KR20130022986A

KR20130022986A - 유기전계 발광표시장치

Info

Publication number: KR20130022986A
Application number: KR1020110086091A
Authority: KR
Inventors: 최성훈; 김상대; 김병수; 금태일; 조영덕; 문상경
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-03-07
Also published as: US20130049024A1; CN102956666A

Abstract

본 발명은 신뢰성 및 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광표시장치가 개시된다.
개시된 유기전계 발광표시장치는 제1 전극과, 제1 전극 상에 형성된 발광층 및 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하고, 발광층에는 제2 전극과 접촉되는 전자 주입층을 더 포함하고, 전자 주입층은 무기화합물과 일함수가 낮은 금속이 혼합된 단일층으로 이루어진다.

Description

유기전계 발광표시장치{ORGANIC ELECTRO-LUMINESCENCE DISPLAY}

본 발명은 유기전계 발광표시장치에 관한 것으로, 신뢰성 및 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광표시장치에 관한 것이다.

최근 표시장치는 음극선관(CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 평판 표시장치로 유기 발광층의 발광량을 제어하여 영상을 표시하는 유기전계 발광표시장치(OLED)가 각광받고 있다.

상기 유기전계 발광표시장치는 전극 사이의 발광층을 이용한 자발광 소자로써, 액정표시장치와 같이 광을 제공하는 백라이트 유닛이 필요로 하지 않아 박형화가 가능한 장점을 가진다.

유기전계 발광표시장치는 3색(R,G,B) 서브 화소로 구성된 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 화상을 표시한다.

상기 각각의 서브 화소는 유기전계 발광 셀과, 상기 유기전계 발광 셀을 독립적으로 구동하는 셀 구동부를 구비한다.

상기 셀 구동부는 스캔 신호를 공급하는 게이트 라인과, 영상 데이터 신호를 공급하는 데이터 라인과, 공통전원 신호를 공급하는 공통전원 라인 사이에 적어도 2개 이상의 박막 트랜지스터와, 스토리지 캐패시터로 구성되어 유지전계 발광 셀의 화소 전극을 구동한다.

유기전계 발광 셀은 셀 구동부와 접속된 화소 전극과, 화소 전극 위에 유기 발광층과, 유기 발광층 위에 음극으로 구성된다. 여기서, 유기전계 발광표시패널은 박막 트랜지스터와 유기전계 발광 셀이 형성된 하부 기판과 상부 기판이 합착되어 형성된다.

일반적인 유기 발광층의 구조는 화소전극 상에 전공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층의 구성을 포함한다.

상기 전자 주입층은 전자 주입이 용이한 무기화합물을 주로 사용한다.

그러나, 일반적인 유기 발광층은 전자 주입층으로 무기화합물이 형성되어 발광효율이 우수한 반면에 전자 주입층과 음극의 계면 특성이 저하되어 하나의 화소를 기준으로 암점(dark spot) 발생을 야기하며, 이와 같은 암점은 신뢰성 저하의 원인이 되는 문제가 있었다.

본 발명은 신뢰성 및 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 유기전계 발광표시장치는,

제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성된 발광층; 및 상기 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하고, 상기 발광층에는 상기 제2 전극과 접촉되는 전자 주입층을 더 포함하고, 상기 전자 주입층은 무기화합물과 일함수가 낮은 금속이 혼합된 단일층으로 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광표시장치는 무기화합물(LiF)과 일함수가 낮고, 제2 전극의 계면 특성이 우수한 금속(Mg, Yb, Li)를 혼합한 단일층으로 이루어지는 전자 주입층을 포함하여 제2 전극의 표면 특성을 향상시켜, 일반적인 유기전계 발광표시장치의 암점(dark spot)을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 유기전계 발광표시장치의 화소를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 유기전계 발광표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 유기발광소자를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 전자 주입층에 포함되는 Mg와 Yb의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 주입층의 구동전압, 전류효율 및 전력효율을 나타낸 도면이다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예는 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위함이다. 따라서, 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상을 기초로 다른 실시예들은 얼마든지 추가될 수 있다.

도 1은 본 발명의 유기전계 발광표시장치의 화소를 개략적으로 도시한 회로도이고, 도 2는 본 발명의 유기전계 발광표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 유기발광소자를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유기전계 발광표시장치는 서로 대면되어 실(seal)에 의해 합착된 상부 기판 및 하부 기판을 구비하고, 상기 유기전계 발광표시장치의 화소는 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL) 및 전원라인(PL)과 접속된 셀 구동부(240)와, 상기 셀 구동부(240)와 전원라인(PL)과 접속된 OEL 셀을 포함한다.

셀 구동부(240)는 상기 게이트 라인(GL) 및 상기 데이터 라인(DL)과 접속된 스위치 박막 트랜지스터(T1)과, 상기 스위치 박막 트랜지스터(T1) 및 전원라인(PL)과 OEL 셀의 양극 사이에 접속된 구동 박막 트랜지스터(T2)와, 전원라인(PL)과 스위치 박막 트랜지스터(T1)의 드레인 전극 사이에 접속된 스토리지 캐패시터(C)를 구비한다.

상기 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.

상기 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.

상기 스위치 박막 트랜지스터(T1)는 상기 게이트 라인(GL)에 스캔 펄스가 공급되면 턴-온되어 상기 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 전류를 제어함으로써 OEL 셀의 발광량을 조절하게 된다. 그리고, 상기 스위치 박막 트랜지스터(T1)가 턴-오프되더라도 스토리지 캐패시터D(C)에 충전된 전압에 의해 구동 박막 트랜지스터(T2)는 다음 프레임의 데이터 신호가 공급될 때까지 일정한 전류를 공급하여 OEL 셀이 발광을 유지하게 한다.

이상에서와 같은 구조의 유기전계 발광표시장치는 상부기판이 불투명 물질 또는 투명 물질로 이루어져 엔캡(encap) 형태로 구비된다.

상기 상부기판이 불투명 물질로 이루어지는 경우, 유기전계 발광표시장치는 하부기판의 하부방향으로 영상이 디스플레이되는 후면 발광형 유기전계 발광표시장치의 구조를 가진다.

또한, 상기 상부기판이 투명 물질로 이루어지는 경우, 유기전계 발광표시장치는 상부기판의 상부방향으로 영상이 디스플레이되는 상면 발광형 유기전계 발광표시장치의 구조를 가진다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광표시장치는 화소 표시부의 구동 박막 트랜지스터는 투명한 절연 기판(101) 상에 버퍼층(116) 및 게이트 절연층(112)이 형성되고, 게이트 절연층(112) 상에 게이트 라인으로부터 분기된 제1 게이트 전극(106)과, 상기 게이트 절연층(112) 상에 층간 절연층(126)이 형성되고, 상기 제1 게이트 전극(106) 주변의 상기 층간 절연층(126) 상에 형성된 제1 소스 전극(108) 및 제1 드레인 전극(110)과, 상기 게이트 절연층(112) 및 상기 층간 절연층(126)에 형성되는 컨택홀을 통해 상기 제1 소스 전극(108) 및 제1 드레인 전극(110) 사이의 채널을 형성하는 제1 액티브층(114)을 포함한다.

상기 제1 액티브층(114)은 버퍼층(116)을 사이에 두고 상기 절연 기판(101) 상에 형성된다.

상기 제1 게이트 전극(106)은 상기 제1 액티브층(114)의 제1 채널 영역(114C)과 게이트 절연층(112)을 사이에 두고 중첩된다.

상기 제1 소스 전극(108) 및 제1 드레인 전극(110) 각각은 컨택홀에 의해 상기 제1 채널영역(114C)을 사이에 두고 불순물이 주입된 제1 소스 영역(114S) 및 제1 드레인 영역(114D)과 각각 접촉된다.

상기 층간 절연층(126) 상에는 평탄층(118)이 형성된다.

상기 평탄층(118) 상에는 투명한 도전 물질의 제1 전극(310)이 형성된다.

상기 제1 전극(310)은 화소전극으로 정의할 수 있다.

상기 제1 전극(310)은 상기 평탄층(118)을 관통하는 컨택홀을 통해 제1 드레인 전극(110)과 전기적으로 접속된다.

상기 유기전계 발광표시장치는 상기 제1 전극(310) 및 평탄층(118) 상에는 화소영역의 상기 제1 전극(310)을 노출시키는 뱅크 절연층(130)과, 노출된 제1 전극(310) 상에 발광층을 포함하는 유기 발광층(300)과, 상기 유기 발광층(300) 및 상기 뱅크 절연층(130) 상에 형성되는 제2 전극(370)을 포함한다.

상기 스위치 박막 트랜지스터는 투명한 절연 기판(101) 상에 버퍼층(116) 및 게이트 절연층(112)이 형성되고, 게이트 절연층(112) 상에 게이트 라인으로부터 분기된 제2 게이트 전극(206)과, 상기 게이트 절연층(112) 상에 층간 절연층(126)이 형성되고, 상기 제2 게이트 전극(206) 주변의 상기 층간 절연층(126) 상에 형성된 제2 소스 전극(208) 및 제2 드레인 전극(210)과, 상기 게이트 절연층(112) 및 상기 층간 절연층(126)에 형성되는 컨택홀을 통해 상기 제2 소스 전극(208) 및 제2 드레인 전극(210) 사이의 채널을 형성하는 제2 액티브층(214)을 포함한다.

상기 제2 액티브층(214)은 버퍼층(116)을 사이에 두고 상기 절연 기판(101) 상에 형성된다.

상기 제2 게이트 전극(206)은 상기 제2 액티브층(214)의 제2 채널 영역(214C)과 게이트 절연층(112)을 사이에 두고 중첩된다.

상기 제2 소스 전극(208) 및 제2 드레인 전극(210) 각각은 컨택홀에 의해 상기 제2 채널영역(214C)을 사이에 두고 불순물이 주입된 제2 소스 영역(214S) 및 제2 드레인 영역(214D)과 각각 접촉된다.

상기 게이트 절연층(112) 상에는 평탄층(118)이 형성된다.

상기 평탄층(118) 상에는 투명한 도전 물질의 기저전원 보조전극(123)이 형성된다.

상기 유기전계 발광표시장치는 상기 기저전원 보조전극(123) 및 평탄층(118) 상에는 상기 기저전원 보조전극(123)의 일부를 노출시키는 뱅크 절연층(130)과, 상기 뱅크 절연층(130)과 노출된 상기 기저전원 보조전극(123) 상에 형성되는 제2 전극(370)을 포함한다.

도 3을 참조하면, 상기 유기 발광층(300)은 제1 전극(Anode, 310)과 제2 전극(Cathode, 370) 사이에 순차적으로 적층된 전공 주입층(HIL: Hole Injection Layer, 320), 정공 수송층(HTL: Hole Transporting Layer, 330), 발광층(EML: Emission Layer, 340), 전자 수송층(ETL: Electron Transporting Layer, 350), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer, 360)을 포함한다.

상기 제1 전극(310)은 상기 발광층(300)으로 정공을 제공하는 기능을 가진다. 이때, 상기 제1 전극(310)을 통과하여 광이 방출되어 사용자에게 영상이 제공되는 경우, 상기 제1 전극(310)은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 전극(310)은 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(IZO: Indium Zinc Oxide)로 이루어질 수 있다.

상기 유기 발광층(300)은 호스트 재료 및 도펀트 재료 중에서 임의로 선택된 물질로 형성될 수 있다.

호스트 재료의 경우에는 디스티릴아릴렌(distyrylarylene; DSA), 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠(distyrylbenzene; DSB), 디스티릴벤젠 유도체, BAlq, Alq3(트리스(8-퀴놀리놀라토)-알루미늄), CBP(4,4'-N,N'- 디카르바졸-비페닐), BCP, DCB 등이 있다.

도펀트 재료의 경우에는, 형광 도펀트로는 DPVBi(4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl) -1,1'-biphenyl), 디스티릴아민유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 디스티릴비페닐 유도체(distyrylbiphenyl,DSBP), 10-(1,3-벤조티아졸-2-y1)-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H,11H-피라노(2,3-f)피리도(3,2,1-ij)퀴놀린-11-one(약칭:C545T),퀴나크리돈(Quinacridone) 유도체, 4-(디시아노메틸렌)-2-터트-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄로리딜-9-에닐)-4H-피란(약칭:DCJTB), 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(p-디메틸아미노스티릴)-4H-피란(약칭:DCM) 등이 있다.

상기 유기 발광층(300)을 구체적으로 살펴보면, 상기 전공 주입층(HIL, 320)은 제1 전극(310)으로부터의 정공을 용이하게 방출하여 발광층(EML, 340)에 제공하는 기능을 가진다.

상기 정공 주입층(HIL. 320)은 정공을 용이하게 방출하기 위해 상기 제1 전극(310)의 일함수 차이가 작은 HOMO를 가지는 물질로 이루어질 수 있다.

상기 정공 수송층(HTL, 330)은 상기 발광층(EML, 340)으로부터 에너지가 전의되는 것을 방지하며, 제1 전극(310)에서 제공된 정공을 발광층(EML, 340)으로 수송하는 기능을 가진다.

상기 제2 전극(370)은 반사율이 우수한 물질을 포함한다.

상기 제2 전극(370)은 은(Ag) 및 마그네슘(Mg)을 포함한 단일층으로 이루어지거나, 은(Ag) 및 이터븀(Yb)을 포함한 단일층으로 이루어질 수 있다.

상기 전자 주입층(EIL, 360)은 상기 제2 전극(370)으로부터의 전자를 용이하게 방출하여 발광층(EML, 340)에 제공하는 기능을 가진다.

상기 전자 주입층(360)은 무기화합물과 금속이 혼합될 수 있다.

본 발명의 전자 주입층(EIL, 360)은 무기화합물로 LiF와, 금속물질의 마그네슘(Mg) 또는 이터븀(Yb)이 혼합된 단일층으로 이루어진다.

여기서, 상기 LiF는 전자 주입이 용이한 장점을 가지며, 마그네슘(Mg) 또는 이터븀(Yb)은 표면 특성을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

상기 전자 주입층(EIL, 360)은 상기 LiF와 마그네슘(Mg) 또는 이터븀(Yb)의 혼합 비율이 1:3 내지 3:1로 이루어질 수 있다.

상기 전자 주입층(EIL, 360)의 두께는 10Å 내지 50Å으로 이루어질 수 있다.

EIL	구동전압(V)	전류효율(cd/A)	전력효율(lm/W)
LiF	3.9	4.4	3.4
Yb	4.4	3.9	2.9
Yb:LiF	3.9	4.5	3.6

표 1을 참조하면, 본 발명의 전자 주입층(EIL, 360)은 일 실시예로써, 이터븀(Yb)과 무기화합물(LiF)이 혼합된 단일층으로 발광 효율이 우수함과 동시에 제2 전극(370)의 표면 특성을 향상시킬 수 있다.

무기화합물(LiF)은 발광 효율이 우수한 반면에 제2 전극(370)의 표면 특성을 저하시키는 단점을 가지며, 이터븀(Yb)은 제2 전극(370)의 표면 특성이 우수한 반면에 발광 효율이 저하되는 단점을 가진다.

이상에서와 같이, 본 발명의 유기전계 발광표시장치는 전자 주입층(EIL, 360)을 무기 화합물(LiF)과 마그네슘(Mg) 또는 이터븀(Yb)이 혼합된 단일층으로 형성하여 제2 전극(370)의 표면 특성을 향상시켜, 일반적인 유기전계 발광표시장치의 암점(dark spot)을 방지하고, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

도 4는 본 발명의 전자 주입층에 포함되는 Mg와 Yb의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전자 주입층에 혼합되는 마그네슘(Mg)와 이터븀(Yb)의 광 흡수율은 20%이하를 나타낸다.

여기서, 상기 광 흡수율 시뮬레이션 조건은 마그네슘(Mg)와 이터븀(Yb)의 두께를 160Å, 광의 파장대는 400 내지 800nm이다.

이와 같이, 전자 주입층에 혼합되는 금속은 일함수가 낮고, 광 흡수율이 낮은 마그네슘(Mg) 및 이터븀(Yb)이 사용될 수 있다.

상기 전자 주입층에 혼합되는 금속의 일함수는 4.0eV 이하로 이루어질 수 있다.

여기서, 본 발명에서는 전자 주입층에 혼합되는 금속을 마그네슘(Mg) 및 이터븀(Yb)으로 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 리튬(Li)을 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 주입층의 구동전압, 전류효율 및 전력효율을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 무기화합물과 금속이 혼합된 전자 주입층은 금속의 종류와 두께에 따라 구동전압, 전류효율 및 전력효율이 변경될 수 있다.

A는 무기화합물(LiF)과 이터븀(Yb)이 혼합된 단일층의 두께가 10Å인 경우이고, B는 무기화합물(LiF)과 이터븀(Yb)이 혼합된 단일층의 두께가 30Å인 경우이다.

또한, C는 무기화합물(LiF)과 마그네슘(Mg)이 혼합된 단일층의 두께가 10Å인 경우이고, D는 무기화합물(LiF)과 마그네슘(Mg)이 혼합된 단일층의 두께가 30Å인 경우이다.

두께에 따라 전자 주입층의 발광 효율은 유의차가 크지 않으며, 혼합되는 금속으로 이터븀(Yb)보다 마그네슘(Mg)이 혼합되었을 때 향상됨을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광표시장치는 무기화합물(LiF)과 일함수가 낮고, 제2 전극의 계면 특성이 우수한 금속(Mg, Yb, Li)를 혼합한 단일층으로 이루어지는 전자 주입층을 포함하여 제2 전극의 표면 특성을 향상시켜, 일반적인 유기전계 발광표시장치의 암점(dark spot)을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

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.

300: 유기발광층 310: 제1 전극
320: 전공 주입층 330: 정공 수송층
340: 발광층 350: 전자 수송층
360: 전자 주입층 370: 제2 전극

Claims

제1 전극;
상기 제1 전극 상에 형성된 발광층; 및
상기 발광층 상에 형성된 제2 전극을 포함하고,
상기 발광층에는 상기 제2 전극과 접촉되는 전자 주입층을 더 포함하고, 상기 전자 주입층은 무기화합물과 일함수가 낮은 금속이 혼합된 단일층으로 이루어지는 유기전계 발광표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 전자 주입층의 상기 무기화합물은 LiF인 유기전계 발광표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 전자 주입층의 금속은 Mg, Yb, Li 중 어느 하나로 이루어지는 유기전계 발광표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 무기화합물과 금속은 1:3 내지 3:1의 비율로 혼합된 유기전계 발광표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 전자 주입층의 두께는 10Å 내지 50Å으로 이루어지는 유기전계 발광표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 금속은 일함수가 4.0eV 이하인 유기전계 발광표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 전극은 캐소드이며, Ag와 Mg 또는 Yb가 혼합된 단일층으로 이루어지는 유기전계 발광표시장치.
제1 항에 있어서,
제1 전극은 애노드이며, 투명한 도전물질로 이루어지는 유기전계 발광표시장치.