KR20210086173A - 유기 발광 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 복수의 서브 화소를 포함하는 기판 및 기판 상에 배치된 유기 발광 소자를 포함하고, 이때, 유기 발광소자는, 기판 상에 위치하고, 반사 전극 및 반사층 상의 투명 전극을 포함하는 애노드, 애노드 상에 위치하고, 제1 청색 유기 발광층을 포함하는 제1 발광부, 제1 발광부에 위치하고, 제2 청색 유기 발광층을 포함하는 제2 발광부, 제2 발광부에 위치하고, 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층을 포함하는 제3 발광부 및 제3 발광부 상의 캐소드를 포함하고, 투명 전극의 두께는 A0 = E1 - T1 + mB를 만족하고, 이때, A0는 투명 전극의 두께이고, E1은 반사 전극의 상면과 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리이고, T1은 투명 전극의 상면과 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리이고, m은 0 또는 양의 정수이고, B는 100nm 내지 115nm의 정수이다.
Description
본 명세서는 유기 발광 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효율 및 색재현율을 향상시킬 수 있는 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치는 액정 표시 장치와는 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.
유기 발광 표시 장치는 자체 발광형 표시 장치로서, 전자(electron) 주입을 위한 캐소드와 정공(hole) 주입을 위한 애노드로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자와 정공이 결합한 여기자(exciton)가 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 발광하는 유기 발광 소자를 이용한 표시 장치이다.
유기 발광 표시 장치는 유기 발광층에서 생성된 광을 발광하는 방향에 따라 상부 발광(Top Emission) 방식 및 하부 발광(Bottom Emission)방식으로 구분된다. 이들 중 상부 발광 방식의 유기 발광 표시 장치는 유기 발광층에서 발광된 광이 캐소드를 통해 상부로 방출되므로, 유기 발광층 하부에 배치된 박막 트랜지스터에 의해 개구율에 영향을 받는 바텀 에미션 방식의 유기 발광 표시 장치에 비해 큰 개구율을 확보할 수 있는 장점이 있다. 이에, 근래에 들어, 탑 에미션 방식의 유기 발광 표시 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 발명자들은 유기 발광 표시 장치의 향상된 효율 및 수명 특성을 구현하기 위하여 복수의 발광부의 적층을 이용하는 멀티 스택(multi stack) 구조의 유기 발광 소자를 개발하였다.
멀티 스택 구조의 유기 발광 소자는 전자와 정공의 재결합(recombination)을 통해서 발광이 일어나는 발광 영역이 복수의 발광부 각각에 위치한다. 멀티 스택 구조의 유기 발광 소자는 각각의 발광부에서 방출된 광을 조합한다, 예를 들어, 멀티 스택 구조의 유기 발광 소자는 백색광을 방출하는 백색 유기 발광 소자일 수 있다. 또한, 멀티 스택 구조의 유기 발광 소자는 높은 효율을 나타낼 수 있고, 저전류 구동이 가능하여 유기 발광 소자의 수명 향상이 가능했다.
멀티 스택 구조의 유기 발광 소자는 하부 발광 방식으로 주로 구현되었다. 그러나, 하부 발광의 경우, 회로에 의해 발광 면적이 감소하는 단점이 있어, 상부 발광 방식의 멀티 스택 구조의 유기 발광 소자를 사용하려는 노력이 계속되고 있다. 그러나, 알려진 상부 발광 방식으로는 유기 발광 소자로서 충분한 효율을 갖지 못하였고, 색상별 효율차가 있어 장시간 구동에 있어서 색특성이 변화하는 문제가 있다. 또한, 특정 색의 수명이 짧아 신뢰성 있는 표시 장치로서의 이용이 어려운 문제가 있었다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유기 발광 소자의 구조를 변경하여, 색상 별 발광 효율이 고르고 색재현율이 향상된 유기 발광 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 캐소드의 구성을 변경하여, 소비 전력이 개선된 유기 발광 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 복수의 서브 화소를 포함하는 기판 및 기판 상에 배치된 유기 발광 소자를 포함하고, 이때, 유기 발광소자는, 기판 상에 위치하고, 반사 전극 및 반사층 상의 투명 전극을 포함하는 애노드, 애노드 상에 위치하고, 제1 청색 유기 발광층을 포함하는 제1 발광부, 제1 발광부에 위치하고, 제2 청색 유기 발광층을 포함하는 제2 발광부, 제2 발광부에 위치하고, 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층을 포함하는 제3 발광부 및 제3 발광부 상의 캐소드를 포함하고, 투명 전극의 두께는 A0 = E1 - T1 + mB를 만족하고, 이때, A0는 투명 전극의 두께이고, E1은 반사 전극의 상면과 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리이고, T1은 투명 전극의 상면과 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리이고, m은 0 또는 양의 정수이고, B는 100nm 내지 115nm의 정수이다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 애노드의 두께 및 애노드와 캐소드 사이의 유기물들의 두께를 조절하여, 발광 효율 및 색재현율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 캐소드의 구성을 변경함으로써, 유기 발광 표시 장치의 소비 전력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 1c는 도 1b의 유기 발광 소자의 구조를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 Contour Map을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 Contour Map을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 5에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 1b는 도 1a의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 1c는 도 1b의 유기 발광 소자의 구조를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 Contour Map을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 Contour Map을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 5에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 투과율을 나타내는 그래프이다.
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 제한되는 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 제한되는 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 발명 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.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위 (on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
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.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
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.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하기로 한다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치를 설명하기 위한 도면들이다. 구체적으로, 도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 ⅡⅡ'에 따른 단면도이다. 도 1c는 도 1b의 유기 발광 소자의 구조를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 1a 내지 1c를 참조하면, 유기 발광 표시 장치(100)는 기판(101), 박막 트랜지스터(TFT), 유기 발광 소자(WOLE), 컬러 필터(180), 블랙 매트릭스(BM) 및 봉지 기판(109)을 포함한다.
기판(101)은 유기 발광 표시 장치(100)의 다른 구성 요소들을 지지하기 위한 베이스 부재로, 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(101)은 유리 또는 폴리이미드(PI) 등과 같은 플라스틱 물질로 이루어질 수 있다.
기판(101)은 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(NDA)을 포함한다.
표시 영역(DA)에는 복수의 화소(PX)가 포함될 수 있다. 복수의 화소(PX)는 매트릭스 형상으로 배열되고, 복수의 화소(PX) 각각은 복수의 서브 화소(SP)를 포함할 수 있다. 각각의 서브 화소(SP)는 하나의 색을 표시하기 위한 엘리먼트로서, 제1 방향으로 배치된 복수의 게이트 배선 및 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 배치된 복수의 데이터 배선의 교차 영역으로 정의될 수 있다. 여기서, 제1 방향은 도 1a의 가로 방향일 수 있고, 제2 방향은 도 1a의 세로 방향일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 복수의 화소(PX) 각각은 제1 서브 화소(SP1), 제2 서브 화소(SP2), 제3 서브 화소(SP3) 및 제4 서브 화소(SP4)를 포함할 수 있다. 제1 서브 화소(SP1)는 적색 화소, 제2 서브 화소(SP2)는 녹색 화소, 제3 서브 화소(SP3)는 청색 화소, 제4 서브 화소(SP4)는 백색 화소일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1a 및 1b에 도시된 각 서브 화소의 배치 형상 및 배치 순서는 예시적인 것이며, 이에 제한되지 않는다.
각각의 서브 화소(SP)는 유기 발광 소자(OLE) 및 구동 소자를 포함할 수 있다. 이때, 구동 소자는 스위칭 박막 트랜지스터, 구동 박막 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 구동 소자는 비표시 영역(NDA)에 배치된 게이트 드라이버, 데이터 드라이버 등과 연결되는 게이트 배선, 데이터 배선 등과 같은 신호 배선과 전기적으로 연결될 수 있다.
비표시 영역(NDA)은 기판(101)의 둘레 영역에 배치되고, 영상이 표시되지 않는 영역일 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 비표시 영역(NDA)에는 표시 영역(DA)에 배치된 복수의 서브 화소(SP)를 구동하기 위한 다양한 구성요소들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 서브 화소(SP)의 구동을 위한 신호를 공급하는 구동 IC, 구동 회로, 신호 배선, 플렉서블 필름 등이 배치될 수 있다. 이때, 구동 IC는 게이트 드라이버, 데이터 드라이버 등을 포함할 수 있다. 구동 IC 및 구동 회로는 GIP(Gate In Panel) 방식, COF(Chip On Film) 방식, TAB(Tape Automated Bonding) 방식, TCP(Tape Carrier Package) 방식, COG(Chip On Glass) 방식 등으로 배치될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 기판(101) 상에 버퍼층(102)이 배치된다. 버퍼층(102)은 버퍼층(102) 상에 형성되는 층들과 기판(101) 간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 버퍼층(102)은 기판(101)으로부터 유출되는 알칼리 성분 등을 차단하고, 기판(101)의 외측에서 침투한 수분 및/또는 산소가 확산되는 것을 방지할 수 있다. 버퍼층(102)은 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx)의 단일층이나 다중층으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 버퍼층(102)은 기판(101)의 종류 및 물질, 박막 트랜지스터의 구조 및 타입 등에 기초하여 생략될 수도 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 버퍼층(102) 상에 배치되어 유기 발광 소자(OLE)를 구동시킬 수 있다. 박막 트랜지스터(TFT)는 표시 영역(DA)의 복수의 서브 화소(SP) 각각에 배치될 수 있다. 복수의 화소(SP) 각각에 배치된 박막 트랜지스터(TFT)는 유기 발광 표시 장치(100)의 구동 소자로 사용될 수 있다. 도 1b에서는 설명의 편의를 위해 유기 발광 표시 장치(100)에 포함될 수 있는 다양한 박막 트랜지스터(TFT) 중 구동 박막 트랜지스터만을 도시하였으나, 스위칭 박막 트랜지스터 등과 같은 다른 트랜지스터들도 배치될 수도 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 액티브층, 게이트 전극(G), 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 포함한다. 도 1b에 도시된 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(G)이 액티브층(ACT) 상에 배치되는 탑 게이트 구조의 박막 트랜지스터(TFT)다. 다만, 이에 제한되지 않고, 박막 트랜지스터(TFT)는 바텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터로 구현될 수도 있다.
박막 트랜지스터(TFT)의 액티브층(ACT)은 버퍼층(102) 상에 배치된다. 액티브층(ACT)은 박막 트랜지스터(TFT) 구동 시 채널이 형성되는 영역이다. 액티브층(ACT)은 산화물(oxide) 반도체, 비정질 실리콘(amorphous silicon, a-Si), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon, poly-Si), 또는 유기물(organic) 반도체 등으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
액티브층(ACT) 상에는 게이트 절연층(103)이 배치된다. 게이트 절연층(103)은 무기물인 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx)의 단일층이나 다중층으로 구성될 수 있다. 게이트 절연층(103)에는 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D) 각각이 액티브층(ACT)의 소스 영역 및 드레인 영역 각각에 컨택하기 위한 컨택홀이 형성된다. 게이트 절연층(103)은 도 1b에 도시된 바와 같이 기판(101) 전면에 걸쳐 형성될 수도 있고, 게이트 전극(G)과 동일한 폭을 갖도록 패터닝될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
게이트 전극(G)은 게이트 절연층(103) 상에 배치된다. 게이트 전극(G)은 액티브층(ACT)의 채널 영역과 중첩하도록 게이트 절연층(103) 상에 배치된다. 게이트 전극(G)은 다양한 금속 물질, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 및 구리(Cu) 중 어느 하나이거나 둘 이상의 합금, 또는 이들의 다중층으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
게이트 전극(G) 상에는 층간 절연층(104)이 배치된다. 층간 절연층(104)은 무기물인 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx)의 단일층이나 다중층으로 구성될 수 있다. 층간 절연층(104)에는 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D) 각각이 액티브층(ACT)의 소스 영역 및 드레인 영역 각각에 컨택하기 위한 컨택홀이 형성된다.
소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)은 층간 절연층(104) 상에 배치된다. 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)은 게이트 절연층(103) 및 층간 절연층(104)의 컨택홀을 통해 액티브층(ACT)과 전기적으로 연결된다. 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)은 다양한 금속 물질, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 이루어지거나 둘 이상의 합금, 또는 이들의 다중층일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1b를 참조하면, 박막 트랜지스터(TFT) 상에는 박막 트랜지스터(TFT)를 보호하기 위한 패시베이션층(105)이 배치된다. 패시베이션층(105)에는 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)을 노출시키기 위한 컨택홀이 형성된다. 도 2에서는 패시베이션층(105)에 드레인 전극(D)을 노출시키기 위한 컨택홀이 형성되는 것으로 도시되었으나, 소스 전극(S)을 노출시키기 위한 컨택홀이 형성될 수도 있다. 패시베이션층(105)은 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx)의 단일층이나 다중층으로 구성될 수 있다. 다만, 패시베이션층(105)은 실시예에 따라 생략될 수도 있다.
패시베이션층(105) 상에 박막 트랜지스터(TFT)의 상부를 평탄화하기 위한 평탄화층(106)이 배치된다. 평탄화층(106)에는 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)을 노출시키기 위한 컨택홀이 형성된다. 도 1b에서는 평탄화층(106)에 드레인 전극(D)을 노출시키기 위한 컨택홀이 형성되는 것으로 도시되었으나, 소스 전극(S)을 노출시키기 위한 컨택홀이 형성될 수도 있다. 평탄화층(106)은 아크릴(acryl) 수지, 에폭시(epoxy) 수지, 페놀(phenol) 수지, 폴리아미드(polyamide) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 불포화 폴리에스테르(polyester) 수지, 폴리페닐렌(polyphenylene) 수지, 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide) 수지, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene) 및 포토레지스트 중 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
평탄화층(106) 상에 유기 발광 소자(OLE)가 배치된다. 본 발명의 유기 발광 소자(OLE)는 백색광을 자발광하는 백색 유기 발광 소자로, 각각의 서브 화소(SP)에 배치된 박막 트랜지스터(TFT)에 의해 구동될 수 있다. 각각의 유기 발광 소자(OLE)는 애노드(110), 복수의 유기물층(OL) 및 캐소드(170)를 포함한다.
애노드(110)는 평탄화층(106) 상에서 각각의 서브 화소(SP) 별로 분리되어 배치된다. 애노드(110)는 복수의 유기물층(OL) 중 유기 발광층으로 정공을 공급하도록 구성되는 전극이다. 애노드(110)는 평탄화층(106) 및 패시베이션층(105)에 형성된 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)에 전기적으로 연결된다.
애노드(110) 상에 캐소드(170)가 배치된다. 도 2b를 참조하면, 각각의 서브 화소(SP)에 배치된 캐소드(170)는 서로 연결된 것으로 도시되었으나, 애노드(110)와 같이 서브 화소(SP) 별로 분리되어 배치될 수도 있다.
애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 복수의 유기물층(OL)이 배치된다. 복수의 유기물층(OL)은 복수의 발광부(120, 140, 160)를 포함하는 유기물로 이루어진 층이다. 도 1b를 참조하면, 각각의 서브 화소(SP)에 배치된 복수의 유기물층(OL)은 서로 연결된 것으로 도시되었으나, 복수의 유기물층(OL)의 전부 또는 일부는 서브 화소(SP) 별로 분리되어 배치될 수도 있다. 복수의 유기물층(OL) 및 유기 발광 소자(OLE)에 대한 보다 구체적인 내용은 도 1c를 참조하여 후술하도록 한다.
애노드(110) 및 평탄화층(106) 상에 뱅크층(107)이 배치된다. 뱅크층(107)은 인접하는 서브 화소(SP)를 구분하기 위한 절연층이다. 뱅크층(107)은 애노드(110)의 일부를 개구시키도록 형성될 수 있다. 즉, 뱅크층(107)은 애노드(110)의 엣지를 덮도록 형성된 유기 절연 물질일 수 있다.
유기 발광 소자(OLE) 상에 봉지층(108)이 배치된다. 봉지층(108)은 유기 발광 소자(OLE)를 외부의 습기, 공기, 충격 등으로부터 보호하는 밀봉 부재이다. 예를 들어, 봉지층(108)은 무기층과 유기층이 서로 교대 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 무기층은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 알루미늄 산화물(AlOx) 등과 같은 무기물로 이루어질 수 있고, 유기층은 에폭시(Epoxy) 계열 또는 아크릴(Acryl) 계열의 폴리머가 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
봉지층(108) 상에 복수의 컬러 필터(180) 및 블랙 매트릭스(BM)가 배치된다.
블랙 매트릭스(BM)는 검정색의 절연층으로, 복수의 컬러 필터(180) 사이에 배치된다. 블랙 매트릭스(BM)는 각각의 컬러 필터를 통과하는 광이 혼색되지 않도록 할 수 있고, 복수의 서브 화소(SP)를 정의할 수도 있다.
복수의 컬러 필터(180)는 백색 유기 발광 소자(OLE)에서 방출된 백색 광을 다양한 색상의 광으로 변환한다. 복수의 컬러 필터(180)는 복수의 서브 화소(SP)에 배치된 유기 발광 소자(OLE) 중 일부에 대응하도록 배치된다. 예를 들어, 백색 서브 화소를 제외한 나머지 서브 화소(SP)에 대응하도록 복수의 컬러 필터(180)가 배치될 수 있다. 복수의 컬러 필터(180)는 제1 컬러 필터 내지 제3 컬러 필터를 포함하고, 각각의 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터, 청색 컬러 필터일 수 있다. 따라서, 백색 유기 발광 소자(OLE)에서 방출된 백색 광은 컬러 필터를 통과하여 다른 색상의 광으로 변환된다. 그리고, 백색 서브 화소에는 컬러 필터 대신 투명 수지(190)를 배치하여 백색 유기 발광 소자(OLE)에서 방출된 백색 광이 그대로 방출되도록 할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 백색 서브 화소에는 컬러 필터 대신 아무런 구성이 배치되지 않을 수도 있다.
구체적으로, 제1 서브 화소(SP1)에는 적색 컬러 필터(181)가 배치되고, 제2 서브 화소(SP2)에는 녹색 컬러 필터(182)가 배치되고, 제3 서브 화소(SP3)에는 청색 컬러 필터(183)가 배치될 수 있다. 반면, 상술한 바와 같이 백색 서브 화소인 제4 서브 화소는 컬러 필터 대신 백색광을 통과시키는 투명 수지(190)가 배치될 수 있다.
복수의 컬러 필터(180) 및 블랙 매트릭스(BM) 상에 봉지 기판(109)이 배치된다.
봉지 기판(109)은 기판(101)과 같이 유기 발광 표시 장치의 다른 구성 요소들을 지지하기 위한 베이스 부재로, 절연 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 봉지 기판(109)은 봉지층(108)과 함께 외부의 습기, 산소, 충격 등으로부터 유기 발광 소자(OLE)를 보호할 수 있다. 예를 들어, 봉지 기판(109)은 유리 또는 폴리이미드(PI) 등과 같은 플라스틱 물질로 이루어질 수 있다.
이하에서는 도 1c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(OLE)의 구조를 상세히 설명하기로 한다.
도 1c는 도 1b의 유기 발광 소자의 구조를 나타내는 개략적인 도면이다. 도 1c의 유기 발광 소자(OLE)의 구조는 유기 발광 표시 장치(100)의 복수의 서브 화소(SP) 모두에 적용될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 유기 발광 소자(OLE)는 애노드(110), 복수의 유기물층(OL) 및 캐소드(170)를 포함한다.
애노드(110)는 반사 전극(111) 및 반사 전극(111) 상에 배치되는 투명 전극(112)을 포함한다.
탑 에미션 방식의 유기 발광 표시 장치에서 반사 전극(111)은 복수의 유기물층(OL)으로부터 발광된 광이 반사되어 보다 원활하게 상부 방향으로 방출될 수 있도록 구성된다. 반사 전극(111)은 반사성이 우수한 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금일 수 있으며, 예를 들어, 은 또는 APC(Ag/Pd/Cu)일 수 있다.
투명 전극(112)은 투명 도전성 물질로 형성되고, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(Indium Zin Oxide, IZO) 등과 같은 투명 도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)로 형성될 수 있다.
투명 전극(112)은 각 유기 발광층에서 방출된 광의 경로가 되어 마이크로캐비티(micro-cavity)를 형성할 수 있다.
투명 전극(112)의 두께는 하기 수학식 1을 만족한다.
[수학식 1]
A0 = E1 - T1 + mB
여기서, A0는 투명 전극(112)의 두께(nm)이고, E1은 반사 전극(111)의 상면과 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 하면 사이의 거리(nm)이고, T1은 투명 전극(112)의 상면과 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 하면 사이의 거리(nm)이고, m은 0 또는 양의 정수이고, B는 100nm 내지 115nm의 정수이다.
예를 들어, 반사 전극(111)의 상면과 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 하면 사이의 거리(E1)는 340nm 내지 375nm이고, 투명 전극(112)의 상면과 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 하면 사이의 거리(T1)은 50nm 내지 55nm일 수 있다.
투명 전극(112)의 두께는 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 위치하는 유기물층(OL)들의 두께의 0.5배 이상 내지 1배 미만일 수 있다. 즉, 투명 전극(112)의 두께(A0)는 애노드(110)와 캐소드(170) 사이의 거리 보다 작다. 이때, 본 발명에서 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 위치하는 유기물층(OL)들의 두께란, 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 배치되는 발광부를 구성하는 유기물층 및 전하 생성층을 구성하는 유기물층들의 합을 의미하며, 애노드(110)의 상면과와 캐소드(170) 하면 사이의 거리를 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 유기물층(OL)들의 두께는 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 배치되는 제1 발광부(120), 제1 전하 생성층(130), 제2 발광부(140), 제2 전하 생성층(150) 및 제3 발광부(160)의 두께의 합을 의미할 수 있다.
또한, 투명 전극(112)의 두께(A0)는 애노드(110)의 반사 전극(111)의 상면과 캐소드(170)의 하면 사이의 거리의 1/3배 이상 내지 1/2배 미만일 수 있다.
투명 전극(112)의 두께(A0)가 유기물층(OL)들과의 관계에서 상기 조건을 만족하는 경우 3개의 발광부를 가지는 3 스택(stack) 구조의 유기 발광 소자(OLE)의 발광 효율 및 색재현율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 애노드(110)의 반사 전극(111)의 상면과 캐소드(170)의 하면 사이의 거리가 600nm 내지 700nm 또는 625nm 내지 660nm일 수 있다.인 경우, 투명 전극(112)의 두께(A0)는 220nm 내지 350nm 또는 285nm 내지 325nm일 수 있다.
한편, 투명 전극(112)의 두께(A0)는 투명 전극(112)을 구성하는 굴절률에 따라 조절될 수 있다. 굴절률이 작은 물질로 이루어진 투명 전극의 두께는 굴절률이 큰 물질로 이루어진 투명 전극의 두께보다 클 수 있다. 예를 들어, 투명 전극(112)의 평균 굴절률(n)은 1.7 내지 2.2일 수 있다. 후술할 도 2에서 확인할 수 있듯이, 전체 유기물층(OL)의 두께(T0)가 335nm인 경우, 평균 굴절률이 1.761인 ITO로 구성된 투명 전극(112)의 두께(A0)는 325nm 일 수 있다. 또한, 후술할 도 4에서 확인할 수 있듯이, 전체 유기물층(OL)의 두께(T0)가 340nm인 경우, 평균 굴절률이 2.113인 IZO로 구성된 투명 전극(112)의 두께(A0)는 285nm 일 수 있다.
캐소드(170)는 복수의 유기물층(OL) 상에 배치된다. 캐소드(170)는 유기 발광층에 전자를 공급할 수 있는 도전성 물질로 이루어진다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치(100)는 상부 발광 방식이므로, 캐소드(170)는 투과율이 우수한 것이 바람직하다. 캐소드(170)는 모든 화소에 공통적으로 연속하여 형성될 수 있다. 이에, 캐소드(170)로 ITO나 IZO 같은 투명 도전성 물질 사용하는 경우, 면저항이 매우 크기 때문에 구동 전압이 크게 상승할 수 있다. 따라서, 캐소드(170)는 (Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴 (Mo), 마그네슘(Mg) 및 이들의 합금과 같은 금속성 물질을 매우 얇은 두께로 형성한 반투과 전극으로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 캐소드(170)가 Ag 단일층으로 이루어지는 경우, Ag가 도전율이 매우 높으므로 캐소드(170)의 면저항을 감소시킬 수 있으나, 일함수가 높아 발광부로 전자 주입시 배리어가 높을 수 있다. 이에, 전자 주입시 배리어를 줄이고, 시간 경과에 따른 Ag 성분의 응집을 막기 위하여, AgMg 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 캐소드(170)의 Ag:Mg의 원자비는 4:1 내지 10:1일 수 있다. Ag의 비율이 90%를 초과하는 경우 Ag의 응집이 심화되고, Ag의 비율이 25% 미만인 경우 전도율이 떨어져 캐소드(170)의 면저항이 늘어날 수 있다. 이때, 캐소드(170)는 반투과성을 유지하도록 6nm 내지 12nm의 두께를 가질 수 있다.
한편, 캐소드(170)는 AgMg와 Ag의 이중층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수의 유기물층(OL) 상에 AgMg로 이루어진 제1층을 배치하고, 제1층 상에 Ag로 이루어진 제2층을 배치할 수 있다. 이와 같이, AgMg와 Ag의 이중층으로 이루어진 캐소드(170)를 사용하는 경우, 캐소드(170)를 얇게 구성하여 투과율을 향상시키는 동시에 면저항이 낮아 구동 전압을 감소시킬 수 있다. 한편, AgMg를 포함하는 제1층 및 Ag를 포함하는 제2층으로 구성된 캐소드(170)의 두께는 6nm 내지 12nm일 수 있다. 캐소드(170)의 구조에 다른 효과에 대해서는 도 7에서 후술하기로 한다.
복수의 유기물층(OL)은 복수의 발광부(120, 140, 160) 및 복수의 전하 생성층(130, 150)을 포함한다. 구체적으로, 복수의 유기물층(OL)은 제1 발광부(120), 제1 전하 생성층(130), 제2 발광부(140), 제2 전하 생성층(150) 및 제3 발광부(160)를 포함한다.
이때, 복수의 유기물층(OL)의 두께(T0), 즉, 애노드(110)의 상면과 캐소드(170)의 하면 사이의 거리는 320nm 내지 450nm일 수 있다. 복수의 유기물층(OL)의 두께(T0)는 제1 발광부(120), 제1 전하 생성층(130), 제2 발광부(140), 제2 전하 생성층(150) 및 제3 발광부(160)의 두께의 합을 의미한다. 두꺼운 투명 전극(112)으로 형성될 때, 애노드(110)의 상면과 캐소드(170)의 하면 사이의 거리가 상기 조건을 만족하는 경우 3개의 발광부를 가지는 3 스택(stack) 구조의 유기 발광 소자의 발광 효율 및 색재현율을 향상시킬 수 있다.
제1 발광부(120)는 애노드(110) 상에 배치되어 청색의 광을 발광한다. 제1 발광부(120)는 애노드(110) 상에 배치된 정공 주입층(Hole Injection Layer; HIL), 정공 주입층(HIL) 상에 배치된 제1 정공 수송층(Hole Transport Layer; HTL1), 제1 정공 수송층 상에 배치된 제1 청색 유기 발광층(Organic Emitting Layer; B-EML1) 및 제1 청색 유기 발광층 상에 배치된 제1 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL1)을 포함한다.
제1 정공 주입층(HIL)은 애노드(110)로부터 제1 청색 유기 발광층(B-EML1) 으로의 정공의 주입을 원활하게 하는 유기층이다. 제1 정공 주입층(HIL)은, 예를 들어, HATCN(dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10.11-hexacarbonitrile), CuPc(phthalocyanine), 및 NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 정공 주입층(HIL)은 소자의 구조나 특성에 따라 생략될 수도 있다.
제1 정공 수송층(HTL1)은 제1 정공 주입층(HIL)으로부터 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)으로 정공을 전달하는 유기층이다. 제1 정공 수송층(HTL1)은 정공의 수송을 원활하게 하며, NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-dimethylamino)-9,9-spirofluorene) 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 정공 수송층(HTL1)은 소자의 구조나 특성에 따라 생략될 수도 있고, 2개 이상의 층이나 2개 이상의 재료를 적용하여 구성될 수도 있다.
제1 정공 수송층(HTL1)의 두께는 10nm 내지 200nm일 수 있다. 제1 정공 수송층(HTL1)의 두께가 10nm 미만일 경우, 제1 정공 수송층(HTL1)은 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)으로 정공을 원활하게 전달하지 못할 수 있다. 제1 정공 수송층(HTL1)의 두께가 200nm를 초과할 경우, 제1 정공 수송층(HTL1)의 두께로 인하여 유기 발광 표시 장치(100)의 두께가 지나치게 두꺼워질 수 있다. 또한, 제1 정공 수송층(HTL1)의 두께가 200nm를 초과할 경우, 정공과 전자가 여기자(exciton)를 형성하는 재결합 영역(Recombination Zone)이 제1 청색 유기 발광층(B-EML1) 상에 형성되지 못할 수 있으며, 유기 발광 표시 장치(100)의 구동 전압이 상승하고 전체 수명이 감소할 수 있다.
제1 청색 유기 발광층(B-EML1)에서는 애노드(110)를 통해 공급된 정공과 캐소드(170)를 통해 공급된 전자들이 재결합되므로 여기자가 생성된다. 그리고, 여기자가 생성되는 영역은 발광 영역(Emission Zone, Emission Area) 또는 재결합 영역이라고 할 수 있다.
제1 청색 유기 발광층(B-EML1)은 제1 정공 수송층(HTL1) 및 제1 전자 수송층(ETL1) 사이에 배치된다. 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)은 제1 발광부(120) 내에서 여기자(exciton)가 형성되는 지점에 배치되고, 청색광을 발광할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
제1 청색 유기 발광층(B-EML1)은 호스트-도펀트 시스템(Host-Dopant System)을 가질 수 있다. 즉, 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)은 큰 중량비를 차지하는 호스트 물질에 발광 도펀트 물질이 소량의 중량비를 차지하도록 도핑된 시스템을 가질 수 있다. 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 호스트(host)는 단일 물질로 구성하거나, 혼합 물질로 이루어진 혼합 호스트(mixed host)로 구성할 수 있다. 단일 호스트 물질 또는 혼합 호스트 물질을 포함하는 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)에는 청색 도펀트 물질이 도핑된다. 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)에서 발광하는 광의 파장의 범위는 440nm 내지 480nm일 수 있다.
청색 도펀트 물질로 청색 광을 발광할 수 있는 형광 도펀트 물질이 사용될 수 있다. 청색 형광 도펀트 물질이 도핑된 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)에서 발광하는 광의 EL 스펙트럼은 청색 파장 영역에서 피크를 가지거나, 진청색에 해당하는 파장 영역에서 피크를 가지거나, 하늘색에 해당하는 파장 영역에서 피크를 가질 수 있다.
제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 호스트 물질은 Alq3(tris(8-hydroxy-quinolino)aluminum), ADN(9,10-di(naphtha-2-yl)anthracene), BSBF(2-(9,9-spirofluoren-2-yl)-9,9-spirofluorene) 중에서 하나 이상을 혼합하여 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 청색 형광 도펀트 물질은 아릴 아민계 화합물이 치환된 파이렌(pyrene) 계열, (4,6-F2ppy)2Irpic FIrPic(bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxyprdidyl)iridium), Ir(ppy)3(factris(2-phenylpyridine)iridium)(tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 이리듐(Ir) 리간드 착물, spiro-DPVBi, spiro-6P, spiro-BDAVBi(2,7-bis[4-(diphenylamino)styryl]-9,9'-spirofluorene), 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 두께는 20nm 내지 30nm일 수 있다. 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 우수한 발광 효율을 얻을 수 있다.
한편, 반사 전극(111)의 상면으로부터 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 하면 까지의 거리(E1)은 340nm 내지 375nm일 수 있다. 유기물층(OL)들의 두께가 320nm 내지 350nm인 조건에서, 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 위치가 상기 조건을 만족시키는 경우, 우수한 색재현율을 가지는 3스택 구조의 유기 발광 소자(OLE)를 구현할 수 있다.
제1 전자 수송층(ETL1)은 제1 청색 유기 발광층(B-EML1) 상에 배치된다. 제1 전자 수송층(ETL1)은 제1 전하 생성층(130)으로부터 전자를 공급받는다. 제1 전자 수송층(ETL1)은 공급받은 전자를 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)으로 전달한다.
제1 전자 수송층(ETL1)은 정공 저지층(Hole Blocking Layer; HBL)과 같은 기능을 할 수 있다. 정공 저지층은 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)에서 재결합에 참여하지 못한 정공이 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
제1 전자 수송층(ETL1)은, 예를 들어, PBD(2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), BAlq(Bis(2-mthyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), TPBi(2,2’,2”-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium) 및 BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 중에서 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
제1 전하 생성층(130)(Charge Generation Layer; CGL)은 제1 발광부(120) 및 제2 발광부(140) 사이에 배치된다. 제1 전하 생성층(130)은 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1) 및 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 전하 균형을 조절한다. 제1 전하 생성층(130)은 제1 N형 전하 생성층(N-CGL) 및 제1 P형 전하 생성층(P-CGL)을 포함할 수 있다.
제1 N형 전하 생성층은 제1 발광부(120)로 전자를 주입한다. 제1 N형 전하 생성층은 N형 도펀트 및 N형 호스트 물질을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, N형 도펀트는 제1 N형 전하 생성층의 전기 전도도를 향상시킨다. N형 도펀트는 주기율표 상의 제1 족 및 제2 족의 금속 또는 전자 주입할 수 있는 유기물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 구체적으로 N형 도펀트는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 어느 하나일 수 있다.
제1 P형 전하 생성층은 제2 발광부(140)로 정공을 주입한다. 제1 P형 전하 생성층은 제1 N형 전하 생성층 상에 배치되어 제1 N형 전하 생성층과 접합된 구조를 가진다.
제1 P형 전하 생성층은 P형 도펀트 및 P형 호스트 물질을 포함할 수 있다. P형 도펀트는 금속 산화물, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), HAT-CN(dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10.11-hexacarbonitrile), 헥사아자트리페닐렌 등과 같은 유기물 또는 V2O5, MoOx, WO3 등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있다. P형 호스트 물질은 정공을 전달할 수 있는 물질, 예를 들면, NPD(N,N'-bis(naphthalene-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-2,2'-dimethylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine) 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 제1 전하 생성층(130)은 상술한 바와 같이 제1 N형 전하 생성층 및 제1 P형 전하 생성층을 포함하지 않고 단일층으로도 형성될 수 있다. 또한, 제1 전하 생성층(130)은 유기 발광 표시 장치(100)의 구조나 특성에 따라 생략될 수도 있다.
제2 발광부(140)는 제1 발광부(120) 상에 배치되어 제2 색의 광을 발광한다. 구체적으로, 제2 발광부(140)는 제2 정공 수송층(HTL2), 제2 청색 유기 발광층(B-EML2) 및 제2 전자 수송층(ETL2)을 포함한다.
제2 정공 수송층(HTL2)은 제1 전하 생성층(130)으로부터 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)으로 정공을 전달하는 유기층이다. 제2 정공 수송층(HTL2)은 제1 정공 수송층(HTL1)과 동일한 물질로 이루어지고 동일한 기능을 수행할 수 있으므로, 중복 설명은 생략한다.
제2 청색 유기 발광층(B-EML2)은 제2 정공 수송층(HTL2) 상에 배치된다. 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)은 제2 발광부(140) 내에서 여기자가 형성되는 지점에 배치되고, 청색 광을 발광할 수 있는 물질을 포함한다. 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)은 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)과 실질적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.
제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 두께는 20nm 내지 30nm일 수 있다. 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 우수한 발광 효율을 얻을 수 있다.
한편, 반사 전극(111)의 상면으로부터 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 하면 까지의 거리(E2)는 470nm 내지 505nm일 수 있다. 유기물층(OL)들의 두께(T0)가 320nm 내지 350nm인 조건에서, 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 위치가 상기 조건을 만족시키는 경우, 우수한 색재현율을 가지는 3스택 구조의 유기 발광 소자(OLE)를 구현할 수 있다.
제2 전자 수송층(ETL2)은 제2 청색 유기 발광층(B-EML2) 상에 배치된다. 제2 전자 수송층(ETL2)은 제1 전자 수송층(ETL1)과 동일한 물질로 이루어지고 동일한 기능을 수행할 수 있으므로, 중복 설명은 생략한다.
제2 전하 생성층(150)은 제2 발광부(140) 및 제3 발광부(160) 사이에 배치된다. 제2 전하 생성층(150)은 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)와 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층의 전하 균형을 조절한다. 제2 전하 생성층(150)은 제2 N형 전하 생성층 및 제2 P형 전하 생성층을 포함할 수 있다. 제2 전하 생성층(150)의 제2 N형 전자 생성층은 제1 전하 생성층(130)의 제1 N형 전자 생성층과 동일한 물질로 이루어지고 동일한 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제2 전하 생성층(150)의 제2 P형 전자 생성층은 제1 전하 생성층(130)의 제1 P형 전자 생성층과 동일한 물질로 이루어지고 동일한 기능을 수행할 수 있으므로, 중복 설명은 생략한다.
제3 발광부(160)는 제2 발광부(140) 상에 배치되어 광을 발광한다. 구체적으로, 제3 발광부(160)는 제3 정공 수송층(HTL3), 적색 유기 발광층(R-EML), 녹색 유기 발광층(G-EML), 제3 전자 수송층(ETL3) 및 전자 주입층(EIL)을 포함한다.
제3 정공 수송층(HTL3)은 제2 전하 생성층(150)으로부터 적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML)으로 정공을 전달하는 유기층이다. 제3 정공 수송층(HTL3)은 제1 정공 수송층(HTL1)과 동일한 물질로 이루어지고 동일한 기능을 수행할 수 있으므로, 중복 설명은 생략한다.
적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML)은 제3 정공 수송층(HTL3) 및 제3 전자 수송층(ETL3) 사이에 배치된다. 적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML)은 제3 발광부(160) 내에서 여기자가 형성되는 지점에 배치되고, 각각 적색광과 녹색광을 발광할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML)은 제1 청색 유기 발광층(B-EML1) 및 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)과 마찬가지로 호스트-도펀트 시스템을 가질 수 있다. 적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML) 각각은 단일 호스트 또는 혼합 호스트와 적어도 하나의 도펀트를 포함할 수 있다. 적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML)이 혼합 호스트를 포함할 경우, 혼합 호스트는 정공 타입 호스트(Hole-type Host) 및 전자 타입 호스트(Electron-type Host)를 포함할 수 있다. 혼합 호스트로 구성할 경우, 유기 발광층 내에서 호스트가 균일하게 증착될 수 있으므로, 유기 발광층의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
단일 호스트 물질 또는 혼합 호스트 물질을 포함하는 적색 유기 발광층(R-EML)에는 적색 도펀트 물질이 도핑된다. 적색 유기 발광층(R-EML)에서 발광하는 광의 범위는 600nm 내지 650nm일 수 있다.
적색 도펀트 물질로 적색 광을 발광할 수 있는 인광 도펀트 물질이 사용될 수 있다. 적색 인광 도펀트 물질이 도핑된 적색 유기 발광층(R-EML)에서 발광하는 광의 EL 스펙트럼은 적색 파장 영역에서만 피크를 가질 수 있다.
적색 유기 발광층(R-EML)의 호스트 물질은 CBP(4,4’bis(carbozol-9-yl)biphenyl), MCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene) 중에서 하나 이상을 혼합하여 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
적색 유기 발광층(R-EML)의 적색 인광 도펀트 물질은 Ir(ppy)3(tris(2-phenylpyridine)iridium(III)), Ir(ppy)2(acac)(Bis(2-phenylpyridine)(acetylacetonato)iridium(III)), PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline) iridium) Ir(piq)3(tris(1-phenylisoquinoline)iridium), Ir(piq)2(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium)을 포함하는 이리듐(Ir) 리간드 착물, PtOEP(octaethylporphyrinporphine platinum) PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
녹색 유기 발광층(G-EML)은 적색 유기 발광층(R-EML)의 상부 또는 하부에 배치된다. 본 발명의 명세서에서 녹색 유기 발광층(G-EML)은 녹색광(Green) 또는 황녹색광(Yellow-Green)을 발광할 수 있는 것으로 정의한다. 단일 호스트 물질 또는 혼합 호스트 물질을 포함하는 녹색 유기 발광층(G-EML)에는 녹색 도펀트 물질 또는 황녹색 도펀트 물질이 도핑된다. 녹색 유기 발광층(G-EML)에서 발광하는 광의 범위는 510nm 내지 590nm일 수 있다.
녹색 도펀트 물질 또는 황녹색 도펀트 물질로 녹색광 또는 황녹색광을 발광할 수 있는 인광 도펀트 물질이 사용될 수 있다. 녹색 도펀트 물질 또는 황녹색 도펀트이 도핑된 녹색 유기 발광층(G-EML)에서 발광하는 광의 EL 스펙트럼은 녹색 파장 영역에서만 피크를 가질 수 있다.
예를 들어, 녹색 유기 발광층(G-EML)의 호스트 물질은 CBP(4,4’bis(carbozol-9-yl)biphenyl), MCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene) 중에서 하나 이상을 혼합하여 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
녹색 유기 발광층(G-EML)의 인광 도펀트 물질은 Ir(ppy)3(tris(2-phenylpyridine)iridium(III)) 또는 Ir(ppy)2(acac)(Bis(2-phenylpyridine)(acetylacetonato)iridium(III))을 포함하는 이리듐(Ir) 리간드 착물, 또는 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
적색 유기 발광층(R-EML)과 녹색 유기 발광층(G-EML)은 서로 접촉하여 배치될 수 있다. 한편, 도 1b에서는 녹색 유기 발광층(G-EML)이 적색 유기 발광층(R-EML) 상에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 적색 유기 발광층(R-EML)이 녹색 발광층 상에 배치될 수도 있다.
한편, 적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML)을 포함하는 제3 발광부(160)는 510nm 내지 650nm 범위에서 2-Peak의 발광피크를 가진다. 즉, 제3 발광부(160)의 파장 범위는 적색 유기 발광층(R-EML)의 파장 범위인 600nm 내지 650nm와 녹색 유기 발광층(G-EML)의 파장 범위인 510nm 내지 590nm를 가질 수 있다.
적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML)의 두께의 합은 40nm 내지 60nm일 수 있다. 적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML)의 두께의 합이 상기 범위를 만족하는 경우, 우수한 발광 효율을 얻을 수 있다.
한편, 반사 전극(111)의 상면으로부터 적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML) 중 아래에 배치된 발광층의 하면까지의 거리(E3)은 560nm 내지 595nm일 수 있다.
제3 전자 수송층(ETL3)은 적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML) 상에 배치된다. 제3 전자 수송층(ETL3)은 제1 전자 수송층(ETL1)과 동일한 물질로 이루어지고 동일한 기능을 수행할 수 있으므로, 중복 설명은 생략한다.
전자 주입층(EIL)은 제3 전자 수송층(ETL3) 상에 배치된다. 전자 주입층(EIL)은 캐소드(170)로부터 복수의 유기물층(OL)으로의 전자의 주입을 원활하게 하고, 제2 전하 생성층(150)으로부터 유입된 정공이 적색 유기 발광층(R-EML) 및 녹색 유기 발광층(G-EML)을 지나 전자 주입층(EIL)으로 이동하는 것을 블록(block)하는 유기층이다. 전자 주입층(EIL)은, 예를 들어, LIF, Al, MoO3, LiQ(lithium quinolate), Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
캐소드(170) 상에 광보상층(175), 달리 말하면 캡핑층(capping layer)이 형성된다. 광보상층(175)은 광 추출 효과를 증가시키기 위한 것으로, 광보상층(175)은 제1 정공 수송층(HTL1), 제1 전자 수송층(ETL1) 물질 및 유기 발광층의 호스트 물질 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한 상기 광보상층(175)은 생략하는 것이 가능하다.
한편, 광보상층(175)의 두께는 60nm 내지 90nm일 수 있다.
유기 발광 소자(OLE)는 제1 발광부(120), 제2 발광부(140) 및 제3 발광부(160)가 적층되어 이루어지는 3 스택(stack) 구조를 갖는 유기 발광 소자(OLE)다. 발광부에서 최종적으로 발광하는 광은 제1 발광부(120), 제2 발광부(140) 및 제3 발광부(160) 각각에서 발광되는 광이 혼합되어 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(OLE)는 제1 발광부(120) 및 제2 발광부(140)에서 청색광이 발광되고, 제3 발광부(160)에서 적색광 및 녹색 광이 발광하므로, 백색을 발광하는 유기 발광 소자(OLE)일 수 있다.
이하에서는, 도 1c에 도시된 유기 발광 소자(OLE)를 적용한 광학적 시뮬레이션을 통한 Contour Map(등고선 맵)을 바탕으로 본 발명의 유기 발광 소자(OLE)의 구조를 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 Contour Map을 나타내는 도면이다.
도 2에서 가로축은 광의 파장(nm)에 해당하고 세로축은 유기 발광 소자의 복수의 유기물층(OL) 두께(nm)에 해당한다. 앞서 설명한 바와 같이, 복수의 유기물층(OL)은 제1 발광부(120), 제1 전하 생성층(130), 제2 발광부(140), 제2 전하 생성층(150) 및 제3 발광부(160)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예는 도 1c에 도시된 유기 발광 소자(OLE)를 적용한 것이며, 제1 실시예에서 투명 전극(112)은 두께가 325nm인 ITO이고, 캐소드(170)는 Ag:Mg이고, 복수의 유기물층(OL) 전체의 두께가 335nm이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 청색 파장영역, 예를 들어, 440nm 내지 480nm 파장영역에서 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 총 3개의 위치에서 피크 파장을 가진다. 이에, 다른 발광층들과의 중첩 여부를 고려할 때, 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 중심 위치(120E)는 애노드(110)로부터 첫번째 피크 파장에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광발광 피크(PL Peak)의 최대 파장이 456nm인 청색 도펀트를 사용한 경우, 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 중심 위치(120E)는 애노드(110)의 상면으로부터 55nm 내지 65nm 거리에 위치할 수 있으며, 투명 전극(112)의 두께(A0)를 고려하면, 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 중심 위치(120E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 380nm 내지 390nm 거리에 위치할 수 있다.
또한, 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 중심 위치(140E)는 애노드(110)로부터 두번째 피크 파장에 위치하는 것이 바람직하다. 이에, 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 중심 위치(140E)는 애노드(110)의 상면으로부터 180nm 내지 190nm 거리에 위치할 수 있으며, 투명 전극(112)의 두께(A0)를 고려하면, 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 중심 위치(140E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 505nm 내지 515nm 거리에 위치할 수 있다.
다음으로, 녹색 파장영역, 예를 들어, 510nm 내지 590nm 파장영역에서 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 총 3개의 위치에서 피크 파장을 가진다. 이에, 제1 청색 유기 발광층(B-EML1) 및 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 위치를 고려할 때, 제3 발광부(160)의 녹색 유기 발광층(G-EML)의 중심 위치(160-2E)는 애노드(110)로부터 세번째 피크 파장에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광발광 피크(PL Peak)의 최대 파장이 530nm인 녹색 도펀트를 사용한 경우, 제3 발광부(160)의 녹색 유기 발광층(G-EML)의 중심 위치(160-2E)는 애노드(110)의 상면으로부터 290nm 내지 300nm 거리에 위치할 수 있으며, 투명 전극(112)의 두께(A0)를 고려하면, 제3 발광부(160)의 녹색 유기 발광층(G-EML)의 중심 위치(160-2E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 615nm 내지 625nm 거리에 위치할 수 있다.
다음으로, 적색 파장영역, 예를 들어, 600nm 내지 650nm 파장영역에서 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 총 2개의 위치에서 피크 파장을 가진다. 이에, 녹색 유기 발광층(G-EML)의 위치를 고려할 때, 제3 발광부(160)의 적색 유기 발광층(R-EML)의 중심 위치(160-1E)는 애노드(110)로부터 두번째 피크 파장에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광발광 피크(PL Peak)의 최대 파장이 625nm인 적색 도펀트를 사용한 경우, 제3 발광부(160)의 적색 유기 발광층(R-EML)의 중심 위치(160-1E)는 애노드(110)의 상면으로부터 265nm 내지 275nm 거리에 위치할 수 있으며, 투명 전극(112)의 두께(A0)를 고려하면, 제3 발광부(160)의 적색 유기 발광층(R-EML)의 중심 위치(160-1E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 590nm 내지 600nm 거리에 위치할 수 있다. 이로 인해, 적색 유기 발광층(R-EML)과 녹색 유기 발광층(G-EML)을 서로 인접하게 위치할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 중심 위치(120E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 380nm 내지 390nm 거리에 위치하고, 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 중심 위치(140E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 505nm 내지 515nm 거리에 위치하고, 제3 발광부(160)의 녹색 유기 발광층(G-EML)의 중심 위치(160-2E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 615nm 내지 625nm 거리에 위치하고, 제3 발광부(160)의 적색 유기 발광층(R-EML)의 중심 위치(160-1E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 590nm 내지 600nm 거리에 위치할 수 있다. 각 유기 발광층의 두께를 고려하여, 반사 전극(111)의 상면과 각각의 유기 발광층의 하면 사이의 거리를 계산하면, 반사 전극(111)과 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 하면 사이의 거리는 370nm 내지 380nm이고, 반사 전극(111)과 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 하면 사이의 거리는 495nm 내지 505nm이고, 반사 전극(111)과 제3 발광부(160)에서 녹색과 적색 중 애노드(110)와 더 가까이 배치되는 적색 유기 발광층(R-EML) 사이의 거리는 580nm 내지 590nm 일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 3에서 가로축은 파장(nm)을 나타내고, 세로축은 발광세기(intensity, a.u.(arbitrary unit))를 나타낸다. 발광 세기는 EL 스펙트럼의 최대값을 기준으로 하여 상대적인 값으로 표현한 수치이다.
비교예 1은 ITO 투명 전극의 두께가 95nm인 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 구조를 가지는 유기 발광 소자이다. 비교예 2는 ITO 투명 전극의 두께가 210nm인 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 구조를 가지는 유기 발광 소자이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1은 EL 스펙트럼에서 세 개의 발광 피크를 가지는 것을 확인할 수 있다. 제1 피크는 440nm 내지 480nm 파장 범위의 청색 영역에 해당하며, 제2 피크는 530nm 내지 580nm 파장 범위의 녹색 영역에 해당하며, 제3 피크는 600nm 내지 650nm 파장 범위의 적색 영역에 해당한다.
그러나, 비교예 1 및 비교예 2는 두 개의 발광 피크만을 가지는 것을 확인할 수 있다. 비교예 1은 녹색 영역에서 발광 효율이 미비하며, 비교예 2는 적색 영역에서 발광 효율이 미비한 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 1과 비교예 1 및 2를 비교하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자(OLE)는 적색 및 녹색에서 보다 우수한 효율을 얻을 수 있다. 또한, 각 색상별 발광 피크의 최적화가 가능하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 Contour Map을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제2 실시예는 도 1c에 도시된 유기 발광 소자(OLE)를 적용한 것이며, 제2 실시예에서 투명 전극은 두께가 285nm인 IZO이고, 캐소드는 Ag:Mg이고, 복수의 유기물층 전체의 두께가 340nm이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 청색 파장영역, 예를 들어, 440nm 내지 480nm 파장영역에서 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 총 3개의 위치에서 피크 파장을 가진다. 이에, 다른 발광층들과의 중첩 여부를 고려할 때, 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 중심 위치(220E)는 애노드(110)로부터 첫번째 피크 파장에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광발광 피크(PL Peak)의 최대 파장이 460nm인 청색 도펀트를 사용한 경우, 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 중심 위치(220E)는 애노드(110)의 상면으로부터 65nm 내지 75nm 거리에 위치할 수 있으며, 투명 전극(112)의 두께를 고려하면, 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 중심 위치(220E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 350nm 내지 360nm 거리에 위치할 수 있다.
또한, 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 중심 위치(140E)는 애노드(110)로부터 두번째 피크 파장에 위치하는 것이 바람직하다. 이에, 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 중심 위치(240E)는 애노드(110)의 상면으로부터 185nm 내지 195nm 거리에 위치할 수 있으며, 투명 전극(112)의 두께를 고려하면, 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 중심 위치(240E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 470nm 내지 480nm 거리에 위치할 수 있다.
다음으로, 녹색 파장영역, 예를 들어, 510nm 내지 590nm 파장영역에서 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 총 3개의 위치에서 피크 파장을 가진다. 이에, 제1 청색 유기 발광층(B-EML1) 및 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 위치를 고려할 때, 제3 발광부(160)의 녹색 유기 발광층(G-EML)의 중심 위치(260-2E)는 애노드(110)로부터 세번째 피크 파장에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광발광 피크(PL Peak)의 최대 파장이 530nm인 녹색 도펀트를 사용한 경우, 제3 발광부(160)의 녹색 유기 발광층(G-EML)의 중심 위치(260-2E)는 애노드(110)의 상면으로부터 295nm 내지 305nm 거리에 위치할 수 있으며, 투명 전극(112)의 두께를 고려하면, 제3 발광부(160)의 녹색 유기 발광층(G-EML)의 중심 위치(260-2E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 580nm 내지 590nm 거리에 위치할 수 있다.
다음으로, 적색 파장영역, 예를 들어, 600nm 내지 650nm 파장영역에서 애노드(110)와 캐소드(170) 사이에 총 2개의 위치에서 피크 파장을 가진다. 이에, 녹색 유기 발광층(G-EML)의 위치를 고려할 때, 제3 발광부(160)의 적색 유기 발광층(R-EML)의 중심 위치(260-1E)는 애노드(110)로부터 두번째 피크 파장에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광발광 피크(PL Peak)의 최대 파장이 630nm인 적색 도펀트를 사용한 경우, 제3 발광부(160)의 적색 유기 발광층(R-EML)의 중심 위치(260-1E)는 애노드(110)의 상면으로부터 280nm 내지 290nm 거리에 위치할 수 있으며, 투명 전극(112)의 두께를 고려하면, 제3 발광부(160)의 적색 유기 발광층(R-EML)의 중심 위치(260-1E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 565nm 내지 575nm 거리에 위치할 수 있다. 이로 인해, 적색 유기 발광층(R-EML)과 녹색 유기 발광층(G-EML)을 서로 인접하게 위치할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에서 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 중심 위치(220E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 350nm 내지 360nm 거리에 위치하고, 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 중심 위치(240E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 470nm 내지 480nm 거리에 위치하고, 제3 발광부(160)의 녹색 유기 발광층(G-EML)의 중심 위치(260-2E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 580nm 내지 590nm 거리에 위치하고, 제3 발광부(160)의 적색 유기 발광층(R-EML)의 중심 위치(260-1E)는 반사 전극(111)의 상면으로부터 565nm 내지 575nm 거리에 위치할 수 있다. 각 유기 발광층의 두께를 고려하여, 반사 전극(111)의 상면과 각각의 유기 발광층의 하면 사이의 거리를 계산하면, 반사 전극(111)과 제1 발광부(120)의 제1 청색 유기 발광층(B-EML1)의 하면 사이의 거리는 340nm 내지 350nm이고, 반사 전극(111)과 제2 발광부(140)의 제2 청색 유기 발광층(B-EML2)의 하면 사이의 거리는 460nm 내지 470nm이고, 반사 전극(111)과 제3 발광부(160)에서 녹색과 적색 중 애노드(110)와 더 가까이 배치되는 적색 유기 발광층(R-EML) 사이의 거리는 555nm 내지 565nm 일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 2, 비교예 3 및 비교예 4에 따른 EL 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
비교예 3은 IZO 투명 전극의 두께가 85nm인 것을 제외하고는 실시예 2와 실질적으로 동일한 구조를 가지는 유기 발광 소자이다. 비교예 4는 IZO 투명 전극의 두께가 185nm인 것을 제외하고는 실시예 2와 실질적으로 동일한 구조를 가지는 유기 발광 소자이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 2는 EL 스펙트럼에서 세 개의 발광 피크를 가지는 것을 확인할 수 있다. 제1 피크는 440nm 내지 480nm 파장 범위의 청색 영역에 해당하며, 제2 피크는 530nm 내지 580nm 파장 범위의 녹색 영역에 해당하며, 제3 피크는 600nm 내지 650nm 파장 범위의 적색 영역에 해당한다.
그러나, 비교예 3 및 비교예 4는 두 개의 발광 피크만을 가지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 3은 녹색 영역에서 발광 효율이 미비하며, 비교예 4는 적색 영역에서 발광 효율이 미비한 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 2와 비교예 3 및 4를 비교하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 발광 소자는 적색 및 녹색에서 보다 우수한 효율을 얻을 수 있다. 또한, 각 색상별 발광 피크의 최적화가 가능하다.
한편, 종래 상부 발광 방식의 멀티 스택 구조의 유기 발광 소자는 ITO 또는 IZO와 같은 투명 전도성 물질을 캐소드로 사용하는 위크 캐비티(weak cavity) 구조를 사용하였다. 앞서 캐소드에서 언급한 바와 같이, 투명 전도성 물질을 사용하는 위크 캐비티 구조는 면저항이 크기 때문에 소비 전력이 크다는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 얇은 금속막으로 구성된 반투과 전극을 유기 발광 소자의 캐소드로 사용하는 스트롱 캐비티(stron cavity) 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 스트롱 캐비티 구도의 유기 발광 소자는 위크 캐비티 구조의 유기 발광 소자에 비하여 발광 효율 및 휘도가 향상될 수 있다.
이와 관련하여, 실시예 1과 비교예 5를 비교한다.
비교예 5는 위크 캐비티 구조의 유기 발광 소자로서, 투명 전극으로 두께가 10nm인 ITO를 사용하고, 캐소드(170)로 투명 전도성 물질인 IZO를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구조를 가지는 유기 발광 소자이다.
본 발명의 실시예 1 및 비교예 5의 색좌표 및 색재현율 및 발광 세기를 측정한 결과에 대해 표 1 및 도 6을 참조하여 설명한다.
| 구분 | 실시예 1 | 비교예 5 | |
| 색좌표 | Rx | 0.694 | 0.677 |
| Ry | 0.304 | 0.320 | |
| Gx | 0.161 | 0.251 | |
| Gy | 0.788 | 0.700 | |
| Bx | 0.147 | 0.144 | |
| By | 0.050 | 0.051 | |
| Wsx | 0.272 | 0.287 | |
| Wsy | 0.289 | 0.303 | |
| CCT_Ws | 11,024 K | 8,721 K | |
| 색재현율 | DCI | 99.8 | 99.6 |
| BT2020 | 91.2 | 77.1 | |
먼저, 본 발명에서는 국제 방송 표준단체인 ITU에 권고한 4K/UHD의 규격인 BT2020 기준과 디지털 영화 기술 규정 및 품질 관리 규격으로 Digital Cinema Initiative 社에서 제정한 DCI 기준으로 설명한다. 또한, 색역을 절대 면적으로 나타내지 않고, 기준 색역 대비 상대 면적 비(%)로 나타낸 값을 색재현율(Color Reproduction Ratio: CRR)이라 하며 본 발명에서는 BT202의 색역을 기준으로 계산하였으며, 상기 기준 색역 대비 상대 면적 비(%)에서 상대 면적 비(%) 대신 중첩비(%)로 나타내었다.실시예 1과 비교예 5의 BT2020 중첩비를 비교해보면, 실시예 1의 BT2020 중첩비가 크게 개선된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 6을 참조하면, 실시예 1은 비교예 5와 비교하여, 청색 발광 영역, 녹색 발광 영역 및 적색 발광 영역에서 모두 반치폭이 감소하고 발광 세기가 증가하였는 바, 청색, 녹색, 적색 모두 발광 효율이 향상되었음을 확인할 수 있었다.
이하에서는 캐소드를 구성하는 성분비에 따른 효과에 대해 살펴보기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 투과율을 나타내는 그래프이다. 도 7은 캐소드(170)를 구성하는 Ag:Mg와 Ag의 성분비에 따른 파장별 투과율 변화를 나타낸 그래프이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 얇은 금속막으로 구성된 반투과 전극을 유기 발광 소자의 캐소드(170)로 사용하는 스트롱 캐비티(strong cavity) 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 그러나, 반투과 전극을 이용하여 캐소를 형성하는 경우, 투과율 확보가 중요하다.
도 7 및 하기 표 2와 같이, 캐소드의 구조 및 성분비에 따라 투과율 조절이 가능하다. 구체적으로, 하기 표 2와 같이, 캐소드를 두께가 80Å인 AgMg 단일층으로 구성한 경우, 530nm의 파장에서 66.7%의 투과율을 나타내어 우수한 투과 특성이 있다.
한편, 캐소드를 AgMg로 이루어진 제1층과 Ag로 이루어진 제2층으로 구성하는 경우, 면저항의 편차가 줄어든다. 하기 표 2에서 확인할 수 있듯이, Ag로 구성된 제2층이 두꺼울수록 투과율이 저하되는 경향이 있으며, 가시광 영역대에서 투과율을 50% 이상으로 함을 고려할 때, 제1층과 제2층을 합한 전체 두께는 60Å내지 120Å의 두께로 하며, 면저항의 편차를 줄일뿐 아니라 면저항의 평균 값도 줄이고 투과율을 높이기 위해서는 Ag로 이루어진 제2층의 두께가 40Å를 넘지 않는 것이 바람직하다.
| 구분 | AgMg(4:1)40/ Ag20 |
AgMg(4:1)40/ Ag40 |
AgMg(4:1)40/ Ag60 |
AgMg(4:1)80 | |
| 투과율 | 460 | 78.7 | 70.8 | 61.8 | 73.2 |
| 530 | 72.8 | 62.5 | 52.2 | 66.7 | |
| 560 | 70.3 | 59.2 | 48.7 | 63.6 | |
| 620 | 65.3 | 53.0 | 42.4 | 57.5 | |
| 면저항 | Max | 13.7 | 87.4 | 60.0 | 15.7 |
| Min | 12.8 | 86.3 | 59.0 | 14.1 | |
| Avg | 13.2 | 87.0 | 59.6 | 15.4 | |
| 편차 | 2.9 | 0.5 | 0.7 | 4.0 | |
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 유기 발광 표시 장치는 다음과 같이 설명될 수 있다.본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 복수의 서브 화소를 포함하는 기판 및 기판 상에 배치된 유기 발광 소자를 포함하고, 유기 발광 소자는 기판 상에 위치하고, 반사 전극 및 반사층 상의 투명 전극을 포함하는 애노드, 애노드 상에 위치하고, 제1 청색 유기 발광층을 포함하는 제1 발광부, 제1 발광부에 위치하고, 제2 청색 유기 발광층을 포함하는 제2 발광부, 제2 발광부에 위치하고, 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층을 포함하는 제3 발광부 및 제3 발광부 상의 캐소드를 포함하고, 투명 전극의 두께는 A0 = E1 - T1 + mB를 만족하고, 이때, A0는 투명 전극의 두께이고, E1은 상기 반사 전극의 상면과 상기 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리이고, T1은 상기 투명 전극의 상면과 상기 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리이고, 상기 m은 0 또는 양의 정수이고, B는 100nm 내지 115nm의 정수이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 애노드와 캐소드 사이에 위치하는 유기물층들의 두께는 320nm 내지 450nm일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 발광층과 제2 발광층 사이에 배치되는 제1 전하 생성층 및 제2 발광층과 제3 발광층 사이에 배치되는 제2 전하 생성층을 더 포함하고, 애노드와 캐소드 사이에 위치하는 유기물층들의 두께는, 제1 발광부, 제1 전하 생성층, 제2 발광부, 제2 전하 생성층 및 제3 발광부의 두께의 합일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 투명 전극의 두께는 220nm 내지 350nm일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반사 전극의 상면과 캐소드의 하면 사이의 거리는 600nm 내지 700nm일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 투명 전극의 평균 굴절률(n)은 1.7 내지 2.2일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반사 전극의 상면과 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리는 340nm 내지 390nm이고, 반사 전극의 상면과 제2 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리는 460nm 내지 510nm이고, 반사 전극의 상면과 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층 중 아래에 배치된 발광층의 하면 사이의 거리는 550nm 내지 600nm일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 캐소드는 Ag를 포함하고, 6nm 내지 12nm의 두께를 가지는 반투과 전극일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 캐소드는 AgMg 합금으로 이루어진 제1 층과 Ag으로 이루어진 제2 층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 발광부, 제2 발광부 및 제3 발광부는 440nm 내지 480nm, 530nm 내지 580nm 및 600nm 내지 650nm 범위에서 세 개의 발광 피크를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 화소는 서로 다른 색을 발광하는 제1 서브 화소, 제2 서브 화소, 제3 서브 화소 및 제4 서브 화소를 포함하고, 애노드는 복수의 서브 화소 각각과 대응하도록 분리되어 배치되고, 제1 발광부, 제2 발광부 및 제3 발광부는 복수의 서브와 대응하도록 연결되어 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 애노드와 캐소드 사이의 거리는 일정하고, 제1 발광부, 제2 발광부 및 제3 발광부의 두께가 일정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 발광부는 애노드와 제1 청색 유기 발광층 사이에 배치되는 제1 정공 수송층을 더 포함하고, 제1 정공 수송층의 두께는 복수의 화소 걸쳐 일정할 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 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 제한되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 유기 발광 표시 장치
101: 기판
110: 애노드
111: 반사 전극
112: 투명 전극
120: 제1 발광부
130: 제1 전하 생성층
140: 제2 발광부
150: 제2 전하 생성층
160: 제1 발광부
170: 캐소드
180: 컬러 필터
190: 투명 수지
TFT: 박막 트랜지스터
OLE: 유기 발광 소자
OL: 유기물층
101: 기판
110: 애노드
111: 반사 전극
112: 투명 전극
120: 제1 발광부
130: 제1 전하 생성층
140: 제2 발광부
150: 제2 전하 생성층
160: 제1 발광부
170: 캐소드
180: 컬러 필터
190: 투명 수지
TFT: 박막 트랜지스터
OLE: 유기 발광 소자
OL: 유기물층
Claims (15)
- 복수의 서브 화소를 포함하는 기판 및 상기 기판 상에 배치된 유기 발광 소자를 포함하고,
상기 유기 발광 소자는,
상기 기판 상에 위치하고, 반사 전극 및 상기 반사 전극 상의 투명 전극을 포함하는 애노드;
상기 애노드 상에 위치하고, 제1 청색 유기 발광층을 포함하는 제1 발광부;
상기 제1 발광부에 위치하고, 제2 청색 유기 발광층을 포함하는 제2 발광부;
상기 제2 발광부에 위치하고, 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층을 포함하는 제3 발광부; 및
상기 제3 발광부 상의 캐소드를 포함하고,
상기 투명 전극의 두께는 하기 수학식 1을 만족하는, 유기 발광 표시 장치:
[수학식 1]
A0 = E1 - T1 + mB
A0는 상기 투명 전극의 두께이고, E1은 상기 반사 전극의 상면과 상기 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리이고, T1은 상기 투명 전극의 상면과 상기 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리이고, 상기 m은 0 또는 양의 정수이고, B는 100nm 내지 115nm의 정수이다. - 제1 항에 있어서,
상기 E1은 340nm 내지 375nm이고, 상기 T1은 50nm 내지 55nm인, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 발광부과 상기 제2 발광부 사이에 배치되는 제1 전하 생성층 및 상기 제2 발광부과 상기 제3 발광부 사이에 배치되는 제2 전하 생성층을 더 포함하고,
상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하는 유기물층들의 두께는, 상기 제1 발광부, 상기 제1 전하 생성층, 상기 제2 발광부, 상기 제2 전하 생성층 및 상기 제3 발광부의 두께의 합이고,
상기 유기물층들의 두께는 320 내지 350nm인, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 투명 전극의 두께는 220nm 내지 350nm인, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 반사 전극의 상면과 상기 캐소드의 하면 사이의 거리는 625nm 내지 660nm인, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 투명 전극의 평균 굴절률(n)은 1.7 내지 2.2인, 유기 발광 표시 장치. - 제6 항에 있어서,
상기 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)인, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 반사 전극의 상면과 상기 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리는 340nm 내지 375nm이고,
상기 반사 전극의 상면과 상기 제2 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리는 470nm 내지 505nm이고,
상기 반사 전극의 상면과 상기 적색 유기 발광층 및 상기 녹색 유기 발광층 중 아래에 배치된 발광층의 하면 사이의 거리는 560nm 내지 595nm인, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 캐소드는 AgMg 합금으로 이루어지고, Ag 대 Mg의 조성비가 4:1인, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 캐소드는 AgMg 합금으로 이루어진 제1 층과 Ag으로 이루어진 제2 층으로 구성되고, 상기 캐소드의 두께는 6nm 내지 12nm인, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 유기 발광 소자는 440nm 내지 480nm, 530nm 내지 580nm 및 600nm 내지 650nm 범위에서 세 개의 발광 피크를 가지는 것을 특징으로 하는 유기발광 표시장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 청색 유기 발광층 및 상기 제2 청색 유기 발광층은 형광 청색 발광층이고, 상기 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층은 각각 인광 적색 발광층 및 인광 녹색 발광층인, 유기 발광 표시 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 투명 전극의 두께는 상기 투명 전극의 상면과 상기 캐소드의 하면 사이의 거리 보다 작은, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 반사 전극의 상면과 상기 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리와 상기 투명 전극의 상면과 상기 제1 청색 유기 발광층의 하면 사이의 거리의 차이는 100nm 내지 115nm인, 유기 발광 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 캐소드 상에 60nm 내지 90nm의 두께를 가지는 광보상층을 더 포함하는, 유기 발광 표시 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020190179926A KR20210086173A (ko) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 유기 발광 표시 장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal |