KR20160060170A - 유기전계 발광소자 - Google Patents

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KR20160060170A
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배효대
오영무
이정원
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Abstract

본 발명은, 마이크로 커비티(micro cavity) 효과를 구현할 수 있으며, 동시에 액상의 유기 발광 물질을 잉크 젯 장치를 이용하여 형성 시 잉크 젯 공정을 최소화할 수 있는 적층 구조를 이룸으로서 단위 시간당 생산성을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 상기 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역 별로 각각 구성되며 하부층 및 상부층으로 이루어진 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부에 구성되며 정공주입층과 정공수송층과 유기 발광 물질층 및 전자주입층을 포함하는 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 상부에 구성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 1 전극의 상부층의 두께 대비 상기 유기 발광층의 두께 비가 상기 제 1 화소영역은 1: 3 내지 4, 상기 제 2 화소영역은 1: 2.5 내지 3, 상기 제 3 화소영역은 1: 1.5 내지 2인 유기전계 발광소자를 제공한다.

Description

유기전계 발광소자{Organic electro-luminescent device}
본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것이며, 특히 마이크로 커비티(micro cavity) 효과를 구현할 수 있으며, 동시에 액상의 유기 발광 물질을 잉크 젯 장치를 이용하여 형성 시 잉크 젯 공정을 최소화할 수 있는 적층 구조를 이룸으로서 단위 시간당 생산성을 향상시킬 수 있는 유기전계 발광소자에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
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 빛이 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극을 향해 출사됨으로써 화상을 표시하게 되며, 개구율 등을 고려할 때, 근래에는 통상 상기 제 2 전극을 향해 출사되는 빛을 이용하여 화상을 표시하는 상부 발광 방식으로 제조되고 있다.
이러한 상부 발광방식의 유기전계 발광소자의 경우 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리를 적, 녹, 청색 화소영역별로 다르게 형성하고 있는데, 이는 마이크로 커비티 효과를 구현함으로서 적, 녹, 청색의 색순도 및 발광 효율을 향상시키기 위함이다.
한편, 이러한 일반적인 유기발광 표시장치에 있어 상기 유기 발광층은 통상적으로 쉐도우 마스크를 이용한 진공 열 증착법에 의해 형성되고 있다.
하지만, 근래들어 표시장치의 대형화에 의해 쉐도우 마스크의 처짐 등이 심하게 발생되어 증착 불량이 증가됨으로서 대면적의 기판에 대해서는 적용이 점점 어려워지고 있는 실정이다.
또한, 쉐도우 마스크를 이용한 진공 열 증착의 경우 쉐도우 이팩트 등이 발생됨으로서 현 기술력으로는 250PPI 이상의 고해상도를 갖는 유기전계 발광소자를 제조하는데 무리가 있다.
더욱이 쉐도우 마스크를 이용한 열 증착법은 진공의 분위기에서 진행되어야 하므로 진공 분위기를 조성하기 위한 환경 즉 진공 챔버 등을 필요로 하고, 더욱이 상기 진공 챔범 내부를 대기압 분위기에서 진공의 분위기를 만들기 위해 별도의 추가적인 공정 및 이를 진행하기 위한 별도의 추가적인 시간을 필요로 함으로서 단위 시간당 생산성이 좋지 않고, 나아가 제조 비용 또한 증가되고 있다.
따라서 이러한 문제를 야기시키는 쉐도우 마스크를 이용한 진공 열증착 공정을 대체하는 유기 발광층의 형성방법이 제안되었다.
제안된 쉐도우 마스크를 이용한 진공 열 증착 공정을 대체하는 유기 발광층의 형성방법은 액상의 유기 발광 물질을 잉크젯 장치를 통해 뱅크로 둘러싸인 영역에 분사한 후 후 경화시키는 것이다.
이러한 잉크젯 장치를 이용하여 유기 발광층을 형성하는 경우, 선택적으로 원하는 위치에 대해서만 유기 발광층을 형성할 수 있으므로 재료 낭비가 없으며, 제조 장치의 유지 관리 측면에서도 진공 열 증착 장비 대비 용이한 장점이 있다.
하지만, 이러한 잉크젯 장치를 사용하여 유기 발광층을 형성하는 경우, 잉크젯 장치의 한계로 한 번에 드롭핑 되는 유기 발광 물질의 양이 정해져 있으며, 1회의 잉크젯 드롭핑에 의해서는 마이크로 커비티 구현을 위한 유기 발광층의 원하는 만큼의 두께를 갖지 못하므로 통상 3회 이상 수회의 드롭핑을 실시하고 있는 실정이다.
이렇게 유기 발광층 형성을 위해 수회의 잉크젯 공정을 진행하는 경우, 유기 발광 물질을 드롭핑 한 후에는 반드시 건조 공정을 진행해야 하며, 이러한 건조공정은 수 십분 이상의 시간을 필요로 함으로서 상기 잉크젯 공정이 증가하면 할수록 단위 시간당 생산성이 저하되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 마이크로 커비티 효과를 구현하면서도 유기 발광층 형성 시 잉크젯 공정을 최소화할 수 있는 적층구조를 갖는 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 상기 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역 별로 각각 구성되며 하부층 및 상부층으로 이루어진 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부에 구성되며 정공주입층과 정공수송층과 유기 발광 물질층 및 전자주입층을 포함하는 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 상부에 구성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 1 전극의 상부층의 두께 대비 상기 유기 발광층의 두께 비가 상기 제 1 화소영역은 1: 3 내지 4, 상기 제 2 화소영역은 1: 2.5 내지 3, 상기 제 3 화소영역은 1: 1.5 내지 2인 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 전극의 하부층 대 상부층의 두께 비는 1: 0.4 내지 0.8이며, 상기 제 1 전극의 상부층의 두께는 600Å 내지 800Å, 상기 정공주입층의 최대 두께는 1200Å인 것이 바람직하며, 나아가 상기 정공수송층과 전자주입층은 상기 제 1, 2 및 제 3 화소영역에 있어 동일한 두께를 갖는 것이 특징이다.
또한, 상기 정공주입층의 최대 두께는 600Å이며, 상기 정공수송층의 최대 두께는 600Å이며, 상기 전자주입층은 상기 제 1, 2 및 제 3 화소영역에 있어 동일한 두께를 갖는 것이 특징이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 상기 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역 별로 각각 구성되며 하부층 및 상부층으로 이루어진 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부에 상기 제 1, 2 및 제 3 화소영역에 동일한 두께로 형성된 금속산화물로 이루어진 정공주입 보조층과, 상기 정공주입 보조층 위로 구성되며 정공주입층과 정공수송층과 유기 발광 물질층 및 전자주입층을 포함하는 유기 발광층과, 상기 유기 발광층 상부에 구성된 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 1 전극의 상부층의 두께 대비 상기 정공주입 보조층과 유기 발광층을 합한 두께 비가 상기 제 1 화소영역은 1: 3 내지 4, 상기 제 2 화소영역은 1: 2.5 내지 3, 상기 제 3 화소영역은 1: 1.5 내지 2인 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 전극의 하부층 대 상부층의 두께 비는 1: 0.4 내지 0.8이며, 상기 제 1 전극의 상부층의 두께는 600Å 내지 800Å 인 것이 바람직하며, 나아가 상기 정공수송층은 상기 제 1 및 제 2 화소영역에 대해서만 구성된 것이 특징이다.
또한, 상기 정공주입 보조층은 최대 300Å의 두께를 갖고, 상기 정공주입층은 최대 600Å의 두께를 가지며, 상기 정공수송층은 최대 300Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 마이크로 커비티 효과가 구현되는 구성을 가져 우수한 색재현율 특성을 갖는 동시에 제 1 전극의 상부층의 두께를 상대적으로 두껍게 함으로서 이와 특정 비율값을 가지며 상기 제 1 전극의 상부에 구비되는 다층의 유기 발광층에 있어 일부 층의 두께를 저감시켜 각 층 형성을 위한 잉크젯 공정수를 최대 2회가 되도록 하는 적층 구성을 갖도록 함으로서 단위시간당 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역(일례로 적색을 발광하는 적색 화소영역)에 대한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 제 1 전극 및 제 2 전극과 이들 두 전극 사에 위치하는 유기 발광층만의 적층 구성을 간략히 도시한 단면도로서 적, 녹 및 청색을 발광하는 3개의 화소영역을 함께 나타낸 도면.
도 4는 비교예에 따른 종래의 유기전계 발광소자에 있어 제 1 전극 및 제 2 전극과 이들 두 전극 사에 위치하는 유기 발광층만을 간략히 도시한 단면도로서 적, 녹 및 청색을 발광하는 3개의 화소영역을 함께 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 유기전계 발광 다이오드의 적층 구조를 나타낸 단면도로서 각 층의 두께를 함께 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 유기전계 발광 다이오드의 적층 구조를 나타낸 단면도로서 각 층의 두께를 함께 나타낸 도면
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 유기전계 발광소자의 구성 및 동작에 대해서 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역에 대한 회로도인 도 1을 참조하여 간단히 설명한다.
도시한 바와 같이 유기전계 발광소자의 각 화소영역(P) 에는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비되고 있다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(DL)이 형성됨으로써 상기 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)에 의해 둘러싸인 영역으로 정의되는 화소영역(P)이 구비되고 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
또한, 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.
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)을 통해 전달되는 전원전압은 상기 구동 박마트랜지스터(DTr)를 통해 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 정해지며, 이로 인해 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 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 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 하나의 화소영역(일례로 적색을 발광하는 적색 화소영역)에 대한 단면도이며, 이때 설명의 편의를 위해 각 화소영역 내에 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 영역을 구동영역(DA), 그리고 도면에는 나타내지 않았지만 각 화소영역(P) 내에 스위칭 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역(미도시)이라 정의하였다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 제 1 전극 및 제 2 전극과 이들 두 전극 사에 위치하는 유기 발광층만의 적층 구성을 간략히 도시한 단면도로서 적, 녹 및 청색을 발광하는 3개의 화소영역을 함께 나타낸 도면이며, 도 4는 비교예에 따른 유기전계 발광소자에 있어 제 1 전극 및 제 2 전극과 이들 두 전극 사에 위치하는 유기 발광층만을 간략히 도시한 단면도로서 적, 녹 및 청색을 발광하는 3개의 화소영역을 함께 나타낸 도면이다.
도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 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 무기절연막 또는(및) 유기절연막 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. 이때, 녹 및 청색을 발광하는 녹 및 청색 화소영역(P2, P3)의 단면 구성은 도 2에 개시된 적색 화소영역(P1)의 단면의 적층 구성과 동일하므로 하나의 화소영역 즉, 적색 화소영역(P1)의 적층 구성만을 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 예를들면, 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.
또한, 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 예를들면, 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.
다음, 상기 반도체층 콘택홀(125)이 구비된 상기 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하는 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.
상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결되고 있으며, 나아가 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 도 연결되고 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 폴리실리콘의 반도체층(113)을 가지며 탑 게이트 타입(Top gate type)으로 구성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 비정질 실리콘의 반도체층 또는 산화물 반도체 물질로 이루어진 반도체층을 갖는 보텀 게이트 타입(Bottom gate type)으로 구성될 수도 있다.
상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 보텀 게이트 타입으로 구성되는 경우, 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 이루어진 반도체층과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 적층구조를 갖거나, 또는 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 산화물 반도체층과, 에치스토퍼와, 상기 에치스토퍼 상에서 서로 이격하며 각각 상기 산화물 반도체층과 접촉하는 소스 및 드레인 전극의 적층구조를 갖는다.
이러한 보텀 게이트 타입의 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 형성된 제 1 기판(110)의 경우, 상기 게이트 배선(미도시)은 상기 게이트 전극(120)이 형성된 동일한 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시)과 연결되도록 형성되며, 상기 데이터 배선(130)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 소스 전극(133)이 형성된 동일한 층에 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)과 연결되도록 형성된 구성을 이루게 된다.
한편, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 상부로 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 갖는 제 1 보호층(140)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 보호층(140)은 평탄한 표면을 이루도록 유기절연물질 예를들면 포토아크릴로 이루어지고 있다. 이때 도면에 나타내지 않았지만, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 상기 제 1 보호층(1740) 사이에 무기절연물질로 이루어진 제 2 보호층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있으며, 이 경우, 상기 드레인 콘택홀(143)은 상기 제 1 및 제 2 보호층(140, 미도시)에 대해 형성된다.
다음, 상기 제 1 보호층(140) 위로 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 접촉하며 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 제 1 전극(147)이 형성되어 있다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 일 특징적인 구성으로서 상기 제 1 전극(147)은 상부층(147a)과 하부층(147b)의 이중층 구조를 이루는 동시에 상기 상부층(147a)은 600 내지 800Å의 두께를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이며, 나아가 상기 제 1 전극(147)에 있어 하부층(147b)과 상부층(147a)은 1 : 0.4 내지 0.8의 두께 비율을 갖는 것이 특징이다.
즉, 상기 제 1 전극(147)의 상부층(147a)은 유기 발광층(155a)과 접촉하여 전자를 공급하는 애노드 전극의 역할을 하도록 하기 위해 일함수 값이 비교적 큰 4.8eV 내지 5.2eV 정도의 값을 갖는 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어지고 있으며, 상기 제 1 전극(147)의 하부층(147b)은 상부발광 방식의 구현을 위해 반사효율이 우수한 금속물질 혹은 합금인 알루미늄(Al), 알루미늄-네오디뮴(AlNd), 은(Ag), 은-팔라듐-구리(APC) 중 어느 하나로 이루어지고 있다.
한편, 상기 제 1 전극(147) 위로 각 화소영역(P1, P2, P3)의 경계에 상기 제 1 전극(147)의 테두리와 중첩하며 상기 제 1 전극(147) 상부층(147a)의 중앙부를 노출시키며 뱅크(150)가 형성되어 있다.
이때, 상기 뱅크(150)는 소수성 특성을 갖는 물질로서 단일층 구조를 이룰 수도 있으며, 또는 그 하부층(147b)은 친수성 특성을 가지며 상부층(147a)은 소수성 특성을 갖는 물질로 이루어진 이중층 구조를 이룰 수도 있다. 도면에 있어서는 상기 뱅크(150)는 단일층 구조를 이루는 것을 일례로 나타내었다.
다음, 상기 이중층 구조를 갖는 뱅크(150)로 둘러싸인 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 상기 제 1 전극(147) 위로 각각 적, 녹, 청색을 발광하며 서로 다른 두께를 갖는 유기 발광층(155a, 155b, 155c)이 형성되고 있다.
그리고 상기 유기 발광층(155a, 155b, 155c) 위로 표시영역 전면에 대해 제 2 전극(165)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 전극(165)은 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄-네오디뮴(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 마그네슘-은 (MgAg) 중 어느 하나 혹은 둘 이상의 물질로 이루어짐으로서 캐소드 전극의 역할을 하고 있다. 이러한 제 2 전극(165)은 반사 및 투과의 특성을 가짐으로서 유기 발광층(155a, 155b, 155c)으로부터 나온 빛의 일부를 제 1 전극(147) 측으로 반사시켜 마이크로 커비티 효과를 구현하도록 하는 역할을 하는 동시에 일부 빛은 투과시킴으로서 상부발광 방식을 구현하게 하는 역할을 한다.
이때 상기 제 1 보호층 위로 순차 적층된 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155a, 155b, 155c) 및 제 2 전극(165)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 제 1 기판(110)에 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비되고 있다. 상기 인캡슐레이션을 위한 상기 제 2 기판(170)은 유연한 특성을 갖는 플라스틱으로 이루어질 수도 있으며, 또는 유리기판으로 이루어질 수도 있다.
상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)은 그 가장자리를 따라 실란트 또는 프릿으로 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. 이때, 서로 이격하는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이에는 진공의 상태를 갖거나 또는 불활성 기체로 채워짐으로써 불활성 가스 분위기를 가질 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 제 1 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(165)과 접촉하도록 구성될 수도 있으며, 또는 상기 제 2 전극(165) 상부로 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(미도시)이 더욱 구비되어 캡핑막이 형성될 수 있으며, 상기 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(162)은 그 자체로 인캡슐레이션 막(미도시)으로 이용됨으로서 상기 제 2 기판(170)은 생략할 수도 있다.
한편, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어 상기 유기 발광층(155a, 155b, 155c)은 액상의 유기 발광 물질을 잉크젯 장치를 통해 드롭핑 하여 형성한 후 경화시킴으로서 완성된 것이 특징이다.
이러한 유기 발광층(155a, 155b, 155c)은 단일층 구조를 이루는 것이 아니라 발광 효율 증대를 위해 상기 제 1 전극(147)으로부터 순차 적층된 형태로 정공주입층(156a, 156b, 156c)과 정공수송층(157a, 157b, 157c)과 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c) 및 전자주입층(159a, 159b, 159c)의 4중층 구조를 이루는 것이 또 다른 특징이다.
도면에 나타내지 않았지만, 상기 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c)과 전자주입층(159a, 159b, 159c) 사이에는 전자수송층(미도시)이 더욱 구비될 수도 있다.
이때, 상기 4층 혹은 5층 구조를 이루는 유기 발광층(155a, 155b, 155c)의 두께는 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역(P1, P2, P3)별로 서로 다른 것이 특징이다. 이는 적, 녹, 청색의 파장대역의 차이에 기인하는 것으로 각 색의 파장대역에 대응하여 효율적인 마이크로 커비티 효과를 구현함으로서 각 색의 색재현율을 향상시키기 위함이다.
색 재현율 향상을 위한 마이크로 커비티 구현에 있어 가장 긴 파장대역을 갖는 적색을 구현하는 적색 화소영역(P1)의 경우 제 1 전극(147)과 제 2 전극(165)간의 이격간격이 가장 크게 형성되고, 가장 짧은 파장대역을 갖는 청색을 구현하는 청색 화소영역(P3)의 경우 제 1 전극(147)과 제 2 전극(165)간의 이격간격이 가장 작게 형성되는 것이 특징이다.
상기 다중층 구조의 유기 발광층 중 제 1 전극(147)과 제 2 전극(165)간의 이격간격은 타층 대비 비교적 두꺼운 두께로 형성되는 정공주입층(156a, 156b, 156c)과 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c)에 의해 조절되는 것이 일반적이다.
통상적으로 유기 발광층(155a, 155b, 155c)을 이루는 4개 혹은 5개의 층 중 정공수송층(157a, 157b, 157c)과 전자주입층(159a, 159b, 159c) 및 전자수송층(미도시)은 200Å 이하의 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 형성됨으로서 이들 층은 통상 1회의 잉크 젯 공정에 의해 형성될 수 있다.
반면, 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c)과 전자주입층(159a, 159b, 159c)의 경우, 위에 언급된 2개 혹은 3개층 대비 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 바, 이들 두층의 경우 많게는 5회의 잉크 젯 공정을 진행해야 한다.
즉, 도 4를 참조하면, 비교예에 따른 종래의 유기전계 발광소자(1)의 경우, 정공주입층(57a, 57b, 57c)은 통상적으로 1200 내지 2500Å 정도의 두께 범위에서 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)별로 다른 두께를 갖도록 형성되고, 상기 유기 발광 물질층(58a, 58b, 58c)은 500 내지 1000Å 정도의 두께 범위에서 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)별로 다른 두께를 갖도록 형성되고 있다.
이러한 비교예에 따른 종래의 유기전계 발광소자(1)의 경우, 상기 정공주입층(57a, 57b, 57c)은 1200 내지 2500Å의 두께를 이루고 있는 바, 이러한 두께를 갖는 정공주입층(57a, 57b, 57c)을 형성하기 위해서는 최대 5회의 잉크 젯 공정을 진행해야 한다.
잉크 젯 공정의 경우 잉크의 제팅 공정과 1차 감압 건조 및 2차 건조의 과정을 진행해야 하며, 특히 1차 감압 건조 시간이 수십 내지 수백분이 소요되는 바 하나의 층을 형성하기 위한 잉크 젯 공정은 최소화 하는 것이 단위 시간당 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편, 잉크 젯 장치의 경우 1회 드롭핑 량에는 각 물질별로 한계치가 있다. 정공주입층의 경우 이를 이루는 물질의 점도 등을 고려할 때 1회의 잉크 젯 공정에 의해 형성될 수 있는 최대 두께는 600Å가 되고 있다.
더불어 유기 발광 물질층의 경우는 1회의 잉크 젯 공정에 의해 1500Å의 두께가 최대치이며, 정공수송층은 300Å의 두께가 최대치가 되고 있다. 이들 각 층의 1회 잉크 젯팅 시 형성되는 최대치보다 큰 두께를 갖도록 형성하려 1회 잉크 젯팅시의 드롭량을 늘리는 경우 이웃하는 화소영역으로 넘침이 발생되어 이웃하는 화소영역간 혼색 불량이 발생되는 등의 문제가 발생되며, 위에 언급한 각 물질층의 최대치는 이러한 문제 등이 발생되지 않는 범위에서의 도출된 한계치가 되고 있다.
이러한 잉크 젯 공정의 특성을 고려할 때 비교예에 따른 유기전계 발광소자(1)의 경우 마이크로 커비티 효율의 극대화를 위해 가장 큰 제 1 및 제 2 전극(47, 65)간의 이격간격이 요구되는 적색 화소영역(P1)에 대해 2200Å 정도의 두께를 갖는 정공주입층(56a)을 형성하기 위해서는 1회 최대 600Å의 두께를 형성할 수 있는 잉크젯 공정을 4회 진행해야 함을 알 수 있다.
하지만, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 경우, 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)별로 이들 정공주입층(156a, 156b, 156c)의 두께에 이어 가장 큰 두께로 형성되는 적색 화소영역(P1) 기준으로 1200Å 이하가 되도록 최소화하여 형성하고, 동시에 모든 화소영역(P1, P2, P3)에서 동일하게 상기 제 1 전극(147)의 상부층(147a)의 두께를 600Å 내지 800Å 정도의 두께를 갖도록 형성하여 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1) 대비 5배 이상 두께를 갖도록 형성한 것이 특징이다.
이에 의해 본원의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 마이크로 커비티 효과에 있어서는 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1) 대비 동일한 수준이 유지되는 동시에 유기 발광층(155a, 155b, 155c)을 이루는 각 층 중 정공수송층(157a, 157b, 157c)을 제외한 층은 1회의 잉크젯 공정을 진행하여 형성하고, 정공수송층(157a, 157b, 157c)은 최대 2회의 잉크 젯 공정으로 형성할 수 있는 됨으로서 비교예 대비 2 내지 3회의 잉크젯 공정을 저감시킴으로 단위 시간당 생산성을 향상시키는 효과를 구현하게 된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어서 상기 정공주입층(156a, 156b, 156c)의 두께를 비교예 대비 줄임으로서 2회의 잉크 젯 공정에 의해 형성할 수 있도록 한 것은 제 1 전극(147)의 상부층(147a) 두께를 비교예 대비 크게 한 것에 기인한다 할 것이다.
애노드 전극의 역할을 하는 제 1 전극(147)의 경우 상부 발광 방식으로 동작하는 특성 상 하부층(147b)이 반사층의 역할을 하므로 실질적으로 유기 발광층(155a, 155b, 155c)에서 발광된 빛이 마이크로 커비티 효과 구현을 위한 거리는 제 1 전극(147)의 하부층(147b) 표면으로부터 제 2 전극(165)의 하부 표면까지의 거리가 됨을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 일반적인 증착 공정 예를들면 스퍼터링에 의해 형성되는 제 1 전극(147)의 상부층(147a) 두께를 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1) 대비 수배 더 두껍게 형성하는 대신 유기 발광층(155a, 155b, 155c) 중 정공주입층(156a, 156b, 156c)의 두께를 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)별로 적절히 비교예 대비 얇게 최대 2회의 잉크 젯 공정으로 형성 가능한 두께 범위를 갖도록 한 것이다.
일반적인 증착공정인 스퍼터링에 의해 형성되는 제 1 전극(147)의 상부층(147a)은 스퍼터링 증착 공정 특성 상 증착 두께 변화에 따라 그 증착 시간이 큰 차이가 발생되지 않는다. 즉, 스퍼터링에 의한 증착 진행 시 증착 속도는 초당 수 십Å 내지 수 백Å 정도의 두께 수준이 되므로 이를 반영하는 경우 수초 내지 수 십초 정도의 차이가 발생될 뿐이다.
잉크 젯 공정의 경우 1회의 잉크 젯 공정의 경우 잉크 제팅과 1차 감압 건조 및 2차 건조 시간은 수 십분 내지 수 백분 수준이 되므로 잉크 젯 공정을 1회 줄이는 것이 제 1 전극(147)의 상부층(147a)의 두께를 형성을 위한 증착시간을 늘리는 수준 대비 수 십배 이상 단축될 수 있으므로 단위 시간당 생산성이 향상되는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 경우, 또 다른 특징적인 구성은 상대적으로 정공주입층(156a, 156b, 156c)의 두께가 큰 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1) 대비 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)의 마이크로 커비티 효과는 동일한 수준이 되도록 하기 위해서는 적색 화소영역(P1)의 경우 제 1 전극(147)의 상부층(147a)의 두께와 유기 발광층(155a) 전체 두께의 비가 1 : 3 내지 4 정도의 수준이 되고, 녹색 화소영역(P2)의 경우 1 : 2.5 내지 3 정도의 수준이 되며, 청색 화소영역(P3)의 경우 1 : 1.5 내지 2 정도의 수준이 되어야 바람직함을 알 수 있었다.
이러한 조건을 만족하는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 경우, 일례로 도 3에 도시한 바와같이, 적, 녹, 청색을 발광하는 3개의 화소영역(P1, P2, P3)에 있어 제 1 전극(147)의 하부층(147b)은 1000Å, 상부층(147a)은 800Å, 정공수송층(157a, 157b, 157c)은 200Å, 전자주입층(159a, 159b, 159c)은 40Å의 두께를 갖도록, 그리고, 정공주입층(156a, 156b, 156c)의 경우, 적색 화소영역(P1)에 있어서는 1200Å, 녹색 화소영역(P2)에 있어서는 600Å, 청색 화소영역(P3)에 있어서는 300Å 정도의 두께를 갖도록 구성하고, 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c)의 경우, 적색 및 녹색 화소영역(P1, P2)에 있어서는 동일하게 900Å, 청색 화소영역(P3)에 있어서는 500Å 정도의 두께를 갖도록 구성할 수 있다.
이러한 도 3에 제시된 각 층의 두께는 일례로 제시한 것이며, 제 1 전극(147)의 하부층(147b) 대 상부층(147a)의 두께 비율이 1 : 0.4 내지 0.8, 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3) 있어 제 1 전극(147)의 상부층(147a) 대 유기 발광층(155a, 155b, 155c)의 두께 비율이 1 : 3 내지 4 , 1 : 2.5 내지 3, 1 : 1.5 내지 2 정도의 수준이 유지되고, 1회의 잉크 젯 공정에 의해 형성될 수 있는 최대 두께의 2배 이하 되도록 하는 범위 내에서 상기 유기 발광층(155a, 155d, 155c)을 이루는 각 층의 두께는 적절히 조절될 수 있다. 이때, 상기 제 1 전극(147)의 상부층(147a)의 두께는 600 내지 800Å인 것이 바람직하며, 상기 정공주입층(156a, 156b, 156c)의 두께는 1200Å 이하인 것이 바람직하다.
표 1은 제 1 전극과 유기 발광층이 도 3에 제시된 두께를 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자와 도 4에 제시된 두께를 갖는 비교예에 따른 유기전계 발광소자의 청색 화소영역에서의 발광효율(Cd/A, 인가된 단위 전류에 대한 발광 밝기 정도)과 색재현율(CIE 색좌표계 상에서 기준 좌표 값에 부합 여부) 및 표시되는 청색의 최대 파장 피크치를 비교한 것이다.
발광효율(Cd/A) 색재현율
CIEx(기준 0.13) CIEy(기준 0.06) 파장 피크치(nm)
제 1 실시예 3.7 0.1301 0.0669 458
비교예 4.0 0.1317 0.0637 454
표 1을 참조하면, 우선 색재현율을 살펴보면, 제 1 실시예와 비교예에 따른 유기전계 발광소자 모두 CIE 색좌표계에서 청색의 기준이 좌표값인 (0.13, 0.06) 에 부합하고 있으며, 파장 최대 피크치 또한 454nm와 458nm로 유사한 수준이 되고 있다.
따라서 색재현율에 있어서는 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 101)는 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1)와 유사한 수준이 됨을 알 수 있다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 101)가 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1)와 색재현율에 있어 유사하다는 것은 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 101)의 마이크로 커비티 효과가 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1)와 동일한 수준으로 구현되었음을 의미한다 할 것이다.
한편, 발광효율(Cd/A) 측면을 살펴보면, 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1)의 경우 3.7 Cd/A가 되는 반면 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 101)의 경우 4.0 Cd/A 되므로 0.3Cd/A 정도 더 큰 값을 가짐을 알 수 있으며, 따라서 발광효율에 있어서는 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1) 대비 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 101)의 경우가 더 우수함을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 유기전계 발광 다이오드의 적층 구조를 나타낸 단면도로서 각 층의 두께를 함께 나타낸 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 경우 유기전계 발광 다이오드(E)의 하부에 위치하는 구성은 모두 전술한 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 2의 101)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 101)의 경우, 유기 발광층(도 3의 155a, 155b, 155c)에 있어 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)별로 다른 두께를 갖는 층은 정공주입층(도 3의 156a, 156b, 156c)과 유기 발광 물질층(도 3의 158a, 158b, 158c)이 되고 있으며, 청색 화소영역(P3)에 구비된 정공주입층(도 3의 156c)이 2회의 잉크젯 공정에 의해 형성됨을 일례로 보이고 있지만, 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 경우, 상기 정공주입층(156a, 156b, 156c)과 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c)과 더불어 정공수송층(157a, 157b, 157c)까지도 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)별로 다른 두께를 갖도록 형성되는 동시에 정공주입층(156a, 156b, 156c)의 최대 두께가 600Å 되도록 함으로서 정공주입층(156a, 156b, 156c)이 1회의 잉크젯 공정에 의해 형성될 수 있는 구성을 이루는 것이 특징이다.
즉, 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 경우, 제 1 전극(147)은 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)에 있어 동일하게 그 하부층(147b)이 1000Å, 상부층(147a)이 800Å의 정도의 두께를 갖도록 형성되고, 유기 발광층(155a, 155b, 155c) 중 전자주입층(159a, 159b, 159c)은 각 화소영역(P1, P2, P3)별로 동일하게 40Å 정도의 두께를 가지며 형성되고 있다.
그리고 정공주입층(156a, 156b, 156c)은 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3) 별로 600Å, 600Å 및 400Å의 정도의 두께로 형성되고 있으며, 정공수송층(157a, 157b, 157c)은 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3) 별로 600Å, 200Å, 200Å의 두께를 가지며 형성되고 있다. 또한, 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c)은 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3) 별로 1000Å, 900Å, 500Å 정도의 두께를 가지며 형성되고 있다.
이러한 구성을 갖는 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 경우, 가장 두꺼운 두께로 형성되는 적색 화소영역(P1)에 구성된 정공주입층(156a)의 최대 두께가 600Å가 되고 있으며, 이러한 600Å의 두께를 갖는 정공주입층(156a)은 1회의 잉크젯 공정을 진행하여 형성할 수 있는 두께가 됨을 알 수 있다.
한편, 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 경우 적색 화소영역(P1)에 있어 정공수송층(157a)은 600Å의 두께를 갖도록 형성되고 있으며, 이 경우 상기 적색 화소영역(P1)에 구성된 정공수송층(157a)은 1회 잉크젯 공정을 통해 형성할 수 있는 최대 두께는 300Å이 되는 바, 상기 정공수송층(157a, 157b, 157c)이 2회의 잉크젯 공정을 통해 형성되어야 한다.
이러한 구성을 갖는 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201) 또한 유기 발광층(155a, 155b, 155c) 형성을 위한 잉크젯 공정수는 제 1 실시예와 동일한 수준이 되므로 비교예 대비 단위 시간당 생산성의 향상 효과를 갖는다.
이때, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(201)의 경우도 상기 도 5에 개시된 각 층의 두께로 한정되는 것이 아니며, 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 101)에 언급한 것처럼 제 1 전극(147)의 하부층(147b) 대 상부층(147a)의 두께 비율이 1 : 0.4 내지 0.8, 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3) 있어 제 1 전극(147)의 상부층(147a) 대 유기 발광층(155a, 155b, 155c)의 두께 비율이 1 : 3 내지 4 , 1 : 2.5 내지 3, 1 : 1.5 내지 2 정도의 수준이 유지되고, 나아가 1회의 잉크 젯 공정에 의해 형성될 수 있는 최대 두께의 2배 이하 되도록 하는 범위 내에서 상기 유기 발광층(155a, 155b, 155c)을 이루는 각 층의 두께는 적절히 조절될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 유기전계 발광 다이오드의 적층 구조를 나타낸 단면도로서 각 층의 두께를 함께 나타낸 도면이다.
제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)의 경우, 상기 유기전계 발광 다이오드의 하부에 위치하는 구성은 모두 전술한 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 2의 101)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)의 경우, 제 1 전극(147) 상부로 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)에 모두 동일하게 동일한 두께를 갖는 금속산화물로 이루어진 정공주입 보조층(354)이 더욱 구비되고, 이러한 정공주입 보조층(354)의 상부로 적 및 녹색 화소영역(P1, P2)에 대해서만 정공주입층(156a, 156b)이 형성된 구성을 이루는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)의 경우 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c)과 더불어 정공수송층(157a, 157b, 157c)은 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)별로 다른 두께를 갖도록 형성되는 동시에 상기 정공주입층(156a, 156b)의 최대 두께가 600Å가 되며, 나아가 정공수송층(157a, 157b, 157c)의 최대 두께 또한 300Å가 됨으로서 정공주입층(156a, 156b)과 정공수송층(157a, 157b, 157c) 각각을 1회의 잉크젯 공정에 의해 형성될 수 있는 구성을 이루는 것이 또 다른 특징이다.
조금 더 구체적으로 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)의 유기전계 발광 다이오드의 적층 구성에 대해 설명한다.
제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)의 경우, 제 1 전극(147)은 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)에 있어 동일하게 그 하부층(147b)이 1000Å, 상부층(147a)이 800Å의 정도의 두께를 갖도록 형성되고, 상기 제 1 전극(147)의 상부층(147a) 위로 금속산화물 예를들면 WO3 또는 MoO3로 이루어진 정공주입 보조층(354)이 300Å 정도의 두께를 가지며 형성되고 있다. 이러한 금속산화물로 이루어진 정공주입 보조층(354)은 제 1 전극(147)과 동일하게 잉크 젯 방식이 아닌 스퍼터링을 통한 증착 방식에 의해 형성될 수 있는 것이 특징이다.
그리고 상기 정공주입 보조층(354) 위로 잉크 젯 공정에 의해 형성되는 정공주입층(156a, 156b)이 적, 녹 화소영역(P1, P2)에 있어 600Å, 300Å의 두께로 형성되고 있다. 이때, 상기 청색 화소영역(P3)에는 상기 정공주입층은 생략되어 형성되지 않으며 상기 정공주입 보조층 (354)만이 형성되고 있는 것이 또 다른 특징이다.
또한, 상기 적 및 녹색 화소영역(P1, P2)의 정공주입층(156a, 156b) 및 상기 청색 화소영역(P3)의 정공주입 보조층(354) 위로 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3) 별로 각각 300Å, 200Å, 200Å 정도의 두께를 가지며 정공수송층(157a, 157b, 157c)이 형성되고 있다.
그리고 상기 정공수송층(157a, 157b, 157c) 위로 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3) 별로 각각 1000Å, 900Å, 500Å 정도의 두께를 가지며 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c)이 형성되고 있으며, 상기 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c) 위로 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3)에 있어 40Å 정도의 두께를 갖는 전자주입층(159a, 159b, 159c)이 구비되고 있고, 상기 전자주입층(159a, 159b, 159c) 상부로 표시영역 전면에 최대 200Å정도의 두께를 갖는 제 2 전극(165)이 형성되고 있다.
이러한 구성을 갖는 제 3 실시예의에 따른 유기전계 발광소자(301)의 경우, 가장 두꺼운 두께로 형성되는 적색 화소영역(P1)에 구성된 정공주입층(156a)은 그 최대 두께가 600Å가 되고 있으며, 이러한 600Å의 두께를 갖는 상기 정공주입층(156a)은 1회의 잉크젯 공정을 진행하여 형성할 수 있는 두께가 됨을 알 수 있다.
또한 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)의 경우 정공수송층(157a, 157b, 157c)의 경우도 최대 두께를 갖는 적색 화소영역(P1)에 구성되어 최대 두께를 갖는 정공수송층(157a)은 300Å의 두께를 갖도록 형성되고 있으며, 이러한 300Å의 두께를 갖는 정공수송층(157a) 또한 1회의 잉크젯 공정을 진행하여 형성할 수 있는 두께가 됨을 알 수 있다.
이러한 구성을 갖는 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)는 유기 발광층(155a, 155b, 155c)을 이루는 정공주입층(156a, 156b)과 정공수송층(157a, 157b, 157c)과 유기 발광 물질층(158a, 158b, 158c) 및 전자주입층(159a, 159b, 159c) 형성을 위한 잉크젯 공정 수 각 층 별 1회씩만이 실시될 수 있으므로 비교예에 따른 유기전계 발광소자(도 4의 1)를 비롯하여 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자(도 3의 101, 도 5의 201)보다 더욱 우수한 단위 시간당 생산성의 향상 효과를 갖는다.
이때, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자(301)의 경우도 상기 도 6에 개시된 각 층의 두께로 한정되는 것이 아니며, 제 1 전극(147)의 하부층(147b) 대 상부층(147a)의 두께 비율이 1 : 0.4 내지 0.8, 적, 녹, 청색 화소영역(P1, P2, P3) 있어 제 1 전극(147)의 상부층(147a) 대 이의 상부에 위치하는 정공주입 보조층(354)과 유기 발광층(155a, 155b, 155c)의 합한 두께 비율이 1 : 3 내지 4 , 1 : 2.5 내지 3, 1 : 1.5 내지 2 정도의 수준이 유지되고, 나아가 금속산화물로 이루어져 스퍼터링에 의해 증착되는 정공주입 보조층(354)을 제외한 상기 유기 발광층(155a, 155b, 155c)에 있어 1회의 잉크 젯 공정에 의해 형성될 수 있는 최대 두께 이하 되도록 하는 범위 내에서 상기 유기 발광층(155a, 155b, 155c)을 이루는 각 층의 두께는 적절히 조절될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
본 발명은 전술한 실시예 및 변형예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 유기전계 발광소자
147 : 제 1 전극
147a : (제 1 전극의) 상부층
147b : (제 1 전극의) 하부층
155(155a, 155b, 155c) : 유기 발광층
156a, 156b, 156c : 정공주입층
157a, 157b, 157c : 정공수송층
158a, 158b, 158c : 유기 발광 물질층
159a, 159b, 159c : 전자주입층
165 : 제 2 전극

Claims (12)

  1. 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 상기 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역 별로 각각 구성되며 하부층 및 상부층으로 이루어진 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상부에 구성되며 정공주입층과 정공수송층과 유기 발광 물질층 및 전자주입층을 포함하는 유기 발광층과;
    상기 유기 발광층 상부에 구성된 제 2 전극
    을 포함하며, 상기 제 1 전극의 상부층의 두께 대비 상기 유기 발광층의 두께 비가 상기 제 1 화소영역은 1: 3 내지 4, 상기 제 2 화소영역은 1: 2.5 내지 3, 상기 제 3 화소영역은 1: 1.5 내지 2인 유기전계 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 하부층 대 상부층의 두께 비는 1: 0.4 내지 0.8인 유기전계 발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 상부층의 두께는 600Å 내지 800Å 인 유기전계 발광소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 정공주입층의 최대 두께는 1200Å인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 정공수송층과 전자주입층은 상기 제 1, 2 및 제 3 화소영역에 있어 동일한 두께를 갖는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 정공주입층의 최대 두께는 600Å이며, 상기 정공수송층의 최대 두께는 600Å인 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전자주입층은 상기 제 1, 2 및 제 3 화소영역에 있어 동일한 두께를 갖는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  8. 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역을 갖는 표시영역이 정의된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 상기 다수의 제 1, 2 및 제 3 화소영역 별로 각각 구성되며 하부층 및 상부층으로 이루어진 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상부에 상기 제 1, 2 및 제 3 화소영역에 동일한 두께로 형성된 금속산화물로 이루어진 정공주입 보조층과;
    상기 정공주입 보조층 위로 구성되며 정공주입층과 정공수송층과 유기 발광 물질층 및 전자주입층을 포함하는 유기 발광층과;
    상기 유기 발광층 상부에 구성된 제 2 전극
    을 포함하며, 상기 제 1 전극의 상부층의 두께 대비 상기 정공주입 보조층과 유기 발광층을 합한 두께 비가 상기 제 1 화소영역은 1: 3 내지 4, 상기 제 2 화소영역은 1: 2.5 내지 3, 상기 제 3 화소영역은 1: 1.5 내지 2인 유기전계 발광소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 하부층 대 상부층의 두께 비는 1: 0.4 내지 0.8인 유기전계 발광소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 상부층의 두께는 600Å 내지 800Å 인 유기전계 발광소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정공수송층은 상기 제 1 및 제 2 화소영역에 대해서만 구성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 정공주입 보조층은 최대 300Å의 두께를 갖고, 상기 정공주입층은 최대 600Å의 두께를 가지며, 상기 정공수송층은 최대 300Å의 두께를 갖는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
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