KR20160087991A - 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

유기 발광 소자는 제1 전극층, 제2 전극층, 발광층, 정공 수송 영역, 보조층, 및 전자 수송 영역을 포함할 수 있다. 상기 발광층은 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 배치될 수 있다. 상기 정공 수송 영역은 상기 발광층과 상기 제1 전극층 사이에 배치될 수 있다. 상기 보조층은 상기 정공 수송 영역과 상기 발광층 사이에 배치되며 제1 물질 및 제2 물질을 포함할 수 있다. 상기 전자 수송 영역은 상기 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 배치될 수 있다.

Description

유기 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 {ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND DISPLAY APPRATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 상세하게는 높은 발광 효율을 가지며 수명이 향상된 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 응답속도가 빠르며, 저 전압으로 구동되고, 유기 발광 소자는 자발광형이다. 이에 따라, 유기 발광 소자를 포함하는 표시 장치는 별도의 광원을 생략할 수 있어 경량 박형이 가능하며, 휘도가 뛰어나고 시야각 의존성이 없는 등 여러 가지 장점을 가지고 있다.
유기 발광 소자는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 가진 표시 소자이다. 애노드 전극으로부터 제공된 정공과 캐소드 전극으로부터 제공된 전자가 발광층에서 결합하여 여기자를 형성한 후, 여기자로부터 정공과 전자 사이의 에너지에 해당하는 광을 생성한다.
본 발명의 목적은 발광효율이 향상되고, 수명이 향상된 유기 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극층, 제2 전극층, 발광층, 정공 수송 영역, 보조층, 및 전자 수송 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극층은 베이스 기판 위에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층 위에 배치되며, 상기 제1 전극층과 대향할 수 있다. 상기 발광층은 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 배치될 수 있다. 상기 정공 수송 영역은 상기 발광층과 상기 제1 전극층 사이에 배치될 수 있다. 상기 보조층은 상기 정공 수송 영역과 상기 발광층 사이에 배치되며 제1 물질 및 제2 물질을 포함할 수 있다. 상기 전자 수송 영역은 상기 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 물질의 루모 에너지 준위는 상기 발광층의 루모 에너지 준위보다 높고, 상기 제2 물질의 루모 에너지 준위는 상기 발광층의 루모 에너지 준위보다 낮을 수 있다.
상기 발광층은 호스트 물질 및 도펀트 물질을 포함하고, 상기 제1 물질의 루모 에너지 준위는 상기 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 높고, 상기 제2 물질의 루모 에너지 준위는 상기 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 낮을 수 있다.
상기 발광층은 제3 물질을 더 포함하고, 상기 제3 물질은 상기 제2 물질과 동일할 수 있다.
상기 제3 물질의 에너지 밴드 갭은 상기 도펀트 물질의 에너지 밴드 갭보다 클 수 있다.
상기 보조층은 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질 중 상기 제1 물질을 포함하는 제1 층, 및 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다. 상기 제1 층은 상기 제2 층 및 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 제2 층은 상기 제1 층 및 상기 정공 수송 영역 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 물질의 호모 에너지 준위 및 상기 제2 물질의 호모 에너지 준위 각각은 상기 호스트 물질의 호모 에너지 준위보다 높을 수 있다.
상기 제1 물질의 호모 에너지 준위는 상기 제2 물질의 호모 에너지 준위보다 높을 수 있다.
상기 보조층의 두께는 상기 발광층에서 발광하는 광의 파장에 비례하며, 상기 보조층의 두께에 의해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 공진거리가 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 베이스 기판, 및 상기 베이스 기판 위에 배치되는 복수의 화소들을 포함한다. 상기 복수의 화소들 각각은 유기 발광 소자를 포함할 수 있다. 상기 유기 발광 소자는 제1 전극층, 제2 전극층, 발광층, 정공 수송 영역, 보조층, 및 전자 수송 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극층은 베이스 기판 위에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층 위에 배치되며, 상기 제1 전극층과 대향할 수 있다. 상기 발광층은 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 배치될 수 있다. 상기 정공 수송 영역은 상기 발광층과 상기 제1 전극층 사이에 배치될 수 있다. 상기 보조층은 상기 정공 수송 영역과 상기 발광층 사이에 배치되며 제1 물질 및 제2 물질을 포함할 수 있다. 상기 전자 수송 영역은 상기 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 물질의 루모 에너지 준위는 상기 발광층의 루모 에너지 준위보다 높고, 상기 제2 물질의 루모 에너지 준위는 상기 발광층의 루모 에너지 준위보다 낮을 수 있다.
상기 발광층은 호스트 물질 및 도펀트 물질을 포함하고, 상기 제1 물질의 루모 에너지 준위는 상기 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 높고, 상기 제2 물질의 루모 에너지 준위는 상기 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 낮을 수 있다.
상기 발광층은 제3 물질을 더 포함하고, 상기 제3 물질은 상기 제2 물질과 동일하고, 상기 제3 물질의 에너지 밴드 갭은 상기 도펀트 물질의 에너지 밴드 갭보다 클 수 있다.
상기 보조층은 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질 중 상기 제1 물질을 포함하는 제1 층, 및 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다. 상기 제1 층은 상기 제2 층 및 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 제2 층은 상기 제1 층 및 상기 정공 수송 영역 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 물질의 호모 에너지 준위 및 제2 물질의 호모 에너지 준위 각각은 상기 호스트 물질의 호모 에너지 준위보다 높을 수 있다.
상기 발광층은 제1 파장을 갖는 광을 발광하는 제1 발광층 및 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장을 갖는 광을 발광하는 제2 발광층을 포함하고, 상기 보조층은 상기 제1 발광층 및 상기 정공 수송 영역 사이에 배치되는 제1 보조층 및 상기 제2 발광층 및 상기 정공 수송 영역 사이에 배치되는 제2 보조층을 포함할 때, 상기 제1 보조층의 두께는 상기 제2 보조층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
본 발명에 따르면, 유기 발광 소자는 발광층 및 정공 수송 영역 사이에 배치되며, 제1 물질 및 제2 물질을 포함하는 보조층을 포함한다. 보조층의 제1 물질은 발광층의 루모 에너지 준위보다 높은 루모 에너지 준위를 가진다. 그 결과, 제1 물질은 발광층으로부터 정공 수송 영역으로 넘어오는 전자를 저지하는 역할을 할 수 있다. 제2 물질은 발광층의 루모 에너지 준위보다 낮은 루모 에너지 준위를 가진다. 제2 물질은 발광층으로부터 넘어온 과잉 전자를 잡아주는 역할을 한다.
따라서, 제1 물질에 의해 발광층 내에서 여기자 형성이 보다 용이할 수 있고, 그 결과 유기 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 제2 물질에 의해 발광층과 보조층 사이의 계면이 열화되는 것이 방지될 수 있고, 보조층으로 유입된 과잉 전자가 정공 수송 영역으로 이동되는 것이 방지될 수 있다. 그 결과, 제2 물질에 의해 유기 발광 소자의 수명이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 발광층에 제2 물질과 동일한 제3 물질을 포함하기 때문에, 과잉 전자가 보조층과 발광층 사이의 계면에 집중되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 보조층과 발광층 사이의 계면이 열화되는 것이 방지될 수 있고, 그 결과 유기 발광 소자의 수명이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 화소의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 유기 발광 소자의 밴드 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 유기 발광 소자의 밴드 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 밴드 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 화소 영역을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 유기 발광 소자의 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 보조층을 구성하는 물질의 양에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 살펴보기로 한다. 한 본 발명의 목적, 특징 및 효과는 도면과 관련된 실시예들을 통해서 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 다만, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려 후술될 본 발명의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고, 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위가 후술될 실시예들에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 한편, 하기 실시예와 도면 상에 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 `제1`, `제2` 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 `위에` 또는 `상에` 있다고 할 때, 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 화소의 등가 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시장치(1000)는 표시패널(DP), 타이밍 제어부(TC), 게이트 구동부(GD), 및 데이터 구동부(DD)를 포함한다.
타이밍 제어부(TC)는 입력 영상신호들을 수신하고, 표시패널(DP)의 동작모드에 부합하게 변환된 영상데이터들(IDATA)과 각종 제어신호들(SCS, DCS)을 출력한다.
게이트 구동부(GD)는 타이밍 제어부(TC)로부터 게이트 구동제어신호(SCS)를 수신한다. 게이트 구동제어신호(SCS)를 공급받은 게이트 구동부(GD)는 복수 개의 게이트 신호들을 생성한다. 복수 개의 게이트신호들은 표시패널(DP)에 순차적으로 공급된다.
데이터 구동부(DD)는 타이밍 제어부(TC)로부터 데이터 구동제어신호(DCS) 및 변환된 영상데이터들(IDATA)을 수신한다. 데이터 구동부(DD)는 데이터 구동제어신호(DCS)와 변환된 영상데이터들(IDATA)에 근거하여 복수 개의 데이터 신호들을 생성한다. 복수 개의 데이터 신호들은 표시패널(DP)에 공급된다.
표시패널(DP)은 외부로부터 전기적 신호를 인가 받아 영상을 표시한다. 표시패널(DP)은 복수의 게이트 라인(GL1~GLn), 복수의 데이터 라인(DL1~DLm), 및 복수의 화소(PX11~PXnm)를 포함한다.
게이트 라인들(GL1~GLn)은 제1 방향(D1)으로 연장되고, 제1 방향(D1)에 교차하는 제2 방향(D2)으로 배열된다. 게이트 라인들(GL1~GLn)은 게이트 구동부(GD)로부터 게이트 신호들을 순차적으로 공급받는다.
데이터 라인들(DL1~DLm)은 게이트 라인들(GL1~GLn)에 절연되게 교차한다. 데이터 라인들(DL1~DLm)은 제2 방향(D2)으로 연장되고 제1 방향(D1)으로 배열된다. 데이터 라인들(DL1~DLm)은 데이터 구동부(DD)로부터 데이터 신호들을 수신한다.
표시패널(DP)은 외부로부터 제1 전원전압(ELVDD) 및 제2 전원전압(ELVSS)을 공급받는다. 화소들(PX11~PXnm) 각각은 대응하는 게이트 신호에 응답하여 턴-온 된다. 화소들(PX11~PXnm) 각각은 제1 전원전압(ELVDD) 및 제2 전원전압(ELVSS)을 수신하고, 대응하는 데이터 신호에 응답하여 광을 생성한다. 제1 전원전압(ELVDD)은 제2 전원전압(ELVSS) 보다 높은 레벨의 전압이다.
이 실시예에서, 화소들(PX11~PXnm)은 매트릭스 형상으로 배열될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 화소들(PX11~PXnm)은 게이트 라인들(GL1~GLn) 중 대응되는 게이트 라인에 연결되고, 화소들(PX11~PXnm)은 데이터 라인들(DL1~DLm) 중 대응되는 데이터 라인에 연결된다.
화소들(PX11~PXnm) 각각은 대응되는 게이트 라인으로부터 게이트 신호를 수신하고, 대응되는 데이터 라인으로부터 데이터 신호를 수신한다. 화소들(PX11~PXnm) 각각은 대응하는 게이트 신호에 응답하여 턴-온 된다. 화소들(PX11~PXnm) 각각은 대응하는 데이터 신호에 대응하는 광을 생성하여 영상을 표시한다.
화소들(PX11~PXnm) 각각은 적어도 하나의 트랜지스터, 적어도 하나의 커패시터, 및 유기 발광 소자를 포함한다. 도 2에는 복수 개의 게이트 라인들(GL1~GLn) 중 i번째 게이트 라인(GLi)과 복수 개의 데이터 라인들(DL1~DLm) 중 j번째 데이터 라인(DLj)에 연결된 화소(PXij)의 등가회로를 예시적으로 도시하였다.
화소(PXij)는 제1 트랜지스터(TR1), 제2 트랜지스터(TR2), 커패시터(Cap), 및 표시소자로서의 유기 발광 소자(OLED)를 포함한다. 제1 트랜지스터(TR1)는 게이트 라인(GLi)에 연결된 제어전극, 데이터 라인(DLj)에 연결된 입력전극, 및 출력전극을 포함한다. 제1 트랜지스터(TR1)는 게이트 라인(GLi)에 흐르는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(DLj)에 흐르는 데이터 신호를 출력한다.
커패시터(Cap)는 제1 트랜지스터(TR1)에 연결된 제1 커패시터 전극 및 제1 전원전압(ELVDD)을 수신하는 제2 커패시터 전극을 포함한다. 커패시터(Cap)는 제1 트랜지스터(TR1)로부터 수신한 데이터 신호에 대응하는 전압과 제1 전원전압(ELVDD)의 차이에 대응하는 전하량을 충전한다.
제2 트랜지스터(TR2)는 제1 트랜지스터(TR1)의 출력 전극 및 커패시터(Cap)의 제1 커패시터 전극에 연결된 제어전극, 제1 전원전압(ELVDD)을 수신하는 입력전극, 및 출력전극을 포함한다. 제2 트랜지스터(TR2)의 출력전극은 유기 발광 소자(OLED)에 연결된다.
제2 트랜지스터(TR2)는 커패시터(Cap)에 저장된 전하량에 대응하여 유기 발광 소자(OLED)에 흐르는 구동전류를 제어한다. 커패시터(Cap)에 충전된 전하량에 따라 제2 트랜지스터(TR2)의 턴-온 시간이 결정된다. 실질적으로 제2 트랜지스터(TR2)의 출력전극은 유기 발광 소자(OLED)에 제1 전원전압(ELVDD)보다 낮은 레벨의 전압을 공급한다.
유기 발광 소자(OLED)는 제2 트랜지스터(TR2)에 연결되고, 제2 전원전압(ELVSS)을 수신한다. 유기 발광 소자(OLED)는 제2 트랜지스터(TR2)의 턴-온 구간 동안 발광한다.
유기 발광 소자(OLED)는 발광 물질을 포함한다. 유기 발광 소자(OLED)는 발광 물질에 대응하는 컬러의 광을 생성할 수 있다. 유기 발광 소자(OLED)에서 생성된 광의 컬러는 적색, 녹색, 청색, 백색 중 어느 하나일 수 있다. 유기 발광 소자(OLED)에 관한 상세한 설명은 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 유기 발광 소자(OLED)는 제1 전극층(100), 제2 전극층(200), 발광층(300), 정공 수송 영역(Hole transport region, 400), 전자 수송 영역(Electron transport region, 500) 및 보조층(600)을 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 유기 발광 소자(OLED)는 베이스 기판(BS) 위에 배치될 수 있다. 베이스 기판(BS)은 복수의 박막들(미도시)을 포함할 수 있다. 박막들은 무기 박막 및/또는 유기 박막을 포함할 수 있다.
박막들은 도 2에 도시된 제1 트랜지스터(TR1), 제2 트랜지스터(TR2), 커패시터(Cap), 및 제1 트랜지스터(TR1), 제2 트랜지스터(TR2), 및 커패시터(Cap) 사이에 배치된 절연막들을 포함할 수 있다.
제1 전극층(100)은 베이스 기판(BS) 위에 배치될 수 있다. 미도시 되었으나, 제1 전극층(100)은 제2 트랜지스터(도 2의 TR2)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 전극층(100)은 관통홀(미도시) 등을 통해 제2 트랜지스터(도 2의 TR2)와 연결될 수 있다.
제1 전극층(100)은 화소 전극 또는 애노드 전극일 수 있다. 제1 전극층(100)은 정공 주입이 용이하도록 높은 일함수를 가진 물질로 구성될 수 있다.
제1 전극층(100) 은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 제1 전극층(100)은 투과형 전극, 반투과형 전극, 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극층(100)은 어느 하나의 실시예에 한정되지 않으며, 유기 발광 소자(OLED)의 구조에 따라 다양한 물질로 구성될 수 있다.
제1 전극층(100)이 투과형 전극인 경우, 제1 전극층(100)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 전극층(100)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극층(100)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 금속의 혼합물을 포함할 수 있다.
제1 전극층(100)은 투명 금속 산화물 또는 금속으로 이루어진 단일층 또는 복수의 층을 갖는 다층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층(100)은 ITO, Ag 또는 금속혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물) 단일층 구조, ITO/Mg 또는 ITO/MgF의 2층 구조 또는 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극층(200)은 제1 전극층(100) 위에 배치될 수 있다. 제2 전극층(200)은 공통 전극 또는 캐소드 전극일 수 있다. 이에 따라, 제2 전극층(200)은 전자 주입이 용이하도록 낮은 일 함수를 가진 물질로 구성될 수 있다.
제2 전극층(200)은 단일층 또는 다중층일 수 있다. 다중층은 반사형 물질로 구성된 층 및 투과형 물질로 구성된 층 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 전극층(200)은 반사형, 반투과형, 또는 투과형 전극일 수 있다. 제2 전극층(200)은 어느 하나의 실시예에 한정되지 않으며, 유기 발광 소자(OLED)의 구조에 따라 다양한 물질로 구성될 수 있다.
제2 전극층(200)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극층(200)은 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg, BaF, Ba, Ag 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 제2 전극층(200)은 보조 전극을 포함할 수 있다. 보조 전극은 상기 물질이 발광층을 향하도록 증착하여 형성된 막, 및 상기 막 상에 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide), Mo, Ti 등을 포함할 수 있다.
제2 전극층(200)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극층(200)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다. 또는 상기 물질로 형성된 반사막이나 반투과막 및 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 형성된 투명 도전막을 포함하는 복수의 층 구조일 수 있다.
유기 발광 소자(OLED)가 전면 발광형일 경우, 제1 전극층(100)은 반사형 전극이고, 제2 전극층(200)은 투과형 전극 또는 반투과형 전극일 수 있다. 이 경우, 제1 전극층(100) 위에 유기 캡핑층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 유기 캡핑층은 1.8 내지 2.4의 굴절률을 가질 수 있다. 유기 캡핑층은 발광층(300)에서 방출된 광을 발광층(300) 방향으로 반사시킬 수 있다. 반사된 광은 유기층 내부에서 공진 효과에 의해 증폭되어, 표시 장치(도 1의 1000)의 광 효율을 증가시킬 수 있다.
발광층(300)은 제1 전극층(100) 및 제2 전극층(200) 사이에 배치될 수 있다. 발광층(300)은 단일 물질로 이루어진 단일층 구조, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층 구조 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층으로 구성된 다층 구조를 가질 수 있다.
발광층(300)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
발광층(300)은 통상적으로 사용하는 물질이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 물질로 이루어질 수 있으며, 형광물질 또는 인광물질을 포함할 수 있다. 또한, 발광층(300)은 호스트 물질 및 도펀트 물질을 포함할 수 있다.
호스트 물질은 통상적으로 사용하는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PVK(poly(n-vinylcabazole)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), TCTA(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine), TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene), TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene), DSA(distyrylarylene), CDBP(4,4'-bis(9-carbazolyl)-2,2'-dimethyl-biphenyl), MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene) 등이 사용될 수 있다.
발광층(300)이 적색의 광을 발광할 때, 발광층(300)은 예를 들어, PBD:Eu(DBM)3(Phen)(tris(dibenzoylmethanato)phenanthoroline europium) 또는 퍼릴렌(Perylene)을 포함하는 형광물질을 포함할 수 있다. 발광층(300)이 적색을 발광할 때, 발광층(300)에 포함되는 도펀트 물질은 예를 들어, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)과 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)에서 선택할 수 있다.
발광층(300)이 녹색의 광을 발광할 때, 발광층(300)은 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질을 포함할 수 있다. 발광층(300)이 녹색의 광을 발광할 때, 발광층(300)에 포함되는 도펀트 물질은 예를 들어, Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridine)iridium)와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)에서 선택할 수 있다.
발광층(300)이 청색의 광을 발광할 때, 발광층(300)은 예를 들어, 스피로-DPVBi(spiro-DPVBi), 스피로-6P(spiro-6P), DSB(distyryl-benzene), DSA(distyryl-arylene), PFO(Polyfluorene)계 고분자 및 PPV(poly(p-phenylene vinylene)계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질을 포함할 수 있다. 발광층(300)이 청색의 광을 발광할 때, 발광층(300)에 포함되는 도펀트 물질은 예를 들어, (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 금속 착화합물(metal complex) 또는 유기 금속 착체(organometallic complex)에서 선택할 수 있다.
정공 수송 영역(400)은 보조층(600)과 제1 전극층(100) 사이에 정의될 수 있다. 정공 수송 영역(400)은 제1 전극층(100)으로부터 주입된 정공이 발광층(300)에 도달하기 위하여 경유하는 영역일 수 있다.
정공 수송 영역(400)은 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 단일층 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 정공 수송 영역(400)은 정공 주입 물질 및 정공 수송 물질 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
정공 수송 영역(400)이 정공 주입층을 포함할 경우, 정공 수송 영역(400)은 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물; DNTPD (N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine), m-MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino) triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,N-diphenylamino)triphenylamine), 2TNATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS((Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate)) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(400)이 정공 수송층을 포함할 경우, 정공 수송 영역(400)은 N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorine)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine), TAPC(4,4'-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 수송 영역(400)의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 수송 영역(400)이 정공 주입층 및 정공 수송층을 모두 포함하면, 정공 주입층의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들어, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 약 2000Å, 예를 들어 약 100Å 내지 약 1500Å일 수 있다. 정공 주입층 및 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(400)은 앞서 언급한 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다. 전하 생성 물질은 정공 수송 영역(400) 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다. 전하 생성 물질은 예를 들어, p-도펀트(dopant)일 수 있다. p-도펀트는 퀴논(quinone) 유도체, 금속 산화물 및 시아노(cyano)기 함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, p-도펀트의 비제한적인 예로는, TCNQ(Tetracyanoquinodimethane) 및 F4-TCNQ(2,3,5,6-tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane) 등과 같은 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다
정공 수송 영역(400)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser induced thermal imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
전자 수송 영역(500)은 발광층(300)과 제2 전극층(200) 사이에 정의될 수 있다. 전자 수송 영역(500)은 제2 전극층(200)으로부터 주입된 전자가 발광층(300)에 도달하기 위하여 경유하는 영역일 수 있다.
전자 수송 영역(500)은, 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전자 수송 영역(500)은, 발광층(300)으로부터 차례로 적층된 전자 수송층/전자 주입층 또는 정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층의 구조를 가지거나, 층 중 둘 이상의 층이 혼합된 단일층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송 영역(500)이 전자 수송층을 포함할 경우, 전자 수송 영역(500)은 Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate)), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(500)이 전자 주입층을 포함할 경우, 전자 수송 영역(500)은 LiF, LiQ (Lithium quinolate), Li2O, BaO, NaCl, CsF, Yb와 같은 란타넘족 금속, 또는 RbCl, RbI와 같은 할로겐화 금속 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 주입층은 또한 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염(organo metal salt)이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 유기 금속염은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 대략 4eV 이상의 물질이 될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 유기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate), 금속 벤조에이트(metal benzoate), 금속 아세토아세테이트(metal acetoacetate), 금속 아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 또는 금속 스테아레이트(stearate)를 포함할 수 있다.
전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승 없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(500)은 앞서 언급한 바와 같이, 정공 저지층을 포함할 수 있다. 정공 저지층은 예를 들어, BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 및 Bphen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 정공 저지층의 두께는 약 20Å 내지 약 1000Å, 예를 들어 약 30Å 내지 약 300Å일 수 있다. 정공저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 정공 저지 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송 영역(500)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
보조층(600)은 정공 수송 영역(400) 및 발광층(300) 사이에 배치될 수 있다. 보조층(600)은 발광층(300)으로부터 넘어온 전자가 정공 수송 영역(400)으로 주입되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
보조층(600)은 제1 물질(MA1) 및 제2 물질(MA2)을 포함할 수 있다.
이 실시예예서, 제1 물질(MA1)은 전자 저지 물질일 수 있다. 전자 저지 물질은 루모 에너지 준위가 발광층(300)의 루모 에너지 준위보다 높은 물질로서 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전자 저지 물질은 트리페닐아민, 카바졸, 스피로디플루오렌, 옥시디아졸, 트리아졸 및 페난트롤린 또는 트리페닐아민, 카바졸, 스피로디플루오렌, 옥시디아졸, 트리아졸 및 페난트롤린 각각의 유도체 등을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 물질(MA1)은 발광층(300) 및 보조층(600)의 계면에서 전자가 정공 수송 영역(400)으로 넘어가는 것을 막아 발광층(300) 내의 여기자 형성이 유리하도록 하여 유기 발광 소자(OLED)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 물질(MA2)은 전자 트랩성 물질일 수 있다. 전자 트랩 물질은 루모 에너지 준위가 발광층(300)의 루모 에너지 준위보다 낮은 물질로서 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전자 트랩 물질은 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피렌, 페릴린, 트리페닐린, 펜타트렌, 크리센, 플루오렌 및 스프로플루오렌로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물 또는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피렌, 페릴린, 트리페닐린, 펜타트렌, 크리센, 플루오렌 및 스프로플루오렌 각각의 유도체 등을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 물질(MA2)은 보조층(600)으로 유입된 과잉 전자가 정공 수송 영역(400)으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 물질(MA2)은 과잉 전자가 보조층(600)과 발광층(300) 사이의 계면에 집중되는 것을 방지하고, 보조층(600)과 발광층(300) 사이의 계면이 열화되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 유기 발광 소자(OLED)의 수명 저하를 억제할 수 있게 된다.
이 실시예에 따르면, 제1 물질(MA1) 및 제2 물질(MA2)이 혼합된 보조층(600)에 의해 유기 발광 소자(OLED)의 발광 효율이 향상될 수 있고, 또한 유기 발광 소자(OLED)의 수명 저하가 억제될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 유기 발광 소자의 밴드 다이어그램이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 유기 발광 소자(OLED)는 서로 다른 에너지 밴드(energy band)를 가진 층들을 포함할 수 있다.
일반적으로 유기 물질의 분자 결합력은 이온 결합 등에 비해 상대적으로 매우 약하다. 따라서, 어느 유기층의 전자 에너지 준위는 양자화되어 소정의 갭(gap)을 가진 에너지 밴드로 나타난다. 어느 유기층의 에너지 밴드는 루모(Lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) 에너지 준위와 호모(Highest occupied molecular orbital, HOMO) 에너지 준위의 차이(gap)에 의해 정의될 수 있다.
루모 에너지 준위는 전자로 채워지지 않은 가장 낮은 에너지 준위로, 루모 에너지 준위는 무기 반도체의 전도 대(conduction band) 하단 에너지 준위에 대응될 수 있다. 루모 에너지 준위는 해당 층의 전자 친화도(electron affinity)와 대응된다.
유기 발광 소자(OLED)에 소정의 전기장(electric field)이 인가되면, 제2 전극층(200, 음극)에 존재하던 전자들은 전기장에 의해 인접한 층으로 이동한다. 이때, 인접한 층간의 루모 에너지 준위 차이가 클수록 높은 전기장이 필요하다.
루모 에너지 준위는 전자의 이동과 관련된다. 인가된 전기장에 의해 전자는 루모 에너지 준위가 낮은 층에서 높은 층으로 이동할 수 있다. 일반적으로 전자 수송 영역(500)은 제2 전극층(200, 음극)의 일함수와 발광층(300)의 루모 에너지 준위 사이의 루모 에너지 준위를 가진다. 또한, 전자 수송 영역(500)이 복수의 층으로 구성된 경우, 층들의 루모 에너지 준위들은 제2 전극층(200)으로부터 발광층(300)으로 향할수록 증가할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
호모 에너지 준위는 전자로 채워지는 가장 높은 에너지 준위이다. 호모 에너지 준위는 무기 반도체의 가전자 대(valence band) 상단 에너지 준위에 대응될 수 있다. 어느 층의 호모 에너지 준위는 이온화 포텐셜(ionization potential)과 대응된다. 이온화 포텐셜은 물질이 이온화하는데 필요한 에너지로, 이온화 포텐셜이 높을수록 이온화되기 어렵다.
유기 발광 소자(OLED)에 소정의 전기장이 인가되면, 제1 전극층(100, 양극)에 존재하던 정공들은 전기장에 의해 인접한 층으로 이동한다. 이때, 인접한 층간의 호모 에너지 준위 차이가 클수록 높은 전기장이 필요하다.
호모 에너지 준위는 정공의 이동과 관련된다. 인가된 전기장에 의해 정공은 호모 에너지 준위가 높은 층에서 낮은 층으로 이동할 수 있다. 일반적으로 정공 수송 영역(400)은 제1 전극층(100)의 일함수와 발광층(300)의 호모 에너지 준위 사이의 호모 에너지 준위를 가진다. 또한, 정공 수송 영역(400)이 복수의 층으로 구성된 경우, 층들의 호모 에너지 준위들은 제1 전극층(100)으로부터 발광층(300)으로 향할수록 감소할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
보조층(600)의 호모 에너지 준위는 정공 수송 영역(400)의 호모 에너지 준위와 발광층(300)의 호모 에너지 준위의 중간 값을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 물질(MA1)의 호모 에너지 준위(MA1_H) 및 제2 물질(MA2)의 호모 에너지 준위(MA2_H)는 발광층(300)의 호모 에너지 준위보다 크고, 정공 수송 영역(400)의 호모 에너지 준위보다 작을 수 있다. 따라서, 정공은 정공 숫송 영역(400), 및 보조층(600)을 경유하여, 발광층(300)으로 용이하게 이동될 수 있다.
이 실시예에서, 제1 물질(MA1)의 루모 에너지 준위(MA1_L)는 발광층(300)의 루모 에너지 준위보다 높을 수 있고, 제2 물질(MA2)의 루모 에너지 준위(MA2_L)는 발광층(300)의 루모 에너지 준위보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 발광층(300)의 루모 에너지 준위가 -2.1eV일 때, 제1 물질(MA1)의 루모 에너지 준위(MA1_L)는 -1.5eV, 제2 물질(MA2)의 루모 에너지 준위(MA2_L)는 -2.3eV일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 물질(MA1)의 루모 에너지 준위(MA1_L) 및 제2 물질(MA2)의 루모 에너지 준위(MA2_L)는 발광층(300)의 루모 에너지 준위에 따라 결정될 수 있다.
제1 물질(MA1)은 발광층(300)보다 높은 루모 에너지 준위(MA1_L)를 가지므로, 발광층(300)으로부터 정공 수송 영역(400)으로 이동하는 전자를 막을 수 있다. 따라서, 발광층(300) 내에서 여기자 형성이 보다 용이할 수 있고, 그 결과 유기 발광 소자(OLED)의 발광 효율이 향상될 수 있다.
제2 물질(MA2)은 발광층(300)보다 낮은 루모 에너지 준위(MA2_L)를 가지므로, 보조층(600)으로 유입된 과잉 전자가 정공 수송 영역(400)으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한 과잉 전자의 일부를 트랩하여 발광층(300)과 보조층(600) 사이의 계면이 열화되는 것이 방지될 수 있고, 그 결과 유기 발광 소자(OLED)의 수명이 향상될 수 있다.
발광층(300)의 루모 에너지 준위는 발광층(300)이 포함하는 호스트 물질의 루모 에너지 준위일 수 있다. 호스트 물질은 발광층(300) 전면에 걸쳐 분포될 수 있고, 도펀트 물질은 발광층(300) 내에 고르게 분산되거나, 발광층(300)에 국소적으로 도핑될 수 있다. 따라서, 도 4에서는 발광층(300)을 이루는 호스트 물질의 루모 에너지 준위 및 호모 에너지 준위를 도시한 것이다.
즉, 발광층(300)의 도펀트 물질은 호스트 물질에 대해 상대적으로 불순물이 될 수 있고, 전자 및 정공은 호스트 물질의 루모 에너지 준위 및 호모 에너지 준위를 따라 이동될 확률이 보다 높을 수 있다. 따라서, 제1 물질(MA1)의 루모 에너지 준위(MA1_L)는 발광층(300)의 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 높고, 제2 물질(MA2)의 루모 에너지 준위(MA2_L)는 발광층(300)의 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 낮을 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 유기 발광 소자의 밴드 다이어그램이다. 도 5 및 도 6을 설명함에 있어서, 도 3 및 도 4를 참조하여, 설명된 구성요소에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성요소들에 대해 중복된 설명은 생략된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 보조층(601)은 제1 층(610) 및 제2 층(620)을 포함할 수 있다.
제1 층(610)은 발광층(300) 및 제2 층(620) 사이에 배치되고, 제2 층(620)은 제1 층(610) 및 정공 수송 영역(400) 사이에 배치될 수 있다. 이 실시예에서, 제1 층(610)은 제1 물질(MA1)을 포함하고, 제2 층(620)은 제1 물질(MA1) 및 제2 물질(MA2)을 포함할 수 있다.
이 실시예에서는, 루모 에너지 준위(MA2_L)가 낮은 제2 물질(MA2)이 발광층(300)과 이격되어 배치될 수 있다. 발광층(300)에 존재하는 전자가 보조층(600)을 통해 발광층(300)으로부터 유출되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 제2 물질(MA2)은 보조층(600)으로 유입된 과잉 전자 중 일부를 트랩 할 수 있다. 따라서 과잉 전자 중 일부의 전자는 제2 물질(MA2)에 의해 트랩 될 수 있고, 그 결과, 발광층(300)과 보조층(600) 사이의 계면이 열화 되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 보조층(600)은 발광층(300)을 통과한 과잉 전류가 정공 수송 영역(400)으로 이동되는 것을 방지하여, 유기 발광 소자(OLED1)의 수명 특성을 개선할 수 있다.
이 실시예와 달리, 본 발명의 다른 실시예에서는 제1 물질(MA1) 및 제2 물질(MA2) 중 제1 물질(MA1)을 포함하는 제3 층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 제3 층은 제2 층(620) 및 정공 수송 영역(400) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 제2 물질(MA2)은 보조층(601)의 중간 영역에만 배치되어, 정공 수송 영역(400) 및 발광층(300) 모두에 접하지 않을 수 있다. 제2 물질(MA2)은 도 4에서 도시된 바와 같이 보조층(600)에 균일하게 분산될 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 불균일하게 분산될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 밴드 다이어그램이다.
도 7을 참조하면, 발광층(301)은 제3 물질을 더 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 제3 물질은 보조층(600)이 포함하는 제2 물질(MA2)과 실질적으로 동일한 물질일 수 있다.
제3 물질은 발광층(301) 내부에 균일하게 분산될 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 발광층(301) 내부에 불균일하게 분사될 수 도 있다.
이 실시예에서 제3 물질은 발광층(301)의 발광에 영향을 미치지 않는 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다. 예컨대, 제3 물질의 에너지 밴드 갭은 도펀트(310)의 에너지 밴드 갭보다 클 수 있다. 따라서 제3 물질은 발광층(300)의 발광에 영향을 미치지 않을 수 있다.
발광층(300)이 제3 물질을 포함하기 때문에, 과잉 전자가 보조층(600)과 발광층(300) 사이의 계면에 집중되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 보조층(600)과 발광층(300) 사이의 계면이 열화되는 것이 방지될 수 있고, 그 결과 유기 발광 소자(OLED)의 수명이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 화소 영역을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 8을 참조하면, 표시 장치(1000)의 서로 다른 파장의 광을 발광하는 제1 화소 영역(R_PA), 제2 화소 영역(G_PA), 및 제3 화소 영역(B_PA) 각각에 배치된 유기 발광 소자들을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
발광층(300)은 발광하는 광의 파장에 따라 제1 발광층(300R), 제2 발광층(300G) 및 제3 발광층(300B)으로 나뉠 수 있다. 이 실시예에서, 제1 발광층(300R)은 적색의 광을 발광하고, 제2 발광층(300G)은 녹색의 광을 발광하고, 제3 발광층(300B)은 청색의 광을 발광할 수 있다.
보조층(600)은 제1 보조층(600R), 제2 보조층(600G) 및 제3 보조층(600B)을 포함할 수 있다. 제1 보조층(600R)은 제1 발광층(300R)과 정공 수송 영역(400) 사이에 배치되고, 제2 보조층(600G)은 제2 발광층(300G)과 정공 수송 영역(400) 사이에 배치되고, 제3 보조층(600B)은 제3 발광층(300B)과 정공 수송 영역(400) 사이에 배치될 수 있다.
이 실시예에서, 보조층(600)은 과잉 전자를 제어할 뿐만 아니라, 공진 거리를 조절할 수 있다. 예컨대, 공진 차수가 동일한 경우, 보조층(600)의 두께는 발광층(300)에서 발생되는 광의 파장에 비례할 수 있다.
제1 화소 영역(R_PA)의 제1 공진 거리(RD1), 제2 화소 영역(G_PA)의 제2 공진 거리(RD2), 및 제3 화소 영역(B_PA)의 제3 공진 거리(RD3)는 서로 상이할 수 있다. 예컨대, 제1 화소 영역(R_PA)에 배치된 제1 발광층(300R)이 가장 긴 파장의 적색 광을 방출하므로 제1 공진 거리(RD1)는 제2 공진 거리(RD2), 및 제3 공진 거리(RD3)보다 클 수 있다. 또한, 제3 화소 영역(B_PA)에 배치된 제3 발광층(300B)이 가장 짧은 파장의 청색 광을 방출하므로 제3 공진 거리(RD3)는 제1 공진 거리(RD1) 및 제2 공진 거리(RD2)보다 짧을 수 있다.
따라서, 제1 보조층(600R)의 두께는 제2 보조층(600G), 및 제3 보조층(600B)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 제2 보조층(600G)의 두께는 제1 보조층(600R)의 두께보다 얇고, 제3 보조층(600B)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 제3 보조층(600B)의 두께는 제1 보조층(600R), 및 제2 보조층(600G)의 두께보다 얇을 수 있다.
이 실시예에 따르면, 보조층(600)은 발광층(300)에서 발광되는 광의 파장에 따라 제1 전극층(100) 및 제2 전극층(200) 사이의 공진 거리를 조절하여 색좌표 조절이 용이할 수 있다. 또한, 보조층(600)은 발광층(300)에서 정공 수송 영역(400)으로 과잉 전자가 이동되는 것을 방지하여 유기 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있고, 유기 발광 소자의 수명이 향상될 수 있다.
도 9는 유기 발광 소자의 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 10은 보조층을 구성하는 물질의 양에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다. 도 9 및 도 10의 그래프는 보조층(도 3의 600)이 포함하는 제1 물질(도 3의 MA1) 및 제2 물질(도 3의 MA2)의 비율에 따른 수명 및 효율 변화를 나타낸 것이다.
도 3 및 도 9를 참조하면, 제1 그래프(GP1)는 보조층(600)이 제2 물질(MA2)만 포함한 경우, 유기 발광 소자(OLED)의 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸다. 제2 그래프(GP2)는 보조층(600)이 제1 물질(MA1)과 제2 물질(MA2)을 1 대 3의 비율로 포함한 경우, 유기 발광 소자(OLED)의 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸다. 제3 그래프(GP3)는 보조층(600)이 제1 물질(MA1)과 제2 물질(MA2)을 1 대 1의 비율로 포함한 경우, 유기 발광 소자(OLED)의 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸다. 제4 그래프(GP4)는 보조층(600)이 제1 물질(MA1)과 제2 물질(MA2)을 3 대 1의 비율로 포함한 경우, 유기 발광 소자(OLED)의 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸다. 제5 그래프(GP5)는 보조층(600)이 제1 물질(MA1)만 포함한 경우, 유기 발광 소자(OLED)의 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸다.
제1 내지 제5 그래프(GP1, GP2, GP3, GP4, GP5)들을 참조하면, 보조층(600) 내부에 제2 물질(MA2)의 비율이 높아질수록 수명이 증가하는 경향을 보이는 것을 알 수 있다.
제2 물질(MA2)은 발광층(300)과 보조층(600) 사이에 몰려 있는 전자를 분산시키거나, 보조층(600)으로 과잉 주입된 전자를 트랩하여 보조층(600) 및 발광층(300) 사이의 계면의 열화를 방지할 수 있다. 또한, 정공 수송 영역(400)으로 전자가 주입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제2 물질(MA2)의 비율이 높아질수록 유기 발광 소자(OLED)의 수명이 향상될 수 있다.
도 3 및 도 10을 참조하면, 보조층(600)에서 제2 물질(MA2)의 양에 따른 효율(Cd/A, 발광 효율)을 도시한 것으로, 제1 포인트(P1)는 보조층(600)이 제1 물질(MA1)만 포함한 경우일 때의 효율이고, 제2 포인트(P2)는 보조층(600)이 제1 물질(MA1)과 제2 물질(MA2)을 3 대 1의 비율로 포함한 경우일 때의 효율이고, 제3 포인트(P3)는 보조층(600)이 제1 물질(MA1)과 제2 물질(MA2)을 1 대 1의 비율로 포함한 경우일 때의 효율이고, 제4 포인트(P4)는 보조층(600)이 제1 물질(MA1)과 제2 물질(MA2)을 1 대 3의 비율로 포함한 경우 일 때의 효율이고, 제5 포인트(P5)는 보조층(600)이 제2 물질(MA2) 만을 포함한 경우 일 때의 효율을 나타낸다.
제1 내지 제5 포인트(P1, P2, P3, P4, P5)들 각각에서의 효율값을 참조하면, 보조층(600) 내부에 제1 물질(MA1)의 비율이 높을수록 효율이 증가하는 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 제1 물질(MA1)은 발광층(300)으로부터 정공 수송 영역(400)으로 이동하는 전자를 막을 수 있다. 따라서, 제1 물질(MA1)에 의해 발광층(300) 내에서 여기자 형성이 보다 용이할 수 있고, 그 결과 유기 발광 소자(OLED)의 발광 효율이 향상될 수 있다.
이 실시예에 따르면, 보조층(600)이 제1 물질(MA1) 및 제2 물질(MA2)을 포함하고 있다. 따라서, 표시 장치(1000)의 특성 및 소비자 요구에 적합하게 제1 물질(MA1) 및 제2 물질(MA2)의 함량을 조절할 수 있다. 따라서, 이 실시예에 따른 보조층(600)을 사용하는 경우, 유기 발광 소자(OLED)의 별도의 구조 변경 없이 제1 물질(MA1) 및 제2 물질(MA2)의 함량을 조절 만으로, 다양한 제품 사양에 용이하게 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
DP: 표시패널 OLED: 유기 발광 소자
100: 제1 전극층 200: 제2 전극층
300: 발광층 400: 정공 수송 영역
500: 전자 수송 영역 600: 중간층
1000: 표시 장치 MA1: 제1 물질
MA2: 제2 물질

Claims (14)

  1. 베이스 기판 위에 배치된 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 위에 배치되며 상기 제1 전극층과 대향하는 제2 전극층;
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 배치된 발광층;
    상기 발광층과 상기 제1 전극층 사이에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 정공 수송 영역과 상기 발광층 사이에 배치되며 제1 물질 및 제2 물질을 포함하는 보조층; 및
    상기 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 배치된 전자 수송 영역을 포함하고,
    상기 제1 물질의 루모(Lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) 에너지 준위는 상기 발광층의 루모 에너지 준위보다 높고, 상기 제2 물질의 루모 에너지 준위는 상기 발광층의 루모 에너지 준위보다 낮은 유기 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광층은 호스트 물질 및 도펀트 물질을 포함하고,
    상기 제1 물질의 루모 에너지 준위는 상기 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 높고, 상기 제2 물질의 루모 에너지 준위는 상기 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 낮은 유기 발광 소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 발광층은 제3 물질을 더 포함하고, 상기 제3 물질은 상기 제2 물질과 동일한 유기 발광 소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 물질의 에너지 밴드 갭은 상기 도펀트 물질의 에너지 밴드 갭보다 큰 유기 발광 소자.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 보조층은
    상기 제1 물질 및 상기 제2 물질 중 상기 제1 물질을 포함하는 제1 층; 및
    상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제2 층을 포함하고,
    상기 제1 층은 상기 제2 층 및 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 제2 층은 상기 제1 층 및 상기 정공 수송 영역 사이에 배치되는 유기 발광 소자.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 물질의 호모 에너지 준위 및 제2 물질의 호모 에너지 준위 각각은 상기 호스트 물질의 호모 에너지 준위보다 높은 유기 발광 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 물질의 호모 에너지 준위는 상기 제2 물질의 호모 에너지 준위보다 높은 유기 발광 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 보조층의 두께는 상기 발광층에서 발광하는 광의 파장에 비례하며, 상기 보조층의 두께에 의해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 공진 거리가 조절되는 유기 발광 소자.
  9. 베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판 위에 배치되며 각각이 유기 발광 소자를 포함하는 복수의 화소들을 포함하고,
    상기 유기 발광 소자는,
    상기 베이스 기판 위에 배치된 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 위에 배치되며 상기 제1 전극층과 대향하는 제2 전극층;
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 배치된 발광층;
    상기 발광층과 상기 제1 전극층 사이에 배치된 정공 수송 영역;
    상기 발광층과 상기 제2 전극층 사이에 배치된 전자 수송 영역; 및
    상기 정공 수송 영역과 상기 발광층 사이에 배치되며, 상기 발광층의 루모 에너지 준위보다 높은 루모 에너지 준위를 갖는 제 1 물질, 및 상기 발광층의 루모 에너지 준위보다 낮은 루모 에너지 준위를 갖는 제2 물질을 포함하는 보조층을 포함하는 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 발광층은 호스트 물질 및 도펀트 물질을 포함하고, 상기 제1 물질의 루모 에너지 준위는 상기 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 높고, 상기 제2 물질의 루모 에너지 준위는 상기 호스트 물질의 루모 에너지 준위보다 낮은 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 발광층은 제3 물질을 더 포함하고, 상기 제3 물질은 상기 제2 물질과 동일하고, 상기 제3 물질의 에너지 밴드 갭은 상기 도펀트 물질의 에너지 밴드 갭보다 큰 표시 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 보조층은
    상기 제1 물질 및 상기 제2 물질 중 상기 제1 물질을 포함하는 제1 층; 및
    상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제2 층을 포함하고,
    상기 제1 층은 상기 제2 층 및 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 제2 층은 상기 제1 층 및 상기 정공 수송 영역 사이에 배치되는 표시 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 물질의 호모 에너지 준위 및 제2 물질의 호모 에너지 준위 각각은 상기 호스트 물질의 호모 에너지 준위보다 높은 표시 장치.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 발광층은 제1 파장을 갖는 광을 발광하는 제1 발광층 및 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장을 갖는 광을 발광하는 제2 발광층을 포함하고,
    상기 보조층은 상기 제1 발광층 및 상기 정공 수송 영역 사이에 배치되는 제1 보조층 및 상기 제2 발광층 및 상기 정공 수송 영역 사이에 배치되는 제2 보조층을 포함할 때, 상기 제1 보조층의 두께는 상기 제2 보조층의 두께보다 두꺼운 표시 장치.
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