KR20150125283A - 유기 발광 표시 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 하부 전극, 상기 하부 전극 상에 위치하는 적어도 하나의 유기발광층, 상기 유기발광층 상에 위치하는 금속도핑층 및 상기 금속도핑층 상에 위치하고, 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과하는 상부 전극을 포함하고, 상기 금속도핑층은 알루미늄 또는 알루미늄네오듐을 포함하는 알루미늄계 금속 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 금속 도펀트를 포함한다.
Description
본 발명은 유기 발광 표시 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부 전극을 형성할 때 유기발광층이 손상되지 않는 유기 발광 표시 소자를 제공하는 것이다.
유기 발광 표시 소자(OLED)는 자체 발광형 표시 소자로서, 액정 표시 소자(LCD)와는 달리 별도의 광원이 필요하지 않아 경량 박형 디스플레이의 제조가 가능하다. 또한, 유기 발광 표시 소자는 저전압 구동에 의해 소비 전력 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 색상 구현, 응답 속도, 시야각, 명암 대비비(contrast ratio; CR)도 우수하여, 차세대 디스플레이로 각광받고 있다.
유기 발광 표시 소자를 이용한 디스플레이는 TFT 백플레인(back-plane) 쪽의 반대편으로 빛이 출사함으로써 개구율 측면에서 유리한, 상부 발광 방식(Top-emission)을 채택하는 것이 고해상도 구현에 유리하다. 그런데 상부 발광 방식을 채택할 경우, 빛이 출사하는 쪽의 전극인, 상부 전극은 가시광선 영역대의 빛의 투과율이 우수하고 동시에 전기 전도도가 우수해야 하기 때문에 사용할 수 있는 재료나 그의 두께에 제약이 있다.
결국, 상부 발광 방식 유기 발광 표시 소자 디스플레이에서의 상부 전극은 빛을 투과할 수 있어야 하므로, 투명도를 유지하면서 동시에 전극의 역할을 수행해야 한다. 게다가 상부 전극이 음극일 경우, 원활한 전자 주입을 위해 일함수 값이 낮아야 한다. 그러나 일함수 값이 낮으면서 전기 전도도가 우수한 금속의 경우, 가시광선 영역대의 빛의 투과율이 매우 낮아서, 200 Å 두께 이상으로 형성할 경우 발광 효율이 현저하게 저하된다.
그런데, 최근 디스플레이의 고해상도에 아울러, 디스플레이의 대면적화에 대한 시장의 요구가 증가하고 있는 실정이다. 디스플레이의 면적이 커질수록, 디스플레이 패널 전면에 공통으로 형성되는 상부 전극의 면저항 값이 커진다. 이는 디스플레이 가장자리에서의 휘도와 중앙에서의 휘도 간 불균일로 이어진다. 면저항 값을 낮추기 위해서는 상부 전극의 두께를 두껍게 하는 것이 방법이나, 앞서 살펴본 바에 따르면 일함수 값이 낮으면서 전기 전도도가 우수한 금속을 상부 전극에서 음극으로써 사용할 경우, 빛의 투과율을 확보해야 하는 한계에 부딪쳐 두껍게 형성할 수 없다는 문제가 있다.
이에 상부 전극의 빛의 투과율을 확보하면서도 상부 전극의 면저항 값을 낮추기 위해 여러가지 기술들이 유기 발광 표시 소자에 적용되고 있다. 일함수 값이 낮은 금속을 가시광선 영역대의 빛이 투과할 수 있는 정도로 아주 얇은 박막 형태로 형성하고, 면저항 값을 낮추기 위해 전기 전도도가 있으면서도 가시광선 영역대의 빛의 투과율이 우수한 물질을 스퍼터링함으로써 금속 박막 상에 형성하여, 상부 전극을 형성하는 방식은 그 중 하나이다.
그러나 기존의 방법은, 다음과 같은 문제점이 있다.
전기 전도도가 있으면서도 가시광선 영역대의 빛의 투과율이 우수한 물질을 금속 박막 상에 형성함에 있어서, 대개 ITO, IZO와 같은 TCO(Transparent Conductive Oxide) 계열의 물질이 사용된다. 이러한 물질은 물리기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)에 속하는 스퍼터링 방식에 의해서만 증착이 가능하다. 양이온화된 타겟 분자가 증착 표면을 때리는 식으로 증착이 진행되는 스퍼터링 방식은, 이미 증착되어 있던 유기발광층을 변성 또는 손상시켜 발광층으로서 기능하지 못하게 할 수 있다는 단점이 있다.
이러한 스퍼터링 방식에 의한 유기발광층의 손상은, 금속 박막을 도입함으로써 일부 막을 수 있다. 그러나 금속 박막은 금속 고유의 빛을 반사하는 성질에 의해 마이크로캐비티(Micro-cavity) 현상을 발생시킨다. 이에 의하여 특정 파장대의 빛은 보강 간섭이 일어나고 나머지 보강 간섭 조건에 맞지 않는 파장대의 빛은 상쇄 간섭이 일어난다. 결국 유기발광층에서 발생한 빛의 발광 스펙트럼의 파장영역이 좁아지게 되어, 비록 유기발광층에서 발생한 빛의 특정 파장대의 강도가 높아지기는 하나, 백색 색좌표가 틀어진다는 단점과 전체적인 백색 소자 효율이 감소된다는 단점이 있다.
이에 본 발명의 발명자들은 금속 박막을 도입하는 대신, 금속 도펀트를 유기층에 도핑하는 방식을 도입하고, 이러한 금속 도펀트가 유기발광층의 발광에 악영향을 미치지 않는 유기 발광 표시 소자를 발명하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해결 과제는 유기 발광 표시 소자에 있어서, 상부 전극의 빛의 투과율을 저해하지 않으면서도 상부 전극의 면저항 값을 낮출 수 있는 유기 발광 표시 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다른 해결 과제는 유기 발광 표시 소자에 있어서, 상부 전극의 낮은 면저항 확보를 위하여 필연적인 적용 증착 방식인 스퍼터링으로 인한 유기발광층의 변성, 손상을 방지할 수 있는 유기 발광 표시 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다른 해결 과제는 유기 발광 표시 소자에 있어서, 우수한 소자 효율이 확보되는 유기 발광 표시 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해결 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자는 기판, 기판 상에 위치하는 하부 전극, 하부 전극 상에 위치하는 적어도 하나의 유기발광층, 유기발광층 상에 위치하는 금속도핑층 및 금속도핑층 상에 위치하는 상부 전극을 포함하고, 이 때, 금속도핑층은 알루미늄 또는 알루미늄네오듐을 포함하는 알루미늄계 금속 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 금속 도펀트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자는 소자 형성 과정에서 최종적으로 증착되는 상부 전극이 스퍼터링 방식에 의하여 증착되는 경우에 있어서, 유기발광층 상에 유기발광층의 손상 또는 변성을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자는, 기존 소자 대비하여 상부 전극의 빛의 투과율을 저해하지 않으면서도 상부 전극의 면저항 값을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자는, 우수한 소자 효율을 확보할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상에서 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과에 기재한 발명의 내용이 청구항의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구항의 권리범위는 발명의 내용에 의하여 제한되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 상부 발광 방식(Top-emission) 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 2 는 도 1 에 의하여 설명되는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자에 있어서, 금속 도펀트의 도핑 농도를 나타낸 그래프들이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 하부 발광 방식(Bottom-emission) 백색 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 상부 발광 방식(Top-emission) 백색 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 하부 발광 방식(Bottom-emission) 백색 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 6 은 비교예들과, 본 발명의 일 실시예들에 따른 유기 발광 표시 소자의 점등 결과를 시각적으로 확인하기 위한 사진들이다.
도 2 는 도 1 에 의하여 설명되는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자에 있어서, 금속 도펀트의 도핑 농도를 나타낸 그래프들이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 하부 발광 방식(Bottom-emission) 백색 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 상부 발광 방식(Top-emission) 백색 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 하부 발광 방식(Bottom-emission) 백색 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 6 은 비교예들과, 본 발명의 일 실시예들에 따른 유기 발광 표시 소자의 점등 결과를 시각적으로 확인하기 위한 사진들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로, 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다.
본 명세서 상에서 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
본 명세서 상에서 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 명세서 상에서 위치 관계에 대한 설명의 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접' 또는 '접하여'가 함께 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
본 명세서 상에서 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 유기 발광 표시 소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서는 본 발명에 따른 유기 발광 표시 소자의 구성 요소인 각종 층들이 편의상 직사각형으로 표현된다. 구성 요소인 각종 층들은 전면(前面)과 측면(側面)이 명확하게 구분되는 것처럼 보이나 전면과 측면이 명확하게 구분되지 않고 완만한 곡선형일 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 '어떤 층의 가장자리'란, 층의 전면과 측면이 명확하게 구분되는 경우에는 '측면'을 의미하고 전면과 측면이 명확하게 구분되지 않는 경우에는 '전면의 가장자리'를 의미한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 상부 발광 방식(Top-emission) 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)는 기판(110) 상에 서로 대향된 하부 전극(120) 및 상부 전극(180)이 위치하고, 하부 전극(120)과 상부 전극(180) 사이에 다중층이 적층되는 구조를 가진다. 보다 구체적으로, 하부 전극(120) 상에 유기발광층(140)이 위치하고, 유기발광층(140) 상에 금속도핑층(160)이 위치하고, 금속도핑층(160) 상에 상부 전극(180)이 위치할 수 있다. 이 때, 하부 전극(120) 상에 전하수송층(130)이 추가적으로 위치할 수 있고, 유기발광층(140) 상에 유기버퍼층(150)이 추가적으로 위치할 수 있으며, 금속도핑층(160) 상에 전하주입층(170)이 추가적으로 위치할 수 있다.
도 1 에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)의 상부 전극(180)이 음극(Cathode)인 경우에는 유기발광층(140)과 상부 전극(180) 사이는 전자(Electron)의 이동 경로가 되며, 전하주입층(170)에서 주입되는 전하는 전자가 된다. 이 때, 도 1 에 도시되지는 않았으나 경우에 따라서는 하부 전극(120)과 전하수송층(130) 사이에 추가의 정공주입층이 더욱 위치할 수도 있다.
도 1 에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)의 상부 전극(180)이 양극(Anode)인 경우에는 유기발광층(140)과 상부 전극(180) 사이는 정공(Hole)의 이동 경로가 되며, 전하주입층(170)에서 주입되는 전하는 정공이 된다. 이 때, 도 1 에 도시되지는 않았으나 경우에 따라서는 하부 전극(120)과 전하수송층(130) 사이에 추가의 전자주입층이 위치할 수도 있다.
우선, 유기 발광 표시 소자(100)의 상부 전극(180)이 음극인 경우를 살펴보고자 한다.
상부 전극(180)은 빛의 투과율이 우수하면서 동시에 전기 전도도가 높다. 보다 구체적으로, 상부 전극(180)은 유기발광층(140)에서 발생한 빛이 출사하는 방향에 위치하는 전극이므로, 가시광선 영역대의 빛의 투과율이 우수하다. 또한 전극으로서 기능하여야 하므로 전기 전도도가 우수하다. 즉, 상부 전극(180)은 전도성 물질을 포함할 수 있고, 빛을 투과할 수 있다. 이 때, 전도성 물질로는 예를 들어, ITO, IZO, ZnO 등과 같은 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO, 이하 TCO라 함) 계열의 물질을 들 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이 때, 예를 들어, ITO, IZO, ZnO 등과 같은 TCO 계열의 물질을 사용하여 빛이 투과하는 상부 전극(180)을 형성할 수 있으나, 사용하는 물질은 이에 제한되지 않는다.
전도성 물질을 포함할 수 있고, 빛을 투과할 수 있는 상부 전극(180)을 형성하기 위해서 스퍼터링 방식이 사용된다. 예를 들어, ITO, IZO, ZnO 등과 같은 TCO 계열의 물질을 사용하여 상부 전극(180)을 형성하는 경우가 스퍼터링 방식이 사용된다. 그런데, 소자 구조상, 최종적으로 증착되는 상부 전극(180)을 스퍼터링 방식으로 형성하면 이미 증착된 유기발광층(140)이 손상을 입어 발광이 일어나지 않을 수 있다. 이러한 유기발광층(140)의 손상을 막기 위해서, 상부 전극(180)을 증착하기에 앞서 유기발광층(140) 상에 금속도핑층(160)을 형성할 수 있다.
이 때, 금속도핑층(160)은 금속 도펀트(미도시)로 도핑이 되는데, 금속 도펀트(미도시)는 알루미늄 또는 알루미늄네오듐을 포함하는 알루미늄계 금속 또는 리튬(Li)과 같은 알칼리 금속 또는 마그네슘(Mg)과 같은 알칼리토 금속 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 금속도핑층(160)에서 금속 도펀트(미도시)가 차지하는 중량비는 금속도핑층(160)의 전체 중량 대비 0.1 wt% 이상 10 wt% 이하이다. 금속 도펀트(미도시)의 중량비가 10 wt% 를 초과하는 경우에는 금속도핑층이 사실상 금속 박막화(化)가 되어 의도치 않은 마이크로캐비티 현상이 발생하는 등의 기존의 문제가 그대로 발생하게 된다. 금속 도펀트(미도시)의 중량비가 0.1 wt% 미만인 경우에는 마치 도핑을 하지 않은 것과 같아서, 스퍼터링으로부터 유기발광층(140)의 손상을 방지하는 효과가 나타나지 않는다.
나아가, 앞서 언급했듯이, 유기발광층(140)과 금속도핑층(160) 사이에 유기버퍼층(150)이 위치할 수 있다. 유기발광층(140)과 금속도핑층(160)이 접하는 경우, 금속도핑층(160)에 도핑되었던 금속 도펀트가 시간이 지남에 따라 유기발광층(140)과 금속도핑층(160)의 계면을 지나 유기발광층(140)으로 확산되어갈 수 있다. 금속 도펀트는 양이온화가 되기 쉽기 ?문에, 유기발광층(140)으로 확산된 금속 도펀트는 엑시톤(Exciton)을 형성하여야 할 정공을 트랩(trap)할 수 있다. 또는, 금속도핑층(160)에 도핑되었던 금속 도펀트가 유기발광층(140)으로까지 확산되지 않더라도 유기발광층(140)과 금속도핑층(160)의 계면에서 정공을 트랩할 수 있다. 정공이 금속 도펀트에 의해 트랩되는 만큼, 유기발광층(140)에서 엑시톤이 형성되지 못하여 발광 효율이 저하된다. 이러한 발광 효율의 저하를 막기 위해서, 금속도핑층(160)을 증착하기에 앞서 유기발광층(140) 상에 유기버퍼층(150)을 형성할 수 있다.
이 때, 금속도핑층(160)에 도핑되었던 금속 도펀트(미도시)가 시간이 지남에 따라 유기버퍼층(150)과 금속도핑층(160)의 계면을 지나 유기버퍼층(150)으로 확산되어 갈 수 있다. 또는 금속도핑층(160)에 도핑되었던 금속 도펀트(미도시)가 유기버퍼층(150)으로까지 확산되지 않을 수 있다. 즉, 유기버퍼층(150)은 금속도핑층(160)에 포함된 금속 도펀트(미도시)를 포함하지 않을 수 있다. 이로써 금속 도펀트(미도시)가 유기발광층(140)에서 엑시톤 형성에 참여해야 할 정공을 트랩하는 현상을 막을 수 있다.
상기 효과를 얻기 위해서 유기버퍼층(150)의 두께는 적어도 100 Å 이상으로 형성되어야 한다. 유기버퍼층(150)의 두께가 100 Å 보다 더 얇으면, 유기발광층(140)의 정공을 트랩하는 현상을 방지하기에 부족하다. 즉, 금속도핑층(160)에 도핑되었던 금속 도펀트(미도시)가 시간이 지남에 따라 유기버퍼층(150)을 통과하여 유기발광층(140)까지 확산되어 유기발광층(140)의 정공을 트랩할 수 있다. 또는 유기발광층(140)까지는 확산되어가지 못했더라도, 유기버퍼층(150)까지 확산된 금속 도펀트(미도시)가 유기버퍼층(150)과 유기발광층(140)의 계면에서 유기발광층(160)의 정공을 트랩할 수 있다.
이 때, 유기버퍼층(150)은 금속도핑층(160)에서 대부분의 중량비를 차지하는, 호스트 유기물질로써 구성될 수 있다. 다시 말하여, 금속도핑층(160)은 유기버퍼층(150)을 구성하는 물질과 동일한 물질을 호스트 유기물질로써 포함할 수 있다.
그런데, 상부 전극(180)에 포함되는 물질, 예를 들어 TCO 계열의 물질의 일함수 값은 높다. 때문에 금속도핑층(160)에 포함되는 물질의 최저 비점유 분자 궤도 함수(Lowest Unoccupied Molecular Orbital; LUMO, 이하 LUMO라 함) 에너지 레벨과 상부 전극(180)에 포함되는 물질의 일함수 값의 격차를 완화하여, 전자가 상부 전극(180)에서부터 금속도핑층(160)을 경유하여 유기발광층(140)으로 용이하게 이동하게 할 필요가 있다. 이에, 상부 전극(180)을 증착하기에 앞서, 에너지 장벽의 완화를 위해 금속도핑층(160) 상에 전하주입층(170)을 형성할 수 있다. 이로써 전자의 유기발광층(140)으로의 이동을 위한 구동 전압을 낮출 수 있다.
이러한 전하주입층(170)은, 상부 전극(180)에 포함되는 물질의 전자친화도 보다 더 큰 전자친화도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하주입층(170)은 TCO 계열의 물질의 전자친화도 보다 더 큰 전자친화도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하주입층(170)은 CN 계열의 유기물질을 포함할 수 있다. 또는, WO3, MoO2, Re2O7 와 같은 전이 금속 산화물(Transition Metal Oxide; TMO, 이하 TMO라 함) 계열의 물질을 포함할 수 있다. 즉, 전하주입층(170)이, 상부 전극(180)에 포함되는 물질의 전자친화도 보다 더 큰 전자친화도를 갖는 물질을 포함함으로써, 금속도핑층의 에너지 밴드 벤딩(Energy Band Bending)이 더욱 잘 일어나게 도움으로써, 상부 전극(180)으로부터 유기발광층(140)으로 전자 주입이 원활하게 진행될 수 있다.
다음으로, 유기 발광 표시 소자(100)의 상부 전극(180)이 양극인 경우를 살펴보고자 한다. 유기 발광 표시 소자(100)의 상부 전극(180)이 음극인 경우와 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 다른 구성요소나 추가되는 구성요소에 대하여만 설명하기로 한다.
상부 전극(180)에 포함되는 물질, 예를 들어 TCO 계열의 물질의 일함수 값은 높다. 때문에 금속도핑층(160)에 포함되는 물질의 최고 점유 분자 궤도 함수(Highest Occupied Molecular Orbital; HOMO, 이하 HOMO라 함) 에너지 레벨과 상부 전극(180)에 포함되는 물질의 일함수 값의 격차를 완화하여, 정공이 상부 전극(180)에서부터 금속도핑층(160)을 경유하여 유기발광층(140)으로 용이하게 이동하게 할 필요가 있다. 이에, 상부 전극(180)을 증착하기에 앞서, 에너지 장벽의 완화를 위해 금속도핑층(160) 상에 전하주입층(170)을 형성할 수 있다. 이로써 정공의 유기발광층(140)으로의 이동을 위한 구동 전압을 낮출 수 있다.
이러한 전하주입층(170)은, 상부 전극(180)에 포함되는 물질의 전자친화도보다 더 큰 전자친화도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하주입층(170)은 TCO 계열의 물질의 전자친화도 보다 더 큰 전자친화도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하주입층(170)은 CN 계열의 유기물질을 포함할 수 있다. 또는, WO3, MoO2, Re2O7 와 같은 TMO 계열의 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 전하주입층(170)에 포함되는 물질의 LUMO를 타고 전자가 상부 전극(180)으로 이동함으로써, 결과적으로 상부 전극(180)의 정공이 전하주입층(170)로 이동하는 것이 된다. 이로써 상부 전극(180)으로부터 유기발광층(140)으로 정공 주입이 원활하게 진행될 수 있다.
따라서, 상부 전극(180)이 음극 또는 양극인 경우에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)는 기판(110) 상에 하부 전극(120)이 위치한다. 하부 전극(120) 상에 유기발광층(140)이 위치한다. 유기발광층(140) 상에 금속도핑층(160)이 위치한다. 금속도핑층(160) 상에 상부 전극(180)이 위치한다. 이 때, 유기발광층(140)은 적어도 하나 이상일 수 있다. 이 때, 하부 전극(120) 상에, 보다 구체적으로 하부 전극(120)과 유기발광층(140) 사이에 전하수송층(130)이 위치할 수 있다. 이 때, 유기발광층(140) 상에, 보다 구체적으로 유기발광층(140)과 금속도핑층(160) 사이에 유기버퍼층(150)이 위치할 수 있다. 이 때, 금속도핑층(160) 상에, 보다 구체적으로 금속도핑층(160)과 상부 전극(180) 사이에 전하주입층(170)이 위치할 수 있다. 상부 전극(180)이 음극인 경우 전하수송층(130)은 정공을 수송하고, 전하주입층(170)은 전자를 주입 또는 수송할 수 있다. 상부 전극(180)이 양극인 경우 전하수송층(130)은 전자를 수송하고, 전하주입층(170)은 정공을 주입 또는 수송할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)의 금속도핑층(160)에 도핑된 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도에 대하여 보다 자세히 살펴보기로 한다.
도 2 의 (a) 에서 (g) 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)에서 금속도핑층(160) 전(全) 영역에 있어서의 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도를 나타낸 그래프들이다. 즉, 상기 그래프들은 유기발광층(140)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면에서부터, 상부 전극(180)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면으로 갈수록, 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도가 어떻게 변화되는지를 나타내고 있다.
도 2 의 (a) 는, 금속 도펀트(미도시)가 금속도핑층(160) 전(全) 영역에서 균일한 농도로 도핑된 경우를 도시하는 그래프이다.
도 2 의 (b) 와 (c) 는, 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도가 유기발광층(140)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면에서부터, 상부 전극(180)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면으로 갈수록 증가하는데, 이 때 도핑 농도의 증가율이 양(+)으로 일정한 경우를 도시하는 그래프이다. 증착 환경이나 증착 장비의 조건에 따라, (b) 의 경우와 같이 연속적으로 도핑 농도가 증가할 수도 있고, (c) 의 경우와 같이 불연속적으로 내지는 계단식으로 도핑 농도가 증가할 수도 있다.
도 2 의 (d) 와 (e) 는, 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도가 유기발광층(140)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면에서부터, 상부 전극(180)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면으로 갈수록 갈수록 증가하는데, 이 때 도핑 농도의 증가율이 점점 증가하는 경우를 도시하는 그래프이다. 증착 환경이나 증착 장비의 조건에 따라, (d) 의 경우와 같이 연속적으로 도핑 농도가 증가할 수도 있고, (e) 의 경우와 같이 불연속적으로 내지는 계단식으로 도핑 농도가 증가할 수도 있다.
도 2 의 (f) 와 (g) 는, 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도가 유기발광층(140)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면에서부터, 상부 전극(180)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면으로 갈수록 증가하는데, 이 때 도핑 농도의 증가율이 점점 감소하는 경우를 도시하는 그래프이다. 증착 환경이나 증착 장비의 조건에 따라, (f) 의 경우와 같이 연속적으로 도핑 농도가 증가할 수도 있고, (g) 의 경우와 같이 불연속적으로 내지는 계단식으로 도핑 농도가 증가할 수도 있다.
특히, 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도가 금속도핑층(160) 전(全) 영역에 있어서 일정하지 않고, 상부 전극(180)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면으로 갈수록 증가하게끔 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도를 변화하는 (b) 내지 (g) 의 경우에는, 유기버퍼층이 존재하지 않을 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)에서, 유기버퍼층(150)이 존재하지 않고, 유기발광층(140)과 금속도핑층(160)이 접하는 구조이다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자에서 유기발광층(140)과 가까운 쪽의 금속도핑층(160) 계면은, 유기발광층(140)과 금속도핑층(160)이 접하는 면이 된다. 이 때, 유기발광층(140)과 금속도핑층(160)이 접하는 면 근처에서는 금속 도펀트(미도시)가 거의 존재하지 않게끔 금속 도펀트의 도핑 농도를 변화시킬 수 있다. 여기서, '유기발광층(140)과 금속도핑층(160)이 접하는 면 근처'란, '유기발광층(140)과 금속도핑층(160)이 접하는 면에서부터 적어도 100 Å 까지'를 의미한다. 또한 여기서, '금속 도펀트(미도시)가 거의 존재하지 않게끔'이란, '금속 도펀트(미도시)가 유기발광층(140)에서의 엑시톤 형성에 영향을 미치지 않을 정도로 낮은 정도의 도핑 농도로 도핑되게끔'을 의미한다. 이렇게 유기버퍼층이 존재하지 않는 경우에도, 금속도핑층(160)에서 금속 도펀트(미도시)가 차지하는 중량비는 0.1 wt% 이상 10 wt% 이하로 유지할 수 있다.
나아가, 유기발광층(140)에 인접한 금속도핑층(160) 계면에서부터, 상부 전극(180)에 인접한 금속도핑층(160) 계면으로 갈수록, 도핑 농도의 증가율이 일정하다가 점점 감소하는 식으로 금속도핑층(160)에서의 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도를 변화시키는 경우도 가능하다. 또는, 유기발광층(140)에 인접한 금속도핑층(160) 계면에서부터, 상부 전극(180)에 인접한 금속도핑층(160) 계면으로 갈수록, 도핑 농도의 증가율이 증가하다가 일정해지는 식으로 금속도핑층(160)에서의 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도를 변화시키는 경우도 가능하다. 또는, 유기발광층(140)에 인접한 금속도핑층(160) 계면에서부터, 상부 전극(180)에 인접한 금속도핑층(160) 계면으로 갈수록, 도핑 농도의 증가율이 증가하다가 감소하는 식으로 금속도핑층(160)에서의 금속 도펀트(미도시)의 도핑 농도를 변화시키는 경우도 가능하다. 즉, 도 2 에서 그래프들로써 제시된 도핑 농도 세팅에 국한되지 않고, 이들을 조합한 여러가지 경우가 가능하다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 하부 발광 방식(Bottom-emission) 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 3 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(300)는 기판(310) 상에 서로 대향된 하부 전극(320) 및 상부 전극(380)이 위치하고, 하부 전극(320)과 상부 전극(380) 사이에 다중층이 적층되는 구조를 가진다. 보다 구체적으로, 하부 전극(320) 상에 유기발광층(340)이 위치하고, 유기발광층(340) 상에 금속도핑층(360)이 위치하고, 금속도핑층(360) 상에 상부 전극(380)이 위치할 수 있다. 이 때, 하부 전극(320) 상에 전하수송층(330)이 추가적으로 위치할 수 있고, 유기발광층(340) 상에 유기버퍼층(350)이 추가적으로 위치할 수 있고, 금속도핑층(360) 상에 전하주입층(370)이 추가적으로 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(300)의 하부 전극(320)은 빛의 투과율이 우수하면서 동시에 전기 전도도가 있어야 한다. 보다 구체적으로, 하부 전극(320)은 유기발광층(340)에서 발생한 빛이 출사하는 방향에 위치하는 전극이므로, 가시광선 영역대의 빛의 투과율이 우수하여야 한다. 또한 전극으로서 기능하여야 하므로 전기 전도도가 우수하여야 한다. 즉, 하부 전극(320)은 전도성 물질을 포함할 수 있고, 빛을 투과할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(300)의 상부 전극(380)은 전극이 음극으로 기능하는지 양극으로 기능하는지에 따라 일함수 값이 비교적 높은 물질을 포함할 수 있다. 또한 전극으로서 기능하여야 하므로 동시에 전기 전도도가 우수하여야 한다. 이 때, 상부 전극(380)에 포함될 수 있는, 일함수 값이 비교적 높은 전도성 물질로는 예를 들어, ITO, IZO, ZnO 등과 같은 TCO 계열의 물질을 포함하는 투명 전도성 물질을 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이렇듯 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(300)의 상부 전극(380)이 TCO 계열의 물질을 포함하는 투명 전도성 물질을 포함하는 경우에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)의 기판(110), 하부 전극(120), 전하수송층(130), 유기발광층(140), 유기버퍼층(150), 금속도핑층(160), 전하주입층(170), 상부 전극(180)에 대한 설명은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(300)의 기판(310), 하부 전극(320), 전하수송층(330), 유기발광층(340), 유기버퍼층(350), 금속도핑층(360), 전하주입층(370), 상부 전극(380) 에 대한 설명이 동일하게 적용된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(300)에 대한 설명에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)에 대한 설명과 실질적으로 동일한 내용의 설명은 이를 생략한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 상부 발광 방식(Top-emission) 백색 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 4 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(400)는 기판(410) 상에 서로 대향된 하부 전극(420) 및 상부 전극(460)이 위치하고, 하부 전극(420)과 상부 전극(460) 사이에 제1 발광부(430), 전하생성층(440), 제2 발광부(450)의 다중층이 적층되는 구조를 가진다. 보다 구체적으로, 하부 전극(420) 상에 제1 발광부(430)가 위치하고, 제1 발광부(430) 상에 전하생성층(440)이 위치하고, 전하생성층(440) 상에 제2 발광부(450)가 위치하고, 제2 발광부(450) 상에 상부 전극(460)이 위치할 수 있다.
이 때, 제1 발광부(430)는 제1 광(미도시)을 출사하고, 제2 발광부(450)는 제2 광(미도시)을 출사한다. 제1 발광부(430)에서 출사하는 제1 광(미도시)과 제2 발광부(450)에서 출사하는 제2 광(미도시)는 서로 보색 관계에 있어, 제1 광(미도시)과 제2 광(미도시)이 합쳐져서 백색 광이 된다. 예를 들어, 제1 발광부(430)에서 출사하는 제1 광(미도시)이 청색 광인 경우, 제2 발광부(450)에서 출사하는 제2 광(미도시)은 황색-녹색 광이고, 제1 발광부(430)에서 출사하는 제1 광(미도시)이 황색-녹색 광인 경우, 제2 발광부(450)에서 출사하는 제2 광(미도시)은 청색 광이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(400)에 있어서, 제2 발광부(450)와 상부 전극(460)을 보다 구체적으로 살펴본다.
제2 발광부(450)는 기본적으로 유기발광층(452), 금속도핑층(454)을 포함한다. 여기서, 유기발광층(452) 아래에 전하수송층(451)이 추가적으로 위치할 수 있고, 유기발광층(452) 상에 유기버퍼층(453)이 추가적으로 위치할 수 있고, 금속도핑층(454) 상에 전하주입층(455)이 추가적으로 위치할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(400)에서의 기판(410) 하부 전극(420), 전하수송층(451), 유기발광층(452), 유기버퍼층(453), 금속도핑층(454), 전하주입층(455) 및 상부 전극(460)에 대한 설명은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)의 기판(110), 하부 전극(120), 전하수송층(130), 유기발광층(140), 유기버퍼층(150), 금속도핑층(160), 전하주입층(170) 및 상부 전극(180)에 대한 설명이 동일하게 적용된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(400)에 대한 설명에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(100)에 대한 설명과 실질적으로 동일한 내용의 설명은 이를 생략한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 하부 발광 방식(Bottom-emission) 백색 유기 발광 표시 소자의 개략적인 구조이다.
도 5 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(500)는 기판(510) 상에 서로 대향된 하부 전극(520) 및 상부 전극(560)이 위치하고, 하부 전극(520)과 상부 전극(580) 사이에 제1 발광부(530), 전하생성층(540), 제2 발광부(550)의 다중층이 적층되는 구조를 가진다. 보다 구체적으로, 하부 전극(520) 상에 제1 발광부(530)가 위치하고, 제1 발광부(530) 상에 전하생성층(540)이 위치하고, 전하생성층(540) 상에 제2 발광부(550)이가 위치하고, 제2 발광부(550) 상에 상부 전극(560)이 위치할 수 있다. 이 때, 제1 발광부(530)에서 출사하는 광은 제2 발광부(550)에서 출사하는 광과 보색 관계에 있어, 양 색이 합쳐져서 백색 광이 된다. 예를 들어, 제1 발광부(530)에서 출사하는 광이 청색 광인 경우, 제2 발광부(550)에서 출사하는 광은 황색-녹색 광이고, 제1 발광부(530)에서 출사하는 광이 황색-녹색 광인 경우, 제2 발광부(550)에서 출사하는 광은 청색 광이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(400)에 있어서 발명의 사상의 핵심은 제2 발광부(450)와 상부 전극(460)에 있으므로, 이를 보다 구체적으로 살펴본다.
제2 발광부(550)는 기본적으로 유기발광층(552), 금속도핑층(554)을 포함한다. 여기서, 유기발광층(552) 아래에 전하수송층(551)이 더욱 위치할 수 있고, 유기발광층(552) 상에 유기버퍼층(553)이 더욱 위치할 수 있고, 금속도핑층(554) 상에 전하주입층(555)이 더욱 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(500)의 하부 전극(520)은 빛의 투과율이 우수하면서 동시에 전기 전도도가 있어야 한다. 보다 구체적으로, 하부 전극(520)은 제1 유기발광층(531) 및 제2 유기발광층(552)에서 발생한 빛이 출사하는 방향에 위치하는 전극이므로, 가시광선 영역대의 빛의 투과율이 우수하여야 한다. 또한 전극으로서 기능하여야 하므로 전기 전도도가 우수하여야 한다. 즉, 하부 전극(520)은 전도성 물질을 포함할 수 있고, 빛을 투과할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(500)의 상부 전극(560)은 전극이 음극으로 기능하는지 양극으로 기능하는지에 따라 일함수 값이 비교적 높은 물질을 포함할 수 있다. 또한 전극으로서 기능하여야 하므로 동시에 전기 전도도가 우수하여야 한다. 이 때, 상부 전극(560)에 포함될 수 있는, 일함수 값이 비교적 높은 전도성 물질로는 예를 들어, ITO, IZO, ZnO 등과 같은 TCO 계열의 물질을 포함하는 투명 전도성 물질을 포함수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(500)의 상부 전극(560)이 TCO 계열의 물질을 포함하는 투명 전도성 물질을 포함하는 경우에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(400)의 기판(410), 하부 전극(420), 전하수송층(451), 유기발광층(452), 유기버퍼층(453), 금속도핑층(454), 전하주입층(455), 상부 전극(460)에 대한 설명은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자(500)의 기판(510), 하부 전극(520), 전하수송층(551), 제2 유기발광층(552), 유기버퍼층(553), 금속도핑층(554), 전하주입층(555), 상부 전극(560)에 대한 설명이 동일하게 적용된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(500)에 대한 설명에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(400)에 대한 설명과 실질적으로 동일한 내용의 설명은 이를 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자로서, 3개 이상의 복수 발광부로 구성되는 경우에 있어서도, 유기발광층의 형성 이후에 형성되는 상부 전극이, 일함수 값 또는 전기 전도도 등을 이유로 하여 스퍼터링 방식으로서만 증착이 가능한 물질을 포함하는 경우에는 동일한 설명이 적용된다. 즉, 3개 이상의 복수 발광부로 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자가 상부 발광 방식(Top-emission) 백색 유기 발광 표시 소자에 해당할 경우에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(400)에 대한 설명이, 하부 발광 방식(Bottom-emission) 백색 유기 발광 표시 소자에 해당할 경우에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자(500)에 대한 설명이 각각 동일하게 적용될 수 있다.
다음에서는 금속버퍼층의 유기발광층 손상 방지의 효과를 나타내는 실험자료를 살펴보고자 한다.
도 6 은 비교예들과 본 발명의 일 실시예들에 따른 소자를 각각 제작하여 실제 점등한 결과이다. 이 때, 비교예들과 본 발명의 일 실시예들은 유기발광층이 황색-녹색 광을 발생하는, 단일 발광부로 구성된 상부 발광 방식 황색-녹색 유기 발광 표시 소자에 해당한다.
도 6 의 비교예 1 의 경우는, 유기버퍼층 / 금속 박막(MgAg) / 상부 전극(IZO)을 포함하는 상부 발광 방식 황색-녹색 유기 발광 표시 소자이다. 점등은 되었으나, 점등 색상이 녹색에 가깝게 보이고, 휘도가 높지 않은 것을 시각적으로 확인할 수 있다.
도 6 의 비교예 2 의 경우는, 유기버퍼층 / 상부 전극(IZO)을 포함하는 상부 발광 방식 황색-녹색 유기 발광 표시 소자이다. 즉, 비교예 1 대비하여 금속 박막(MgAg)이 존재하지 않는 경우이다. 소자가 점등 자체가 되지 않음을 확인할 수 있다. 스퍼터링으로 상부 전극(IZO)이 형성되는 과정에서 유기발광층이 변성, 손상되는 것을 방지하는 역할을 하였던 금속 박막(MgAg)이 생략됨으로써 유기발광층이 변성, 손상되어 소자가 발광을 하지 못하게 되었음을 알 수 있다.
도 6 의 실시예 1 의 경우는, 유기버퍼층 / 금속도핑층(Li) / 상부 전극(IZO)을 포함하는 상부 발광 방식 황색-녹색 유기 발광 표시 소자이다. 점등이 되었으며, 점등 색상이 녹색을 띄는 황색으로 보이고, 비교예 1 대비하여 휘도가 상승되었음을 시각적으로 확인할 수 있다.
도 6 의 실시예 2 의 경우는, 유기버퍼층 / 금속도핑층(Li) / 전하주입층 / 상부 전극(IZO)을 포함하는 상부 발광 방식 황색-녹색 유기 발광 표시 소자이다. 역시 점등이 되었으며, 점등 색상이 녹색을 띄는 황색으로 보이고, 비교예 1 대비하여 휘도가 상승되었음을 시각적으로 확인할 수 있다.
다음의 표 1 은 도 6 의 비교예 1 내지 실시예 2 의 소자 성능 평가 결과이다. 보다 구체적으로, 도 6 의 비교예 1 내지 실시예 2 각각의 소자의 구동 전압(V), 발광 효율(Cd/A), 전력 효율(Im/W) 결과이다.
| V | Cd/A | Im/W | |
| 비교예 1 | 5.1 | 25.1 | 15.4 |
| 비교예 2 | - | - | - |
| 실시예 1 | 3.9 | 36.9 | 29.5 |
| 실시예 2 | 4.1 | 48.8 | 37.1 |
비교예 2 에서와 같이 금속 박막 또는 금속도핑층을 포함하지 않을 경우, 아예 소자가 점등 자체가 되지 않음을 확인할 수 있다.
금속 박막을 포함한 비교예 1 의 경우보다, 금속도핑층을 포함한 실시예 1 의 경우에 소자의 구동 전압도 현저히 낮아지고 발광 효율이 상승함을 알 수 있다.
금속도핑층을 사용한 실시예 1 에서 나아가, 전하주입층을 더욱 포함한 실시예 2 의 경우에 발광 효율이 더욱 상승함을 알 수 있다.
이로써, 금속 박막을 포함할 때보다 금속도핑층을 포함할 때 소자 성능이 더욱 우수하고, 금속도핑층을 포함하는 경우에도 나아가 전하주입층을 더욱 포함할 때 소자 성능이 더욱 우수함을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 상부 발광 방식 백색 유기 발광 표시 소자에 대해서도 마찬가지이다. 다음에서 살펴보고자 한다.
다음의 표 2 는 비교예들과 본 발명의 일 실시예들에 따른 상부 발광 방식 백색 유기 발광 소자의 성능 평가 결과이다. 이 때, 비교예들과 본 발명의 일 실시예들은 유기발광층이 청색 발광 제1 발광부와, 엘로우-그린 발광 제2 발광부가 적층하여 구성된 상부 발광 방식 백색 유기 발광 표시 소자에 해당한다.
비교예 3 는, 유기버퍼층 / 금속도핑층(Li) / 금속 박막(MgAg) / 상부 전극(IZO)을 포함하는 상부 발광 방식 백색 유기 발광 표시 소자이다.
실시예 3 는, 금속도핑층(Li) / 상부 전극(IZO)을 포함하는 상부 발광 방식 백색 유기 발광 표시 소자이다.
실시예 4 는, 유기버퍼층 / 금속도핑층(Li) / 전하주입층 / 상부 전극(IZO)을 포함하는 상부 발광 방식 백색 유기 발광 표시 소자이다.
| V | Cd/A | Im/W | |
| 비교예 3 | 11.6 | 38.2 | 10.3 |
| 11.7 | 43.4 | 11.7 | |
| 11.8 | 49.9 | 13.3 | |
| 실시예 3 | 9.8 | 58.5 | 18.6 |
| 9.9 | 63.4 | 24.5 | |
| 9.9 | 66.6 | 21.0 | |
| 실시예 4 | 10.4 | 63.2 | 19.0 |
| 10.7 | 70.9 | 20.8 | |
| 10.8 | 75.7 | 22.0 |
금속도핑층만 포함한 실시예 3 의 경우가, 오히려 유기버퍼층과 금속 박막까지 포함한 비교예 3 의 경우보다 상대적으로 구동 전압 측면과 발광 효율 측면에서 모두 우수함을 확인할 수 있다.
금속도핑층 양 쪽으로 유기버퍼층과 전하주입층을 포함한 실시예 4 의 경우, 비록 실시예 3의 경우보다 구동 전압은 다소 높아지나, 발광 효율은 상승함 확인할 수 있다. 추가되는 층의 영향으로 구동 전압은 다소 높아질 수 있으나, 발광 효율은 상승하므로 전체적인 소비전력 측면에서는 문제가 없다. 기본적으로 유기 발광 표시 소자는 전류 구동 소자로서, 유기 발광 표시 소자를 이용한 디스플레이의 밝기는 소자의 양극과 음극 간에 도통되는 전류량에 비례하므로, 단위 전류량에 대한 휘도 즉 발광 효율이 중요한 특성이라고 볼 수 있다. 따라서, 발광 효율이 향상되었다는 점에 주목할 필요가 있다.
이로써, 금속 박막을 포함할 때보다 금속도핑층을 포함할 때 소자 성능이 더욱 우수하고, 금속도핑층을 포함하는 경우에도 나아가 유기버퍼층 및 전하주입층을 더욱 포함할 때 소자 성능이 더욱 우수함을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자는 소자 형성 과정에서 최종적으로 증착되는 상부 전극이 스퍼터링 방식에 의하여 증착되는 경우에 있어서, 유기발광층 상에 유기발광층의 손상, 변성을 방지하기 위한 금속도핑층이 위치한다. 이 때, 금속도핑층의 금속 도펀트가 유기발광층의 정공을 트랩하지 않도록 소자 구조를 형성한다. 이 때, 금속도핑층에 도핑되는 금속 도펀트는 알루미늄 또는 알루미늄네오듐을 포함하는 알루미늄계 금속 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 이 때, 금속도핑층에 도핑되는 금속 도펀트의 도핑 농도는 유기발광층과 가까운 영역에서 상부 전극과 가까운 영역으로 갈수록 증가할 수 있다. 이러한 유기 발광 표시 소자는 상부 전극의 빛의 투과율을 저해하지 않으면서도 상부 전극의 면저항 값을 낮출 수 있고, 스퍼터링으로 인한 유기발광층의 변성, 손상을 방지할 수 있고, 우수한 소자 효율을 확보할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 소자는 기판, 기판 상에 위치하는 하부 전극, 하부 전극 상에 위치하는 적어도 하나의 유기발광층, 유기발광층 상에 위치하는 금속도핑층 및 금속도핑층 상에 위치하고, 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과하는 상부 전극을 포함하고, 금속도핑층은 알루미늄 또는 알루미늄네오듐을 포함하는 알루미늄계 금속 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 금속 도펀트를 포함한다.
이 때, 상부 전극은 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과할 수 있다.
이 때, 상기 하부 전극은 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과하고 상기 상부 전극은 투명 전도성 물질을 포함할 수 있다.
이 때, 하부 전극 상에 위치하고, 제1 광을 출사하는 제1 발광부, 제1 발광부 상에 위치하는 전하생성층 및 전하생성층 상에 위치하고, 제2 광을 출사하고, 상기 유기발광층 및 상기 금속도핑층을 포함하는 제2 발광부를 더욱 포함하고, 상부 전극은 상기 제2 발광부 상에 위치하고, 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과하고, 제1 광과 상기 제2 광은 합쳐져서 백색 광이 될 수 있다.
이 때, 하부 전극 상에 위치하고, 제1 광을 출사하는 제1 발광부, 제1 발광부 상에 위치하는 전하생성층 및 전하생성층 상에 위치하고, 제2 광을 출사하고, 상기 유기발광층 및 상기 금속도핑층을 포함하는 제2 발광부를 더욱 포함하고, 하부 전극은 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과하고, 상부 전극은 상기 제2 발광부 상에 위치하고, 투명 전도성 물질을 포함하고, 제1 광과 상기 제2 광은 합쳐져서 백색 광이 될 수 있다.
이 때, 유기발광층과 금속도핑층 사이에 위치하는 유기버퍼층을 더욱 포함할 수 있다.
이 때, 금속 도펀트는 상기 유기버퍼층에는 존재하지 않을 수 있다.
이 때, 금속도핑층 상에 위치하는 전하주입층을 더욱 포함할 수 있다.
이 때, 전하주입층에 포함된 물질의 전자친화도는 상기 상부 전극에 포함된 물질의 전자친화도보다 클 수 있다.
이 때, 전하주입층은 CN계열의 유기물질 또는 TMO(Transition Metal Oxide)로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 금속도핑층은 상기 유기버퍼층을 구성하는 물질과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
이 때, 유기버퍼층의 두께는 100 Å 이상일 수 있다.
이 때, 금속도핑층 전(全) 영역에서 상기 금속 도펀트의 도핑 농도가 균일할 수 있다.
이 때, 금속도핑층에서, 유기발광층에 가까운 영역일수록 금속 도펀트의 도핑 농도가 증가하고 상부 전극에 가까운 영역일수록 금속 도펀트의 도핑 농도가 감소할 수 있다.
이 때, 금속도핑층에서 상기 금속 도펀트가 차지하는 중량비는 0.1 wt% 이상 10 wt% 이하일 수 있다.
이 때, 금속도핑층에서, 유기발광층과 가까운 영역에서 상부 전극과 가까운 영역으로 갈수록 금속 도펀트의 도핑 농도가 연속적으로 증가할 수 있다.
이 때, 금속도핑층에서, 유기발광층과 가까운 영역에서 상부 전극과 가까운 영역으로 갈수록 금속 도펀트의 도핑 농도가 불연속적 내지는 계단식으로 증가할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 300, 400, 500 : 유기 발광 표시 소자
110, 310, 410, 510 : 기판
120, 320, 420, 520 : 하부 전극
130, 330 : 전하 수송층
140, 340 : 유기 발광층
430, 530 : 제1 발광부
431, 531 : 제1 유기발광층
440, 540 : 전하생성층
450, 550 : 제2 발광부
451, 551 : 전하수송층
452, 552 : 제2 유기발광층
150, 350, 453 : 유기버퍼층
160, 360, 454 : 금속도핑층
170, 370, 455 : 전하주입층
180, 380, 460 : 상부 전극
110, 310, 410, 510 : 기판
120, 320, 420, 520 : 하부 전극
130, 330 : 전하 수송층
140, 340 : 유기 발광층
430, 530 : 제1 발광부
431, 531 : 제1 유기발광층
440, 540 : 전하생성층
450, 550 : 제2 발광부
451, 551 : 전하수송층
452, 552 : 제2 유기발광층
150, 350, 453 : 유기버퍼층
160, 360, 454 : 금속도핑층
170, 370, 455 : 전하주입층
180, 380, 460 : 상부 전극
Claims (17)
- 기판;
상기 기판 상에 위치하는 하부 전극;
상기 하부 전극 상에 위치하는 적어도 하나의 유기발광층;
상기 유기발광층 상에 위치하는 금속도핑층; 및
상기 금속도핑층 상에 위치하는 상부 전극을 포함하고,
상기 금속도핑층은 알루미늄 또는 알루미늄네오듐을 포함하는 알루미늄계 금속 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 금속 도펀트를 포함하는,
유기 발광 표시 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 상부 전극은 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과하는,
유기 발광 표시 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 하부 전극은 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과하고,
상기 상부 전극은 투명 전도성 물질을 포함하는,
유기 발광 표시 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 하부 전극 상에 위치하고, 제1 광을 출사하는 제1 발광부;
상기 제1 발광부 상에 위치하는 전하생성층; 및
상기 전하생성층 상에 위치하고, 제2 광을 출사하고, 상기 유기발광층 및 상기 금속도핑층을 포함하는 제2 발광부를 더욱 포함하고,
상기 상부 전극은 상기 제2 발광부 상에 위치하고, 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과하고,
상기 제1 광과 상기 제2 광은 합쳐져서 백색 광이 되는,
유기 발광 표시 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 하부 전극 상에 위치하고, 제1 광을 출사하는 제1 발광부;
상기 제1 발광부 상에 위치하는 전하생성층; 및
상기 전하생성층 상에 위치하고, 제2 광을 출사하고, 상기 유기발광층 및 상기 금속도핑층을 포함하는 제2 발광부를 더욱 포함하고,
상기 하부 전극은 전도성 물질을 포함하고, 빛을 투과하고,
상기 상부 전극은 상기 제2 발광부 상에 위치하고, 투명 전도성 물질을 포함하고,
상기 제1 광과 상기 제2 광은 합쳐져서 백색 광이 되는,
유기 발광 표시 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 유기발광층과 상기 금속도핑층 사이에 위치하는 유기버퍼층을 더욱 포함하는,
유기 발광 표시 소자. - 제6 항에 있어서,
상기 금속 도펀트는 상기 유기버퍼층에는 존재하지 않는,
유기 발광 표시 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 금속도핑층 상에 위치하는 전하주입층을 더욱 포함하는,
유기 발광 표시 소자. - 제8 항에 있어서,
상기 전하주입층에 포함된 물질의 전자친화도는 상기 상부 전극에 포함된 물질의 전자친화도보다 큰,
유기 발광 표시 소자. - 제8 항에 있어서,
상기 전하주입층은 CN 계열의 유기물질 또는 TMO(Transition Metal Oxide)를 포함하는,
유기 발광 표시 소자. - 제6 항에 있어서,
상기 금속도핑층은 상기 유기버퍼층을 구성하는 물질과 동일한 물질을 포함하는,
유기 발광 표시 소자. - 제6 항에 있어서,
상기 유기버퍼층의 두께는 100 Å 이상인,
유기 발광 표시 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 금속도핑층 전(全) 영역에서 상기 금속 도펀트의 도핑 농도가 균일한,
유기 발광 표시 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 금속도핑층에서, 상기 유기발광층에 가까운 영역일수록 상기 금속 도펀트의 도핑 농도가 증가하고 상기 상부 전극에 가까운 영역일수록 상기 금속 도펀트의 도핑 농도가 감소하는,
유기 발광 표시 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 금속도핑층에서 상기 금속 도펀트가 차지하는 중량비는 상기 금속도핑층의 전체 중량 대비 0.1 wt% 이상 10 wt% 이하인,
유기 발광 표시 소자. - 제13 항에 있어서,
상기 금속도핑층에서, 상기 유기발광층과 가까운 영역에서 상기 상부 전극과 가까운 영역으로 갈수록 상기 금속 도펀트의 도핑 농도가 연속적으로 증가하는,
유기 발광 표시 소자. - 제13 항에 있어서,
상기 금속도핑층에서, 상기 유기발광층과 가까운 영역에서 상기 상부 전극과 가까운 영역으로 갈수록 상기 금속 도펀트의 도핑 농도가 불연속적 내지는 계단식으로 증가하는,
유기 발광 표시 소자.
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