KR100910013B1

KR100910013B1 - 전계발광장치

Info

Publication number: KR100910013B1
Application number: KR1020060026922A
Authority: KR
Inventors: 황상수; 황진하
Original assignee: 이용우
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2009-07-29
Also published as: KR20070096448A

Abstract

본 발명은 전계발광장치에 관한 것으로 특히 유기 발광 다이오드 또는 백색 발광 백라이트 유닛으로 사용되는 전계발광장치에서 캐소드 전극을 유색의 고유색을 갖는 금속재질로 형성하여 외부 양자효율을 증가시키고 캐소드 전극의 고유색을 이용한 색 보완을 통하여 유기 발광물질에서 구현하지 못하는 색을 구현할 수 있는 전계발광장치에 관한 것이다.

전계발광장치, 캐소드 전극, 유색 금속, 구리, 금

Description

전계발광장치{Electroluminiscent Device}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계발광장치의 부분단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계발광장치의 부분단면도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전계발광장치의 부분단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 - 기판 120 - 애노드 전극

122 - 정공주입층 124 - 정공수송층

130, 230 - 유기 발광층

132 - 전자수송층 134 - 전자주입층

140 - 캐소드 전극 142 - 제2캐소드 전극

현재 다양한 평판 디스플레이 장치가 개발 또는 상용화되고 있으며, 최근에는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 패널(이하 "OLED"라 한다)과 엘씨디(Liquid Crystal Device) 및 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel)이 새로운 대형 평판 디스플레이 장치로 관심을 받고 있다.

상기 OLED는 유기 발광물질을 사용하는 전계발광장치로서 현재 소형의 휴대용 디스플레이 장치 또는 엘씨디의 백라이트 유닛으로 실용화되고 있으며, 최근에 대형 평판 디스플레이 장치로 사용하기 위하여 관련 기술이 개발되고 있다.

상기 전계발광장치는 유기 발광물질을 사용하며, 일반적으로 유리 기판의 상부에 순차적으로 형성되는 애노드 전극과 정공수송층과 유기 발광층과 전자 수송층 및 캐소드 전극을 포함하여 형성된다. 상기 전계발광장치는 애노드 전극과 캐소드 전극에서 공급되는 정공과 전자가 유기 발광층으로 주입되며 주입된 전자와 정공이 재결합하면서 엑시톤(exiton)을 형성하고 이러한 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 전이하면서 발생되는 에너지에 의하여 유기 발광층의 유기 발광물질이 발광하여 빛을 생성하는 장치이다.

또한, 상기 전계발광장치는 각 화소별로 적어도 2개의 박막 트랜지스터가 구비되어 화소의 동작을 제어하는 스위칭 소자 및 구동소자로 사용된다.

상기 애노드 전극은 일반적으로 투명전극인 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide : ITO)과 같은 재질로 형성되며, 캐소드 전극은 일반적으로 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 최근에는 상기 애노드 전극과 캐소 드 전극의 재질을 변경하여 발광효율을 높이고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다.

종래에 전계발광장치의 캐소드 전극으로 사용되는 알루미늄은 전기 저항이 낮고 반사율이 높으므로 전계발광장치의 휘도를 증가시키는 장점이 있었다. 그러나, 상기 알루미늄으로 형성되는 캐소드 전극은 외부 양자효율을 감소시키는 문제점이 있다. 따라서, 종래의 전계발광장치는 입사되는 빛을 흡수하는 블랙 매트릭스(black matrix)를 형성하여 콘트라스트를 증가시킴으로서 이러한 문제점을 해결하고자 하였으나 외부 양자효율을 개선하는데 한계가 있었다.

또한, 상기 전계발광장치는 백색 발광유닛으로 사용하고자 하는 경우에 적색과 녹색과 청색을 내는 유기 발광층을 순차적으로 적층하거나, 동시에 증착하여 백색광을 방출하도록 하거나, 외부에 필름을 추가하여 백색 광을 방출하도록 형성되고 있다. 그러나 이러한 경우에 상기 전계발광장치는 서로 다른 유기 발광층이 순차적으로 적층되더라도 혼색 증착을 피할 수 없어 유기 발광층의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 유기발광소자 또는 백색발광 백라이트 유닛과 같은 전계발광장치에서 캐소드 전극을 유색의 고유색을 갖는 금속재질로 형성하여 외부 양자효율을 증가시키고 캐소드 전극의 고유색을 이용한 색 보완을 통하여 유기 발광물질에서 구현하지 못하는 색을 구현할 수 있는 전계발광장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전계발광장치는 기판과 애노드 전극과 유기 발광층 및 캐소드 전극을 포함하는 전계발광장치에 있어서, 상기 캐소드 전극은 유색의 금속층으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 캐소드 전극은 바람직하게는 구리(Cu) 또는 금(Au) 또는 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 캐소드 전극은 구리, 금, 니켈, 크롬 중 어느 하나의 금속으로 이루어지는 금속층이 적어도 2개 층으로 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 캐소드 전극은 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 은(Ag), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta)중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 형성되는 금속층을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 캐소드 전극은 500 내지 5000 옹스트롱(Å)의 두께로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 캐소드 전극은 상기 유기 발광층과 대향하는 면에 인듐 주석 산화물(ITO)로 형성되는 제2캐소드 전극을 더 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2캐소드 전극은 5 내지 2000 옹스트롱(Å)의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2캐소드 전극은 고유색을 갖는 반투명막으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 유기 발광층과 캐소드 전극 사이에는 구리프탈로시아닌(CuPc)으로 이루어지는 전자주입층이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 유기 발광층과 제2캐소드 전극 사이에는 플루오르화리튬(LiF)으로 이루어지는 전자주입층이 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설 명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계발광장치의 부분단면도이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계발광장치의 부분단면도이다.

본 발명에 따른 전계발광장치는, 도 1을 참조하면, 기판(110)과 애노드 전극(120)과 유기 발광층(130) 및 캐소드 전극(140)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전계발광장치는 애노드 전극(120)과 유기 발광층(130) 사이에 정공주입층(122)과 정공수송층(124)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 전계발광장치는 유기 발광층(130)과 캐소드 전극(140) 사이에 전자수송층(132)과 전자주입층(134)을 더 포함하여 형성될 수 있다.

상기 전계발광장치는 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Diode) 또는 엘씨디 디스플레이 장치의 백라이트 유닛(Back Light Unit)으로 형성될 수 있다.

상기 기판(110)은 유리 기판 또는 플라스틱 재질의 투명 또는 불투명한 플렉시블 기판으로 형성될 수 있다.

상기 애노드 전극(120)은 기판의 상면에 소정 패턴으로 형성되며, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide : ITO)과 같은 투명 전극으로 형성된다. 상기 애노드 전극(120)은 스퍼터 또는 전자빔 증착기에 의하여 수백 옹스트롱에서 수천 옹스트롱으로 형성된다. 상기 애노드 전극(120)은 ITO외에도 Al 또는 Ag와 같은 재질로 형성될 수 있고. ITO, Al, Ag를 포함하는 층이 적어도 2개 층으로 적층되어 형성될 수 있다.

상기 정공주입층(Hole Injection Layer : HIL)(122)은 애노드 전극(120)의 상면에 소정 두께로 형성되며, 애노드 전극(120)으로부터 공급되는 정공을 정공수송층(124)으로 공급하게 된다. 상기 정공주입층(122)은 다이아민 유도체인 TPD(triaryldiamine), 광전도성 고분자인 폴리(9-비닐카바졸), PEDOT와 같은 재질로 형성될 수 있다. 다만, 여기서 상기 정공주입층(122)의 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 정공수송층(Hole Transport Layer : HTL)(124)은 정공주입층(122)의 상면에 형성되며 유기 발광층(130)으로 정공을 수송하여 주입하게 된다. 상기 정공수송층(124)은 NPB, NPD, TPD, MTDATA와 같은 저분자 재료로 형성될 수 있다. 다만, 여기서 상기 정공수송층(124)의 재질을 한정하는 것은 아니다.

한편, 상기 정공주입층(122)과 정공수송층(124)은 전계발광장치의 구조에 따라서 형성되지 않을 수 있다. 다만, 상기 정공주입층(122)과 정공수송층(124)이 형성되는 경우에 전계발광장치는 외부 양자효율이 증가되며, 정공을 유기 발광층(130)에 직접 주입하지 않고 단계적으로 주입함으로써 구동 전압을 낮출 수 있는 효과가 있게 된다.

상기 유기 발광층(Emission Layer)(130)은 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)을 내는 고유의 단위 화소 영역이 배열되어 형성되며, 적색과 녹색과 청색의 단위 화소 영역은 각각 고유의 유기 발광물질로 형성된다. 상기 유기 발광층은 유색 금속으로 형성되는 캐소드 전극(140)을 이용하여 적색, 녹색, 청색을 구현할 수 있다. 이는 빛의 혼합 특성을 이용하여 가능하게 된다. 예를 들면 빛의 혼합 특성 은 적색, 녹색, 청색을 혼합하면 백색이 되므로 빛의 혼합으로 인하여 모든 색 구현이 가능하게 되며. 반사되는 색에 대한 보정도 가능하게 된다. 또한, 상기 유기 발광층(130)은 적색을 내는 단위 화소 영역은 오렌지색의 유기물로 형성되며, 청색의 경우는 스카이 블루 색의 유기물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 유기 발광층(130)은 안트라센, Alq3(tris(8-quinolinolato)aluminium) 등의 단분자 유기 발광물질과 폴리(p-페닐렌비닐렌), 폴리 티오핀과 같은 고분자 유기 발광물질로 형성될 수 있다.

상기 전자수송층(Electron Transport Layer : ETL)(132)은 유기 발광층(130)을 사이에 두고 정공수송층(124)과 반대면인 유기 발광층(130)의 상면에 형성된다. 상기 전자수송층(132)은 전자주입층(134)으로부터 수송되는 전자를 유기 발광층(130)으로 주입하게 된다. 상기 전자수송층(132)은 PBD, TAZ과 같은 고분자재료나 AIq3과 같은 저분자재료로 형성될 수 있다. 다만 여기서, 상기 전자수송층의 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 전자주입층(Electron Injection Layer : EIL)(134)은 전자수송층(132)의 상면에 형성되며 캐소드 전극(140)에서 공급되는 전자를 전자수송층(134)으로 수송하게 된다. 상기 전자주입층(134)은 바람직하게는 구리프탈로시아닌(Copper Phthalocyanine : CuPc) 또는 플루오르화리튬(LiF) 물질로 형성된다. 상기 구리프탈로시아닌로 형성되는 전자주입층(134)은 캐소드 전극(140)이 구리 재질로 형성되는 경우에 구리의 고유색과 함께 보라색의 반사 광원으로 작용하게되어 캐소드 전극(140)에서의 반사가 가능하면서도 외부 양자 효율을 높이는 것이 가능하게 된다. 상기 전자수송층(134)은 바람직하게는 5 내지 2000 옹스트롱(Å)으로 형성된다. 상기 전자 수송층(134)은 두께에 따라 전계발광장치의 구동 전압에 대한 조절이 가능하여 구동 전압을 낮추는 역할을 하게 된다. 상기 플루오르화리튬으로 형성되는 전자주입층(134)은 캐소드 전극(140)과 함께 고유색을 갖게 되고, 버퍼층(Buffer Layer)으로 작용하여 캐소드 전극(140)의 금속 물질이 유기 발광층(130)으로 확산되는 것을 방지하여 유기 발광층(130)의 유기 발광물질의 수명을 연장시키게 된다. 또한, 상기 전자주입층(134)은 PBD와 같은 고분자재료나 AIq3와 같은 저분자재료로 형성될 수 있다. 다만 여기서, 상기 전자주입층의 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 캐소드 전극(140)은 유기 발광층(130) 또는 전자주입층(134)의 상면에 형성되며, 직접 또는 전자주입층(134)과 전자수송층(132)을 통하여 유기 발광층(130)으로 전자를 주입하게 된다. 상기 캐소드 전극(140)은 상기에서 설명한 바와 같이 유기 발광층(130)에 전자를 주입하기 위한 전극으로서 고유의 색을 갖는 유색 금속층으로 형성되어 금속 고유색을 이용하여 외부 양자 효율을 증대시키고, 유기 발광층(130)의 색을 보완하여 유기 발광층(130)의 수명을 연장시키게 된다. 종래의 전계발광장치는 유기 발광층이 적색, 녹색, 청색 고유의 색을 가지고 각각 색을 이루고 있으나, 재료의 특성상 구동 전압의 범위의 차이가 많아 구동전압이 큰 유기 발광 재료에 대하여 그 수명이 짧게 나타나게 된다. 따라서, 상기 캐소드 전극(140)은 바람직하게는 구리(Cu) 또는 금(Au)과 같이 고유색을 갖는 금속 재질로 형성된다. 또한, 상기 캐소드 전극(140)은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 캐소드 전극(140)은 구리, 금, 니켈, 크롬 금속으 로 이루어지는 금속층이 적어도 2개 층으로 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 캐소드 전극(140)은 구리, 금, 니켈, 크롬 금속으로 이루어지는 금속층이 적어도 2개 층으로 혼합되어 형성되는 경우에, 어느 하나의 층이 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 은(Ag), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 상기 캐소드 전극(140)은 적어도 2개의 금속층으로 형성되는 경우에 하나의 층은 백색을 갖는 층으로 형성되어도 유색의 고유색을 갖는 금속층으로 형성될 수 있다.

상기 캐소드 전극(140)은 500 내지 5000옹스트롱(Å)의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 전계발광장치는 캐소드 전극(140)의 두께에 따라 구동 전압에 대한 조절이 가능하여 구동 전압을 낮추게 된다.

또한, 상기 전계발광장치는, 도 2를 참조하면, 캐소드 전극(140)의 면 중에서 유기 발광층(130)과 대향하는 면에 인듐 주석 산화물(ITO)로 형성되는 제2캐소드전극(142)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 제2캐소드 전극(142)은 인듐 주석 산화물로 형성되며, 캐소드 전극(140)과 제2캐소드 전극(142)이 함께 적층되어 고유색을 가지게 된다. 상기 제2캐소드 전극(142)은 바람직하게는 5 내지 2000 옹스트롱(Å)으로 형성된다. 상기 전계발광장치는 제2캐소드 전극(142)의 두께를 조정하여 캐소드 전극(140)의 고유색을 조절할 수 있으며, 유기 발광층(130)에서의 적색과 녹색 및 청색의 색을 조절함으로 전계발광장치의 구동 전압을 감소시켜 전계발광장치의 수명을 증가시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 인듐 주석 산화 물은 투명전극으로 형성되는 것이 일반적이나, 증착 방법 또는 증착 조건에 따라 고유색을 가지는 반투명으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 인듐 주석 산화물은 증착이 수행되는 챔버 내의 가스 종류, 가스 분압, 진공도 및 기판온도와 같은 증착 조건 또는 증착 두께를 조정함으로써 고유색을 갖도록 형성될 수 있다. 한편, 상기 캐소드 전극(140)과 제2캐소드 전극(142)이 함께 형성되는 경우에 인듐 주석 산화물로 캐소드 전극을 형성하는 경우보다 전기 저항을 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 전계발광장치는 캐소드 전극(140)과 제2캐소드 전극(142)이 적층되어 형성되고 전자주입층(134)이 플루오르화리튬(LiF)으로 형성되는 경우에 보다 효과적으로 고유색을 구현하는 것이 가능하게 된다.

다음은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전계발광장치에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전계발광장치의 부분단면도이다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전계발광장치는 기본적으로 도 1에 도시되어 있는 전계발광장치와 동일한 적층 구조를 갖도록 형성된다.

상기 전계발광장치는, 도 3을 참조하면, 기판(110)과 애노드 전극(120)과 유기 발광층(230) 및 캐소드 전극(140)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전계발광장치는 애노드 전극(120)과 유기 발광층(230) 사이에 정공주입층(122)과 정공수송층(124)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 전계발광장치는 유기 발광층(230)과 캐소드 전극(140) 사이에 전자수송층(132)과 전자주입층(134)을 더 포함하 여 형성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전계발광장치에서는 도 1의 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하며 여기서 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전계발광장치는 백색 발광 백라이트 유닛(Back Light Unit)으로 형성되며, 엘씨디(Liquid Crystal Display)의 광원으로 사용될 수 있다.

상기 유기 발광층(230)은 화소 영역에 전체적으로 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)을 내는 유기 전기 발광 물질 중에서 어느 하나의 유기 발광물질이 증착되어 형성된다.

상기 전자주입층(134)은 상기에서 설명한 바와 같이 구리프탈로시아닌, 플루오르화리튬과 같은 재질로 형성된다.

상기 전계발광장치가 백색 발광 백라이트 유닛으로 사용되는 경우에 전계발광장치는 백색광만을 방출하면 되므로 유기 발광층이 한 가지의 유기 발광물질로 형성되고, 전자주입층(134)과 캐소드 전극(140), 또는 전자주입층(134)과 캐소드 전극(140) 및 제2캐소드 전극(142)의 고유색을 이용하여 백색광을 구현하는 것이 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있 게 된다.

본 발명에 따른 전계발광장치에 의하면 캐소드 전극이 고유색을 갖는 유색 금속층으로 형성되어 금속 고유색을 이용하여 외부 양자 효율을 증대시킬 수 있으며, 유기 발광층의 색을 보완하여 유기 발광층의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 반투명의 고유색을 갖는 인듐 주석 산화물과 고유색을 갖는 금속층으로 캐소드 전극을 형성함으로써 인듐 주석 산화물로 캐소드 전극을 형성하는 경우보다 전기 저항을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전자주입층과 캐소드 전극, 또는 전자주입층과 캐소드 전극의 고유색을 이용하면 유기 발광층이 한 종류의 유기 발광물질로 형성되는 경우에도 백색광을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims

기판과 애노드 전극과 유기 발광층과 전자 수송층과 전자 주입층 및 캐소드 전극을 포함하는 전계발광장치에 있어서,

상기 유기 발광층은 화소 영역에 전체적으로 유기 발광물질인 Alq3 물질이 증착되어 이루어지며,

상기 전자 주입층은 구리 프탈로시아닌(CuPc) 물질로 이루어지며,

상기 캐소드 전극은 구리(Cu) 또는 금(Au)의 유색 금속층으로 이루어지고, 상기 유기 발광층과 대향하는 면에 인듐 주석 산화물(ITO)로 형성되는 제2캐소드 전극을 포함하며,

상기 전계발광장치는 백색 발광 백라이트 유닛으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계발광장치.
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제 1항에 있어서,

상기 캐소드 전극은 구리 또는 금으로 이루어지는 금속층이 적어도 2개 층으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전계발광장치.
제 1항에 있어서,

상기 캐소드 전극은 500 내지 5000 옹스트롱(Å)의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계발광장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 제2캐소드 전극은 5 내지 2000 옹스트롱(Å)의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계발광장치.
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