KR20220092736A - 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220092736A
KR20220092736A KR1020200183751A KR20200183751A KR20220092736A KR 20220092736 A KR20220092736 A KR 20220092736A KR 1020200183751 A KR1020200183751 A KR 1020200183751A KR 20200183751 A KR20200183751 A KR 20200183751A KR 20220092736 A KR20220092736 A KR 20220092736A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
metal
charge generation
light emitting
type charge
Prior art date
Application number
KR1020200183751A
Other languages
English (en)
Inventor
이학충
이지혜
한명석
김동찬
가윤석
문지영
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성디스플레이 주식회사 filed Critical 삼성디스플레이 주식회사
Priority to KR1020200183751A priority Critical patent/KR20220092736A/ko
Priority to US17/483,675 priority patent/US20220209157A1/en
Priority to CN202111529504.9A priority patent/CN114678398A/zh
Publication of KR20220092736A publication Critical patent/KR20220092736A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/19—Tandem OLEDs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/125—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light
    • H10K50/13—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light comprising stacked EL layers within one EL unit
    • H10K50/131—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light comprising stacked EL layers within one EL unit with spacer layers between the electroluminescent layers
    • H01L51/5278—
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
    • G09G3/30—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels
    • G09G3/32—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED]
    • G09G3/3208—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED]
    • G09G3/3225—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED] using an active matrix
    • G09G3/3233—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED] using an active matrix with pixel circuitry controlling the current through the light-emitting element
    • H01L27/322—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/12—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising dopants
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/38—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising colour filters or colour changing media [CCM]
    • H01L2251/5369—
    • H01L2251/55—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2101/00—Properties of the organic materials covered by group H10K85/00
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/331—Nanoparticles used in non-emissive layers, e.g. in packaging layer
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/301—Details of OLEDs
    • H10K2102/351—Thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명은 저구동전압, 고효율 및 장수명을 갖는 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 위하여, 화소전극; 상기 화소전극과 대향하여 배치되는, 대향전극; 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 개재되되 상호 중첩하여 적층된, 제1 발광층 및 제2 발광층; 및 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층 사이에 배치되는, 전하 생성층(charge generation layer);을 구비하고, 상기 전하 생성층은, n형 전하 생성층, p형 전하 생성층 및 상기 n형 전하 생성층과 상기 p형 전하 생성층 사이에 개재된 금속 중간층을 포함하고, 상기 금속 중간층은 일함수(work function)가 -6.0eV 내지 -3.5eV인 금속을 포함하는, 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{Organic light-emitting diode and display apparatus including the same}
본 발명은 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 저구동전압, 고효율 및 장수명을 갖는 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치들 중, 유기발광 디스플레이 장치는 시야각이 넓고 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다.
일반적으로 유기발광 디스플레이 장치는 기판 상에 박막트랜지스터 및 유기발광다이오드(유기발광소자)들을 형성하고, 유기발광다이오드 들이 스스로 빛을 발광하여 작동한다. 이러한 유기발광 디스플레이 장치는 휴대폰 등과 같은 소형 제품의 디스플레이부로 사용되기도 하고, 텔레비전 등과 같은 대형 제품의 디스플레이부로 사용되기도 한다.
유기발광다이오드는 기판 상부에 제1 전극이 배치되어 있고, 제1 전극 상부에 정공 수송 영역(hole transport region), 발광층, 전자 수송 영역(electron transport region) 및 제2 전극이 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 제1 전극으로부터 주입된 정공은 정공 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동하고, 제2 전극으로부터 주입된 전자는 전자 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동한다. 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 변하면서 광이 생성된다.
본 발명은 저구동전압, 고효율 및 장수명을 갖는 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 기판 상에 배치되는, 화소전극; 상기 화소전극과 대향하여 배치되는, 대향전극; 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 개재되되 상호 중첩하여 적층된, 제1 발광층 및 제2 발광층; 및 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층 사이에 배치되는, 전하 생성층(charge generation layer);을 구비하고, 상기 전하 생성층은, n형 전하 생성층, p형 전하 생성층 및 상기 n형 전하 생성층과 상기 p형 전하 생성층 사이에 개재된 금속 중간층을 포함하고, 상기 금속 중간층은 일함수(work function)가 -6.0eV 내지 -3.5eV인 금속을 포함하는, 디스플레이 장치가 제공된다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층의 두께는 1Å 내지 100Å일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층의 두께는 상기 n형 전하 생성층 및 상기 p형 전하 생성층의 두께보다 얇을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층은 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층은 단일층으로 구비될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층은 상기 n형 전하 생성층 상에 분산된 금속 입자를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층을 사이에 두고 상기 n형 전하 생성층과 상기 p형 전하 생성층은 적어도 일부 영역에서 서로 접할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 n형 전하 생성층은 유기 반도체 물질 및 금속 도펀트를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 도펀트는 일함수(work function)가 -3eV 미만인 금속을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 도펀트는 란탄계열의 금속 및 알칼리계열의금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 도펀트는 리튬(Li), 이터븀(Yb), 디스프로슘(Dy), 유로퓸(Eu), 사마륨(Sm) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 유기 반도체 물질 및 상기 금속 도펀트의 부피비는 99:1 내지 90:10일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 p형 전하 생성층은 제1 유기 반도체 물질 및 제2 유기 반도체 물질을 포함하고, 상기 제1 유기 반도체 물질과 상기 제2 유기 반도체 물질의 부피 비는 99:1 내지 80:20일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 화소전극에 대응하여 상기 대향전극 상에 배치된 색변환층; 및 상기 색변환층 상에 배치된 컬러필터;를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 색변환층은 양자점을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 기판 상에 배치되는, 화소전극; 상기 화소전극과 대향하여 배치되는, 대향전극; 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 개재된, m개의 발광 단위(emitting unit)들; 및 상기 m개의 발광 단위들 중 서로 인접한 2개의 발광 단위들 사이에 개재되고, n형 전하 생성층 및 p형 전하 생성층을 포함한, m-1개의 전하 생성층(charge generation layer);을 구비하고, 상기 m-1개의 전하 생성층 중 적어도 하나는, 상기 n형 전하 생성층과 상기 p형 전하 생성층 사이에 개재된 금속 중간층을 포함하고, 상기 금속 중간층은 일함수(work function)가 -6.0eV 내지 -3.5eV 인 금속을 포함하는, 유기발광다이오드가 제공된다. (m은 2이상의 정수)
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층의 두께는 1Å 내지 100Å일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층은 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층은 상기 n형 전하 생성층 상에 분산된 금속으로 형성된 입자를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 중간층을 사이에 두고 상기 n형 전하 생성층과 상기 p형 전하 생성층은 적어도 일부 영역에서 서로 접할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 n형 전하 생성층은 유기 반도체 물질 및 금속 도펀트를 포함하고, 상기 금속 도펀트는 일함수(work function)가 -3eV 미만인 금속을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 도펀트는 란탄계열의 금속을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 금속 도펀트는 리튬(Li), 이터븀(Yb), 디스프로슘(Dy), 유로퓸(Eu), 사마륨(Sm) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이러한 일반적이고 구체적인 측면이 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램, 또는 어떠한 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램의 조합을 사용하여 실시될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저구동전압, 고효율 및 장수명을 갖는 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치의 예시들을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 어느 하나의 화소의 등가회로도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 유기발광다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 전하 생성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 전하 생성층의 일부를 확대하여 도시한 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 유기발광다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 도 8의 유기발광다이오드의 일부를 확대하여 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 효율을 측정하여 비교한 표이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 상온 수명을 비교 측정한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 진행성 구동 전압 변화를 비교 측정한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 효율을 측정하여 비교한 표이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 화소 수축 정도를 비교 실험한 결과들을 나타낸 표이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우, 또는/및 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우, 및/또는 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우를 나타낸다.
본 명세서에서 "A 및/또는 B"은 A이거나, B이거나, A와 B인 경우를 나타낸다. 그리고, "A 및 B 중 적어도 하나"는 A이거나, B이거나, A와 B인 경우를 나타낸다.
본 명세서에서 x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에서 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
디스플레이 장치는 화상을 표시하는 장치로서, 유기 발광 디스플레이 장치(Organic Light Emitting Display Apparatus), 무기 EL 디스플레이 장치(Inorganic Light Emitting Display Apparatus), 퀀텀닷 발광 디스플레이 장치 (Quantμm dot Light Emitting Display Apparatus)등 일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치로서, 유기 발광 디스플레이 장치를 예로 하여 설명하지만, 본 발명의 디스플레이 장치는 이에 제한되지 않으며, 다양한 방식의 디스플레이 장치가 사용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치의 예시들을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1a 및 도 1b는 직사각형 형상의 표시영역(DA)을 갖는 디스플레이 장치(1, 1')를 도시하고 있다. 도 1a 및 도 1b는 각각 장축과 단축을 갖는 기판(100) 상에 각종 구성요소들이 배치되어 구비될 수 있다. 사용자의 시각에서, 도 1a는 가로 방향(예, x방향)이 단축이고, 세로 방향(예, y방향)이 장축인 형상의 디스플레이 장치(1)를 도시하고, 도 1b는 가로 방향(예, x방향)이 장축이고, 세로 방향(예, y방향)이 단축인 형상의 디스플레이 장치(1')를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1, 1')는 도 1a와 같이 디스플레이 장치(1)의 단축 방향에 인쇄회로기판(PCB)이 배치될 수도 있고, 도 1b와 같이 디스플레이 장치(1')의 단축 및 장축 방향에 인쇄회로기판(PCB)이 배치될 수도 있다. 일 실시예로, 도 1a과 같은 디스플레이 장치(1)는 모바일 폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 통신 단말기, 전자 수첩, 전자 책, PMP(portable multimedia player) 등과 같은 중,소형 전자 기기에 사용될 수 있고, 도 1b과 같은 디스플레이 장치(1')는 텔레비전, 노트북, 모니터, 광고판 등과 같은 대형 전자 기기에 사용될 수 있다.
먼저 도 1a을 참조하면, 디스플레이 장치(1)는 기판(100)과 상부기판(100')이 실링 부재(600)에 의해서 합착되어 형성될 수 있다. 실링 부재(600)는 기판(100) 및 상부기판(100')의 외곽면을 따라 둘러싸도록 형성되어 기판(100)과 상부기판(100')을 합착할 수 있다. 상부기판(100')은 패드부(30)가 노출될 수 있도록 기판(100) 보다 다소 작은 사이즈로 구비될 수 있다.
한편, 디스플레이 장치(1)는 표시영역(DA)과 표시영역(DA) 주변에 배치되는 주변영역(PA)을 포함한다. 디스플레이 장치(1)는 표시영역(DA)에 배치된 복수의 화소(P)들에서 방출되는 빛을 이용하여 소정의 이미지를 제공할 수 있다. 이하 본 명세서에서 화소(P)라고 함은 실질적으로 하나의 유기발광다이오드를 포함하는 부화소(sub-pixel)를 의미할 수 있다.
표시영역(DA)은 y방향으로 연장된 데이터선(DL)과, y방향과 교차하는 x방향으로 연장된 스캔선(SL)에 연결된 화소(P)들을 포함한다. 각 화소(P)는 y방향으로 연장된 구동전압선(PL)과도 연결된다.
화소(P)들은 각각 유기발광다이오드(OLED)와 같은 디스플레이 소자를 포함할 수 있다. 각 화소(P)는 유기발광다이오드(OLED)를 통해 예컨대, 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 빛을 방출할 수 있다. 일부 실시예에서, 화소(P)들에 포함된 유기발광다이오드(OLED)에서 방출하는 색과는 별도로, 유기발광다이오드(OLED) 상부에 배치된 컬러 필터 등에 의해서 각 화소(P)의 색상이 구현될 수 있다.
각 화소(P)는 주변영역(PA)에 배치된 내장회로들과 전기적으로 연결될 수 있다. 주변회로(PA)에는 제1 전원공급배선(10), 제2 전원공급배선(20), 및 패드부(30)가 배치될 수 있다.
제1 전원공급배선(10)은 표시영역(DA)의 일변에 대응하도록 배치될 수 있다. 제1 전원공급배선(10)은 화소(P)에 구동전압(ELVDD, 후술할 도 2a, 2b 참조)을 전달하는 복수의 구동전압선(PL)들과 연결될 수 있다.
제2 전원공급배선(20)은 일측이 개방된 루프 형상으로 표시영역(DA)을 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 제2 전원공급배선(20)은 화소(P)의 대향전극에 공통전압을 제공할 수 있다. 제2 전원공급배선(20)은 공통전압공급배선으로 불려질 수 있다.
패드부(30)는 복수의 패드(31)들을 구비하며, 기판(100)의 일 측에 배치될 수 있다. 각 패드(31)들은 제1 전원공급배선(10)과 연결되는 제1 연결배선(41) 또는 표시영역(DA)으로 연장되는 연결배선(CW)들 등과 연결될 수 있다. 패드부(30)의 패드(31)들은 절연층에 의해 덮이지 않고 노출되어 인쇄회로기판(PCB)과 전기적으로 연결될 수 있다. 인쇄회로기판(PCB)의 단자부(PCB-P)는 패드부(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.
인쇄회로기판(PCB)은 제어부(미도시)의 신호 또는 전원을 패드부(30)로 전달한다. 제어부는 제1 및 제2 연결배선(41, 42)을 통해 제1 및 제2 전원공급배선(10, 20)에 각각 구동전압 및 공통전압(ELVDD, ELVSS, 후술할 도 2a, 2b 참조)을 제공할 수 있다.
데이터 구동회로(60)는 데이터라인(DL)에 전기적으로 연결된다. 데이터 구동회로(150)의 데이터 신호는 패드부(30)에 연결된 연결배선(CW) 및 연결배선(CW)과 연결된 데이터선(DL)을 통해 각 화소(P)에 제공될 수 있다. 도 1a에서는 데이터 구동회로(60)가 인쇄회로기판(PCB)에 배치된 것을 도시하지만, 다른 실시예로, 데이터 구동회로(60)는 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 데이터 구동회로(60)는 패드부(30)와 제1 전원공급배선(10) 사이에 배치될 수 있다.
주변영역(PA)에는 댐부(70)가 배치될 수 있다. 댐부(70)는 박막봉지층(400)의 유기봉지층(420, 도 5 참조) 형성 시, 유기물이 기판(100)의 가장자리 방향으로 흐르는 것을 차단하여, 유기봉지층(420)의 에지 테일이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 댐부(70)는 주변영역(PA) 상에서 표시영역(DA)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 댐부(70)는 복수의 댐을 포함하도록 구성될 수 있으며, 복수의 댐이 배치되는 경우, 각 댐은 서로 이격되어 형성될 수 있다. 댐부(70)는 주변영역(PA)에서 실링 부재(600)보다 표시영역(DA)에 가깝게 배치될 수 있다. 한편, 주변영역(PA)에는 각 화소의 스캔 신호를 제공하는 내장 구동회로부(미도시)가 더 구비될 수 있다. 일부 실시예에서, 내장 구동 회로부와 댐부(70)는 중첩되어 형성될 수 있다.
도 1b의 디스플레이 장치(1')는 상술한 도 1a와 유사하다. 다만, 도 1a에서는 패드부(30)에 하나의 인쇄회로기판(PCB)가 부착되는 것으로 도시하고 있으나, 도 1b와 같이 패드부(30)에는 복수의 인쇄회로기판(PCB)이 부착될 수도 있다. 도 1b에서 패드부(30)는 기판(100)의 두 변을 따라 배치될 수 있다. 패드부(30)는 복수의 서브-패드부(30s)로 구비되어, 각 서브-패드부(30s) 마다 하나의 인쇄회로기판(PCB)가 부착될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 어느 하나의 화소의 등가회로도들이다.
도 2a를 참조하면, 각 화소(P)는 스캔선(SL) 및 데이터선(DL)에 연결된 화소회로(PC) 및 화소회로(PC)에 연결된 유기발광다이오드(OLED)에 의해서 구현될 수 있다. 화소회로(PC)는 구동 박막트랜지스터(T1), 스위칭 박막트랜지스터(T2), 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함할 수 있다. 스위칭 박막트랜지스터(T2)는 스캔선(SL) 및 데이터선(DL)에 연결되며, 스캔선(SL)을 통해 입력되는 스캔 신호(Sn)에 따라 데이터선(DL)을 통해 입력된 데이터 신호(Dm)를 구동 박막트랜지스터(T1)로 전달할 수 있다.
스토리지 커패시터(Cst)는 스위칭 박막트랜지스터(T2) 및 구동전압선(PL)에 연결되며, 스위칭 박막트랜지스터(T2)로부터 전달받은 전압과 구동전압선(PL)에 공급되는 제1전원전압(ELVDD, 또는 구동전압)의 차이에 해당하는 전압을 저장할 수 있다.
구동 박막트랜지스터(T1)는 구동전압선(PL)과 스토리지 커패시터(Cst)에 연결되며, 스토리지 커패시터(Cst)에 저장된 전압 값에 대응하여 구동전압선(PL)으로부터 유기발광다이오드(OLED)를 흐르는 구동 전류를 제어할 수 있다. 유기발광다이오드(OLED)는 구동 전류에 의해 소정의 휘도를 갖는 빛을 방출할 수 있다.
도 2a에서는 화소회로(PC)가 2개의 박막트랜지스터 및 1개의 스토리지 박막트랜지스터를 포함하는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 2b를 참조하면, 화소회로(PC)는 구동 박막트랜지스터(T1), 스위칭 박막트랜지스터(T2), 센싱 박막트랜지스터(T3) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함할 수 있다.
스위칭 박막트랜지스터(T2)의 게이트 전극(G2)에는 스캔선(SL)이 접속되고, 소스전극(S2)에는 데이터선(DL)이 접속되며, 드레인전극(D2)에는 스토리지 커패시터(Cst)의 제1 전극(CE1)이 접속될 수 있다.
이에 따라, 상기 스위칭 박막트랜지스터(T2)는 각 화소(P)의 스캔선(SL)으로부터의 스캔 신호(Sn)에 응답하여 데이터선(DL)의 데이터 전압을 제1 노드(N)에 공급할 수 있다.
구동 박막트랜지스터(T1)의 게이트 전극(G1)은 상기 제1 노드(N)에 접속되고, 소스전극(S1)은 구동전압(ELVDD)를 전달하는 구동전압선(PL)에 접속되며, 드레인전극(D1)은 유기발광다이오드(OLED)의 애노드 전극에 접속될 수 있다.
이에 따라, 구동 박막트랜지스터(T1)는 자신의 소스-게이트간 전압(Vgs) 즉, 구동전압(ELVDD)과 제1 노드(N) 사이에 걸리는 전압에 따라 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류량을 조절할 수 있다.
센싱 박막트랜지스터(T3)의 게이트 전극(G3)에는 센싱 제어선(SSL)이 접속되고, 소스전극(S3)은 제2 노드(S)에 접속되며, 드레인전극(D3)은 기준 전압선(RL)에 접속될 수 있다. 일 실시예로, 상기 센싱 박막트랜지스터(T3)는 상기 센싱 제어선(SSL) 대신에 상기 스캔선(SL)에 의해 제어될 수 있다.
센싱 박막트랜지스터(T3)는 유기발광다이오드(OLED)의 화소전극(예컨대, 애노드 전극)의 전위를 센싱하는 역할을 할 수 있다. 센싱 박막트랜지스터(T3)는 센싱 제어선(SSL)으로부터의 센싱 신호(SSn)에 응답하여 기준 전압선(RL)으로부터의 프리차징(pre-charging) 전압을 제2 노드(S)에 공급하거나, 센싱 기간 동안 유기발광다이오드(OLED)의 화소전극(예컨대, 애노드 전극)의 전압을 기준 전압선(RL)에 공급할 수 있다.
스토리지 커패시터(Cst)는 제1 노드(N)에 제1 전극(CE1)이 접속되고, 제2 노드(S)에 제2 전극(CE2)이 접속될 수 있다. 스토리지 커패시터(Cst)는 제1 및 제2 노드(N, S) 각각에 공급되는 전압들 간의 차 전압을 충전하여 구동 박막트랜지스터(T1)의 구동 전압으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 스토리지 커패시터(Cst)는 제1 및 제2 노드(N, S) 각각에 공급되는 데이터 전압(Dm)과 프리차징 전압(Vpre) 간의 차 전압을 충전할 수 있다.
바이어스 전극(BSM)은 구동 박막트랜지스터(T1)과 대응되도록 형성되어 센싱 박막트랜지스터(T3)의 소스전극(S3)과 접속될 수 있다. 바이어스 전극(BSM)은 센싱 박막트랜지스터(T3)의 소스전극(S3)의 전위와 연동되어 전압을 공급 받는 바, 구동 박막트랜지스터(T1)가 안정화될 수 있다. 일 실시예로, 바이어스 전극(BSM)은 센싱 박막트랜지스터(T3)의 소스전극(S3)과 접속되지 않고, 별도의 바이어스 배선과 연결될 수 있다.
유기발광다이오드(OLED)의 대향전극(예컨대, 캐소드 전극)은 공통전압(ELVSS)을 제공받을 수 있다. 유기발광다이오드(OLED)는 구동 박막트랜지스터(T1)로부터 구동 전류를 전달받아 발광할 수 있다.
도 2b에서는, 각 화소(P) 마다 신호선들(SL, SSL, DL) 기준 전압선(RL), 및 구동전압선(PL)이 구비된 경우를 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 신호선들(SL, SSL, DL) 중 적어도 어느 하나, 또는/및 기준 전압선(RL), 및 구동전압선(PL)은 이웃하는 화소들에서 공유될 수 있다.
화소회로(PC)는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 박막트랜지스터 및 스토리지 커패시터의 개수 및 회로 디자인에 한정되지 않으며, 그 개수 및 회로 디자인은 다양하게 변경 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 유기발광다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4는 전하 생성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이고, 도 5a 내지 도 5c는 전하 생성층의 일부를 확대하여 도시한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 유기발광다이오드(OLED)는 발광 소자로서, 각 화소(P, 도 1a 또는 도 1b)에 포함될 수 있다. 유기발광다이오드(OLED)는 도 2a 또는 도 2b의 화소회로(PC)와 전기적으로 연결되어, 화소회로(PC)를 통해 전원 및 신호를 공급받아 발광 정도를 제어할 수 있다.
유기발광다이오드(OLED)는 화소전극(210), 대향전극(230) 및 화소전극(210)과 대향전극(230) 사이에 개재되는 중간층(220)을 포함할 수 있다. 화소전극(210)은 각 유기발광다이오드(OLED) 마다 패터닝되어 구비되며, 대향전극(230)은 복수의 유기발광다이오드(OLED)에서 일체인 형태로 구비될 수 있다.
일 실시예로, 유기발광다이오드(OLED)는 2개 이상의 발광 단위(emitting unit)의 스택을 포함하는 텐덤(tandem) 구조를 구비할 수 있다. 일 실시예로, 도 3에서는 2개의 발광 단위로 형성된 제1 스택(ST1) 및 제2 스택(ST2)을 구비하는 유기발광다이오드(OLED)를 도시한다. 제1 스택(ST1) 및 제2 스택(ST2)에는 각각 제1 발광층(222a) 및 제2 발광층(222b)이 배치될 수 있다. 제1 스택(ST1) 및 제2 스택(ST2) 사이에는 전하 생성층(224)이 배치될 수 있다. 이하에서는 화소전극(210) 상에 적층된 각 층들에 대해 상세하게 설명한다.
화소전극(210) 상에는 제1 공통층(221)이 배치될 수 있다. 제1 공통층(221)은 정공 수송 영역으로 기능할 수 있다. 제1 공통층(221)은 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 발광 보조층 및 전자 저지층 중에서 선택된 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 발광 보조층 및 전자 저지층의 두께는 서로 독립적으로 구비될 수 있다.
예를 들어, 정공 수송 영역은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조를 갖거나, 화소전극으로부터 차례로 적층된 정공 주입층/정공 수송층, 정공 주입층/정공 수송층/발광 보조층, 정공 주입층/발광 보조층, 정공 수송층/발광 보조층 또는 정공 주입층/정공 수송층/전자 저지층의 다층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예로, 도 3의 유기발광다이오드(OLED)는 정공 수송 영역으로, 정공 주입층(HIL) 및 정공 수송층(HTL)를 포함하는 것을 도시한다. 정공 주입층(HIL)은 화소전극(210)과 인접하게 배치되고, 정공 수송층(HTL)은 정공 주입층(HIL) 상에 배치될 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, HATCN 및 CuPc(cupper phthalocyanine), PEDOT(poly(3,4)-ethylenedioxythiophene), PANI(polyaniline) 및 NPD(N, N-dinaphthyl-N, N'-diphenylbenzidine)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
정공 수송층(HTL) 은 TCTA, TPD(N, N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-bi-phenyl-4,4'-diamine) 또는 NPB(N,N'-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine) 등과 같이 높은 정공이동도를 가지고 안정성이 우수한 트리페닐아민 유도체를 정공 수송층의 호스트로 포함할 수 있다. 도 3에서는 정공 수송층(HTL)이 단층으로 도시되나, 정공 수송층(HTL)은 다층 구조로 구비될 수도 있다. 정공 수송층(HTL)은 상술한 물질 중 각각 다른 물질을 포함하는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 정공 수송층(HTL)은 NPB 및 TCTA를 각각 포함하는 이중층으로 구비될 수 있다.
제1 공통층(221) 상에는 제1 발광층(222a)이 배치될 수 있다. 제1 발광층(222a)은 적색, 청색, 녹색 중 하나의 광을 방출하는 유기물질로 구비될 수 있다. 예컨대, 제1 발광층(222a)이 적색 광을 발광하는 경우, 제1 발광층(222a)은 소정의 호스트 물질에 예를 들면, 적색 도펀트를 사용함으로써 형성될 수 있다. 또는, 제1 발광층(222a)이 녹색 광을 발광하는 경우, 제1 발광층(222a)은 소정의 호스트 물질에 예를 들면, 녹색 도펀트를 사용함으로써 형성될 수 있다. 또는, 제1 발광층(222a)이 청색 광을 발광하는 경우, 제1 발광층(222a)은 소정의 호스트 물질에 예를 들면, 청색 도펀트를 사용함으로써 형성될 수 있다.
제1 발광층(222a) 상에는 전자 수송층(ETL)이 배치될 수 있다. 제1 발광층(222a) 상에 배치되는 전자 수송층(ETL)은 제2 공통층(223)에 포함된 전자 수송층(ETL)과 동일한 기능을 할 수 있다.
전자 수송층(ETL) 상에는 전하 생성층(224)이 배치될 수 있다. 전하 생성층(224)(charge generation layer)은 제1 스택(ST1)과 제2 스택(ST2) 사이에 개재될 수 있다. 도 3에서 전하 생성층(224)은 전자 수송층(ETL)과 정공 수송층(HTL) 사이에 개재될 수 있다.
일 실시예로, 전하 생성층(224)은 제1 스택(ST1)에 전자를 공급하기 위한 n형 전하 생성층(n-CGL) 및 제2 스택(ST2)에 정공(hole, h+, 도 4)을 공급하기 위한 p형 전하 생성층(p-CGL)을 포함할 수 있다. 또한, n형 전하 생성층(n-CGL)과 p형 전하 생성층(p-CGL) 사이에 개재된 금속 중간층(MIL)을 포함할 수 있다.
n형 전하 생성층(n-CGL)은 n형 도펀트 물질 및 n형 호스트 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예로, n형 호스트 물질과 n형 도펀트 물질의 부피 비는 약 99:1 내지 90:10 일 수 있다. n형 도펀트 물질은 금속 도펀트 일 수 있고, n형 호스트 물질은 유기 물질, 더욱 상세하게는 유기 반도체 물질일 수 있다.
n형 도펀트 물질은 주기율표 상의 제1 족 및 제2 족의 금속 또는 전자를 주입할 수 있는 유기물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, n형 도펀트 물질은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 어느 하나일 수 있다. 즉, n형 전하 생성층(n-CGL)은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 또는 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 또는 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra) 또는 이터븀(Yb)과 같은 알칼리 토금속으로 도핑된 유기층으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또는, n형 도펀트 물질은 란탄계열(Lanthan)의 희토류 원소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, n형 도펀트 물질은 디스프로슘(Dy), 유로퓸(Eu), 사마륨(Sm) 중 어느 하나일 수 있다. 이와 같은 n형 도펀트 물질은 -3eV 미만의 일함수(work function)을 갖는 금속이 사용될 수 있다.
n형 호스트 물질은, 전자를 전달할 수 있는 물질, 예를 들어, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolato-lithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, 및 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole)중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
p형 전하 생성층(p-CGL)은 p형 도펀트 물질 및 p형 호스트 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예로, p형 호스트 물질과 p형 도펀트 물질의 부피 비는 약 99:1 내지 80:20일 수 있다. p형 호스트 물질 및 p형 도펀트 물질은 유기 물질일 수 있으며, 더욱 상세하게는 p형 호스트 물질은 제1 유기 반도체 물질이고, p형 도펀트 물질을 제2 유기 반도체 물질 또는 금속 물질일 수 있다.
p형 도펀트 물질은 금속 산화물, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), HAT-CN(Hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile), 헥사아자트리페닐렌 등과 같은 유기물 또는 V2O5, MoOx, WO3　등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. p형 호스트 물질은, 정공을 전달할 수 있는 물질, 예를 들어, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenyl benzidine)(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) 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다
n형 전하 생성층(n-CGL) 및 p형 전하 생성층(p-CGL)은 각각 약 1Å 내지 200Å의 두께로 형성될 수 있다. n형 전하 생성층(n-CGL) 및 p형 전하 생성층(p-CGL)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전하 수송 특성을 얻을 수 있다.
이와 같이 n형 전하 생성층(n-CGL)과 p형 전하 생성층(p-CGL)은 도 4에 도시된 것과 같이, n형 전하 생성층(n-CGL)의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbitals Level) 에너지 준위와 p형 전하 생성층(p-CGL)의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbitals Level) 에너지 준위 간에 형성된 높은 에너지 배리어 차이로 인해 n형 전하 생성층(n-CGL)과 p형 전하 생성층(p-CGL)의 계면에서 전하 축적(Charge accumulation)이 발생할 수 있다. 축적된 전하(e-)는 n형 전하 생성층(n-CGL)과 p형 전하 생성층(p-CGL)의 계면에서 열화를 발생시킴으로써 유기발광다이오드(OLED)의 구동 전압 증가 및 수명 저하 등의 문제를 야기하는 원인이 될 수 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드(OLED)에서는 n형 전하 생성층(n-CGL)과 p형 전하 생성층(p-CGL) 사이에 금속 중간층(MIL)을 개재할 수 있다. 금속 중간층(MIL)을 n형 전하 생성층(n-CGL)과 p형 전하 생성층(p-CGL) 사이에 삽입함으로써 계단식 에너지 레벨을 형성하여 전하(e-)의 이동을 원활하게 하여 n형 전하 생성층(n-CGL)과 p형 전하 생성층(p-CGL)의 계면에서 전하 축적을 효과적으로 개선할 수 있다. 나아가 이를 통해, 유기발광다이오드(OLED) 내부의 열화 원인을 최소화시킬 수 있어, 구동 전압 감소 및 수명 향상 효과를 기대할 수 있다.
금속 중간층(MIL)의 LUMO 에너지 준위는 n형 전하 생성층(n-CGL)의 LUMO 에너지 준위와 p형 전하 생성층(p-CGL)의 HOMO 에너지 준위 사잇값일 수 있다. 상호 접해 있는 p형 전하 생성층(p-CGL)의 HOMO 에너지 준위, 금속 중간층(MIL)의 LUMO 에너지 준위, n형 전하 생성층(n-CGL)의 LUMO 에너지 준위 순으로 에너지 준위의 절대값(음의 값 자체가 아닌)이 점점 작아질 수 있다.
일 실시예로, 금속 중간층(MIL)은 일함수(work function)가 -6.0eV 내지 -3.5eV 인 금속을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 금속 중간층(MIL)은 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 금속 중간층(MIL)은 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중 적어도 하나를 포함하는 알칼리토, 전이금속, 또는 후전이금속일 수 있다. 예컨대, 비스무스(Bi)의 일함수는 약 -4.34eV일 수 있고, 마그네슘(Mg)의 일함수는 약 -3.66eV일 수 있고, 아연(Zn)의 일함수는 약 -3.63eV 내지 -4.9eV일 수 있다. 이를 통해, n형 전하 생성층(n-CGL)의 LUMO 에너지 준위와 p형 전하 생성층(p-CGL)의 HOMO 에너지 준위 사이에서 계단식 에너지 레벨을 형성할 수 있다.
한편, 금속 중간층(MIL)이 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn)를 포함한다고 함은, 실질적으로 어떠한 유기물 내에 상술한 금속들이 도펀트 또는 첨가물로 포함되는 것이 아닌, 상술한 금속들로 형성된 금속층으로 구비되는 것을 의미할 수 있다.
금속 중간층(MIL)은 약 1Å 내지 100Å의 두께로 형성될 수 있다. 금속 중간층(MIL)은 n형 전하 생성층(n-CGL) 및 p형 전하 생성층(p-CGL) 보다 얇게 형성될 수 있다. 금속 중간층(MIL)이 1Å 미만으로 형성되는 경우 그 기능을 제대로 할 수 없고, 금속 중간층(MIL)이 100Å 초과하여 형성되는 경우 금속 중간층(MIL)에 의해 흡수되는 광량이 증가하여 유기발광다이오드(OLED)를 통해 출광되는 광량이 감소할 수 있다. 상술한 것과 같이 금속 중간층(MIL)은 반사형 금속 물질을로 형성되므로, 100Å 초과하여 형성되는 경우 유기발광다이오드(OLED) 자체의 발광력을 감소시킬 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 금속 중간층(MIL)의 형태들을 도시하고 있다.
금속 중간층(MIL)은 금속 나노 입자들을 n형 전하 생성층(n-CGL) 상에 분사하여 증착시키는 방식으로 형성될 수 있다. 이 과정에서 공정 조건을 변화시킴에 따라 금속 중간층(MIL)은 도 5a 내지 도 5c와 같은 형태를 구비할 수 있다.
일 실시예로, 금속 중간층(MIL)은 도 5a와 같이 단일층으로 구비될 수 있다. 또는, 금속 중간층(MIL)은 도 5b와 같이 수 나노 내지 수십 나노의 크기를 갖는 금속 입자(MIL-P)를 포함하는 형태로 구비될 수 있다. 이러한 금속 입자(MIL-P)는 n형 전하 생성층(n-CGL)의 전면에 형성되어 도 5a와 같이 대략 일정한 두께를 갖는 단일층의 형태로 존재할 수도 있고, 또는 도 5b와 같이 n형 전하 생성층(n-CGL) 상의 일부 영역에서 금속 입자(MIL-P)들이 분산된 형태 또는 일부 금속 입자(MIL-P)들이 응집한 형태로 존재할 수도 있다. 또한, 도 5c와 같이 금속 중간층(MIL)은 n형 전하 생성층(n-CGL) 상의 일부 영역에만 형성될 수도 있다. 도 5b 또는 도 5c의 경우 n형 전하 생성층(n-CGL)과 p형 전하 생성층(p-CGL)은 금속 중간층(MIL)을 사이에 두고 적어도 일부 영역에서 서로 접할 수 있다. 또한, 도 5b 또는 도 5c의 경우 금속 중간층(MIL)에 의해 계단식 에너지 레벨을 형성함과 동시에 금속 중간층(MIL)에 의한 광 흡수를 최소화할 수 있다.
전하 생성층(224) 상에는 정공 수송층(HTL)이 배치될 수 있다. 정공 수송층(HTL)은 제1 공통층(221)의 정공 수송층(HTL)과 동일한 기능을 수행할 수 있다.
정공 수송층(HTL) 상에는 제2 발광층(222b)이 배치될 수 있다. 제2 발광층(222b)은 적색, 청색, 녹색 중 하나의 광을 방출하는 유기물질로 구비될 수 있다. 예컨대, 제2 발광층(222b)이 적색 광을 발광하는 경우, 제2 발광층(222b)은 소정의 호스트 물질에 예를 들면, 적색 도펀트를 사용함으로써 형성될 수 있다. 또는, 제2 발광층(222b)이 녹색 광을 발광하는 경우, 제2 발광층(222b)은 소정의 호스트 물질에 예를 들면, 녹색 도펀트를 사용함으로써 형성될 수 있다. 또는, 제2 발광층(222b)이 청색 광을 발광하는 경우, 제2 발광층(222b)은 소정의 호스트 물질에 예를 들면, 청색 도펀트를 사용함으로써 형성될 수 있다.
일 실시예로, 제1 발광층(222a) 및 제2 발광층(222b)은 동일 파장의 광을 발광할 수도 있고, 서로 다른 파장의 광을 발광할 수도 있다. 예컨대, 제1 발광층(222a) 및 제2 발광층(222b)는 모두 청색 광을 발광할 수 있다. 또는, 제1 발광층(222a)는 청색 광을 발광하고, 제2 발광층(222b)은 녹색 광을 발광할 수도 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 발광층(222b) 상에는 제2 공통층(223)이 배치될 수 있다. 제2 공통층(223)은 전자 수송 영역으로 기능할 수 있다. 제2 공통층(223)은 버퍼층, 정공 저지층, 전자 조절층, 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중에서 선택된 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 버퍼층, 정공 저지층, 전자 조절층, 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL)의 두께는 서로 독립적으로 구비될 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층으로 이루어진 단층 구조를 갖거나, 발광층으로부터 차례로 적층된 전자 수송층/전자 주입층, 정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층, 전자 조절층/전자 수송층/전자 주입층, 또는 버퍼층/전자 수송층/전자 주입층 등의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예로, 도 3의 유기발광다이오드(OLED)는 전자 수송 영역으로, 전자 주입층(EIL) 및 전자 수송층(ETL)를 포함하는 것을 도시한다. 전자 주입층(EIL)은 대향전극(230)과 인접하게 배치되고, 전자 수송층(ETL)은 제2 발광층(222b) 상에 배치될 수 있다.
전자 수송층(ETL)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq, Liq(lithium quinolate), BMB-3T, PF-6P, TPBI, COT 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
전자 주입층(EIL)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있으며, 전자 주입층(EIL)은 Yb, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 3에서는 유기발광다이오드(OLED)가 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL)을 모두 구비한 것을 도시하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예로, 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나는 생략될 수도 있다.
한편, 제1 발광층(222a) 및 제2 발광층(222b)을 제외한 나머지 층들, 예컨대, 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 전자 수송층(ETL), 전자 주입층(EIL) 및 전하 생성층(224)은 복수의 유기발광다이오드(OLED)에 걸쳐 일체로 구비될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 채용될 수 있는 유기발광다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 유기발광다이오드(OLED)는 3개 이상의 발광 단위(emitting unit)의 스택을 포함하는 텐덤(tandem) 구조를 구비할 수 있다. 일 실시예로, 도 6에서는 3개의 발광 단위로 형성된 제1 스택(ST1), 제2 스택(ST2) 및 제3 스택(ST3)을 구비하는 유기발광다이오드(OLED)를 도시한다. 제1 스택(ST1) 내지 제3 스택(ST3)에는 각각 제1 발광층(222a) 내지 제3 발광층(222c)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 스택(ST1)과 제2 스택(ST2) 사이, 및 제2 스택(ST2)과 제3 스택(ST3) 사이에는 각각 전하 생성층(224)이 배치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 유기발광다이오드(OLED)는 4개 이상의 발광 단위(emitting unit)의 스택을 포함하는 텐덤(tandem) 구조를 구비할 수 있다. 일 실시예로, 도 7에서는 4개의 발광 단위로 형성된 제1 스택(ST1), 제2 스택(ST2), 제3 스택(ST3) 및 제4 스택(ST4)을 구비하는 유기발광다이오드(OLED)를 도시한다. 제1 스택(ST1) 내지 제4 스택(ST4)에는 각각 제1 발광층(222a) 내지 제4 발광층(222d)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 스택(ST1)과 제2 스택(ST2) 사이, 제2 스택(ST2)과 제3 스택(ST3), 및 제3 스택(ST3)과 제4 스택(ST4) 사이에는 각각 전하 생성층(224)이 배치될 수 있다.
화소전극(210)과 대향전극(230) 사이에 배치된 중간층(220)의 적층 구조에 있어서, 동일한 부재 번호를 나타내는 층들을 전술한 도 3과 동일한 층을 의미할 수 있다. 이하에서는 중복되는 내용은 생략하고 도 3과의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6 또는 도 7을 참조하면, 유기발광다이오드(OLED)는 m개 이상의 발광 단위(emitting unit)의 스택을 포함하는 텐덤(tandem) 구조를 구비할 수 있다.(m은 2이상의 정수) 각 스택들 사이에는 m-1개의 전하 생성층(224)이 개재될 수 있다.
전하 생성층(224)은 n형 전하 생성층(n-CGL), p형 전하 생성층(p-CGL) 및 이들 사이에 개재된 금속 중간층(MIL)을 포함할 수 있다. 전하 생성층(224)은 n형 전하 생성층(n-CGL) 및 p형 전하 생성층(p-CGL)을 반드시 구비해야 하며, 금속 중간층(MIL)은 선택적으로 구비할 수 있다. 도 6 또는 도 7에서는 모든 전하 생성층(224)이 금속 중간층(MIL)을 포함하는 것을 도시하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예로, m-1개의 전하 생성층(224) 중 적어도 하나는 금속 중간층(MIL)을 구비할 수 있다.
한편, 도 6의 유기발광다이오드(OLED)는 적색, 청색, 녹색 또는 백색으로 발광할 수 있다. 유기발광다이오드(OLED)는 제1 발광층(222a) 내지 제3 발광층(222c)을 포함하는데, 제1 발광층(222a) 내지 제3 발광층(222c)는 적색, 청색, 녹색 중 하나의 광을 방출하는 유기물질로 구비될 수 있다. 제1 발광층(222a) 내지 제3 발광층(222c)은 동일 파장의 광을 발광할 수도 있고, 적어도 일부가 다른 파장의 광을 발광할 수도 있다. 예컨대, 제1 발광층(222a) 내지 제3 발광층(222c)는 모두 청색 광을 발광할 수 있다. 또는, 제1 발광층(222a) 및 제2 발광층(222b)은 청색 광을 발광하고, 제3 발광층(222c)은 녹색 광을 발광할 수도 있다.
이와 유사하게, 도 7의 유기발광다이오드(OLED)는 적색, 청색, 녹색 또는 백색으로 발광할 수 있다. 유기발광다이오드(OLED)는 제1 발광층(222a) 내지 제4 발광층(222d)을 포함하는데, 제1 발광층(222a) 내지 제4 발광층(222d)는 적색, 청색, 녹색 중 하나의 광을 방출하는 유기물질로 구비될 수 있다. 제1 발광층(222a) 내지 제4 발광층(222d)은 동일 파장의 광을 발광할 수도 있고, 적어도 일부가 다른 파장의 광을 발광할 수도 있다. 예컨대, 제1 발광층(222a) 내지 제4 발광층(222d)는 모두 청색 광을 발광할 수 있다. 또는, 제1 발광층(222a) 내지 제3 발광층(222c)은 청색 광을 발광하고, 제4 발광층(222d)은 녹색 광을 발광할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 9는 도 8의 유기발광다이오드의 일부를 확대하여 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 기판(100) 상에 제1 내지 제3 화소(Pr, Pg, Pb)가 배치된다. 제1 내지 제3 화소(Pr, Pg, Pb)는 각각 제1 내지 제3 유기발광다이오드(OLED1, OLED2, OLED3) 및 화소회로(PC)를 포함하고, 각각의 제1 내지 제3 유기발광다이오드(OLED1, OLED2, OLED3)는 화소회로(PC)와 전기적으로 연결됨으로써 발광이 제어될 수 있다. 이하의 설명에서, 제1 내지 제3 화소(Pr, Pg, Pb)에 각각 포함된 화소회로(PC) 동일한 구조를 갖는 바, 이하에서는 하나의 화소를 중심으로 적층 구조를 설명한다.
먼저, 기판(100)은 글래스재 또는 고분자 수지를 포함할 수 있다. 일 실시예로서 기판(100)은 복수의 서브층들을 포함할 수 있다. 복수의 서브층들은 유기층과 무기층이 교번하여 적층된 구조일 수 있다. 기판(100)이 고분자 수지를 포함하는 경우, 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르 이미드(polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate)를 포함할 수 있다.
기판(100) 상에는 유기발광다이오드와 같은 표시요소를 포함한 표시층(200) 및 표시층(200)을 덮는 박막봉지층(미도시)이 배치될 수 있다. 이하 표시층(200)에 대해 상세히 설명한다.
기판(100) 상에는 불순물이 박막트랜지스터(TFT)의 반도체층(Act)으로 침투하는 것을 방지하기 위해 형성된 버퍼층(201)이 형성될 수 있다. 버퍼층(201)은 실리콘나이트라이드, 실리콘옥시나이트라이드 및 실리콘옥사이드와 같은 무기 절연물을 포함할 수 있으며, 전술한 무기 절연물을 포함하는 단층 또는 다층일 수 있다.
버퍼층(201) 상에는 화소회로(PC)가 배치될 수 있다. 화소회로(PC)는 각 화소(P)에 대응하여 배치될 수 있다. 화소회로(PC)는 박막트랜지스터(TFT) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다. 박막트랜지스터(TFT)는 반도체층(Act), 게이트전극(GE), 소스전극(SE), 드레인전극(DE)을 포함할 수 있다.
도 5에는 도시되지 않았으나 화소회로(PC)의 데이터선(DL)은 화소회로(PC)에 포함된 스위칭 박막트랜지스터와 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서는 게이트전극(GE)이 게이트절연층(203)을 가운데 두고 반도체층(Act) 상에 배치된 탑 게이트 타입을 도시하였으나, 다른 실시예에 따르면 박막트랜지스터(TFT)는 바텀 게이트 타입일 수 있다.
반도체층(Act)은 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 또는, 반도체층(Act)은 비정질(amorphous) 실리콘을 포함하거나, 폴리 실리콘을 포함하거나, 유기 반도체 등을 포함할 수도 있다.
게이트전극(GE)은 저저항 금속 물질을 포함할 수 있다. 게이트전극(GE)은 몰리브데넘(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등을 포함하는 도전 물질을 포함할 수 있고, 상기의 재료를 포함하는 다층 또는 단층으로 형성될 수 있다.
반도체층(Act)과 게이트전극(GE) 사이의 게이트절연층(203)은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘옥시나이트라이드, 알루미늄옥사이드, 티타늄옥사이드, 탄탈륨옥사이드, 및 하프늄옥사이드 등과 같은 무기 절연물을 포함할 수 있다. 게이트절연층(203)은 전술한 물질을 포함하는 단층 또는 다층일 수 있다.
소스전극(SE) 및 드레인전극(DE)은 데이터선(DL)과 동일한 층 상에 위치할 수 있으며, 동일한 물질을 포함할 수 있다. 소스전극(SE), 드레인전극(DE), 및 데이터선(DL)은 전도성이 좋은 재료를 포함할 수 있다. 소스전극(SE) 및 드레인전극(DE)은 몰리브데넘(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등을 포함하는 도전 물질을 포함할 수 있고, 상기의 재료를 포함하는 다층 또는 단층으로 형성될 수 있다. 예컨대, 소스전극(SE), 드레인전극(DE) 및 데이터선(DL)은 Ti/Al/Ti의 다층으로 형성될 수 있다.
스토리지 커패시터(Cst)는 제1 층간절연층(205)을 사이에 두고 상호 중첩하는 제1 전극(CE1)과 제2 전극(CE2)을 포함할 수 있다. 스토리지 커패시터(Cst)는 박막트랜지스터(TFT)와 중첩될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5는 박막트랜지스터(TFT)의 게이트전극(GE)이 스토리지 커패시터(Cst)의 제1 전극(CE1)인 것을 도시하고 있다. 다른 실시예로서, 스토리지 커패시터(Cst)는 박막트랜지스터(TFT)와 중첩하지 않을 수 있다. 스토리지 커패시터(Cst)는 제2 층간절연층(207)으로 커버될 수 있다. 스토리지 커패시터(Cst)의 제2 전극(CE2)은 몰리브데넘(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등을 포함하는 도전 물질을 포함할 수 있고, 상기의 재료를 포함하는 다층 또는 단층으로 형성될 수 있다.
제1 층간절연층(205) 및 제2 층간절연층(207)은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘옥시나이트라이드, 알루미늄옥사이드, 티타늄옥사이드, 탄탈륨옥사이드, 하프늄옥사이드 등과 같은 무기 절연물을 포함할 수 있다. 제1 층간절연층(205) 및 제2 층간절연층(207)은 전술한 물질을 포함하는 단층 또는 다층일 수 있다.
박막트랜지스터(TFT) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함하는 화소회로(PC)는 제1 평탄화절연층(208)으로 커버될 수 있다. 제1 평탄화절연층(208)은 상면이 대략 편평한 면을 포함할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 제1 평탄화절연층(208)의 아래에는 제3 층간절연층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 제3 층간절연층은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘옥시나이트라이드와 같은 무기 절연물을 포함할 수 있다.
화소회로(PC)는 화소전극(210)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 박막트랜지스터(TFT)와 화소전극(210) 사이에는 콘택메탈층(CM)이 개재될 수 있다. 콘택메탈층(CM)은 제1 평탄화절연층(208)에 형성된 콘택홀을 통해 박막트랜지스터(TFT)와 접속할 수 있으며, 화소전극(210)은 콘택메탈층(CM) 상의 제2 평탄화절연층(209)에 형성된 콘택홀을 통해 콘택메탈층(CM)에 접속할 수 있다. 콘택메탈층(CM)은 몰리브데넘(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등을 포함하는 도전 물질을 포함할 수 있고, 상기의 재료를 포함하는 다층 또는 단층으로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 콘택메탈층(CM)은 Ti/Al/Ti의 다층으로 형성될 수 있다.
제1 평탄화절연층(208) 및 제2 평탄화절연층(209)은 Polymethylmethacrylate(PMMA)나 Polystylene(PS)과 같은 일반 범용고분자, 페놀계 그룹을 갖는 고분자 유도체, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계고분자, p-자일렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 및 이들의 블렌드와 같은 유기 절연물을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 제1 평탄화절연층(208) 및 제2 평탄화절연층(209)은 폴리이미드를 포함할 수 있다.
도 8 및 도 9를 함께 참조하면, 제2 평탄화절연층(209) 상에는 제1 내지 제3 유기발광다이오드(OLED1, OLED2, OLED3)가 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 내지 제3 유기발광다이오드(OLED1, OLED2, OLED3) 각각은 화소전극(210), 제1 공통층(221), 제1 발광층(222a), 전하 생성층(224), 제2 발광층(222b), 제2 공통층(223) 및 대향전극(230)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 유기발광다이오드(OLED1, OLED2, OLED3)에 있어서, 화소전극(210), 제1 발광층(222a) 및 제2 발광층(222b)는 각 화소별로 패터닝되어 구비되고, 제1 공통층(221), 제2 공통층(223), 전하 생성층(224) 및 대향전극(230)은 표시영역 내에서 일체로 구비된다.
도 8에서는 제1 내지 제3 유기발광다이오드(OLED1, OLED2, OLED3)가 전술한 도 3의 적층 구조를 갖는 것을 예시로 한다. 물론, 제1 내지 제3 유기발광다이오드(OLED1, OLED2, OLED3)는 전술한 도 6 또는 도 7의 적층 구조가 채용될 수도 있음은 물론이다.
화소전극(210)은 인듐틴옥사이드(ITO; indium tin oxide), 인듐징크옥사이드(IZO; indium zinc oxide), 징크옥사이드(ZnO; zinc oxide), 인듐옥사이드(In2O3: indium oxide), 인듐갈륨옥사이드(IGO; indium gallium oxide) 또는 알루미늄징크옥사이드(AZO; aluminum zinc oxide)와 같은 도전성 산화물을 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 화소전극(210)은 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크로뮴(Cr) 또는 이들의 화합물을 포함하는 반사막을 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 화소전극(210)은 전술한 반사막의 위 및/또는 아래에 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 형성된 막을 더 포함할 수 있다.
화소전극(210) 상에는 화소정의막(215)이 형성될 수 있다. 화소정의막(215)은 화소전극(210)의 상면을 노출하는 개구를 포함하되, 화소전극(210)의 가장자리를 커버할 수 있다. 화소정의막(215)은 유기 절연물을 포함할 수 있다. 또는, 화소정의막(215)은 실리콘나이트라이드나 실리콘옥시나이트라이드, 또는 실리콘옥사이드와 같은 무기 절연물을 포함할 수 있다. 또는, 화소정의막(215)은 유기절연물 및 무기절연물을 포함할 수 있다.
중간층(220)은 2개 이상의 발광층(예컨대, 제1 발광층(222a) 및 제2 발광층(222b))을 포함한다. 제1 발광층(222a) 및 제2 발광층(222b) 각각은 소정의 색상의 빛을 방출하는 고분자 또는 저분자 유기물을 포함할 수 있다.
또한, 중간층(220)은 제1 발광층(222a)과 화소전극(210) 사이에 배치된 제1 공통층(221) 및/또는 제2 발광층(222b)과 대향전극(230) 사이에 배치된 제2 공통층(223)을 포함할 수 있다.
제1 공통층(221)은 단층 또는 다층일 수 있다. 예컨대 제1 공통층(221)이 고분자 물질로 형성되는 경우, 제1 공통층(221)은 단층구조인 정공 수송층(HTL: Hole Transport Layer)으로서, 폴리에틸렌 디히드록시티오펜(PEDOT: poly-(3,4)-ethylene-dihydroxy thiophene)이나 폴리아닐린(PANI: polyaniline)으로 형성할 수 있다. 제1 공통층(221)이 저분자 물질로 형성되는 경우, 제1 공통층(221)은 정공 주입층(HIL)과 정공 수송층(HTL)을 포함할 수 있다.
제2 공통층(223)은 언제나 구비되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 공통층(221)과 제1 발광층(222a) 및 제2 발광층(222b)을 고분자 물질로 형성하는 경우, 제2 공통층(223)을 형성하는 것이 바람직하다. 제2 공통층(223)은 단층 또는 다층일 수 있다. 제2 공통층(223)은 전자 수송층(ETL) 및/또는 전자 주입층(EIL)을 포함할 수 있다.
제1 발광층(222a)과 제2 발광층(222b) 사이에는 전하 생성층(224)이 개재될 수 있다. 전하 생성층(224)은 n형 전하 생성층(n-CGL), p형 전하 생성층(p-CGL) 및 이들 사이에 개재된 금속 중간층(MIL)을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 유기발광다이오드(OLED) 하부에 배치된 막들 중, 예컨대 제2 평탄화절연층(209) 등과 같은 유기 절연층에서 아웃개스(OG, outgas)가 발생할 수 있다. 아웃개스(OG)는 화소 수축(pixel shrinkage)을 발생시키고, 아웃개스(OG)가 진행하는 방향에 배치된 대향전극(230)과 반응하여 대향전극(230)을 산화시키는 문제점을 발생시킬 수 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드(OLED)에서는 전하 생성층(224)에 구비된 금속 중간층(MIL)가 하부에서 발생하는 아웃개스(OG)를 우선적으로 포집함에 따라 화소 수축(pixel shrinkage)을 최소화하고 대향전극(230)의 산화를 방지할 수 있다.
대향전극(230)은 일함수가 낮은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 대향전극(230)은 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크로뮴(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca) 또는 이들의 합금 등을 포함하는 (반)투명층을 포함할 수 있다. 또는, 대향전극(230)은 전술한 물질을 포함하는 (반)투명층 상에 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3과 같은 층을 더 포함할 수 있다.
제1 공통층(221), 제2 공통층(223) 및 대향전극(230)은 열 증착법에 의해 기판(100)의 전면에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 대향전극(230) 상에 캡핑층(240)이 위치할 수 있다. 예컨대, 캡핑층(240)은 유기물, 무기물 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 물질을 포함하여 단층 또는 다층으로 구비될 수 있다. 캡핑층(240) 상에는 선택적 실시예로서 LiF층이 위치할 수도 있다.
제1 내지 제3 유기발광다이오드(OLED1, OLED2, OLED3)는 외부로부터의 수분이나 산소 등에 의해 쉽게 손상될 수 있으므로, 박막봉지층(300)으로 덮어 보호될 수 있다. 박막봉지층(300)은 표시영역(DA)을 덮으며 표시영역(DA) 외측의 비표시영역까지 연장될 수 있다. 박막봉지층(300)은 적어도 하나의 유기봉지층과 적어도 하나의 무기봉지층을 포함한다. 예컨대, 박막봉지층(300)은 제1 무기봉지층(310), 유기봉지층(320) 및 제2 무기봉지층(330)을 포함할 수 있다.
제1 무기봉지층(310)은 대향전극(230)을 덮으며, 산화규소, 질화규소, 및/또는 산질화규소 등을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 필요에 따라 제1 무기봉지층(310)과 대향전극(230) 사이에 캐핑층 등의 다른 층들이 개재될 수도 있다. 제1 무기봉지층(310)은 그 하부의 구조물을 따라 형성되기에, 상면이 평탄하지 않게 된다. 유기봉지층(320)은 이러한 제1 무기봉지층(310)을 덮으며, 제1 무기봉지층(310)과 달리 그 상면이 대략 평탄하도록 할 수 있다. 구체적으로, 유기봉지층(320)은 표시영역(DA)에 대응하는 부분에서는 상면이 대략 평탄하도록 할 수 있다. 유기봉지층(320)은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌설포네이트, 폴리옥시메틸렌, 폴리아릴레이트, 헥사메틸디실록산, 아크릴계 수지(예컨대, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴산 등)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 제2 무기봉지층(330)은 유기봉지층(320)을 덮으며, 산화규소, 질화규소, 및/또는 산질화규소 등을 포함할 수 있다.
박막봉지층(300)은 전술한 다층 구조를 통해 박막봉지층(300) 내에 크랙이 발생한다고 하더라도, 제1 무기봉지층(310)과 유기봉지층(320) 사이에서 또는 유기봉지층(320)과 제2 무기봉지층(330) 사이에서 그러한 크랙이 연결되지 않도록 할 수 있다. 이를 통해 외부로부터의 수분이나 산소 등이 표시영역(DA)으로 침투하게 되는 경로가 형성되는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다.
박막봉지층(300) 상부에는 충진재(610)가 배치될 수 있다. 충진재(610)는 외부 압력 등에 대해서 완충작용을 할 수 있다. 충진재(610)은 는 메틸 실리콘(methyl silicone), 페닐 실리콘(phenyl silicone), 폴리이미드 등의 유기물질로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 충진재(610)는 유기 실런트인 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 또는 무기 실런트인 실리콘 등으로도 이루어질 수 있다.
박막봉지층(300) 상에는 차광층(620)이 배치될 수 있다. 차광층(620)은 박막봉지층(300)의 제2 무기 봉지층(320) 상에 직접 배치될 수 있다. 차광층(620)은 후술할 블랙매트릭스(510)에 대응하도록 배치되며, 블랙매트릭스(510)에 사용될 수 있는 차광 물질을 포함할 수 있다.
충진재(610)를 사이에 두고 기판(100)과 대향하여 배치된 상부기판(100')에는 반사방지층(500)이 구비될 수 있다. 반사방지층(500)은 블랙매트릭스(510), 컬러필터(520), 색변환층(QD1, QD2), 투과층(TL) 및 격벽(530)이 배치될 수 있다.
색변환층(QD1, QD2)은 각각 양자점(Quantum Dots)을 포함할 수 있다. 양자점은 재질 및 크기에 따라 고유한 여기(excitation) 및 발광(emission) 특성을 나타내며, 이에 따라 입사광을 소정의 컬러광으로 변환할 수 있다. 양자점으로 다양한 물질이 사용될 수 있다.
일 실시예로, 양자점은 전술한 나노 결정을 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 양자점의 코어는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; AgInS, CuInS, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
양자점의 쉘은 상기 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할 및/또는 양자점에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 상기 양자점의 쉘의 예로는 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 또는 비금속의 산화물은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, Mn3O4, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO 등의 이원소 화합물, 또는 MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4등의 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 상기 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
양자점은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.
또한, 양자점의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
양자점은 입자 크기에 따라 방출하는 광의 색상을 조절 할 수 있으며, 이에 따라 양자점은 청색, 적색, 녹색 등 다양한 발광 색상을 가질 수 있다.
양자점의 코어는 지름이 약 2-10nm일 수 있으며, 양자점은 빛에 노출되면, 입자의 크기 및 물질의 종류 등에 따라 특정 주파수의 빛을 방출할 수 있는 바, 제1 색변환층(QD1)에 포함된 양자점들의 평균 크기 및 제2 색변환층(QD2)에 포함된 양자점들의 평균 크기는 서로 상이하게 구비될 수 있다. 예컨대, 양자점의 크기가 클 수록 긴 파장의 컬러를 방출할 수 있다. 따라서, 제1 화소(Pr), 제2 화소(Pg)의 컬러에 맞게 양자점의 크기를 선택할 수 있다.
제1 및 제2 색변환층(QD1, QD2)은 양자점들 외에, 이들을 혼합하고, 적절히 분산시킬 수 있도록 하는 다양한 물질들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 산란 입자, 용제, 광개시제, 바인더 폴리머, 분산제 등을 더 포함할 수 있다.
제3 화소(Pb)의 발광영역에는 색변환층이 대응되지 않고, 투과층(TL)이 배치될 수 있다. 투과층(TL)은 제3 화소(Pb)의 제3 유기발광다이오드(OLED3)로부터 발광하는 빛의 파장 변환없이 빛이 방출될 수 있는 유기물질로 구비될 수 있다. 투과층(TL)에는 색 퍼짐성을 균일하게 하기 위한 산란 입자가 포함될 수 있다. 이 경우, 산란 입자는 약 200nm 내지 400nm의 범위의 직경을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 제1 화소(Pr) 및 제2 화소(Pg)에 포함된 제1 유기발광다이오드(OLED1) 및 제2 유기발광다이오드(OLED2)는 동일한 파장의 빛을 방출할 수 있으며, 제1 화소(Pr) 및 제2 화소(Pg)의 색은 제1 색변환층(QD1)의 양자점 및 제2 색변환층(QD2)의 양자점이 방출하는 색으로 결정될 수 있다.
한편, 제3 화소(Pb)의 발광영역(EA)에 대응해서는 색변환층이 구비되지 않는 바, 제3 화소(Pb)는 제3 유기발광다이오드(OLED3)가 방출하는 색으로 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 화소(Pr)는 적색, 제2 화소(Pg)는 녹색, 제3 화소(Pb)는 청색을 구현할 수 있다.
격벽(530)은 비발광영역(NEA)에 대응하도록 제1 색변환층(QD1), 제2 색변환층(QD2), 및 투과층(TL)의 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로 격벽(530)은 제1 색변환층(QD1)과 제2 색변환층(QD2) 사이, 제2 색변환층(QD2)과 투과층(TL) 사이 등에 배치될 수 있다.
격벽(530)은 유기물질, 및 광학 밀도를 조절하기 위한 재료로 Cr 또는 CrOx, Cr/CrOx, Cr/CrOx/CrNy, 수지(Carbon 안료, RGB 혼합안료), Graphite, Non-Cr계 등의 재료를 포함할 수 있다. 또는, 격벽(530)은 적색, 녹색, 황색 등의 컬러를 내는 안료를 포함할 수 있다. 격벽(530)은 혼색을 방지하고 시인성을 향상시키기 위한 블랙 매트릭스로써의 역할을 할 수 있다.
상부기판(100')과 제1, 제2 색변환층(QD1, QD2) 및 투과층(TL) 사이에는 제1 내지 제3 컬러필터(520R, 520G, 520B) 및 블랙매트릭스(510)가 구비될 수 있다.
제1 내지 제3 컬러필터(520R, 520G, 520B)는 풀 컬러 영상의 구현, 색순도 향상 및 야외 시인성을 향상하기 위해서 도입된 것일 수 있다. 제1 내지 제3 컬러필터(520R, 520G, 520B)는 제1, 제2 색변환층(QD1, QD2)에서 파장이 변화되지 않은 채 제1, 제2 색변환층(QD1, QD2)을 통과한 잡광(즉, 양자점에 의해 색 변환되지 않은 하부 광)을 흡수하고 원하는 파장의 광만을 투과시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러필터(CF1)를 통과한 빛은 적색의 광을 발광하고, 제2 컬러필터(CF2)를 통과한 빛은 녹색의 광을 발광하고, 제3 컬러필터(CF3)를 통과한 빛은 청색 광을 발광할 수 있다.
블랙매트릭스(510)은 비발광영역(NEA)에 대응하도록 사이에는 제1 내지 제3 컬러필터(520R, 520G, 520B) 사이에 배치될 수 있다. 블랙매트릭스(510)은 블랙매트릭스로 써, 색선명도 및 콘트라스트를 향상시키기 위한 부재일 수 있다. 블랙매트릭스(510)은 흑색 안료, 흑색 염료 또는 흑색의 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 블랙매트릭스(510)은 Cr 또는 CrOx, Cr/CrOx, Cr/CrOx/CrNy, 수지(Carbon 안료, RGB 혼합안료), Graphite, Non-Cr계 등의 재료를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 컬러필터(520R, 520G, 520B) 중 서로 인접하게 배치된 컬러필터들은 비발광영역(NEA)에서 중첩되도록 배치될 수 있다. 서로 다른 색의 컬러필터가 중첩되도록 구비됨으로써, 광차단율을 향상시킬 수 있다. 한편, 컬러필터(520) 및 블랙매트릭스(510)은 경우에 따라서 생략될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 효율을 측정하여 비교한 표이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 상온 수명을 비교 측정한 그래프이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 진행성 구동 전압 변화를 비교 측정한 그래프이다.
도 10 내지 도 12는 동일한 실험을 통해 분석된 자료이며, 도 3에 도시된 2개의 발광 유닛의 스택을 포함한 유기발광다이오드(OLED)에 대한 발광 효율, 상온 수명 및 구동 전압을 측정하였다.
도 10을 참조하면, 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예와 금속 중간층(MIL)을 두께 별로 구비한 실시예1, 실시예2, 실시예3을 비교하여 각 유기발광다이오드의 효율을 측정하였다. 비교예에서 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않았다고 함은, 전하 생성층(224)이 n형 전하 생성층(n-CGL) 및 p형 전하 생성층(p-CGL) 만을 구비한 것을 의미할 수 있다.
실시예1은 금속 중간층(MIL)의 두께가 10Å이고, 실시예2는 금속 중간층(MIL)의 두께가 20Å이고, 실시예3은 금속 중간층(MIL)의 두께가 30Å으로 설정하여 실험을 진행하였다. 실시예1, 실시예2, 실시예3의 금속 중간층(MIL)은 마그네슘(Mg)을 포함한다.
먼저, 반사방지층(500)을 구비하지 않고 유기발광다이오드(OLED) 만의 발광 효율을 측정한 왼쪽의 데이터(즉, OLED only)를 살펴보면, 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예의 경우 효율이 22.1인데 반해, 금속 중간층(MIL)을 구비한 실시예1은 23.4로 측정되어 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예 보다 5.9% 상승하였으며, 실시예2은 22.7로 측정되어 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예 보다 2.7% 상승하였으며, 실시예3은 23.2로 측정되어 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예 보다 5.0% 발광 효율이 상승한 것을 알 수 있다.
또한, 유기발광다이오드(OLED) 상에 컬러필터(520), 제1 및 제2 색변환층(QD1, QD2)을 포함하는 반사방지층(500)이 배치된 경우, 반사방지층(500)을 통과하여 방출되는 발광 효율을 측정하였다.
적색 화소(R)에 있어서, 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예의 경우 효율이 3.0로 나타난 반면, 금속 중간층(MIL)을 구비한 실시예1, 실시예2, 실시예3의 경우 각각 효율이 3.6, 3.7, 3.6으로 상승한 것을 알 수 있다. 또한, 녹색 화소(G)에 있어서, 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예의 경우 효율이 6.8로 나타난 반면, 금속 중간층(MIL)을 구비한 실시예1, 실시예2, 실시예3의 경우 각각 효율이 8.0, 7.9, 7.8으로 상승한 것을 알 수 있다. 또한, 청색 화소(B)에 있어서, 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예의 경우 효율이 2.4로 나타난 반면, 금속 중간층(MIL)을 구비한 실시예1, 실시예2, 실시예3의 경우 각각 효율이 2.8, 2.9, 2.5으로 상승한 것을 알 수 있다. 또한, 백색 화소(W)에 있어서, 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예의 경우 효율이 4.8로 나타난 반면, 금속 중간층(MIL)을 구비한 실시예1, 실시예2, 실시예3의 경우 효율이 각각 5.6, 5.7, 5.5로 측정하여, 발광 효율을 변화율은 비교예 대비 각각 15.9%, 17.4%, 13.9% 상승한 것을 알 수 있다.
도 11을 참조하면, 유기발광다이오드의 상온 수명은 점점 시간이 지남에 따라 휘도가 떨어질 수 밖에 없다. 비교예뿐 만 아니라, 실시예1, 실시예2, 실시예3 역시 시간이 지남에 따라 휘도가 낮아지는 경향성을 나타내는데, 감소하는 폭에 있어서, 비교예에 비해 실시예1, 실시예2, 실시예3의 경우가 휘도의 감소 폭이 적음을 확인할 수 있다. 휘도의 감소 폭 차이는 50시간 이후에서 확연히 나타나며, 그 차이는 점점 커짐을 알 수 있다.
이와 같이, 도 11의 그래프를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드와 같이 전하 생성층(224)의 n형 전하 생성층(n-CGL) 및 p형 전하 생성층(p-CGL) 사이에 금속 중간층(MIL)을 구비함으로써, 전하 생성층(224) 내에서 계단식 에너지 레벨을 형성하여 전자의 이동을 원활하게 하여 전하 생성층(224) 내의 열화로 인한 유기발광다이오드의 수명 저하를 방지 또는 최소화할 수 있다.
도 12의 그래프를 참조하면, y축은 유기발광다이오드가 동일한 휘도의 광을 발광하기 위해 제공해야 하는 전압의 변화량을 나타낸다. 전술한 도 11의 그래프와 같이, 유기발광다이오드는 동일한 전압을 제공하였을 때, 시간이 지남에 따라 휘도가 감소한다. 따라서, 시간이 지남에도 불구하고 유기발광다이오드가 지속적으로 동일한 휘도를 발광하기 위해서는 제공해야 하는 전압은 상승하게 된다.
도 11 및 도 12를 함께 참조하면, 실시예1, 실시예2, 실시예3의 경우 휘도의 감소 폭은 비교예에 비해 더 낮은 반면, 동일한 휘도를 발광하기 위한 전압의 변화량, 즉 진행성 구동 전압 변화량은 비교예와 차이 없이 거의 동일한 것을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 효율을 측정하여 비교한 표이다.
도 13은 도 7에 도시된 4개의 발광 유닛의 스택을 포함한 유기발광다이오드에 대한 발광 효율을 측정하였다.
도 13을 참조하면, 비교예는 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 유기발광다이오드이고, 실시예4는 도 7에서 제3 스택(ST3)과 제4 스택(ST4) 사이에 개재된 전하 생성층(224)에만 금속 중간층(MIL)이 구비된 유기발광다이오드이고, 실시예5는 도 7에서 각 스택들(ST1, ST2, ST3, ST4) 사이에 개재된 모든 전하 생성층(224)에 금속 중간층(MIL)이 구비된 유기발광다이오드이다. 실시예4 및 실시예5의 금속 중간층(MIL)은 각각 10Å의 두께로 형성되었다. 또한, 실시예6은 도 7에서 제2 스택(ST2)과 제3 스택(ST3) 사이에 개재된 전하 생성층(224)에만 금속 중간층(MIL)이 구비된 유기발광다이오드이고, 실시예7은 도 7에서 제3 스택(ST3)과 제4 스택(ST4) 사이에 개재된 전하 생성층(224)에만 금속 중간층(MIL)이 구비된 유기발광다이오드이다. 실시예6 및 실시예7의 금속 중간층(MIL)은 각각 30Å의 두께로 형성되었다. 실시예4 내지 실시예7의 금속 중간층(MIL)은 마그네슘(Mg)을 포함한다.
반사방지층(500)을 구비하지 않고 유기발광다이오드(OLED) 만의 발광 효율을 측정한 데이터(즉, OLED only)를 살펴보면, 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예의 경우 효율이 49.4인데 반해, 금속 중간층(MIL)을 구비한 실시예4는 50.7로 측정되어 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예 보다 2.6% 상승하였으며, 실시예5는 49.8로 측정되어 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예 보다 0.8% 상승하였으며, 실시예6은 50.2로 측정되어 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예 보다 1.6% 발광 효율이 상승하였으며, 실시예7은 50.7로 측정되어 금속 중간층(MIL)을 구비하지 않은 비교예 보다 2.6% 발광 효율이 상승한 것을 알 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드의 화소 수축 정도를 비교 실험한 결과들을 나타낸 표이다.
도 14는 도 3과 같이 2개의 발광 유닛의 스택을 포함한 유기발광다이오드의 화소 수축을 실험한 결과이고, 도 15는 도 7과 같이 4개의 발광 유닛의 스택을 포함한 유기발광다이오드의 화소 수축을 실험한 결과이다.
도 14를 참조하면, 비교예, 실시예8, 실시예9의 경우 최초에는 화소들이 모두 동일한 발광 면적을 갖는 반면, 비교예의 경우 실시예8, 실시예9 보다 시간이 지남에 따라 화소 수축의 정도가 더욱 가속화됨을 알 수 있다. 도 14에서 최대 시간, 즉 6시간 이후 화소의 발광 면적을 측정한 결과, 비교예의 경우 화소의 발광 면적의 폭이 약 9㎛ 줄어든 반면, 실시예8 및 실시예9의 경우 각각 약 6㎛ 및 5㎛만큼 화소의 발광 면적이 줄어든 것을 확인할 수 있다.
도 15를 참조하면, 비교예, 실시예10, 실시예11의 경우 최초에는 화소들이 모두 동일한 발광 면적을 가지나, 비교예의 경우 실시예10, 실시예11 보다 시간이 지남에 따라 화소 수축의 정도가 더욱 가속화됨을 알 수 있다. 도 15에서 최대 시간, 즉 6시간 이후 화소의 발광 면적을 측정한 결과, 비교예의 경우 화소의 발광 면적의 폭이 약 7㎛ 줄어든 반면, 실시예10 및 실시예11의 경우 각각 약 5㎛ 및 4㎛만큼 화소의 발광 면적이 줄어든 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 도 14 및 도 15의 측정 실험을 통해, 금속 중간층(MIL)을 구비한 본 실시예에 따른 유기발광다이오드가 화소 수축에 더욱 강건한 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것 이다.
100: 기판
OLED: 유기발광다이오드
210: 화소전극
220: 중간층
230: 대향전극
222a: 제1 발광층
222b: 제2 발광층
224: 전하 생성층
n-CGL: n형 전하 생성층
p-CGL: p형 전하 생성층
MIL: 금속 중간층

Claims (24)

  1. 기판 상에 배치되는, 화소전극;
    상기 화소전극과 대향하여 배치되는, 대향전극;
    상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 개재되되 상호 중첩하여 적층된, 제1 발광층 및 제2 발광층; 및
    상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층 사이에 배치되는, 전하 생성층(charge generation layer);을 구비하고,
    상기 전하 생성층은,
    n형 전하 생성층, p형 전하 생성층 및 상기 n형 전하 생성층과 상기 p형 전하 생성층 사이에 개재된 금속 중간층을 포함하고,
    상기 금속 중간층은 일함수(work function)가 -6.0eV 내지 -3.5eV인 금속을 포함하는, 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 중간층의 두께는 1Å 내지 100Å인, 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 중간층의 두께는 상기 n형 전하 생성층 및 상기 p형 전하 생성층의 두께보다 얇은, 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 중간층은 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 중간층은 단일층으로 구비되는, 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 중간층은 상기 n형 전하 생성층 상에 분산된 금속 입자를 포함하는, 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 중간층을 사이에 두고 상기 n형 전하 생성층과 상기 p형 전하 생성층은 적어도 일부 영역에서 서로 접하는, 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 n형 전하 생성층은 유기 반도체 물질 및 금속 도펀트를 포함하는, 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속 도펀트는 일함수(work function)가 -3eV 미만인 금속을 포함하는, 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속 도펀트는 란탄계열의 금속 및 알칼리계열의 금속 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 금속 도펀트는 리튬(Li), 이터븀(Yb), 디스프로슘(Dy), 유로퓸(Eu), 사마륨(Sm) 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 유기 반도체 물질 및 상기 금속 도펀트의 부피비는 99:1 내지 90:10인, 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 p형 전하 생성층은 제1 유기 반도체 물질 및 제2 유기 반도체 물질을 포함하고,
    상기 제1 유기 반도체 물질과 상기 제2 유기 반도체 물질의 부피 비는 99:1 내지 80:20인, 디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 화소전극에 대응하여 상기 대향전극 상에 배치된 색변환층; 및
    상기 색변환층 상에 배치된 컬러필터;를 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 색변환층은 양자점을 포함하는, 디스플레이 장치.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 금속 중간층의 두께는 10Å 내지 30Å인, 디스플레이 장치.
  17. 기판 상에 배치되는, 화소전극;
    상기 화소전극과 대향하여 배치되는, 대향전극;
    상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 개재된, m개의 발광 단위(emitting unit)들; 및
    상기 m개의 발광 단위들 중 서로 인접한 2개의 발광 단위들 사이에 개재되고, n형 전하 생성층 및 p형 전하 생성층을 포함한, m-1개의 전하 생성층(charge generation layer);을 구비하고,
    상기 m-1개의 전하 생성층 중 적어도 하나는, 상기 n형 전하 생성층과 상기 p형 전하 생성층 사이에 개재된 금속 중간층을 포함하고,
    상기 금속 중간층은 일함수(work function)가 -6.0eV 내지 -3.5eV인 금속을 포함하는, 유기발광다이오드. (m은 2이상의 정수)
  18. 제17항에 있어서,
    상기 금속 중간층의 두께는 1Å 내지 100Å인, 유기발광다이오드.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 금속 중간층은 비스무스(Bi), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중 적어도 하나를 포함하는, 유기발광다이오드.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 금속 중간층은 상기 n형 전하 생성층 상에 분산된 금속으로 형성된 입자를 포함하는, 유기발광다이오드.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 금속 중간층을 사이에 두고 상기 n형 전하 생성층과 상기 p형 전하 생성층은 적어도 일부 영역에서 서로 접하는, 유기발광다이오드.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 n형 전하 생성층은 유기 반도체 물질 및 금속 도펀트를 포함하고,
    상기 금속 도펀트는 일함수(work function)가 -3eV 미만인 금속을 포함하는, 유기발광다이오드.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 금속 도펀트는 란탄계열의 금속을 포함하는, 유기발광다이오드.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 금속 도펀트는 리튬(Li), 이터븀(Yb), 디스프로슘(Dy), 유로퓸(Eu), 사마륨(Sm) 중 적어도 하나를 포함하는, 유기발광다이오드.
KR1020200183751A 2020-12-24 2020-12-24 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 KR20220092736A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200183751A KR20220092736A (ko) 2020-12-24 2020-12-24 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
US17/483,675 US20220209157A1 (en) 2020-12-24 2021-09-23 Organic light-emitting diode and display apparatus including the same
CN202111529504.9A CN114678398A (zh) 2020-12-24 2021-12-14 有机发光二极管及包括其的显示设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200183751A KR20220092736A (ko) 2020-12-24 2020-12-24 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220092736A true KR20220092736A (ko) 2022-07-04

Family

ID=82069891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200183751A KR20220092736A (ko) 2020-12-24 2020-12-24 유기발광다이오드 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220209157A1 (ko)
KR (1) KR20220092736A (ko)
CN (1) CN114678398A (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102649146B1 (ko) * 2018-10-26 2024-03-21 삼성디스플레이 주식회사 컬러 필터 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
CN114864852B (zh) * 2022-07-06 2022-11-25 京东方科技集团股份有限公司 发光器件和显示面板

Also Published As

Publication number Publication date
US20220209157A1 (en) 2022-06-30
CN114678398A (zh) 2022-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110911447A (zh) 显示装置
JP7465074B2 (ja) ディスプレイ装置
KR20160070272A (ko) 유기발광 표시장치 및 그의 제조방법
CN112552899B (zh) 量子点组合物、发光二极管和包括发光二极管的显示装置
KR20210149971A (ko) 양자점 조성물, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
KR101726630B1 (ko) 양자 발광 소자
US20220209157A1 (en) Organic light-emitting diode and display apparatus including the same
KR20210031027A (ko) 양자점 조성물, 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
CN112133839B (zh) 量子点发光二极管及其制造方法和量子点发光显示装置
KR20210149968A (ko) 양자점 조성물, 발광 소자 및 이의 제조방법
CN114823806A (zh) 显示装置及用于制造显示装置的光掩模和方法
KR20210106037A (ko) 표시 패널 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20210149975A (ko) 양자점 조성물, 발광 소자 및 이의 제조방법
KR20210149956A (ko) 양자점 조성물, 발광 소자 및 이의 제조 방법
US20220158113A1 (en) Display apparatus
US20220157896A1 (en) Display apparatus
US20220064527A1 (en) Quantum dot, lighting emitting element and display device including the same
US20230064765A1 (en) Multilayer electrode, light-emitting diode includ-ing the same, and display apparatus
US20230232649A1 (en) Display device
US20230111888A1 (en) Quantum dot composite and light emitting diode including the same
US20210189233A1 (en) Method for producing quantum dot composition and method for manufacturing light emitting element including the same
KR20240043205A (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20230077801A (ko) 표시 장치
KR20230030716A (ko) 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20230003731A (ko) 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination