공을 발광층(920)으로 수송하는 역할을 한다.
정공수송층(910)은 정공수송물질인 제1호스트와 전자수용물질(electron accepting material)인 제1도판트를 포함한다.
도 5와 같이 제1호스트의 최고점유궤도(Highest occupied molecular orbital, HOMO)의 에너지 레벨은 제1도판트의 최저비점유궤도(Lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)의 에너지 레벨보다 낮게 형성되어 있다.
이러한 에너지 분포에서 제1호스트의 HOMO에 위치한 전자는 제1도판트의 LUMO로 쉽게 이동한다. 이와 같은 전자 이동으로 인해 정공수송층(910)의 평형 전 하 농도가 상승하고, 화소전극(71)의 정공은 에너지 장벽없이 정공수송층(910)으로 도입된다. 즉 화소전극(71)과 정공수송층(910)은 오믹 접촉을 형성하는 것이다.
이에 한정되는 것은 아니지만, 제1호스트는 N,N'-디[(1-나프탈레닐)-N,N'-디페닐]-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민(N,N'-Di[(1-naphthalenyl)-N,N'-diphenyl]-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine(NPD)), 9,10-비스(m-톨일페닐아미노)안트라센 (anthracene 9,10-bis(m-tolylphenylamino)anthracene, TPA), 스피로-TPA 일 수 있으며, 제1도판트는 테트라플루오르- 테트라시아노-퀴노디메탄(tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane, F4-TCNQ)일 수 있다.
전자수송층(930)은 공통전극(95)과 직접 접하고 있으며, 공통전극(95)으로부터의 전자를 발광층(920)으로 수송하는 역할을 한다.
전자수송층(930)은 전자수송물질인 제2호스트와 전자공여물질(electron donating material)인 제2도판트를 포함한다.
도 5와 같이 제2호스트의 LUMO 에너지 레벨은 제2도판트의 HOMO 에너지 레벨보다 높게 형성되어 있다. 이러한 에너지 분포에서 제2도판트의 HOMO에 위치한 전자는 제2호스트의 LUMO로 쉽게 이동한다. 이와 같은 전자 이동으로 인해 전자수송층(930)의 평형 전하 농도가 상승하고 공통전극(95)의 전자는 에너지 장벽없이 전자수송층(930)으로 도입된다. 즉 공통전극(95)과 전자수송층(930)은 오믹 접촉을 형성하는 것이다.
이에 한정되지는 않으나, 제2호스트는 트리스 (8- 하이드록시퀴놀리나토(tris (8- hydroxyquinolinolato) aluminum, Alq3) 또는 옥시다졸(oxidazole) 계 열의 화합물을 포함할 수 있으며, 제2도판트는 세슘(Cs), 바륨(Ba), 칼슘(Ca) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면 발광층(920)은 3개의 서브 발광층(921, 922, 923)을 포함한다. 서브 발광층(921, 922, 923)은 적색광 발광층(921), 청색광 발광층(922) 및 녹색광 발광층(923)을 포함한다.
적색광 발광층(921)은 정공수송층(910)과 접촉하고 있으며, 녹색광 발광층(923)은 전자수송층(930)과 접촉하고 있다. 청색광 발광층(922)은 적색광 발광층(921)과 녹색광 발광층(923) 사이에 위치한다. 본 발명에서 서브 발광층(921, 922, 923)의 적층순서는 한정되지 않는다.
서브 발광층(921, 922, 923)은 각각 호스트-도판트 구조로 형성될 수 있다. 도판트에 따라 발광하는 빛의 색상이 달라진다. 서브 발광층(921, 922, 923)의 도판트는 색소 역할을 한다. 호스트로는, 이에 한정되지 않으나 카바졸 바이페닐(carbazole biphenyl, CBP)을 사용할 수 있다.
적색광 발광층(921)의 도판트로는 루브렌(rubrene), 청색광 발광층(922)의 도판트로는 1,1,4,4-테트라페닐-1,3-부타디엔(1,1,4,4-tetraphenyl-1,3-butadiene, TPB), 녹색광 발광층(923)의 도판트로는 퀴나트리돈(quinacridone), 쿠마린(coumarine), Ir(ppy3) 등이 사용될 수 있다.
서브 발광층(921, 922, 923) 중 일부만이 호스트-도판트 구조로 형성되거나, 서브 발광층(921, 922, 923) 모두가 호스트-도판트 구조가 아닌 경우가 가능함을 물론이다.
발광층(920)은 정공수송층(910)에서 공급되는 정공과 전자수송층(930)에서 공급되는 전자를 결합시켜 빛을 발생시킨다. 그런데 발광층(920)이 복수의 서브 발광층(921, 922, 923)을 포함하는 경우, 각 서브 발광층(921, 922, 923) 별로 전자와 정공의 공급 밸런스를 유지하기 어렵다.
본 발명에서는 발광층(920)에 전하수송물질을 도핑하여 전자와 정공의 공급밸런스를 맞추는데 이를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
이하에서 함량을 나타내는 '%'는 '질량%'을 나타낸다. 한편 본 발명에서 특정 물질이 를 나타낸다. 한편 본 발명에서 특정 물질이 '저함량이다'또는'함량이 낮다'로 표현된 것은, 그 특정 물질이 포함되지 않은 경우도 포함한다.
적색광 발광층(921)은 제1층(R1), 제2층(R2) 및 제3층(R3)로 나누어진다.
제1층(R1)에는 정공수송물질(hole transfer material, HTM)이 고함량으로 도핑되어 있다. 제1층(R1)에서 정공수송물질의 함량은, 이에 한정되지는 않으나 20% 내지 50%일 수 있다.
제2층(R2)에는 정공수송물질이 저함량으로 도핑되어 있다. 제2층(R2)에서 정공수송물질의 함량은, 이에 한정되지는 않으나, 10% 이하로서, 2% 내지 10%일 수 있다.
제3층(R3)에는 정공수송물질이 고함량으로 도핑되어 있다. 제3층(R3)에서 정공수송물질의 함량은 제1층(R1)과 유사하다.
이상 설명한 적색광 발광층(921)에서 제2층(R2)은 제1층(R1)과 제3층(R3) 사이에 위치한다. 제1층(R1)은 정공수송층(910)과 접촉하며, 제3층(R3)은 청색광 발광층(922)와 접촉한다.
제1층(R1)과 제3층(R3)의 두께는 비슷하다. 제2층(R2)은 제1층(R1)보다 두꺼우며, 제2층(R2)의 두께는 제1층(R1)의 두께와 제3층(R3)의 두께의 합보다 클 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니지만 제1층(R1)과 제3층(R3)의 두께는 각각 적색광 발광층(921) 두께의 5% 내지 20%일 수 있으며, 제2층(R2)의 두께는 적색광 발광층(921) 두께의 60% 내지 90%일 수 있다. 적색광 발광층(921)의 두께는 6nm 내지 20nm일 수 있다.
청색광 발광층(922)은 제1층(B1), 제2층(B2) 및 제3층(B3)로 나누어진다.
제1층(B1)에는 정공수송물질이 고함량으로 도핑되어 있다. 제1층(B1)에서 정공수송물질의 함량은, 이에 한정되지는 않으나 20% 내지 50%일 수 있다.
제2층(B2)에는 정공수송물질이 저함량으로 도핑되어 있다. 제2층(B2)에서 정공수송물질의 함량은, 이에 한정되지는 않으나, 10% 이하로서, 2% 내지 10%일 수 있다.
제3층(B3)에는 전자수송물질(electron transfer material, ETM)이 고함량으로 도핑되어 있다. 제3층(B3)에서 전자수송물질의 함량은, 이에 한정되지는 않으나 20% 내지 50%일 수 있다.
이상 설명한 청색광 발광층(922)에서 제2층(B2)은 제1층(B1)과 제3층(B3) 사이에 위치한다. 제1층(B1)은 적색광 발광층(921)과 접촉하며, 제3층(B3)은 녹색광 발광층(923)과 접촉한다.
제1층(B1)과 제3층(B3)의 두께는 비슷하다. 제2층(B2)은 제1층(B1)보다 두꺼우며, 제2층(B2)의 두께는 제1층(B1)의 두께와 제3층(B3)의 두께의 합보다 클 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니지만 제1층(B1)과 제3층(B3)의 두께는 각각 청색광 발광층(922) 두께의 5% 내지 20%일 수 있으며, 제2층(B2)의 두께는 청색광 발광층(922) 두께의 60% 내지 90%일 수 있다. 청색광 발광층(922)의 두께는 6nm 내지 20nm일 수 있다.
녹색광 발광층(923)은 제1층(G1), 제2층(G2) 및 제3층(G3)으로 나누어진다.
제1층(G1)에는 전자수송물질이 고함량으로 도핑되어 있다. 제1층(G1)에서 전자수송물질의 함량은, 이에 한정되지는 않으나 20% 내지 50%일 수 있다.
제2층(G2)에는 전자수송물질이 저함량으로 도핑되어 있다. 제2층(G2)에서 전자수송물질의 함량은, 이에 한정되지는 않으나, 10% 이하로서, 2% 내지 10%일 수 있다.
제3층(G3)에는 전자수송물질이 고함량으로 도핑되어 있다. 제3층(G3)에서 전자수송물질의 함량은, 이에 한정되지는 않으나 20% 내지 50%일 수 있다.
이상 설명한 녹색광 발광층(923)에서 제2층(G2)은 제1층(G1)과 제3층(G3) 사이에 위치한다. 제1층(G1)은 청색광 발광층(922)과 접촉하며, 제3층(G3)은 전자수송층(930)과 접촉한다.
제1층(G1)과 제3층(G3)의 두께는 비슷하다. 제2층(G2)은 제1층(G1)보다 두꺼우며, 제2층(G2)의 두께는 제1층(G1)의 두께와 제3층(G3)의 두께의 합보다 클 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니지만 제1층(G1)과 제3층(G3)의 두께는 각각 녹색광 발광층(923) 두께의 5% 내지 20%일 수 있으며, 제2층(G2)의 두께는 녹색광 발광층(923) 두께의 60% 내지 90%일 수 있다. 녹색광 발광층(923)의 두께는 6nm 내지 20nm일 수 있다.
발광층(920)에 도핑되는 정공수송물질로는 정공수송층(910)의 제1호스트와 동일한 물질이 사용될 수 있으며, 전자수송물질로는 전자수송층(930)의 제2호스트와 동일한 물질이 사용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 발광층(920)에는 전하수송물질이 발광층(920)이 두께방향을 따라 불균일한 함량으로 도핑되어 있다. 각 서브발광층(921, 922, 923)에서, 전하수송물질은 가운데 부분에서 함량이 낮으며 경계부분에서 함량이 높다.
전하수송물질은 정공수송물질과 전자수송물질을 포함한다. 정공수송물질은 정공수송층(910)에 인접하게 분포되어 있으며, 전자수송물질은 전자수송층(930)에 인접하게 분포되어 있다.
불균일하게 도핑되어 있는 전하수송물질에 의해 발광층(920)에서의 전하이동도는 두께에 따라 변화한다.
도 7을 참조하면, 각 서브발광층(921, 922, 923)의 중간층(R2, B2, G2)에서는 전하이동도가 낮다. 중간층(R2, B2, G2)은 전하수송물질을 포함하지 않을 경우에 비하여 전하이동도가 더 낮을 수 있는데, 이는 함량이 낮을 경우 전하수송물질은 전하의 이동을 방해하는 트랩으로 작용할 수 있기 때문이다.
반면, 각 서브발광층(921, 922, 923)의 외곽층(R1, R3, B1, B3, G1, G3)에서는 전하이동도가 높다. 더 자세하게는 외곽층(R1, R3, B1)에서는 높은 함량의 정공수송물질로 인해 정공이동도가 높으며, 외곽층(B3, G1, G3)에서는 높은 함량의 전자수송물질로 인해 전자이동도가 높다.
이상과 같은 제1실시예에 따르면 발광층(920)의 전하이용효율이 높아지는데 이를 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 적색광 발광층(921)에서의 전하이동과 발광 메커니즘을 나타내고 있다.
정공수송층(910)을 통해 공급된 정공(h+)은 정공이동도가 높은 제1층(R1)을 통해 제2층(R2)으로 원활히 공급된다.
제2층(R2)은 정공이동도가 작고 두껍기 때문에, 정공은 제1층(R1)이 비해 제2층(R2)에서 비교적 오래 머무르게 된다. 정공이 머무르는 시간이 길면, 정공과 전자(e-)가 재결합할 확률이 커진다. 따라서, 적색광은 대부분 제2층(R2)에서 발광된다.
제2층(R2)에서 전자와 결합하지 못한 정공은 제3층(R3)으로 이동한다.정공이동도가 큰 제3층(R3)으로 이동한 정공은 신속히 청색광 발광층(922)으로 공급된다.
이상과 같이, 적색광 발광층(921)에서는 전자와 결합하지 않은 정공을 청색광 발광층(922)으로 신속히 이동시켜 전하이용 효율을 증가시킨다. 이와 함께 정공이동도가 낮은 제2층(R2)을 통해 전자와 정공의 재결합 확률을 높인다.
다른 서브발광층(922, 923) 역시 중간층(B2, G2)에서는 전자와 정공의 재결합 확률이 높으며, 또한 외곽층(B1, B3, G1, G3)을 통해서는 결합하지 않은 전하를 신속히 이동시킨다.
도 9를 참조하여 제2실시예를 설명한다. 제2실시예는 적색광 발광층(921)과 녹색광 발광층(923)의 구조가 제1실시예와 다르다.
적색광 발광층(921)은 제1층(R1)과 제2층(R2)을 포함한다.
제1층(R1)은 정공수송층(910)과 접하며, 정공수송물질이 저함량으로 도핑되어 있다. 제2층(R2)는 청색광 발광층(922)과 접하며, 정공수송물질이 고함량으로 도핑되어 있다.
제1층(R1)은 제2층(R2)보다 두꺼우며, 적색광은 주로 제1층(R1)에서 발광된다.
녹색광 발광층(923)은 제1층(G1)과 제2층(G2)를 포함한다.
제1층(G1)은 청색광 발광층(922)과 접하며, 전자수송물질이 고함량으로 도핑되어 있다. 제2층(G2)은 전자수송층(930)과 접하며, 전자수송물질이 저함량으로 도핑되어 있다.
제2층(G2)은 제1층(G1)보다 두꺼우며, 녹색광은 주로 제2층(G2)에서 발광된다.
도 10을 참조하여 제3실시예를 설명한다.
적색광 발광층(921)은 제1층(R1)과 제2층(R2)을 포함한다.
제1층(R1)은 정공수송층(910)과 접하며, 전하수송물질이 도핑되어 있지 않 다. 제2층(R2)은 청색광 발광층(922)과 접하며, 정공수송물질과 전자수송물질이 같이 도핑되어 있다.
제1층(R1)은 제2층(R2)보다 두꺼우며, 적색광은 주로 제1층(R1)에서 발광된다.
청색광 발광층(922)은 제1층(B1), 제2층(B2) 및 제3층(B3)으로 나누어진다.
제1층(B1)은 적색광 발광층(921)에 접하며, 제3층(B3)은 녹색광 발광층(923)에 접한다.
제1층(B1)과 제3층(B3)에는 정공수송물질과 전자수송물질이 같이 도핑되어 있다. 반면 제1층(B1)과 제3층(B2) 사이에 위치하는 제2층(B2)에는 전하수송물질이 도핑되어 있지 않다.
제2층(B2)은 제1층(B1) 및 제3층(B3)에 비하여 두꺼우며, 청색광은 주로 제2층(B2)에서 발광된다.
녹색 발광층(923)은 제1층(G1)과 제2층(G2)을 포함한다.
제1층(G1)은 청색광 발광층(922)과 접하며, 정공수송물질과 전자수송물질이 같이 도핑되어 있다. 제2층(G2)는 전자수송층(930)과 접하며, 전하수송물질이 도핑되어 있지 않다.
제2층(G2)은 제2층(G1)보다 두꺼우며, 녹색광은 주로 제2층(G2)에서 발광된다.
제3실시예에서는 서브발광층(921, 922, 923)의 경계에 전자수송물질과 정공수송물질이 같이 도핑되어 있다. 따라서 결합되지 않은 전자와 정공이 모두 다른 층으로 신속히 이동할 수 있다.
도 11을 참조하여 제4실시예를 설명한다.
적색광 발광층(921)과 녹색광 발광층(923)의 구조는 제3실시예와 동일하며, 다만 청색광 발광층(922)은 전하이동물질로 도핑되어 있지 않다.
도 12a 및 도 12b를 참조하여 본 발명에 따른 표시장치의 제조방법을 설명한다. 도 12a 및 도 12b는 호스트-도판트 구조로 이루어진 박막을 형성하는 증발장치를 나타낸 것이다. 본 발명에서는 정공수송층(910), 서브 발광층(921, 922, 923), 전자수송층(930)이 호스트-도판트 구조로 이루어질 수 있다.
증발장치(100)는 증발공간(111)을 형성하는 진공챔버(110), 증발공간(111)의 상부에 위치하는 기판 지지부(120), 기판 지지부(120)에 연결되어 기판 지지부(120)를 회전시키는 구동부(130)를 포함한다.
박막 형성 시, 기판 지지부(120)에는 박막이 형성될 기판(2)이 장착되고, 증발공간(111)의 하부에는 호스트 물질이 담긴 제1소스(140)와 도판트 물질이 담긴 제2소스(150)가 위치한다.
정공수송층(910)을 형성할 경우 도판트 물질은 전자 수용물질이며, 전자수송층(930)을 형성할 경우 도판트 물질은 전자 공여 물질일 수 있다. 서브 발광층(921, 922, 923)을 형성할 경우 도판트 물질은 정공수송물질 또는 전자수송물질일 수 있다.
제1소스(140)와 제2소스(150)에 열을 가하면, 호스트 물질의 증기와 도판트 물질의 증기가 기판(2)으로 공급된다. 기판(2)과 접촉한 호스트 물질의 증기와 도 판트 물질의 증기는 냉각되어 박막을 형성한다. 박막 형성과정에서 균일한 박막형성을 위해 기판(2)은 회전한다.
제2소스(150)의 온도를 낮추면 증발속도가 느려져 도판트의 함량이 낮아지고, 제2소스(150)의 온도를 증가시키면 증발속도가 빨라져 도판트의 함량이 증가한다.
한편, 제2소스(150)의 상부에는 개폐부(160)가 마련되어 있다. 개폐부(160)는 도 12a와 같은 개방상태와 도 12b와 같은 폐쇄상태일 수 있다. 개폐부(160)를 이용하면 도판트의 도핑을 더욱 확실히 조절할 수 있다.
도 13, 도 14a 및 도 14b를 참조하여 제5실시예에 따른 표시장치를 설명한다. 도 13은 도 2의 'A'에 해당하는 부분의 확대도이다.
도 13을 보면 정공수송층(910)과 발광층(920) 사이에 제1블록킹층(940)이 위치하며, 발광층(920)과 전자수송층(930) 사이에 제2블록킹층(950)이 위치한다.
정공수송층(910)은 정공수송물질인 제1호스트와 전자수용물질(electron accepting material)인 제1도판트를 포함하며, 전자수송층(930)은 전자수송물질인 제2호스트와 전자공여물질(electron donating material)인 제2도판트를 포함한다.
또한 발광층(920)에는 두께 방향을 따라 농도가 달라지도록 전하수송물질이 도핑되어 있다.
제1블록킹층(940)은 정공수송물질이다. 도 14a와 같이 제1블록킹층(940)은 정공수송층(910) 보다 큰 LUMO 에너지 레벨을 가지고 있기 때문에 발광층(920)의 전자가 제1블록킹층(940) 내로 도입되기 어렵다. 제1블록킹층(940)에 의해 발광 층(920)에서 사용되지 않고 정공수송층(910)으로 도입되는 전자가 감소하여, 전하 이용 효율이 더욱 증가한다.
제2블록킹층(950)은 전자수송물질이다. 도 14b와 같이 제2블록킹층(950)은 전자수송층(930) 보다 작은 HOMO 에너지 레벨을 가지고 있기 때문에 발광층(920)의 정공이 제2블록킹층(950) 내로 도입되기 어렵다. 제2블록킹층(950)에 의해 발광층(920)에서 사용되지 않고 전자수송층(930)으로 도입되는 전자가 감소하여, 전하 이용 효율이 더욱 증가한다.
이상과 같이 본 발명에 따르면 전하 이용 효율을 증가시킬 수 있다. 전하 이용 효율이 증가하면 광효율이 증가하며, 구동전압을 낮출 수 있어 소비전력도 감소시킬 수 있다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전하이용 효율이 우수한 표시장치가 제공된다.

Claims (30)

  1. 제1전극, 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 위치하는 발광층을 포함하는 표시장치에 있어서,
    상기 발광층은,
    순차적으로 적층되어 있는 복수의 서브발광층을 포함하며, 두께방향을 따라 함량이 달라지는 전하수송물질이 도핑되어 있는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 서브발광층 중 적어도 어느 하나는,
    상기 전하수송물질이 제1 함량으로 도핑되어 있는 한 쌍의 제1영역과;
    상기 전하수송물질이 상기 제1함량보다 낮은 제2함량으로 도핑되어 있으며, 상기 한 쌍의 제1영역 사이에 위치하는 제2영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2영역의 두께는 상기 한 쌍의 제1영역의 두께의 합보다 큰 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1영역 중 적어도 어느 하나는 상기 복수의 서브 발광층 중 다른 하나와 접하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 서브발광층 중 적어도 어느 하나는,
    상기 전하수송물질이 제1 함량으로 도핑되어 있는 제1영역과;
    상기 전하수송물질이 상기 제1함량보다 낮은 제2함량으로 도핑되어 있는 제2영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2영역의 두께는 상기 제1영역의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1영역은 다른 복수의 서브발광층 중 다른 하나와 접하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2영역은 상기 발광층의 최외곽에 위치하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 백색광을 발광하며,
    상기 발광층에서 발광된 백색광의 광경로 상에 위치하는 컬러필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 서브 발광층은 서로 다른 색상의 빛을 발광하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 위치하는 정공수송층과;
    상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 위치하는 전자수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 서브 발광층 중 상기 정공수송층에 인접한 상기 서브 발광층에 도핑된 상기 전하수송물질은 정공수송물질을 포함하며 ,
    상기 복수의 서브 발광층 중 상기 전자수송층에 인접한 상기 서브 발광층에 도핑된 상기 전하수송물질은 전자수송물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장 치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 정공수송층은 제1호스트와 전자 수용 물질인 제1도판트를 포함하며,
    상기 전자수송층은 제2호스트와 전자 공여 물질인 제2도판트를 포함하는 전자수송층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1호스트의 최고점유궤도(HOMO)의 에너지 레벨은 상기 제1도판트의 최저비점유궤도(LUMO)의 에너지 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 정공수송층은 오믹 접촉을 이루는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1호스트는 N,N'-디[(1-나프탈레닐)-N,N'-디페닐]-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민(N,N'-Di[(1-naphthalenyl)-N,N'-diphenyl]-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine(NPD)), 9,10-비스(m-톨일페닐아미노)안트라센 (anthracene 9,10-bis(m-tolylphenylamino)anthracene, TPA), 스피로-TPA, 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1도판트는 테트라플루오르- 테트라시아노-퀴노디메탄(tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane, F4-TCNQ)을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제2호스트의 최저비점유궤도(LUMO)의 에너지 레벨은 상기 제2도판트의 최고점유궤도(HOMO)의 에너지 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 표시장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 제2전극과 상기 전자수송층은 오믹 접촉을 이루는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 제2호스트는 트리스 (8- 하이드록시퀴놀리나토(tris (8- hydroxyquinolinolato) aluminum, Alq3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 제2도판트는 세슘(Cs), 바륨(Ba), 칼슘(Ca) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 정공수송층과 상기 발광층 사이에 위치하며, 상기 정공수송층보다 최저비점유궤도(LUMO)의 에너지 레벨이 높은 제1블록킹층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 전자수송층과 상기 발광층 사이에 위치하며, 상기 전자수송층보다 최고점유궤도(HOMO)의 에너지 레벨이 낮은 제2블록킹층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  24. 제1전극과;
    상기 제1전극 상에 형성되어 있는 정공수송층과;
    상기 정공수송층 상에 형성되어 있으며, 두께방향을 따라 달라지는 전하이동도를 가지는 발광층과;
    상기 발광층 상에 형성되어 있는 전자수송층과;
    상기 전자수송층 상에 형성되어 있는 제2전극을 포함하는 표시장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 발광층은 순차적으로 적층되어 있으며 서로 다른 색상의 빛을 발광하는 복수의 서브 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  26. 제25항에 있어서,
    복수의 서브발광층 중 적어도 어느 하나는,
    제1전하이동도를 가지는 제1층과;
    상기 제1전하이동도보다 낮은 제2전하이동도를 가지는 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1층은 제1함량의 전하수송물질을 포함하며,
    상기 제2층은 상기 제1함량보다 낮은 제2함량의 전하수송물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 정공수송층은 제1호스트와 전자 수용 물질인 제1도판트를 포함하며,
    상기 전자수송층은 제2호스트와 전자 공여 물질인 제2도판트를 포함하는 전자수송층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  29. 순차적으로 적층되어 있는 제1전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 제 2전극을 포함하는 표시장치에 있어서,
    상기 발광층은 서로 다른 색상을 발광하는 복수의 서브발광층을 포함하며,
    상기 복수의 서브발광층 중 적어도 어느 하나는 전하수송물질이 제1함량으로 도핑되어 있는 제1층과 전하수송물질이 상기 제1함량보다 높은 제2함량으로 도핑되어 있는 제2층을 포함하는 표시장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 정공수송층은 제1호스트와 전자 수용 물질인 제1도판트를 포함하고,
    상기 전자수송층은 제1호스트와 전자 공여 물질인 제2도판트를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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