KR20100012254A

KR20100012254A - 유기발광 표시장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20100012254A
Application number: KR1020080073549A
Authority: KR
Inventors: 김병수; 이희동; 이세희
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-08

Abstract

본 발명은 유기발광 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판 상에 형성된 양극과, 상기 양극과 전계를 형성하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 형성된 유기층을 포함하며, 상기 유기층의 전자 수송층은 가시 광역대에서 굴절률이 1.5 이상 3 이하이거나 흡광 계수가 0.1 이상 1 이하인 값을 가지는 물질이 도핑되는 것을 특징으로 한다.

유기발광 표시장치, 광 추출 효율, Top-Emission

Description

유기발광 표시장치 및 그 제조방법{ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 유기발광 표시장치에 관한 것으로, 특히 최적화된 광 추출 효율을 얻을 수 있는 유기발광 표시장치에 관한 것이다.

최근 다양한 정보를 화면으로 구현해 주는 다양한 표시 장치들 중 종이와 같이 박막화가 가능한 유기 전계발광(Electro-Luminescence) 표시장치가 주목받고 있다. 유기 전계발광 표시장치는 전극 사이의 얇은 유기 발광층을 이용한 자발광 소자로 유기 EL 또는 OLED(Organic Light Emitting Diode) 표시장치라고 부르며 이하에서는 OLED 표시장치를 사용한다. OLED 표시장치는 액정 표시장치와 비교하여 저소비전력, 박형, 자발광 등의 장점을 갖지만, 수명이 짧다는 단점을 갖는다.

OLED 표시장치는 한 화소를 구성하는 3색(R, G, B) 서브 화소 각각을 독립적으로 구동하여 동영상을 표시하기에 적합한 액티브 매트릭스 타입을 중심으로 발전되고 있다. 액티브 매트릭스 OLED(이하, AMOLED) 표시장치의 각 서브 화소는 양극 및 음극 사이의 유기 발광층으로 구성된 OLED와, OLED를 독립적으로 구동하는 서브 화소 구동부를 구비한다. 서브 화소 구동부는 적어도 2개의 박막 트랜지스터와 스 토리지 커패시터를 포함하여 데이터 신호에 따라 OLED로 공급되는 전류량을 제어하여 OLED의 밝기를 제어한다. OLED는 양극과 음극 사이에 유기물로 적층된 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층을 포함한다. 양극과 음극 사이에 순방향 전압이 인가되면 음극으로부터의 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하고, 양극으로부터의 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 발광층으로 이동한다. 발광층은 전자 수송층으로부터의 전자와 정공 수송층으로부터의 정공의 재결합으로 빛을 방출하고, 밝기는 양극과 음극 사이에 흐르는 전류량에 비례한다.

이러한 OLED 표시장치의 발광층에서 발생되는 광의 대부분은 내부반사로 인해 유기 발광 표시장치의 내부에 트랩되고 광출력량에 기여하지 못하므로 광 추출 효율을 개선시키는 방안이 요구되어지고 있다.

따라서, R, G, B 서브 화소 별로 각각의 유기막 즉, 정공 수송층 또는 정공 주입층의 두께를 조절함으로써 광 추출 효율을 향상시키는 방안이 제안되었었다.

하지만, 각 서브 화소 별로 유기층의 정공 주입층 또는 정공 수송층과 같은 유기막의 두께를 조절하게 되면, 각 서브 화소에서의 캐리어 균형이 변화되고 소자 특성 자체가 크게 변화되어 원하는 특성을 얻기 어려워 효율 저하의 원인이 되며, 유기막의 두께를 두껍게 가져가게 될 경우 이에 따른 재료 소비량도 많아지고 공정의 Tact time 고려시 조건에 제약이 발생하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 유기발광 표시장치에 있어서 특히 최적화된 광 추출 효율을 얻을 수 있는 유기발광 표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 유기발광 표시장치는 기판 상에 형성된 양극과, 상기 양극과 전계를 형성하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 형성된 유기층을 포함하며, 상기 유기층의 전자 수송층은 가시 광역대에서 굴절률이 1.5 이상 3 이하이거나 흡광 계수가 0.1 이상 1 이하인 값을 가지는 물질이 도핑되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 유기발광 표시장치의 제조방법은 기판 상에 양극을 형성하는 단계와, 상기 양극 상에 유기층을 형성하는 단계와, 상기 유기층을 사이에 두고 상기 양극과 전계를 이루는 음극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유기층의 전자 수송층은 가시 광역대에서 굴절률이 1.5 이상 3 이하이거나 흡광 계수가 0.1 이상 1 이하인 값을 가지는 물질이 도핑되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 유기발광 표시장치 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

유기막의 두께 제약 없이 전자 수송층에 가시 광역대에서 굴절률이 1.5 이상 3 이하이거나 흡광 계수가 0.1 이상 1 이하인 값을 가지는 물질을 도핑함으로써 최적의 광 추출 효율을 도출할 수 있으며 종래와 같이, 최적의 광 추출 효율을 나타내기 위해 유기층의 정공 주입층 또는 정공 수송층과 같은 유기막의 두께를 조절하는 경우 각 서브 화소에서의 캐리어 균형이 변화되고 소자 특성 자체가 크게 변화되어 원하는 특성을 얻기 어려워 효율 저하의 원인이 되며, 유기막의 두께를 두껍게 가져가게 될 경우 이에 따른 재료 소비량도 많아지고 공정의 Tact time 고려시 조건에 제약이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 일반적인 유기 발광 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 유기 발광 표시장치는 기판(100) 상에 형성된 양극(anode)(150) 및 음극(cathode)(170)과, 양극(150) 및 음극(170) 사이에 형성된 유기층으로 구성된다. 유기층은 양극(150)에서부터 순차적으로 정공 주입층(hole injection layer : HIL)(152), 정공 수송층(hole transporting layer : HTL)(154), 발광층(emission layer : EML)(160), 전자 수송층(electron transporting layer : ETL)(162), 전자 주입층(electron injection layer : EIL)(164)이 형성된다.

이러한 유기 발광 표시장치는 양극(150) 및 음극(170)에 구동 전압이 인가되면 정공 주입층(152) 내의 정공과 전자 주입층(164) 내의 전자는 각각 발광층(160) 쪽으로 진행하여 발광층(160) 내로 유입된다. 전자와 정공이 발광층(160) 내에 유입되면 엑시톤(exiton)이 생성되며 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 떨어지 면서 에너지 차이 만큼에 해당하는 가시광을 발생시킨다.

발광층에서 발생되는 광의 대부분은 내부반사로 인해 유기 발광 표시장치의 내부에 트랩되고 광출력량에 기여하지 못하므로 광 추출 효율을 개선시키는 방안이 요구되어지고 있다.

도 2는 본 발명에 따른 유기 발광 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2를 참조하면, 유기 발광 표시장치는 하부 기판(100) 상에 형성된 양극(anode)(150) 및 음극(cathode)(170)과, 양극(150) 및 음극(170) 사이에 형성된 유기층으로 구성된다.

유기층은 양극(150)에서부터 순차적으로 정공 주입층(hole injection layer : HIL)(152), 정공 수송층(hole transporting layer : HTL)(154), 발광층(emission layer : EML)(160), 전자 수송층(electron transporting layer : ETL)(162), 전자 주입층(electron injection layer : EIL)(164)이 형성된다.

양극(150)은 Al, Al/Li, Ma/Ag, Al/Nd 등과 같은 반사율이 높은 금속으로 형성된다.

음극(170)은 투과성 또는 반투과성을 가지는 도전 물질로 형성되며, 투과성 물질로는 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO), 주석산화물(Tin Oxide : TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide : ITZO) 등을 사용하며, 반투과성 물질로는 LiF/Al, CsF/Al, Mg:Ag, Ca/Ag, Ca:Ag, LiF/Ma:Ag, LiF/Ca/Ag, LiF/Ca:Ag 등의 물질을 박막으로 형성하는 것이 바람직하다.

음극(170)이 투명 도전층으로 형성될 경우 음극(170) 상에 음극(170)의 저항을 낮추기 위한 목적으로 보조 전극(도시하지 않음)을 구비할 수도 있다. 보조 전극(도시하지 않음)은 음극(170)보다 낮은 저항값을 가지는 도전성 금속 물질로 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등을 사용하며 발광층(160)의 비발광 영역에 형성된다.

이러한 유기 발광 표시장치는 외부의 산소나 습기에 의해 그 수명이 크게 감소하므로 이를 차단하기 위해 흡습제(도시하지 않음)가 부착된 상부 기판(200)과 실런트(도시하지 않음)를 이용하여 봉지(Encapsulation)하여 탑-이미션(top-emission) 방식의 유기 발광 표시장치를 완성한다.

또한, 유기 발광 표시장치는 양극(150) 및 음극(170)에 구동 전압이 인가되면 정공 주입층(152) 내의 정공과 전자 주입층(164) 내의 전자는 각각 발광층(160) 쪽으로 진행하여 발광층(160) 내로 유입된다. 전자와 정공이 발광층(160) 내에 유입되면 엑시톤(exiton)이 생성되며 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 떨어지면서 에너지 차이 만큼에 해당하는 가시광을 발생시킨다. 이렇게 발광층(160)으로부터 발생되는 가시광은 상부 기판(200) 방향으로 전면 발광하게 된다.

여기서, 유기층의 전자 수송층(electron transporting layer : ETL)(162)을 성막시 전자 수송층(162)에 알칼리 토 금속류 중 어느 하나를 도핑하여 광 특성을 변경시킴으로써 광 추출 효율을 향상시킨다. 알칼리 토 금속류들은 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 세슘(Cs) 등이 있으며, 가시 광역대에서 굴절률(n)이 1.5 이상 3 이하이거나 흡광 계수(k)가 0.1 이상 1 이하인 값을 특징으로 한다. 또한, 전자 수송층에 도핑됨으로써 전자 이동도(Electron Mobility)를 증가시킨다.

도 3a 내지 도 3c는 도 2의 유기 발광 표시장치의 제조방법을 개략적으로 나타낸 단면도들이다.

도 3a를 참조하면, 하부 기판 상에 증착 방법을 통해 양극(anode)(150), 정공 주입층(hole injection layer : HIL)(152), 정공 수송층(hole transporting layer : HTL)(154) 및 발광층(emission layer : EML)(160)을 순차적으로 증착한다.

이어서, 도 3b와 같이 전자 수송층(electron transporting layer : ETL)(162)을 증착한 후, 전자 수송층에 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 세슘(Cs) 등과 같은 알칼리 토 금속류 중 어느 하나를 도핑한다. 알칼리 토 금속류들은 가시 광역대에서 굴절률(n)이 1.5 이상 3 이하이거나 또는 흡광 계수(k)가 0.1 이상 1 이하인 값을 특징으로 하며, 전자 수송층에 도핑됨으로써 전자 이동도(Electron Mobility)를 증가시킨다.

도핑된 전자 수송층(162) 상에 도 3c와 같이, 전자 주입층(electron injection layer : EIL)(164), 음극(cathode)(170)이 순차적으로 증착된 후, 흡습제(도시하지 않음)가 부착된 상부 기판과 실런트(도시하지 않음)를 이용하여 봉지(Encapsulation)하여 합착한다.

도 4는 표 1에 따른 유기 발광 표시장치의 스펙트럼 변화를 나타내는 그래프이다.

	CIE		Efficiency (intensity)
	x	y	Efficiency (intensity)
A	0.133	0.678	412
B	0.139	0.681	418
C	0.160	0.685	436
D	0.188	0.684	457

표 1은 마그네슘(Mg)을 전자 수송층(electron transporting layer : ETL)(162)에 도핑했을 경우, 녹색(G) 서브 화소 영역에서의 흡광 계수(k) 값의 변화에 따른 전기광학적 특성을 나타낸다. 구체적으로, B, C, D는 347㎚∼802㎚ 파장 범위에서의 흡광 계수(k)의 평균값이 각각 0.179, 0.329, 0.529일 경우를 나타내며, 기준값인 A와 비교하였을 경우 흡광 계수의 값의 변화에 따라 도 5의 색좌표 x, y 값에 따른 색감 및 효율이 변화됨을 알 수 있다.

구체적으로, 같은 강도에서 흡광 계수 값의 변화에 따라 파장이 변화함을 알 수 있다. 따라서, 전자 수송층에 도핑된 물질의 흡광 계수를 조절함으로써 광 특성이 변화되며 이에 따라, 최적의 광 추출 효율을 조절할 수 있다.

이와 같이, 최적의 광 추출 효율을 나타내기 위해 유기층의 정공 주입층 또는 정공 수송층과 같은 유기막의 두께를 조절하게 되는데 이 경우 각 서브 화소에서의 캐리어 균형이 변화되고 소자 특성 자체가 크게 변화되어 원하는 특성을 얻기 어려워 효율 저하의 원인이 되며, 유기막의 두께를 두껍게 가져가게 될 경우 이에 따른 재료 소비량도 많아지고 공정의 Tact time 고려시 조건에 제약이 발생하는 문제점이 있으므로 유기막의 두께 제약 없이 도핑량 조절에 의해 캐비티를 조절하면 이와 같은 문제점이 해결된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 5는 CIE 색좌표를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 하부 기판 150 : 양극

152 : 정공 주입층 154 : 정공 수송층

160 : 발광층 162 : 전자 수송층

164 : 전자 주입층 170 : 음극

200 : 상부 기판

Claims

기판 상에 형성된 양극과,

상기 양극과 전계를 형성하는 음극과,

상기 양극과 음극 사이에 형성된 유기층을 포함하며,

상기 유기층의 전자 수송층은 가시 광역대에서 굴절률이 1.5 이상 3 이하이거나 흡광 계수가 0.1 이상 1 이하인 값을 가지는 물질이 도핑되는 것을 특징으로 하는 유기발광 표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전자 수송층에 도핑되어진 물질은 알칼리 토 금속류인 것을 특징으로 하는 유기발광 표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 알칼리 토 금속류는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 세슘(Cs) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광 표시장치.
기판 상에 양극을 형성하는 단계와,

상기 양극 상에 유기층을 형성하는 단계와,

상기 유기층을 사이에 두고 상기 양극과 전계를 이루는 음극을 형성하는 단 계를 포함하며,

상기 유기층의 전자 수송층은 가시 광역대에서 굴절률이 1.5 이상 3 이하이거나 흡광 계수가 0.1 이상 1 이하인 값을 가지는 물질이 도핑되는 것을 특징으로 하는 유기발광 표시장치의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 유기층을 형성하는 단계는

상기 양극 상에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 순차적으로 증착하는 단계와,

상기 전자 수송층 상에 상기 가시 광역대에서 굴절률이 1.5 이상 3 이하이거나 흡광 계수가 0.1 이상 1 이하인 값을 가지는 물질을 도핑하는 단계와,

상기 도핑된 전자 수송층 상에 전자 주입층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 표시장치의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 전자 수송층에 도핑되어진 물질은 알칼리 토 금속류인 것을 특징으로 하는 유기발광 표시장치의 제조방법.
제 6 항에 있어서,

상기 알칼리 토 금속류는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 세슘(Cs) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광 표시장치의 제조방법.