KR20120064522A

KR20120064522A - 유기전계 발광소자

Info

Publication number: KR20120064522A
Application number: KR1020100125798A
Authority: KR
Inventors: 이재원
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-06-19
Also published as: KR101717969B1

Abstract

본 발명은, 제 1 기판 상에 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상에 형성되며 정공주입층, 정공수송층과 유기 발광 물질층을 포함하는 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 정공주입층과 정공수송층 중 적어도 어느 하나의 층은 그 두께가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층, 정공주입층을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)를 만족하도록 형성되는 유기전계 발광소자를 제공한다.

Description

유기전계 발광소자{Organic electro-luminescent Device}

본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electro-luminescent Device)에 관한 것이며, 특히 상부발광 방식의 구조에서 저저항 특성을 유지하면서도 캐소드 전극의 투과율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자에 관한 것이다.

평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다.

또한, 유기전계 발광소자는 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 용이하다. 그리고, 유기전계 발광소자는 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이한 장점이 있다.

이러한 장점을 갖는 상기 유기전계 발광소자의 제조공정은 증착(deposition) 및 인캡슐레이션(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에 제조 공정이 매우 단순하다.

따라서, 전술한 바와 같은 장점을 갖는 유기전계 발광소자는 최근에는 TV, 모니터, 핸드폰 등 다양한 IT기기에 이용되고 있다.

이하, 유기전계 발광소자의 기본적인 구조에 대해서 조금 더 상세히 설명한다.

유기전계 발광소자는 크게 어레이 소자와 유기전계 발광 다이오드로 이루지고 있다. 상기 어레이 소자는 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 유기전계 발광 다이오드와 연결된 구동 박막트랜지스터로 이루어지며, 상기 유기전계 발광 다이오드는 상기 구동 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극과 유기 발광층 및 제 2 전극으로 이루어지고 있다.

이러한 구성을 갖는 유기전계 발광소자는 상기 유기 발광층으로부터 발생된 빛은 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극을 향해 출사됨으로써 화상을 표시하게 된다.

전술한 바와같은 구성을 갖는 유기전계 발광소자는 유기 발광물질을 사용하는 특성 상 발광효율과 소자의 수명이 가장 큰 이슈가 되고 있으며, 보다 장시간 사용이 가능한 유기전계 발광소자를 제공하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 유기 발광층을 발광효율 저감없이 종래의 일반적인 유기전계 발광소자 대비 장수명을 갖는 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 제 1 기판 상에 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상에 형성되며 정공주입층, 정공수송층과 유기 발광 물질층을 포함하는 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 정공주입층과 정공수송층 중 적어도 어느 하나의 층은 그 두께가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층, 정공주입층을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)를 만족하도록 형성되는 것이 특징이다.

이때, 상기 제 1 기판에는 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의되며, 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와; 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과; 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 뱅크를 더 포함하고, 상기 제 1 전극은 상기 보호층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성되고, 상기 제 2 전극은 상기 유기 발광층 및 상기 뱅크 상의 상기 표시영역 전면에 형성되는 것이 특징이다.

또한, 상기 정공수송층은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-

benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), PEDOT, PANI 중 어느 하나로 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 전극과 상기 정공수송층 사이에 버퍼층이 더욱 구비될 수 있다.

또한, 상기 유기 발광층은 상기 유기 발광 물질층 상부로 전자수송층과 전자주입층이 형성된 것이 특징이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 제 1 기판 상에 형성된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 형성된 제 1 공통층; 상기 제 1 공통층 상에 형성된 유기 발광 물질층; 상기 유기 발광 물질층 상에 형성된 제 2 공통층 및 상기 제 2 공통층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 공통층의 두께가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 제 1 공통층을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)를 만족하도록 형성되는 것이 특징이다.

이때, 상기 제 1 공통층은 정공수송층이거나, 순차로 적층되는 정공주입층 및 정공수송층이거나, 순차로 적층되는 버퍼층, 정공주입층 및 정공수송층인 것이 특징이다.

본 발명에 따른 유기전계 발광 소자는 정공주입층과 정공수송층의 두께를 (4*λ/(4n))*m(λ: 파장, n : 유기물의 굴절율, m:자연수)를 만족하도록 종래의 유기전계 발광소자 대비 상대적으로 큰 두께를 갖도록 형성함으로써 원활한 커비티 효과가 구현되면서도 제조 공정 진행 시 파티클에 의한 불량을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 정공주입층과 정공수송층의 두께를 (4*λ/(4n))*m(λ: 파장, n : 유기물의 굴절율, m:자연수)를 만족하도록 형성하고, 나아가 제1전극과 정공수송층 사이에 함으로써 정공이 전자 이동도보다 빠름으로써 발생하는 유기 발광 물질층 내에서의 전하 불균형(charge balance)에 의한 발광효율이 저하 및 수명이 저하를 방지하는 효과가 있다.

나아가 정공과 전자의 균형을 도모함으로써 소자의 수명을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 하나의 화소에 대한 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 3은 유기물질로 이루어진 정공수송층의 두께별 발광 특성을 나타내 그래프.
도 4는 유기전계 발광소자에 있어서 유기물질로 이루어진 정공수송층의 두께별 평균적인 외부 광추출 효율을 나타낸 그래프.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해서 유기전계 발광소자의 하나의 화소에 대한 회로도인 도 1을 참조하여 간단히 설명한다.

도시한 바와 같이 유기전계 발광소자의 하나의 화소에는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)가 구비되고 있다.

즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있다. 또한, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.

한편, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고 있으며, 타측 단자인 제 2 전극은 접지되고 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계 발광 다이오드(E)로 전달하게 된다.

또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 있다.

따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해진다. 이로 인해 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 된다.

한편, 상기 스토리지 커패시터(StgC)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 각 화소영역(P) 내에 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시)이라 정의한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(110)과, 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(170)은 무기막 또는 유기막 등으로 대체됨으로써 생략될 수 있다.

우선, 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.

상기 제 1 기판(110) 상의 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 각각 순수 폴리실리콘으로 이루어지며, 그 중앙부는 채널의 통로를 이루는 제 1 영역(113a), 그리고 상기 제 1 영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다.

이때, 상기 반도체층(113)과 상기 제 1 기판(110) 사이에는 전면에 무기절연물질 예를 들면, 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 더욱 구비될 수도 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 상기 반도체층(113)의 결정화시 상기 제 1 기판(110) 내부로부터 나오는 알카리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(113)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.

상기 반도체층(113)을 덮으며 게이트 절연막(116)이 전면에 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 위로 상기 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 상기 각 반도체층(113)의 제 1 영역(113a)에 대응하여 각각 게이트 전극(120)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 스위칭 영역(미도시)에 형성된 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.

다음, 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시) 위로 무기절연물질 예를 들면, 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)에는 상기 제 1 영역(113a) 양측면에 위치한 상기 제 2 영역(113b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 구비되고 있다.

상기 반도체층 콘택홀(125)이 구비된 상기 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.

또한, 상기 층간절연막(123) 위로 각 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다.

한편, 상기 구동영역(DA)에 순차 적층된 상기 반도체층(113)과 게이트 절연막(116)과 게이트 전극(120)과 층간절연막(123)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다. 이때, 상기 스위칭 영역(미도시)에도 상기 구동영역(DA)에 형성된 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조의 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되고 있다.

이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결되고 있으며, 나아가 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와도 연결되고 있다.

상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 상기 제 2 영역(113b)에 도핑되는 불순물에 따라 p타입 또는 n타입 박막트랜지스터를 이루게 된다. p타입 박막트랜지스터의 경우는 제 2 영역(113b)에 3족의 원소 예를 들면, 붕소(B)를 도핑함으로써 이루어지게 되며, n타입 박막트랜지스터의 경우는 상기 제 2 영역(113b)에 5족의 원소 예를 들면, 인(P)을 도핑함으로써 이루어지게 된다.

p타입의 박막트랜지스터는 캐리어로서 정공이 이용되며, n타입의 박막트랜지스터는 캐리어로서 전자가 이용된다. 따라서, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 연결되는 제 1 전극(147)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 타입에 따라 애노드 또는 캐소드 전극의 역할을 하게 되는 것이다.

즉, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 p타입인 경우, 상기 제 1 전극(147)은 애노드 전극의 역할을 하며, n타입인 경우 상기 제 1 전극(147)은 캐소드 전극의 역할을 하게 된다.

본 발명의 실시예에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 p타입을 이룸으로써 상기 제 1 전극(147)이 애노드 전극의 역할을 하는 것을 일례로 설명하고 있지만, 변형예로서 상기 구동 박막트랜지스터가 n타입을 이룰 경우 상기 제 1 전극 캐소드 전극의 역할을 하도록 형성될 수도 있다.

다음, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 보호층(140)이 형성되어 있다.

또한, 상기 보호층(140) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 일함수 값이 큰 투명 도전성 물질 예를 들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어진 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.

이때, 상기 제 1 전극(147)은 전술한 투명 도전성 물질로만 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있고, 또는 유기전계 발광 다이오드(E)의 상부로의 발광효율 증대를 위해 반사율이 우수한 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 이루어진 제 1 층(147a)과 상기 일함수 값이 높은 금속물질로 이루어진 제 2 층(147b)의 이중층 구조를 갖도록 이루어질 수도 있다. 도면에 있어서는 상기 제 1 전극(147)은 이중층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.

다음, 전술한 바와 같이 단일층 또는 이중층 구조를 가지며 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147)의 가장자리와 중첩하며 상기 보호층(140) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 뱅크(150)가 형성되어 있다.

한편, 상기 뱅크(150)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 내부에는 상기 제 1 전극(147) 위로 유기 발광층(155)이 형성되고 있다. 이때, 상기 유기 발광층(155)은 발광 효율을 높이기 위해 상기 애노드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 전극(147) 상부로부터 순차적으로 정공주입층(hole injection layer)(155a), 정공수송층(hole transporting layer)(155b), 유기 발광 물질층(emitting material layer)(155c), 전자수송층(electron transporting layer)(155d) 및 전자주입층(electron injection layer)(155e)의 구조를 가지며 형성되고 있다.

이때, 상기 정공수송층은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-

benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), PEDOT, PANI 중 어느 하나로 이루어지는 것이 특징이다.

한편, 적, 녹, 청색을 발광하는 각 화소영역(p)에서 각각 발광되는 빛은 그 주 파장대를 달리하므로 각 층의 굴절율 및 물성에 의해 전반사되는 조건이 달리하게 되며, 색순도 및 발광효율 향상을 위한 마이크로 커비티(micro cavity) 효과 구현을 위해 상기 정공수송층(155b) 두께를 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역(P)별로 달리 형성하고 있다.

마이크로 커비티(micro cavity) 효과란 주 파장대를 달리하는 빛이 투과하는 물질층의 두께를 다르게 함으로써 즉, 그 광학거리를 달리함으로 유기 발광 물질층(155c)으로부터 나온 빛이 제 1 전극(147) 및 제 2 전극(158) 사이에서 선택적 반사를 반복하여 광출력을 높여 최종적으로 상기 제 1 전극(147) 또는 제 2 전극(158)의 외측으로 빛을 투과시키는 현상을 말한다.

이러한 마이크로 커비티 효과를 구현하기 위해 투명 도전성 물질로 이루어지는 제 1 전극(147)의 두께를 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역(P)별로 달리하거나 또는 정공수송층(155b)의 두께를 달리하고 있다.

이때, 마이크로 커비티 효과 구현을 위해 정공수송층(155b)의 두께를 달리하는 경우, 종래의 유기전계 발광소자의 경우, 상기 정공수송층은 첫 번째 커비티 모드를 만족시키도록 즉, λ/(4n)(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층을 이루는 유기물질의 굴절율)를 만족하는 두께를 갖도록 형성하고 있다.

일례로 청색 화소영역에 있어서는 청색을 발광하는 빛은 450nm의 파장을 가지며, 이때 상기 정공수송층(155b)을 이루는 물질의 굴절율이 1.8이라 가정할 때, 상기 정공수송층은 60nm정도의 두께를 갖도록 형성하고 있다.

이러한 첫 번째 커비티 모드 조건을 만족하도록 상기 정공수송층을 형성하는 경우, 마이크로 커비티 효과 구현에 의해 색재현율과 발광효율이 향상된다.

하지만, 상기 정공수송층(155b)의 두께가 너무 얇아 이의 형성을 위한 공정 진행시 파티클 등이 개입되는 경우, 얇은 두께 특성 상 제 1 및 제 2 전극간의 쇼트를 유발시킴으로써 불량률을 증가시키고 있다.

또한, 상기 유기 발광 물질층을 인광 발광 물질, 즉, 발광 호스트로는 형광 발광 물질에 도펀트로 인광 물질을 사용하는 경우에는 정공의 이동이 전자 이동보다 빠르다. 유기전계 발광소자는 유기 발광 물질층 내에서 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 생성되고, 이렇게 생성된 엑시톤이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어지면서 발광을 하게 되어 빛을 발생하게 되는데, 정공의 이동이 전자의 이동보다 빠름으로써 상기 유기 발광 물질층에 머물러야 할 정공들이 전자 수송층까지 전달됨에 따라 색순도가 저하되는 현상이 발생한다.

즉, 유기 발광 물질층 내에서의 전하 균형(charge balance)이 맞지 않아, 이로인해 발광효율이 저하되며 나아가 수명이 저하되고 있다.

따라서 이러한 문제를 해결하고자, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어서 가장 특징적인 것으로, 상기 정공수송층(155b) 또는 상기 정공 주입층(155a) 중 적어도 어느 하나의 층은 그 두께가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층(155b) 또는 정공주입층(155a)을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)을 만족하도록 형성되고 있다는 것이다.

일례로 청색 화소영역(P)에 있어서는 청색을 발광하는 빛은 450nm의 파장을 가지며, 1.8정도의 굴절율을 갖는 유기물질로 상기 정공수송층(155b)을 형성하는 경우, 상기 정공수송층(155b)은 (4*λ/(4n))*m를 만족하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 실시예에 의해서는 m이 1인 경우 240nm정도의 두께를 갖게 된다.

전술한 첫 번째 커비티 모드를 만족하도록, 즉 λ/(4n)(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층을 이루는 유기물질의 굴절율)를 만족하도록 정공수송층이 형성된 비교예의 경우는 60nm가 되지만, 정공수송층(155b)이 (4*λ/(4n))*m를 만족하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 실시예에 따른 경우, 240nm, 480nm...가 됨을 알 수 있다.

도 3은 유기물질로 이루어진 정공수송층의 두께별 발광 특성을 나타내 그래프이며, 도 4는 유기전계 발광소자에 있어서 유기물질로 이루어진 정공수송층의 두께별 평균적인 외부 광추출 효율을 나타낸 그래프이다.

우선, 도 3을 참조하면, 정공수송층의 두께에 따라 발광효율은 그 내부에서의 커비티 효과에 구현에 의해 피크치를 이루는 다수의 커비티 모드를 가짐을 알 수 있다. 정공수송층에 있어서 발광효율이 극대화되는 첫 번째 커비티 모드는 그 두께가 50nm인 부근에서 발생되며, 두 번째 커비티 모드는 그 두께가 200nm 인 부근이 됨을 알 수 있다.

이때, 첫 번째 커비티 모드보다 두 번째 커비티 모드에서 발광효율이 조금 떨어지는 것을 나타내지만, 도 4를 참조하여 유기전계 발광소자를 이룬 후 평균적인 외부 광추출 효율(out-coupling efficiency)을 살펴보면, 첫 번째와 두 번째 커비티 모드에서 거의 비슷한 수준의 외부 광추출 효율을 가짐을 알 수 있다.

유기전계 발광소자에서 발광효율이란 실질적으로 사용자가 인지하는 것이 되며, 외부 광추출 효율(out-coupling efficiency)이 유사한 경우 유사한 발광효율을 갖는다 할 것이다.

이러한 사실에 입각할 때, 실질적으로 정공수송층(155b)은 첫 번째 커비티 모드를 이루는 두께를 갖도록 형성하거나, 또는 두 번째 커비티 모드를 갖도록 형성하는 경우 모두 유사한 발광효율을 갖게 됨을 알 수 있다.

한편, 도 3 및 도 4에 제시된 그래프에서는 정공수송층에 대한 것만 나타내었지만, 정공주입층에 대해서도 이와 유사한 결과를 얻을 수 있다.

도 2를 참조하면, 이렇게 본 발명에 따른 실시예에서와 같이 상기 정공수송층(155b) 및 정공주입층(155a) 중 적어도 하나의 물질층에 대해서 그 두께가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층(155b) 또는 정공주입층(155a)을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)을 만족하도록 형성하면, 유기전계 발광소자(101)의 발광효율의 저하없이, 상기 정공수송층(155b) 및 정공주입층(155a)을 포함하는 유기 발광층(155)의 두께가 종래 또는 비교예에 따른 유기전계 발광소자 대비 최소 2배 이상 두꺼워지게 되며, 이 경우 파티클 개입에 의해 발생하는 제 1 및 2 전극(147, 158)의 쇼트 불량을 억제할 수 있다.

일례로 그 직경이 200nm 정도가 되는 금속재질의 파티클이 상기 정공수송층(155b) 형성 시 개입되었다고 가정할 경우, 비교예에서와 같이 60nm정도의 두께를 갖는 정공수송층이 형성되면, 상기 정공수송층 상부로 상기 파티클의 2/3인 140nm의 높이를 갖는 부분이 노출된다.

따라서, 이의 상부에 유기 발광물질층과 전자수송층 및 전자주입층이 형성된다 하여도 이들 물질층이 140nm 보다 큰 두께로 형성되지 않으면 상기 금속재질의 파티클은 여전히 최상부에 위치한 상기 전자주입층의 외부로 노출되며 이러한 상태에서 제 2 전극이 형성되면 제 1 전극과 제 2 전극의 쇼트가 발생된다.

하지만, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 경우, 상기 정공수송층(155b)과 정공주입층(155a) 중 적어도 어느 하나는 4(4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층(155b) 또는 정공주입층(155a)을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)을 만족하도록 그 두께가 형성됨으로써 200nm 이상의 두께를 갖는다.

따라서 그 직경이 200nm인 파티클이 개입된다 하더라도 상기 파티클은 상기 정공주입층(155a) 또는 정공수송층(155b)에 의해 완전히 덮혀지게 됨으로써 상기 제 1 전극(147)과 제 2 전극(158)간의 쇼트 불량은 발생되지 않는다.

또한, 상기 정공수송층(155b)과 정공주입층(155a) 중 적어도 하나가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층(155b) 또는 정공주입층(155a)을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)을 만족하도록 형성되는 경우, 비교예 대비 그 두께가 최소 4배 이상 증가하게 됨으로써 이들 정공수송층(155b) 또는 정공주입층(155a) 자체 내부에서 정공의 패스(path)가 길어짐으로써 그 자체로 정공의 이동을 저감시키는 정공억제층의 역할을 하게 된다.

따라서, 유기 발광 물질층(155c)을 인광 물질로 형성하는 경우, 정공이 전자 이동도보다 빠름으로써 발생하는 유기 발광 물질층(155c) 내에서의 전하 불균형(charge balance)에 의한 발광효율이 저하 및 수명이 저하를 방지할 수 있는 것이 특징이다.

한편, 본 발명에 따른 실시예의 변형예로서 상기 제 1 전극(147)과 상기 정공수송층(155b) 사이 더욱 정확히는 상기 제 1 전극(147)과 정공주입층(155a) 사이 또는 상기 정공주입층(155a)과 상기 정공수송층(155b) 사이에는 버퍼층(미도시)이 더욱 형성될 수 있다.

이러한 버퍼층(미도시)은 정공의 이동을 저감시키는 정공억제층의 역할을 함으로써 4(4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층(155b) 또는 정공주입층(155a)을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)을 만족하는 두께를 가지며 형성되는 상기 정공수송층(155b) 또는 정공주입층(155a)과 더불어 정공이 전자 이동도보다 빠름으로써 발생하는 유기 발광 물질층(155c) 내에서의 전하 불균형(charge balance)에 의한 발광효율이 저하 및 수명이 저하를 방지하는 역할을 한다.

한편, 전술한 구성을 갖는 상기 유기 발광층(155) 및 상기 뱅크(150)의 상부에는 표시영역 전면에 캐소드 전극의 역할을 하는 제 2 전극(158)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 전극(158)은 일함수 값이 낮은 금속물질로 이루어진 단일층 구조를 이룰 수도 있으며, 면저항 저감을 고려하여 이중층 구조를 이룰 수도 있다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 전극(147, 158)과 그 사이에 형성된 유기 발광층(155)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이루게 된다.

한편, 상기 제 2 전극(158)이 단일층 구조를 이루는 경우, 상기 제 2 전극(158)은 일함수 값이 낮은 금속물질 예를 들면, 은(Ag), 마그네슘-은 합금(MgAg), 금(Au), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca) 중 어느 하나로 이루어지는 것이 특징이다.

또한, 면저항 저감을 위해 상기 제 2 전극(158)이 이중층 구조를 이루는 경우, 그 하부층은 일함수 값이 낮은 금속물질 예를 들면, 은(Ag), 마그네슘-은 합금(MgAg), 금(Au), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca) 중 어느 하나로 이루어지며, 그 상부층은 투명한 도전성 물질인 인듐-징크-옥사이드(ITO) 또는 인듐-틴-옥사이드(ITO) 중 어느 하나로 이루어지고 있는 것이 특징이다.

한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 제 1 기판(110)에 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 상기 제 1 기판(110)과 이격하며 구비되고 있다.

이때, 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)은 그 가장자리를 따라 실란트 또는 프릿(FRIT)으로 이루어진 접착제(미도시)가 구비되고 있으며, 이러한 접착제(미도시)에 의해 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)이 합착되어 패널상태를 유지하고 있다.

서로 이격하는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이에는 진공의 분위기를 갖거나 또는 불활성 기체로 채워짐으로써 불활성 가스 분위기를 이루고 있다.

상기 인캡슐레이션을 위한 상기 제 2 기판(170)은 유연한 특성을 갖는 플라스틱으로 이루어질 수도 있으며, 또는 유리기판으로 이루어질 수도 있다.

한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(110)과 마주하여 이격하는 형태로 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비된 것을 나타내고 있지만, 상기 제 2 기판(170)은 점착층을 포함하는 필름 형태로 상기 제 1 기판(110)의 최상층에 구비된 상기 제 2 전극(158)과 접촉하도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 이루는 구성요소로서 상기 유기 발광층은 5개층을 갖도록 구성됨을 보이고 있지만, 변형예로서 도면에 나타내지 않았지만, 상기 유기 발광층은 상기 제 1 전극(147) 상에 순차적으로 제 1 공통층과 유기 발광 물질층과 제 2 공통층으로 구성될 수도 있다. 이때, 상기 제 1 공통층은 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 제 1 공통층을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)을 만족시키는 두께를 갖도록 형성되는 것이 특징이다. 상기 제 1 공통층은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), PEDOT, PANI 중 어느 하나로 이루어지는 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 공통층 사이에는 버퍼층이 더욱 형성될 수도 있다.

한편, 상기 제 1 공통층은 정공주입층과 정공수송층으로 이루어질 수 있으며, 상기 제 2 공통층은 전자수송층과 전자주입층으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예 및 이의 변형예에 따른 유기전계 발광소자는 정공수송층, 정공주입층 또는 제 1 공통층 중 어느 하나가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층, 정공주입층 또는 제 1 공통층을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)를 만족하도록 형성됨을 일례로 보이고 있다.

하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 또 다른 변형예로서 상기 제 1 전극과 유기 발광 물질층 사이에 위치하는 모든 물질층 일례로 정공주입층/정공수송층 또는 정공주입층/버퍼층/정공수송층의 광학적 두께(물질층의 물리적 두께 * 굴절율로 정의됨)가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층, 정공주입층, 버퍼층을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)를 만족하도록 형성될 수도 있다.

본 발명은 전술한 실시예 및 변형예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

101 : 유기전계 발광소자 110 : 제 1 기판
113 : 반도체층 113a, 113b : 제 1 및 제 2 영역
116 : 게이트 절연막 120 : 게이트 전극
123 : 층간절연막 125 : 반도체층 콘택홀
133 : 소스 전극 136 : 드레인 전극
140 : 보호층 143 : 드레인 콘택홀
147 : 제 1 전극 150 : 뱅크
155 : 유기 발광층 155a : 정공주입층
155b : 정공수송층 155c : 유기 발광 물질층
155d : 전자수송층 155e : 전자주입층
158 : 제 2 전극 DA : 구동영역
DTr : 구동 박막트랜지스터 P : 화소영역

Claims

제 1 기판 상에 형성된 제 1 전극과;
상기 제 1 전극 상에 형성되며 정공주입층, 정공수송층과 유기 발광 물질층을 포함하는 유기 발광층과;
상기 유기 발광층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 정공주입층과 정공수송층 중 적어도 어느 하나의 층은 그 두께가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 정공수송층, 정공주입층을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)를 만족하도록 형성되는 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판에는 다수의 화소영역을 갖는 표시영역이 정의되며, 상기 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역에 형성된 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터와;
상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터를 덮으며 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과;
상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 뱅크
를 더 포함하고, 상기 제 1 전극은 상기 보호층 위로 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성되고, 상기 제 2 전극은 상기 유기 발광층 및 상기 뱅크 상의 상기 표시영역 전면에 형성되는 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 정공수송층은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), PEDOT, PANI 중 어느 하나로 이루어진 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 정공수송층 사이에 버퍼층이 더욱 구비된 유기전계 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 유기 발광층은 상기 유기 발광 물질층 상부로 전자수송층과 전자주입층이 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
제 1 기판 상에 형성된 제 1 전극;
상기 제 1 전극 상에 형성된 제 1 공통층;
상기 제 1 공통층 상에 형성된 유기 발광 물질층;
상기 유기 발광 물질층 상에 형성된 제 2 공통층; 및
상기 제 2 공통층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하고,
상기 제 1 공통층의 두께가 (4*λ/(4n))*m(단, λ는 입사되는 빛의 파장, n은 상기 제 1 공통층을 이루는 유기물질의 굴절율, m은 자연수)를 만족하도록 형성되는 유기전계 발광소자.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 공통층은 정공수송층인 유기전계 발광소자.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 공통층은 순차로 적층되는 정공주입층 및 정공수송층인 유기전계 발광소자.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 공통층은 순차로 적층되는 버퍼층, 정공주입층 및 정공수송층인 유기전계 발광소자.
제 7 항에 있어서,
정공수송층은 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine), PEDOT, PANI 중 어느 하나로 이루어진 유기전계 발광소자.