KR102107566B1 - 유기 발광 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함하고, 상기 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소는 각각, 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 형성되어 있는 정공 부대층, 상기 정공 부대층 위에 형성되어 있는 호스트층, 상기 호스트층 위에 형성되어 있는 전자 부대층, 및 상기 전자 부대층 위에 형성되어 있는 공통 전극층을 포함하고, 상기 적색 화소 및 녹색 화소는, 상기 호스트층 위에 각각 형성되어 있는 적색 공진 보조층 및 녹색 공진 보조층, 및 상기 적색 공진 보조층 및 녹색 공진 보조층 위에 각각 형성되어 있는 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층을 포함한다.
Description
본 기재는 BBCL(Bottom Blue Common Layer) 구조를 갖는 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치는 두 개의 전극과 그 사이에 위치하는 유기 발광 부재를 포함하며, 하나의 전극인 캐소드로부터 주입된 전자(electron)와 다른 전극인 애노드로부터 주입된 정공(hole)이 유기 발광 부재에서 결합하여 여기자(exciton)를 형성하고, 여기자가 에너지를 방출하면서 발광한다.
이러한 유기 발광 표시 장치에 풀 컬러를 구현하기 위하여 적색, 녹색 및 청색 유기 발광층을 형성하는 방법 중 레이저를 이용한 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging)이 있다.
이러한 레이저 열전사법은 레이저 빔 발생 장치로부터 발생된 레이저 빔을 마스크 패턴을 이용하여 패터닝하고, 패터닝된 레이저 빔을 베이스 필름 및 전사층으로 이루어진 도너 필름 상에 조사하여 전사층의 일부를 팽창시켜 유기 발광 표시 장치에 전사하여 유기 발광 표시 장치에 발광층을 형성하는 방법으로서, 각 발광층을 미세하게 패터닝할 수 있고, 건식 공정이라는 장점이 있다.
한편, 기존 BBCL(Bottom Blue Common Layer) 구조에서는, HPS(High Performance Scanning) 공정을 적용하여 기판의 전면의 정공 부대층 상에 청색 호스트층을 증착하므로, 적색 화소는 정공 부대층 상에 청색 호스트층 및 적색 유기 발광층이 차례로 적층된 구조이고, 녹색 화소는 정공 부대층 상에 청색 호스트층 및 녹색 호스트 층이 차례로 적층된 구조이다. 이러한 구조에서는 적색 화소 및 녹색 화소에서, 청색 호스트층의 호모(HOMO; Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨과 적색 호스트층 및 녹색 호스트층의 호모 에너지 레벨은 큰 폭의 차이가 나타나므로, 정공 부대층으로부터 적색 호스트층 및 녹색 호스트층으로의 정공의 주입이 원활하지 않아 캐리어(carrier)의 이동이 어렵고, 발광층으로 적은 양의 전하가 주입됨에 따라 구동 전압이 높아지게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 BBCL 구조의 유기 발광 표시 장치에서, 적색 화소 및 녹색 화소에, 청색 호스트 재료보다 낮은 에너지 레벨에 있는 재료를 청색 호스트 자리에 증착하여 정공 주입이 원활히 잘 이루어지도록 하여 구동 전압이 낮아지도록 하는 유기 발광 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함하고, 상기 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소는 각각, 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 형성되어 있는 정공 부대층, 상기 정공 부대층 위에 형성되어 있는 호스트층, 상기 호스트층 위에 형성되어 있는 전자 부대층, 및 상기 전자 부대층 위에 형성되어 있는 공통 전극층을 포함하고, 상기 적색 화소 및 녹색 화소는, 상기 호스트층 위에 각각 형성되어 있는 적색 공진 보조층 및 녹색 공진 보조층, 및 상기 적색 공진 보조층 및 녹색 공진 보조층 위에 각각 형성되어 있는 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는, 상기 적색 공진 보조층 및 녹색 공진 보조층 하부에 각각 형성된 적색 경계층 및 녹색 경계층을 더 포함할 수 있다.
상기 정공 부대층은, 상기 화소 전극 위에 형성되어 있는 정공 주입층과, 상기 정공 주입층 위에 형성되어 있는 정공 수송층을 포함하고, 상기 전자 부대층은, 상기 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 위에 형성되어 있는 전자 수송층과, 상기 전자 수송층 위에 형성되어 있는 전자 주입층을 포함할 수 있다.
상기 호스트층은, 상기 적색 화소에서 적색 유기 발광 물질로 이루어지는 적색 호스트층일 수 있다.
상기 적색 유기 발광 물질은 -5.34eV의 호모 에너지 레벨을 가질 수 있다.
상기 호스트층은, 상기 녹색 화소에서 녹색 유기 발광 물질로 이루어지는 녹색 호스트층일 수 있다.
상기 녹색 유기 발광 물질은 -5.29eV의 호모 에너지 레벨을 가질 수 있다.
상기 호스트층은, 상기 청색 화소에서 청색 유기 발광 물질로 이루어지는 청색 호스트층일 수 있다.
상기 청색 유기 발광 물질은 -5.61eV의 호모 에너지 레벨을 가질 수 있다.
상기 호스트층은 진공 증착으로 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에 의해서, 적색 및 녹색 화소에서 청색 호스트층 자리에 청색 유기 발광 물질보다 호모 에너지 레벨이 낮은 물질로 구성되는 적색 호스트층 및 녹색 호스트층을 구비함으로써, 정공 주입시 에너지 장벽을 낮추어 저전압으로도 장치를 구동할 수 있도록 하여 발광 효율을 높이고 장치의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 화소의 배치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에서 한 화소의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 세 화소에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 도너 필름을 적색 화소의 정공 수송층 위에 전사하는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 녹색 화소의 에너지 레벨 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 적색 화소의 에너지 레벨 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 적색 화소를 포함하는 적색 소자와 종래의 유기 발광 표시 장치의 적색 소자의 구동 전압을 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에서 한 화소의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 세 화소에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 도너 필름을 적색 화소의 정공 수송층 위에 전사하는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 녹색 화소의 에너지 레벨 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 적색 화소의 에너지 레벨 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 적색 화소를 포함하는 적색 소자와 종래의 유기 발광 표시 장치의 적색 소자의 구동 전압을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 “위에” 또는 “상에” 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 화소의 배치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 적색을 표시하는 적색 화소(R), 녹색을 표시하는 녹색 화소(G) 및 청색을 표시하는 청색 화소(B)를 포함한다. 적색, 녹색 및 청색은 풀 컬러(full color)를 표현하기 위한 기본 색의 한 예이며, 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)는 풀 컬러를 표현하기 위한 기본 화소가 될 수 있다. 본 실시예에서 세 개의 화소는 하나의 군(group)을 이루어 행 및 열을 따라 반복되어 있다.
구체적으로 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)의 배치를 살펴보면, 복수의 적색 화소(R), 복수의 녹색 화소(G) 및 복수의 청색 화소(B)는 행(row)을 따라 교대로 배열되어 있다. 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)는 실질적으로 동일한 면적일 수 있다.
도 1에서 청색 화소(B) 영역이 적색 화소(R) 및 녹색 화소(G)를 둘러싸고 있는 모양으로 도시되어 있는데, 이는 청색 유기 발광층이 청색 화소(B) 영역 뿐만 아니라 적색 화소(R) 및 녹색 화소(G) 영역의 후면 전체에 걸쳐 형성되어 있는 BBCL(Bottom Blue Common Layer)층 구조이다. 이와 같은 화소의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있으며, 백색을 표시하는 백색 화소 등 다른 화소가 더 포함될 수도 있다.
그러면 도 2 및 앞에서 설명한 도 1을 함께 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 한 화소에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에서 한 화소의 등가 회로도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 복수의 신호선(121, 171, 172)과 이들에 연결되어 있으며 대략 행렬(matrix)의 형태로 배열된 복수의 화소(PX)를 포함한다.
신호선은 스캔 신호(또는 게이트 신호)를 전달하는 복수의 스캔선(121), 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(171) 및 구동 전압(ELVDD)을 전달하는 복수의 구동 전압선(172)을 포함한다. 스캔선(121)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(171) 및 구동 전압선(172)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다. 각 화소(PX)는 스위칭 트랜지스터(switching thin film transistor)(T1), 구동 트랜지스터(driving thin film transistor)(T2), 스토리지 커패시터(storage capacitor)(Cst) 및 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)를 포함한다.
스위칭 트랜지스터(T1)는 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 스캔선(121)에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(171)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 트랜지스터(T2)에 연결되어 있다. 스위칭 트랜지스터(T1)는 스캔선(121)에 인가되는 스캔 신호에 응답하여 데이터선(171)에 인가되는 데이터 신호를 구동 트랜지스터(T2)에 전달한다.
구동 트랜지스터(T2) 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 스위칭 트랜지스터(T1)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선(172)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 유기 발광 다이오드(OLED)에 연결되어 있다. 구동 트랜지스터(T2)는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라지는 출력 전류(Id)를 흘린다.
스토리지 커패시터(Cst)는 구동 트랜지스터(T2)의 제어 단자와 입력 단자 사이에 연결되어 있다. 이 스토리지 커패시터(Cst)는 구동 트랜지스터(T2)의 제어 단자에 인가되는 데이터 신호를 충전하고 스위칭 트랜지스터(T1)가 턴 오프(turn off)된 뒤에도 이를 유지한다.
유기 발광 다이오드(OLED)는 구동 트랜지스터(T2)의 출력 단자에 연결되어 있는 애노드(anode), 공통 전압(ELVSS)에 연결되어 있는 캐소드(cathode) 및 애노드 및 캐소드 사이에 형성되어 있는 유기 발광 부재를 가진다. 유기 발광 다이오드(OLED)는 구동 트랜지스터(T2)의 출력 전류(Id)에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다.
스위칭 트랜지스터(T1) 및 구동 트랜지스터(T2)는 n 채널 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET) 또는 p 채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 그리고, 트랜지스터(T1, T2), 축전기(Cst) 및 유기 발광 다이오드(OLED)의 연결 관계는 바뀔 수 있다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 세 회소에 대한 단면 구조에 대하여 도 3 및 도 4를 앞에서 설명한 도 2와 함께 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 세 화소에 대한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 도너 필름을 적색 화소의 정공 수송층 위에 전사하는 상태를 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어질 수 있는 절연 TFT 기판(230) 위에 복수 개의 구동 트랜지스터(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 이외에 TFT 기판(230) 위에는 복수개의 신호선(도시하지 않음) 및 복수개의 스위칭 트랜지스터(도시하지 않음) 등이 더 형성되어 있을 수 있다.
구동 트랜지스터 위에는 무기물 또는 유기물로 만들어질 수 있는 보호막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 보호막이 유기물로 만들어진 경우 그 표면은 평탄할 수 있다.
각 화소(R, G, B)의 보호막 위에는 화소 전극(240)이 형성되어 있다. 이러한 화소 전극(240)은 적색 화소(R)에 형성되어 있는 적색 화소 전극, 녹색 화소(G)에 형성되어 있는 녹색 화소 전극 및 청색 화소(B)에 형성되어 있는 청색 화소 전극을 포함한다. 화소 전극(240)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전성 산화물 등으로 만들어질 수 있다.
보호막과 화소 전극(240) 사이에 유기 발광층에서 발생한 빛을 전면으로 반사하는 반사층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 이러한 반사층은 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등의 반사도가 높은 금속, 또는 이들의 합금 등으로 만들어질 수 있다.
적색, 녹색 및 청색 화소(R, G, B)에서 화소 전극(240) 위의 전면에는 정공 부대층(251)이 형성되어 있으며, 정공 부대층(251)은 정공 수송층(Hole Transport Layer, HTL)의 단일층으로 형성되거나, 정공 주입층(Hole Injecting Layer, HIL) 및 정공 수송층의 이중층으로 형성될 수 있다.
적색 화소(R)의 정공 부대층(251) 위에는 적색 호스트층(254R)이 형성될 수 있으며, 녹색 화소(G)의 정공 부대층(251) 위에는 녹색 호스트층(254G)이 형성될 수 있다. 이는, 종래의 BBCL 구조에서, 정공 부대층 전면에 청색 호스트층이 형성되어 있는 구조와 달리, 적색 및 녹색 화소에 대응하는 각각의 적색 및 녹색 호스트층이 정공 부대층 위에 형성되어 있는 구조이다.
적색 화소(R)의 적색 호스트층(254R) 위와 녹색 화소(G)의 녹색 호스트층(254G) 위에는 각각 적색 경계층(255R) 및 녹색 경계층(255G)이 형성되어 있다. 적색 경계층(255R) 위에는 적색 공진 보조층(256R)이 형성되어 있고, 녹색 경계층(255G) 위에는 녹색 공진 보조층(256G)이 형성되어 있다. 이 때, 적색 공진 보조층(256R)의 두께와 녹색 공진 보조층(256G)의 두께는 다르게 형성될 수 있다. 이들 적색 공진 보조층(256R)과 녹색 공진 보조층(256G)은 각 색별 공진 거리를 맞추기 위하여 부가된 층으로서, 정공 수송층과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 정공 수송층을 이루는 물질은 두께가 증가하더라도 전류량 증가가 수반되지 않아도 되기 때문에 공진 거리를 맞추기 위한 공진 보조층으로 적합할 수 있다.
적색 화소(R)의 적색 공진 보조층(256R) 위에는 적색 유기 발광층(257R)이 적층되어 있고, 녹색 화소(G)의 녹색 공진 보조층(256G) 위에는 녹색 유기 발광층(257G)이 적층되어 있다. 적색 유기 발광층(257R) 및 녹색 유기 발광층(257G)은 레이저 열전사법으로 형성하고, 청색 유기 발광층(252)은 전면 진공 적층하여 형성한다. 또한, 적색 및 녹색 호스트층(254R, 254G)도 적색 및 녹색 화소(R, G)에 대응하는 정공 부대층(251) 위에 진공 적층하여 형성될 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 유기 발광층(257R, 257G, 252)은 적색, 녹색 및 청색의 빛을 고유하게 내는 유기 물질로 만들어질 수 있다.
적색 경계층(255R), 적색 공진 보조층(256R) 및 적색 유기 발광층(257R)은 도너 필름에서 전사되는 전사층(20)으로서, 아래에서 도 4를 참조로 이들의 전사 공정에 대해 상세히 설명한다. 이 때, 녹색 경계층(255G), 녹색 공진 보조층(256G) 및 녹색 유기 발광층(257G)의 전사 공정은 적색 경계층(255R), 적색 공진 보조층(256R) 및 적색 유기 발광층(257R)의 전사 공정과 대부분 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 적색 유기 발광층(257R)이 형성된 도너 필름을 화소 전극(240)이 형성된 기판(230)의 적색 호스트층(254R) 위에 배치한다. 도너 필름은 베이스 필름(50) 및 전사층(20)이 차례로 적층된 구조를 가진다. 베이스 필름(50)은 열 변환층에 빛을 전달하기 위하여 투명하며, 적당한 광학적 성질과 충분한 기계적 안정성을 가진 물질로 이루어질 수 있다.
베이스 필름(50)과 전사층(20) 사이에는 열 변환층(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 열 변환층은 적외선 내지 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 빛의 일부 이상을 열로 변환시키는 층으로서, 적당한 광학밀도(optical density)를 가져야 하며, 빛을 흡수하기 위한 광흡수성 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
전사층(20)은 열 변환층으로부터 전달받은 열 에너지에 의하여, 베이스 필름(50)으로부터 분리되어, 적색 호스트층(254R)이 형성된 기판(230)으로 전사되는 층으로서, 적색 유기 발광층(257R), 적색 공진 보조층(256R) 및 적색 경계층(255R)이 차례로 적층된 구조를 가진다.
그리고, 도너 필름의 적색 경계층(255R)을 적색 호스트층(254R)에 균일하게 접촉(lamination)시킨다. 그리고, 적색 호스트층(254R)에 밀착되어 있는 도너 필름에 레이저 빔을 조사하여 도너 필름의 전사층(20)을 기판(230) 위에 전사시킨다. 따라서, 기판(230)의 적색 호스트층(254R) 위에 적색 경계층(255R), 적색 공진 보조층(256R) 및 적색 유기 발광층(257R)이 차례로 형성된다.
이와 같이, 레이저 열전사 공정 시, 도너 필름의 적색 공진 보조층(256R)에 적색 경계층(255R)을 형성하여 적색 호스트층(254R) 위에 전사함으로써, 열 에너지에 의한 적색 공진 보조층(256R) 및 적색 호스트층(254R)의 열적 손상을 최소화하고, 적색 공진 보조층(256R)과 적색 호스트층(254R)사이의 경계면의 캐리어 전송률 등의 인터페이스 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 적색 공진 보조층(256R) 및 적색 호스트층(254R)의 열적 손상을 최소화하므로 구동 전압의 이상 상승을 방지할 수 있어 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 상기와 동일한 공정으로 녹색 유기 발광층(257G)을 형성한다. 즉, 녹색 유기 발광층(257G)이 형성된 도너 필름을 화소 전극(240)이 형성된 기판(230)의 녹색 호스트층(254G) 위에 전사하여 녹색 화소(G)의 녹색 호스트층(254G) 위에 녹색 경계층(255G), 녹색 공진 보조층(256G) 및 녹색 유기 발광층(257G)을 형성한다.
한편, 적색 및 녹색 호스트층(254R, 254G)은 각각 적색 호스트(Red Host)와 적색 도펀트(Red Dopant), 녹색 호스트(Green Host)와 녹색 도펀트(Green Dopant)가 일정한 비율로 혼합된 물질로 구성된다.
종래의 청색 유기 발광층이 적색 화소(R) 및 녹색 화소(G)의 적색 경계층 및 녹색 경계층의 하부에 형성되어 있는 구조에서는 청색 유기 발광층의 호모 에너지 레벨이 적색 경계층 및 녹색 경계층의 에너지 레벨에 비하여 높아서, 정공 부대층으로부터 적색 및 녹색 경계층으로의 정공 주입시 청색 유기 발광층이 높은 에너지 장벽(barrier)으로 작용하여 정공 부대층으로부터 정공 주입이 원활하지 않아 캐리어의 이동이 어려워 높은 구동 전압이 필요하다.
따라서, 종래의 청색 유기 발광층 자리에 적색 화소 및 녹색 화소의 적색 호스트층 및 녹색 호스트층을 형성하여 청색 유기 발광층과 적색 및 녹색 호스트층 간에 존재했던 에너지 레벨 차이를 줄여서, 에너지 장벽을 낮춤으로써 적색 및 녹색 경계층으로의 정공 주입이 원활하게 할 수 있다. 이에 의해 구동 전압을 낮출 수 있어 발광 효율을 높이고 유기 발광 표시 장치의 수명을 향상시킬 수 있다.
적색 유기 발광층(257R), 녹색 유기 발광층(257G) 및 청색 유기 발광층(252) 위의 전면에는 전자 부대층(258)이 형성되어 있으며, 전자 부대층(258)은 전자 수송층(Electron Transport Layer, ETL) 및 그 위에 적층된 전자 주입층(Electron Injecting Layer, EIL)을 포함한다.
정공 부대층(251) 및 전자 부대층(258)은 유기 발광층(257R, 257G, 252)의 발광 효율을 향상하기 위한 것으로서, 정공 부대층(251)의 정공 수송층과 전자 부대층(258)의 전자 수송층은 전자와 정공의 균형을 맞추기 위한 것이고, 정공 부대층(251)의 정공 주입층과 전자 부대층(258)의 전자 주입층은 전자와 정공의 주입을 강화하기 위한 것이다.
전자 부대층(258) 위에는 공통 전압을 전달하는 공통 전극(360)이 전면에 형성되어 있다. 공통 전극(360)은 하부층과 상부층의 이중층으로 형성될 수 있고, 빛의 일부는 반사시키고 나머지 일부는 통과시키는 반투과(transflective) 특성을 가질 수 있다. 이들 하부층과 상부층은 모두 빛을 반사하는 성질을 가지는 금속으로 이루어지나 그 두께를 얇게 하면 입사광이 반사되기도 하고 투과되기도 하는 반투과 특성을 가질 수 있다. 또한, 공통 전극(360)은 단일막으로 이루어질 수도 있다.
공통 전극(360) 위에는 캡핑층(CPL, capping layer, 270)이 형성될 수 있고, 캡핑층(270) 위에는 밀봉층(encapsulation layer)(도시하지 않음)이 더 형성될 수 있다. 캡핑층(270)은 공통 전극(360) 전면에 형성되어 공통 전극(360)을 보호할 수 있다. 밀봉층은 외부로부터 수분 또는 산소가 침투하는 것을 방지하여 유기 발광 소자를 보호할 수 있다.
이러한 유기 발광 표시 장치는 공통 전극(360) 쪽으로 빛을 내보내어 영상을 표시한다. 유기 발광층(257R, 257G, 252)에서 공통 전극(360) 쪽으로 방출된 빛은 공통 전극(360)에 이르러 일부는 공통 전극(360)을 투과하여 나가고, 다른 일부는 반사되어 화소 전극(240) 쪽으로 보낸다. 화소 전극(240)은 이를 다시 반사하여 공통 전극(360) 쪽으로 보낸다. 이와 같이 화소 전극(240)과 공통 전극(360) 사이에서 왕복하는 빛은 간섭 현상을 일으키게 되는데, 빛 중 화소 전극(240)과 공통 전극(360) 사이의 거리가 공진을 일으킬 수 있는 거리에 해당하는 파장의 빛은 보강 간섭을 일으켜 세기가 강해지고 다른 파장의 빛들은 상쇄 간섭을 일으켜 세기가 약해진다. 이와 같은 빛의 왕복 및 간섭 과정을 미세 공진(micro cavity)이라 한다.
위에서 설명한 실시예에서는 화소 전극(240)이 반사층을 가지며, 공통 전극(360)이 반투과 특성을 가져 빛이 공통 전극(360)을 통해 방출되는 탑 에미션(Top emission) 방식을 설명하였으나, 화소 전극(240)의 반사층을 반투과층으로 대체하고, 공통 전극(360)을 두껍게 형성하여 빛을 반사하도록 하면 기판(230)을 통해 빛이 방출되는 바텀 에미션(Bottom emission) 방식 유기 발광 표시 장치를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 녹색 화소의 에너지 레벨 다이어그램을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 적색 화소의 에너지 레벨 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 종래의 BBCL 구조에서 녹색 화소(G)의 청색 호스트층 자리에 녹색 호스트층(254G)이 구비되어 있는 구조로서, 정공 부대층(251)에서 정공이 녹색 호스트층(254G)으로 주입된다. 정공 부대층(251)의 호모(HOMO, Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 레벨은 약 -5.1eV이며, 녹색 호스트층(254G)의 호모 에너지 레벨은 약 -5.29eV 이다. 호모(HOMO)는 분자 오비탈 다이어그램에서 전자가 채워진 오비탈 중 가장 높은 곳에 위치한 오비탈을 지칭하는 개념이다. 정공 부대층(251)과 녹색 호스트층(254G)의 호모 에너지 레벨의 차이인 약 0.19eV는 정공 주입시 에너지 장벽이 된다. 종래의 구조에서 청색 호스트층의 호모 에너지 레벨은 -5.61eV이므로 정공 주입시 에너지 장벽이 약 0.5eV인데 비하여, 본 발명의 에너지 장벽은 0.19eV로, 청색 호스트층을 녹색 호스트층(254G)로 대체함으로써 에너지 장벽이 대폭 낮아질 수 있다.
도 6을 참조하면, 종래의 BBCL 구조에서 적색 화소(R)의 청색 호스트층 자리에 적색 호스트층(255R)이 구비되어 있는 것으로서, 적색 호스트층(255R)의 호모 에너지 레벨은 약 -5.34eV 이므로, 정공 부대층(251)의 호모 에너지 레벨인 약 -5.1eV 과의 차이인 약 0.24eV가 정공 주입시 에너지 장벽이 되며, 이는 종래의 구조에서 적색 화소(R)에 청색 호스트층이 구비된 경우의 정공 주입시 에너지 장벽인 0.5eV에 비하여 대폭 낮아진 에너지 장벽을 갖게 되는 것이다. 도 5 및 도 6에서 살펴본 바와 같이, 정공 부대층(251)과 녹색 호스트층(254G) 및 적색 호스트층(254R) 간 정공 주입시 에너지 장벽을 대폭 낮춤으로써 정공 주입이 용이하며, 구동 전압을 낮출 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 적색 화소를 포함하는 적색 소자와 종래의 유기 발광 표시 장치의 적색 소자의 구동 전압을 비교한 그래프이다. 도 7을 참조하면, BBCL 구조의 유기 발광 표시 장치의 적색 소자에서 소정의 전류 밀도(도체의 단면에서 단위 면적당 흐르는 전류; current density)를 얻기 위해 유기 발광 표시 장치에 인가하는 구동 전압은 본 발명의 적색 소자의 경우가 종래의 적색 소자의 경우보다 작음을 알 수 있다. 즉, 약 10mA/cm2의 전류 밀도를 구현하기 위해 종래의 유기 발광 표시 장치의 적색 소자는 약 7.4V의 전압이 요구되고, 본 발명의 유기 발광 표시 장치의 적색 소자는 약 4.2V의 전압이 요구된다.
이러한 결과는 앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적색 화소(R)에서는 청색 호스트층 자리에 적색 호스트층(254R)을 구비하도록 함으로써, 정공 부대층(251)으로부터 적색 호스트층(254R)으로 정공이 주입되는 에너지 장벽이 낮아지므로, 종래의 청색 호스트층을 구비하고 있는 경우에 비해 더 작은 전압으로도 동일한 전류 밀도로 적색 소자를 구동시킬 수 있는 것이다. 이러한 결과는 본 발명의 녹색 소자의 경우도, 청색 호스트층 자리에 녹색 호스트층(254G)을 구비하도록 함으로써, 더 작은 전압으로도 동일한 전류 밀도로 녹색 소자를 구동시킬 수 있는 것과 같다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에 의해서, 적색 및 녹색 화소에서 청색 호스트층 자리에 호모 에너지 레벨이 낮은 물질로 구성되는 적색 호스트층 및 녹색 호스트층을 구비함으로써, 정공 주입시 에너지 장벽을 낮추어 저전압으로도 장치를 구동할 수 있도록 하여 발광 효율을 높이고 장치의 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
230: TFT 기판 240: 화소 전극
251: 정공 부대층 252: 청색 유기 발광층
254R: 적색 호스트층 255R: 적색 경계층
256R: 적색 공진 보조층 257R: 적색 유기 발광층
254G: 녹색 호스트층 255G: 녹색 경계층
256G: 녹색 공진 보조층 257G: 녹색 유기 발광층
258: 전자 부대층 360: 공통 전극
270: 캡핑층 50: 베이스 필름
20: 전사층
251: 정공 부대층 252: 청색 유기 발광층
254R: 적색 호스트층 255R: 적색 경계층
256R: 적색 공진 보조층 257R: 적색 유기 발광층
254G: 녹색 호스트층 255G: 녹색 경계층
256G: 녹색 공진 보조층 257G: 녹색 유기 발광층
258: 전자 부대층 360: 공통 전극
270: 캡핑층 50: 베이스 필름
20: 전사층
Claims (10)
- 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함하고,
상기 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소는 각각,
화소 전극,
상기 화소 전극 위에 위치하는 정공 부대층,
상기 정공 부대층 위에 위치하는 호스트층,
상기 호스트층 위에 위치하는 전자 부대층, 및
상기 전자 부대층 위에 위치하는 공통 전극층을 포함하고,
상기 적색 화소 및 녹색 화소는,
상기 호스트층 위에 각각 위치하는 적색 공진 보조층 및 녹색 공진 보조층, 및
상기 적색 공진 보조층 및 녹색 공진 보조층 위에 각각 위치하는 적색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층을 포함하고,
상기 호스트층은 상기 적색 화소에 위치하고 적색 유기 발광 물질을 포함하는 적색 호스트층, 상기 녹색 화소에 위치하고 녹색 유기 발광 물질을 포함하는 녹색 호스트층, 및 상기 청색 화소에 위치하고 청색 유기 발광 물질을 포함하는 청색 호스트층을 포함하며,
상기 적색 유기 발광 물질 및 상기 녹색 유기 발광 물질 각각의 호모 에너지 레벨과 상기 정공 부대층의 호모 에너지 레벨 간의 차이는, 상기 청색 유기 발광 물질의 호모 에너지 레벨과 상기 정공 부대층의 호모 에너지 레벨 간의 차이보다 작은 유기 발광 표시 장치. - 제 1 항에서,
상기 적색 공진 보조층 및 녹색 공진 보조층 하부에 각각 위치하는 적색 경계층 및 녹색 경계층을 더 포함하는 유기 발광 표시 장치. - 제 1 항에서,
상기 정공 부대층은, 상기 화소 전극 위에 위치하는 정공 주입층과, 상기 정공 주입층 위에 위치하는 정공 수송층을 포함하고,
상기 전자 부대층은, 상기 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 위에 위치하는 전자 수송층과, 상기 전자 수송층 위에 위치하는 전자 주입층을 포함하는 유기 발광 표시 장치. - 삭제
- 제 1 항에서,
상기 적색 유기 발광 물질은 -5.34eV의 호모 에너지 레벨을 갖는 유기 발광 표시 장치. - 삭제
- 제 1 항에서,
상기 녹색 유기 발광 물질은 -5.29eV의 호모 에너지 레벨을 갖는 유기 발광 표시 장치. - 삭제
- 제 1 항에서,
상기 청색 유기 발광 물질은 -5.61eV의 호모 에너지 레벨을 갖는 유기 발광 표시 장치. - 제 1 항에서,
상기 호스트층은 진공 증착으로 형성되는 유기 발광 표시 장치.
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