KR20180077849A - 전계발광소자 및 이를 포함하는 전계발광 표시장치 - Google Patents
전계발광소자 및 이를 포함하는 전계발광 표시장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 제 1 및 제 2 화소영역에 위치하며 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극과; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과; 상기 정공수송층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전하향상층과; 상기 전하향상층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 상기 제 1 화소영역에 대응하는 제 1 발광물질층과 상기 제 2 화소영역에 대응하는 제 2 발광물질층을 포함하는 발광물질층과; 상기 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전자수송층을 포함하며, 상기 전하향상층은 제 1 LUMO 값을 갖고 상기 발광물질층은 상기 제 1 LUMO 값보다 큰 제 2 LUMO 값을 가지며, 상기 전하향상층의 제 1 HOMO 값은 상기 정공수송층의 제 2 HOMO 값보다 크고 상기 발광물질층의 제 3 HOMO 값보다 작은 전계발광소자와 이를 포함하는 전계발광 표시장치를 제공한다.
Description
본 발명은 전계발광소자에 관한 것으로, 특히 발광효율이 향상된 하이브리드 구조의 전계발광소자 및 이를 포함하는 전계발광 표시장치에 관한 것이다.
새로운 평판디스플레이 중 하나인 전계발광 표시장치(Electroluminescent display device)는 자체 발광형이기 때문에 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 비해 시야각, 대조비 등이 우수하며 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다.
그리고 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며 전부 고체이기 때문에 외부충격에 강하고 사용온도범위도 넓으며 특히 제조비용 측면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.
액티브 매트릭스 방식(active matrix type) 전계발광 표시장치에서는 화소에 인가되는 전류를 제어하는 전압이 스토리지 캐패시터(storage capacitor)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전압을 유지해 줌으로써, 게이트 배선 수에 관계없이 한 화면이 표시되는 동안 발광상태를 유지하도록 구동된다.
예를 들어, 전계발광소자는 양극과 음극 사이에 순차 적층되는 정공주입층(hole injection layer, HIL), 정공수송층(hole transporting layer, HTL), 발광물질층(emitting material layer, EML), 전자수송층(electron transporting layer) 및 전자주입층(electron injection layer, EIL)을 포함하고, 이러한 정공주입층, 정공수송층, 발광물질층, 전자수송층 및 전자주입층은 증착 공정에 의해 형성된다. 대표적인 전계발광소자로는 유기발광다이오드를 들 수 있다.
한편, 증착 공정에 의해 대면적 전계발광소자를 제조하는 것은 한계가 있고 이에 따라 전계발광소자의 일부 구성을 용액 공정(soluble process)에 의해 형성하는 하이브리드(hybrid) 방식의 전계발광소자가 제안되었다.
도 1은 종래 하이브리드 방식 전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전계발광소자(10)는 제 1 전극(20), 상기 제 1 전극(20)과 마주하는 제 2 전극(30), 상기 제 1 및 제 2 전극(20, 30) 사이에 위치하는 정공주입층(42), 정공수송층(44), 적색 발광물질층(52), 녹색 발광물질층(54), 청색 발광물질층(56), 전자수송층(60)을 포함한다.
상기 제 1 전극(20)은 일함수 값이 큰 물질, 예를 들어 투명 도전성 물질로 이루어지고 양극(anode)으로 이용될 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극(30)은 일함수 값이 작은 금속물질로 이루어지고 음극(cathode)으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(20)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)로 이루어질 수 있고, 상기 제 2 전극(30)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 1에서, 상기 제 1 및 제 2 전극(20, 30)이 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)에 일체로 형성된 것으로 보여지고 있으나, 상기 제 1 및 제 2 전극(20, 30) 중 어느 하나는 각 화소영역(Rp, Gp, Bp) 별로 분리되어 형성된다.
상기 정공 주입층(42)과 상기 정공수송층(44)은 상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)에 대응하여 순차 적층되고, 상기 적색 발광물질층(52) 및 상기 녹색 발광물질층(54)은 상기 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에 각각 형성된다.
이때, 상기 정공주입층(42), 상기 정공수송층(44), 상기 적색 발광물질층(52) 및 상기 녹색 발광물질층(54)은 용액 공정에 의해 형성된다.
한편, 상기 청색 발광물질층(56)은 상기 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp) 모두에 대응하여 형성된다. 즉, 상기 청색 발광물질층(56)은 상기 적색 화소영역(Rp)의 적색 발광물질층(52), 상기 녹색 화소영역(Gp)의 상기 녹색 발광물질층(54) 및 상기 청색 화소영역(Bp)의 정공 수송층(44)을 덮으며 형성된다.
또한, 상기 청색 발광물질층(56) 상에는 상기 전자수송층(60)과 상기 제 2 전극(30)이 순차 적층된다.
이때, 상기 청색발광물질층(56)과 상기 전자수송층(60)은 증착 공정(deposition process)에 의해 형성된다.
이와 같은 전계발광소자(10)는 상기 정공 주입층(42), 상기 정공 수송층(44), 상기 적색 발광 물질층(52) 및 상기 녹색 발광 물질층(54)이 용액 공정에 의해 형성되기 때문에, 대면적 전계발광소자(10)가 제조될 수 있다.
그런데, 종래 하이브리드 방식 전계발광소자(10)에서는 청색 화소영역(Bp)에서의 발광효율이 크게 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은, 종래 전계발광소자 및 전계발광표시장치에서의 발광 효율 저하 문제를 해결하고자 한다.
본 발명은, 제 1 및 제 2 화소영역에 위치하며 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극과; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과; 상기 정공수송층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전하향상층과; 상기 전하향상층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 상기 제 1 화소영역에 대응하는 제 1 발광물질층과 상기 제 2 화소영역에 대응하는 제 2 발광물질층을 포함하는 발광물질층과; 상기 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전자수송층을 포함하며, 상기 전하향상층은 제 1 LUMO 값을 갖고 상기 발광물질층은 상기 제 1 LUMO 값보다 큰 제 2 LUMO 값을 가지며, 상기 전하향상층의 제 1 HOMO 값은 상기 정공수송층의 제 2 HOMO 값보다 크고 상기 발광물질층의 제 3 HOMO 값보다 작은 전계발광소자와 이를 포함하는 전계발광 표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 기판과; 상기 기판 상에 위치하는 전계발광소자와; 상기 기판과 상기 전계발광소자 사이에 위치하며 상기 전계발광소자에 연결된 박막트랜지스터를 포함하는 전계발광 표시장치를 제공한다.
본 발명에 따른 전계발광소자 및 전계발광 표시장치는, 발광물질층과 정공수송층 사이에 배치되며 발광물질층보다 작은 LUMO 값을 갖고 정공수송층보다 크며 발광물질층보다 작은 HOMO 값을 갖는 전하향상층을 포함하며, 이에 따라 전계발광소자 및 전계발광 표시장치의 발광 특성이 향상된다.
또한, 본 발명의 전계발광소자는 용액공정에 의해 형성될 수 있으므로, 대면적 전계발광소자 및 전계발광 표시장치가 제공될 수 있다.
도 1은 종래 하이브리드 방식 전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전계발광 표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전계발광 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전계발광소자에서의 에너지 다이어그램을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 전계발광소자의 적색 화소영역에서의 발광 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 전계발광소자의 청색 화소영역에서의 발광 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 전계발광 표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전계발광 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전계발광소자에서의 에너지 다이어그램을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 전계발광소자의 적색 화소영역에서의 발광 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 전계발광소자의 청색 화소영역에서의 발광 특성을 보여주는 그래프이다.
다시 도 1을 참조하면, 하이브리드 방식 전계발광소자(10)에서, 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에는 정공주입층(42), 정공수송층(44), 적색 발광물질층(52) 또는 녹색 발광물질층(52, 54), 청색 발광물질층(56), 전자수송층(60)이 적층되는 반면, 청색 화소영역(Bp)에는 정공주입층(42), 정공수송층(44), 청색 발광물질층(56), 전자수송층(60)이 적층된다.
적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에서, 제 2 전극(30)으로부터의 전자는 전자수송층(60)과 청색 발광물질층(56)을 지나 적색 발광물질층(52) 또는 녹색 발광물질층(54)에 공급된다. 한편, 청색 화소영역(Bp)에서, 제 2 전극(30)으로부터의 전자는 전자수송층(60)을 지나 청색 발광물질층(56)에 공급된다.
따라서, 청색 발광물질층(56)에서 정공과 전자의 재결합영역(recombination zone)이 청색 발광물질층(56)과 정공수송층(44)의 계면에 형성되어 청색 화소영역(Bp)에서의 발광 효율 저하 문제가 발생한다.
이와 같은 문제의 해결을 위해, 본 발명은, 제 1 및 제 2 화소영역에 위치하며 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극과; 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과; 상기 정공수송층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전하향상층과; 상기 전하향상층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 상기 제 1 화소영역에 대응하는 제 1 발광물질층과 상기 제 2 화소영역에 대응하는 제 2 발광물질층을 포함하는 발광물질층과; 상기 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전자수송층을 포함하며, 상기 전하향상층은 제 1 LUMO 값을 갖고 상기 발광물질층은 상기 제 1 LUMO 값보다 큰 제 2 LUMO 값을 가지며, 상기 전하향상층의 제 1 HOMO 값은 상기 정공수송층의 제 2 HOMO 값보다 크고 상기 발광물질층의 제 3 HOMO 값보다 작은 전계발광소자를 제공한다.
본 발명의 전계발광소자에 있어서,
상기 제 1 LUMO 값과 상기 제 2 LUMO 값의 차이는 상기 제 1 HOMO 값과 상기 제 2 HOMO 값의 차이 및 상기 제 1 HOMO 값과 상기 제 3 HOMO 값의 차이보다 크다.
본 발명의 전계발광소자에 있어서, 상기 전하향상층은 하기 화학식 물질을 포함하고, R1, R2 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬(alkyl), 트리페닐아민(triphenyl amine), C6~C30의 아릴(aryl), 카바졸(carbazole)로부터 선택되며 m 및 n 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이고 x는 1 내지 100의 정수이다.
본 발명의 전계발광소자에 있어서, 상기 발광물질층은 상기 제 1 화소영역, 상기 제 2 화소영역, 제 3 화소영역에 대응하는 제 3 발광물질층을 더 포함하고, 상기 제 3 발광물질층은 상기 제 1 및 제 2 화소영역에서 상기 제 1 및 제 2 발광물질층과 상기 전자수송층 사이에 위치하고 상기 제 3 화소영역에서 상기 전하향상층과 상기 전자수송층 사이에 위치한다.
본 발명의 전계발광소자에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 발광물질층은 유기발광물질 또는 무기발광물질을 포함한다.
다른 관점에서, 본 발명은, 기판과; 상기 기판 상에 위치하는 전술한 전계발광소자와; 상기 기판과 상기 전계발광소자 사이에 위치하며 상기 전계발광소자에 연결된 박막트랜지스터를 포함하는 전계발광 표시장치를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전계발광 표시장치의 개략적인 회로도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전계발광 표시장치에는, 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL), 데이터 배선(DL) 및 파워 배선(PL)이 형성되고, 상기 화소영역(P)에는, 스위칭 박막트랜지스터(Ts), 구동 박막트랜지스터(Td), 스토리지 커패시터(Cst), 전계발광소자(D)가 형성된다.
상기 스위칭 박막트랜지스터(Ts)는 상기 게이트 배선(GL) 및 상기 데이터 배선(DL)에 연결되고, 상기 구동 박막트랜지스터(Td) 및 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 상기 스위칭 박막트랜지스터(Ts)와 상기 파워 배선(PL) 사이에 연결된다. 상기 전계발광소자(D)는 상기 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결된다.
이러한 전계발광 표시장치에서는, 상기 게이트 배선(GL)에 인가된 게이트 신호에 따라 상기 스위칭 박막트랜지스터(Ts)가 턴-온(turn-on) 되면, 상기 데이터 배선(DL)에 인가된 데이터 신호가 상기 스위칭 박막트랜지스터(Ts)를 통해 상기 구동 박막트랜지스터(Td)의 게이트 전극과 상기 스토리지 커패시터(Cst)의 일 전극에 인가된다.
상기 구동 박막트랜지스터(Td)는 게이트 전극에 인가된 데이터 신호에 따라 턴-온 되며, 그 결과 데이터 신호에 비례하는 전류가 상기 파워 배선(PL)으로부터 상기 구동 박막트랜지스터(Td)를 통하여 상기 전계발광소자(D)로 흐르게 되고, 상기 전계발광소자(D)는 구동 박막트랜지스터(Td)를 통하여 흐르는 전류에 비례하는 휘도로 발광한다.
이때, 상기 스토리지 커패시터(Cst)에는 데이터신호에 비례하는 전압으로 충전되어, 일 프레임(frame) 동안 상기 구동 박막트랜지스터(Td)의 상기 게이트 전극의 전압이 일정하게 유지되도록 한다.
따라서, 전계발광 표시장치는 원하는 영상을 표시할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 전계발광 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판(150) 상에는, 구동 박막트랜지스터(Td)와, 상기 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결되는 전계발광소자(D)가 위치한다.
상기 기판(150)은 유리 기판이나 폴리이미드와 같은 폴리머로 이루어질 수 있다.
도시하지 않았으나, 상기 기판(150) 상에는 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어지는 버퍼층이 형성될 수 있다.
상기 구동 박막트랜지스터(Td)는 상기 스위칭 박막트랜지스터에 연결되며, 반도체층(152)과, 게이트 전극(160)과, 소스 전극(170)과 드레인 전극(172)을 포함한다.
상기 반도체층(152)은 상기 플렉서블 기판(110) 상에 형성되며, 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층(152)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우 상기 반도체층(152) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음) 이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 상기 반도체층(152)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 상기 반도체층(152)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 상기 반도체층(152)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 상기 반도체층(152)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
상기 반도체층(152) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(154)이 상기 플렉서블 기판(110) 전면에 형성된다. 상기 게이트 절연막(154)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(154) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(160)이 상기 반도체층(152)의 중앙에 대응하여 형성된다. 상기 게이트 전극(160)은 스위칭 박막트랜지스터에 연결된다.
상기 게이트 절연막(154)이 상기 플렉서블 기판(110) 전면에 형성되어 있으나, 상기 게이트 절연막(154)은 상기 게이트 전극(160)과 동일한 모양으로 패터닝될 수도 있다.
상기 게이트 전극(160) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(162)이 상기 기판(150) 전면에 형성된다. 상기 층간 절연막(162)은 산화 실리콘이나 질화 실리콘과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
상기 층간 절연막(162)은 상기 반도체층(152)의 양측을 노출하는 제 1 및 제 2 콘택홀(164, 166)을 갖는다. 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(164, 166)은 상기 게이트 전극(160)의 양측에 상기 게이트 전극(160)과 이격되어 위치한다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(164, 166)은 상기 게이트 절연막(154) 내에도 형성된다. 이와 달리, 상기 게이트 절연막(154)이 상기 게이트 전극(160)과 동일한 모양으로 패터닝될 경우, 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(164, 166)은 상기 층간 절연막(162) 내에만 형성될 수도 있다.
상기 층간 절연막(162) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(170)과 드레인 전극(172)이 형성된다.
상기 드레인 전극(172)과 상기 소스 전극(170)은 상기 게이트 전극(160)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(164, 166)을 통해 상기 반도체층(152)의 양측과 접촉한다. 상기 소스 전극(170)은 상기 파워 배선(도 3의 PL)에 연결된다.
상기 반도체층(152)과, 상기 게이트 전극(160), 상기 소스 전극(170), 상기 드레인 전극(172)은 상기 구동 박막트랜지스터(Td)를 이루며, 상기 구동 박막트랜지스터(Td)는 상기 반도체층(152)의 상부에 상기 게이트 전극(160), 상기 소스 전극(170) 및 상기 드레인 전극(172)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.
이와 달리, 구동 박막트랜지스터(Td)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 구동 박막트랜지스터(Td)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
상기 구동 박막트랜지스터(Td)의 상기 드레인 전극(172)을 노출하는 드레인 콘택홀(176)을 갖는 보호층(174)이 상기 구동 박막트랜지스터(Td)를 덮으며 형성된다.
상기 보호층(174) 상에는 상기 드레인 콘택홀(176)을 통해 상기 구동 박막트랜지스터(Td)의 상기 드레인 전극(172)에 연결되는 제 1 전극(110)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다.
상기 제 1 전극(110)은 애노드(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(110)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 전계발광 표시장치가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 상기 제 1 전극(110) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사전극 또는 상기 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-palladium-copper: APC) 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 보호층(174) 상에는 상기 제 1 전극(110)의 가장자리를 덮는 뱅크층(115)이 형성된다. 상기 뱅크층(115)은 상기 화소영역에 대응하여 상기 제 1 전극(110)의 중심을 노출시킨다.
상기 제 1 전극(110) 상에는 발광층(130)이 형성된다.
상기 발광층(130)이 형성된 상기 기판(150) 상부로 제 2 전극(140)이 형성된다. 상기 제 2 전극(140)은 표시영역 전면을 덮으며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 캐소드(cathode)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극(140)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극(110), 상기 발광층(130) 및 상기 제 2 전극(140)은 전계발광소자(D)를 이룬다.
본 발명에서는, 발광층(130)의 일부는 용액 공정에 의해 형성되고 나머지는 증착 고정에 의해 형성되어 하이브리드 구조를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전계발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전계발광소자(D)는
서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(110, 130)과, 상기 제 1 및 제 2 전극(110, 130) 사이에 위치하며 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp) 각각에 위치하는 적색 발광 물질층(136) 및 녹색 발광 물질층(137)과, 상기 적색 및 녹색 발광 물질층(136, 137)을 덮고 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)에 대응하여 형성되는 청색 발광층(138)과, 상기 적색, 녹색 및 청색 발광물질층(136, 137, 138)과 상기 제 1 전극(110) 사이에 위치하는 전하향상층(charge enhancement layer (CEL), 120)과, 상기 전하향상층(120)과 상기 제 1 전극(110) 사이에 위치하는 정공수송층(hole transporting layer (HTL), 134)와, 상기 청색 발광물질층(138)과 상기 제 2 전극(130) 사이에 위치하는 전자수송층(electron transporting layer (ETL), 139)을 포함한다.
즉, 상기 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에서, 상기 적색 및 녹색 발광물질층(136, 137) 각각은 상기 전하향상층(120)과 상기 청색 발광물질층(138) 사이에 위치하고, 상기 청색 화소영역(Bp)에서, 상기 청색 발광물질층(138)은 상기 전자수송층(139)과 상기 전하향상층(120) 사이에 위치한다.
또한, 전계발광소자(D)는 상기 정공수송층(132)과 상기 제 1 전극(110) 사이에 정공주입층(electron injection layer, 132)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전계발광소자(D)에서, 상기 정공주입층(132), 상기 정공수송층(134), 상기 전하향상층(120), 상기 적색 및 녹색 발광물질층(136, 137)은 용액공정에 의해 형성되고, 상기 청색 발광물질층(138)과 상기 전자수송층(139)은 증착공정에 의해 형성된다.
상기 정공주입층(132), 상기 정공수송층(134), 상기 전하향상층(120), 상기 적색, 녹색 및 청색 발광물질층(136, 137, 138), 상기 전자수송층(139)은 발광층(130)을 이루고, 상기 적색, 녹색 및 청색 발광물질층(136, 137, 138)은 발광물질층(emitting material layer, EML)을 이룬다.
이때, 적색, 녹색 및 청색 발광물질층(136, 137, 138) 각각은 유기발광물질 또는 양자점(quantum dot)과 같은 무기발광물질을 포함할 수 있다.
이때, 상기 전하향상층(120)은 하이 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 레벨(즉, 작은 LUMO 값)을 가져 전자블로킹층의 역할을 한다. 이에 따라, 청색 화소영역(Bp)에서 전자의 과 공급에 의해 정공과 전자의 재결합영역이 청색 발광물질층과 정공수송층의 계면에서 형성되는 종래 전계발광소자에서의 문제점이 해결될 수 있다.
즉, 본 발명의 전계발광소자(D)에서는 상기 전하향상층(120)에 의해 전자의 이동이 조절되어, 상기 청색 화소영역(Bp)에서 정공과 전자의 재결합영역이 청색 발광물질층(138)의 중앙으로 쉬프트된다. 따라서, 전계발광소자(D)의 발광 효율 저하 문제를 방지할 수 있다.
한편, 전자의 이동을 차단하기 위해 종래 전자차단층(electron blocking layer)를 발광물질층(EML)과 정공수송층 사이에 형성하는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 종래 전자차단층 물질은 용액 공정에 의해 형성될 수 없고 증착 공정에 의해서만 층을 이룰 수 있다. 또한, 종래 전자차단층의 경우, 전자를 차단할 뿐 아니라 정공의 주입 역시 차단된다. 따라서, 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에서의 정공 주입이 너무 느려져 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에서의 발광 효율이 저하된다.
예를 들어, buckminsterfullerene (C60) 또는 CuPC와 같은 물질들이 전자차단층에 이용되는데, 이와 같은 물질들은 용액공정으로 층을 이룰 수 없다. 또한, 이 물질들은 ?K HOMO 레벨(즉, 큰 HOMO 값)을 가져 발광물질층으로의 정공 전달을 방해한다.
그러나, 본 발명의 전하향상층(120)은 용액공정이 가능한 물질로 이루어지고, 비교적 작은 HOMO 값을 가져 정공 전달을 방해하지 않는다. 따라서, 전하향상층(120)을 포함하는 본 발명의 전계발광소자(D)에서는, 청색 화소영역(Bp)에서 정공과 전자의 재결합영역이 청색 발광물질층(138)의 중앙으로 이동하여 발광 효율이 향상되며, 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에서 정공 전달이 방해되지 않기 때문에 적색 및 녹색 화소영역(Rp, Gp)에서의 발광 효율 저하 문제가 방지된다.
즉, 본 발명에 따른 전계발광소자에서의 에너지 다이어그램을 보여주는 개략적인 도면인 도 5를 참조하면, 전하향상층(CEL)은 제 1 LUMO 값(CELLUMO)을 갖고, 발광물질층(EML)은 상기 제 1 LUMO 값 값(CELLUMO)보다 큰 제 2 LUMO 값(EMLLUMO)을 갖는다.
또한, 정공수송층(HTL)은 제 1 HOMO 값(HTLHOMO)을 갖고, 발광물질층(EML)은 상기 제 1 HOMO 값(HTLHOMO)보다 큰 제 2 HOMO 값(EMLHOMO)을 가지며, 전하향상층(CEL)은 상기 제 1 HOMO 값(HTLHOMO)보다 크고 상기 제 2 HOMO 값(EMLHOMO)보다 작은 제 3 HOMO 값(CELHOMO)을 갖는다. 여기서, LUMO 값과 HOMO 값은 절대값이다. 또한, 발광물질층(EML)이 호스트(H)와 도펀트(D)를 포함하는 것으로 보여지고 있으나, 단일 무기발광물질을 포함할 수도 있다.
이때, 상기 제 1 LUMO 값(CELLUMO)과 상기 제 2 LUMO 값(EMLLUMO)의 차이(ΔE1)는 상기 제 1 HOMO 값(HTLHOMO)과 상기 제 3 HOMO 값(CELHOMO)의 차이(ΔE2) 및 상기 제 2 HOMO 값(EMLHOMO)과 상기 제 3 HOMO 값(CELHOMO)의 차이(ΔE3)보다 크다. (ΔE1>ΔE2, ΔE1>ΔE3)
따라서, 발광 효율이 가장 낮은 청색 화소영역(Bp)에서의 전자 차단 특성이 보다 향상되며, 적색, 녹색 및 청색 화소영역(Rp, Gp, Bp)에서 전계발광소자(D)의 발광 효율 균일도를 높일 수 있다.
예를 들어, 상기 전하향상층(120)은 하기 화학식1의 물질로 이루어진다.
[화학식1]
상기 화학식1에서, R1, R2 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬(alkyl), 트리페닐아민(triphenyl amine), C6~C30의 아릴(aryl), 카바졸(carbazole)로부터 선택될 수 있고, m 및 n 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, x는 1 내지 100의 정수이다.
상기 전하생성층(120)은 하기 화학식2와 화학식3의 물질을 용액공정에 의해 도포한 후 열경화공정을 진행함으로써 형성될 수 있다.
[화학식2]
[화학식3]
한편, 도 4를 통해, 하이브리드 방식의 전계발광소자에 대하여 설명하였지만, 정공주입층(132), 정공수송층(134), 전하향상층(120), 적색, 녹색 및 청색 발광물질층(136, 137, 138)이 용액공정에 의해 형성될 수도 있다.
이 경우, 적색, 녹색 및 청색 발광물질층(136, 137, 138)은 전하향상층(120)과 접하며 동일층에 배치되고, 전자수송층(139)은 적색, 녹색 및 청색 발광물질층(136, 137, 138) 접촉한다.
전하향상층(120)을 포함하는 하이브리드 구조 전계발광소자(실시예)와 전하향상층을 포함하지 않는 하이브리드 구조 전계발광소자(비교예)에서 적색 화소영역(Rp)에서의 발광 특성을 측정하여 아래 표1에 기재하고 도 6a 내지 도 6c에 도시하였다.
[표1]
또한, 전하향상층(120)을 포함하는 하이브리드 구조 전계발광소자(실시예)와 전하향상층을 포함하지 않는 하이브리드 구조 전계발광소자(비교예)에서 청색 화소영역(Bp)에서의 발광 특성을 측정하여 아래 표2에 기재하고 도 7a 내지 도 7c에 도시하였다.
[표2]
표1, 표2, 도 6a 내지 도 6c, 도 7a 내지 도 7c에서 보여지는 바와 같이, 전하향상층(120)을 포함하는 본 발명의 전계발광소자에서는 청색 화소영역(Bp) 뿐 아니라 적색 화소영역(Rp)에서도 발광 특성이 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 전계발광 표시장치
110: 제 1 전극
120: 전하향상층 130: 발광층
132: 정공 주입층 134: 정공 수송층
136: 적색 발광 물질층 137: 녹색 발광 물질층
138: 청색 발광 물질층 139: 전자 수송층
140: 제 2 전극
120: 전하향상층 130: 발광층
132: 정공 주입층 134: 정공 수송층
136: 적색 발광 물질층 137: 녹색 발광 물질층
138: 청색 발광 물질층 139: 전자 수송층
140: 제 2 전극
Claims (6)
- 제 1 및 제 2 화소영역에 위치하며 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극과;
상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 위치하는 정공 수송층과;
상기 정공수송층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전하향상층과;
상기 전하향상층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하며, 상기 제 1 화소영역에 대응하는 제 1 발광물질층과 상기 제 2 화소영역에 대응하는 제 2 발광물질층을 포함하는 발광물질층과;
상기 발광물질층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 전자수송층을 포함하며,
상기 전하향상층은 제 1 LUMO 값을 갖고 상기 발광물질층은 상기 제 1 LUMO 값보다 큰 제 2 LUMO 값을 가지며,
상기 전하향상층의 제 1 HOMO 값은 상기 정공수송층의 제 2 HOMO 값보다 크고 상기 발광물질층의 제 3 HOMO 값보다 작은 전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 LUMO 값과 상기 제 2 LUMO 값의 차이는 상기 제 1 HOMO 값과 상기 제 2 HOMO 값의 차이 및 상기 제 1 HOMO 값과 상기 제 3 HOMO 값의 차이보다 큰 전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전하향상층은 하기 화학식 물질을 포함하고, R1, R2 각각은 독립적으로 C1~C10의 알킬(alkyl), 트리페닐아민(triphenyl amine), C6~C30의 아릴(aryl), 카바졸(carbazole)로부터 선택되며 m 및 n 각각은 독립적으로 0 내지 4의 정수이고 x는 1 내지 100의 정수인 전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 발광물질층은 상기 제 1 화소영역, 상기 제 2 화소영역, 제 3 화소영역에 대응하는 제 3 발광물질층을 더 포함하고,
상기 제 3 발광물질층은 상기 제 1 및 제 2 화소영역에서 상기 제 1 및 제 2 발광물질층과 상기 전자수송층 사이에 위치하고 상기 제 3 화소영역에서 상기 전하향상층과 상기 전자수송층 사이에 위치하는 전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 발광물질층은 유기발광물질 또는 무기발광물질을 포함하는 전계발광소자.
- 기판과;
상기 기판 상에 위치하는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 전계발광소자와;
상기 기판과 상기 전계발광소자 사이에 위치하며 상기 전계발광소자에 연결된 박막트랜지스터
를 포함하는 전계발광 표시장치.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10944067B2 (en) | 2018-11-21 | 2021-03-09 | Lg Display Co., Ltd. | Quantum dot light emitting diode and quantum dot light emitting display device including the same |
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2016
- 2016-12-29 KR KR1020160182624A patent/KR20180077849A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10944067B2 (en) | 2018-11-21 | 2021-03-09 | Lg Display Co., Ltd. | Quantum dot light emitting diode and quantum dot light emitting display device including the same |
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