KR20160039111A - 유기발광표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치는 기판, 제1 전극, 제1 스택, N형 전하생성층, 전이금속산화물층, 제2 스택, 및 제2 전극을 포함한다. 기판은 제1 내지 제3 발광부가 정의된다. 제1 전극은 제1 내지 제3 발광부 상에 각각 위치한다. 제1 스택은 제1 전극 상에 위치하며, 제1 발광부에 대응되는 제1 발광층, 제2 발광부에 대응되는 제2 발광층 및 제3 발광부에 대응되는 제3 발광층을 포함한다. N형 전하생성층은 상기 제1 스택 상에 위치한다. 전이금속산화물층은 N형 전하생성층 상에 위치한다. 제2 스택은 제1 발광부에 대응되는 제4 발광층, 제2 발광부에 대응되는 제5 발광층 및 제3 발광부에 대응되는 제6 발광층을 포함한다. 제2 전극은 제2 스택 상에 위치한다.
Description
본 발명은 유기발광표시장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 용액 공정과 증착 공정이 가능한 스택 구조의 하이브리드 유기발광표시장치에 관한 것이다.
유기발광표시장치(Organic Light Emitting Display Device, 이하 'OLED'라 함)는 인가된 전위에 반응하여 빛을 방출하는 전자 디바이스이다. OLED의 구조는 차례대로 애노드(양극), 유기 EL 매질 및 캐소드(음극)를 포함한다. 일반적으로, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 유기 EL 매질은 정공수송층(hole transportation layer, 이하 HTL) 및 전자수송층(electron transportation layer, 이하 ETL)으로 구성된다. 정공 및 전자는 HTL/ETL의 계면 근처의 ETL에서 재조합되어 빛을 방출한다. 탕(Tang) 등은 문헌["Organic Electroluminescent Diodes", Applied Physics Letters, 51, 913 (1987)] 및 통상적으로 양도된 미국 특허 제 4,769,292 호에서 상기 층의 구조를 사용한 매우 효과적인 OLED를 설명하고 있다.
유기발광표시장치는 다양한 구조를 가지는데 도 1에 도시된 1-스택의 용액형 하이브리드 유기발광표시장치(1-Stack Soluble Hybrid OLED)의 경우 정공주입층(hole injection layer, 이하 HIL)/HTL/발광층(emission layer, 이하 EML)을 용액 공정(Soluble Process)으로 구현하고 ETL/전자주입층(electron injection layer, 이하 EIL)/캐소드를 열 증착(Thermal Evaporation)을 사용하여 R, G, B를 구현하는 방식으로 1-스택으로 인한 효율 및 소비전력, 색좌표 조절에 한계를 가지고 있다. 또한, ETL 진공 증착 후, N2 분위기라 할지라도 다시 상압에 노출시켜 용액 공정을 진행시킬 경우, 소자에 데미지를 주어 효율 및 수명에 악 영향을 주므로 2-스택에 적용이 불가능하였다. 특히 수분에 취약한 ETL, EIL 은 진공 증착 공정 후, 다시 상압에 노출될 경우 N2 분위기라 할지라도 소자의 효율 및 수명 특성에 취약성을 드러낼 수 있다.
그리고, 도 2에 도시된 2-스택 백색 유기발광표시장치(2-Stack White OLED)의 경우, 일반적으로 청색 스택/연두색 스택(Blue Stack/Yellowish Green Stack)의 적층 구조를 통하여 백색(White)을 구현한 후, 이것을 다시 R, G, B 컬러필터(Color Filter)에 투과시키는 방식을 사용하고 있다. 1-스택에 비하여 소비전력 및 휘도에 강점을 가지나 컬러필터를 사용함에 따른 효율 손실 및 구동에 따른 색변이(color Shift) 등의 문제가 있다.
본 발명은 용액 공정과 증착 공정의 하이브리드 유기발광표시장치에 있어서, 전이금속산화물층을 이용하여 2-스택 구조를 형성시킴으로써 효율 및 소비전력 특성을 향상시킬 수 있는 유기발광표시장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치는 기판, 제1 전극, 제1 스택, N형 전하생성층, 전이금속산화물층, 제2 스택, 및 제2 전극을 포함한다. 기판은 제1 내지 제3 발광부가 정의된다. 제1 전극은 제1 내지 제3 발광부 상에 각각 위치한다. 제1 스택은 제1 전극 상에 위치하며, 제1 발광부에 대응되는 제1 발광층, 제2 발광부에 대응되는 제2 발광층 및 제3 발광부에 대응되는 제3 발광층을 포함한다. N형 전하생성층은 상기 제1 스택 상에 위치한다. 전이금속산화물층은 N형 전하생성층 상에 위치한다. 제2 스택은 제1 발광부에 대응되는 제4 발광층, 제2 발광부에 대응되는 제5 발광층 및 제3 발광부에 대응되는 제6 발광층을 포함한다. 제2 전극은 제2 스택 상에 위치한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 제조방법은 제1 내지 제3 발광부가 정의된 기판 상에 각각 제1 전극을 형성한다. 제1 발광부에 대응되도록 제1 발광층을 형성하고 제2 발광부에 대응되도록 제2 발광층을 형성하고 제3 발광부에 대응되도록 제3 발광층을 형성하여, 제1 전극 상에 제1 스택을 형성한다. 제1 스택 상에 N형 전하생성층을 형성하고, N형 전하생성층 상에 전이금속산화물층을 형성한다. 제1 발광부에 대응되도록 제4 발광층을 형성하고 제2 발광부에 대응되도록 제5 발광층을 형성하고 제3 발광부에 대응되도록 제6 발광층을 형성하여, 전이금속산화물층 상에 제2 스택을 형성한다. 제2 스택 상에 제2 전극을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치는 P형 전하생성층 및 패시베이션으로 작용하는 전이금속산화물층을 형성함으로써, 전자수송층이 형성된 기판을 다시 상압에서 용액 공정의 진행을 가능하게 한다. 따라서, 2-스택 하이브리드 유기발광표시장치의 제조를 가능하게 하고 소자의 효율 및 소비전력, 색좌표 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 1-스택 용액형 하이브리드 유기발광표시장치를 나타낸 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 2-스택의 용액형 하이브리드 유기발광표시장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기발광표시장치의 전압-전류밀도 그래프.
도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기발광표시장치의 전압-휘도 그래프.
도 7은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기발광표시장치의 휘도-양자효율 그래프.
도 8은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기발광표시장치의 휘도-전류효율 그래프.
도 2는 종래 기술에 따른 2-스택의 용액형 하이브리드 유기발광표시장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기발광표시장치의 전압-전류밀도 그래프.
도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기발광표시장치의 전압-휘도 그래프.
도 7은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기발광표시장치의 휘도-양자효율 그래프.
도 8은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기발광표시장치의 휘도-전류효율 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 자세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치(100)는 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 발광하는 유기전계발광소자일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 세 개의 서브 화소가 하나의 단위 화소를 구성하며, 각 서브 화소는 적색을 방출하는 적색 발광부(105R), 녹색을 방출하는 녹색 발광부(105G) 및 청색을 방출하는 청색 발광부(105B)로 구성되어 풀 컬러를 구현한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치(100)는 기판(110) 상에 제1 전극들(120R, 120G, 120B)과 제2 전극(210) 사이에 위치하는 스택들(Stacks)을 포함하며, 스택들은 제1 발광층(150R), 제2 발광층(150G) 및 제3 발광층(150B)을 포함하는 제1 스택(ST1) 및 제1 스택(ST1) 상에 위치하며 제4 발광층(180R), 제5 발광층(180G) 및 제6 발광층(180B)을 포함하는 제2 스택(ST2)을 포함한다.
보다 자세하게, 상기 기판(110)은 빛이 투과할 수 있는 투명한 유리, 플라스틱 또는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 기판(110) 상에 제1 전극(120R, 120G, 120B)이 위치하되, 적색 발광부(105R), 녹색 발광부(105G) 및 청색 발광부(105B)에 각각 위치한다. 제1 전극(120R, 120G, 120B)은 일함수가 높은 투명한 애노드 전극으로, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나로 이루어진다. 제1 전극(120R, 120G, 120B)은 각각 패터닝되어 인접한 제1 전극들과 이격되어 있다. 도시하지 않았지만, 뱅크층(bank layer)에 의해 각 화소영역이 구획되어 있다. 제2 전극(210)은 일함수가 낮은 캐소드 전극으로, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 칼슘(Ca) 등의 금속으로 이루어지고, 도면에 도시된 바와 같이, 적색 발광부(105R), 녹색 발광부(105G) 및 청색 발광부(105B) 전체에 일체로 이루어진다.
상기 제1 스택(ST1)은 하나의 발광소자 단위를 이루는 것으로, 적색을 발광하는 제1 발광층(150R), 녹색을 발광하는 제2 발광층(150G), 청색을 발광하는 제3 발광층(150B)을 포함한다. 보다 자세하게, 적색 발광부(105R)에 제1 발광층(150R)이 위치하고, 녹색 발광부(105G)에 제2 발광층(150G)이 위치하며, 청색 발광부(105B)에 제3 발광층(150B)이 위치한다.
제1 발광층(150R)은 적색을 발광하는 것으로, 예를 들어, CBP(4,4'-N,N'-dicarbazolebiphenyl) 또는 Balq(Bis(2-methyl-8-quinlinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminium) 중 선택된 어느 하나의 호스트에 Ir(Mnpy)3, Btp2Ir(acac)(bis(2O-benzo[4,5-a]thienyl)pyridinato-N,C3O)iridium(zcetylactonate) 또는 Btp2Ir(acac)(iridium(III)bis(1-phenylisoquinolyl)-N,C2')acetyl 중 선택된 어느 하나 이상의 인광 적색 도펀트로 이루어질 수 있다. 제2 발광층(150G)은 녹색을 발광하는 것으로, 예를 들어, CBP(4,4'-N,N'-dicarbazolebiphenyl) 또는 Balq(Bis(2-methyl-8-quinlinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminium) 중 선택된 어느 하나의 호스트에 Ir(ppy)3의 인광 녹색 도펀트로 이루어질 수 있다. 제3 발광층(150B)은 청색을 발광하는 것으로, 예를 들어, AND(9,10-di(2-naphthyl)anthracene) 또는 DPVBi(4,4'-bis(2,2-diphenylethen-1-yl)-diphenyl)의 호스트 물질에 1,6-Bis(diphenylamine)pyrene, TBPe(tetrakis(t-butyl)perylene)의 형광 청색 도펀트로 이루어지거나, 4'-N,N-diphenylaminostyryl-triphenyl(DPA-TP), 2, 5,2',5'-테트라스티릴-비페닐(2, 5,2',5'-tetrastyryl-biphenyl: TSB) 또는 안트라센계 유도체의 딥블루 도펀트나, p-비스(p-N,N-디페닐-아미노스티릴)벤젠 또는 페닐 사이클로펜타디엔(pheny1cyclopentadiene)의 스카이 블루 도펀트로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1 스택(ST1)은 제1 전극들(120R, 120G, 120B)과 제1 내지 제3 발광층들(150R, 150G, 150B) 사이에 형성된 정공주입층(130)과 제1 정공수송층(140)을 더 포함한다. 상기 정공주입층(130)은 상기 제1 전극들(120R, 120G, 120B)로부터 제1 내지 제3 발광층들(150R, 150G, 150B)으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 제1 정공수송층(140)은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, 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)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 스택(ST1) 상에 N형 전하생성층(Charge Generation Layer ; CGL)(160)이 위치한다. N형 전하생성층(160)은 전하를 생성하거나 상기 제1 스택(ST1) 및 제2 스택(ST2)에 각각 형성된 발광층들에 전하를 주입한다. 즉, 상기 N형 전하생성층(160)은 제1 전극들(120R, 120G, 120B)에 인접한 제1 내지 제3 발광층들(150R, 150G, 150B)에 전자를 공급한다. 따라서, 유기발광표시장치의 발광 효율을 더욱 증대시킬수 있으며, 이와 더불어 구동 전압도 낮출 수 있다.
상기 N형 전하생성층(160)은 금속 또는 N형이 도핑된 유기물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 금속은 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Sm, Eu, Tb, Dy 및 Yb로 이루어진 군에서 선택된 하나의 물질일 수 있다. 또한, 상기 N형이 도핑된 유기물질에 사용되는 N형 도펀트와 호스트의 물질은 통상적으로 사용되는 물질을 이용할 수 있다. 예를 들면, 상기 N형 도펀트는 알칼리 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 또는 알칼리 토금속 화합물일 수 있다. 자세하게는 상기 N형 도판트는 Cs, K, Rb, Mg, Na, Ca, Sr, Eu 및 Yb로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다. 상기 호스트 물질은 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄, 트리아진, 하이드록시퀴놀린 유도체 및 벤즈아졸 유도체 및 실롤 유도체로 이루어진 군에서 선택된 하나의 물질일 수 있다.
상기 N형 전하생성층(160) 상에 전이금속산화물층(165)이 위치한다. 전이금속산화물층(165)은 P형 전하생성층과 패시베이션층의 역할을 하여 유기발광표시장치의 효율 및 소비전력 특성을 향상시킨다.
전이금속산화물은 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철 (Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈룸(Ta) 및 텅스텐(W) 등을 포함하는 금속원소의 산화물로서, 이들 금속원소는 디-오비탈(d-orbital)에 전자가 1 내지 9개까지 채워져 있으며, 4s/3d 오비탈, 5s/4d 오비탈의 에너지 간격이 매우 좁아 s/d 오비탈의 전자들이 결합에 관여하여 여러 가지 산화수를 가지는 특징이 있다. 또한, 전이 금속과 산소 이온 간의 전자 구조에 의해 금속/반도체/비금속 성질이 결정되며, 전이금속산화물의 넓은 일함수(Work function) 범위로 인해 유기 재료와의 에너지 레벨 정렬(Energy Level Alignment)이 용이하다.
일반적으로 텅스텐의 일함수는 4.32 내지 5.22eV이고, 몰리브덴의 일함수는 4.36 내지 4.95eV이며, 바나듐의 일함수는 4.3eV 정도를 나타낸다. 이들 전이금속은 텅스텐 산화물(WOx), 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(VxOy)의 형태로 형성됨에 따라 산화수, 두께, 중심금속의 산화상태 등에 따라서 본래의 전이금속 상태일 때의 일함수보다 증가된 일함수를 가질 수 있다. 보통 유기물의 경우 p형 전하생성층으로서 정공수송층의 HOMO 레벨과 0.5 내지 1.0eV 사이를 이룰 때, 무기물의 경우 무기물의 페르미 준위(Fermi Level)과 인접하는 정공주입층 또는 정공수송층의 HOMO 레벨과의 차이가 0 내지 1.0eV일 때 P형 전하생성층으로 잘 작용하는 것으로 알려져 있다.
전이금속산화물층(165)에 O2, N2, Ar 혹은 이들의 혼합 가스 등으로 플라즈마 처리(asma Treatment)를 통하여 일함수를 조절하여, 용액 공정으로 제조된 정공주입층과의 HOMO 레벨과의 레벨링(Leveling)을 통하여 정공 주입을 원활하게 한다. 즉, 본 발명은 일반적인 정공수송층의 HOMO 레벨인 5.5 내지 5.9eV에 정렬할 수 있도록 약 5.0 내지 5.9eV 정도의 값을 가지는 전이금속산화물층(165)을 이용하여 P형 전하생성층의 역할을 하게 한다. 또한, 전이금속산화물층은 무기물이므로 상압(N2 등 불활성 기체 분위기)에서의 패시베이션층의 역할을 유기물에 비해 월등히 수행할 수 있다.
한편, 전이금속산화물층(165)에 O2, N2, Ar 혹은 이들의 혼합 가스 등으로 플라즈마 처리하여, 층의 표면 거칠기(Surface Roughness), 모폴로지(Morphology), 표면장력, 친수성 등을 조절할 수 있다. 여기서, 친수성을 위한 플라즈마 처리의 경우 N2, O2, Ar 혹은 이들의 혼합 가스를 사용하고, 소수성을 위한 플라즈마 처리의 경우 CF4 가스를 사용한다. 전이금속산화물층(165)의 비정질 결정 그레인 사이즈가 0.5 내지 10nm 범위로 이루어져, 후속 층의 막 형성을 용이하게 할 수 있다. 또한, 전이금속산화물층(165)의 두께는 0.5 내지 30nm일 수 있다. 여기서, 전이금속산화물층(165)의 두께가 0.5nm 이상이면, 전이금속산화물층(165)이 P형 전하생성층 및 패시베이션층으로의 역할을 할 수 있고, 전이금속산화물층(165)의 두께가 30nm 이하이면, 전이금속산화물층(165)의 두께가 너무 두꺼워 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 전이금속산화물층(165)에 O2, N2, Ar 혹은 이들의 혼합 가스 등으로 플라즈마 처리하여, 표면 거칠기(Surface Roughness), 모폴로지(Morphology), 표면장력, 친수성 등을 조절함으로써, 전이금속산화물층(165) 상에 스핀 코팅(Spin Coating) 혹은 잉크젯(Ink-jetting)과 같은 용액 공정에 의해 형성되는 정공주입층 또는 정공수송층의 막 형성을 원활하게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기발광표시장치에서 전이금속산화물층(165)은 P형 전하생성층의 역할로 형성되며 동시에 전자수송층, 전자주입층과 같은 수분에 취약한 특성의 층에 패시베이션의 역할을 해준다. 따라서, 전자수송층이 형성된 기판을 다시 상압(N2 atmosphere)에서 용액 공정의 진행을 가능하게 한다. 그러므로, 2-스택 하이브리드 유기발광표시장치의 제조를 가능하게 하고 소자의 효율 및 소비전력, 색좌표 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 실시예에서는 P형 전하생성층의 역할을 하는 전이금속산화물층(165)과 N형 전하생성층(162)의 PN접합 전하생성층을 예로 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며, 전이금속산화물층(165)과 N형 전하생성층(162) 사이에 Cupc 등과 같은 절연층(insulator)이 더 형성된 PIN 접합 전하생성층의 구조도 가능하다.
한편, 전이금속산화물층(165) 상에 제2 스택(ST2)이 위치한다. 상기 제2 스택(ST2)은 제1 스택(ST1)과 마찬가지로 하나의 발광소자 단위를 이루는 것으로, 적색을 발광하는 제4 발광층(180R), 녹색을 발광하는 제5 발광층(180G), 청색을 발광하는 제6 발광층(180B)을 포함한다. 보다 자세하게, 적색 발광부(105R)에 제1 발광층(150R)과 대응되도록 제4 발광층(180R)이 위치하고, 녹색 발광부(105G)에 제2 발광층(150G)과 대응되도록 제5 발광층(180G)이 위치하며, 청색 발광부(105B)에 제3 발광층(150B)과 대응되도록 제6 발광층(180B)이 위치한다.
제4 발광층(180R)은 제1 발광층(150R)과 동일하게 적색을 발광하는 것으로, 예를 들어, CBP(4,4'-N,N'-dicarbazolebiphenyl) 또는 Balq(Bis(2-methyl-8-quinlinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminium) 중 선택된 어느 하나의 호스트에 Ir(Mnpy)3, Btp2Ir(acac)(bis(2O-benzo[4,5-a]thienyl)pyridinato-N,C3O)iridium(zcetylactonate) 또는 Btp2Ir(acac)(iridium(III)bis(1-phenylisoquinolyl)-N,C2')acetyl 중 선택된 어느 하나 이상의 인광 적색 도펀트로 이루어질 수 있다. 제5 발광층(180G)은 전술한 제2 발광층(150G)과 동일하게 녹색을 발광하는 것으로, 예를 들어, CBP(4,4'-N,N'-dicarbazolebiphenyl) 또는 Balq(Bis(2-methyl-8-quinlinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminium) 중 선택된 어느 하나의 호스트에 Ir(ppy)3의 인광 녹색 도펀트로 이루어질 수 있다. 제6 발광층(180B)은 전술한 제3 발광층(150B)과 동일하게 청색을 발광하는 것으로, 예를 들어, AND(9,10-di(2-naphthyl)anthracene) 또는 DPVBi(4,4'-bis(2,2-diphenylethen-1-yl)-diphenyl)의 호스트 물질에 1,6-Bis(diphenylamine)pyrene, TBPe(tetrakis(t-butyl)perylene)의 형광 청색 도펀트로 이루어지거나, 4'-N,N-diphenylaminostyryl-triphenyl(DPA-TP), 2, 5,2',5'-테트라스티릴-비페닐(2, 5,2',5'-tetrastyryl-biphenyl: TSB) 또는 안트라센계 유도체의 딥블루 도펀트나, p-비스(p-N,N-디페닐-아미노스티릴)벤젠 또는 페닐 사이클로펜타디엔(pheny1cyclopentadiene)의 스카이 블루 도펀트로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제2 스택(ST2)은 전이금속산화물층(165)과 제4 내지 제6 발광층들(180R, 180G, 180B) 사이에 형성된 제2 정공수송층(170)을 더 포함한다. 상기 제2 정공수송층(170)은 전술한 제1 정공수송층(140)과 동일하게 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, 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)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
그리고, 제2 스택(ST2)은 제4 내지 제6 발광층(180R, 180G, 180B) 상에 전자수송층(190)과 전자주입층(200)을 더 포함한다. 전자수송층(190)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 전자주입층(200)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, LiF, Li, Ba 및 BaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
한편, 제1 스택(ST1)에는 제1 내지 제3 발광층(150R, 150G, 150B)과 N형 전하생성층(160) 사이에 전자수송층, 정공블록층 등을 더 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치는 P형 전하생성층 및 패시베이션으로 작용하는 전이금속산화물층을 형성함으로써, 전자수송층이 형성된 기판을 다시 상압(N2 atmosphere)에서 용액 공정의 진행을 가능하게 한다. 따라서, 2-스택 하이브리드 유기발광표시장치의 제조를 가능하게 하고 소자의 효율 및 소비전력, 색좌표 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 기판(110) 상에 스퍼터링법 등의 증착 방법을 이용하여 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나를 증착한다. 이어, 포토리소그래피법으로 이를 패터닝하여 적색 발광부(105R)에 제1 전극(120R)을 형성하고, 녹색 발광부(105G)에 제1 전극(120G)을 형성하고 청색 발광부(105B)에 제1 전극(120B)을 형성한다. 그리고, 도시하지 않았지만, 뱅크층(bank layer)에 의해 각 제1 전극들이 구획된다.
이어, 도 4b를 참조하면, 제 1 전극들(120R, 120G, 120B)이 형성된 기판(110) 상에 정공주입층(130)을 형성한다. 정공주입층(130)은 전술한 정공주입물질을 잉크 젯(Ink Jet), 노즐 코팅(Nozzle Coating), 스프레이 코팅(Spray Coating), 롤 프린팅(Roll Printing) 등과 같은 용액 공정(Soluble Process)을 이용하여 형성된다. 이어, 정공주입층(130) 상에 정공수송층(140)을 형성한다. 정공수송층(140)은 전술한 정공수송물질로 형성되며, 정공주입층(130)과 동일하게 용액 공정을 통해 형성된다.
다음, 정공수송층(140)이 형성된 기판(110) 상에 적색 발광부(105R)에 적색을 발광하는 제1 발광층(150R), 녹색 발광부(105G)에 녹색을 발광하는 제2 발광층(150G), 청색 발광부(105B)에 청색을 발광하는 제3 발광층(150B)이 잉크 젯(Ink Jet), 노즐 코팅(Nozzle Coating), 스프레이 코팅(Spray Coating), 롤 프린팅(Roll Printing) 등과 같은 용액 공정(Soluble Process)을 통해 형성된다.
이어, 도 4c를 참조하면, 제1 내지 제3 발광층들(150R, 150G, 150B)이 형성된 기판(110)은 진공챔버로 이송되어, N형 전하생성층과 전이금속산화물층이 형성된다.
이어, 도 4d를 참조하면, 전이금속산화물층(165)이 형성된 기판(110)은 진공챔버에서 꺼내진 후, 상압에서 정공수송층이 용액 공정으로 형성된다. 그리고, 정공수송층 상에 적색 발광부(105R)에 적색을 발광하는 제4 발광층(180R), 녹색 발광부(105G)에 녹색을 발광하는 제5 발광층(180G), 청색 발광부(105B)에 청색을 발광하는 제6 발광층(180B)이 잉크 젯(Ink Jet), 노즐 코팅(Nozzle Coating), 스프레이 코팅(Spray Coating), 롤 프린팅(Roll Printing) 등과 같은 용액 공정(Soluble Process)을 통해 형성된다.
다음, 도 4e를 참조하면, 제4 내지 제6 발광층(180R, 180G, 180B)이 형성된 기판(110)은 다시 진공챔버로 이송된다. 그리고, 전자수송층(190), 전자주입층(200) 및 제2 전극(210)이 진공 증착 방법을 통해 순차적으로 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 정공주입층(130), 정공수송층(140, 170), 제1 내지 제6 발광층(150R, 105G, 150B, 180R, 180G, 180B)들은 용액 공정을 통해 형성하며, N형 전하생성층(160), 전이금속산화물층(165), 전자수송층(190), 전자주입층(200), 제2 전극(210)은 진공 증착 방법을 통해 형성된다. 이에 따라, 본 발명은 비용을 감소시키면서 적색, 녹색 및 청색의 색좌표 및 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 개시한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
면저항이 30Ω이고 1.08mm 두께를 가지며 광투과율이 80% 이상인 ITO 유리 2cmx2cm의 크기로 자른후 식각 액을 이용하여 ITO 층을 일부분 제거하였다. 또한 ITO 유리를 Acetone/Methanol/IPA 순으로 각각 15분씩 초음파 세정기로 세척한 후 이온수로 세척하교 230℃조건에서 30분간 어닐링을 통하여 건조하였다. 이어, 정공주입층으로 HAT-CN을 50Å의 두께로 증착하고, 이어 정공수송층인 NPD (4,4’-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-biphenyl)를 1200Å의 두께로 증착하여 형성하고, 그 위에 적색, 녹색 및 청색 발광층을 발광부 별로 쉐도우 마스크를 이용하여 증착하여 제1 스택을 형성하였다. 이어, N형 전하생성층으로 Bphen 화합물을 100Å의 두께로 증착하고, P형 전하생성층으로 헤테로아릴계열의 물질을 200Å의 두께로 증착하였다. 이어, 정공수송층으로 아릴 아민 계열의 물질을 200Å의 두께로 형성하였고, 전술한 적색, 녹색 및 청색 발광층에 대응되도록 다시 한번 적색, 녹색 및 청색 발광층을 증착하였다. 그 위에, 전자수송층으로 헤테로아릴계열의 물질을 200Å의 두께로 증착하고, 전자주입층으로 LiF를 10Å의 두께로 증착하여 제2 스택을 형성한 뒤, 음극으로 Al을 2000Å의 두께로 증착하여 유기발광표시장치를 제작하였다.
<실시예>
면저항이 30Ω이고 1.08mm 두께를 가지며 광투과율이 80% 이상인 ITO 유리 2cmx2cm의 크기로 자른후 식각 액을 이용하여 ITO 층을 일부분 제거하였다. 또한 ITO 유리를 Acetone/Methanol/IPA 순으로 각각 15분씩 초음파 세정기로 세척한 후 이온수로 세척하교 230℃조건에서 30분간 어닐링을 통하여 건조하였다. 정공주입층과 정공수송층을 코팅하여 각각 형성하고, 각 발광부에 적색, 녹색 및 청색 발광층을 코팅하여 각각 형성하였다. 여기서, 정공주입층, 정공수송층 및 발광층들은 모두 용액 공정을 이용하여 형성하였다. 이후, 기판을 진공챔버로 이송하여 N형 전하생성층을 증착하고, WO3를 증착하여 전이금속산화물층을 형성하였다. 여기서, N형 전하생성층과 전이금속산화물층은 증착 공정을 이용하여 형성하였다. 그리고, 기판을 진공 챔버에서 꺼낸 후, 정공수송층을 코팅하고, 각 발광부에 적색, 녹색 및 청색 발광층을 코팅하여 각각 형성하였다. 그리고, 기판을 다시 진공챔버로 이송하여 전자수송층, 전자주입층 및 음극을 순차적으로 증착하여 유기발광표시장치를 제작하였다.
전술한 비교예 및 실시예에 따라 제조된 유기발광표시장치의 전압-전류밀도(V-J), 전압-휘도(V-L), 휘도-양자효율 및 휘도-전류효율을 측정하였다. 도 5는 유기발광표시장치의 전압-전류밀도 그래프이고, 도 6은 유기발광표시장치의 전압-휘도 그래프이고, 도 7은 유기발광표시장치의 휘도-양자효율 그래프이며, 도 8은 유기발광표시장치의 휘도-전류효율 그래프이다.
또한, 비교예 및 실시예에 따라 제작된 유기발광표시장치의 구동전압, 양자효율, 발광효율 및 색좌표를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
| # | 구동전압 (V) |
양자효율 (%) |
발광효율 (Cd/A) |
색좌표 | |
| CIE_x | CIE_y | ||||
| 비교예 | 3.9 | 9.6 | 34.9 | 0.314 | 0.632 |
| 실시예 | 6.3 | 17.3 | 63.9 | 0.322 | 0.626 |
상기 도 5 내지 8 및 표 1을 참조하면, 비교예와 비교하여 실시예의 유기발광표시장치는 구동전압이 다소 상승되었으나, 동등 수준의 색좌표를 나타내면서 양자효율과 발광효율이 약 2배 가까이 상승하였다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광표시장치는 P형 전하생성층 및 패시베이션으로 작용하는 전이금속산화물층을 형성함으로써, 전자수송층이 형성된 기판을 다시 상압(N2 atmosphere)에서 용액 공정의 진행을 가능하게 한다. 따라서, 2-스택 하이브리드 유기발광표시장치의 제조를 가능하게 하고 소자의 효율 및 소비전력, 색좌표 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 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 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 유기발광표시장치
110 : 기판
120R, 120G, 120B : 제1 전극 130 : 정공주입층
140 : 제1 정공수송층 150R : 제1 발광층
150G : 제2 발광층 150B : 제3 발광층
160 : N형 전하생성층 165 : P형 전하생성층
170 : 제2 정공수송층 180R : 제4 발광층
180G : 제5 발광층 180B : 제6 발광층
190 : 전자수송층 200 : 전자주입층
210 : 제2 전극
120R, 120G, 120B : 제1 전극 130 : 정공주입층
140 : 제1 정공수송층 150R : 제1 발광층
150G : 제2 발광층 150B : 제3 발광층
160 : N형 전하생성층 165 : P형 전하생성층
170 : 제2 정공수송층 180R : 제4 발광층
180G : 제5 발광층 180B : 제6 발광층
190 : 전자수송층 200 : 전자주입층
210 : 제2 전극
Claims (10)
- 제1 내지 제3 발광부가 정의된 기판;
상기 제1 내지 제3 발광부 상에 각각 위치하는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 위치하며, 제1 발광부에 대응되는 제1 발광층, 제2 발광부에 대응되는 제2 발광층 및 제3 발광부에 대응되는 제3 발광층을 포함하는 제1 스택;
상기 제1 스택 상에 위치하는 N형 전하생성층;
상기 N형 전하생성층 상에 위치하는 전이금속산화물층;
상기 전이금속산화물층 상에 위치하며, 상기 제1 발광부에 대응되는 제4 발광층, 상기 제2 발광부에 대응되는 제5 발광층 및 상기 제3 발광부에 대응되는 제6 발광층을 포함하는 제2 스택; 및
상기 제2 스택 상에 위치하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 전이금속산화물층은 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철 (Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈룸(Ta) 및 텅스텐(W)에서 선택된 어느 하나의 산화물인 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 전이금속산화물층은 HOMO 레벨이 5.0 내지 5.9eV 인 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 전이금속산화물층의 두께는 0.5 내지 30nm인 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 스택은 상기 제1 전극과 상기 제1 내지 제3 발광층들 사이에 정공주입층과 정공수송층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 스택은 상기 전이금속산화물층과 상기 제4 내지 제6 발광층들 사이에 정공수송층을 포함하고, 상기 제4 내지 제6 발광층들과 상기 제2 전극 사이에 전자수송층과 전자주입층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 N형 전하생성층과 상기 전이금속산화물층 사이에 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치.
- 제1 내지 제3 발광부가 정의된 기판 상에 각각 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 발광부에 대응되도록 제1 발광층을 형성하고 상기 제2 발광부에 대응되도록 제2 발광층을 형성하고 상기 제3 발광부에 대응되도록 제3 발광층을 형성하여, 상기 제1 전극 상에 제1 스택을 형성하는 단계;
상기 제1 스택 상에 N형 전하생성층을 형성하는 단계;
상기 N형 전하생성층 상에 전이금속산화물층을 형성하는 단계;
상기 제1 발광부에 대응되도록 제4 발광층을 형성하고 상기 제2 발광부에 대응되도록 제5 발광층을 형성하고 상기 제3 발광부에 대응되도록 제6 발광층을 형성하여, 상기 전이금속산화물층 상에 제2 스택을 형성하는 단계; 및
상기 제2 스택 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치의 제조방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제1 내지 제3 발광층들 사이에 정공주입층과 제1 정공수송층을 더 형성하고, 상기 전이금속산화물층과 상기 제4 내지 제6 발광층들 사이에 제2 정공수송층을 더 형성하고, 상기 제4 내지 제6 발광층들과 상기 제2 전극 사이에 전자수송층과 전자주입층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치의 제조방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 정공주입층, 상기 제1 정공수송층, 상기 제1 내지 제3 발광층은 용액 공정으로 형성되고, 상기 N형 전하생성층과 상기 전이금속산화물층은 증착 공정으로 형성되고, 상기 제2 정공수송층, 상기 제4 내지 제6 발광층은 용액 공정으로 형성되고, 상기 전자수송층, 상기 전자주입층 및 상기 제2 전극은 증착 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기발광표시장치의 제조방법.
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