KR101666781B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제1 전극과 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 서로 상이한 색상의 광을 발광하는 제1 스택과 제2 스택; 및 상기 제1 스택과 제2 스택 사이에 형성된 중간층을 포함하여 이루어지고, 상기 중간층은 상기 제1 스택에 인접하게 위치하여 상기 제1 스택으로 전자를 제공하는 제1 중간층 및 상기 제2 스택에 인접하게 위치하여 상기 제2 스택으로 정공을 제공하는 제2 중간층을 포함하여 이루어지고, 상기 제2 중간층은 상기 제1 중간층 상에 형성된 P 도핑 전하 생성층 및 상기 P 도핑 전하 생성층 상에 형성된 정공 수송 특성을 구비한 층으로 이루어지고, 상기 P 도핑 전하 생성층은 상기 정공 수송 특성을 구비한 층을 구성하는 유기물질에 도펀트가 도핑되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.
Description
본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 백색광을 발광하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 전자(electron)를 주입하는 음극(cathode)과 정공(hole)을 주입하는 양극(anode) 사이에 유기 발광부가 형성된 구조를 가지며, 음극에서 발생된 전자 및 양극에서 발생된 정공이 유기 발광부 내부로 주입되면 주입된 전자 및 정공이 결합하여 액시톤(exciton)이 생성되고, 생성된 액시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 떨어지면서 발광을 하는 소자이다.
이와 같은 유기 발광 소자는 조명뿐만 아니라 액정표시장치의 박형 광원 또는 디스플레이 장치 등에 다양하게 적용될 수 있는데, 특히 백색을 발광하는 유기 발광 소자는 컬러 필터와 조합하여 풀컬러 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
컬러 필터와 백색 유기 발광 소자를 조합한 풀컬러 디스플레이 장치의 경우, 상기 백색을 발광하는 유기 발광 소자를 화소 별로 동일한 증착 공정으로 제조할 수 있기 때문에 새도우 마스크 없이 공정 진행이 가능한 장점이 있다.
이하, 도면을 참조로 종래 백색을 발광하는 유기 발광 소자에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 양극(1), 제1 스택(stack)(2), 중간층(3), 제2 스택(4), 및 음극(5)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 스택(2)은 상기 양극(1) 상에 형성되어 청색(Blue:B) 광을 발광하는 스택이다. 구체적으로 도시하지는 않았지만, 상기 제1 스택(2)은 청색(B) 광을 발광하는 발광층, 상기 발광층으로 정공을 수송하는 정공수송층, 및 상기 발광층으로 전자를 수송하는 전자수송층을 포함하고 있다.
상기 중간층(3)은 상기 제1 스택(2)과 제2 스택(4) 사이에 형성되어 상기 제1 스택(2)과 제2 스택(4) 사이에서 전하를 균형되게 조절하는 역할을 한다. 이와 같은 중간층(3)은 상기 제1 스택(2)으로 전자를 제공하는 N타입 전하 생성층(3a) 및 상기 제2 스택(4)으로 정공을 제공하는 P타입 전하 생성층(3b)으로 이루어진다.
상기 N타입 전하 생성층(3a)은 전자 주입 또는 전자 수송 특성을 가지는 Li가 도핑된 유기물질로 이루어지고, 상기 P타입 전하 생성층(3b)은 정공 주입 또는 정공 수송 특성을 가지는 유기물질로 이루어진다.
상기 제2 스택(4)은 상기 중간층(3) 상에 형성되어 황록색(Yellow green: YG) 광을 발광하는 스택이다. 상기 제1 스택(2)과 유사하게, 상기 제2 스택(4)은 황록색(YG) 광을 발광하는 발광층, 상기 발광층으로 정공을 수송하는 정공수송층, 및 상기 발광층으로 전자를 수송하는 전자수송층을 포함하고 있다.
이와 같은 종래의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는 상기 제1 스택(2)에서 발광하는 청색 광과 상기 제2 스택(4)에서 발광하는 황록색 광이 혼합되어 백색 광을 발광하게 된다.
그러나, 종래의 유기 발광 소자는 상기 중간층(3)을 구성하는 N타입 전하 생성층(3a)과 P타입 전하 생성층(3b)을 별도의 증착 공정으로 형성함과 더불어 그 위의 제2 스택(4)을 구성하는 정공 수송층 등도 별도의 증착 공정으로 형성하기 때문에 그만큼 적층수 및 공정수가 증가하고 그로 인해서 구동 전압이 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 적층수 및 공정수를 줄여 구동 전압이 낮은 유기 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 제1 전극과 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 서로 상이한 색상의 광을 발광하는 제1 스택과 제2 스택; 및 상기 제1 스택과 제2 스택 사이에 형성된 중간층을 포함하여 이루어지고, 상기 중간층은 상기 제1 스택에 인접하게 위치하여 상기 제1 스택으로 전자를 제공하는 제1 중간층 및 상기 제2 스택에 인접하게 위치하여 상기 제2 스택으로 정공을 제공하는 제2 중간층을 포함하여 이루어지고, 상기 제2 중간층은 상기 제1 중간층 상에 형성된 P 도핑 전하 생성층 및 상기 P 도핑 전하 생성층 상에 형성된 정공 수송 특성을 구비한 층으로 이루어지고, 상기 P 도핑 전하 생성층은 상기 정공 수송 특성을 구비한 층을 구성하는 유기물질에 도펀트가 도핑되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)을 정공 수송층(HTL) 또는 전자 블록킹층과 같은 정공 수송 특성을 구비한 층과 함께 1회의 증착 공정으로 형성할 수 있어 공정이 단순해지고 적층수도 줄어들어 구동전압을 낮출 수 있다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
본 명세서에서 기술되는 "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 기술되는 "제1" 및 "제2" 등의 수식어는 해당하는 구성들의 순서를 의미하는 것이 아니라 해당하는 구성들을 서로 구분하기 위한 것이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 제1 전극(100), 제1 스택(stack)(200), 중간층(300), 제2 스택(400) 및 제2 전극(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 전극(100)은 양극(anode)으로 기능할 수 있다. 상기 제1 전극(100)은 전도성 및 일함수(work function)가 높은 투명한 도전물질, 예로서 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), SnO2 또는 ZnO 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 스택(200)은 상기 제1 전극(100) 상에 형성되어 제1 색상의 광, 특히 단파장인 청색(Blue:B) 광을 발광한다. 상기 청색(B) 광은 피크(peak) 파장 범위가 445nm 내지 475nm 범위가 될 수 있다.
상기 제1 스택(200)은 상기 제1 전극(100) 상에 차례로 형성된 정공 주입층(HIL; Hole Injecting Layer)(210), 제1 정공 수송층(HTL; Hole Transporting Layer)(220), 제1 전자 블록킹층(EBL: Electron Blocking Layer)(230), 제1 발광층(EML; Emitting Layer)(240), 및 제1 전자 수송층(ETL; Electron Transporting Layer)(250)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 정공주입층(HIL)(210)은 MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine) 또는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 정공 수송층(HTL)(220)은 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) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전자 블록킹층(EBL)(230)은 상기 제1 정공 수송층(HTL)(220)으로 전자(Electron)가 이동하는 것을 차단함으로써 상기 제1 발광층(EML)(240) 내에서 전자와 정공의 결합을 최대화할 수 있도록 한다. 또한, 상기 제1 전자 블록킹층(EBL)(230)은 정공 수송 능력을 가지고 있어 상기 제1 정공 수송층(HTL)(220)에 의해 수송된 정공을 상기 제1 발광층(EML)(240)으로 수송할 수 있다. 이와 같은 제1 전자 블록킹층(EBL)(230)은 TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine) 또는 카바졸 유도체 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 발광층(EML)(240)은 청색(B) 광을 발광하는 층으로서 호스트 물질에 청색(B) 도펀트가 도핑되어 구성될 수 있다. 상기 제1 발광층(EML)(240)은 안트라센(anthracene) 유도체, 파이렌(pyrene) 유도체 및 페릴렌(perylene) 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 형광 호스트 물질에 형광 청색(B) 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전자 수송층(ETL)(250)은 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸
(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 중간층(300)은 상기 제1 스택(200)과 제2 스택(400) 사이에 형성되어 있다. 상기 중간층(300)은 전하 생성층(CGL; Charge Generating Layer)을 포함하고 있어서 상기 제1 스택(200)과 제2 스택(400) 사이에서 전하를 균형되게 조절한다. 또한, 상기 중간층(300)은 정공 수송층(HTL)을 포함하고 있어서 상기 제2 스택(400)에 정공을 수행한다.
구체적으로, 상기 중간층(300)은 제1 중간층(310) 및 제2 중간층(320)으로 이루어진다. 상기 제1 중간층(310)은 상기 제1 스택(200)에 인접하게 위치하고 있고, 상기 제2 중간층(320)은 상기 제2 스택(400)에 인접하게 위치하고 있다.
상기 제1 중간층(310)은 N타입 전하 생성층(N-CGL)으로 이루어져 상기 제1 스택(200)으로 전자를 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은 제1 중간층(310)은 Li, Na, K, 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, 또는 Mg, Sr, Ba, 또는 Ra와 같은 알칼리 토금속으로 도핑된 유기층으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 중간층(310)을 구성하는 유기층은 상기 제1 전자 수송층(ETL)(250)을 구성하는 유기물질을 포함할 수 있다.
상기 제2 중간층(320)은 상기 제1 중간층(310) 상에 차례로 형성된 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 정공 수송층(HTL)(322)을 포함하고 있다.
상기 P 도핑 전하 생성층(321)은 상기 제2 스택(400)으로 정공을 제공하는 역할을 수행할 수 있으며, 이와 같은 P 도핑 전하 생성층(321)은 상기 제2 정공 수송층(HTL)(322)을 구성하는 유기물질을 호스트(Host) 물질로 하고 상기 호스트 물질에 도펀트가 도핑되어 이루어진다. 즉, 상기 제2 중간층(320)은 상기 제2 정공 수송층(HTL)(322)을 구성하는 유기물질과 도펀트를 공증착하여 상기 P 도핑 전하 생성층(321)을 형성하고 이어서 상기 도펀트는 제외하고 유기물질을 증착하여 제2 정공 수송층(HTL)(322)을 형성하는 공정을 통해 얻어진다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 정공 수송층(HTL)(322)을 동일한 증착 장비에서 1회의 증착 공정으로 형성할 수 있어 공정이 단순해지고 적층수도 줄어들어 구동전압을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 정공 수송층(HTL)(322)을 동일한 유기물질을 이용하여 형성하기 때문에, 상기 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 정공 수송층(HTL)(322) 사이의 계면 특성이 향상된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유기물질에 도펀트를 도핑하여 P 도핑 전하 생성층(321)을 형성함으로써 캐리어(carrier)의 이동성이 개선되고 전하 생성층의 전기적 안정성이 향상되고 구동 전압이 감소하는 효과가 있다.
상기 P 도핑 전하 생성층(321)은 10Å 내지 100Å의 두께로 형성할 수 있다.
상기 P 도핑 전하 생성층(321)에 포함되는 도펀트는 상기 P 도핑 전하 생성층(321) 전체에 대해서 1 내지 20 중량% 범위로 포함되며, MoO3, V2O5, ITO, TiO2, WO3 및 SnO2등과 같은 금속 산화물, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌, FeCl3, FeF3 및 SbCl5으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 도펀트 물질로 이루어질 수 있다.
상기 P 도핑 전하 생성층(321) 및 상기 제2 정공 수송층(HTL)(322)에 함께 포함되는 유기물질은 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) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 스택(400)은 상기 중간층(300) 상에 형성되어 제2 색상의 광, 특히 상기 제1 색상의 광보다 장파장인 황녹색(YG) 내지 적색(R)의 광을 발광한다. 상기 황녹색(YG) 내지 적색(R)의 광은 피크(peak) 파장 범위가 552nm 내지 625nm 범위가 될 수 있다.
상기 제2 스택(400)은 상기 중간층(300) 상에 차례로 형성된 제2 전자 블록킹층(EBL)(430), 제2 발광층(EML)(440), 제2 전자 수송층(ETL)(450), 및 전자 주입층(EIL)(460)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 전자 블록킹층(EBL)(430)은 상기 제2 중간층(320)의 제2 정공 수송층(HTL)(322)의 상면에 접촉하도록 형성될 수 있으며, 전술한 제1 전자 블록킹층(EBL)(230)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 발광층(EML)(440)은 황녹색(YG) 내지 적색(R)의 광을 발광하는 층으로서 호스트 물질에 황녹색(YG) 내지 적색(R) 도펀트가 도핑되어 구성될 수 있다. 상기 제2 발광층(EML)(440)은 카바졸계 화합물 또는 금속 착물으로 이루어진 인광 호스트 물질에 황녹색(YG) 내지 적색(R) 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. 상기 카바졸계 화합물은 CBP(4,4-N,N'-dicarbazole-biphenyl), CBP 유도체, mCP(N,N'-dicarbazolyl-3,5-benzene) 또는 mCP 유도체 등을 포함할 수 있고, 상기 금속 착물은 ZnPBO(phenyloxazole) 금속 착물 또는 ZnPBT(phenylthiazole) 금속 착물 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 전자 수송층(ETL)(450)은 전술한 제1 전자 수송층(ETL)(250)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 전자 주입층(EIL)(460)은 LIF 또는 LiQ(lithium quinolate) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극(500)은 음극(cathode)으로 기능할 수 있다. 상기 제2 전극(500)은 낮은 일함수를 가지는 금속, 예로서, 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 또는 칼슘(Ca) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 제1 전극(100), 제1 스택(stack)(200), 중간층(300), 제2 스택(400) 및 제2 전극(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 전극(100)은 양극(anode)으로 기능하여 투명한 도전물질로 이루어질 수 있고, 상기 제2 전극(500)은 음극(cathode)으로 기능하여 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 또는 칼슘(Ca) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 스택(200)은 상기 제1 전극(100) 상에 형성되어 제1 색상의 광, 특히 단파장인 청색(B) 광을 발광하는 것이다. 상기 제1 스택(200)은 상기 제1 전극(100) 상에 차례로 형성된 정공 주입층(HIL)(210), 제1 정공 수송층(HTL)(220), 제1 전자 블록킹층(EBL)(230), 제1 발광층(EML)(240), 및 제1 전자 수송층(ETL)(250)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 제1 스택(200)을 구성하는 각각의 층은 전술한 도 2에 따른 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
상기 중간층(300)은 상기 제1 스택(200)과 제2 스택(400) 사이에 형성되어 있다. 상기 중간층(300)은 전하 생성층(CGL; Charge Generating Layer)을 포함하고 있어서 상기 제1 스택(200)과 제2 스택(400) 사이에서 전하를 균형되게 조절한다. 또한, 상기 중간층(300)은 전자 블록킹층(EBL)을 포함하고 있어서 전자를 상기 제2 스택(400) 내에 가두어 액시톤(exiton) 생성을 향상시키는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 중간층(300)은 제1 중간층(310) 및 제2 중간층(320)으로 이루어진다. 상기 제1 중간층(310)은 상기 제1 스택(200)에 인접하게 위치하고 있고, 상기 제2 중간층(320)은 상기 제2 스택(400)에 인접하게 위치하고 있다.
상기 제1 중간층(310)은 전술한 도 2에 따른 실시예와 마찬가지로 N타입 전하 생성층(N-CGL)으로 이루어져 상기 제1 스택(200)으로 전자를 제공한다. 이와 같은 제1 중간층(310)은 전술한 도 2에 따른 실시예와 마찬가지로 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로 도핑된 유기층으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 중간층(320)은 상기 제1 중간층(310) 상에 차례로 형성된 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 포함하고 있다.
상기 P 도핑 전하 생성층(321)은 상기 제2 스택(400)으로 정공을 제공하는 역할을 수행할 수 있으며, 이와 같은 P 도핑 전하 생성층(321)은 상기 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 구성하는 유기물질을 호스트 물질로 하고 상기 호스트 물질에 도펀트가 도핑되어 이루어진다.
즉, 상기 제2 중간층(320)은 상기 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 구성하는 유기물질과 도펀트를 공증착하여 상기 P 도핑 전하 생성층(321)을 형성하고 이어서 상기 도펀트는 제외하고 유기물질을 증착하여 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 형성하는 공정을 통해 얻어진다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 1회의 증착 공정으로 형성할 수 있어 공정이 단순해지고 적층수도 줄어들어 구동 전압을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 동일한 유기물질을 이용하여 형성하기 때문에 상기 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 전자 블록킹층(EBL)(323) 사이의 계면 특성이 향상된다. 또한, 유기물질에 도펀트를 도핑하여 P 도핑 전하 생성층(321)을 형성함으로써 캐리어(carrier)의 이동성이 개선되고 전하 생성층의 전기적 안정성이 향상되고 구동 전압이 감소하는 효과가 있다.
한편, 상기 제2 전자 블록킹층(323)을 구성하는 유기물질은 정공 수송 특성을 구비하고 있는 것이, 상기 P 도핑 전하 생성층(321)에서 생성된 정공을 상기 제2 스택(400)으로 전달할 수 있어 바람직하다. 따라서, 전자 블록킹 및 정공 수송 특성을 위해서, 상기 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321) 및 상기 제2 전자 블록킹층(323)을 구성하는 유기물질은 삼중항 에너지(Triplet energy)가 2.8eV 이상이고, 정공 수송 능력이 1.0 × 10-4 cm2/V·s이상이고, Lumo(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 레벨(Level)이 -2.3eV 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321) 및 상기 제2 전자 블록킹층(323)을 구성하는 유기물질의 Homo(Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨(Level)과 상기 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)을 구성하는 도펀트의 Lumo(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 레벨(Level)의 차이는 0.3eV 이하인 것이 바람직하다.
상기 P 도핑 전하 생성층(321)은 10Å 내지 100Å의 두께로 형성할 수 있다.
상기 P 도핑 전하 생성층(321)에 포함되는 도펀트는 상기 P 도핑 전하 생성층(321) 전체에 대해서 1 내지 20 중량% 범위로 포함될 수 있으며, MoO3, V2O5, ITO, TiO2, WO3 및 SnO2등과 같은 금속 산화물, 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌, FeCl3, FeF3 및 SbCl5으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 도펀트 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 P 도핑 전하 생성층(321) 및 상기 제2 전자 블록킹층(323)에 함께 포함되는 유기물질은 TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine), 또는 카바졸 유도체 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 스택(400)은 상기 중간층(300) 상에 형성되어 제2 색상의 광, 특히 상기 제1 색상의 광보다 장파장인 황녹색(YG) 내지 적색(R)의 광을 발광한다.
상기 제2 스택(400)은 상기 중간층(300) 상에 차례로 형성된 제2 발광층(EML)(440), 제2 전자 수송층(ETL)(450), 및 전자 주입층(EIL)(460)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 발광층(EML)(440)은 상기 제2 중간층(320)의 제2 전자 블록킹층(323)의 상면에 접촉하도록 형성될 수 있다. 상기 제2 발광층(EML)(440)은 황녹색(YG) 내지 적색(R)의 광을 발광하는 층으로서 전술한 도 2에 따른 실시예와 마찬가지로 카바졸계 화합물 또는 금속 착물으로 이루어진 인광 호스트 물질에 황녹색(YG) 내지 적색(R) 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다.
상기 제2 전자 수송층(ETL)(450)은 전술한 제1 전자 수송층(ETL)(250)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 전자 주입층(EIL)(460)은 LIF 또는 LiQ(lithium quinolate) 등으로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 편의상 중간층(300) 만을 도시한 것이다. 즉, 도 3에 따른 유기 발광 소자의 중간층(300)이 도 4에 도시한 중간층(300)으로 변경될 수 있다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중간층(300)은 전하 생성층(CGL)과 전자 블록킹층(EBL)을 포함하고 있다.
구체적으로, 중간층(300)은 제1 스택(200)에 인접하게 위치하는 제1 중간층(310) 및 제2 스택(400)에 인접하게 위치하는 제2 중간층(320)으로 이루어진다.
상기 제1 중간층(310)은 전술한 도 3에 따른 실시예와 마찬가지로 N타입 전하 생성층(N-CGL)으로 이루어진다.
상기 제2 중간층(320)은 상기 제1 중간층(310) 상에 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)이 교대로 반복되게 형성된 구조로 이루어진다.
상기 P 도핑 전하 생성층(321)은 상기 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 구성하는 유기물질을 호스트 물질로 하고 상기 호스트 물질에 도펀트가 도핑되어 이루어진다. 따라서, 상기 제2 중간층(320)은 상기 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 구성하는 유기물질과 도펀트를 공증착하여 상기 P 도핑 전하 생성층(321)을 형성하고 이어서 상기 도펀트는 제외하고 유기물질을 증착하여 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 형성하고 이어서 상기 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 구성하는 유기물질과 도펀트를 공증착하여 상기 P 도핑 전하 생성층(321)을 형성하고 이어서 상기 도펀트는 제외하고 유기물질을 증착하여 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 형성하는 공정을 통해 얻어질 수 있다. 즉, 상기 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 구성하는 유기물질을 증착하면서 일정시간 동안은 상기 도펀트를 도핑하고 일정시간 동안은 상기 도펀트를 도핑하지 않는 것을 반복함으로써, 도 4에 따른 제2 중간층(320)을 얻을 수 있다.
도 4에는 P 도핑 전하 생성층(321)이 2회 형성된 것을 도시하였지만, 3회 형성되는 것도 가능하다. 다만, 상기 P 도핑 전하 생성층(321)이 4회 이상 형성되면 역전류 현상으로 상기 제2 중간층(320)이 도체화될 수 있기 때문에, 상기 P 도핑 전하 생성층(321)은 3회 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
전술한 도 3에서와 마찬가지로, 상기 P 도핑 전하 생성층(321) 및 제2 전자 블록킹층(323)을 함께 구성하는 유기물질은 전자 수송 특성을 구비한 것이 바람직하다. 따라서, 상기 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321) 및 상기 제2 전자 블록킹층(323)을 구성하는 유기물질은 삼중항 에너지(Triplet energy)가 2.8eV 이상이고, 정공 수송 능력이 1.0 × 10-4 cm2/V·s이상이고, Lumo(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 레벨(Level)이 -2.3eV 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321) 및 상기 제2 전자 블록킹층(323)을 구성하는 유기물질의 Homo(Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨(Level)과 상기 P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)을 구성하는 도펀트의 Lumo(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 레벨(Level)의 차이는 0.3eV 이하인 것이 바람직하다.
상기 P 도핑 전하 생성층(321)은 10Å 내지 100Å의 두께로 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 중간층(320)은 10nm 내지 150nm의 두께로 형성할 수 있다. 상기 제2 중간층(320)이 10nm 미만의 두께로 형성할 경우 상기 P 도핑 전하 생성층(321) 형성이 어렵고 상기 제2 중간층(320)이 150nm의 두께를 초과하면 구동 전압이 상승할 수 있다.
또한, 상기 P 도핑 전하 생성층(321)에 포함되는 도펀트는 전술한 도 3에 따른 실시예와 동일하고, 상기 P 도핑 전하 생성층(321) 및 상기 제2 전자 블록킹층(323)에 함께 포함되는 유기물질도 전술한 도 3에 따른 실시예와 동일하다.
이상의 도 4와 같이, P 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 교대로 반복하여 제2 중간층(320)을 형성하면, 상기 제2 중간층(320) 전체에서 저항 조절이 용이하고 제2 발광층(EML)(440)으로의 캐리어(carrier) 주입이 용이하여 전하 밸런스(charge balance) 조절이 용이한 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 이는 서로 상이한 색상을 발광하는 3개의 스택의 조합에 의해서 백색을 발광하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 제1 전극(100), 제1 스택(stack)(200), 중간층(300), 제2 스택(600), 제3 스택(700) 및 제2 전극(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 전극(100)은 양극(anode)으로 기능하여 투명한 도전물질로 이루어질 수 있고, 상기 제2 전극(500)은 음극(cathode)으로 기능하여 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 또는 칼슘(Ca) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 스택(200)은 상기 제1 전극(100) 상에 형성되어 제1 색상의 광, 특히 단파장인 청색(B) 광을 발광하는 것이다. 상기 청색(B) 광은 피크(peak) 파장 범위가 445nm 내지 475nm 범위가 될 수 있다.
상기 제1 스택(200)은 상기 제1 전극(100) 상에 차례로 형성된 정공 주입층(HIL)(210), 제1 정공 수송층(HTL)(220), 제1 전자 블록킹층(EBL)(230), 제1 발광층(EML)(240), 및 제1 전자 수송층(ETL)(250)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 제1 스택(200)을 구성하는 각각의 층은 전술한 도 3에 따른 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
상기 중간층(300)은 상기 제1 스택(200)과 제2 스택(600) 사이 및 상기 제2 스택(600)과 제3 스택(700) 사이에 형성되어 있다. 상기 중간층(300)은 전술한 도 3에 따른 실시예와 마찬가지로 제1 중간층(310) 및 도핑 전하 생성층(P-doping CGL)(321)과 제2 전자 블록킹층(EBL)(323)을 포함하는 제2 중간층(320)으로 이루어진다. 각각의 구성의 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
다만, 상기 중간층(300)이 전술한 도 2 또는 도 4에 따른 실시예와 동일하게 구성될 수도 있다. 또한, 상기 제1 스택(200)과 제2 스택(600) 사이에 형성되는 중간층(300)과 상기 제2 스택(600)과 제3 스택(700) 사이에 형성되는 중간층(300)은 서로 동일할 수도 있고 서로 상이할 수도 있다.
상기 제2 스택(600)은 상기 중간층(300) 상에 형성되어 제2 색상의 광, 특히 중파장인 녹색(G) 또는 황녹색(YG) 광을 발광하는 것이다. 상기 녹색(G) 광은 피크(peak) 파장 범위가 510nm 내지 545nm 범위가 될 수 있고, 상기 황녹색(Yellowgreen: YG) 광은 피크(peak) 파장 범위가 552nm 내지 575nm 범위가 될 수 있다.
상기 제2 스택(600)은 상기 중간층(300) 상에 차례로 형성된 제2 발광층(EML)(640), 및 제2 전자 수송층(ETL)(650)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 발광층(EML)(640)은 녹색(G) 또는 황녹색(YG) 광을 발광하는 층으로서 호스트 물질에 녹색(G) 또는 황녹색(YG) 도펀트가 도핑되어 구성될 수 있다. 상기 제2 발광층(EML)(640)은 카바졸계 화합물 또는 금속 착물으로 이루어진 인광 호스트 물질에 인광 녹색(G) 또는 황녹색(YG) 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. 상기 카바졸계 화합물은 CBP(4,4-N,N'-dicarbazole-biphenyl), CBP 유도체, mCP(N,N'-dicarbazolyl-3,5-benzene) 또는 mCP 유도체 등을 포함할 수 있고, 상기 금속 착물은 ZnPBO(phenyloxazole) 금속 착물 또는 ZnPBT(phenylthiazole) 금속 착물 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 전자 수송층(ETL)(650)은 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제3 스택(700)은 상기 중간층(300) 상에 형성되어 제3 색상의 광, 특히 장파장인 적색(R) 광을 발광하는 것이다. 상기 적색(R) 광은 피크(peak) 파장 범위가 600nm 내지 625nm 범위가 될 수 있다.
상기 제3 스택(700)은 상기 중간층(300) 상에 차례로 형성된 제3 발광층(EML)(740), 제3 전자 수송층(ETL)(750), 및 전자 주입층(EIL)(760)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제3 발광층(EML)(740)은 적색(R) 광을 발광하는 층으로서 호스트 물질에 적색(R) 도펀트가 도핑되어 구성될 수 있다. 상기 제3 발광층(EML)(740)에 사용되는 호스트 물질은 카바졸계 화합물 또는 금속 착물으로 이루어진 인광 호스트 물질로 이루어질 수 있다. 상기 적색 도펀트는 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)의 금속 착물로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제3 전자 수송층(ETL)(750)은 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 전자 주입층(EIL)(760)은 LIF 또는 LiQ(lithium quinolate) 등으로 이루어질 수 있다.
아래 표 1은 청색(B) 광을 발광하는 제1 스택, 녹색(G) 광을 발광하는 제2 스택, 적색(R) 광을 발광하는 제3 스택, 및 상기 제1 스택과 제2 스택 및 상기 제2 스택과 제3 스택 사이에 각각 중간층을 형성한 유기 발과 소자의 구동 전압(V), 발광 효율(cd/A, cd/m2), 밝기(Im/W), 및 에너지 변환 양자효율(EQE) 값을 측정한 것이다.
표 1에서, 비교예는 상기 중간층으로서 전술한 도 1에 따른 중간층(3)을 적용한 것이고, 실시예 1은 상기 중간층으로서 전술한 도 2에 따른 중간층(300)을 적용한 것이고, 실시예 2는 상기 중간층으로서 전술한 도 3에 따른 중간층(300)을 적용한 것이다.
| Volt(V) | cd/A | cd/m2 | Im/W | EQE | |
| 비교예 | 11.9 | 103.7 | 10370 | 27.5 | 45.1 |
| 실시예 1 | 10.6 | 105.8 | 10580 | 31.3 | 47.1 |
| 실시예 2 | 11.3 | 110.8 | 11080 | 30.8 | 49.2 |
위의 표 1에서 알 수 있듯이, 비교예에 비하여 실시예 1 및 실시예 2의 경우가 구동전압은 작고, 발광 효율, 밝기 및 에너지 변환 양자효율은 우수함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도로서, 이는 전술한 다양한 실시예에 따른 유기 발광 소자와 컬러 필터가 조합되어 구성된 풀컬러 디스플레이 장치에 관한 것이다.
도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 기판(10) 상에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있고, 상기 박막 트랜지스터(TFT)에 유기 발광 소자가 전기적으로 연결되어 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 기판(10), 게이트 전극(20), 게이트 절연막(25), 액티브층(30), 에치 스톱퍼(35), 소스 전극(40a), 드레인 전극(40b), 보호막(50), 컬러 필터(60), 평탄화층(70), 뱅크층(80), 및 유기 발광 소자를 포함하여 이루어진다.
상기 게이트 전극(20)은 상기 기판(10) 상에 패턴 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(25)은 상기 게이트 전극(20)을 포함한 기판 전면 상에 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(20)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오듐(Nd), 또는 구리(Cu) 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있고, 상기 게이트 절연막(25)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 무기계 절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 액티브층(30)은 상기 게이트 절연막(25) 상에 패턴 형성되어 있고, 상기 에치 스톱퍼(35)는 상기 액티브층(30) 상에 패턴 형성되어 상기 소스 전극(40a) 및 드레인 전극(40b)의 패터닝을 위한 에칭 공정시 상기 액티브층(30)의 채널영역이 에칭되는 것을 방지한다. 상기 액티브층(30)은 실리콘계 반도체, 또는 ITZO, IZO, ZnO, 또는 In-Ga-Zn-O(IGZO)와 같은 산화물 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 소스 전극(40a) 및 드레인 전극(40b)은 서로 마주하면서 상기 에치 스톱퍼(30) 상에 패턴 형성되어 있다. 상기 소스 전극(40a) 및 드레인 전극(40b)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오듐(Nd), 또는 구리(Cu) 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 보호막(50)은 상기 소스 전극(40a) 및 드레인 전극(40b) 상에 형성되어 있고, 상기 컬러 필터(60)는 상기 보호막(50) 상에 패턴 형성되어 있다. 상기 보호막(50)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 무기계 절연물질로 이루어질 수 있다. 상기 컬러 필터(60)는 유기 발광 소자의 발광부(90)와 오버랩되도록 형성되어, 상기 발광부(90)에서 발광된 광이 상기 컬러 필터(60)를 경유하여 상기 기판(10) 방향으로 방출될 수 있다. 이와 같은 컬러 필터(60)는 화소 별로 구별되게 형성되는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터, 및 청색 컬러 필터로 이루어질 수 있다.
상기 평탄화층(70)은 상기 컬러 필터(60) 상에 형성되어 있다. 이와 같은 평탄화층(70)은 포토아크릴(Photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB) 등과 같은 유기계 절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 뱅크층(80)은 상기 평탄화층(70) 상에 형성되어 있다. 구체적으로, 상기 뱅크층(80)은 박막 트랜지스터(TFT)와 오버랩되도록 패턴 형성되어 있으며, 이와 같은 뱅크층(80)에 의해서 발광 영역이 정의된다. 상기 뱅크층(80)은 유기절연물질, 예를 들면 폴리이미드(polyimide), 포토아크릴(Photo acryl), 또는 벤조사이클로부텐(BCB)으로 이루어질 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 제1 전극(100), 발광부(90) 및 제2 전극(500)으로 이루어진다. 전술한 도 2 내지 도 5에서 알 수 있듯이, 상기 제1 전극(100)은 양극으로 기능하고, 상기 제2 전극(500)은 음극으로 기능한다. 또한, 상기 제1 전극(100)과 제2 전극(500) 사이에 형성된 발광부(90)의 구성은 전술한 도 2 내지 도 5와 같이 다양하게 변경될 수 있으며, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
이상은 본 발명에 따른 유기 발광 소자가 적용되는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 다양한 구조의 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자가 반드시 디스플레이 장치에만 적용되는 것은 아니고, 당업계에 공지된 다양한 장치, 예로서 조명 등에도 적용될 수 있다.
100: 제1 전극 200: 제1 스택
300: 중간층 310: 제1 중간층
320: 제2 중간층 400, 600: 제2 스택
500: 제2 전극 700: 제3 스택
300: 중간층 310: 제1 중간층
320: 제2 중간층 400, 600: 제2 스택
500: 제2 전극 700: 제3 스택
Claims (9)
- 제1 전극과 제2 전극;
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 서로 상이한 색상의 광을 발광하는 제1 스택과 제2 스택; 및
상기 제1 스택과 제2 스택 사이에 형성된 중간층을 포함하고,
상기 중간층은 상기 제1 스택에 인접하게 위치하여 상기 제1 스택으로 전자를 제공하는 제1 중간층 및 상기 제2 스택에 인접하게 위치하여 상기 제2 스택으로 정공을 제공하는 제2 중간층을 포함하며,
상기 제2 중간층은 상기 제1 중간층 상에 형성된 P 도핑 전하 생성층 및 상기 P 도핑 전하 생성층 상에 형성된 정공 수송 특성을 구비한 층을 포함하고,
상기 P 도핑 전하 생성층은 상기 정공 수송 특성을 구비한 층을 구성하는 유기 물질에 도펀트가 도핑되며,
상기 정공 수송 특성을 구비한 층은 전자 블록킹층으로 이루어지고, 상기 P 도핑 전하 생성층과 상기 전자 블록킹층은 교대로 반복된 유기 발광 소자. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 정공 수송 특성을 구비한 층은 정공 수송층으로 이루어지고, 상기 제2 스택은 상기 정공 수송층 상에 형성된 전자 블록킹층을 포함하는 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제2 스택은 상기 전자 블록킹층 상에 형성된 발광층을 포함하는 유기 발광 소자. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 P 도핑 전하 생성층은 3회 이하로 반복 형성된 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 유기물질은 삼중항 에너지(Triplet energy)가 2.8eV 이상이고, 정공 수송 능력이 1.0 × 10-4 cm2/V·s이상이고, Lumo(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 레벨(Level)이 -2.3eV 이상인 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 유기물질의 Homo(Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨(Level)과 상기 도펀트의 Lumo(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 레벨(Level)의 차이는 0.3eV 이하인 유기 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 스택 및 제2 스택과 상이한 색상의 광을 발광하는 제3 스택; 및
상기 제2 스택과 상기 제3 스택 사이에 형성된 중간층을 추가로 포함하는 유기 발광 소자.
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