KR20220076937A - 유기발광소자 및 이를 이용한 유기전계발광 디스플레이 장치 - Google Patents

유기발광소자 및 이를 이용한 유기전계발광 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20220076937A
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Abstract

본 개시는 개선된 애노드 구조를 갖는 유기발광소자 및 이를 이용한 유기전계발광 디스플레이 장치에 관한 것으로, 애노드가 3층 구조로 이루어지되, 유기 발광층에 가장 인접한 층이 5.1~5.3 eV와 같이 높은 일함수를 갖는 재질로 형성되어 있다. 본 개시에 의하면, 유기발광층에 인접한 층이 일함수가 높은 재질로 형성됨으로써 홀 주입 효율을 향상시킬 수 있고 암점 발생을 저감할 수 있다.

Description

유기발광소자 및 이를 이용한 유기전계발광 디스플레이 장치 {ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE AND ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 개시는 유기발광소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 홀 주입 효율을 향상시킬 수 있고 암점 발생을 저감할 수 있는 유기발광소자에 관한 것이다.
또한, 본 개시는 유기전계발광 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 화상을 제공하기 위한 장치이다. 최근에는 디스플레이 기술이 발달하면서 평판 디스플레이 장치가 널리 이용되고 있다. 평판 디스플레이 장치로는 액정 디스플레이 장치, 유기전계발광 디스플레이 장치, 마이크로 LED 디스플레이 장치 등이 있다.
이 중에서, 유기전계발광 디스플레이 장치는 자체 발광이 가능하여 시야각과 명암비 등이 우수하며, 백라이트(backlight)가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르다는 장점이 있으며, 특히 제조비용 측면에서도 유리한 장점을 가지고 있다.
유기전계발광 디스플레이 장치에는 유기발광소자가 배치된다. 유기발광소자는 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode)로 된 두 개의 전극 사이에 유기발광층이 배치된 구조를 갖는다.
유기발광소자의 전극 중 애노드 전극으로는 일반적으로 ITO(Indium Tin Oxide)가 이용된다. 그러나, ITO는 일함수(work function) 값이 작아 홀 주입 효율 향상이 어렵고, 저항이 낮아 캐소드와의 쇼트(short)에 의한 암점 발생에 취약한 단점이 있다.
따라서, 이러한 ITO 재질의 애노드에 비해 홀 주입 효과가 우수하며, 암점 발생을 저감할 수 있는 개선된 애노드를 포함하는 유기발광소자가 요구된다.
본 개시에서 해결하고자 하는 과제는 우수한 홀 주입 효율을 가지며, 캐소드와의 쇼트 발생에 의한 암점 발생 가능성을 낮출 수 있는 유기발광소자를 제공하는 것이다.
또한 본 개시에서 해결하고자 하는 과제는 유기발광소자를 포함하는 유기전계발광 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 개시에 따른 유기발광소자는 애노드, 유기발광층 및 캐소드를 포함하며, 상기 애노드는 제1층과, 금속을 포함하는 제2층과, 상기 제1층보다 높은 일함수를 갖는 제3층을 포함한다. 본 개시에 의하면, 유기발광층에 인접한 제3층이 일함수가 높은 재질로 형성됨으로써 홀 주입 효율을 향상시킬 수 있고 암점 발생을 저감할 수 있다.
상기 제1층은, 인듐주석산화물(ITO) 또는 인듐아연산화물(IZO)을 포함할 수 있다.
상기 제2층의 금속은 은(Ag) 및 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제3층은 5.1~5.3 eV의 일함수를 가질 수 있다. 상기 제3층은, 구리알루미늄산화물, 구리갈륨산화물 또는 구리알루미늄갈륨 산화물을 포함할 수 있다.
상기 제3층은 102~105 Ω·cm의 비저항을 가질 수 있다. 상기 제3층은 구리알루미늄산화물로 형성되고, 상기 구리알루미늄산화물은 CuO 50~60 중량%와 AlxGa2-xO3 (0≤x≤2) 40~50 중량%로 이루어질 수 있다.
상기 제3층은 50~150Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 개시에 따른 유기전계발광 디스플레이 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터가 배치된 기판 상에 배치되며, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 애노드, 상기 애노드 전극 상에 배치되는 유기발광층; 및 상기 유기발광층 상에 배치되는 캐소드를 포함하고, 상기 애노드는 제1층과, 금속을 포함하는 제2층과, 상기 제1층보다 높은 일함수를 갖는 제3층을 포함한다.
한편, 본 개시에 따른 유기전계발광 디스플레이 장치는 상기 애노드와 동일한 층으로 형성되며, 상기 캐소드와 전기적으로 연결되는 캐소드용 보조 전극을 추가로 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 개시에 따른 유기발광소자에 의하면, 애노드가 3층 구조를 갖되, 유기발광층에 인접한 층이 높은 일함수 값을 가짐으로써 홀 주입 효율이 향상될 수 있고, 캐소드와의 쇼트에 의한 암점 발생을 저감할 수 있다.
본 개시에 따른 유기발광소자 및 유기전계발광 디스플레이 장치의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 유기발광소자의 발광 원리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 유기전계발광 디스플레이 장치의 화소 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 개시에 따른 유기발광소자의 애노드 구조의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 개시에 따른 유기전계발광 디스플레이 장치의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 개시에 따른 유기발광소자가 포함된 유기전계발광 디스플레이 장치가 다른 요소들과 결합된 예를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 및 비교예 시편들의 전류 밀도에 따른 외부 양자 효율을 나타낸 것이다.
도 7은 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6 시편들의 전류 밀도에 따른 외부 양자 효율 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6 시편들의 임계 전압 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6 시편들의 전압에 따른 휘도 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 비교예 2, 실시예 7 및 실시예 8 시편들의 전류 밀도에 따른 외부 양자 효율 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 비교예 2, 실시예 7 및 실시예 8 시편들의 임계 전압 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 비교예 2, 실시예 7 및 실시예 8 시편들의 전압에 따른 휘도 평가 결과를 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시에 따른 유기발광소자 및 이를 이용한 유기전계발광 디스플레이 장치의 바람직한 실시 예를 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 개시는 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 개시의 개시가 완전하도록 하며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
요소 또는 층이 다른 소자 또는 "위" 또는 "상"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다. 또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래", "하부", "위", "상부" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용 시, 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 유기발광소자 및 이를 이용한 유기전계발광 디스플레이 장치의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 유기발광소자의 발광 원리를 개략적으로 나타낸 것이다. 유기발광소자는 애노드(101), 캐소드(102) 및 이들 전극 사이에 배치되는 유기 화합물층들(110~150)을 포함한다.
유기발광소자가 유기전계발광 디스플레이 장치에 적용될 때, 애노드(101)는 화소 전극에 전기적으로 연결되고, 캐소드(102)는 공통 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
애노드(101)와 캐소드 사이에 배치되는 유기 화합물층들(110~150)들에는 유기발광층(130)이 포함된다. 또한, 도 1에 도시된 예와 같이 애노드(101)와 캐소드 사이에 배치되는 유기 화합물층들(110~150)들에는 정공주입층(hole injection layer)(110), 정공수송층(hole transport layer)(120), 전자수송층(electron transport layer)(140) 및 전자주입층(electron injection layer)(150)을 포함할 수 있다.
애노드(101)와 캐소드(102)에 구동 전압이 인가되면, 정공주입층(110) 및 정공수송층(120)을 통과한 정공과, 전자주입층(150)과 전자수송층(140)을 통과한 전자가 유기발광층(35)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 유기발광층(35)에서 미리 정해진 파장의 광이 방출된다.
도 2는 유기전계발광 디스플레이 장치의 화소 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 유기전계발광 디스플레이 장치는 제 1 방향으로 배열된 게이트라인(GL) 및 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 이격하여 배열된 데이터라인(DL)과 구동 전원라인(VDDL)에 의해 화소영역이 정의된다.
화소영역 내에는 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 구동 박막 트랜지스터(DT), 스토리지 커패시터(C) 및 유기발광소자(OLED)가 형성된다. 유기전계발광 디스플레이 장치는 도 1에 도시된 예와 같은 구조의 유기발광소자를 포함하는 화소를 매트릭스 형태로 배열하고 그 화소들을 데이터 전압과 스캔 전압으로 선택적으로 제어함으로써 화상을 디스플레이한다.
스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 게이트라인(GL)에 공급되는 게이트 신호에 따라 스위칭 되어 데이터라인(DL)에 공급되는 데이터 신호를 구동 박막 트랜지스터(DT)에 공급한다.
그리고, 구동 박막 트랜지스터(DT)는 스위칭 박막 트랜지스터(ST)로부터 공급되는 데이터 신호에 따라 스위칭 되어 구동 전원라인(VDDL)으로부터 유기발광다이오드(OLED)로 흐르는 전류를 제어한다.
스토리지 커패시터(storage capacitor)(C)는 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극과 기저 전원라인(VSSL) 사이에 접속되어 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극에 공급되는 데이터 신호에 대응되는 전압을 저장하고, 저장된 전압으로 구동 트랜지스터(DT)의 턴-온 상태를 1 프레임 동안 일정하게 유지시킨다.
유기발광다이오드(OLED)는 구동 박막 트랜지스터(DT)의 소오스전극 또는 드레인전극과 기저 전원라인(VSSL) 사이에 전기적으로 접속되어 구동 박막 트랜지스터(DT)로부터 공급되는 데이터 신호에 대응되는 전류에 의해 발광한다.
상기의 유기전계발광 디스플레이 장치는 수동 매트릭스(passive matrix) 방식 또는 스위칭소자로써 TFT를 이용하는 능동 매트릭스(active matrix) 방식으로 구분된다. 이 중 능동 매트릭스 방식은 능동소자인 박막 트랜지스터를 선택적으로 턴-온(turn on)시켜 화소를 선택하고 스토리지 커패시터(C)에 유지되는 전압으로 화소의 발광을 유지한다.
이와 같이 구동되는 유기전계발광 디스플레이 장치는 빛이 방출되는 방향에 따라 전면발광(top emission) 방식과 후면발광(bottom emission) 방식 및 양면발광(dual emission) 방식으로 구분될 수 있다.
전면발광 방식 유기전계발광 디스플레이 장치는 화소가 배열된 기판과 반대방향으로 빛이 방출되는 방식이며, 화소가 배열된 기판 방향으로 빛이 방출되는 후면발광 방식에 비하여 개구율을 증가시킬 수 있다는 장점이 있어 최근에 많이 사용되고 있다. 이러한 전면발광 방식 유기전계발광 디스플레이 장치는 유기 화합물층의 하부에 애노드를 형성하고, 빛이 투과되는 유기 화합물층의 상부에 캐소드를 형성한다.
전면발광을 위해, 캐소드는 투과막 또는 반투과막으로 형성되는데, 예를 들어 약 100Å 정도 두께의 인듐아연산화물(IZO) 박막으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 개시에 따른 유기발광소자의 애노드 구조의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 개시에 따른 유기발광소자의 애노드(300)는 제1층(310), 제2층(320) 및 제3층(330)을 포함한다. 여기서, 제3층(330)이 유기발광층에 가장 인접한 부분이다.
제1층(310)은 애노드의 하부층이며, 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 부분이다. 제1층(310)은 인듐주석산화물(ITO) 또는 인듐아연산화물(IZO)을 포함할 수 있다. 이러한 제1층(310)은 제1층(310)은 약 4.5~4.8 eV 정도의 일함수를 가질 수 있으며, 10-3~10-4 Ω·cm 정도의 비저항을 나타낼 수 있다. 제1층(310)을 CuAlOx와 같이 저항이 너무 높을 재질로 형성할 경우, 신호 전달 지연 등의 문제가 발생할 가능성이 있다. 이에 따라, 제1층(310)은, 후술하는 제3층(330)과 달리, 저항이 낮은 인듐주석산화물(ITO) 또는 인듐아연산화물(IZO) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
제1층(310)은 약 100~500Å 정도의 두께를 가질 수 있다.
제2층(320)은 제1층(310) 상에 배치된다. 제2층(320)은 금속을 포함한다. 제2층(320)에 포함되는 금속은 반사성 금속을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2층(320)에 포함되는 금속은 은(Ag) 및 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 유기발광소자는, 애노드가 금속을 포함하는 제2층을 갖는 측면에서, 전면발광 방식 유기전계발광 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
제3층(330)은 제2층(320) 상에 배치된다. 본 개시에 따른 유기발광소자의 애노드에 있어서, 제3층(330)은 제1층(310)보다 높은 일함수를 갖는 재질로 형성된다.
정공 주입 효율을 높이기 위해서는 애노드의 일함수와 정공주입층의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨 사이의 에너지 차이를 작게 해야 하며, 이는 정공 주입 장벽을 낮추는 것을 의미한다. 이 정공 주입 장벽을 낮추기 위해서는 애노드의 일함수와 정공주입층의 일함수 간의 차이를 줄일 필요가 있다. 현재 OLED에서 사용되고 있는 정공 수송층의 일함수는 약 5.1 ~ 5.4 eV 정도이다.
제3층(330)은 5.1~5.3 eV의 일함수를 가질 수 있다. 애노드의 제3층(330)이 높은 일함수를 갖는 경우, 상기와 같은 정공 주입 장벽을 낮출 수 있어 정공 주입 효율을 높일 수 있다.
한편, 애노드의 제3층(330)은 ITO보다 높은 저항을 가질 필요가 있는데, 이는 애노드와 캐소드 간의 이물 등에 기인하는 단락(short)을 저감하고, 그 결과 암점 발생을 저감할 수 있기 때문이다.
제3층(330)은 구리알루미늄산화물, 구리갈륨산화물 또는 구리알루미늄갈륨 산화물을 포함할 수 있다.
상기와 같은 구리알루미늄산화물 등으로 형성되는 제3층(330)은 102~105 Ω·cm의 비저항을 가질 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서 제3층(330)은 108~1011 Ω/sq의 면저항을 가질 수 있다. 제3층(330)의 저항 특성은 증착시 반응 챔버 내부의 산소 분압에 의해 조절될 수 있다. 증착시 반응 챔버 내 산소 분압이 높을수록 구리알루미늄산화물 등의 저항을 낮출 수 있으며, 반대로 증착시 반응 챔버 내 산소 분압이 낮을수록 구리알루미늄산화물 등의 저항을 높일 수 있다.
보다 바람직하게는 제3층(330)은 구리알루미늄산화물은 CuO 50~60 중량%와 AlxGa2-xO3 (0≤x≤2) 40~50 중량%로 이루어질 수 있다. CuO 함량이 50중량% 미만일 경우 비저항값이 105 Ω·cm를 초과하여 지나치게 증가할 수 있다. CuO 함량이 60중량%를 초과하는 경우, 비저항값이 102 Ω·cm 미만으로 너무 낮아 단락 발생 가능성이 증가할 수 있다.
상기 제3층은 50~150Å의 두께를 가질 수 있다. 제3층의 두께가 50Å 미만일 경우 저항이 지나치게 증가할 수 있으며, 제3층의 두께가 150Å를 초과하는 경우 낮은 저항으로 인해 단락 발생 가능성이 증가할 수 있다.
본 개시에 따른 유기전계발광 디스플레이 장치는 제1 기판 상에 박막 트랜지스터가 배치되고, 박막 트랜지스터, 보다 구체적으로는 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 애노드가 연결되고, 애노드 전극 상에 유기발광층이 배치되고, 유기발광층 상에 캐소드가 배치되는 구조를 포함한다.
도 4는 본 개시에 따른 유기전계발광 디스플레이 장치의 예를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 4에서는, 유기전계발광 디스플레이 장치를 패드부(A), 박막 트랜지스터와 개구부(B), 스토리지 커패시터부(C), 그리고 EVSS 보조전극부(D)로 구분하여 나타내었다.
도 4를 참조하면, 본 개시에 따른 유기전계발광 디스플레이 장치는 기판(400), 박막 트랜지스터 및 유기발광소자를 포함한다.
기판(400)은 유리 재질의 기판이 될 수 있으며, 폴리이미드와 같은 고분자 재질의 기판이 될 수도 있다.
박막 트랜지스터와 개구부(B)에서, 기판(400) 상에는 광차단층(410)이 형성될 수 있다. 광차단층은(410)은 단일층 구조 또는 도 4에 도시된 예와 같이 2중층(411, 412) 구조로 형성될 수 있다.
또한, EVSS 보조전극부(D)에도 광차단층과 동일한 층이 배치될 수 있다. 광차단층과 동일하게 EVSS 보조전극부(D)에 형성되는 층은 유기발광소자의 캐소드 전극(520)과 전기적으로 연결된다. 또한, 광차단층과 동일하게 EVSS 보조전극부(D)에 형성되는 층은 센싱 기간에는 유기발광소자가 발광하지 않고, 발광 기간에만 유기발광소자가 발광하도록 제어하는 EVSS 공급부와 전기적으로 연결될 수 있다.
광차단층(410)이 배치된 기판 상에는 버퍼층(420)이 배치될 수 있다. 버퍼층은 절연성 무기화합물로 형성될 수 있다. 버퍼층(420)은 절연체로서의 역할, 기판을 통한 수분이나 공기의 침투 차단 등의 역할을 할 수 있다.
버퍼층(420) 상에는 박막 트랜지스터가 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터는 반도체층(430), 게이트 절연막(440), 게이트 전극(450), 층간 절연막(460), 소스/드레인 전극층(470)을 포함할 수 있다. 도 4에는 게이트 전극(450)이 이중층 구조(451, 452)로 형성되고, 소스/드레인층(470)이 이중층 구조(471, 472)로 형성된 예가 나타나 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 게이트 전극 또는 소스/드레인 전극층은 단일층으로 형성될 수 있다.
패드부(A)에는 단층 구조 또는 다층 구조의 전도성 패드가 형성된다. 전도성 패드는 게이트 전극과 동일한 물질, 소스/드레인 전극과 동일한 물질, 애노드와 동일한 물질 및 캐소드와 동일한 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터가 배치된 기판 상에는 제1 보호층(480) 및 제2 보호층(평탄화층)(490)이 배치된다. 제1 보호층(480)은 예를 들어 절연성 무기화합물로 형성될 수 있고, 제2 보호층(490)은 예를 들어 포토 아크릴 화합물(PAC)로 형성될 수 있다.
제2 보호층(490) 상부에는 유기발광소자가 배치된다. 유기발광소자는 애노드(300), 유기발광층(510) 및 캐소드(520)를 포함한다.
애노드(330)는 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되도록 박막트랜지스터와 개구부(B)에 배치된다. 상기 애노드(330)는 제1층(310)과, 제1층 상에 배치되며, 금속을 포함하는 제2층(320)과, 상기 제2층 상에 배치되며, 제1층보다 높은 일함수를 갖는 제3층(330)을 포함한다.
또한, EVSS 보조전극부(D)에도 애노드(300)와 동일한 층이 형성되는데, 이는 캐소드(520)와 전기적으로 연결되는 캐소드 보조전극(300')이 된다. 전면발광을 위해, 캐소드(520)는 투과막 또는 반투과막으로 형성된다. 이 경우 캐소드(520)는 높은 저항을 갖게 된다. 캐소드의 높은 저항에 의해 패널 내에서 전압강하(IR drop)가 발생하고, 이에 따라 화소별로 서로 다른 레벨의 전압이 인가되어 휘도 불균일을 초래할 우려가 있는데, 캐소드 보조전극(300')이 캐소드의 저항을 감소시킴으로써 패널의 휘도 균일도를 향상시킬 수 있다.
애노드(300) 및 캐소드 보조전극(300')이 배치된 제2 보호층(490) 상에는 뱅크(500)가 형성된다. 뱅크(500)에는 애노드(300)와 유기발광층(520)의 컨택을 위한 개구부 및 캐소드 보조전극의 일부를 노출시기키 위한 개구부가 형성된다.
개구부가 형성된 뱅크(500) 상에는 유기발광층(510) 및 캐소드(520)가 배치된다. 한편, 캐소드 보조전극 상에는 유기발광층(510)이 형성되지 않으며, 캐소드(520)가 배치된다.
도 5는 본 개시에 따른 유기발광소자가 포함된 유기전계발광 디스플레이 장치가 다른 요소들과 결합된 예를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 유기전계발광 디스플레이 장치는 제1 기판(610)에 합착되는 제2 기판(660)을 추가로 포함할 수 있다.
제1 기판(610)에는 박막 트랜지스터가 배치된다. 제1 기판(610) 상에는, 애노드(621), 유기발광층(622) 및 캐소드(623)를 포함하는 유기발광소자(620)가 배치된다. 이때, 애노드(621)는 전술한 바와 같이, 제1층과, 금속을 포함하는 제2층과, 제1층보다 높은 일함수를 갖는 제3층을 포함할 수 있다.
유기발광소자(620) 표면에는 패시베이션층(630)이 형성될 수 있다.
제2 기판(660)의 일면에는 컬러필터가 배치될 수 있다. 도 5에서는 컬러필터가 제2 기판(660)의 양면 중 제1 기판(610)과 마주보는 면에 배치된 예가 도시되어 있다. 또한, 도 5에서는 제2 기판(660)의 양면 중 컬러필터가 배치된 면과 반대의 면에 하드코팅층(670)이 배치된 예가 도시되어 있다.
제1 기판(610)과 제2 기판(660)은 댐(650)을 통하여 합착될 수 있다. 댐(650) 내부에는 제1 기판과 제2 기판의 갭 유지, 수분 침투 방지 등을 위해 충진재(640)이 배치될 수 있다.
실시예
이하 본 개시의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 개시를 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 개시의 내용이 한정되는 것은 아니다.
1. 애노드 시편의 제조 및 특성 평가
실시예 1~6, 비교예 1에 따른 애노드 시편들은 제조하였다. 실시예 1~6, 비교예 1에 따른 애노드 시편들에서 하부의 제1층(ITO)의 두께는 100Å, 제2층(Ag)의 두께는 1000 Å, 상부의 제3층(ITO 또는 CuAlOx)의 두께는 100 Å 으로 하였다.
제조된 실시예 1~6, 비교예 1에 따른 애노드 시편들에 대한 비저항 및 일함수값을 측정하였다. 비저항은 4포인트 프로브 표면저항 측정기로 면저항 측정 후 박막 두께를 이용하여 계산하였으며, 일함수는 일함수 측정기 (Work function Measurement)을 이용하여 측정하였다.
표 1에서 산소 분압은 CuAlOx층 증착시 반응 챔버 내부의 산소 분압을 의미한다.
[표 1]
Figure pat00001
표 1을 참조하면, ITO/Ag/ITO 적층 구조를 갖는 비교예 1에 따른 애노드 시편은 4.7 eV의 상대적으로 낮은 일함수값을 나타내었으며, 이는 상부의 ITO의 일함수값에 해당한다. 이에 반해, CuAlOx/Ag/ITO 적층 구조를 갖는 실시예 실시예 1~6에 따른 애노드 시편은 5.1~5.3의 비교예 1에 비해 상대적으로 높은 일함수값을 나타내었으며, 이는 최상부의 CuAlOx의 일함수값에 해당한다.
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1~6에 따른 애노드 구조의 경우, ITO에 비해 더 높은 일함수값을 가지고 있다. 이는 전술한 바이 정공 주입 장벽을 낮추는 효과를 가져오게 되고, 그 결과 유기발광소자의 홀 주입 효율이 향상될 수 있다.
또한, 표 1을 참조하면, 비교예 1에 따른 애노드 시편에 비하여 실시예 1~6에 따른 애노드 시편의 경우 상대적으로 높은 비저항을 나타내었다. 이러한 높은 비저항은 이물 등에 기인한 애노드와 캐소드 간 쇼트에 의한 암점 발생을 저감하는데 기여할 수 있다.
또한, 표 1을 참조하면, CuO와 Al2O3의 중량비가 4:6인 실시예 1~2에 따른 애도느 시편에 비해, CuO와 Al2O3의 중량비가 5:5 및 6:4인 실시예 3~6에 따른 애노드 시편의 경우 비저항이 102~105 Ω·cm 정도로 상대적으로 낮게 나타나, 애노드로 사용하기에 보다 적합한 비저항값을 나타내었다.
또한, 표 1을 참조하면, CuO : Al2O3가 동일한 비율이더라도 증착시 반응 챔버 내 산소 분압이 높을수록 비저항값이 더 낮아지는 것을 볼 수 있다.
2. 유기발광소자 시편의 제조 및 특성 평가
비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6에 따른 애노드 시편 상에 동일한 유기 발광층(정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 포함) 및 동일한 캐소드를 배치하여, 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6에 따른 유기발광소자 시편을 제조하였다.
또한, 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6에 따른 애노드 시편 상에 동일한 유기 발광층(정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 포함) 및 동일한 캐소드를 배치하여, 비교예 2, 실시예 7 및 실시예 8에 따른 유기발광소자 시편을 제조하였다.
비교예 2, 실시예 7 및 실시예 8에 따른 유기발광소자 시편은 애노드와 캐소드의 일부분을 강제 컨택시킨 점이 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6에 따른 유기발광소자 시편과 상이하다.
도 6은 실시예 및 비교예에 따른 유기발광소자 시편들의 전류 밀도에 따른 외부 양자 효율을 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 실시예 3, 실시예 6, 실시예 7 및 실시예 8에 따른 유기발광소자 시편들의 경우, 25.0 mA/cm2까지의 전체 전류 밀도 구간에서 비교예 1~2에 따른 유기발광소자 시편들에 비해, 높은 외부 양자 효율을 나타내는 것을 볼 수 있다.
또한, 비교예 1과 비교예 2를 비교하면, 비교예 2에 따른 유기발광소자 시편의 경우 애노드와 캐소드의 일부분의 강제 컨택에 의해 외부 양자 효율이 크게 저하되었다. 그러나, 실시예 3과 실시예 7, 그리고 실시예 6과 실시예 8을 비교하면, 실시예 7 및 실시예 8에 따른 유기발광소자 시편의 경우 애노드와 캐소드의 일부분의 강제 컨택이 있었음에도 불구하고 외부 양자 효율의 저하가 크지 않았다.
도 7은 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6 시편들의 전류 밀도에 따른 외부 양자 효율 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 실시예 3 및 실시예 6에 따른 유기발광소자 시편들의 경우, 25.0 mA/cm2까지의 전체 전류 밀도 구간에서 비교예 1에 따른 유기발광소자 시편들에 비해, 높은 외부 양자 효율을 나타내는 것을 볼 수 있다.
도 8은 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6 시편들의 임계 전압 평가 결과를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6에 따른 유기발광소자 시편들의 경우, 동등한 수준의 임계 전압을 나타내는 것을 볼 수 있다.
도 9는 비교예 1, 실시예 3 및 실시예 6 시편들의 전압에 따른 휘도 평가 결과를 나타낸 것이다. 도 9를 참조하면, 실시예 3 및 실시예 6에 따른 유기발광소자 시편들의 경우, 비교예 1에 따른 유기발광소자 시편에 비해 상대적으로 높은 휘도를 나타내는 것을 볼 수 있다.
도 10은 비교예 2, 실시예 7 및 실시예 8 시편들의 전류 밀도에 따른 외부 양자 효율 평가 결과를 나타낸 것이다. 도 10을 참조하면, 실시예 7 및 실시예 8에 따른 유기발광소자 시편들의 경우, 25.0 mA/cm2까지의 전체 전류 밀도 구간에서 비교예 2에 따른 유기발광소자 시편들에 비해, 높은 외부 양자 효율을 나타내는 것을 볼 수 있다.
도 11은 비교예 2, 실시예 7 및 실시예 8 시편들의 임계 전압 평가 결과를 나타낸 것이다. 도 11을 참조하면, 실시예 3 및 실시예 6에 따른 유기발광소자 시편들의 경우, 비교예 2에 따른 유기발광소자 시편에 비해 동등 이상의 임계 전압을 나타내는 것을 볼 수 있다.
도 12는 비교예 2, 실시예 7 및 실시예 8 시편들의 전압에 따른 휘도 평가 결과를 나타낸 것이다. 도 12를 참조하면, 실시예 7에 따른 유기발광소자 시편의 경우 비교예 2에 따른 유기발광소자 시편에 비해 상대적으로 높은 휘도를 나타내며, 실시예 8에 따른 유기발광소자 시편은 비교예 2에 따른 유기발광소자 시편과 유사한 정도의 휘도를 나타내는 것을 볼 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 명세서는 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 명세서의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 명세서의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 명세서의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101 : 애노드 102 : 캐소드
110 : 정공주입층 120 : 정공수송층
130 : 발광층 140 : 전자수송층
150 : 전자주입층 300 : 애노드
300' : 캐소드 보조전극 310 : 제1층
320 : 제2층 330 : 제3층
400 : 기판 410 : 광차단층
420 : 버퍼층 430 : 반도체층
440 : 게이트 절연막 450 : 게이트 전극
460 : 층간 절연막 470 : 소스/드레인 전극층
480 : 제1 보호층 490 : 제2 보호층
500 : 뱅크 510 : 유기 발광층
520 : 캐소드 610 : 제1 기판
620 : 유기발광소자 621 : 애노드
622 : 유기발광층 623 : 캐소드
630 : 패시베이션층 640 : 충진재
650 : 댐 660 : 제2 기판
670 : 하드코팅층

Claims (17)

  1. 애노드;
    상기 애노드 상에 배치된 유기발광층; 및
    상기 유기발광층 상에 배치된 캐소드;를 포함하고,
    상기 애노드는
    제1층과,
    상기 제1층 상에 배치되며, 금속을 포함하는 제2층과,
    상기 제2층 상에 배치되며, 상기 제1층보다 높은 일함수를 갖는 제3층을 포함하는, 유기발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1층은, 인듐주석산화물(ITO) 또는 인듐아연산화물(IZO)을 포함하는, 유기발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2층의 금속은 은(Ag) 및 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상을 포함하는, 유기발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3층은 5.1~5.3 eV의 일함수를 갖는, 유기발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3층은, 구리알루미늄산화물, 구리갈륨산화물 또는 구리알루미늄갈륨 산화물을 포함하는, 유기발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3층은 102~105 Ω·cm의 비저항을 갖는, 유기발광소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3층은 구리알루미늄산화물로 형성되고, 상기 구리알루미늄산화물은 CuO 50~60 중량%와 AlxGa2-xO3 (0≤x≤2) 40~50 중량%로 이루어진, 유기발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3층은 50~150Å의 두께를 갖는, 유기발광소자.
  9. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 배치된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터가 배치된 기판 상에 배치되며, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 애노드;
    상기 애노드 전극 상에 배치되는 유기발광층; 및
    상기 유기발광층 상에 배치되는 캐소드;를 포함하고,
    상기 애노드는 제1층과, 상기 제1층 상에 배치되며, 금속을 포함하는 제2층과, 상기 제2층 상에 배치되며, 상기 제1층보다 높은 일함수를 갖는 제3층을 포함하는, 유기전계발광 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 애노드와 동일한 층으로 형성되며, 상기 캐소드와 전기적으로 연결되는 캐소드용 보조 전극을 추가로 포함하는, 유기전계발광 디스플레이 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1층은, 인듐주석산화물(ITO) 또는 인듐아연산화물(IZO)을 포함하는, 유기전계발광 디스플레이 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2층의 금속은 은(Ag) 및 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상을 포함하는, 유기전계발광 디스플레이 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제3층은 5.1~5.3 eV의 일함수를 갖는, 유기전계발광 디스플레이 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제3층은, 구리알루미늄산화물, 구리갈륨산화물 또는 구리알루미늄갈륨 산화물을 포함하는, 유기전계발광 디스플레이 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3층은 102~105 Ω·cm의 비저항을 갖는, 유기전계발광 디스플레이 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제3층은 구리알루미늄산화물로 형성되고, 상기 구리알루미늄산화물은 CuO 50~60 중량%와 AlxGa2-xO3 (0≤x≤2) 40~50 중량%로 이루어진, 유기전계발광 디스플레이 장치.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 제3층은 50~150Å의 두께를 갖는, 유기전계발광 디스플레이 장치.
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