KR20170074566A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소를 포함하는 유기 발광 소자는 제 1 전극과 제 2 전극과 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 1 적색 발광층, 제 1 녹색 발광층 및 제 1 청색 발광층으로 이루어진 제 1 유기 발광층을 포함하는 제 1 발광 유닛과 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 적색 발광층, 제 2 녹색 발광층 및 제 2 청색 발광층으로 이루어진 제 2 유기 발광층을 포함하는 제 2 발광 유닛 및 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛의 사이에 위치하는 제 1 전하 생성층과 제 2 전하 생성층을 포함하며, 제 1 발광 유닛의 제 1 적색 발광층은, 적색 서브 화소에 대응되도록 배치되고, 제 1 발광 유닛의 제 1 녹색 발광층은, 녹색 서브 화소에 대응되도록 배치되고, 제 1 발광 유닛의 제 1 청색 발광층은, 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소 모두에 대응되도록 배치된 유기 발광 소자인 것을 특징으로 한다.

Description

유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2 스택 구조의 유기 발광 소자에 있어서, 저계조에서 원하지 않는 인접한 서브 화소의 발광에 의한 혼색 불량의 발생을 최소화할 수 있는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치(OLED)는 자체 발광형 표시 장치로서, 전자(electron) 주입을 위한 전극(cathode)과 정공(hole) 주입을 위한 전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자와 정공이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 발광하는 유기 발광 소자를 이용한 표시 장치이다.
유기 발광 표시 장치는 빛이 방출되는 방향에 따라서 상부 발광(Top Emission) 방식, 하부 발광(Bottom Emission) 방식 및 양면 발광(Dual Emission) 방식 등이 있고, 구동 방식에 따라서는 수동 매트릭스형(Passive Matrix)과 능동 매트릭스형(Active Matrix) 등으로 나누어진다.
유기 발광 표시 장치는 액정 표시 장치(LCD)와는 달리 별도의 광원이 필요하지 않아 경량 박형으로 제조 가능하다. 또한, 유기 발광 표시 장치는 저전압 구동에 의해 소비 전력 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 색상 구현, 응답 속도, 시야각, 명암비(contrast ratio: CR)도 우수하여, 차세대 디스플레이로서 연구되고 있다.
고 해상도로 디스플레이가 발전하면서 단위 면적당 픽셀 개수가 증가하고, 높은 휘도가 요구되고 있지만 유기 발광 표시 장치의 발광 구조 상 단위 면적 전류(A)에 한계가 있고, 인가 전류의 증가로 인한 유기 발광 소자의 신뢰성 저하 및 소비 전력이 증가하는 문제점이 있다.
따라서 유기 발광 표시 장치의 품질 및 생산성을 저해하는 요인이 되고 있는 유기 발광 소자의 발광 효율, 수명 향상 및 소비 전력 절감이라는 기술적 한계를 극복해야 하며, 색감 영역을 유지하면서도 발광 효율, 유기 발광층의 수명 및 시야각 특성을 향상시킬 수 있는 유기 발광 소자 개발을 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다.
유기 발광 표시 장치의 품질 및 생산성 향상을 위해서 유기 발광 소자의 효율, 수명 향상 및 소비 전력 저감 등을 위한 다양한 유기 발광 소자 구조가 제안되고 있다.
이에 따라, 하나의 스택(1 stack) 즉, 하나의 발광 유닛(electroluminescence unit: EL unit)을 적용하는 유기 발광 소자 구조뿐만 아니라, 향상된 효율 및 수명 특성을 구현하기 위해 복수 개의 스택(stack), 즉 복수 개의 발광 유닛의 적층을 이용하는 탠덤(Tandem) 구조의 유기 발광 소자가 제안되고 있다.
이와 같은 탠덤 구조, 즉, 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛의 적층을 이용한 2 스택 구조의 유기 발광 소자는 전자와 정공의 재결합(recombination)을 통해서 발광이 일어나는 발광 영역이 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛 각각에 위치하며, 제 1 발광 유닛의 제 1 유기 발광층과 제 2 발광 유닛의 제 2 유기 발광층에서 각각 발광하는 빛이 보강 간섭을 일으키면서 단일 스택 구조의 유기 발광 소자 대비 높은 휘도를 제공할 수 있다.
또한 유기 발광 소자에 있어서 하나의 화소(pixel)를 구성하는 복수 개의 서브 화소들(sub-pixels)간의 거리는 유기 발광 표시 장치가 고해상도로 갈수록 작아지게 되는데, 유기 발광층(emission layer: EML)을 제외한 정공 주입층(EIL), 정공 수송층(HTL), 전하 생성층(CGL), 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL) 등과 같은 보조 유기물층들은 공통 마스크(Common Mask)를 이용하여 복수 개의 서브 화소 모두에 대응되도록 증착되어 공통층(common layer)으로 형성되며, 각각 상이한 파장의 빛을 발생시키는 복수 개의 서브 화소 내 유기 발광층(emission layer)은 파인 메탈 마스크(fine metal mask)를 이용하여 각각의 서브 화소에 대응되도록 개별적으로 증착되어 형성될 수 있다.
위와 같은 유기 발광 소자의 경우, 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 사이에 전압이 인가될 때, 상기와 같이 유기 발광 소자 내 형성된 공통층을 통해 유기 발광 소자의 수평 방향으로 수평 누설 전류(lateral leakage current)가 발생하면서, 발광이 요구되는 서브 화소 뿐만 아니라 인접하여 위치하는 원하지 않는 서브 화소가 발광하면서 나타나는 혼색 불량이 발생하고 있다.
위와 같은 혼색 불량은 단일 스택 구조의 유기 발광 소자 대비 빛의 보강 간섭을 이용하는 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛의 적층을 이용한 2 스택 구조의 유기 발광 소자에 있어서 더 심하게 나타날 수 있다.
또한 상기와 같은 혼색 불량은 저계조(low gray level)에서 단색(Mono Color) 표현 시, 정확한 색의 표현을 제한하거나 혹은 불가능하게 하는 문제를 발생시킬 수 있다.
상기와 같은 공통층을 통한 수평 누설 전류에 의해 원하지 않는 인접한 서브 화소가 발광하는 문제를 해결하기 위해서는 유기 발광 소자의 모든 유기물층을 파인 메탈 마스크(fine metal mask)를 이용하여 각각의 서브 화소에 개별적으로 형성하는 방법이 있을 수 있으나, 상기와 같은 방법은 현재 유기 발광 표시 장치가 고해상도로 가면서 점점 단위 화소의 크기가 작아지는 추세에서 공정 상 제조 단가를 크게 상승시키고, 또한 공정 상의 오차로 인한 불량 화소의 발생을 다수 유발할 수 있으므로 적용이 어려우며, 따라서 상기와 같이 공통층을 사용하는 유기 발광 소자 구조에 있어서 공통층을 통한 수평 누설 전류에 따라 발생하는 혼색 불량에 대한 개선이 요구되고 있다.
이에 본 발명의 발명자는 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛의 적층을 이용한 2 스택 구조의 유기 발광 소자 구조에 있어서, 저계조에서 원하지 않는 인접한 서브 화소의 발광에 의한 혼색 불량을 최소화할 수 있는 유기 발광 소자를 발명하였다.
본 발명의 실시예에 따른 해결 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 저계조에서 원하지 않는 인접한 서브 화소의 발광에 의한 혼색 불량의 발생을 최소화할 수 있는 유기 발광 소자가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소를 포함하는 유기 발광 소자는, 제 1 전극과 제 2 전극과 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 1 적색 발광층, 제 1 녹색 발광층 및 제 1 청색 발광층으로 이루어진 제 1 유기 발광층을 포함하는 제 1 발광 유닛과 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 적색 발광층, 제 2 녹색 발광층 및 제 2 청색 발광층으로 이루어진 제 2 유기 발광층을 포함하는 제 2 발광 유닛 및 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛의 사이에 위치하는 제 1 전하 생성층과 제 2 전하 생성층을 포함하며, 제 1 발광 유닛의 제 1 적색 발광층은, 적색 서브 화소에 대응되도록 배치되고, 제 1 발광 유닛의 제 1 녹색 발광층은, 녹색 서브 화소에 대응되도록 배치되고, 제 1 발광 유닛의 제 1 청색 발광층은, 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소 모두에 대응되도록 배치된다.
제 1 발광 유닛은, 제 1 전극 상에 위치하고, 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소 모두에 대응되는 제 1 정공 수송층을 더 포함하고, 제 1 적색 발광층, 제 1 녹색 발광층 및 제 1 청색 발광층은 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치할 수 있다.
제 1 발광 유닛의 적색 서브 화소에서는, 제 1 청색 발광층이 제 1 적색 발광층 상에 위치할 수 있다.
제 1 발광 유닛의 녹색 서브 화소에서는, 제 1 청색 발광층이 제 1 녹색 발광층 상에 위치할 수 있다.
제 1 청색 발광층의 두께는 100Å 내지 350Å일 수 있다.
제 2 발광 유닛의 제 2 적색 발광층은, 적색 서브 화소에 대응되도록 배치되고, 제 2 발광 유닛의 제 2 녹색 발광층은, 녹색 서브 화소에 대응되도록 배치되고, 제 2 발광 유닛의 제 2 청색 발광층은, 청색 서브 화소에 대응되도록 배치될 수 있다.
제 1 발광 유닛의 적색 서브 화소에서는, 제 1 청색 발광층이 제 1 정공 수송층과 제 1 적색 발광층 사이에 위치할 수 있다.
제 1 발광 유닛의 녹색 서브 화소에서는, 제 1 청색 발광층이 제 1 정공 수송층과 제 1 녹색 발광층 사이에 위치할 수 있다.
제 2 발광 유닛의 제 2 적색 발광층은, 적색 서브 화소에 대응되도록 배치되고, 제 2 발광 유닛의 제 2 녹색 발광층은, 녹색 서브 화소에 대응되도록 배치되고, 제 2 발광 유닛의 제 2 청색 발광층은, 청색 서브 화소에 대응되도록 배치될 수 있다.
적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소 모두에 대응되도록 위치하는 제 1 청색 발광층은 단일 증착 공정으로 배치될 수 있다.
제 1 전하 생성층과 제 2 전하 생성층은 NP 접합 구조로 이루어질 수 있다.
또 다른 측면에서 본 발명의 실시예에 따른 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소를 포함하고, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛을 포함하는 2 스택 구조의 유기 발광 소자는 제 1 발광 유닛에 제 1 적색 발광층, 제 1 녹색 발광층 및 제 1 청색 발광층으로 이루어진 제 1 유기 발광층을 포함하고, 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층이 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소 모두에 대응되도록 공통층으로 구성됨으로써, 제 1 적색 발광층의 문턱 전압을 상승시켜 저계조에서 유기 발광 소자의 공통층을 통한 누설 전류에 의해 인접한 서브 화소가 발광하여 나타나는 혼색 불량의 발생을 최소화하고 색재현율 향상이 가능하다.
제 1 발광 유닛은, 제 1 전극 상에 위치하는 제 1 정공 수송층을 더 포함하고, 제 1 적색 발광층, 제 1 녹색 발광층 및 제 1 청색 발광층은 제 1 정공 수송층 상에 위치할 수 있다.
제 1 발광 유닛의 제 1 청색 발광층은, 적색 서브 화소의 제 1 적색 발광층, 녹색 서브 화소의 제 1 녹색 발광층 및 청색 서브 화소의 제 1 정공 수송층 상에 위치할 수 있다.
제 1 발광 유닛의 제 1 청색 발광층은, 적색 서브 화소에서 제 1 정공 수송층과 제 1 적색 발광층의 사이, 녹색 서브 화소에서 제 1 정공 수송층과 제 1 녹색 발광층의 및 청색 서브 화소에서 제 1 정공 수송층 상에 위치할 수 있다.
또 다른 측면에서 본 발명의 실시예에 따른 적색-녹색-청색(R-G-B) 서브 화소들(sub-pixels) 각각에 포함된 제 1 유기 발광층 및 제 1 유기 발광층 상부에 있는 제 2 유기 발광층의 보강 간섭을 이용하고, 반사 특성의 애노드(anode) 전극과 반투명 특성의 캐소드(cathode) 전극 간의 미세 공진(micro-cavity)을 이용하는 상부 발광(top emission) 방식의 탠덤(Tandem) 구조 유기 발광 소자는 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층이 적색 서브 화소의 제 1 적색 발광층 상부에 직접 접촉하고, 녹색 서브 화소의 제 1 녹색 발광층 상부에 직접 접촉하도록 적층된 구조를 포함한다.
제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층은 적색 서브 화소의 제 1 적색 발광층 및 녹색 서브 화소의 제 1 녹색 발광층 위에 공통층(common layer)으로 배치되어 적색 서브 화소의 문턱 전압을 높이고, 제 2 유기 발광층의 제 2 청색 발광층은 비공통층(non-common layer)으로 배치되어 녹색 서브 화소의 구동 전압의 상승을 억제하도록 구현될 수 있다.
제 1 청색 발광층의 공통층 구조는 청색 서브 화소의 구동 전압은 유지하면서 녹색 서브 화소의 구동 전압 상승을 최소화하고, 적색 서브 화소의 문턱 전압을 증가시켜 적색 서브 화소의 발광을 감소시킴으로써, 저계조에서 청색과 녹색의 단색(mono-color) 표현이 충실해지도록 구현될 수 있다.
제 1 청색 발광층의 공통층 구조는 제 1 청색 발광층의 공통층 구조를 갖지 않는 탠덤(Tandem) 구조 유기 발광 소자 대비, 제 1 유기 발광층의 제 1 적색 발광층 및 제 1 녹색 발광층 각각의 두께가 더 얇도록 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛을 포함하는 2 스택 구조의 유기 발광 소자는 제 1 발광 유닛의 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층이 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소 모두에 대응되도록 공통층으로 구성되어 제 1 적색 발광층의 문턱 전압을 상승시켜 저계조에서 유기 발광 소자의 공통층을 통한 누설 전류에 의해 원하지 않는 인접한 서브 화소가 발광하여 나타나는 혼색 불량의 발생을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 2 스택 구조의 유기 발광 소자는 청색 서브 화소 발광 시 원하지 않는 인접한 적색 서브 화소가 함께 발광하는 혼색 불량의 발생을 최소화함으로써 저계조에서 청색과 녹색과 같은 단색(mono-color)의 충실한 표현이 가능하고, 유기 발광 소자에 있어서 색재현율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상에서 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과에 기재한 발명의 내용이 청구항의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구항의 권리 범위는 발명의 내용에 기재된 사항에 의하여 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 적색 유기 발광 소자에 있어서의 구동 전압 및 효율 변화 수준을 비교 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 녹색 유기 발광 소자에 있어서의 구동 전압 및 효율 변화 수준을 비교 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 적색 유기 발광 소자에 있어서 전압-전류 밀도 수준을 비교 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다. 위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
또한 제 1, 제 2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 구성 요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)는 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp)가 정의되어 있는 기판 상에 형성되는 제 1 전극(110, anode)과 정공 주입층(120, hole injection layer: HIL), 제 1 정공 수송층(130, 1st hole transporting layer: 1st HTL), 제 1 적색 발광층(140, 1st Red emission layer: 1st Red EML), 제 1 녹색 발광층(141, 1st Green emission layer: 1st Green EML) 및 제 1 청색 발광층(142, 1st Blue emission layer: 1st Blue EML)으로 이루어지는 제 1 유기 발광층(1st EML), 제 1 전자 수송층(150, 1st electron transporting layer: 1st ETL), 제 1 전하 생성층(160, 1st charge generation layer: N-CGL), 제 2 전하 생성층(165, 2nd charge generation layer: P-CGL), 제 2 정공 수송층(170, 2nd hole transporting layer: 2nd HTL), 제 2 적색 발광층(180, 2nd Red emission layer: 2nd Red EML), 제 2 녹색 발광층(181, 2nd Green emission layer: 2nd Green EML) 및 제 2 청색 발광층(182, 2nd Blue emission layer: 2nd Blue EML)으로 이루어지는 제 2 유기 발광층(2nd EML), 제 2 전자 수송층(190, 2nd electron transporting layer: 2nd ETL), 제 2 전극(200, cathode) 및 캡핑층(210, capping layer: CPL)을 포함하여 구성된다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)는 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200)의 사이에 제 1 유기 발광층(1st EML)을 포함하는 제 1 발광 유닛(1100, 1st EL Unit)과 제 2 유기 발광층(2nd EML)을 포함하는 제 2 발광 유닛(1200, 2nd EL Unit)이 순차적으로 적층되어 구성된 2 스택(stack) 구조를 갖는 유기 발광 소자이다.
보다 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)에 있어서 제 1 발광 유닛(1100)은 정공 주입층(120), 제 1 정공 수송층(130), 제 1 적색 발광층(140), 제 1 녹색 발광층(141) 및 제 1 청색 발광층(142)으로 이루어지는 제 1 유기 발광층 및 제 1 전자 수송층(150)을 포함하여 구성된다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)에 있어서 제 2 발광 유닛(1200)은 제 2 정공 수송층(170), 제 2 적색 발광층(180), 제 2 녹색 발광층(181) 및 제 2 청색 발광층(182)으로 이루어지는 제 2 유기 발광층 및 제 2 전자 수송층(190)을 포함하여 구성된다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)는 제 1 발광 유닛(1100)과 제 2 발광 유닛(1200)의 사이에 위치하는 n형 전하 생성층인 제 1 전하 생성층(160)과 p형 전하 생성층인 제 2 전하 생성층(165)을 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 2 스택 구조의 유기 발광 소자(1000)는 제 1 발광 유닛(1100)에 구성된 제 1 유기 발광층으로부터 출사된 광과 제 2 발광 유닛(1200)에 구성된 제 2 유기 발광층으로부터 출사된 광의 보강 간섭을 이용하며, 또한 제 1 전극(110) 내 포함된 반사 전극과 반투과 전극을 포함하는 제 2 전극(200) 사이의 미세 공진, 즉 마이크로 캐비티(micro-cavity)를 이용한 상부 발광(TOP Emission) 방식의 유기 발광 소자이다.
또한 도시하지 않았지만 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 표시 장치에 있어, 기판 상에 서로 교차하여 각 화소를 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선과 이중 어느 하나와 평행하게 연장되는 전원 배선이 위치하며, 각 화소에는 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 스위칭 박막 트랜지스터에 연결된 구동 박막 트랜지스터가 위치한다. 구동 박막 트랜지스터는 상기 제 1 전극(110, anode)에 연결된다.
제 1 전극(110)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 각각에 대응되도록 기판 상에 위치하며, 반사 전극을 포함하여 이루어질 수 있다.
예를 들어서, 제 1 전극(110)은 애노드(anode) 전극일 수 있으며, 인듐-틴-옥사이드(Indium-Tin-Oxide: ITO)와 같이 일함수가 높은 투명 도전성 물질층과 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)과 같은 반사 특성을 갖는 전극을 포함할 수 있다.
정공 주입층(120)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 제 1 전극(110) 상에 위치한다.
정공 주입층(120)은 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, HATCN(1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene-hexanitrile), CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제 1 정공 수송층(130)과 제 2 정공 수송층(170)은 각각 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 형성되며, 제 1 정공 수송층(130)은 정공 주입층(120) 상에, 제 2 정공 수송층(170)은 제 2 전하 생성층(165) 상에 위치한다.
제 1 정공 수송층(130)과 제 2 정공 수송층(170)은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine), 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.
제 1 적색 발광층(140)은 제 1 정공 수송층(130) 상의 적색 서브 화소(Rp)에 위치하며, 또한 제 2 적색 발광층(180)은 제 2 정공 수송층(170) 상의 적색 서브 화소(Rp)에 위치한다. 제 1 적색 발광층(140)과 제 2 적색 발광층(180)은 각각 적색을 발광하는 발광 물질을 포함할 수 있으며, 발광 물질은 인광 물질 또는 형광 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
제 1 적색 발광층(140)과 제 2 적색 발광층(180)은 CBP(4,4’-bis(carbozol-9-yl)biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(N-carbozolyl)benzene)를 포함하는 호스트 물질을 포함할 수 있으며, PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline) iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광 물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제 1 녹색 발광층(141)은 제 1 정공 수송층(130) 상의 녹색 서브 화소(Gp)에 위치하며, 또한 제 2 녹색 발광층(181)은 제 2 정공 수송층(170) 상의 녹색 서브 화소(Gp)에 위치한다. 제 1 녹색 발광층(141)과 제 2 녹색 발광층(181)은 각각 녹색을 발광하는 발광 물질을 포함할 수 있으며, 발광 물질은 인광 물질 또는 형광 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
제 1 녹색 발광층(141)과 제 2 녹색 발광층(181)은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함할 수 있으며, Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 이리듐 착물(Ir complex)와 같은 도펀트 물질을 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광 물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)에 있어서, 제 1 청색 발광층(142)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 공통층(common layer)으로 증착되어 형성되며, 보다 구체적으로, 상기 제 1 청색 발광층(142)은 적색 서브 화소(Rp)에서는 제 1 적색 발광층(140) 상에 위치하고, 녹색 서브 화소(Gp)에서는 제 1 녹색 발광층(141) 상에 위치하고, 청색 서브 화소(Bp)에서는 제 1 정공 수송층(130) 상에 위치한다.
또한 제 2 청색 발광층(182)은 청색 서브 화소(Bp)에 대응되도록 제 2 정공 수송층(170) 상에 위치하며, 상기 공통층으로 형성된 제 1 청색 발광층(142)과 다르게 청색 서브 화소(Bp)에 비공통층(non-common layer)으로 증착되어 형성된다.
또한 제 1 청색 발광층(142)과 제 2 청색 발광층(182)은 청색을 발광하는 발광 물질을 포함할 수 있으며, 발광 물질은 인광 물질 또는 형광 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
제 1 청색 발광층(142)과 제 2 청색 발광층(182)은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함할 수 있으며, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있다. 또한, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광 물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제 1 전자 수송층(150)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 제 1 청색 발광층(142) 상에 위치하며, 제 2 전자 수송층(190)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 제 2 적색 발광층(180), 제 2 녹색 발광층(181) 및 제 2 청색 발광층(182) 상에 위치한다.
제 1 전자 수송층(150)과 제 2 전자 수송층(190)은 전자의 수송 및 주입의 역할을 할 수 있으며, 제 1 전자 수송층(150) 및 제 2 전자 수송층(190)의 두께는 전자 수송 특성을 고려하여 조절될 수 있다.
제 1 전자 수송층(150)과 제 2 전자 수송층(190)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylpheny)-1,3,4oxadiazole), TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 도 1에 도시하지 않았으나 전자 주입층(electron injection layer: EIL)을 별도로 제 2 전자 수송층(190) 상에 추가로 구성하는 것이 가능하다.
전자 주입층(EIL)은 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylpheny)-1,3,4oxadiazole), TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따라 그 구조가 한정되는 것은 아니며, 정공 주입층(120), 제 1 정공 수송층(130), 제 2 정공 수송층(170), 제 1 전자 수송층(150), 제 2 전자 수송층(190) 및 전자 주입층(EIL) 중에서 적어도 어느 하나가 생략될 수도 있다. 또한, 제 1 정공 수송층(130), 제 2 정공 수송층(170), 제 1 전자 수송층(150), 제 2 전자 수송층(190) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 어느 하나를 두 개 이상의 층으로 형성하는 것도 가능하다.
제 1 전하 생성층(160)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 제 1 전자 수송층(150) 상에 위치하며, 제 2 전하 생성층(165)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 제 1 전하 생성층(160) 상에 위치하며, 제 1 전하 생성층(160) 및 제 2 전하 생성층(165)은 NP 접합 구조로 이루어질 수 있다.
도 1을 참조하면 제 1 전하 생성층(160)과 제 2 전하 생성층(165)은 제 1 발광 유닛(1100)과 제 2 발광 유닛(1200)의 사이에 위치하며, 제 1 전하 생성층(160) 및 제 2 전하 생성층(165)은 제 1 발광 유닛(1100)과 제 2 발광 유닛(1200)의 두 발광 유닛 간의 전하 균형을 조절하는 역할을 한다.
제 1 전하 생성층(160)은 제 1 전하 생성층(160)의 하부에 위치하는 제 1 발광 유닛(1100)으로 전자의 주입을 돕는 n형 전하 생성층(n-CGL)의 역할을 하며, 제 2 전하 생성층(165)은 제 2 전하 생성층(165)의 상부에 위치하는 제 2 발광 유닛(1200)으로 정공의 주입을 돕는 p형 전하 생성층(p-CGL)의 역할을 한다.
보다 구체적으로, 전자 주입의 역할을 하는 n형 전하 생성층(n-CGL)인 제 1 전하 생성층(160)은 알칼리 금속, 알칼리 금속 화합물 또는 전자 주입 역할을 하는 유기물 또는 이들의 화합물로 형성하는 것이 가능하다. 또한 제 1 전하 생성층(160)의 호스트 물질은 제 1 전자 수송층(150) 및 제 2 전자 수송층(190) 물질과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어서, 안트라센(Anthracene) 유도체와 같은 유기 물질에 리튬(Li)과 같은 도펀트(dopant)가 도핑된 혼합층으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제 2 전하 생성층(165)은 제 1 전하 생성층(160) 상에 위치한다. 제 2 전하 생성층(165)은 정공 주입의 역할을 하는 p형 전하 생성층(p-CGL)의 역할을 하며, 제 2 전하 생성층(165)의 호스트 물질은 제 1 정공 주입층(120), 제 1 정공 수송층(130) 및 제 2 정공 수송층(170)의 물질과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어서, HATCN(1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene-hexanitrile), CuPc(cupper phthalocyanine) 및 TBAHA(tris(4-bromophenyl)aluminum hexacholroantimonate)와 같은 유기 물질에 p형 도펀트(dopant)가 도핑된 혼합층으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 p형 도펀트는 F4-TCNQ 또는 NDP-9 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제 2 전극(200)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 제 2 전자 수송층(190) 상에 위치한다. 예를 들어, 제 2 전극(200)은 캐소드(cathode) 전극일 수 있으며, 마그네슘과 은의 합금(Mg:Ag)으로 이루어져 반투과 특성을 가질 수 있다. 즉, 유기 발광층으로부터 방출된 빛은 제 2 전극(200)을 통해 외부로 표시되는데, 제 2 전극(200)은 반투과 특성을 갖기 때문에, 일부의 빛은 다시 제 1 전극(110)으로 향하게 된다.
이와 같이, 반사층으로 작용하는 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200)의 사이에서 반복적인 반사가 일어나는 마이크로 캐비티(micro-cavity) 효과, 즉 미세 공진 효과에 의해서 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200) 사이의 캐비티 내에서 빛이 반복적으로 반사되어 광 효율이 증가하게 된다.
이 외에도, 제 1 전극(110)을 투과 전극으로 형성하고, 제 2 전극(200)을 반사 전극으로 형성함으로써 제 1 전극(110)을 통해 유기 발광층으로부터 빛이 외부로 표시되는 것도 가능하다.
캡핑층(210)은 제 2 전극(200) 상에 위치한다. 캡핑층(210)은 유기 발광 소자에 있어서 광 추출 효과를 증가시키기 위한 것으로, 제 1 정공 수송층(130), 제 2 정공 수송층(170) 물질, 제 1 전자 수송층(150), 제 2 전자 수송층(190) 물질, 그리고 제 1 적색 발광층(140), 제 2 적색 발광층(180), 제 1 녹색 발광층(141), 제 2 녹색 발광층(181), 제 1 청색 발광층(142) 및 제 2 청색 발광층(182)의 호스트 물질 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 캡핑층(210)은 생략하는 것이 가능하다.
종래의 탠덤(Tandem) 구조, 즉, 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛이 순차적으로 적층된 2 스택 구조를 갖는 유기 발광 소자의 경우, 유기 발광층(EML)을 제외한 정공 주입층(EIL), 정공 수송층(HTL), 전하 생성층(CGL), 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL) 등과 같은 보조 유기물층들은 공통 마스크(Common Mask)를 통해 복수 개의 서브 화소 모두에 대응되도록 증착되어 공통층(common layer)으로 형성된다.
위와 같이 공통층을 갖는 유기 발광 소자의 경우, 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 사이에 전압이 인가될 때, 상기와 같이 유기 발광 소자 내에 형성된 정공 수송층(HTL), 전하 생성층(CGL), 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL) 등과 같은 공통층을 통해 유기 발광 소자의 수평 방향으로 수평 누설 전류(lateral leakage current)가 발생하면서, 발광이 요구되는 서브 화소 뿐만 아니라 인접하여 위치한 원하지 않는 서브 화소가 발광하면서 나타나는 혼색 불량이 발생하고 있다.
보다 구체적으로, 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 사이에 전계를 인가하여 청색 서브 화소(Bp)의 청색 발광층에서 청색 광의 발광을 유도할 때, 청색 서브 화소(Bp)의 청색 발광층에서 청색 광뿐만 아니라 인접하여 위치하는 적색 서브 화소(Rp)의 적색 발광층에서 적색 광이 동시에 발광하는 현상이 나타나고 있다.
이는 유기 발광 소자에 있어 일반적으로 청색 발광층을 구성하는 물질의 배리어(barrier) 특성이 적색 발광층을 구성하는 물질의 배리어 특성에 비해 상대적으로 높기 때문에 청색 발광 시 적색이 함께 발광하는 현상으로, 즉, 적색 발광층의 턴-온(turn-on) 전압이 청색 유기 물질보다 일반적으로 낮은 턴-온 전압을 나타냄에 따라서 청색 서브 화소에 저계조 표현을 위한 저전압 인가 시, 상기 공통층을 통해 유기 발광 소자의 수평 방향으로 수평 누설 전류(lateral leakage current)가 발생하면서 청색보다 적색에서 오히려 더 큰 휘도의 발광이 유발될 수 있다.
또한 위와 같은 수평 누설 전류에 의한 혼색 불량은 단일 스택 구조의 유기 발광 소자 대비 빛의 보강 간섭을 이용하는 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛의 적층을 이용한 2 스택 구조의 유기 발광 소자에 있어서 더 심하게 나타날 수 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해서, 도 1에 도시한 것과 같이 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)의 경우, 제 1 발광 유닛(1100)의 제 1 적색 발광층(140)은 적색 서브 화소(Rp)에 대응되도록 배치되고, 제 1 발광 유닛(1100)의 제 1 녹색 발광층(141)은 녹색 서브 화소(Gp)에 대응되도록 배치되고, 제 1 발광 유닛(1100)의 제 1 청색 발광층은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 공통층(common layer)으로 배치될 수 있다.
보다 구체적으로 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적색-녹색-청색(R-G-B) 서브 화소들(sub-pixels)을 포함하는 상부 발광(top emission) 방식의 탠덤(Tandem) 구조의 유기 발광 소자(1000)의 상기 제 1 청색 발광층(142)은 적색 서브 화소(Rp)에서는 제 1 적색 발광층(140)의 상부에 직접 접촉하도록 적층되어 위치하고, 녹색 서브 화소(Gp)에서는 제 1 녹색 발광층(141)의 상부에 직접 접촉하도록 적층되어 위치하고, 청색 서브 화소(Bp)에서는 제 1 정공 수송층(130)의 상부에 직접 접촉하도록 위치한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)에 있어서, 제 1 청색 발광층(142)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 공통 마스크(common mask)를 이용한 단일 증착 공정에 의해 공통층(common layer)으로 형성될 수 있다.
여기서 공통층으로 형성되는 제 1 청색 발광층(142)의 두께는 유기 발광 소자의 마이크로 캐비티에 따른 광학 거리를 고려할 때, 100Å 내지 350Å 수준으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)에 있어서 제 2 발광 유닛(1200)의 제 2 적색 발광층(180)은 적색 서브 화소(Rp)에 대응되도록 배치되고, 제 2 발광 유닛(1200)의 제 2 녹색 발광층(181)은 녹색 서브 화소(Gp)에 대응되도록 배치되고, 제 2 발광 유닛(1200)의 제 2 청색 발광층(182)은 청색 서브 화소(Bp)에 대응되도록 배치될 수 있다.
즉, 제 2 발광 유닛(1200)의 제 2 적색 발광층(180)은 적색 서브 화소(Rp)에 대응되도록 제 2 정공 수송층(170) 상에 위치하고, 제 2 녹색 발광층(181)은 녹색 서브 화소(Gp)에 대응되도록 제 2 정공 수송층(170) 상에 위치하며, 제 2 청색 발광층(182)은 청색 서브 화소(Bp)에 대응되도록 제 2 정공 수송층(170) 상에 위치한다. 즉, 제 2 발광 유닛(1200)의 제 2 적색 발광층(180), 제 2 녹색 발광층(181) 및 제 2 청색 발광층(182)은 상기 공통층으로 형성된 제 1 청색 발광층(142)과 다르게 파인 메탈 마스크(fine metal mask)를 이용하여 각각의 서브 화소에 대응되도록 비공통층(non-common layer)으로 개별적으로 증착되어 형성될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)에 있어서, 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층(142)은 적색 서브 화소(Rp)의 제 1 적색 발광층(140) 및 녹색 서브 화소(Gp)의 제 1 녹색 발광층(141) 위에 공통층(common layer)으로 증착되어 적색 서브 화소(Rp)의 문턱 전압(threshold voltage)을 상승시킬 수 있으며, 제 2 유기 발광층의 제 2 청색 발광층(182)은 비공통층(non-common layer)으로 증착되어 녹색 서브 화소(Gp)의 지나친 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)에 있어서 제 1 청색 발광층(142)의 공통층 구조는, 청색 서브 화소(Bp)의 구동 전압은 그대로 유지하면서 녹색 서브 화소(Gp)의 구동 전압 상승을 최소화하고, 적색 서브 화소(Rp)의 문턱 전압을 증가시켜 청색 서브 화소 발광을 위한 전계 인가 시 인접한 적색 서브 화소(Rp)의 발광을 현저히 줄임으로써, 저계조에서 청색과 녹색의 단색(mono-color) 표현이 충실해질 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)에 있어서 제 1 청색 발광층(142)의 공통층 구조는, 제 1 청색 발광층(142) 공통층 구조를 갖지 않는 종래 탠덤(Tandem) 구조의 유기 발광 소자와 대비할 때, 제 1 유기 발광층의 제 1 적색 발광층(140) 및 제 1 녹색 발광층(141) 각각의 두께를 더 얇게 구현할 수 있으며, 이를 통해 유기 발광 소자의 제조비를 저감할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)는 제 1 발광 유닛(1100)의 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층(142)이 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 공통층으로 구성되어 제 1 적색 발광층(140)의 문턱 전압을 상승시켜 저계조에서 유기 발광 소자의 공통층을 통한 누설 전류에 의해 원하지 않는 인접한 서브 화소가 발광하여 나타나는 혼색 불량의 발생을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자(1000)는 제 1 청색 발광층(142)을 공통층으로 구성하여 청색 서브 화소(Bp) 발광 시 원하지 않는 인접한 적색 서브 화소(Rp)가 함께 발광하는 혼색 불량의 발생을 최소화함으로써, 저계조에서 청색과 녹색과 같은 단색(mono-color)의 충실한 표현이 가능하며, 이를 통해 유기 발광 소자에 있어서 색재현율을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자를 설명함에 있어서, 이전 설명한 동일 또는 대응되는 구성 요소에 대한 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(2000)는 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp)가 정의되어 있는 기판 상에 형성되는 제 1 전극(110, anode)과 정공 주입층(120, hole injection layer: HIL), 제 1 정공 수송층(130, 1st hole transporting layer: 1st HTL), 제 1 적색 발광층(140, 1st Red emission layer: 1st Red EML), 제 1 녹색 발광층(141, 1st Green emission layer: 1st Green EML) 및 제 1 청색 발광층(242, 1st Blue emission layer: 1st Blue EML)으로 이루어지는 제 1 유기 발광층(1st EML), 제 1 전자 수송층(150, 1st electron transporting layer: 1st ETL), 제 1 전하 생성층(160, 1st charge generation layer: N-CGL), 제 2 전하 생성층(165, 2nd charge generation layer: P-CGL), 제 2 정공 수송층(170, 2nd hole transporting layer: 2nd HTL), 제 2 적색 발광층(180, 2nd Red emission layer: 2nd Red EML), 제 2 녹색 발광층(181, 2nd Green emission layer: 2nd Green EML) 및 제 2 청색 발광층(182, 2nd Blue emission layer: 2nd Blue EML)으로 이루어지는 제 2 유기 발광층(2nd EML), 제 2 전자 수송층(190, 2nd electron transporting layer: 2nd ETL), 제 2 전극(200, cathode) 및 캡핑층(210, capping layer: CPL)을 포함하여 구성된다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(2000)는 제 1 전극(110)과 제 2 전극(200)의 사이에 제 1 유기 발광층(1st EML)을 포함하는 제 1 발광 유닛(2100, 1st EL Unit)과 제 2 유기 발광층(2nd EML)을 포함하는 제 2 발광 유닛(1200, 2nd EL Unit)이 순차적으로 적층되어 구성된 2 스택(stack) 구조를 갖는 유기 발광 소자이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(2000)에 있어서, 제 1 발광 유닛(2100)의 제 1 청색 발광층(242)은 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 제 1 정공 수송층(130) 상에 위치한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(2000)에 있어서, 제 1 발광 유닛(2100)의 제 1 청색 발광층(242)은 제 1 정공 수송층(130) 상에 공통 마스크(common mask)를 이용한 단일 증착 공정에 의해 공통층(common layer)으로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 적색 서브 화소(Rp)에서 제 1 발광 유닛(2100)의 제 1 청색 발광층(242)은 제 1 정공 수송층(130)과 제 1 적색 발광층(140) 사이에 위치하고, 녹색 서브 화소(Gp)에서 제 1 발광 유닛(2100)의 제 1 청색 발광층(242)은 제 1 정공 수송층(130)과 제 1 녹색 발광층(141) 사이에 위치할 수 있다. 또한 청색 서브 화소(Bp)에서 제 1 발광 유닛(2100)의 제 1 청색 발광층(242)은 제 1 정공 수송층(130) 상에 위치할 수 있다.
또한 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(2000)에 있어서, 제 2 발광 유닛(1200)의 제 2 적색 발광층(180)은 적색 서브 화소(Rp)에 대응되도록 배치되고, 제 2 발광 유닛(1200)의 제 2 녹색 발광층(181)은 녹색 서브 화소(Gp)에 대응되도록 배치되고, 제 2 발광 유닛(1200)의 제 2 청색 발광층(182)은 청색 서브 화소(Bp)에 대응되도록 배치될 수 있다.
즉, 제 2 발광 유닛(1200)의 제 2 적색 발광층(180), 제 2 녹색 발광층(181) 및 제 2 청색 발광층(182)은 파인 메탈 마스크(fine metal mask)를 이용하여 각각의 서브 화소에 대응되도록 비공통층(non-common layer)으로 개별적으로 증착되어 형성될 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(2000)는 제 1 발광 유닛(2100)의 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층(242)이 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 공통층으로 구성되어 제 1 적색 발광층(140)의 문턱 전압을 상승시켜 저계조에서 유기 발광 소자의 공통층을 통한 누설 전류에 의해 원하지 않는 인접한 서브 화소가 발광하여 나타나는 혼색 불량의 발생을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자(2000)는 청색 서브 화소(Bp) 발광 시 원하지 않는 인접한 적색 서브 화소(Rp)가 함께 발광하는 혼색 불량의 발생을 최소화함으로써 저계조에서 청색과 녹색과 같은 단색(mono-color)의 충실한 표현이 가능하며, 이를 통해 유기 발광 소자에 있어서 색재현율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 적색 유기 발광 소자에 있어서의 구동 전압 및 효율 변화 수준을 비교 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
또한 도 4는 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 녹색 유기 발광 소자에 있어서의 구동 전압 및 효율 변화 수준을 비교 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 비교예 1은 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛이 적층된 2 스택 유기 발광 소자에 있어서 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛에 모두 공통 청색 발광층을 적용하지 않은 구조, 비교예 2는 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛에 모두 공통 청색 발광층을 적용한 구조, 비교예 3은 제 2 발광 유닛에 공통 청색 발광층을 적용한 구조, 실시예 1은 제 1 발광 유닛에 공통 청색 발광층을 적용한 구조를 가지며, 각각의 구조에 따른 유기 발광 소자의 적색 유기 발광 소자, 즉 적색 서브 화소(Rp)에서의 구동 전압 및 효율을 비교 평가하였다.
또한 도 4를 참조하면, 비교예 1은 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛이 적층된 2 스택 유기 발광 소자에 있어서 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛에 모두 공통 청색 발광층을 적용하지 않은 구조, 비교예 2는 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛에 모두 공통 청색 발광층을 적용한 구조, 비교예 3은 제 2 발광 유닛에 공통 청색 발광층을 적용한 구조, 실시예 1은 제 1 발광 유닛에 공통 청색 발광층을 적용한 구조를 가지며, 각각의 구조에 따른 유기 발광 소자의 녹색 유기 발광 소자, 즉 녹색 서브 화소(Gp)에서의 구동 전압 및 효율을 비교 평가하였다.
도 3 및 도 4에서는 모두 비교예 1에서의 구동 전압(V)과 효율(Cd/A)을 100으로 가정하고, 비교예 2, 비교예 3 및 실시예 1에 있어서의 구동 전압(V)과 효율(Cd/A)의 변화 수준을 퍼센트(%) 단위로 나타내었다.
우선 도 3을 참조하면, 비교예 2에서는 비교예 1 대비 적색 서브 화소(Rp)의 구동 전압이 24% 수준으로 상승하고, 효율이 7% 수준으로 감소한 결과를 나타내었고, 비교예 3에서는 비교예 1 대비 적색 서브 화소(Rp)의 구동 전압이 8% 수준으로 상승하고, 효율이 동등 수준의 결과를 나타내었고, 실시예 1에서는 비교예 1 대비 적색 서브 화소(Rp)의 구동 전압이 17% 수준으로 상승하고, 효율이 1% 수준으로 감소한 결과를 나타내었다.
또한 도 4를 참조하면, 비교예 2에서는 비교예 1 대비 녹색 서브 화소(Gp)의 구동 전압이 7% 수준으로 상승하고, 효율이 7% 수준으로 감소한 결과를 나타내었고, 비교예 3에서는 비교예 1 대비 녹색 서브 화소(Gp)의 구동 전압이 3% 수준으로 상승하고, 효율이 3% 수준으로 감소한 결과를 나타내었고, 실시예 1에서는 비교예 1 대비 녹색 서브 화소(Gp)의 구동 전압이 3% 수준으로 상승하고, 효율이 5% 수준으로 감소한 결과를 나타내었다.
상기 결과를 종합하면, 실시예 1에 따른 유기 발광 소자의 경우, 비교예 1 대비 적색 서브 화소(Rp)의 구동 전압, 즉 문턱 전압(threshold voltage)을 최대한 상승시키고, 비교예 1 대비 녹색 서브 화소(Gp)의 구동 전압의 상승을 최소화할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 경우, 제 1 발광 유닛의 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층을 적색 서브 화소(Rp), 녹색 서브 화소(Gp) 및 청색 서브 화소(Bp) 모두에 대응되도록 공통층(common layer)으로 형성하여 적색 서브 화소(Rp)의 문턱 전압을 상승시켜, 청색 서브 화소(Bp) 발광 시 적색 서브 화소(Rp)의 발광을 최소화할 수 있으며, 제 2 유기 발광층의 제 2 청색 발광층을 비공통층(non-common layer)으로 형성함으로써 녹색 서브 화소(Gp) 발광 시 녹색 서브 화소(Gp)의 지나친 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
도 5는 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 적색 유기 발광 소자에 있어서 전압-전류 밀도 수준을 비교 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
즉, 도 5는 앞서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 비교예 1과 실시예 1에 따른 유기 발광 소자의 적색 유기 발광 소자, 즉 적색 서브 화소(Rp)에서의 전압-전류 밀도(J-V) 수준을 비교 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 것과 같이, 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛에 모두 공통 청색 발광층을 적용하지 않은 비교예 1과 대비할 때, 제 1 발광 유닛에 공통 청색 발광층을 적용한 실시예 1의 경우에서 적색 서브 화소(Rp) 구동시 동일한 전압을 인가 시에 전류 밀도가 감소한 결과를 나타내었으며, 상기 결과를 통해 실시예 1에서 유기 발광 소자의 적색 유기 발광 소자, 즉 적색 서브 화소(Rp)에서의 문턱 전압이 상승한 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 경우, 적색 서브 화소(Rp)의 문턱 전압을 상승시켜, 청색 서브 화소(Bp) 발광 시 적색 서브 화소(Rp)의 발광을 최소화할 수 있다.
상기 결과를 종합하면, 본 발명의 실시예에 따른 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛을 포함하는 2 스택 구조의 유기 발광 소자는 제 1 발광 유닛의 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층이 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소 모두에 대응되도록 공통층으로 구성되어 제 1 적색 발광층의 문턱 전압을 상승시켜 저계조에서 유기 발광 소자의 공통층을 통한 누설 전류에 의해 원하지 않는 인접한 서브 화소가 발광하여 나타나는 혼색 불량의 발생을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 2 스택 구조의 유기 발광 소자는 청색 서브 화소 발광 시 원하지 않는 인접한 적색 서브 화소가 함께 발광하는 혼색 불량의 발생을 최소화함으로써 저계조에서 청색과 녹색과 같은 단색(mono-color)의 충실한 표현이 가능하고, 유기 발광 소자에 있어서 색재현율을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000 : 유기 발광 소자
110 : 제 1 전극
120 : 정공 주입층
130 : 제 1 정공 수송층
140 : 제 1 적색 발광층
141 : 제 1 녹색 발광층
142 : 제 1 청색 발광층
150 : 제 1 전자 수송층
160 : 제 1 전하 생성층
165 : 제 2 전하 생성층
170 : 제 2 정공 수송층
180 : 제 2 적색 발광층
181 : 제 2 녹색 발광층
182 : 제 2 청색 발광층
190 : 제 2 전자 수송층
200 : 제 2 전극
210 : 캡핑층
1100 : 제 1 발광 유닛
1200 : 제 2 발광 유닛
Rp : 적색 서브 화소
Gp : 녹색 서브 화소
Bp : 청색 서브 화소

Claims (20)

  1. 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소를 포함하는 유기 발광 소자에 있어서,
    제 1 전극과 제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 1 적색 발광층, 제 1 녹색 발광층 및 제 1 청색 발광층으로 이루어진 제 1 유기 발광층을 포함하는 제 1 발광 유닛;
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 제 2 적색 발광층, 제 2 녹색 발광층 및 제 2 청색 발광층으로 이루어진 제 2 유기 발광층을 포함하는 제 2 발광 유닛; 및
    상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛의 사이에 위치하는 제 1 전하 생성층 및 제 2 전하 생성층을 포함하며,
    상기 제 1 발광 유닛의 상기 제 1 적색 발광층은, 상기 적색 서브 화소에 대응되도록 배치되고,
    상기 제 1 발광 유닛의 상기 제 1 녹색 발광층은, 상기 녹색 서브 화소에 대응되도록 배치되고,
    상기 제 1 발광 유닛의 상기 제 1 청색 발광층은, 상기 적색 서브 화소, 상기 녹색 서브 화소 및 상기 청색 서브 화소 모두에 대응되도록 배치된 유기 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛은,
    상기 제 1 전극 상에 위치하고, 상기 적색 서브 화소, 상기 녹색 서브 화소 및 상기 청색 서브 화소 모두에 대응되는 제 1 정공 수송층을 더 포함하고,
    상기 제 1 적색 발광층, 상기 제 1 녹색 발광층 및 상기 제 1 청색 발광층은 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하는 유기 발광 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛의 상기 적색 서브 화소에서는,
    상기 제 1 청색 발광층이 상기 제 1 적색 발광층 상에 위치한 유기 발광 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛의 상기 녹색 서브 화소에서는,
    상기 제 1 청색 발광층이 상기 제 1 녹색 발광층 상에 위치한 유기 발광 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 청색 발광층의 두께는 100Å 내지 350Å 인 유기 발광 소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 발광 유닛의 상기 제 2 적색 발광층은, 상기 적색 서브 화소에 대응되도록 배치되고,
    상기 제 2 발광 유닛의 상기 제 2 녹색 발광층은, 상기 녹색 서브 화소에 대응되도록 배치되고,
    상기 제 2 발광 유닛의 상기 제 2 청색 발광층은, 상기 청색 서브 화소에 대응되도록 배치된 유기 발광 소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛의 상기 적색 서브 화소에서는,
    상기 제 1 청색 발광층이 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 1 적색 발광층 사이에 위치한 유기 발광 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛의 상기 녹색 서브 화소에서는,
    상기 제 1 청색 발광층이 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 1 녹색 발광층 사이에 위치한 유기 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 발광 유닛의 상기 제 2 적색 발광층은, 상기 적색 서브 화소에 대응되도록 배치되고,
    상기 제 2 발광 유닛의 상기 제 2 녹색 발광층은, 상기 녹색 서브 화소에 대응되도록 배치되고,
    상기 제 2 발광 유닛의 상기 제 2 청색 발광층은, 상기 청색 서브 화소에 대응되도록 배치된 유기 발광 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색 서브 화소, 상기 녹색 서브 화소 및 상기 청색 서브 화소 모두에 대응되도록 위치하는 상기 제 1 청색 발광층은 단일 증착 공정으로 배치된 유기 발광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전하 생성층과 상기 제 2 전하 생성층은 NP 접합 구조로 이루어진 유기 발광 소자.
  12. 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소를 포함하고, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛을 포함하는 2 스택 구조의 유기 발광 소자에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛은 제 1 적색 발광층, 제 1 녹색 발광층 및 제 1 청색 발광층으로 이루어진 제 1 유기 발광층을 포함하고, 상기 제 1 유기 발광층의 상기 제 1 청색 발광층이 상기 적색 서브 화소, 상기 녹색 서브 화소 및 상기 청색 서브 화소 모두에 대응되도록 공통층으로 구성됨으로써, 상기 제 1 적색 발광층의 문턱 전압을 상승시켜 저계조에서 유기 발광 소자의 공통층을 통한 누설 전류에 의해 인접한 서브 화소가 발광하여 나타나는 혼색 불량의 발생을 최소화하고 색재현율 향상이 가능한 유기 발광 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛은,
    상기 제 1 전극 상에 위치하는 제 1 정공 수송층을 더 포함하고,
    상기 제 1 적색 발광층, 상기 제 1 녹색 발광층 및 상기 제 1 청색 발광층은 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하는 유기 발광 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛의 상기 제 1 청색 발광층은,
    상기 적색 서브 화소의 상기 제 1 적색 발광층, 상기 녹색 서브 화소의 상기 제 1 녹색 발광층 및 상기 청색 서브 화소의 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하는 유기 발광 소자.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 유닛의 상기 제 1 청색 발광층은,
    상기 적색 서브 화소에서 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 1 적색 발광층의 사이, 상기 녹색 서브 화소에서 상기 제 1 정공 수송층과 상기 제 1 녹색 발광층의 사이 및 상기 청색 서브 화소에서 상기 제 1 정공 수송층 상에 위치하는 유기 발광 소자.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 청색 발광층의 두께는 100Å 내지 350Å 인 유기 발광 소자.
  17. 적색-녹색-청색(R-G-B) 서브 화소들(sub-pixels) 각각에 포함된 제 1 유기 발광층 및 상기 제 1 유기 발광층 상부에 있는 제 2 유기 발광층의 보강 간섭을 이용하고, 반사 특성의 애노드(anode) 전극과 반투명 특성의 캐소드(cathode) 전극 간의 미세 공진(micro-cavity)을 이용하는 상부 발광(top emission) 방식의 탠덤(Tandem) 구조 유기 발광 소자에 있어서,
    상기 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층은 상기 적색 서브 화소의 제 1 적색 발광층 상부에 직접 접촉하고, 상기 녹색 서브 화소의 제 1 녹색 발광층 상부에 직접 접촉하도록 적층된 구조를 포함하는 유기 발광 소자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 발광층의 제 1 청색 발광층은 상기 적색 서브 화소의 제 1 적색 발광층 및 상기 녹색 서브 화소의 제 1 녹색 발광층 위에 공통층(common layer)으로 배치되어 상기 적색 서브 화소의 문턱 전압을 높이고, 상기 제 2 유기 발광층의 제 2 청색 발광층은 비공통층(non-common layer)으로 배치되어 상기 녹색 서브 화소의 구동 전압의 상승을 억제하도록 구현된 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 청색 발광층의 공통층 구조는 상기 청색 서브 화소의 구동 전압은 유지하면서 상기 녹색 서브 화소의 구동 전압 상승을 최소화하고, 상기 적색 서브 화소의 문턱 전압을 증가시켜 상기 적색 서브 화소의 발광을 감소시킴으로써, 저계조에서 청색과 녹색의 단색(mono-color) 표현 특성을 이 충실해지도록 구현된 유기 발광 소자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 청색 발광층의 공통층 구조는 상기 제 1 청색 발광층의 공통층 구조를 갖지 않는 탠덤(Tandem) 구조 유기 발광 소자 대비, 상기 제 1 유기 발광층의 제 1 적색 발광층 및 상기 제 1 녹색 발광층 각각의 두께가 더 얇도록 구현된 유기 발광 소자.
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