KR20210086356A - 유기 발광 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 발광 표시 장치에 관한 것으로, 특히 인광 발광층들이 적층된 스택 구조에서, 인광 발광층의 수명을 보상할 수 있는 층을 인접 구성한 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.

Description

유기 발광 표시 장치 {Organic Light Emitting Display Device}
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 특히 인광 발광층들이 적층된 스택 구조에서, 인광 발광층의 수명을 보상할 수 있는 층을 인접 구성한 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.
최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 표시 장치(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 및 양자점 표시 장치(Quantum Dot Display Device) 등을 들 수 있다.
이 중, 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 자발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.
한편, 유기 발광 표시 장치에서는 복수개의 서브 화소를 구비하고, 별도의 광원없이 각 서브 화소에 유기 발광 소자를 구비하여, 광을 출사하고 있다.
최근에는 유기 발광 소자의 구성에 증착 마스크없이 공통적으로 유기층 및 발광층을 구성하는 탠덤(tandem) 소자가 공정성 측면에서 부각되며 이에 대한 연구가 이루어지고 있다.
그런데, 복수개의 발광층을 구비하는 탠덤 소자에서 특히 이종 발광층을 구비한 스택은, 스택 내의 발광층들이 서로에 영향을 주어 전류 밀도 변화에 따라 발광층들 내 발광 영역의 변화가 발생되고 이는 균일한 백색을 구현하기 어렵게 하여, 화질 불량을 초래하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 한계를 극복하기 위해 안출한 것으로, 특히 인광 발광층들이 적층된 스택 구조에서, 인광 발광층의 수명을 보상할 수 있는 층을 인접 구성한 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 특히 인광 발광층들이 적층된 스택 구조에서, 인광 발광층의 수명을 보상할 수 있는 층을 인접 구성한 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 복수개의 서브 화소를 갖는 기판 및 상기 각 서브 화소에 걸쳐 구비된 백색 유기 발광 소자를 포함하며, 상기 백색 유기 발광 소자는, 제 1 전극과 상기 제 1 전극과 대향된 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 하나 이상의 청색 발광 스택과, 인광 발광 스택을 포함하며, 상기 인광 발광 스택은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 수명 보상용 발광층을 구비하며, 상기 수명 보상용 발광층은 상기 서브 화소들에 걸쳐 상기 녹색 발광층과 접할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 백색 유기 발광 소자의 구성 요소로 적층된 스택 구성들 중 인광 스택들에 발광에 기여하는 적색 발광층 및 녹색 발광층 외 수명을 보상할 수 있는 보상층을 더 구비하여 접합 구성된 인광 발광층의 스트레스를 보상층에서 제어할 수 있게 한다. 따라서, 수명이 개선된다.
둘째, 보상층은 발광 도펀트를 포함하되, 접하여 있는 인광 발광층의 인광 도펀트와 삼중항 준위 차를 갖는 발광 도펀트를 포함시켜 발광에 기여하지 않고 여기자 스트레스를 전달받을 수 있다.
셋째, 인광 발광 스택은 다층 인광 발광층이 접합되어 있어 사이의 계면에서 엑시톤이 집중되는 현상을 완화시킬 수 있으며, 발광에 기여하지 않은 엑시톤을 보상층으로 밀어주어 인광 발광층 각각의 효율 또한 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 백색 유기 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도
도 2는 도 1의 인광 발광 스택을 나타낸 에너지 다이어그램
도 3a 및 도 3b는 녹색 발광층 상에 수명 보상층 유무에 따라 녹색 발광 메커니즘을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 녹색 발광층의 발광 메커니즘을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 구성을 나타낸 단면도
도 6은 본 발명의 유기 발광 표시 장치를 나타낸 단면도
도 7은 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 제 16-19 실험예에 따른 백색 스펙트럼을 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 부품 명칭과 상이할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 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 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기판 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예에 포함된 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 위치 관계에 대하여 설명하는 경우에, 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.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 시간 관계에 대한 설명하는 경우에, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, '제 1~', '제 2~' 등이 다양한 구성 요소를 서술하기 위해서 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 서로 동일 유사한 구성 요소 간에 구별을 하기 위하여 사용될 따름이다. 따라서, 본 명세서에서 '제 1~'로 수식되는 구성 요소는 별도의 언급이 없는 한, 본 발명의 기술적 사상 내에서 '제 2~' 로 수식되는 구성 요소와 동일할 수 있다.
본 발명의 여러 다양한 실시예의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 다양한 실시예가 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 백색 유기 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1의 인광 발광 스택을 나타낸 에너지 다이어그램이다.
도 1 과 같이, 본 발명의 백색 유기 발광 소자는 청색 발광 스택(BS1, BS2)과 인광 발광 스택(PLS)을 함께 구비한 것으로, 특히 인광 발광 스택(PLS)에 발광에 기여하는 적색 발광층(132)과 녹색 발광층 (133)을 포함할 뿐만 아니라 인접하여 있는 인광 발광층인 녹색 발광층(133)의 수명 보상에 기여하는 수명 보상 층(134)을 구비한 것이다.
구체적으로 인광 발광 스택(PLS)은 도 2와 같이, 정공 수송층(131)과 전자 수송층(135) 사이에 적색 발광층(132), 녹색 발광층(133) 및 수명 보상층(134)이 연속 구성되어 있다.
여기서, 청색 발광층(134)이 인광 발광층에 대한 수명 보상층으로 기능하는 것이다.
본 발명의 유기 발광 소자에서 인광 발광 스택(PLS)는 서로 다른 이종의 적색 발광층(132)과 녹색 발광층(133)에서 발광이 이루어지는 것으로, 청색 발광 스택(BS1, BS2)과 달리, 하나의 스택 내에 여러 개의 발광층(132, 133)이 서로 나누어 엑시톤을 분배하여 발광이 이루어지며, 이에 따라 적색 발광층(132)과 녹색 발광층(133)의 계면에서 발광이 집중되어 이로 인한 스트레스가 집중된다.
그리고, 적색 발광층(132)과 녹색 발광층(133)의 차지 밸런스를 적절히 조절하여야 적색과 녹색의 균등한 발광이 이루어지는데, 도핑 농도나 호스트 비율, 두께 조절 등에 의해 어느 하나의 발광층을 움직이게 되면 다른 발광층의 특성이 함께 변동되어 제약이 큰 편이다. 특히, 인광 발광층들은 엑시톤을 이용해 발광이 이용해주는데, 이의 긴 수명에 인해 재료에 가해지는 스트레스가 크며, 특히 이로 인해 도펀트의 수명에 영향이 크다.
본 발명의 유기 발광 소자에서 상기 인광 발광 스택(PLS)은 특히, 인광 발광층(132, 133)들이 접목되어 있는 구조에서, 발광에 기여하지 않는 엑시톤의 일부를 수명 보상층(134)측으로 밀어주어 상기 청색 발광층(134)에서 녹색 발광층(133)에 가해지는 수명 저하 현상을 방지한 것이다.
수명 저하를 해소하는 원리를 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 녹색 발광층 상에 수명 보상층 유무에 따라 녹색 발광 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 3a는 일반적인 녹색 인광 발광층의 정공, 전자 재결합에 따른 여기 현상을 나타낸 것으로, 재결합에 의해 생성된 여기자가 그라운드 상태로 에너지가 떨어지며 발광이 발생되는 것이다.
도 3b는 도 2의 수명 보상층을 녹색 인광 발광층에 측부에 접하여 형성시킨 것으로, 녹색 인광 발광층에서 여기에 이용되지 못한 여기자가 접하여 있는 청색 발광층의 청색 도펀트의 삼중항 에너지 준위로 이동하여 비발광성으로 소멸하는 것이다.
이는 이론적으로 인광이 효율이 높지만 실질적으로 여기자의 수명이 길어 발광에 이용되지 않고 남는 여기자끼리 만나 소멸되는 현상으로 인해 수명이 저하되는 문제를 갖고 있기 때문이다. 이 경우, 인광 발광 스택(PLS)에 구비된 수명 보상층(134)은 인접한 녹색 발광층(133)으로부터 발광에 작용하지 못한 여기자를 받아 청색 발광층(134)의 위치에서 여기자를 소거시키는 것으로, 이로 인해 청색 발광층의 수명을 개선할 수 있다.
이러한 과정은 상기 청색 발광층의 청색 형광 도펀트의 삼중항 에너지 준위가 상대적으로 녹색 발광층의 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 높을 때 발생한다.
이 경우, 녹색 발광층 내부에서 생성되는 엑시톤 중 높은 에너지를 갖는 것들의 일부를 청색 도펀트의 삼중항 에너지로 들어가도록 설정하여 녹색 도펀트에 가해지는 스트레스의 일부를 청색 도펀트로 전이시켜 녹색 발광층의 수명을 증가시키는 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 녹색 발광층의 발광 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따라 청색 발광층의 청색 도펀트(BD2)의 삼중항 에너지 준위가 상기 녹색 발광층의 녹색 인광 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 낮은 경우를 나타낸다. 이 경우, 녹색 발광층 후단에 구비된 청색 발광층 내의 청색 도펀트(BD2)가 녹색 도펀트보다 낮은 삼중항 준위를 갖도록 하여, 청색 도펀트의 삼중항 에너지로 여기자가 모이게 하여 녹색 도펀트에 부가되는 스트레스의 일부를 전이시켜 녹색 도펀트의 수명을 증가시킨다.
한편, 본 발명이 인광 발광 스택 내의 수명 보상층으로 적용되는 청색 발광층은 얇은 층으로 포함되어 있어, 실질적으로 발광에 기능하지 않으며, 인접한 녹색 발광층의 스트레스를 전이받는 기능을 한다.
도 5는 본 발명의 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 5와 같이, 본 발명의 유기 발광 소자는 3개의 스택(S1, S2, S3)으로 이루어짐을 나타낸다.
각 발광 스택(S1, S2, S3)은 아래서부터 차례로, 제 1 청색 발광 스택(S1), 인광 발광 스택(S2), 제 2 청색 발광 스택(S3)으로 이루어진다. 이러한 예는 일예이며, 본 발명에서, 인광 발광 스택(S2)과 청색 발광 스택(S1, S3)을 구비한다면 인광 발광 스택(S1)의 배치는 도시된 바와 같이, 중앙에 위치할 수도 있고, 혹은 제 1 전극(110)이나 제 2 전극(150)에 접하여 배치될 수 있다.
각 발광 스택(S1, S2, S3) 사이에는 전하 생성층(161, 162)이 구비된다.
제 1 발광 스택(S1)은 제 1 공통층(CML1), 제 1 청색 발광층(BEML1), 제 2 공통층(CML2)을 구비한다.
제 2 발광 스택(S2)은 제 3 공통층(CML3), 적색 발광층(REML1), 녹색 발광층(G EML), 수명 보상층(134) 및 제 4 공통층(CML4)을 구비한다.
제 3발광 스택(S3)은 제 5 공통층(CML5), 제 2 청색 발광층(BEML2), 제 6 공통층(CML6)을 구비한다.
여기서, 공통층들(CML1~CML6)은 각각 단일층일 수도 있지만 서로 다른 기능을 갖는 복수층으로 포함하도록 형성할 수 있다.
각 발광 스택에서 발광층 하부에 있는 공통층들은 정공 수송성 공통층이며, 상부에 있는 공통층은 전자 수송층들이다.
본 발명의 유기 발광 소자는 백색 유기 발광 소자로 제 1 내지 제 3 발광 스택(S1, S2, S3)에서 합산된 광이 최종 백색을 발광한다.
제 1, 제 3 발광 스택(S1, S3)은 청색을 발광하며, 상기 제 2 발광 스택(S2)은 적색 발광층(132)과 녹색 발광층(133)이 각각 적색과 녹색을 발광한다.
앞서 설명한 바와 같이, 제 2 발광 스택(S2)(인광 발광 스택)에서 수명 보상층(134)은 녹색 발광층(133)에 접하여 녹색 발광층(133)에 엑시톤 과잉 등이나 엑시톤이 잔류하여 받는 스트레스를 분산하여 기능하는 것으로, 그 기능에 대해 실험을 참조하여 후술한다.
본 발명의 특징은 인광 발광 스택(S2)에 발광에 기능하는 적색 발광층(132)과 녹색 발광층(133) 외에 별도의 수명을 보상하는 청색 발광층(134)을 더 포함한 데 있다.
도 2 내지 도 4의 예로, 청색 발광층(134)이 청색 도펀트를 갖는 점을 설명했지만, 스트레스를 전이받는 기능에 주목한다면 청색 도펀트가 아닌 다른 색의 도펀트일 수도 있다. 다만, 접하여 있는 녹색 발광층(133)의 도펀트와는 삼중항 에너지 준위 차를 갖는 도펀트인 것이 과잉 여기자나 높은 에너지 상태의 여기자를 받는 점에서 바람직할 것이다.
각 발광 스택(S1~S3)은 각각 발광층 하부에 정공 수송성 공통층(121, 131, 141)과 발광층 상부에 전자 수송성 공통층(123, 135, 143)을 포함한다.
도 5에서, 상기 정공 수송성 공통층(121, 131, 141)은 정공 주입층이나 정공 수송층이 될 것이다.
정공 주입층은 MoO3, CuPc (copperphthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 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 한정되지 않는다.
또한, 상기 정공 주입층은 유기물과 무기물이 혼합된 층일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에 있어서, 상기 유기물은 루브렌(Rubrene) 이고, 상기 무기물은 플루오르화마그네슘(MgF2)일 수 있다.
상기 정공 수송성 공통층(121, 131, 141)이 정공 수송층을 포함할 때, 정공 주입층 상에 배치될 수 있으며, 제 1 전극(110)으로부터 전달 또는 공급된 정공이 발광층(122) 내로 원활하게 수송하는 역할을 한다.
정공 수송성 공통층(121, 131, 141)은 서로 상이한 특성을 갖는 2종의 물질, 예를 들어, 제 1 물질 및 제 2 물질을 포함하는 혼합구조 (mixed structure)의 단일층 (single layer)을 포함할 수 있다. 제 1 물질은, 발광층(122, 132, 142)으로의 정공의 이동이 향상되도록 제 2 물질 대비 정공 이동도가 큰 물질이다. 상기 제 1 물질은,α-NPD, TCTA, TPD, TPB, TAPC,m-TPEE, FTPD, (NDA)PP, TRP, PPD, OPT1 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 정공 수송층의 제 2 물질은, 발광층으로부터의 전자의 확산이 감소되도록 제 1 물질 대비 삼중항 에너지 레벨 (triplet energy level, T1)이 높은 물질이다.
또한, 정공 수송층의 제 2 물질은, 정공 수송층과 발광층 사이의 계면에 정공이 축적되는 것이 최소화되도록, 제 1 물질 대비 HOMO 레벨이 낮은 물질일 수 있다.
또한, 제 2 물질은 정공 수송층의 내구성이 향상되도록 열 안정성이 높은 물질이다. 상기 제2 물질은, 스피로플루오렌(spirofluorene)기가 포함된 유기 화합물일 수 있다.
정공 수송층이 혼합 구조(mixed structure)로 구성됨으로써, 정공 수송성 공통층(121, 131, 141)으로부터 발광층(122, 132~133, 142)으로의 정공의 이동이 향상되는 동시에 발광층으로부터 정공 수송층성 공통층으로 전자가 이동되는 것이 감소되어, 구동 전압, 발광 효율 및 수명 개선 효과를 얻을 수 있다.
제 1 공통층(121)에 포함되는 정공 주입층은 유기 스택(OS) 중 투명 전극 혹은 반사 전극 성분의 무기물인 제 1 전극(110)과 바로 접하는 층으로, 제 1 전극(110)과의 계면에서 정공이 유입됨에 있어 계면 스트레스를 낮추며 에너지 배리어를 낮추어 정공이 원활히 유기 스택(OS)으로 주입되도록 하는 층이다. 만일 제 1 전극(110)에 접하는 층이 다른 발광 스택, 예를 들어, 인광 발광 스택일 때, 인광 발광 스택에 정공 주입층이 구비될 수 있다. 여기서, 제 1 전극(110)은 애노드(anode)로 기능한다.
전자 수송성 공통층(123, 135, 143)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제 1 내지 제 3 발광 스택(S1~S3)에 포함된 전자 수소성 공통층(123, 135, 143)은 제 2 공통층(123)과 동일 재료를 이용할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자에서, 제 1 및 제 3 스택(S1, S3)에 구비된 청색 발광층은 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 단, 청색 발광을 구현하는 제 1 및 제 2 청색 발광층(122, 142)은 각각 단일 발광층으로 기능한다. 한편, 본 발명의 제 1, 제2 청색 발광층(122, 142)에 이용되는 청색 도펀트사 가 형광 도펀트일 때, 이는 DABNA-1 (5,9-diphenyl-5,9-dihydro-5,9-diaza-13b-boranaphtho[3,2,1-de]anthracene)과 같은 boron 계열의 청색 형광 도펀트로 구성된다.
경우에 따라 인광 발광 스택(S2)에 포함되어 녹색 인광 발광층(133)에 기여하는 청색 발광층(134)의 도펀트는 상술한 동종의 형광 도펀트일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
그리고, 제 2 스택(S2)에 포함되는 적색 발광층(132)과 녹색 발광층(133)이 적층하여 위치한 것으로, 그 상부의 청색 발광층(134)은 녹색 발광층(133)과 접하여 여기자 스트레스를 인가받는 것으로, 발광에 기능하지 않는다. 상기 청색 발광층(134)은 녹색 발광층(133)과 계면을 이루며 기판의 서브 화소들(도 6의 R_SP, G_SP, B_SP, W_SP) 전 영역에 구비된다.
적색 발광층(132)은, 광의 피크 파장이 600nm 이상 650nm 이하 일 수 있다.
녹색 발광층(133)은 광의 피크 파장이, 500 nm 이상 590nm 이하일 수 있다.
또한, 제 1, 제 2 청색 발광층(122, 142)는발광층으로부터 발광된 광의 피크 파장은, 430nm 이상 480nm 이하일 수 있다.
상기 적색 발광층(132)과 녹색 발광층(133)은 각각 인광 도펀트를 포함하며, 각각 DBTTP1(4-(3-(triphenylen-2-yl)phenyl)dibenzo[b,d]thiophene) 혹은 CBP(4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl) 등의 호스트(host) 물질을 포함하며, Ir(PIQ)2(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium(Ⅲ)), Ir(PIQ)3(tris(1-phenylquinoline)iridium(Ⅲ)) 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트(dopant)를 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 유기 발광 소자에서는 전체 스택을 통해 백색을 표현할 수 있다.
도 6와 같이, 본 발명의 유기 발광 소자를 표시 장치에 구현하면 다음과 같다.
도 6과 같이, 본 발명의 유기 발광 소자를 포함하는 표시 장치는 복수개의 서브 화소(R_SP, G_SP, B_SP, W_SP)를 갖는 기판(100)과, 상기 기판(100)의 서브 화소들(R_SP, G_SP, B_SP, W_SP)에 공통적으로 구비되는 도 1에 따른 백색 유기 발광 소자(OLED)와, 상기 서브 화소 각각에 구비되며, 백색 유기 발광 소자(OLED)의 상기 제 1 전극(110) 과 접속된 박막 트랜지스터(TFT) 및 상기 서브 화소 중 적어도 어느 하나의 상기 제 1 전극(110) 하측에 구비된 컬러 필터층(109R, 109G, 109B)을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 표시 장치는 복수개의 서브 화소를 갖는 기판(110) 및 상기 각 서브 화소에 걸쳐 구비된 백색 유기 발광 소자(OLED)를 포함하며, 상기 백색 유기 발광 소자(OLED)는, 제 1 전극(110)과 상기 제 1 전극과 대향된 제 2 전극(150)과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 하나 이상의 청색 발광 스택(도 5의 S1, S3)과, 인광 발광 스택(도 5의 S2)을 포함하며, 상기 인광 발광 스택(도 5의 S2)은 적색 발광층(132), 녹색 발광층(133) 및 수명 보상용 발광층(134)을 구비하며, 상기 수명 보상용 발광층(청색 발광층) (134)은 상기 서브 화소들에 걸쳐 상기 녹색 발광층(133)과 접할 수 있다. 여기서, 청색 발광층 대신 수명 보상용 발광층이라 명명한 이유는 기능상 발광을 하지 않고 인광 보상층들의 수명 보상에만 기여하기 때문이다.
상기 수명 보상용 발광층(134)은 청색 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 수명 보상용 발광층(134)의 두께는 상기 적색 발광층(132)과 상기 녹색 발광층(133)의 각각의 두께보다 얇을 수 있다. 이는 수명 보상용 발광층(134)이 발광에 기여하지 않고 여기자 스트레스를 제거하기 위함이다.
이 때, 상기 수명 보상용 발광층(청색 발광층)(134)의 두께는 10Å 내지 50Å일 수 있다. 이 범위에서의 효과는 후술한다.
상기 녹색 발광층(133)과 상기 적색 발광층(134)은 각각 녹색 인광 도펀트와 적색 인광 도펀트를 포함하는 인광 발광층으로 이들은 발광에 기여할 수 있다.
상기 녹색 발광층(133) 내의 녹색 인광 도펀트는 상기 청색 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 낮은 에너지 준위를 가질 수 있다.
상기 녹색 발광층(133)의 녹색 인광 도펀트는 상기 청색 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 높은 에너지 준위를 가질 수 있다.
상기 수명 보상용 발광층(134)의 도핑 농도는 1wt% 내지 10wt% 일 수 있다.
상기 적색 발광층(132), 녹색 발광층(133) 및 수명 보상용 발광층(134)은 차례로 적층되며, 정공 수송층(131)과 전자 수송층(135) 사이에 위치할 수 있다.
상기 청색 발광 스택(S1, S2)은 복수개일 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 청색 발광 스택(S1, S2) 각각은 정공 수송성 공통층(121, 141)과 청색 발광층(122, 142) 및 전자 수송성 공통층(123, 143)의 적층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(110)은 상기 각 서브 화소에 구비된 박막 트랜지스터(TFT)와 접속되며 상기 제 1 전극(110)과 상기 기판(100) 사이에 컬러 필터층(109R, 109G, 109B)을 더 포함할 수 있다.
도시된 예는 백색 서브 화소(W_SP)를 포함한 예를 설명하였으나, 이에 한하지 않고, 백색 서브 화소(W_SP)가 생략되고, 적색, 녹색 및 청색 서브 화소(R_SP, G_SP, B_SP)만 구비한 구조도 가능할 것이다. 경우에 따라, 적색, 녹색 청색 서브 화소를 대체하여 조합하여 백색을 표현할 수 있는 시안(cyan) 서브 화소, 마젠타(magenta) 서브 화소 및 옐로우(yellow) 서브 화소의 조합도 가능하다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)는 일 예로, 반도체층(102)과 상기 반도체층의 소정 부위에 위치한 게이트 절연막(103) 및 게이트 전극(104)과, 상기 반도체층(104)의 양측과 접속된 소스 전극(106a) 및 드레인 전극(106b)을 포함한다.
상기 반도체층(102)은 예를 들어, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 산화물 반도체 혹은 열거된 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(106b)은 제 1 전극(110)과 제 1, 제 2 보호막(107, 108) 내에 구비된 콘택홀(CT) 영역에서 접속될 수 있다.
상기 제 1 보호막(107)은 일차적으로 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 보호하기 위해 구비되며, 그 상부에 컬러 필터(109R, 109G, 109B)가 구비될 수 있다.
상기 복수개의 서브 화소는 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소, 청색 서브 화소 및 백색 서브 화소를 포함할 때, 상기 컬러 필터층은 백색 서브 화소(W_SP)를 제외한 나머지 서브 화소들에 제 1 내지 제 3 컬러 필터(109R, 109G, 109B)로 나뉘어 구비되어, 상기 제 1 전극(110)을 통과하여 출사되는 백색 광을 각 파장별로 통과시킨다. 그리고, 상기 제 1 내지 제 3 컬러 필터(109R, 109G, 109B)를 덮으며, 상기 제 1 전극(110) 하측에 제 2 보호막(108)이 형성될 수 있다. 제 1 전극(110)은 콘택홀(CT)을 제외하여 제 2 보호막(108) 표면에 형성된다.
여기서, 유기 발광 소자(OLED)는 도 5에서 설명한 구조로 투명한 제 1 전극(110)과, 이에 대향된 반사성 전극의 제 2 전극(150)과 상기 제 1, 제 2 전극(110, 150) 사이에 제 1 청색 발광층을 포함한 제 1 스택(S1), 적색 발광층(132), 녹색 발광층(133)과 상기 녹색 발광층(133)의 수명을 보상하는 청색 발광층(134)을 포함하는 제 2 스택(S2) 및 제 2 청색 발광층을 포함하는 제 2 스택(S3)이 사이에 전하 생성층(161 162)을 두고 연결되어 있는 형태이다. 혹은 유기 스택(OS)의 구성으로, 상술한 청색 발광 스택(BS) 및 이종 발광 스택(BRS, BGS) 중 적어도 어느 하나를 복수개 더 구비하되, 각 발광 스택들 사이에 전하 생성층을 구비하여 형성할 수 있다. 이 경우, 복수개 구비된 발광 스택은 동일 구조일 수 있다.
여기서 설명하지 않은 119는 뱅크(Bank)를 나타내는 것으로, 뱅크 사이의 BH는 뱅크 홀을 의미한다. 뱅크 홀을 통해 개구된 영역에 발광이 이루어지는 것으로, 상기 뱅크 홀은 각 서브 화소의 발광부를 정의한다.
한편, 도 6의 표시 장치는 일예로 하부 발광 방식에 따른 표시 장치를 나타낸 것이다.
그러나, 본 발명의 표시 장치는 이러한 예에 한하지 않으며, 도 6의 표시 장치의 구조에서 컬러 필터층을 제 2 전극(150) 상측에 위치시키고, 제 1 전극(110)을 반사성 금속을 포함하도록 하고, 제 2 전극(150)을 투명 전극 혹은 반투과성 금속으로 구성하여 상부 발광 방식으로 구현할 수도 있다. 제 1, 제 2 전극(110, 150) 중 반사성 전극은 예를 들어, 은, 은 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, AgMg 및 APC 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
혹은 상기 컬러 필터층을 생략하거나 구비하고, 상기 제 1, 제 2 전극(110, 150) 모두 투명 전극으로 하여 투명 유기 발광 소자를 구현할 수도 있다.
경우에 따라 상기 제 2 전극(150)이 상기 제 6 공통층(143)과 접하는 측에 무기 화합물 성분의 LiF 혹은 LiF와 전이 금속과의 혼합물을 더 구비하여 전자 주입층을 구비할 수도 있다.
전자 주입층은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 할로겐과의 화합물의 화합물로 LiF가 아닌 다른 재료로 변경될 수 있다. 혹은 상기 전자 주입층은 경우에 따라 생략될 수 있다.
또한, 제 2 전극(150)의 예로 제시된 Al는 일예이며, 전자의 주입이 용이한 다른 금속으로 변경될 수 있다. 경우에 따라 복수개의 금속층의 적층으로 이루어질 수 있으며, 이 중 어느 하나만이 반사성 금속이며 나머지는 투명 금속으로 하여 반사성 금속과 투명 금속의 적층을 포함할 수도 있다.
한편, 전하 생성층(161, 162)은 도시된 바와 같이, 각각 인접한 하부 발광 스택과 접한 n형 전하 생성층(미도시)과 인접한 상부 발광 스택과 접한 p형 전하 생성층(미도시)의 적층으로 이루어질 수도 있다. 그러나, 이는 일예이며, 하나 이상의 호스트에 각각 n형 도펀트와 p형 도펀트를 포함하여 전자 및 정공을 생성하여 인접한 스택으로 공급하는 전하 생성층을 구비할 수도 있다.
이하, 표를 참조하여 본 발명의 (백색) 유기 발광 소자의 효과에 대해 살펴본다.
표 1은 도 5의 인광 발광 스택(S2)에서 청색 발광층(134)은 구비하지 않은 경우를 제 1 실험예(Ex1), 청색 발광층(134)을 구비하되 청색 도펀트를 도 3b에서 설명한 삼중항 에너지 준위가 녹색 발광층의 녹색 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 높게 설명한 예를 제 2 실험예(Ex2), 청색 발광층(134)을 구비하되 청색 도펀트를 도 4에서 설명한 삼중항 에너지 준위가 녹색 발광층의 녹색 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 작게 설명한 예를 제 3 실험예(Ex3)로 한 것이다.
Figure pat00001
표 1을 살펴보면, 구동 전압의 변화가 거의 없고, 효율에서는 오히려 청색 발광층을 구비한 제 2, 제 3 실험예(Ex2, Ex3)에서 향상된 점을 확인할 수 있다. 이는 청색 발광층(134)을 인광 발광 스택의 발광층 후단에 구비하여도 50Å 이하로 얇게 구비하는 경우, 인광 발광 스택의 효율의 거의 영향이 없음을 확인한 것이다.
이하, 청색 발광층을 구비시 전체 백색 유기 발광 소자(도 5의 제 1 전극(110)부터 제 2 전극(150)까지 3 스택 구조)에서, 효율과 더불어 수명 변화를 살펴본다.
표 2의 실험은 백색 유기 발광 소자의 청색 발광층(134)에 대해 각각 청색 발광층 없는 구조를 제 1 실험예(Ex1), 청색 발광층(134)의 호스트 재료만을 구비한 것을 제 2 실험예(Ex2)로 하고 나머지 제 3 실험예부터 제 8 실험예는 점차 청색 도펀트의 도핑 농도를 1wt%, 2wt%, 4wt%, 6wt%, 8wt%, 10wt%으로 늘리며 실험한 것이다.
이 경우, 구동 전압, 효율 차는 거의 발생하지 않으며, 청색 도펀트를 포함한 경우부터, 적색과 녹색의 수명이 현저히 향상함을 확인할 수 있다.
상대적으로 10wt%를 넘게 청색 도펀트를 도핑시 수명은 개선되지만 외부 양자 효율이 떨어지는 경향이 있어, 본 발명에서는 청색 도펀트의 도핑량을 1wt%에서 10wt%로 한다.
Figure pat00002
표 3에 따른 실험을 살펴보면, 백색 유기 발광 소자의 청색 발광층(134)에 대해 각각 청색 발광층 없는 구조를 제 9 실험예(Ex9), 청색 발광층(134)를 제 10 실험예(Ex10)에서부터 제 15 실험예(Ex15)까지 구비하고 그 도펀트 량을 4wt%로 하되, 각각 청색 발광층(134)의 두께를 10Å, 20Å, 30Å, 50Å, 75Å, 100Å으로 한 것이다. 이 경우, 청색 발광층을 포함한 모두 경우 적색, 녹색, 백색의 수명이 모두 향상되었다. 다만, 구동 전압 증가와 외부 양자 효율 (EQE) 감소가 75Å 이상부터 관찰되어 본 발명의 (백색) 유기 발광 소자에서 수명을 보상하기 위해 추가하는 청색 발광층의 두께를 50Å 이하로 한다.
Figure pat00003
이하의 실험은 백색 유기 발광 소자 내에서 청색 발광층을 구비하지 않는 경우(Ex16) 대비 청색 발광층 내 청색 도펀트의 함량을 4wt%으로 하고 청색 발광층 두께를 각각 10Å(Ex17), 100Å(Ex18)로 한 경우, 두께를 각각 50Å로 고정으로 하고, 도펀트 함량의 차를 크게 준 경우 Ex19-1wt%, Ex20-10wt%에 대한 실험이다.
도 7은 본 발명의 백색 유기 발광 소자의 제 16-19 실험예에 따른 백색 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7과 표 4와 같이, 각 실험예들에서 백색 스펙트럼의 경향은 유사하게 나타난다. 주목할 것은 청색 도펀트 함량을 늘려도 그 두께가 작을 경우 거의 인광 발광 스택(S2) 내에서 청색 발광이 발생되지 않는 것이다. 다만, 두께가 두꺼워질 경우 구동 전압 증가와 외부 양자 효율 저하가 있어, 청색 발광층 두께는 50Å 이하로 하며, 청색 도펀트는 10wt% 이상 더 포함시 수명 향상에 더 기여하지 않으므로 10wt% 이하로 제한한다.
Figure pat00004
본 발명의 유기 발광 소자는 백색 유기 발광 소자에서 특히 인광 발광 스택에서 백색 효율에 주요 기능을 하는 녹색 발광층의 효율 개선을 위한 것이다.
녹색 발광층은 적색 발광층과 함께 효율 개선을 위해 인광 도펀트를 이용하지만 이 때 엑시톤의 수명이 길기 때문에, 발광에 기여하지 않는 남는 엑시톤이 서로 만나며 소멸되는 등 수명이 좋지 않는 경향이 있다. 본 발명의 유기 발광 소자는 인광 발광 스택 내 녹색 발광층과 접하여 청색 발광층 혹은 수명 보상 발광층을 더 구비하여, 여기자 스트레스를 분산시킬 영역을 확보하고 이를 통해 효율 향상과 함께 수명 향상을 꾀한 것이다.
본 발명의 유기 발광 소자는, 백색 유기 발광 소자의 구성 요소로 적층된 스택 구성들 중 인광 스택들에 발광에 기여하는 적색 발광층 및 녹색 발광층 외 수명을 보상할 수 있는 보상층을 더 구비하여 접합 구성된 인광 발광층의 스트레스를 보상층에서 제어할 수 있게 한다. 따라서, 수명이 개선된다.
또한, 보상층은 발광 도펀트를 포함하되, 접하여 있는 인광 발광층의 인광 도펀트와 삼중항 준위 차를 갖는 발광 도펀트를 포함시켜 발광에 기여하지 않고 여기자 스트레스를 전달받을 수 있다.
그리고, 인광 발광 스택은 다층 인광 발광층이 접합되어 있어 사이의 계면에서 엑시톤이 집중되는 현상을 완화시킬 수 있으며, 발광에 기여하지 않은 엑시톤을 보상층으로 밀어주어 인광 발광층 각각의 효율 또한 개선할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 복수개의 서브 화소를 갖는 기판 및 상기 각 서브 화소에 걸쳐 구비된 백색 유기 발광 소자를 포함하며, 상기 백색 유기 발광 소자는, 제 1 전극과 상기 제 1 전극과 대향된 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 하나 이상의 청색 발광 스택과, 인광 발광 스택을 포함하며, 상기 인광 발광 스택은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 수명 보상용 발광층을 구비하며, 상기 수명 보상용 발광층은 상기 서브 화소들에 걸쳐 상기 녹색 발광층과 접할 수 있다.
상기 수명 보상용 발광층은 청색 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 수명 보상용 발광층의 두께는 상기 적색 발광층과 상기 녹색 발광층의 각각의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 수명 보상용 발광층의 두께는 10Å 내지 50Å일 수 있다.
상기 녹색 발광층과 상기 적색 발광층은 각각 녹색 인광 도펀트와 적색 인광 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 녹색 발광층 내의 녹색 인광 도펀트는 상기 청색 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 낮은 에너지 준위를 가질 수 있다.
상기 녹색 발광층의 녹색 인광 도펀트는 상기 청색 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 높은 에너지 준위를 가질 수 있다.
상기 수명 보상용 발광층의 도핑 농도는 1wt% 내지 10wt% 일 수 있다.
상기 적색 발광층, 녹색 발광층 및 수명 보상용 발광층은 차례로 적층되며, 정공 수송층과 전자 수송층 사이에 위치할 수 있다.
상기 청색 발광 스택은 복수개이며, 상기 청색 발광 스택 각각은 정공 수송층과 청색 발광층 및 전자 수송층의 적층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극은 상기 각 서브 화소에 구비된 박막 트랜지스터와 접속되며 상기 제 1 전극과 상기 기판 사이에 컬러 필터층을 더 포함할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 기판 110: 제 1 전극
121: 제 1 공통층 122: 제 1 청색 발광층
123: 제 2 공통층 131: 제 3 공통층
132: 적색 발광층 133: 녹색 발광층
134: 수명 보상층 135: 제 4 공통층
141: 제 5 공통층 142: 제 2 청색 발광층
143: 제 6 공통층 150: 제 2 전극

Claims (11)

  1. 복수개의 서브 화소를 갖는 기판; 및
    상기 각 서브 화소에 걸쳐 구비된 백색 유기 발광 소자를 포함하며,
    상기 백색 유기 발광 소자는, 제 1 전극과 상기 제 1 전극과 대향된 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 구비된 하나 이상의 청색 발광 스택과, 인광 발광 스택을 포함하며,
    상기 인광 발광 스택은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 수명 보상층을 구비하며,
    상기 수명 보상층은 상기 서브 화소들에 걸쳐 상기 녹색 발광층과 접한 유기 발광 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수명 보상용 발광층은 청색 호스트와 청색 도펀트를 포함한 유기 발광 표시 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수명 보상용 발광층의 두께는 상기 적색 발광층과 상기 녹색 발광층의 각각의 두께보다 얇은 유기 발광 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수명 보상용 발광층의 두께는 10Å 내지 50Å인 유기 발광 표시 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 녹색 발광층과 상기 적색 발광층은 각각 녹색 인광 도펀트와 적색 인광 도펀트를 포함한 유기 발광 표시 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 녹색 발광층 내의 녹색 인광 도펀트는 상기 청색 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 낮은 에너지 준위를 갖는 유기 발광 표시 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 녹색 발광층의 녹색 인광 도펀트는 상기 청색 도펀트의 삼중항 에너지 준위보다 높은 에너지 준위를 갖는 유기 발광 표시 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수명 보상용 발광층의 도핑 농도는 1wt% 내지 10wt% 인 유기 발광 표시 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 적색 발광층, 녹색 발광층 및 수명 보상용 발광층은 차례로 적층되며, 정공 수송층과 전자 수송층 사이에 위치한 유기 발광 표시 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 청색 발광 스택은 복수개이며,
    상기 청색 발광 스택 각각은 정공 수송층과 청색 발광층 및 전자 수송층의 적층을 포함한 유기 발광 표시 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 각 서브 화소에 구비된 박막 트랜지스터와 접속되며
    상기 제 1 전극과 상기 기판 사이에 컬러 필터층을 더 포함한 유기 발광 표시 장치.
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