KR20140034686A

KR20140034686A - 유기 발광 표시 장치

Info

Publication number: KR20140034686A
Application number: KR1020130095778A
Authority: KR
Inventors: 김신한; 조귀정; 감윤석; 오혜민; 김태식; 전성수; 송치율; 김화경; 최홍석; 한미영
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-03-20
Also published as: KR102066090B1

Abstract

본 발명은 롤-오프(roll off) 현상을 개선하여 고전류에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 패널 효율을 증가시킬 수 있는 유기 발광 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판 상에 서로 대향된 제1 및 제2 전극과, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 정공 주입층, 정공 수송층, 적어도 2개의 제1 및 제2 발광층, 및 전자 수송층이 순차적으로 적층되고, 상기 적어도 2개의 제1 및 제2 발광층 각각은 서로 다른 호스트로 이루어지고, 서로 동일한 도펀트가 서로 다른 비율로 도핑되거나, 상기 제1 발광층은 제1 호스트 및 제2 호스트를 구비하고, 제2 발광층은 제1 호스트 및 제2 호스트와 다른 제3 호스트를 구비하고, 상기 제1 및 제2 발광층은 각각 동일한 인광 Yellow-Green 도펀트가 서로 동일한 비율로 도핑된 것이다.

Description

유기 발광 표시 장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY DEVICE}

본 발명은 유기 발광 표시 장치에 관한 것으로 특히, 롤-오프(roll off) 현상을 개선하여 고전류에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 패널 효율을 증가시킬 수 있는 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.

다양한 정보를 화면으로 구현해 주는 영상 표시 장치는 정보 통신 시대의 핵심 기술로 더 얇고 더 가볍고 휴대가 가능하면서도 고성능의 방향으로 발전하고 있다. 이에 음극선관(CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 평판 표시 장치로 유기 발광층의 발광량을 제어하여 영상을 표시하는 유기 발광 소자가 각광받고 있다.

유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device: OLED)는 전극 사이의 얇은 발광층을 이용한 자발광 소자로 종이와 같이 박막화가 가능하다는 장점을 갖고 있다. 구체적으로, 유기 발광 소자는 양극(anode), 정공 주입층(Hole Transport Layer;HTL), 정공 수송층(Hole Injection Layer;HIL), 발광층, 전자 수송층(Electron Injection Layer;EIL), 전자 주입층(Electron Transport Layer;ETL), 음극(cathode)을 포함한다.

이 중, 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 유기 발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션으로 고려되고 있다.

요즘, 유기 발광 표시 장치는 형광 청색(Blue) 발광층을 구비한 제1 스택과, 인광 옐로우-그린(Yellow-Green) 발광층을 구비한 제2 스택 구조가 적층된 형태의 스택 구조로 형성된 백색 유기 발광 소자를 이용한다. 이러한, 백색 유기 발광 소자는 청색 형광 발광층으로부터 발광되는 청색광과 형광 옐로우-그린(Yellow-Green) 발광층으로부터 발광되는 노랑색 광이 서로 혼합되어 백색광이 구현된다.

이때, 인광 옐로우-그린(Yellow-Green) 발광층은 고전류로 갈수록 삼중항-삼중항 소멸 현상(Triplet-Triplet Annihilation;TTA)이 많아져 발광 효율이 낮아지는 roll-off 현상이 발생된다. 이에 따라, 고전류에서의 발광 효율이 감소된다.

또한, 종래 백색 유기 발광 소자에 따른 인광 옐로우-그린 파장은 녹색 파장과 적색 파장을 포함하는 영역이다. 이때, 종래 인광 옐로우-그린 파장대에 따른 반치전폭(Full Width Half Maximum; 이하, FWHM)의 면적은 도 1에 도시된 바와 같이 작게 형성된다. 이때, FWHM의 의미는 파장의 전체 높이에서 중간 지점의 폭을 의미하는 것으로, FWHM의 면적이 작게 되면, 녹색 파장에 따른 빛의 세기와 적색 파장에 따른 빛의 세기가 작게 된다. 즉, 빛의 세기는 면적에 비례하여, 면적이 작게 되면, 빛의 세기가 작다. 따라서, 종래 백색 유기 발광 소자에 따른 FWHM의 면적이 작기 때문에 녹색 파장과 적색 파장에 따른 빛의 세기가 작아지게 되며, 그에 따른 색재현율이 낮아지게 됨으로써 패널 효율이 감소된다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 롤-오프(roll off) 현상을 개선하여 고전류에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 패널 효율을 증가시킬 수 있는 유기 발광 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는, 기판 상에 서로 대향된 제1 및 제2 전극과; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 정공 주입층, 정공 수송층, 적어도 2개의 발광층, 및 전자 수송층이 순차적으로 적층되고, 상기 적어도 2개의 발광층 각각은 서로 다른 호스트로 이루어지고, 서로 동일한 도펀트가 서로 다른 비율로 도핑됨에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 적어도 2개의 발광층은, 제1 호스트를 갖고 인광 Yellow-Green 도펀트가 도핑된 제1 발광층과; 상기 제1 호스트와 다른 제2 호스트를 갖고 상기 제1 발광층과 동일한 인광 Yellow-Green 도펀트가 상기 제1 발광층과 다른 비율로 도핑된 제2 발광층을 포함함에 특징이 있다.

상기 제1 호스트의 제 1 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨보다 낮거나 동일하고, 상기 제1 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 갖음에 특징이 있다.

상기 제1 호스트의 제1 호모 레벨은 -6.0eV~-5.0eV이고, 상기 제 호스트의 제1 루모 레벨은 -2.5eV~-2.3eV이며, 상기 제1 호스트는 5.0 × 10^-5㎠/Vs ~ 1.0 × 10^-5㎠/Vs의 정공 이동도를 갖음에 특징이 있다.

상기 제1 발광층의 인광 Yellow-Green 도펀트는 상기 제1 발광층의 부피를 기준으로 상기 제1 발광층에 1%~10%로 도핑됨에 특징이 있다.

상기 제2 발광층의 제2 루모 레벨은 상기 전자 수송층의 루모 레벨과 높거나 동일한 루모 레벨을 갖고, 상기 제2 루모 레벨은 상기 전자 수송층의 루모 레벨과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 갖음에 특징이 있다.

상기 제2 발광층의 제2 호모 레벨은 -6.5eV~-5.0eV이고, 상기 제2 발광층의제2 루모 레벨은 -3.0eV~-2.0eV이며, 상기 제2 호스트는 9.0 × 10^-5㎠/Vs ~ 1.0 × 10^-3㎠/Vs의 전자 이동도를 갖음에 특징이 있다.

상기 제2 발광층의 인광 Yellow-Green 도펀트는 상기 제2 발광층의 부피를 기준으로 상기 제2 발광층에 10%~20%로 도핑됨에 특징이 있다.

상기 제1 및 제2 호스트의 Triplet Level은 2.0eV ~ 3.0eV인 것에 특징이 있다.

상기 제1 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께는 하기의 [수학식 1]로 정의됨에 특징이 있다.

[수학식 1]

(여기서, H'는 제1 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께, n은 굴절율, λ은 도펀트의 PL Peak 파장).

상기 제2 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께는 하기의 [수학식 2]로 정의됨에 특징이 있다.

[수학식 2]

(여기서, H'는 H는 제2 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께, n은 굴절율, λ은 도펀트의 PL Peak 파장).

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는, 기판 상에 서로 대향된 제1 및 제2 전극과; 상기 제1 전극 상에 정공 주입층, 제3 정공 수송층, 제4 정공 수송층, 제3 발광층, 제2 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제1 스택과; 상기 제1 스택과 제2 전극 사이에 제1 정공 수송층, 제2 정공 수송층, 적어도 2개의 발광층, 제1 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제2 스택과; 상기 제1 스택과 제2 스택 사이에 형성되어 각 스택들 간의 전하 균형 조절을 하는 전하 생성층을 포함하며, 상기 적어도 2개의 발광층 각각은 서로 다른 호스트로 이루어지고, 서로 동일한 Yellow-Green 도펀트가 서로 다른 비율로 도핑됨에 또 다른 특징이 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는, 기판 상에 서로 대향된 제1 및 제2 전극과; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 정공 주입층, 정공 수송층, 적어도 제1 및 제2 발광층 및 전자 수송층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1 발광층은 제1 호스트 및 제2 호스트를 구비하고, 제2 발광층은 제1 호스트 및 제3 호스트를 구비하고, 상기 제1 및 제2 발광층은 각각 동일한 Yellow-Green 도펀트가 서로 동일한 비율로 도핑됨에 또 다른 특징이 있다.

여기서, 상기 제1 호스트의 제1 루모 레벨은 상기 전자 수송층의 루모 레벨보다 높거나 동일하고, 상기 제1 루모 레벨은 상기 전자 수송층의 루모 레벨과 +0.05eV ~ +0.2eV이내의 차이를 갖음에 특징이 있다.

상기 제1 호스트의 제1 호모 레벨은 -6.0eV~-5.0eV이고, 상기 제1 호스트는 5.0 × 10^-5㎠/Vs ~ 1.0 × 10^-5㎠/Vs의 정공 이동도를 갖음에 특징이 있다.

상기 제2 호스트의 제 2 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨보다 낮거나 동일하고, 상기 제2 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 갖음에 특징이 있다.

상기 제2 호스트의 제2 루모 레벨은 -2.5eV ~ -2.3eV 이고, 상기 제2 호스트는 9.0 × 10^-4㎠/Vs ~ 1.0× 10^-3㎠/Vs의 정공 이동도를 갖음에 특징이 있다.

상기 제3 호스트의 제3 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨보다 낮거나 동일하고, 상기 제3 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 갖음에 특징이 있다.

상기 제3 호스트의 제3 루모 레벨은 -2.5eV ~ -2.3eV 이고, 상기 제3 호스트는 9.0 × 10^-4㎠/Vs ~ 1.0× 10^-3㎠/Vs의 정공 이동도를 갖음에 특징이 있다.

상기 제3 호스트의 정공 이동도는 상기 제2 호스트의 정공 이동도보다 빠르고, 상기 제1 호스트, 제2 호스트 및 제3 호스트의 Triplet 레벨(energy)은 2.0eV ~ 3.0eV임에 특징이 있다.

상기 제1 및 제2 발광층 각각의 인광 Yellow-Green 도펀트는 각 발광층의 부피를 기준으로 각 발광층에 8% ~ 25%로 도핑됨에 특징이 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는, 기판 상에 서로 대향된 제1 및 제2 전극과; 상기 제1 전극 상에 정공 주입층, 제3 정공 수송층, 제4 정공 수송층, 제3 발광층, 제2 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제1 스택과; 상기 제1 스택과 제2 전극 사이에 제1 정공 수송층, 제2 정공 수송층, 적어도 2개의 제1 및 제2 발광층, 그리고 제1 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제2 스택과; 상기 제1 스택과 제2 스택 사이에 형성되어 제1 및 제2 스택들 간의 전하 균형 조절을 하는 제1 전하 생성층; 상기 제2 스택과 상기 제2 전극 사이에 제5 정공 수송층, 제4 발광층 및 제3 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제3 스택과; 상기 제2 스택과 제3 스택 사이에 형성되어 제2 및 제3 스택들 간의 전하 균형 조절을 하는 제2 전하 생성층을 포함하며, 상기 제1 발광층은 제1 호스트 및 제2 호스트를 구비하고, 제2 발광층은 제1 호스트 및 제2 호스트와 다른 제3 호스트를 구비하고, 상기 제1 및 제2 발광층은 각각 동일한 인광 Yellow-Green 도펀트가 서로 동일한 비율로 도핑됨에 또 다른 특징이 있다.

여기서, 상기 제3 및 제4 발광층 각각은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트를 구비함에 특징이 있다.

본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 적어도 2개의 인광 발광층을 구비하는 백색 발광 소자를 포함하며, 적어도 2개의 발광층 각각은 서로 다른 호스트와 서로 동일한 도펀트로 이루어진다. 이때, 적어도 2개의 발광층 각각의 도펀트는 서로 다른 비율로 도핑됨으로써 전류량이 증가할수록 발광층의 휘도가 감소하는 롤-오프(roll-off) 현상 개선을 통한 고전류에서의 발광 효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 서로 다른 호스트의 적어도 2개의 발광층을 구비함으로써 FWHM의 면적이 넓어질 수 있다. 이와 같이,FWHM의 면적이 넓어짐에 따라 녹색 파장 및 적색 파장에 따른 빛의 세기가 높아져 그에 따른 색재현율이 향상되며, 색재현율 향상에 따른 패널 효율도 향상될 수 있다.

그리고, 적어도 2개의 발광층 중 정공 수송층과 인접한 발광층의 HOMO 레벨은 정공 수송층의 HOMO 레벨과 낮거나 동일하게 형성하여 정공의 주입이 원활하게 될 수 있다.

또한, 적어도 2개의 발광층 중 전자 수송층과 인접한 발광층의 LUMO 레벨은 전자 수송층의 LUMO 레벨과 높거나 동일하게 형성하여 전자의 주입이 원할하게 될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 적어도 2개의 인광 발광층을 구비하는 백색 발광 소자를 포함하며, 적어도 2개의 발광층 각각은 서로 다른 호스트와 동일한 호스트가 믹싱되고, 동일한 도펀트로 이루어진다. 이때, 적어도 2개의 발광층 각각의 도펀트는 서로 동일한 비율로 도핑됨으로써 전류량이 증가할수록 발광층의 휘도가 감소하는 롤-오프(roll-off) 현상 개선을 통한 고전류에서의 발광 효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 서로 다른 호스트와 동일한 호스트가 믹싱된 적어도 2개의 발광층을 구비함으로써 FWHM의 면적이 넓어질 수 있다. 이와 같이,FWHM의 면적이 넓어짐에 따라 녹색 파장 및 적색 파장에 따른 빛의 세기가 높아져 그에 따른 색재현율이 향상되며, 색재현율 향상에 따른 패널 효율도 향상될 수 있다.

상술한 바와 같이, 정공의 주입 및 전자의 주입이 원할하게 되어 소자의 수명이 개선될 수 있다.

도 1은 종래 백색 유기 발광 소자에 따른 발광 피크 파장을 나타낸 그래프이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치의 R,G,B,W 화소에 대한 등가 회로도들이다.
도 3은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 R,G,B,W 서브 화소 영역에 따른 유기 발광 표시 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자의 밴드다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자를 나타낸 사시도이다.
도 7a는 발광층 위치를 서로 다르게 한 백색 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 위치에 따른 발광 피크 파장을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 제1 발광층 및 제2 발광층에 따른 위치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자의 발광 피크 파장 및 비교 예에 따른 백색 유기 발광 소자의 발광 피크 파장을 나타내고 있다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자의 밴드다이어그램이다.
도 11은 본 발명 제 4 실시예의 백색 유기 발광 소자를 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성 요소에 대해서는 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 2a 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치의 R,G,B,W 화소에 대한 등가 회로도들이고, 도 3은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 R,G,B,W 서브 화소 영역에 따른 유기 발광 표시 장치의 단면도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 백색 유기 발광 소자를 나타낸 사시도 이고, 도 5는 도 4에 도시된 백색 유기 발광 소자의 밴드다이어그램이다.

본 발명에 따른 유기 발광 표시 장치는 매트릭스형태로 형성된 다수의 서브 화소 영역들에 의해 표시 영역이 정의된 기판과 기판 상에 형성된 서브 픽셀들을 수분이나 산소로부터 보호하기 위한 밀봉기판을 포함한다.

다수의 서브 화소 영역은 R 서브 화소 영역, G 서브 화소 영역, B 서브 화소, W 서브 화소 영역으로 구성되며, R, G, B, W 서브 화소 영역들이 매트릭스 형태로 배열되어 화상을 표시하게 된다. 이러한, 다수의 서브 화소 영역은 도 2a에 도시된 바와 같이 R, G, B, W 서브 화소 영역들이 게이트 라인과 나란하게 일렬로 1행 X 4열과 같이 배치될 수 있다. 도 2a에서는 R,G,B,W 서브 화소 영역 순서로 배치됨을 도시하였으나, R, B, G, W 서브 화소 영역 순서로 배치되거나, W, R, G, B 화소 영역 순서로 배치될 수 있으므로 배치 순서는 한정되지 않으며, 사용자의 필요에 따라 변경 가능하다.

또한, R, B, G, W 서브 화소 영역은 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 2행 X 2열로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이 R 서브 화소 영역은 제2i(여기서, i=1 이상의 자연수)-1 번째 데이터 라인(DL2i-1)과 제2i-1 번째 게이트 라인(GL2i-1)의 교차 영역에 형성되며, G 서브 화소 영역은 제2i번째 데이터 라인(DL2i)과 제2i-1번째 게이트 라인(GL2i-1)의 교차 영역에 형성되며, B 서브 화소 영역은 제2i-1번째 데이터 라인(DL2i-1)과 제2i번째 게이트 라인(GL2i)의 교차 영역에 형성되며, W 서브 화소 영역은 제2i번째 데이터 라인(DL2i)과 제2i번째 게이트 라인(GL2i)의 교차 영역에 형성되어 배치될 수 있다.

그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이, R 서브 화소 영역은 제2i-1 번째 데이터 라인(DL2i-1)과 제2i-1 번째 게이트 라인(GL2i-1)의 교차 영역에 형성되며, B 서브 화소 영역은 제2i번째 데이터 라인(DL2i)과 제2i-1번째 게이트 라인(GL2i-1)의 교차 영역에 형성되며, G 서브 화소 영역은 제2i-1 번째 데이터 라인(DL2i-1)과 제2i번째 게이트 라인(GL2i)의 교차 영역에 형성되며, W 서브 화소 영역은 제2i번째 데이터 라인(DL2i)과 제2i번째 게이트 라인(GL2i)의 교차 영역에 형성되어 배치될 수 있다.

또한, R, B, G, W 서브 화소 영역은, 도 2d에 도시된 바와 같이, 각 게이트 라인 방향으로 동일한 서브 화소 영역들이 배치될 수 있다. 즉, 첫 번째 게이트 라인에는 R 서브 화소 영역들이 배치되고, 두 번째 게이트 라인에는 G 서브 화소 영역들이 배치되고, 세 번째 게이트 라인에는 B 서브 화소 영역들이 배치되고, 네 번째 게이트 라인에는 W 서브 화소 영역들이 배치될 수 있다.

이러한, R, G, B, W 서브 화소 영역 각각에는, 도 2a 내지 2d에 도시한 바와 같이, 셀 구동부(200)와, 셀 구동부(200)와 접속된 백색 유기 발광 소자를 구비한다.

셀 구동부(200)는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 스위치 박막 트랜지스터(TS)와, 스위치 박막 트랜지스터(TS) 및 전원 라인(PL)과 유기 전계 발광 소자의 제1 전극(122) 사이에 접속된 구동 박막 트랜지스터(TD)와, 전원 라인(PL)과 스위치 박막 트랜지스터(TS)의 드레인 전극(110) 사이에 접속된 스토리지 커패시터(C)를 구비한다. 서브 화소 영역들은 스위치 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 커패시터 및 유기 발광 소자를 포함하는 구조로 구성되거나, 트랜지스터 및 커패시터가 더 추가된 구조로 구성될 수 있다. 또한, 구동 박막 트랜지스터가 백색 유기 발광 소자의 제1 전극과 직접 연결될 수도 있지만, 구동 박막 트랜지스터와 백색 유기 발광 소자 사이에 다른 박막 트랜지스터가 형성될 수 있다.

스위치 박막 트랜지스터(TS)의 게이트 전극은 게이트 라인(GL)과 접속되고 소스 전극은 데이터 라인(DL)과 접속되며 드레인 전극은 구동 박막 트랜지스터(TD)의 게이트 전극 및 스토리지 캐패시터(C)와 접속된다. 구동 박막 트랜지스터(TD)의 소스 전극은 전원 라인(PL)과 접속되고 드레인 전극(110)은 제1 전극(122)과 접속된다. 스토리지 캐패시터(C)는 전원 라인(PL)과 구동 박막 트랜지스터(TD)의 게이트 전극 사이에 접속된다.

스위치 박막 트랜지스터(TS)는 게이트 라인(GL)에 스캔 펄스가 공급되면 턴-온되어 데이터 라인(DL)에 공급된 데이터 신호를 스토리지 캐패시터(C) 및 구동 박막 트랜지스터(TD)의 게이트 전극으로 공급한다. 구동 박막 트랜지스터(TD)는 게이트 전극으로 공급되는 데이터 신호에 응답하여 전원 라인(PL)으로부터 유기 전계 발광 소자로 공급되는 전류(I)을 제어함으로써 유기 전계 발광 소자의 발광량을 조절하게 된다. 그리고, 스위치 박막 트랜지스터(TS)가 턴-오프되더라도 스토리지 캐패시터(C)에 충전된 전압에 의해 구동 박막 트랜지스터(TD)는 다음 프레임의 데이터 신호가 공급될 때까지 일정한 전류(I)를 공급하여 백색 유기 발광 소자가 발광을 유지하게 한다.

구동 박막 트랜지스터(TD)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 게이트 라인(GL)과 접속되며, 기판(100) 상에 형성된 게이트 전극(102)과, 게이트 전극(102) 상에 형성된 게이트 절연막(112)과, 게이트 절연막(112)을 사이에 두고 게이트 전극(102)과 중첩되도록 형성된 산화물 반도체층(114)과, 산화물 반도체층(114)의 손상을 방지하며, 산소의 영향을 받지 않도록 보호하기 위해 산화물 반도체층(114) 상에 형성된 에치 스토퍼(106)과, 데이터 라인(DL)과 접속된 소스 전극(108)과, 소스 전극(108)과 마주보며 형성된 드레인 전극(110)을 포함한다. 또한, 구동 박막 트랜지스터(TD) 상에는 제1 보호막(118)이 형성된다.

산화물 반도체층(114)은 Zn, Cd, Ga, In, Sn, Hf, Zr 중 선택된 적어도 하나 이상의 금속을 포함하는 산화물로 형성된다. 이러한, 산화물 반도체층(114)을 포함하는 박막 트랜지스터는 실리콘 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터보다 높은 전하 이동도 및 낮은 누설 전류 특성의 장점을 갖는다. 또한, 실리콘 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터는 고온 공정을 통해 형성되며, 결정화 공정을 실시해야 하므로 대면적화할수록 결정화 공정시 균일도가 떨어져 대면적화에 불리하다. 이에 반해, 산화물 반도체층(114)을 포함하는 박막 트랜지스터는 저온 공정이 가능하며, 대면적화가 유리하다.

컬러 필터는 R 서브 화소 영역의 보호막 상에 R 컬러 필터(124R)가 형성되어 적색(R)을 출사하며, G 서브 화소 영역의 보호막 상에 G 컬러 필터(124G)가 형성되어 녹색(G)을 출사하며, B 서브 화소 영역의 보호막 상에 B 컬러 필터(124B)가 형성되어 청색(B)을 출사하며, W 서브 화소 영역의 보호막 상에는 컬러 필터가 형성되지 않으며, 백색(W)을 출사한다. 또한, 각 R,G,B 컬러 필터(124R,124G,124B) 상에 제2 보호막(126)을 형성한다.

백색 유기 발광 소자는, 구동 박막 트랜지스터(TD)의 드레인 전극(110)과 접속된 제1 전극(240)과, 제1 전극(240)과 대향된 제2 전극(230)과, 제1 전극(240)을 노출시키는 뱅크홀(132)이 형성된 뱅크 절연막(130)과, 제1 전극(240)과 제2 전극(230) 사이에 적층된 발광층(250)을 구비한다.

도 3에서는 발광층(250)으로부터 출사되는 빛이 하부로 출사되는 바텀 발광 방식을 도시하고 있지만, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자는 탑 발광 방식 또는 양면 발광 방식으로 빛을 출사할 수 있다. 따라서, 이에 한정하지 않는다.

상기 제1 전극(240)은 양극으로 TCO(Transparent Conductive Oxide; 이하, TCO)와 같은 투명 도전 물질로 ITO(Indum Tin Oxide; 이하,ITO), IZO(Indum Zinc Oxide; 이하,IZO) 등으로 형성된다.

상기 제2 전극(230)은 음극으로, 반사성 금속 재질로 형성되고, 반사성 금속 재질로는 알루미늄(Al), 금(Au), 몰리브덴(MO), 크롬(Cr), 구리(Cu), LiF 등으로 형성되거나, 알루미늄과 LiF 합금으로 형성된다.

상기 백색 유기 발광 소자를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[제 1 실시예]

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 백색 유기 발광 소자의 밴드다이어그램이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 전극(240)과 제2 전극(230) 사이에, 정공 주입층(214), 제1 정공 수송층(224a), 제2 정공 수송층(224b), 적어도 2개의 발광층(226a,226b), 전자 수송층(228)이 차례로 적층된 구조이다. 상기 적어도 2개의 발광층 각각은(226a,226b) 서로 다른 호스트와 서로 동일한 도펀트로 이루어지고, 상기 적어도 2개의 발광층 각각(226a,226b)의 도펀트는 서로 다른 비율로 도핑된다. 이때, 상기 적어도 2개의 발광층(226a, 226b)는 제1 발광층(226a) 및 제2 발광층(226b)으로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

상기 제1 발광층(226a)은 제1 호스트(1Host)와 인광 Yellow-Green 도펀트(phosphorescence Yellow-phosphorescence Green)를 가지며, 제2 발광층(226b)은 제2 호스트(2Host)와 인광 Yellow-Green 도펀트(phosphorescence Yellow-phosphorescence Green)를 가진다. 이러한, 상기 제1 발광층(226a)과 상기 제2 발광층(226b)은 서로 다른 제1 및 제2 호스트(1Host,2Host)에 동일 도펀트를 다른 도핑량으로 공증착(Co-deposition)하여 형성된다. 상기 제1 발광층(226a)의 제1 호스트(1Host)와 제2 발광층(226b)의 제2 호스트(2Host)는 서로 다른 호모(Highest Occupied Molecular Orbital : 이하, HOMO) 레벨과 루모(Lowest Unoccupied Molecular Orbital : 이하, LUMO) 레벨을 가진다.

즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제1 호스트(1Host)는 제1 HOMO 레벨(1 Host HOMO Level) 및 제1 LUMO 레벨(1 Host LUMO Level)을 가지며, 제1 HOMO 레벨(1 Host HOMO Level)은 제2 정공 수송층(224b)의 HOMO 레벨(4 HTL HOMO Level)보다 낮거나 동일한 HOMO 레벨을 가진다. 이때, 상기 제1 HOMO 레벨(1 Host HOMO Level)은 상기 제2 정공 수송층(224b)의 HOMO 레벨(4 HTL HOMO Level)과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 가진다. 이에 따라, 상기 제2 정공 수송층(224b)으로부터의 정공(Hole)은 제1 발광층(226a)의 제1 호스트(1Host)로의 주입이 원할하다. 이를 위해, 상기 제1 HOMO 레벨(1 Host HOMO Level)은 -6.0eV~-5.0eV이며, 상기 제1 LUMO 레벨(1 Host LUMO Level)은 -2.5eV~-2.3eV이다. 또한, 상기 제1 호스트(1Host)는 5.0 × 10^-5㎠/Vs ~ 1.0 × 10^-5㎠/Vs의 빠른 정공 이동도를 가진다. 상기 제1 발광층(226a)의 도핑량은 제1 발광층(226a)의 부피를 기준으로 제1 발광층(226a)에 1%~10%로 도핑된다. 그리고, 제1 호스트(1Host)의 Triplet Level은 2.0eV ~ 3.0eV이다.

제2 호스트(2Host)는 제2 HOMO 레벨(2 Host HOMO Level) 및 제2 LUMO 레벨(2 Host LUMO Level)을 가지며, 제2 LUMO 레벨(2 Host LUMO Level)은 상기 전자 수송층(228)의 LUMO 레벨(2ETL LUMO Level)과 높거나 동일한 LUMO 레벨을 가진다. 이때, 제2 LUMO 레벨(2 Host HOMO Level)은 상기 전자 수송층(228)의 LUMO 레벨과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 가진다. 이에 따라, 상기 전자 수송층(228)으로부터의 전자(Electron)는 제2 발광층(226b)의 제2 호스트(2Host)로의 주입이 원할하다. 이를 위해, 제2 HOMO 레벨(2 Host HOMO Level)은 -6.5eV~-5.0eV이며, 제2 LUMO 레벨(2 Host LUMO Level)은 -3.0eV~-2.0eV이다. 또한, 제2 호스트(2Host)는 9.0 × 10^-5㎠/Vs ~ 1.0 × 10^-3㎠/Vs의 빠른 전자 이동도를 가진다. 제2 발광층(226b)의 도핑량은 제2 발광층(226b)의 부피를 기준으로 제2 발광층(226b)에 10%~20%로 도핑된다. 그리고, 제2 호스트(2Host)의 Triplet Level은 2.0eV ~ 3.0eV이다.

이와 같이, 제1 발광층(226a)의 도핑량은 제2 발광층(226b)의 도핑량보다 작다. 일반적으로, 전류량과 발광층의 휘도(cd/A) 간의 관계는 전류량이 증가할수록 발광층의 휘도가 점차 감소하는 롤-오프(roll-off) 현상이 일어나는데, 제1 발광층(226a)의 도핑량과 제2 발광층(226b)의 도핑량을 서로 다르게 조절함으로써 전류량이 증가할수록 발광층의 휘도가 감소하는 롤-오프(roll-off) 현상을 개선시킬 수 있다.

이는, 호스트의 물리적 특성을 바탕으로, 전류량에 따른 발광층의 엑시톤(exiton) 생성되는 Zone 변경에 최적화된 도핑량을 적용하여 롤-오프(roll-off) 현상을 개선한다.

[제 2 실시예]

한편, 도 4에서 설명한 백색 유기 발광 소자의 구조를 포함한 멀티-스택의 구조를 갖는 백색 유기 발광 소자를 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명 제 2 실시예의 백색 유기 발광 소자를 나타낸 사시도로써, 도 4의 백색 유기 발광 소자의 구조를 포함한 멀티-스택의 구조를 나타낸 것이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자는, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 스택(210), 전하생성층(Charge Generation Layer;222) 및 제2 스택(220)을 포함하는 멀티-스택 구조를 가진다. 이러한, 멀티-스택(Multi-Stack) 구조의 유기 발광 소자는 각 스택에 서로 다른 색의 발광층을 포함하며, 각 스택의 발광층으로부터 출사되는 광이 혼합되어 백색 광을 구현한다. 도 6에는 제1, 제2, 제3 발광층(218,226a,226b)으로부터 출사되는 빛이 하부로 출사되는 바텀 발광 방식을 도시하고 있지만, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자는 탑 발광 방식 또는 양면 발광 방식으로 빛을 출사할 수 있다. 따라서, 이에 한정하지 않는다.

상기 제1 스택(210)은 제1 전극(240)과 전하 생성층(222) 사이에 정공 주입층(Hole Injection Layer;HIL)(214), 제3 정공 수송층(Hole Transport Layer;HTL)(216a), 제4 정공 수송층(216b), 제3 발광층(Emtting Layer;ETL)(218), 제2 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL)(212)이 차례로 적층된다. 이때, 제3 발광층(218)은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트가 포함된 발광층으로 청색을 출사한다.

상기 전하 생성층(Charge Generation Layer;CGL)(222)은 스택들 사이에 형성되어 각 스택들 간의 전하 균형 조절을 한다. 이러한, 전하 생성층(222)은 제1 스택(210)과 인접하게 위치하여 제1 스택(210)으로 전자를 주입해주는 역할을 하는 N 타입 유기층(222a)과 제2 스택(220)과 인접하게 위치하여 제2 스택(220)으로 정공을 주입해주는 역할을 하는 P 타입 유기층(222b)으로 이뤄진다.

상기 제2 스택(220)은, 상기 도 4에서 설명한 구조를 갖는다. 즉, 상기 전하 생성층(222)과 상기 제2 전극(230) 사이에 제1 정공 수송층(224a), 제2 정공 수송층(224b), 적어도 2개의 발광층(226a,226b), 제1 전자 수송층(228)이 차례로 적층된 구조이다. 상기 적어도 2개의 발광층 각각은(226a,226b) 서로 다른 호스트와 서로 동일한 도펀트로 이루어지고, 적어도 2개의 발광층 각각(226a,226b)의 도펀트는 서로 다른 비율로 도핑된다. 이때, 상기 제2 스택(220)의 상기 적어도 2개의 발광층은 제1 발광층(226a) 및 제2 발광층(226b)으로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하고, 상기 제 1 및 제 2 발광층의 구성은 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같으므로, 그의 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 제 2 실시예의 백색 유기 발광 소자에서, 제1 발광층(226a) 및 제2 발광층(226b)은 위치에 따라 빛의 세기를 조절할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 7a 및 도 7b를 결부하여 설명하기로 한다.

도 7a는 발광층 위치를 서로 다르게 한 백색 유기 발광 소자를 나타낸 단면도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 위치에 따른 발광 피크 파장을 설명하기 위한 그래프이다.

Case A에 따른 백색 유기 발광 소자는 형광 청색 발광층을 구비하는 제1 스택과, 인광 옐로우-그린 발광층을 구비하는 제2 스택을 포함하는 멀티-스택의 구조를 가지며, 제2 스택의 인광 옐로우-그린 발광층을 제1 위치(P1)에 형성하는 경우이다.

Case B에 따른 백색 유기 발광 소자는 형광 청색 발광층을 구비하는 제1 스택과, 인광 옐로우-그린 발광층을 구비하는 제2 스택을 포함하는 멀티-스택의 구조를 가지며, 제2 스택의 인광 옐로우-그린 발광층을 제1 위치(P1)에서 왼쪽으로 쉬프트한 제2 위치(P2)에 형성하는 경우이다. 이는, 본 발명의 제2 스택의 제1 발광층(226a)의 위치에 해당된다.

Case C에 따른 백색 유기 발광 소자는 형광 청색 발광층을 구비하는 제1 스택과, 인광 옐로우-그린 발광층을 구비하는 제2 스택을 포함하는 멀티-스택의 구조를 가지며, 제2 스택의 인광 옐로우-그린 발광층을 제1 위치(P1)에서 오른쪽으로 쉬프트한 제3 위치(P3)에 형성하는 경우이다. 이는, 본 발명의 제2 스택의 제2 발광층(226b)의 위치에 해당된다.

이와 같이, Case A, Case B, Case C에 따른 백색 유기 발광 소자는 서로 비교하자면, 제2 스택의 인광 옐로우-그린 발광층의 위치를 다르게 형성하고 있다. 백색 유기 발광 소자는 발광층의 위치에 따라 해당 발광층의 발광 피크의 위치가 달라질 수 있다. 이는, 도 7b의 그래프를 결부하여 설명하기로 한다.

도 7b는 제1 스택의 형광 청색 발광층에 따른 발광 피크(EL Peak) 파장의 그래프를 생략하고, 제2 스택의 옐로우-그린 발광층에 따른 발광 피크(EL Peak) 파장의 그래프를 나타내고 있다.

제1 그래프(28)는 도 7a에 도시된 Case A의 발광 피크 파장에 대한 그래프이며, 제2 스택의 발광층이 제1 위치(P1)에 위치했을 경우에 따른 발광 피크 파장(EM Peak)을 나타내고 있으며, 제2 그래프(20)는 도 7a에 도시된 Case B의 발광 피크(EM Peak) 파장에 대한 그래프이며, 제2 스택의 발광층이 제2 위치(P2)에 위치했을 경우에 따른 발광 피크(EM Peak) 파장을 나타내고 있으며, 제3 그래프(22)는 도 7a에 도시된 Case C의 발광 피크(EM Peak) 파장에 대한 그래프이며, 제2 스택의 발광층이 제3 위치(P3)에 위치했을 경우에 따른 발광 피크(EM Peak) 파장을 나타내고 나타내고 있다.

이를 살펴보면, 제2 그래프(20)의 발광 피크는 제1 그래프(28)의 발광 피크보다 왼쪽으로 쉬프트된 위치에 있으며, 제3 그래프(20)의 발광 피크는 제1 그래프(28)의 발광 피크보다 오른쪽으로 쉬프트된 위치에 있다. 이와 같이, 발광층의 위치에 따라 해당 발광층의 발광 피크의 위치가 달라질 수 있다.

구체적으로, 백색 유기 발광 소자의 발광 피크(Electroluminescence Peak; 이하, EL Peak) 파장은 각 발광층 물질 가지고 있는 고유의 색을 표시하는 광발광의 피크(Photoluminesecence Peak; 이하, PL Peak) 파장과 유기 발광 소자 구조 내부의 유기물 적층체의 발광 피크(Emittance Peak; 이하, EM Peak) 파장의 곱에 의해 결정된다.

제4 그래프(24)는 Case A에 따른 백색 유기 발광 소자의 발광 피크(EL Peak) 파장을 나타낸 것으로, Case A의 발광 피크(EL Peak) 파장에 따른 제1 그래프(28)와 인광 옐로우-그린 발광층 고유의 색을 표시하는 광발광의 피크(PL Peak) 파장을 곱한 그래프이다.

제5 그래프(26)는 Case B에 따른 백색 유기 발광 소자의 발광 피크(EL Peak) 파장과 Case C에 따른 백색 유기 발광 소자의 발광 피크(EL Peak) 파장을 합한 그래프를 나타낸 것으로, Case B와 Case C의 발광 피크에 따른 제2 그래프(20) 및 제3 그래프(30)와 인광 옐로우-그린 발광층 고유의 색을 표시하는 광발광의 피크(PL Peak) 파장을 곱한 그래프이다.

이에 따라, 제4 그래프(24)와 제5 그래프(26)를 비교하자면, 제4 그래프(24)는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제5 그래프(26)와 비교했을 때, 556nm 파장대에 따른 빛의 세기(Intensity)가 높으며, 530nm 및 620nm 파장대의 빛의 세기는 낮아지고 있다. 하지만, 제5 그래프(26)는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제4 그래프(24)와 비교했을 때, 556nm 파장대에 따른 빛의 세기(Intensity)가 낮으며, 530nm 및 620nm 파장대의 빛의 세기는 높아지고 있다.

즉, 530nm의 파장대는 녹색을 표시하는 파장대이며, 620nm의 파장대는 적색을 표시하는 파장대이므로, 530nm의 파장대의 빛의 세기가 좋아야 청색의 그 고유 색을 표시하여 색재현율이 높으며, 620nm의 파장대의 빛의 세기가 좋아야 적색 그 고유색을 표시하여 색재현율을 높일 수 있다.

도 8은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 제1 발광층 및 제2 발광층에 따른 위치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명은 제2 스택의 제1 발광층의 위치는 [수학식 1]로 정의되며, 제2 스택의 제2 발광층의 위치는 [수학식 2]로 정의된다.

여기서, H'는 제1 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께를 의미하며, H는 제2 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께를 의미한다. 또한, [수학식 1] 및 [수학식 2]에서 n은 굴절율, λ은 도펀트의 PL Peak 파장을 의미한다.

도 9은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자의 발광 피크 파장 및 비교 예에 따른 백색 유기 발광 소자의 발광 피크 파장을 나타내고 있다.

도 9에서, 제1 그래프(10)는 형광 청색 발광층을 구비하는 제1 스택과, 인광 옐로우-그린 발광층을 구비하는 제2 스택을 포함하는 비교 예에 따른 백색 유기 발광 소자에 따른 발광 피크 파장이다.

제2 그래프(20)는 본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자에 따른 발광 피크 파장으로써, 형광 청색 발광층을 구비하는 제1 스택과, 인광 옐로우-그린 도펀트와 제1 호스트를 가지는 제1 발광층과, 인광 옐로우-그린 도펀트와 제2 호스트를 가지는 제2 발광층을 포함하는 백색 유기 발광 소자에 따른 발광 피크 파장이다.

제1 그래프(10)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 556nm 파장대에 따른 빛의 세기(Intensity)가 높으며, 525nm~530nm 및 610nm~625nm 파장대의 빛의 세기는 낮다.

하지만, 제2 그래프(12)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 556nm 파장대에 따른 빛의 세기(Intensity)가 낮으며, 525nm~530nmnm 및 610nm~625nm 파장대의 빛의 세기는 높아지고 있다.

상술한 바와 같이, 525nm~530nm의 파장대는 녹색을 표시하는 파장대이며, 610nm~625nm의 파장대는 적색을 표시하는 파장대이다.

또한, 발광 효율은 FWHM 위치의 면적과 비례한다. 도 9를 살펴보면, 제2 그래프(12)의 FWHM 위치의 면적은 제1 그래프(10)의 FWHM 위치의 면적보다 넓다. 이와 같이, FWHM의 면적이 넓어야 빛의 세기가 높아진다. 즉, FWHM 위치의 면적은 빛의 세기와 비례한다. 따라서, FWHM의 면적이 넓어지게 되면, 525nm~530nm의 파장대의 면적과 610nm~625nm의 파장대의 면적이 넓어지게 되므로 해당 파장대의 빛의 세기가 높아진다.

따라서, FWHM의 면적이 넓어지게 되면, 525nm~530nm의 파장대의 면적과 610nm~625nm의 파장대의 면적이 넓어지게 되므로 해당 파장대의 빛의 세기가 높아진다.

따라서, FWHM의 면적이 넓어지게 되면, 525nm~530nm의 파장대의 면적이 넓어지게 되며, 525nm~530nm의 파장대의 빛의 세기가 높아짐으로써 녹색 그 고유의 색을 표시할 수 있어 그에 따른 색재현율이 향상된다. 또한, FWHM의 면적이 넓어지게 되면, 610nm~625nm의 파장대의 면적이 넓어지게 되며, 610nm~625nm의 파장대의 빛의 세기가 높아짐으로써 적색 그 고유의 색을 표시할 수 있어 그에 따른 색재현율이 향상된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제2 그래프는 녹색을 표시하는 파장대와 적색을 표시하는 파장대의 빛의 세기가 높게 되어 그에 따른 색재현율이 뛰어나다. 색재현율이 향상되어 그에 따른 패널의 효율이 향상되었다. 즉, 본 발명에 따른 백색 유기 발광 소자를 이용한 표시 장치의 패널 효율은 28.40이고, 비교 예에 따른 백색 유기 발광 소자를 이용한 표시 장치의 패널 효율은 28.21이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 백색 유기 소자를 이용한 표시 장치의 패널 효율은 비교 예에 따른 백색 유기 소자를 이용한 표시 장치의 패널 효율보다 약 10% 향상되었다.

이와 같이, 본 발명에 따란 백색 유기 발광 소자를 이용함으로써 색재현율 및 패널 효율이 향상되었다.

[제 3 실시예]

본 발명 제 1 실시예에서는 제1 발광층(226a)의 도핑량과 제2 발광층(226b)의 도핑량을 서로 다르게 조절함으로써 전류량이 증가할수록 발광층의 휘도가 감소하는 롤-오프(roll-off) 현상을 개선시킬 수 있음을 설명하였다.

그러나 이에 한정되지 않고, 제1 발광층(226a)은 제1 호스트와 제2 호스트를 믹싱하고, 제2 발광층(226b)는 제1 호스트와 제3 호스트를 믹싱하고, 상기 제1 및 제2 발광층은 동일한 도펀트를 동일한 비율로 도핑하여, 전류량이 증가할수록 발광층의 휘도가 감소하는 롤-오프(roll-off) 현상을 개선시킬 수 있다.

도 10은 본 발명 제 3 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자의 밴드다이어그램이다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자의 구성도, 도 4에서 설명한 바와 같이, 제1 전극(240)과 제2 전극(230) 사이에, 정공 주입층(214), 제1 정공 수송층(224a), 제2 정공 수송층(224b), 적어도 2개의 발광층(226a,226b), 전자 수송층(228)이 차례로 적층된 구조이다. 그러나, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자는 상기 적어도 2개의 발광층(226a, 226b)의 호스트 및 도펀트 비율에서 본 발명의 제 1 실시예와 다르다.

즉, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자는 상기 적어도 2개의 발광층 각각은(226a,226b) 동일 호스트와 서로 다른 호스트 및 서로 동일한 도펀트로 이루어지고, 상기 적어도 2개의 발광층 각각(226a,226b)의 도펀트는 서로 동일한 비율로 도핑된다. 이때, 상기 적어도 2개의 발광층(226a, 226b)는 제1 발광층(226a) 및 제2 발광층(226b)으로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제1 발광층(226a)은 제1 호스트(Host A)와 제2 호스트(Host C) 및 인광 Yellow-Green 도펀트(phosphorescence Yellow-phosphorescence Green)를 가지며, 제2 발광층(226b)은 제1 호스트(Host A)와 제3 호스트(Host B) 및 인광 Yellow-Green 도펀트(phosphorescence Yellow-phosphorescence Green)를 가진다. 이러한, 상기 제1 발광층(226a)과 상기 제2 발광층(226b)은 동일 도펀트를 동일 도핑량으로 공증착(Co-deposition)하여 형성된다. 상기 제1 발광층(226a) 및 제2 발광층의 제1 내지 제3 호스트(Host A, Host B, Host C)는 서로 다른 호모(Highest Occupied Molecular Orbital : 이하, HOMO) 레벨과 루모(Lowest Unoccupied Molecular Orbital : 이하, LUMO) 레벨을 가진다.

즉, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제1 호스트(Host A)의 LUMO 레벨은 상기 전자 수송층(228)의 LUMO 레벨보다 높거나 동일한 LUMO 레벨을 갖고, 상기 제1 호스트(Host A)의 HOMO 레벨은 -6.0eV~-5.0eV이고, 상기 제1 호스트(Host A)는 5.0 × 10^-5㎠/Vs ~ 1.0 × 10^-5㎠/Vs의 빠른 전자 이동도를 갖는다. 여기서, 상기 제1 호스트(Host A)의 LUMO 레벨과 상기 전자 수송층(228)의 LUMO 레벨의 차이는 +0.05eV ~ +0.2eV이내 이다.

상기 제2 호스트(Host C)의 HOMO 레벨은 상기 제2 정공 수송층(224b)의 HOMO 레벨보다 낮거나 동일한 HOMO 레벨을 갖고, 상기 제2 호스트(Host C)의 LUMO 레벨은 -2.5eV ~ -2.3eV 이고, 상기 제2 호스트(Host C)는 9.0 × 10^-4㎠/Vs ~ 1.0× 10^-3㎠/Vs의 빠른 정공 이동도를 갖는다. 여기서, 상기 제2 호스트(Host C)의 HOMO 레벨과 상기 제2 정공 수송층(224b)의 HOMO 레벨의 차이는 -0.05eV ~ -0.5eV이내 이다.

상기 제3 호스트(Host B)의 HOMO 레벨은 상기 제2 정공 수송층(224b)의 HOMO 레벨보다 낮거나 동일한 HOMO 레벨을 갖고, 상기 제2 호스트(Host C)의 LUMO 레벨은 -2.5eV ~ -2.3eV 이고, 상기 제3 호스트(Host B)는 9.0 × 10^-4㎠/Vs ~ 1.0× 10^-3㎠/Vs의 빠른 정공 이동도를 갖는다. 여기서, 상기 제3 호스트(Host B)의 HOMO 레벨과 상기 제2 정공 수송층(224b)의 HOMO 레벨의 차이는 -0.05eV ~ -0.5eV 이내 이다.

여기서, 상기 제3 호스트(Host B)의 정공 이동도는 제2 호스트(Host C)의 정공 이동도보다 빨라야 하고, 상기 제 호스트(Host A, 제2 호스트(Host C) 및 제3 호스트(Host B)의 Triplet 레벨(energy)은 2.0eV ~ 3.0eV이다.

상기 제1 및 제2 발광층(226a, 226b) 각각의 도펀트 도핑량은 각 발광층의 부피를 기준으로 각 발광층에 8% ~ 25%로 도핑된다.

[제 4 실시예]

한편, 도 10에서 설명한 특징을 갖는 백색 유기 발광 소자의 구조를 포함한 멀티-스택의 구조를 갖는 백색 유기 발광 소자를 구현할 수 있다.

도 11은 본 발명 제 4 실시예의 백색 유기 발광 소자를 나타낸 사시도로써, 도 4 및 도 10에서 설명한 특징을 갖는 백색 유기 발광 소자의 구조를 포함한 멀티-스택의 구조를 나타낸 것이다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 백색 유기 발광 소자는, 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 스택(210), 제1 전하생성층(Charge Generation Layer;222), 제2 스택(220), 제2 전하생성층(260) 및 제3 스택(270)을 포함하는 멀티-스택 구조를 가진다. 이러한, 멀티-스택(Multi-Stack) 구조의 유기 발광 소자는 각 스택에 서로 다른 색의 발광층을 포함하며, 각 스택의 발광층으로부터 출사되는 광이 혼합되어 백색 광을 구현한다. 도 11에는 제1, 제2, 제3, 제4 발광층(218,226a,226b, 270b)으로부터 출사되는 빛이 하부로 출사되는 바텀 발광 방식을 도시하고 있지만, 본 발명의 실시 예에 따른 유기 발광 소자는 탑 발광 방식 또는 양면 발광 방식으로 빛을 출사할 수 있다. 따라서, 이에 한정하지 않는다.

상기 제1 스택(210)은 제1 전극(240)과 제1 전하 생성층(222) 사이에 정공 주입층(Hole Injection Layer;HIL)(214), 제3 정공 수송층(Hole Transport Layer;HTL)(216a), 제4 정공 수송층(216b), 제3 발광층(Emtting Layer;ETL)(218), 제2 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL)(212)이 차례로 적층된다. 이때, 제3 발광층(218)은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트가 포함된 발광층으로 청색을 출사한다.

상기 제1 및 제2 전하 생성층(Charge Generation Layer;CGL)(222)(260)은 스택들 사이에 형성되어 각 스택들 간의 전하 균형 조절을 한다. 이러한, 제1 전하 생성층(222)은 제1 스택(210)과 인접하게 위치하여 제1 스택(210)으로 전자를 주입해주는 역할을 하는 N 타입 유기층(222a)과 제2 스택(220)과 인접하게 위치하여 제2 스택(220)으로 정공을 주입해주는 역할을 하는 P 타입 유기층(222b)으로 이뤄진다.

상기 제2 스택(220)은, 상기 도 4에서 설명한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제1 전하 생성층(222)과 상기 제2 전하 생성층(Charge Generation Layer;CGL) 사이에 제1 정공 수송층(224a), 제2 정공 수송층(224b), 적어도 2개의 발광층(226a,226b), 제1 전자 수송층(228)이 차례로 적층된 구조이다. 상기 적어도 2개의 발광층 각각은(226a,226b), 상기 도 10에서 설명한 바와 같이, 동일 호스트와 서로 다른 호스트 및 서로 동일한 도펀트로 이루어지고, 상기 적어도 2개의 발광층 각각(226a,226b)의 도펀트는 서로 동일한 비율로 도핑된다. 상기 제1 및 제2 발광층(226a, 226b)의 구성은 도 4 및 도 10에서 설명한 바와 같으므로, 그의 설명은 생략하기로 한다.

상기 제2 전하 생성층(Charge Generation Layer;CGL)(260)은 제2 스택(220)과 인접하게 위치하여 제2 스택(220)으로 전자를 주입해주는 역할을 하는 N 타입 유기층(260a)과 제3 스택(270)과 인접하게 위치하여 제3 스택(270)으로 정공을 주입해주는 역할을 하는 P 타입 유기층(260b)으로 이뤄진다.

상기 제3 스택(270)은 제 전하생성층(260)과 제2 전극(230) 사이에 제5 정공 수송층(270a), 제4 발광층(270b) 및 제3 전자 수송층(270c)이 차례로 적층된 구조이다. 이때, 상기 제4 발광층(270b)은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트가 포함된 발광층으로 청색을 출사한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 제 4 실시예의 백색 유기 발광 소자에서도 상기 도 7a 내지 도 7b 및 도 8 내지 도 9에서 설명한 바와 같은 유사한 특징을 갖는다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

100 : 기판 210: 제1 스택
212, 228, 270c: 전자 수송층 214: 정공 주입층
216a, 216b, 224a, 224b, 270a: 정공 수송층
218, 226a, 226b, 270b: 발광층 220: 제2 스택
222, 260: 전하 생성층 222a, 260a: N타입 전하 생성층
222b, 260b: P타입 전하 생성층 230: 제2 전극
240: 제1 전극 250: 발광층
270: 제3 스택

Claims

기판 상에 서로 대향된 제1 및 제2 전극과;
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 정공 주입층, 정공 수송층, 적어도 2개의 제1 및 제2 발광층, 및 전자 수송층이 순차적으로 적층되고,
상기 적어도 2개의 발광층 각각은 서로 다른 호스트로 이루어지고, 서로 동일한 도펀트가 서로 다른 비율로 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 발광층은
제1 호스트를 갖고 인광 Yellow-Green 도펀트가 도핑된 제1 발광층과;
상기 제1 호스트와 다른 제2 호스트를 갖고 상기 제1 발광층과 동일한 인광 Yellow-Green 도펀트가 상기 제1 발광층과 다른 비율로 도핑된 제2 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 호스트의 제 1 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨보다 낮거나 동일하고, 상기 제1 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 호스트의 제1 호모 레벨은 -6.0eV~-5.0eV이고, 상기 제 호스트의 제1 루모 레벨은 -2.5eV~-2.3eV이며, 상기 제1 호스트는 5.0 × 10^-5㎠/Vs ~ 1.0 × 10^-5㎠/Vs의 정공 이동도를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 발광층의 인광 Yellow-Green 도펀트는 상기 제1 발광층의 부피를 기준으로 상기 제1 발광층에 1%~10%로 도핑되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제2 발광층의 제2 루모 레벨은 상기 전자 수송층의 루모 레벨과 높거나 동일한 루모 레벨을 갖고, 상기 제2 루모 레벨은 상기 전자 수송층의 루모 레벨과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제2 발광층의 제2 호모 레벨은 -6.5eV~-5.0eV이고, 상기 제2 발광층의제2 루모 레벨은 -3.0eV~-2.0eV이며, 상기 제2 호스트는 9.0 × 10^-5㎠/Vs ~ 1.0 × 10^-3㎠/Vs의 전자 이동도를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제2 발광층의 인광 Yellow-Green 도펀트는 상기 제2 발광층의 부피를 기준으로 상기 제2 발광층에 10%~20%로 도핑되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 호스트의 Triplet Level은 2.0eV ~ 3.0eV인 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께는 하기의 [수학식 1]로 정의되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치
[수학식 1]

(여기서, H'는 제1 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께, n은 굴절율, λ은 도펀트의 PL Peak 파장).
제 1 항에 있어서,
상기 제2 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께는 하기의 [수학식 2]로 정의되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치
[수학식 2]

(여기서, H'는 H는 제2 발광층부터 제2 전극 직전까지의 두께, n은 굴절율, λ은 도펀트의 PL Peak 파장).
기판 상에 서로 대향된 제1 및 제2 전극과;
상기 제1 전극 상에 정공 주입층, 제3 정공 수송층, 제4 정공 수송층, 제3 발광층, 제2 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제1 스택과;
상기 제1 스택과 제2 전극 사이에 제1 정공 수송층, 제2 정공 수송층, 적어도 2개의 발광층, 제1 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제2 스택과;
상기 제1 스택과 제2 스택 사이에 형성되어 각 스택들 간의 전하 균형 조절을 하는 전하 생성층을 포함하며,
상기 적어도 2개의 발광층 각각은 서로 다른 호스트로 이루어지고, 서로 동일한 Yellow-Green 도펀트가 서로 다른 비율로 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
기판 상에 서로 대향된 제1 및 제2 전극과;
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 정공 주입층, 정공 수송층, 적어도 제1 및 제2 발광층 및 전자 수송층이 순차적으로 적층되고,
상기 제1 발광층은 제1 호스트 및 제2 호스트를 구비하고, 제2 발광층은 제1 호스트 및 제3 호스트를 구비하고, 상기 제1 및 제2 발광층은 각각 동일한 Yellow-Green 도펀트가 서로 동일한 비율로 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제1 호스트의 제1 루모 레벨은 상기 전자 수송층의 루모 레벨보다 높거나 동일하고, 상기 제1 루모 레벨은 상기 전자 수송층의 루모 레벨과 +0.05eV ~ +0.2eV이내의 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제1 호스트의 제1 호모 레벨은 -6.0eV~-5.0eV이고, 상기 제1 호스트는 5.0 × 10^-5㎠/Vs ~ 1.0 × 10^-5㎠/Vs의 정공 이동도를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제2 호스트의 제 2 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨보다 낮거나 동일하고, 상기 제2 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 제2 호스트의 제2 루모 레벨은 -2.5eV ~ -2.3eV 이고, 상기 제2 호스트는 9.0 × 10^-4㎠/Vs ~ 1.0× 10^-3㎠/Vs의 정공 이동도를 갖음을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제3 호스트의 제3 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨보다 낮거나 동일하고, 상기 제3 호모 레벨은 상기 정공 수송층의 호모 레벨과 -0.05eV~-0.5eV 이내의 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 제3 호스트의 제3 루모 레벨은 -2.5eV ~ -2.3eV 이고, 상기 제3 호스트는 9.0 × 10^-4㎠/Vs ~ 1.0× 10^-3㎠/Vs의 정공 이동도를 갖음을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제3 호스트의 정공 이동도는 상기 제2 호스트의 정공 이동도보다 빠르고, 상기 제1 호스트, 제2 호스트 및 제3 호스트의 Triplet 레벨(energy)은 2.0eV ~ 3.0eV임을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 발광층 각각의 인광 Yellow-Green 도펀트는 각 발광층의 부피를 기준으로 각 발광층에 8% ~ 25%로 도핑됨을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
기판 상에 서로 대향된 제1 및 제2 전극과;
상기 제1 전극 상에 정공 주입층, 제3 정공 수송층, 제4 정공 수송층, 제3 발광층, 제2 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제1 스택과;
상기 제1 스택과 제2 전극 사이에 제1 정공 수송층, 제2 정공 수송층, 적어도 2개의 제1 및 제2 발광층, 그리고 제1 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제2 스택과;
상기 제1 스택과 제2 스택 사이에 형성되어 제1 및 제2 스택들 간의 전하 균형 조절을 하는 제1 전하 생성층;
상기 제2 스택과 상기 제2 전극 사이에 제5 정공 수송층, 제4 발광층 및 제3 전자 수송층이 순차적으로 적층된 제3 스택과;
상기 제2 스택과 제3 스택 사이에 형성되어 제2 및 제3 스택들 간의 전하 균형 조절을 하는 제2 전하 생성층을 포함하며,
상기 제1 발광층은 제1 호스트 및 제2 호스트를 구비하고, 제2 발광층은 제1 호스트 및 제2 호스트와 다른 제3 호스트를 구비하고, 상기 제1 및 제2 발광층은 각각 동일한 인광 Yellow-Green 도펀트가 서로 동일한 비율로 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 제3 및 제4 발광층 각각은 하나의 호스트에 청색 형광 성분의 도펀트를 구비함을 특징으로 하는 유기 발광 표시 장치.