KR20150062759A - 유기 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 색감을 만족시키고, 발광 효율 및 수명이 향상된 마이크로 캐버티(micro cavity) 발광 구조를 가지는 유기 발광 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에 마이크로 캐버티가 형성된 유기 발광 장치에 있어서, 적색 광을 발광하는 제1 레드 발광층, 녹색 광을 발광하는 제1 그린 발광층 및 청색 광을 발광하는 제1 블루 발광층을 포함하는 제1 발광 유닛; 적색 광을 발광하는 제2 레드 발광층, 녹색 광을 발광하는 제2 그린 발광층 및 청색 광을 발광하는 제2 블루 발광층을 포함하는 제2 발광 유닛; 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 사이에 형성된 전하 생성층; 반사 전극으로 형성되어 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛에 제1 극성의 전하를 공급하는 제1 전극; 및 반투과 전극으로 형성되어 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛에 제2 극성의 전하를 공급하는 제2 전극;을 포함하고, 상기 제1 레드 발광층, 상기 제1 그린 발광층, 상기 제1 블루 발광층 중 적어도 하나는 상기 제2 레드 발광층, 상기 제2 그린 발광층, 상기 제2 블루 발광층과 상이한 파장 영역을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 발광 장치{Organic Light Emitting Device}
본 발명은 유기 발광 장치에 관한 것으로서, 색감을 만족시키고, 발광 효율 및 수명이 향상된 마이크로 캐버티(micro cavity) 발광 구조를 가지는 유기 발광 장치에 관한 것이다.
평판 디스플레이 장치로서 현재까지는 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display Device)가 널리 이용되었다. 액정 디스플레이 장치는 별도의 광원으로 백라이트가 필요하고, 밝기 및 명암비 등에서 기술적 한계가 있다. 이에, 자체발광이 가능하여 별도의 광원이 필요하지 않고, 시야각, 밝기 및 명암비 등에서 액정 디스플레이 장치보다 우수한 유기 발광 장치(Organic Light Emitting Device)에 대한 관심이 증대되고 있다. 또한, 유기 발광 장치는 백라이트가 필요하지 않아 경량 박형으로 제조할 수 있고, 저 소비전력, 응답속도가 빠른 장점이 있다.
유기 발광 장치는 광이 방출되는 방향에 따라 상부발광(Top Emission), 하부발광(Bottom Emission) 및 양면발광(Dual Emission) 방식 등이 있으며, 구동방식에 따라 수동 매트릭스(Passive Matrix) 방식과 능동 매트릭스(Active Matrix) 방식으로 구분할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 마이크로 캐버티(micro cavity)의 구조를 가지는 유기 발광 장치의 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 픽셀 구조를 나타내는 도면이다. 도 1에서는 상부발광 방식의 능동 매트릭스 방식의 유기 발광 장치의 픽셀 구조를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 유기 발광 장치는 애노드 전극(10)과 캐소드 전극(70) 및 유기 발광층을 포함하며, 전자(electron)를 주입하는 캐소드 전극(70)과 정공을 주입하는 애노드 전극(10) 사이에 유기 발광층이 형성된 구조를 가진다. 캐소드 전극(70) 상에는 캡핑층(80, capping layer: CPL)이 형성되어 있다.
마이크로 캐버티(micro cavity)는 애노드 전극(10)을 반사 전극으로 형성하고, 캐소드 전극(70)을 반투과 전극으로 형성한다. 캐소드 전극(70)과 애노드 전극(10) 사이에 옵티컬 캐버티(Optical Cavity)가 형성된다. 캐소드 전극(70)을 이용하여 유기 발광층에서 생성된 빛 중에서 일부(예로서, 60%)를 투과시키고, 투과되고 남은 빛(예로서, 40%)을 반사시켜 각 파장에 맞는 보강간섭을 일으킴으로써 발광 효율을 향상시킨다.
유기 발광층은 정공 주입층(20, hole injection layer: HIL), 정공 수송층(30, hole transport layer: HTL), 발광층(52, 54, 56, emission layer: EML), 전자 주입층(미도시, electron injection layer: EIL) 및 전자 수송층(60, electron transport layer: ETL)을 포함한다. 이때, 전자 주입층(EIL)은 생략될 수 있다.
하나의 단위 픽셀은 3색의 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp)로 구성된다. 레드 픽셀의 유기 발광층은 레드 정공 수송층(42, red HTL)을 더 포함한다. 그리고, 그린 픽셀의 유기 발광층은 그린 정공 수송층(44, green HTL)을 더 포함한다.
레드 픽셀(Rp)의 레드 발광층(52)은 전자 수송층(60, ETL)과 레드 정공 수송층(42, red HTL) 사이에 형성된다. 그린 픽셀(Gp)의 그린 발광층(54)은 전자 수송층(60, ETL)과 그린 정공 수송층(44, green HTL) 사이에 형성된다. 블루 픽셀(BP)의 블루 발광층(56)은 전자 수송층(60, ETL)과 정공 수송층(30, HTL) 사이에 형성된다.
캐소드 전극(70)에서 발생된 전자 및 애노드 전극(10)에서 발생된 정공이 발광층(52, 54, 56, EML) 내부로 주입되면, 주입된 전자 및 정공이 결합하여 액시톤(exciton)이 생성된다. 생성된 액시톤이 여기 상태(excited state)에서 기저 상태(ground state)로 떨어지면서 적색, 녹색 및 청색의 발광층(52, 54, 56, EML)에서 적색, 녹색 및 청색의 발광을 일으킨다.
종래 기술에 따른 유기 발광 장치는 발광층의 재료 및 발광 구조로 인한 발광 특성 및 수명 성능에 한계가 있고, 발광층(52, 54, 56)을 구성하는 형광 물질을 인광 물질로 변경하여 발광 효율을 높이고 방안이 제시된 바 있다. 그러나, 휘도는 높이고자 하는 경우에는 소비 전력이 소모되는 문제점이 있고, 장수명의 확보를 위해 발광 물질을 변경하면 발광 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
한편, 레드 픽셀, 그린 픽셀 및 블루 픽셀의 광 효율을 높이기 위해서 발광 물질을 변경하면 색감 영역 및 시야각 특성이 요구된 기준에서 벗어나는 다른 문제점이 있다.
고 해상도로 디스플레이가 발전하면서 단위 면적당 픽셀 개수가 증가하고, 높은 휘도가 요구되고 있지만 유기 발광 장치의 발광 구조 상 단위 면적(A)의 휘도(Cd)에 한계가 있고, 인가 전류의 증가로 인한 소자의 신뢰성 저하 및 소비 전력이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 유기 발광 장치의 3색의 픽셀 중에서 블루 픽셀은 레드 픽셀과 그린 픽셀에 비해 수명이 짧아 3색의 픽셀들을 갖는 디스플레이 패널을 제조하면 디스플레이 패널의 수명을 보장할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 유기 발광 장치의 품질 및 생산성을 저해하는 가장 큰 요인인 소자의 발광 효율, 수명 향상 및 소비 전력 절감이라는 기술적 한계를 극복해야 하며, 색감 영역을 유지하면서도 발광 효율, 발광층의 수명 및 시야각 특성을 향상시킬 수 있는 유기 발광 장치의 개발이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로 캐버티(micro cavity) 구조가 적용된 유기 발광 장치의 발광 효율을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로 캐버티(micro cavity) 구조가 적용된 유기 발광 장치의 휘도를 높이는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로 캐버티(micro cavity) 구조가 적용된 유기 발광 장치의 수명을 늘리는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로 캐버티(micro cavity) 구조가 적용된 유기 발광 장치의 시야각을 개선하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에 마이크로 캐버티가 형성된 유기 발광 장치에 있어서, 적색 광을 발광하는 제1 레드 발광층, 녹색 광을 발광하는 제1 그린 발광층 및 청색 광을 발광하는 제1 블루 발광층을 포함하는 제1 발광 유닛; 적색 광을 발광하는 제2 레드 발광층, 녹색 광을 발광하는 제2 그린 발광층 및 청색 광을 발광하는 제2 블루 발광층을 포함하는 제2 발광 유닛; 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 사이에 형성된 전하 생성층; 반사 전극으로 형성되어 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛에 제1 극성의 전하를 공급하는 제1 전극; 및 반투과 전극으로 형성되어 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛에 제2 극성의 전하를 공급하는 제2 전극;을 포함하고, 상기 제1 레드 발광층, 상기 제1 그린 발광층, 상기 제1 블루 발광층 중 적어도 하나는 상기 제2 레드 발광층, 상기 제2 그린 발광층, 상기 제2 블루 발광층과 상이한 파장 영역을 가지는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 유기 발광층을 2개의 발광 유닛(2unit)의 발광 구조로 형성하고, 제1 발광 유닛의 발광층과 제2 발광 유닛의 발광층에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트를 적용하여 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 유기 발광층을 2개의 발광 유닛(2unit)의 발광 구조로 형성하고, 제1 발광 유닛의 발광층과 제2 발광 유닛의 발광층에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트를 적용하여 유기 발광 소자의 수명 및 유기 발광 소자를 이용한 디스플레이 패널의 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 유기 발광층을 2개의 발광 유닛(2unit)의 발광 구조로 형성하고, 제1 발광 유닛의 발광층과 제2 발광 유닛의 발광층에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트를 적용하여 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 휘도뿐만 아니라 화이트 광의 휘도도 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 유기 발광층을 2개의 발광 유닛(2unit)의 발광 구조로 형성하고, 제1 발광 유닛의 발광층과 제2 발광 유닛의 발광층에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트를 적용하여 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 시야각을 개선할 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 특징 및 효과들 이외에도 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 효과들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 마이크로 캐버티(micro cavity)의 구조를 가지는 유기 발광 장치의 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 픽셀 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 유기 발광 장치의 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 픽셀에 형성된 유기 발광층(ETL, EML, HTL, red HTL, green HTL, HIL)의 두께를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 유기 발광 장치의 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 픽셀 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예들의 제1 발광층(EML1) 및 제2 발광층(EML2)에 적용되는 도펀트들의 고유한 발광 파장의 중심 영역(main peak)을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 블루 도펀트 및 제2 블루 도펀트의 발광 파장을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 그린 도펀트 및 제2 그린 도펀트의 발광 파장을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 레드 도펀트 및 제2 레드 도펀트의 발광 파장을 나타내는 도면이다.
도 8은 비교 예와 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예의 특성 평가를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 9는 비교 예와 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예의 구동 시간 경과에 따른 블루 발광층의 휘도 감소를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 10은 비교 예와 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예의 구동 시간 경과에 따른 그린 발광층의 휘도 감소를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 11은 비교 예와 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예의 구동 시간 경과에 따른 레드 발광층의 휘도 감소를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예의 수명 및 시야각 특성을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예의 수명 및 시야각 특성을 나타내는 도면이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물 "상부에 또는 상에" 및 "하부에 또는 아래에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 유기 발광 장치의 픽셀 구조 및 휘도 특성을 설명함에 앞서, 본 발명의 실시 예들에 따른 유기 발광 장치의 광학 시뮬레이션 결과를 실제 휘도 데이터로 유추하기 위한 비교 예로서 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 유기 발광 장치를 선정하였다.
이하, 도면을 참조로 상기 비교 예의 색 좌표와 발광 파장에 대해서 설명한 후, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
비교 예
비교 예의 애노드 전극(10)은 반사 전극이며, ITO층(70Å), 반사층(APC, 100Å), ITO층(70Å)이 적층된 구조로 형성된다. 이때, APC는 은(Ag)이 90%이상 포함된 합금으로 형성된다. 애노드 전극(10)은 하나의 단위 픽셀 단위로 형성되며, 하나의 단위 픽셀은 3색의 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp)로 구성되고, 3색의 화소들은 뱅크(bank)로 구분되어 있다.
도 2는 도 1에 도시된 유기 발광 장치의 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 픽셀에 형성된 유기 발광층(ETL, EML, HTL, red HTL, green HTL, HIL)의 두께를 나타내는 도면이다.
도 2를 결부하여 설명하면, 비교 예의 색 좌표와 발광 파장을 측정하기 위해서 다음과 같은 조건으로 유기 발광층을 형성하였다.
애노드 전극(10) 상에 HAT-CN 물질을 10nm 두께로 증착하여 정공 주입층(20, HIL)을 형성한다. 정공 주입층(20, HIL) 상에 NPD 물질을 110nm 두께로 증착하여 정공 수송층(30, HTL)을 형성한다.
그린 픽셀(Gp) 영역에는 TPD 물질을 20nm 두께로 증착하여 그린 정공 수송층(44, green HTL)을 형성한다. 레드 픽셀(Rp) 영역에는 NPD 물질을 90nm 두께로 증착하여 레드 정공 수송층(42, red HTL)을 형성한다. 그리고, 전 영역에 TPD 물질을 10nm 두께로 성막한다.
레드 픽셀(Rp) 영역에 레드 발광층(52, red EML)을 형성한다. 레드 발광층(52, red EML)은 레드 호스트(RH)인 Be complex 유도체에 레드 도펀트(RD)인 btp2Ir(acac)를 5%를 도핑하여 36nm 두께로 형성한다.
그린 픽셀(Gp) 영역에 그린 발광층(54, green EML)을 형성한다. 그린 발광층(54, green EML)은 그린 호스트(GH)인 CBP에 그린 도펀트(GD)인 ppy2Ir(acac) 유도체를 5% 도핑하여 40nm 두께로 형성한다.
그리고, 블루 픽셀(Bp) 영역에 블루 발광층(56, blue EML)을 형성한다. 블루 발광층(56, blue EML)은 블루 호스트(BH)인 안트라센(Anthracene) 유도체에 블루 도펀트(BD)인 파이렌(Pyren) 유도체를 5% 도핑하여 20nm의 한다.
발광층(52, 54, 56) 상부에 Alq3 물질을 35nm 두께로 증착하여 전자 수송층(60, ETL)을 형성한다. 전자 수송층(60, ETL) 상에 LiF 15Å 성막하고 Ag:Mg를 1:1 비율로 160Å 성막하여 반투과 전극인 제2 전극(70, 캐소드 전극)을 형성한다. 그리고, 픽셀을 덮도록 NPD 물질을 65nm 두께로 증착하여 캡핑층(80)을 형성한다.
상기의 조건으로 유기 발광층을 형성한 후, 레드 픽셀, 그린 픽셀 및 블루 픽셀의 색 좌표를 측정한 결과를 하기의 표 1에 기재하였다.
Figure pat00001
상기 표 1을 참조하면, 블루 픽셀(Bp)에서 청색 광의 색 좌표는 CIE_x가 0.138, CIE_y가 0.055으로 측정되었다. 그리고, 그린 픽셀(Gp)에서 녹색 광의 색 좌표는 CIE_x가 0.210, CIE_y가 0.730으로 측정되었다. 그리고, 레드 픽셀(Rp)에서 적색 광의 색 좌표는 CIE_x가 0.675, CIE_y가 0.323으로 측정되었다.
공진 구조를 이용한 유기 발광 장치에서 공진되어 방출되는 광의 방출 피크(peak)가 최대가 되면서 원하는 색 광을 얻기 위해서는 원하는 색 좌표에서 최대 피크의 발광 파장을 가지는 도펀트가 필요하다.
원하는 색 좌표와 발광 파장의 광학적인 중첩이 맞지 않으면 광 효율이 저하되고, 시야각도 저하되는 문제점이 발생한다.
표 1에 기재된 색 좌표 중에서 특히, 블루의 CIE_y, 그린의 CIE_x 및 레드의 CIE_x의 색 좌표는 발광 파장의 메인 피크(main peak)와 밀접한 관련이 있어 매우 중요하다.
참고로, 유기 발광 장치를 이용하여 영상을 디스플레이 하는 경우에 블루의 CIE_y, 그린의 CIE_x 및 레드의 CIE_x의 색 좌표 마진은 아래의 표 2에 기재된 바와 같다.
Figure pat00002
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 비교 예에서 원하는 색 좌표를 만족하기 위해서, Blue PL λ max Intensity는 450nm~458nm 사이의 파장을 선택하고, Green PL λ max Intensity는 510nm~520nm 사이의 파장을 선택하고, Red PL λ max Intensity는 610nm~620nm 사이의 파장을 선택할 수 있다.
본 발명의 실시 예
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 유기 발광 장치의 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 픽셀 구조를 나타내는 도면이다. 도 3에서는 마이크로 캐버티(micro cavity) 구조가 적용된 상부 발광(top emission) 방식의 유기 발광 장치의 픽셀 구조를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 제1 전극(110, 애노드 전극)과 제2 전극(175, 캐소드 전극) 및 유기 발광층을 포함하며, 전자(electron)를 주입하는 제2 전극(175, 캐소드 전극)과 정공을 주입하는 제1 전극(110, 애노드 전극) 사이에 유기 발광층이 형성된 구조를 가진다. 제2 전극(175, 캐소드 전극) 상에는 캡핑층(180, capping layer: CPL)이 형성되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 마이크로 캐버티(micro cavity) 구조를 가지며, 하나의 단위 픽셀은 3색의 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp)로 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치의 유기 발광층은 2개의 발광 유닛(2unit)의 구조로 형성되어 있다. 유기 발광층의 제1 발광 유닛(unit1) 및 제2 발광 유닛(unit2)은 동일한 색상의 광을 발광하는 구조를 가진다.
레드 픽셀(Rp)의 제1 발광 유닛(unit1)은 적색 광을 발광하는 제1 레드 발광층(132, red EML1)을 포함하고, 제2 발광 유닛(unit2)은 적색 광을 발광하는 제2 레드 발광층(162, red EML2)를 포함한다.
그린 픽셀(Gp)의 제1 발광 유닛(unit1)은 녹색 광을 발광하는 제1 그린 발광층(134, green EML1)을 포함하고, 제2 발광 유닛(unit2)은 녹색 광을 발광하는 제2 그린 발광층(164, green EML2)를 포함한다.
블루 픽셀(Bp)의 제1 발광 유닛(unit1)은 청색 광을 발광하는 제1 블루 발광층(136, blue EML1)을 포함하고, 제2 발광 유닛(unit2)은 청색 광을 발광하는 제2 블루 발광층(166, blue EML2)를 포함한다.
제1 전극(110, 애노드 전극)을 반사 전극으로 형성하고, 제2 전극(175, 캐소드 전극)을 반투과 전극으로 형성하여 마이크로 캐버티(micro cavity)를 구성한다.
여기서, 제1 전극(110, 애노드 전극)은 반사 전극이며, ITO층(70Å), 반사층(APC, 100Å), ITO층(70Å)이 적층된 구조로 형성된다. 이때, 반사층(APC)의 재료는 은(Ag)이 90%이상 포함된 합금으로 형성된다.
반사층(APC)의 재료로 은(Ag)뿐만 아니라, 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 인듐(In) 또는 네오디뮴(Nd)이 이용될 수도 있다. 또한, APC의 재료로 은(Ag)에 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 인듐(In), 네오디뮴(Nd) 중 적어도 하나가 첨가된 합금이 이용될 수 있다.
제1 전극(110, 애노드 전극)은 하나의 단위 픽셀 단위로 형성되며, 하나의 단위 픽셀은 3색의 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp)로 구성되고, 3색의 화소들은 뱅크(bank, 미도시)로 구분되어 있다.
그리고, 반투과 전극인 제2 전극(175, 캐소드 전극)은 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp)에 동일한 두께로 형성된다. 일 예로서, 제2 전극(175, 캐소드 전극)은 제2 전자 수송층(170, ETL2) 상에 LiF 15Å 성막하고 Ag:Mg를 1:1 비율로 160Å 성막하여 반투과 전극으로 형성된다.
제1 전극(110, 애노드 전극)과 제2 전극(175, 캐소드 전극) 사이에 옵티컬 캐버티(Optical Cavity)가 형성된다. 제2 전극(175, 캐소드 전극)을 이용하여 유기 발광층에서 생성된 빛 중에서 일부(예로서, 60%)를 투과시키고, 투과되고 남은 빛(예로서, 40%)을 반사시켜 각 파장에 맞는 보강간섭을 일으킴으로써 발광 효율을 향상시킨다.
유기 발광층은 정공 주입층(115, HIL), 제1 정공 수송층(120, HTL1), 제1 레드 발광층(132, red EML1), 제1 그린 발광층(134, green EML1), 제1 블루 발광층(136, blue EML1), 제1 전자 수송층(140, ETL1), 제1 전하 생성층(145, N-CGL), 제2 전하 생성층(150, P-CGL), 제2 정공 수송층(155, HTL2), 제2 레드 발광층(162, red EML2), 제2 그린 발광층(164, green EML2), 제2 블루 발광층(166, blue EML2) 및 제2 전자 수송층(170, ETL2)을 포함한다. 도면에 도시하지 않았지만, 전자 주입층(EIL)을 더 포함할 수도 있다.
제1 전극(110, 애노드 전극) 상에 정공 주입층(115, HIL)이 형성되어 있고, 정공 주입층(115, HIL) 상에 제1 정공 수송층(120, HTL1)이 형성되어 있다. 제1 정공 수송층(120, HTL1) 상부 중에서 레드 픽셀(Rp) 영역에는 제1 레드 발광층(132, red EML1)이 형성되어 있고, 그린 픽셀(Gp) 영역에는 제1 그린 발광층(134, green EML1)이 형성되어 있고, 블루 픽셀(Bp) 영역에는 제1 블루 발광층(136, blue EML1)이 형성되어 있다.
제1 레드 발광층(132, red EML1), 제1 그린 발광층(134, green EML1) 및 제1 블루 발광층(136, blue EML1) 상에는 제1 전자 수송층(140, ETL1)이 형성되어 있다. 제1 전자 수송층(140, ETL1) 상에는 광학 보상층으로써 전하 생성층(CGL)이 형성되어 있다.
전하 생성층(CGL)은 제1 전하 생성층(145, N-CGL) 및 제2 전하 생성층(150, P-CGL)을 포함한다. 제1 전자 수송층(140, ETL1) 상에 제1 전하 생성층(145, N-CGL)이 형성되어 있고, 제1 전하 생성층(145, N-CGL) 상에 제2 전하 생성층(150, P-CGL)이 형성되어 있다.
제2 전하 생성층(150, P-CGL) 상부 중에서 레드 픽셀(Rp) 영역에는 제2 레드 발광층(162, red EML1)이 형성되어 있고, 그린 픽셀(Gp) 영역에는 제2 그린 발광층(164, green EML1)이 형성되어 있고, 블루 픽셀(Bp) 영역에는 제2 블루 발광층(166, blue EML1)이 형성되어 있다.
제2 레드 발광층(162, red EML2), 제2 그린 발광층(164, green EML2) 및 제2 블루 발광층(166, blue EML2) 상에 제2 전자 수송층(170, ETL2)이 형성되어 있다. 제2 전자 수송층(170, ETL) 상에 캐소드(175)가 형성되어 있고, 캐소드(175) 상에 캡핑층(180, CPL)이 형성되어 있다.
유기 발광층의 제1 발광 유닛(unit1)은 정공 주입층(115, HIL), 제1 정공 수송층(120, HTL1), 제1 레드 발광층(132, red EML1), 제1 그린 발광층(134, green EML1), 제1 블루 발광층(136, blue EML1) 및 제1 전자 수송층(140, ETL1)을 포함한다.
유기 발광층의 제2 발광 유닛(unit2)은 제2 정공 수송층(155, HTL2), 제2 레드 발광층(162, red EML2), 제2 그린 발광층(164, green EML2), 제2 블루 발광층(166, blue EML2) 및 제2 전자 수송층(170, ETL2)을 포함한다.
제1 전하 생성층(145, N-CGL)과 제2 전하 생성층(150, P-CGL)은 제1 발광 유닛(unit1)과 제2 발광 유닛(unit2) 사이에 형성되어 있다.
레드 픽셀(Rp)의 유기 발광층은 250nm~310nm의 두께로 형성된다. 레드 픽셀(Rp)의 유기 발광층의 두께는 제1 전극(110, 애노드 전극)과 제2 전극(175, 캐소드 전극) 사이의 두께를 의미한다.
그린 픽셀(Gp)의 유기 발광층은 200nm~270nm의 두께로 형성된다. 그린 픽셀(Gp)의 유기 발광층의 두께는 제1 전극(110, 애노드 전극)과 제2 전극(175, 캐소드 전극) 사이의 두께를 의미한다.
블루 픽셀(Bp)의 유기 발광층은 150nm~230nm의 두께로 형성된다. 블루 픽셀(Bp)의 유기 발광층의 두께는 제1 전극(110, 애노드 전극)과 제2 전극(175, 캐소드 전극) 사이의 두께를 의미한다.
제1 레드 발광층(132, red EML1)과 제2 레드 발광층(162, red EML2)은 65nm~85nm의 두께로 형성된다.
제1 그린 발광층(134, green EML1)과 제2 그린 발광층(164, green EML2)은 35nm~50nm의 두께로 형성된다.
제1 블루 발광층(136, blue EML1)과 제2 블루 발광층(166, blue EML2)은 15nm~30nm의 두께로 형성된다.
여기서, 제1 발광 유닛(unit1)의 레드 픽셀(Rp)에 형성된 제1 레드 발광층(132, red EML1)과 제2 발광 유닛(unit2)의 레드 픽셀(Rp)에 형성된 제2 레드 발광층(162, red EML2)은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
그러나, 이에 한정되지 않고, 제1 발광 유닛(unit1)의 레드 픽셀(Rp)에 형성된 제1 레드 발광층(132, red EML1)과 제2 발광 유닛(unit2)의 레드 픽셀(Rp)에 형성된 제2 레드 발광층(162, red EML2)은 동일한 두께로 형성될 수 있다.
제1 발광 유닛(unit1)의 그린 픽셀(Gp)에 형성된 제1 그린 발광층(134, green EML1)과 제2 발광 유닛(unit2)의 그린 픽셀(Rp)에 형성된 제2 그린 발광층(164, green EML2)은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
그러나, 이에 한정되지 않고, 제1 발광 유닛(unit1)의 그린 픽셀(Gp)에 형성된 제1 그린 발광층(134, green EML1)과 제2 발광 유닛(unit2)의 그린 픽셀(Gp)에 형성된 제2 그린 발광층(164, green EML2)은 동일한 두께로 형성될 수 있다.
제1 발광 유닛(unit1)의 블루 픽셀(Bp)에 형성된 제1 블루 발광층(136, blue EML1)과 제2 발광 유닛(unit2)의 블루 픽셀(Gp)에 형성된 제2 블루 발광층(166, blue EML2)은 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
그러나, 이에 한정되지 않고, 제1 발광 유닛(unit1)의 블루 픽셀(Bp)에 형성된 제1 블루 발광층(136, blue EML1)과 제2 발광 유닛(unit2)의 블루 픽셀(Gp)에 형성된 제2 블루 발광층(166, blue EML2)은 동일한 두께로 형성될 수 있다.
정공 주입층(115, HIL), 제1 정공 수송층(120, HTL1), 제1 전자 수송층(140, ETL1), 제1 전하 생성층(145, N-CGL), 제2 전하 생성층(150, P-CGL), 제2 정공 수송층(155, HTL2), 제2 전자 수송층(170, ETL2), 캐소드(175) 및 캡핑층(180)은 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp) 전체에 대응하여 공통으로 형성된다.
정공 주입층(115, HIL), 제1 정공 수송층(120, HTL1), 제1 전자 수송층(140, ETL1), 제1 전하 생성층(145, N-CGL), 제2 전하 생성층(150, P-CGL), 제2 정공 수송층(155, HTL2), 제2 전자 수송층(170, ETL2), 캐소드(175) 및 캡핑층(180) 각각은 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp)에 동일한 두께로 형성된다.
발광층(EML) 내에서 광의 발산을 형성하는 액시톤(exciton) 형성 지역과 정공 및 전자의 차지 밸런스(charge balance)를 맞추어 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 발광시킨다.
레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp) 각각은 마이크로 캐버티 구조를 가지며, 색감을 맞추기 위해 컬러 캐버티 컨트롤(color cavity control)을 적용할 수 있다.
여기서, 블루 픽셀(Bp)은 제1 발광 유닛의 제1 정공 수송층(120, HTL1)의 두께로 청색 광의 색감을 조절할 수 있다.
그리고, 레드 픽셀(Rp) 및 그린 픽셀(Gp)은 발광층(EML)의 두께로 적색 광과 녹색 광의 색감을 조절할 수 있다. 제1 레드 발광층(132, red EML1)과 제2 레드 발광층(162, red EML2) 중 적어도 하나의 두께를 조절하여 적색 광의 색감을 맞출 수 있다. 그리고, 제1 그린 발광층(134, green EML1)과 제2 그린 발광층(164, green EML2) 중 적어도 하나의 두께를 조절하여 녹색 광의 색감을 맞출 수 있다.
즉, 레드 픽셀(Rp)은 제1 레드 발광층(132, red EML1)과 제2 레드 발광층(162, red EML2) 중 적어도 하나의 두께로 컬러 캐버티의 광학 거리를 조절하여 적색 광을 색감을 만족시킨다.
그리고, 그린 픽셀(Gp)은 제1 그린 발광층(134, green EML1)과 제2 그린 발광층(164, green EML2) 중 적어도 하나의 두께로 컬러 캐버티의 광학 거리를 조절하여 녹색 광의 색감을 만족시킨다.
레드 픽셀(Rp)에 형성된 제1 레드 발광층(132, red EML1)과 제2 레드 발광층(162, red EML2)은 30nm 이내의 서로 다른 파장 영역을 가지는 적색 광을 발광한다. 제1 레드 발광층(132, red EML1)과 제2 레드 발광층(162, red EML2)에 서로 다른 발광 파장의 광을 발산하는 발광 도펀트를 적용하여 30nm 이내의 서로 다른 파장 영역을 가지는 적색 광을 발광시킬 수 있다.
레드 픽셀(Rp) 내에 형성된 제1 레드 발광층(132, red EML1)과 제2 레드 발광층(162, red EML2)에서 서로 다른 파장의 적색 광이 발광하고, 서로 다른 파장의 적색 광은 마이크로 캐버티의 공진 효과로 인해 하나의 발광 파장을 가지는 적색 광으로 출사된다.
그린 픽셀(Gp)에 형성된 제1 그린 발광층(134, green EML1)과 제2 그린 발광층(164, green EML2)은 30nm 이내의 서로 다른 파장 영역을 가지는 녹색 광을 발광한다. 제1 그린 발광층(134, green EML1)과 제2 그린 발광층(164, green EML2)에 서로 다른 발광 파장의 광을 발산하는 발광 도펀트를 적용하여 30nm 이내의 서로 다른 파장 영역을 가지는 녹색 광을 발광시킬 수 있다.
그린 픽셀(Gp) 내에 형성된 제1 그린 발광층(134, green EML1)과 제2 그린 발광층(164, green EML2)에서 서로 다른 파장의 녹색 광이 발광하고, 서로 다른 파장의 녹색 광은 마이크로 캐버티의 공진 효과로 인해 하나의 발광 파장을 가지는 녹색 광으로 출사된다.
블루 픽셀(Bp)에 형성된 제1 블루 발광층(136, blue EML1)과 제2 블루 발광층(166, blue EML2)은 30nm 이내의 서로 다른 파장 영역을 가지는 청색 광을 발광한다. 제1 블루 발광층(136, blue EML1)과 제2 블루 발광층(166, blue EML2)에 서로 다른 발광 파장의 광을 발산하는 발광 도펀트를 적용하여 30nm 이내의 서로 다른 파장 영역을 가지는 청색 광을 발광시킬 수 있다.
블루 픽셀(Bp) 내에 형성된 제1 블루 발광층(136, blue EML1)과 제2 블루 발광층(166, blue EML2)에서 서로 다른 파장의 청색 광이 발광하고, 서로 다른 파장의 청색 광은 마이크로 캐버티의 공진 효과로 인해 하나의 발광 파장을 가지는 청색 광으로 출사된다.
레드, 그린 및 블루 발광층(EML)을 구성하는 형광 물질은 수명이 긴 장점이 있으나, 광 효율이 낮은 단점이 있다. 반면, 인광 물질은 광 효율이 높은 장점이 있으나, 수명이 짧은 단점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp)의 광 효율 및 수명을 향상시키기 위해서, 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp) 각각의 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)을 서로 다른 물질로 형성할 수 있다.
유기 발광층의 물질
정공 주입층(115, HIL)은 하기의 화학식1에 기재된 HAT-CN, TBAHA, F4-TCNQ 또는 CuPc 물질로 형성될 수 있다.
Figure pat00003
그리고, 제1 전자 수송층(140, ETL1) 및 제2 전자 수송층(170, ETL2)은 하기의 화학식 2 내지 화학식 9에 기재된 spiro-PBD, BMB-3T, PF-6P, PyPySPyPy, COT, TPBI, 옥사디아졸 유도체 또는 안트라센 유도체로 형성될 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
그리고, 블루 발광층(blue EML)의 형광 물질은 하기의 화학식 10 내지 화학식 17의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
그리고, 블루 형광 물질의 호스트(BH)는 하기의 화학식 18의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00020
그리고, 블루 형광 물질의 도펀트(BD)는 하기의 화학식 19의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00021
그러나, 이에 한정되지 않고, 블루 발광층의 재료로써, DAS, DSA-amin, 1-DNA, DNA/mADN/TBADN 또는 spiro-oligo(phenylene)가 적용될 수 있으며, 다양한 유도체 및 다양한 구조의 발광 재료가 적용될 수 있다.
그리고, 그린 형광 물질은 하기의 화학식 20 내지 화학식 25의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
그리고, 레드 형광 물질은 하기의 화학식 26 내지 화학식 30의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
그리고, 블루 발광층(blue EML)의 인광 물질의 호스트는 하기의 화학식 31 내지 화학식 37의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
그리고, 레드 발광층(red EML) 및 그린 발광층(green EML)의 인광 물질의 호스트는 하기의 화학식 38 내지 화학식 44의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
그리고, 레드 발광층(red EML)의 인광 물질의 도펀트는 하기의 화학식 45의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00047
그리고, 그린 발광층(green EML)의 인광 물질의 도펀트는 하기의 화학식 46의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00048
그리고, 블루 발광층(blue EML)의 인광 물질의 도펀트는 하기의 화학식 47의 물질이 적용될 수 있다.
Figure pat00049
그러나, 이에 한정되지 않고, 인광 물질의 호스트는 각각의 유도체로 다양하게 변환이 가능하며, 인광 물질의 도펀트는 Ir complex로 이루어 질 수 있다.
제1 발광 유닛(unit1)의 발광 물질층과 제2 발광 유닛(unit2)의 발광 물질층 중 적어도 하나의 발광 물질층은 2가지 이상의 호스트가 믹싱되어 형성될 수 있다. 또한, 제1 발광 유닛(unit1)의 발광 물질층과 제2 발광 유닛(unit2)의 발광 물질층 중 적어도 하나의 발광 물질층은 2가지 이상의 도펀트가 믹싱되어 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예의 실험 조건
제1 전극(110, 애노드 전극)은 반사 전극이며, ITO층(70Å), 반사층(APC, 100Å), ITO층(70Å)이 적층된 구조로 형성된다. 이때, APC의 재료는 은 (Ag)이 90%이상 포함된 합금으로 형성된다.
제1 전극(110, 애노드 전극)은 하나의 단위 픽셀 단위로 형성되며, 하나의 단위 픽셀은 3색의 레드 픽셀(Rp), 그린 픽셀(Gp) 및 블루 픽셀(Bp)로 구성되고, 3색의 화소들은 뱅크(bank, 미도시)로 구분되어 있다.
제1 전극(110, 애노드 전극) 상에 HAT-CN 물질을 10nm 두께로 증착하여 정공 주입층(115, HIL)을 형성한다. 정공 주입층(115, HIL) 상에 NPD 물질을 37.5nm 두께로 증착하여 제1 정공 수송층(120, HTL1)을 형성한다.
제1 정공 수송층(120, HTL1) 상부 중에서 레드 픽셀(Rp) 영역에 제1 레드 발광층(132, red EML1)을 형성한다. 제1 레드 발광층(132, red EML1)은 레드 호스트(RH)인 Be complex 유도체에 레드 도펀트(RD)인 Ir 유도체(Ra, 제1 레드 도펀트)를 5%를 도핑하여 70nm 두께로 형성한다.
제1 정공 수송층(120, HTL1) 상부 중에서 그린 픽셀(Gp) 영역에 제1 그린 발광층(134, green EML1)을 형성한다. 제1 그린 발광층(134, green EML1)은
그린 호스트(GH)인 안트라센(Anthracene) 유도체에 그린 도펀트(GD)인 Ir 유도체(Ga, 제1 그린 도펀트)를 5% 도핑하여 40nm 두께로 형성한다.
제1 정공 수송층(120, HTL1) 상부 중에서 블루 픽셀(Bp) 영역에 제1 블루 발광층(136, blue EML1)을 형성한다. 제1 블루 발광층(136, blue EML1)은 블루 호스트(BH)인 안트라센(Anthracene) 유도체에 블루 도펀트(BD)인 파이렌(Pyren) 유도체(Ba, 제1 블루 도펀트)를 5% 도핑하여 20nm 두께로 형성한다.
제1 레드 발광층(132, red EML1), 제1 그린 발광층(134, green EML1) 및 제1 블루 발광층(136, blue EML1) 상에 Alq3 물질을 25nm 두께로 증착하여 제1 전자 수송층(140, ETL1)을 형성한다.
제1 전자 수송층(140, ETL) 상에 제1 전하 생성층(145, N-CGL)을 형성한다. 제1 전하 생성층(145, N-CGL)은 안트라센(Anthracene) 유도체 ETL 물질에 Li을 2% 도핑하여 10nm 두께로 형성된다.
제1 전하 생성층(145, N-CGL) 상에 HAT-CN 물질을 10nm 두께로 증착하여 제2 전하 생성층(150, P-CGL)을 형성한다.
제2 전하 생성층(150, P-CGL) 상에 NPD 물질을 37.5nm 두께로 증착하여 제2 정공 수송층(155, HTL2)을 형성한다.
제2 정공 수송층(155, HTL2) 상부 중에서 레드 픽셀(Rp) 영역에 제2 레드 발광층(162, red EML2)을 형성한다. 제2 레드 발광층(162, red EML2)은 레드 호스트(RH)인 Be complex 유도체에 레드 도펀트(RD)인 Ir 유도체(Rb, 제2 레드 도펀트)를 5%를 도핑하여 70nm 두께로 형성한다.
제2 정공 수송층(155, HTL2) 상부 중에서 그린 픽셀(Gp) 영역에 제2 그린 발광층(164, green EML2)을 형성한다. 제2 그린 발광층(164, green EML2)은 그린 호스트(GH)인 안트라센(Anthracene) 유도체에 그린 도펀트(GD)인 Ir 유도체(Gb, 제2 그린 도펀트)를 5% 도핑하여 40nm 두께로 형성한다.
제2 정공 수송층(155, HTL2) 상부 중에서 블루 픽셀(Bp) 영역에 제2 블루 발광층(166, blue EML2)을 형성한다. 제2 블루 발광층(166, blue EML2)은 블루 호스트(BH)인 안트라센(Anthracene) 유도체에 블루 도펀트(BD)인 파이렌(Pyren) 유도체(Bb, 제2 블루 도펀트)를 5% 도핑하여 20nm 두께로 형성한다.
제2 레드 발광층(162, red EML2), 제2 그린 발광층(164, green EML2) 및 제2 블루 발광층(166, blue EML2) 상에 Alq3 물질과 LiQ 물질을 1:1 비율로써 35nm 두께로 증착하여 제2 전자 수송층(170, ETL2)을 형성한다.
제2 전자 수송층(170, ETL2) 상에 Mg:LiF를 15Å 성막하고, Ag:Mg를 1:1 비율로 160Å 성막하여 반투과 전극인 제2 전극(175, 캐소드 전극)을 형성한다.
그리고, 픽셀을 덮도록 제2 전극(175, 캐소드 전극) 상에 NPD 물질을 65nm 두께로 증착하여 캡핑층(180)을 형성한다.
레드 발광층(red EML), 그린 발광층(green EML) 및 블루 발광층(blue EML)의 호스트가 형광 물질인 경우 또는 인광 물질인 경우에 상관 없이 도펀트가 동일하다면 발광 파장 영역이 장파장일수록 열적 신뢰성과 화학적 신뢰성이 높다.
따라서, 단파장의 광을 발산하는 도펀트 대비 장파장의 광을 발산하는 도펀트를 적용하면 유기 발광 장치의 수명을 연장시킬 수 있다. 그러나, 장파장의 광을 발산하는 도펀트를 적용한 유기 발광 장치를 OLED 패널에 적용하는 경우, OLED 패널의 색감 영역 및 시야각의 요구 조건에서 벗어나게 된다. 이로 인해, 소자의 수명을 길게 확보할 수 있는 장점이 있지만 OLED 패널에는 적용할 수 없는 한계가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 서로 다른 파장 영역의 발광 도펀트를 적용하여, OLED 패널에 적용 시 색감 영역을 충족시키면서 소자의 수명 특성 및 광학 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이러한, 앞에서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치의 효과를 검증하기 위해서 광학 특성 실험을 수행하였고, 아래에 기재된 바와 같은 실험 결과를 얻을 수 있었다.
본 발명의 실시 예의 광학 특성 평가 결과
도 4는 본 발명의 실시 예들의 제1 발광층(EML1) 및 제2 발광층(EML2)에 적용되는 도펀트들의 고유한 발광 파장의 중심 영역을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1 블루 도펀트 및 제2 블루 도펀트의 광 파장을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 제1 그린 도펀트 및 제2 그린 도펀트의 광 파장을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 제1 레드 도펀트 및 제2 레드 도펀트의 광 파장을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 1에 도시된 비교 예와 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치의 광학 특성 실험 결과를 비교하여 나타내었다.
먼저, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 동일 파장 영역의 도펀트를 적용하였다.
도 3 및 도 4를 결부하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시 예의 유기 발광 장치는 제1 블루 발광층(136, blue EML1) 및 제2 블루 발광층(166, blue EML2)에 고유한 발광 파장의 중심 영역이 456nm인 동일한 도펀트를 적용하였다.
본 발명의 제1 실시 예의 유기 발광 장치는 제1 그린 발광층(134, green EML1) 및 제2 그린 발광층(164, green EML2)에 고유한 발광 파장의 중심 영역이 518nm인 동일한 도펀트를 적용하였다.
본 발명의 제1 실시 예의 유기 발광 장치는 제1 레드 발광층(132, red EML1) 및 제2 레드 발광층(162, red EML2)에 고유한 발광 파장의 중심 영역이 620nm인 동일한 도펀트를 적용하였다.
그리고, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 서로 다른 파장 영역의 발광 도펀트를 적용하였다. 여기서, 동일한 중심 물질 유도체에 작용기를 다른 화학 구조를 사용하여 발광 파장 영역이 상이한 제1 도펀트와 제2 도펀트를 적용할 수 있다.
제1 블루 도펀트의 고유한 발광 파장의 중심 영역과 제2 블루 도펀트의 고유한 발광 파장의 중심 영역의 차이는 30nm 이내이다. 그리고, 제1 그린 도펀트의 고유한 발광 파장의 중심 영역과 제2 그린 도펀트의 고유한 발광 파장의 중심 영역의 차이는 30nm 이내이다. 그리고, 제1 레드 도펀트의 고유한 발광 파장의 중심 영역과 제2 레드 도펀트의 고유한 발광 파장의 중심 영역의 차이는 30nm 이내이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예의 유기 발광 장치는 제1 발광 유닛(unit1)의 제1 블루 발광층(136, blue EML1)에 고유한 발광 파장의 중심 영역이 456nm인 제1 블루 도펀트(blue dopant1)를 적용하였다. 그리고, 제2 발광 유닛(unit2)의 제2 블루 발광층(166, blue EML2)에 고유한 발광 파장의 중심 영역이 466nm인 제2 블루 도펀트(blue dopant2)를 적용하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예의 유기 발광 장치는 제1 발광 유닛(unit1)의 제1 그린 발광층(134, green EML1)에 고유한 발광 파장의 중심 영역이 518nm인 제1 그린 도펀트(green dopant1)를 적용하였다. 그리고, 제2 발광 유닛(unit2)의 제2 그린 발광층(164, green EML2)에 고유한 발광 파장의 중심 영역이 538nm인 제2 그린 도펀트(green dopant2)를 적용하였다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예의 유기 발광 장치는 제1 발광 유닛(unit1)의 제1 레드 발광층(132, red EML1)에 고유한 발광 파장의 중심 영역이 620nm인 제1 레드 도펀트(red dopant1)를 적용하였다. 그리고, 제2 발광 유닛(unit2)의 제2 레드 발광층(162, red EML2)에 고유한 발광 파장의 중심 영역이 624nm인 제2 레드 도펀트(red dopant2)를 적용하였다.
도 8은 비교 예와 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예의 특성 평가를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 1에 도시된 비교 예의 색좌표를 살펴보면, 블루 픽셀의 CIE_x는 0.143, CIE_y는 0.052이고, 그린 픽셀의 CIE_x는 0.215, CIE_y는 0.732이고, 레드 픽셀의 CIE_x는 0.673, CIE_y는 0.323이다.
제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 동일 파장 영역의 도펀트를 적용한 본 발명의 제1 실시 예의 색좌표를 살펴보면, 블루 픽셀의 CIE_x는 0.143, CIE_y는 0.050이고, 그린 픽셀의 CIE_x는 0.210, CIE_y는 0.730이고, 레드 픽셀의 CIE_x는 0.675, CIE_y는 0.324이다.
제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트들을 적용한 본 발명의 제2 실시 예의 색좌표를 살펴보면, 블루 픽셀의 CIE_x는 0.142, CIE_y는 0.052이고, 그린 픽셀의 CIE_x는 0.247, CIE_y는 0.712이고, 레드 픽셀의 CIE_x는 0.675, CIE_y는 0.324이다.
이어서, 도 1에 도시된 비교 예의 구동 전압은 블루 픽셀이 4.1[V], 그린 픽셀이 3.9[V], 레드 픽셀이 3.9[V]이다.
제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 동일 파장 영역의 도펀트를 적용한 본 발명의 제1 실시 예의 구동 전압은 블루 픽셀이 7.2[V], 그린 픽셀이 7.0[V], 레드 픽셀이 7.2[V]이다.
제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트들을 적용한 본 발명의 제2 실시 예의 구동 전압은 블루 픽셀이 7.1[V], 그린 픽셀이 6.4[V], 레드 픽셀이 7.2[V]이다.
이어서, 도 1에 도시된 비교 예의 전류 효율은 블루 픽셀이 5.3[cd/A], 그린 픽셀이 114.2[cd/A], 레드 픽셀이 48.6[cd/A]이다.
제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 동일 파장 영역의 도펀트를 적용한 본 발명의 제1 실시 예의 전류 효율은 블루 픽셀이 7.8[cd/A], 그린 픽셀이 160.8[cd/A], 레드 픽셀이 70.2[cd/A]이다.
제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트들을 적용한 제2 실시 예의 전류 효율은 블루 픽셀이 8.0[cd/A], 그린 픽셀이 177.6[cd/A], 레드 픽셀이 65.5[cd/A]이다.
이어서, 도 1에 도시된 비교 예의 전력 효율은 블루 픽셀이 3.8[lm/W], 그린 픽셀이 91.8[lm/W], 레드 픽셀이 39[lm/W]이다.
제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 동일 파장 영역의 도펀트를 적용한 본 발명의 제1 실시 예의 전력 효율은 블루 픽셀이 3.3[lm/W], 그린 픽셀이 78[lm/W], 레드 픽셀이 27[lm/W]이다.
제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트들을 적용한 제2 실시 예의 전력 효율은 블루 픽셀이 3.5[lm/W], 그린 픽셀이 87.3[lm/W], 레드 픽셀이 26[lm/W]이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예의 유기 발광 장치를 비교 예와 대비하여 살펴보면, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예의 유기 발광 장치가 비교 예보다 전류 효율 및 전력 효율이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 9는 비교 예와 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예의 구동 시간 경과에 따른 블루 발광층의 휘도 감소를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 비교 예는 구동 시간이 100시간 경과했을 때, 블루 픽셀의 휘도가 초기 휘도 대비 95% 수준으로 감소하였다. 반면, 본 발명의 제1 실시 예의 유기 발광 장치는 구동 시간이 250시간 경과했을 때, 블루 픽셀의 휘도가 초기 휘도 대비 96.5% 수준을 유지하고 있다. 그리고, 본 발명의 제2 실시 예의 유기 발광 장치는 구동 시간이 250시간 경과했을 때, 블루 픽셀의 휘도가 초기 휘도 대비 97.5% 수준을 유지하고 있다.
따라서, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예의 유기 발광 장치의 블루 픽셀의 수명과 비교 예의 블루 픽셀의 수명을 대비하여 살펴보면, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예의 유기 발광 장치의 블루 픽셀의 수명이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 10은 비교 예와 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예의 구동 시간 경과에 따른 그린 발광층의 휘도 감소를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 비교 예는 구동 시간이 250시간 경과했을 때, 그린 픽셀의 휘도가 초기 휘도 대비 97% 수준으로 감소하였다. 반면, 본 발명의 제1 실시 예의 유기 발광 장치는 구동 시간이 250시간 경과했을 때, 그린 픽셀의 휘도가 초기 휘도 대비 98% 수준을 유지하고 있다. 그리고, 본 발명의 제2 실시 예의 유기 발광 장치는 구동 시간이 250시간 경과했을 때, 그린 픽셀의 휘도가 초기 휘도 대비 98.5% 수준을 유지하고 있다.
따라서, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예의 유기 발광 장치의 그린 픽셀의 수명과 비교 예의 그린 픽셀의 수명을 대비하여 살펴보면, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예의 유기 발광 장치의 그린 픽셀의 수명이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 11은 비교 예와 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예의 구동 시간 경과에 따른 레드 발광층의 휘도 감소를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 비교 예는 구동 시간이 500시간 경과했을 때, 레드 픽셀의 휘도가 초기 휘도 대비 97.5% 수준으로 감소하였다. 반면, 본 발명의 제1 실시 예의 유기 발광 장치는 구동 시간이 500시간 경과했을 때, 레드 픽셀의 휘도가 초기 휘도 대비 99% 수준을 유지하고 있다. 그리고, 본 발명의 제2 실시 예의 유기 발광 장치는 구동 시간이 500시간 경과했을 때, 레드 픽셀의 휘도가 초기 휘도 대비 99% 수준을 유지하고 있다.
따라서, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예의 유기 발광 장치의 레드 픽셀의 수명과 비교 예의 레드 픽셀의 수명을 대비하여 살펴보면, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예의 유기 발광 장치의 레드 픽셀의 수명이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 비교 예보다 본 발명의 제1 및 제2 실시 예의 유기 발광 장치가 레드 픽셀, 그린 픽셀 및 블루 픽셀의 수명이 더 우수하다.
도 12는 본 발명의 실시 예의 수명 및 시야각 특성을 나타내는 도면이고, 도 13은 본 발명의 제2 실시 예의 수명 및 시야각 특성을 나타내는 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 도 1에 도시된 비교 예보다 본 발명의 제1 실시 예와 본 발명의 제2 실시 예가 높은 광 효율을 가진다.
유기 발광 장치를 OLED 패널에 적용하기 위해 필요한 색좌표 마진(margin)은 상기 표 2에 기재된 바와 같이, 레드 픽셀의 CIE_x는 0.670~0.678이고, 그린 픽셀의 CIE_x는 0.210~0.260이고, 블루 픽셀의 CIE_y는 0.045~0.060이다.
본 발명의 제1 실시 예와 본 발명의 제2 실시 예를 비교하여 살펴보면, 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 동일한 파장 영역의 도펀트를 적용한 것보다 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트들을 적용했을 때 색감 영역을 충족하면서 발광 소자의 수명이 더 길어진다.
레드 픽셀, 그린 픽셀 및 블루 픽셀에 모두의 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트들 적용하지 않더라도, 레드 픽셀, 그린 픽셀, 블루 픽셀 중에서 적어도 하나의 픽셀에만 제1 발광층(EML1)과 제2 발광층(EML2)에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트들 적용하더라도 색감 영역을 충족하면서 발광 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
특히, 블루 픽셀의 경우 비교 예 비대 수명이 2배 가량 향상되고, 그린 픽셀도 비교 예 대비 수명이 50% 이상 향상될 수 있다. 기본적으로 수명이 우수한 레드 픽셀은 시야각이 넓어지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 에에 따른 유기 발광 장치는 수명뿐만 아니라 시야각도 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 장치는 유기 발광층을 2개의 발광 유닛(2unit)의 발광 구조로 형성하고, 제1 발광 유닛의 발광층과 제2 발광 유닛의 발광층에 상이한 고유 발광 파장 영역의 도펀트를 적용하여 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 휘도뿐만 아니라 화이트 광의 휘도도 높일 수 있다.
또한, 유기 발광 소자의 수명 및 유기 발광 소자를 이용한 디스플레이 패널의 수명을 향상시키고, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 시야각을 개선할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당 업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 제1 전극(애노드)
115: 정공 주입층(HIL)
120: 제1 정공 수송층(HTL1)
132: 제1 레드 발광층(red EML1)
134: 제1 그린 발광층(green EML1)
136: 제1 블루 발광층(blue EML1)
140: 제1 전자 수송층(ETL1)
145: 제1 전하 생성층(N-CGL)
150: 제2 전하 생성층(P-CGL)
155: 제2 정공 수송층(HTL2)
162: 제2 레드 발광층(red EML2)
164: 제2 그린 발광층(green EML2)
166: 제1 블루 발광층(blue EML2)
170: 제2 전자 수송층(ETL2)
175: 제2 전극(캐소드)
180: 캡핑층

Claims (20)

  1. 제1 전극과 제2 전극 사이에 마이크로 캐버티가 형성된 유기 발광 장치에 있어서,
    적색 광을 발광하는 제1 레드 발광층, 녹색 광을 발광하는 제1 그린 발광층 및 청색 광을 발광하는 제1 블루 발광층을 포함하는 제1 발광 유닛;
    적색 광을 발광하는 제2 레드 발광층, 녹색 광을 발광하는 제2 그린 발광층 및 청색 광을 발광하는 제2 블루 발광층을 포함하는 제2 발광 유닛;
    상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 사이에 형성된 전하 생성층;
    반사 전극으로 형성되어 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛에 제1 극성의 전하를 공급하는 제1 전극; 및
    반투과 전극으로 형성되어 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛에 제2 극성의 전하를 공급하는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 제1 레드 발광층, 상기 제1 그린 발광층, 상기 제1 블루 발광층 중 적어도 하나는 상기 제2 레드 발광층, 상기 제2 그린 발광층, 상기 제2 블루 발광층과 상이한 파장 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛은
    상기 제1 전극 상에 형성된 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상에 형성된 제1 정공 수송층; 및
    상기 제1 레드 발광층, 상기 제1 그린 발광층 및 제1 블루 발광층 상에 형성된 제1 전자 수송층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 정공 수송층의 두께로 청색 광의 컬러 캐버티의 광학 거리를 만족시키는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 발광 유닛은
    상기 전하 생성층 상에 형성된 제2 정공 수송층;
    상기 제2 레드 발광층, 상기 제2 그린 발광층 및 상기 제2 블루 발광층 상에 형성된 제2 전자 수송층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 레드 발광층과 상기 제2 레드 발광층 중 적어도 하나의 두께로 적색 광의 컬러 캐버티의 광학 거리를 만족시키는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 그린 발광층과 상기 제2 그린 발광층 중 적어도 하나의 두께로 녹색 광의 컬러 캐버티의 광학 거리를 만족시키는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    레드 픽셀의 유기 발광층은 250nm~310nm의 두께로 형성되고,
    그린 픽셀의 유기 발광층은 200nm~270nm의 두께로 형성되고,
    블루 픽셀의 유기 발광층은 150nm~230nm의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 레드 발광층 및 상기 제2 레드 발광층은 65nm~85nm의 두께로 형성되고,
    상기 제1 그린 발광층 및 상기 제2 그린 발광층은 35nm~50nm의 두께로 형성되고,
    상기 제1 블루 발광층과 및 상기 제2 블루 발광층은 15nm~30nm의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 레드 발광층은 제1 레드 도펀트를 포함하고,
    상기 제2 레드 발광층은 상기 제1 레드 도펀트와 상이한 고유 발광 파장 영역을 가지는 제2 레드 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 레드 도펀트의 발광 파장의 중심 영역과 상기 제2 레드 도펀트의 발광 파장의 중심 영역의 차이가 30nm 이내인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 레드 발광층과 상기 제2 레드 발광층은 서로 다른 파장 영역의 적색 광을 발광하고,
    상기 제1 레드 발광층과 상기 제2 레드 발광층에서 발광되는 적색 광의 발광 파장 영역의 차이는 30nm 이내이고,
    마크로 캐버티의 공진에 의해 하나의 파장 영역을 가지는 적색 광을 출사시키는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 그린 발광층은 제1 그린 도펀트를 포함하고,
    상기 제2 그린 발광층은 상기 제1 그린 도펀트와 상이한 고유 발광 파장 영역을 가지는 제2 그린 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 그린 도펀트의 발광 파장의 중심 영역과 상기 제2 그린 도펀트의 발광 파장의 중심 영역의 차이가 30nm 이내인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 그린 발광층과 상기 제2 그린 발광층은 30nm 이내의 서로 다른 파장 영역을 가지는 녹색 광을 발광하고,
    상기 제1 그린 발광층과 상기 제2 그린 발광층은 서로 다른 파장 영역의 녹색 광을 발광하고,
    상기 제1 그린 발광층과 상기 제2 그린 발광층에서 발광되는 녹색 광의 발광 파장 영역의 차이는 30nm 이내이고,
    마크로 캐버티의 공진에 의해 하나의 파장 영역을 가지는 녹색 광을 출사시키는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 블루 발광층은 제1 블루 도펀트를 포함하고,
    상기 제2 블루 발광층은 상기 제1 블루 도펀트와 상이한 고유 발광 파장 영역을 가지는 제2 블루 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 블루 도펀트의 발광 파장의 중심 영역과 상기 제2 블루 도펀트의 발광 파장의 중심 영역의 차이가 30nm 이내인 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 블루 발광층과 상기 제2 블루 발광층은 30nm 이내의 서로 다른 파장 영역을 가지는 청색 광을 발광하고,
    상기 제1 블루 발광층과 상기 제2 블루 발광층은 서로 다른 파장 영역의 청색 광을 발광하고,
    상기 제1 블루 발광층과 상기 제2 블루 발광층에서 발광되는 청색 광의 발광 파장 영역의 차이는 30nm 이내이고,
    마크로 캐버티의 공진에 의해 하나의 파장 영역을 가지는 청색 광을 출사시키는 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 레드 발광층의 파장 영역과 상기 제2 레드 발광층의 파장 영역은 상이한 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 그린 발광층의 파장 영역과 상기 제2 그린 발광층의 파장 영역은 상이한 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 블루 발광층의 파장 영역과 상기 제2 블루 발광층의 파장 영역은 상이한 것을 특징으로 하는 유기 발광 장치.
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